(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホモジナイザーレンズを通して被処理物にラインビームからなるレーザ光を照射して被処理物の処理を行うレーザ処理装置の制御方法であって、前記ラインビームのビーム形状辺方向における傾きを測定し、この測定に基づいて、上記傾きが小さくなるように、ホモジナイザーレンズに入射するレーザ光ビームの一部を前記入射前に除去することを特徴とするレーザ処理装置の制御方法。
【請求項２】
ホモジナイザーレンズと、このレンズのビーム進行方向手前に配置されたミラーとを備え、前記ミラーでの反射およびホモジナイザーレンズでの透過を経て被処理物にラインビームからなるパルスレーザ光を照射して被処理物の処理を行うレーザ装置であって、被処理物に照射されるレーザ光の波形１パルス内での最大強度を測定する強度測定手段と辺方向における傾きを測定する傾き測定手段とを有し、さらに、前記強度測定手段の測定結果に基づきレーザ光の出力を制御するレーザ光出力制御手段と、前記傾き測定手段の測定結果に基づき、ホモジナイザーレンズへのレーザ光の幅方向における入射量を調整するレーザ光入射制御手段とを有することを特徴とするレーザ処理装置
【請求項３】
レーザ光入射制御手段は、ミラーの移動によってホモジナイザーレンズへの入射位置および入射量を調整するものであることを特徴とする請求項２記載のレーザ処理装置
【請求項４】
レーザ光入射制御手段は、ホモジナイザーレンズの入射側にスリットを配置し、このスリット幅を変更することによってホモジナイザーレンズへの射量を調整するものであることを特徴とする請求項２記載のレーザ処理装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、材料の加工、表面改質、アニールなどに利用されるレーザ処理装置およびレーザ処理装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザアニール装置などのレーザ処理装置は、レーザ発生部、光学系、基板搬送装置等で構成されている。
このレーザ処理装置は、被処理物への照射位置における、レーザ光の出力、波形、ビーム形状を一定に制御することが重要であるが、一般的には、レーザの出力が一定であれば、基板照射位置の出力も一定であり、波形、ビーム形状は重要でないと考えられている。このような観点から、従来は、レーザの出力のみを計測、制御する方法がとられている。レーザ出力の計測はレーザ出力部においてレーザ光出口と反対の側に配置したエネルギーメータにより行っており、レーザ光の出力の制御はレーザへの入力電圧の変更や、レーザ出口近傍にアッテネータを設けて制御する方法がよくとられている。なお、レーザ光は、図１３に示すように出力は一定値を示すものではないため、一般には積分値を算出し、これを出力値としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のレーザアニール装置において、上記計測および制御によってレーザの出力を一定に保っても、経時的に処理の均質性が損なわれるという問題がある。これは、経時的な光学系の劣化、汚れやレーザ発生源の電極形状の変化、ガス組成の変化などにより、基板照射位置のレーザ出力、波形、ビーム形状が次第に変化してしまうためであり、従来は、波形、ビーム形状の制御自体が困難であることから、定期的に光学系の清掃、調整、ガスの取り換えなどを行うことによって対応している。
しかし、上記作業は時間、手間ともにかかり、処理効率を低下させる原因となる。そこで、本発明者たちは、上記課題を解決するべく鋭意研究を進めたところ、波形の一部要素に着目し、この一部要素を適正に保つように装置を制御することにより均質なレーザ処理をより長い期間に亘って行えることを見出し本発明をするに至ったものである。
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、レーザ光の１パルス内での波形の最大強度およびビーム形状の傾きを測定してこれらを制御することにより安定した処理性能を得ることを可能とするレーザ処理装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ処理装置の制御方法のうち第１の発明は、ホモジナイザーレンズを通して被処理物にラインビームからなるレーザ光を照射して被処理物の処理を行うレーザ処理装置の制御方法であって、前記ラインビームのビーム形状辺方向における傾きを測定し、この測定に基づいて、上記傾きが小さくなるように、ホモジナイザーレンズに入射するレーザ光ビームの一部を前記入射前に除去することを特徴とする。
【０００５】
また、本発明の第２の発明のレーザ処理装置は、ホモジナイザーレンズと、このレンズのビーム進行方向手前に配置されたミラーとを備え、前記ミラーでの反射およびホモジナイザーレンズでの透過を経て被処理物にラインビームからなるパルスレーザ光を照射して被処理物の処理を行うレーザ装置であって、被処理物に照射されるレーザ光の波形１パルス内での最大強度を測定する強度測定手段と辺方向における傾きを測定する傾き測定手段とを有し、さらに、前記強度測定手段の測定結果に基づきレーザ光の出力を制御するレーザ光出力制御手段と、前記傾き測定手段の測定結果に基づき、ホモジナイザーレンズへのレーザ光の幅方向における入射量を調整するレーザ光入射制御手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
さらに、第３の発明のレーザ処理装置は、第２の発明において、レーザ光入射制御手段は、ミラーの移動によってホモジナイザーレンズへの入射位置および入射量を調整するものであることを特徴とする。
第４の発明のレーザ処理装置は、第２の発明において、レーザ光入射制御手段は、ホモジナイザーレンズの入射側にスリットを配置し、このスリット幅を変更することによってホモジナイザーレンズへの射量を調整するものであることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、前述したようにレーザアニール装置への適用に適しているが、この他に、レーザ光を被処理物に照射して、レーザ加工や、表面改質等の処理を行うレーザ処理装置に適用することも可能である。また、適用する制御方法は、パルスレーザ光またはラインビーム状レーザ光に適用されるが、両方の特性を有するラインビーム状パルスレーザ光への適用が最適である。
【０００８】
なお、波形の１パルスでの最大強度の測定は、パワーメータやバイプラナ光電管等を用いて行うことができる。この測定は、１パルスのみで測定してもよく、また複数パルスの最大強度を測定して１パルスでの最大強度を平均等によって算出するものであってもよい。
また、ラインビームの辺方向における傾きの測定は、波形をＣＣＤ等により捉え、その波形から最小２乗法により傾きを算出する等の方法により行うことができる。
上記最大強度を用いた制御では、予め目標となる最大強度を固定値や幅値として定めておき、この目標値が得られるようにレーザ光の出力を増減する。レーザ光の出力調整は、レーザ出力部への入力電圧の増減やアッテネータの調整により行うことができる。上記一連の制御は、レーザ光出力制御手段によって行うことができ、該レーザ光出力制御手段は、例えば設定部と判定部と操作部とによって構成することができる。
【０００９】
また、ラインビームの上記傾きの制御では、ホモジナイザーレンズへのレーザ光の入射を制御する。なお、このホモジナイザーレンズ２０は、図１１に示すように、微小レンズ２０ａ…２０ａをレーザ光２１の光軸と交差する方向に複数枚配置してレーザ光ビームを分割、合成するものであり、ホモジナイザー２０を通過するレーザ光は、図１２に示すようにビーム形状の均一化がなされる。
本発明では、ラインビームの傾きができるだけ０に近くなるように、レーザ光ビームの一部をホモジナイザーレンズへの入射前に除去して幅方向の入射量を減らす。この除去の方法としては、ホモジナイザーレンズの手前にスリットを配置してビームの一部を遮断する方法が挙げられる。また、他の方法としてはレーザビームをミラーの移動により幅方向に移動させて、ビームの一部をホモジナイザーレンズへの入射可能領域から外す方法が挙げられる。
【００１０】
上記一連の制御は、スリットを配置した装置では、スリット移動制御手段により行うことができる。スリット移動制御手段は、上記と同様に、傾きの測定結果を受ける判定部とスリットの移動を操作する操作部とによって構成することができる。また、ホモジナイザーレンズへの幅方向位置の調整は、ミラーを用いたミラー移動制御手段により行うことができる。このミラー移動制御手段は、例えば、傾きの測定結果を受ける判定部とミラーの移動を操作する操作部とによって構成することができる。
【００１１】
これらの方法による作用を説明すると、図８に示すようにホモジナイザーレンズに入射するビームが左右対称でない場合、ホモジナイザーレンズによるビームの傾きは、図８のＡ成分によって調整される。例えば、図９のように、Ａ成分を３分割し、合成点でのビーム形状をそれぞれａ１、ａ２、ａ３とすれば、ａ１、ａ２、ａ３の成分の有無により、ホモジナイザーレンズにより分割、合成されたビーム形状は、図１０のようになる。したがって、ａ１、ａ２、ａ３の成分を任意に除去することによりビームの傾きを調整することができる。
【００１２】
なお、上記波形の最大強度の測定、レーザ出力の制御やビーム形状におけるビームの傾斜、ホモジナイザーレンズへの幅方向における入射量の変更は、常時行ってもよく、また定期的に行ったり、必要時に随時行うものであってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図１〜図６に基づき説明する。
レーザ出力部１には、レーザチューブ電極２ａ、２ａを配したレーザチューブ２が設けられており、該チューブ２内にレーザ源としてハロゲンガスが封入されており、上記レーザチューブ電極２ａには、入力用の高圧電源３が接続されている。
また、レーザ出力部１のレーザ高出力側には、光路を遮蔽、開放可能なシャッタ４が配置されており、さらに前方の光路上にアッテネータ５、ミラー６が配置されており、ミラー６の反射方向には、ホモジナイザーレンズ７が配置されており、さらに光路前方に、ミラー８が配置されてビームを下方に向けて照射するように光学系が設計されている。なお、上記ミラー６には、ミラー駆動装置６ａが取り付けられており、ミラー６は、該ミラー駆動装置６ａによって入射側のビームの光軸方向に沿って移動することができる。また、上記ミラー８の下方には、基板１０を載置する基板搬送装置１１が配置されており、該基板搬送装置１１は図示しない駆動装置によりスライド移動される。なお、基板１０はレーザアニールにより多結晶化させるべく、表面にアモルファスシリコン薄膜を形成したものである。
【００１４】
また、ミラー８と基板１０へのレーザ光照射位置との間には、両者間の光路上に任意に配置できるように測定用ミラー９が移動可能に配置されており、該測定用ミラー９の反射方向に測定器１３が配置されており、該測定器１３は、波形の最大強度測定手段１３ａとしてのバイプラナ光電管と傾き測定手段１３ｂとしてのＣＣＤと傾き演算回路とを有している（それぞれは図示しない）。
そして最大強度測定手段１３ａの出力は、レーザ光出力制御手段１４に加えられており、該制御手段１４の制御信号は、高圧電源３に加えられている。なお、レーザ光出力制御手段１４は、予め、レーザ光の１パルスにおける所望の最大強度を目標値として定めておく設定部１４ａと、設定部１４ａでの目標値と測定値とを比較して操作信号を送出する判定部１４ｂと、判定部１４ｂでの操作信号に基づいて高圧電源３を操作する操作部１４ｃとからなる。
一方、傾き測定手段１３ｂの出力は、傾き制御手段１５に加えられており、該制御手段１５の制御信号は、ミラー駆動装置６ａに加えられている。なお、傾き制御手段１５は、測定値から操作信号を送出する判定部１５ｂと、判定部１５ｂでの操作信号に基づいてミラー駆動装置６ａを操作する操作部１５ｃとからなっている。
【００１５】
以下に、本実施形態のアニール装置におけるレーザ光の測定方法について説明する。
高圧電源３によって所定の電圧がチューブ電極２ａに加えられており、該レーザチューブ２よりエキシマレーザ光が出力されている。このレーザ光が光路上を進行しないように、レーザ出口のシャッタ４を閉じる。そして、ミラー８と基板１０との間の光路に、４５度に傾斜させた測定用反射ミラー９を移動させ、最大強度測定手段１３ａにレーザ光が向かうようにする。この状態で、レーザ出口のシャッタ４を開く。光路上を進行するレーザ光は、ミラー６、ホモジナイザーレンズ７、ミラー８および測定用ミラー９を介して最大強度測定手段１３ａに入射され、１パルスでの最大強度が測定される。この測定値は、レーザ光出力制御手段１４に送出され、判定部１４ｂにおいて予め設定部１４ａで定めた目標値と比較され、目標値とのずれによって制御が必要とされる場合には、必要な操作量を含めて操作信号が操作部１４ｃに送られる。操作部１４ｃでは、この操作信号によって高圧電源３の電源を増加または減少させ、レーザ光の最大強度が目標値になるようにレーザ光の出力を調整する。
【００１６】
次に、傾き測定手段１３ｂのＣＣＤにより、ビーム形状を測定する。ビーム形状は、例えば図４に示すように、幅方向の位置と強度との関係を示すビーム形状として得られる。このビーム形状から、傾き演算回路によってビーム形状の傾きを算出する。算出においては、最小２乗法を用いる。得られた傾きのデータは傾き制御手段１５に送出され、この傾きデータに基づいてミラー６に対する移動方向および移動量に基づく操作データが作り出される。このときには、例えば、図５に示すように、予め、移動量と傾きとの関係を求めておき、この関係から上記操作データを得ることができる。操作部１５ｃでは、この操作データに基づいてミラー駆動装置６ａを作動させ、ミラー６を必要な方向に必要な量だけ移動させて、図６に示すようにホモジナイザーレンズ７へのレーザ光１ａの入射位置を調整する。この結果、ビーム１ａの一部がホモジナイザーレンズ７への入射可能領域から外れてビームの一部が除去され、ビーム形状の傾き調整がなされる。
【００１７】
なお、ミラー６を移動させると、レーザ光の強度にも影響があるため、再度、レーザ光の最大強度を調整する前記操作を行うのが望ましい。
上記により、レーザ光の波形及びビーム形状が調整され、被処理物（基板）に対するレーザ処理が均質かつ良好になされる。
上記調整が終了した後は、レーザ出口のシャッタ４を閉じ、測定用ミラー９を光路上から除くように移動させ、再度シャッタ４を開ける。すると、レーザ光は、上記で説明したように光路上を進行し、基板１０にラインビームが照射される。
【００１８】
図７は、ビームの傾き調整のために、上記実施形態におけるミラー６の移動に変えて、ホモジナイザーレンズ７の手前にスリット１７ａ、１７ｂを配置したものであり、これらスリット１７ａ、１７ｂをビーム１ａの光軸と交差する方向にスライドさせることにより、ホモジナイザーレンズ７に入射するビーム１ａの一部を任意に除去することができる。例えば、図８に示したビームのａ１成分をスリット１７ａにより除去すると、傾きが小さくなってほぼ均一化されたビーム波形が得られる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザ処理装置の制御方法によれば、ラインビームのビーム形状長辺方向における傾きを測定し、この測定に基づいて、上記傾きが小さくなるように、ホモジナイザーレンズに対するレーザ光の入射位置を幅方向に変化させたり、入射ビームの一部を手前で除去したりすれば、ラインビームにおける処理のばらつきをなくして均一なレーザ処理を行うことができる。
【００２０】
さらに本発明のレーザ処理装置は、ホモジナイザーレンズと、このレンズのビーム進行方向手前に配置されたミラーとを備え、前記ミラーでの反射およびホモジナイザーレンズでの透過を経て被処理物にラインビームからなるパルスレーザ光を照射して被処理物の処理を行うレーザ装置であって、被処理物に照射されるレーザ光の波形１パルス内での最大強度を測定する強度測定手段と長辺方向における傾きを測定する傾き測定手段とを有し、さらに、前記強度測定手段の測定結果に基づきレーザ光の出力を制御するレーザ光出力制御手段と、前記傾き測定手段の測定結果に基づき、ホモジナイザーレンズへのレーザ光の幅方向における入射量または入射位置を調整するレーザ光入射制御手段とを有するので、上記制御方法を確実かつ自動的に行うことが可能になり、常に最適な状態でレーザ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の一実施形態を示す概略側面図である。
【図２】    同じく概略平面図である。
【図３】    同じく測定器と制御手段との接続を示すブロック図である。
【図４】    同じくラインビームのビーム形状を示すグラフである。
【図５】    同じくラインビームのビーム形状の傾きとミラーとの位置関係を示すグラフである。
【図６】    同じくホモジナイザーレンズへのラインビームの入射位置の変化をによるラインビームの一部除去を示す概略図である。
【図７】    他の実施形態におけるラインビームの一部除去を示す概略図である。
【図８】    傾きを持ったラインビームの一例を示す図である。
【図９】  上記ラインビームの成分波形を示す図である。
【図１０】  上記ラインビームの一部除去による波形の変化を示す図である。
【図１１】  ホモジナイザーレンズの構造及び機能を示す概略図である。
【図１２】  同じくホモジナイザーレンズによるビーム波形の変化を示す図である。
【図１３】  レーザ光の１パルスの波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１    レーザ出力部
２    レーザチューブ
２ａ  チューブ電極
３    高圧電源
４    シャッタ
５    アッテネータ
６    ミラー
７    ホモジナイザーレンズ
８    ミラー
９    測定用ミラー
１０    基板
１１    基板搬送装置
１３    測定器
１３ａ  最大強度測定手段
１３ｂ  傾き測定手段
１４    レーザ光出力制御手段
１４ａ  設定部
１４ｂ  判定部
１４ｃ  操作部
１５    傾き制御手段
１５ｂ  判定部
１５ｃ  操作部
１７ａ  スリット
１７ｂ  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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