レーザ加工装置
【課題】反射型空間変調素子を用いたレーザ加工装置において、反射型空間変調素子の反射面の劣化を遅延させ、装置寿命を向上できるようにする。
【解決手段】レーザ加工装置１００が、レーザ光源３０と、レーザ光源３０から出射されたレーザ光３１ｂを空間変調する空間変調素子６と、空間変調素子６によって一定方向に向けて反射されたオン光３２を加工可能領域内に結像する結像レンズ７および対物レンズ１０と、レーザ光源３０と空間変調素子６との間の光路上に配置される可変マスク５と、空間変調素子６の空間変調データを生成する空間変調データ生成部と、空間変調データに基づいて、微小ミラーの傾斜角を切り換える空間変調素子駆動制御部２４と、空間変調データに基づいて、照射領域の大きさおよび位置を設定する照射領域設定部とを備える。
【解決手段】レーザ加工装置１００が、レーザ光源３０と、レーザ光源３０から出射されたレーザ光３１ｂを空間変調する空間変調素子６と、空間変調素子６によって一定方向に向けて反射されたオン光３２を加工可能領域内に結像する結像レンズ７および対物レンズ１０と、レーザ光源３０と空間変調素子６との間の光路上に配置される可変マスク５と、空間変調素子６の空間変調データを生成する空間変調データ生成部と、空間変調データに基づいて、微小ミラーの傾斜角を切り換える空間変調素子駆動制御部２４と、空間変調データに基づいて、照射領域の大きさおよび位置を設定する照射領域設定部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。例えば、反射型空間変調素子を用いて、液晶基板、半導体基板やプリント基板等の欠陥のレーザ加工（リペア加工）を行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、液晶表示デバイス（ＬＣＤ）の製造工程などでは、フォトリソグラフィ処理工程で処理されるガラス基板に対して各種検査を行われる。この検査の結果、ガラス基板上に形成されたレジストパターンやエッチングパターンに欠陥部が検出されると、レーザ加工装置を用いて、欠陥部にレーザ光を照射して欠陥部を除去するレーザ加工、いわゆるリペア加工を施す場合が多い。
このようなレーザ加工装置として利用可能な装置として、特許文献１には、エキシマレーザなどのレーザ発振器から出射されたレーザビームをホモジナイザーなどのビーム均質光学系を用いて断面上の強度分布を均一化し、微小レンズミラーアレイにより被加工物に転写ドットパターンを構成して、レーザ加工を行うレーザ加工装置が記載されている。
また特許文献２には、ガラス基板上の欠陥部を撮像して取得された欠陥画像データから欠陥部の形状データを抽出し、この形状データに従ってＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）ユニットの各微小ミラーを高速に角度制御し、これら微小ミラーで反射したレーザ光の断面形状を欠陥部の形状に略一致させて欠陥部に照射するリペア方法およびその装置が記載されている。
【特許文献１】特願平８−１７４２４２号公報（図１）
【特許文献２】特開２００５−１０３５８１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来のレーザ加工装置には以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、レーザ光を欠陥形状に対応して空間変調することにより、２次元パターンの加工を行うために、それぞれ微小レンズミラーアレイ、ＤＭＤからなる反射型空間変調素子を用いている。このため、レーザ光のエネルギーによっては、これらの微小ミラーが劣化する場合がある。例えば、ＤＭＤを構成するアレイ状に配置された微小ミラーの表面はアルミニウムの薄膜で覆われており、これらの微小ミラーにレーザ光を照射して、長い間使用すると、微小ミラー表面のアルミニウム薄膜の反射率が徐々に低下し、最終的には薄膜が除去されるまで劣化し、レーザ光を反射できなくなる恐れがあるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、反射型空間変調素子を用いたレーザ加工装置において、反射型空間変調素子の反射面の劣化を遅延させ、装置寿命を向上できるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、被加工面上の加工可能領域内の加工形状情報を表す加工データに基づいて、被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光を空間変調するために、変調領域内に傾斜角可変に設けられた複数の微小ミラーを有する反射型空間変調素子と、該反射型空間変調素子によって一定方向に向けて反射されたレーザ光を前記加工可能領域内に結像する結像光学系と、前記レーザ光源と前記反射型空間変調素子との間の光路上に配置され、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の、前記変調領域上での照射領域の大きさおよび位置を可変する照射領域変更部と、前記照射領域の大きさおよび位置を設定する照射領域設定部とを備える。
この発明によれば、レーザ光源から出射されるレーザ光を反射型空間変調素子上に照射し、微小ミラーによって一定方向に向けて反射された光を結像光学系に入射させ、被加工面上の加工可能領域内に結像する。それにより加工データに基づいたレーザ加工が行われる。その際、レーザ光源と反射型空間変調素子との間には、変調領域上の照射領域の大きさおよび位置を可変できるようにした照射領域変更部が配置されているので、レーザ加工の必要に応じて、照射領域設定部によって照射領域の大きさおよび位置を変更して、照射領域を変調領域に対して狭めることで、反射型空間変調素子に照射されるレーザ光のエネルギーを低減することができる。
加工可能領域内に出現する欠陥部の大きさおよび位置は、加工条件や被加工物が変われば変わるので、経時的にはレーザ光の照射領域は均等化されてゆき、レーザ加工を行うごとに反射型空間変調素子のすべての微小ミラーにレーザ光が照射される場合に比べて、平均的には、各微小ミラーへのレーザ光によるダメージを低減することができる。
【０００６】
本発明では、前記加工データに対応して、前記レーザ光を前記一定方向に向けて反射する微小ミラーを選択する空間変調データを生成する空間変調データ生成部と、該空間変調データ生成部で生成された空間変調データに基づいて、前記反射型空間変調素子の各微小ミラーの傾斜角を切り換える空間変調素子駆動制御部とを備え、前記照射領域設定部が、前記空間変調データ生成部によって生成された前記空間変調データに基づいて、前記照射領域の大きさおよび位置を設定できるようになっていることが好ましい。
この場合、照射領域設定部が、空間変調データ生成部によって生成された空間変調データに基づいて、照射領域の大きさおよび位置を設定できるようになっているので、空間変調データ生成部により、加工データに基づいて生成される空間変調データに基づいて、照射領域を効率的に設定することができるので、加工効率を損なうことなく、反射型空間変調素子に照射されるレーザ光のエネルギーを低減することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のレーザ加工装置によれば、反射型空間変調素子を用いたレーザ加工装置において、照射領域変更部によって、反射型空間変調素子へのレーザ光の照射領域を狭めることができるので、反射型空間変調素子の反射面の劣化を遅延させ、装置寿命を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【０００９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す光軸を含む断面における模式説明図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置に用いる照射領域変更部および反射型空間変調素子を反射型空間変調素子の基準軸側から見た模式説明図である。
【００１０】
本実施形態のレーザ加工装置１００は、被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工であるリペア加工を行うのに好適なレーザ加工装置である。例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のガラス基板や半導体ウエハ基板など、フォトリソグラフィ処理工程で基板上に回路パターンなどが形成された被加工物において、例えば配線部分のショート、フォトレジストのはみ出し等の欠陥部が検出された場合に欠陥部を除去するといったリペア加工に好適に用いることができるものである。
レーザ加工装置１００の概略構成は、図１に示すように、レーザ光源３０、空間変調素子６（反射型空間変調素子）、可変マスク５（照射領域変更部）、結像レンズ７（結像光学系）、対物レンズ１０（結像光学系）、観察用光源１４、観察用結像レンズ１２、撮像素子１３、画像処理部２３、装置制御部２１、およびユーザーインターフェース２７等からなる。図１において、符号１１は、被加工物である基板、符号１１ａは、基板１１の被加工面を示す。
【００１１】
レーザ光源３０は、レーザ光３１ｂを空間変調素子６に向けて出射するリペア加工用の光源である。本実施形態では、レーザ発振器１、結合レンズ２、ファイバ３、および投影レンズ４からなる構成を採用している。
レーザ発振器１は、基板１１上の欠陥を除去するため、適宜の波長、出力を備えるレーザ光３１ａを出力するもので、例えば、パルス発振可能なＹＡＧレーザなどを好適に採用することができる。発振波長は、リペア対象に応じて複数の発振波長を切り換えられるようにしてもよい。
レーザ発振器１は、装置制御部２１の制御信号に応じてレーザ発振器１の発光を制御するレーザ発振器制御部２６に電気的に接続されている。
【００１２】
レーザ発振器制御部２６は、予め装置制御部２１に記憶されるか、ユーザーインターフェース２７により入力されるレーザ照射条件に応じて、例えば、発光波長、パルス発振などの発振モード、点灯消灯制御などを行うことができる。特に図示しないが、レーザ光３１ａの光強度を調整するため、レーザ発振器１の出射口側に、減光フィルタなどを切換可能に設け、レーザ発振器制御部２６によりその切換を制御できるようにしてもよい。
本実施形態では、１回の加工で一定の光強度で一定パルスのレーザ光３１ａを発光する例で説明する。この１回の発光をレーザショットと称する。
【００１３】
レーザ発振器１から出力されるレーザ光３１ａは、光量分布が一般にガウシアン分布になっているので、本実施形態では、レーザ光３１ａの光路上に配置された結合レンズ２によって集光してファイバ３の一方の端部３ａに光結合する。そして、ファイバ３を通過させて、ファイバ３の他方の端部３ｂから出射させることで、光量分布が均一化したレーザ光３１ｂを出射することができる。
【００１４】
投影レンズ４は、ファイバ端面３ａと、空間変調素子６の基準平面とを共役な関係とする配置とされ、ファイバ端面３ａの像を空間変調素子６の変調領域全体を照射できるように投影倍率が設定されたレンズまたはレンズ群である。
【００１５】
空間変調素子６は、レーザ光源３０の投影レンズ４から投射されたレーザ光３１ｂを空間変調する反射型空間変調素子である。本実施形態では、微小ミラーアレイであるＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）を採用している。すなわち、図２（ａ）に示すように、長辺Ｗ×短辺Ｈの矩形状の変調領域内に、複数の微小ミラー６ａが、それらの反射面が基準平面内に整列して、２次元的に配列され、空間変調素子６に電気的に接続された空間変調素子駆動制御部２４からの制御信号によって、各微小ミラー６ａの異なる２方向に選択的に傾斜させることができるようになっている。
各微小ミラー６ａは、空間変調素子駆動制御部２４からの制御信号に応じて発生する静電電界によって、オン状態では、例えば、基準平面から＋１２°回転され、オフ状態では、基準平面から−１２°回転される。以下では、オン状態の微小ミラー６ａによって反射された光をオン光、オフ状態の微小ミラー６ａによって反射された光をオフ光と称する。
各微小ミラー６ａの位置は、例えば、長辺方向の列番号ｍ、短辺方向の行番号ｎ（ｍ、ｎは、０以上の整数）として、（ｍ，ｎ）で表すことができる。
【００１６】
可変マスク５は、レーザ光源３０と空間変調素子６との間の光路上に配置され、レーザ光源３０から出射されたレーザ光３１ｂの、空間変調素子６の変調領域上での照射領域の大きさおよび位置を可変する照射領域変更部をなすものである。本実施形態では、空間変調素子６上に近接して設けられた可動マスク５ａ、５ｂからなる。
【００１７】
可動マスク５ａ、５ｂは、図２（ａ）に示すように、空間変調素子６の変調領域の短辺方向、長辺方向に沿って延びるＬ字状の端部Ｌａ、Ｌｂがそれぞれ対向して設けられ、それらの間に矩形状の開口部が形成されている。そして、可動マスク５ａ、５ｂは摺動可能に重ね合わされ、マスク制御部２５（図１参照）によって、空間変調素子６の変調領域上を２次元的にそれぞれ独立に移動できるようになっている。
例えば、図２（ａ）は、可動マスク５ａ、５ｂの端部Ｌａ、Ｌｂがそれぞれ変調領域の外周と略整列するように移動された状態を示す。この場合、対向された端部Ｌａ、Ｌｂの間には、Ｗ×Ｈの大きさの変調領域全体が含まれる開口によって照射領域Ｐ１が形成される。
また、図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）の状態から、可動マスク５ａ、５ｂをそれぞれ対向方向に移動して、照射領域Ｐ１より開口面積が小さい矩形状の照射領域Ｐ２、Ｐ３を形成し、それぞれを変調領域上の異なる位置に形成した状態を示す。
図２（ｂ）の照射領域Ｐ２は、空間変調素子６の変調領域上に設けられた原点Ｏを含む変調領域の角部に形成した例であり、図２（ｃ）の照射領域Ｐ３は、照射領域Ｐ２を原点Ｏと対向する変調領域の角部の近傍に移動した例である。
【００１８】
マスク制御部２５は、適宜の２軸移動機構を用いることができる。可動マスク５ａ、５ｂの移動制御は、例えば、空間変調素子６の原点Ｏに対する位置座標を用いて行われる。例えば、装置制御部２１から送出される照射領域の大きさおよび位置の情報から、それらに対応する端部Ｌａ、Ｌｂの対向する角部の点Ｑａ、Ｑｂの位置座標を算出することで可動マスク５ａ、５ｂの移動量、移動方向が設定される。
【００１９】
結像レンズ７、対物レンズ１０は、空間変調素子６で空間変調され、一定方向に向けて反射されたオン光３２による像を、基板１１の被加工面１１ａ上に結像する結像光学系を構成する光学素子群であり、結像レンズ７が空間変調素子６側、対物レンズ１０が基板１１側に配置されている。そして、これらにより、空間変調素子６の各微小ミラー６ａが配列された基準平面と、被加工面１１ａとが共役の関係とされる。本実施形態では、基板１１は、載置台１７上に水平に載置され、位置が固定されている。
この結像光学系の投影倍率は、被加工面１１ａ上での必要な加工精度に応じて適宜設定される。例えば、変調領域全体のＷ×Ｈの大きさの画像が、被加工面１１ａ上で、倍率βで、Ｗ’×Ｈ’の大きさに投影されるように設定する。すなわち、被加工面１１ａ上のＷ’×Ｈ’の範囲の領域が加工可能領域となる。
ここで、結像レンズ７のＮＡは、加工に必要な分解能を満たし、かつオフ光（不図示）として反射された光が、入射しない大きさとされる。
【００２０】
結像レンズ７と対物レンズ１０との間の光路上には、対物レンズ１０側から順に、半透鏡９、８が挿入されている。
半透鏡９は、オン光３２を透過させ、観察用光源１４によって出射される観察用光３３の一部を反射する反射透過率特性を有するハーフミラーからなり、反射された観察用光３３が結像光学系の光軸に沿って対物レンズ１０に入射できる位置関係に配置される。
観察用光源１４は、加工形状を決定したり、加工結果を確認するために被加工面１１ａ上の加工可能領域内を照明したりするための観察用光３３を発生する光源である。例えば、可視光を発生するキセノンランプやＬＥＤなど適宜の光源を採用することができる。
【００２１】
半透鏡８は、オン光３２を透過させ、基板１１側から半透鏡９を透過して光路上を進む光のうち、被加工面１１ａで反射された観察用光３３の一部を反射する反射透過率特性を有するハーフミラーからなる。
半透鏡９、８の反射透過率特性は、波長特性が付与されていてもよく、この場合、オン光３２の波長に対して高透過率、好ましくは略１００％の透過率にするとよい。このようにすれば、結像光学系での光量損失が低減されるので、レーザ光３１ｂの光量をより低減することができる。すなわち、空間変調素子６に対する照射光量がより低減される。
また、レーザ光の照射時にはね上げや移動による光路から退避可能な構成としてもよい。
【００２２】
観察用結像レンズ１２は、半透鏡８で反射される観察用光３３の光路上に配置され、撮像素子１３の撮像面上に結像するレンズまたはレンズ群である。
撮像素子１３は、撮像面上に結像された画像を光電変換するもので、例えば、ＣＣＤなどからなる。
撮像素子１３で光電変換された画像信号は、撮像素子１３に電気的に接続された画像処理部２３に送出される。
【００２３】
画像処理部２３は、撮像素子１３から送出された画像信号から、例えばノイズ処理、輝度補正などの適宜の画像処理を施し、被加工面１１ａの画像データを取得する。この画像データは、例えば、ユーザーインターフェース２７の一部を構成するモニタに拡大表示されるようになっている。
また、画像処理部２３は、画像データから欠陥を抽出し、欠陥を除去するための加工形状情報を加工データとして生成し、装置制御部２１に送出する。
この欠陥抽出処理は、周知のいかなる欠陥抽出アルゴリズムを用いてもよい。例えば、取得された画像データと、あらかじめ記憶された正常な被加工面１１ａのパターン画像データとの輝度の差分をとり、その差分データをあるしきい値で２値化したデータから欠陥を抽出することができる。
【００２４】
本実施形態では、図１に示すように、レーザ光源３０のうちファイバ３の投影レンズ４側の端部、空間変調素子６、可変マスク５、結像レンズ７、半透鏡８、９、対物レンズ１０、観察用光源１４、観察用結像レンズ１２、および撮像素子１３は、それぞれの相対位置を保って筐体などの保持部材（不図示）に一体に保持され、加工ヘッド１５を構成している。
加工ヘッド１５は、例えばＸＹ移動ステージなどからなる加工ヘッド駆動部２２によって、少なくとも被加工面１１ａに平行な平面内に沿って位置移動可能に保持されている。
加工ヘッド駆動部２２は、装置制御部２１に電気的に接続され、装置制御部２１からの制御信号に応じて、加工ヘッド１５を位置移動させることができる。これにより、オン光３２を投影する結像光学系の光軸に対して、被加工面１１ａが相対移動され、加工可能領域が移動される。また、光軸を共有する観察用光３３の照明範囲も加工可能領域とともに移動される。
【００２５】
装置制御部２１は、加工ヘッド駆動部２２、画像処理部２３、空間変調素子駆動制御部２４、マスク制御部２５、レーザ発振器制御部２６、およびユーザーインターフェース２７と電気的に接続され、それぞれとの間で、通信を行って、データや制御信号を送受信し、必要な演算処理を行って、レーザ加工装置１００の全体制御を行うものである。
装置制御部２１の装置構成は、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力部、外部記憶装置などで構成されたコンピュータを用い、それぞれの制御機能、演算機能に対応して作成されたプログラムを実行することにより実現している。
なお、画像処理部２３の装置構成は、専用のハードウェアを用いてもよいが、本実施形態では、装置制御部２１を構成するコンピュータによって画像処理プログラムを実行することにより実現される。
【００２６】
装置制御部２１の機能としては、加工データに対応して、レーザ光を一定方向に向けて反射する微小ミラーを選択する空間変調データを生成する空間変調データ生成部と、この空間変調データに基づいて、照射領域の大きさおよび位置を設定する照射領域設定部の機能が含まれる。
【００２７】
ユーザーインターフェース２７は、装置制御部２１の入出力手段を提供する。本実施形態では、特に図示しないが、操作者がレーザ加工装置１００の動作制御を行うための指示情報を操作入力するための操作部、例えば、操作ボタン、キーボード、マウスや、装置制御部２１によって処理された画像情報や各種の数値、文字情報を表示し、操作者が確認できるようにするモニタなどを備えている。
【００２８】
次に、レーザ加工装置１００の動作について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の動作について説明するフローチャートである。図４（ａ）、（ｂ）は、加工可能領域に発生した欠陥の、反射型空間変調素子の変調領域に対する位置関係の例を示す模式図である。図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置における照射領域の設定方法について説明する模式図である。
【００２９】
レーザ加工装置１００は、ユーザーインターフェース２７を通して、電源が投入されると初期化される。そして、載置台１７上に被加工物として基板１１を載置し、以下のようにレーザ加工を行う。
まず、ステップＳ１では、被加工面１１ａの加工可能領域の画像を取得する。すなわち、観察用光源１４を点灯し、観察用光３３を発生させる。観察用光３３は、半透鏡９で一部が反射され、この反射光が対物レンズ１０で集光されて被加工面１１ａ上の加工可能領域を照明する。
被加工面１１ａで反射された反射光３４は、対物レンズ１０で集光され、一部が、半透鏡９を透過する。そして、半透鏡８により、さらに一部が反射されて、観察用結像レンズ１２に導かれる。観察用結像レンズ１２に入射した反射光３４は、撮像素子１３の撮像面に結像される。
撮像素子１３は、結像された被加工面１１ａの画像を光電変換し、画像信号として画像処理部２３に送出する。このようにして、被加工面１１ａの加工可能領域の画像が取得される。
この画像は、必要に応じて、ノイズ除去、輝度補正などの処理を行って、ユーザーインターフェース２７のモニタに表示する。また、２次元の画像データとして装置制御部２１に記憶する。
【００３０】
次に、ステップＳ２では、画像処理部２３により、ステップＳ１で取得された画像データから欠陥抽出を行う。そして、ここで抽出された欠陥の画像データからは、欠陥の位置、加工形状情報を表す加工データを生成し、装置制御部２１に送出する。
この加工データ、およびステップＳ１で取得された画像データは、結像光学系の投影倍率がβであるため、加工可能領域上の位置座標を１／β倍することで、空間変調素子６の変調領域の位置に対応させることができる。
装置制御部２１では、この加工データの取得後、加工データの位置に対応する微小ミラー６ａをすべてオン状態とし、他の微小ミラー６ａをオフ状態とする空間変調データを生成する。この空間変調データは、本実施形態では、例えば、各微小ミラー６ａの位置（ｍ，ｎ）に対応して、オン状態が１、オフ状態が０の数値が対応する表データとして生成される。
【００３１】
次に、ステップＳ３では、装置制御部２１は、装置制御部２１の外部記憶装置などに記憶された過去の累積レーザ照射量データをメモリに呼び出す。この累積レーザ照射量データは、過去のレーザ加工において次のステップＳ４で設定された照射領域の微小ミラー６ａに対応するレーザ照射量データが、微小ミラー６ａごとに加算されたものである。
累積レーザ照射量データは、初期値が０とされ、例えば、空間変調素子６の交換時などに強制的にリセットされるまでは、更新されたデータが外部記憶装置に記憶されつづける。
加算されるレーザ照射量データは、本実施形態では、レーザショットをカウントするもので、例えば照射領域に１回設定されると、１が加算される。
【００３２】
なお、レーザ加工装置１００が使用される環境や加工対象により、例えば、レーザショットごとのパルス幅、光強度が変更される場合、累積レーザ照射量データが、実際のレーザ照射光量に一致するように、必要に応じて、レーザ照射量データの重み付けを施してもよい。
また、微小ミラー６ａの劣化速度が、例えば、繰り返し熱応力などに影響される場合など、レーザ照射光量の累積値よりも照射回数に依存するような場合には、レーザショットごとのレーザ照射光量が変化しても、累積照射回数のみを記憶すればよい。
このように累積レーザ照射量データは、レーザショット数をベースとした種々の数値に代表されるレーザ照射光量の相当量を必要に応じて設定することができる。そのため、厳密なレーザ照射光量に限定されるものではない。
【００３３】
次に、ステップＳ４では、空間変調データおよび累積レーザ照射量データに基づいて、照射領域を設定する。
本実施形態では、照射領域変更部である可変マスク５によってレーザ光３１ｂを遮光して照射領域を形成する。図１に示すように、レーザ発振器１で発振され、結合レンズ２、ファイバ３を経て、光量分布が均一化されたレーザ光３１ｂは、空間変調素子６の変調領域をすべて含む範囲に照射される。
可変マスク５は、レーザ光源３０と空間変調素子６との間に配置されているため、レーザ光３１ｂは、可動マスク５ａ、５ｂの位置関係で決まる可変マスク５の開口の範囲に入射する光のみが空間変調素子６に到達する。
例えば、図２（ａ）のように可動マスク５ａ、５ｂが全開状態であれば、照射領域Ｐ１は、変調領域の全体に一致する。また、図２（ｂ）、（ｃ）の状態では、照射領域Ｐ２、Ｐ３のように、変調領域の一部にレーザ光３１ｂが照射される。
【００３４】
微小ミラー６ａの経時劣化を遅延させるために、照射領域は、空間変調データが１となる範囲を含むできるだけ小さな矩形開口とすることが好ましい。本実施形態の可変マスク５は、矩形開口の大きさ、位置を連続的に変化させることができるので、必要に応じて最適の矩形開口によって照射領域を形成することができる。
【００３５】
例えば、図４（ａ）に示すように、空間変調データが１とされる欠陥位置４０、４１が、変調領域の対向する対角位置に離間して存在するような場合、最低でも図示の照射領域Ｐ４以上の範囲に選定する必要がある。このような最低限の照射領域の範囲は、装置制御部２１によって、空間変調データを演算することで算出される。
なお、このような最低限の照射領域の範囲を算出した上で、例えば照射誤差も考慮して、それよりも広い領域、あるいは、照射領域Ｐ１のように変調領域全体を設定してもよい。なお、スループットの短縮を考慮せず、寿命を優先させる場合には領域を２つに分けて設定してもよい。
一方、図４（ｂ）に示すように、欠陥位置４２が、原点Ｏの近傍に１つしかない場合、この欠陥位置４２の囲む照射領域Ｐ５、あるいは、それより大きな照射領域Ｐ２に設定すればよい。
【００３６】
欠陥の出現位置、大きさ、個数などは、一般には加工ごとに異なるので、このように照射領域をできるだけ狭く設定するだけでも、加工ごとに変調領域全面を照射領域にする場合に比べて、個々の微小ミラー６ａへの平均的なレーザ照射量が低減される。そのため空間変調素子６を長寿命化することができる。
【００３７】
本実施形態では、より効率的に長寿命化を図るため、ステップＳ３で呼び出した累積レーザ照射量データを参照して、累積レーザ照射量データがより均等化されるような位置があれば、そのような位置に移動した照射領域を設定する。
【００３８】
簡単のため、以下では、図４（ｂ）の例の場合のように、上記のようにして一旦設定された照射領域が領域Ｐ２であり、全体の１／６の大きさだった場合を考える。そして、累積レーザ照射量データを参照した結果、領域Ｐ２内の累積レーザ照射量が、他の領域に比べて大きかったとする。
この場合、照射領域を領域Ｐ２に設定すると、他の領域に比べて、領域Ｐ２の微小ミラー６ａの劣化が激しくなってしまう。
そこで、本実施形態では、例えば、図５（ａ）に示すように、変調領域上の６つの領域Ｍ１〜Ｍ６のそれぞれの累積レーザ照射量データの適宜の代表値、例えば、平均値、最大値など、を比較して、代表値が最も小さい領域を照射領域として設定し直す。例えば、領域Ｍ６に設定する。この場合、照射領域が領域Ｍ１から領域Ｍ６に移動されたことになる。
各領域の累積レーザ照射量データの代表値が同一の場合は、どの領域に設定してもよい。例えば、領域Ｐ２（Ｍ１）のままでもよい。その場合は、次の動作を行わずに、ステップＳ５、６に移行する。
このようにすれば、レーザ加工を繰り返すうちに、各微小ミラー６ａに対する累積レーザ照射量データは、均等化されていく。
【００３９】
この場合、照射領域Ｍ６に対応する被加工面１１ａ上には、欠陥は存在しないので、図５（ｂ）に示すように、空間変調素子６の位置を被加工面１１ａ上の加工可能領域に対して図示斜め方向に平行移動して、空間変調素子６の領域Ｍ６が、欠陥の相当位置４２０に対応するようにする。この移動は、領域Ｍ６の原点Ｏ側の角部の点Ｏ’を用いて、点Ｏ’から点Ｏに向かうベクトルＯ’Ｏで表される。
これに合わせて、領域Ｍ１内の空間変調データを、空間変調素子６の移動と逆方向に、すなわちベクトルＯＯ’だけ移動して、領域Ｍ６に配置する変換を行う。図５（ｂ）において、符号６０の領域は、被加工面１１ａの加工可能領域の位置に対応する。
【００４０】
次に、ステップＳ５、６では、ステップＳ４で最終的に設定された照射領域に応じて、装置の設定条件の制御を行う。これらの２つのステップの実行順序は任意である。
ステップＳ５では、可動マスク５ａ、５ｂを移動する空間変調素子６に対して移動し、図５（ｂ）の照射領域Ｍ６に開口部が形成されるようにする制御信号をマスク制御部２５に送出する。これにより、図２（ｃ）のような位置関係に可変マスク５が移動される。
【００４１】
ステップＳ６では、加工ヘッド１５を加工ヘッド駆動部２２によって移動させることにより、被加工面１１ａ上の加工可能領域に対する空間変調素子６の相対位置を移動する。この移動は、結像光学系の倍率βを考慮して、ステップＳ４で求めたベクトルＯ’Ｏに相当する移動を行う制御信号を装置制御部２１から加工ヘッド駆動部２２に送出することで実行される。
すなわち、本実施形態では、加工ヘッド駆動部２２が、空間変調データ生成部および照射領域設定部による、空間変調データおよび照射領域の平行移動に対応して、被加工物を逆方向に相対移動させる相対移動手段となっている。
ステップＳ５、６が終了すると、ステップＳ７を実行する。
【００４２】
ステップＳ７では、装置制御部２１から、所定のレーザ照射条件に対応する制御信号をレーザ発振器制御部２６に送出し、レーザ発振器１からレーザ光３１ａを出射するレーザショットを行う。
レーザ光３１ａは、結合レンズ２によってファイバ３の端面３ａに光結合され、ファイバ３内によって伝送され、光量分布が均一化された状態で、端面３ｂからレーザ光３１ｂとして出射される。
レーザ光３１ｂは、投影レンズ４によって、空間変調素子６に向けて投影され、可変マスク５で遮光され、照射領域を透過するレーザ光３１ｂのみが、微小ミラー６ａに到達する。
そして、傾斜角がオフ状態とされたオフ光（不図示）は、結像レンズ７のＮＡの範囲外に反射され、傾斜角がオン状態とされた微小ミラー６ａで反射されたオン光３２のみが、結像レンズ７に入射する。このオン光３２は、半透鏡８、９を透過して、対物レンズ１０によって被加工面１１ａ上に結像される。
これにより、加工データに対応する空間変調データに基づくオン光３２よる変調領域の画像が、被加工面１１ａ上に投影され、オン光３２が、被加工面１１ａの欠陥に照射され、欠陥が除去される。
以上により、１回のレーザ加工を終了する。
また、このレーザ加工での照射領域に対応して、外部記憶装置の累積レーザ照射量データを更新する。
そして、必要に応じて、上記を繰り返して、未除去部があれば再度レーザ加工したり、あるいは、加工可能領域を移動して他の部分のレーザ加工をしたりする。
【００４３】
このようにレーザ加工装置１００によれば、１回のレーザ加工時に、可変マスク５によって、微小ミラー６ａへのレーザ光の照射領域を必要な範囲に狭めることができ、さらに、過去の照射履歴に応じて、累積レーザ照射量が少ない部分の微小ミラー６ａにレーザ光を照射することができるので、空間変調素子６の微小ミラー６ａの劣化を遅延させ、装置寿命を向上することができる。
なお、反射型空間変調素子を基準平面に平行に２次元に移動可能に構成し、可動マスクの代わりにその照射サイズのみを変更可能な固定マスクとしてもよい。常に空間変調素子６のＭ１〜Ｍ６の領域が光軸に位置するように制御すれば、ステップＳ６の加工ヘッド相対位置設定を省略できる。そのため、重量の大きな加工ヘッドを動かす必要がなくなり、スループットを向上することができる。
【００４４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の照射領域変更部の概略構成を示す模式的な斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の照射領域変更部に対応する照射領域と変調領域との対応関係を説明する模式説明図である。
【００４５】
本実施形態のレーザ加工装置１１０は、上記第１の実施形態のレーザ加工装置１００の可変マスク５に代えて、可変マスク５０を備えるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４６】
可変マスク５０は、図６（ａ）に示すように、レーザ光源３０の投影レンズ４と空間変調素子６との間に空間変調素子６の変調領域全体を覆う範囲において、変調領域に平行な面内で、例えばステッピングモータなどにより適宜の回転角で回転移動可能に保持された孔付き円板５０ａからなる。
孔付き円板５０ａ内の周方向には、設定する照射領域の大きさ、位置に応じた複数の孔が設けられている。本実施形態では、７つの孔ｍ１〜ｍ７が設けられ、適宜の回転角で、孔付き円板５０ａが停止したとき、図６（ｂ）に示すように、空間変調素子６上の領域Ｍ１〜Ｍ７に対応する開口が形成されるようになっている。
ここで、孔ｍ１〜ｍ６は、空間変調素子６の変調領域上を６等分する位置、大きさとなっており、孔ｍ７は、変調領域全体にわたる開口となっている。
また、孔ｍ１〜ｍ６が変調領域を６等分する位置、大きさとなっているのは、一例であり、加工すべき欠陥の大きさや出現率などに応じて、適宜の大きさを有する構成とすることができる。
【００４７】
このようなレーザ加工装置１１０によれば、図３のステップＳ４において、欠陥位置から求められた加工データに対応する空間変調データが領域Ｍ１〜Ｍ６の中に収まる場合、その中の１つの領域を照射領域としてまず設定し、上記第１の実施形態と同様な動作を行う。
一方、空間変調データが、領域Ｍ１〜Ｍ６の中に収まらない場合、領域Ｍ７を照射領域に設定する。この場合、累積レーザ照射量データの比較および照射領域の移動は行わずに、次のステップＳ５、６に移行し、同様にレーザ加工を行うことができる。
【００４８】
このようなレーザ加工装置１１０によれば、１回のレーザ加工時に、可変マスク５０によって、欠陥の大きさ、位置に応じて微小ミラー６ａへのレーザ光の照射領域を狭めることができ、さらに、過去の照射履歴に応じて、累積レーザ照射量が少ない部分の微小ミラー６ａにレーザ光を照射することができるので、空間変調素子６の微小ミラー６ａの劣化を遅延させ、装置寿命を向上することができる。
例えば、上記の説明のように、照明領域が、変調領域を６等分するものであり、仮に欠陥が複数の領域にわたる確率が０であると仮定すれば、６つの領域を均等に使い分けることで、常に変調領域全体に照射する場合に比べて６倍の寿命が得られることになる。
【００４９】
なお、上記の説明では、照射領域変更部により、矩形の照射領域が設定される場合の例で説明したが、照射領域の形状は矩形に限定されるものではなく、適宜の形状を採用することができる。
【００５０】
また、上記の第２の実施形態の説明では、照射領域変更部の複数の開口が、変調領域全体に開口するものと、変調領域を６等分するものとからなる例で説明したが、この２つの間の大きさで変調領域を分割する開口、例えば、２等分するもの、３等分するものなどをさらに備えるようにしてもよい。この場合、欠陥の位置が６等分した開口間にまたがる場合が生じても、２等分（３等分）した開口の１つに収まる確率が高くなるので、レーザ光照射量をより低減し、長寿命化することができる。
【００５１】
また、上記の第２の実施形態の説明では、可変マスク５０を回転移動させて、照射領域を変更する場合の例で説明したが、２次元的に移動させる構成としてもよい。
【００５２】
また、上記の説明では、相対移動手段が、加工ヘッドが移動させる場合の例で説明したが、載置台１７をＸＹ移動ステージなどで移動可能に保持して、被加工物を移動させるようにしてもよい。
【００５３】
また、上記の説明では、相対移動手段を備えることで、空間変調素子上の照射領域を移動しても、被加工物上の一定領域にレーザ光を照射できるようにしているが、照射領域を移動しない場合には、相対移動手段を備えなくてもよい。
照射領域を移動しない場合でも、加工可能領域内の欠陥の出現位置が、変化する場合には、それに応じて変調領域上で異なる照射領域が設定されるから、変調領域に対して狭い照射領域を設定する構成だけでも、個々の微小ミラーへの平均的なレーザ照射量が低減され、空間変調素子を長寿命化することができる。
【００５４】
また、上記の説明では、照射領域設定部が空間変調データに基づいて照射領域の大きさおよび位置を設定するようにした例で説明したが、照射領域設定部は、例えば、ユーザーインターフェース２７からの操作入力により空間変調データと無関係に、照射領域の大きさや位置を手動設定できるようにしてもよい。例えば、操作者がユーザーインターフェース２７のモニタを観察しながら、モニタ上で欠陥部分を確認し、モニタ上から画像入力するなどして欠陥部分を含む範囲の照射領域を設定できるようにしてもよい。
【００５５】
また、上記の説明では、加工データを取得するために、被加工面を撮像する撮像手段を備える場合の例で説明したが、例えば、他の検査装置などによって欠陥の情報が取得され、加工データが渡される場合には、加工データを取得するための撮像手段を備えていなくてもよい。
【００５６】
また、上記の説明では、レーザ光源から出射されるレーザ光の光量を均一化するために、ファイバ３を透過させる構成の例で説明したが、レーザ光の均一化手段は、他の光学素子、例えば、フライアイレンズ、回折素子、非球面レンズや、カレイド型ロッドを用いたものなどの種々の構成のホモジナイザーなどを用いた構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す光軸を含む断面における模式説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置に用いる照射領域変更部および反射型空間変調素子を反射型空間変調素子の基準軸側から見た模式説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の動作について説明するフローチャートである。
【図４】加工可能領域に発生した欠陥の、反射型空間変調素子の変調領域に対する位置関係の例を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置における照射領域の設定方法について説明する模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の照射領域変更部の概略構成を示す模式的な斜視図、および照射領域変更部に対応する照射領域と変調領域との対応関係を説明する模式説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ レーザ発振器
３ ファイバ
４ 投影レンズ
５、５０ 可変マスク（照射領域変更部）
６ 空間変調素子（反射型空間変調素子）
６ａ 微小ミラー
７ 結像レンズ（結像光学系）
１０ 対物レンズ（結像光学系）
１１ 基板（被加工物）
１１ａ 被加工面
１５ 加工ヘッド
１７ 載置台
２１ 装置制御部
２２ 加工ヘッド駆動部（相対移動手段）
２３ 画像処理部
２４ 空間変調素子駆動制御部
２５ マスク制御部
２６ レーザ発振器制御部
３０ レーザ光源
３１ａ、３１ｂ レーザ光
３２ オン光
１００、１１０ レーザ加工装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。例えば、反射型空間変調素子を用いて、液晶基板、半導体基板やプリント基板等の欠陥のレーザ加工（リペア加工）を行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、液晶表示デバイス（ＬＣＤ）の製造工程などでは、フォトリソグラフィ処理工程で処理されるガラス基板に対して各種検査を行われる。この検査の結果、ガラス基板上に形成されたレジストパターンやエッチングパターンに欠陥部が検出されると、レーザ加工装置を用いて、欠陥部にレーザ光を照射して欠陥部を除去するレーザ加工、いわゆるリペア加工を施す場合が多い。
このようなレーザ加工装置として利用可能な装置として、特許文献１には、エキシマレーザなどのレーザ発振器から出射されたレーザビームをホモジナイザーなどのビーム均質光学系を用いて断面上の強度分布を均一化し、微小レンズミラーアレイにより被加工物に転写ドットパターンを構成して、レーザ加工を行うレーザ加工装置が記載されている。
また特許文献２には、ガラス基板上の欠陥部を撮像して取得された欠陥画像データから欠陥部の形状データを抽出し、この形状データに従ってＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）ユニットの各微小ミラーを高速に角度制御し、これら微小ミラーで反射したレーザ光の断面形状を欠陥部の形状に略一致させて欠陥部に照射するリペア方法およびその装置が記載されている。
【特許文献１】特願平８−１７４２４２号公報（図１）
【特許文献２】特開２００５−１０３５８１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来のレーザ加工装置には以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、レーザ光を欠陥形状に対応して空間変調することにより、２次元パターンの加工を行うために、それぞれ微小レンズミラーアレイ、ＤＭＤからなる反射型空間変調素子を用いている。このため、レーザ光のエネルギーによっては、これらの微小ミラーが劣化する場合がある。例えば、ＤＭＤを構成するアレイ状に配置された微小ミラーの表面はアルミニウムの薄膜で覆われており、これらの微小ミラーにレーザ光を照射して、長い間使用すると、微小ミラー表面のアルミニウム薄膜の反射率が徐々に低下し、最終的には薄膜が除去されるまで劣化し、レーザ光を反射できなくなる恐れがあるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、反射型空間変調素子を用いたレーザ加工装置において、反射型空間変調素子の反射面の劣化を遅延させ、装置寿命を向上できるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、被加工面上の加工可能領域内の加工形状情報を表す加工データに基づいて、被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、レーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光を空間変調するために、変調領域内に傾斜角可変に設けられた複数の微小ミラーを有する反射型空間変調素子と、該反射型空間変調素子によって一定方向に向けて反射されたレーザ光を前記加工可能領域内に結像する結像光学系と、前記レーザ光源と前記反射型空間変調素子との間の光路上に配置され、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の、前記変調領域上での照射領域の大きさおよび位置を可変する照射領域変更部と、前記照射領域の大きさおよび位置を設定する照射領域設定部とを備える。
この発明によれば、レーザ光源から出射されるレーザ光を反射型空間変調素子上に照射し、微小ミラーによって一定方向に向けて反射された光を結像光学系に入射させ、被加工面上の加工可能領域内に結像する。それにより加工データに基づいたレーザ加工が行われる。その際、レーザ光源と反射型空間変調素子との間には、変調領域上の照射領域の大きさおよび位置を可変できるようにした照射領域変更部が配置されているので、レーザ加工の必要に応じて、照射領域設定部によって照射領域の大きさおよび位置を変更して、照射領域を変調領域に対して狭めることで、反射型空間変調素子に照射されるレーザ光のエネルギーを低減することができる。
加工可能領域内に出現する欠陥部の大きさおよび位置は、加工条件や被加工物が変われば変わるので、経時的にはレーザ光の照射領域は均等化されてゆき、レーザ加工を行うごとに反射型空間変調素子のすべての微小ミラーにレーザ光が照射される場合に比べて、平均的には、各微小ミラーへのレーザ光によるダメージを低減することができる。
【０００６】
本発明では、前記加工データに対応して、前記レーザ光を前記一定方向に向けて反射する微小ミラーを選択する空間変調データを生成する空間変調データ生成部と、該空間変調データ生成部で生成された空間変調データに基づいて、前記反射型空間変調素子の各微小ミラーの傾斜角を切り換える空間変調素子駆動制御部とを備え、前記照射領域設定部が、前記空間変調データ生成部によって生成された前記空間変調データに基づいて、前記照射領域の大きさおよび位置を設定できるようになっていることが好ましい。
この場合、照射領域設定部が、空間変調データ生成部によって生成された空間変調データに基づいて、照射領域の大きさおよび位置を設定できるようになっているので、空間変調データ生成部により、加工データに基づいて生成される空間変調データに基づいて、照射領域を効率的に設定することができるので、加工効率を損なうことなく、反射型空間変調素子に照射されるレーザ光のエネルギーを低減することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のレーザ加工装置によれば、反射型空間変調素子を用いたレーザ加工装置において、照射領域変更部によって、反射型空間変調素子へのレーザ光の照射領域を狭めることができるので、反射型空間変調素子の反射面の劣化を遅延させ、装置寿命を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【０００９】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す光軸を含む断面における模式説明図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置に用いる照射領域変更部および反射型空間変調素子を反射型空間変調素子の基準軸側から見た模式説明図である。
【００１０】
本実施形態のレーザ加工装置１００は、被加工物にレーザ光を照射してレーザ加工であるリペア加工を行うのに好適なレーザ加工装置である。例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のガラス基板や半導体ウエハ基板など、フォトリソグラフィ処理工程で基板上に回路パターンなどが形成された被加工物において、例えば配線部分のショート、フォトレジストのはみ出し等の欠陥部が検出された場合に欠陥部を除去するといったリペア加工に好適に用いることができるものである。
レーザ加工装置１００の概略構成は、図１に示すように、レーザ光源３０、空間変調素子６（反射型空間変調素子）、可変マスク５（照射領域変更部）、結像レンズ７（結像光学系）、対物レンズ１０（結像光学系）、観察用光源１４、観察用結像レンズ１２、撮像素子１３、画像処理部２３、装置制御部２１、およびユーザーインターフェース２７等からなる。図１において、符号１１は、被加工物である基板、符号１１ａは、基板１１の被加工面を示す。
【００１１】
レーザ光源３０は、レーザ光３１ｂを空間変調素子６に向けて出射するリペア加工用の光源である。本実施形態では、レーザ発振器１、結合レンズ２、ファイバ３、および投影レンズ４からなる構成を採用している。
レーザ発振器１は、基板１１上の欠陥を除去するため、適宜の波長、出力を備えるレーザ光３１ａを出力するもので、例えば、パルス発振可能なＹＡＧレーザなどを好適に採用することができる。発振波長は、リペア対象に応じて複数の発振波長を切り換えられるようにしてもよい。
レーザ発振器１は、装置制御部２１の制御信号に応じてレーザ発振器１の発光を制御するレーザ発振器制御部２６に電気的に接続されている。
【００１２】
レーザ発振器制御部２６は、予め装置制御部２１に記憶されるか、ユーザーインターフェース２７により入力されるレーザ照射条件に応じて、例えば、発光波長、パルス発振などの発振モード、点灯消灯制御などを行うことができる。特に図示しないが、レーザ光３１ａの光強度を調整するため、レーザ発振器１の出射口側に、減光フィルタなどを切換可能に設け、レーザ発振器制御部２６によりその切換を制御できるようにしてもよい。
本実施形態では、１回の加工で一定の光強度で一定パルスのレーザ光３１ａを発光する例で説明する。この１回の発光をレーザショットと称する。
【００１３】
レーザ発振器１から出力されるレーザ光３１ａは、光量分布が一般にガウシアン分布になっているので、本実施形態では、レーザ光３１ａの光路上に配置された結合レンズ２によって集光してファイバ３の一方の端部３ａに光結合する。そして、ファイバ３を通過させて、ファイバ３の他方の端部３ｂから出射させることで、光量分布が均一化したレーザ光３１ｂを出射することができる。
【００１４】
投影レンズ４は、ファイバ端面３ａと、空間変調素子６の基準平面とを共役な関係とする配置とされ、ファイバ端面３ａの像を空間変調素子６の変調領域全体を照射できるように投影倍率が設定されたレンズまたはレンズ群である。
【００１５】
空間変調素子６は、レーザ光源３０の投影レンズ４から投射されたレーザ光３１ｂを空間変調する反射型空間変調素子である。本実施形態では、微小ミラーアレイであるＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）を採用している。すなわち、図２（ａ）に示すように、長辺Ｗ×短辺Ｈの矩形状の変調領域内に、複数の微小ミラー６ａが、それらの反射面が基準平面内に整列して、２次元的に配列され、空間変調素子６に電気的に接続された空間変調素子駆動制御部２４からの制御信号によって、各微小ミラー６ａの異なる２方向に選択的に傾斜させることができるようになっている。
各微小ミラー６ａは、空間変調素子駆動制御部２４からの制御信号に応じて発生する静電電界によって、オン状態では、例えば、基準平面から＋１２°回転され、オフ状態では、基準平面から−１２°回転される。以下では、オン状態の微小ミラー６ａによって反射された光をオン光、オフ状態の微小ミラー６ａによって反射された光をオフ光と称する。
各微小ミラー６ａの位置は、例えば、長辺方向の列番号ｍ、短辺方向の行番号ｎ（ｍ、ｎは、０以上の整数）として、（ｍ，ｎ）で表すことができる。
【００１６】
可変マスク５は、レーザ光源３０と空間変調素子６との間の光路上に配置され、レーザ光源３０から出射されたレーザ光３１ｂの、空間変調素子６の変調領域上での照射領域の大きさおよび位置を可変する照射領域変更部をなすものである。本実施形態では、空間変調素子６上に近接して設けられた可動マスク５ａ、５ｂからなる。
【００１７】
可動マスク５ａ、５ｂは、図２（ａ）に示すように、空間変調素子６の変調領域の短辺方向、長辺方向に沿って延びるＬ字状の端部Ｌａ、Ｌｂがそれぞれ対向して設けられ、それらの間に矩形状の開口部が形成されている。そして、可動マスク５ａ、５ｂは摺動可能に重ね合わされ、マスク制御部２５（図１参照）によって、空間変調素子６の変調領域上を２次元的にそれぞれ独立に移動できるようになっている。
例えば、図２（ａ）は、可動マスク５ａ、５ｂの端部Ｌａ、Ｌｂがそれぞれ変調領域の外周と略整列するように移動された状態を示す。この場合、対向された端部Ｌａ、Ｌｂの間には、Ｗ×Ｈの大きさの変調領域全体が含まれる開口によって照射領域Ｐ１が形成される。
また、図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）の状態から、可動マスク５ａ、５ｂをそれぞれ対向方向に移動して、照射領域Ｐ１より開口面積が小さい矩形状の照射領域Ｐ２、Ｐ３を形成し、それぞれを変調領域上の異なる位置に形成した状態を示す。
図２（ｂ）の照射領域Ｐ２は、空間変調素子６の変調領域上に設けられた原点Ｏを含む変調領域の角部に形成した例であり、図２（ｃ）の照射領域Ｐ３は、照射領域Ｐ２を原点Ｏと対向する変調領域の角部の近傍に移動した例である。
【００１８】
マスク制御部２５は、適宜の２軸移動機構を用いることができる。可動マスク５ａ、５ｂの移動制御は、例えば、空間変調素子６の原点Ｏに対する位置座標を用いて行われる。例えば、装置制御部２１から送出される照射領域の大きさおよび位置の情報から、それらに対応する端部Ｌａ、Ｌｂの対向する角部の点Ｑａ、Ｑｂの位置座標を算出することで可動マスク５ａ、５ｂの移動量、移動方向が設定される。
【００１９】
結像レンズ７、対物レンズ１０は、空間変調素子６で空間変調され、一定方向に向けて反射されたオン光３２による像を、基板１１の被加工面１１ａ上に結像する結像光学系を構成する光学素子群であり、結像レンズ７が空間変調素子６側、対物レンズ１０が基板１１側に配置されている。そして、これらにより、空間変調素子６の各微小ミラー６ａが配列された基準平面と、被加工面１１ａとが共役の関係とされる。本実施形態では、基板１１は、載置台１７上に水平に載置され、位置が固定されている。
この結像光学系の投影倍率は、被加工面１１ａ上での必要な加工精度に応じて適宜設定される。例えば、変調領域全体のＷ×Ｈの大きさの画像が、被加工面１１ａ上で、倍率βで、Ｗ’×Ｈ’の大きさに投影されるように設定する。すなわち、被加工面１１ａ上のＷ’×Ｈ’の範囲の領域が加工可能領域となる。
ここで、結像レンズ７のＮＡは、加工に必要な分解能を満たし、かつオフ光（不図示）として反射された光が、入射しない大きさとされる。
【００２０】
結像レンズ７と対物レンズ１０との間の光路上には、対物レンズ１０側から順に、半透鏡９、８が挿入されている。
半透鏡９は、オン光３２を透過させ、観察用光源１４によって出射される観察用光３３の一部を反射する反射透過率特性を有するハーフミラーからなり、反射された観察用光３３が結像光学系の光軸に沿って対物レンズ１０に入射できる位置関係に配置される。
観察用光源１４は、加工形状を決定したり、加工結果を確認するために被加工面１１ａ上の加工可能領域内を照明したりするための観察用光３３を発生する光源である。例えば、可視光を発生するキセノンランプやＬＥＤなど適宜の光源を採用することができる。
【００２１】
半透鏡８は、オン光３２を透過させ、基板１１側から半透鏡９を透過して光路上を進む光のうち、被加工面１１ａで反射された観察用光３３の一部を反射する反射透過率特性を有するハーフミラーからなる。
半透鏡９、８の反射透過率特性は、波長特性が付与されていてもよく、この場合、オン光３２の波長に対して高透過率、好ましくは略１００％の透過率にするとよい。このようにすれば、結像光学系での光量損失が低減されるので、レーザ光３１ｂの光量をより低減することができる。すなわち、空間変調素子６に対する照射光量がより低減される。
また、レーザ光の照射時にはね上げや移動による光路から退避可能な構成としてもよい。
【００２２】
観察用結像レンズ１２は、半透鏡８で反射される観察用光３３の光路上に配置され、撮像素子１３の撮像面上に結像するレンズまたはレンズ群である。
撮像素子１３は、撮像面上に結像された画像を光電変換するもので、例えば、ＣＣＤなどからなる。
撮像素子１３で光電変換された画像信号は、撮像素子１３に電気的に接続された画像処理部２３に送出される。
【００２３】
画像処理部２３は、撮像素子１３から送出された画像信号から、例えばノイズ処理、輝度補正などの適宜の画像処理を施し、被加工面１１ａの画像データを取得する。この画像データは、例えば、ユーザーインターフェース２７の一部を構成するモニタに拡大表示されるようになっている。
また、画像処理部２３は、画像データから欠陥を抽出し、欠陥を除去するための加工形状情報を加工データとして生成し、装置制御部２１に送出する。
この欠陥抽出処理は、周知のいかなる欠陥抽出アルゴリズムを用いてもよい。例えば、取得された画像データと、あらかじめ記憶された正常な被加工面１１ａのパターン画像データとの輝度の差分をとり、その差分データをあるしきい値で２値化したデータから欠陥を抽出することができる。
【００２４】
本実施形態では、図１に示すように、レーザ光源３０のうちファイバ３の投影レンズ４側の端部、空間変調素子６、可変マスク５、結像レンズ７、半透鏡８、９、対物レンズ１０、観察用光源１４、観察用結像レンズ１２、および撮像素子１３は、それぞれの相対位置を保って筐体などの保持部材（不図示）に一体に保持され、加工ヘッド１５を構成している。
加工ヘッド１５は、例えばＸＹ移動ステージなどからなる加工ヘッド駆動部２２によって、少なくとも被加工面１１ａに平行な平面内に沿って位置移動可能に保持されている。
加工ヘッド駆動部２２は、装置制御部２１に電気的に接続され、装置制御部２１からの制御信号に応じて、加工ヘッド１５を位置移動させることができる。これにより、オン光３２を投影する結像光学系の光軸に対して、被加工面１１ａが相対移動され、加工可能領域が移動される。また、光軸を共有する観察用光３３の照明範囲も加工可能領域とともに移動される。
【００２５】
装置制御部２１は、加工ヘッド駆動部２２、画像処理部２３、空間変調素子駆動制御部２４、マスク制御部２５、レーザ発振器制御部２６、およびユーザーインターフェース２７と電気的に接続され、それぞれとの間で、通信を行って、データや制御信号を送受信し、必要な演算処理を行って、レーザ加工装置１００の全体制御を行うものである。
装置制御部２１の装置構成は、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力部、外部記憶装置などで構成されたコンピュータを用い、それぞれの制御機能、演算機能に対応して作成されたプログラムを実行することにより実現している。
なお、画像処理部２３の装置構成は、専用のハードウェアを用いてもよいが、本実施形態では、装置制御部２１を構成するコンピュータによって画像処理プログラムを実行することにより実現される。
【００２６】
装置制御部２１の機能としては、加工データに対応して、レーザ光を一定方向に向けて反射する微小ミラーを選択する空間変調データを生成する空間変調データ生成部と、この空間変調データに基づいて、照射領域の大きさおよび位置を設定する照射領域設定部の機能が含まれる。
【００２７】
ユーザーインターフェース２７は、装置制御部２１の入出力手段を提供する。本実施形態では、特に図示しないが、操作者がレーザ加工装置１００の動作制御を行うための指示情報を操作入力するための操作部、例えば、操作ボタン、キーボード、マウスや、装置制御部２１によって処理された画像情報や各種の数値、文字情報を表示し、操作者が確認できるようにするモニタなどを備えている。
【００２８】
次に、レーザ加工装置１００の動作について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の動作について説明するフローチャートである。図４（ａ）、（ｂ）は、加工可能領域に発生した欠陥の、反射型空間変調素子の変調領域に対する位置関係の例を示す模式図である。図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置における照射領域の設定方法について説明する模式図である。
【００２９】
レーザ加工装置１００は、ユーザーインターフェース２７を通して、電源が投入されると初期化される。そして、載置台１７上に被加工物として基板１１を載置し、以下のようにレーザ加工を行う。
まず、ステップＳ１では、被加工面１１ａの加工可能領域の画像を取得する。すなわち、観察用光源１４を点灯し、観察用光３３を発生させる。観察用光３３は、半透鏡９で一部が反射され、この反射光が対物レンズ１０で集光されて被加工面１１ａ上の加工可能領域を照明する。
被加工面１１ａで反射された反射光３４は、対物レンズ１０で集光され、一部が、半透鏡９を透過する。そして、半透鏡８により、さらに一部が反射されて、観察用結像レンズ１２に導かれる。観察用結像レンズ１２に入射した反射光３４は、撮像素子１３の撮像面に結像される。
撮像素子１３は、結像された被加工面１１ａの画像を光電変換し、画像信号として画像処理部２３に送出する。このようにして、被加工面１１ａの加工可能領域の画像が取得される。
この画像は、必要に応じて、ノイズ除去、輝度補正などの処理を行って、ユーザーインターフェース２７のモニタに表示する。また、２次元の画像データとして装置制御部２１に記憶する。
【００３０】
次に、ステップＳ２では、画像処理部２３により、ステップＳ１で取得された画像データから欠陥抽出を行う。そして、ここで抽出された欠陥の画像データからは、欠陥の位置、加工形状情報を表す加工データを生成し、装置制御部２１に送出する。
この加工データ、およびステップＳ１で取得された画像データは、結像光学系の投影倍率がβであるため、加工可能領域上の位置座標を１／β倍することで、空間変調素子６の変調領域の位置に対応させることができる。
装置制御部２１では、この加工データの取得後、加工データの位置に対応する微小ミラー６ａをすべてオン状態とし、他の微小ミラー６ａをオフ状態とする空間変調データを生成する。この空間変調データは、本実施形態では、例えば、各微小ミラー６ａの位置（ｍ，ｎ）に対応して、オン状態が１、オフ状態が０の数値が対応する表データとして生成される。
【００３１】
次に、ステップＳ３では、装置制御部２１は、装置制御部２１の外部記憶装置などに記憶された過去の累積レーザ照射量データをメモリに呼び出す。この累積レーザ照射量データは、過去のレーザ加工において次のステップＳ４で設定された照射領域の微小ミラー６ａに対応するレーザ照射量データが、微小ミラー６ａごとに加算されたものである。
累積レーザ照射量データは、初期値が０とされ、例えば、空間変調素子６の交換時などに強制的にリセットされるまでは、更新されたデータが外部記憶装置に記憶されつづける。
加算されるレーザ照射量データは、本実施形態では、レーザショットをカウントするもので、例えば照射領域に１回設定されると、１が加算される。
【００３２】
なお、レーザ加工装置１００が使用される環境や加工対象により、例えば、レーザショットごとのパルス幅、光強度が変更される場合、累積レーザ照射量データが、実際のレーザ照射光量に一致するように、必要に応じて、レーザ照射量データの重み付けを施してもよい。
また、微小ミラー６ａの劣化速度が、例えば、繰り返し熱応力などに影響される場合など、レーザ照射光量の累積値よりも照射回数に依存するような場合には、レーザショットごとのレーザ照射光量が変化しても、累積照射回数のみを記憶すればよい。
このように累積レーザ照射量データは、レーザショット数をベースとした種々の数値に代表されるレーザ照射光量の相当量を必要に応じて設定することができる。そのため、厳密なレーザ照射光量に限定されるものではない。
【００３３】
次に、ステップＳ４では、空間変調データおよび累積レーザ照射量データに基づいて、照射領域を設定する。
本実施形態では、照射領域変更部である可変マスク５によってレーザ光３１ｂを遮光して照射領域を形成する。図１に示すように、レーザ発振器１で発振され、結合レンズ２、ファイバ３を経て、光量分布が均一化されたレーザ光３１ｂは、空間変調素子６の変調領域をすべて含む範囲に照射される。
可変マスク５は、レーザ光源３０と空間変調素子６との間に配置されているため、レーザ光３１ｂは、可動マスク５ａ、５ｂの位置関係で決まる可変マスク５の開口の範囲に入射する光のみが空間変調素子６に到達する。
例えば、図２（ａ）のように可動マスク５ａ、５ｂが全開状態であれば、照射領域Ｐ１は、変調領域の全体に一致する。また、図２（ｂ）、（ｃ）の状態では、照射領域Ｐ２、Ｐ３のように、変調領域の一部にレーザ光３１ｂが照射される。
【００３４】
微小ミラー６ａの経時劣化を遅延させるために、照射領域は、空間変調データが１となる範囲を含むできるだけ小さな矩形開口とすることが好ましい。本実施形態の可変マスク５は、矩形開口の大きさ、位置を連続的に変化させることができるので、必要に応じて最適の矩形開口によって照射領域を形成することができる。
【００３５】
例えば、図４（ａ）に示すように、空間変調データが１とされる欠陥位置４０、４１が、変調領域の対向する対角位置に離間して存在するような場合、最低でも図示の照射領域Ｐ４以上の範囲に選定する必要がある。このような最低限の照射領域の範囲は、装置制御部２１によって、空間変調データを演算することで算出される。
なお、このような最低限の照射領域の範囲を算出した上で、例えば照射誤差も考慮して、それよりも広い領域、あるいは、照射領域Ｐ１のように変調領域全体を設定してもよい。なお、スループットの短縮を考慮せず、寿命を優先させる場合には領域を２つに分けて設定してもよい。
一方、図４（ｂ）に示すように、欠陥位置４２が、原点Ｏの近傍に１つしかない場合、この欠陥位置４２の囲む照射領域Ｐ５、あるいは、それより大きな照射領域Ｐ２に設定すればよい。
【００３６】
欠陥の出現位置、大きさ、個数などは、一般には加工ごとに異なるので、このように照射領域をできるだけ狭く設定するだけでも、加工ごとに変調領域全面を照射領域にする場合に比べて、個々の微小ミラー６ａへの平均的なレーザ照射量が低減される。そのため空間変調素子６を長寿命化することができる。
【００３７】
本実施形態では、より効率的に長寿命化を図るため、ステップＳ３で呼び出した累積レーザ照射量データを参照して、累積レーザ照射量データがより均等化されるような位置があれば、そのような位置に移動した照射領域を設定する。
【００３８】
簡単のため、以下では、図４（ｂ）の例の場合のように、上記のようにして一旦設定された照射領域が領域Ｐ２であり、全体の１／６の大きさだった場合を考える。そして、累積レーザ照射量データを参照した結果、領域Ｐ２内の累積レーザ照射量が、他の領域に比べて大きかったとする。
この場合、照射領域を領域Ｐ２に設定すると、他の領域に比べて、領域Ｐ２の微小ミラー６ａの劣化が激しくなってしまう。
そこで、本実施形態では、例えば、図５（ａ）に示すように、変調領域上の６つの領域Ｍ１〜Ｍ６のそれぞれの累積レーザ照射量データの適宜の代表値、例えば、平均値、最大値など、を比較して、代表値が最も小さい領域を照射領域として設定し直す。例えば、領域Ｍ６に設定する。この場合、照射領域が領域Ｍ１から領域Ｍ６に移動されたことになる。
各領域の累積レーザ照射量データの代表値が同一の場合は、どの領域に設定してもよい。例えば、領域Ｐ２（Ｍ１）のままでもよい。その場合は、次の動作を行わずに、ステップＳ５、６に移行する。
このようにすれば、レーザ加工を繰り返すうちに、各微小ミラー６ａに対する累積レーザ照射量データは、均等化されていく。
【００３９】
この場合、照射領域Ｍ６に対応する被加工面１１ａ上には、欠陥は存在しないので、図５（ｂ）に示すように、空間変調素子６の位置を被加工面１１ａ上の加工可能領域に対して図示斜め方向に平行移動して、空間変調素子６の領域Ｍ６が、欠陥の相当位置４２０に対応するようにする。この移動は、領域Ｍ６の原点Ｏ側の角部の点Ｏ’を用いて、点Ｏ’から点Ｏに向かうベクトルＯ’Ｏで表される。
これに合わせて、領域Ｍ１内の空間変調データを、空間変調素子６の移動と逆方向に、すなわちベクトルＯＯ’だけ移動して、領域Ｍ６に配置する変換を行う。図５（ｂ）において、符号６０の領域は、被加工面１１ａの加工可能領域の位置に対応する。
【００４０】
次に、ステップＳ５、６では、ステップＳ４で最終的に設定された照射領域に応じて、装置の設定条件の制御を行う。これらの２つのステップの実行順序は任意である。
ステップＳ５では、可動マスク５ａ、５ｂを移動する空間変調素子６に対して移動し、図５（ｂ）の照射領域Ｍ６に開口部が形成されるようにする制御信号をマスク制御部２５に送出する。これにより、図２（ｃ）のような位置関係に可変マスク５が移動される。
【００４１】
ステップＳ６では、加工ヘッド１５を加工ヘッド駆動部２２によって移動させることにより、被加工面１１ａ上の加工可能領域に対する空間変調素子６の相対位置を移動する。この移動は、結像光学系の倍率βを考慮して、ステップＳ４で求めたベクトルＯ’Ｏに相当する移動を行う制御信号を装置制御部２１から加工ヘッド駆動部２２に送出することで実行される。
すなわち、本実施形態では、加工ヘッド駆動部２２が、空間変調データ生成部および照射領域設定部による、空間変調データおよび照射領域の平行移動に対応して、被加工物を逆方向に相対移動させる相対移動手段となっている。
ステップＳ５、６が終了すると、ステップＳ７を実行する。
【００４２】
ステップＳ７では、装置制御部２１から、所定のレーザ照射条件に対応する制御信号をレーザ発振器制御部２６に送出し、レーザ発振器１からレーザ光３１ａを出射するレーザショットを行う。
レーザ光３１ａは、結合レンズ２によってファイバ３の端面３ａに光結合され、ファイバ３内によって伝送され、光量分布が均一化された状態で、端面３ｂからレーザ光３１ｂとして出射される。
レーザ光３１ｂは、投影レンズ４によって、空間変調素子６に向けて投影され、可変マスク５で遮光され、照射領域を透過するレーザ光３１ｂのみが、微小ミラー６ａに到達する。
そして、傾斜角がオフ状態とされたオフ光（不図示）は、結像レンズ７のＮＡの範囲外に反射され、傾斜角がオン状態とされた微小ミラー６ａで反射されたオン光３２のみが、結像レンズ７に入射する。このオン光３２は、半透鏡８、９を透過して、対物レンズ１０によって被加工面１１ａ上に結像される。
これにより、加工データに対応する空間変調データに基づくオン光３２よる変調領域の画像が、被加工面１１ａ上に投影され、オン光３２が、被加工面１１ａの欠陥に照射され、欠陥が除去される。
以上により、１回のレーザ加工を終了する。
また、このレーザ加工での照射領域に対応して、外部記憶装置の累積レーザ照射量データを更新する。
そして、必要に応じて、上記を繰り返して、未除去部があれば再度レーザ加工したり、あるいは、加工可能領域を移動して他の部分のレーザ加工をしたりする。
【００４３】
このようにレーザ加工装置１００によれば、１回のレーザ加工時に、可変マスク５によって、微小ミラー６ａへのレーザ光の照射領域を必要な範囲に狭めることができ、さらに、過去の照射履歴に応じて、累積レーザ照射量が少ない部分の微小ミラー６ａにレーザ光を照射することができるので、空間変調素子６の微小ミラー６ａの劣化を遅延させ、装置寿命を向上することができる。
なお、反射型空間変調素子を基準平面に平行に２次元に移動可能に構成し、可動マスクの代わりにその照射サイズのみを変更可能な固定マスクとしてもよい。常に空間変調素子６のＭ１〜Ｍ６の領域が光軸に位置するように制御すれば、ステップＳ６の加工ヘッド相対位置設定を省略できる。そのため、重量の大きな加工ヘッドを動かす必要がなくなり、スループットを向上することができる。
【００４４】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の照射領域変更部の概略構成を示す模式的な斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の照射領域変更部に対応する照射領域と変調領域との対応関係を説明する模式説明図である。
【００４５】
本実施形態のレーザ加工装置１１０は、上記第１の実施形態のレーザ加工装置１００の可変マスク５に代えて、可変マスク５０を備えるものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４６】
可変マスク５０は、図６（ａ）に示すように、レーザ光源３０の投影レンズ４と空間変調素子６との間に空間変調素子６の変調領域全体を覆う範囲において、変調領域に平行な面内で、例えばステッピングモータなどにより適宜の回転角で回転移動可能に保持された孔付き円板５０ａからなる。
孔付き円板５０ａ内の周方向には、設定する照射領域の大きさ、位置に応じた複数の孔が設けられている。本実施形態では、７つの孔ｍ１〜ｍ７が設けられ、適宜の回転角で、孔付き円板５０ａが停止したとき、図６（ｂ）に示すように、空間変調素子６上の領域Ｍ１〜Ｍ７に対応する開口が形成されるようになっている。
ここで、孔ｍ１〜ｍ６は、空間変調素子６の変調領域上を６等分する位置、大きさとなっており、孔ｍ７は、変調領域全体にわたる開口となっている。
また、孔ｍ１〜ｍ６が変調領域を６等分する位置、大きさとなっているのは、一例であり、加工すべき欠陥の大きさや出現率などに応じて、適宜の大きさを有する構成とすることができる。
【００４７】
このようなレーザ加工装置１１０によれば、図３のステップＳ４において、欠陥位置から求められた加工データに対応する空間変調データが領域Ｍ１〜Ｍ６の中に収まる場合、その中の１つの領域を照射領域としてまず設定し、上記第１の実施形態と同様な動作を行う。
一方、空間変調データが、領域Ｍ１〜Ｍ６の中に収まらない場合、領域Ｍ７を照射領域に設定する。この場合、累積レーザ照射量データの比較および照射領域の移動は行わずに、次のステップＳ５、６に移行し、同様にレーザ加工を行うことができる。
【００４８】
このようなレーザ加工装置１１０によれば、１回のレーザ加工時に、可変マスク５０によって、欠陥の大きさ、位置に応じて微小ミラー６ａへのレーザ光の照射領域を狭めることができ、さらに、過去の照射履歴に応じて、累積レーザ照射量が少ない部分の微小ミラー６ａにレーザ光を照射することができるので、空間変調素子６の微小ミラー６ａの劣化を遅延させ、装置寿命を向上することができる。
例えば、上記の説明のように、照明領域が、変調領域を６等分するものであり、仮に欠陥が複数の領域にわたる確率が０であると仮定すれば、６つの領域を均等に使い分けることで、常に変調領域全体に照射する場合に比べて６倍の寿命が得られることになる。
【００４９】
なお、上記の説明では、照射領域変更部により、矩形の照射領域が設定される場合の例で説明したが、照射領域の形状は矩形に限定されるものではなく、適宜の形状を採用することができる。
【００５０】
また、上記の第２の実施形態の説明では、照射領域変更部の複数の開口が、変調領域全体に開口するものと、変調領域を６等分するものとからなる例で説明したが、この２つの間の大きさで変調領域を分割する開口、例えば、２等分するもの、３等分するものなどをさらに備えるようにしてもよい。この場合、欠陥の位置が６等分した開口間にまたがる場合が生じても、２等分（３等分）した開口の１つに収まる確率が高くなるので、レーザ光照射量をより低減し、長寿命化することができる。
【００５１】
また、上記の第２の実施形態の説明では、可変マスク５０を回転移動させて、照射領域を変更する場合の例で説明したが、２次元的に移動させる構成としてもよい。
【００５２】
また、上記の説明では、相対移動手段が、加工ヘッドが移動させる場合の例で説明したが、載置台１７をＸＹ移動ステージなどで移動可能に保持して、被加工物を移動させるようにしてもよい。
【００５３】
また、上記の説明では、相対移動手段を備えることで、空間変調素子上の照射領域を移動しても、被加工物上の一定領域にレーザ光を照射できるようにしているが、照射領域を移動しない場合には、相対移動手段を備えなくてもよい。
照射領域を移動しない場合でも、加工可能領域内の欠陥の出現位置が、変化する場合には、それに応じて変調領域上で異なる照射領域が設定されるから、変調領域に対して狭い照射領域を設定する構成だけでも、個々の微小ミラーへの平均的なレーザ照射量が低減され、空間変調素子を長寿命化することができる。
【００５４】
また、上記の説明では、照射領域設定部が空間変調データに基づいて照射領域の大きさおよび位置を設定するようにした例で説明したが、照射領域設定部は、例えば、ユーザーインターフェース２７からの操作入力により空間変調データと無関係に、照射領域の大きさや位置を手動設定できるようにしてもよい。例えば、操作者がユーザーインターフェース２７のモニタを観察しながら、モニタ上で欠陥部分を確認し、モニタ上から画像入力するなどして欠陥部分を含む範囲の照射領域を設定できるようにしてもよい。
【００５５】
また、上記の説明では、加工データを取得するために、被加工面を撮像する撮像手段を備える場合の例で説明したが、例えば、他の検査装置などによって欠陥の情報が取得され、加工データが渡される場合には、加工データを取得するための撮像手段を備えていなくてもよい。
【００５６】
また、上記の説明では、レーザ光源から出射されるレーザ光の光量を均一化するために、ファイバ３を透過させる構成の例で説明したが、レーザ光の均一化手段は、他の光学素子、例えば、フライアイレンズ、回折素子、非球面レンズや、カレイド型ロッドを用いたものなどの種々の構成のホモジナイザーなどを用いた構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す光軸を含む断面における模式説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置に用いる照射領域変更部および反射型空間変調素子を反射型空間変調素子の基準軸側から見た模式説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の動作について説明するフローチャートである。
【図４】加工可能領域に発生した欠陥の、反射型空間変調素子の変調領域に対する位置関係の例を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置における照射領域の設定方法について説明する模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の照射領域変更部の概略構成を示す模式的な斜視図、および照射領域変更部に対応する照射領域と変調領域との対応関係を説明する模式説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ レーザ発振器
３ ファイバ
４ 投影レンズ
５、５０ 可変マスク（照射領域変更部）
６ 空間変調素子（反射型空間変調素子）
６ａ 微小ミラー
７ 結像レンズ（結像光学系）
１０ 対物レンズ（結像光学系）
１１ 基板（被加工物）
１１ａ 被加工面
１５ 加工ヘッド
１７ 載置台
２１ 装置制御部
２２ 加工ヘッド駆動部（相対移動手段）
２３ 画像処理部
２４ 空間変調素子駆動制御部
２５ マスク制御部
２６ レーザ発振器制御部
３０ レーザ光源
３１ａ、３１ｂ レーザ光
３２ オン光
１００、１１０ レーザ加工装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工面上の加工可能領域内の加工形状情報を表す加工データに基づいて、被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、
レーザ光源と、
該レーザ光源から出射されたレーザ光を空間変調するために、変調領域内に傾斜角可変に設けられた複数の微小ミラーを有する反射型空間変調素子と、
該反射型空間変調素子によって一定方向に向けて反射されたレーザ光を前記加工可能領域内に結像する結像光学系と、
前記レーザ光源と前記反射型空間変調素子との間の光路上に配置され、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の、前記変調領域上での照射領域の大きさおよび位置を可変する照射領域変更部と、
前記照射領域の大きさおよび位置を設定する照射領域設定部とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記加工データに対応して、前記レーザ光を前記一定方向に向けて反射する微小ミラーを選択する空間変調データを生成する空間変調データ生成部と、
該空間変調データ生成部で生成された空間変調データに基づいて、前記反射型空間変調素子の各微小ミラーの傾斜角を切り換える空間変調素子駆動制御部とを備え、
前記照射領域設定部が、前記空間変調データ生成部によって生成された前記空間変調データに基づいて、前記照射領域の大きさおよび位置を設定できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記被加工物を前記結像光学系の光軸に交差する方向に相対移動する相対移動手段を備え、
前記空間変調データ生成部および前記照射領域設定部は、それぞれが生成、設定する前記空間変調データおよび前記照射領域を、いずれも前記加工データに対応する前記変調領域上の位置から平行移動した位置に生成、設定できるように構成され、
前記相対移動手段が、前記空間変調データ生成部および前記照射領域設定部による、前記空間変調データおよび前記照射領域の平行移動に対応して、前記被加工物を逆方向に相対移動させることで、前記加工データに対応する位置の被加工物を前記平行移動された照射領域からのレーザ光によってレーザ加工できるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記空間変調データ生成部および前記照射領域設定部が、
前記平行移動を、前記空間変調素子の各微小ミラーに対するレーザ照射光量の相当量の累積データに基づき、前記微小ミラーに対する前記累積データが均等化されてゆくように、設定することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
被加工面上の加工可能領域内の加工形状情報を表す加工データに基づいて、被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって、
レーザ光源と、
該レーザ光源から出射されたレーザ光を空間変調するために、変調領域内に傾斜角可変に設けられた複数の微小ミラーを有する反射型空間変調素子と、
該反射型空間変調素子によって一定方向に向けて反射されたレーザ光を前記加工可能領域内に結像する結像光学系と、
前記レーザ光源と前記反射型空間変調素子との間の光路上に配置され、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の、前記変調領域上での照射領域の大きさおよび位置を可変する照射領域変更部と、
前記照射領域の大きさおよび位置を設定する照射領域設定部とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記加工データに対応して、前記レーザ光を前記一定方向に向けて反射する微小ミラーを選択する空間変調データを生成する空間変調データ生成部と、
該空間変調データ生成部で生成された空間変調データに基づいて、前記反射型空間変調素子の各微小ミラーの傾斜角を切り換える空間変調素子駆動制御部とを備え、
前記照射領域設定部が、前記空間変調データ生成部によって生成された前記空間変調データに基づいて、前記照射領域の大きさおよび位置を設定できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記被加工物を前記結像光学系の光軸に交差する方向に相対移動する相対移動手段を備え、
前記空間変調データ生成部および前記照射領域設定部は、それぞれが生成、設定する前記空間変調データおよび前記照射領域を、いずれも前記加工データに対応する前記変調領域上の位置から平行移動した位置に生成、設定できるように構成され、
前記相対移動手段が、前記空間変調データ生成部および前記照射領域設定部による、前記空間変調データおよび前記照射領域の平行移動に対応して、前記被加工物を逆方向に相対移動させることで、前記加工データに対応する位置の被加工物を前記平行移動された照射領域からのレーザ光によってレーザ加工できるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記空間変調データ生成部および前記照射領域設定部が、
前記平行移動を、前記空間変調素子の各微小ミラーに対するレーザ照射光量の相当量の累積データに基づき、前記微小ミラーに対する前記累積データが均等化されてゆくように、設定することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−１４２７４７（Ｐ２００８−１４２７４７Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３３４９７（Ｐ２００６−３３３４９７）
【出願日】平成１８年１２月１１日（２００６．１２．１１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１１日（２００６．１２．１１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]