JP5644033B2 - マイクロレンズアレイを使用したレーザ処理装置及びレーザ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロレンズアレイを使用してレーザアニール又はレーザ露光するレーザ処理装置及びレーザ処理方法に関し、特に、加熱時に蒸散する汚染物質によるマイクロレンズアレイの耐久性を向上させたマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理装置及びレーザ処理方法に関する。

マイクロレンズアレイを使用したレーザアニール装置は、レーザ光源から出射されたレーザ光を、光軸に垂直方向の強度分布を均一化するホモジナイザを介して、コンデンサレンズに入射させ、このコンデンサレンズによりレーザ光を平行光にした後、マスクパターンを介してマイクロレンズアレイに入射させる。そして、このマイクロレンズアレイの各マイクロレンズにより、レーザ光を、例えば、ＴＦＴ基板上に設定されたＴＦＴ形成領域に集光させる（例えば、特許文献１，２）。このＴＦＴ形成領域に形成されたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を、マイクロレンズアレイにより集光されたレーザ光で、パルス状に照射することにより、ａ−Ｓｉ膜が一旦溶融し、その後、この溶融したａ−Ｓｉが急冷されることにより、多結晶シリコン膜が形成される。これにより、ＴＦＴ形成領域のレーザアニールによる改質が行われる。

このとき、マイクロレンズアレイと、アニール対象の基板との間は、通常、０．２ｍｍ（２００μｍ）である。このため、ａ−Ｓｉ膜の溶融により生じた汚染物質（シリコン）がマイクロレンズに付着し、マイクロレンズの表面を汚染してしまう。そうすると、マイクロレンズを透過するレーザ光の透過率が低下すると共に、レーザ光の光軸に垂直方向の照度の均一性が劣化し、ａ−Ｓｉ膜に与えるエネルギの均一性が劣化し、アニール状態にムラが発生する。

一方、レーザアニール装置ではないが、レーザ加工装置において、レーザ加工時に発生する飛散粉により集光レンズが汚染されることを防止する技術が提案されている（特許文献３及び４）。特許文献３においては、被加工物を遮蔽体で仕切り、遮蔽体の外部に設けた集光レンズから、レーザ光を前記遮蔽体に設けたレーザ光透孔を通過させて被加工物に照射する。そして、レーザ光を透過するフィルムを、送給ロールから巻き解いて巻き取りロールに巻き取るまでの間に、レーザ光透孔において、レーザ光の光軸に垂直方向に走行させる。これにより、レーザ光透孔を飛散粉が通過しないようにして、このフィルムと遮蔽体により、飛散粉が集光レンズに付着することを防止している。特許文献４においても、同様にして、レーザ加工時に発生する飛散粉が集光レンズに付着することを防止しているが、更に、フィルムの下方に、飛散粉を吹き飛ばすガスノズルを設けたり、又はレーザ光透過位置よりもフィルムの送給方向の上流側にて、フィルムの下方にマスク（遮蔽体）を設けて、フィルムに飛散粉が付着することを防止し、フィルムの必要送給量の低減を図っている。

特開２０１０−２８３０７３号公報 特開２００４−３１１９０６号公報 特開昭５５−１１２１９４号公報 特開平７−１００６７０号公報

しかしながら、マイクロレンズアレイを使用したレーザアニール装置においては、集光レンズとしてのマイクロレンズアレイと、アニール対象の半導体基板との間に、フィルムを送給させるだけの空間が存在せず、上記特許文献３及び４に記載の手段を採用することができない。レーザ露光装置も同様である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、汚染物質がマイクロレンズに付着することを防止することができると共に、マイクロレンズアレイの下面に配置する保護膜の寿命を延長することができるマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理装置及びレーザ処理方法を提供することを目的とする。

本発明に係るマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理装置は、レーザ光源と、アニール又は露光を受ける対象物に対峙して配置されるマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの前記基板側の面を覆うように設けられた保護膜と、前記レーザ光源からのレーザ光を前記マイクロレンズアレイに向けて導く光学系と、前記レーザ光の光軸に垂直方向に前記マイクロレンズアレイと前記基板とを相対的に往復移動させる駆動部材と、この駆動部材による前記往復移動を制御する制御装置と、を有し、前記マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的移動方向に複数個に分かれた各領域について複数個設けられたマイクロレンズを有し、前記駆動部材は、前記マイクロレンズアレイと前記基板とを第１方向及びその反対方向の第２方向に往復移動させるものであり、前記制御装置は、先ず、前記基板を第１方向に相対移動させつつ、前記第１方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射し、次に、前記基板を第２方向に相対移動させつつ、前記第２方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する処理を繰り返し、次に、前記基板を第１方向に相対移動させつつ、前記第１方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射し、次に、前記基板を第２方向に相対移動させつつ、前記第２方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する処理を繰り返すというようにして、前記マイクロレンズアレイにおける第１方向及び第２方向の端部側の２領域のマイクロレンズから、順次中心側に向けて２領域のマイクロレンズを使用して、レーザ光を前記基板に照射するように、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的移動を制御することを特徴とする。

この場合に、前記制御装置は、前記第１方向の移動と前記第２方向の移動との間に、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的位置関係を、前記第１及び第２方向に垂直の第３方向に、前記マイクロレンズアレイの前記第３方向の長さに対応させて移動させるように、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的移動を制御することもできる。

本発明に係るマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理方法は、レーザ光をマイクロレンズアレイにより基板の表面に照射して、基板の表面をレーザアニール又は露光するマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理方法において、前記マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的移動方向に複数個に分かれた各領域について複数個設けられたマイクロレンズ有し、前記マイクロレンズアレイの前記基板側の面を覆うように保護膜が設けられていて、
前記基板を前記相対的移動方向の第１方向に相対移動させつつ、前記第１方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する第１工程と、
次に、前記基板を前記第１方向の反対方向の第２方向に相対移動させつつ、前記第２方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する第２工程と、
前記第１工程と前記第２工程とを複数回繰り返す工程と、
次に、前記基板を第１方向に相対移動させつつ、前記第１方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する第３工程と、
次に、前記基板を第２方向に相対移動させつつ、前記第２方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する第４工程と、
前記第３工程と前記第４工程とを複数回繰り返す工程と、
同様にして、順次、前記マイクロレンズアレイの第１方向及び第２方向に関し中央寄りに位置する２個の領域のマイクロレンズを使用し、この２個の領域のマイクロレンズを、前記基板の第１方向及び第２方向の移動に交互に対応させて、レーザ光を照射する工程を複数回繰り返す工程と、
を有することを特徴とする

この場合に、前記第１方向の移動と前記第２方向の移動との間に、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的位置関係を、前記第１及び第２方向に垂直の第３方向に、前記マイクロレンズアレイの前記第３方向の長さに対応させて移動させる工程を設けることができる。

本発明によれば、マイクロレンズアレイを複数個の領域に設定して、各領域のマイクロレンズを交互に使用してレーザ光を基板上に集光してアニール又はマスクパターンを露光する（以下、アニールを例にして説明する）。この際、制御装置は、駆動部材を以下のように制御する。先ず、第１工程として、基板が第１方向に移動（往路）する際、第１方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を基板に照射してアニールする。このとき、基板が第１方向に相対移動することにより、マイクロレンズアレイと基板との間の隙間に第１方向に流れる空気流が生じ、マイクロレンズとアニールされる基板表面との間に発生する蒸散物質は、この空気流により、第１方向に送られてマイクロレンズの近傍から排出される。このため、マイクロレンズアレイを覆う保護膜に付着する蒸散物質は、従来よりも著しく低減される。次に、第２工程として、基板が第２方向に移動（復路）する際、第２方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を基板に照射してアニールする。このとき、基板が第２方向に相対移動することにより、マイクロレンズアレイと基板との間の隙間に第２方向に流れる空気流が生じ、マイクロレンズとアニールされる基板表面との間に発生する蒸散物質は、この空気流により、第２方向に送られてマイクロレンズの近傍から排出される。但し、基板とマイクロレンズアレイとの相対的移動方向（第１方向及び第２方向）に垂直の第３方向に関し、基板の長さがマイクロレンズアレイの長さよりも長い場合は、第１方向への移動が終了した後、基板とマイクロレンズアレイとの相対的な位置関係を第３方向にずらし、その後、第２方向に移動させることができる。この場合は、マスクを交換しないで、同一のマスクパターン（アニール用の開口パターン）で基板上の全ての領域をスキャンすることになる。一方、露光処理の場合は、基板とマイクロレンズアレイとの相対的な位置関係を第３方向にずらさないで、第１方向への移動及び第２方向への移動を繰り返し、その間に、マスクを交換して、複数のレイヤーのマスクパターンを基板上に一気に形成することもできる。また、露光処理の場合にも、第１方向への移動と第２方向への移動との間に、マスクパターンを代えないで、第３方向にマイクロレンズアレイ又は基板を相対的に移動させることにより、全ての基板上の領域にマスクパターンを露光することもできる。

いずれにしても、第１方向の端部のマイクロレンズアレイと第２方向の端部のマイクロレンズアレイとを使用する処理を繰り返して、この処理に使用した２個の領域のマイクロレンズを覆う保護膜に透明性の限界になるまで蒸散物質が付着した場合に、制御装置は、第３工程として、基板を第１方向に移動（往路）させつつ第１方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザアニールをする。このとき発生する蒸散物質は、空気流により第１方向に送られ、第１方向の端部の領域のマイクロレンズを覆う保護膜にも一部が付着するが、この部分の保護膜は、前述のごとく、使用限界を超えていて、以後、保護膜の交換まで使用することはないので、レーザ処理には支障がない。また、この第３工程においては、第１工程と同様にマイクロレンズアレイと基板との間から一部が排出されるので、保護膜に付着する蒸散物質の量は低減される。そして、第３工程の後、第４工程として、基板を第２方向に移動（復路）させつつ第２方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザアニールをする。このとき、基板の第２方向への移動による空気流により、蒸散物質は第２方向に送られて排出されると共に、第２方向の端部の領域のマイクロレンズを覆う保護膜に付着するが、この保護膜は前述の如く、使用限界を超えていて、以後、保護膜の交換まで使用することはないので、レーザ処理に支承はない。このようにして、第３工程と第４工程とを繰り返し、更に、順次中心側の領域のマイクロレンズを使用して、上述と同様の処理を、必要に応じて繰り返す。その結果、保護膜の使用可能回数（寿命）が従来よりも延長される。

本発明によれば、マイクロレンズアレイの基板との対向面に保護膜を設けて、蒸散物質がマイクロレンズに付着することを防止すると共に、マイクロレンズアレイを複数個の領域に分けて、各領域を交互にレーザアニールに使用し、その使用する領域の順番も、基板とマイクロレンズアレイとの相対的移動に伴う空気流を利用して、可及的に蒸散物質を外部に排出できるものにするので、全ての領域のマイクロレンズを一度に使用してレーザアニールする場合（基板とマイクロレンズアレイとの相対的移動なしにレーザアニールする場合）に比して、保護膜に付着する蒸散物質の量を低減することができ、保護膜の交換までのアニール回数、即ち、保護膜の寿命を、延長させることができる。

本発明実施形態に係るレーザアニール装置で使用されるマイクロレンズアレイの下面図である。 同じく本実施形態の動作を示すマイクロレンズアレイの下面図である。 同じく本実施形態の動作を示すマイクロレンズアレイの下面図である。 同じく本実施形態の動作を示すマイクロレンズアレイの下面図である。 同じく本実施形態の動作を示すマイクロレンズアレイの下面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１乃至図５は本発明の実施形態のレーザアニール装置に使用するマイクロレンズアレイ２を示す下面図である。レーザ光源（図示せず）から出射したレーザ光は、光軸に垂直方向の強度分布を均一化するホモジナイザを介して、強度分布が均一化される。そして、このホモジナイザから出射したレーザ光は、コンデンサレンズに入射し、平行光に整形される。その後、マイクロレンズアレイ２に入射し、このマイクロレンズアレイ２により集光されて、ａ−Ｓｉ膜が形成されたＴＦＴ基板等のアニール対象の基板（図示せず）の表面に入射する。

基板の表面に平行に、マスク１が設置されており、マイクロレンズアレイ２はマスク１に設けた矩形の孔に嵌合されて支持されている。そして、コンデンサレンズの光軸が鉛直になり、基板がその表面が水平になるように、配置され、コンデンサレンズから出射したレーザ光が、基板に対しその表面に垂直に入射するようになっている。マスク１に支持されたマイクロレンズアレイ２は、基板の表面に平行に配置され、基板に対峙するように設置されている。このマイクロレンズアレイ２とアニール対象の基板との間の距離は、例えば、２００μｍである。

駆動部材（図示せず）は、マイクロレンズアレイ２（即ち、マスク１）と、アニール対象の基板とを、図２乃至図５に白抜き矢印にて示す方向に、相対的に往復駆動する。なお、図２及び図４に往路と記載された方向を第１方向、図３及び図５に復路と記載された方向を第２方向とする。また、マイクロレンズアレイ２と基板とは相対的に移動するものであり、マイクロレンズアレイ２を移動させてもよいし、基板を移動させてもよいが、本実施形態では、基板を第１方向及び第２方向に往復移動させることにする。

マイクロレンズアレイ２は、この相対的移動方向に、４個の領域に分かれて、各領域に夫々複数個のマイクロレンズ４ａ，４ｂ、４ｃ、４ｄがマトリクス状に配置されている。マイクロレンズ４ａが設けられた領域は、第１方向（往路）の端部の領域であり、マイクロレンズ４ｄが設けられた領域は、第２方向（復路）の端部の領域であり、マイクロレンズ４ｂが設けられた領域は、第１方向の端部から一つ手前の領域であり、マイクロレンズ４ｃが設けられた領域は、第２方向の端部から一つ手前の領域である。本実施形態は、マイクロレンズアレイ２に４個の領域が設定されているが、本発明はこれに限らず、２以上の複数個の領域にマイクロレンズアレイを分割することができる。

マイクロレンズ４ａが設けられた領域と、マイクロレンズ４ｂが設けられた領域との間に、マイクロレンズが設けられていない領域５ａが設けられており、同様に、マイクロレンズ４ｂが設けられた領域と、マイクロレンズ４ｃが設けられた領域との間に、マイクロレンズが設けられていない領域５ｂが設けられ、マイクロレンズ４ｃが設けられた領域と、マイクロレンズ４ｄが設けられた領域との間に、マイクロレンズが設けられていない領域５ｃが設けられている。そして、この領域５ａ、５ｂ、５ｃには、夫々、マイクロレンズアレイ２と基板との位置合わせ用の追従マーク６ａ、６ｂ、６ｃが設けられている。この追従マーク６ａ、６ｂ、６ｃは、基板との位置合わせに使用されるマークであり、適宜のカメラによりこれを検出することにより、基板を往路の第１方向及び復路の第２方向に移動させる際の移動方向に垂直方向の基板のずれを防止するように、駆動装置により基板の移動を制御するために使用される。

この図１乃至図５はマイクロレンズアレイ２（即ち、マスク１）の下面を示すものであり、このマイクロレンズアレイ２には、その下面の全域を覆うように透明な保護膜３が配置されている。この保護膜３は、例えば、透明な石英ガラスであり、厚さが例えば７５μｍで自重は殆どない。この保護膜３は、蒸散した汚染物質が付着することにより、その透明性が損なわれてきたときには、これをマイクロレンズアレイ２から離脱させて、新しい保護膜３と交換するが、汚染物質が付着した保護膜３は、弱アルカリ性の洗浄液で洗浄することにより、汚染物質としてのＳｉを除去することができ、再利用することができる。但し、この洗浄により、保護膜３の構成材料であるガラスも若干溶けてしまう。

マイクロレンズアレイ２は、その大きさの一例として、図１中に示したように、マイクロレンズ配置領域の幅が５０ｍｍ、一つのマイクロレンズ配置領域の長さが１２ｍｍ、マーク配置領域の長さが３ｍｍである。そして、保護膜３の幅は６０ｍｍ、長さが８０ｍｍである。マイクロレンズアレイ２の往路及び復路の移動距離は、アニール対象の基板の長さに依存する。一方、マイクロレンズアレイ２の幅は６０ｍｍで、マイクロレンズ４ａ〜４ｄが形成された領域の幅は５０ｍｍであるが、基板が矩形をなし、その幅が２００ｍｍである場合は、往路から復路に折り返すときに、マイクロレンズアレイ２と基板との相対的位置関係を、第１方向及び第２方向（往復方向）に垂直の方向に５０ｍｍずらすことにより、基板を２往復させれば、基板の全域をアニールすることができる。

次に、本発明の実施形態の動作について説明する。レーザ光源からのレーザ光は、光学系により、その光軸に垂直方向の強度分布が均一化され、更に平行光に整形された後、マイクロレンズアレイ２に入射する。制御装置は、先ず、図２に示すように、第１工程として、レーザ光源からのレーザ光をマイクロレンズ４ａに入射させ、駆動部材を介して、基板を第１方向（往路方向）に走査する（移動させる）。基板は、第１工程の当初、そのアニールすべき領域の第１方向の端縁が、マイクロレンズ４ａの第１方向の端縁に一致しており、基板は、第１方向に移動しつつ、マイクロレンズ４ａにより集光されたレーザ光の照射を受けて、基板表面のａ−Ｓｉ膜が溶融凝固して、ポリシリコン膜に改質される。この最初の往路により、基板表面の幅５０ｍｍの帯状の領域が、レーザアニールを受けてポリシリコン膜になる。このとき、レーザアニールにより、ａ−Ｓｉ膜から主にＳｉが蒸散し、この蒸散物質が、保護膜３におけるマイクロレンズ４ａの位置を覆う部分７ａに付着する。しかし、この往路において、基板を第１方向に移動させつつ、マイクロレンズアレイ２の一部である第１方向の端部に設けられたマイクロレンズ４ａからレーザ光を基板表面のａ−Ｓｉ膜に照射するので、このａ−Ｓｉ膜の溶融により蒸散物質が発生するが、基板の移動により第１方向に向かう空気流が発生しているので、この蒸散物質はその一部が、空気流によりマイクロレンズアレイ２と基板との間の間隙から排出され、残部が保護膜３の部分７ａに付着して、汚れとなる。

次に、制御装置は、駆動部材を駆動して、基板をマイクロレンズアレイ２に対して第１及び第２方向（往路方向及び復路方向）に垂直の第３方向に５０ｍｍだけ移動させ、その位置関係をずらす。そして、制御装置は、駆動部材を制御して、第２工程として、図３に示すように、基板に対し、復路の移動をさせる。即ち、図２の往路方向（第１方向）の移動により、基板は、その全体が第１方向（往路方向）の端縁側に位置しているが、第２工程では、この基板を第２方向（復路方向）に移動させ、この移動の過程で、レーザ光を第２方向の端部のマイクロレンズ４ｄに入射させ、レーザ光をこのマイクロレンズ４ｄにより基板表面に集光させる。これにより、第１工程で基板表面がレーザ光により走査されてアニール処理された帯状の領域（幅５０ｍｍ）の隣にて、帯状の領域がレーザアニール処理される。これにより、基板上の１００ｍｍの幅の領域がアニール処理されたことになる。このとき、基板が第２方向（復路方向）に移動することにより、空気流が第２方向に流れ、マイクロレンズアレイ２と基板との間で発生した蒸散物質は、一部が外部に排出され、残部が図３に示すように第２方向の端部のマイクロレンズ４ｄを被覆する部分７ｄにて保護膜３に付着する。

次に、制御装置は、駆動部材を駆動して、基板をマイクロレンズアレイ２に対して第１及び第２方向（往路方向及び復路方向）に垂直の第３方向に更に５０ｍｍだけ移動させ、その位置関係をずらす。そして、制御装置は、駆動部材を制御して、前述の第１工程を実施する。その後、制御装置は、基板をマイクロレンズアレイ２に対して第３の方向に更に５０ｍｍだけ移動させ、その位置関係をずらし、更に、前述の第２工程を実施する。

このようにして、順次、第３方向に５０ｍｍの幅の領域ずつ基板がレーザアニール処理され、最終的に１枚の基板の全体がレーザアニール処理される。次に、基板をレーザアニール処理前のものに交換し、再度、第１工程、第３方向への移動、第２工程、第３方向への移動を繰り返し、基板をレーザアニール処理する。このようにして、第３方向への基板の移動を挟んで、第１工程と第２工程とを所定回数繰り返して多数の基板をレーザアニール処理するが、この繰り返しの所定回数は、蒸散物質の付着及び堆積により、保護膜３の部分７ａ、７ｄの透過率が低下して、レーザ光の基板への照射が阻害されるようになるまでである。即ち、部分７ａ、７ｄにおける保護膜３は、これ以上、レーザ光の照射に使用できなくなるまでの耐用回数を予め設定しておき、レーザアニールの回数が、この耐用回数に達したときに、制御装置は、次の第３工程に移る。なお、マイクロレンズ４ａ、４ｄに対応する保護膜３の部分７ａ、７ｂの透過率を測定するセンサを設置し、このセンサによる測定結果が予め設定された透過率を下回ったときに、保護膜の部分７ａ，７ｄが耐用回数を経過したと判断して、制御装置が次の第３工程に移るようにしてもよい。なお、耐用回数は、通常、１万回程度である。

次に、制御装置は、第２駆動部材を駆動して、基板をマイクロレンズアレイ２に対して第１及び第２方向（往路方向及び復路方向）に垂直の第３方向に更に５０ｍｍだけ移動させ、その位置関係をずらす。そして、制御装置は、駆動部材を制御して、第３工程として、図４に示すように、基板に対し、２順目の往路の移動をさせる。即ち、図３の復路方向（第２方向）の移動によって、基板は、その全体が第２方向（復路方向）の端縁側に位置しているが、上記第３工程では、この基板を第１方向（往路方向）に移動させ、この移動の過程で、レーザ光を第１方向の端部のマイクロレンズ４ａの一つ手前の領域のマイクロレンズ４ｂに入射させ、このマイクロレンズ４ｂにより基板表面に集光させる。これにより、第２工程で基板表面がレーザ光により走査されてアニール処理された帯状の領域（幅５０ｍｍ）の隣にて、帯状の領域がレーザアニール処理される。これにより、基板上の１５０ｍｍの幅の領域がアニール処理されたことになる。このとき、基板が第１方向（往路方向）に移動することにより、空気流が第１方向に流れ、マイクロレンズアレイ２と基板との間で発生した蒸散物質は、一部が第１方向に押し出されて外部に排出され、残部が図４に示すように第１方向の端部の領域のマイクロレンズ４ａを被覆する部分７ａ（既に、レーザアニールに使用されて使用不可の部分８ａ）と、第１方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズ４ｂを被覆する部分７ｂにて保護膜３に付着する。

次に、制御装置は、駆動部材を駆動して、基板をマイクロレンズアレイ２に対して第１及び第２方向（往路方向及び復路方向）に垂直の第３方向に５０ｍｍだけ移動させ、その位置関係をずらす。そして、制御装置は、駆動部材を制御して、第４工程として、図５に示すように、基板に対し、２順目の復路の移動をさせる。即ち、図４の往路方向（第１方向）の移動により、基板は、その全体が第１方向（往路方向）の端縁側に位置しているが、第４工程では、この基板を第２方向（復路方向）に移動させ、この移動の過程で、レーザ光を第２方向の端部のマイクロレンズ４ｄの一つ手前の領域のマイクロレンズ４ｃに入射させ、このマイクロレンズ４ｃにより基板表面に集光させる。これにより、第３工程で基板表面がレーザ光により走査されてアニール処理された帯状の領域（幅５０ｍｍ）の隣にて、帯状の領域がレーザアニール処理される。これにより、基板上の２００ｍｍの幅の領域がアニール処理されたことになる。このとき、基板が第２方向（復路方向）に移動することにより、空気流が第２方向に流れ、マイクロレンズアレイ２と基板との間で発生した蒸散物質は、一部が第２方向に押し出されて外部に排出され、残部が図５に示すように第２方向の端部の領域のマイクロレンズ４ｄを被覆する部分７ｄ（既に、レーザアニールに使用されて使用不可の部分８ｄ）と、第２方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズ４ｃを被覆する部分７ｃにて保護膜３に付着する。

次に、制御装置は、駆動部材を駆動して、基板をマイクロレンズアレイ２に対して第１及び第２方向（往路方向及び復路方向）に垂直の第３方向に更に５０ｍｍだけ移動させ、その位置関係をずらす。そして、制御装置は、駆動部材を制御して、前述の第３工程を実施する。その後、制御装置は、基板をマイクロレンズアレイ２に対して第３の方向に更に５０ｍｍだけ移動させ、その位置関係をずらし、更に、前述の第４工程を実施する。

このようにして、順次、第３方向に５０ｍｍの幅の領域ずつ基板がレーザアニール処理され、最終的に１枚の基板の全体がレーザアニール処理される。次に、基板をレーザアニール処理前のものに交換し、再度、第３工程、第３方向への移動、第４工程、第３方向への移動を繰り返し、基板をレーザアニール処理する。このようにして、第３方向への基板の移動を挟んで、第３工程と第４工程とを所定回数繰り返して、多数の基板をレーザアニール処理するが、この繰り返しの所定回数は、蒸散物質の付着及び堆積により、保護膜３の部分７ｂ、７ｃの透過率が低下して、レーザ光の基板への照射が阻害されるようになるまでである。即ち、保護膜３の部分７ｂ、７ｃを使用したレーザアニールの回数が、所定の耐用回数に達したとき又はセンサによる透過率の測定結果が予め設定された透過率を下回ったときに、制御装置は、このマイクロレンズアレイ２を使用したレーザアニールを終了させる。

このようにして、基板の往復移動の間に、１個のマイクロレンズアレイ２の先ず外側の２個の領域に設けられたマイクロレンズ４ａ，４ｄを交互に使用して、レーザ光を基板上の例えばａ−Ｓｉ膜に集光し、ａ−Ｓｉ膜を溶融凝固させてポリシリコン膜に改質する。例えば、１万回の露光の後、この保護膜の部分８ａ、８ｄは耐用回数に達したので、この部分は使用せず、マイクロレンズアレイ２の内側の２個の領域に設けられたマイクロレンズ４ｂ、４ｃを交互に使用して、基板の往復移動の間に、レーザ光を基板上の例えばａ−Ｓｉ膜に集光し、ａ−Ｓｉ膜を溶融凝固させてポリシリコン膜に改質する。その後、例えば、１万回の露光の後、マイクロレンズ４ｂ、４ｃに対応する保護膜の部分７ｂ、７ｃも耐用回数に達し、使用できない部分８ｂ、８ｃになるので、保護膜３の全ての部分８ａ〜８ｄが使用できなくなる。このため、マイクロレンズアレイ２をマスク１と共にレーザ光照射装置から取り出し、マイクロレンズアレイ２から保護膜３を除去し、新しい保護膜をマイクロレンズアレイ２に配置してこのマイクロレンズアレイ２を再度レーザ光の照射装置に設置する。使用後の保護膜３は、付着している蒸散物質を除去して、できれば再利用する。

基板の大きさが、マイクロレンズアレイ２の大きさと対応する場合は、基板が１往復する都度、基板を交換する。基板の大きさがマイクロレンズアレイ２より大きい場合は、その大きさに応じて、基板の１往復後に、基板を往復方向（第１及び第２方向）に垂直の第３方向に、マイクロレンズアレイ２の幅だけ移動させて、往復移動を繰り返せばよい。

而して、本実施形態においては、基板の移動に伴い発生する空気流により、マイクロレンズアレイ２と基板との間に発生する蒸散物質は、その空気流の流れる方に押し出されて、マイクロレンズアレイ２と基板との間の領域から排出されるので、マイクロレンズアレイ２の下面に貼り付けられた保護膜３に付着する蒸散物質の量は少ない。

即ち、マイクロレンズアレイ２に蒸散物質が付着することを防止するだけであれば、マイクロレンズアレイ２の基板側の面（下面）に、保護膜３を貼り付けて、ａ−Ｓｉ膜からの蒸散物質をこの保護膜３でマイクロレンズアレイ２から遮蔽するだけでよく、これによっても、高価なマイクロレンズアレイの交換回数を一応は低減できる。

しかしながら、保護膜３により、蒸散物質が直接マイクロレンズアレイに付着することは防止できるものの、保護膜３を一旦貼り付けた後に、これを交換せずにアニールできる回数がそれほど多くなく、このため、頻繁に保護膜を交換する必要が生じる。よって、保護膜３の材料コスト及び保護膜の交換コストが高くなってしまう。

これに対し、本発明のように、マイクロレンズアレイ２を４個の領域に分割し、各領域のマイクロレンズ４ａ〜４ｄを交互に使用して、基板を移動させつつ、レーザアニールし、使用するマイクロレンズ４ａ〜４ｄの順番を、往復移動方向（第１及び第２の方向）の外側のものから順次使用することとすることにより、蒸散物質を基板移動時の空気流により外部に排出することができ、保護膜に付着する蒸散物質の量を可及的に低減することができる。また、往復移動方向の外側の領域のマイクロレンズから順次その耐用回数を経るまで使用していくので、内側のマイクロレンズを使用したときに発生する蒸散物質が、基板の移動により外側に送られて、外側のマイクロレンズに対応する保護膜部分に付着しても、この外側のマイクロレンズは、それに対応する保護膜の部分が耐用回数を経てそれ以上使用できない状態にあり、保護膜交換まで使用しないので、この部分に蒸散物質が付着しても、保護膜の寿命に何ら影響を与えない。

従って、本発明によれば、単に保護膜をマイクロレンズアレイに貼り付けた場合に比して、保護膜の透明性が劣化して使用できなくなるまでの保護膜の寿命（耐用回数）を著しく延長することができる。このため、例えば、交換せずに２万回のアニール処理が可能になる等、保護膜の交換頻度を、著しく低減することができる。

本発明は上記実施形態に限らないことは勿論である。例えば、上記実施形態は、レーザアニールについてのものであるが、本発明は、レーザ露光にも使用できる。露光処理の場合は、基板とマイクロレンズアレイとの相対的な位置関係を第３方向にずらさないで、第１方向への移動及び第２方向への移動を繰り返し、その間に、マスクを交換して、複数のレイヤーのマスクパターンを基板上に一気に形成することもできる。また、露光処理の場合にも、第１方向への移動と第２方向への移動との間に、マスクパターンを代えないで、第３方向にマイクロレンズアレイ又は基板を相対的に移動させることにより、全ての基板上の領域にマスクパターンを露光し、その後、マスクパターンを代えて、同様に基板の全域を露光することにより、複数のレイヤーを露光することとしてもよい。

１：マスク
２：マイクロレンズアレイ
３：保護膜
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ：マイクロレンズ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ：追従マーク
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ：（保護膜における汚染）部分
８ａ、８ｄ：（保護膜における既に汚染されて使用不可の）部分

Claims (4)

1. レーザ光源と、アニール又は露光を受ける対象物に対峙して配置されるマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの前記基板側の面を覆うように設けられた保護膜と、前記レーザ光源からのレーザ光を前記マイクロレンズアレイに向けて導く光学系と、前記レーザ光の光軸に垂直方向に前記マイクロレンズアレイと前記基板とを相対的に往復移動させる駆動部材と、この駆動部材による前記往復移動を制御する制御装置と、を有し、前記マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的移動方向に複数個に分かれた各領域について複数個設けられたマイクロレンズを有し、前記駆動部材は、前記マイクロレンズアレイと前記基板とを第１方向及びその反対方向の第２方向に往復移動させるものであり、前記制御装置は、先ず、前記基板を第１方向に相対移動させつつ、前記第１方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射し、次に、前記基板を第２方向に相対移動させつつ、前記第２方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する処理を繰り返し、次に、前記基板を第１方向に相対移動させつつ、前記第１方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射し、次に、前記基板を第２方向に相対移動させつつ、前記第２方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する処理を繰り返すというようにして、前記マイクロレンズアレイにおける第１方向及び第２方向の端部側の２領域のマイクロレンズから、順次中心側に向けて２領域のマイクロレンズを使用して、レーザ光を前記基板に照射するように、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的移動を制御することを特徴とするマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理装置。
2. 前記制御装置は、前記第１方向の移動と前記第２方向の移動との間に、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的位置関係を、前記第１及び第２方向に垂直の第３方向に、前記マイクロレンズアレイの前記第３方向の長さに対応させて移動させることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理装置。
3. レーザ光をマイクロレンズアレイにより基板の表面に照射して、基板の表面をレーザアニール又は露光するマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理方法において、前記マイクロレンズアレイは、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的移動方向に複数個に分かれた各領域について複数個設けられたマイクロレンズを有し、前記マイクロレンズアレイの前記基板側の面を覆うように保護膜が設けられていて、
   前記基板を前記相対的移動方向の第１方向に相対移動させつつ、前記第１方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する第１工程と、
   次に、前記基板を前記第１方向の反対方向の第２方向に相対移動させつつ、前記第２方向の端部の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する第２工程と、
   前記第１工程と前記第２工程とを複数回繰り返す工程と、
   次に、前記基板を第１方向に相対移動させつつ、前記第１方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する第３工程と、
   次に、前記基板を第２方向に相対移動させつつ、前記第２方向の端部の一つ手前の領域のマイクロレンズを使用してレーザ光を前記基板に照射する第４工程と、
   前記第３工程と前記第４工程とを複数回繰り返す工程と、
   同様にして、順次、前記マイクロレンズアレイの第１方向及び第２方向に関し中央寄りに位置する２個の領域のマイクロレンズを使用し、この２個の領域のマイクロレンズを、前記基板の第１方向及び第２方向の移動に交互に対応させて、レーザ光を照射する工程を複数回繰り返す工程と、
   を有することを特徴とするマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理方法。
4. 前記第１方向の移動と前記第２方向の移動との間に、前記マイクロレンズアレイと前記基板との相対的位置関係を、前記第１及び第２方向に垂直の第３方向に、前記マイクロレンズアレイの前記第３方向の長さに対応させて移動させる工程を有することを特徴とする請求項３に記載のマイクロレンズアレイを使用したレーザ処理方法。

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