(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理空間を画定するチャンバと、
前記チャンバに加工対象物を搬出入するための搬出入口と、
前記チャンバ内に配置され、前記加工対象物を保持するテーブルと、
前記テーブルを前記チャンバ内で移動させ、前記搬出入口を介して前記加工対象物の受け渡しを行うことができる受け渡し位置に配置することができる移動機構と、
前記チャンバに設けられたレーザ導入窓と、
前記レーザ導入窓を通して前記チャンバ内にレーザビームを導入するレーザ光学系と、
前記テーブルを前記受け渡し位置に配置した状態で、前記レーザ導入窓を通って前記チャンバ内に導入されたレーザビームが入射する位置に配置されたレーザパワーセンサと、
前記レーザパワーセンサに入射したレーザビームの散乱光のうち、前記搬出入口に到達する直接光を遮光する遮光構造と
を有するレーザ加工装置。
【請求項２】
さらに、前記テーブルを前記受け渡し位置に配置した状態で、前記レーザ導入窓を通って前記チャンバ内に導入されたレーザビームを前記レーザパワーセンサに向けて反射する反射器を有する請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
さらに、前記レーザ光学系及び前記移動機構を制御し、前記レーザパワーセンサからの出力を読み取る制御装置を有し、
前記制御装置は、前記移動機構を制御して前記テーブルを前記受け渡し位置まで移動させ、
前記テーブルが前記受け渡し位置に配置されて、前記加工対象物の搬入または搬出が行われている期間に、前記レーザ光学系から前記レーザビームを出力させ、前記レーザパワーセンサからの出力を読み取ることにより、前記レーザビームのパワーを計測する請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記レーザ光学系は、前記レーザ導入窓に導入されるレーザビームのパワーを調整する可変減衰器を含み、
前記制御装置は、前記レーザビームのパワーの計測結果に基づいて、レーザビームのパワーが目標値に近づくように前記可変減衰器を調整する請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
さらに、前記テーブルが前記受け渡し位置に配置された状態で、前記テーブルに保持された前記加工対象物の縁の複数箇所を撮像する複数の撮像装置を有し、
前記制御装置は、複数の前記撮像装置で撮像された画像データを解析することにより、前記加工対象物の位置を計測する請求項３または４に記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
さらに、
前記テーブルを昇降させる昇降機構と、
前記テーブルが前記受け渡し位置に配置された状態で、前記テーブルに保持された前記加工対象物の上面の高さを検出する高さセンサを有し、
前記制御装置は、前記高さセンサによる計測結果に基づき、前記加工対象物の上面が目標高さに位置するように前記昇降機構を制御する請求項３乃至５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
チャンバ内のテーブルに保持された加工対象物に、チャンバに設けられたレーザ導入窓を通してレーザビームを照射することによりレーザ加工を行う工程と、
加工済みの前記加工対象物を、前記チャンバ内から搬出入口を通して搬出する工程と、
未加工の加工対象物を前記チャンバ内に前記搬出入口を通して搬入し、前記テーブルに保持させる工程と、
加工済みの前記加工対象物の搬出、及び未加工の前記加工対象物の搬入を行っている期間に、前記レーザ導入窓を通して前記チャンバ内にレーザビームを導入し、前記チャンバ内に導入された前記レーザビームのパワーをレーザパワーセンサで計測するとともに、前記レーザパワーセンサに入射した前記レーザビームの散乱光のうち前記搬出入口に到達する直接光を遮光構造によって遮光する工程と
を有するレーザ加工方法。
【請求項８】
さらに、
前記レーザパワーセンサで計測された前記レーザビームのパワーに基づいて、前記チャンバに導入される前記レーザビームのパワーを調整する工程と、
パワーを調整した後の前記レーザビームを、未加工の前記加工対象物に照射してレーザ加工を行う工程と
を有する請求項７に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
さらに、未加工の前記加工対象物を前記チャンバに搬入して前記テーブルに保持した後、前記レーザビームのパワーを調整している期間に、前記テーブルに保持されている未加工の前記加工対象物の縁の複数箇所を撮像して画像データを得る工程と、
前記画像データを解析することにより、前記加工対象物の位置を計測する工程と
を有する請求項７または８に記載のレーザ加工方法。
【請求項１０】
さらに、未加工の前記加工対象物を前記チャンバに搬入して前記テーブルに保持した後、前記レーザビームのパワーの計測または調整を行っている期間に、前記テーブルに保持されている未加工の前記加工対象物の上面の高さを計測する工程を有する請求項７乃至９のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高品質なレーザ加工を行うために、レーザパワーを目標値に設定することが好ましい。ところが、レーザ発振器の経時劣化、レーザ光源から加工対象物までのレーザビームの経路に配置される種々の光学部品の温度変化に起因する光学特性の変動、反射ミラーや透過窓の汚れによるレーザビームの減衰等に起因して、加工対象物に到達するレーザビームのパワーが変動する。
【０００３】
下記の特許文献１に、加工を行う前にレーザパワーを計測し、レーザ出力を調整するレーザ加工方法が開示されている。このレーザ加工方法では、まず、加工対象物である基板をチャンバ内に搬入する。その後、レーザビームをチャンバ内に導入し、レーザパワーを計測する。計測結果に基づいて、レーザ出力を制御する。レーザ出力を制御することにより、加工対象物の表面におけるレーザパワーを目標とする許容範囲内に設定することができる。これにより、加工に用いられるレーザビームのパワーを許容範囲内に収める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２３１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されたレーザ加工方法では、加工対象物を搬入した後、加工開始までに、レーザパワーの計測、及びレーザ出力の調整のための時間が必要になる。このため、全体としてレーザ加工の所要時間が長くなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、レーザ加工の所要時間の短縮化を図ることが可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によると、
処理空間を画定するチャンバと、
前記チャンバに加工対象物を搬出入するための搬出入口と、
前記チャンバ内に配置され、前記加工対象物を保持するテーブルと、
前記テーブルを前記チャンバ内で移動させ、前記搬出入口を介して前記加工対象物の受け渡しを行うことができる受け渡し位置に配置することができる移動機構と、
前記チャンバに設けられたレーザ導入窓と、
前記レーザ導入窓を通して前記チャンバ内にレーザビームを導入するレーザ光学系と、
前記テーブルを前記受け渡し位置に配置した状態で、前記レーザ導入窓を通って前記チャンバ内に導入されたレーザビームが入射する位置に配置されたレーザパワーセンサと、
前記レーザパワーセンサに入射したレーザビームの散乱光のうち、前記搬出入口に到達する直接光を遮光する遮光構造と
を有するレーザ加工装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によると、
チャンバ内のテーブルに保持された加工対象物に、チャンバに設けられたレーザ導入窓を通してレーザビームを照射することによりレーザ加工を行う工程と、
加工済みの前記加工対象物を、前記チャンバ内から搬出入口を通して搬出する工程と、
未加工の加工対象物を前記チャンバ内に前記搬出入口を通して搬入し、前記テーブルに保持させる工程と、
加工済みの前記加工対象物の搬出、及び未加工の前記加工対象物の搬入を行っている期間に、前記レーザ導入窓を通して前記チャンバ内にレーザビームを導入し、前記チャンバ内に導入された前記レーザビームのパワーをレーザパワーセンサで計測するとともに、前記レーザパワーセンサに入射した前記レーザビームの散乱光のうち前記搬出入口に到達する直接光を遮光構造によって遮光する工程と
を有するレーザ加工方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
テーブルを受け渡し位置に配置した状態で、レーザビームのパワーを計測することが可能である。このため加工対象物の搬出入と並行して、レーザビームのパワーを計測することができる。レーザパワーセンサで散乱された散乱光のうち、搬出入口に到達する直接光が遮光構造で遮光されるため、搬出入口から高強度の光が漏れることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例によるレーザ加工装置のチャンバ内の構造の概略平面図である。
【図２】図２は、図１の第１の方向（横方向）に対して直交する概略断面図である。
【図３】図３は、図１の第２の方向（縦方向）に対して直交する概略断面図である。
【図４】図４は、実施例によるレーザ加工方法のフローチャートである。
【図５】図５は、他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、実施例によるレーザ加工装置のチャンバ１０内の構造の概略平面図を示す。チャンバ１０が処理空間を画定している。チャンバ１０に搬出入口１１が設けられている。レーザ加工中は、搬出入口１１が蓋１２で塞がれる。蓋１２を開けた状態で、ロボットアーム１３が搬出入口１１を通して加工対象物をチャンバ１０に搬入し、チャンバ１０から搬出する。上側のチャンバ壁にレーザ導入窓１４が設けられている。レーザ導入窓１４を通して、上方から下方に向かってチャンバ１０の内部にレーザビームが導入される。
【００１２】
チャンバ１０の側壁にレーザパワーセンサ１８が取り付けられている。レーザ導入窓１４を通してチャンバ１０内に導入されたレーザビームがレーザパワーセンサ１８に入射することにより、レーザビームのパワーを計測することができる。レーザパワーセンサ１８には、パワーメータ、エネルギメータ等が用いられる。ここで、「レーザビームのパワー」には、単位「Ｗ」で表される物理量のみならず、パワーに依存する物理量、例えばパルスレーザビームの１パルスあたりのエネルギ等が含まれる。
【００１３】
遮光構造１９が、レーザパワーセンサ１８に入射したレーザビームの散乱光のうち、搬出入口１１に到達する直接光を遮光する。これにより、搬出入口１１の蓋１２が開いた状態のときに、チャンバ１０の外への、高強度の光の漏れが防止される。遮光構造１９は、例えばレーザパワーセンサ１８の受光面から反射器２１に向かって延びる筒状の部材を含む。筒状の部材は、ビーム経路を取り囲む。さらに、遮光構造１９は、筒状の部材の先端に設けられたアパーチャを含む。反射器２１からレーザパワーセンサ１８に向かうレーザビームは、このアパーチャを通過する。
【００１４】
チャンバ１０内にテーブル２０が収容されている。テーブル２０の上に加工対象物３０、例えば半導体ウエハが保持される。移動機構２５が、テーブル２０を相互に直交する二方向に移動させる。移動機構２５は、第１のガイドレール２５１、中間ステージ２５２、第１の駆動装置２５３、第２のガイドレール２５４、及び第２の駆動装置２５５を含む。第１のガイドレール２５１は、チャンバ１０の底面に固定されており、中間ステージ２５２を第１の方向に案内する。第１の駆動装置２５３は、中間ステージ２５２を第１の方向に移動させる。第２のガイドレール２５４は中間ステージ２５２に固定されており、テーブル２０を、第１の方向と直交する第２の方向に案内する。第２の駆動装置２５５は、テーブル２０を第２の方向に移動させる。
【００１５】
レーザ導入窓１４を通ってチャンバ１０に導入されたレーザビームが入射する位置に、テーブル２０に保持された加工対象物３０を移動させることにより、レーザ加工が行われる。移動機構２５はテーブル２０を受け渡し位置に移動させることができる。テーブル２０が受け渡し位置に配置された状態（図１に示した状態）で、搬出入口１１を介して、ロボットアーム１３とテーブル２０との間で加工対象物３０の受け渡しが行われる。
【００１６】
テーブル２０に反射器２１が取り付けられている。テーブル２０が受け渡し位置に配置された状態で、反射器２１は、レーザ導入窓１４を通してチャンバ１０に導入されたレーザビームをレーザパワーセンサ１８に向けて反射する。
【００１７】
チャンバ１０内に、複数の撮像装置２２、及び高さセンサ２３が配置されている。撮像装置２２は、テーブル２０が受け渡し位置に配置された状態で、テーブル２０に保持された加工対象物３０の縁の複数箇所を撮像する。撮像装置２２には、例えば二次元イメージセンサが用いられる。高さセンサ２３は、テーブル２０が受け渡し位置に配置された状態で、テーブル２０に保持された加工対象物３０の上面の高さを計測する。高さセンサ２３には、例えばレーザ距離計が用いられる。
【００１８】
制御装置３５が、移動機構２５及びロボットアーム１３を制御する。さらに、制御装置３５は、搬出入口１１の蓋１２の開閉を制御する。レーザパワーセンサ１８、撮像装置２２、及び高さセンサ２３の計測結果が制御装置３５に入力される。
【００１９】
図２に、図１の第１の方向（横方向）に対して直交する概略断面図を示す。チャンバ１０の底面に第１のガイドレール２５１が固定されている。中間ステージ２５２が第１のガイドレール２５１に案内されて第１の方向（紙面に垂直な方向）に移動する。中間ステージ２５２に第２のガイドレール２５４が固定されている。昇降機構２７及びテーブル２０が、第２のガイドレール２５４に案内されて第２の方向（図２において横方向）に移動する。昇降機構２７がテーブル２０を昇降させる。テーブル２０の上面に加工対象物３０が保持されている。
【００２０】
チャンバ１０の側壁に搬出入口１１が設けられている。搬出入口１１は開閉可能な蓋１２で塞がれる。制御装置３５が蓋１２の開閉を制御する。ロボットアーム１３が、搬出入口１１を通して加工対象物３０をチャンバ１０に搬入し、テーブル２０に引き渡す。さらに、ロボットアーム１３は、加工済みの加工対象物３０をテーブル２０から受け取り、チャンバ１０から搬出する。ロボットアーム１３は制御装置３５によって制御される。
【００２１】
上側のチャンバ壁にレーザ導入窓１４が設けられている。レーザ光学系３７からレーザ導入窓１４を通してチャンバ１０内にレーザビームが導入される。テーブル２０に反射器２１が取り付けられている。テーブル２０が受け渡し位置に配置されているとき、チャンバ１０内に導入されたレーザビームが反射器２１で反射され、レーザパワーセンサ１８（図１）に入射する。レーザ光学系３７は、制御装置３５からの指令により、パルスレーザビームを出力する。さらに、制御装置３５は、レーザ光学系３７から出力されるレーザビームのパワーを調節することができる。レーザビームのパワーの調整は、例えば可変減衰器により行われる。
【００２２】
受け渡し位置に配置されているテーブル２０の上方に、複数の撮像装置２２、及び高さセンサ２３が配置されている。撮像装置２２で取得された画像データ、及び高さセンサ２３で計測された高さデータが、制御装置３５に入力される。
【００２３】
図３に、図１の第２の方向（縦方向）に対して直交する概略断面図を示す。チャンバ１０内に配置されたテーブル２０に反射器２１が取り付けられている。レーザ光学系３７から出力されたレーザビームがレーザ導入窓１４を通してチャンバ１０に導入される。テーブル２０が受け渡し位置に配置されているとき、チャンバ１０に導入されたレーザビームが反射器２１に入射する。反射器２１は、レーザビームをレーザパワーセンサ１８に向けて反射する。
【００２４】
レーザパワーセンサ１８は、レーザビームのパワーを検出し、検出結果を制御装置３５に入力する。レーザパワーセンサ１８に入射したレーザビームの散乱光のうち、搬出入口１１（図１）に達する直接光が、遮光構造１９によって遮光される。制御装置３５は、レーザパワーセンサ１８の検出結果に基づいて、レーザ光学系３７から出力されるレーザビームのパワーを調整する。
【００２５】
図４に、実施例によるレーザ加工方法のフローチャートを示す。各工程の処理は、制御装置３５（図１）がコンピュータプログラムを実行することにより実現される。以下の説明において、必要に応じて図１〜図３が参照される。
【００２６】
ステップＳ１において、移動機構２５を動作させてテーブル２０を受け渡し位置に配置する。ステップＳ２において、搬出入口１１の蓋１２を開けて、加工対象物３０の搬出入を行う。例えば、加工済の加工対象物３０がテーブル２０に保持されている場合には、ロボットアーム１３がテーブル２０から加工対象物３０を受け取り、チャンバ１０から搬出する。その後、未加工の加工対象物３０をチャンバ１０に搬入し、ロボットアーム１３からテーブル２０に引き渡す。加工対象物３０の搬出入口が完了すると、蓋１２を閉じる。
【００２７】
加工対象物３０の搬入が完了すると、ステップＳ３において、加工対象物３０の上面の高さを計測する。具体的には、制御装置３５が高さセンサ２３で測定された測定結果を読み取る。ステップＳ４において、加工対象物３０の上面の高さの測定結果に基づいて、昇降機構２７を制御してテーブル２０の高さを調整する。これにより、加工対象物３０の厚さにばらつきがある場合でも、加工対象物３０の上面を一定の目標高さに維持して、レーザ加工を行なうことができる。加工対象物３０の上面の高さが変動すると、加工対象物３０の上面におけるレーザビームのプロファイルが変化してしまう。加工対象物３０の上面を一定の目標高さに維持することにより、常に好適なプロファイルでレーザ加工を行なうことができる。
【００２８】
ステップＳ３及びＳ４と並行して、ステップＳ５において、加工対象物３０の位置を計測する。具体的には、制御装置３５が複数の撮像装置２２から取得した画像データを解析することにより、加工対象物３０の位置を計測する。制御装置３５は、レーザ加工時に、加工対象物３０の位置の計測結果に基づいてテーブル２０の移動を制御する。撮像装置２２が複数個配置されているため、テーブル２０が静止した状態で、加工対象物３０の縁の複数箇所を撮像することができる。このため、１つの撮像装置で加工対象物３０を移動させながら複数箇所を撮像する場合に比べて、加工対象物３０の位置の計測時間を短縮することが可能になる。
【００２９】
ステップＳ２と並行して、ステップＳ６において、レーザビームのパワーを計測する。具体的には、まず、レーザ光学系３７からレーザビームを出力させる。テーブル２０が受け渡し位置に配置されているため、チャンバ１０に導入されたレーザビームは、反射器２１で反射され、レーザパワーセンサ１８に入射する。制御装置３５は、レーザパワーセンサ１８で計測されたレーザパワーの測定結果を読み取る。
【００３０】
ステップＳ６の後、ステップＳ７において、レーザビームのパワーの計測結果に基づいて、レーザ光学系３７から出力されるレーザビームのパワーを調整する。具体的には、チャンバ１０に導入されるレーザビームのパワーが目標値に近づくように、レーザ光学系３７の可変減衰器の減衰量を調整する。レーザビームのパワーの目標値は、予め制御装置３５に記憶されている。これにより、レーザ発振器の経時劣化、各種光学部品の温度変化に起因する光学特性の変動、反射ミラーや透過窓の汚れに起因するレーザビームの減衰等の影響に基づくレーザパワーの変動を補償することができる。
【００３１】
ステップＳ４、Ｓ５、及びＳ７が完了した後、ステップＳ８において、レーザ加工を実施する。具体的には、テーブル２０を移動させながら、レーザ光学系３７から出力されたパルスレーザビームを加工対象物３０に照射する。これにより、例えば、半導体ウエハにイオン注入されたドーパントの活性化のためのアニール、アモルファスシリコンの結晶化のためのアニール等が行われる。
【００３２】
１枚の加工対象物３０のレーザ加工が終了すると、ステップＳ１に戻り、テーブル２０を受け渡し位置に配置する。
【００３３】
上記実施例では、レーザビームのパワーの計測（ステップＳ６）及びレーザビームのパワーの調整（ステップＳ７）が、加工対象物３０の搬出入（ステップＳ２）、加工対象物３０の上面の高さ計測（ステップＳ３）、テーブル２０の高さ調整（ステップＳ４）、及び加工対象物３０の位置計測（ステップＳ５）と並行して実行される。このため、加工対象物３０をチャンバ１０に搬入してから搬出までのレーザ加工時間を短縮することができる。
【００３４】
加工対象物３０の搬出入時には、搬出入口１１の蓋１２が開いている。レーザビームのパワーの計測時（ステップＳ６）に、遮光構造１９がレーザパワーセンサ１８から搬出入口１１へ達する直接光を遮光する。このため、加工対象物３０を搬入または搬出している期間に、レーザビームをチャンバ１０に導入しても、レーザパワーセンサ１８からの高強度の散乱光が搬出入口１１からチャンバ１０の外に漏れることを防止することができる。
【００３５】
図５に、他の実施例によるレーザ加工装置の部分断面図を示す。以下、図１〜図４に示した実施例との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。
【００３６】
チャンバ１０内の空間が、隔壁１９１により上下に区画されている。隔壁１９１の上の空間に反射器２１が配置されており、下の空間にテーブル２０が配置されている。アクチュエータ２８が、反射器２１を待機位置から反射位置へ、またはその逆に移動させる。図５では、反射器２１が反射位置に配置された状態が示されている。
【００３７】
反射器２１が反射位置に配置されているとき、レーザ導入窓１４からチャンバ１０に導入されたレーザビームが、反射器２１で反射され、レーザパワーセンサ１８に入射する。反射器２１が、破線で示されたように待機位置に配置されているとき、レーザ導入窓１４からチャンバ１０に導入されたレーザビームは、隔壁１９１に設けられた開口１９３を通って、テーブル２０に保持された加工対象物３０に入射する。
【００３８】
隔壁１９１が、レーザパワーセンサ１８で散乱した散乱光が搬出入口１１（図１）に達する直接光を遮光する。反射器２１が反射位置に配置された状態で、開口１９３を塞ぐ補助遮光部材１９２を設けてもよい。補助遮光部材１９２は、反射器２１とともに移動し、反射器２１が待機位置に配置された状態では、補助遮光部材１９２が開口１９３と重ならない位置まで後退する。隔壁１９１及び補助遮光部材１９２が、遮光構造１９（図１、図３）と同様の機能を有する。
【００３９】
図５に示した実施例においては、加工対象物３０の搬出入時に、反射器２１を反射位置に配置することにより、レーザビームのパワーを計測することができる。
【００４０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４１】
１０  チャンバ
１１  搬出入口
１２  蓋
１３  ロボットアーム
１４  レーザ導入窓
１８  レーザパワーセンサ
１９  遮光構造
２０  テーブル
２１  反射器
２２  撮像装置
２３  高さセンサ
２５  移動機構
２７  昇降機構
２８  アクチュエータ
３０  加工対象物
３５  制御装置
３７  レーザ光学系
１９１  隔壁
１９２  補助遮光部材
１９３  開口
２５１  第１のガイドレール
２５２  中間ステージ
２５３  第１の駆動装置
２５４  第２のガイドレール
２５５  第２の駆動装置
【図１】
0006465712.tif 000002
【図２】
0006465712.tif 000003
【図３】
0006465712.tif 000004
【図４】
0006465712.tif 000005
【図５】
0006465712.tif 000006