(57)【要約】【課題】基板の変位に対応して、高精度に焦点の調整およびビーム形状やサイズの調整を行うことを目的とする。【解決手段】長軸スリット８，短軸スリット９を長軸用と短軸用に区別し、それぞれを個別に可変とすることで、基板の変位に対応して、高精度に焦点の調整およびビーム形状やサイズの調整を行うことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射するレーザ発振器と、
前記レーザ光を短軸方向において平行光とする短軸方向コリメータレンズと、
前記レーザ光を長軸方向において平行光とする長軸方向コリメータレンズと、
前記レーザ光を短軸方向に集光する集光レンズと、
前記集光レンズと照射対象との間に配置され、前記レーザ光の長軸方向のビーム形状を調整する長軸スリットと、
前記集光レンズと前記照射対象との間に配置され、前記レーザ光の短軸方向のビーム形状を調整する短軸スリットと、
前記レーザ光を前記照射対象に照射する投影レンズと、を有することを特徴とする
レーザ照射装置。
【請求項２】
前記集光レンズと前記長軸スリットおよび前記短軸スリットとの間に、前記レーザ光の指向性を向上させるフィールドレンズを有することを特徴とする
請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記投影レンズ、前記長軸スリットおよび前記短軸スリットは、それぞれ前記レーザ光の照射方向に移動可能であることを特徴とする
請求項１または２に記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
前記投影レンズ，前記長軸スリットおよび前記短軸スリットをそれぞれ個別に移動させることにより、レーザ光の長軸方向および短軸方向の幅，輪郭，形状，ならびに焦点の少なくとも１つの調整を行うことを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記長軸スリットの長軸方向のスリット幅が可変であることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記短軸スリットの短軸方向のスリット幅が可変であることを特徴とする
請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記照射対象が表示装置であり、前記レーザ光の照射により、前記表示装置に形成されたアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に結晶化させることを特徴とする
請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射対象に照射するレーザ光の形状やサイズを調整可能なレーザ照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置は、縦横同一又は異なるピッチに配列された画素トランジスタ（薄膜トランジスタ）のスイッチングにより画像を映し出している。また、画素トランジスタは、ガラスや溶融石英などの基板上に形成されたアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に結晶化して形成している。
【０００３】
以下、図６（ａ），（ｂ）を用いて、従来のレーザ照射装置について説明する。
図６（ａ），（ｂ）は従来のレーザ照射装置における光学系の構成を示す模式図である。図６（ａ）は長軸方向でのビーム整形のための構造を示す模式図であり、図６（ｂ）は短軸方向でのビーム整形のための構造を示す模式図である。
【０００４】
図６（ａ），（ｂ）に示す結晶化装置１００は、従来の結晶化装置である（例えば、特許文献１参照）。
結晶化装置１００は、均一化レンズ１０３と、シリンドリカルレンズ１０８と、投影レンズ１０５とを備える。均一化レンズ１０３は、レーザ発振器１０１より発したレーザ光１０２の強度を長軸（Ｙ）方向に均一化する。シリンドリカルレンズ１０８は、均一化レンズ１０３を透過するレーザ光１０２をスリット１０４面に短軸（Ｘ）方向に集光し、短軸方向に均一な強度分布を有するレーザ強度分布を得る。投影レンズ１０５は、シリンドリカルレンズ１０８を透過するレーザ光１０２を透過させてスリット１０４面に形成されるマスクパターンを薄膜シリコン１０６上に投影し、アモルファス−Ｓｉ（シリコン）からなる薄膜シリコン１０６を結晶化してｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）にする。また、１０７は、レーザ発振器１０１と均一化レンズ１０３との間に設ける短軸方向のコリメータレンズである。
【０００５】
ここで、スリット１０４の開口距離をＬ、スリット１０４と投影レンズ１０５間距離をＡ、投影レンズ１０５と薄膜シリコン１０６上との距離をＢとした場合、薄膜シリコン１０６上での長軸ビームサイズはＬ＊Ｂ／Ａとなる。また、レーザ光照射の際には、薄膜シリコン１０６等の基板を保持した状態でレーザ光１０２を照射するため、基板の撓みや反り等により基板表面位置が変位することがある。この様な基板の変位に対応して、基板上でのビームサイズを変えずに焦点を調整するために、従来では、投影レンズ１０５、薄膜シリコン１０６等の位置を移動させて、距離ＡおよびＢを変化させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１１５８４１号公報
【特許文献２】特開２００７−４８７９４号公報
【特許文献３】特開２００６−３２８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年の表示装置の大型化と画素の微細化に伴い、基板表面の変位の影響が大きくなり、レーザ光１０２の焦点の調整のみならず、基板表面に投影されるビームの形状や輪郭，サイズのばらつきの影響が顕著になってきている。
【０００８】
そこで、本発明のレーザ照射装置は、基板の変位に対応して、高精度に焦点の調整およびビーム形状やサイズの調整を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のレーザ照射装置は、レーザ光を照射するレーザ発振器と、前記レーザ光を短軸方向において平行光とする短軸方向コリメータレンズと、前記レーザ光を長軸方向において平行光とする長軸方向コリメータレンズと、前記レーザ光を短軸方向に集光する集光レンズと、前記集光レンズと照射対象との間に配置され、前記レーザ光の長軸方向のビーム形状を調整する長軸スリットと、前記集光レンズと前記照射対象との間に配置され、前記レーザ光の短軸方向のビーム形状を調整する短軸スリットと、前記レーザ光を照射対象に照射する投影レンズと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明のレーザ照射装置によれば、スリットを長軸用と短軸用に区別し、それぞれを個別に可変とすることで、高精度に焦点の調整およびビーム形状やサイズの調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一般的な照射方法をパネルに照射する様子を例示する図
【図２】レーザの照射領域であるビーム形状を示す模式図
【図３】（ａ）、（ｂ）本発明のレーザ照射装置を示す概念図
【図４】本発明の長軸スリットおよび短軸スリットの形状を説明する図
【図５】（ａ）、（ｂ）本発明の可変スリットの構造を例示する図
【図６】（ａ）、（ｂ）従来のレーザ照射装置における光学系の構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、一般的なレーザ照射方法を、図１，図２を用いて説明する。
図１は一般的な照射方法をパネルに照射する様子を例示する図であり、図２はレーザの照射領域であるビーム形状を示す模式図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、長軸、短軸方向からなる細長いビーム３２に整形したレーザ光を用いて、アモルファスシリコンからなる画素３１を形成した基板の一例であるパネル３０を順次走査する。ビーム３２は、例えば、長軸方向１ｍｍ、短軸方向３０μｍに整形される。このような形状のビーム３２をパネル３０端部から長軸方向に走査し、パネル３０終端まで走査すると短軸方向に移動し、再び長軸方向に走査を行う。この走査をパネル３０全域にわたって行うことで、パネル３０全面の画素３１にレーザ照射して結晶化する。
【００１４】
次に、結晶化のために照射するレーザの照射方法および照射装置について、図３（ａ），（ｂ）、図４、図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
図３（ａ），（ｂ）は本発明のレーザ照射装置を示す概念図である。図３（ａ）はレーザの長軸方向におけるビーム整形の構成を示し、図３（ｂ）はレーザの短軸方向におけるビーム整形の構成を示す。図３（ａ），（ｂ）に示すように、本発明のレーザ照射装置は、１本のレーザを長軸方向および短軸方向にそれぞれ整形し、ビームの照射断面が長方形のレーザに整形する構造である。
【００１５】
図４は本発明の長軸スリットおよび短軸スリットの形状を説明する図である。
図５（ａ），（ｂ）は本発明の可変スリットの構造を例示する図である。図５（ａ）は長軸可変スリットを示し、図５（ｂ）は短軸可変スリットを示す。
【００１６】
図３（ａ），（ｂ）に示す本発明のレーザ照射装置において、まず、レーザ発振器１から照射されたレーザ光２０は、短軸方向に平行光線にする短軸方向コリメータレンズ２と、長軸方向に平行光線にする長軸方向コリメータレンズ３を順次通過し、長軸方向および短軸方向に平行なレーザ光に整形される。
【００１７】
次に、レーザ光２０は、１対のシリンドリカルレンズからなる均一化レンズ４を通過して長軸方向に分割されることで線状の点光源に配列して、コンデンサーレンズ５を通過する。ここで、シリンドリカルレンズとは、長軸方向の断面形状がシリンドリカルレンズ形状（図３（ａ）参照）で、短軸方向の断面形状が平板形状（図３（ｂ）参照）のシリンドリカルレンズである。なお、本実施の形態では、均一化レンズ４で長軸方向におけるレーザパワーの均一化を図っているが、レーザ光２０の特性等に応じて均一化レンズ４およびコンデンサーレンズ５を省略することも可能である。
【００１８】
次に、コンデンサーレンズ５を通過したレーザ光２０は、短軸方向集光レンズ６により短軸方向にのみ集光される。
次に、集光されたレーザ光２０は、フィールドレンズ７に入射する。従来のフィールドレンズ７を用いない光学系では、フィールドレンズ７を用いずに長軸スリット８のみでビームサイズを決定している。この場合、レーザ光２０はスリット位置で像を結ぶが、その後のレーザ光２０には、厳密には平行光ではなく発散した光も存在している。
【００１９】
本実施の形態で用いているフィールドレンズ７は、長軸スリット８位置の近傍に配置されるレンズで、レーザ光２０の結像にはほとんど寄与しないが、レーザ光２０の進行方向を変える働きがあり、発散光を少なくし指向性を向上させる働きがある。
【００２０】
長軸方向に平行光線にされたレーザ光２０は、コンデンサーレンズ５によりフィールドレンズ７に隣接して設けられた長軸スリット８位置に結像されている。長軸スリット８に入射したレーザ光は、長軸方向のビーム形状および長さが所定のサイズに整形される。長軸スリット８の通過後、短軸スリット９を通過することにより、短軸方向のビーム形状および長さが所定のサイズに整形される。
【００２１】
すなわち、図４に示すように、長軸スリット８は、長軸方向の長さが所望するビームの長軸方向長さに一致するスリットを備え、スリット全面を覆うレーザ光２０を入射してスリットと同じ形状にレーザ光２０を整形するものである。また、短軸スリット９は、短軸方向の長さが所望するビームの短軸方向長さに一致するスリットを備え、スリット全面を覆い、長軸方向に整形されたレーザ光２０を入射してスリットと同じ形状にレーザ光２０を整形することにより、長軸スリット８と合わせて照射対象の一例である基板１１に照射するビーム形状に整形するものである。
【００２２】
最後に、長軸スリット８および短軸スリット９で形状を整えられたレーザ光２０は投影レンズ１０により基板１１上に結像される。本実施の形態では、短軸方向はクリティカル照明系を形成しており、この照明系により短軸スリット９上に投影された像を、投影レンズ１０で形成する結像光学系で基板１１に投影する。
【００２３】
本発明の特徴は、レーザ光を集光する途中の位置に、長軸スリット８および短軸スリット９を分割配置していることである。さらに、本実施の形態では、レーザ光２０の焦点調節のために、投影レンズ１０をレーザ光２０の照射方向に平行な方向に移動可能とすると共に、長軸スリット８および短軸スリット９もそれぞれ独立して移動可能としている。
【００２４】
本発明のレーザ照射装置では、投影レンズ１０のみならず、長軸スリット８および短軸スリット９の位置をレーザ照射方向に可変とすることにより、基板１１の反りや撓みによる焦点距離の変位に対応して焦点調整を行うと同時に、ビーム形状や長軸方向および短軸方向のビーム幅を所定のものに調整することができる。
【００２５】
つまり、長軸スリット８または短軸スリット９から投影レンズ１０までの距離Ａと、投影レンズ１０から基板１１までの距離Ｂを、長軸方向および短軸方向について個別に調整することにより、高精度に焦点調整を行うと共に、ビームの形状や幅，輪郭等の少なくとも１つの調整を個別に行うことができるものである。
【００２６】
さらに、短軸方向集光レンズ６の位置を可変とすることにより、特に短軸方向にて、より高精度に焦点調整および、ビーム形状や幅の調整を行うことができる。この時、投影レンズ１０と基板１１との相対位置の測定は、レーザ照射の前、あるいはレーザ照射時に変位センサー１３にて行い、実際の基板１１の変位量に応じて調整を行うこともできる。
【００２７】
以下、本実施の形態の別の形態について、図５（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。
本実施の形態の別の形態としては、図３（ａ），（ｂ）に示す長軸スリット８を、スリットの長軸方向の幅を調整できるように、図５（ａ）に示すような長軸可変スリット１４に置き換えることもできる。例えば、長軸可変スリット１４にジョイント部分を設け、ジョイント部分でスリットの長軸方向の幅が伸縮可能なように構成することができる。長軸可変スリット１４はレーザ照射方向に固定されていても良いが、図３（ａ）の長軸スリット８のようにレーザ照射方向に移動可能な構成とすることにより、基板の変位に対してより高精度に対応することができる。
【００２８】
さらに、図３（ａ），（ｂ）に示す短軸スリット９についても、スリットの短軸方向の幅を調整できるように、図５（ｂ）に示すような短軸可変スリット１５に置き換えることもできる。これは、短軸方向集光レンズ６でレーザ光２０を短軸方向に集光した焦点が短軸スリットの位置からずれた場合に、短軸可変スリット１５の短軸方向のスリット幅を調整してレーザ光２０の焦点位置ずれに対応する場合等に用いることができる。短軸可変スリット１５は長軸可変スリット１４と共に用いても良いし、単独で用いても良い。また、短軸可変スリット１５もレーザ照射方向に固定されていても良いが、図３（ｂ）の短軸スリット９のようにレーザ照射方向に移動可能な構成とすることにより、基板の変位に対してより高精度に対応することができる。
【００２９】
長軸スリット８または長軸可変スリット１４と投影レンズ１０の距離をＡとし、投影レンズ１０と基板１１との距離をＢとし、スリット間長さをＬとした場合、本発明では、基板１１上での長軸方向ビームサイズは、Ｌ＊Ｂ／Ａとなる。本発明では、長軸スリット８または長軸可変スリット１４，短軸スリット９または短軸可変スリット１５、投影レンズ１０、場合によっては短軸方向集光レンズ６を、焦点調整時に同時に前後させることにより、Ｌ＊Ｂ／Ａは常に一定となるように調整している。
【００３０】
また、例えば、レーザ光２０による熱レンズ効果が投影レンズ１０に起こり、レンズ焦点位置が変化する場合（距離Ａが距離Ａ’に変化したとする）がある。この場合、基板１１上の長軸方向ビームサイズがＬ＊Ｂ／Ａ＝Ｌ’＊Ｂ／Ａ’となるように長軸可変スリット１４のスリット幅Ｌ’を変化させ、基板１１上でビームの幅を一定にすることが可能である。
【００３１】
以上のように、長軸スリットおよび短軸スリットをレーザ照射方向に移動可能としたり、スリットの幅を伸縮可能とすることにより、基板の変位に対応してビーム形状等を調整することができる。
【００３２】
これまで説明してきた実施の形態において、レーザ発振器１の発振形態はパルス波でも連続波であっても良い。また発振波長も限定するものはない。図２においてはビーム幅を１ｍｍとしているが、レーザ発振器１のパワーが許す限り長くすることができる。逆に、ビーム幅は、１画素に存在するトランジスタ部分のみを照射できる長さであってもよい。
【００３３】
また、以上の説明では、表示装置の画素トランジスタの結晶化に用いるレーザ光の生成装置を例に説明したが、その他の用途に用いるレーザ光の焦点調整およびビーム形状やサイズの調整に用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、高精度に焦点の調整およびビーム形状やサイズの調整を行うことができ、照射対象に照射するレーザ光の形状やサイズを調整可能なレーザ照射装置等に有用である。
【符号の説明】
【００３５】
１    レーザ発振器
２    短軸方向コリメータレンズ
３    長軸方向コリメータレンズ
４    均一化レンズ
５    コンデンサーレンズ
６    短軸方向集光レンズ
７    フィールドレンズ
８    長軸スリット
９    短軸スリット
１０    投影レンズ
１１    基板
１３    変位センサー
１４    長軸可変スリット
１５    短軸可変スリット
２０    レーザ光
３０    パネル
３１    画素
３２    ビーム
１００    結晶化装置
１０１    レーザ発振器
１０２    レーザ光
１０３    均一化レンズ
１０４    スリット
１０５    投影レンズ
１０６    薄膜シリコン
１０７    コリメータレンズ
１０８    シリンドリカルレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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