レーザー加工装置
【課題】加工対象物の表面の測定時点と加工時点とが同一でなくても、また前記加工対象物の表面に微細な塵埃が付着していても、レーザー（アニール）加工ができるレーザー加工装置を得ること。
【解決手段】本発明のレーザー加工装置１は、レーザー変位計３に所定の間隔を開けて追従するレーザ加工手段４を用い、レーザー変位計３で加工対象物Ｗであるアモルファスシリコン層Ｗａの異なる表面の測定位置における高さを順次測定し、高さデーターを収集し、その収集した高さデーターを加工してレーザ加工手段４のレーザービームＬｂをアモルファスシリコン層Ｗａの前記測定位置の表面にフォーカス或いはオフセットさせて、アモルファスシリコン層Ｗａをアニールできるように構成されている。
【解決手段】本発明のレーザー加工装置１は、レーザー変位計３に所定の間隔を開けて追従するレーザ加工手段４を用い、レーザー変位計３で加工対象物Ｗであるアモルファスシリコン層Ｗａの異なる表面の測定位置における高さを順次測定し、高さデーターを収集し、その収集した高さデーターを加工してレーザ加工手段４のレーザービームＬｂをアモルファスシリコン層Ｗａの前記測定位置の表面にフォーカス或いはオフセットさせて、アモルファスシリコン層Ｗａをアニールできるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービームにより加工対象物の表面を所定の順序にしたがって走査しながら局所的に加熱し、前記加工対象物の表面を熱処理するレーザー加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルの製造工程においては、透明なガラス基板の表面にケミカルベーパディポジション（ＣＶＤ）を用いてアモルファスシリコンを成膜し、このアモルファスシリコン膜をアニールしてポリシリコン膜に処理するアニール工程がある。
【０００３】
従来技術のレーザー加工装置では、加工対象物に対する位置を測定しながら目標位置差分に対しフィードバック制御を掛けてリアルタイムにレーザービームにフォーカスを掛けるようにしている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−２４５０６７号（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、従来技術のレーザー加工装置では、加工対象物の表面の測定点と加工点との位置が同一であり、そして時間的に同一でなければ実現できなかった。
【０００５】
また、加工対象物の表面に微細な塵埃が載っていたり、加工対象物の端面ぎりぎりなど、測定できないポイントがあったりすると、レーザービームのフォーカスが外れて、まともにレーザー加工ができないことがあった。
【０００６】
本発明は、これらの課題を解決しようとするものであって、加工対象物の表面の測定時点と加工時点とが同一でなくても、また前記加工対象物の表面に微細な塵埃が付着していても、更に前記加工対象物の端面ぎりぎりの場所であっても、所定の間隔を開けて配設されている変位計とレーザー加工手段とを用いてレーザー加工ができるレーザー加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
それ故、本発明のレーザー加工装置は、加工対象物の異なる位置における表面の高さを順次測定し、高さ変位データーを収集する変位計と、前記変位計と所定の間隔を開けて配設され、前記加工対象物の表面を加熱するレーザービームを発射するレーザー加工手段と、前記変位計により測定、収集した高さ変位データーを加工して前記レーザー加工手段の前記レーザービームを前記加工対象物の所定表面にフォーカス或いはオフセットさせるのに適した制御データーを生成する制御データー生成手段と、該制御データーに従って前記レーザー加工手段からのレーザービームのフォーカスを制御するフォーカス制御手段とを備えて構成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記レーザー加工装置における前記制御手段からの制御データーによる前記加工対象物の表面へのレーザービームのフォーカス或いはオフセットは、前記レーザー加工手段に組み込まれているフォーカシングレンズを上下方向に微調整することにより行うことを特徴とする。
【０００９】
そして前記レーザー加工装置における前記レーザー加工手段は、前記変位計に追従する状態で配設されており、そのような配設状態の前記変位計と前記レーザー加工手段とを前記加工対象物の表面全面をＸＹ方向に順次スキャンして前記加工対象物の表面を加工するに当たり、前記変位計が、常時、前記レーザー加工手段の前方に存在するように、前記加工対象物の表面の一端から他端に向かって第１ライン上をスキャンさせ、前記他端に到達したら反転させて、前記第１ライン上とは異なる平行な隣接する第２ライン上を前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせ、このようなスキャン動作を繰り返し行って、前記変位計で測定ポイントを順次測定させながら、それぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の全表面をレーザー加工することを特徴とする。
【００１０】
また、前記レーザー加工装置における前記レーザー加工手段と前記変位計とは所定の間隔を保って配設されており、そのような配設状態の前記変位計と前記レーザー加工手段とを前記加工対象物の表面全面をＸＹ方向に順次スキャンして前記加工対象物の表面を加工するに当たり、前記加工対象物の表面の一端から他端に向かってＸ方向に１ライン上をスキャンさせる場合は、前記変位計が前記レーザー加工手段に先行するように、そして前記他端に到達したらＹ方向に僅かにずらして前記スキャン方向を反転させ、前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせる場合は、前記レーザー加工手段が前記変位計に先行するように、前記ライン上とは異なる平行な隣接するライン上を前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせ、このようなスキャン動作を繰り返し行い、前記変位計が前記レーザー加工手段に先行してスキャンする場合は、該変位計で測定ポイントを順次測定させながら、それぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の表面をレーザー加工し、前記レーザー加工手段が前記変位計に先行してスキャンする場合は、該変位計で測定ポイントを順次測定させながら前記制御データー生成手段に記憶しておき、該レーザー加工手段には、直前のラインをスキャンした時に得られた各測定ポイントのそれぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の表面をレーザー加工することを特徴とする。
【００１１】
そしてまた、前記レーザー加工装置における前記制御データー生成手段は、前記変位計で測定、収集した前記高さ変位データーの中に異常値が発生した場合に、該異常値の高さ変位データーを除去するフィルター機能を備えていることを特徴とする。
【００１２】
更に、前記レーザー加工装置における前記変位計及び前記レーザ加工手段による前記加工対象物の表面への前記ＸＹ軸方向のトレースは、前記加工対象物を載置したＸＹ軸ステージをＸＹ軸方向に移動、制御することにより行うことを特徴とする。
【００１３】
更にまた、前記レーザー加工装置における前記加工対象物は、透明なガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコン層であることを特徴とする。
【００１４】
そして更にまた、前記レーザー加工装置における前記加工対象物に対する前記レーザ加工は、アニール加工であることを特徴とする。
【００１５】
従って、本発明のレーザー加工装置によれば、加工対象物の表面が傾斜、反りなどがあっても、そのような表面にレーザービームを調整して照射することができ、従って均一に加熱することができる。
【００１６】
また、前記加工対象物の表面に対するレーザービームのフォーカスをオフセットした場合、前記加工対象物の加工表面を比較的広い面積のスポットで加熱することができる。
【００１７】
更にまた、前記制御データー生成手段にフィルター機能を持たせたので、変位計で測定、収集した高さ変位データー中に異常値のものが存在しても、前記加工対象物のその表面を異常に加熱することがない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のレーザー加工装置によれば、精度が必要な場合は、測定ポイント数を増やすことにより精度を向上させることができ、加工速度を重視する場合は、測定ポイント数を減らすことによりレーザー加工速度を速くすることができる。
【００１９】
また、ガラス基板のような加工対象物の表面が傾いて高低差が、例えば、最大±１５０μｍあるものであっても、測定後に計算して追従させると、例えば、±８μｍに収めることができる優れた効果が得られる。
【００２０】
更にまた、加工対象物の表面に塵埃が付着していても、レーザー加工部分が加工対象物の端部であっても、レーザー加工ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
前記のように、液晶パネルの製造工程においては、透明なガラス基板Ｗｂの表面にケミカルベーパディポジション（ＣＶＤ）を用いてアモルファスシリコンＷａを成膜し、このアモルファスシリコン層Ｗａをアニールしてポリシリコン膜に処理する作業がある。本発明のレーザー加工装置１は、このガラス基板の表面に成膜されているアモルファスシリコン層（加工対象物）のレーザーアニール装置として用いた。
【００２２】
前記アモルファスシリコン層Ｗａをポリシリコン層に変化させるには、レーザービームＬｂによる加熱の正確な温度制御が必要であり、そのフォーカスの調整が不可欠である。詳細は後記するように、加工点にはレーザービームＬｂを発射するレーザー鏡筒４１を用い、アモルファスシリコン層Ｗａの高さ変位の測定にはレーザー変位計３を用いており、このレーザー変位計３で予めアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定してから、その測定データーに基づいて生成された制御データーで追随動作を行うフォーカス動作を行わせている。
【００２３】
ガラス基板Ｗｂ上のアモルファスシリコン層Ｗａの表面位置をＸＹ座標の２次元配列にし、レーザー変位計３でトレースして測定し、表面変位データを２次元配列の計算式に代入する。そのデーターを記憶し、計算加工してレーザー鏡筒４１のＺ軸の高さデーターとし、加工時にレーザー鏡筒４１のＺ軸を追従させてレーザービームＬｂのフォーカスの調整精を行い、アニール処理を行っている。
【００２４】
以下、図を用いて、本発明のレーザー加工装置を説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１実施例のレーザー加工装置の構成概念図、図２はガラス基板上のアモルファスシリコン層の表面に対するレーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレース方法を示した斜視図、図３は図２に示したアモルファスシリコン層の表面の第１列目をトレースする場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との動作を説明するための概念図、図４はレーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレースが第１列目から第２列目に移行した場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との第１の位置関係及び動作を説明するための概念図、図５はレーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレースが第１列目から第２列目に移行した場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との第２の位置関係及び動作を説明するための概念図、図６は本発明のレーザー加工装置におけるレーザー変位計とレーザ加工手段との動作を説明するためのフローチャート、そして図７は加工面に対するレーザービームのフォーカス状態を示していて、同図Ａは加工面に丁度フォーカスした状態を示した断面図、同図Ｂは加工面の少し上方位置にオフセットしてフォーカスした状態を示した断面図である。
【００２６】
図１において、符号１は本発明の一実施例のレーザー加工装置を指す。このレーザー加工装置１は、ＸＹ軸ステージ２、レーザー変位計３、レーザービームＬｂのフォーカスレンズ４２、コンピュータ５、Ｚ軸駆動手段６、高さ調整手段であるＺ軸ステージ７などから構成されている。
【００２７】
この実施例の場合の加工対象物Ｗは、透明なガラス基板Ｗｂの表面にアモルファスシリコン層Ｗａが成膜されているでものであり、その表面が水平状態になるようにＸＹ軸ステージ２上に載置、固定される。
【００２８】
図２に示したように、アモルファスシリコン層Ｗａの表面位置をＸＹ軸方向にマトリックス状の２次元配列にし、交点Ｐ（００，００）から交点Ｐ（ｎ，ｍ）をアモルファスシリコン層Ｗａの表面高さを測定する場所とした。
【００２９】
ＸＹ軸ステージ２はその表面に載置する加工対象物Ｗが水平状態になるように調整でき、また、図示しない駆動手段によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する。
【００３０】
レーザー変位計３は加工対象物Ｗの表面にレーザービームを照射し、その反射時間の差異からその照射点の高さデーターをコンピュータ５のメモリ５３に出力するものである。
【００３１】
フォーカスレンズ４２はレーザ加工手段を構成するレーザー鏡筒４１内に組み込まれており、Ｚ軸ステージ７に固定されていて、このＺ軸ステージ７の上下動によりフォーカスレンズ４２の高さが調整され、レーザービームＬｂのフォーカスを調整するものである。
【００３２】
コンピュータ５は一般的なもので、インターフェース基板５１、ＣＰＵ５２、メモリ５３、ＨＤＤ５４などから構成されており、レーザー変位計３から入力される各測定点における高さデーターを処理してＺ軸ステージ７を駆動するＺ軸駆動手段６を制御する制御データーを生成する手段として機能している。メモリ５３にはアモルファスシリコン層Ｗａの前記各ＸＹ座標位置に対応する配列位置データーが予め書き込まれている。ＨＤＤ５４は本発明のレーザー加工装置１による加工後の加工対象物Ｗの評価を行う場合に用いられる。
【００３３】
アモルファスシリコン層Ｗａの上方には、レーザー変位計３とレーザー鏡筒４１とが配設、支持されている。そのレーザー変位計３はレーザー鏡筒４１と少なくとも隣接する測定点間以上の間隔を開け、そしてレーザー鏡筒４１に先行して配設されていて、両者は対となって第１列目のラインから各列のライン上をトレースする。この実施例の場合、レーザー変位計３とレーザー鏡筒４１とはＸＹ軸方向には固定されていて、ＸＹ軸ステージ２がＸ軸方向とＹ軸方向に制御、駆動され、従ってアモルファスシリコン層ＷａがＸＹ軸方向に移動することによって、その表面がトレースされる。
【００３４】
次に、図３乃至図６を用いて、本発明のレーザー加工装置１の動作を説明する。
【００３５】
先ず、図３に示したように、１列目からトレースが始める。図３は図２に示した１列目のみを示していて、その１列目のトレース状態を示している。同図Ａはレーザー変位計３がアモルファスシリコン層Ｗａ上の位置Ｐ（００，００）点に到達し、レーザー鏡筒４１はまだ測定位置Ｐ（００，００）点に到達していない状態を示していて、レーザー変位計３は測定位置Ｐ（００，００）点におけるアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し、その高さデーターをメモリ５３の２次元配列に代入する。
【００３６】
図３Ｂはレーザー変位計３が更に次の測定位置Ｐ（００，０１）点に到達して、その測定位置におけるアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し、その高さデーターをメモリ５３の２次元配列に代入する。しかし、レーザー鏡筒４１はまだ最初の測定位置Ｐ（００，００）点にも到達していない。
【００３７】
図３Ｃは図３Ｂの状態からレーザー変位計３が測定位置Ｐ（００，０１）点を過ぎ、レーザー鏡筒４１が丁度測定位置Ｐ（００，００）点に達した状態を示している。この状態においては、図３Ａの状態の時にレーザー変位計３が測定した測定位置Ｐ（００，００）点に対応する配列位置データーと高さデーターとをメモリ５３から読み出し、ＣＰＵ５２で計算加工してＺ軸ステージ７のＺ軸の高さデーターとし、レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２を駆動するＺ軸駆動手段６に入力される。レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２はその高さデーターの値に応じてＺ軸駆動手段６が上下に移動、制御され、レーザービームＬｂを測定位置Ｐ（００，００）点にフォーカスさせるなどの調整を行う。
【００３８】
以下、レーザー変位計３は測定位置Ｐ（００，０２）点、Ｐ（００，０３）点・・・とトレースして行き、他端の測定位置Ｐ（００，ｍ）点（図２）までトレースして、それらの表面の高さ変位を測定し、各高さデーターをメモリ５３に、順次、２次元配列で書き込み、レーザー鏡筒４１が順次測定位置Ｐに到達した加工時に、順次、メモリ５３から配列位置データーと高さデーターとを読み出してＣＰＵ５２で計算し、それぞれの高さ変位に応じた高さデーターによりレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の高さを調整する。
【００３９】
レーザー変位計３及びレーザー鏡筒４１がこのようにして第１列目をトレースし終えると、レーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する位置関係を保ったまま反転し、図４Ａに示したように、レーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する状態で第２列目を測定位置Ｐ（０１，ｍ）点、Ｐ（０１，ｍ−１）点・・・Ｐ（０１，００）点とトレースし、前記と同様に各測定位置Ｐ点で高さ変位を測定し、その値を基に高さデーターを算出して、レーザー鏡筒４１が前記各測定位置Ｐ点に達した時に、レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の高さが調整されてアニール加工を行う。
【００４０】
第２列目の測定、フォーカス調整、そしてアニール加工が終了すると、またレーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する状態で反転し、第３列目を同様にトレースする。以下、ｎ列目までレーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する状態で反転を繰り返し、トレースする。
【００４１】
このレーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する状態で反転させるトレース方法であると、レーザー変位計３とレーザー鏡筒４１との支持機構が複雑になると共に反転動作に時間が掛かり、従って、一枚のアモルファスシリコン層Ｗａのアニール加工を行うのに時間が掛かり過ぎる嫌いがある。
【００４２】
次に、この課題を解決する方法を図５を用いて説明する。
【００４３】
この図５に示したレーザー変位計３とレーザー鏡筒４１との位置関係は、第１列目のトレースが終了した時に、両者の前記位置関係を保ったまま反転させ、第２列目をトレースさせる。即ち、レーザー鏡筒４１が先行し、レーザー変位計３がレーザー鏡筒４１に追従する状態になり、第２列目をトレースすることになる。
【００４４】
このようなレーザー変位計３とレーザー鏡筒４１との位置関係でアニール加工をさせるとすると、レーザー変位計３はレーザー鏡筒４１の後追いで測定位置Ｐ（０１，ｍ）点、Ｐ（０１，ｍ−１）点、Ｐ（０１，ｍ−２）点・・・を順次測定することになることから、先行するレーザー鏡筒４１の高さ位置の調整は無意味となる。
【００４５】
それ故、この位置関係でアニール加工を行う場合は、レーザー変位計３が第１列目の各測定位置Ｐを高さを測定している時に、それらの高さデーターを次列目、即ち、この図５の場合は第２列目の各測定位置Ｐの高さデーターとしてメモリ５３に配列、代入しておき、レーザー鏡筒４１が第２列目の測定位置Ｐ（０１，ｍ）点に到達した時は、第１列目の測定位置Ｐ（００，ｍ）点の高さデーターを用いてレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の調整を行い、そしてアニール加工を行い、レーザー鏡筒４１が第２列目の測定位置Ｐ（０１，ｍ−１）点に到達した時は、第１列目の測定位置Ｐ（００，ｍ−１）点の高さデーターを用いてレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の調整を行い、そしてアニール加工を行い、以下、測定位置Ｐ（０１，００）点まで同様に第１列目の測定位置Ｐ（００，ｍ−２）点、Ｐ（００，ｍ−３）点・・・Ｐ（００，００）点の高さデーターを用いてレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の調整を行い、この手法でアニール加工を行わせる。
【００４６】
この手法は、厳密に考えれば、レーザービームＬｂのフォーカス調整を精密に行っていることにはならないが、実際には極めて密接に隣接する位置の高さデーターを用いるのでアモルファスシリコン層Ｗａのアニール加工には支障を来さない。そしてレーザー変位計３及びレーザー鏡筒４１のトレース時間を短縮でき、しかもそれらの支持機構も簡素化することができる。
【００４７】
前記高さデーターによるレーザービームＬｂのフォーカスの調整であるが、図７Ａに示したように、フォーカスレンズ４２をＺ軸ステージ７の高さを制御してフォーカスレンズ４２を上下動させ、レーザービームＬｂが、丁度、アモルファスシリコン層Ｗａの表面にフォーカスするように調整してもよいし、同図Ｂに示したように、レーザービームＬｂがアモルファスシリコン層Ｗａのやや上方でフォーカスするように調整してもよい。
【００４８】
前者の場合は、レーザービームＬｂが照射するアモルファスシリコン層Ｗａの表面におけるスポットは最小になり、そのエッジが鮮明になる。後者の場合は、レーザービームＬｂが照射するスポットのエッジはぼけるが、そのスポットは大きくなる。従って、前者のジャストフォーカスの場合より広い範囲をアニールできる。ただし、この場合は、トレース速度を遅くして十分な加熱温度が得られるようにする必要がある。
【００４９】
次に、図３及び図６を用いて、レーザー測定部（変位計３）の動作とレーザー加工部（鏡筒４１）の動作及び両者の関係を説明する。
【００５０】
ＸＹ軸ステージ２を作動させ（ステップＳ２）、レーザー変位計３とレーザー鏡筒４１とで１列目からトレースを始める。図３Ａに示したように、レーザー変位計３がアモルファスシリコン層Ｗａ上の位置Ｐ（００，００）点に到達し、レーザー鏡筒４１がまだ測定位置Ｐ（００，００）点に到達していない状態では、レーザー変位計３は現在ＸＹ座標を取得し（ステップＳ１１）、その現在ＸＹ座標は対応する配列データーに変換される（ステップＳ１２）。レーザー変位計３が測定位置Ｐ（００，００）点のみならず、他の測定位置Ｐに達するまでは、ステップＳ１１からステップＳ１３は繰り返されている。
【００５１】
レーザー変位計３がこの測定位置Ｐ（００，００）点に達した時、その測定位置Ｐ（００，００）点におけるアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し（ステップＳ１４）、その表面の高さデーターをメモリ５３の２次元配列に代入する（ステップＳ１５）。
【００５２】
図３Ｂに示したように、レーザー変位計３が更に次の測定位置Ｐ（００，０１）点に到達すると、その現在ＸＹ座標は、同様に、対応する配列データーに変換される。そして、その測定位置におけるアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し、その表面変位の高さデーターを前記２次元配列に代入する。しかし、レーザー鏡筒４１はまだ最初の測定位置Ｐ（００，００）点にも到達していない。従って、この間、レーザー鏡筒４１は現在ＸＹ座標の取得は行われず、配列位置の変化もないので、ステップＳ２１からステップＳ２３の動作を繰り返している。
【００５３】
次に、図３Ｃに示したように、レーザー変位計３が測定位置Ｐ（００，０１）点を過ぎ、レーザー鏡筒４１が丁度測定位置Ｐ（００，００）点に達すると、その現在ＸＹ座標を取得し（ステップＳ２１）、その現在ＸＹ座標に対応した配列位置に変換される（ステップＳ２２）。そして配列位置が変化したことから（ステップＳ２３）、その配列位置に対して先にレーザー変位計３で測定した高さデーターをメモリ５３から読み出し、ＣＰＵ５２で計算加工してＺ軸ステージ７のＺ軸の高さデーターとし（ステップＳ２４）、レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２を駆動するＺ軸駆動手段６に出力される。レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２は、前記のように、その高さデーターの値に応じてＺ軸駆動手段６が上下に移動、制御され、レーザービームＬｂを測定位置Ｐ（００，００）点のアモルファスシリコン層Ｗａの表面に、図７Ａに示したように、ジャストフォーカスさせるか、図７Ｂに示したように、オフセットフォーカスさせる（ステップＳ２５）。
【００５４】
以下、レーザー変位計３が測定位置Ｐ（００，０２）点、Ｐ（００，０３）点・・・とトレースして行き、それらの表面の高さ変位を測定し、それらの高さデーターをメモリ５３に、順次、２次元配列で書き込み、レーザー鏡筒４１が追従して前記それぞれの測定位置Ｐに到達した加工時に、順次、メモリ５３から配列位置データーと高さデーターとを読み出してＣＰＵ５２で高さ変位を計算し、それぞれの高さ変位に応じた高さデーターによりレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の高さを調整する。
【００５５】
ただし、アモルファスシリコン層Ｗａの測定位置Ｐに塵埃が存在していて、レーザー変位計３で測定した高さ変位データーがその前で測定した高さ変位データーと比較して突出しているような異常値である場合、例えば、１０μｍ以上の差があるような場合、ＣＰＵ５２に備わっているフィルター機能が作動して、データーは無しとする。従って、レーザー鏡筒４１は前の測定（加工）位置における高さ（フォーカス）でアニール加工を行うようになされていて、異常加熱を防ぐ。
【００５６】
このレーザー加工装置１は第２列目以下も同様に動作を繰り返す。ただし、図５を用いて説明したように、レーザー変位計３がレーザー鏡筒４１に追従して偶数列目をトレースする場合には、レーザー変位計３で測定した直前の奇数列目の高さデーターを流用して、コンピュータ５で前記の解析、修正を行い、レーザー鏡筒４１の高さを制御し、レーザービームＬｂのフォーカスを調整する。
【００５７】
このようにしてアモルファスシリコン層Ｗａを全面をレーザー変位計３とレーザー鏡筒４１を一体でトレースさせ、アニール加工を行う。
【実施例】
【００５８】
面積が８ｍｍ×９．５ｍｍ、膜厚が５０ｎｍ〜１２０ｎｍ程度のアモルファスシリコン層Ｗａを加工対象物とし、そのアモルファスシリコン層Ｗａの表面を０．５ｍｍ間隔でマトリックス状に区分して１５×１８（２７０）ポイントの測定点とし、そしてＸＹ軸ステージ２のＸ軸方向の移動速度（トレース速度）を１００ｍｍ／ｓｅｃとして実験した。
【００５９】
ガラス基板Ｗｂが傾いて、最大±１５０μｍの傾斜があるものでも、レーザー変位計３でアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し、計算して追従するレーザー鏡筒４１を制御させると、±８に収まった。
【００６０】
用いたレーザービームＬｂのフォーカスのスポット径は（０．４ｍｍ〜０５ｍｍ）×（０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ）の長方形のスポットで、アモルファスシリコン層Ｗａの表面にジャストフォーカスさせてアニールした。この時のアニールの温度は８００〜１，０００℃程度であり、アモルファスシリコン層Ｗａの全表面を良好にアニールすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明のレーザー加工装置は、液晶表示パネルの製造産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施例のレーザー加工装置の構成概念図である。
【図２】ガラス基板上のアモルファスシリコン層の表面に対するレーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレース方法を示した斜視図である。
【図３】図２に示したアモルファスシリコン層の表面の第１列目をトレースする場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との動作を説明するための概念図である。
【図４】レーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレースが第１列目から第２列目に移行した場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との第１の位置関係及び動作を説明するための概念図である。
【図５】レーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレースが第１列目から第２列目に移行した場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との第２の位置関係及び動作を説明するための概念図である。
【図６】本発明のレーザー加工装置におけるレーザー変位計とレーザ加工手段との動作のフローチャートである。
【図７】加工面に対するレーザービームのフォーカス状態を示していて、同図Ａは加工面に丁度フォーカスした状態を示した断面図、同図Ｂは加工面の少し上方位置にオフセットしてフォーカスした状態を示した断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…本発明の実施例のレーザー加工装置、２…ＸＹ軸ステージ、３…レーザー変位計、４…レーザ加工手段、４１…レーザー鏡筒、４２…フォーカスレンズ、５…コンピュータ、５１…インターフェース基板、５２…ＣＰＵ、５３…メモリ、５４…ＨＤＤ、６…Ｚ軸駆動手段、７…Ｚ軸ステージ、Ｌｂ…レーザービーム、Ｗ…加工対象物、Ｗａ…アモルファスシリコン層、Ｗｂ…ガラス基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザービームにより加工対象物の表面を所定の順序にしたがって走査しながら局所的に加熱し、前記加工対象物の表面を熱処理するレーザー加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルの製造工程においては、透明なガラス基板の表面にケミカルベーパディポジション（ＣＶＤ）を用いてアモルファスシリコンを成膜し、このアモルファスシリコン膜をアニールしてポリシリコン膜に処理するアニール工程がある。
【０００３】
従来技術のレーザー加工装置では、加工対象物に対する位置を測定しながら目標位置差分に対しフィードバック制御を掛けてリアルタイムにレーザービームにフォーカスを掛けるようにしている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−２４５０６７号（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、従来技術のレーザー加工装置では、加工対象物の表面の測定点と加工点との位置が同一であり、そして時間的に同一でなければ実現できなかった。
【０００５】
また、加工対象物の表面に微細な塵埃が載っていたり、加工対象物の端面ぎりぎりなど、測定できないポイントがあったりすると、レーザービームのフォーカスが外れて、まともにレーザー加工ができないことがあった。
【０００６】
本発明は、これらの課題を解決しようとするものであって、加工対象物の表面の測定時点と加工時点とが同一でなくても、また前記加工対象物の表面に微細な塵埃が付着していても、更に前記加工対象物の端面ぎりぎりの場所であっても、所定の間隔を開けて配設されている変位計とレーザー加工手段とを用いてレーザー加工ができるレーザー加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
それ故、本発明のレーザー加工装置は、加工対象物の異なる位置における表面の高さを順次測定し、高さ変位データーを収集する変位計と、前記変位計と所定の間隔を開けて配設され、前記加工対象物の表面を加熱するレーザービームを発射するレーザー加工手段と、前記変位計により測定、収集した高さ変位データーを加工して前記レーザー加工手段の前記レーザービームを前記加工対象物の所定表面にフォーカス或いはオフセットさせるのに適した制御データーを生成する制御データー生成手段と、該制御データーに従って前記レーザー加工手段からのレーザービームのフォーカスを制御するフォーカス制御手段とを備えて構成されていることを特徴とする。
【０００８】
前記レーザー加工装置における前記制御手段からの制御データーによる前記加工対象物の表面へのレーザービームのフォーカス或いはオフセットは、前記レーザー加工手段に組み込まれているフォーカシングレンズを上下方向に微調整することにより行うことを特徴とする。
【０００９】
そして前記レーザー加工装置における前記レーザー加工手段は、前記変位計に追従する状態で配設されており、そのような配設状態の前記変位計と前記レーザー加工手段とを前記加工対象物の表面全面をＸＹ方向に順次スキャンして前記加工対象物の表面を加工するに当たり、前記変位計が、常時、前記レーザー加工手段の前方に存在するように、前記加工対象物の表面の一端から他端に向かって第１ライン上をスキャンさせ、前記他端に到達したら反転させて、前記第１ライン上とは異なる平行な隣接する第２ライン上を前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせ、このようなスキャン動作を繰り返し行って、前記変位計で測定ポイントを順次測定させながら、それぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の全表面をレーザー加工することを特徴とする。
【００１０】
また、前記レーザー加工装置における前記レーザー加工手段と前記変位計とは所定の間隔を保って配設されており、そのような配設状態の前記変位計と前記レーザー加工手段とを前記加工対象物の表面全面をＸＹ方向に順次スキャンして前記加工対象物の表面を加工するに当たり、前記加工対象物の表面の一端から他端に向かってＸ方向に１ライン上をスキャンさせる場合は、前記変位計が前記レーザー加工手段に先行するように、そして前記他端に到達したらＹ方向に僅かにずらして前記スキャン方向を反転させ、前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせる場合は、前記レーザー加工手段が前記変位計に先行するように、前記ライン上とは異なる平行な隣接するライン上を前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせ、このようなスキャン動作を繰り返し行い、前記変位計が前記レーザー加工手段に先行してスキャンする場合は、該変位計で測定ポイントを順次測定させながら、それぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の表面をレーザー加工し、前記レーザー加工手段が前記変位計に先行してスキャンする場合は、該変位計で測定ポイントを順次測定させながら前記制御データー生成手段に記憶しておき、該レーザー加工手段には、直前のラインをスキャンした時に得られた各測定ポイントのそれぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の表面をレーザー加工することを特徴とする。
【００１１】
そしてまた、前記レーザー加工装置における前記制御データー生成手段は、前記変位計で測定、収集した前記高さ変位データーの中に異常値が発生した場合に、該異常値の高さ変位データーを除去するフィルター機能を備えていることを特徴とする。
【００１２】
更に、前記レーザー加工装置における前記変位計及び前記レーザ加工手段による前記加工対象物の表面への前記ＸＹ軸方向のトレースは、前記加工対象物を載置したＸＹ軸ステージをＸＹ軸方向に移動、制御することにより行うことを特徴とする。
【００１３】
更にまた、前記レーザー加工装置における前記加工対象物は、透明なガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコン層であることを特徴とする。
【００１４】
そして更にまた、前記レーザー加工装置における前記加工対象物に対する前記レーザ加工は、アニール加工であることを特徴とする。
【００１５】
従って、本発明のレーザー加工装置によれば、加工対象物の表面が傾斜、反りなどがあっても、そのような表面にレーザービームを調整して照射することができ、従って均一に加熱することができる。
【００１６】
また、前記加工対象物の表面に対するレーザービームのフォーカスをオフセットした場合、前記加工対象物の加工表面を比較的広い面積のスポットで加熱することができる。
【００１７】
更にまた、前記制御データー生成手段にフィルター機能を持たせたので、変位計で測定、収集した高さ変位データー中に異常値のものが存在しても、前記加工対象物のその表面を異常に加熱することがない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のレーザー加工装置によれば、精度が必要な場合は、測定ポイント数を増やすことにより精度を向上させることができ、加工速度を重視する場合は、測定ポイント数を減らすことによりレーザー加工速度を速くすることができる。
【００１９】
また、ガラス基板のような加工対象物の表面が傾いて高低差が、例えば、最大±１５０μｍあるものであっても、測定後に計算して追従させると、例えば、±８μｍに収めることができる優れた効果が得られる。
【００２０】
更にまた、加工対象物の表面に塵埃が付着していても、レーザー加工部分が加工対象物の端部であっても、レーザー加工ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
前記のように、液晶パネルの製造工程においては、透明なガラス基板Ｗｂの表面にケミカルベーパディポジション（ＣＶＤ）を用いてアモルファスシリコンＷａを成膜し、このアモルファスシリコン層Ｗａをアニールしてポリシリコン膜に処理する作業がある。本発明のレーザー加工装置１は、このガラス基板の表面に成膜されているアモルファスシリコン層（加工対象物）のレーザーアニール装置として用いた。
【００２２】
前記アモルファスシリコン層Ｗａをポリシリコン層に変化させるには、レーザービームＬｂによる加熱の正確な温度制御が必要であり、そのフォーカスの調整が不可欠である。詳細は後記するように、加工点にはレーザービームＬｂを発射するレーザー鏡筒４１を用い、アモルファスシリコン層Ｗａの高さ変位の測定にはレーザー変位計３を用いており、このレーザー変位計３で予めアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定してから、その測定データーに基づいて生成された制御データーで追随動作を行うフォーカス動作を行わせている。
【００２３】
ガラス基板Ｗｂ上のアモルファスシリコン層Ｗａの表面位置をＸＹ座標の２次元配列にし、レーザー変位計３でトレースして測定し、表面変位データを２次元配列の計算式に代入する。そのデーターを記憶し、計算加工してレーザー鏡筒４１のＺ軸の高さデーターとし、加工時にレーザー鏡筒４１のＺ軸を追従させてレーザービームＬｂのフォーカスの調整精を行い、アニール処理を行っている。
【００２４】
以下、図を用いて、本発明のレーザー加工装置を説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１実施例のレーザー加工装置の構成概念図、図２はガラス基板上のアモルファスシリコン層の表面に対するレーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレース方法を示した斜視図、図３は図２に示したアモルファスシリコン層の表面の第１列目をトレースする場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との動作を説明するための概念図、図４はレーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレースが第１列目から第２列目に移行した場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との第１の位置関係及び動作を説明するための概念図、図５はレーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレースが第１列目から第２列目に移行した場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との第２の位置関係及び動作を説明するための概念図、図６は本発明のレーザー加工装置におけるレーザー変位計とレーザ加工手段との動作を説明するためのフローチャート、そして図７は加工面に対するレーザービームのフォーカス状態を示していて、同図Ａは加工面に丁度フォーカスした状態を示した断面図、同図Ｂは加工面の少し上方位置にオフセットしてフォーカスした状態を示した断面図である。
【００２６】
図１において、符号１は本発明の一実施例のレーザー加工装置を指す。このレーザー加工装置１は、ＸＹ軸ステージ２、レーザー変位計３、レーザービームＬｂのフォーカスレンズ４２、コンピュータ５、Ｚ軸駆動手段６、高さ調整手段であるＺ軸ステージ７などから構成されている。
【００２７】
この実施例の場合の加工対象物Ｗは、透明なガラス基板Ｗｂの表面にアモルファスシリコン層Ｗａが成膜されているでものであり、その表面が水平状態になるようにＸＹ軸ステージ２上に載置、固定される。
【００２８】
図２に示したように、アモルファスシリコン層Ｗａの表面位置をＸＹ軸方向にマトリックス状の２次元配列にし、交点Ｐ（００，００）から交点Ｐ（ｎ，ｍ）をアモルファスシリコン層Ｗａの表面高さを測定する場所とした。
【００２９】
ＸＹ軸ステージ２はその表面に載置する加工対象物Ｗが水平状態になるように調整でき、また、図示しない駆動手段によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する。
【００３０】
レーザー変位計３は加工対象物Ｗの表面にレーザービームを照射し、その反射時間の差異からその照射点の高さデーターをコンピュータ５のメモリ５３に出力するものである。
【００３１】
フォーカスレンズ４２はレーザ加工手段を構成するレーザー鏡筒４１内に組み込まれており、Ｚ軸ステージ７に固定されていて、このＺ軸ステージ７の上下動によりフォーカスレンズ４２の高さが調整され、レーザービームＬｂのフォーカスを調整するものである。
【００３２】
コンピュータ５は一般的なもので、インターフェース基板５１、ＣＰＵ５２、メモリ５３、ＨＤＤ５４などから構成されており、レーザー変位計３から入力される各測定点における高さデーターを処理してＺ軸ステージ７を駆動するＺ軸駆動手段６を制御する制御データーを生成する手段として機能している。メモリ５３にはアモルファスシリコン層Ｗａの前記各ＸＹ座標位置に対応する配列位置データーが予め書き込まれている。ＨＤＤ５４は本発明のレーザー加工装置１による加工後の加工対象物Ｗの評価を行う場合に用いられる。
【００３３】
アモルファスシリコン層Ｗａの上方には、レーザー変位計３とレーザー鏡筒４１とが配設、支持されている。そのレーザー変位計３はレーザー鏡筒４１と少なくとも隣接する測定点間以上の間隔を開け、そしてレーザー鏡筒４１に先行して配設されていて、両者は対となって第１列目のラインから各列のライン上をトレースする。この実施例の場合、レーザー変位計３とレーザー鏡筒４１とはＸＹ軸方向には固定されていて、ＸＹ軸ステージ２がＸ軸方向とＹ軸方向に制御、駆動され、従ってアモルファスシリコン層ＷａがＸＹ軸方向に移動することによって、その表面がトレースされる。
【００３４】
次に、図３乃至図６を用いて、本発明のレーザー加工装置１の動作を説明する。
【００３５】
先ず、図３に示したように、１列目からトレースが始める。図３は図２に示した１列目のみを示していて、その１列目のトレース状態を示している。同図Ａはレーザー変位計３がアモルファスシリコン層Ｗａ上の位置Ｐ（００，００）点に到達し、レーザー鏡筒４１はまだ測定位置Ｐ（００，００）点に到達していない状態を示していて、レーザー変位計３は測定位置Ｐ（００，００）点におけるアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し、その高さデーターをメモリ５３の２次元配列に代入する。
【００３６】
図３Ｂはレーザー変位計３が更に次の測定位置Ｐ（００，０１）点に到達して、その測定位置におけるアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し、その高さデーターをメモリ５３の２次元配列に代入する。しかし、レーザー鏡筒４１はまだ最初の測定位置Ｐ（００，００）点にも到達していない。
【００３７】
図３Ｃは図３Ｂの状態からレーザー変位計３が測定位置Ｐ（００，０１）点を過ぎ、レーザー鏡筒４１が丁度測定位置Ｐ（００，００）点に達した状態を示している。この状態においては、図３Ａの状態の時にレーザー変位計３が測定した測定位置Ｐ（００，００）点に対応する配列位置データーと高さデーターとをメモリ５３から読み出し、ＣＰＵ５２で計算加工してＺ軸ステージ７のＺ軸の高さデーターとし、レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２を駆動するＺ軸駆動手段６に入力される。レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２はその高さデーターの値に応じてＺ軸駆動手段６が上下に移動、制御され、レーザービームＬｂを測定位置Ｐ（００，００）点にフォーカスさせるなどの調整を行う。
【００３８】
以下、レーザー変位計３は測定位置Ｐ（００，０２）点、Ｐ（００，０３）点・・・とトレースして行き、他端の測定位置Ｐ（００，ｍ）点（図２）までトレースして、それらの表面の高さ変位を測定し、各高さデーターをメモリ５３に、順次、２次元配列で書き込み、レーザー鏡筒４１が順次測定位置Ｐに到達した加工時に、順次、メモリ５３から配列位置データーと高さデーターとを読み出してＣＰＵ５２で計算し、それぞれの高さ変位に応じた高さデーターによりレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の高さを調整する。
【００３９】
レーザー変位計３及びレーザー鏡筒４１がこのようにして第１列目をトレースし終えると、レーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する位置関係を保ったまま反転し、図４Ａに示したように、レーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する状態で第２列目を測定位置Ｐ（０１，ｍ）点、Ｐ（０１，ｍ−１）点・・・Ｐ（０１，００）点とトレースし、前記と同様に各測定位置Ｐ点で高さ変位を測定し、その値を基に高さデーターを算出して、レーザー鏡筒４１が前記各測定位置Ｐ点に達した時に、レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の高さが調整されてアニール加工を行う。
【００４０】
第２列目の測定、フォーカス調整、そしてアニール加工が終了すると、またレーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する状態で反転し、第３列目を同様にトレースする。以下、ｎ列目までレーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する状態で反転を繰り返し、トレースする。
【００４１】
このレーザー鏡筒４１がレーザー変位計３に追従する状態で反転させるトレース方法であると、レーザー変位計３とレーザー鏡筒４１との支持機構が複雑になると共に反転動作に時間が掛かり、従って、一枚のアモルファスシリコン層Ｗａのアニール加工を行うのに時間が掛かり過ぎる嫌いがある。
【００４２】
次に、この課題を解決する方法を図５を用いて説明する。
【００４３】
この図５に示したレーザー変位計３とレーザー鏡筒４１との位置関係は、第１列目のトレースが終了した時に、両者の前記位置関係を保ったまま反転させ、第２列目をトレースさせる。即ち、レーザー鏡筒４１が先行し、レーザー変位計３がレーザー鏡筒４１に追従する状態になり、第２列目をトレースすることになる。
【００４４】
このようなレーザー変位計３とレーザー鏡筒４１との位置関係でアニール加工をさせるとすると、レーザー変位計３はレーザー鏡筒４１の後追いで測定位置Ｐ（０１，ｍ）点、Ｐ（０１，ｍ−１）点、Ｐ（０１，ｍ−２）点・・・を順次測定することになることから、先行するレーザー鏡筒４１の高さ位置の調整は無意味となる。
【００４５】
それ故、この位置関係でアニール加工を行う場合は、レーザー変位計３が第１列目の各測定位置Ｐを高さを測定している時に、それらの高さデーターを次列目、即ち、この図５の場合は第２列目の各測定位置Ｐの高さデーターとしてメモリ５３に配列、代入しておき、レーザー鏡筒４１が第２列目の測定位置Ｐ（０１，ｍ）点に到達した時は、第１列目の測定位置Ｐ（００，ｍ）点の高さデーターを用いてレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の調整を行い、そしてアニール加工を行い、レーザー鏡筒４１が第２列目の測定位置Ｐ（０１，ｍ−１）点に到達した時は、第１列目の測定位置Ｐ（００，ｍ−１）点の高さデーターを用いてレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の調整を行い、そしてアニール加工を行い、以下、測定位置Ｐ（０１，００）点まで同様に第１列目の測定位置Ｐ（００，ｍ−２）点、Ｐ（００，ｍ−３）点・・・Ｐ（００，００）点の高さデーターを用いてレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の調整を行い、この手法でアニール加工を行わせる。
【００４６】
この手法は、厳密に考えれば、レーザービームＬｂのフォーカス調整を精密に行っていることにはならないが、実際には極めて密接に隣接する位置の高さデーターを用いるのでアモルファスシリコン層Ｗａのアニール加工には支障を来さない。そしてレーザー変位計３及びレーザー鏡筒４１のトレース時間を短縮でき、しかもそれらの支持機構も簡素化することができる。
【００４７】
前記高さデーターによるレーザービームＬｂのフォーカスの調整であるが、図７Ａに示したように、フォーカスレンズ４２をＺ軸ステージ７の高さを制御してフォーカスレンズ４２を上下動させ、レーザービームＬｂが、丁度、アモルファスシリコン層Ｗａの表面にフォーカスするように調整してもよいし、同図Ｂに示したように、レーザービームＬｂがアモルファスシリコン層Ｗａのやや上方でフォーカスするように調整してもよい。
【００４８】
前者の場合は、レーザービームＬｂが照射するアモルファスシリコン層Ｗａの表面におけるスポットは最小になり、そのエッジが鮮明になる。後者の場合は、レーザービームＬｂが照射するスポットのエッジはぼけるが、そのスポットは大きくなる。従って、前者のジャストフォーカスの場合より広い範囲をアニールできる。ただし、この場合は、トレース速度を遅くして十分な加熱温度が得られるようにする必要がある。
【００４９】
次に、図３及び図６を用いて、レーザー測定部（変位計３）の動作とレーザー加工部（鏡筒４１）の動作及び両者の関係を説明する。
【００５０】
ＸＹ軸ステージ２を作動させ（ステップＳ２）、レーザー変位計３とレーザー鏡筒４１とで１列目からトレースを始める。図３Ａに示したように、レーザー変位計３がアモルファスシリコン層Ｗａ上の位置Ｐ（００，００）点に到達し、レーザー鏡筒４１がまだ測定位置Ｐ（００，００）点に到達していない状態では、レーザー変位計３は現在ＸＹ座標を取得し（ステップＳ１１）、その現在ＸＹ座標は対応する配列データーに変換される（ステップＳ１２）。レーザー変位計３が測定位置Ｐ（００，００）点のみならず、他の測定位置Ｐに達するまでは、ステップＳ１１からステップＳ１３は繰り返されている。
【００５１】
レーザー変位計３がこの測定位置Ｐ（００，００）点に達した時、その測定位置Ｐ（００，００）点におけるアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し（ステップＳ１４）、その表面の高さデーターをメモリ５３の２次元配列に代入する（ステップＳ１５）。
【００５２】
図３Ｂに示したように、レーザー変位計３が更に次の測定位置Ｐ（００，０１）点に到達すると、その現在ＸＹ座標は、同様に、対応する配列データーに変換される。そして、その測定位置におけるアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し、その表面変位の高さデーターを前記２次元配列に代入する。しかし、レーザー鏡筒４１はまだ最初の測定位置Ｐ（００，００）点にも到達していない。従って、この間、レーザー鏡筒４１は現在ＸＹ座標の取得は行われず、配列位置の変化もないので、ステップＳ２１からステップＳ２３の動作を繰り返している。
【００５３】
次に、図３Ｃに示したように、レーザー変位計３が測定位置Ｐ（００，０１）点を過ぎ、レーザー鏡筒４１が丁度測定位置Ｐ（００，００）点に達すると、その現在ＸＹ座標を取得し（ステップＳ２１）、その現在ＸＹ座標に対応した配列位置に変換される（ステップＳ２２）。そして配列位置が変化したことから（ステップＳ２３）、その配列位置に対して先にレーザー変位計３で測定した高さデーターをメモリ５３から読み出し、ＣＰＵ５２で計算加工してＺ軸ステージ７のＺ軸の高さデーターとし（ステップＳ２４）、レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２を駆動するＺ軸駆動手段６に出力される。レーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２は、前記のように、その高さデーターの値に応じてＺ軸駆動手段６が上下に移動、制御され、レーザービームＬｂを測定位置Ｐ（００，００）点のアモルファスシリコン層Ｗａの表面に、図７Ａに示したように、ジャストフォーカスさせるか、図７Ｂに示したように、オフセットフォーカスさせる（ステップＳ２５）。
【００５４】
以下、レーザー変位計３が測定位置Ｐ（００，０２）点、Ｐ（００，０３）点・・・とトレースして行き、それらの表面の高さ変位を測定し、それらの高さデーターをメモリ５３に、順次、２次元配列で書き込み、レーザー鏡筒４１が追従して前記それぞれの測定位置Ｐに到達した加工時に、順次、メモリ５３から配列位置データーと高さデーターとを読み出してＣＰＵ５２で高さ変位を計算し、それぞれの高さ変位に応じた高さデーターによりレーザー鏡筒４１のフォーカスレンズ４２の高さを調整する。
【００５５】
ただし、アモルファスシリコン層Ｗａの測定位置Ｐに塵埃が存在していて、レーザー変位計３で測定した高さ変位データーがその前で測定した高さ変位データーと比較して突出しているような異常値である場合、例えば、１０μｍ以上の差があるような場合、ＣＰＵ５２に備わっているフィルター機能が作動して、データーは無しとする。従って、レーザー鏡筒４１は前の測定（加工）位置における高さ（フォーカス）でアニール加工を行うようになされていて、異常加熱を防ぐ。
【００５６】
このレーザー加工装置１は第２列目以下も同様に動作を繰り返す。ただし、図５を用いて説明したように、レーザー変位計３がレーザー鏡筒４１に追従して偶数列目をトレースする場合には、レーザー変位計３で測定した直前の奇数列目の高さデーターを流用して、コンピュータ５で前記の解析、修正を行い、レーザー鏡筒４１の高さを制御し、レーザービームＬｂのフォーカスを調整する。
【００５７】
このようにしてアモルファスシリコン層Ｗａを全面をレーザー変位計３とレーザー鏡筒４１を一体でトレースさせ、アニール加工を行う。
【実施例】
【００５８】
面積が８ｍｍ×９．５ｍｍ、膜厚が５０ｎｍ〜１２０ｎｍ程度のアモルファスシリコン層Ｗａを加工対象物とし、そのアモルファスシリコン層Ｗａの表面を０．５ｍｍ間隔でマトリックス状に区分して１５×１８（２７０）ポイントの測定点とし、そしてＸＹ軸ステージ２のＸ軸方向の移動速度（トレース速度）を１００ｍｍ／ｓｅｃとして実験した。
【００５９】
ガラス基板Ｗｂが傾いて、最大±１５０μｍの傾斜があるものでも、レーザー変位計３でアモルファスシリコン層Ｗａの表面の高さ変位を測定し、計算して追従するレーザー鏡筒４１を制御させると、±８に収まった。
【００６０】
用いたレーザービームＬｂのフォーカスのスポット径は（０．４ｍｍ〜０５ｍｍ）×（０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ）の長方形のスポットで、アモルファスシリコン層Ｗａの表面にジャストフォーカスさせてアニールした。この時のアニールの温度は８００〜１，０００℃程度であり、アモルファスシリコン層Ｗａの全表面を良好にアニールすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明のレーザー加工装置は、液晶表示パネルの製造産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施例のレーザー加工装置の構成概念図である。
【図２】ガラス基板上のアモルファスシリコン層の表面に対するレーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレース方法を示した斜視図である。
【図３】図２に示したアモルファスシリコン層の表面の第１列目をトレースする場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との動作を説明するための概念図である。
【図４】レーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレースが第１列目から第２列目に移行した場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との第１の位置関係及び動作を説明するための概念図である。
【図５】レーザー変位計とレーザー鏡筒とのトレースが第１列目から第２列目に移行した場合のレーザー変位計とレーザー鏡筒との第２の位置関係及び動作を説明するための概念図である。
【図６】本発明のレーザー加工装置におけるレーザー変位計とレーザ加工手段との動作のフローチャートである。
【図７】加工面に対するレーザービームのフォーカス状態を示していて、同図Ａは加工面に丁度フォーカスした状態を示した断面図、同図Ｂは加工面の少し上方位置にオフセットしてフォーカスした状態を示した断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…本発明の実施例のレーザー加工装置、２…ＸＹ軸ステージ、３…レーザー変位計、４…レーザ加工手段、４１…レーザー鏡筒、４２…フォーカスレンズ、５…コンピュータ、５１…インターフェース基板、５２…ＣＰＵ、５３…メモリ、５４…ＨＤＤ、６…Ｚ軸駆動手段、７…Ｚ軸ステージ、Ｌｂ…レーザービーム、Ｗ…加工対象物、Ｗａ…アモルファスシリコン層、Ｗｂ…ガラス基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の異なる位置における表面の高さを順次測定し、高さ変位データーを収集する変位計と、
前記変位計と所定の間隔を開けて配設され、前記加工対象物の表面を加熱するレーザービームを発射するレーザー加工手段と、
前記変位計により測定、収集した高さ変位データーを加工して前記レーザー加工手段の前記レーザービームを前記加工対象物の所定表面にフォーカス或いはオフセットさせるのに適した制御データーを生成する制御データー生成手段と、
該制御データーに従って前記レーザー加工手段からのレーザービームのフォーカスを制御するフォーカス制御手段と
を備えて構成されていることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
前記制御手段からの制御データーによる前記加工対象物の表面へのレーザービームのフォーカス或いはオフセットは前記レーザー加工手段に組み込まれているフォーカシングレンズを上下方向に微調整することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
前記レーザー加工手段は前記変位計に追従する状態で配設されており、そのような配設状態の前記変位計と前記レーザー加工手段とを前記加工対象物の表面全面をＸＹ方向に順次スキャンして前記加工対象物の表面を加工するに当たり、
前記変位計が、常時、前記レーザー加工手段の前方に存在するように、前記加工対象物の表面の一端から他端に向かって第１ライン上をスキャンさせ、前記他端に到達したら反転させて、前記第１ライン上とは異なる平行な隣接する第２ライン上を前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせ、このようなスキャン動作を繰り返し行って、前記変位計で測定ポイントを順次測定させながら、それぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の全表面をレーザー加工することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記レーザー加工手段と前記変位計とは所定の間隔を保って配設されており、そのような配設状態の前記変位計と前記レーザー加工手段とを前記加工対象物の表面全面をＸＹ方向に順次スキャンして前記加工対象物の表面を加工するに当たり、
前記加工対象物の表面の一端から他端に向かってＸ方向に１ライン上をスキャンさせる場合は、前記変位計が前記レーザー加工手段に先行するように、そして前記他端に到達したらＹ方向に僅かにずらして前記スキャン方向を反転させ、前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせる場合は、前記レーザー加工手段が前記変位計に先行するように、前記ライン上とは異なる平行な隣接するライン上を前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせ、このようなスキャン動作を繰り返し行い、前記変位計が前記レーザー加工手段に先行してスキャンする場合は、該変位計で測定ポイントを順次測定させながら、それぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の表面をレーザー加工し、前記レーザー加工手段が前記変位計に先行してスキャンする場合は、該変位計で測定ポイントを順次測定させながら前記制御データー生成手段に記憶しておき、該レーザー加工手段には、直前のラインをスキャンした時に得られた各測定ポイントのそれぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の表面をレーザー加工することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
前記制御データー生成手段は、前記変位計で測定、収集した前記高さ変位データーの中に異常値が発生した場合に、該異常値の高さ変位データーを除去するフィルター機能を備えていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
前記変位計及び前記レーザ加工手段による前記加工対象物の表面への前記ＸＹ軸方向のトレースは前記加工対象物を載置したＸＹ軸ステージをＸＹ軸方向に移動、制御することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項７】
前記加工対象物は透明なガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコン層であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項８】
前記加工対象物に対する前記レーザ加工はアニール加工であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項１】
加工対象物の異なる位置における表面の高さを順次測定し、高さ変位データーを収集する変位計と、
前記変位計と所定の間隔を開けて配設され、前記加工対象物の表面を加熱するレーザービームを発射するレーザー加工手段と、
前記変位計により測定、収集した高さ変位データーを加工して前記レーザー加工手段の前記レーザービームを前記加工対象物の所定表面にフォーカス或いはオフセットさせるのに適した制御データーを生成する制御データー生成手段と、
該制御データーに従って前記レーザー加工手段からのレーザービームのフォーカスを制御するフォーカス制御手段と
を備えて構成されていることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
前記制御手段からの制御データーによる前記加工対象物の表面へのレーザービームのフォーカス或いはオフセットは前記レーザー加工手段に組み込まれているフォーカシングレンズを上下方向に微調整することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
前記レーザー加工手段は前記変位計に追従する状態で配設されており、そのような配設状態の前記変位計と前記レーザー加工手段とを前記加工対象物の表面全面をＸＹ方向に順次スキャンして前記加工対象物の表面を加工するに当たり、
前記変位計が、常時、前記レーザー加工手段の前方に存在するように、前記加工対象物の表面の一端から他端に向かって第１ライン上をスキャンさせ、前記他端に到達したら反転させて、前記第１ライン上とは異なる平行な隣接する第２ライン上を前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせ、このようなスキャン動作を繰り返し行って、前記変位計で測定ポイントを順次測定させながら、それぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の全表面をレーザー加工することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
前記レーザー加工手段と前記変位計とは所定の間隔を保って配設されており、そのような配設状態の前記変位計と前記レーザー加工手段とを前記加工対象物の表面全面をＸＹ方向に順次スキャンして前記加工対象物の表面を加工するに当たり、
前記加工対象物の表面の一端から他端に向かってＸ方向に１ライン上をスキャンさせる場合は、前記変位計が前記レーザー加工手段に先行するように、そして前記他端に到達したらＹ方向に僅かにずらして前記スキャン方向を反転させ、前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせる場合は、前記レーザー加工手段が前記変位計に先行するように、前記ライン上とは異なる平行な隣接するライン上を前記加工対象物の表面の前記他端から前記一端に向かってスキャンさせ、このようなスキャン動作を繰り返し行い、前記変位計が前記レーザー加工手段に先行してスキャンする場合は、該変位計で測定ポイントを順次測定させながら、それぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の表面をレーザー加工し、前記レーザー加工手段が前記変位計に先行してスキャンする場合は、該変位計で測定ポイントを順次測定させながら前記制御データー生成手段に記憶しておき、該レーザー加工手段には、直前のラインをスキャンした時に得られた各測定ポイントのそれぞれに対応する前記制御データー生成手段からの前記制御データーで前記加工対象物の表面をレーザー加工することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
前記制御データー生成手段は、前記変位計で測定、収集した前記高さ変位データーの中に異常値が発生した場合に、該異常値の高さ変位データーを除去するフィルター機能を備えていることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
前記変位計及び前記レーザ加工手段による前記加工対象物の表面への前記ＸＹ軸方向のトレースは前記加工対象物を載置したＸＹ軸ステージをＸＹ軸方向に移動、制御することにより行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項７】
前記加工対象物は透明なガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコン層であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項８】
前記加工対象物に対する前記レーザ加工はアニール加工であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３２８４３（Ｐ２００６−３２８４３Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１３０７６（Ｐ２００４−２１３０７６）
【出願日】平成１６年７月２１日（２００４．７．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２１日（２００４．７．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]