JP6713203B2 - Laser processing equipment - Google Patents

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Description

本発明は、ビーム整形器で加工対象物の表面におけるレーザビーム断面形状及び光強度分布を整形して加工を行うレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that shapes a laser beam cross-sectional shape and a light intensity distribution on a surface of an object to be processed by a beam shaper.

半導体ウエハに注入されたドーパントの活性化にレーザアニール技術が使用される。例えば、半導体ウエハにパルスレーザビームを入射させることにより、半導体ウエハの表層部を加熱して、ドーパントの活性化が行われる。アニール深さ及びアニール温度を制御するために、パルス幅及びパルスエネルギ密度が調整される。 Laser annealing techniques are used to activate the dopants implanted in the semiconductor wafer. For example, the surface layer portion of the semiconductor wafer is heated by applying a pulse laser beam to the semiconductor wafer to activate the dopant. The pulse width and pulse energy density are adjusted to control the anneal depth and anneal temperature.

パルスエネルギ密度を調整するために、パルスレーザビームの平均パワーを測定し、平均パワーの測定値、パルスの繰返し周波数、及びビーム断面の面積から、パルスエネルギ密度が算出される。下記の特許文献1に、レーザアニール装置が開示されている。 To adjust the pulse energy density, the average power of the pulsed laser beam is measured, and the pulse energy density is calculated from the measured value of the average power, the pulse repetition frequency, and the area of the beam cross section. The following patent document 1 discloses a laser annealing apparatus.

特開2015−170724号公報JP, 2005-170724, A

加工対象物に入射するパルスレーザビームの平均パワーの測定値と目標値との比に基づいて、アッテネータの透過率を調整することにより、パルスレーザビームの平均パワーを目標値に近づけることができる。ところが、平均パワーを目標値に一致させてレーザ加工を行っても、加工品質の十分な再現性が得られない場合があることが判明した。 The average power of the pulse laser beam can be brought close to the target value by adjusting the transmittance of the attenuator based on the ratio of the measured value of the pulse laser beam incident on the object to be processed and the target value. However, it has been found that even if laser processing is performed with the average power matched with the target value, sufficient reproducibility of processing quality may not be obtained.

本発明の目的は、加工品質の再現性を高めることが可能なレーザ加工装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of improving the reproducibility of processing quality.

本発明の一観点によると、
レーザ光源と、
前記レーザ光源と加工対象物との間のレーザビームの経路に配置され、当該加工対象物の表面におけるビーム断面を整形するビーム整形器と、
前記レーザ光源と前記加工対象物との間のレーザビームの経路に配置された透過率可変のアッテネータと、
前記加工対象物の表面の位置におけるレーザビームの光強度分布を測定するビームプロファイラと、
前記加工対象物に入射するレーザビームの強度を測定するレーザ強度測定器と、
前記ビームプロファイラの測定結果、及び前記レーザ強度測定器の測定結果に基づいて、前記アッテネータの透過率を調整する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記ビームプロファイラで測定された光強度分布のうち、強度閾値以上の光強度を示す部分と、全体の光強度分布との関係に基づいて、前記アッテネータの透過率を調整するレーザ加工装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
Laser light source,
A beam shaper that is arranged in the path of the laser beam between the laser light source and the object to be processed, and shapes the beam cross section on the surface of the object to be processed,
An attenuator with a variable transmittance arranged in the path of the laser beam between the laser light source and the object to be processed,
A beam profiler for measuring the light intensity distribution of the laser beam at the position of the surface of the processing object,
A laser intensity measuring device for measuring the intensity of the laser beam incident on the object to be processed,
Measurement of the beam profiler, and based on the measurement result of the laser intensity measuring device, have a control unit for adjusting the transmittance of the attenuator,
The control device is a laser that adjusts the transmittance of the attenuator based on a relationship between a portion showing a light intensity equal to or higher than an intensity threshold and a whole light intensity distribution in the light intensity distribution measured by the beam profiler. A processing device is provided.

レーザ強度測定器の測定結果のみならず、ビームプロファイラの測定結果をも利用してアッテネータの透過率を調整することにより、加工品質の再現性を高めることができる。 By using not only the measurement result of the laser intensity measuring instrument but also the measurement result of the beam profiler to adjust the transmittance of the attenuator, the reproducibility of processing quality can be improved.

図1Aは、実施例によるレーザ加工装置の概略図であり、図1Bは、レーザ加工装置のステージの平面図である。1A is a schematic view of a laser processing apparatus according to an embodiment, and FIG. 1B is a plan view of a stage of the laser processing apparatus. 図2は、パルスレーザビームがビームプロファイラに入射している状態のレーザ加工装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the laser processing apparatus in a state where the pulse laser beam is incident on the beam profiler. 図3は、参考例によるレーザ加工装置で実行される平均パワー調整処理のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of the average power adjustment processing executed by the laser processing apparatus according to the reference example. 図4Aは、加工対象物の表面におけるビーム断面形状を示す図であり、図4Bは、ビーム断面の幅方向の光強度分布の例を示すグラフである。FIG. 4A is a diagram showing a beam cross-sectional shape on the surface of the object to be processed, and FIG. 4B is a graph showing an example of the light intensity distribution in the width direction of the beam cross section. 図5は、実施例によるレーザ加工装置で実行される平均パワー調整処理のフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart of the average power adjustment processing executed by the laser processing apparatus according to the embodiment. 図6は、ビーム断面の幅方向に関する光強度分布の一例を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing an example of the light intensity distribution in the width direction of the beam cross section.

図1Aに、実施例によるレーザ加工装置の概略図を示す。レーザ光源10が、制御装置50からの発振指令信号S0を受けて、パルスレーザビームを出力する。レーザ光源10には、例えばレーザダイオードが用いられる。レーザダイオードは、例えば波長808nmの擬似連続発振(QCW)レーザビームを出力する。 FIG. 1A shows a schematic diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment. The laser light source 10 receives the oscillation command signal S0 from the control device 50 and outputs a pulsed laser beam. A laser diode, for example, is used for the laser light source 10. The laser diode outputs a quasi-continuous oscillation (QCW) laser beam having a wavelength of 808 nm, for example.

レーザ光源10から出力されたパルスレーザビームの経路に、透過率可変のアッテネータ11が配置されている。アッテネータ11は、設定された透過率に基づいて、パルスレーザビームの光強度を減衰させる。アッテネータ11の透過率は、制御装置50からの透過率指令信号S1によって指令される。アッテネータ11を透過したパルスレーザビームが、ビーム整形器12、折り返しミラー13、及び対物レンズ14を経由して、加工チャンバ15内に導入される。 An attenuator 11 having a variable transmittance is arranged in the path of the pulsed laser beam output from the laser light source 10. The attenuator 11 attenuates the light intensity of the pulse laser beam based on the set transmittance. The transmittance of the attenuator 11 is commanded by the transmittance command signal S1 from the control device 50. The pulsed laser beam that has passed through the attenuator 11 is introduced into the processing chamber 15 via the beam shaper 12, the folding mirror 13, and the objective lens 14.

加工チャンバ15の中にステージ20が配置されている。ステージ20の上に、チャック機構23が固定されており、チャック機構23によって加工対象物30が保持される。加工対象物30は、例えばドーパントがイオン注入されている半導体ウエハである。ステージ20は、制御装置50から制御されることにより、加工対象物30の表面に平行な二次元方向に移動する。 A stage 20 is arranged in the processing chamber 15. A chuck mechanism 23 is fixed on the stage 20, and the workpiece 30 is held by the chuck mechanism 23. The processing object 30 is, for example, a semiconductor wafer in which a dopant is ion-implanted. The stage 20 is controlled by the control device 50 to move in a two-dimensional direction parallel to the surface of the processing object 30.

パルスレーザビームは、加工チャンバ15の上方の壁面に設けられた入射窓16を通って、加工チャンバ15内に導入される。ステージ20が移動すると、加工対象物30の表面上を、パルスレーザビームの入射位置が移動する。パルスレーザビームの入射位置の主走査方向への移動と、副走査方向への移動とを繰り返すことにより、加工対象物30の表面の全域をアニールすることができる。 The pulsed laser beam is introduced into the processing chamber 15 through the entrance window 16 provided on the wall surface above the processing chamber 15. When the stage 20 moves, the incident position of the pulse laser beam moves on the surface of the processing object 30. By repeating the movement of the incident position of the pulsed laser beam in the main scanning direction and the movement in the sub scanning direction, the entire surface of the object 30 to be processed can be annealed.

ビーム整形器12と対物レンズ14とは、加工対象物30の表面におけるパルスレーザビームの断面形状を一方向に長い形状(長尺形状)にするとともに、長さ方向及び幅方向に関する光強度分布を均一化する。ビーム整形器12として、複数のシリンドリカルレンズアレイを組み合わせたビームホモジナイザを用いることができる。 The beam shaper 12 and the objective lens 14 make the cross-sectional shape of the pulsed laser beam on the surface of the processing object 30 long in one direction (long shape), and provide the light intensity distribution in the length direction and the width direction. Homogenize. As the beam shaper 12, a beam homogenizer in which a plurality of cylindrical lens arrays are combined can be used.

図1Bに、ステージ20の平面図を示す。ステージ20には、チャック機構23の他にミラー21及びビームプロファイラ25が取り付けられている。ステージ20を移動させることにより、パルスレーザビームが加工対象物30に入射する状態、ミラー21に入射する状態、ビームプロファイラ25に入射する状態のいずれかの状態が実現される。 FIG. 1B shows a plan view of the stage 20. In addition to the chuck mechanism 23, a mirror 21 and a beam profiler 25 are attached to the stage 20. By moving the stage 20, one of a state in which the pulse laser beam is incident on the processing target 30, a state in which the pulse laser beam is incident on the mirror 21, and a state in which the pulse laser beam is incident on the beam profiler 25 is realized.

図1Aでは、加工チャンバ15内に導入されたパルスレーザビームがミラー21に入射している状態を示している。加工チャンバ15内に導入されたパルスレーザビームがビームプロファイラ25に入射している状態が、図2に示されている。 FIG. 1A shows a state in which the pulse laser beam introduced into the processing chamber 15 is incident on the mirror 21. A state in which the pulse laser beam introduced into the processing chamber 15 is incident on the beam profiler 25 is shown in FIG.

図1Aに示すように、ミラー21に入射したパルスレーザビームは、ミラー21によって水平方向に反射される。ミラー21で反射されたパルスレーザビームは、加工チャンバ15の側壁に設けられた窓17を通って、加工チャンバ15の外に配置されたレーザ強度測定器40に入射する。ミラー21からレーザ強度測定器40までのパルスレーザビームの経路にレンズ22が配置されている。レンズ22は、レーザ強度測定器40の受光面におけるパルスレーザビームのビーム断面の大きさを調整する。 As shown in FIG. 1A, the pulse laser beam incident on the mirror 21 is reflected by the mirror 21 in the horizontal direction. The pulsed laser beam reflected by the mirror 21 passes through the window 17 provided on the side wall of the processing chamber 15 and enters the laser intensity measuring device 40 arranged outside the processing chamber 15. A lens 22 is arranged in the path of the pulsed laser beam from the mirror 21 to the laser intensity measuring device 40. The lens 22 adjusts the size of the beam cross section of the pulse laser beam on the light receiving surface of the laser intensity measuring device 40.

レーザ強度測定器40として、パワーメータ、ジュールメータ、フォトディテクタ等を用いることができる。パワーメータは、パルスレーザビームの平均パワー(パワーの時間平均)を測定する。ジュールメータは、パルスレーザビームのパルスエネルギを測定する。フォトディテクタは、パルスレーザビームの波形を測定する。フォトディテクタを較正しておくことにより、パルスレーザビームの波形からパルスエネルギを求めることができる。レーザ強度測定器40の測定結果が制御装置50に入力される。以下、レーザ強度測定器40の測定物理量が平均パワーである場合について説明を続ける。 As the laser intensity measuring device 40, a power meter, a joule meter, a photodetector or the like can be used. The power meter measures the average power (time average of power) of the pulsed laser beam. The Joule meter measures the pulse energy of the pulsed laser beam. The photodetector measures the waveform of the pulsed laser beam. By calibrating the photodetector, the pulse energy can be obtained from the waveform of the pulse laser beam. The measurement result of the laser intensity measuring device 40 is input to the control device 50. Hereinafter, the case where the measured physical quantity of the laser intensity measuring device 40 is the average power will be continued.

図2に示すように、パルスレーザビームがビームプロファイラ25に入射している状態のとき、ビームプロファイラ25は光強度分布を測定する。ビームプロファイラ25の測定結果が制御装置50に入力される。 As shown in FIG. 2, when the pulse laser beam is incident on the beam profiler 25, the beam profiler 25 measures the light intensity distribution. The measurement result of the beam profiler 25 is input to the control device 50.

レーザ光源10とアッテネータ11との間のパルスレーザビームの経路に、分岐装置18が配置されている。分岐装置18は、制御装置50からの切替信号S2を受けて、パルスレーザビームがアッテネータ11に入射する状態(加工状態)と、出口用パワーメータ45に入射する状態(待機状態)とを切り替える。出口用パワーメータ45は、入射するパルスレーザビームの平均パワーを測定する。出口用パワーメータ45の測定結果が制御装置50に入力される。 A branching device 18 is arranged in the path of the pulsed laser beam between the laser light source 10 and the attenuator 11. Upon receiving the switching signal S2 from the control device 50, the branching device 18 switches between a state in which the pulse laser beam is incident on the attenuator 11 (processing state) and a state in which the pulsed laser beam is incident on the outlet power meter 45 (standby state). The outlet power meter 45 measures the average power of the incident pulsed laser beam. The measurement result of the outlet power meter 45 is input to the control device 50.

制御装置50は、レーザ光源10からのパルスレーザビームの出力タイミング、アッテネータ11の透過率、ステージ20の移動、及び分岐装置18の状態を制御する。 The control device 50 controls the output timing of the pulsed laser beam from the laser light source 10, the transmittance of the attenuator 11, the movement of the stage 20, and the state of the branching device 18.

本発明の実施例について説明する前に、図3及び図4を参照して参考例について説明する。参考例によるレーザ加工装置は、図1Aに示した実施例によるレーザ加工装置と同一の構成を有する。 Before describing the embodiments of the present invention, reference examples will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The laser processing apparatus according to the reference example has the same configuration as the laser processing apparatus according to the embodiment shown in FIG. 1A.

図3に、参考例によるレーザ加工装置で実行されるパワー調整処理のフローチャートを示す。フローチャートの各処理は、制御装置50に格納されている処理プログラムにより実現される。 FIG. 3 shows a flowchart of the power adjustment process executed by the laser processing apparatus according to the reference example. Each process of the flowchart is realized by a processing program stored in the control device 50.

ステップST1において、制御装置50がアッテネータ11の透過率を初期値に設定する。透過率の初期値は、予め制御装置50に記憶されている。 In step ST1, the control device 50 sets the transmittance of the attenuator 11 to the initial value. The initial value of the transmittance is stored in the control device 50 in advance.

ステップST2において、レーザ光源10から出力されるパルスレーザビームの平均パワーを測定する。具体的には、まず、制御装置50がステージ20を移動させて、パルスレーザビームがミラー21に入射する状態とする。その後、レーザ光源10に発振指令信号S0を送出して、パルスレーザビームの出力を開始させる。制御装置50がレーザ強度測定器40からの出力を読み取ることにより、パルスレーザビームの平均パワーの測定値が得られる。 In step ST2, the average power of the pulsed laser beam output from the laser light source 10 is measured. Specifically, first, the controller 50 moves the stage 20 so that the pulse laser beam is incident on the mirror 21. Then, the oscillation command signal S0 is sent to the laser light source 10 to start the output of the pulsed laser beam. The controller 50 reads the output from the laser intensity measuring device 40 to obtain a measurement value of the average power of the pulsed laser beam.

ステップST3において、制御装置50が、平均パワーの測定値と、平均パワーの目標値とに基づいて、アッテネータ11の透過率を調整する。具体的には、平均パワーの測定値に対する目標値の比を現在の透過率に乗じることにより、調整後の透過率を算出される。平均パワーの目標値は、予め制御装置50に記憶されている。 In step ST3, the control device 50 adjusts the transmittance of the attenuator 11 based on the measured value of the average power and the target value of the average power. Specifically, the adjusted transmittance is calculated by multiplying the current transmittance by the ratio of the target value to the measured value of the average power. The target value of the average power is stored in the control device 50 in advance.

ステップST4において、制御装置50の制御下でレーザ加工が実施される。ステップST3でアッテネータ11の透過率が調整されているため、目標とする平均パワーでレーザ加工を行うことができる。 In step ST4, laser processing is performed under the control of the control device 50. Since the transmittance of the attenuator 11 is adjusted in step ST3, laser processing can be performed with the target average power.

次に、図4A及び図4Bを参照して、図3に示した参考例によるレーザ加工装置によるアニール処理の課題について説明する。 Next, with reference to FIG. 4A and FIG. 4B, problems of the annealing process by the laser processing apparatus according to the reference example shown in FIG. 3 will be described.

図4Aに、加工対象物30の表面におけるビーム断面形状を示す。ビーム断面33は、一方向に長い長尺形状を有する。ビーム断面33の長さ方向をy方向とし、幅方向をx方向とするxy直交座標系を定義する。 FIG. 4A shows a beam cross-sectional shape on the surface of the processing object 30. The beam cross section 33 has an elongated shape that is long in one direction. An xy orthogonal coordinate system is defined in which the length direction of the beam cross section 33 is the y direction and the width direction is the x direction.

図4Bに、ビーム断面33の幅方向(x方向)の光強度分布の例を示す。横軸はx座標を単位「μm」で表し、縦軸は光強度を任意単位で表す。ビーム断面33(図4A)の幅方向の中心をx座標の原点としている。光強度分布は、ビーム断面よりも外側に裾野部分を有する。一例として、光強度が強度閾値Ithに等しい点を連ねる線をビーム断面の外周線と定義することができる。 FIG. 4B shows an example of the light intensity distribution in the width direction (x direction) of the beam cross section 33. The abscissa represents the x coordinate in the unit of “μm”, and the ordinate represents the light intensity in an arbitrary unit. The center of the beam cross section 33 (FIG. 4A) in the width direction is the origin of the x coordinate. The light intensity distribution has a skirt portion outside the beam cross section. As an example, the line connecting the points where the light intensity is equal to the intensity threshold value Ith can be defined as the outer peripheral line of the beam cross section.

図4Bに実線で示した光強度分布を持つパルスレーザビームは、破線で示した光強度分布を持つパルスレーザビームよりも、ビーム断面の内側において高い光強度を有する。その反面、裾野部分においては、破線で示した光強度分布を持つパルスレーザビームの方が、実線で示した光強度分布を持つパルスレーザビームよりも高い光強度を有する。このような光強度分布の差は、ビーム整形器12の特性の変動等によって生じ得る。 The pulse laser beam having the light intensity distribution shown by the solid line in FIG. 4B has a higher light intensity inside the beam cross section than the pulse laser beam having the light intensity distribution shown by the broken line. On the other hand, in the skirt portion, the pulse laser beam having the light intensity distribution shown by the broken line has a higher light intensity than the pulse laser beam having the light intensity distribution shown by the solid line. Such a difference in the light intensity distribution may occur due to fluctuations in the characteristics of the beam shaper 12.

通常、ビーム断面がレーザ強度測定器40の受光面の中心に位置するようにレーザ強度測定器40の位置が調整される。この状態で、光強度分布の裾野部分もレーザ強度測定器40の受光面に入射する。このため、レーザ強度測定器40で測定される平均パワーには、裾野部分のパワーも含まれる。 Normally, the position of the laser intensity measuring device 40 is adjusted so that the beam cross section is located at the center of the light receiving surface of the laser intensity measuring device 40. In this state, the foot portion of the light intensity distribution also enters the light receiving surface of the laser intensity measuring device 40. Therefore, the average power measured by the laser intensity measuring device 40 also includes the power of the skirt portion.

レーザアニールに寄与するのは、ビーム断面内のレーザエネルギのみであり、裾野部分のレーザエネルギはレーザアニールに寄与しない。従って、再現性の高いアニールを行うためには、ビーム断面内の平均パワーを一定にしなければならない。ところが、図3に示した参考例では、裾野部分を含めた平均パワーが目標値に一致することになる。光強度分布が初期の形状からずれていると、平均パワーの測定値を目標値に一致させても、ビーム断面内の平均パワーは目標とする値にはならない。このため、アニール処理の再現性が確保されなくなってしまう。 Only the laser energy in the beam cross section contributes to the laser annealing, and the laser energy in the foot portion does not contribute to the laser annealing. Therefore, in order to perform annealing with high reproducibility, the average power in the beam cross section must be constant. However, in the reference example shown in FIG. 3, the average power including the skirt portion matches the target value. If the light intensity distribution deviates from the initial shape, the average power in the beam cross section will not reach the target value even if the measured value of the average power is matched with the target value. Therefore, reproducibility of the annealing process cannot be ensured.

例えば、図4Bに示した実線の光強度分布と、破線で示した光強度分布との平均パワーの測定値が同一である場合、ビーム断面内の平均パワーは、実線で示した光強度分布の方が大きい。 For example, when the measured values of the average power of the light intensity distribution indicated by the solid line shown in FIG. 4B and the light intensity distribution indicated by the broken line are the same, the average power in the beam cross section is equal to that of the light intensity distribution indicated by the solid line. Is bigger.

次に、図1、図2、図5及び図6を参照して、実施例によるレーザ加工装置について説明する。以下に説明する実施例では、高い再現性でアニールを行うことが可能である。 Next, a laser processing apparatus according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 2, 5, and 6. In the examples described below, it is possible to perform annealing with high reproducibility.

図5に、実施例によるレーザ加工装置で実行されるパワー調整処理のフローチャートを示す。フローチャートの各処理は、制御装置50に格納されている処理プログラムにより実行される。 FIG. 5 shows a flowchart of the power adjustment processing executed by the laser processing apparatus according to the embodiment. Each processing of the flowchart is executed by a processing program stored in the control device 50.

ステップST1及びステップST2の処理は、図3に示した参考例のステップST1及びステップST2と同一である。 The processes of steps ST1 and ST2 are the same as steps ST1 and ST2 of the reference example shown in FIG.

ステップST10において、パルスレーザビームの光強度分布を測定する。具体的には、ステップST2で平均パワーを測定した後、制御装置50は、レーザ光源10から出力されたパルスレーザビームが出口用パワーメータ45に入射するように、分岐装置18を制御する。その後、ステージ20(図1)を移動させて、パルスレーザビームがビームプロファイラ25に入射する状態にする。この状態で、分岐装置18を制御して、パルスレーザビームをビームプロファイラ25に入射させる。これにより、ビームプロファイラ25でパルスレーザビームの光強度分布が測定される。なお、測定される光強度分布は、複数ショットの光強度分布を累積したものである。 In step ST10, the light intensity distribution of the pulse laser beam is measured. Specifically, after measuring the average power in step ST2, the control device 50 controls the branching device 18 so that the pulsed laser beam output from the laser light source 10 enters the outlet power meter 45. Then, the stage 20 (FIG. 1) is moved so that the pulsed laser beam enters the beam profiler 25. In this state, the branching device 18 is controlled so that the pulse laser beam is incident on the beam profiler 25. Thereby, the beam profiler 25 measures the light intensity distribution of the pulsed laser beam. The measured light intensity distribution is the cumulative light intensity distribution of a plurality of shots.

ステップST11において、制御装置50が、ステップST10で測定された光強度分布に基づいて有効パワー比を算出する。以下、図6を参照して、有効パワー比の定義について説明する。 In step ST11, the control device 50 calculates the effective power ratio based on the light intensity distribution measured in step ST10. The definition of the effective power ratio will be described below with reference to FIG.

図6に、ビーム断面の幅方向(x方向)に関する光強度分布の一例を示す。光強度が強度閾値Ithに等しい位置を連ねる線で囲まれた領域をビーム断面33(図4A)と定義する。ビーム断面33内において、ほぼトップフラットの光強度分布が得られている。ビーム断面33の外側に、ピーク強度よりも十分弱い光強度の裾野部分34が広がっている。ビーム断面33内の光強度を幅方向(x方向)に積分して得られた値をA1で表す。裾野部分34の光強度を幅方向に積分して得られた値をA2で表す。 FIG. 6 shows an example of the light intensity distribution in the width direction (x direction) of the beam cross section. A region surrounded by a line connecting the positions where the light intensity is equal to the intensity threshold value Ith is defined as a beam cross section 33 (FIG. 4A). Within the beam cross section 33, an almost top-flat light intensity distribution is obtained. A skirt portion 34 having a light intensity sufficiently weaker than the peak intensity extends outside the beam cross section 33. A1 represents a value obtained by integrating the light intensity in the beam cross section 33 in the width direction (x direction). A2 represents a value obtained by integrating the light intensity of the skirt portion 34 in the width direction.

強度閾値Ith以上の光強度を有するビーム断面33内の領域がアニールに寄与し、強度閾値Ithよりも低い光強度を有する裾野部分34は実質的にアニールに寄与しない。有効パワー比Reを、
Re=A1/(A1+A2)
と定義する。すなわち、有効パワー比は、ビームプロファイラ25で測定される光強度分布のうち、強度閾値Ith以上の光強度を示す部分の光強度の積分値A1と、全体の光強度分布の積分値A1+A2との比で定義される。有効パワー比は、加工対象物30(図1A)に入射するレーザパワーのうちアニールに有効に使用されるパワーの割合と考えることができる。
A region in the beam cross section 33 having a light intensity equal to or higher than the intensity threshold value Ith contributes to annealing, and a skirt portion 34 having a light intensity lower than the intensity threshold value Ith does not substantially contribute to annealing. Effective power ratio Re
Re=A1/(A1+A2)
It is defined as. That is, the effective power ratio is the integral value A1 of the light intensity of the portion showing the light intensity of the intensity threshold Ith or more in the light intensity distribution measured by the beam profiler 25 and the integral value A1+A2 of the entire light intensity distribution. Defined by the ratio. The effective power ratio can be considered as the ratio of the power effectively used for annealing to the laser power incident on the processing target 30 (FIG. 1A).

ステップST12(図5)において、制御装置50は、ビームプロファイラ25で測定された光強度分布のうち、強度閾値Ith以上の光強度を示す部分と、全体の光強度分布との関係に基づいて、アッテネータ11の透過率を調整する。より具体的には、制御装置50が、パルスレーザビームの平均パワーの測定値と目標値、有効パワー比の測定値と標準値とに基づいて、アッテネータ11(図1A)の透過率を調整する。以下、調整方法の一例について、具体的に説明する。 In step ST12 (FIG. 5), the control device 50 determines, based on the relationship between the entire light intensity distribution and a portion of the light intensity distribution measured by the beam profiler 25, which indicates a light intensity equal to or higher than the intensity threshold Ith. The transmittance of the attenuator 11 is adjusted. More specifically, the control device 50 adjusts the transmittance of the attenuator 11 (FIG. 1A) based on the measured value and target value of the average power of the pulsed laser beam and the measured value and standard value of the effective power ratio. .. Hereinafter, an example of the adjusting method will be specifically described.

平均パワーの目標値Pt及び有効パワー比の標準値Rsは、予め制御装置50に記憶されている。平均パワーの目標値Ptは、平均パワーを異ならせて複数の評価実験を行い、最適な加工か行われたときの条件から決定することができる。この評価実験のときに用いられたパルスレーザビームの有効パワー比が標準値Rsとして採用される。 The target value Pt of the average power and the standard value Rs of the effective power ratio are stored in the control device 50 in advance. The target value Pt of the average power can be determined from the conditions under which the optimum processing is performed by performing a plurality of evaluation experiments with different average powers. The effective power ratio of the pulse laser beam used in this evaluation experiment is adopted as the standard value Rs.

ステップST1で設定したアッテネータ11の透過率をTmと表記し、ステップST2で測定されたパルスレーザビームの平均パワーの測定値をPmと表記し、ステップST11で得られた有効パワー比の測定値をRmと表記する。レーザ光源10の出口における平均パワーの測定値をP0と表記すると、平均パワーの測定値Pmは、
Pm=P0×Tm・・・(1)
と表される。
The transmittance of the attenuator 11 set in step ST1 is expressed as Tm, the average power of the pulsed laser beam measured in step ST2 is expressed as Pm, and the effective power ratio measured in step ST11 is measured. Notated as Rm. When the measured value of the average power at the exit of the laser light source 10 is expressed as P0, the measured value Pm of the average power is
Pm=P0×Tm (1)
It is expressed as

ステップST12で調整した後のアッテネータ11の透過率の調整値をTcと表記する。レーザ光源10の出口におけるパルスレーザビームの平均パワーが短時間では実質的に変動しないと仮定すると、透過率調整後の加工対象物の表面における平均パワーPcは、
Pc=P0×Tc・・・(2)
と表される。
The adjusted value of the transmittance of the attenuator 11 after the adjustment in step ST12 is expressed as Tc. Assuming that the average power of the pulsed laser beam at the exit of the laser light source 10 does not substantially fluctuate in a short time, the average power Pc on the surface of the processed object after the transmittance adjustment is
Pc=P0×Tc (2)
It is expressed as

最適な条件でアニールを行うためには、透過率調整後の有効パワーを、評価実験時の最適な有効パワーと等しくすればよい。すなわち、下記の式が満たされればよい。
Pc×Rm=Pt×Rs・・・(3)
ここで、短時間ではビーム整形器12(図1)の特性が変化せず、有効パワー比が実質的に一定であると仮定している。
In order to perform the annealing under the optimum conditions, the effective power after adjusting the transmittance may be made equal to the optimum effective power in the evaluation experiment. That is, the following formula may be satisfied.
Pc×Rm=Pt×Rs (3)
Here, it is assumed that the characteristics of the beam shaper 12 (FIG. 1) do not change in a short time and the effective power ratio is substantially constant.

上述の式(1)、(2)及び(3)から、以下の式が導出される。
Tc=(Pt/Pm)×(Rs/Rm)×Tm・・・(4)
The following equations are derived from the above equations (1), (2) and (3).
Tc=(Pt/Pm)×(Rs/Rm)×Tm (4)

式(4)に基づいて、アッテネータ11の透過率の調整値Tcを求めることができる。この透過率が調整値Tcに等しくなるように、アッテネータ11を調整すればよい。 The transmittance adjustment value Tc of the attenuator 11 can be obtained based on the equation (4). The attenuator 11 may be adjusted so that this transmittance becomes equal to the adjustment value Tc.

ステップST4において、制御装置50の制御下でレーザ加工が実施される。レーザ加工時におけるパルスレーザビームの有効パワーは、評価実験で求められた最適値に一致している。このため、再現性の高いレーザ加工を行うことができる。 In step ST4, laser processing is performed under the control of the control device 50. The effective power of the pulsed laser beam during laser processing agrees with the optimum value obtained in the evaluation experiment. Therefore, laser processing with high reproducibility can be performed.

上記実施例では、有効パワー比を算出する基礎となる光強度分布として、ビーム断面33(図4A)の幅方向に関する光強度分布を利用した。言い換えると、光強度分布をビーム断面33(図4A)の幅方向に積分することにより、有効パワー比を算出した。ビーム断面33の長さ方向の両端から長さ方向(y方向)に広がる裾野部分の面積は、幅方向の両側に広がる裾野部分の面積に比べて十分小さい。従って、長さ方向の両端に広がる裾野部分の光強度を面積分した値は、幅方向の両側に広がる裾野部分の光強度を面積分した値に比べて十分小さい。このため、光強度分布を幅方向に積分したパワーに基づいて得られる有効パワー比を利用することによって、十分高い再現性を確保することができる。 In the above-described embodiment, the light intensity distribution in the width direction of the beam cross section 33 (FIG. 4A) is used as the light intensity distribution that is the basis for calculating the effective power ratio. In other words, the effective power ratio was calculated by integrating the light intensity distribution in the width direction of the beam cross section 33 (FIG. 4A). The area of the skirt portion extending in the length direction (y direction) from both ends of the beam cross section 33 in the length direction is sufficiently smaller than the area of the skirt portion extending on both sides in the width direction. Therefore, the value obtained by dividing the light intensity of the skirt portion spreading on both ends in the length direction by the area is sufficiently smaller than the value by dividing the light intensity of the skirt portion spreading on both sides in the width direction by the area. Therefore, by utilizing the effective power ratio obtained based on the power obtained by integrating the light intensity distribution in the width direction, sufficiently high reproducibility can be ensured.

ビーム断面のx方向の寸法とy方向の寸法との比が1に近い場合、例えばビーム断面が円形、正方形に近い場合には、有効パワー比を算出する基礎となる光強度分布として、二次元の分布を利用してもよい。この場合、光強度分布を面積分することによって、有効パワー比が算出される。 When the ratio of the dimension of the beam cross section in the x direction to the dimension of the y direction is close to 1, for example, when the beam cross section is close to a circle or a square, the two-dimensional light intensity distribution is used as the basis for calculating the effective power ratio. May be used. In this case, the effective power ratio is calculated by dividing the light intensity distribution by the area.

ステップST2で測定された平均パワーの測定値Pmが許容範囲から外れている場合には、制御装置50が警報を発出するようにしてもよい。この警報が発出された場合、オペレータは、レーザ光源10等のメンテナンスを行うことが好ましい。ステップST11で求められた有効パワー比の測定値Rmが許容範囲から外れている場合には、制御装置50が警報を発出するようにしてもよい。この警報が発出された場合、オペレータは、ビーム整形器12等のメンテナンスを行うことが好ましい。 When the measured value Pm of the average power measured in step ST2 is out of the allowable range, the controller 50 may issue an alarm. When this alarm is issued, the operator preferably performs maintenance on the laser light source 10 and the like. When the measured value Rm of the effective power ratio obtained in step ST11 is out of the allowable range, the control device 50 may issue an alarm. When this alarm is issued, the operator preferably performs maintenance of the beam shaper 12 and the like.

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。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

10 レーザ光源
11 アッテネータ
12 ビーム整形器
13 折り返しミラー
14 対物レンズ
15 加工チャンバ
16 入射窓
17 窓
18 分岐装置
20 ステージ
21 ミラー
22 レンズ
23 チャック機構
25 ビームプロファイラ
30 加工対象物
33 ビーム断面
34 裾野部分
40 レーザ強度測定器
45 出口用パワーメータ
50 制御装置
10 laser light source 11 attenuator 12 beam shaper 13 folding mirror 14 objective lens 15 processing chamber 16 entrance window 17 window 18 branching device 20 stage 21 mirror 22 lens 23 chuck mechanism 25 beam profiler 30 workpiece 33 beam cross section 34 skirt portion 40 laser Strength measuring device 45 Outlet power meter 50 Control device

Claims (5)

レーザ光源と、
前記レーザ光源と加工対象物との間のレーザビームの経路に配置され、当該加工対象物の表面におけるビーム断面を整形するビーム整形器と、
前記レーザ光源と前記加工対象物との間のレーザビームの経路に配置された透過率可変のアッテネータと、
前記加工対象物の表面の位置におけるレーザビームの光強度分布を測定するビームプロファイラと、
前記加工対象物に入射するレーザビームの強度を測定するレーザ強度測定器と、
前記ビームプロファイラの測定結果、及び前記レーザ強度測定器の測定結果に基づいて、前記アッテネータの透過率を調整する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記ビームプロファイラで測定された光強度分布のうち、強度閾値以上の光強度を示す部分と、全体の光強度分布との関係に基づいて、前記アッテネータの透過率を調整するレーザ加工装置。
Laser light source,
A beam shaper that is arranged in the path of the laser beam between the laser light source and the object to be processed, and shapes the beam cross section on the surface of the object to be processed,
An attenuator with a variable transmittance arranged in the path of the laser beam between the laser light source and the object to be processed,
A beam profiler for measuring the light intensity distribution of the laser beam at the position of the surface of the processing object,
A laser intensity measuring device for measuring the intensity of the laser beam incident on the object to be processed,
Measurement of the beam profiler, and based on the measurement result of the laser intensity measuring device, have a control unit for adjusting the transmittance of the attenuator,
The control device is a laser that adjusts the transmittance of the attenuator based on a relationship between a portion showing a light intensity equal to or higher than an intensity threshold and a whole light intensity distribution in the light intensity distribution measured by the beam profiler. Processing equipment.
さらに、前記レーザ光源から出力されたレーザビームが入射する位置に前記加工対象物を保持するステージを有する請求項1に記載のレーザ加工装置。 Furthermore, laser processing apparatus of claim 1, the laser beam output from the laser light source to have a stage for holding the workpiece in a position to incident. 前記制御装置は、前記ビームプロファイラで測定される光強度分布のうち、強度閾値以上の光強度を示す部分の光強度の積分値と、全体の光強度分布の積分値との比である有効パワー比の測定値に基づいて、前記アッテネータの透過率を調整する請求項1または2に記載のレーザ加工装置。 The control device, of the light intensity distribution measured by the beam profiler, the effective power that is the ratio of the integrated value of the light intensity of the portion showing the light intensity equal to or higher than the intensity threshold and the integrated value of the entire light intensity distribution. based on the measured values of the ratio, the laser machining apparatus according to claim 1 or 2 for adjusting the transmittance of the attenuator. 前記制御装置に、前記有効パワー比の標準値が記憶されており、
前記制御装置は、前記有効パワー比の標準値と測定値との比、及び測定時における前記アッテネータの透過率に基づいて、前記アッテネータの透過率の調整値を算出し、
透過率が前記調整値になるように、前記アッテネータの透過率を調整する請求項3に記載のレーザ加工装置。
A standard value of the effective power ratio is stored in the control device,
The controller, the ratio of the standard value of the effective power ratio and the measured value, and based on the transmittance of the attenuator at the time of measurement, calculates the adjustment value of the transmittance of the attenuator,
The laser processing apparatus according to claim 3, wherein the transmittance of the attenuator is adjusted so that the transmittance becomes the adjustment value.
前記ビーム整形器は、前記加工対象物の表面におけるビーム断面形状を一方向に長い形状にし、
前記制御装置は、前記ビームプロファイラで測定された光強度分布として、ビーム断面の幅方向に関する光強度分布を用いる請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。
The beam shaper makes the beam cross-sectional shape on the surface of the processing object long in one direction,
The control device, wherein the light intensity distribution measured by the beam profiler, laser processing apparatus according to any one of claims 1 to 4 using the light intensity distribution in the width direction of the beam cross-section.
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