JP4965389B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に係り、特にレーザアニール処理等における結晶の高品質化，高生産性を実現するためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

従来、レーザ発振器から出射したレーザビームを用いたレーザ加工として、例えば基板等の加工対象物に照射して熱処理を行うレーザアニール処理が知られている。具体的には、例えば液晶ディスプレイの製造工程の１つとして、レーザビームをａ−Ｓｉ薄膜基板に照射し溶融再結晶させてｐ−Ｓｉ薄膜を成形するレーザアニール処理等がある。

ａ−Ｓｉの結晶化において、同じエネルギー密度（又はパワー密度）でも、ビームの形状によりＳｉ結晶の品質が異なることが一般的に分かっている。照射方向前面のビームスロープを急峻にし、照射方向背面のビームスロープはなだらかにすると、最初に急激な温度勾配で結晶化が始まり、その後は緩やかに温度が低下して高品質な結晶が生成される。

そのため、上述のビームスロープを形成するために、例えばマスク等で短軸方向のビーム先頭部分を一部切る方法が知られている。また、複雑な光学系を用いて所望のビームを形成する手法も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１０５１６６号公報

ところで、レーザ加工では加工対象物もしくはレーザビームの一方又は両方を移動させながら、加工対象物上の所定の領域にレーザビームを照射し加工を行う。ここで、例えば、移動可能なステージ上に基板等の加工対象物を載置し、ステージで加工対象物を所定方向に移動させながら結晶を成長させる場合には、ステージの行き（往路）と帰り（復路）とでレーザビーム照射位置の移動方向が逆転する。

したがって、行きの方向で照射方向前面のビームスロープを急峻にさせると、帰りの方向では照射方向背面のビームスロープが急峻となり、逆に前面は急峻とならない。そのため復路では高品質な結晶成長が行えず、一方向のみの照射を余儀なくされている。したがって、高品質化と同時に要望が強い高生産性を両立させることができない。

また、特許文献１に示されているビーム形状の変化は、元のレーザ強度を減衰させることによってビーム形状を変えているため、エネルギー（もしくはパワー）の有効利用が図れていない。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、レーザアニール処理等における加工対象物の結晶の高品質化，高生産性を実現するためのレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明は、複数のレーザビームを合成し加工対象物に照射して加工を行うレーザ加工装置において、前記レーザビームを出射するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射された複数のレーザビームのうち、任意に選択される２つのレーザビームを強度の中心を一致させて合成し合成波を生成する合成波生成手段とを有し、前記合成波生成手段は、前記加工対象物を載置したステージの往路及び復路の各移動方向に対応させて前記加工対象物に照射するレーザビームの形状を異ならせることを特徴とする。これにより、レーザアニール処理等における加工対象物の結晶の高品質化，高生産性を実現することができる。また、加工対象物の移動方向に応じて高品質な結晶成長に適切なビーム形状のレーザビームを加工対象物に照射することができる。

更に、前記合成波生成手段により得られる前記合成波のレーザビームを整形するビーム整形手段と、前記ステージを所定方向に移動させるステージ駆動手段と、前記ビーム整形手段により整形されたレーザビームを前記加工対象物の所定の位置に照射させるように、少なくとも前記レーザ発振器及び前記ステージ駆動手段を制御する制御手段とを有することが好ましい。これにより、レーザアニール処理等における加工対象物の結晶の高品質化，高生産性を実現することができる。また、加工対象物の移動方向に応じて高品質な結晶成長に適切なビーム形状のレーザビームを加工対象物に照射することができる。

更に、前記合成波生成手段は、偏光の切り替えにより前記レーザ発振器から得られる少なくとも１つのレーザビームの進路を切り替え、他のレーザビームと合成させることが好ましい。これにより、加工対象物の移動方向に応じて簡易に所望の形状を含むレーザビームを生成することができる。

更に、前記偏光の切り替えは、電気光学素子を用いることが好ましい。これにより、合成するレーザビームを容易に変更することができる。

更に、前記偏光の切り替えは、１／２波長板を用いることが好ましい。これにより、合成するレーザビームの変更を安価な構成で実現することができる。

更に、前記合成波生成手段は、所定方向に移動可能な可動ミラーを有し、前記可動ミラーにより前記レーザ発振器から得られる少なくとも１つのレーザビームの進路を切り替え、他のレーザビームと合成させることが好ましい。これにより、加工対象物の移動方向に応じて簡易に所望の形状を含むレーザビームを生成することができる。

また、本発明は、複数のレーザビームを合成し加工対象物に照射して加工を行うレーザ加工方法において、レーザ発振器からレーザビームを出射するレーザビーム出射ステップと、前記レーザ発振器から出射された複数のレーザビームのうち、任意に選択される２つのレーザビームを強度の中心を一致させて合成し合成波を生成する合成波生成ステップとを有し、前記合成波生成ステップは、前記加工対象物を載置したステージの往路及び復路の各移動方向に対応させて前記加工対象物に照射するレーザビームの形状を異ならせることを特徴とする。これにより、レーザアニール処理等における加工対象物の結晶の高品質化，高生産性を実現することができる。また、加工対象物の移動方向に応じて高品質な結晶成長に適切なビーム形状のレーザビームを加工対象物に照射することができる。

更に、前記合成波生成ステップにより得られる前記合成波のレーザビームを整形するビーム整形ステップと、ステージ駆動手段により前記ステージを所定方向に移動させるステージ駆動ステップと、前記ビーム整形ステップにより整形されたレーザビームを前記加工対象物の所定の位置に照射させるように、少なくとも前記レーザ発振器及び前記ステージ駆動手段を制御して加工を行う加工ステップとを有することが好ましい。これにより、レーザアニール処理等における加工対象物の結晶の高品質化，高生産性を実現することができる。また、加工対象物の移動方向に応じて高品質な結晶成長に適切なビーム形状のレーザビームを加工対象物に照射することができる。

更に、前記合成波生成ステップは、偏光の切り替えにより前記レーザ発振器から得られる少なくとも１つのレーザビームの進路を切り替え、他のレーザビームと合成させることが好ましい。これにより、加工対象物の移動方向に応じて簡易に所望の形状を含むレーザビームを生成することができる。

更に、前記偏光の切り替えは、電気光学素子を用いることが好ましい。これにより、合成するレーザビームを容易に変更することができる。

更に、前記偏光の切り替えは、１／２波長板を用いることが好ましい。これにより、合成するレーザビームの変更を安価な構成で実現することができる。

更に、前記合成波生成ステップは、所定方向に移動可能な可動ミラーにより前記レーザ発振器から得られる少なくとも１つのレーザビームの進路を切り替え、他のレーザビームと合成させることが好ましい。これにより、加工対象物の移動方向に応じて簡易に所望の形状を含むレーザビームを生成することができる。

本発明によれば、加工対象物の結晶の高品質化，高生産性を実現することができる。

<本発明の概要>
本発明は、複数のレーザビームを組み合わせて高品質化に有効な左右非対称なビームを、例えばステージ移動の往路と復路に合わせて常に先頭部が急峻になるように切り替えることによって上述の問題点を解決する。

ここで、具体的に説明すると、例えば３台のレーザ発振器から出射された３つのレーザビームのうち、任意に選択された２つを合成し、残る１本はそのままとして、強度が異なる２つのレーザビームを準備する。

次に、強度が異なる２つのビームが所定のビーム形状に整形される。このとき、別々のビーム整形手段を用いてもよく、また１個のビーム整形手段のみを用いてもよい。次に、整形されたビームは、その長尺方向と垂直な方向に、少しだけずらして加工対象物に照射される。なお、２つのレーザビームは、同軸に合成する必要がないため、例えば、ＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ：回折光学素子）等を用いなくても空間的に少しずらして照射することも可能である。

ここで、本発明におけるビームの空間的な形状について図を用いて説明する。図１は、本発明におけるビームの空間的な形状を説明するための一例の図である。なお、図１（ａ）は、右方向の移動におけるレーザの形状を説明するための図を示し、図１（ｂ）は、左方向の移動におけるレーザの形状を説明するための図を示している。また、図１（ａ）、（ｂ）において、横軸は、レーザビームの横方向位置を示し、縦軸は、レーザビームの強度を示している。

例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、加工対象物に照射されるレーザビームは、３つのレーザビームを用いた場合、３つのレーザビームのうち、ビームの進行方向に対して同時刻に同一位置を進行している２つのレーザビームを強度の中心を一致させて合成し、加工対象物の所定の位置に照射する。更に、もう１つのレーザビームを加工対象物の所定の位置に照射する。

具体的には、基板等の加工対象物を載置したステージが右方向に移動する場合には、図１（ａ）に示すように、３つのレーザビーム１１−１〜１１−３のうち、例えばレーザビーム１１−３をレーザビーム１１−２と合成させて合成波１２として加工対象物に照射する。

また、基板等の加工対象物を載置したステージが左方向に移動する場合には、図１（ｂ）に示すように、レーザビーム１１−１〜１１−３のうち、レーザビーム１１−３をレーザビーム１１−１と合成させて合成波１２ｂとして加工対象物に照射する。

つまり、加工対象物である基板を載置したステージの移動方向に応じてレーザビーム１１−３をレーザビーム１１−１もしくはレーザビーム１１−２のどちらと同じ位置で合成させるか選択することにより、往復共に前面が急峻なビームとなる。これにより、両方向共に結晶成長を行うことが可能となり、高品質結晶を保ちながらも高生産性が同時に達成される。

ここで、図２は、上述した３つのレーザビームの合成の様子を説明するための一例を示す図である。なお、３つのレーザビームの強度は全て同一とし、細線ビームに整形された際の線幅（半値全幅）は、全て５μｍとする。

この場合において、例えば、中心位置間隔を３μｍだけずらして左側に図２（ａ）に示すレーザビームを１つ分照射し、右側に図２（ｂ）に示すレーザビームを２つ分照射する。このとき、レーザの強度分布は、図２（ｃ）に示すようになり、右側（急峻な側）の半値半幅は、２．８μｍ、左側（緩やかな側）の半値半幅は、４．３μｍとなる。また、最も強い強度の位置は、図２（ｂ）に示す波形の中心位置から左側に０．５μｍ左側にずれたものとなる。

なお、本発明では、使用されるレーザビームは、３つに限定されず、少なくとも３つのレーザビームがあればよく、例えば４つや５つのレーザビームを使用することができる。

<実施形態>
次に、強度が異なる２つのレーザビームを生成する手段を備えた本発明におけるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を好適に実施した形態について、図面を用いて説明する。

<レーザ加工装置>
図３は、本実施形態におけるレーザ加工装置の一例を示す図である。図３に示すレーザ加工装置２０は、ｎ（ｎ：３以上）台のレーザ発振器２１−１〜２１−ｎと、合成波生成手段２２と、反射ミラー２３と、ビーム整形手段２４と、ステージ駆動手段２５と、ステージ２６と、制御手段２７とを有するよう構成されている。

レーザ発振器２１−１〜２１−ｎは、それぞれ制御手段２７から得られる加工対象物３１の所定の加工領域を加工するためのレーザビームのパワー、照射位置等の照射条件設定情報に基づいて、レーザビームの照射条件を設定する。また、レーザ発振器２１は、制御手段２７から得られる照射開始情報に基づいて所定のタイミングでレーザビームを出射する。

ここで、レーザビームの種類としては、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ，Ｎｄ：ＹＬＦレーザ等を用いることができる。本実施形態では、一例としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第２高周波（波長５３２ｎｍ）、レーザ強度１０Ｗ、ビームサイズ直径５ｍｍのレーザビームを用いるが、本発明におけるレーザビームの強度等については特に制限されない。

合成波生成手段２２は、制御手段２７からの制御情報に基づいて各レーザ発振器２１−１〜２１−ｎから出力されたレーザ光を合成し、例えば、上述した図１，２に示すような合成波を生成する。なお、制御手段２７から得られる制御情報としては、例えば、ステージ２６の往路及び復路において、どのレーザビームをどのように合成するか等の情報を含んでいる。なお、合成波の生成方法の詳細については後述する。

反射ミラー２３は、合成波生成手段２２から得られたレーザビームを加工対象物３１の方向に導く。

また、ビーム整形手段２４は、入力した反射ミラー２３からのレーザビームを所定の形状（例えば細線等）にビームを整形して、加工対象物３１へ出力させる。なお、ビーム整形手段２４としては、例えばレンズ光学系や回折光学素子を用いることができる。また、ビーム整形手段２４は、入力されるレーザビームの種類に応じて複数設けてもよい。

ステージ駆動手段２５は、制御手段２７から得られるステージの移動制御情報に基づいて、レーザ加工を行う加工対象物３１が載置されたステージ２６を加工条件に対応した所定の平面上の位置（ＸＹ方向）に所定の速度で移動させる。

制御手段２７は、レーザ加工装置２０の各構成全体を制御する。具体的には、加工対象物３１に加工を行うための各制御情報（照射条件、ステージの移動情報等）を生成し、対応するレーザ発振器２１−１〜２１−ｎ、合成波生成手段２２、及び、ステージ駆動手段２５のそれぞれに対応する制御情報を出力する。

なお、上述の装置構成において、加工対象物３１にレーザビームを照射している間、加工対象物３１が載置されたステージ２６は一定速度所定の方向（往路）に移動し、加工対象物３１の端まで到達した後は「減速→停止→反対方向に加速」という過程を経て反対方向（復路）に一定速度で動く。このとき、上述の過程には１秒から数秒程度の時間を要するため、後述する合成波生成手段の各実施例におけるレーザビームの切替処理には高速性は要求されない。

上述したレーザ加工装置２０を用いることで、加工対象物３１に所定の加工を行うことができる。したがって、加工対象物の結晶の高品質化，高生産性を実現することができる。

<合成波生成手段２２：実施例１>
次に、合成波生成手段２２の具体的な実施例について図を用いて説明する。図４は、合成波生成手段の第１の実施例（実施例１）を説明するための図である。

図４に示す実施例１では、上述した３台のレーザ発振器２１−１〜２１−３を用いる。このうち、任意に選択される２台（例えば、レーザ発振器２１−１，レーザ発振器２１−２）は固定（レーザビームを移動させない）とする。合成波生成手段２２は、残りの３台目（レーザ発振器２１−３）からのレーザビームを、偏光切替器４１を用いて偏光を平行方向もしくは垂直方向の何れかの直線偏光に切り替え、偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）４２−１を用いてレーザ発振器２１−１から入力されたレーザビームもしくはレーザ発振器２１−２から入力されたレーザビームの何れか一方のレーザビームと同軸で合成させる。

具体的には、合成波生成手段２２は、偏光切替器４１によりレーザ発振器２１−３から入力されたレーザビームを図４の図示上の矢印方向のように平行に直線偏光させることで、ＰＢＳ４２−１を通過させ、その先にある反射ミラー４３により反射させ、λ／２波長板（λ／２板）４４によりレーザビームを垂直な直線偏光にして、ＰＢＳ４２−２によりレーザ発振器２１−１から入力されたレーザビームと同軸に合成させて、ビーム１として出力させる。なお、合成波生成手段２２は、レーザ発振器２１−２からのレーザビームを、そのままビーム２として出力させる。

また、合成波生成手段２２は、偏光切替器４１によりレーザ発振器２１−３から入力されたレーザビームを図４の図示上垂直に直線偏光させることで、ＰＢＳ４２−１で反射させ（図４における点線）、その先にあるＰＢＳ４２−３によりレーザ発振器２１−２から入力されたレーザビームと同軸に合成させて、ビーム２として出力させる。なお、合成波生成手段２２は、レーザ発振器２１−１からのレーザビームを、そのままビーム１として出力させる。

本実施例により、強度が異なる２つのレーザビームを生成することができる。なお、偏光切替器４１による切り替えは、制御手段２７からの制御情報により、加工対象物３１の移動方向（ビームの進行方向）等の切り替え時等に行う。

<合成波生成手段２２：実施例２>
次に、合成波生成手段２２の他の具体的な実施例について図を用いて説明する。図５は、合成波生成手段の第２の実施例（実施例２）を説明するための図である。図５に示す実施例２では、合成波生成手段２２は、可動ミラー５１によりレーザ発振器２１−３から得られるレーザビームを移動させて、レーザ発振器２１−１から得られるレーザビームもしくはレーザ発振器２１−２から得られるレーザビームの何れか一方のレーザビームに同軸で合成させる。

つまり、合成波生成手段２２は、可動ミラー５１を所定の方向に移動させる移動機能を有しており、可動ミラー５１を図５に示す点線位置から実線位置に移動させることにより、レーザ発振器２１−３から入力されたレーザビームを可動ミラー５１により反射させ、ＰＢＳ４２−２によりレーザ発振器２１−１から入力されたレーザビームと合成させて、ビーム１として出力させる。なお、合成波生成手段２２は、レーザ発振器２１−２から入力されるレーザビームを、そのままビーム２として出力させる。

また、合成波生成手段２２は、可動ミラー５１を図５に示す点線位置に移動させることにより、レーザ発振器２１−３から入力されたレーザビームを可動ミラー５１により反射させ、ＰＢＳ４２−３によりレーザ発振器２１−２から入力されたレーザビームと合成させて、ビーム３として出力させる。なお、合成波生成手段２２は、レーザ発振器２１−１から入力されるレーザビームを、そのままビーム１として出力させる。

ここで、本実施例においては、３台目（レーザ発振器２１−３）のレーザビームを垂直方向の直線偏光にする必要がある。なお、垂直方向へ直線偏光させる方法としては、例えば第１の方法として、レーザ発振器２１−３の筐体の中で、レーザ結晶や波長変換結晶等を９０度回転させて（倒して）配置し、垂直方向の直線偏光として発振させる。これにより、レーザ発振器２１−３から出射された段階で、既に垂直方向の直線偏光になる。

また、上述した方法以外の垂直方向へ直線偏光させる方法（第２の方法）について説明する。図６は、レーザビームを垂直方向へ直線偏光する方法について説明するための図である。第２の方法としては、まずレーザ発振器２１−３から平行方向の直線偏光を出射させる（図６に示す矢印Ａ）。その後、ミラー５２−１，５２−２で２回反射させて（図６に示す矢印Ｂ、Ｃ、Ｄ）して、垂直方向の直線偏光のレーザビームを出射させる（図６に示す矢印Ｄ）。

つまり、図６に示すように、レーザビームがｘ方向に進行する場合には、偏光の方向はｙ方向となり、レーザビームがｚ方向に進行する場合には、偏光の方向はｙ方向となり、レーザビームがｙ方向に進行する場合には、偏光の方向はｚ方向となる。

本実施例により、強度が異なる２つのレーザビームを生成することができる。なお、可動ミラー５１の移動は、制御手段２７からの制御情報により、加工対象物３１の移動方向（ビームの進行方向）等の切り替え時等に行う。

<その他の実施例>
ここで、上述した実施例１及び実施例２では、３つのレーザビームから強度が異なる２つのレーザビームを生成する方法を示したが、本発明は必ずしも３つのレーザビームであることに限定されず、４つ以上のレーザビームを用いることも可能である。

図７は、他の実施例として、４つのレーザビームを用いた本発明におけるレーザ加工方法の概要を説明するための図である。なお、図７に示すグラフの横軸は、レーザビームの横方向位置を示し、縦軸は、レーザビームの強度を示している。

図７に示す例では、各レーザ発振器から出射された３種類のレーザビームのそれぞれが固定のビームとなって照射領域に到達する。また、もう一方のレーザビームは、３種類のレーザビームのうち何れかと同軸で合成させる。

ここで、図７（ａ）は、レーザビーム６１−４がレーザビーム６１−１と同軸に合成された場合を示し、図７（ｂ）は、レーザビーム６１−４がレーザ６１−３と同軸に合成された場合を示している。また、図７（ａ）、（ｂ）において、右側に示す波形が全体のビーム強度を示す合成波６２ａ、６２ｂである。

図７（ａ）に示す合成波６２ａでは、ビームの左側が急峻に立ち上がり、ビームの右側は緩やかに立ち下がっていることがわかる。一方、図７（ｂ）に示す合成波６２ｂでは、その逆となり、ビームの右側が急峻に立ち上がり、ビームの左側は緩やかに立ち下がっていることがわかる。

次に、上述した４つ以上のレーザビームを用いた合成波生成手段２２の実施例について説明する。

<合成波生成手段２２：実施例３>
図８は、合成波生成手段の第３の実施例（実施例３）を説明するための図である。図８に示す実施例３では、一例として４台のレーザ発振器２１−１〜２１−４を用いる。このうち、任意に選択される３台（例えば、レーザ発振器２１−１〜２１−３）は固定（レーザビームを移動させない）とする。合成波生成手段２２は、残りの４台目（レーザ発振器２１−４）からのレーザビームを、偏光切替器４１を用いて偏光を平行方向もしくは垂直方向の何れかの直線偏光に切り替え、ＰＢＳ４２−４を用いてレーザ発振器２１−１から入力されたレーザビームもしくはレーザ発振器２１−３から入力されたレーザビームの何れか一方のレーザビームと同軸で合成させる。

具体的には、合成波生成手段２２は、偏光切替器４１によりレーザ発振器２１−４から入力されたレーザビームを図８の図示上の矢印方向のように平行に直線偏光させることで、ＰＢＳ４２−４を通過させ、その先にある反射ミラー４３により反射させ、λ／２波長板４４によりレーザビームを垂直な直線偏光にして、ＰＢＳ４２−２によりレーザ発振器２１−１から入力されたレーザビームと同軸に合成させて、ビーム１として出力させる。なお、レーザ発振器２１−２及びレーザ発振器２１−３からのレーザビームは、そのままビーム２及びビーム３として出力させる。

また、偏光切替器４１によりレーザ発振器２１−４から入力されたレーザビームを図８の図示上垂直に直線偏光させることで、ＰＢＳ４２−４で反射し（図８における点線）、その先にあるＰＢＳ４２−３によりレーザ発振器２１−３から入力されたレーザビームと同軸に合成させビーム３として出力させることができる。なお、レーザ発振器２１−１及びレーザ発振器２１−２からのレーザビームは、そのままビーム１及びビーム３として出力させる。

本実施例により、少なくとも１つの強度が異なる３つのレーザビームを生成することができる。なお、偏光切替器４１による切り替えは、制御手段２７からの制御情報により、加工対象物３１の移動方向（ビームの進行方向）等の切り替え時等に行う。

<合成波生成手段２２：実施例４>
図９は、合成波生成手段の第４の実施形態（実施例４）を説明するための図である。図９に示す実施例４では、合成波生成手段２２は、可動ミラー５１によりレーザ発振器２１−４から得られるレーザビームを移動させて、レーザ発振器２１−１から得られるレーザビームもしくはレーザ発振器２１−３から得られるレーザビームの何れか一方のレーザビームに同軸で合成させる。

つまり、合成波生成手段２２は、可動ミラー５１を所定の方向に移動させる移動機能を有しており、可動ミラー５１を図９に示す点線位置から実線位置に移動させることにより、レーザ発振器２１−４から入力されたレーザビームを可動ミラー５１により反射させ、ＰＢＳ４２−２によりレーザ発振器２１−１から入力されたレーザビームと合成させて、ビーム１として出力させる。なお、合成波生成手段２２は、レーザ発振器２１−２及びレーザ発振器２１−３から入力されるレーザビームを、そのままビーム２及びビーム３として出力させる。

また、合成波生成手段２２は、可動ミラー５１を図９に示す点線位置に移動することにより、レーザ発振器２１−４から入力されたレーザビームを可動ミラー５１により反射させ、ＰＢＳ４２−５によりレーザ発振器２１−３から入力されたレーザビームと合成させて、ビーム３として出力される。なお、合成波生成手段２２は、レーザ発振器２１−１及びレーザ発振器２１−２から入力されるレーザビームを、そのままビーム１及びビーム２として出力させる。

なお、このとき、４台目（レーザ発振器２１−４）を垂直方向の直線偏光にする必要があるが、例えば上述した第１の方法又は図６に示した第２の方法を適用することができる。

本実施例により、少なくとも１つの強度が異なる３つのレーザビームを生成することができる。なお、可動ミラー５１の移動は、制御手段２７からの制御情報により、加工対象物３１の移動方向（ビームの進行方向）等の切り替え時等に行う。

上述した実施形態により、例えばレーザアニール加工において、ステージの行きと帰りとで加工対象物に照射するレーザビームの形状を切り替えることにより、高品質結晶と高生産性を両立させることができる。

ここで、上述した偏光切替器４１は、例えば、電気光学変調器（ＥＯＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いることができる。ＥＯＭは、電気光学結晶（例えばＬｉＴａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３等）に高電圧を印加することにより、偏光の縦方向と横方向の比率を変えることができる素子であり、適切な電圧で横方向成分もしくは縦方向成分を０（ゼロ）にして縦偏光もしくは横偏光へと切り替えることが可能となる。このように、高速切替ができるという利点があるが、ＥＯＭ自体が高価である上に、高電圧電源も必要とされることから、価格面では不利である。

また、例えば図４又は図８に示すように、レーザ発振器２１−１と、レーザ発振器２１−３もしくはレーザ発振器２１−４から得られるそれぞれのレーザビームを合成させる場合には、電気光学変調器の代わりに１／２波長板を用いることができるが、１／２波長板の光学軸と入射ビームの偏光方向とが平行の場合には偏光は保持され、１／２波長板の光学軸と入射ビームの偏光方向が４５度の角度をなす場合には出射ビームは偏光が９０度回転する。また、上述したように、偏光の切り替えに高速性は要求されないため、偏光の切り替え方法としては、例えば１／２波長板を機械的に回転させるか、１／２波長板をスライドさせて出し入れさせる構成等により、切り替えを行うことができる。なお、１／２波長板は、価格面では安価である。

なお、上述した実施形態では、レーザビームの数だけレーザ発振器を設けていたが、本発明においてはこの限りではなく、例えばある１台のレーザ発振器から出射されたレーザビームを部分反射鏡等により複数に分割して複数のレーザビームを生成するような場合でも、その複数のレーザビームを用いて本発明を適用することができる。

上述したように本発明によれば、レーザ加工における結晶の高品質化，高生産性を実現することができる。つまり、ステージの行きと帰りとで加工対象物に照射するレーザビームの形状を複数のレーザビームを用いて高品質な結晶成長が可能な形状に切り替えることで、往復共にレーザビームの照射を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明におけるビームの空間的な形状を説明するための一例の図である。 上述した３つのレーザビームの合成の様子を説明するための一例を示す図である。 第１の実施形態におけるレーザ加工装置の一例を示す図である。 合成波生成手段の第１の実施例（実施例１）を説明するための図である。 合成波生成手段の第２の実施例（実施例２）を説明するための図である。 レーザビームを垂直方向へ直線偏光する方法について説明するための図である。 他の実施例として、４つのレーザビームを用いた本発明におけるレーザ加工方法の概要を説明するための図である。 合成波生成手段の第３の実施例（実施例３）を説明するための図である。 合成波生成手段の第４の実施例（実施例４）を説明するための図である。

符号の説明

１１、６１ レーザビーム
１２、６２ 合成波
２０ レーザ加工装置
２１ レーザ発振器
２２ 合成波生成手段
２３，４３ 反射ミラー
２４ ビーム整形手段
２５ ステージ駆動手段
２６ ステージ
２７ 制御手段
３１ 加工対象物
４１ 偏光切替器
４２ 偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）
４４ λ／２波長板
５１ 可動ミラー
５２ ミラー

Claims (12)

1. 複数のレーザビームを合成し加工対象物に照射して加工を行うレーザ加工装置において、
   前記レーザビームを出射するレーザ発振器と、
   前記レーザ発振器から出射された複数のレーザビームのうち、任意に選択される２つのレーザビームを強度の中心を一致させて合成し合成波を生成する合成波生成手段とを有し、
   前記合成波生成手段は、
   前記加工対象物を載置したステージの往路及び復路の各移動方向に対応させて前記加工対象物に照射するレーザビームの形状を異ならせることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記合成波生成手段により得られる前記合成波のレーザビームを整形するビーム整形手段と、
   前記ステージを所定方向に移動させるステージ駆動手段と、
   前記ビーム整形手段により整形されたレーザビームを前記加工対象物の所定の位置に照射させるように、少なくとも前記レーザ発振器及び前記ステージ駆動手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記合成波生成手段は、
   偏光の切り替えにより前記レーザ発振器から得られる少なくとも１つのレーザビームの進路を切り替え、他のレーザビームと合成させることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記偏光の切り替えは、電気光学素子を用いることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記偏光の切り替えは、１／２波長板を用いることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
6. 前記合成波生成手段は、
   所定方向に移動可能な可動ミラーを有し、
   前記可動ミラーにより前記レーザ発振器から得られる少なくとも１つのレーザビームの進路を切り替え、他のレーザビームと合成させることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
7. 複数のレーザビームを合成し加工対象物に照射して加工を行うレーザ加工方法において、
   レーザ発振器からレーザビームを出射するレーザビーム出射ステップと、
   前記レーザ発振器から出射された複数のレーザビームのうち、任意に選択される２つのレーザビームを強度の中心を一致させて合成し合成波を生成する合成波生成ステップとを有し、
   前記合成波生成ステップは、前記加工対象物を載置したステージの往路及び復路の各移動方向に対応させて前記加工対象物に照射するレーザビームの形状を異ならせることを特徴とするレーザ加工方法。
8. 前記合成波生成ステップにより得られる前記合成波のレーザビームを整形するビーム整形ステップと、
   ステージ駆動手段により前記ステージを所定方向に移動させるステージ駆動ステップと、
   前記ビーム整形ステップにより整形されたレーザビームを前記加工対象物の所定の位置に照射させるように、少なくとも前記レーザ発振器及び前記ステージ駆動手段を制御して加工を行う加工ステップとを有することを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工方法。
9. 前記合成波生成ステップは、
   偏光の切り替えにより前記レーザ発振器から得られる少なくとも１つのレーザビームの進路を切り替え、他のレーザビームと合成させることを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザ加工方法。
10. 前記偏光の切り替えは、電気光学素子を用いることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工方法。
11. 前記偏光の切り替えは、１／２波長板を用いることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工方法。
12. 前記合成波生成ステップは、
    所定方向に移動可能な可動ミラーにより前記レーザ発振器から得られる少なくとも１つのレーザビームの進路を切り替え、他のレーザビームと合成させることを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザ加工方法。

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