JP5078460B2

JP5078460B2 - レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法

Info

Publication number: JP5078460B2
Application number: JP2007170112A
Authority: JP
Inventors: 輝尚川▲崎▼
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: JP2009010161A

Description

本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法に関する。

液晶パネルの一製造工程において、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜にレーザビームを照射し、アモルファスシリコン膜の結晶化（レーザアニール）が行われる。

このレーザアニールにおいては、ガラス基板全面を吸着盤に吸着し、高さ検出器でガラス基板の高さを検出して、アモルファスシリコン膜がレーザビームの焦点深度内に位置するように、ガラス基板を吸着盤とともに昇降させる。

しかしこの方法によれば、吸着盤に高い平面度が要求される。また、ガラス基板と吸着盤の双方を移動して高さを調節するため、移動部の重量が大きくなり制御性が悪い。更に、ガラス基板自体がもつうねりや厚さのばらつきに対処するのが困難であった。

吸着盤を用いず、「基板設置部であるワーク受けにエアが吹き出す機構を設けることで、基板とワーク受けにギャップを形成し、さらにそのギャップが一定の距離を保つようにセンサーでエア流量を制御する機構を備えたレーザ加工装置」の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１記載のレーザ加工装置は、基板を載置するワーク受けを備えたステージを含んで構成される。ワーク受けは、基板とのギャップを形成するためのエア吹き出し口、及び、各エア吹き出し口に対応して設けられ、基板とワーク受けとの間隔を測定するギャップセンサを含む。

エア吹き出し口にエアが供給されることで、基板とワーク受けとの間にギャップが形成される。形成されたギャップはギャップセンサで測定され、測定結果を基に、レーザ加工焦点位置が所定の位置で一定になるように、エア吹き出し口から流出するエア流量が調整され、ギャップが調節される。エア流量の調整、ギャップの調節は、流量調整機構を備え、それぞれのエア吹き出し口にエアを供給するエアバルブを独立に制御して行われる。

特許文献１記載のレーザ加工装置においては、たとえば基板全面に対応する位置に、基板とワーク受けとの間のギャップを調節する機構であるエア吹き出し口が配置される。

特開２００１−２５２７８４号公報

本発明の目的は、高品質の加工を実現することのできるレーザ加工装置を提供することである。

また、小型化可能なレーザ加工装置を提供することである。

更に、高品質の加工を実現することのできるレーザ加工方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、
被加工面が画定された加工対象物を、該被加工面に沿う方向に移動可能に保持する保持機構と、
前記保持機構に保持された加工対象物の被加工面の一部の領域にレーザビームを入射させるレーザ光学系と、
前記保持機構に保持された加工対象物を、被加工面に沿う方向に移動させる移動機構と、
前記保持機構に保持された加工対象物の、前記レーザ光学系からのレーザビームが入射する領域を支持し、支持されている領域を、被加工面に対して高さ方向に変位させる高さ調整機構と
を有し、前記高さ調整機構は、エアベアリングと、前記エアベアリングを前記保持機構に対して高さ方向に変位させる昇降機構とを含むとともに、該高さ調整機構に対し、被加工面に沿う方向に関して前記加工対象物が相対的に移動可能に該加工対象物の一部を支持するレーザ加工装置が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、
被加工面が画定された可撓制を有する加工対象物を、該被加工面に沿う方向に移動可能に保持する保持機構と、前記保持機構に保持された加工対象物の一部を支持するエアベアリングとの上に、前記加工対象物を保持する工程と、
（ａ）前記エアベアリングを前記保持機構に対して高さ方向に変位させて、前記加工対象物を撓ませることによって、レーザビームの経路内の部分を、該被加工面に関して高さ方向に変位させる工程と、
（ｂ）前記レーザビームの経路内の部分を変位させた後、変位した部分にレーザビームを入射させる工程と
を有するレーザ加工方法が提供される。

本発明によれば、高品質の加工を実現するレーザ加工装置を提供することができる。

また、小型化されたレーザ加工装置を提供することができる。

更に、高品質の加工を実現するレーザ加工方法を提供することができる。

図１は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。

レーザ光源３０からレーザビームＬＢが出射する。レーザビームＬＢは、折り返しミラー３１ａ、３１ｂで反射され、ホモジナイザ３２に入射する。ホモジナイザ３２はフォーカスレンズ３２ａを含んで構成される。

ホモジナイザ３２はホモジナイズ面において、レーザビームＬＢのビーム断面を長尺形状に整形するとともに、ビーム断面内の長尺方向の光強度分布を均一化する。

基板浮上パッド４０上方に、可撓性を有する基板５０が保持されている。基板５０は、ガラス基板と、その上に形成されたアモルファスシリコン膜とを有する。基板５０は、たとえばその表面（アモルファスシリコン膜表面）が、ホモジナイザ３２のホモジナイズ面の高さと等しくなる位置に保持される。アモルファスシリコン膜上には、光強度分布が均一化された長尺形状のレーザビームＬＢが照射され、アモルファスシリコン膜の結晶化（レーザアニール）が行われる。

図２は、基板浮上パッドの近傍を示す概略図である。説明の便宜のために、本図右方向をＸ軸方向、上方向をＺ軸方向とするＸＺ直交座標系を画定する。

基板浮上パッド４０ａ〜４０ｃは、その上面からエア６０を吹き出し、基板５０をエア浮上させる（エアベアリング）。たとえば基板浮上パッド４０ａ〜４０ｃと基板５０との間のギャップ量が一定となるように、エア６０が吹き出される。基板５０は、その垂線の方向（高さ方向）とＺ軸方向とが平行となるように保持される。基板５０と基板浮上パッド４０ａ〜４０ｃの上面とが非接触であるため、基板５０に傷がつくことが防止される。

ホモジナイザを出射したレーザビームＬＢは、基板浮上パッド４０ｂ上方に保持されている基板５０の表面に入射する。レーザビームＬＢの光軸方向は、たとえばＺ軸方向と平行である。

高さ検出器４１は、基板浮上パッド４０ｂ近傍に配置され、基板浮上パッド４０ｂ上方における、レーザビームＬＢが入射する領域の基板５０表面のＺ軸方向に沿う位置（高さ）を検出する。

基板浮上パッド４０ｂには、高さ制御機構４２が設けられている。高さ制御機構４２は、基板浮上パッド４０ｂとともに、高さ制御機構４２及び基板浮上パッド４０ｂに対し、基板５０表面に沿う方向に関して基板５０が相対的に移動可能に基板５０の一部（基板浮上パッド４０ｂの上方部分）を支持している。

高さ制御機構４２は、高さ検出器４１によって検出された基板５０表面の高さに基づいて、基板浮上パッド４０ｂをＺ軸方向に沿って移動させる。基板浮上パッド４０ｂの移動によって、レーザビームＬＢが入射する位置の基板５０がＺ軸方向に沿って移動する。高さ制御機構４２は、レーザビームＬＢが入射する位置の基板５０の高さがホモジナイザのホモジナイズ面の高さと一致するように、基板浮上パッド４０ｂを介して基板５０を昇降させる。

実施例によるレーザ加工装置を用いると、基板５０のうねりや厚さのばらつきにかかわらず、レーザビームＬＢの基板５０への入射高さをホモジナイズ面の高さと一致させることができるため、高品質の加工を実現することができる。また、基板５０の一部のみを上下させるため、基板５０表面とホモジナイズ面との位置合わせを、高速にかつ高精度に行うことができる。更に、基板５０の剛性は、レーザビームＬＢの照射位置でのみ保たれていればよいので、レーザ加工装置を小型化することができる。

図３は、レーザビームＬＢの光軸に平行な方向（Ｚ軸方向）から見たレーザ加工装置の概略的な平面図である。図２に示したＸ軸方向、Ｚ軸方向とそれぞれ直交するＹ軸方向を、本図上向きに画定する。

図２においては、基板浮上パッド４０ａ〜４０ｃのみを示したが、実施例によるレーザ加工装置は、その他にも基板浮上パッド４０ｄ〜４０ｆを含む多数の基板浮上パッドを有する。また、本図には、レーザビームＬＢの基板５０への入射位置をビーム入射位置５５として、斜線を付して示した。

実施例によるレーザ加工装置には、基板浮上パッド４０ｅにも高さ制御機構が設けられている。また、基板浮上パッド４０ｅの近傍には、基板浮上パッド４０ｅ上方のビーム入射位置５５における基板５０表面の高さを検出する高さ検出器が配置されている。なお、本図においては、基板５０表面の高さを、基板５０の下側から検出しているが、基板５０の上側から検出してもよい。

基板浮上パッド４０ｅに設けられた高さ制御機構は、高さ検出器によって検出された基板５０表面の高さに基づき、基板浮上パッド４０ｅをＺ軸方向に沿って移動させることによって、レーザビームＬＢが入射する位置（基板浮上パッド４０ｅ上方のビーム入射位置５５）の基板５０の高さを、ホモジナイザのホモジナイズ面の高さと一致させる。

実施例においては、高さ制御機構による基板浮上パッド４０ｂと４０ｅの駆動は、連動させて同一態様で行う。レーザ加工の種類や形態によっては、両者の駆動を、独立に、別態様で行ってもよい。

本図に示すように、実施例によるレーザ加工装置は基板搬送手段４５を備える。基板搬送手段４５は、ガイド４３ａ、４３ｂ、及び、基板保持器４４ａ、４４ｂを含んで構成される。

ガイド４３ａ、４３ｂは、相互に平行にＸ軸方向に沿って延在している。基板保持器４４ａ、４４ｂは、それぞれガイド４３ａ、４３ｂに、Ｘ軸方向と平行な方向に移動可能に支持されている。基板保持器４４ａ、４４ｂは、基板５０の両側端部をクランプし、クランプした基板５０を、ガイド４３ａ、４３ｂに沿ってＸ軸方向と平行な方向に移動させることができる。

実施例によるレーザ加工装置を用いたレーザアニールは、たとえば以下のように行う。

まず、ビーム入射位置５５における基板５０のＺ軸方向に沿う高さを検出する。次に、検出された高さに基づいて、ビーム入射位置５５における基板５０を、高さ制御機構により基板浮上パッドを上下させ、撓ませることによって、Ｚ軸方向に沿って移動する。ビーム入射位置５５における基板５０表面（アモルファスシリコン膜）の高さとホモジナイズ面の高さとが一致するように高さ制御機構を制御する。そしてビーム入射位置５５における基板５０にＺ軸方向からレーザビームを入射させ、入射位置のアモルファスシリコン膜を結晶化させる。

基板搬送手段４５を駆動して、基板５０をＸ軸負方向に移動させる。移動させた後の基板５０のビーム入射位置５５におけるＺ軸方向に沿う高さを検出し、上述のプロセスと同様に、ビーム入射位置５５における基板５０を、その表面高さとホモジナイズ面の高さとが一致するように移動させた後、レーザビームを照射して、アモルファスシリコン膜を結晶化させる。

基板搬送手段４５によって基板５０を移動させることで、基板５０の、Ｘ軸方向と平行な方向に沿う所定領域のレーザアニールを高品質に行うことができる。

基板搬送手段４５はエア浮上させた基板５０を移動させる。したがって、基板５０を移動させるために基板搬送手段４５を駆動する駆動部にかかる負荷は小さい。このため、基板搬送手段４５の駆動部を小型化することができる。

図４に、基板搬送手段の変形例を示す。

図３に示した基板搬送手段４５は、基板５０を一次元方向（Ｘ軸方向と平行な方向）に移動させたが、本図に示す基板搬送手段は、基板５０を二次元方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な方向）に移動させることができる。

変形例による基板搬送手段は、Ｘ軸方向基板搬送手段７２、及び、Ｙ軸方向基板搬送手段７５を含んで構成される。

Ｘ軸方向基板搬送手段７２は、ガイド７０ａ、７０ｂ、及び、基板保持器７１ａ、７１ｂを含む。ガイド７０ａ、７０ｂは、相互に平行にＸ軸方向に沿って延在している。基板保持器７１ａ、７１ｂは、それぞれガイド７０ａ、７０ｂに、Ｘ軸方向と平行な方向に移動可能に支持されている。基板保持器７１ａ、７１ｂは、基板５０の裏面を吸着し、吸着した基板５０を、ガイド７０ａ、７０ｂに沿ってＸ軸方向と平行な方向に移動させることができる。

Ｙ軸方向基板搬送手段７５は、ガイド７３ａ、７３ｂ、及び、基板保持器７４ａ、７４ｂを含む。ガイド７３ａ、７３ｂは、相互に平行にＹ軸方向に沿って延在している。基板保持器７４ａ、７４ｂは、それぞれガイド７３ａ、７３ｂに、Ｙ軸方向と平行な方向に移動可能に支持されている。基板保持器７４ａ、７４ｂは、基板５０の裏面を吸着し、吸着した基板５０を、ガイド７３ａ、７３ｂに沿ってＹ軸方向と平行な方向に移動させることができる。基板保持器７４ａ、７４ｂによって吸着された基板５０を、Ｙ軸方向と平行な方向に沿って移動させる際には、Ｘ軸方向基板搬送手段７２の基板保持器７１ａ、７１ｂによる吸着は解除される。

Ｘ軸方向基板搬送手段７２、及び、Ｙ軸方向基板搬送手段７５によって基板５０を移動させることで、基板５０の任意の位置のレーザアニールを高品質に行うことが可能となる。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

加工対象物の高さを制御して加工を行うレーザ加工一般に用いることができる。殊に、加工基板の高さを高精度に制御する必要があるレーザアニールに好適に用いることができる。

実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。基板浮上パッドの近傍を示す概略図である。レーザビームの光軸に平行な方向（Ｚ軸方向）から見たレーザ加工装置の概略的な平面図である。基板搬送手段の変形例を示す図である。

符号の説明

３０レーザ光源
３１ａ、３１ｂ折り返しミラー
３２ホモジナイザ
３２ａフォーカスレンズ
４０、４０ａ〜４０ｆ基板浮上パッド
４１高さ検出器
４２高さ制御機構
４３ａ、４３ｂガイド
４４ａ、４４ｂ基板保持器
４５基板搬送手段
５０基板
５５ビーム入射位置
６０エア
７０ａ、７０ｂ、７３ａ、７３ｂガイド
７１ａ、７１ｂ、７４ａ、７４ｂ基板保持器
７２Ｘ軸方向基板搬送手段
７５Ｙ軸方向基板搬送手段
ＬＢレーザビーム

Claims

被加工面が画定された加工対象物を、該被加工面に沿う方向に移動可能に保持する保持機構と、
前記保持機構に保持された加工対象物の被加工面の一部の領域にレーザビームを入射させるレーザ光学系と、
前記保持機構に保持された加工対象物を、被加工面に沿う方向に移動させる移動機構と、
前記保持機構に保持された加工対象物の、前記レーザ光学系からのレーザビームが入射する領域を支持し、支持されている領域を、被加工面に対して高さ方向に変位させる高さ調整機構と
を有し、前記高さ調整機構は、エアベアリングと、前記エアベアリングを前記保持機構に対して高さ方向に変位させる昇降機構とを含むとともに、該高さ調整機構に対し、被加工面に沿う方向に関して前記加工対象物が相対的に移動可能に該加工対象物の一部を支持するレーザ加工装置。
更に、加工対象物の被加工面の高さ方向に関して、前記レーザ光学系からのレーザビームが入射する領域の加工対象物の位置を検出する高さ検出器を含む請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記保持機構は、加工対象物を気体で浮上させて保持する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
被加工面が画定された可撓制を有する加工対象物を、該被加工面に沿う方向に移動可能に保持する保持機構と、前記保持機構に保持された加工対象物の一部を支持するエアベアリングとの上に、前記加工対象物を保持する工程と、
（ａ）前記エアベアリングを前記保持機構に対して高さ方向に変位させて、前記加工対象物を撓ませることによって、レーザビームの経路内の部分を、該被加工面に関して高さ方向に変位させる工程と、
（ｂ）前記レーザビームの経路内の部分を変位させた後、変位した部分にレーザビーム
を入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。
さらに、前記加工対象物を、レーザビームの経路に対して、被加工面に沿って移動させながら前記工程（ａ）及び（ｂ）を交互に繰り返す工程を含む請求項４に記載のレーザ加工方法。