JP2854149B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリックス
型ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）液晶ディスプレイの性能
を向上させるために各液晶がその隅に位置するＴＦＴ用
シリコン薄膜をレ−ザアニ−ルする場合や、プリント基
板におけるマトリックス状スル−ホ−ルの加工等に用い
られるレ−ザ加工装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for improving the performance of an active matrix type TFT (thin film transistor) liquid crystal display, in which each liquid crystal is laser-annealed to a TFT silicon thin film located at a corner thereof, or to a printed circuit board. And a laser processing apparatus used for processing a matrix-shaped through hole in the above.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図８は従来のレ−ザ加工に用いられる光
学系を示したものであり、101はレ− ザビ−ム、102は
前記ビ−ム101が別れて通過する多数の孔が形成された
マスク、103は前記マスク102の各孔を通過した分割ビ−
ムを集光し被加工物104表面の所 望のマトリックス状の
スポット位置に結像させるレンズである。このような結
合光学系を用いるとレ−ザのエネルギの大半は開孔部の
少ないマスク102によって 失われる。さらに通常被加工
物表面のレ−ザ照射を受ける点のエネルギ密度は均一性
を要求されるため、レ−ザビ−ムの強度を均一化するた
めの特殊な光学系を必要とし、この光学系によってもエ
ネルギの損失が生じていた。2. Description of the Related Art FIG. 8 shows an optical system used for a conventional laser processing, wherein 101 is a laser beam, and 102 is a large number of holes through which the beam 101 passes separately. The formed mask 103 is a divided beam passing through each hole of the mask 102.
This is a lens that collects light and forms an image at a desired matrix spot position on the surface of the workpiece 104. With such a coupling optic, most of the laser energy is lost by the mask 102, which has fewer apertures. Furthermore, since the energy density at the point where the surface of the workpiece is irradiated with the laser is required to be uniform, a special optical system for making the intensity of the laser beam uniform is required. Energy loss.
【０００３】また例えば１画素が４００μｍ×３００μ
ｍの液晶パネルに１００μｍ×１００μｍのＴＦＴを形
成した場合に、レ−ザビ−ムの出力が１パルス当り３０
ｍＪ／ｃｍ2であるから１パルスで０.１ｃｍ2の面積を
アニ−ルすることが可能とな り、１００μｍ×１００
μｍのＴＦＴなら１パルスで１０００個アニ−ルするこ
とが可能であるが、従来のようにマスクを用いる方法で
は大半のレ−ザエネルギがマスクで吸収されてしまい１
パルスのエネルギの約１２分の１１はロスとなって８３
個程度のＴＦＴを同時に照射できるに過ぎなかった。For example, one pixel has a size of 400 μm × 300 μm.
When a 100 μm × 100 μm TFT is formed on a liquid crystal panel of m length, the output of the laser beam is 30 per pulse.
mJ / cm 2 a is from Ani an area of 0.1 cm 2 per pulse - Ri Do can be Le, 100 [mu] m × 100
In the case of a TFT of μm, it is possible to perform annealing 1000 times per pulse. However, in a conventional method using a mask, most of the laser energy is absorbed by the mask.
About 11/12 of the energy of the pulse is lost as 83
Only about TFTs could be irradiated at the same time.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明はレ−ザによる
被加工部がマトリックス状のスポットであるレ−ザ加工
において、上記従来技術の問題点に鑑みレ−ザビ−ムの
エネルギを有効に利用し、且つ各スポットにおけるレ−
ザの照射エネルギを均一化する光学系を提供することを
目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, in laser processing in which a portion to be processed by the laser is a matrix spot, the energy of the laser beam is effectively used in view of the above-mentioned problems of the prior art. Use and play at each spot
It is an object of the present invention to provide an optical system for making the irradiation energy of the laser uniform.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、光源としての
エキシマレーザと、該エキシマレーザから照射されるビ
ームを複数のビームに分割し該分割ビームを被加工物表
面の複数個の加工位置へ集光させる多面体形状のレンズ
を複数個、互いに共通の位置に焦点を結ぶようにアレイ
状に並べて配置した多面体レンズアレイとよりなるレー
ザ加工装置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a light source as a light source.
An excimer laser and a polyhedral lens that splits a beam emitted from the excimer laser into a plurality of beams and condenses the split beams to a plurality of processing positions on the surface of the workpiece
Arrays to focus on common locations
This is a laser processing apparatus comprising a polyhedral lens array arranged in a shape .
【０００６】[0006]
【０００７】[0007]
【作用】上記構成の光学系を用いれば、一つのレーザビ
ームを複数の光束に分散させて被加工物表面の複数の照
射スポットに照射させることが可能となり、同時に各ス
ポットにおけるエネルギ密度の均一化も行うことができ
る。 With the above-described optical system, one laser beam is used.
Beam into multiple luminous fluxes to create multiple illuminations on the workpiece surface.
It can be morphism irradiated spot and Do Ri, simultaneously conceal
The energy density in the pot can be made uniform.
You.
【０００８】[0008]
【実施例】以下本発明のレ−ザ加工装置を図面の一実施
例について詳細に説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a laser processing apparatus according to the present invention.
【０００９】図１は本装置に採用される光学系の一つの
型を示す概念図であり、１は成形前のレ−ザビ−ム、２
は該ビ−ム１を分散成形する凹型の多面体レンズアレ
イ、３は前記アレイ２を構成する各レンズ21〜25を通過
した多数の光束、４は該光束３が照射される被加工物
（この例では液晶ディスプレイ）の照射面である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing one type of an optical system used in the present apparatus, wherein 1 is a laser beam before molding, 2
Is a concave polyhedral lens array for dispersing and forming the beam 1, 3 is a large number of light beams which have passed through the lenses 21 to 25 constituting the array 2, and 4 is a workpiece to which the light beam 3 is irradiated. In the example, the irradiation surface of a liquid crystal display).
【００１０】図２は前記図１の光学系を用いたレ−ザ加
工装置のシステム構成図を示す。同図において、５は光
源となるアルゴンフッ素（ＡｒＦ）のエキシマレ−ザ、
６は該レ−ザ５から照射されるビ−ム１のＸ軸光軸を調
整する全反射ミラ−、７は同じくＹ軸光軸を調整する全
反射ミラ−、８はこれらＸ軸及びＹ軸ミラ−６，７から
の位置信号によって該ミラ−６，７の向きを調節するＸ
Ｙモ−タコントロ−ルシステムである。前記コントロ−
ルシステム８は図示しない各ミラ−６，７のドライバに
制御信号を供給し、該ミラ−６，７の位置を調節する。
９は被加工物であり、石英窓10を有する真空容器11の底
部に設けられたヒ−タ12上に載置されている。前記真空
容器11にはバルブ13を介してガスコントロ−ルシステム
14が接続され、該真空容器11はこのコントロ−ルシステ
ム14によって容器３内のガス濃度を調節されている。斯
かる容器11内に充填されるガスは例えばＡｒ，Ｎ2，
Ｈ2，その他である。また前記真空容器11は高真空ポン
プシステム14に接続されており、該ポンプシステム15に
よって１０-6ｔｏｒｒ程度の高真空状態に保たれてい
る。さらに前記ヒ−タ12はアニ−ルプロセスにおいて残
留応力緩和、結晶粒径拡大、ＴＦＴの移動度向上等に貢
献する。FIG. 2 is a system configuration diagram of a laser processing apparatus using the optical system of FIG. In the figure, 5 is an excimer laser of argon fluorine (ArF) as a light source,
6 is a total reflection mirror for adjusting the X-axis optical axis of the beam 1 irradiated from the laser 5, 7 is a total reflection mirror for adjusting the Y-axis optical axis, and 8 is the X-axis and Y-axis. X for adjusting the direction of the mirrors 6, 7 by the position signal from the axis mirrors 6, 7
This is a Y motor control system. The control
The control system 8 supplies a control signal to a driver of each of the mirrors 6 and 7 (not shown) to adjust the positions of the mirrors 6 and 7.
Reference numeral 9 denotes a workpiece, which is mounted on a heater 12 provided at the bottom of a vacuum vessel 11 having a quartz window 10. A gas control system is connected to the vacuum vessel 11 through a valve 13.
A vacuum system 11 is connected to the vacuum system 11, and the gas concentration in the chamber 3 is adjusted by the control system 14. The gas filled in the container 11 is, for example, Ar, N 2 ,
H 2 and others. The vacuum vessel 11 is connected to a high vacuum pump system 14, and the pump system 15 maintains a high vacuum of about 10 -6 torr. Further, the heater 12 contributes to relaxation of residual stress, enlargement of crystal grain size, improvement of TFT mobility, etc. in the annealing process.
【００１１】上記の構成を有するレ−ザ加工装置におい
てエキシマレ−ザ５から出射され、ミラ−６，７を経た
ビ−ム１はまずレンズアレイ２に入射する。レンズアレ
イ２を構成する各レンズ21〜25は図３に示すようにその
下面を多数（図では２５）の平面からなる多面体で構成
しており、該レンズ21〜25の一つの上部から入射したビ
−ム１は各平面において設計された角度に屈折するた
め、通過した光束は多数の小さなスポットがマトリック
ス状に並んだ照射面を形成する。In the laser processing apparatus having the above configuration, the beam 1 emitted from the excimer laser 5 and having passed through the mirrors 6 and 7 first enters the lens array 2. As shown in FIG. 3, each of the lenses 21 to 25 constituting the lens array 2 has a lower surface formed of a polyhedron composed of a large number (25 in the figure) of planes, and is incident from one upper portion of the lenses 21 to 25. Since the beam 1 is refracted at a designed angle in each plane, the transmitted light beam forms an irradiation surface in which many small spots are arranged in a matrix.
【００１２】さらに隣接する各レンズも21〜25も同様の
照射面を形成するため、前記マトリックス状のスポット
はオ−バ−ラップして互いに重なり合う。この結果適当
な数の多数のレンズを平面アレイ状に並べることによ
り、外周部の数スポットを除いて複数の離れた位置（こ
の例では２５ケ所）からの光束３が合成されることによ
って均一化されたスポットがマトリックス状に並ぶよう
になる。図１の例では照射面４上の各スポットのうち、
中央部の５つのスポットがアニ−ルに使われ、外側の４
つのスポットは使用しない。Further, since the adjacent lenses and 21 to 25 also form the same irradiation surface, the matrix spots overlap and overlap each other. As a result, by arranging an appropriate number of lenses in a planar array, light beams 3 from a plurality of distant positions (in this example, 25 places) are synthesized except for a few spots on the outer peripheral portion, thereby achieving uniformity. The spots are arranged in a matrix. In the example of FIG. 1, among the spots on the irradiation surface 4,
Five spots in the center are used for annealing, and four spots on the outside
Do not use two spots.
【００１３】このようにレンズアレイ２に入射したレ−
ザビ−ム１のエネルギはほとんどロスすることなく照射
面４のマトリックス状のスポットに照射され、これと同
時に各スポットにおけるエネルギ密度の均一化も行うこ
とができる。The laser beam incident on the lens array 2 as described above
The energy of the beam 1 is applied to the matrix spots on the irradiation surface 4 with little loss, and at the same time, the energy density at each spot can be made uniform.
【００１４】尚、前記レンズアレイ２は図４に示される
ような凸型のレンズ16をアレイ状に並べても同様な効果
が得られる。The same effect can be obtained by arranging convex lenses 16 in an array in the lens array 2 as shown in FIG.
【００１５】また、前記レンズアレイ２の大きさに比べ
て照射されるスポットの間隔が狭いときには図５に示す
ようにレンズアレイ２と照射面４との間に結像レンズ17
を介挿することによって照射面４における光束像を縮小
投影する方法を用いればよい。When the distance between the irradiated spots is smaller than the size of the lens array 2, the imaging lens 17 is located between the lens array 2 and the irradiation surface 4 as shown in FIG.
A method of reducing and projecting the luminous flux image on the irradiation surface 4 by inserting the light beam may be used.
【００１６】さらに図１の光学系では図６に示すような
矩形の離間した照射スポットが得られるが、図７に示し
たような円形の照射スポットが必要な場合には、照射面
４にアレイ状に並んだ円形のアパ−チャ−（図示せず）
を挿入してこのアパ−チャ−に向けて光束３を照射すれ
ば最小限のロスで実現可能である。Further, in the optical system shown in FIG. 1, a rectangular irradiation spot as shown in FIG. 6 can be obtained. However, when a circular irradiation spot as shown in FIG. Circular apertures (not shown)
Can be realized with a minimum loss by irradiating the light beam 3 toward this aperture with the light beam inserted.
【００１７】上記図１〜図３の実施例において、目的と
する液晶ディスプレイの１画素のサイズを３００μｍ×
４００μｍとし、この画素の中でレ−ザ照射によるアニ
−ルの必要な領域を１００μｍ×１００μｍとする。前
記エキシマレ−ザ５の１パルス当りの照射面４への総到
達エネルギを３０ｍＪ、ＴＦＴ作製用のアニ−ルに必要
な照射エネルギ密度を３００ｍＪ／ｃｍ2とすると、ア
ニ−ル領域に必要な照 射面積は１画素当り１×１０-4
ｃｍなので、斯かる実施例の場合には１０００画素を同
時にアニ−ルすることが可能となるIn the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the size of one pixel of the target liquid crystal display is set to 300 μm ×
The area required for annealing by laser irradiation in this pixel is set to 100 μm × 100 μm. Assuming that the total energy reaching the irradiation surface 4 per pulse of the excimer laser 5 is 30 mJ and the irradiation energy density required for the TFT fabrication annealing is 300 mJ / cm 2 , the illumination required for the annealing region is required. The projected area is 1 × 10 -4 per pixel
cm, it is possible to simultaneously animate 1000 pixels in this embodiment.
【００１８】[0018]
【発明の効果】本発明は、光源としてのエキシマレーザ
と、該エキシマレーザから照射されるビームを複数のビ
ームに分割し該分割ビームを被加工物表面の複数個の加
工位置へ集光させる多面体形状のレンズを複数個、互い
に共通の位置に焦点を結ぶようにアレイ状に並べて配置
した多面体レンズアレイとよりなるレーザ加工装置であ
るから、同時に多数の照射スポットにレーザビームをエ
ネルギロスを少なく維持して照射することが可能とな
り、しかも各スポットにおけるエネルギ密度の均一化も
行うことができ、特に大面積の液晶ディスプレイのアニ
ールに最適なものとなる。The present invention provides an excimer laser as a light source, a polyhedron for splitting a beam emitted from the excimer laser into a plurality of beams, and condensing the split beams at a plurality of processing positions on the surface of the workpiece. Multiple lenses with different shapes
Arranged in an array to focus on a common location
Because it is more consisting laser processing apparatus polyhedral lens arrays, it is possible to irradiate while maintaining less energy loss of the laser beam into a number of radiation spots at the same time, yet also uniformity of energy density in each spot
This is particularly suitable for annealing large-area liquid crystal displays.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明レ−ザ加工装置の光学系を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing an optical system of a laser processing apparatus according to the present invention.
【図２】レ−ザ加工装置のシステム構成図である。FIG. 2 is a system configuration diagram of a laser processing apparatus.
【図３】多面体形状レンズの一例を示す側面図と下面図
である。FIG. 3 is a side view and a bottom view showing an example of a polyhedral lens.
【図４】多面体形状レンズの他の実施例を示す図であ
る。FIG. 4 is a view showing another embodiment of a polyhedral lens.
【図５】多面体形状レンズアレイと結像レンズとを組み
合わせた例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example in which a polyhedral lens array and an imaging lens are combined.
【図６】マトリックス状に並んだ矩形状照射スポットを
示す図である。FIG. 6 is a diagram showing rectangular irradiation spots arranged in a matrix.
【図７】マトリックス状に並んだ円形状照射スポットを
示す図である。FIG. 7 is a diagram showing circular irradiation spots arranged in a matrix.
【図８】従来のレ−ザ加工装置の光学系を示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing an optical system of a conventional laser processing apparatus.
１ レ−ザビ−ム ２，16 多面体形状レンズアレイ ３ 光束 ４ 照射面 21〜25 多面体形状レンズ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser beam 2, 16 Polyhedral lens array 3 Light beam 4 Irradiation surface 21-25 Polyhedral lens
Claims (1)
シマレーザから照射されるビームを複数のビームに分割
し該分割ビームを被加工物表面の複数個の加工位置へ集
光させる多面体形状のレンズを複数個、互いに共通の位
置に焦点を結ぶようにアレイ状に並べて配置した多面体
レンズアレイとよりなるレーザ加工装置。And excimer laser as claimed in claim 1 light source, the equi
A plurality of lens polyhedral for focusing the plurality of processing positions of the beams irradiated into a plurality of beams the split beams workpiece surface from Shima laser, together common position
Polyhedrons arranged in an array so as to focus on the position
Laser processing device consisting of a lens array .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3026372A JP2854149B2 (en) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Laser processing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP3026372A JP2854149B2 (en) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Laser processing equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH04266492A JPH04266492A (en) | 1992-09-22 |
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Family
ID=12191684
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| JP3026372A Expired - Fee Related JP2854149B2 (en) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Laser processing equipment |
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| JP2006142335A (en) * | 2004-11-19 | 2006-06-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Laser beam machining device |
-
1991
- 1991-02-20 JP JP3026372A patent/JP2854149B2/en not_active Expired - Fee Related
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