レーザアニール装置及びレーザアニール方法
【課題】レーザビームの照射エネルギーの維持管理が容易で、且つ照射パターンの形状乱れを抑制する。
【解決手段】ＴＦＴ基板１０上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームＬｂを照射してアニール処理するレーザアニール装置であって、ＴＦＴ基板１０上の被アニール領域の形状に相似形の複数の開口を形成したマスク３と、マスク３の複数の開口を夫々通過した複数のレーザビームＬｂを、一面に形成した複数のマイクロレンズを介してＴＦＴ基板１０上に集め、アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与するマイクロレンズ基板４と、半円柱状の形状を成し、マイクロレンズ基板４を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部がマイクロレンズの頂部の位置よりもＴＦＴ基板１０側に突出した一対のガイド２５と、一対のガイド２５間に移動可能に張設されレーザビームＬｂを透過するフィルム２２と、を備えたものである。
【解決手段】ＴＦＴ基板１０上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームＬｂを照射してアニール処理するレーザアニール装置であって、ＴＦＴ基板１０上の被アニール領域の形状に相似形の複数の開口を形成したマスク３と、マスク３の複数の開口を夫々通過した複数のレーザビームＬｂを、一面に形成した複数のマイクロレンズを介してＴＦＴ基板１０上に集め、アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与するマイクロレンズ基板４と、半円柱状の形状を成し、マイクロレンズ基板４を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部がマイクロレンズの頂部の位置よりもＴＦＴ基板１０側に突出した一対のガイド２５と、一対のガイド２５間に移動可能に張設されレーザビームＬｂを透過するフィルム２２と、を備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のマイクロレンズを介して複数のレーザビームを照射しアニール処理するレーザアニール装置に関し、特にレーザビームの照射エネルギーの維持管理が容易で、且つ照射パターンの形状乱れを抑制可能とするレーザアニール装置及びレーザアニール方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のレーザアニール装置は、マイクロレンズアレイにより複数のレーザビームを形成すると共に、ビーム毎に焦点を形成し、該ビームの各焦点を縮小転写光学系によりアモルファスシリコン膜面側に転写して結像させ、アモルファスシリコン膜面に対するビーム照射によりレーザ処理を施して、薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）形成領域のアモルファスシリコン膜をポリシリコン化するもので、縮小転写光学系の下面側には、保護用部材として石英板を設置してアニール処理時に飛散する汚染物質が光学系に付着するのを防止できるようになっていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、光学系に汚染物質が付着するのを防止する光学系保護手段として、集光レンズによりレーザビームを被加工物上に集光して加工する装置において、巻取リールと送出リールとの間に掛け渡されレーザビームを透過するフィルムを、集光レンズと被加工物との間を移動可能に配置したものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１１９０６号公報
【特許文献２】特開平７−１００６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載のレーザアニール装置においては、汚染物質が光学系に付着するのを防止する保護用部材として石英板が使用されているため、表面を平坦に形成することができ、照射パターンの形状乱れは発生しないが、一定時間使用する毎に汚染した石英板を取り替えなければならず、作業が煩雑になるという問題がある。したがって、レーザビームの照射エネルギーを長時間安定して高い状態に維持することができないという問題がある。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載の光学系保護手段は、集光レンズと被加工物との間を移動可能にフィルムを配置したものであるため、一定時間使用する毎に取り替える必要がなく作業が簡単であるという利点があるものの、フィルムを案内する一対のロールが集光レンズを挟んでその縁部の位置に対向配置されておらず、一対のロール間の距離が長いため、フィルムにバックテンションを掛けると一対のロール間のフィルムにその移動方向に平行な縦しわが発生し易すいという問題がある。したがって、このような光学系保護手段を上記特許文献１のレーザアニール装置に適用した場合には、上記フィルムの縦しわによって基板に照射するレーザビームの照射パターン形状が乱れてしまい、ＴＦＴ形成領域を予め定められた形状にアニール処理することができないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、レーザビームの照射エネルギーの維持管理が容易で、且つ照射パターンの形状乱れを抑制可能とするレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によるレーザアニール装置は、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームを照射してアニール処理するレーザアニール装置であって、前記基板上の被アニール領域の形状に相似形の複数の開口を形成したマスクと、前記マスクの前記複数の開口を夫々通過した前記複数のレーザビームを、一面に形成した複数のマイクロレンズを介して前記基板上に集め、前記アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与するマイクロレンズ基板と、半円柱状の形状を成し、前記マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部が前記マイクロレンズの頂部の位置よりも前記基板側に突出した一対のガイドと、前記一対のガイド間に移動可能に張設され前記レーザビームを透過するフィルムと、を備えたものである。
【０００９】
このような構成により、基板上の被アニール領域の形状に相似形の複数の開口を形成したマスクの該複数の開口を夫々通過した複数のレーザビームを、マイクロレンズ基板の一面に形成した複数のマイクロレンズにより基板上に集め、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与してアニール処理する。このとき、マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部がマイクロレンズの頂部の位置よりも基板側に突出した半円柱状の一対のガイド間にレーザビームを透過するフィルムを移動可能に張設し、マイクロレンズ基板面に汚染物質が付着するのを抑制する。
【００１０】
また、前記マスクを間にして一方側に前記フィルムを送り出す送出リールを備え、他方側に前記フィルムを巻き取る巻取リールを備え、前記一対のガイド間を一定のバックテンションが掛かった状態で前記フィルムを一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ通過可能にしたものである。これにより、マスクを間にして一方側に備えた送出リールからフィルムを送り出すと共に、他方側に備えた巻取リールによりフィルムを巻き取りながら、一対のガイド間を一定のバックテンションが掛かった状態でフィルムを一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ通過させる。
【００１１】
さらに、前記基板を前記一対のガイドの軸心と交差する方向に一定速度で移動させる搬送手段を設けたものである。これにより、搬送手段で基板を一対のガイドの軸心と交差する方向に一定速度で移動させる。
【００１２】
さらにまた、前記基板は、表示装置用の薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）基板であり、前記被アニール領域は、ＴＦＴ形成領域である。これにより、表示装置用のＴＦＴ基板のＴＦＴ形成領域をレーザアニール処理する。
【００１３】
そして、前記マイクロレンズは、該マイクロレンズの頂部と前記フィルムとの間、又は前記フィルムと前記基板との間に焦点を有するように形成されたものである。これにより、マイクロレンズでレーザビームをマイクロレンズの頂部とフィルムとの間、又は前記フィルムと前記基板との間の焦点に一旦集光させる。
【００１４】
また、本発明によるレーザアニール方法は、一定形状の複数の開口を形成したマスクと、該マスクの前記複数の開口に夫々対応させて複数のマイクロレンズを設けたマイクロレンズ基板とを介して基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームを照射してアニール処理するレーザアニール方法であって、半円柱状の形状を成し、前記マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部が前記マイクロレンズの頂部の位置よりも前記基板側に突出した一対のガイド間に張設した状態で、前記レーザビームを透過するフィルムを前記一対のガイドの軸心と交差する方向に移動させる段階と、前記基板を前記マイクロレンズ基板に対向させて前記フィルムの移動方向に一定速度で移動させる段階と、前記複数のマイクロレンズを通過し、前記フィルムを透過した複数のレーザビームを前記基板上に集め、前記アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与する段階と、を含むものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１及び２に係る発明によれば、マイクロレンズ基板と基板との間に移動可能にフィルムを設けて汚染物質がマイクロレンズ基板面に付着するのを防止しているので、フィルムを頻繁に交換する必要が無く、レーザビームの照射エネルギーの維持管理を容易に行うことができる。且つ、フィルムは、マイクロレンズ基板を挟んで対向配置された一対のガイドによって支持されるので、一対のガイド間の距離を従来技術におけるものよりも遥かに狭くすることができ、フィルムの移動方向に平行な縦しわの発生を抑制して照射パターンの形状乱れを抑制ことができる。したがって、被アニール領域を形状精度よくアニール処理することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明によれば、基板を一定速度で移動しながらレーザアニール処理するので、小さなマスクを使用して大型基板のレーザアニール処理をすることができ、レーザアニール処理工程のコストを安価にすることができる。また、大型基板に対するアニール処理工程のタクトを短縮することもできる。
【００１７】
さらに、請求項４に係る発明によれば、表示用ＴＦＴ基板のＴＦＴ形成領域のアニール処理を均一に実施することができる。したがって、薄膜トランジスタの動作性能を表示領域全面に亘って略一定に揃えることができ、表示画像の品質を向上することができる。
【００１８】
そして、請求項５に係る発明によれば、基板面とフィルムとの間に浮遊するシリコン蒸気にレーザエネルギーの一部が吸収されてエネルギー損失が生じるのを抑制することができる。また、フィルム上に焦点を有しないので、フイルム上にレーザエネルギーが集中せず、フィルムが焼損するのを防止することができる。
【００１９】
また、請求項６に係る発明によれば、マイクロレンズ基板と基板との間に移動可能にフィルムを設けて汚染物質がマイクロレンズ基板面に付着するのを防止しているので、フィルムを頻繁に交換する必要が無く、レーザビームの照射エネルギーの維持管理を容易に行うことができる。且つ、フィルムは、マイクロレンズ基板を挟んで対向配置された一対のガイドによって支持されるので、一対のガイド間の距離を従来技術におけるものよりも遥かに狭くすることができ、フィルムの移動方向に平行な縦しわの発生を抑制して照射パターンの形状乱れを抑制ことができる。したがって、被アニール領域を形状精度よくアニール処理することができる。さらに、基板を一定速度で移動しながらレーザアニール処理するので、小さなマスクを使用して大型基板のレーザアニール処理をすることができ、レーザアニール処理工程のコストを安価にすることができる。また、大型基板に対するアニール処理工程のタクトを短縮することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるレーザアニール装置の実施形態を示す正面図である。
【図２】レーザアニール処理に使用するＴＦＴ基板を示す平面図である。
【図３】本発明によるレーザアニール装置に使用するマスク及びマイクロレンズ基板の組み立て構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＯ−Ｏ線断面矢視図である。
【図４】本発明によるレーザアニール装置の要部を拡大して示す部分断面正面図である。
【図５】本発明のレーザアニール装置によるレーザアニール処理を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザアニール装置の実施形態を示す正面図である。このレーザアニール装置は、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のマイクロレンズを介して複数のレーザビームを照射しアニール処理するもので、搬送手段１と、レーザ光源２と、マスク３と、マイクロレンズ基板４と、光学系保護手段５と、アライメント手段６と、を備えて成る。
【００２２】
ここで、上記基板は、図２に示すように、縦横に形成される複数のゲート線７とデータ線８との交差部に相当する部分にてゲート電極上にＴＦＴ形成領域９（被アニール領域）が予め設定された表示装置用のＴＦＴ基板１０であり、複数のＴＦＴ形成領域９が画素１１の配列ピッチと同じ配列ピッチ（縦がＸ、横がＹ）でマトリクス状に設定されている。なお、ここでは、矢印Ａで示すＴＦＴ基板１０の搬送方向（以下、「基板搬送方向」という）を縦といい、それと交差する方向を横という。そして、ＴＦＴ基板１０には、ＴＦＴ形成領域９と後述のマスク３の開口１６との位置合わせの基準となるアライメント基準位置が基板搬送方向に平行な例えばゲート線７の縁部に設定されている。本実施形態においては、上記アライメント基準位置は、基板搬送方向に向かって左端に位置するゲート線７の右側縁部に設定されている。このとき、ゲート線７の右側縁部とＴＦＴ形成領域９の中心との間の水平距離は、設計値によって決まる。なお、図２には、ゲート線７とデータ線８の両方が記載されているが、レーザアニール段階においては、ゲート線７のみが形成されている。
【００２３】
上記搬送手段１は、上面にＴＦＴ基板１０を載置して上記ＴＦＴ形成領域９の縦横いずれか一方の配列方向、例えば図２に示す矢印Ａ方向に一定速度で搬送するものであり、上面に気体を噴出する多数の噴出孔と気体を吸引する多数の吸引孔とを有した複数の単位ステージ１２を基板搬送方向に並設し、気体の噴出と吸引とのバランスによりＴＦＴ基板１０を複数の単位ステージ１２上に所定量だけ浮かせた状態で、例えば搬送ローラ１３によりＴＦＴ基板１０の両端縁部を支持して搬送するようになっている。
【００２４】
上記搬送手段１の上方には、レーザ光源２が設けられている。このレーザ光源２は、例えば波長が３０８ｎｍ又は３５３ｎｍのレーザ光Ｌを例えば５０Ｈｚの繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。
【００２５】
上記レーザ光源２から放射されるレーザ光Ｌの光路上には、マスク３が設けられている。このマスク３は、図３に示すように、透明な例えば石英基板１４の一面１４ａに形成した遮光膜１５にＴＦＴ基板１０上のＴＦＴ形成領域９の形状に相似形、例えば円形の複数の開口１６を形成したものであり、図３（ａ）に示すように、基板搬送方向（矢印Ａ方向）に交差して複数設定されたＴＦＴ形成領域９の配列ピッチＹの２以上の整数倍のピッチ（図３においては２Ｙで示す）で複数の開口１６を並べて設けた例えば６列の開口列１７を互いに距離Ｘだけ離して平行に配置した構成を有し、基板搬送方向先頭側に位置する３列の開口列１７（以下、「第１の開口群１８」という）の各開口１６間を補完するように後続の３列の開口列１７（以下、「第２の開口群１９」という）を開口１６の並び方向に所定寸法（図３においてはＹで示す）だけずらして形成している。そして、遮光膜１５を形成した面１４ａと反対側の面１４ｂが搬送手段１側となるように設置されている。
【００２６】
上記マスク３の搬送手段１側の面１４ｂには、マイクロレンズ基板４が設けられている。このマイクロレンズ基板４は、マスク３の複数の開口１６を夫々通過した複数のレーザビームＬｂを複数のマイクロレンズを介してＴＦＴ基板１０上に集め、アモルファスシリコン膜に例えば２Ｊ／ｃｍ2程度の光エネルギーを付与するものであり、図３に示すように、基板搬送方向（矢印Ａ方向）の幅が約１０ｍｍ〜約１５ｍｍであり、基板搬送方向と交差する方向の幅が約５０ｍｍである透明な基板２１の一面２１ａに、マスク３に設けた複数の開口１６と同じ配列ピッチ（縦がＸ、横が２Ｙ）で複数のマイクロレンズ２０を形成し（同図（ａ）参照）、これらの光軸を上記マスク３の開口１６の中心に合致させた状態で他面２１ｂをマスク３の面１４ｂに接合している（同図（ｂ）参照）。ここで、各マイクロレンズ２０は、後焦点の位置がマイクロレンズ２０の頂点と、マイクロレンズ基板４の下側を通過する後述のフィルム２２との間、又はフィルム２２と基板２１との間となるように設計するとよい。これにより、マイクロレンズ２０により集光されたレーザビームＬｂの光エネルギーがアニール処理によりＴＦＴ基板１０面とフィルム２２との間に浮遊するシリコン蒸気に吸収されてエネルギー損失を招くおそれがない。また、フィルム２２上に焦点を有しないので、フィルム２２上にレーザエネルギーが集中してフィルム２２を焼損させるおそれがない。
【００２７】
上記マイクロレンズ基板４と搬送手段１の上面との間には、レーザビームＬｂを透過するフィルム２２を移動可能に光学系保護手段５が設けられている。この光学系保護手段５は、アニール処理時に飛散する汚染物質が光学系に付着するのを防止できるようにするものであり、図４に要部を拡大して示すように、送出リール２３と、巻取リール２４と、一対のガイド２５とを備えて構成されている。この場合、上記フィルム２２としては、紫外線透過率が９０％以上で、レーザ耐性が１０Ｊ／ｃｍ2以上であり、厚みが１０μｍ程度の例えばポリエチレンフィルムが適している。
【００２８】
詳細には、上記送出リール２３は、一定量だけ巻き上げられたフィルム２２を送り出すものであり、回転軸２６に連結して設けたバックテンション用モータ２７によりフィルム２２の送出方向（矢印Ｂ方向）と反対方向の張力をフィルム２２に常時与えてバックテンションを掛けた状態でフィルム２２を送出できるようになっており、マスク３を間にして一方側（図４においては基板搬送方向（矢印Ａ方向）に向かってマスク３の手前側）に備えられている。また、上記巻取リール２４は、回転軸２８に連結して設けた巻取り用モータ２９により矢印Ｃ方向に回転されてフィルム２２を巻き取るものであり、マスク３を間にして上記送出リール２３とは反対側に備えられている。さらに、上記一対のガイド２５は、マイクロレンズ基板４の下面を通過するフィルム２２に該フィルム２２の移動方向に平行な縦しわの発生を抑制するためのものであり、滑らかな表面を有する半円柱状の形状を成し、マイクロレンズ基板４を挟んでその両縁部４ａ，４ｂの位置にてマスク３の下面３ｂに軸心を略平行にして対向配置され、頂部がマイクロレンズ２０の頂部の位置よりも搬送手段１側（下側を通過するＴＦＴ基板１０側）に一定量だけ突出させて設けられている。これにより、フィルム２２は、一対のガイド２５間を一定のバックテンションが掛けられた状態で一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ移動できるようになっている。なお、図４において符号３０は、フィルム２２の移動方向を変更すると共にフィルム２２の移動を安定化させるガイドローラである。
【００２９】
上記マスク３及びマイクロレンズ基板４を基板搬送方向と交差する方向に微動可能にアライメント手段６が設けられている。このアライメント手段６は、マスク３の開口１６の中心（又はマイクロレンズ２０の中心）とＴＦＴ形成領域９との位置合わせをするためのものであり、図示省略の制御手段によって駆動が制御されるようになっている。
【００３０】
上記アライメント手段６による位置合わせは、次のようにして行なうことができる。即ち、単位ステージ１２の上面に平行な面内にて基板搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する図示省略のラインカメラによりＴＦＴ基板１０面を撮像し、該撮像画像を制御手段の画像処理部において画像処理してＴＦＴ基板１０のアライメント基準の位置を検出し、該アライメント基準の位置とラインカメラの撮像中心との間の距離をメモリに記憶された目標値と比較してそのずれ量を演算し、該ずれ量を補正するように制御手段によりアライメント手段６を駆動してマスク３及びマイクロレンズ２０を移動させるとよい。この場合、ラインカメラの撮像中心と、マスク３に設けた基準位置（例えばマスク３のいずれかの開口１６の中心）とは、予め位置合わせされている。
【００３１】
なお、図１において符号３１は、レーザ光源２から放射されたレーザ光Ｌの径を拡張するビームエキスパンダであり、符号３２は、レーザ光Ｌの横断面内の輝度分布を均一化するホモジナイザーであり、符号３３は、レーザ光Ｌを平行光にしてマスク３に照射させるコンデンサーレンズである。
【００３２】
次に、このように構成されたレーザアニール装置の動作、及びレーザアニール方法について説明する。
先ず、表面全面を覆ってアモルファスシリコン膜が成膜されたＴＦＴ基板１０を、アモルファスシリコン膜を上にし、ゲート線７が搬送方向と平行となるように位置決めして搬送手段１の上面に載置する。
【００３３】
次に、起動スイッチがオン起動されると、ＴＦＴ基板１０を搬送手段１の単位ステージ１２の上面に所定量だけ浮上させた状態で、図示省略の制御手段により搬送手段１をパルス制御してＴＦＴ基板１０を図１に示す矢印Ａ方向に一定速度で搬送する。
【００３４】
続いて、移動中のＴＦＴ基板１０の表面を図示省略のラインカメラで逐次撮像し、その一次元画像を制御手段の画像処理部でリアルタイム処理し、ラインカメラの複数の受光素子の並び方向における輝度変化に基づいてＴＦＴ基板１０に予め設定されたアライメント基準位置（例えば、図２において基板搬送方向に向かって左端に位置するゲート線７の右側縁部）を検出し、該検出されたアライメント基準位置とラインカメラの撮像中心との間の距離を演算する。次いで、この演算結果を予め設定して記憶された目標値と比較して目標値からのずれ量を算出する。そして、上記ずれ量を補正するように制御手段によりアライメント手段６を駆動制御してマスク３を基板搬送方向と交差する方向に移動させ、マスク３とＴＦＴ基板１０との位置合わせをする。これにより、横に振れながら移動中のＴＦＴ基板１０にマスク３を追従させることができる。
【００３５】
ＴＦＴ基板１０が移動して、図５（ａ）に示すように、搬送方向先頭側に位置する一列のＴＦＴ形成領域９がマスク３の第２の開口群１９の搬送方向先頭側の開口列１７ｂの真下に到達すると、レーザ光源２が一定時間点灯し、レーザ光Ｌがマスク３に照射される。そして、マスク３の複数の開口１６を通過した複数のレーザビームＬｂがマイクロレンズ基板４の複数のマイクロレンズ２０によりＴＦＴ基板１０上に集められ、第２の開口群１９に対応したＴＦＴ形成領域９のアモルファスシリコン膜がアニールされてポリシリコン化される。
【００３６】
ＴＦＴ基板１０がマスク３の第１の開口群１８及び第２の開口群１９の夫々基板搬送方向先頭側に位置する開口列１７ａ，１７ｂ間の距離３Ｘと等しい距離だけ移動される毎にレーザ光源２が一定時間だけ点灯駆動される。これにより、ＴＦＴ基板１０上に設定された全ＴＦＴ形成領域９が順次アニールされてポリシリコン化され、ポリシリコン膜３４が形成される。なお、図５（ｂ）は、同図（ａ）の状態からＴＦＴ基板１０が距離３Ｘだけ移動した状態を示し、第２の開口群１９に対応したＴＦＴ形成領域９間のＴＦＴ形成領域９が第１の開口群１８でアニールされた状態を示している。
【００３７】
このようなアニール処理においては、レーザビームＬｂの照射によりアモルファスシリコン膜の一部が蒸気化してＴＦＴ基板１０面とマイクロレンズ基板４との間に浮遊し、このシリコン蒸気が汚染物質としてマイクロレンズ２０の表面に付着し、レーザビームＬｂの透過率を低下させることがある。そこで、本発明においては、光学系保護手段５を設けて、マイクロレンズ基板４と搬送手段１の上面（又はＴＦＴ基板１０）との間を移動するフィルム２２により、マイクロレンズ２０面に汚染物質が付着するのを防止している。以下、上記光学系保護手段５の動作について説明する。
【００３８】
先ず、巻取り用モータ２９が駆動して巻取リール２４が図４に示す矢印Ｃ方向に回転し、フィルム２２を巻き取る。これにより、マイクロレンズ基板４の両縁部４ａ，４ｂに設けられた一対のガイド２５間に掛け渡されたフィルム２２が一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ移動する。したがって、レーザビームＬｂの照射により蒸気化してＴＦＴ基板１０面とマイクロレンズ基板４との間に浮遊したシリコン蒸気（汚染物質）は、フィルム２２面に付着し、マイクロレンズ２０面には付着しない。このとき、フィルム２２は、一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ移動しているため、汚染物質が付着して許容以上に汚れたフィルム２２面は下流側に移動し、マイクロレンズ基板４の下側には、常時一定以上の透過率を有するフィルム２２面が存在することになる。したがって、レーザビームＬｂの透過率は、常時、許容値以上に維持され、レーザアニール処理を適切に行なうことができる。なお、実験においては、レーザビームＬｂを１０００ショットしたとき、フィルム２２の透過率が略許容限界の約７％だけ低下することが分かっている。したがって、例えばレーザビームＬｂを１０００ショットする毎にフィルム２２を一対のガイド２５間の距離に相当する量だけ移動させるとよい。
【００３９】
このとき、送出リール２３の回転軸２６に連結されたバックテンション用モータ２７が、図４において矢印Ｂで示すフィルム２２の送出方向とは反対方向の回転力を発生し、フィルム２２に送出方向とは反対方向の張力を与えている。したがって、フィルム２２にはバックテンションが掛かり、フィルム２２は、一対のガイド２５間に張設された状態になる。しかし、上記一対のガイド２５の間隔は、従来技術における一対のロール間の距離に比して遥かに狭くすることができ、フィルム２２にバックテンションが掛かっていてもフィルム２２の上記一対のガイド２５間の部分にはフィルム２２の移動方向に平行な縦しわの発生が抑制される。したがって、フィルム２２を透過してＴＦＴ基板１０上に照射されるレーザビームＬｂの照射パターン形状は、マスク３の開口１６と略同じ形状が保たれ、ＴＦＴ基板１０のＴＦＴ形成領域９を精度よくアニール処理することができる。
【００４０】
基板搬送方向の一連のアニール処理が終了すると、ＴＦＴ基板１０は高速でスタート位置まで戻される。その後、基板搬送方向と交差する方向に一定距離だけステップ移動されて、上述と同様にして隣接領域に対するアニール処理が実行される。そして、これを繰り返すことにより、ＴＦＴ基板１０全面のアニール処理が行われる。又は、矢印Ａ方向の１回目のアニール処理が終了すると、ＴＦＴ基板１０を基板搬送方向と交差する方向にマスク３に対して相対的に一定距離だけステップ移動し、その後、搬送方向を反転して矢印Ａとは反対方向にＴＦＴ基板１０を搬送しながら、上述と同様にして隣接領域に対するアニール処理を実行してもよい。
【００４１】
上記いずれの場合にも、例えば基板搬送方向の終点位置にフォトセンサーを設け、ＴＦＴ基板１０に対する１回目のアニール処理が終了するとフィルム２２の透過率を測定してレーザビームＬｂの許容ショット回数を見積もるようにしてもよい。具体的には、フィルム２２の移動を停止した状態で基板を終点位置まで搬送しながら１回目のアニール処理を実行した後、フィルム２２の透過率を計測して透過率の低下量を算出し、１回目のアニール処理実行時におけるレーザビームＬｂのショット回数から透過率の許容低下量に対する許容ショット回数を見積もる。そして、以後、レーザビームＬｂのショット回数がこの見積もられた許容ショット回数となる毎にフィルム２２を一定量だけステップ移動させるようにする。これにより、フィルム２２のステップ移動のタイミングを判断するためのレーザビームＬｂの許容ショット回数がフィルム２２の透過率の実測値から設定されるので、フィルム２２の透過率を一定値以上に安定して維持することができ、アニール処理を常時、適切に実行することができる。
【００４２】
なお、以上の説明においては、ＴＦＴ基板１０が表示装置用の基板である場合について述べたが、本発明はこれに限られず、基板は、アモルファスシリコン膜を形成した例えば半導体基板等如何なるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１…搬送手段
３…マスク
４…マイクロレンズ基板
９…ＴＦＴ形成領域（被アニール領域）
１０…ＴＦＴ基板
１６…開口
２０…マイクロレンズ
２２…フィルム
２３…送出リール
２４…巻取リール
２５…ガイド
Ｌｂ…レーザビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のマイクロレンズを介して複数のレーザビームを照射しアニール処理するレーザアニール装置に関し、特にレーザビームの照射エネルギーの維持管理が容易で、且つ照射パターンの形状乱れを抑制可能とするレーザアニール装置及びレーザアニール方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のレーザアニール装置は、マイクロレンズアレイにより複数のレーザビームを形成すると共に、ビーム毎に焦点を形成し、該ビームの各焦点を縮小転写光学系によりアモルファスシリコン膜面側に転写して結像させ、アモルファスシリコン膜面に対するビーム照射によりレーザ処理を施して、薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）形成領域のアモルファスシリコン膜をポリシリコン化するもので、縮小転写光学系の下面側には、保護用部材として石英板を設置してアニール処理時に飛散する汚染物質が光学系に付着するのを防止できるようになっていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、光学系に汚染物質が付着するのを防止する光学系保護手段として、集光レンズによりレーザビームを被加工物上に集光して加工する装置において、巻取リールと送出リールとの間に掛け渡されレーザビームを透過するフィルムを、集光レンズと被加工物との間を移動可能に配置したものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１１９０６号公報
【特許文献２】特開平７−１００６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載のレーザアニール装置においては、汚染物質が光学系に付着するのを防止する保護用部材として石英板が使用されているため、表面を平坦に形成することができ、照射パターンの形状乱れは発生しないが、一定時間使用する毎に汚染した石英板を取り替えなければならず、作業が煩雑になるという問題がある。したがって、レーザビームの照射エネルギーを長時間安定して高い状態に維持することができないという問題がある。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載の光学系保護手段は、集光レンズと被加工物との間を移動可能にフィルムを配置したものであるため、一定時間使用する毎に取り替える必要がなく作業が簡単であるという利点があるものの、フィルムを案内する一対のロールが集光レンズを挟んでその縁部の位置に対向配置されておらず、一対のロール間の距離が長いため、フィルムにバックテンションを掛けると一対のロール間のフィルムにその移動方向に平行な縦しわが発生し易すいという問題がある。したがって、このような光学系保護手段を上記特許文献１のレーザアニール装置に適用した場合には、上記フィルムの縦しわによって基板に照射するレーザビームの照射パターン形状が乱れてしまい、ＴＦＴ形成領域を予め定められた形状にアニール処理することができないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、レーザビームの照射エネルギーの維持管理が容易で、且つ照射パターンの形状乱れを抑制可能とするレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によるレーザアニール装置は、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームを照射してアニール処理するレーザアニール装置であって、前記基板上の被アニール領域の形状に相似形の複数の開口を形成したマスクと、前記マスクの前記複数の開口を夫々通過した前記複数のレーザビームを、一面に形成した複数のマイクロレンズを介して前記基板上に集め、前記アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与するマイクロレンズ基板と、半円柱状の形状を成し、前記マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部が前記マイクロレンズの頂部の位置よりも前記基板側に突出した一対のガイドと、前記一対のガイド間に移動可能に張設され前記レーザビームを透過するフィルムと、を備えたものである。
【０００９】
このような構成により、基板上の被アニール領域の形状に相似形の複数の開口を形成したマスクの該複数の開口を夫々通過した複数のレーザビームを、マイクロレンズ基板の一面に形成した複数のマイクロレンズにより基板上に集め、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与してアニール処理する。このとき、マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部がマイクロレンズの頂部の位置よりも基板側に突出した半円柱状の一対のガイド間にレーザビームを透過するフィルムを移動可能に張設し、マイクロレンズ基板面に汚染物質が付着するのを抑制する。
【００１０】
また、前記マスクを間にして一方側に前記フィルムを送り出す送出リールを備え、他方側に前記フィルムを巻き取る巻取リールを備え、前記一対のガイド間を一定のバックテンションが掛かった状態で前記フィルムを一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ通過可能にしたものである。これにより、マスクを間にして一方側に備えた送出リールからフィルムを送り出すと共に、他方側に備えた巻取リールによりフィルムを巻き取りながら、一対のガイド間を一定のバックテンションが掛かった状態でフィルムを一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ通過させる。
【００１１】
さらに、前記基板を前記一対のガイドの軸心と交差する方向に一定速度で移動させる搬送手段を設けたものである。これにより、搬送手段で基板を一対のガイドの軸心と交差する方向に一定速度で移動させる。
【００１２】
さらにまた、前記基板は、表示装置用の薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）基板であり、前記被アニール領域は、ＴＦＴ形成領域である。これにより、表示装置用のＴＦＴ基板のＴＦＴ形成領域をレーザアニール処理する。
【００１３】
そして、前記マイクロレンズは、該マイクロレンズの頂部と前記フィルムとの間、又は前記フィルムと前記基板との間に焦点を有するように形成されたものである。これにより、マイクロレンズでレーザビームをマイクロレンズの頂部とフィルムとの間、又は前記フィルムと前記基板との間の焦点に一旦集光させる。
【００１４】
また、本発明によるレーザアニール方法は、一定形状の複数の開口を形成したマスクと、該マスクの前記複数の開口に夫々対応させて複数のマイクロレンズを設けたマイクロレンズ基板とを介して基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームを照射してアニール処理するレーザアニール方法であって、半円柱状の形状を成し、前記マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部が前記マイクロレンズの頂部の位置よりも前記基板側に突出した一対のガイド間に張設した状態で、前記レーザビームを透過するフィルムを前記一対のガイドの軸心と交差する方向に移動させる段階と、前記基板を前記マイクロレンズ基板に対向させて前記フィルムの移動方向に一定速度で移動させる段階と、前記複数のマイクロレンズを通過し、前記フィルムを透過した複数のレーザビームを前記基板上に集め、前記アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与する段階と、を含むものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１及び２に係る発明によれば、マイクロレンズ基板と基板との間に移動可能にフィルムを設けて汚染物質がマイクロレンズ基板面に付着するのを防止しているので、フィルムを頻繁に交換する必要が無く、レーザビームの照射エネルギーの維持管理を容易に行うことができる。且つ、フィルムは、マイクロレンズ基板を挟んで対向配置された一対のガイドによって支持されるので、一対のガイド間の距離を従来技術におけるものよりも遥かに狭くすることができ、フィルムの移動方向に平行な縦しわの発生を抑制して照射パターンの形状乱れを抑制ことができる。したがって、被アニール領域を形状精度よくアニール処理することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明によれば、基板を一定速度で移動しながらレーザアニール処理するので、小さなマスクを使用して大型基板のレーザアニール処理をすることができ、レーザアニール処理工程のコストを安価にすることができる。また、大型基板に対するアニール処理工程のタクトを短縮することもできる。
【００１７】
さらに、請求項４に係る発明によれば、表示用ＴＦＴ基板のＴＦＴ形成領域のアニール処理を均一に実施することができる。したがって、薄膜トランジスタの動作性能を表示領域全面に亘って略一定に揃えることができ、表示画像の品質を向上することができる。
【００１８】
そして、請求項５に係る発明によれば、基板面とフィルムとの間に浮遊するシリコン蒸気にレーザエネルギーの一部が吸収されてエネルギー損失が生じるのを抑制することができる。また、フィルム上に焦点を有しないので、フイルム上にレーザエネルギーが集中せず、フィルムが焼損するのを防止することができる。
【００１９】
また、請求項６に係る発明によれば、マイクロレンズ基板と基板との間に移動可能にフィルムを設けて汚染物質がマイクロレンズ基板面に付着するのを防止しているので、フィルムを頻繁に交換する必要が無く、レーザビームの照射エネルギーの維持管理を容易に行うことができる。且つ、フィルムは、マイクロレンズ基板を挟んで対向配置された一対のガイドによって支持されるので、一対のガイド間の距離を従来技術におけるものよりも遥かに狭くすることができ、フィルムの移動方向に平行な縦しわの発生を抑制して照射パターンの形状乱れを抑制ことができる。したがって、被アニール領域を形状精度よくアニール処理することができる。さらに、基板を一定速度で移動しながらレーザアニール処理するので、小さなマスクを使用して大型基板のレーザアニール処理をすることができ、レーザアニール処理工程のコストを安価にすることができる。また、大型基板に対するアニール処理工程のタクトを短縮することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明によるレーザアニール装置の実施形態を示す正面図である。
【図２】レーザアニール処理に使用するＴＦＴ基板を示す平面図である。
【図３】本発明によるレーザアニール装置に使用するマスク及びマイクロレンズ基板の組み立て構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＯ−Ｏ線断面矢視図である。
【図４】本発明によるレーザアニール装置の要部を拡大して示す部分断面正面図である。
【図５】本発明のレーザアニール装置によるレーザアニール処理を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザアニール装置の実施形態を示す正面図である。このレーザアニール装置は、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のマイクロレンズを介して複数のレーザビームを照射しアニール処理するもので、搬送手段１と、レーザ光源２と、マスク３と、マイクロレンズ基板４と、光学系保護手段５と、アライメント手段６と、を備えて成る。
【００２２】
ここで、上記基板は、図２に示すように、縦横に形成される複数のゲート線７とデータ線８との交差部に相当する部分にてゲート電極上にＴＦＴ形成領域９（被アニール領域）が予め設定された表示装置用のＴＦＴ基板１０であり、複数のＴＦＴ形成領域９が画素１１の配列ピッチと同じ配列ピッチ（縦がＸ、横がＹ）でマトリクス状に設定されている。なお、ここでは、矢印Ａで示すＴＦＴ基板１０の搬送方向（以下、「基板搬送方向」という）を縦といい、それと交差する方向を横という。そして、ＴＦＴ基板１０には、ＴＦＴ形成領域９と後述のマスク３の開口１６との位置合わせの基準となるアライメント基準位置が基板搬送方向に平行な例えばゲート線７の縁部に設定されている。本実施形態においては、上記アライメント基準位置は、基板搬送方向に向かって左端に位置するゲート線７の右側縁部に設定されている。このとき、ゲート線７の右側縁部とＴＦＴ形成領域９の中心との間の水平距離は、設計値によって決まる。なお、図２には、ゲート線７とデータ線８の両方が記載されているが、レーザアニール段階においては、ゲート線７のみが形成されている。
【００２３】
上記搬送手段１は、上面にＴＦＴ基板１０を載置して上記ＴＦＴ形成領域９の縦横いずれか一方の配列方向、例えば図２に示す矢印Ａ方向に一定速度で搬送するものであり、上面に気体を噴出する多数の噴出孔と気体を吸引する多数の吸引孔とを有した複数の単位ステージ１２を基板搬送方向に並設し、気体の噴出と吸引とのバランスによりＴＦＴ基板１０を複数の単位ステージ１２上に所定量だけ浮かせた状態で、例えば搬送ローラ１３によりＴＦＴ基板１０の両端縁部を支持して搬送するようになっている。
【００２４】
上記搬送手段１の上方には、レーザ光源２が設けられている。このレーザ光源２は、例えば波長が３０８ｎｍ又は３５３ｎｍのレーザ光Ｌを例えば５０Ｈｚの繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。
【００２５】
上記レーザ光源２から放射されるレーザ光Ｌの光路上には、マスク３が設けられている。このマスク３は、図３に示すように、透明な例えば石英基板１４の一面１４ａに形成した遮光膜１５にＴＦＴ基板１０上のＴＦＴ形成領域９の形状に相似形、例えば円形の複数の開口１６を形成したものであり、図３（ａ）に示すように、基板搬送方向（矢印Ａ方向）に交差して複数設定されたＴＦＴ形成領域９の配列ピッチＹの２以上の整数倍のピッチ（図３においては２Ｙで示す）で複数の開口１６を並べて設けた例えば６列の開口列１７を互いに距離Ｘだけ離して平行に配置した構成を有し、基板搬送方向先頭側に位置する３列の開口列１７（以下、「第１の開口群１８」という）の各開口１６間を補完するように後続の３列の開口列１７（以下、「第２の開口群１９」という）を開口１６の並び方向に所定寸法（図３においてはＹで示す）だけずらして形成している。そして、遮光膜１５を形成した面１４ａと反対側の面１４ｂが搬送手段１側となるように設置されている。
【００２６】
上記マスク３の搬送手段１側の面１４ｂには、マイクロレンズ基板４が設けられている。このマイクロレンズ基板４は、マスク３の複数の開口１６を夫々通過した複数のレーザビームＬｂを複数のマイクロレンズを介してＴＦＴ基板１０上に集め、アモルファスシリコン膜に例えば２Ｊ／ｃｍ2程度の光エネルギーを付与するものであり、図３に示すように、基板搬送方向（矢印Ａ方向）の幅が約１０ｍｍ〜約１５ｍｍであり、基板搬送方向と交差する方向の幅が約５０ｍｍである透明な基板２１の一面２１ａに、マスク３に設けた複数の開口１６と同じ配列ピッチ（縦がＸ、横が２Ｙ）で複数のマイクロレンズ２０を形成し（同図（ａ）参照）、これらの光軸を上記マスク３の開口１６の中心に合致させた状態で他面２１ｂをマスク３の面１４ｂに接合している（同図（ｂ）参照）。ここで、各マイクロレンズ２０は、後焦点の位置がマイクロレンズ２０の頂点と、マイクロレンズ基板４の下側を通過する後述のフィルム２２との間、又はフィルム２２と基板２１との間となるように設計するとよい。これにより、マイクロレンズ２０により集光されたレーザビームＬｂの光エネルギーがアニール処理によりＴＦＴ基板１０面とフィルム２２との間に浮遊するシリコン蒸気に吸収されてエネルギー損失を招くおそれがない。また、フィルム２２上に焦点を有しないので、フィルム２２上にレーザエネルギーが集中してフィルム２２を焼損させるおそれがない。
【００２７】
上記マイクロレンズ基板４と搬送手段１の上面との間には、レーザビームＬｂを透過するフィルム２２を移動可能に光学系保護手段５が設けられている。この光学系保護手段５は、アニール処理時に飛散する汚染物質が光学系に付着するのを防止できるようにするものであり、図４に要部を拡大して示すように、送出リール２３と、巻取リール２４と、一対のガイド２５とを備えて構成されている。この場合、上記フィルム２２としては、紫外線透過率が９０％以上で、レーザ耐性が１０Ｊ／ｃｍ2以上であり、厚みが１０μｍ程度の例えばポリエチレンフィルムが適している。
【００２８】
詳細には、上記送出リール２３は、一定量だけ巻き上げられたフィルム２２を送り出すものであり、回転軸２６に連結して設けたバックテンション用モータ２７によりフィルム２２の送出方向（矢印Ｂ方向）と反対方向の張力をフィルム２２に常時与えてバックテンションを掛けた状態でフィルム２２を送出できるようになっており、マスク３を間にして一方側（図４においては基板搬送方向（矢印Ａ方向）に向かってマスク３の手前側）に備えられている。また、上記巻取リール２４は、回転軸２８に連結して設けた巻取り用モータ２９により矢印Ｃ方向に回転されてフィルム２２を巻き取るものであり、マスク３を間にして上記送出リール２３とは反対側に備えられている。さらに、上記一対のガイド２５は、マイクロレンズ基板４の下面を通過するフィルム２２に該フィルム２２の移動方向に平行な縦しわの発生を抑制するためのものであり、滑らかな表面を有する半円柱状の形状を成し、マイクロレンズ基板４を挟んでその両縁部４ａ，４ｂの位置にてマスク３の下面３ｂに軸心を略平行にして対向配置され、頂部がマイクロレンズ２０の頂部の位置よりも搬送手段１側（下側を通過するＴＦＴ基板１０側）に一定量だけ突出させて設けられている。これにより、フィルム２２は、一対のガイド２５間を一定のバックテンションが掛けられた状態で一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ移動できるようになっている。なお、図４において符号３０は、フィルム２２の移動方向を変更すると共にフィルム２２の移動を安定化させるガイドローラである。
【００２９】
上記マスク３及びマイクロレンズ基板４を基板搬送方向と交差する方向に微動可能にアライメント手段６が設けられている。このアライメント手段６は、マスク３の開口１６の中心（又はマイクロレンズ２０の中心）とＴＦＴ形成領域９との位置合わせをするためのものであり、図示省略の制御手段によって駆動が制御されるようになっている。
【００３０】
上記アライメント手段６による位置合わせは、次のようにして行なうことができる。即ち、単位ステージ１２の上面に平行な面内にて基板搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べて有する図示省略のラインカメラによりＴＦＴ基板１０面を撮像し、該撮像画像を制御手段の画像処理部において画像処理してＴＦＴ基板１０のアライメント基準の位置を検出し、該アライメント基準の位置とラインカメラの撮像中心との間の距離をメモリに記憶された目標値と比較してそのずれ量を演算し、該ずれ量を補正するように制御手段によりアライメント手段６を駆動してマスク３及びマイクロレンズ２０を移動させるとよい。この場合、ラインカメラの撮像中心と、マスク３に設けた基準位置（例えばマスク３のいずれかの開口１６の中心）とは、予め位置合わせされている。
【００３１】
なお、図１において符号３１は、レーザ光源２から放射されたレーザ光Ｌの径を拡張するビームエキスパンダであり、符号３２は、レーザ光Ｌの横断面内の輝度分布を均一化するホモジナイザーであり、符号３３は、レーザ光Ｌを平行光にしてマスク３に照射させるコンデンサーレンズである。
【００３２】
次に、このように構成されたレーザアニール装置の動作、及びレーザアニール方法について説明する。
先ず、表面全面を覆ってアモルファスシリコン膜が成膜されたＴＦＴ基板１０を、アモルファスシリコン膜を上にし、ゲート線７が搬送方向と平行となるように位置決めして搬送手段１の上面に載置する。
【００３３】
次に、起動スイッチがオン起動されると、ＴＦＴ基板１０を搬送手段１の単位ステージ１２の上面に所定量だけ浮上させた状態で、図示省略の制御手段により搬送手段１をパルス制御してＴＦＴ基板１０を図１に示す矢印Ａ方向に一定速度で搬送する。
【００３４】
続いて、移動中のＴＦＴ基板１０の表面を図示省略のラインカメラで逐次撮像し、その一次元画像を制御手段の画像処理部でリアルタイム処理し、ラインカメラの複数の受光素子の並び方向における輝度変化に基づいてＴＦＴ基板１０に予め設定されたアライメント基準位置（例えば、図２において基板搬送方向に向かって左端に位置するゲート線７の右側縁部）を検出し、該検出されたアライメント基準位置とラインカメラの撮像中心との間の距離を演算する。次いで、この演算結果を予め設定して記憶された目標値と比較して目標値からのずれ量を算出する。そして、上記ずれ量を補正するように制御手段によりアライメント手段６を駆動制御してマスク３を基板搬送方向と交差する方向に移動させ、マスク３とＴＦＴ基板１０との位置合わせをする。これにより、横に振れながら移動中のＴＦＴ基板１０にマスク３を追従させることができる。
【００３５】
ＴＦＴ基板１０が移動して、図５（ａ）に示すように、搬送方向先頭側に位置する一列のＴＦＴ形成領域９がマスク３の第２の開口群１９の搬送方向先頭側の開口列１７ｂの真下に到達すると、レーザ光源２が一定時間点灯し、レーザ光Ｌがマスク３に照射される。そして、マスク３の複数の開口１６を通過した複数のレーザビームＬｂがマイクロレンズ基板４の複数のマイクロレンズ２０によりＴＦＴ基板１０上に集められ、第２の開口群１９に対応したＴＦＴ形成領域９のアモルファスシリコン膜がアニールされてポリシリコン化される。
【００３６】
ＴＦＴ基板１０がマスク３の第１の開口群１８及び第２の開口群１９の夫々基板搬送方向先頭側に位置する開口列１７ａ，１７ｂ間の距離３Ｘと等しい距離だけ移動される毎にレーザ光源２が一定時間だけ点灯駆動される。これにより、ＴＦＴ基板１０上に設定された全ＴＦＴ形成領域９が順次アニールされてポリシリコン化され、ポリシリコン膜３４が形成される。なお、図５（ｂ）は、同図（ａ）の状態からＴＦＴ基板１０が距離３Ｘだけ移動した状態を示し、第２の開口群１９に対応したＴＦＴ形成領域９間のＴＦＴ形成領域９が第１の開口群１８でアニールされた状態を示している。
【００３７】
このようなアニール処理においては、レーザビームＬｂの照射によりアモルファスシリコン膜の一部が蒸気化してＴＦＴ基板１０面とマイクロレンズ基板４との間に浮遊し、このシリコン蒸気が汚染物質としてマイクロレンズ２０の表面に付着し、レーザビームＬｂの透過率を低下させることがある。そこで、本発明においては、光学系保護手段５を設けて、マイクロレンズ基板４と搬送手段１の上面（又はＴＦＴ基板１０）との間を移動するフィルム２２により、マイクロレンズ２０面に汚染物質が付着するのを防止している。以下、上記光学系保護手段５の動作について説明する。
【００３８】
先ず、巻取り用モータ２９が駆動して巻取リール２４が図４に示す矢印Ｃ方向に回転し、フィルム２２を巻き取る。これにより、マイクロレンズ基板４の両縁部４ａ，４ｂに設けられた一対のガイド２５間に掛け渡されたフィルム２２が一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ移動する。したがって、レーザビームＬｂの照射により蒸気化してＴＦＴ基板１０面とマイクロレンズ基板４との間に浮遊したシリコン蒸気（汚染物質）は、フィルム２２面に付着し、マイクロレンズ２０面には付着しない。このとき、フィルム２２は、一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ移動しているため、汚染物質が付着して許容以上に汚れたフィルム２２面は下流側に移動し、マイクロレンズ基板４の下側には、常時一定以上の透過率を有するフィルム２２面が存在することになる。したがって、レーザビームＬｂの透過率は、常時、許容値以上に維持され、レーザアニール処理を適切に行なうことができる。なお、実験においては、レーザビームＬｂを１０００ショットしたとき、フィルム２２の透過率が略許容限界の約７％だけ低下することが分かっている。したがって、例えばレーザビームＬｂを１０００ショットする毎にフィルム２２を一対のガイド２５間の距離に相当する量だけ移動させるとよい。
【００３９】
このとき、送出リール２３の回転軸２６に連結されたバックテンション用モータ２７が、図４において矢印Ｂで示すフィルム２２の送出方向とは反対方向の回転力を発生し、フィルム２２に送出方向とは反対方向の張力を与えている。したがって、フィルム２２にはバックテンションが掛かり、フィルム２２は、一対のガイド２５間に張設された状態になる。しかし、上記一対のガイド２５の間隔は、従来技術における一対のロール間の距離に比して遥かに狭くすることができ、フィルム２２にバックテンションが掛かっていてもフィルム２２の上記一対のガイド２５間の部分にはフィルム２２の移動方向に平行な縦しわの発生が抑制される。したがって、フィルム２２を透過してＴＦＴ基板１０上に照射されるレーザビームＬｂの照射パターン形状は、マスク３の開口１６と略同じ形状が保たれ、ＴＦＴ基板１０のＴＦＴ形成領域９を精度よくアニール処理することができる。
【００４０】
基板搬送方向の一連のアニール処理が終了すると、ＴＦＴ基板１０は高速でスタート位置まで戻される。その後、基板搬送方向と交差する方向に一定距離だけステップ移動されて、上述と同様にして隣接領域に対するアニール処理が実行される。そして、これを繰り返すことにより、ＴＦＴ基板１０全面のアニール処理が行われる。又は、矢印Ａ方向の１回目のアニール処理が終了すると、ＴＦＴ基板１０を基板搬送方向と交差する方向にマスク３に対して相対的に一定距離だけステップ移動し、その後、搬送方向を反転して矢印Ａとは反対方向にＴＦＴ基板１０を搬送しながら、上述と同様にして隣接領域に対するアニール処理を実行してもよい。
【００４１】
上記いずれの場合にも、例えば基板搬送方向の終点位置にフォトセンサーを設け、ＴＦＴ基板１０に対する１回目のアニール処理が終了するとフィルム２２の透過率を測定してレーザビームＬｂの許容ショット回数を見積もるようにしてもよい。具体的には、フィルム２２の移動を停止した状態で基板を終点位置まで搬送しながら１回目のアニール処理を実行した後、フィルム２２の透過率を計測して透過率の低下量を算出し、１回目のアニール処理実行時におけるレーザビームＬｂのショット回数から透過率の許容低下量に対する許容ショット回数を見積もる。そして、以後、レーザビームＬｂのショット回数がこの見積もられた許容ショット回数となる毎にフィルム２２を一定量だけステップ移動させるようにする。これにより、フィルム２２のステップ移動のタイミングを判断するためのレーザビームＬｂの許容ショット回数がフィルム２２の透過率の実測値から設定されるので、フィルム２２の透過率を一定値以上に安定して維持することができ、アニール処理を常時、適切に実行することができる。
【００４２】
なお、以上の説明においては、ＴＦＴ基板１０が表示装置用の基板である場合について述べたが、本発明はこれに限られず、基板は、アモルファスシリコン膜を形成した例えば半導体基板等如何なるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１…搬送手段
３…マスク
４…マイクロレンズ基板
９…ＴＦＴ形成領域（被アニール領域）
１０…ＴＦＴ基板
１６…開口
２０…マイクロレンズ
２２…フィルム
２３…送出リール
２４…巻取リール
２５…ガイド
Ｌｂ…レーザビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームを照射してアニール処理するレーザアニール装置であって、
前記基板上の被アニール領域の形状に相似形の複数の開口を形成したマスクと、
前記マスクの前記複数の開口を夫々通過した前記複数のレーザビームを、一面に形成した複数のマイクロレンズを介して前記基板上に集め、前記アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与するマイクロレンズ基板と、
半円柱状の形状を成し、前記マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部が前記マイクロレンズの頂部の位置よりも前記基板側に突出した一対のガイドと、
前記一対のガイド間に移動可能に張設され前記レーザビームを透過するフィルムと、
を備えたことを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
前記マスクを間にして一方側に前記フィルムを送り出す送出リールを備え、他方側に前記フィルムを巻き取る巻取リールを備え、前記一対のガイド間を一定のバックテンションが掛かった状態で前記フィルムを一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ通過可能にしたことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
前記基板を前記一対のガイドの軸心と交差する方向に一定速度で移動させる搬送手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
前記基板は、表示装置用の薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）基板であり、前記被アニール領域は、ＴＦＴ形成領域であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
【請求項５】
前記マイクロレンズは、該マイクロレンズの頂部と前記フィルムとの間、又は前記フィルムと前記基板との間に焦点を有するように形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
【請求項６】
一定形状の複数の開口を形成したマスクと、該マスクの前記複数の開口に夫々対応させて複数のマイクロレンズを設けたマイクロレンズ基板とを介して基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームを照射してアニール処理するレーザアニール方法であって、
半円柱状の形状を成し、前記マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部が前記マイクロレンズの頂部の位置よりも前記基板側に突出した一対のガイド間に張設した状態で、前記レーザビームを透過するフィルムを前記一対のガイドの軸心と交差する方向に移動させる段階と、
前記基板を前記マイクロレンズ基板に対向させて前記フィルムの移動方向に一定速度で移動させる段階と、
前記複数のマイクロレンズを通過し、前記フィルムを透過した複数のレーザビームを前記基板上に集め、前記アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与する段階と、
を含むことを特徴とするレーザアニール方法。
【請求項１】
基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームを照射してアニール処理するレーザアニール装置であって、
前記基板上の被アニール領域の形状に相似形の複数の開口を形成したマスクと、
前記マスクの前記複数の開口を夫々通過した前記複数のレーザビームを、一面に形成した複数のマイクロレンズを介して前記基板上に集め、前記アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与するマイクロレンズ基板と、
半円柱状の形状を成し、前記マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部が前記マイクロレンズの頂部の位置よりも前記基板側に突出した一対のガイドと、
前記一対のガイド間に移動可能に張設され前記レーザビームを透過するフィルムと、
を備えたことを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
前記マスクを間にして一方側に前記フィルムを送り出す送出リールを備え、他方側に前記フィルムを巻き取る巻取リールを備え、前記一対のガイド間を一定のバックテンションが掛かった状態で前記フィルムを一定速度で連続的に又は一定の時間間隔で一定量ずつ通過可能にしたことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
前記基板を前記一対のガイドの軸心と交差する方向に一定速度で移動させる搬送手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
前記基板は、表示装置用の薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」という）基板であり、前記被アニール領域は、ＴＦＴ形成領域であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
【請求項５】
前記マイクロレンズは、該マイクロレンズの頂部と前記フィルムとの間、又は前記フィルムと前記基板との間に焦点を有するように形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
【請求項６】
一定形状の複数の開口を形成したマスクと、該マスクの前記複数の開口に夫々対応させて複数のマイクロレンズを設けたマイクロレンズ基板とを介して基板上に形成されたアモルファスシリコン膜に複数のレーザビームを照射してアニール処理するレーザアニール方法であって、
半円柱状の形状を成し、前記マイクロレンズ基板を挟んでその両縁部の位置に軸心を略平行にして対向配置され、頂部が前記マイクロレンズの頂部の位置よりも前記基板側に突出した一対のガイド間に張設した状態で、前記レーザビームを透過するフィルムを前記一対のガイドの軸心と交差する方向に移動させる段階と、
前記基板を前記マイクロレンズ基板に対向させて前記フィルムの移動方向に一定速度で移動させる段階と、
前記複数のマイクロレンズを通過し、前記フィルムを透過した複数のレーザビームを前記基板上に集め、前記アモルファスシリコン膜に一定の光エネルギーを付与する段階と、
を含むことを特徴とするレーザアニール方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１２４３６６（Ｐ２０１２−１２４３６６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７４６５９（Ｐ２０１０−２７４６５９）
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（５００１７１７０７）株式会社ブイ・テクノロジー (283)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（５００１７１７０７）株式会社ブイ・テクノロジー (283)
【Ｆターム（参考）】
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