(57)【要約】【課題】システムコントローラが測定を指示してから表面高さ測定器で実際に測定が行われるまでの間の遅延時間に起因して生じる表面高さの誤差を除去する。【解決手段】加工対象物の表面に設定した測定ラインに沿って且つ隣接する測定ラインでは逆方向に表面高さ測定器を相対移動してレーザ照射前に加工対象物の表面高さを実測しその実測表面高さを記憶しておく。レーザ照射位置近傍の複数の実測表面高さを読み出し、それら複数の実測表面高さを基にレーザ照射位置の表面高さを算出する。複数の実測表面高さには、レーザ照射位置に近い複数の測定ライン上の実測表面高さを含ませる。【効果】隣接する測定ラインでは、システムコントローラが認識している測定位置と実際に測定された実測位置の間の位置ずれが逆方向になっている。平均的にみれば加工対象物の表面は平面とみなせるため、位置ずれが逆方向になっていると、表面高さの算出時に位置ずれによる誤差が相殺される。従って、フォーカス精度の低下を抑制できる。【選択図】図１
2015082551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の表面に設定した走査ラインに沿ってフォーカスレンズ系を相対移動し加工対象物の表面にフォーカスレンズ系でフォーカスさせてレーザ光を照射するレーザ照射装置であって、加工対象物の表面に設定した測定ラインに沿って且つ隣接する測定ラインでは逆方向に表面高さ測定器を相対移動してレーザ照射前に加工対象物の表面高さを実測しその実測表面高さを記憶しておく実測表面高さ測定手段と、走査ライン上の照射位置に近い複数の測定ライン上の実測表面高さを含む前記照射位置近傍の複数の実測表面高さを読み出しそれら実測表面高さを基に前記照射位置の表面高さを算出する表面高さ算出手段と、前記照射位置でレーザ光を照射する時に前記照射位置の表面高さにフォーカスさせるフォーカス制御手段とを具備したことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ照射装置において、レーザ照射時のフォーカスレンズ系の相対移動速度よりも表面高さ測定時の表面高さ測定器の相対移動速度の方が遅いことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のレーザ照射装置において、前記走査ラインの間隔よりも前記測定ラインの間隔の方が狭いことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のレーザ照射装置において、前記表面高さ算出手段は、照射位置に最も近い４ラインの測定ライン上の実測表面高さであって且つそれら各測定ライン上で照射位置に最も近い５個の合計２０個の実測表面高さを読み出し、それら実測表面高さを基に前記照射位置の表面高さを算出することを特徴とするレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ照射装置に関し、さらに詳しくは、システムコントローラが認識している測定位置と実際に測定された実測位置の間の位置ずれに起因するフォーカス精度の低下を抑制できるレーザ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工対象物の表面に設定した走査ラインに沿ってフォーカスレンズ系を相対移動し加工対象物の表面にフォーカスレンズ系でフォーカスさせてレーザ光を照射するレーザ照射装置であって、レーザ照射前に走査ライン上の加工対象物の表面高さを表面高さ測定器で実測しその実測表面高さを記憶しておき、レーザ照射時に走査ライン上の照射位置にフォーカスレンズ系が到達した時にその位置の実測表面高さを読み出してフォーカスさせてレーザ光を照射する方式のレーザ照射装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５８２５７号公報
【特許文献１】特開２００６−３２８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
走査ライン上の加工対象物の表面高さを実測するとき、システムコントローラが測定を指示してから表面高さ測定器で実際に測定が行われるまでの間に遅延時間が生じるが、その遅延時間の間にも表面高さ測定器が相対移動するため、システムコントローラが認識している測定位置と実際に測定された実測位置の間に位置ずれを生じてしまう。この位置ずれは、表面高さ測定器の相対移動速度が速いほど大きくなる。
しかし、従来のレーザ照射装置では、この位置ずれを考慮した処理がなされていなかったため、フォーカス精度が低下してしまう問題点がある。
そこで、本発明の目的は、システムコントローラが認識している測定位置と実際に測定された実測位置の間の位置ずれに起因するフォーカス精度の低下を抑制できるレーザ照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の観点では、本発明は、加工対象物の表面に設定した走査ラインに沿ってフォーカスレンズ系を相対移動し加工対象物の表面にフォーカスレンズ系でフォーカスさせてレーザ光を照射するレーザ照射装置であって、加工対象物の表面に設定した測定ラインに沿って且つ隣接する測定ラインでは逆方向に表面高さ測定器を相対移動してレーザ照射前に加工対象物の表面高さを実測しその実測表面高さを記憶しておく実測表面高さ測定手段と、走査ライン上の照射位置に近い複数の測定ライン上の実測表面高さを含む前記照射位置近傍の複数の実測表面高さを読み出しそれら実測表面高さを基に前記照射位置の表面高さを算出する表面高さ算出手段と、前記照射位置でレーザ光を照射する時に前記照射位置の表面高さにフォーカスさせるフォーカス制御手段とを具備したことを特徴とするレーザ照射装置を提供する。
なお、上記構成において、走査ラインおよび測定ラインは仮想のラインである。
上記第１の観点によるレーザ照射装置では、レーザ照射前に加工対象物の表面高さを実測しておき、レーザ照射位置近傍の複数の実測表面高さを読み出し、それら複数の実測表面高さを基にレーザ照射位置の表面高さを算出する。ここで、複数の実測表面高さは、レーザ照射位置に近い複数の測定ライン上の実測表面高さを含んでいる。そして、隣接する測定ラインでは、表面高さ測定器を逆方向に相対移動しているため、システムコントローラが認識している測定位置と実際に測定された実測位置の間の位置ずれが逆方向になっている。平均的にみれば加工対象物の表面は平面とみなせるため、位置ずれが逆方向になっていると、レーザ照射位置の表面高さの算出時に位置ずれによる誤差が相殺される。従って、位置ずれに起因するフォーカス精度の低下を抑制できる効果が得られる。また、それに加えて、異常な値が実測表面高さに混入しても、その影響を抑制できる効果も得られる。
【０００６】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点によるレーザ照射装置において、レーザ照射時のフォーカスレンズ系の相対移動速度よりも表面高さ測定時の表面高さ測定器の相対移動速度の方が遅いことを特徴とするレーザ照射装置を提供する。
上記第２の観点によるレーザ照射装置では、なるべく短時間に且つ適正に加工を行うという観点からレーザ照射時のフォーカスレンズ系の相対移動速度（例えば１８０ｍｍ／秒）を決定できると共になるべく短時間に且つ適正に高さ測定を行うという観点から表面高さ測定器の相対移動速度（例えば１００ｍｍ／秒）を決定できる。
【０００７】
第３の観点では、本発明は、前記第１および第２の観点によるレーザ照射装置において、前記走査ラインの間隔よりも前記測定ラインの間隔の方が狭いことを特徴とするレーザ照射装置を提供する。
上記第３の観点によるレーザ照射装置では、複数の走査ラインが並ぶ方向のレーザスポットの大きさ（例えば８ｍｍ）に基づいて走査ラインの間隔（例えば６ｍｍ）を決定できると共に測定点密度を上げるという観点から測定ラインの間隔（例えば５ｍｍ）を決定できる。
【０００８】
第４の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点によるレーザ照射装置において、前記表面高さ算出手段は、照射位置に最も近い４ラインの測定ライン上の実測表面高さであって且つそれら各測定ライン上で照射位置に最も近い５個の合計２０個の実測表面高さを読み出し、それらの実測表面高さを基に前記照射位置の表面高さを算出することを特徴とするレーザ照射装置を提供する。
上記第４の観点によるレーザ照射装置では、複数の測定ラインが並ぶ方向については上記第１の観点と同じ作用によってフォーカス精度の低下を抑制できる。さらに、測定ライン方向についても複数の実測表面高さを用いるため、異常な値が実測表面高さに混入しても、その影響を抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のレーザ照射装置によれば、システムコントローラが認識している測定位置と実際に測定された実測位置の間の位置ずれに起因する誤差がレーザ照射位置の表面高さの算出時に除去されるため、フォーカス精度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係るレーザ照射装置を示す構成説明図である。
【図２】加工対象物の表面に設定した測定ラインを示す説明図である。
【図３】システムコントローラが認識している測定位置と実際に測定された実測位置の間の位置ずれを示す概念図である。
【図４】加工対象物の表面に設定した走査ラインを示す説明図である。
【図５】レーザ照射位置の表面高さを算出するために読み出す複数の実測表面高さを示す概念図である。
【図６】位置ずれによる誤差が相殺される例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１２】
−実施例１−
図１は、実施例１に係るレーザ照射装置１００を示す構成説明図である。
このレーザ照射装置１００は、レーザ発振器１と、アテネータ２と、レーザビームを反射するミラー３と、所定形状のレーザスポットＷとするためのビーム整形器４と、フォーカスレンズ系５と、表面高さ測定位置Ｄにおける加工対象物Ｂの表面高さを測定し表面高さ信号を出力する表面高さ測定器６と、加工対象物Ｂを載置しｘ方向およびｙ方向に移動するためのステージ７と、ｘ方向移動モータ８と、ｙ方向移動モータ９と、ｘ方向移動ドライバ１０と、ｙ方向移動ドライバ１１と、レーザ発振器１の制御やフォーカスレンズ系５の制御やｘ方向移動モータ８の制御やｙ方向移動モータ９の制御などを行うシステムコントローラ１２とを具備している。
【００１３】
加工対象物Ｂは、例えばガラス基板上に非晶質シリコン半導体層を形成した基板であり、ｘ方向長＝４７０ｍｍ，ｙ方向長＝３００ｍｍである。
レーザ照射は、非晶質シリコン半導体層を多結晶シリコン半導体層化するためのアニール処理である。
【００１４】
図２に示すように、加工対象物Ｂの表面に、測定ラインｄ１〜ｄ６が仮想的に設定される。なお、図示していないが、実際の測定ライン数は例えば６０本であり、測定ラインピッチｄｙは例えば５ｍｍである。
【００１５】
システムコントローラ１２は、レーザ照射を行う前に、ステージ７により加工対象物Ｂを測定ラインｄ１〜ｄ６に沿って且つ隣接する測定ラインでは逆方向に表面高さ測定器６に対して移動させ、加工対象物Ｂの表面高さを実測し、その実測表面高さを測定位置（図２に白丸で示している。）に対応つけて記憶する。
加工対象物Ｂの表面高さを実測するために測定ラインｄ１〜ｄ６に沿って加工対象物Ｂを移動させる速度は例えば１００ｍｍ／秒であり、測定周期は例えば５０ｍｓである。なお、図示していないが、実際の一つの測定ライン上の測定位置数は例えば９４カ所であり、測定位置ピッチｄｘは例えば５ｍｍである。
【００１６】
図３に示すように、システムコントローラ１２が認識している測定位置（図３に白丸で示している。）と実際に測定された実測位置（図３に黒四角で示している。）の間には位置ずれΔがある。これは、システムコントローラ１２が測定を指示してから表面高さ測定器６で実際に測定が行われるまでの間に遅延時間があり、その遅延時間の間にも表面高さ測定器６に対して加工対象物Ｂが移動するためである。
遅延時間が例えば１０ｍｓとすると、位置ずれΔは例えば１ｍｍである。
【００１７】
図４に示すように、加工対象物Ｂの表面に、走査ラインＬ１〜Ｌ６が仮想的に設定される。なお、図示していないが、実際の走査ライン数は例えば５０本であり、走査ラインピッチＰｙは例えば６ｍｍである。
レーザスポットＷは、レーザ光強度がトップフラット強度の例えば９０％以上の領域の形状をいうものとし、例えばｘ方向の幅Ｗｘ＝０．０６ｍｍ，ｙ方向の幅Ｗｙ＝８ｍｍの線状である。
【００１８】
システムコントローラ１２は、レーザ照射を行う時は、ステージ７により加工対象物Ｂを走査ラインＬ１〜Ｌ５に沿って且つ隣接する走査ラインでは逆方向にフォーカスレンズ系５に対して移動させ、加工対象物Ｂの表面にレーザスポットＷを照射する。
加工対象物Ｂにレーザ照射するために走査ラインＬ１〜Ｌ５に沿って加工対象物Ｂを移動させる速度は例えば１８０ｍｍ／秒であり、照射周期は例えば約０．１７ｍｓである。なお、図示していないが、実際の一つの走査ライン上の照射位置数は例えば約１５６６６カ所であり、照射位置ピッチは例えば０．０３ｍｍである。
【００１９】
図５に示すように、システムコントローラ１２は、ある照射位置における加工対象物Ｂの表面高さを次のようにして算出する。
（１）その照射位置（＝レーザスポットＷの中心点Ｒの位置とし、図５では黒三角で示している。）に走査進行方向前側で最も近い測定位置（図５にｐで示している。）を求める。
（２）測定位置ｐを含む測定ライン（図５ではｄ３）上で、測定位置ｐを挟む２個ずつの測定位置を求める。
（３）測定ラインｄ３より走査進行方向前側の１つの測定ライン（図５ではｄ２）上および測定ラインｄ３より走査進行方向後側の２つの測定ライン（図５ではｄ４，ｄ５）上でも、（２）における５個の測定位置に対応する各５個ずつの測定位置を求める。
（４）求めた２０個の測定位置（＝図５の領域Ａに含まれる白丸）に対応つけて記憶している実測表面高さ（＝図５の領域Ａに含まれる黒四角）を読み出す。
（５）読み出した実測表面高さに対して例えばメディアンフィルタや平均化フィルタのような演算処理を施して、その照射位置Ｒの表面高さを算出する。なお、照射位置が加工対象物Ｂの端縁に近づいた場合には２０個の実測表面高さが得られないが、その場合には得られた実測表面高さの配列に応じて例えばメディアンフィルタや平均化フィルタを変更して演算処理を施す。
【００２０】
レーザスポットＷを照射する時、システムコントローラ１２は、算出した各照射位置における加工対象物Ｂの表面高さをフォーカスレンズ系５に与えて、フォーカス制御を行う。
【００２１】
図６は、位置ずれによる誤差が相殺される例を示す概念図である。
加工対象物Ｂの表面は、ｘ方向に勾配のある平面とする。
図６の(ａ)に示すように、測定ラインｄ３では、測定位置ｐからの位置ずれΔによって、測定位置ｐでの表面高さから誤差δ（ｄ３）を生じる。
図６の(ｂ)に示すように、測定ラインｄ４では、測定位置ｑからの位置ずれΔによって、測定位置ｑでの表面高さから誤差δ（ｄ４）を生じる。
測定ラインｄ３での誤差δ（ｄ３）と測定ラインｄ４での誤差δ（ｄ４）とは逆向きであるから、測定ラインｄ３での実測表面高さと測定ラインｄ４での実測表面高さとを例えば平均すれば、誤差δ（ｄ３）と誤差δ（ｄ４）が相殺される。
【００２２】
レーザ照射装置１００によれば次の効果が得られる。
（ａ）図５の領域Ａに含まれる２０個の実測表面高さ中には、位置ずれが逆方向になっているものが含まれるが、平均的にみれば加工対象物Ｂの表面は平面とみなせるため、逆方向になっているもの同士で位置ずれによる誤差が相殺される。従って、システムコントローラ１２が認識している測定位置と実際に測定された実測位置の間の位置ずれに起因するフォーカス精度の低下を抑制できる。
（ｂ）測定ライン方向についても複数の実測表面高さを用いるため、異常な値が実測表面高さに混入しても、その影響を抑制できる。
【００２３】
なお、上記説明では、照射位置Ｒに最も近い４ラインの測定ライン上の実測表面高さから照射位置Ｒの表面高さを算出したが、照射位置Ｒに最も近い２ライン以上（誤差相殺の観点から偶数本が好ましい。）の測定ライン上の実測表面高さから照射位置Ｒの表面高さを算出してもよい。また、一つの測定ライン上で照射位置Ｒに最も近い５個の実測表面高さから照射位置Ｒの表面高さを算出したが、照射位置Ｒに最も近い２個以上の実測表面高さから照射位置Ｒの表面高さを算出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のレーザ照射装置は、例えばガラス基板上に形成した非晶質シリコン半導体層を多結晶シリコン半導体層化する処理に利用できる。
【符号の説明】
【００２５】
１                    レーザ発振器
２                    アテネータ
３                    ミラー
４                    ビーム整形器
５                    フォーカスレンズ系
６                    表面高さ測定器
７                    ステージ
８                    ｘ方向移動モータ
９                    ｙ方向移動モータ
１０                  ｘ方向移動ドライバ
１１                  ｙ方向移動ドライバ
１２                  システムコントローラ
Ｂ                    加工対象物
Ｄ                    表面高さ測定位置
ｄ１〜ｄ６            測定ライン
Ｌ１〜Ｌ５            走査ライン
Ｒ                    照射位置
ｐ，ｑ                測定位置
Ｗ                    レーザスポット
【図１】
2015082551.tif 000003
【図２】
2015082551.tif 000004
【図３】
2015082551.tif 000005
【図４】
2015082551.tif 000006
【図５】
2015082551.tif 000007
【図６】
2015082551.tif 000008