(57)【要約】【課題】従前の長尺の半円筒体状のシリンドリカルレンズに代わる形状からなり、レンズ作製の時間及び経費負担を軽減し、レーザアニールに好適なラインビーム変換レンズ部材、これを備えたレーザアニール装置、さらにはレーザアニール方法を提供する。【解決手段】レーザ光をラインビームに変換するラインビーム変換レンズ部材１０であって、ラインビーム変換レンズ部材１０は長尺の石英の基材部１５からなるとともに、基材部のラインビーム射出面１２側に複数の微小レンズ部２０が形成されていて、微小レンズ部は基材部の縦断面において半円弧形状に凸である半円筒体形状２１である。【選択図】図１
2019106486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光をラインビームに変換するラインビーム変換レンズ部材であって、
前記ラインビーム変換レンズ部材は長尺の石英の基材部からなるとともに、前記基材部のラインビーム射出面側に複数の微小レンズ部が形成されている
ことを特徴とするラインビーム変換レンズ部材。
【請求項２】
前記微小レンズ部が、前記基材部の縦断面において半円弧形状に凸である半円筒体形状である請求項１に記載のラインビーム変換レンズ部材。
【請求項３】
前記微小レンズ部が、前記基材部の長手方向に伸長している請求項１または２に記載のラインビーム変換レンズ部材。
【請求項４】
前記微小レンズ部が前記基材部に行列状に形成されており、かつ、一の行を構成する複数の前記微小レンズ部の長手方向の端点が前記基材部の短辺部から前記基材部の長手方向に順にずらされている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のラインビーム変換レンズ部材。
【請求項５】
前記微小レンズ部の全長が４ないし６ｍｍである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のラインビーム変換レンズ部材。
【請求項６】
前記微小レンズ部の全高が０．１ないし１ｍｍである請求項１ないし５のいずれか１項に記載のラインビーム変換レンズ部材。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のラインビーム変換レンズ部材を実装したことを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のラインビーム変換レンズ部材に入光したレーザ光をラインビームに変換し、前記ラインビーム変換レンズ部材から出光したレーザ光により照射基板を照射することを特徴とするレーザアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光をラインビームに変換するレンズ部材に関し、さらに、これを備えたレーザアニール装置及び同装置を用いたレーザアニール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板上のアモルファスシリコン膜をポリシリコン化する技術として、レーザアニール技術がある。レーザアニールに際し、レーザ光は基板のシリコン膜に照射されて低温下で加熱される。いったんシリコン膜が溶融し、その後の冷却を通じてポリシリコンの膜が形成される。当該ポリシリコン化の技術は、液晶パネル等の基板の生産技術として知られている（特許文献１等参照）。
【０００３】
レーザアニール装置において、アニール処理として、照明光学系とシリンドリカルレンズによりレーザ光は細長いライン状に集光される。この集光されたレーザ光は基板上に照射され、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜は溶融される。例えば、液晶ディスプレイ等の大型の基板は１ｍを超えるガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜をアニール処理する必要がある。このアニール処理に際しては、１ｍを超えるライン状のビームが必要となる。そこで、従前、所望の長さライン状のビームを照射するため、ライン状のビームに対応した長さの長尺のシリンドリカルレンズが使用されていた。
【０００４】
図８はシリンドリカルレンズ９１０を使用したアニール処理の様子である。ラインビーム２０５はシリンドリカルレンズ９１０に入射し、同シリンドリカルレンズ９１０により屈折されてより線幅の細かなラインビーム２０６に変換される。そして、パネル２００のアモルファスシリコン膜部２２０はラインビーム２０６の照射によりポリシリコン膜部２２１に変化する。図中の符号２２２は線状の照射部位である。
【０００５】
このため、大型の照明光学系と、全長１ｍを超える長尺の半円筒体状のシリンドリカルレンズが必要となる。ところが、このような長尺のシリンドリカルレンズは長尺の石英から研磨されて作製される。研磨により精密な精度で作製することは容易ではなく、時間も製造経費も多く要する。現状、シリンドリカルレンズの作製の困難さゆえに、今後のさらなる大型化するガラス基板へは容易に対応できない問題を有していた。
【０００６】
そこで、今後のガラス基板のさらなる大型化を見越して、これに対応し得るレーザアニール処理のための新規なレンズ部材が切望されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１８２３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一連の経緯から、発明者はレーザアニール装置に使用されているシリンドリカルレンズの構造を根本的に見直した結果、従前の長尺の半円筒体状のレンズに代わる新たな形状のレンズを開発するに至った。
【０００９】
本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、従前の長尺の半円筒体状のシリンドリカルレンズに代わる形状からなり、レンズ作製の時間及び経費負担を軽減し、レーザアニールに好適なラインビーム変換レンズ部材、これを備えたレーザアニール装置、さらにはレーザアニール方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明の第１の形態は、レーザ光をラインビームに変換するラインビーム変換レンズ部材であって、前記ラインビーム変換レンズ部材は長尺の石英の基材部からなるとともに、前記基材部のラインビーム射出面側に複数の微小レンズ部が形成されていることを特徴とするラインビーム変換レンズ部材に係る。
【００１１】
第２の形態は、前記微小レンズ部が、前記基材部の縦断面において半円弧形状に凸である半円筒体形状である第１の形態に記載のラインビーム変換レンズ部材に係る。
【００１２】
第３の形態は、前記微小レンズ部が、前記基材部の長手方向に伸長している第１または２の形態に記載のラインビーム変換レンズ部材に係る。
【００１３】
第４の形態は、前記微小レンズ部が前記基材部に行列状に形成されており、かつ、一の行を構成する複数の前記微小レンズ部の長手方向の端点が前記基材部の短辺部から前記基材部の長手方向に順にずらされている第１ないし３のいずれかの形態に記載のラインビーム変換レンズ部材に係る。
【００１４】
第５の形態は、前記微小レンズ部の全長が４ないし６ｍｍである第１ないし４のいずれかの形態に記載のラインビーム変換レンズ部材に係る。
【００１５】
第６の形態は、前記微小レンズ部の全高が０．１ないし１ｍｍである第１ないし５のいずれかの形態に記載のラインビーム変換レンズ部材に係る。
【００１６】
第７の形態は、第１ないし６のいずれかの形態に記載のラインビーム変換レンズ部材を実装したことを特徴とするレーザアニール装置に係る。
【００１７】
第８の形態は、第１ないし６のいずれかの形態に記載のラインビーム変換レンズ部材に入光したレーザ光をラインビームに変換し、前記ラインビーム変換レンズ部材から出光したレーザ光により照射基板を照射することを特徴とするレーザアニール方法に係る。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のラインビーム変換レンズ部材によると、従前の長尺の半円筒体状のレンズに代わる新たな形状のレーザ光をラインビームに変換するレンズであり、より長尺の作製が可能であり、レンズ部材の作製に要する時間及び経費負担を軽減し得る。また、本発明のラインビーム変換レンズ部材を備えたレーザアニール装置、さらにはレーザアニール方法によると、今後のガラス基板のさらなる大型化に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）レーザアニール装置の上面模式図と、（ｂ）レーザアニール装置の側面模式図である。
【図２】実施形態のラインビーム変換レンズ部材の使用時の側面模式図である。
【図３】レーザアニール装置にラインビーム変換レンズ部材を実装したときの概略斜視図である。
【図４】ラインビーム変換レンズ部材のラインビーム射出面側の部分拡大断面図である。
【図５】ラインビーム変換レンズ部材のラインビーム射出面側の部分拡大平面図である。
【図６】（ａ）ラインビーム変換レンズ部材によるレーザ照射分布と、（ｂ）ラインビーム変換レンズ部材全体のレーザ照射分布を示す模式図である。
【図７】（ａ）ラインビーム変換レンズ部材によるレーザ照射分布と、（ｂ）ステージの前進方向のレーザ照射分布を示す模式図である。
【図８】レーザアニール装置に従来のシリンドリカルレンズを実装したときの概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施形態のラインビーム変換レンズ部材の説明の前に、当該ラインビーム変換レンズ部材が実装されるレーザアニール装置について、図１の側面模式図を用い説明する。実施形態のレーザアニール装置１００には、レーザ光を発生させる光源１０１が備えられ、同光源１０１から照射されたレーザ光の強度分布を略均一にするホモジナイザ１１１、ホモジナイザ１１１により強度分布が均一にされたレーザ光を集光するコンデンサレンズ１１２、コンデンサレンズ１１２により集光されたレーザ光をラインビームに変換するシリンドリカルレンズ１１３が備えられる。
【００２１】
また、シリンドリカルレンズ１１３とラインビームの照射対象（パネル）２００の間の光路上に、ホモジナイザ１１１を通過したレーザ光の干渉により照射対象に発生し得る干渉むらを低減するための投影マスク１１４も備えられる。図示の実施形態にあっては、投影マスク１１４と照射対象（パネル）２００の間に、ミラー１１５と、ラインビーム変換レンズ部材１０が備えられる。ラインビーム変換レンズ部材１０については図２等を用い後述する。
【００２２】
光源１０１は、レーザアニールのためのレーザ光を照射するための光源である。例えば、ＵＶパルスレーザ、エキシマレーザ等を発振するレーザ発振器である。
【００２３】
ホモジナイザ１１１は、光源１０１から発振されたレーザ光２０１の強度分布を略均一にする。ホモジナイザ１１１は、例えば、互いに対向した２枚のフライアイレンズにより構成される。ホモジナイザ１１１として、非球面レンズ、回析光学素子等も用いられる。
【００２４】
コンデンサレンズ１１２は、ホモジナイザ１１１を通過して強度分布が略均一になったレーザ光２０２を集光する。
【００２５】
シリンドリカルレンズ１１３は、コンデンサレンズ１１２により集光されたレーザ光２０３をラインビームに変換する。なお、当該シリンドリカルレンズ１１３をラインビーム変換レンズ部材１０に置き換えることも可能である。
【００２６】
投影マスク１１４は、シリンドリカルレンズ１１３から出力されたラインビーム２０４をマスキングして、エネルギー分布を均一にしたラインビーム２０５を出力する。
【００２７】
ミラー１１５は、投影マスク１１４を通過したラインビーム２０５を照射対象のパネル２００に向けて反射する鏡体である。
【００２８】
ラインビーム変換レンズ部材１０は、ミラー１１５により反射されたラインビーム２０５を照射対象であるパネル２００に照射するために適した幅であり、かつ複数のラインビームに変換する。
【００２９】
照射対象であるパネル２００は、シリコン膜が形成された基板である。基板の種類は主にガラスである。このパネル２００はステージ３００の上に載置される。
【００３０】
ステージ３００は、レーザアニールの対象となるパネル２００を載置するための載置台である。ステージ３００は駆動装置（図示せず）により駆動される。ステージ３００の駆動を通じてパネル２００は移動し、パネル２００の表面はポリシリコン化される。図１（ｂ）の例では、ステージ３００は、光源１０１の方に向かって移動する。当該移動方向（Ｓ）はスキャン方向とも称される。図中の符号ｘとｙはステージ３００の移動可能方向である。
【００３１】
実施形態のレーザアニール装置１００において、ホモジナイザ１１１、コンデンサレンズ１１２、シリンドリカルレンズ１１３、投影マスク１１４、ミラー１１５、ラインビーム変換レンズ部材１０により、均一ラインビーム光学系１１０は構成される。
【００３２】
ラインビーム変換レンズ部材１０について、図２及び図３等を用い、順に説明する。マスク１１４を透過しミラー１１５により反射されたラインビーム２０５はラインビーム変換レンズ部材１０の入光面１１側に入光する。入光したラインビーム２０５はラインビーム変換レンズ部材１０の透過とラインビーム射出面１２側に形成された微小レンズ部（マイクロシリンドリカルレンズ）２０による屈折を経てより線幅の細かなラインビーム２０６に変換される。そして、ステージ３００上のパネル２００はラインビーム２０６の照射により曝露される。
【００３３】
ラインビーム変換レンズ部材１０は長尺の直方体形状の石英の基材部１５からなる。基材部１５の全長（長手方向（長辺方向））は５０ないし１５０ｃｍの長さである。基材部１５の幅（短辺方向）は５ないし２０ｃｍである。むろん、基材部１５の大きさはこの範囲に限られない。図２では基材部１５は紙面奥向きに伸長する。基材部１５の上側の入光面１１側からエキシマレーザ等のラインビーム２０５は入光する。さらに、図３の斜視図からも把握されるように、微小レンズ部２０のそれぞれは、基材部１５から僅かに湾曲した凸状の半円筒体形状部２１として形成されている。
【００３４】
微小レンズ部２０自体も非常に細かなシリンドリカルレンズを模した形態である。例えば、図２に示すように、ラインビーム２０５がラインビーム射出面１２に形成された微小レンズ部２０を透過する際、微小レンズ部２０は凸レンズとして作用する。そこで、ラインビーム変換レンズ部材１０に入光したラインビーム２０５は微小レンズ部２０により屈折され、より細かな線幅となりエネルギー強度の増したラインビーム２０６に変換される。
【００３５】
そして、図３のとおり、照射対象のパネル２００はラインビーム２０６の照射を受け、同パネル２００のアモルファスシリコン膜部２２０はポリシリコン膜部２２１に変化する。図３中の符号２２２は線状の照射部位である。従って、従前のシリンドリカルレンズと同様のレンズの機能が微小レンズ部２０を通じて発現される。
【００３６】
続いて、図４及び図５を用い、ラインビーム変換レンズ部材１０における微小レンズ部２０の構造を説明する。図示では説明の便宜から、ラインビーム変換レンズ部材１０のラインビーム射出面１２側を紙面上向きとしている。図中の符号１６は縁部である。
【００３７】
図４の縦断面図とおり、微小レンズ部２０はラインビーム変換レンズ部材１０における基材部１５のラインビーム射出面１２側に配置される。そして、微小レンズ部２０は基材部１５の縦断面において半円弧２２の形状でありラインビーム射出面１２から凸状である。すなわち、微小レンズ部２０は微小な凸レンズ２３である。
【００３８】
基材部１５に形成される微小レンズ部２０について、微小レンズ部２０の全高ＤＨはラインビーム射出面１２から半円弧２２（微小な凸レンズ２３）の頂点までの距離である。そこで、微小レンズ部２０の全高ＤＨは０．１ないし１ｍｍの範囲である。微小レンズ部２０の全高ＤＨは、線幅、エネルギー強度、個々の微小レンズ部２０同士の間隔等から規定される。なお、微小レンズ部２０の半円弧２２の曲率は、全高ＤＨ、微小レンズ部２０自体の幅等により規定される。
【００３９】
図５はラインビーム射出面１２側の平面図である。図示実施形態の微小レンズ部２０はいずれも基材部１５の長手方向（Ｌｔ）に伸長しており、微小レンズ部２０は細長い紡錘形状に近似する。実施形態によると、微小レンズ部２０の全長ＤＬは４ないし６ｍｍの範囲である。なお、微小レンズ部２０の幅は微小レンズ部２０自体の曲率により増減する。微小レンズ部２０の形状から把握されるように、個々の微小レンズ部２０自体が、いわゆる小さなシリンドリカルレンズと同様のレンズの機能を有する。なお、全高ＤＨ及び全長ＤＬは開示の範囲よりも大きくしてもよい。
【００４０】
図示から理解されるように、微小レンズ部２０は基材部１５のラインビーム射出面１２側に縦横の行列状に形成される。図示の基材部１５の長手方向（Ｌｔ）側は長辺部１７であり、他側は短辺部１８である。微小レンズ部２０が形成される配置に際し、縦の連なりが列であり、横の連なりが行である。
【００４１】
一の行を構成する複数の微小レンズ部２０の長手方向の端点２８は、基材部１５の短辺部１８から基材部１５の長手方向（Ｌｔ）に順にずらされて配置される。図示から把握されるように、微小レンズ部２０の端点２８は、紙面上方から下方に向けて、一行下るごとに徐々に基材部１５の短辺部１８から基材部１５の内部側に入り込む配置である。また、列を構成する複数の微小レンズ部２０は、相互に所定の間隔Ｇを置いて配置される。間隔Ｇは端点２８同士の距離である。
【００４２】
ラインビーム変換レンズ部材１０に微小レンズ部２０を形成する方法は次のとおり開示される。はじめに石英の基材部にレジストが塗布される。このレジストは露光され表面に所定のパターニングが形成される。現像後、事後、微小レンズ部となる部位のレジストが残る。そして、表面は加熱される（リフロー）。加熱を通じてレジストは表面張力により縦断面が半円弧状となる。その後、ドライエッチングを通じて、石英の基材部に微小レンズ部の半円弧状の凸部が形成される。
【００４３】
この手法によると、極めて簡便に、かつ平滑で形状の揃った微小レンズ部が一度に作成可能である。なお、基材部とこれに形成された微小レンズ部は、ともに石英であり共通の結晶構造であるため、ラインビームの透過率を低下させることはない。
【００４４】
加えて、シリンドリカルレンズは長尺であり正確な曲率調整が必要である。このことからシリンドリカルレンズの研磨以外の作製方法は存在しなかった。それゆえ、破損し易いため作製は容易ではなく、時間も経費も要していた。しかし、ラインビーム変換レンズ部材１０における微小レンズ部２０の形成には、従前のシリンドリカルレンズの研磨以外の作製方法が適用できるため、より、長尺の作製が可能となる。よって、従前のシリンドリカルレンズが内包していた問題点は解消可能である。
【００４５】
次に、ラインビーム変換レンズ部材１０を使用した際の照射分布について、図６及び図７の模式図も交えて説明する。図６（ａ）及び図７（ａ）における矢印は図１のｙ方向と対応する。図７（ｂ）における矢印は図１のｘ方向と対応する。
【００４６】
図６（ａ）は、ラインビーム変換レンズ部材１０を経てより細かな線幅となりエネルギー強度の増したラインビーム２０６の照射を受けた瞬間の照射対象のパネル２００表面のレーザ照射分布である。パネル２００表面のレーザ照射分布（図中の針状領域２３０）の位置は、基材部１５における微小レンズ部２０の配置と対応する。パネル２００表面の個々のレーザ照射分布に着目すると、微小レンズ部２０の形成位置に起因してレーザ照射エネルギーの高い針状領域２３０が生じる。しかしながら、針状領域２３０以外の領域のレーザ照射エネルギーは相対的に低くなる。
【００４７】
図６（ｂ）は、パネル２００表面のレーザ照射分布をスキャン方向に積算した際のレーザ照射エネルギー強度のグラフである。図６（ａ）を単純にみるとパネル２００表面の照射分布に粗密が生じている。しかしながら、パネル２００はステージ３００上に載置されスキャン方向（図１参照）に移動するため、ラインビーム２０６の照射部位２２２（図３参照）は順次移動し続ける。そうすると、最終的にレーザ照射エネルギー強度は、図６（ｂ）の平坦部分のとおり、平均化される。なお、図６（ｂ）の末端部分（紙面左側）のレーザ照射エネルギー強度は相対的に低くなる。これは、微小レンズ部２０の配置に起因した結果である。この場合、レーザ照射エネルギー強度の低い領域のパネル２００は切除される。
【００４８】
図７（ａ）は、前出の図６（ａ）と同様に、ラインビーム変換レンズ部材１０を経てより細かな線幅となりエネルギー強度の増したラインビーム２０６の照射を受けた瞬間の照射対象のパネル２００表面のレーザ照射分布である。図７（ｂ）は、パネル２００のｘ方向のレーザ照射分布である。例えば、図７（ａ）の針状領域２３０をパネル２００のｙ方向に縦断する領域について領域Ｐ１とする。領域Ｐ１は、ｙ方向に複数の針状領域２３０を包含する。次に図７（ｂ）の一つの逆Ｕ字状部分は一つの微小レンズ部２０のレーザ照射分布（針状領域２３０）に対応する。すなわち、図７（ｂ）はレーザ照射後のパネル２００状のレーザ照射エネルギー強度を模式的示した図である。図７（ａ）の領域Ｐ１と図７（ｂ）の領域Ｑ１は対応する。同様に、図７（ａ）の領域Ｐ２と図７（ｂ）の領域Ｑ２も対応する。
【００４９】
図示のとおり、図７（ａ）の領域Ｐ１とＰ２では位置は異なる。しかし、各領域中に含まれる針状領域２３０の総量はほぼ等しい。同様に、図７（ｂ）においても領域Ｑ１とＱ２に含まれる逆Ｕ字状部分の総量はほぼ等しい。このように、基材部１５における微小レンズ部２０の配置にずれがあるとしても、最終的にパネル２００が曝露されるレーザ照射エネルギー強度は均質化される。
【００５０】
図５等に開示のとおり、基材部１５における微小レンズ部２０のずれのある配置は、意図的に微小レンズ部２０の端点２８の位置が一行下るごとに徐々に基材部１５の短辺部１８から基材部１５の内部側に入り込む配置である。しかしながら、図６及び図７の説明から理解されるように、パネル２００の主要部分が曝露されるレーザ照射エネルギー強度はパネル２００の移動により均質化され、ポリシリコン膜も一様に可能となる。ゆえに、実施形態のラインビーム変換レンズ部材１０は、従前のシリンドリカルレンズ（図８参照）と同様の機能を発揮する。
【００５１】
ラインビーム変換レンズ部材１０を実装したレーザアニール装置１００は、前掲の図１及びその説明である。また、ラインビーム変換レンズ部材１０を使用したレーザアニール方法についても、ラインビーム変換レンズ部材１０に入光したラインビーム２０５（レーザ光）はさらに線幅の細かなラインビーム２０６に変換し、ラインビーム変換レンズ部材１０から出光したレーザ光２０６により照射基板（パネル２００）を照射する方法である。同レーザアニール方法も前掲の図１及びその説明のとおりである。よって、説明が重複するため省略する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明のラインビーム変換レンズ部材はレーザ光の集光に効果を発揮し、レーザアニールに適する。しかも本発明のラインビーム変換レンズ部材は簡便に作製できることから、従前のシリンドリカルレンズの代替として今後のガラス基板のさらなる大型化への対応に有望である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  ラインビーム変換レンズ部材
１１  入光面
１２  ラインビーム射出面
１５  基材部
１７  長辺部
１８  短辺部
２０  微小レンズ部
２１  半円筒体形状部
２２  半円弧
２３  凸レンズ
２８  端点
１００  レーザアニール装置
１０１  光源
１１０  均一ラインビーム光学系
１１１  ホモジナイ
２００  パネル
２０５，２０６  ラインビーム
２３０  針状領域
３００  ステージ
【図１】
2019106486.tif 000003
【図２】
2019106486.tif 000004
【図３】
2019106486.tif 000005
【図４】
2019106486.tif 000006
【図５】
2019106486.tif 000007
【図６】
2019106486.tif 000008
【図７】
2019106486.tif 000009
【図８】
2019106486.tif 000010