パターン投影装置およびレーザ加工装置
【課題】空間光変調素子の劣化を防止することができるパターン投影装置およびレーザ加工装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかるレーザ加工装置１００は、レーザ光源４１から出射されたレーザ光を複数のミラーによって空間変調する空間光変調素子４５と、基板１を照明する照明系３６を含む照明光学系と、空間光変調素子４５に空間変調された変調光を対象物に投影する結像レンズ３８と、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光の進行方向を結像レンズ３８の光軸と一致する方向に偏向させる偏向素子４６と、を備え、空間光変調素子４５は、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の進行方向が該空間光変調素子４５の基準面の法線とおおよそ平行である。
【解決手段】本発明にかかるレーザ加工装置１００は、レーザ光源４１から出射されたレーザ光を複数のミラーによって空間変調する空間光変調素子４５と、基板１を照明する照明系３６を含む照明光学系と、空間光変調素子４５に空間変調された変調光を対象物に投影する結像レンズ３８と、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光の進行方向を結像レンズ３８の光軸と一致する方向に偏向させる偏向素子４６と、を備え、空間光変調素子４５は、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の進行方向が該空間光変調素子４５の基準面の法線とおおよそ平行である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を使用して対象物にパターンを投影するパターン投影装置およびレーザ光を使用して対象物の加工を行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイやＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイや表面電動型電子放出素子ディスプレイなどのＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）基板、半導体ウェハ、プリント基板など、各種基板の製造では、その歩留りを向上するために、各パターニングプロセス後、欠陥検査装置によって、電極および配線の短絡、接続不良、断線、パターン不良および基板表面に付着したパーティクルやレジストといった異物等である欠陥が存在するか否かが検査される。そして、欠陥検査装置によって欠陥が存在することが確認された場合、レーザ加工装置によるレーザ光を用いた加工処理によって欠陥が修正される。
【０００３】
このレーザ加工装置として、加工面と共役な位置に微小ミラーアレイであるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）などの空間光変調素子を配置し、このＤＭＤで形成したパターンを加工面にレーザ照射することで、加工面に任意のパターン形状を高速に加工する構成が提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２８２３８号公報
【特許文献２】特開平１１−３２０９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、従来のレーザ加工装置について説明する。図１２は、従来のレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図１３は、従来の空間光変調素子の一部の側面図である。図１４は、従来の空間光変調素子に入射するレーザ光を説明する側面図である。
【０００６】
図１２に示すように、従来のレーザ加工装置は、レーザ光源１４１と、例えばＤＭＤである空間光変調素子１４５と、結像レンズ１３８と、対物レンズ１３１とを備え、加工対象の基板１上の図示しない欠陥をレーザ光により加工する。
【０００７】
レーザ光源１４１は、レーザ光を発振する。発振されたレーザ光は、図示しない光学系により分布が平坦化された後、空間光変調素子１４５に入射する。この入射角は、図１４に示す複数の微小ミラー１４５ｂの基準面Ｓ１０の垂線に対して２４．０°である。
【０００８】
空間光変調素子１４５は、基準面Ｓ１０と基板１の加工面とが平行となるように配置される。空間光変調素子１４５は、レーザ光源１４１により発振されて基準面Ｓ１０に入射するレーザ光を空間変調し、水平な基準面Ｓ１０に垂直な鉛直下方に出射する。
【０００９】
結像レンズ１３８および対物レンズ１３１は、空間光変調素子１４５から鉛直下方に出射された変調光を、基板１の表面上に結像させる。これにより、基板１上の欠陥は、レーザ光により加工される。
【００１０】
図１３に示すように、空間光変調素子１４５は、矩形状の変調領域内に２次元的に等ピッチで配列された複数の微小ミラー１４５ｂと、支持部１４５ｃと、回転軸部１４５ｄと、一対のランディングパット１４５ｅ（一方のみ図示）と、一対のアドレス電極１４５ｆと、基板１４５ｇとを含む。
【００１１】
支持部１４５ｃは、複数の微小ミラー１４５ｂのそれぞれに設けられ、微小ミラー１４５ｂを支持する。回転軸部１４５ｄは、その軸方向中心において支持部１４５ｃの下端に連結され、微小ミラー１４５ｂの揺動運動の回転中心をなす。一対のランディングパット１４５ｅは、これらに架け渡された回転軸部１４５ｄの両端を支持する。一対のアドレス電極１４５ｆは、微小ミラー１４５ｂを静電力によりオン状態とオフ状態とに揺動させる。オン状態の微小ミラー１４５ｂは、基準面Ｓ１０の垂線方向に変調光を射出する。なお、複数の微小ミラー１４５ｂは、それぞれ独立して各一対のアドレス電極１４５ｆによって揺動する。
【００１２】
微小ミラー１４５ｂは、一対のランディングパット１４５ｅのうち一方に突き当たって停止する位置で回転角が決まるが、この微小ミラー１４５ｂとランディングパット１４５ｅとの物理的接触は、スティッキングと呼ばれる不具合を発生させる原因となる。スティッキングとは、微小ミラー１４５ｂがランディングパット１４５ｅに貼り付いて動作できなくなる現象である。従来、このスティッキングを防止するために、空間光変調素子１４５のデバイス全体には潤滑剤１４５ｈが塗布されている。
【００１３】
しかしながら、図１４に示すように、微小ミラー１４５ｂが空間光変調素子１４５に入射するレーザ光Ｌ１０の入射側とは反対側に傾いているオフ状態となっているときに、ＹＡＧ第四高調波（波長２６６ｎｍ）のような紫外レーザ光が空間光変調素子１４５の基準面Ｓ１０の垂線に対して２４．０°の傾斜角で空間光変調素子１４５に入射すると、紫外レーザ光が到達した領域Ａ１０では、ランディングパット１４５ｅに塗布された潤滑剤１４５ｈがこの紫外レーザ光によって劣化する。このため、従来の構成では、スティッキングが発生しやすくなる。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、空間光変調素子の劣化を防止することができるパターン投影装置およびレーザ加工装置及を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるパターン投影装置は、対象物にパターンを投影するパターン投影装置において、レーザ光を出射する光源と、規則的に配列された複数のミラーを有し、前記複数のミラーによって、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記パターンに対応させて空間変調する空間光変調素子と、前記対象物を照明する照明光学系と、前記空間光変調素子によって空間変調された変調光を前記対象物に投影する投影光学装置と、前記空間光変調素子から出力されたレーザ光の進行方向を、前記投影光学系の光軸方向と一致する方向に偏向させる偏向素子と、を備え、前記空間光変調素子は、該空間光変調素子に入射するレーザ光の進行方向が該空間光変調素子の基準面の法線とおおよそ平行であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記記載のパターン投影装置と、前記パターン投影装置から出力されたレーザ光を前記対象物に投影して前記対象物を加工する加工部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、空間光変調素子に入射するレーザ光の進行方向が該空間光変調素子の基準面の法線と平行であるため、空間光変調素子のミラー裏面に位置するランディングパット上の潤滑剤へのレーザ光の照射を防止して潤滑剤の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すレーザ加工装置の要部の構成を説明する図である。
【図３】図３は、図１に示す空間光変調素子の一部の側面図である。
【図４】図４は、図２に示す空間光変調素子および偏向素子の平面図である。
【図５】図５は、図１に示す偏向素子を説明するための図である。
【図６】図６は、図１に示すレーザ加工装置の要部の他の構成を説明する図である。
【図７】図７は、図１に示すレーザ加工装置の要部の他の構成を説明する図である。
【図８】図８は、図１に示すレーザ加工装置の要部の他の構成を説明する図である。
【図９】図９は、図８に示す透明型回折光学素子を説明する図である。
【図１０】図１０は、図１に示すレーザ加工装置の要部の他の構成を説明する図である。
【図１１】図１１は、図２に示す空間光変調素子の他の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、従来のレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、従来の空間光変調素子の一部の側面図である。
【図１４】図１４は、従来の空間光変調素子に入射するレーザ光を説明する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる実施の形態として、たとえば、ガラス基板、半導体ウェハなどの基板をレーザ加工することによって、パターン不良や欠陥を修正するレーザ加工装置を例として説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。
【００２０】
（実施の形態）
実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、図１に示すレーザ加工装置の要部の構成を説明する図である。なお、図２では、図１に示すレーザ加工装置のうち後述するミラー４４等の図示を省略して、ミラー４４の位置にレーザ光源４１を図示している。
【００２１】
図１および図２に示すように、実施の形態にかかるレーザ加工装置１００は、加工対象の基板１を載置するとともに図面に鉛直な平面上で基板１を移動させるステージ２と、ステージ２上に載置された基板１を上方から観察する顕微鏡部３と、基板１に照射する欠陥修復加工用のレーザ光の光束断面形状（以下、レーザ断面形状という）を所望の形状に整形するレーザ照射部４と、各種プログラムおよびパラメータを実行してレーザ加工装置１００の各構成要素を制御する制御部５と、レーザ加工装置１００に対する各種操作や設定を指示する指示情報が入力される入力部６と、顕微鏡部３で取得された画像や各種情報を表示する表示部７と、各種プログラムおよび配線、電極の各種標本パターン画像を記憶する記憶部８とを備える。ステージ２、顕微鏡部３、レーザ照射部４、入力部６、表示部７および記憶部８は、制御部５に接続し、制御部５の制御によって動作する。レーザ加工装置１００は、加工情報にしたがって加工対象の欠陥等を撮像し、撮像した欠陥画像と所定の標本パターン画像とのマッチングによって、欠陥の抽出と、電極パターンまたは配線パターンをレーザ加工領域から除外するためにレーザ光の非照射領域を設定するマスク設定とを行ってから、レーザ光を照射することで基板上の欠陥を加工する。欠陥には、電極および配線の短絡、接続不良、断線、パターン不良および基板表面に付着したパーティクルやレジスト等の異物が含まれる。
【００２２】
加工対象である基板１は、たとえばＦＰＤ用のガラス基板や半導体基板やプリント基板などである。ステージ２の載置面には、複数の穴が設けられている。これらの穴に不図示のポンプから気体が供給されることによって基板１を浮上させた状態とすることができ、この状態において、不図示の固定部材によって基板１がステージ２上で保持される。または、この複数の穴を、不図示のバキュームポンプに連結し、この複数の穴からの吸気によって、ステージ２上に載置された基板１をステージ２に対して吸着して固定することも可能である。また、上記のような、ステージ２上で基板１を保持する保持手段として、上記以外にも支持ピンやクランプ機構など、機械的な手段を用いる構成としてもよい。ステージ２は、後述する対物レンズ３１の光軸に直交した平面内で自在に移動され、対物レンズ３１に対する基板１の当該平面上での位置を変化させる。
【００２３】
顕微鏡部３は、対物レンズ３１、レボルバ３２、焦準機構３３、撮像部３４、結像部３５、照明系３６、ハーフミラー３７ａ、ハーフミラー３７ｂおよびレーザ光用の結像レンズ３８を有し、基板１の一部を拡大した画像を取得する撮像部として機能する。
【００２４】
対物レンズ３１は、ステージ２に載置された基板１の上部に位置するようにレボルバ３２により保持される。対物レンズ３１は、レボルバ３２に対して着脱自在に取り付けられており、レボルバ３２の回転またはスライド動作に応じてステージ２上に配置される。対物レンズ３１とレーザ光用の結像レンズ３８とは、両側テレセントリックとなるように配置される。
【００２５】
レボルバ３２は、焦準機構３３によって昇降移動することが可能である。焦準機構３３は、レボルバ３２を昇降させることによって、対物レンズ３１の基板１に対する焦点合わせを行い、焦点位置の最適化を行う。
【００２６】
撮像部３４は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を含む。結像部３５は、結像レンズ３５ａとミラー３５ｂとによって構成される。結像部３５は、対物レンズ３１と協働して、基板１の観察像を結像させる。
【００２７】
照明系３６から出力された照明光は、レンズ３６ａで集光されてからハーフミラー３７ｂで反射された後、観察光学系の基板１に対する観察光軸と同軸の光として対物レンズ３１を介して基板１を照明する。撮像部３４の視野領域内は、照明系３６からの照明光によって上方から略均一に照明される。照明系３６、レンズ３６ａおよびハーフミラー３７ｂは、照明光学系として機能する。
【００２８】
照明された基板１の像は、基板１の加工面と垂直である光軸Ａ５に沿って配置された対物レンズ３１、ハーフミラー３７ａ、ミラー３５ｂおよび結像レンズ３５ａを含む観察光学系によって、撮像部３４の受光面に、たとえば数倍〜数十倍に拡大されて結像される。撮像部３４で取得された画像データは、制御部５に出力され、各種画像処理が施された後、表示部７に出力される。
【００２９】
レーザ照射部４は、レーザ光源４１と、レーザ光源４１から出射されたレーザ光を導光する光ファイバ４２と、光ファイバ４２から出射されたレーザ光を後述する空間光変調素子４５に投影するための投影レンズ４３ａ，４３ｂと、投影レンズ４３ｂからのレーザ光を空間光変調素子４５に対して反射するミラー４４と、レーザ光源４１からのレーザ光のレーザ断面形状を所望の形状に整形する空間光変調素子４５と、および、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光を偏向させる偏向素子４６を有する。レーザ照射部４は、顕微鏡部３の撮像部３４が取得した画像に基づいて、基板１に欠陥修復加工用に空間変調したレーザ光を照射する。
【００３０】
レーザ光源４１は、基板１に照射されるレーザ光を出射する。レーザ光源４１は、たとえば、ＹＡＧレーザによって構成される。レーザ光源４１は、制御部５に電気的に接続され、制御部５からの制御信号に応じてレーザ光のオン・オフ、波長、光出力、発振パルス幅などが制御される。レーザ光源４１から出射されたレーザ光は、光ファイバ４２から出射される。
【００３１】
投影レンズ４３ａ，４３ｂは、光ファイバ４２からの出射光を、一定の投影倍率で大きさを持った像として空間光変調素子４５に投影する機能を有する。投影レンズ４３ａ，４３ｂは、両側テレセントリックとなるように配置される。光ファイバ４２から出射したレーザ光は、投影レンズ４３ａによって平行光束となり、投影レンズ４３ｂによって収束されて、光ファイバ４２の像として集光される。ミラー４４は、レーザ光の光路上に配置されることで、レーザ光の光軸Ａ１を空間光変調素子４５の基準面の法線と一致する光軸Ａ２の方向に反射させている。
【００３２】
空間光変調素子４５は、たとえば微小デバイスの１つである微小ミラーが２次元アレイ状に配列された構成を備え、複数のミラーによってレーザ光源４１から出射されたレーザ光を加工形状に対応させて空間変調する。空間光変調素子４５は、入射光に対してたとえば２４．０°の角度でレーザ光を出力する。各微小ミラーの反射角は、制御部５からの制御のもと、少なくともオン角度とオフ角度とに切り替え可能である。オン角度とは、この状態にある微小ミラーで反射されたレーザ光がステージ２上の基板１に投射される角度であり、オフ角度とは、この状態にある微小ミラーで反射されたレーザ光が不必要な光として光路外に設けられる不図示の遮光部材や吸収部材などのレーザダンパーに照射される角度である。したがって、２次元アレイ状に配列された微小ミラーそれぞれの反射角をオン角度とオフ角度とに切り替えることで、基板１に投射されるレーザ光の断面形状を制御することが可能である。
【００３３】
これによって、レーザ光源４１からのレーザ光の断面形状を加工パターンの形状に調整して基板１に照射することが可能となる。この加工パターンは、正常な配線パターン以外にレーザ光を照射する加工パターンであり、たとえばパターン除去不良などの欠陥を修復する場合には、ショット領域中の正常な配線等の領域に対応する微小ミラーをオフ角度とし、それ以外の領域に対応する微小ミラーをオン角度としたパターンとなる。空間光変調素子４５には、例えばＤＭＤを用いればよい。空間光変調素子４５は、制御部５の制御のもと、レーザ照射部４が出力する欠陥修復用のレーザ光の光束断面形状（レーザ光の光軸と垂直な断面の形状）を調整する。なお、加工パターンの設定は、上記のように正常な配線パターンに応じて設定する以外に、欠陥形状に合わせて設定するようにしても構わない。この場合、レーザ光の断面形状を欠陥形状に合わせて、欠陥領域に対応する微小ミラーをオン角度とし、欠陥領域以外の領域に対応する微小ミラーをオフ角度とすればよい。
【００３４】
空間光変調素子４５には、前述したミラー４４によって、図２のように、空間光変調素子４５の基準面の法線とおおよそ平行である光軸Ａ２でレーザ光Ｌ２が入射する。言い換えると、空間光変調素子４５は、その基準面に対して垂直にレーザ光Ｌ２（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。すなわち、空間光変調素子４５は、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の進行方向と空間光変調素子４５の基準面の法線とが平行となるように配置される。
【００３５】
偏向素子４６は、たとえば、一次元の回折光学素子である。偏向素子４６は、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光の進行方向を、顕微鏡部３における観察光学系の光軸Ａ５と一致する方向に偏向させる。言い換えると、偏向素子４６は、顕微鏡部３における観察光学系の光軸Ａ５と、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光の光軸Ａ３とが一致するように、観察光学系の光軸Ａ５と一致する光軸Ａ４に、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３を偏向させる。なお、空間光変調素子４５および偏向素子４６は、レーザ光用の結像レンズ３８の焦点位置に対応して配置される。
【００３６】
空間光変調素子４５から照射されて偏向素子４６によって偏向されたレーザ光Ｌ４は、レーザ光用の結像レンズ３８において平行光となり、ハーフミラー３７ａおよびハーフミラー３７ｂを経由し、軸上から軸外までのレーザ光が漏れなく対物レンズ３１の瞳面に取り込まれ、基板１の加工面に投射される。この結果、基板１の加工対象である欠陥が加工される。結像レンズ３８は、空間光変調素子４５に空間変調された変調光を加工対象物である基板１の加工面に投影する機能を有する。偏向素子４６は、この結像レンズ３８の光軸方向と一致する方向に、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光の進行方向を偏向させる。対物レンズ３１は、結像レンズ３８から出力されたレーザ光を所定のエネルギー密度まで高めて基板１に投影して基板１の欠陥を加工する機能を有する。
【００３７】
制御部５は、顕微鏡制御部５１およびレーザ加工制御部５２を有する。顕微鏡制御部５１は、ステージ２および顕微鏡部３の各構成要素の動作処理を制御する。レーザ加工制御部５２は、レーザ照射部４のレーザ光源４１に対してレーザ光の出力波長を指示するとともに、レーザ光源４１の出力を制御する。
【００３８】
入力部６は、キーボード、マウス等を用いて構成されており、使用者からの各種設定パラメータ等の入力指示を、表示部７に表示されるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）と連携して取得する。表示部７は、液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、観察画像、設定情報等を表示する。記憶部８は、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび携帯型記憶媒体等を用いて構成されており、レーザ加工装置１００の各種動作を制御するための制御プログラムや制御条件を予め記憶する。また、記憶部８は、基板１の工程・品種に応じた、電極（または配線）パターンの標本パターン画像を記憶する。また、レーザ加工装置１００は、図示しない通信インターフェース等を有し、ネットワークを介して外部装置との間で通信する。
【００３９】
次に、図１および図２に示す空間光変調素子４５の構成について説明する。図３は、図１に示す空間光変調素子４５の一部の側面図である。図３に示すように、空間光変調素子４５は、微小ミラー４５ｂと、支持部４５ｃと、回転軸部４５ｄと、回転角規制部材としての一対のランディングパット４５ｅ（一方のみ図示）と、一対のアドレス電極４５ｆと、基板４５ｇとを含む。
【００４０】
支持部４５ｃは、複数の微小ミラー４５ｂのそれぞれに設けられ、微小ミラー４５ｂの裏面中央を支持する。回転軸部４５ｄは、その軸方向中心において支持部４５ｃの下端に連結され、微小ミラー４５ｂの揺動運動の回転中心となる。
【００４１】
一対のランディングパット４５ｅは、これらに架け渡された回転軸部４５ｄの両端を支持すると共に、微小ミラー４５ｂに接触することで微小ミラー４５ｂの回転角を規制する。
【００４２】
一対のアドレス電極４５ｆは、微小ミラー４５ｂを静電力によりオン角度で傾斜させるオン状態と、オフ角度で傾斜させるオフ状態とに揺動させる。オン角度およびオフ角度は、同角度である。したがって、微小ミラー４５ｂのオン状態およびオフ状態の位置関係は、回転軸部４５ｄを通る空間光変調素子４５の基準面の法線を含む一つの平面に対して対称である。なお、複数の微小ミラー４５ｂは、それぞれ独立して各一対のアドレス電極４５ｆによって揺動する。
【００４３】
空間光変調素子４５のデバイス全体には、一対のランディングパット４５ｅの一方の表面と微小ミラー４５ｂの裏面とが貼り付いて動作できなくなる現象であるスティッキングを防止するために、潤滑剤４５ｈが塗布されている。図３においてはランディングパット４５ｅ上のみに潤滑剤４５ｈを図示する。
【００４４】
一対のランディングパット４５ｅは、レーザ光Ｌ２（光軸Ａ２）が照射されない非照射領域Ａ１に配置されている。この非照射領域Ａ１は、微小ミラー４５ｂの裏面側で、かつ、微小ミラー４５ｂの回転位置によらず（微小ミラー４５ｂが図３に実線で示すオフ状態にあるときも二点鎖線で示すオン状態３３ｂ−１にあるときも）レーザ光が照射されない領域である。
【００４５】
前述したように、空間光変調素子４５は、基準面Ｓ１に対してほぼ垂直にレーザ光Ｌ２（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。このため、レーザ光Ｌ２（たとえばＹＡＧ第四高調波（波長２６６ｎｍ）のような紫外レーザ光など）は、オン状態およびオフ状態のいずれの状態においても、微小ミラー４５ｂで反射し、微小ミラー４５ｂの裏面に位置する空間光変調素子４５のランディングパット４５ｅにレーザ光が照射されることはない。
【００４６】
したがって、実施の形態においては、潤滑剤の劣化を防止するための部材などを別に設けずとも、ランディングパット４５ｅに塗布された潤滑剤４５ｈにレーザ光が照射されることを低減することができる。この結果、実施の形態によれば、ランディングパット４５ｅに塗布された潤滑剤４５ｈが劣化するのを防ぐことができ、スティッキングの発生を低減することが可能になる。
【００４７】
次に、図１および図２に示す偏向素子４６について説明する。図４は、図２に示す空間光変調素子４５および偏向素子４６の平面図である。図４に示すように、空間光変調素子４５には、空間光変調素子４５の基準面の法線と一致する光軸で点Ｐ１にレーザ光Ｌ２が入射する。空間光変調素子４５における点Ｐ１に位置する微小ミラー４５ｂがオン状態である場合には、入射したレーザ光は、空間光変調素子４５を上方（図４の表面側）から見た場合に４５°方向にレーザ光Ｌ３として出射する。
【００４８】
図４に示すように、偏向素子４６は、この４５°方向に対して直交する溝が空間光変調素子４５側の面に配置されている。図５に示すように、偏向素子４６は、一次元の回折光学素子であり、空間光変調素子４５のミラーピッチと同ピッチで溝が形成されている。また、偏向素子４６の溝は、空間光変調素子４５の微小ミラー４５ｂのオン角度と同角度の角度で傾斜した傾斜面を有する。たとえば、使用するレーザ光の波長は２６６ｎｍである。また、空間光変調素子４５は、微小ミラー４５ｂの画素面傾き角度（オン角度、オフ角度）が１２．０°であり、ミラーピッチが１１．１μｍである。この場合、偏向素子４６の溝ピッチは、ミラーピッチと同じ１１．１μｍであり、傾斜面の傾斜角度は、画素面傾き角度と同じ１２．０°に設定される。
【００４９】
実施の形態においては、入射光に対して所定角度でレーザ光を出力する空間光変調素子４５と結像レンズ１１との間に、偏向素子４６を配置させて、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３を観察光学系の光軸Ａ５と同軸の光軸Ａ４のレーザ光Ｌ４に補正している。このように、実施の形態においては、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３を観察光学系の光軸Ａ５と同軸に補正しているため、観察光学系の光軸Ａ５を基板１の加工面に対して垂直に設定することができ、顕微鏡部３の観察光学系にレーザ照射部４を無理なく組み込むことができる。そして、本実施の形態においては、空間光変調素子４５の基準面Ｓ１と、基板１の加工面とを平行に配置できるため、観察光学系の光学系以外の他の各光学系の組みつけも容易になる。
【００５０】
なお、実施の形態では、図５に示すように、偏向素子４６が偏向するレーザ光の進行方向を顕微鏡部３における光軸Ａ５に対して０．０３７°傾けて、偏向素子４６が最も強い強度でレーザ光を回折できるように厳密に位置調整してもよい。
【００５１】
また、実施の形態においては、図６に示すように、二次元の回折光学素子である偏向素子４６ａを用いてもよい。この場合も、偏向素子４６ａは、空間光変調素子４５のミラーピッチと同ピッチで格子が形成されており、各格子面は、空間光変調素子４５の微小ミラー４５ｂのオン角度と同角度の角度で傾斜する。たとえば、使用するレーザ光の波長が２６６ｎｍであり、空間光変調素子４５の微小ミラー４５ｂの画素面傾き角度（オン角度、オフ角度）が１２．０°であり、ミラーピッチが１１．１μｍである場合、偏向素子４６ａの格子ピッチは、ミラーピッチと同じ１１．１μｍであり、格子面の傾斜角度は、画素面傾き角度と同じ１２．０°に設定される。
【００５２】
また、実施の形態においては、図７に示すように、空間光変調素子４５と同じ構成を有する微小ミラーアレイ４６ｂを用いてもよい。この場合、全微小ミラーをオン状態とすることによって、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３を観察光学系の光軸Ａ５と同軸のレーザ光に補正することができる。
【００５３】
また、実施の形態においては、図８に示すように、偏向素子４６に代えて、透明材料にて形成される透明型回折光学素子４６ｃを用いてもよい。なお、図８においては、図１に示す投影レンズ４３ａ，４３ｂ等の図示を省略している。
【００５４】
図８に示すように、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３が透明型回折光学素子４６ｃの裏面に垂直に入射するように、透明型回折光学素子４６ｃは、空間光変調素子４５と結像レンズ３８との間に配置される。このとき、空間光変調素子４５が入射光に対して角度βでレーザ光を出力するのに対応させて、透明型回折光学素子４６ｃの裏面は、光軸Ａ３の直交面に対して角度βで傾斜するように配置される。この角度βは、たとえば２４．０２°である。
【００５５】
透明型回折光学素子４６ｃは、図９に示すように、表面に複数の溝が所定ピッチで形成された構造を有し、裏面から入射したレーザ光Ｌ３を、表面において光軸Ａ５の方向と一致する方向に偏向させ、レーザ光Ｌ４として出力する。
【００５６】
透明型回折光学素子４６の表面の溝の傾斜角度であるブレーズ角θＢは、透明型回折光学素子４６ｃの構成材料の屈折率ｎ、回折次数ｍ、１ｍｍあたりの溝本数Ｎ、入射光の波長λを用いて、以下の（１）式のように表される。
【００５７】
【数１】
【００５８】
たとえば、屈折率が１．５であり、回折次数が１５であり、１ｍｍあたりの溝本数が１０２本である透明型回折光学素子４６ｃを用いる場合、２６６ｎｍの紫外レーザ光を加工用に使用するときには、透明型回折光学素子４６ｃのブレーズ角θＢを３４．７５°に設定すればよい。
【００５９】
また、空間光変調素子４５の製造誤差によって回折効率が設定値から変動した場合、空間光変調素子４５へのレーザ光の入射条件も変動してしまう場合がある。そこで、実施の形態では、図１０のように、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の入射角を調整する入射角調整機構４７、および、空間光変調素子４５を傾斜させて偏向素子４６に対する空間光変調素子４５の傾斜角度を調整する角度調整機構４８をさらに設けてもよい。この場合、制御部２５０におけるレーザ加工制御部２５２が入射角調整機構４７および角度調整機構４８を制御して、回折効率が設定値を満たすように、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の入射角度を調整する。
【００６０】
たとえば、空間光変調素子４５のミラーピッチが１１．１μｍであり、微小ミラー４５ｂのオン角度が設定値である１２．０°ではなく１１．９°である場合を例に説明する。この場合、入射角調整機構４７は、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の入射角度を、空間光変調素子４５の基準面の垂線に対して３．０°傾くように設定し、角度調整機構４８は、偏向素子４６に対する空間光変調素子４５の傾斜角度を３．２°に設定する。この場合、一次元の回折光学素子である偏向素子４６の溝ピッチは、ミラーピッチと同じ１１．１μｍであり、傾斜面の傾斜角度は、画素面傾き角度の設定値と同じ１２．０°のままでよい。また、図１０の構成においても、偏向素子として二次元の回折光学素子である偏向素子４６ａを用いることももちろん可能であり、この場合には、偏向素子４６ａの格子ピッチは、ミラーピッチと同じ１１．１μｍであり、格子面の傾斜角度は、画素面傾き角度の設定値と同じ１２．０°のままでよい。もちろん、図１０の構成においても、偏向素子として微小ミラーアレイ４６ｂを用いることもできる。
【００６１】
また、実施の形態においては、空間光変調素子４５に代えて、図１１に示す空間光変調素子３４５を用いてもよい。空間光変調素子３４５は、基板４５ｇ上のうち、オン状態およびオフ状態のいずれかの状態においてレーザ光Ｌ２が入射する微小ミラー４５ｂ間の領域に反射防止材３４５ｉが形成される。この反射防止材３４５ｉによって、基板４５ｇに到達したレーザ光Ｌ２が微小ミラー４５ｂの裏面側に反射することを抑制することができる。したがって、潤滑剤４５ｈに対するレーザ光Ｌ２の基板４５ｇからのはね返りもなくなるため、潤滑剤４５ｈの劣化をさらに防止することができ、スティッキングの発生も低減できる。また、反射防止材に変えて、溝などを設けるなどレーザ光をトラップする構造を設けることも有効である。
【００６２】
また、本実施の形態では、レーザ光を用いて基板１の加工面の欠陥等を修正するレーザ加工装置を例に説明したが、もちろん、これに限らず、レーザ光源から出射されたレーザ光を空間変調して対象物にパターンを投影する露光装置などのパターン投影装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 基板
２ ステージ
３ 顕微鏡部
４ レーザ照射部
５ 制御部
６ 入力部
７ 表示部
８ 記憶部
３１ 対物レンズ
３２ レボルバ
３３ 焦準機構
３４ 撮像部
３５ 結像部
３５ａ 結像レンズ
３５ｂ，４４ ミラー
３６ 照明系
３６ａ レンズ
３７ａ，３７ｂ ハーフミラー
３８ 結像レンズ
４１ レーザ光源
４２ 光ファイバ
４３ａ，４３ｂ 投影レンズ
４５ 空間光変調素子
４５ｂ 微小ミラー
４５ｃ 支持部
４５ｄ 回転軸部
４５ｅ ランディングパット
４５ｆ アドレス電極
４５ｇ 基板
４５ｈ 潤滑剤
４６，４６ａ 偏向素子
４６ｂ 微小ミラーアレイ
４７ 入射角調整機構
４８ 角度調整機構
５１ 顕微鏡制御部
５２ レーザ加工制御部
１００ レーザ加工装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を使用して対象物にパターンを投影するパターン投影装置およびレーザ光を使用して対象物の加工を行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイやＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイや表面電動型電子放出素子ディスプレイなどのＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）基板、半導体ウェハ、プリント基板など、各種基板の製造では、その歩留りを向上するために、各パターニングプロセス後、欠陥検査装置によって、電極および配線の短絡、接続不良、断線、パターン不良および基板表面に付着したパーティクルやレジストといった異物等である欠陥が存在するか否かが検査される。そして、欠陥検査装置によって欠陥が存在することが確認された場合、レーザ加工装置によるレーザ光を用いた加工処理によって欠陥が修正される。
【０００３】
このレーザ加工装置として、加工面と共役な位置に微小ミラーアレイであるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：登録商標）などの空間光変調素子を配置し、このＤＭＤで形成したパターンを加工面にレーザ照射することで、加工面に任意のパターン形状を高速に加工する構成が提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２８２３８号公報
【特許文献２】特開平１１−３２０９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、従来のレーザ加工装置について説明する。図１２は、従来のレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。図１３は、従来の空間光変調素子の一部の側面図である。図１４は、従来の空間光変調素子に入射するレーザ光を説明する側面図である。
【０００６】
図１２に示すように、従来のレーザ加工装置は、レーザ光源１４１と、例えばＤＭＤである空間光変調素子１４５と、結像レンズ１３８と、対物レンズ１３１とを備え、加工対象の基板１上の図示しない欠陥をレーザ光により加工する。
【０００７】
レーザ光源１４１は、レーザ光を発振する。発振されたレーザ光は、図示しない光学系により分布が平坦化された後、空間光変調素子１４５に入射する。この入射角は、図１４に示す複数の微小ミラー１４５ｂの基準面Ｓ１０の垂線に対して２４．０°である。
【０００８】
空間光変調素子１４５は、基準面Ｓ１０と基板１の加工面とが平行となるように配置される。空間光変調素子１４５は、レーザ光源１４１により発振されて基準面Ｓ１０に入射するレーザ光を空間変調し、水平な基準面Ｓ１０に垂直な鉛直下方に出射する。
【０００９】
結像レンズ１３８および対物レンズ１３１は、空間光変調素子１４５から鉛直下方に出射された変調光を、基板１の表面上に結像させる。これにより、基板１上の欠陥は、レーザ光により加工される。
【００１０】
図１３に示すように、空間光変調素子１４５は、矩形状の変調領域内に２次元的に等ピッチで配列された複数の微小ミラー１４５ｂと、支持部１４５ｃと、回転軸部１４５ｄと、一対のランディングパット１４５ｅ（一方のみ図示）と、一対のアドレス電極１４５ｆと、基板１４５ｇとを含む。
【００１１】
支持部１４５ｃは、複数の微小ミラー１４５ｂのそれぞれに設けられ、微小ミラー１４５ｂを支持する。回転軸部１４５ｄは、その軸方向中心において支持部１４５ｃの下端に連結され、微小ミラー１４５ｂの揺動運動の回転中心をなす。一対のランディングパット１４５ｅは、これらに架け渡された回転軸部１４５ｄの両端を支持する。一対のアドレス電極１４５ｆは、微小ミラー１４５ｂを静電力によりオン状態とオフ状態とに揺動させる。オン状態の微小ミラー１４５ｂは、基準面Ｓ１０の垂線方向に変調光を射出する。なお、複数の微小ミラー１４５ｂは、それぞれ独立して各一対のアドレス電極１４５ｆによって揺動する。
【００１２】
微小ミラー１４５ｂは、一対のランディングパット１４５ｅのうち一方に突き当たって停止する位置で回転角が決まるが、この微小ミラー１４５ｂとランディングパット１４５ｅとの物理的接触は、スティッキングと呼ばれる不具合を発生させる原因となる。スティッキングとは、微小ミラー１４５ｂがランディングパット１４５ｅに貼り付いて動作できなくなる現象である。従来、このスティッキングを防止するために、空間光変調素子１４５のデバイス全体には潤滑剤１４５ｈが塗布されている。
【００１３】
しかしながら、図１４に示すように、微小ミラー１４５ｂが空間光変調素子１４５に入射するレーザ光Ｌ１０の入射側とは反対側に傾いているオフ状態となっているときに、ＹＡＧ第四高調波（波長２６６ｎｍ）のような紫外レーザ光が空間光変調素子１４５の基準面Ｓ１０の垂線に対して２４．０°の傾斜角で空間光変調素子１４５に入射すると、紫外レーザ光が到達した領域Ａ１０では、ランディングパット１４５ｅに塗布された潤滑剤１４５ｈがこの紫外レーザ光によって劣化する。このため、従来の構成では、スティッキングが発生しやすくなる。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、空間光変調素子の劣化を防止することができるパターン投影装置およびレーザ加工装置及を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるパターン投影装置は、対象物にパターンを投影するパターン投影装置において、レーザ光を出射する光源と、規則的に配列された複数のミラーを有し、前記複数のミラーによって、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記パターンに対応させて空間変調する空間光変調素子と、前記対象物を照明する照明光学系と、前記空間光変調素子によって空間変調された変調光を前記対象物に投影する投影光学装置と、前記空間光変調素子から出力されたレーザ光の進行方向を、前記投影光学系の光軸方向と一致する方向に偏向させる偏向素子と、を備え、前記空間光変調素子は、該空間光変調素子に入射するレーザ光の進行方向が該空間光変調素子の基準面の法線とおおよそ平行であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記記載のパターン投影装置と、前記パターン投影装置から出力されたレーザ光を前記対象物に投影して前記対象物を加工する加工部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、空間光変調素子に入射するレーザ光の進行方向が該空間光変調素子の基準面の法線と平行であるため、空間光変調素子のミラー裏面に位置するランディングパット上の潤滑剤へのレーザ光の照射を防止して潤滑剤の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すレーザ加工装置の要部の構成を説明する図である。
【図３】図３は、図１に示す空間光変調素子の一部の側面図である。
【図４】図４は、図２に示す空間光変調素子および偏向素子の平面図である。
【図５】図５は、図１に示す偏向素子を説明するための図である。
【図６】図６は、図１に示すレーザ加工装置の要部の他の構成を説明する図である。
【図７】図７は、図１に示すレーザ加工装置の要部の他の構成を説明する図である。
【図８】図８は、図１に示すレーザ加工装置の要部の他の構成を説明する図である。
【図９】図９は、図８に示す透明型回折光学素子を説明する図である。
【図１０】図１０は、図１に示すレーザ加工装置の要部の他の構成を説明する図である。
【図１１】図１１は、図２に示す空間光変調素子の他の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、従来のレーザ加工装置の概略構成を示す模式図である。
【図１３】図１３は、従来の空間光変調素子の一部の側面図である。
【図１４】図１４は、従来の空間光変調素子に入射するレーザ光を説明する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる実施の形態として、たとえば、ガラス基板、半導体ウェハなどの基板をレーザ加工することによって、パターン不良や欠陥を修正するレーザ加工装置を例として説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。
【００２０】
（実施の形態）
実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、図１に示すレーザ加工装置の要部の構成を説明する図である。なお、図２では、図１に示すレーザ加工装置のうち後述するミラー４４等の図示を省略して、ミラー４４の位置にレーザ光源４１を図示している。
【００２１】
図１および図２に示すように、実施の形態にかかるレーザ加工装置１００は、加工対象の基板１を載置するとともに図面に鉛直な平面上で基板１を移動させるステージ２と、ステージ２上に載置された基板１を上方から観察する顕微鏡部３と、基板１に照射する欠陥修復加工用のレーザ光の光束断面形状（以下、レーザ断面形状という）を所望の形状に整形するレーザ照射部４と、各種プログラムおよびパラメータを実行してレーザ加工装置１００の各構成要素を制御する制御部５と、レーザ加工装置１００に対する各種操作や設定を指示する指示情報が入力される入力部６と、顕微鏡部３で取得された画像や各種情報を表示する表示部７と、各種プログラムおよび配線、電極の各種標本パターン画像を記憶する記憶部８とを備える。ステージ２、顕微鏡部３、レーザ照射部４、入力部６、表示部７および記憶部８は、制御部５に接続し、制御部５の制御によって動作する。レーザ加工装置１００は、加工情報にしたがって加工対象の欠陥等を撮像し、撮像した欠陥画像と所定の標本パターン画像とのマッチングによって、欠陥の抽出と、電極パターンまたは配線パターンをレーザ加工領域から除外するためにレーザ光の非照射領域を設定するマスク設定とを行ってから、レーザ光を照射することで基板上の欠陥を加工する。欠陥には、電極および配線の短絡、接続不良、断線、パターン不良および基板表面に付着したパーティクルやレジスト等の異物が含まれる。
【００２２】
加工対象である基板１は、たとえばＦＰＤ用のガラス基板や半導体基板やプリント基板などである。ステージ２の載置面には、複数の穴が設けられている。これらの穴に不図示のポンプから気体が供給されることによって基板１を浮上させた状態とすることができ、この状態において、不図示の固定部材によって基板１がステージ２上で保持される。または、この複数の穴を、不図示のバキュームポンプに連結し、この複数の穴からの吸気によって、ステージ２上に載置された基板１をステージ２に対して吸着して固定することも可能である。また、上記のような、ステージ２上で基板１を保持する保持手段として、上記以外にも支持ピンやクランプ機構など、機械的な手段を用いる構成としてもよい。ステージ２は、後述する対物レンズ３１の光軸に直交した平面内で自在に移動され、対物レンズ３１に対する基板１の当該平面上での位置を変化させる。
【００２３】
顕微鏡部３は、対物レンズ３１、レボルバ３２、焦準機構３３、撮像部３４、結像部３５、照明系３６、ハーフミラー３７ａ、ハーフミラー３７ｂおよびレーザ光用の結像レンズ３８を有し、基板１の一部を拡大した画像を取得する撮像部として機能する。
【００２４】
対物レンズ３１は、ステージ２に載置された基板１の上部に位置するようにレボルバ３２により保持される。対物レンズ３１は、レボルバ３２に対して着脱自在に取り付けられており、レボルバ３２の回転またはスライド動作に応じてステージ２上に配置される。対物レンズ３１とレーザ光用の結像レンズ３８とは、両側テレセントリックとなるように配置される。
【００２５】
レボルバ３２は、焦準機構３３によって昇降移動することが可能である。焦準機構３３は、レボルバ３２を昇降させることによって、対物レンズ３１の基板１に対する焦点合わせを行い、焦点位置の最適化を行う。
【００２６】
撮像部３４は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子を含む。結像部３５は、結像レンズ３５ａとミラー３５ｂとによって構成される。結像部３５は、対物レンズ３１と協働して、基板１の観察像を結像させる。
【００２７】
照明系３６から出力された照明光は、レンズ３６ａで集光されてからハーフミラー３７ｂで反射された後、観察光学系の基板１に対する観察光軸と同軸の光として対物レンズ３１を介して基板１を照明する。撮像部３４の視野領域内は、照明系３６からの照明光によって上方から略均一に照明される。照明系３６、レンズ３６ａおよびハーフミラー３７ｂは、照明光学系として機能する。
【００２８】
照明された基板１の像は、基板１の加工面と垂直である光軸Ａ５に沿って配置された対物レンズ３１、ハーフミラー３７ａ、ミラー３５ｂおよび結像レンズ３５ａを含む観察光学系によって、撮像部３４の受光面に、たとえば数倍〜数十倍に拡大されて結像される。撮像部３４で取得された画像データは、制御部５に出力され、各種画像処理が施された後、表示部７に出力される。
【００２９】
レーザ照射部４は、レーザ光源４１と、レーザ光源４１から出射されたレーザ光を導光する光ファイバ４２と、光ファイバ４２から出射されたレーザ光を後述する空間光変調素子４５に投影するための投影レンズ４３ａ，４３ｂと、投影レンズ４３ｂからのレーザ光を空間光変調素子４５に対して反射するミラー４４と、レーザ光源４１からのレーザ光のレーザ断面形状を所望の形状に整形する空間光変調素子４５と、および、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光を偏向させる偏向素子４６を有する。レーザ照射部４は、顕微鏡部３の撮像部３４が取得した画像に基づいて、基板１に欠陥修復加工用に空間変調したレーザ光を照射する。
【００３０】
レーザ光源４１は、基板１に照射されるレーザ光を出射する。レーザ光源４１は、たとえば、ＹＡＧレーザによって構成される。レーザ光源４１は、制御部５に電気的に接続され、制御部５からの制御信号に応じてレーザ光のオン・オフ、波長、光出力、発振パルス幅などが制御される。レーザ光源４１から出射されたレーザ光は、光ファイバ４２から出射される。
【００３１】
投影レンズ４３ａ，４３ｂは、光ファイバ４２からの出射光を、一定の投影倍率で大きさを持った像として空間光変調素子４５に投影する機能を有する。投影レンズ４３ａ，４３ｂは、両側テレセントリックとなるように配置される。光ファイバ４２から出射したレーザ光は、投影レンズ４３ａによって平行光束となり、投影レンズ４３ｂによって収束されて、光ファイバ４２の像として集光される。ミラー４４は、レーザ光の光路上に配置されることで、レーザ光の光軸Ａ１を空間光変調素子４５の基準面の法線と一致する光軸Ａ２の方向に反射させている。
【００３２】
空間光変調素子４５は、たとえば微小デバイスの１つである微小ミラーが２次元アレイ状に配列された構成を備え、複数のミラーによってレーザ光源４１から出射されたレーザ光を加工形状に対応させて空間変調する。空間光変調素子４５は、入射光に対してたとえば２４．０°の角度でレーザ光を出力する。各微小ミラーの反射角は、制御部５からの制御のもと、少なくともオン角度とオフ角度とに切り替え可能である。オン角度とは、この状態にある微小ミラーで反射されたレーザ光がステージ２上の基板１に投射される角度であり、オフ角度とは、この状態にある微小ミラーで反射されたレーザ光が不必要な光として光路外に設けられる不図示の遮光部材や吸収部材などのレーザダンパーに照射される角度である。したがって、２次元アレイ状に配列された微小ミラーそれぞれの反射角をオン角度とオフ角度とに切り替えることで、基板１に投射されるレーザ光の断面形状を制御することが可能である。
【００３３】
これによって、レーザ光源４１からのレーザ光の断面形状を加工パターンの形状に調整して基板１に照射することが可能となる。この加工パターンは、正常な配線パターン以外にレーザ光を照射する加工パターンであり、たとえばパターン除去不良などの欠陥を修復する場合には、ショット領域中の正常な配線等の領域に対応する微小ミラーをオフ角度とし、それ以外の領域に対応する微小ミラーをオン角度としたパターンとなる。空間光変調素子４５には、例えばＤＭＤを用いればよい。空間光変調素子４５は、制御部５の制御のもと、レーザ照射部４が出力する欠陥修復用のレーザ光の光束断面形状（レーザ光の光軸と垂直な断面の形状）を調整する。なお、加工パターンの設定は、上記のように正常な配線パターンに応じて設定する以外に、欠陥形状に合わせて設定するようにしても構わない。この場合、レーザ光の断面形状を欠陥形状に合わせて、欠陥領域に対応する微小ミラーをオン角度とし、欠陥領域以外の領域に対応する微小ミラーをオフ角度とすればよい。
【００３４】
空間光変調素子４５には、前述したミラー４４によって、図２のように、空間光変調素子４５の基準面の法線とおおよそ平行である光軸Ａ２でレーザ光Ｌ２が入射する。言い換えると、空間光変調素子４５は、その基準面に対して垂直にレーザ光Ｌ２（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。すなわち、空間光変調素子４５は、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の進行方向と空間光変調素子４５の基準面の法線とが平行となるように配置される。
【００３５】
偏向素子４６は、たとえば、一次元の回折光学素子である。偏向素子４６は、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光の進行方向を、顕微鏡部３における観察光学系の光軸Ａ５と一致する方向に偏向させる。言い換えると、偏向素子４６は、顕微鏡部３における観察光学系の光軸Ａ５と、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光の光軸Ａ３とが一致するように、観察光学系の光軸Ａ５と一致する光軸Ａ４に、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３を偏向させる。なお、空間光変調素子４５および偏向素子４６は、レーザ光用の結像レンズ３８の焦点位置に対応して配置される。
【００３６】
空間光変調素子４５から照射されて偏向素子４６によって偏向されたレーザ光Ｌ４は、レーザ光用の結像レンズ３８において平行光となり、ハーフミラー３７ａおよびハーフミラー３７ｂを経由し、軸上から軸外までのレーザ光が漏れなく対物レンズ３１の瞳面に取り込まれ、基板１の加工面に投射される。この結果、基板１の加工対象である欠陥が加工される。結像レンズ３８は、空間光変調素子４５に空間変調された変調光を加工対象物である基板１の加工面に投影する機能を有する。偏向素子４６は、この結像レンズ３８の光軸方向と一致する方向に、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光の進行方向を偏向させる。対物レンズ３１は、結像レンズ３８から出力されたレーザ光を所定のエネルギー密度まで高めて基板１に投影して基板１の欠陥を加工する機能を有する。
【００３７】
制御部５は、顕微鏡制御部５１およびレーザ加工制御部５２を有する。顕微鏡制御部５１は、ステージ２および顕微鏡部３の各構成要素の動作処理を制御する。レーザ加工制御部５２は、レーザ照射部４のレーザ光源４１に対してレーザ光の出力波長を指示するとともに、レーザ光源４１の出力を制御する。
【００３８】
入力部６は、キーボード、マウス等を用いて構成されており、使用者からの各種設定パラメータ等の入力指示を、表示部７に表示されるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）と連携して取得する。表示部７は、液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、観察画像、設定情報等を表示する。記憶部８は、ハードディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび携帯型記憶媒体等を用いて構成されており、レーザ加工装置１００の各種動作を制御するための制御プログラムや制御条件を予め記憶する。また、記憶部８は、基板１の工程・品種に応じた、電極（または配線）パターンの標本パターン画像を記憶する。また、レーザ加工装置１００は、図示しない通信インターフェース等を有し、ネットワークを介して外部装置との間で通信する。
【００３９】
次に、図１および図２に示す空間光変調素子４５の構成について説明する。図３は、図１に示す空間光変調素子４５の一部の側面図である。図３に示すように、空間光変調素子４５は、微小ミラー４５ｂと、支持部４５ｃと、回転軸部４５ｄと、回転角規制部材としての一対のランディングパット４５ｅ（一方のみ図示）と、一対のアドレス電極４５ｆと、基板４５ｇとを含む。
【００４０】
支持部４５ｃは、複数の微小ミラー４５ｂのそれぞれに設けられ、微小ミラー４５ｂの裏面中央を支持する。回転軸部４５ｄは、その軸方向中心において支持部４５ｃの下端に連結され、微小ミラー４５ｂの揺動運動の回転中心となる。
【００４１】
一対のランディングパット４５ｅは、これらに架け渡された回転軸部４５ｄの両端を支持すると共に、微小ミラー４５ｂに接触することで微小ミラー４５ｂの回転角を規制する。
【００４２】
一対のアドレス電極４５ｆは、微小ミラー４５ｂを静電力によりオン角度で傾斜させるオン状態と、オフ角度で傾斜させるオフ状態とに揺動させる。オン角度およびオフ角度は、同角度である。したがって、微小ミラー４５ｂのオン状態およびオフ状態の位置関係は、回転軸部４５ｄを通る空間光変調素子４５の基準面の法線を含む一つの平面に対して対称である。なお、複数の微小ミラー４５ｂは、それぞれ独立して各一対のアドレス電極４５ｆによって揺動する。
【００４３】
空間光変調素子４５のデバイス全体には、一対のランディングパット４５ｅの一方の表面と微小ミラー４５ｂの裏面とが貼り付いて動作できなくなる現象であるスティッキングを防止するために、潤滑剤４５ｈが塗布されている。図３においてはランディングパット４５ｅ上のみに潤滑剤４５ｈを図示する。
【００４４】
一対のランディングパット４５ｅは、レーザ光Ｌ２（光軸Ａ２）が照射されない非照射領域Ａ１に配置されている。この非照射領域Ａ１は、微小ミラー４５ｂの裏面側で、かつ、微小ミラー４５ｂの回転位置によらず（微小ミラー４５ｂが図３に実線で示すオフ状態にあるときも二点鎖線で示すオン状態３３ｂ−１にあるときも）レーザ光が照射されない領域である。
【００４５】
前述したように、空間光変調素子４５は、基準面Ｓ１に対してほぼ垂直にレーザ光Ｌ２（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。このため、レーザ光Ｌ２（たとえばＹＡＧ第四高調波（波長２６６ｎｍ）のような紫外レーザ光など）は、オン状態およびオフ状態のいずれの状態においても、微小ミラー４５ｂで反射し、微小ミラー４５ｂの裏面に位置する空間光変調素子４５のランディングパット４５ｅにレーザ光が照射されることはない。
【００４６】
したがって、実施の形態においては、潤滑剤の劣化を防止するための部材などを別に設けずとも、ランディングパット４５ｅに塗布された潤滑剤４５ｈにレーザ光が照射されることを低減することができる。この結果、実施の形態によれば、ランディングパット４５ｅに塗布された潤滑剤４５ｈが劣化するのを防ぐことができ、スティッキングの発生を低減することが可能になる。
【００４７】
次に、図１および図２に示す偏向素子４６について説明する。図４は、図２に示す空間光変調素子４５および偏向素子４６の平面図である。図４に示すように、空間光変調素子４５には、空間光変調素子４５の基準面の法線と一致する光軸で点Ｐ１にレーザ光Ｌ２が入射する。空間光変調素子４５における点Ｐ１に位置する微小ミラー４５ｂがオン状態である場合には、入射したレーザ光は、空間光変調素子４５を上方（図４の表面側）から見た場合に４５°方向にレーザ光Ｌ３として出射する。
【００４８】
図４に示すように、偏向素子４６は、この４５°方向に対して直交する溝が空間光変調素子４５側の面に配置されている。図５に示すように、偏向素子４６は、一次元の回折光学素子であり、空間光変調素子４５のミラーピッチと同ピッチで溝が形成されている。また、偏向素子４６の溝は、空間光変調素子４５の微小ミラー４５ｂのオン角度と同角度の角度で傾斜した傾斜面を有する。たとえば、使用するレーザ光の波長は２６６ｎｍである。また、空間光変調素子４５は、微小ミラー４５ｂの画素面傾き角度（オン角度、オフ角度）が１２．０°であり、ミラーピッチが１１．１μｍである。この場合、偏向素子４６の溝ピッチは、ミラーピッチと同じ１１．１μｍであり、傾斜面の傾斜角度は、画素面傾き角度と同じ１２．０°に設定される。
【００４９】
実施の形態においては、入射光に対して所定角度でレーザ光を出力する空間光変調素子４５と結像レンズ１１との間に、偏向素子４６を配置させて、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３を観察光学系の光軸Ａ５と同軸の光軸Ａ４のレーザ光Ｌ４に補正している。このように、実施の形態においては、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３を観察光学系の光軸Ａ５と同軸に補正しているため、観察光学系の光軸Ａ５を基板１の加工面に対して垂直に設定することができ、顕微鏡部３の観察光学系にレーザ照射部４を無理なく組み込むことができる。そして、本実施の形態においては、空間光変調素子４５の基準面Ｓ１と、基板１の加工面とを平行に配置できるため、観察光学系の光学系以外の他の各光学系の組みつけも容易になる。
【００５０】
なお、実施の形態では、図５に示すように、偏向素子４６が偏向するレーザ光の進行方向を顕微鏡部３における光軸Ａ５に対して０．０３７°傾けて、偏向素子４６が最も強い強度でレーザ光を回折できるように厳密に位置調整してもよい。
【００５１】
また、実施の形態においては、図６に示すように、二次元の回折光学素子である偏向素子４６ａを用いてもよい。この場合も、偏向素子４６ａは、空間光変調素子４５のミラーピッチと同ピッチで格子が形成されており、各格子面は、空間光変調素子４５の微小ミラー４５ｂのオン角度と同角度の角度で傾斜する。たとえば、使用するレーザ光の波長が２６６ｎｍであり、空間光変調素子４５の微小ミラー４５ｂの画素面傾き角度（オン角度、オフ角度）が１２．０°であり、ミラーピッチが１１．１μｍである場合、偏向素子４６ａの格子ピッチは、ミラーピッチと同じ１１．１μｍであり、格子面の傾斜角度は、画素面傾き角度と同じ１２．０°に設定される。
【００５２】
また、実施の形態においては、図７に示すように、空間光変調素子４５と同じ構成を有する微小ミラーアレイ４６ｂを用いてもよい。この場合、全微小ミラーをオン状態とすることによって、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３を観察光学系の光軸Ａ５と同軸のレーザ光に補正することができる。
【００５３】
また、実施の形態においては、図８に示すように、偏向素子４６に代えて、透明材料にて形成される透明型回折光学素子４６ｃを用いてもよい。なお、図８においては、図１に示す投影レンズ４３ａ，４３ｂ等の図示を省略している。
【００５４】
図８に示すように、空間光変調素子４５から出力されたレーザ光Ｌ３が透明型回折光学素子４６ｃの裏面に垂直に入射するように、透明型回折光学素子４６ｃは、空間光変調素子４５と結像レンズ３８との間に配置される。このとき、空間光変調素子４５が入射光に対して角度βでレーザ光を出力するのに対応させて、透明型回折光学素子４６ｃの裏面は、光軸Ａ３の直交面に対して角度βで傾斜するように配置される。この角度βは、たとえば２４．０２°である。
【００５５】
透明型回折光学素子４６ｃは、図９に示すように、表面に複数の溝が所定ピッチで形成された構造を有し、裏面から入射したレーザ光Ｌ３を、表面において光軸Ａ５の方向と一致する方向に偏向させ、レーザ光Ｌ４として出力する。
【００５６】
透明型回折光学素子４６の表面の溝の傾斜角度であるブレーズ角θＢは、透明型回折光学素子４６ｃの構成材料の屈折率ｎ、回折次数ｍ、１ｍｍあたりの溝本数Ｎ、入射光の波長λを用いて、以下の（１）式のように表される。
【００５７】
【数１】
【００５８】
たとえば、屈折率が１．５であり、回折次数が１５であり、１ｍｍあたりの溝本数が１０２本である透明型回折光学素子４６ｃを用いる場合、２６６ｎｍの紫外レーザ光を加工用に使用するときには、透明型回折光学素子４６ｃのブレーズ角θＢを３４．７５°に設定すればよい。
【００５９】
また、空間光変調素子４５の製造誤差によって回折効率が設定値から変動した場合、空間光変調素子４５へのレーザ光の入射条件も変動してしまう場合がある。そこで、実施の形態では、図１０のように、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の入射角を調整する入射角調整機構４７、および、空間光変調素子４５を傾斜させて偏向素子４６に対する空間光変調素子４５の傾斜角度を調整する角度調整機構４８をさらに設けてもよい。この場合、制御部２５０におけるレーザ加工制御部２５２が入射角調整機構４７および角度調整機構４８を制御して、回折効率が設定値を満たすように、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の入射角度を調整する。
【００６０】
たとえば、空間光変調素子４５のミラーピッチが１１．１μｍであり、微小ミラー４５ｂのオン角度が設定値である１２．０°ではなく１１．９°である場合を例に説明する。この場合、入射角調整機構４７は、空間光変調素子４５に入射するレーザ光の入射角度を、空間光変調素子４５の基準面の垂線に対して３．０°傾くように設定し、角度調整機構４８は、偏向素子４６に対する空間光変調素子４５の傾斜角度を３．２°に設定する。この場合、一次元の回折光学素子である偏向素子４６の溝ピッチは、ミラーピッチと同じ１１．１μｍであり、傾斜面の傾斜角度は、画素面傾き角度の設定値と同じ１２．０°のままでよい。また、図１０の構成においても、偏向素子として二次元の回折光学素子である偏向素子４６ａを用いることももちろん可能であり、この場合には、偏向素子４６ａの格子ピッチは、ミラーピッチと同じ１１．１μｍであり、格子面の傾斜角度は、画素面傾き角度の設定値と同じ１２．０°のままでよい。もちろん、図１０の構成においても、偏向素子として微小ミラーアレイ４６ｂを用いることもできる。
【００６１】
また、実施の形態においては、空間光変調素子４５に代えて、図１１に示す空間光変調素子３４５を用いてもよい。空間光変調素子３４５は、基板４５ｇ上のうち、オン状態およびオフ状態のいずれかの状態においてレーザ光Ｌ２が入射する微小ミラー４５ｂ間の領域に反射防止材３４５ｉが形成される。この反射防止材３４５ｉによって、基板４５ｇに到達したレーザ光Ｌ２が微小ミラー４５ｂの裏面側に反射することを抑制することができる。したがって、潤滑剤４５ｈに対するレーザ光Ｌ２の基板４５ｇからのはね返りもなくなるため、潤滑剤４５ｈの劣化をさらに防止することができ、スティッキングの発生も低減できる。また、反射防止材に変えて、溝などを設けるなどレーザ光をトラップする構造を設けることも有効である。
【００６２】
また、本実施の形態では、レーザ光を用いて基板１の加工面の欠陥等を修正するレーザ加工装置を例に説明したが、もちろん、これに限らず、レーザ光源から出射されたレーザ光を空間変調して対象物にパターンを投影する露光装置などのパターン投影装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 基板
２ ステージ
３ 顕微鏡部
４ レーザ照射部
５ 制御部
６ 入力部
７ 表示部
８ 記憶部
３１ 対物レンズ
３２ レボルバ
３３ 焦準機構
３４ 撮像部
３５ 結像部
３５ａ 結像レンズ
３５ｂ，４４ ミラー
３６ 照明系
３６ａ レンズ
３７ａ，３７ｂ ハーフミラー
３８ 結像レンズ
４１ レーザ光源
４２ 光ファイバ
４３ａ，４３ｂ 投影レンズ
４５ 空間光変調素子
４５ｂ 微小ミラー
４５ｃ 支持部
４５ｄ 回転軸部
４５ｅ ランディングパット
４５ｆ アドレス電極
４５ｇ 基板
４５ｈ 潤滑剤
４６，４６ａ 偏向素子
４６ｂ 微小ミラーアレイ
４７ 入射角調整機構
４８ 角度調整機構
５１ 顕微鏡制御部
５２ レーザ加工制御部
１００ レーザ加工装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物にパターンを投影するパターン投影装置において、
レーザ光を出射する光源と、
規則的に配列された複数のミラーを有し、前記複数のミラーによって、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記パターンに対応させて空間変調する空間光変調素子と、
前記対象物を照明する照明光学系と、
前記空間光変調素子によって空間変調された変調光を前記対象物に投影する投影光学装置と、
前記空間光変調素子から出力されたレーザ光の進行方向を、前記投影光学系の光軸方向と一致する方向に偏向させる偏向素子と、
を備え、
前記空間光変調素子は、該空間光変調素子に入射するレーザ光の進行方向が該空間光変調素子の基準面の法線とおおよそ平行であることを特徴とするパターン投影装置。
【請求項２】
前記空調光変調素子は、前記ミラーの反射角がオン角度で傾斜するオン状態とオフ角度で傾斜するオフ状態とを切り替え可能であり、
前記オン状態と前記オフ状態との間の位置関係は、前記ミラーの回転軸を通る前記法線が含まれる一つの平面に対して対称であることを特徴とする請求項１に記載のパターン投影装置。
【請求項３】
前記偏向素子は、一次元の回折光学素子、二次元の回折光学素子、二次元に配列する複数のミラーを有する回折光学素子または透明型回折光学素子であることを特徴とする請求項１に記載のパターン投影装置。
【請求項４】
前記空間光変調素子は、表面に前記複数のミラーを配列させる基板と、前記基板の表面のうち前記レーザ光が入射する領域に形成される前記レーザ光の反射を防止する反射防止材とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のパターン投影装置。
【請求項５】
レーザ光を使用して対象物の加工を行うレーザ加工装置において、
請求項１〜４のいずれか一つに記載のパターン投影装置と、
前記パターン投影光学装置から出力されたレーザ光を前記対象物に投影して前記対象物を加工する加工部と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１】
対象物にパターンを投影するパターン投影装置において、
レーザ光を出射する光源と、
規則的に配列された複数のミラーを有し、前記複数のミラーによって、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記パターンに対応させて空間変調する空間光変調素子と、
前記対象物を照明する照明光学系と、
前記空間光変調素子によって空間変調された変調光を前記対象物に投影する投影光学装置と、
前記空間光変調素子から出力されたレーザ光の進行方向を、前記投影光学系の光軸方向と一致する方向に偏向させる偏向素子と、
を備え、
前記空間光変調素子は、該空間光変調素子に入射するレーザ光の進行方向が該空間光変調素子の基準面の法線とおおよそ平行であることを特徴とするパターン投影装置。
【請求項２】
前記空調光変調素子は、前記ミラーの反射角がオン角度で傾斜するオン状態とオフ角度で傾斜するオフ状態とを切り替え可能であり、
前記オン状態と前記オフ状態との間の位置関係は、前記ミラーの回転軸を通る前記法線が含まれる一つの平面に対して対称であることを特徴とする請求項１に記載のパターン投影装置。
【請求項３】
前記偏向素子は、一次元の回折光学素子、二次元の回折光学素子、二次元に配列する複数のミラーを有する回折光学素子または透明型回折光学素子であることを特徴とする請求項１に記載のパターン投影装置。
【請求項４】
前記空間光変調素子は、表面に前記複数のミラーを配列させる基板と、前記基板の表面のうち前記レーザ光が入射する領域に形成される前記レーザ光の反射を防止する反射防止材とをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のパターン投影装置。
【請求項５】
レーザ光を使用して対象物の加工を行うレーザ加工装置において、
請求項１〜４のいずれか一つに記載のパターン投影装置と、
前記パターン投影光学装置から出力されたレーザ光を前記対象物に投影して前記対象物を加工する加工部と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１１８３７５（Ｐ２０１２−１１８３７５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６９１９６（Ｐ２０１０−２６９１９６）
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【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２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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