JP2013138055A - 検査修正装置、検査修正方法およびファイバレーザ - Google Patents
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Abstract
【課題】
YDFを励起源に用いたパルス発振ファイバレーザにおいて、分散補償に回折格子対を用いると、一度レーザ光を外部空間に射出するため、安定性が低下する。一方、分散補償にCＦBGを用いると、補償できる分散の大きさが一意に決まってしまい、調整できるレンジが非常に小さい。つまり、高い安定性と調整可能な分散補償量の拡大を両立させることは困難である。
【解決手段】
共振器と、レーザ光の周波数を変調させる周波数変調部と、レーザ光のパルス幅を広げるパルスストレッチャと、レーザ光を増幅させるアンプと、レーザ光のパルス幅を圧縮するパルスコンプレッサと、を有し、前記パルスコンプレッサは、CFBGを備える第一の分散補償部と前記第一の分散補償部を制御する第一のパルス幅制御部とを備え、該レーザ光の伝播する経路が全て光ファイバで構成されていることを特徴とするファイバレーザである。
【選択図】 図５
YDFを励起源に用いたパルス発振ファイバレーザにおいて、分散補償に回折格子対を用いると、一度レーザ光を外部空間に射出するため、安定性が低下する。一方、分散補償にCＦBGを用いると、補償できる分散の大きさが一意に決まってしまい、調整できるレンジが非常に小さい。つまり、高い安定性と調整可能な分散補償量の拡大を両立させることは困難である。
【解決手段】
共振器と、レーザ光の周波数を変調させる周波数変調部と、レーザ光のパルス幅を広げるパルスストレッチャと、レーザ光を増幅させるアンプと、レーザ光のパルス幅を圧縮するパルスコンプレッサと、を有し、前記パルスコンプレッサは、CFBGを備える第一の分散補償部と前記第一の分散補償部を制御する第一のパルス幅制御部とを備え、該レーザ光の伝播する経路が全て光ファイバで構成されていることを特徴とするファイバレーザである。
【選択図】 図５
Description
本発明は検査修正装置、検査修正方法およびファイバレーザに関する。
ファイバレーザはコンパクト・高い安定性・調整が容易という特徴を有し、近年では、計測や加工用途に使用されるケースが増加している。パルス発振ファイバレーザの基本構成は特許文献１（特開2007-25223号）や図1に示すように、共振器1、周波数変調部2、パルスストレッチャ3、アンプ4、パルスコンプレッサ5を備えて構成される。
共振器1から発振されたレーザ光線100は、周波数変調器2で所望の周波数に変調され、パルス幅を広げるパルスストレッチャ3、アンプ4、パルス幅を狭めるパルスコンプレッサ5を通して、外部に射出される。共振器1の励起源にはErやYbがドープされたファイバが用いられることが多く、ドープファイバに励起光を導入し、反転分布を形成させ、誘導放出によりレーザ発振を行う。通信・計測の分野の光源では発振波長が1550nm近辺のErドープファイバ（EDF：Er Doped Fiber）が、加工用途には利得が高いYbドープファイバ（YDF：Yb Doped Fiber）が用いられることが多い。YDFの発振波長は1060nm近辺である。共振器1から発振されるレーザはパルス発振しているため高い尖頭値（ピークエネルギ）を有しており、短パルス幅のまま増幅させると尖頭値が非常に高くなり、ファイバにダメージが発生する恐れがある。そこで、アンプ4で増幅する前にパルスストレッチャ3でパルス幅を広げ、尖頭値を低下させる。尖頭値を低下させた状態で出力を増幅させ、最後にパルスコンプレッサ5でパルス幅を狭めて、高尖頭値化して射出する。
共振器1から発振されたレーザ光線100は、周波数変調器2で所望の周波数に変調され、パルス幅を広げるパルスストレッチャ3、アンプ4、パルス幅を狭めるパルスコンプレッサ5を通して、外部に射出される。共振器1の励起源にはErやYbがドープされたファイバが用いられることが多く、ドープファイバに励起光を導入し、反転分布を形成させ、誘導放出によりレーザ発振を行う。通信・計測の分野の光源では発振波長が1550nm近辺のErドープファイバ（EDF：Er Doped Fiber）が、加工用途には利得が高いYbドープファイバ（YDF：Yb Doped Fiber）が用いられることが多い。YDFの発振波長は1060nm近辺である。共振器1から発振されるレーザはパルス発振しているため高い尖頭値（ピークエネルギ）を有しており、短パルス幅のまま増幅させると尖頭値が非常に高くなり、ファイバにダメージが発生する恐れがある。そこで、アンプ4で増幅する前にパルスストレッチャ3でパルス幅を広げ、尖頭値を低下させる。尖頭値を低下させた状態で出力を増幅させ、最後にパルスコンプレッサ5でパルス幅を狭めて、高尖頭値化して射出する。
光ファイバには分散があり、波長によって光の伝播する速度が異なるという特徴がある。短波長側の光が早く進み、長波長側の光が遅く進む分散を異常分散と呼び、短波長側の光が遅く進み、長波長側の光が早く進む分散を正常分散と呼ぶ。共振器内をレーザが伝播することでパルス幅が広がってしまうため、パルス幅が数ps程度の短パルスで発振させるためには、分散補償（パルス幅の広がり抑制）を行う必要がある。波長1550nm近辺の帯域においては、EDFは正常分散を、SMF（Single Mode Fiber）は異常分散を示すため、励起源にEDFを用いた共振器ではEDFとSMFの長さを適切な長さに調整することでお互いの分散を相殺し、短いパルス幅で発振させることが可能になる。しかし、波長1060 nm近辺では、YDF、SMFともに正常分散を示すため、励起源としてYDFを用いた共振器では、YDFとSMFの長さを調整するだけでは分散補償はできず、パルス幅が広がる（常に長波長側の光が先に進む）一方である。
YDFを用いたファイバレーザにおける分散補償としては、特許文献２（特開2009-252824号）や図2に示すような回折格子対6が用いられることが多い。パルスレーザはパルス幅に応じたスペクトル幅を有している。例えば、中心波長1060nm、パルス幅が70fsのパルスレーザでは、±20ns程度のスペクトル幅を有しており、発振波長帯域は1040〜1080nmとなる。レーザ光線100を回折格子10、回折格子11に入射させると、波長に応じて異なる角度に回折するため、回折格子の周期や回折格子への入射角度を調整することで、長波長側の光を短波長側の光よりも長い光路長伝播させることができる。これは異常分散を与えることに相当し、長波長側の光と短波長側の光の光路差を調節することで分散補償の大きさを制御できる。さらにミラー12で折り返し、再度回折格子11、回折格子10で回折させることで、大きな異常分散を与えることが可能になる。ミラー12の角度を調節することで、入射方向とは異なる方向にレーザ光線100を伝播させることができ、光路を分岐できる。
回折格子対6は共振器1での分散補償だけでなく、パルスコンプレッサ5にも使用されることが多い。原理的には、パルスストレッチャ3で広げる直前のパルス幅まで圧縮することが可能である。
回折格子対6は共振器1での分散補償だけでなく、パルスコンプレッサ5にも使用されることが多い。原理的には、パルスストレッチャ3で広げる直前のパルス幅まで圧縮することが可能である。
特許文献1および特許文献2に記載の方法によると、回折格子対間の距離を調節することで、光路差を変化させることができるため、補償する分散の大きさを制御し、最終的に射出するパルスレーザのパルス幅を広いレンジで調節可能である。しかし、ともにパルスコンプレッサに導入される時点で一度外部空間に射出しているため、ファイバレーザの特徴である、高い安定性を低下させている。また、回折格子でのエネルギーロスも発生するため、さらなる高出力化が必要である。
分散補償の手法には回折格子対を用いる手法以外に、図３に示したCFBG（Chirped Fiber Bragg Grating）を用いた手法もある。また、通常のFBG（Fiber Bragg Grating）の構成を図4に示す。図4ではファイバのコア15とクラッド17を示しており、被覆は図示していない。コア15に紫外線で露光することで、回折格子16bを形成する。この回折格子16bの周期とコア15の屈折率に応じてブラッグ波長λBが決まり、ファイバに入射した光の中でブラッグ波長λBと同じ波長の光だけがFBGで反射し、それ以外の波長の光はFBGを透過する。
図３に示すCFBGの構造の説明図では、回折格子16aの周期を場所に応じて変化させ、場所に応じてブラッグ波長を変化させている。例えば図3のように「ブラッグ波長λB1＜ブラッグ波長λB2」であるCFBGを用いれば、短波長側の光よりも長波長側の光を長い距離伝播させることができ、これは異常分散を与えることに相当する。CFBGを用いれば、外部空間に射出する必要がないため、高い安定性を維持できる。しかし、CFBGでは補償できる分散の大きさが回折格子を形成した場所とその周期でほぼ一意に決まってしまうため、調整可能な分散補償のレンジが狭い。
図３に示すCFBGの構造の説明図では、回折格子16aの周期を場所に応じて変化させ、場所に応じてブラッグ波長を変化させている。例えば図3のように「ブラッグ波長λB1＜ブラッグ波長λB2」であるCFBGを用いれば、短波長側の光よりも長波長側の光を長い距離伝播させることができ、これは異常分散を与えることに相当する。CFBGを用いれば、外部空間に射出する必要がないため、高い安定性を維持できる。しかし、CFBGでは補償できる分散の大きさが回折格子を形成した場所とその周期でほぼ一意に決まってしまうため、調整可能な分散補償のレンジが狭い。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
（１）共振器と、レーザ光の周波数を変調させる周波数変調部と、レーザ光のパルス幅を広げるパルスストレッチャと、レーザ光を増幅させるアンプと、レーザ光のパルス幅を圧縮するパルスコンプレッサと、を有し、前記パルスコンプレッサは、CFBGを備える第一の分散補償部と前記第一の分散補償部を制御する第一のパルス幅制御部とを備え、該レーザ光の伝播する経路が全て光ファイバで構成されていることを特徴とするファイバレーザである。
（１）共振器と、レーザ光の周波数を変調させる周波数変調部と、レーザ光のパルス幅を広げるパルスストレッチャと、レーザ光を増幅させるアンプと、レーザ光のパルス幅を圧縮するパルスコンプレッサと、を有し、前記パルスコンプレッサは、CFBGを備える第一の分散補償部と前記第一の分散補償部を制御する第一のパルス幅制御部とを備え、該レーザ光の伝播する経路が全て光ファイバで構成されていることを特徴とするファイバレーザである。
本発明は光が伝播する経路が全てファイバで構成され、かつファイバの分散の大きさを調整可能で高い安定性を有するレーザ加工装置を提供可能になる。
本発明の実施形態の一例を図5を用いて説明する。
図5は、本発明ファイバレーザの概略構成図である。
図５に記載されているファイバレーザは、概略、共振器110、周波数変調部111、パルスストレッチャ112、アンプ113、パルスコンプレッサ114を備えて構成される。
図５に記載されているファイバレーザは、概略、共振器110、周波数変調部111、パルスストレッチャ112、アンプ113、パルスコンプレッサ114を備えて構成される。
共振器110の構成に関して説明する。YDF101aへの励起光はLD20から供給される。LD20の発振波長は980nm、最大出力は200ｍWである。LD20からの射出光はSMF102を通じて射出され、WDMカプラ（WDM：Wavelength Division Multiplexing）21aに融着接続され、合波される。SMF100の対応波長は980nm〜1600nm、コア径は6.2μm、クラッド径は125μm、被覆径は245μmである。またWDMカプラ21aの合波波長は980nmと1060nmである。WDMカプラ21aはYDF101aに融着接続され、LD20から射出された励起光がYDF101aに供給され、反転分布が形成される。YDF101aのコア径は6.5μm、クラッド径は125μm、被覆径は245μm、ファイバ長は2m、吸収中心波長は980nm、吸収率は250dB/m、誘導放出で増幅されるレーザの中心波長は1060nmである。YDF101aはサーキュレータ22aに融着接続され、さらにサーキュレータ22aは過飽和吸収体ミラー23に融着接続される。過飽和吸収体ミラー23の対応波長は1060nm、緩和時間は500fs、吸収率は40％である。過飽和吸収体ミラーは、強度の弱い入射光に対しては吸収体として働き、強度の高い入射光に対しては吸収体としての能力が飽和し、透明体として働く。つまり、発振したレーザを過飽和吸収体ミラー23に入射させることで強度の低いCW成分が吸収され、パルス発振が促進され、モードロック発振が起こる。サーキュレータ22aはサーキュレータ22bに融着接続され、サーキュレータ22bは分散補償機構24に融着接続される。また、分散補償機構24はパルス幅制御機構31aで制御される。
図６は、分散補償機構24とパルス幅制御機構31aの説明図である。
分散補償機構24は、CFBG35a、硬質ゴムプレート36a、積層型圧電素子37aを備えて構成され、サーキュレータ22bとCFBG35aはSMF102で融着接続されている。積層型圧電素子37aはパルス幅制御機構31aによって制御される。CFBG35aは対応波長1060nmのSMFを基に製作されており、全長は10cm、回折格子が刻まれている長さは1mm、回折格子のピッチは364.7〜366.2nmまで連続的に変化し、チャープ率（回折格子ピッチの変化率）は15nm/cmである。CFBG35aのサーキュレータ22b寄りの方向に短いピッチの回折格子が刻まれ、サーキュレータ22bから遠くなるにつれ、回折格子のピッチが長くなるように回折格子が刻まれている。これで、長波長側の光を短波長側の光よりも長い距離伝播させることができる。これは異常分散を与えることに相当し、正常分散で広がったパルス幅を狭めることが可能になる。
分散補償機構24は、CFBG35a、硬質ゴムプレート36a、積層型圧電素子37aを備えて構成され、サーキュレータ22bとCFBG35aはSMF102で融着接続されている。積層型圧電素子37aはパルス幅制御機構31aによって制御される。CFBG35aは対応波長1060nmのSMFを基に製作されており、全長は10cm、回折格子が刻まれている長さは1mm、回折格子のピッチは364.7〜366.2nmまで連続的に変化し、チャープ率（回折格子ピッチの変化率）は15nm/cmである。CFBG35aのサーキュレータ22b寄りの方向に短いピッチの回折格子が刻まれ、サーキュレータ22bから遠くなるにつれ、回折格子のピッチが長くなるように回折格子が刻まれている。これで、長波長側の光を短波長側の光よりも長い距離伝播させることができる。これは異常分散を与えることに相当し、正常分散で広がったパルス幅を狭めることが可能になる。
CFBG35aは硬質ゴムプレート36aに接着されており、硬質ゴムプレート36aが変形すると、その変形に応じてCFBG35aも伸縮する。さらに、硬質ゴムプレート36aは積層型圧電素子37aに接着されており、積層型圧電素子37aの変形に応じて硬質ゴムプレート36aも変形する。パルス幅制御機構31aの信号に応じて積層型圧電素子37aはX軸方向に伸縮し、CFBG35aもその変形に応じて伸縮する。これにより、CFBG35aに刻まれている回折格子のピッチと位置を変化させ、補償する分散の大きさを調節可能になる。例えば、CFBG35aに0.15GPaの引張応力をかけることで、CFBG35aの全長を0.2％だけ伸ばすことができる。
図５において、サーキュレータ22bはファイバカプラ25に融着接続される。ファイバカプラ25はさらにアイソレータ26と周波数変調部111に融着接続される。ファイバカプラ25の分岐比は70％：30％であり、出力比率30％のポートが周波数変調部111に融着接続され、出力比率70％のポートがアイソレータ26に融着接続される。ファイバカプラ25、アイソレータ26、ともに対応波長は1060nmである。アイソレータ26はWDMカプラ21aに融着接続され、系全体としてリング型共振器を構成する。共振器110全体としてのファイバ長は20mであり、ファイバカプラ25の出力比率70％のポートからは、波長1060nm、出力2mW、パルス幅5ps、周波数10MHzのパルスレーザが発振される。
周波数変調部111にはAO変調パルスピッカーなどが用いられる。対応波長は700〜1064nm、立ち上がり時間は7ns以下である。周波数変調部111で周波数は10MHzから10kHzに変調される。
図５において、サーキュレータ22bはファイバカプラ25に融着接続される。ファイバカプラ25はさらにアイソレータ26と周波数変調部111に融着接続される。ファイバカプラ25の分岐比は70％：30％であり、出力比率30％のポートが周波数変調部111に融着接続され、出力比率70％のポートがアイソレータ26に融着接続される。ファイバカプラ25、アイソレータ26、ともに対応波長は1060nmである。アイソレータ26はWDMカプラ21aに融着接続され、系全体としてリング型共振器を構成する。共振器110全体としてのファイバ長は20mであり、ファイバカプラ25の出力比率70％のポートからは、波長1060nm、出力2mW、パルス幅5ps、周波数10MHzのパルスレーザが発振される。
周波数変調部111にはAO変調パルスピッカーなどが用いられる。対応波長は700〜1064nm、立ち上がり時間は7ns以下である。周波数変調部111で周波数は10MHzから10kHzに変調される。
図７に、パルスストレッチャ112の拡大図を示す。パルスストレッチャ112にはCFBG28が使用される。CFBG28は対応波長1060nmのSMFを基に製作されており、全長は20cm、回折格子が刻まれている長さは10cm、回折格子のピッチは364.7nm〜366.2nmまで連続的に変化し、チャープ率は0.15nm/cmである。CFBG28のサーキュレータ22c寄りの方向に長いピッチの回折格子が刻まれ、サーキュレータ22cから遠くなるにつれ、回折格子のピッチが短くなるように回折格子が刻まれている。これで、短波長側の光を長波長側の光よりも長い距離伝播させることができる。これは正常分散を与えることに相当し、パルス幅を広げることで尖頭値を低下させる。パルスストレッチャ112において、パルス幅は1nsまで広げられて、アンプ113へ伝播される。
図５において、アンプ部113はYDF101b、WDMカプラ21b、21c、21d、LD29a、29b、29cから構成される。YDF101bのコア径は6.5μm、クラッド径は125μm、被覆径は245μm、ファイバ長は6m、吸収波長は980nm、吸収率は250dB/mである。LD29a、29b、29cの発振波長は980nm、出力は1Wであり、SMFを通じて射出される。WDMカプラ21b、21c、21dの合波波長は980nmと1060nmである。YDF101bとLD29aはWDMカプラ21bを介して、YDF101bとLD29bはWDMカプラ21cを介して、YDF101bとLD29cはWDMカプラ21dを介して融着接続される。共振器110から発振されたパルスレーザは反転分布が形成されたYDF101bを通過することで、出力0.5Wまで増幅される。
図８は、パルスコンプレッサ114の構成図である。パルスコンプレッサ114は分散補償機構30、パルス幅制御機構31bを備えて構成される。分散補償機構30は、CFBG35b、硬質ゴムプレート36b、積層型圧電素子37bから構成され、サーキュレータ22dとCFBG35bはSMF102で融着接続されている。
CFBG35bはLMAファイバから製作されている。LMAファイバとはファイバへの入射NAを抑えることで、シングルモードを保ったまま、コア径を拡大可能としているファイバであり、大出力のレーザ光が通過してもダメージが発生しにくい。LMAファイバのコア径は30μm、クラッド径は250μm、被覆径は400μmである。CFBG35bの全長は20cm、回折格子が刻まれている長さは10cm、回折格子のピッチは364.7nm〜366.2nmまで連続的に変化し、チャープ率は0.15nm/cmである。CFBG35bのサーキュレータ22d寄りの方向に短いピッチの回折格子が刻まれ、サーキュレータ22dから遠くなるにつれ、回折格子のピッチが長くなるように回折格子が刻まれている。これにより、長波長側の光を短波長側の光よりも長い距離伝播させることができ、パルス幅を狭めることが可能になる。
CFBG35bは硬質ゴムプレート36bに接着されており、硬質ゴムプレート36bが変形すると、その変形に応じてCFBG35bも伸縮する。さらに、硬質ゴムプレート36bは積層型圧電素子37bに接着されており、積層型圧電素子37bの変形に応じて硬質ゴムプレート36bも変形する。パルス幅制御機構31bの信号に応じて積層型圧電素子37bは伸縮し、CFBG35bもその変形に応じて伸縮する。これにより、CFBG35bに刻まれている回折格子の位置を変化させ、圧縮後のパルス幅を制御可能になる。例えば、CFBG35bの長さを0.1mm伸ばすことで、パルス幅を1psだけ広げることができる。
CFBG35bはLMAファイバから製作されている。LMAファイバとはファイバへの入射NAを抑えることで、シングルモードを保ったまま、コア径を拡大可能としているファイバであり、大出力のレーザ光が通過してもダメージが発生しにくい。LMAファイバのコア径は30μm、クラッド径は250μm、被覆径は400μmである。CFBG35bの全長は20cm、回折格子が刻まれている長さは10cm、回折格子のピッチは364.7nm〜366.2nmまで連続的に変化し、チャープ率は0.15nm/cmである。CFBG35bのサーキュレータ22d寄りの方向に短いピッチの回折格子が刻まれ、サーキュレータ22dから遠くなるにつれ、回折格子のピッチが長くなるように回折格子が刻まれている。これにより、長波長側の光を短波長側の光よりも長い距離伝播させることができ、パルス幅を狭めることが可能になる。
CFBG35bは硬質ゴムプレート36bに接着されており、硬質ゴムプレート36bが変形すると、その変形に応じてCFBG35bも伸縮する。さらに、硬質ゴムプレート36bは積層型圧電素子37bに接着されており、積層型圧電素子37bの変形に応じて硬質ゴムプレート36bも変形する。パルス幅制御機構31bの信号に応じて積層型圧電素子37bは伸縮し、CFBG35bもその変形に応じて伸縮する。これにより、CFBG35bに刻まれている回折格子の位置を変化させ、圧縮後のパルス幅を制御可能になる。例えば、CFBG35bの長さを0.1mm伸ばすことで、パルス幅を1psだけ広げることができる。
図５において、コリメータ32からパルス圧縮を受けたパルスレーザ光が射出される。最終的には、波長1060nm、出力0.5W、パルス幅10ps、パルスエネルギ50μJ、周波数10kHzのパルスレーザが発振される。 図6では分散補償機構24、パルス幅制御機構31aの構成に関して、硬質ゴムプレート36a、積層型圧電素子37aを用いてCFBG35aを伸縮させる例で説明を行ったが、図9、図10、図11のような方法で分散補償の大きさを制御しても構わない。図９、図１０、図１１は、分散補償機構の変形例を示す図である。
図9では、CFBG35aのサーキュレータ22bに融着接続されていない先端部がモータ45に接続されている。パルス幅制御部31aはモータ45の回転トルクを制御することでCFBG35aに引張応力を加え、CFBG35aを伸縮させる。引張応力は0.1〜1Gpaの範囲である。CFBG35aへかかる引張応力を直接制御することが可能であるため、精密な引張応力制御が可能である。
図10では、マイクロヒーター46aにCFBG35aを近づけることで分散補償の大きさを制御する例を説明する。マイクロヒーター46aの温度はパルス幅制御機構31aにより制御され、30度〜200度の間で制御可能である。CFBG35aの屈折率は温度に比例するため、CFBG35aをマイクロヒーター46aで暖めることで、場所に応じてブラッグ波長を変化させることができ、補償する分散の大きさを制御することが可能になる。また、CFBG35aを加熱することで熱膨張が発生し、CFBG35aに刻まれている回折格子のピッチと位置を変化させることが可能であり、これによっても補償する分散の大きさを制御可能である。図10では、CFBG35aは場所に応じて暖かめられる温度が異なり、場所に応じて変化する屈折率・熱膨張の大きさが異なる。CFBG35aとマイクロヒーター46aの間の距離は10mm〜100mm程度の範囲である。
図11のように棒状のマイクロヒーター46bとCFBG35aを平行に配置しても構わない。図11の場合では、CFBG35aが暖められる温度がほぼ均一であるため、CFBG35aの温度制御が容易である。
ここで、分散補償機構24、パルス幅制御機構31aに関して説明を行ったが、分散補償機構30、パルス幅制御機構31bに関しても、図9、図10、図11のような手法が適用可能である。
ここで、分散補償機構24、パルス幅制御機構31aに関して説明を行ったが、分散補償機構30、パルス幅制御機構31bに関しても、図9、図10、図11のような手法が適用可能である。
以上、光が伝播する経路が全てファイバで構成されるファイバレーザに関して説明を行ったが、YDF101a、101bの長さや吸収率、WDMカプラ21a、21b、21c、21dの合波波長などの仕様は本実施例に記載の数値に限定されない。
図12に本発明のファイバレーザを搭載した加工装置の一例として、光源に本発明ファイバレーザを用いた有機EL基板の検査修正装置の構成を、図13に検査修正の対象である有機EL基板（ボトムエミッション）の概略構成図を、図14に有機EL基板の非点灯画素を修正する原理の説明図を示す。
図１２において、有機EL基板の検査修正装置は概略、欠陥検査部120、修正部121、システム制御部122、駆動部123a、123bを備えて構成される。
本実施例において、有機EL基板50の構造は図13に記載のボトムエミッション構造であり、有機EL基板50の大きさは1300mm×1500mmである。また、検査修正が行われる工程は樹脂・ガラス封止される前の工程である場合の一例で説明する。封止前の段階では、有機発光層が抜き出しになっているため、筐体内部の雰囲気は有機発光層の劣化を防ぐために、ドライ窒素などの不活性ガスで満たされている。また、有機EL基板50には全画素一括点灯用の給電配線が形成されており、点灯検査を実施した際に検出された非点灯画素の座標・数の情報がシステム制御部122に蓄えられている。
図１２において、有機EL基板の検査修正装置は概略、欠陥検査部120、修正部121、システム制御部122、駆動部123a、123bを備えて構成される。
本実施例において、有機EL基板50の構造は図13に記載のボトムエミッション構造であり、有機EL基板50の大きさは1300mm×1500mmである。また、検査修正が行われる工程は樹脂・ガラス封止される前の工程である場合の一例で説明する。封止前の段階では、有機発光層が抜き出しになっているため、筐体内部の雰囲気は有機発光層の劣化を防ぐために、ドライ窒素などの不活性ガスで満たされている。また、有機EL基板50には全画素一括点灯用の給電配線が形成されており、点灯検査を実施した際に検出された非点灯画素の座標・数の情報がシステム制御部122に蓄えられている。
図13に示すように、ボトムエミッション型の有機EL基板は、ガラス基板70にTFT層71（Thin Film Transistor）が形成され、その上に透明電極72・有機発光層73・金属電極74・絶縁層75が積層され、樹脂76と封止ガラス77で封止される構造である。透明電極72と金属電極74間に電圧を印加し、有機発光層73の内部で電子とホールが結合することで発光する。ボトムエミッション型では、ガラス基板70側から光78を取り出す構造である。ボトムエミッション型はTFT回路形成部以外の領域から光を取り出す必要があるため開口率は低いが、大型化には有利な構造であるため、ボトムエミッション型はテレビなどの大型パネルに使用されることが多い。
有機発光層73の膜厚は100nm程度であり、非常に薄いことが有機ELパネルの特徴である。製造プロセスの途中で装置発塵などにより異物80が混入し、透明電極72と金属電極74がショートすると、有機発光層73への電流供給が止まり、異物混入画素79が非点灯となる。有機EL基板の大型化に伴い、基板あたりの異物数が増加し、非点灯画素が増えるため、歩留まり向上のために非点灯画素修正のニーズが高まっている。
有機発光層73の膜厚は100nm程度であり、非常に薄いことが有機ELパネルの特徴である。製造プロセスの途中で装置発塵などにより異物80が混入し、透明電極72と金属電極74がショートすると、有機発光層73への電流供給が止まり、異物混入画素79が非点灯となる。有機EL基板の大型化に伴い、基板あたりの異物数が増加し、非点灯画素が増えるため、歩留まり向上のために非点灯画素修正のニーズが高まっている。
図14では、非点灯画素79だけを抽出して表示している。ただし、樹脂・ガラス封止される前の段階で修正を行うため、樹脂76と封止ガラス77は存在しない。非点灯画素79が非点灯である理由は異物80によってショートが発生しているためである。非点灯画素79を透明電極72側から顕微鏡で拡大観察して異物80の座標を特定し、異物存在箇所にパルスレーザを照射し、金属電極74の一部分81を加工除去すればよい。これにより、非点灯画素79の一部分81は非発光のままだが、ショートが解消されるため、画素の加工除去されていない部分は再発光する。例えば、画素サイズ240μm×80μmの画素に対してΦ10μm程度の大きさだけ金属電極74を加工除去した場合、非発光となる面積は1画素の0.4％であり、人間の目では判別できない。
非点灯画素79にパルスレーザを照射し、金属電極74の一部分81を加工除去すれば異物80によるショートは解消されるが、レーザ照射条件によっては下層の有機発光層73や透明電極72まで加工除去される可能性がある。下層まで加工されても異物80によるショートは解消されるが、加工飛散物が増加し、それらが周囲に飛散することで新たな欠陥が発生する恐れがある。また、異物自身も周囲へ飛散するため、修正後のパネルの信頼性に不安が残る。つまり、表層の金属電極74だけを加工除去することが最も望ましい。表層だけを加工除去するためには、パルス幅が十数ps程度の超短パルスレーザを照射することが求められる。固体レーザで、パルス幅が十数ps〜fsの光源は多数存在するが、出力安定性に不安があり、ラインで満足に使用できる光源は少ない。本発明のファイバレーザはレーザ光の伝播する全ての経路がファイバで構成されているため高い安定性を有し、かつパルス幅を制御できるため、有機EL基板の検査修正装置の光源に適している。
非点灯画素79にパルスレーザを照射し、金属電極74の一部分81を加工除去すれば異物80によるショートは解消されるが、レーザ照射条件によっては下層の有機発光層73や透明電極72まで加工除去される可能性がある。下層まで加工されても異物80によるショートは解消されるが、加工飛散物が増加し、それらが周囲に飛散することで新たな欠陥が発生する恐れがある。また、異物自身も周囲へ飛散するため、修正後のパネルの信頼性に不安が残る。つまり、表層の金属電極74だけを加工除去することが最も望ましい。表層だけを加工除去するためには、パルス幅が十数ps程度の超短パルスレーザを照射することが求められる。固体レーザで、パルス幅が十数ps〜fsの光源は多数存在するが、出力安定性に不安があり、ラインで満足に使用できる光源は少ない。本発明のファイバレーザはレーザ光の伝播する全ての経路がファイバで構成されているため高い安定性を有し、かつパルス幅を制御できるため、有機EL基板の検査修正装置の光源に適している。
次に、図12を用いて有機EL基板の検査修正装置の概略構成を説明する。欠陥検査部120はエリアセンサ55a、結像レンズ56a、ハーフミラー57a、対物レンズ58a、ランプ59より構成され、修正部121は、ファイバレーザ130、エキスパンダ60、ホモジナイザ61、マスク62、マスクステージ63、結像レンズ56b・56c、ハーフミラー57b、対物レンズ58b、エリアセンサ55bを備えて構成される。
ステージ51はエア浮上方式のステージであり、X軸・Y軸方向に有機EL基板50を移動させる。また、ステージ51下部には切りかき52が存在し、欠陥検査部120は切りかき52を通過し、有機EL基板50の鉛直下方向に配置され、修正部121は有機EL基板50の鉛直上方向に配置される。欠陥検出部120の光軸と修正部121の光軸は概略一致しており、かつ焦点位置が有機EL基板50の有機発光層で概略一致している。エリアセンサ55a・55b・マスク62は有機EL基板50の有機発光層と共役な位置に配置されている。後述するが、ハーフミラー57bは欠陥検査部120と修正部121の光軸と焦点位置を一致させるための初期調整時、または定期メンテナンスの時のみ配置すればよい。
欠陥検査部120は駆動部123aにより、修正部121は駆動部123bによりX軸・Y軸・Z軸方向に移動を行う。この時、欠陥検査部120と修正部121との光軸・焦点位置とを一致させるように、駆動部123a・123bは同期して欠陥検査部120と修正部121を移動させる。この時、欠陥検査部120と修正部121はオープンループ制御で移動しても、レーザ変位系（図示せず）で変位を測定しながらクローズドループ制御で移動しても構わない。また、レーザ変位系での測定の結果、光軸のずれが発生した場合には、そのずれ量だけフィードバックして移動させればよい。例えば、欠陥検査部120の光軸が修正部121の光軸に対して、X軸方向に「+1μm」だけずれていれば、欠陥検査部120の移動座標に「-1μm」だけ補正を加えて移動させればよい。
エリアセンサ55a・55bには、例えばカラーCCDカメラ：XCL-5005CRなどを使用すればよい。画素数は2448×2050、画素サイズは3.45μm×3.45μmである。対物レンズ58aのNAは0.55であり、光学倍率は100倍である。ランプ59はハロゲンランプである。
ステージ51はエア浮上方式のステージであり、X軸・Y軸方向に有機EL基板50を移動させる。また、ステージ51下部には切りかき52が存在し、欠陥検査部120は切りかき52を通過し、有機EL基板50の鉛直下方向に配置され、修正部121は有機EL基板50の鉛直上方向に配置される。欠陥検出部120の光軸と修正部121の光軸は概略一致しており、かつ焦点位置が有機EL基板50の有機発光層で概略一致している。エリアセンサ55a・55b・マスク62は有機EL基板50の有機発光層と共役な位置に配置されている。後述するが、ハーフミラー57bは欠陥検査部120と修正部121の光軸と焦点位置を一致させるための初期調整時、または定期メンテナンスの時のみ配置すればよい。
欠陥検査部120は駆動部123aにより、修正部121は駆動部123bによりX軸・Y軸・Z軸方向に移動を行う。この時、欠陥検査部120と修正部121との光軸・焦点位置とを一致させるように、駆動部123a・123bは同期して欠陥検査部120と修正部121を移動させる。この時、欠陥検査部120と修正部121はオープンループ制御で移動しても、レーザ変位系（図示せず）で変位を測定しながらクローズドループ制御で移動しても構わない。また、レーザ変位系での測定の結果、光軸のずれが発生した場合には、そのずれ量だけフィードバックして移動させればよい。例えば、欠陥検査部120の光軸が修正部121の光軸に対して、X軸方向に「+1μm」だけずれていれば、欠陥検査部120の移動座標に「-1μm」だけ補正を加えて移動させればよい。
エリアセンサ55a・55bには、例えばカラーCCDカメラ：XCL-5005CRなどを使用すればよい。画素数は2448×2050、画素サイズは3.45μm×3.45μmである。対物レンズ58aのNAは0.55であり、光学倍率は100倍である。ランプ59はハロゲンランプである。
ファイバレーザ130はパルス発振のファイバレーザであり、波長は1060nm、パルス幅は10ps、最大出力は50μJ/パルス、繰り返し周波数は10kHzである。メカニカルシャッタ（図示せず）、または電子式シャッタ（図示せず）を用いることで、1パルスだけを取り出すことが可能である。対物レンズ58bのNAは0.5、光学倍率は100倍である。ファイバレーザ130より照射されたレーザ光線100はエキスパンダ60で拡大され、ホモジナイザ61で概略均一な強度分布に変換され、マスク62に照射される。マスク62に照射された時点で、レーザ光線100の直径は3mmである。結像レンズ56cと対物レンズ58bを介して、マスク62に刻まれたパターンを有機EL基板50に縮小投影する。マスクステージ63の駆動方向はX軸・Y軸方向であり、マスク62をX軸・Y軸方向に移動させる。マスク62には円形・リング形状などの異なる形状・大きさの開口が存在し、マスクステージ63によりマスク62を移動させることで、有機EL基板50に縮小投影させる像の形状を円形にしたりリング形状にしたり変更することができ、また大きさも変更することができる。例えば、Φ0.3μm程度の大きさの欠陥の場合は、径1.0mmの円形の開口を選択し、有機EL基板50の異物存在部位に径10μm程度の円形の加工をし、Φ2μm程度の大きさの欠陥の場合は、径2.0mmの円形の開口を選択し、有機EL基板50の異物存在部位に径20μm程度の円形の加工を行う。
欠陥検査部120と修正部121の光軸と焦点を一致させるために、初期出荷時、または定期メンテナンス時には以下の調整が行われる。
図15は、欠陥検査部と修正部の光軸と焦点位置を一致させるための調整方法の説明図である。透明有機EL基板85がステージ51に搬送され、透明有機EL基板85を点灯させて、光軸と焦点位置の調整が行われる。一般的な有機EL基板は図13に示すように、透明電極72と金属電極74で有機発光層73を挟んでおり、透明電極72側から光を取り出すが、透明有機EL基板は透明電極同士で有機発光層を挟んでいるため、両方向に光を取り出すことができる。
修正部121側からは、ハーフミラー57b、結像レンズ56b、エリアセンサ55bを介して透明有機EL基板85を観察する。エリアセンサ55a・55bの画像を確認しながら、欠陥検査部120と修正部121をZ方向に移動させ、焦点位置を透明有機EL基板85の有機発光層にあわせる。さらに光軸を一致させるために、欠陥検査部120と修正部121をX軸・Y軸方向に移動させ、透明有機EL基板85の同一領域を検出するように調整する。この時、透明有機EL基板85に大きさの異なる画素や異なる形状の画素を複数形成しておけば、欠陥検査部120と修正部121との検出領域が一致していることの確認を取りやすい。
調整時には修正部121側からも画像を取得するためにハーフミラー57bが必要だが、パルスレーザ照射時にはハーフミラー57bによりエネルギのロスが発生するため、調整時以外はハーフミラー57bを退避させる。
透明有機EL基板85を使用しなくても、ガラス基板上にクロムなどでパターンを形成したサンプルを用いて、光軸、および焦点位置の調整を行っても構わない。
図15は、欠陥検査部と修正部の光軸と焦点位置を一致させるための調整方法の説明図である。透明有機EL基板85がステージ51に搬送され、透明有機EL基板85を点灯させて、光軸と焦点位置の調整が行われる。一般的な有機EL基板は図13に示すように、透明電極72と金属電極74で有機発光層73を挟んでおり、透明電極72側から光を取り出すが、透明有機EL基板は透明電極同士で有機発光層を挟んでいるため、両方向に光を取り出すことができる。
修正部121側からは、ハーフミラー57b、結像レンズ56b、エリアセンサ55bを介して透明有機EL基板85を観察する。エリアセンサ55a・55bの画像を確認しながら、欠陥検査部120と修正部121をZ方向に移動させ、焦点位置を透明有機EL基板85の有機発光層にあわせる。さらに光軸を一致させるために、欠陥検査部120と修正部121をX軸・Y軸方向に移動させ、透明有機EL基板85の同一領域を検出するように調整する。この時、透明有機EL基板85に大きさの異なる画素や異なる形状の画素を複数形成しておけば、欠陥検査部120と修正部121との検出領域が一致していることの確認を取りやすい。
調整時には修正部121側からも画像を取得するためにハーフミラー57bが必要だが、パルスレーザ照射時にはハーフミラー57bによりエネルギのロスが発生するため、調整時以外はハーフミラー57bを退避させる。
透明有機EL基板85を使用しなくても、ガラス基板上にクロムなどでパターンを形成したサンプルを用いて、光軸、および焦点位置の調整を行っても構わない。
図16は、欠陥検査部と修正部の光軸と焦点位置を一致させるための調整方法の説明図である。ここでは、透明有機EL基板85を使用しない調整方法を示す。修正部121の対物レンズ58bで点像86を形成する。点像の大きさはΦ2μm（1/e2）である。そして欠陥検査部120をX軸・Y軸・Z軸方向に移動させて、欠陥検査部120の焦点位置を点像86の座標に合わせることで、光軸・焦点位置を一致させても構わない。この方法では、透明有機EL基板85を用意する必要がなく、また、透明有機EL基板85の画像を取得するためのエリアセンサ55b、結像レンズ56b、ハーフミラー57bが必要ないため、装置構成を簡略化させることができる。
図17を用いて欠陥検査部120の動作フローの説明を行う。
欠陥検査部120に有機EL基板50が搬送されると、有機EL基板50のアライメントが行われる（工程150）。この時、対物レンズ58aを光学倍率10倍、NA0.28のレンズに交換し、視野を広げる。システム制御部122の指令に基づき、非点灯画素の周辺が欠陥検査部120の視野内に概ねはいるように有機EL基板50、および欠陥検査部120・修正部121を移動させ（工程151）、対物レンズ58aをNA0.55、光学倍率100倍のレンズに交換し、ファインアライメントを行う（工程152）。この時、有機EL基板50と欠陥検査部120、修正部121はそれぞれがX方向・Y方向に移動しても、お互いに直交する1軸方向のみに移動しても構わない。
欠陥検査部120に有機EL基板50が搬送されると、有機EL基板50のアライメントが行われる（工程150）。この時、対物レンズ58aを光学倍率10倍、NA0.28のレンズに交換し、視野を広げる。システム制御部122の指令に基づき、非点灯画素の周辺が欠陥検査部120の視野内に概ねはいるように有機EL基板50、および欠陥検査部120・修正部121を移動させ（工程151）、対物レンズ58aをNA0.55、光学倍率100倍のレンズに交換し、ファインアライメントを行う（工程152）。この時、有機EL基板50と欠陥検査部120、修正部121はそれぞれがX方向・Y方向に移動しても、お互いに直交する1軸方向のみに移動しても構わない。
図18は有機EL基板50の平面図、および、非点灯画素90とその周辺部の拡大図である。
図18の場合では、赤（R）発光画素が非点灯となっており、緑（G）発光画素91、青（B）発光画素92が隣接しており、正常な赤発光画素90’、緑発光画素91’、青発光画素92’が並列している。ここで、画素サイズは赤・緑・青発光画素全て80μm×240μmである。非点灯画素90には異物94が存在している。
非点灯画素90と同じ発光色の赤発光画素90’の画像を取得する（工程153）。非点灯画素90、またはその周辺部が欠陥検査部120の視野内に概ねはいるように有機EL基板50、および欠陥検査部120、修正部121を移動させ（工程154）、非点灯画素90の画像を取得する（工程155）。エリアセンサ55aの視野は85μm×70μm程度であるため、1画素を4つの検出範囲93a〜93d、93a’〜93d’に分けて画像取得を行い、それらをマージして、1画素分の画像を生成すればよい。非点灯画素90がマージした後の画像のおよそ中心になるように位置合わせをして4つの画像を個別に取得する。この時、非点灯画素90以外の領域の画像を取得しても構わない。
図18の場合では、赤（R）発光画素が非点灯となっており、緑（G）発光画素91、青（B）発光画素92が隣接しており、正常な赤発光画素90’、緑発光画素91’、青発光画素92’が並列している。ここで、画素サイズは赤・緑・青発光画素全て80μm×240μmである。非点灯画素90には異物94が存在している。
非点灯画素90と同じ発光色の赤発光画素90’の画像を取得する（工程153）。非点灯画素90、またはその周辺部が欠陥検査部120の視野内に概ねはいるように有機EL基板50、および欠陥検査部120、修正部121を移動させ（工程154）、非点灯画素90の画像を取得する（工程155）。エリアセンサ55aの視野は85μm×70μm程度であるため、1画素を4つの検出範囲93a〜93d、93a’〜93d’に分けて画像取得を行い、それらをマージして、1画素分の画像を生成すればよい。非点灯画素90がマージした後の画像のおよそ中心になるように位置合わせをして4つの画像を個別に取得する。この時、非点灯画素90以外の領域の画像を取得しても構わない。
非点灯画素90の画像と赤発光画素90’の画像との位置合わせを行い（工程156）、差画像をとることで（工程157）、異物94を強調することができる。差画像にあらかじめ決められた閾値処理を行い（工程158）、閾値以上の輝度値であったものを欠陥として抽出する（工程159）。図18の例では赤・緑・青発光画素はすべて同じ大きさであったが、赤・緑・青発光の画素によって、画素の大きさが異なる場合があるため、同一発光色の画素同士の差画像を取得することが望ましい。
システム制御部122では欠陥検査部120の結果に基づき非点灯画素90の修正可否を判定する。図19を用いて修正可否判定フローの説明を行う。
図１７に示したような方法を用いて欠陥検査部120で検査された結果に基づき、非点灯画素90での異物の有無を確認する（工程160）。この時、異物が検出されなければ、TFT層形成工程における不良など、異物混入以外の要因により画素が非点灯になっているため、該当画素は修正不可能と判定する。
工程１６０にて異物有と判定された場合には、異物の存在箇所を確認する（工程161）。異物の位置によってはレーザ照射を行うと画素駆動回路や配線パターンなどの部分にレーザが当たる可能性もあり、その場合には画素駆動回路や配線パターンなどの部分にダメージが生じ、回路起因の別の欠陥が発生する可能性がある。そこで、異物の存在箇所を確認し、予めシステム制御部１２２等に格納されている、有機ＥＬ基板５０の各部位についてのレーザ照射の可否を纏めたデータベース等の設計情報に基づき、レーザ照射により回路起因の欠陥が発生する場合にも該当画素は修正不可能と判定する。この場合、例えばユーザの視覚による確認によって、異物の位置がレーザ照射可能な位置か否かを判定しても良い。
工程１６１にてＹｅｓと判定された場合、検出画像や差画像に基づき異物の分類（工程162）、サイジングを行う（工程163）。異物の種類や大きさによっては修正ができない場合も存在し、かつその異物が確実に致命である場合にも、該当画素は修正不可能と判定する（工程164）。ここでも、予めシステム制御部１２２等に格納されている、異物の種類および大きさ等と修正可否との関係性を纏めたデータベース等の情報に基づき、修正不可能かつ致命の異物があるかどうかを判定することができる。
図１７に示したような方法を用いて欠陥検査部120で検査された結果に基づき、非点灯画素90での異物の有無を確認する（工程160）。この時、異物が検出されなければ、TFT層形成工程における不良など、異物混入以外の要因により画素が非点灯になっているため、該当画素は修正不可能と判定する。
工程１６０にて異物有と判定された場合には、異物の存在箇所を確認する（工程161）。異物の位置によってはレーザ照射を行うと画素駆動回路や配線パターンなどの部分にレーザが当たる可能性もあり、その場合には画素駆動回路や配線パターンなどの部分にダメージが生じ、回路起因の別の欠陥が発生する可能性がある。そこで、異物の存在箇所を確認し、予めシステム制御部１２２等に格納されている、有機ＥＬ基板５０の各部位についてのレーザ照射の可否を纏めたデータベース等の設計情報に基づき、レーザ照射により回路起因の欠陥が発生する場合にも該当画素は修正不可能と判定する。この場合、例えばユーザの視覚による確認によって、異物の位置がレーザ照射可能な位置か否かを判定しても良い。
工程１６１にてＹｅｓと判定された場合、検出画像や差画像に基づき異物の分類（工程162）、サイジングを行う（工程163）。異物の種類や大きさによっては修正ができない場合も存在し、かつその異物が確実に致命である場合にも、該当画素は修正不可能と判定する（工程164）。ここでも、予めシステム制御部１２２等に格納されている、異物の種類および大きさ等と修正可否との関係性を纏めたデータベース等の情報に基づき、修正不可能かつ致命の異物があるかどうかを判定することができる。
非点灯画素90に複数の異物が存在する場合には全ての異物に対してレーザ照射を行うため、非点灯画素90で非発光となる面積は増大する。また、異物サイズが大きい場合には、電極間ショートを解消するために大きな形状で非点灯画素90に加工を行う必要があるため、この場合にも非発光となる面積が増大する。Φ5μmの加工跡が形成された場合の非発光面積は19.6μm2であり、Φ10μmの加工跡が形成された場合の非発光面積は78.5μm2である。レーザ照射により非発光となる面積の許容値を画素全体の0.5％以下と規定する場合には、画素サイズが80μm×240μmの時には、非発光面積が96μm2を超えると該当画素は修正不可と判定する。
以上のように、非発光となる面積は、一定値以下に抑える必要があるため、レーザ照射により画素内の非発光となる面積が規定値以上である場合にも、該当画素の修正は不可能と判定する（工程165）。非発光となる面積の規定値は、例えばユーザが設定して値であっても良いし、予め例えばシステム制御部１２２等に格納されている閾値を用いることとしても良い。
上記修正可否判定フローにより、該当画素は修正可能と判定された場合に、次に示す修正工程にうつる（工程166）。
以上のように、非発光となる面積は、一定値以下に抑える必要があるため、レーザ照射により画素内の非発光となる面積が規定値以上である場合にも、該当画素の修正は不可能と判定する（工程165）。非発光となる面積の規定値は、例えばユーザが設定して値であっても良いし、予め例えばシステム制御部１２２等に格納されている閾値を用いることとしても良い。
上記修正可否判定フローにより、該当画素は修正可能と判定された場合に、次に示す修正工程にうつる（工程166）。
図20を用いて修正部121の動作フローの説明を行う。
異物94を欠陥検査部120の視野中心に移動させる（工程170）。異物94の座標や大きさなどの情報に基づきマスク62の形状・大きさを決定する（工程171）。
異物94を欠陥検査部120の視野中心に移動させる（工程170）。異物94の座標や大きさなどの情報に基づきマスク62の形状・大きさを決定する（工程171）。
図21は、有機EL基板の金属電極にAlが使用された場合のパルス幅と熱拡散長の関係を示している。
熱拡散長はパルスレーザ照射後にどこまで熱が広がっているかを示すものであり、材質の熱拡散率と時間の積の平方根に比例する。グラフからわかるようにパルス幅が短いほど熱拡散長は短く、表層にしか熱が伝わらないことがわかる。例えば、パルス幅が30psのときの熱拡散長は100nm程度であるため、Alの膜厚が100nmであった場合、表層のAlだけを加工除去するためには、パルス幅が30ps程度のパルスレーザを照射するのが最適と考えられる。それ以上の長いパルス幅のパルスレーザを照射した場合には、Alの下層まで熱が広がるため、下層まで加工除去してしまう恐れがある。一方、パルス幅が短すぎるとAl膜の下まで熱が伝わらず、完全に加工除去できずに、ショートが解消されない恐れもある。よって、修正する有機EL基板の層構造・膜厚、金属電極材料に応じて、例えば図２１のような予め定めたパルス幅と熱拡散長との関係図のようなデータベースに基づき最適なパルス幅を決定する（工程172）。
最適なパルス幅に調整するためにファイバレーザ130のパルスコンプレッサで補償する分散の大きさを制御することで、最適なパルス幅でレーザ照射を行うように調節する（工程173）。例えば、金属電極Alの膜厚が200nmの有機EL基板を修正する場合にはパルス幅は100ps程度が最適であるため、パルス幅制御部31bから積層型圧電素子37bにCFBG35bへの引張応力が1.0GPaとなるように制御信号を送り、分散補償の大きさを調節する。照射エネルギなどの照明条件を決定し（工程174）、レーザ照射を行う（工程175）。
例えば、マスク62の形状が径250μmの円形状であれば0.1mJ/パルスの照射エネルギでレーザ照明を行い、マスク62の形状が径500μmの円形状であれば0.2mJ/パルスの照射エネルギでレーザ照明を行う。マスク62の非開口部や結像レンズ56c・対物レンズ58bの透過率により照射エネルギのロスが発生するが、非点灯画素90での照射エネルギ密度が2.0J/cm2〜10.0J/cm2の範囲となるように照射エネルギを調整する。画素内に異物が複数あった場合には、全ての異物の修正を行ったか判定し（工程176）、修正していない異物があれば、別の異物に対して「工程170〜175」を再度行う（工程177）。全ての異物が修正完了していれば、次の非点灯画素に対して検査修正を行う（工程178）。
熱拡散長はパルスレーザ照射後にどこまで熱が広がっているかを示すものであり、材質の熱拡散率と時間の積の平方根に比例する。グラフからわかるようにパルス幅が短いほど熱拡散長は短く、表層にしか熱が伝わらないことがわかる。例えば、パルス幅が30psのときの熱拡散長は100nm程度であるため、Alの膜厚が100nmであった場合、表層のAlだけを加工除去するためには、パルス幅が30ps程度のパルスレーザを照射するのが最適と考えられる。それ以上の長いパルス幅のパルスレーザを照射した場合には、Alの下層まで熱が広がるため、下層まで加工除去してしまう恐れがある。一方、パルス幅が短すぎるとAl膜の下まで熱が伝わらず、完全に加工除去できずに、ショートが解消されない恐れもある。よって、修正する有機EL基板の層構造・膜厚、金属電極材料に応じて、例えば図２１のような予め定めたパルス幅と熱拡散長との関係図のようなデータベースに基づき最適なパルス幅を決定する（工程172）。
最適なパルス幅に調整するためにファイバレーザ130のパルスコンプレッサで補償する分散の大きさを制御することで、最適なパルス幅でレーザ照射を行うように調節する（工程173）。例えば、金属電極Alの膜厚が200nmの有機EL基板を修正する場合にはパルス幅は100ps程度が最適であるため、パルス幅制御部31bから積層型圧電素子37bにCFBG35bへの引張応力が1.0GPaとなるように制御信号を送り、分散補償の大きさを調節する。照射エネルギなどの照明条件を決定し（工程174）、レーザ照射を行う（工程175）。
例えば、マスク62の形状が径250μmの円形状であれば0.1mJ/パルスの照射エネルギでレーザ照明を行い、マスク62の形状が径500μmの円形状であれば0.2mJ/パルスの照射エネルギでレーザ照明を行う。マスク62の非開口部や結像レンズ56c・対物レンズ58bの透過率により照射エネルギのロスが発生するが、非点灯画素90での照射エネルギ密度が2.0J/cm2〜10.0J/cm2の範囲となるように照射エネルギを調整する。画素内に異物が複数あった場合には、全ての異物の修正を行ったか判定し（工程176）、修正していない異物があれば、別の異物に対して「工程170〜175」を再度行う（工程177）。全ての異物が修正完了していれば、次の非点灯画素に対して検査修正を行う（工程178）。
本実施例では、有機EL基板が樹脂と封止ガラスで封止される前の工程で検査修正が行われる一例で説明を行ったが、有機EL基板製造工程のどの工程で検査修正を行っても良い。例えば、樹脂・ガラス封止をし、パネル毎に切断された後で検査修正を行っても良い。この場合、取り扱い基板の大きさが小さくなるため、装置のフットプリントを小さくすることができる。
また、樹脂・ガラス封止工程前で検査修正を行う場合には、レーザ照射部にHeガスなどのアシストガスをふきつけて、溶融飛散物の飛散を抑制することもできる。または、レーザ照射部近傍にピペットを配置して、溶融飛散物を吸引することもできる。溶融飛散物が周囲へ飛散することで新たな欠陥が発生する可能性があるため、アシストガスで飛散物の量を抑制する、またはピペットで飛散物を吸引することで、新たな欠陥発生の確率を低くすることができる。
また、樹脂・ガラス封止工程前で検査修正を行う場合には、レーザ照射部にHeガスなどのアシストガスをふきつけて、溶融飛散物の飛散を抑制することもできる。または、レーザ照射部近傍にピペットを配置して、溶融飛散物を吸引することもできる。溶融飛散物が周囲へ飛散することで新たな欠陥が発生する可能性があるため、アシストガスで飛散物の量を抑制する、またはピペットで飛散物を吸引することで、新たな欠陥発生の確率を低くすることができる。
本実施例ではボトムエミッション構造の有機EL基板を前提に説明を行ったが、トップエミッション構造の有機EL基板でも検査修正は可能である。トップエミッション構造の有機EL基板を検査修正する場合には、欠陥検査部120が有機EL基板50の上方に、修正部121を有機EL基板50の下方に設置すればよい。
有機EL基板50の大きさが1300mm×1500mmの例で説明を行ったが、ガラス基板の大きさはこれに限定される必要はない。
有機EL基板50の大きさが1300mm×1500mmの例で説明を行ったが、ガラス基板の大きさはこれに限定される必要はない。
欠陥検査部120に関して、対物レンズ58aのNAが0.55、光学倍率が100倍、エリアセンサ55aの画素数が2448×2050、画素サイズが3.45μm×3.45μmの例で説明を行ったが、これに限定される必要はない。
修正部121に関して、ファイバレーザ130の波長が1060nm、パルス幅が10ps、対物レンズ58bのNAが0.5、光学倍率が100倍、エリアセンサ55bの画素数が2448×2050、画素サイズが3.45μm×3.45μmの例で説明を行ったが、これに限定される必要はない。
修正部121に関して、ファイバレーザ130の波長が1060nm、パルス幅が10ps、対物レンズ58bのNAが0.5、光学倍率が100倍、エリアセンサ55bの画素数が2448×2050、画素サイズが3.45μm×3.45μmの例で説明を行ったが、これに限定される必要はない。
また、検査修正装置内の雰囲気はドライ窒素で満たされていても良い。
1・110 共振器、2・111 周波数変調部、3・112 パルスストレッチャ、
4・113 アンプ、5・114 パルスコンプレッサ、6 回折格子対、
10・11 回折格子、12 ミラー、15 コア、16a・16b・40 CFBGの回折格子、
17 クラッド、20・29a・29b・29c LD、21a・21b・21c・21d WDMカプラ、
22a・22b・22c・22d サーキュレータ、23 過飽和吸収体ミラー、
24・30 分散補償機構、25 ファイバカプラ、26 アイソレータ、
28・35a・35b CFBG、31a・31b パルス幅制御機構、32 コリメータ、
36a・36b 硬質ゴムプレート、37a・37b 積層型圧電素子、45 モータ、
46a・46b マイクロヒーター、50 有機EL基板、51 ステージ、52 切りかき
55a・55b エリアセンサ、56a・56b・56c 結像レンズ、57a・57b ハーフミラー、
58a・58b 対物レンズ、59 ランプ、60 エキスパンダ、61 ホモジナイザ、
62マスク、63 マスクステージ、70 ガラス基板、71 TFT層、72 透明電極、
73 有機発光層、74 金属電極、75 絶縁層、76 樹脂、77 封止ガラス、
78 光、79・90 非点灯画素、80・94 異物、81 加工除去された部分、
85 透明有機EL基板、86 点像、90’ 赤色発光画素、
91・91’ 緑色発光画素、92・92’ 青色発光画素、
93a・93b・93c・93d・93a’・93b’・93c’・93d’ 欠陥検査部の視野、
100 レーザ光線、101a・101b YDF、102 SMF、120 欠陥検査部、
121 修正部、122 システム制御部、123a・123b 駆動部、130 ファイバレーザ、
150〜159 欠陥検査工程、160〜166 修正可否判定工程、170〜178 修正工程、
4・113 アンプ、5・114 パルスコンプレッサ、6 回折格子対、
10・11 回折格子、12 ミラー、15 コア、16a・16b・40 CFBGの回折格子、
17 クラッド、20・29a・29b・29c LD、21a・21b・21c・21d WDMカプラ、
22a・22b・22c・22d サーキュレータ、23 過飽和吸収体ミラー、
24・30 分散補償機構、25 ファイバカプラ、26 アイソレータ、
28・35a・35b CFBG、31a・31b パルス幅制御機構、32 コリメータ、
36a・36b 硬質ゴムプレート、37a・37b 積層型圧電素子、45 モータ、
46a・46b マイクロヒーター、50 有機EL基板、51 ステージ、52 切りかき
55a・55b エリアセンサ、56a・56b・56c 結像レンズ、57a・57b ハーフミラー、
58a・58b 対物レンズ、59 ランプ、60 エキスパンダ、61 ホモジナイザ、
62マスク、63 マスクステージ、70 ガラス基板、71 TFT層、72 透明電極、
73 有機発光層、74 金属電極、75 絶縁層、76 樹脂、77 封止ガラス、
78 光、79・90 非点灯画素、80・94 異物、81 加工除去された部分、
85 透明有機EL基板、86 点像、90’ 赤色発光画素、
91・91’ 緑色発光画素、92・92’ 青色発光画素、
93a・93b・93c・93d・93a’・93b’・93c’・93d’ 欠陥検査部の視野、
100 レーザ光線、101a・101b YDF、102 SMF、120 欠陥検査部、
121 修正部、122 システム制御部、123a・123b 駆動部、130 ファイバレーザ、
150〜159 欠陥検査工程、160〜166 修正可否判定工程、170〜178 修正工程、
Claims (17)
- ファイバレーザの励起源であるYDFを備える共振器と、
前記共振器から発振されたレーザ光の周波数を変調させる周波数変調部と、
前記周波数変調部により変調されたレーザ光のパルス幅を広げるパルスストレッチャと、
前記パルスストレッチャによりパルス幅を広げたレーザ光を増幅させるアンプと、
前記アンプにより増幅されたレーザ光のパルス幅を圧縮するパルスコンプレッサと、を有し、
前記パルスコンプレッサは、CFBGを備える第一の分散補償部と前記第一の分散補償部を制御する第一のパルス幅制御部とを備え、
該レーザ光の伝播する経路が全て光ファイバで構成されていることを特徴とするファイバレーザ。 - 請求項１記載のファイバレーザであって、
前記共振器は、ＣＦＢＧを備える第二の分散補償部と前記第二の分散補償部を制御する第二のパルス幅制御部とを備え、
前記パルスストレッチャはＣＦＢＧを備えることを特徴とするファイバレーザ。 - 請求項１または２に記載のファイバレーザであって、
前記パルスコンプレッサのCFBGはLMAファイバで構成されていることを特徴とするファイバレーザ。 - 請求項1乃至３のいずれかに記載のファイバレーザであって、
前記パルスコンプレッサの前記第一のパルス幅制御部により前記第一の分散補償部のCFBGにかかる引張応力を制御することでパルス幅を制御することを特徴とするファイバレーザ。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載のファイバレーザであって、
前記パルスコンプレッサにの前記第一のパルス幅制御部により前記第一の分散補償部のCFBGの温度を制御することでパルス幅を制御することを特徴とするファイバレーザ。 - パネルを保持し、移動させる工程と、
該パネルの非点灯画素を検査して欠陥を検出する欠陥検査工程と、
前記欠陥検査工程にて得た欠陥の修正可否を判定する判定工程と、
前記判定工程により修正可と判定された欠陥をファイバレーザからのレーザ照射により修正する修正工程と、を有する検査修正方法であって、
前記修正工程におけるレーザ照射は、請求項１乃至５のいずれかに記載されたファイバレーザを用いて行われることを特徴とする検査修正方法。 - 請求項６に記載の検査修正方法であって、
前記欠陥検査工程における照射光の焦点位置および光軸と、前記修正工程におけるレーザ照射光の焦点位置および光軸は一致することを特徴とする検査修正方法。 - 請求項６または７に記載の検査修正方法であって、
前記修正工程において、該ファイバレーザからのレーザ照射光のパルス幅は可変であることを特徴とする検査修正方法。 - 請求項６乃至８のいずれかに記載の検査修正方法であって、
前記修正工程において、該ファイバレーザからのレーザ照射光のパルス幅が１０ｐｓ〜１００ｐｓであることを特徴とする検査修正方法。 - 請求項６乃至９のいずれかに記載の検査修正方法であって、
前記修正工程において、パネルに円形のレーザを照射することを特徴とする検査修正方法。 - 請求項６乃至１０のいずれかに記載の検査修正方法であって、
該パネルは有機ELパネルであることを特徴とする検査修正方法。 - パネルを保持し、移動させるステージと、
該パネルの非点灯画素を検査して欠陥を検出する欠陥検査部と、
前記欠陥検査部により得た欠陥の修正可否を判定する判定部と、
前記判定部により修正可と判定された欠陥をファイバレーザからのレーザ照射により修正する修正部と、を有する欠陥検査装置であって、
前記修正部のファイバレーザは、請求項１乃至５のいずれかに記載されたファイバレーザであることを特徴とする検査修正装置。 - 請求項１２に記載の検査修正装置であって、
前記欠陥検査部と前記修正部とが同期して移動することを特徴とする検査修正装置。 - 請求項１２または１３に記載の検査修正装置であって、
前記ファイバレーザのパルス幅は可変であることを特徴とする検査修正装置。 - 請求項１２乃至１４のいずれかに記載の検査修正装置であって、
前記ファイバレーザのパルス幅が１０ｐｓ〜１００ｐｓであることを特徴とする検査修正装置。 - 請求項１２乃至１５のいずれかに記載の検査修正装置であって、
前記欠陥検査部における照射光の焦点位置および光軸と、前記修部の焦点位置および光軸とは一致していることを特徴とする検査修正装置。 - 請求項１２乃至１６のいずれかに記載の検査修正装置であって、
該パネルは有機ELパネルであることを特徴とする検査修正装置。
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