(57)【要約】【課題】レーザ光の干渉パターンによる強度分布の不均一性を緩和させる。【解決手段】パルスレーザ発振器１と、レーザ光束を制限するスリット４０と、このスリットを均一に照明する照明光学系３０と位相シフト部２０と、スリット４０を通過した光を被加工対象物６に縮小投影する結像レンズ５と、を有する構成とする。位相シフト部２０で光束を分割して位相をシフトさせ、スリット４０上で重ね合わせて均一化した光束の干渉を抑えて干渉パターンのない均一な加工を行うことができる。【選択図】図１
2007260694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ発振器と、
レーザ光束を制限するスリットと、前記スリットを均一に照明する照明光学系と位相シフト部と、
前記スリットを通過した光を被加工対象物に縮小投影する結像レンズと、を有する
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記パルスレーザ発振器の１パルスの継続時間は、半値幅で２００ｐｓ以下である
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記パルスレーザ発振器の１パルスの継続時間は、半値幅で１ｐｓ以上である
ことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記位相シフト部は、前記パルスレーザ発振器から出力される光束を分割して、分割された各光束に異なる位相シフト量を与える構造とされた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、入射面あるいは出射面のいずれかの面に傾斜面を有する単一又は複数のプリズムより構成される
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記スリットの間隔及び形状が可変とされるか、又は前記スリットが交換可能とされた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
パルスレーザ発振器と、
レーザ光束を制限するスリットと、
前記スリットを均一に照明する照明光学系と位相シフト部と、を有する
ことを特徴とするレーザ光学系。
【請求項８】
パルスレーザ光を、位相シフト部により光束を分割して位相シフトさせ、
照明光学系によりスリットに均一に照明し、
前記スリットを通過した光束を結像レンズによって被加工対象物に照射して、レーザ加工を行う
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項９】
基板上に、複数の走査線と、複数の信号線と、複数の電位供給線より成る配線が絶縁膜を介して互いに交差するように設けられ、前記各配線の交差部近傍にスイッチング素子がそれぞれ設けられたアクティブマトリクス基板の前記信号線同士及び／又は前記電位供給線同士及び／又は前記信号線と前記電位供給線の間の短絡部を、レーザ照射により除去するアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法であって、
パルスレーザ光を、位相シフト部により光束を分割して位相シフトさせ、
照明光学系によりスリットに均一に照明し、
前記スリットを通過した光束を結像レンズによって前記アクティブマトリクス基板の前記短絡部に照射して、前記レーザ照射による除去を行う
ことを特徴とするアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短パルスレーザによる被加工対象物の加工や改質を目的とするレーザ加工装置に適用して好適なレーザ加工装置、レーザ光学系、レーザ加工方法及びアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工装置において、任意の加工範囲または形状を得る方法としては、被加工対象物と共役の位置に配置されたスリットをレーザで照明し、加工レンズで任意の倍率に結像させる方法がある。しかし、この方法においてはスリット上での照明が不均一な場合はその輝度分布のムラが加工結果に反映されやすい。このため、レーザをプリズムあるいは、フライアイなどのホモジナイザ光学系により光束を分割して再び重ね合わせることで均一に照明する対策が行なわれることが一般的である。また、この均一に照明する光学系の構成は、簡素であることが好ましい。
レーザ光を簡素に均一化する方法としては、プリズムを用いた方法や、より複雑な構成となるが、フライアイのホモジナイザを用いて均一な照明を得る方法も提案されている（例えば特許文献１。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９３８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１において開示されているように、フライアイのホモジナイザを用いてレーザの均一な照明光学系を構成した場合は、分割されたレーザ光束相互の干渉が生じてしまう。
このため、例えばレーザ加工装置において、干渉パターンによる不均一な強度分布によって、被加工対象物に対して均一な加工がなされず、不均一な加工結果となるという問題がある。したがって、例えば金属膜や誘電体の薄膜などの薄膜全般への除去加工、いわゆるリペアを行う際に、良好な除去加工結果を得ることが困難となっている。
【０００５】
特に、レーザ発振器として、より精密な加工特性を得るために、熱拡散の影響が小さく非熱加工が可能となる短パルスレーザを用いた場合には、多光束干渉による周期パターンが容易に転写されるため、均一な加工結果を得ることが極めて困難になる。
例えば有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子を用いた表示装置などにおいては、その信号配線や電位供給配線等が形成されたアクティブマトリクス基板の微細で且つ密度の高い配線構造の加工などを、このような短パルスレーザの非熱過程を利用して行うことが望ましく、均一な加工結果が得られないことは問題となる。
さらに、短パルスレーザで、１パルスのエネルギーが数μＪから２００μＪ程度のレーザ発振器を用いる場合では、光量の損失のあるスリットを用いた加工で、実用的な加工エネルギー密度を得るには、高倍率に縮小する必要がある。しかしながら、スリットへの照明光学系の開口数が大きいとエネルギーの損失なく高倍率で縮小することが困難となり、加工に必要なエネルギー密度が達成されない恐れがある。
【０００６】
上述の問題に鑑みて、本発明は、レーザ光を被照射体に照射するにあたって、レーザ光の干渉パターンによる強度分布の不均一性を緩和させることを目的とする。また、本発明は、アクティブマトリクス基板の欠陥部をより精度良く修正することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明によるレーザ加工装置は、パルスレーザ発振器と、レーザ光束を制限するスリットと、このスリットを均一に照明する照明光学系と位相シフト部と、スリットを通過した光を被加工対象物に縮小投影する結像レンズと、を有する構成とする。
また、本発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振器の１パルスの継続時間は、半値幅で２００ｐｓ（ピコ秒）以下とすることが望ましい。
さらに、本発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振器の１パルスの継続時間は、半値幅で１ｐｓ（ピコ秒）以上とすることが望ましい。
【０００８】
また、本発明によるレーザ光学系は、パルスレーザ発振器と、レーザ光束を制限するスリットと、スリットを均一に照明するホモジナイザ光学系と位相シフト部と、を有する構成とする。
更に、本発明によるレーザ加工方法は、パルスレーザ光を、位相シフト部により光束を分割して位相シフトさせ、照明光学系によりスリットに均一に照明し、スリットを通過した光束を結像レンズによって被加工対象物に照射して、レーザ加工を行う。
また、本発明によるアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法は、基板上に、複数の走査配線と、複数の信号配線と、複数の電位供給配線が絶縁膜を介して互いに交差するように設けられ、各配線の交差部近傍にスイッチング素子がそれぞれ設けられたアクティブマトリクス基板の信号配線同士、電位供給配線同士、信号配線と電位供給配線同士の短絡部を、レーザ照射により除去するアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法であって、パルスレーザ光を、位相シフト部により光束を分割して位相シフトさせ、照明光学系によりスリットに均一に照明し、このスリットを通過した光束を結像レンズによってアクティブマトリクス基板の短絡部に照射して、レーザ照射による除去を行う。
【０００９】
上述したように、本発明のレーザ加工装置、レーザ光学系及びレーザ加工方法においては、パルスレーザ発振器と、レーザ光束を制限するスリットと、スリットを均一に照明する照明光学系と位相シフト部とを有するものであり、パルスレーザ光を、位相シフト部により光束を分割して位相シフトさせ、照明光学系によりスリットに均一に照明し、スリットを通過させることによって、レーザ光の干渉パターンが生じることを抑制して、より均一にレーザ光を被照射体、例えばレーザ加工対象物に照射させることが可能となる。
また、本発明のアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法によれば、上述したように、より均一にレーザ光をアクティブマトリクス基板の短絡部に照射することが可能となるので、精度良く欠陥の修正を行うことが可能となる。
【００１０】
また、本発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振器として１パルスの継続時間が半値幅で２００ｐｓ以下のいわゆる短パルスレーザ発振器を用いることにより、熱拡散の影響が小さい非熱加工を行うことができて、例えば被加工対象物のより微小な領域の加工を可能とすると共に、従来このような非熱加工において問題となっていた、多光束干渉により周期パターンが転写されて不均一な加工結果となってしまうことを確実に抑制することができる。
さらに、本発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振器として１パルスの継続時間を半値幅で１ｐｓ以上とするパルスレーザ発振器を用いることにより、ある程度の適切な熱拡散長を保持し、確実に均一な加工特性を達成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーザ加工装置、レーザ光学系、レーザ加工方法によれば、レーザ光を被照射体に照射するにあたって、レーザ光の干渉パターンによる強度分布の不均一性を緩和させることができる。
また、本発明のアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法によれば、精度良く短絡部の除去を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１は、本発明のレーザ光学系を有するレーザ加工装置の一実施形態例の概略構成図である。このレーザ加工装置１０は、パルスレーザ発振器１、分割されたレーザ光束の位相を制御する位相シフト部２０、レーザ強度分布を均一にする照明光学系３０、加工範囲を制限するスリット４０より成るレーザ光学系１１と、結像レンズ５とより構成される。このような構成とすることによって、スリット４０の像をレーザ光の被照射体、すなわち被加工対象物６に縮小投影し、加工又は改質するものである。
【００１３】
このレーザ加工装置１０には、図示しないが、例えばレーザの光量を調整するアッテネータ、加工時間を制御するシャッター、スリット像を被加工対象物６に正確に照射するための位置決め用観察光学系と照明、被加工対象物上のスリット像を移動させる手段としてのガルバノミラーもしくは、圧電素子駆動のミラーホルダーまたは精密駆動ステージ等を付加させてもよい。
【００１４】
パルスレーザ発振器１より発振する短パルスレーザの１パルスの継続時間は、半値幅で２００ｐｓ以下とすることが望ましい。このような継続時間をもつ短パルスレーザでは、非熱加工の良好な加工特性を保つことができる。
また、１パルスの継続時間を１ｐｓ以上とすることによって、このような非熱加工の良好な加工特性を保ちつつ、適切な熱拡散長を持つため、本実施形態例に適用することで、適切な周波数と照射パルス総数の選択により、均一な加工特性を達成することができる。本実施形態例では、例えば１パルスの継続時間が３ｐｓで波長３９０ｎｍの短パルスレーザを発振する短パルスレーザ発振器を用いることができる。
【００１５】
次に、本発明のレーザ光学系を有するレーザ加工装置によって、レーザ光を均一にし、またレーザ光の干渉パターンによる強度分布の不均一性を緩和させる作用について説明する。
本発明のレーザ加工装置においては、パルスレーザ発振器１より発振したレーザ光束は、その強度分布を均一にする照明光学系３０により、強度分布を均一に調整されたのち、加工範囲を制限するスリット４０を照明する。
【００１６】
ところで、上述したようにパルスレーザ発振器としてパルス幅の短い、いわゆる短パルスレーザを使うことは、熱拡散を抑えたコントラストの高い良好な加工特性を得ることが可能となり、好適である。一方、レーザ発振器の出射ビームの強度分布は、一般にガウシアン分布の強度分布を有することが多く、そのままでは上述したようなスリットなどを均一に照明することが困難であることから、均一に照明する照明光学系いわゆるホモジナイザを組み合わせる。
【００１７】
図２は、その原理を詳細に説明する説明図である。パルスレーザ発振器１より発振したガウシアン強度分布を持つレーザ光束Ｌｆ１は、照明光学系３０により中心から光束Ｌ１１と光束Ｌ１２とに分割されたのち、任意の位置に配置された、加工範囲を制限するスリット４０上において、光束Ｌ１１と光束Ｌ１２が重なり合う。光束Ｌ１１と光束Ｌ１２は互いに対称な強度分布をしているため、照明光学系３０とスリット４０の配置を調整することで重なり合う位置を好適にすることができ、もとのレーザ光束Ｌｆ１と比べて均一な強度分布の光束Ｌｆ２を形成することができる。
特に、加工範囲を制限するスリット４０の間隔及び形状を可変又は交換可能とすることで任意の所望の加工形状とサイズを得ることが可能となる。
【００１８】
図３は、均一にする照明光学系３０の一実施形態例の概略斜視図である。入射面あるいは出射面のいずれかの面に、図示の例においては４面からなる任意の角度の傾斜面３１１〜３１４を有するプリズム３１を用いることができる。
この形状のプリズム３１を用いる場合は、製作が容易でかつ、光学調整を比較的簡便に行うことができるという利点を有する。更にこの場合、分割された光束が重なり合う角度を小さくすることが可能となるので、スリット４０への照明光束の開口数ＮＡを小さくすることが可能となる。
このプリズム３１の材料は、例えば合成石英を用いることができ、また向かい合う傾斜面３１１及び３１２、傾斜面３１３及び３１４の成す頂角の角度は例えば１７９度として構成される。このような構成とする場合は、直径６ｍｍのレーザ光束が入射した場合の分割された光束が重なり合う位置はプリズム３１の出射面より３６１ｍｍの位置となる。
【００１９】
このような構成のプリズム３１を照明光学系３０として用いた場合の光束が均一化される様子を図４Ａ〜Ｄに模式的に示す。図４Ａ及びＢはプリズム３１の概略斜視図及び概略側面図、図４Ｃはプリズム３１の出射面側からみた概略平面図、図４Ｄはスリット上で光束の重なる様子を示す説明図であり、それぞれ図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図４Ｃに示すように、プリズム３１上の光束Ｂは、傾斜面３１１〜３１４により中心から４つのほぼ扇状の光束に分割される。破線４０ａはスリットの開口範囲を示す。そして分割された扇状の光束は図４Ｄに示すようにスリット４０上で光束Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４で示すように重なり合う。したがって、図４Ｃにおけるプリズム３１上の一点鎖線ａ１及びａ２で示す断面においてそれぞれＬｆ１１及びＬｆ１２で示すようにほぼガウシアン分布であった強度分布が、強度の強い部分と弱い部分を重ね合わせることで、スリット４０上では、図４Ｄ中一点鎖線ａ１´及びａ２´で示すように対応する断面において、Ｌｆ２１及びＬｆ２２で示すように、強度分布が平均化されてほぼ均一となる。
このように、傾斜面を有するプリズム３１を用いることで、被加工対象物６に対して平均化された均一な強度分布の照明を行なうことができる。
特にこの例においては、照明光学系３０が簡素な構成である４面プリズムであるため、光学的な調整を容易とし、かつ製造コストを抑えた構成とすることができるという利点を有する。
【００２０】
また、上述した４面プリズムに替えて、一組の２面プリズムを、各傾斜面の衝合する分割線を互いに直交する配置として、照明光学系３０として用いてもよい。
図５に、この照明光学系３０の一実施形態例の概略斜視図を示す。この場合、一対の傾斜面３２１及び３２２、３２３及び３２４をそれぞれ有するプリズム３２Ａ及びプリズム３２Ｂより構成され、各傾斜面３２１及び３２２、３２３及び３２４の衝合する分割線を、互いに直交するように配置する。
このように複数のプリズムを用いる構成とする場合、プリズム３２Ａ及びプリズム３２Ｂの各傾斜面の成す傾斜角をそれぞれ異なる値に設定すると、分割された光束が重なり合う位置を独立させることが可能である。例えば、楕円形状の出射光束を有するガウシアン強度分布レーザ光束にも適用させることができる。
これにより、図３における４面の傾斜面を有するプリズム３１を用いる場合と同様に、均一な強度分布の照明が可能となる。
またこのように、プリズムを２枚構成とすること場合は、各プリズムの製造がより容易となり、コストの低減化を図ることができる。更に、上述したように直交する軸のビーム形状が非対称のビームにも対応が可能となるなど、設計自由度が増すという利点を有する。
【００２１】
その他の照明光学系３０としては、例えばフライアイレンズとコンデンサレンズを用いることによって、同様に均一な強度分布の照明が可能となる。
図６は、この場合の照明光学系の一実施形態例の概略構成図である。この例においては、２×２行列の球面フライアイレンズ３３及びコンデンサレンズ３４とより照明光学系３０を構成した例を示す。球面フライアイレンズは均一にする効果を高めるために大きい次数からなる行列配置から構成されるものが使われることが多い。しかしながら、本実施形態例においては、２×２行列の最低次数から成るフライアイレンズ３３を用いることにより、構成要素が少なく、フライアイレンズ３３の焦点距離のばらつきを抑えて、しかも小型の構成とすることが可能となる。
このように、フライアイレンズ及びコンデンスレンズを組み合わせた照明光学系を用いる場合においても、上述の図３及び図５において説明した実施形態例と同様に、均一な強度分布の照明が可能となる。
なお、このようなフライアイレンズを用いる場合は、非球面形状を有するレンズアレイやミラー、或いは比較的製造が容易な球面レンズアレイなどを用いることができる。
【００２２】
また、その他の照明光学系としては、図７に示すように、９面に分割された入射面を有するプリズム８１を用いてもよい。図７に示す例においては、光軸近傍の光束の入射する面８１１を平面状とし、周囲の面８１２〜８１９を傾斜面としてプリズム８１を構成した例を示す。このような構成とする場合、図８に示すように、略ガウシアン分布を有する光束Ｌｆ３のうち、プリズム８１の斜面で分割された光束Ｌ３１〜３３は、スリット４０上で一点鎖線Ｌ３１、実線Ｌ３２、破線Ｌ３３で示すように重ね合わされる。これにより、強度分布が平均化されてほぼ均一となる。
【００２３】
また、この場合においても図９Ａ及びＢに示すように、それぞれ入射面を３面に分割したプリズム８２Ａ及び８２Ｂを、その分割線をほぼ直交するように配置して組み合わせたプリズム８２を用いてもよい。
この場合においても、図８において説明した例と同様に、スリット４０で重ね合わされた光束の強度分布を均一化することができる。またこの場合、各プリズムの製造がより容易となり、コストの低減化を図ることができる。更に、上述したように直交する軸のビーム形状が非対称のビームにも対応が可能となるなど、設計自由度が増すという利点を有する。
【００２４】
上述したように、このような各実施形態例において説明した照明光学系を用いる場合、コヒーレンス（可干渉）性の良いレーザを分割して重ね合わせることから、干渉による強度分布の強弱が周期的に発生する場合があり、被加工対象物を均一に加工することが困難になる。この干渉はレーザを用いた精密加工には問題となる。
特に、均一照明のために上述したように例えば４分割にした光束を重ね合わせるので、４光束干渉条件を満たし易いため、加工範囲全体に強度の均一な微細な周期パターンが形成される場合がある。
【００２５】
そこで本発明においては、図１０に示すように、光束を分割して位相をシフトさせる位相シフト部を用いるものである。この例においては、ガウシアン分布をもつ短パルスレーザの光束Ｄを、位相シフト部２０を通過させる。この位相シフト部２０は、中心から例えば９０度間隔で４分割する４枚の任意の位相シフト作用をもつ光学ガラス等の平行平面基板より成る位相シフト板２１１〜２１４で構成される。この位相シフト部２０を通過させることにより、光束Ｄを４つの位相の異なる光束Ｄ１〜Ｄ４に変換して、互いの干渉する条件を制御する。例えば各位相シフト板２１１〜２１４の光路長差が使用する波長の１／２となるように設定される。そしてこのように位相がずれた光束を、上述のいずれかの照明光学系３０、例えばプリズム３１を通過させ、スリット４０上で重ねあわせる。
スリット４０上で重なり合う光束は、位相シフト板２１１〜２１４の位相制御により微細周期パターンのコントラストが変化する。これにより干渉パターンが微細化され、適切なレーザ周波数と照射パルス総数の条件を選択すれば、干渉縞のコントラストが弱まり干渉による強弱のパターンが殆ど現れない。これにより被加工対象物への照明強度分布ムラが補正され、かつ干渉パターンのコントラストが緩和されて均一な加工結果が得られ、スリットへのレーザ光の均一照明が可能となる。
このように、位相シフト部の位相制御によって干渉パターンを微細化して干渉縞のコントラストを確実に弱めるために、上述したようにパルスレーザ発振器のパルスの継続時間を１ｐｓ以上とすることが望ましい。１ｐｓ未満である場合は熱拡散が少なくコントラストの抑制が十分図れず、均一化が不十分と成る恐れがある。
【００２６】
上述の位相シフト部は、厚さを制御した、異なる任意の厚さをもった４枚の光学ガラスあるいは光学結晶、例えば合成石英からなる平行平面基板より構成される例であるが、その他位相シフト部として、任意の同じ厚さをもった４枚の光学ガラスあるいは光学結晶の表面に、位相差を任意に制御した薄膜のコーティングされた平行平面基板より構成してもよい。
また、図示の例においては位相シフト部２０を４分割した例を示すが、２分割、３分割、６分割などとすることも可能であるなど、光束に対して部分的に位相をシフトする構成であればよい。
【００２７】
次に、スリットを用いることによるエネルギー損失について説明する。本発明においては、上述したように加工範囲を制限するスリットを設けるものであり、このスリットによりビーム形状は整形されるが、このためにレーザの全エネルギーを加工エネルギーに利用できなくなる。
この解決方法として、スリットを高倍率に縮小投影することで、加工エネルギー密度をあげることが可能となる。しかしながら、照明光学系のスリットへの開口数が大きいとエネルギーを損失することなく高倍率で縮小することが困難となり、加工に必要なエネルギー密度が達成されない場合も想定される。
【００２８】
本発明では、上述した図３、図５、図６、図７及び図９において説明したいずれかの照明光学系、すなわち簡素な構成のプリズムまたはフライアイを用いることにより、分割された光束が重なり合う角度を小さくする光学系を構成することが容易であり、これにより小さい開口数でスリットを均一に照明することが可能となる。したがって、エネルギーを損失することなくスリットの縮小倍率を高倍率にすることが可能となる。
【００２９】
このように、本発明によるレーザ光学系、レーザ加工装置を用いるレーザ加工方法では、ガウシアン分布の強度分布をもつパルスレーザ光の光束中心に、このレーザ光束を例えば４分割する位相シフト部を配置して通過させて例えば４つの位相の異なる光束に分割し、この分割されたレーザ光束が加工範囲を制限するスリット上で重なるように照明光学系により均一に照明し、スリットにより任意のサイズと形状に整形された光束にして、結像レンズにより被加工対象物に縮小投影するものである。
これによれば、任意の加工範囲を均一な強度分布とエネルギー密度で照射することが可能であり、良好な加工結果を得ることが可能となる。
【００３０】
上述のレーザ加工装置によりレーザ加工を行う場合の４光束干渉をシミュレーションした結果を以下に示す。
図１１は、図１０において説明した位相シフト部２０を設けない場合の４光束干渉のシミュレーション例である。
図１２は、図１０において説明した位相シフト部を設ける場合において、位相シフト板２１１と位相シフト板２１２との位相差、及び位相シフト板２１３と位相シフト板２１４との位相差がそれぞれ１／２波長となる４光束干渉のシミュレーション例である。
図１３は、位相シフト板２１１と位相シフト板２１２との位相差、位相シフト板２１３と位相シフト板２１４との位相差がそれぞれ１波長となる４光束干渉のシミュレーション例である。ここで、図１３において示す例に対して図１２に示す例の強度ピークの密度は２倍で格子間隔は１／√２となる。
【００３１】
多光束干渉の原理については、例えば、「多光束レーザー干渉によるフォトニック結晶の作製」（松雄繁樹等著、月刊「O plus E」Vol.25, No.2, 2003年2月、（株）新技術コミュニケーションズ、pp.158-163）にて詳細な記述があるが、本発明とは逆に多光束干渉を利用して周期構造の加工を行っている。
本発明においては、光束を分割して上述したように適切な位相差を与えるものであり、レーザ周波数と繰り返しパルス総数を選択することによって、干渉縞の強弱コントラストが弱まり均一な加工を可能とするものである。
【００３２】
このような多光束干渉の原理を用いて、例えば図１に示す本発明のレーザ加工装置において、加工範囲を制限するスリット４０を均一に照明して、被加工対象物６は加工されるが、上述したように、スリット４０によりレーザの全エネルギーが加工エネルギーに利用できなくなるので、スリット４０を高倍率で縮小投影することで、加工エネルギー密度をあげることが可能となる。照明光学系３０のスリット４０への開口数が大きいとエネルギーを損失することなく高倍率で縮小することが困難となり、加工に必要なエネルギー密度が達成されない場合も想定される。
これに対し、照明光学系としてプリズム３１を選択することにより、小さい開口数でスリットを照明することが可能となり、スリット４０の縮小倍率を結像レンズ５により高倍率にすることが可能となる。本実施形態例では、５０倍で投影しており、被加工対象物６上のエネルギー密度を２５００倍に上げることができた。
【００３３】
図１４及び図１５は、比較例及び本実施形態例によるガラス基板上の金属薄膜に対する加工結果の観察写真図である。各例ともに、図１に示す光学系を用いた場合であり、図１４に示す比較例においては、位相シフト部２０を除いた光学系の構成とした。正方形の加工形状は１５μｍ×１５μｍの範囲である。この場合の加工条件では、熱拡散長は０．３μｍ程度と計算される。
図１４から明らかなように、位相シフト部を用いない場合は、微細周期パターンが４光束干渉により形成されて、均一な強度分布で加工が達成できていないことが分かる。
これに対し、本実施形態例においては、図１５から明らかなように、均等な強度分布で被加工対象物が加工されていることが分かる。
【００３４】
なお、上述の実施形態例においては、被加工対象物としてガラス基板上の金属薄膜に適用した場合を示すが、その他フラットパネルディスプレイ、例えば有機ＥＬディスプレイのアクティブマトリクス基板上に形成された配線構造の薄膜など、更に高分子材料、誘電体材料や半導体化合物、或いは光学ガラスまたは結晶などの光学部品のいずれかに対してレーザ加工を同様に行うことができる。
【００３５】
また上述の例においては、レーザ加工装置におけるスリット４０の縮小倍率を５０倍とした例を示すが、結像レンズにより被加工対象物に投影する縮小倍率は、２倍から２００倍の範囲とすることができる。この縮小倍率は、任意の固定倍率とするか、或いは可変倍率機構を用いることも可能である。
【００３６】
次に、本発明のアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法の一実施形態例について説明する。
図１６は、アクティブマトリクス基板を含む表示装置の一例の概略分解斜視構成図であり、図１７は、アクティブマトリクス基板の一例のほぼ一画素分の概略斜視構成図である。
図１６に示すように、アクティブマトリクス基板１０１は、ガラス等より成る基板１１１上に、画素毎に陽極１７３及び薄膜トランジスタ１７４が縦横に並置配列されて形成され、各画素の例えば列間に信号線１８１（Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・）及び電位供給線１８３（Ｙ０ｉ、Ｙ１ｉ、Ｙ２ｉ、Ｙ３ｉ・・・）、行間に走査線１８２(Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・)がそれぞれ形成される。このような配線１８０が形成されたアクティブマトリクス基板１１１の上部に有機ＥＬ層１０２が配置され、その上部に陰極１０３が配置されて有機ＥＬディスプレイ型の表示装置１００が構成される。
【００３７】
図１７に示すように、このようなアクティブマトリクス基板１０１の製造過程において、配線間に欠陥、すなわちこの場合短絡部１８５が生じる場合がある。図１７においては、陽極１７３及び薄膜トランジスタ１７４を囲んで配設される画素信号線１８１ａ（Ｙ０）、走査線１８２ａ（Ｘ１）、画素電位供給線１８３ｂ（Ｙ１ｉ）及び次画素走査線１８２ｂ（Ｘ２）と、前画素電位供給線１８３ａ（Ｙ０ｉ）及び次画素信号線１８１ｂ（Ｙ１）を示し、前画素電位供給線１８３ａと画素信号線１８１ａとの間に短絡部１８５が存在する場合を示す。このように短絡部１８５が存在すると、パネル点灯時には、輝線・滅線等を引き起こす。特に配線密度の高い有機ＥＬ用のアクティブマトリクス基板では、配線間隔が５μｍ前後もしくは、５μｍより狭いため、このような短絡が生じる確率が高く、歩留まり及び生産性を向上させるには、確実にこのような短絡部を除去し、欠陥を修正することが必要となる。
【００３８】
図１８は、上述の本発明のレーザ光学系を利用した本発明のアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法の説明図である。この実施形態例においては、上述の図１に示す構成によるレーザ光学系１１を用いるもので、レーザ光学系１１から出射されるレーザ光Ｌは、ダイクロイックミラー１２により反射されて結像レンズ５によりアクティブマトリクス基板１０１上の短絡部１８５に照射される。レーザ照射部１８６においてアブレーションによりこの短絡部１８５を除去することができる。一点鎖線ｃ１はレーザ光学系の光軸、ｃ２は結像レンズの光軸をそれぞれ示す。なお、ダイクロイックミラー１２を透過した光軸ｃ２の延長線上にアライメント観察系１３を設け、また図示しないがレーザ光学系１１及びダイクロイックミラー１２、結像レンズ５等を含む光学系全体を移動するアクチュエータ等を設けることによって、レーザ照射部１８６の位置を微調整可能な構成とすることができる。このように位置調整しながら短絡部１８５にレーザ光を照射することにより、配線部に生じる欠陥、この場合短絡部１８５に対して精度良くレーザ光を照射し、これによりアクティブマトリクス基板の欠陥を確実に修正することが可能である。
本発明のアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法によれば、信号線同士及び／又は電位供給線同士及び／又は信号線と電位供給線との間の短絡部すなわち欠陥に対して、正確に必要な範囲のみにレーザ照射による加工を行い、短絡欠陥部周囲の配線の断線・損傷を引き起こすことなく、確実に短絡部のみを除去する欠陥修正を行うことが可能となる。
特に、レーザ光として１パルスの継続時間が半値幅で２００ｐｓより短いパルスレーザを利用することにより、非熱加工による高コントラストの任意のサイズと形状のスリット投影像による除去すなわち欠陥修正を行うことが可能となる。
【００３９】
以上説明したように、本発明のレーザ加工装置、レーザ光学系及びレーザ加工方法によれば、比較的光学部品要素の少ない構成とするにもかかわらず、レーザ光の干渉パターンによる強度分布の不均一性を緩和させつつ、高いエネルギー密度をもって、すなわちエネルギー効率が低下しないことから比較的低いエネルギーのパルスレーザをもって、良好にレーザ加工を行うことができる。
【００４０】
また上述したように、本発明のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振器の１パルスの継続時間を、半値幅で２００ｐｓより短くすることにより、非熱加工による高コントラストの任意のサイズと形状のスリット投影像による加工を行うことが可能となる。
また、パルスレーザ発振器の１パルスの継続時間を、半値幅で１ｐｓより長くすることにより、適切な熱拡散長をもたせ、周波数と照射パルス総数を適宜選択することにより、均一な加工特性を達成することができる。
さらに、本発明のレーザ加工装置において、位相シフト部を、短パルスレーザ発振器から出力される光束を分割して、分割された各光束に異なる位相シフト量を与える構造とすることによって、比較的簡易な光学系の構成をもって多光束干渉による加工結果の不均一化を抑制することが可能となる。
【００４１】
また、本発明のレーザ加工装置において、その照明光学系として、入射面あるいは出射面のいずれかの面に傾斜面を有するプリズムを用いる場合は、光学的な調整を容易とし、かつ製造コストを抑えた構成とすることができるという利点を有する。
照明光学系として複数のプリズムを用いる場合は、複数のプリズムの各傾斜面の成す傾斜角をそれぞれ異なる値に設定することによって、分割された光束が重なり合う位置を独立させることが可能であり、楕円形状等の出射光束を有するガウシアン強度分布レーザ光束にも適用させることができる。
更に、スリットの間隔及び形状を可変とするか、又はスリットを交換可能とすることによって、各種形状の加工を１台の加工装置により行うことが可能となる。
また、本発明のアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法によれば、上述のレーザ光学系を利用することによって、精度良く微細なパターンの配線の欠陥の修正、例えば短絡部の除去を、周囲の配線パターンに影響を及ぼすことなく確実に行うことができる。
【００４２】
なお、本発明は、上述の実施形態例において説明した例に限定されるものではなく、例えばパルスレーザ発振器や結像レンズ光学系の構成などにおいて、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のレーザ加工装置の一実施形態例の概略構成図である。
【図２】均一な照明を行う照明光学系の説明図である。
【図３】本発明のレーザ加工装置の照明光学系の一実施形態例の概略斜視図である。
【図４】Ａはプリズムの概略斜視図、Ｂはプリズムの概略側面図、Ｃはプリズムの出射面側からみた概略平面図、Ｄは光束の重なる様子を示す説明図である。
【図５】本発明のレーザ加工装置の照明光学系の一実施形態例の概略斜視図である。
【図６】本発明のレーザ加工装置の照明光学系の一実施形態例の概略斜視図である。
【図７】本発明のレーザ加工装置の照明光学系の一実施形態例の概略斜視図である。
【図８】均一な照明を行う照明光学系の説明図である。
【図９】本発明のレーザ加工装置の照明光学系の一実施形態例の概略斜視図である。
【図１０】本発明のレーザ加工装置の位相シフト部の一実施形態例の概略斜視図である。
【図１１】比較例によりレーザ加工をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態例によりレーザ加工をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態例によりレーザ加工をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１４】比較例による加工結果の観察写真図である。
【図１５】本発明の実施形態例による加工結果の観察写真図である。
【図１６】アクティブマトリクス基板を含む表示装置の一例の概略分解斜視構成図である。
【図１７】アクティブマトリクス基板の一例の要部の概略斜視構成図である。
【図１８】本発明のアクティブマトリクス基板の欠陥修正方法の一実施形態例の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１．パルスレーザ発振器、５．結像レンズ、６．被加工対象物、１０．レーザ加工装置、１１．レーザ光学系、２０．位相シフト部、３０．照明光学系、３１．プリズム、３２．プリズム、３３．フライアイレンズ、３４．コンデンスレンズ、４０．スリット、８１．プリズム、８２．プリズム、１００．表示装置、１０１．アクティブマトリクス基板、１０２．有機ＥＬ層、１０３．陰極、１１１．基板、１７３．陽極、１７４．薄膜トランジスタ、１８０．配線、１８１．信号線、１８２．走査線、１８３．電位供給線、１８５．短絡部、１８６．レーザ照射部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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