JP2005033007A

JP2005033007A - Method and device for correcting energy variation of laser beam

Info

Publication number: JP2005033007A
Application number: JP2003196618A
Authority: JP
Inventors: Makoto Harada; 真原田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-02-03

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the occurrence of a striped pattern in annealing a low temperature poly-liquid-crystal substrate by an excimer laser by decreasing an energy variation of a laser beam. <P>SOLUTION: An energy of the laser beam which irradiates an object (8) to be irradiated is detected by an energy monitor 30 and corrected by a variable attenuator 40 in real time by processing feedback. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光のエネルギ変動補正方法及び装置に係り、特に、低温ポリ液晶基板用エキシマレーザアニーリング装置に用いるのに好適な、レーザ光のエネルギの変動を低減して、アニール後の基板に縞目模様が発生するのを防止することが可能なレーザ光のエネルギ変動補正方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工装置の１つに、例えばアモルファスシリコン膜を形成したガラス基板をプロセスチャンバに収容し、このガラス基板上にプロセスチャンバ外からエキシマレーザ等のアニーリング光を照射し、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜を多結晶化するレーザアニーリング装置がある。
【０００３】
この種のレーザアニーリング装置では、特許文献１に記載されているように、光路中にバリアブルアッテネータを設けて、照射面におけるレーザ光のエネルギが所望の値になるように該バリアブルアッテネータの透過率を調整する。又、レーザ発振器内でエネルギを測定し、その値からレーザ発振用の高電圧を制御して、エネルギの一定化を行なっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３５１８７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、図１（Ａ）に示す如く、例えば目標エネルギ値が８００ｍＪの場合で、変動幅３０ｍＪ、変動サイクル１〜３秒程度の小さなエネルギのうねりが発生することがしばしばあった。このようなレーザのエネルギの変動があると、基板照射結果に縞目模様が観察され、これが液晶パネルの品質を大きく左右するという問題点を有していた。
【０００６】
なお、レーザ発振用高電圧の制御を、もっと積極的に行なうことも考えられるが、レーザ光の拡がり角や強度分布等の特性が変化してしまう恐れがあるため、限界があった。
【０００７】
又、特許文献１には、前回の照射結果に応じて、バリアブルアッテネータの透過率を変化させて、次回照射時の基板表面への到達エネルギを制御することが記載されているが、１回の照射中におけるレーザエネルギのうねりを解消することはできなかった。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、１回の照射中におけるレーザ光のエネルギのうねりの発生を防止することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、照射対象に照射中のレーザ光のエネルギを検出して、リアルタイムでフィードバック補正することにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
又、前記レーザ光のエネルギを、ホモジナイザ間ターンミラーの漏れ光により検出するようにしたものである。
【００１１】
本発明は、又、前記の方法でエネルギ変動が補正された線状ビームを用いて、照射対象をアニールすることを特徴とするアニール方法を提供するものである。
【００１２】
又、レーザ光のエネルギ変動補正装置において、照射対象に照射中のレーザ光のエネルギを検出するためのエネルギモニタと、該エネルギモニタの出力に応じて、レーザ光のエネルギをリアルタイムでフィードバック補正する手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００１３】
又、前記フィードバック補正手段を、ガルバノモータにより高速で駆動されるフィルタを備えたバリアブルアッテネータとして、レーザ光のエネルギをリアルタイムで変えられるようにしたものである。
【００１４】
本発明は、又、ガルバノモータにより高速で駆動される、少なくとも一対のフィルタを備えたことを特徴とするバリアブルアッテネータを提供するものである。
【００１５】
又、前記フィルタを、ガルバノモータによりノーバックラッシュギアを介して駆動するようにしたものである。
【００１６】
あるいは、前記フィルタを、ガルバノモータにより直接駆動するようにして、一層高速化したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態は、図２に示す如く、例えばレーザ発振出力が１秒おきにフィードバック制御されている高出力エキシマレーザでなるレーザ発振器１０と、該レーザ発振器１０から発振された、断面が点状のレーザビーム１２の光路を変えるための、必要個所に配設されたターンミラー１４、１６と、該ターンミラー１４、１６によって導かれたレーザビームを、断面が線状で一様な強度分布のラインビーム２８とするための、シリンドリカルレンズ部２２、ホモジナイザ間ターンミラー２４及びフォーカスレンズ部２６で構成されるホモジナイザ２０とを備えたエキシマレーザアニーリング装置において、前記ホモジナイザ間ターンミラー２４の漏れ光を検出する、例えばジュールメータで構成されるエネルギモニタ３０と、該エネルギモニタ３０の出力に応じてコントローラ３２により高速でフィードバック制御されるバリアブルアッテネータ４０とを備えたものである。
【００１９】
図において、８は、Ｘ方向に走査されつつ、Ｙ方向に長いラインビーム２８が照射されて全面がアニールされる液晶用ガラス基板（単に基板とも称する）である。
【００２０】
前記バリアブルアッテネータ４０は、図３（Ａ）（正面図）、（Ｂ）（平面図）に例示する如く、該バリアブルアッテネータ４０を通過するビーム１２の透過率を制御するための、回転角度が制御可能とされた一対のフィルタ４２、４４と、該フィルタ４２、４４を同期して互いに反対方向に同じ角度だけ回転するためのノーバックラッシュギア４３、４５及び平ギヤ４６と、該平ギア４６を高速で駆動するための、ガルバノミラーの駆動に用いられる高速応答のモータ（ガルバノモータと称する）４８とを含んで構成されている。
【００２１】
このバリアブルアッテネータ４０は、フィルタ４２、４４の回転角度によりレーザ光の透過率が変化し、例えば回転角度θが０〜４５°の範囲で、透過率が９５〜４０％程度となる。
【００２２】
以下、図４を参照して作用を説明する。
【００２３】
まずステップ１００で、前記エネルギモニタ３０により、ホモジナイザ間ターンミラー２４からの漏れ光のエネルギをリアルタイムでオンライン測定する。測定例を図１（Ａ）に示す。この測定例では、変動サイクルが１〜３秒程度、変動幅が３０ｍＪ程度である。
【００２４】
次いでステップ１１０で、数十ショット毎に平均化処理をすることによって、図１（Ｂ）に示すような波形が得られる。なお、３００ショット毎に平均化処理するハード基板があるので、この平均化処理は容易に行なうことができる。
【００２５】
次いでステップ１２０に進み、目標エネルギ値（例えば８００ｍＪ）との差演算を行ない、ステップ１３０でエネルギ補正量を演算し、その量から、ステップ１４０でバリアブルアッテネータ４０のフィルタ４２、４４の補正角度を演算して、角度θの補正を行なう。
【００２６】
図１（Ａ）に示したように、うねりのサイクルが１〜３秒程度の場合、０．１秒程度以下のサイクルで補正を行なうことによって、図１（Ｃ）及びレーザエネルギの変動を正弦波で近似した図５に示す如く、変動幅を１／２〜１／５に抑えることが可能となる。また、さらに補正サイクル時間を短かくすることにより、より一層変動幅を小さくすることができる。
【００２７】
このようにして、基板面に到達するレーザのエネルギの補正を０．１秒程度以下のサイクルで行なうことで、エネルギのうねり成分を数分の１程度まで小さくすることができ、基板照射結果の網目模様の発生を抑えることができる。
【００２８】
本実施形態においては、高速応答のバリアブルアッテネータ４０として、図３に示した如く、ノーバックラッシュギア４３、４５と平歯車４６を組合わせたものが用いられていたが、バリアブルアッテネータ４０の構成は、これに限定されず、図６に示す第２例のように、各フィルタ４２、４４のそれぞれにガルバノモータ５２、５４を設け、このガルバノモータ５２、５４をコントローラ３２で逆方向に同期回転させることも可能である。図６の例によれば、ギアが存在しないため、より高速応答が可能である。
【００２９】
本実施形態においては、又、ホモジナイザ間ターンミラー２４の漏れ光をモニタしているので、別体のビームスプリッタ等を設けることなく基板８に照射されるレーザ光をモニタすることができる。なお、基板８に照射されるレーザ光のエネルギをモニタする方法はこれに限定されず、例えばホモジナイザ２０の入側のターンミラー１６の漏れ光を検出したり、あるいは専用のビームスプリッタを別に設けて、エネルギをモニタすることも可能である。
【００３０】
前記実施形態においては、本発明が、ラインビームを用いた低温ポリ液晶基板用のエキシマレーザアニーリング装置に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、レーザのエネルギ変動が問題となる、ラインビーム以外を用いた一般のレーザ加工装置に同様に適用することができる。レーザ発振器の種類も高出力エキシマレーザに限定されない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、１回の照射中におけるレーザ光のエネルギの変動をリアルタイムで迅速に補正することが可能となる。従って、例えばエキシマレーザアニーリング装置のレーザのエネルギの変動を低減して、基板照射結果に縞目模様が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるレーザエネルギの変動状態の変化を示すタイムチャート
【図２】本発明の実施形態の光学系を示す構成図
【図３】前記実施形態で用いられるバリアブルアッテネータの第１例の構成を示す正面図及び平面図
【図４】前記実施形態の処理手順を示す流れ図
【図５】図１（Ｃ）におけるレーザエネルギの変動状態の変化を正弦波で近似した図
【図６】本発明で使用可能なバリアブルアッテネータの第２例の構成を示す平面図
【符号の説明】
８…液晶用ガラス基板（照射対象）
１０…レーザ発振器
１２…レーザビーム
１４、１６…ターンミラー
２０…ホモジナイザ
２２…シリンドリカルレンズ部
２４…ホモジナイザ間ターンミラー
２６…フォーカスレンズ部
２８…ラインビーム
３０…エネルギモニタ
３２…コントローラ
４０…バリアブルアッテネータ
４２、４４…フィルタ
４３、４５…ノーバックラッシュギア
４８、５２、５４…ガルバノモータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser beam energy fluctuation correction method and apparatus, and more particularly to a laser beam energy fluctuation suitable for use in an excimer laser annealing apparatus for a low-temperature poly-liquid crystal substrate, and to an annealed substrate. The present invention relates to a laser beam energy fluctuation correction method and apparatus capable of preventing the occurrence of a stripe pattern.
[0002]
[Prior art]
In one of the laser processing apparatuses, for example, a glass substrate on which an amorphous silicon film is formed is accommodated in a process chamber, and an annealing light such as an excimer laser is irradiated on the glass substrate from the outside of the process chamber. There is a laser annealing device for polycrystallizing the material.
[0003]
In this type of laser annealing apparatus, as described in Patent Document 1, a variable attenuator is provided in the optical path, and the transmittance of the variable attenuator is adjusted so that the energy of the laser beam on the irradiated surface becomes a desired value. adjust. In addition, energy is measured in the laser oscillator, and the high voltage for laser oscillation is controlled from the measured value to make the energy constant.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-351876
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method, as shown in FIG. 1A, for example, when the target energy value is 800 mJ, a small energy undulation with a fluctuation range of 30 mJ and a fluctuation cycle of about 1 to 3 seconds often occurs. . When the laser energy fluctuates, a stripe pattern is observed in the substrate irradiation result, which has a problem that the quality of the liquid crystal panel is greatly affected.
[0006]
It is conceivable to control the high voltage for laser oscillation more positively, but there is a limit because characteristics such as the divergence angle and intensity distribution of the laser beam may change.
[0007]
Further, Patent Document 1 describes that the energy that reaches the substrate surface at the next irradiation is controlled by changing the transmittance of the variable attenuator according to the previous irradiation result. It was not possible to eliminate the undulation of laser energy during irradiation.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to prevent the occurrence of undulation of energy of laser light during one irradiation.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
This invention solves the said subject by detecting the energy of the laser beam currently irradiated to irradiation object, and carrying out feedback correction | amendment in real time.
[0010]
Further, the energy of the laser beam is detected by the leaked light of the turn mirror between homogenizers.
[0011]
The present invention also provides an annealing method characterized in that an irradiation target is annealed using a linear beam whose energy fluctuation is corrected by the above method.
[0012]
Further, in the laser beam energy fluctuation correcting device, an energy monitor for detecting the energy of the laser beam being irradiated on the irradiation target, and means for feedback correcting the energy of the laser beam in real time according to the output of the energy monitor By solving, the above-mentioned problem is solved.
[0013]
The feedback correction means is a variable attenuator having a filter driven at high speed by a galvano motor so that the energy of the laser beam can be changed in real time.
[0014]
The present invention also provides a variable attenuator comprising at least a pair of filters driven at high speed by a galvano motor.
[0015]
The filter is driven by a galvano motor through a no-backlash gear.
[0016]
Alternatively, the filter is directly driven by a galvano motor to further increase the speed.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, for example, a laser oscillator 10 made of a high-power excimer laser whose laser oscillation output is feedback-controlled every second, and a cross section oscillated from the laser oscillator 10 has a dotted shape. The turn mirrors 14 and 16 disposed at necessary positions for changing the optical path of the laser beam 12, and the laser beam guided by the turn mirrors 14 and 16 are lines having a uniform cross section and a uniform intensity distribution. In an excimer laser annealing apparatus including a cylindrical lens unit 22, a homogenizer turn mirror 24, and a homogenizer 20 composed of a focus lens unit 26 for forming a beam 28, the leakage light of the interhomogenizer turn mirror 24 is detected. An energy monitor 30 comprising, for example, a joule meter, and the energy monitor By the controller 32 in response to the output of 0 is obtained and a variable attenuator 40 is feedback-controlled at a high speed.
[0019]
In the figure, reference numeral 8 denotes a glass substrate for liquid crystal (also simply referred to as a substrate) that is scanned in the X direction and is irradiated with a long line beam 28 in the Y direction to anneal the entire surface.
[0020]
The variable attenuator 40 has a rotation angle for controlling the transmittance of the beam 12 passing through the variable attenuator 40, as illustrated in FIGS. 3A (front view) and (B) (plan view). A pair of enabled filters 42, 44, no backlash gears 43, 45 and a spur gear 46 for synchronizing the filters 42, 44 to rotate in the opposite directions by the same angle; A high-speed response motor (referred to as a galvano motor) 48 used for driving a galvanometer mirror for driving at high speed is included.
[0021]
In the variable attenuator 40, the transmittance of the laser light changes depending on the rotation angle of the filters 42 and 44. For example, when the rotation angle θ is in the range of 0 to 45 °, the transmittance is about 95 to 40%.
[0022]
Hereinafter, the operation will be described with reference to FIG.
[0023]
First, in step 100, the energy monitor 30 measures on-line the energy of the leaked light from the homogenizer turn mirror 24 in real time. A measurement example is shown in FIG. In this measurement example, the fluctuation cycle is about 1 to 3 seconds, and the fluctuation width is about 30 mJ.
[0024]
Next, at step 110, an averaging process is performed every several tens of shots to obtain a waveform as shown in FIG. In addition, since there is a hard substrate that performs an averaging process every 300 shots, this averaging process can be easily performed.
[0025]
Next, the routine proceeds to step 120, where the difference calculation with the target energy value (for example, 800 mJ) is performed, the energy correction amount is calculated at step 130, and the correction angles of the filters 42 and 44 of the variable attenuator 40 are calculated from the amount at step 140. Then, the angle θ is corrected.
[0026]
As shown in FIG. 1A, when the undulation cycle is about 1 to 3 seconds, the fluctuation of the laser energy in FIG. As shown in FIG. 5 approximated by a wave, the fluctuation range can be suppressed to 1/2 to 1/5. Further, the fluctuation range can be further reduced by further shortening the correction cycle time.
[0027]
In this way, by correcting the energy of the laser that reaches the substrate surface in a cycle of about 0.1 second or less, the swell component of the energy can be reduced to about a fraction of the substrate irradiation result. Generation of a mesh pattern can be suppressed.
[0028]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a combination of the no-backlash gears 43 and 45 and the spur gear 46 is used as the high-speed response variable attenuator 40. However, the configuration of the variable attenuator 40 is as follows. Without being limited thereto, as in the second example shown in FIG. 6, the galvano motors 52 and 54 are provided in the respective filters 42 and 44, and the galvano motors 52 and 54 are synchronously rotated in the reverse direction by the controller 32. It is also possible. According to the example of FIG. 6, since there is no gear, faster response is possible.
[0029]
In the present embodiment, since the leakage light of the inter-homogenizer turn mirror 24 is monitored, the laser light applied to the substrate 8 can be monitored without providing a separate beam splitter or the like. Note that the method of monitoring the energy of the laser light applied to the substrate 8 is not limited to this. For example, leakage light from the turn mirror 16 on the entrance side of the homogenizer 20 is detected, or a dedicated beam splitter is provided separately. It is also possible to monitor energy.
[0030]
In the above embodiment, the present invention has been applied to an excimer laser annealing apparatus for a low-temperature poly liquid crystal substrate using a line beam. However, the application target of the present invention is not limited to this, and the energy fluctuation of the laser is a problem. It can apply similarly to the general laser processing apparatus using other than a line beam. The type of laser oscillator is not limited to a high-power excimer laser.
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to quickly correct a fluctuation in energy of laser light during one irradiation in real time. Therefore, for example, the fluctuation of the laser energy of the excimer laser annealing apparatus can be reduced, and the generation of the stripe pattern in the substrate irradiation result can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a time chart showing a change in a variation state of laser energy in an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an optical system of an embodiment of the present invention. Front view and plan view showing the configuration of the first example. FIG. 4 is a flowchart showing the processing procedure of the embodiment. FIG. 5 is a diagram approximating the change in the fluctuation state of the laser energy in FIG. FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a second example of a variable attenuator usable in the present invention.
8 ... Glass substrate for liquid crystal (irradiation target)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser oscillator 12 ... Laser beam 14, 16 ... Turn mirror 20 ... Homogenizer 22 ... Cylindrical lens part 24 ... Homogenizer turn mirror 26 ... Focus lens part 28 ... Line beam 30 ... Energy monitor 32 ... Controller 40 ... Variable attenuator 42, 44 ... Filters 43, 45 ... No backlash gears 48, 52, 54 ... Galvano motor

Claims

照射対象に照射中のレーザ光のエネルギを検出して、リアルタイムでフィードバック補正することを特徴とするレーザ光のエネルギ変動補正方法。An energy fluctuation correction method for laser light, wherein the energy of laser light being irradiated on an irradiation target is detected and feedback correction is performed in real time.

前記レーザ光のエネルギを、ホモジナイザ間ターンミラーの漏れ光により検出することを特徴とする請求項１に記載のレーザ光のエネルギ変動補正方法。2. The laser beam energy fluctuation correction method according to claim 1, wherein the energy of the laser beam is detected by leakage light of a turn mirror between homogenizers.

請求項１又は２に記載の方法でエネルギ変動が補正された線状ビームを用いて、照射対象をアニールすることを特徴とするアニール方法。An annealing method, comprising: annealing an irradiation target using a linear beam whose energy fluctuation has been corrected by the method according to claim 1.

照射対象に照射中のレーザ光のエネルギを検出するためのエネルギモニタと、
該エネルギモニタの出力に応じて、レーザ光のエネルギをリアルタイムでフィードバック補正する手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ光のエネルギ変動補正装置。An energy monitor for detecting the energy of the laser beam being irradiated to the irradiation object;
Means for feedback correcting the energy of the laser beam in real time according to the output of the energy monitor;
An apparatus for correcting an energy fluctuation of a laser beam, comprising:

前記フィードバック補正手段が、ガルバノモータにより高速で駆動されるフィルタを備えたバリアブルアッテネータであることを特徴とする請求項４に記載のレーザ光のエネルギ変動補正装置。5. The laser beam energy fluctuation correction apparatus according to claim 4, wherein the feedback correction means is a variable attenuator including a filter driven at a high speed by a galvano motor.

ガルバノモータにより高速で駆動される、少なくとも一対のフィルタを備えたことを特徴とするバリアブルアッテネータ。A variable attenuator comprising at least a pair of filters driven at high speed by a galvano motor.

前記フィルタが、ガルバノモータによりノーバックラッシュギアを介して駆動されることを特徴とする請求項６に記載のバリアブルアッテネータ。The variable attenuator according to claim 6, wherein the filter is driven by a galvano motor through a no-backlash gear.

前記フィルタが、ガルバノモータにより直接駆動されることを特徴とする請求項６に記載のバリアブルアッテネータ。The variable attenuator according to claim 6, wherein the filter is directly driven by a galvano motor.