レーザ加工装置、レーザ加工方法およびレーザ加工プログラム
【課題】動作不良となった微小ミラーを避けて被加工物の加工を行なうことができないような状態になった場合であっても、所定の照射領域を確保して、継続的に使用することが可能なレーザ加工装置等を提供すること。
【解決手段】レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、空間変調素子と被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系と、照射の事前に設定された照射領域に基づいて空間変調素子の動作を制御する手段と、空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出する手段と、動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が照射領域と重なる場合、動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する手段とを備える。
【解決手段】レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、空間変調素子と被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系と、照射の事前に設定された照射領域に基づいて空間変調素子の動作を制御する手段と、空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出する手段と、動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が照射領域と重なる場合、動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルマイクロミラーデバイスに代表される微小ミラーアレイ等の空間変調素子を用いたレーザ加工装置に関し、特に、液晶表示装置等の基板を製造する過程で、基板上の欠陥領域を撮像により抽出し、その欠陥領域の形状に合わせて修正を行なうレーザリペア装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工装置において、被加工物に照射するレーザビームを複数の微小ミラーによりスイッチングして、レーザビームが照射される範囲、パターンを可変して加工を行なうようにした装置が知られている。
【０００３】
このようなレーザ加工装置では、微小面積を有する微小ミラー面に高出力のレーザビームが照射されるため、微小ミラーが経時劣化しやすく、ひとたび微小ミラーが劣化すると、例えば微小ミラーのミラー面の傾きが狂ってレーザビームの照射位置がずれ、加工領域での加工不良を起こしたり、加工が不要な領域や加工済の領域を破壊したりするという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、複数の微小ミラーから構成される微小ミラーアレイの１つであるデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device：以下、ＤＭＤと略称する。）が劣化した場合に、ＤＭＤあるいはレーザビームの入射側に設けられたマスクを移動することにより、劣化していないＤＭＤ上にレーザビーム照射領域を移動できるようにした露光装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。そして、その劣化状態を測定する手段の例として、レーザビーム出射時間累積カウンタにより劣化状態を推定するもの、被描画媒体に相当する位置で光パワーを測定して光パワーの低下から劣化状態を検出するもの、描画領域ごとに設けた光検出器で散乱光を測定してその増大の変化により劣化状態を検出するものが開示されている。
【０００５】
また、レーザビーム照射に使用する範囲より大きなＤＭＤを採用して、微小ミラーの反射光のうち被加工物から離れる方向に偏向されたレーザビームを撮像することで微小ミラーの劣化素子を検出し、検出した劣化素子を使用しないようにＤＭＤ全体をスライドさせることで劣化素子を避けるように照射領域を変更して、加工信頼性を向上するものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１９１６６０号公報（第４−８頁、図７、１０、１３）
【特許文献２】特開２００６−２２７１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の微小ミラーアレイを用いたレーザ加工装置では、劣化素子が増えてＤＭＤの全面に亘って劣化素子が発生すると、微小ミラーアレイをスライドした場合であっても、劣化素子を避けられない状態になると加工が不可能になる場合があり、その時点でレーザ加工装置を停止して、次に微小ミラーアレイを交換するまではレーザ加工装置の使用が出来なくなるため、例えば被加工物の製造ライン内でレーザ加工装置を使用している場合には製造ラインを停止させなければならないという問題点があった。
【０００７】
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、動作不良となった微小ミラーを避けて被加工物の加工を行なうことができないような状態になった場合であっても、所定の照射領域を確保して、継続的に使用することが可能なレーザ加工装置、レーザ加工方法およびレーザ加工プログラム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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、前記空間変調素子と前記被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系と、照射の事前に設定された照射領域に基づいて前記空間変調素子の動作を制御する照射領域制御手段と、前記空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出する動作不良素子検出手段と、前記動作不良素子検出手段により動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が前記照射領域と重なる場合、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、前記被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動作不良であることが検出された微小ミラーの位置が照射領域と重なる場合、動作不良であることが検出されなかった微小ミラーのみを含む正常領域を用いて、被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうことができるので、動作不良となった微小ミラーを避けて被加工物の加工を行なうことができないような状態になった場合であっても、所定の照射領域を確保して、継続的にレーザ加工装置を使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。すべての図面において、実施の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。
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成について説明するための模式的な構成説明図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置のスリットの構成について説明するための説明図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の微小ミラーアレイの断面方向の構成および動作について説明するための断面説明図である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の微小ミラーアレイを反射面側から見た様子を示す模式的な平面説明図およびその動作を説明するための被加工物上の画像の一例を示す平面説明図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の撮像素子により得られる画像の一例について説明するための模式説明図である。
【００１２】
図１において、レーザ加工装置５０は、レーザ光源１（光源部）、照明光学系３、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）４（微小ミラーアレイ）、集光レンズ５、波長選択ミラー６、対物レンズ７、リレー光学系１０、減衰フィルタ１１、第２撮像素子１２（撮像素子）、第２画像処理部１３（偏向動作検出手段）、コントローラ１４（発光制御手段）、アクチュエータドライバ１５、２軸変位アクチュエータ１６（移動手段）、撮像光学系１７、第１撮像素子１８、第１画像処理部１９、スリット２５、領域コントローラ２６および警告手段２７を備えている。そして、レーザ加工装置５０は、試料９（被加工物）上に所定パターンを形成した所定の光出力と波長とを有するレーザビーム２Ａを投影し、その光エネルギーにより試料９の表面を加工する。光エネルギーによる加工は、例えば、加熱、溶融、気化、切断、露光記録などが挙げられる。
【００１３】
レーザ光源１は、試料９を加工するためのレーザビーム２を発生するものである。レーザビーム２の光出力及び波長は、試料９の加工部分の材質の光吸収の波長特性に応じて、加工効率が良好となる光出力、発振波長に設定される。レーザビーム２の点灯、消灯、変調などの発光制御は、後述するコントローラ１４が生成する制御信号１０１により行われるようになっている。
【００１４】
例えば、液晶基板などガラス基板上にマスクされたフォトレジスト膜の加工の場合、レーザ光源１として、ＹＡＧレーザ（基本波長λ１＝１．０６４μｍ（マイクロメートル））を用い、第２、第３、第４高調波（それぞれ波長λ２＝５３２ｎｍ、λ３＝３５５ｎｍ、λ４＝２６６ｎｍ）をパルス幅が数ｎｓｅｃ程度、ピーク出力が数ＭＷ程度のパルス発振させるものを好適に採用することができる。
【００１５】
照明光学系３は、レーザ光源１により形成されたレーザビーム２を断面強度分布が均一化された略平行光束とする光学系からなり、レーザビーム２の光路上に配置される。このような照明光学系３の構成としては、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が知られているので、必要に応じてどの構成を採用してもよい。
【００１６】
スリット２５は、レーザ光源１からＤＭＤ４の間に配置されており、スリット２５の開口部を通過したレーザビーム２のみがＤＭＤ４に入射するように光学的な設計がなされている。
【００１７】
スリット２５は、図２に示すようにスリット部品２５Ａおよび２５Ｂの２つの部品から構成されている。これらは図示しないＸＹステージ機構に取り付けられ、それぞれ個別にＸＹ軸方向にモータで制御することができるだけでなく、同時にＸ０Ｙ０方向に制御することもできる。これらのＸＹステージ機構により、ＤＭＤ４の開口部の大きさを変えたり、開口部の中心位置をスライドしたりする制御を実現する。なお、このときの駆動分解能は少なくともＤＭＤ４を構成する微小ミラーの画素サイズと同じであり、ＸＹ方向の移動範囲は、一度のレーザ照射で使用可能なＤＭＤ４の領域内のどの微小ミラーでも単独で照射可能な範囲である。
【００１８】
開口部の形状は特に限定しないが、レーザビーム２の照射領域の面積と微小ミラー使用領域の面積との差をより小さくするためには、出来る限り微小ミラーの配置形状に合わせることが望ましい。つまり、矩形状に微小ミラーが配置されているものであれば開口部も矩形、放射状に微小ミラーが配置されているものであれば開口部も放射状という具合である。
【００１９】
制御データを入力すると、それに合わせてスリット２５の開口部を拡大縮小及びスライドし、入力した領域だけにレーザビーム２が照射されるような制御を行なう。
空間変調素子であるＤＭＤ４は、可動ミラー配列面４ｂ上に、それぞれの傾斜角が独立に切り替え可能とされた複数の可動ミラー面４ａ（図３参照）が略隙間なく２次元的に配列された微小ミラーアレイである。
【００２０】
各可動ミラー面４ａの傾斜角の切り替えは、後述する領域コントローラ２６により生成される制御信号１０６により行われる。制御信号１０６によりオン状態が選択されると、可動ミラー面４ａは、可動ミラー配列面４ｂに対して傾斜角φAだけ傾斜されたオン状態ミラー４Ａとなる。また制御信号１０６によりオフ状態が選択されると、同じく傾斜角がφBだけ傾斜されたオフ状態ミラー４Ｂとなる。
【００２１】
そして、オン状態ミラー４Ａではレーザビーム２が試料９に向かう第１の方向にレーザビーム２Ａとして偏向され、オフ状態ミラー４Ｂではレーザビーム２が試料９から離れる第２の方向にレーザビーム２Ｂとして偏向されるようになっている。
【００２２】
本第１の実施の形態では、図３に示すように、第１の方向が可動ミラー配列面４ｂの法線方向になっており、第２の方向が可動ミラー配列面４ｂの法線に対して角度θoだけ傾斜した方向となっている場合の例で説明する。
【００２３】
ここで、レーザビーム２の入射方向は、第１の方向とは異なる方向であるとする。また傾斜角φA、φBは、可動ミラー配列面４ｂを挟んでそれぞれ反対向きに傾斜する傾斜角である。よって下記の式（１）及び式（２）が成立する。
θi＝２×φA ・・・式（１）
θo＝θi＋２×φB ・・・式（２）
ここで、角度θiは、可動ミラー配列面４ｂに対するレーザビーム２の入射角であり、０°以外の角度とする。
【００２４】
可動ミラー配列面４ｂの大きさは照明光学系３により断面強度分布が均一化されたレーザビーム２の光束径よりも十分大きく、また各可動ミラー面４ａはレーザビーム２の光束径よりも十分小さく構成される。
【００２５】
ＤＭＤ４は、例えばプロジェクタなどに用いられているのと同様の構成を採用できる。すなわち、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により、大きさが１０マイクロメートル（μｍ）角程度で表面に金属膜が蒸着されるなどして高効率の反射面とされた可動ミラー面４ａが、例えば８００×６００個程度アレイ状に配列され、それぞれが可動ミラー配列面４ｂに対して±１２°程度の傾斜角（φA＝φB＝１２°）で傾斜可能とされたものなどが採用できる。
【００２６】
レーザビーム２の光束断面の大きさ、形状、および可動ミラー配列面４ｂの大きさは、加工種類や被加工物などに応じて適宜の形状、大きさとすることができるが、一例として、レーザビーム２が光束径φ３ｍｍの円形断面を有し、可動ミラー配列面４ｂの大きさが８ｍｍ×６ｍｍ程度の構成を採用することができる。
【００２７】
集光レンズ５と対物レンズ７とは、ＤＭＤ４に照射されたレーザビーム２のうち、レーザビーム２Ａを、試料９上に投射するための投射光学系を構成するものであり、可動ミラー配列面４ｂと試料９の加工面とが共役の関係となるように設けられる。また、可動ミラー配列面４ｂと試料９の加工面とが光軸に対して略垂直としてもよい。加工面は光軸に対して傾いていても加工された部分が許容される範囲であればよく、可動ミラー配列面４ｂも１つのミラー面のサイズと投射光学系のＮＡで決まる焦点深度内となる傾きであれば許容される。
【００２８】
このような投射光学系を構成するには、例えば、対物レンズ７として像側が無限遠設計とされた光学系を採用して物体側焦点位置が試料９上となる位置に配置し、集光レンズ５として、対物レンズ７と同様に無限遠設計されたレンズを物体側焦点位置が可動ミラー面４ａ上となる位置に配置すればよい。
【００２９】
すなわち、この投射光学系により、オン状態ミラー４Ａで反射されたレーザビーム２Ａが試料９上に投射され、オン状態ミラー４Ａの配置に対応する適宜倍率の画像パターンが試料９上に形成されるようになっている。
【００３０】
一方、試料９の近傍には、試料９上を可視光により照明するための可視光照明部８が設けられている。可視光照明部８としては、例えば、可視光の比較的長波長域から赤外域に波長が分布するハロゲンランプなどを採用することができる。
【００３１】
また、集光レンズ５と対物レンズ７との中間部の光路上には、レーザビーム２Ａの波長光を略１００％透過し、可視光照明部８の可視波長域の光を略１００％反射する波長選択ミラー６が配置されている。
【００３２】
このため、可視光照明部８により照射された照明光が試料９で散乱反射されて照明反射光２０が形成されると、照明反射光２０が対物レンズ７により集光され、投射光学系の光路を逆進して波長選択ミラー６に達し、波長選択ミラー６により反射されて投射光学系から分岐されるようになっている。
【００３３】
波長選択ミラー６により分岐された照明反射光２０の光路上には、光路に沿う順に、撮像光学系１７、第１撮像素子１８が配置されている。
撮像光学系１７は、入射光の像を所定の結像面に結像するため光学系であり、例えば無限遠に物体面が設定された光学系が採用される。本第１の実施の形態の場合、照明反射光２０が入射光となるので、試料９の画像が結像面に結像されるようになっている。
【００３４】
第１撮像素子１８は、撮像光学系１７の結像面に撮像面が配置された、例えばＣＣＤなどからなる撮像素子である。そして、第１画像処理部１９と電気的に接続され、撮像光学系１７により投影された像を光電変換し、画像データ１０５として第１画像処理部１９に送出できるようになっている。
【００３５】
第１画像処理部１９は、領域コントローラ２６と電気的に接続され、ＤＭＤ４の各可動ミラー面４ａのオン・オフ状態を表すデータ１０２を領域コントローラ２６に送出できるようになっている。
【００３６】
領域コントローラ２６（照射領域制御手段）は、第１画像処理部１９を介して第１撮像素子１８から送出された画像データ１０５に基づいて、試料９上の加工が必要な部位の位置を算出し、その部位に対応する可動ミラー面４ａをアレイ配列中から選択してオン状態ミラー４Ａとし、それ以外の部位に対応する可動ミラー面４ａをオフ状態ミラー４Ｂとするための制御信号１０６を生成するためのものである。また、第１画像処理部１９から受けたデータ１０２のマトリクスのサイズを決定して、制御信号１０６をＤＭＤ４に転送して制御する。
【００３７】
ここでマトリクスとは、例えば試料９上の照射すべき領域を、光学的に共役な位置にあるＤＭＤ４の投影したときに微小ミラーを基準にして決まる領域をいうこととする。
さらに、領域コントローラ２６は、第１画像処理部１９と後述する第２画像処理部１３からの情報をもとに、ＤＭＤ４を構成する各微小ミラーの劣化度合いを管理し、その度合いに応じてＤＭＤ４の使用モードの切り替えを行なう。使用モードには通常モードと劣化対応モードがある。
【００３８】
ＤＭＤ４が劣化していないうちは通常モードであり、マトリクスのサイズはそのままでデータ１０２をＤＭＤ４へ転送する。しかし、コントローラ１４から領域分割指令１０９を受けると劣化対応モードに移行し、その場合はデータ１０２のマトリクスを分割する。つまり、試料９上の欠陥領域を分割する。そしてマトリクスのサイズを分割により小さくして転送すると共に、警告手段２７に対して警告指令１１０を送る。
【００３９】
領域コントローラ２６の画像処理は、試料９の画像から加工が必要な部位を算出できればどのような画像処理を用いてもよい。例えば、加工された部位と加工不良や未加工の部位との輝度差に対応する閾値を設定して、試料９上の画像を２値化し、予め設定された加工すべき部位の形状と比較することにより、加工が必要な加工不良や未加工の部位の位置を算出するといった画像処理を採用することができる。
【００４０】
例えば、２値化後の画像が、図４（ｂ）に示すように斜線で示す範囲に分布し、パターン２２ａ、２２ｂが得られるとする。ここで、見やすさのためレーザビーム２の照射範囲を正方形として図示している。実際の照射範囲の形状は、例えば円形や矩形など他の形状であってもよい。
【００４１】
一方、この画像上の任意の領域は、可動ミラー面４ａのアレイ状の配列に対応して、オン状態ミラー４Ａによりレーザビーム２Ａがそれぞれ到達する碁盤目状の投影領域２１に分割されている。例えば、各領域の中心座標と、各投影領域２１にレーザビーム２Ａを導く可動ミラー面４ａの面番号とがそれぞれ対応づけられた配列データとして記憶されている。
【００４２】
一方、加工すべき部位の情報もまた、投影領域２１ごとに与えられており、例えば、画像のない領域２３ａ、２３ｂが加工すべき領域であるかどうかの情報として領域コントローラ２６に記憶されている。
【００４３】
したがって、各投影領域２１に対する画像分布と加工すべき部位かどうかの情報とを比較判定することにより、加工不良や未加工の部位が判定される。領域２３ａ、２３ｂが加工すべき部位であるにもかかわらず未加工の領域であると判定されれば、領域２３ａ、２３ｂに対応する可動ミラー面４ａ、４ａの傾斜角を切り替えて、オン状態ミラー４Ａ、４Ａにするような制御信号１０６が生成される。
【００４４】
この例では、領域２３ａ、２３ｂに対応する可動ミラー面４ａは、図４（ａ）においてそれぞれ可動ミラー面４Ｃ、４Ｄとなっている。
リレー光学系１０は、レーザビーム２Ｂを、第２撮像素子１２の感度に合わせて適宜の光量に減衰させる減衰フィルタ１１を介して第２撮像素子１２上に投影するための光学系であり、可動ミラー面４ａと第２撮像素子１２の撮像面とが共役の関係となるように設けられる。
【００４５】
減衰フィルタ１１は、例えば、アルミなどの金属膜をガラスに蒸着した反射型減衰フィルタや、誘電体を積層蒸着した誘電体多層膜を用いた減衰フィルタなどを好適に採用できる。
【００４６】
リレー光学系１０と減衰フィルタ１１とは、本第１の実施の形態の検出光学系を構成している。
第２撮像素子１２は、リレー光学系１０の像面に撮像面が配置された、例えばＣＣＤなどからなる撮像素子である。そして、第２画像処理部１３と電気的に接続され、リレー光学系１０により投影された像を光電変換し、画像データ１０３として第２画像処理部１３に送出できるようになっている。
【００４７】
第２画像処理部１３は、第２撮像素子１２から送出された画像データ１０３に基づいて、各可動ミラー面４ａのうちオフ状態ミラー４Ｂとなっているものを特定して、データ１０４を生成し、電気的に接続されたコントローラ１４に送出するものである。
【００４８】
オフ状態ミラー４Ｂを特定するための画像処理は、例えば、オフ状態ミラー４Ｂにより反射されてリレー光学系１０、減衰フィルタ１１を透過したレーザビーム２Ｂの輝度よりわずかに低い閾値を設定して、第２撮像素子１２により撮像された画像を２値化し、閾値以上の領域をＤＭＤ４上の可動ミラー面４ａの配列位置と関係づけるといった画像処理を採用することができる。
【００４９】
例えば、図４（ｂ）のパターン２２ａ、２２ｂに対応する加工が行われている場合には、正常な加工時には、それ以外の領域で可動ミラー面４ａがオフ状態ミラー４Ｂとなっているから、第２撮像素子１２ではパターン２２ａ、２２ｂを反転したパターン４４（図５（ａ）参照）が得られる。逆にパターン４４が得られると、パターン４４に対応する位置の可動ミラー面４ａがオフ状態ミラー４Ｂであると判定される。
【００５０】
コントローラ１４は、レーザ加工装置５０の全体制御を行なうための制御部であり、領域コントローラ２６、第２画像処理部１３、レーザ光源１、アクチュエータドライバ１５にそれぞれ電気的に接続されている。
【００５１】
コントローラ１４の主要な制御は、発光制御、偏向動作検出制御、および照射領域移動制御からなる。
発光制御は、試料９を加工するために必要なレーザパワー（光出力）で点灯する加工モードと、試料９にレーザビーム２が到達しても試料９に変化を起こさない程度の低出力で発光する事前発光モードとが切り替えられるようになっている。なお、レーザ光源１による事前発光モードの代わりに、レーザ光源１と照明光学系３との間にハーフミラー等の反射光学素子を設け、ＬＥＤ等のレーザに対して十分出力の低い光源をレーザ光源１によるＤＭＤ４への照射と同様に照射されるよう設置して発光させてもよい。
【００５２】
加工モードでは、例えばピーク出力がＰ2で発振周期が数ｎｓｅｃ程度のパルス発振を行なうように発光制御される。また、事前発光モードでは、例えばピーク出力がＰ1で同様なパルス発振を行なうように発光制御される。
【００５３】
偏向動作検出制御は、本第１の実施の形態では、領域コントローラ２６を介して受け取ったデータ１０２と第２画像処理部１３からのデータ１０４とを比較して、ＤＭＤ４の偏向動作状態を判定し、偏向動作不良を検出した場合に照射領域移動制御を行なう制御である。このため本第１の実施の形態のコントローラ１４は、偏向動作検出手段を兼ねている。
【００５４】
照射領域移動制御は、アクチュエータドライバ１５を介して２軸変位アクチュエータ１６を駆動し、ＤＭＤ４を可動ミラー配列面４ｂの面内に沿って２次元移動する制御である。
【００５５】
なお、検出光学系、第２撮像素子１２、第２画像処理部１３、コントローラ１４で、動作不良素子検出手段を構成している。
２軸変位アクチュエータ１６（空間変調素子スライド機構）は、ＤＭＤ４を可動ミラー配列面４ｂに沿う平面内で、可動ミラー面４ａの傾斜角をレーザビーム２に対して変えないように移動するための移動手段であり、アクチュエータドライバ１５から移動制御信号１１４を受信することにより２軸方向に駆動されるものである。移動方向の最小移動量は、少なくとも可動ミラー面４ａの１個分の単位を正確に移動できるように設定される。
【００５６】
また、２軸変位アクチュエータ１６は、被加工面においてＤＭＤ４の左上端の微小ミラーによるものと同じ照射位置を、右下端の微小ミラーによっても照射可能となるようにスライド範囲を設ける。
【００５７】
アクチュエータの種類は適宜のものを採用できる。例えば、ボールねじ送り機構やリニアモータなどにより１軸方向に駆動されるアクチュエータを組み合わせた機構を採用することができる。
【００５８】
アクチュエータドライバ１５は、コントローラ１４からの制御信号１００に応じて、２軸変位アクチュエータ１６を駆動するための移動制御信号１１４を生成するドライバである。
【００５９】
警告手段２７は、領域コントローラ２６からの警告指令１１０を受けて、ダイアログ、シグナルタワーなどを用いて、レーザ加工装置５０の使用者に対してＤＭＤ４が劣化している旨を報知する。一度受けた警告指令１１０の情報は、ＤＭＤ４を交換するまで保持し、その間は警告し続ける。ＤＭＤ４を交換した後は、警告指令１１０の情報はリセットされる。
【００６０】
次に、本第１の実施の形態のレーザ加工装置５０の動作について説明する。
先ず、通常モードによるレーザ加工工程について説明を行なう。
レーザ加工装置５０により加工を行なうには、不図示の電源スイッチを投入して適宜の初期化を行ない、試料９をセットする。
【００６１】
ＤＭＤ４は、初期化されると、各可動ミラー面４ａの傾斜角が図３に示すφBにセットされ、オフ状態ミラー４Ｂに設定される。
可視光照明部８が点灯されると、図１に示すように、照明光が試料９により反射され、可視光からなる照明反射光２０が対物レンズ７により集光される。そして、波長選択ミラー６で略１００％反射されて、撮像光学系１７に入射され、第１撮像素子１８の撮像面に試料９の像が結像される。
【００６２】
第１撮像素子１８から画像データ１０５が第１画像処理部１９に送出され、試料９の画像から、加工すべき部位の情報が得られる。
図４（ｂ）に示すパターン２２ａ、２２ｂの画像が得られ、領域コントローラ２６に記憶されている情報から、領域２３ａ、２３ｂが加工不良部と判定されたとする。
【００６３】
例えば、加工不良部は、回路パターンのショート部やはみ出してしまった不要なパターンであり、加熱・昇華するなどの加工を行って、パターン２２ａ、２２ｂのショート部や不要なパターンを消滅させる必要がある。
【００６４】
そこで、領域コントローラ２６は、領域２３ａ、２３ｂにレーザビーム２Ａを照射するために、これらの領域に対応する可動ミラー面４ａをオン状態ミラー４Ａとするような制御信号１０６をＤＭＤ４に送出する。また、第１画像処理部１９からは、オン状態ミラー４Ａの設定情報をデータ１０２として、領域コントローラ２６に送出される。
【００６５】
以下、オン状態ミラー４Ａとされる可動ミラー面４ａは、図４（ａ）における可動ミラー面４Ｃ、４Ｄであるとして説明する。
ＤＭＤ４は、制御信号１０６を受けると可動ミラー面４Ｃ、４Ｄを傾斜角φAにセットし、オン状態ミラー４Ａとする。ここで可動ミラー面４Ｃが寿命に達しており、動作不良を起こし正しい傾斜角に制御されないものとする。
【００６６】
一方、レーザ光源１は、コントローラ１４によりレーザビーム２を点灯し、照明光学系３により断面強度が均一となるように整形されてＤＭＤ４に事前発光モードで照射する。例えば、図４（ａ）に示す照射領域２４Ａに照射される。そして、各可動ミラー面４ａの傾斜角に応じてレーザビーム２Ａ、２Ｂに分割される。本第１の実施の形態では、可動ミラー面４Ｃは動作不良を起こし、オフ状態ミラー４Ｂとなっている。
【００６７】
可動ミラー面４Ｄは、正常に動作するので、オン状態ミラー４Ａにセットされている。
したがって、可動ミラー面４Ｄにより偏向されたレーザビーム２Ａは、集光レンズ５により集光され、波長選択ミラー６を略１００％透過して、対物レンズ７により集光され、試料９上に到達し、図４（ｂ）の領域２３ｂに照射される。
【００６８】
一方、オフ状態ミラー４Ｂにより反射されたレーザビーム２Ｂは、リレー光学系１０、減衰フィルタ１１を透過して第２撮像素子１２上に投影され、例えば、図５（ｂ）に示すパターン４５のような像が撮像され、画像データ１０３として第２画像処理部１３に送出される。
【００６９】
第２画像処理部１３は、この画像を画像処理して、オフ状態ミラー４Ｂとなっている可動ミラー面４ａを特定し、データ１０４としてコントローラ１４に送出する。
コントローラ１４では、領域コントローラ２６を介して受け取ったデータ１０２と第２画像処理部１３からのデータ１０４とを比較することにより、オン状態ミラー４Ａになっているべき領域４６に相当する可動ミラー面４Ｃが動作不良を起こしていると判定される（偏向動作検出制御）。
【００７０】
このような判定の結果、コントローラ１４は、照射領域移動制御を行なう。移動方向、移動量は、検出された動作不良部分が除かれればどのように設定してもよい。そして、上記の工程を繰り返し、オフ状態ミラー４Ｂの状態が正常となると、事前発光動作を終了し、コントローラ１４は、レーザ光源１に制御信号１０１を送出し、加工工程を開始する。
【００７１】
加工工程では、図４（ｂ）の領域２３ａ、２３ｂが加熱・昇華され、パターン２２ａ、２２ｂが正常に修復される。
以上が、通常モードによるレーザ加工工程である。しかしながら、さらに劣化が進むことにより、事前発光モードにより得た第２画像処理部１３からのデータ１０４と第１画像処理部１９からのデータ１０２をもとにどのように移動させても、照射に使用したい領域に劣化した微小ミラーが入ることをコントローラ１４が検知した場合は、劣化対応モードに切り替えられる。
【００７２】
以下、劣化モードについて図６および図７を用いて説明する。
ここで図６（ａ）は、ＤＭＤ４の微小ミラー領域（マトリクスの最外枠）内にある矩形形状の照射する領域（欠陥等）に対応した微小ミラーの使用する領域を示す模式図であり、図６（ｂ）は、ＤＭＤ４の中央部分に１つの劣化が発生したＤＭＤ４の様子を示す模式図である。また、図７は、照射したい領域を上下に劣化のない矩形形状の領域で２分割したときのＤＭＤ４側に対応させた摸式図である。
【００７３】
ここで照射したい領域とそれに対応するＤＭＤ４とは、光学的に共役な位置関係にあるので、図面をＤＭＤ４側のマトリクスとして表現している。
コントローラ１４は、データ１０２を領域コントローラ２６を介して受けると、分割判定を行なう。最初は通常モードなので分割判定はＮＯとなり、領域サイズはそのままにコントローラ１４およびスリット２５に対してそれぞれ制御信号１０７、１０８を転送する。
【００７４】
次にコントローラ１４は偏向動作検出制御を行ない、領域コントローラ２６を介して受け取ったデータ１０２と事前発光モードによりＤＭＤ４にレーザ光を照射し第２撮像素子１２で撮像した画像を第２画像処理部１３で画像処理を行い劣化した微小ミラーを特定したデータ１０４との比較により、劣化した微小ミラーを使用しないＤＭＤ４の位置、すなわち最適使用位置をサーチする。しかし、このとき図６（ｂ）のように劣化した微小ミラーが分布しているとすると、どのようにＤＭＤ４をスライドさせても劣化した微小ミラーを避けることが出来ず最適使用位置が見つからないという結果になる。この場合、通常モードから劣化対応モードに移行すると判断する。
【００７５】
コントローラ１４は、劣化対応モードでは領域コントローラ２６に対して識別番号と共に領域分割指令１０９を通知する。その領域分割指令１０９を受けた領域コントローラ２６は、保持していたデータ１０２のマトリクスを例えば図７のように第１マトリクスと第２マトリクスとに２分割する。このとき、分割方法は、使用する領域を例えば上下に矩形形状で分割する。ＤＭＤ４側に投影して見た場合の縦横が微小ミラーの１７個×８個の２つの領域に分割できる。そこで、ＤＭＤ側の１７個×８個の微小ミラー領域を基準として、この領域に対応した試料の領域を分割する処理を行なう。
【００７６】
ここで、分割方法は、できるだけ面積が２分割されるような方法が望ましい。例えば面の重心位置を求め、その重心を上下、左右、斜め等に分割する方法等が考えられる。そして、それぞれにまた固有の識別番号をつけて保持する。
【００７７】
そして、同時に警告手段２７に対しても警告指令１１０を通知する。警告指令１１０を受けた警告手段２７は、レーザ加工装置５０のオペレータに対してモニタ上あるいはシグナルタワーなどでＤＭＤ４が劣化している旨を警告する。ここで警告のタイミングは上記に示したものだけに限らず、例えば偏向動作検出制御の際にＤＭＤ４をスライドさせた回数をカウントして、規定回数以上スライドした場合に警告するようにしても良い。
【００７８】
次に、領域コントローラ２６は、まず制御データとして第１マトリクスをコントローラ１４に転送する。ここで再び偏向動作検出制御が行われることにより、ＤＭＤ４の使用可能な領域をもとに最適使用位置を見つける。この場合は、劣化したミラーの上側に縦横に１７個×８個の使用可能な領域があるため、この領域を使用しての照射が可能であり、コントローラ１４は、ＤＭＤ４の照射領域移動制御を行なうことにより、アクチュエータドライバ１５に指示を出し、２軸変位アクチュエータ１６を制御することにより、ＤＭＤ４を下方に微小ミラー１つ分動かす。あとは上述した流れで加工処理が行われる。
【００７９】
問題なくレーザビーム２を照射が終わると、コントローラ１４は領域コントローラ２６に対して次のマトリクスのデータを要求する。その要求に対して領域コントローラ２６は第２マトリクスのデータをコントローラ１４に転送する。ここで第１マトリクス同様に偏向動作検出制御がおこなわれる。そして問題が無ければ、照射領域移動制御が行なわれる。しかし、もしここで仮に事前発光モードのレーザ光照射により、新たな劣化したミラーが発生したり、欠陥部分の形状により最適使用位置がまたもや見つからなかった場合には、前記同様の手順で第２マトリクスの領域を再度領域を分割する。
【００８０】
以上の処理を、データ１０２の全領域が完了するまで繰り返す。
以上のようにすれば、ＤＭＤ４をスライドしても劣化した微小ミラーを避けられない状態になった場合にも、レーザ加工装置５０を継続して使用することが出来る。また、ＤＭＤ４の劣化を警告してオペレータに知らせることで、オペレータはレーザ加工装置５０が使用不能になる前にメンテナンスの手配が可能となるため、レーザ加工装置５０のダウンタイムを短縮することが出来る。
【００８１】
なお、上記の第１の実施の形態における偏向動作検出制御では、最適使用位置であるか否かの判断を微小ミラー１つ単位で行っている。しかし、１つの微小ミラーの劣化だけでは、回折現象により、実質的にはレーザ加工に影響しない場合がある。そこで予め設定した単位面積当たり数を超えた場合に、その複数の微小ミラーから構成される領域を劣化エリアとして判定し、劣化エリアが照射エリアに含まれる場合に最適使用位置でないと判断してもよい。
【００８２】
たとえ微小ミラーが単体で故障したとしても加工には影響しない場合が考えられるため、このようにすることでＤＭＤ４の使用期間を更に延ばすことができる。
また、本実施の形態における劣化対応モードへの移行判断は、偏向動作検出制御で最適使用位置が見つかるか否かで行っているが、予め基準となる劣化した微小ミラーの数を設定しておき、劣化した微小ミラーの数を管理して予め設定した閾値よりも多くの微小ミラーの劣化が発生するまでは通常モードとし、劣化した微小ミラーの数が閾値を越えた時点で劣化対応モードに移行可能にするようにしても良い。
【００８３】
また、通常モード時のＤＭＤ４の全体または部分的な反射輝度を事前に把握しておき、その反射輝度が予め設定した閾値よりも低下した時点で劣化対応モードに移行可能にしても良い。
【００８４】
また、ＤＭＤ４に対するレーザ照射時間またはレーザ照射回数を管理し、予め設定したレーザ照射時間またはレーザ照射回数を越えた時点で劣化対応モードに移行可能にしても良い。
【００８５】
また、上述の第１の実施の形態では、通常モードを「領域コントローラ２６で領域分割せずに使用可能な状態」と定義し、劣化対応モードを「領域を分割すれば使用可能な状態」と定義しているが、通常モードを「ＤＭＤ４をスライドさせずに使用可能な状態」とし、劣化対応モードを「ＤＭＤ４をスライドすれば使用可能な状態」としてもよい。
【００８６】
また、本実施の形態では、偏向動作検出制御における照射領域移動制御は、２軸変位アクチュエータ１６を使用してＤＭＤ４の移動動作としているが、代わりに試料９を載置する直交する２軸で移動可能な２軸移動ステージを設け、この２軸移動ステージを制御してＤＭＤ４と試料９を相対的に移動させたり、このレーザ加工装置５０全体を直交する２軸方向に移動可能なガントリ装置に搭載することによりＤＭＤ４と試料９を相対的に移動させたりして、照射領域移動制御を行なってもよい。すなわち、ＤＭＤ４の制御対象である微小ミラーを切り替える制御であればよい。
【００８７】
なお、本発明の各実施の形態は、液晶表示装置等の基板を製造する過程で、基板上の欠陥領域を撮像により抽出し、その欠陥領域の形状に合わせて修正を行なうレーザリペア装置を例にとり説明してきたが、本発明は、欠陥抽出のための撮像系を有さないレーザ加工装置にも適用できる。すなわち、撮像光学系１７、第１撮像素子１８、第１画像処理部１９、波長選択ミラー６等を省略し、代わりに、領域コントローラ２６に加工部位のデータが入力された加工情報記憶部を設ける。そして、その加工情報記憶部から加工部位のデータが領域コントローラ２６に入力されるようにしても良い。
【００８８】
以上、本発明の各実施の形態を、図面を参照しながら説明してきたが、本発明が適用されるレーザ加工装置は、その機能が実行されるのであれば、上述の各実施の形態等に限定されることなく、単体の装置であっても、複数の装置からなるシステムあるいは統合装置であっても、ＬＡＮ、ＷＡＮ等のネットワークを介して処理が行なわれるシステムであってもよいことは言うまでもない。
【００８９】
また、バスに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭのメモリ、入力装置、出力装置、外部記録装置、媒体駆動装置、可搬記憶媒体、ネットワーク接続装置で構成されるシステムでも実現できる。すなわち、前述してきた各実施の形態のシステムを実現するソフトウェアのプログラムコードを記録したＲＯＭやＲＡＭのメモリ、外部記録装置、可搬記憶媒体を、レーザ加工装置に供給し、そのレーザ加工装置のコンピュータがプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００９０】
この場合、可搬記憶媒体等から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した可搬記憶媒体等は本発明を構成することになる。
【００９１】
プログラムコードを供給するための可搬記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ＲＯＭカード、電子メールやパソコン通信等のネットワーク接続装置（言い換えれば、通信回線）を介して記録した種々の記憶媒体などを用いることができる。
【００９２】
また、コンピュータがメモリ上に読み出したプログラムコードを実行することによって、前述した各実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行ない、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現される。
【００９３】
さらに、可搬型記憶媒体から読み出されたプログラムコードやプログラム（データ）提供者から提供されたプログラム（データ）が、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行ない、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現され得る。
【００９４】
すなわち、本発明は、以上に述べた各実施の形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成又は形状を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成について説明するための模式的な構成説明図である。
【図２】本発明の第1の実施の形態に係るレーザ加工装置のスリットの構成について説明するための説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の微小ミラーアレイの断面方向の構成および動作について説明するための断面説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の微小ミラーアレイを反射面側から見た様子を示す模式的な平面説明図およびその動作を説明するための被加工物上の画像の一例を示す平面説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の撮像素子により得られる画像の一例について説明するための模式説明図である。
【図６】使用／不使用および劣化した／正常な微小ミラーの例を模式的に示す図である。
【図７】データのマトリクスを２分割した例を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１ レーザ光源（光源部）
２、２Ａ、２Ｂ レーザビーム
３ 照明光学系
４ ＤＭＤ（微小ミラーアレイ）
４ａ 可動ミラー面（可動反射面）
４ｂ 可動ミラー配列面
４Ａ オン状態ミラー
４Ｂ オフ状態ミラー
４Ｃ、４Ｄ 可動ミラー面
５ 集光レンズ（投射光学系）
６ 波長選択ミラー
７ 対物レンズ（投射光学系）
８ 可視光照明部
９ 試料（被加工物）
１０ リレー光学系（検出光学系）
１１ 減衰フィルタ
１２ 第２撮像素子（撮像素子）
１３ 第２画像処理部（偏向動作検出手段）
１４ コントローラ（露光制御手段）
１５ アクチュエータドライバ
１６ ２軸変位アクチュエータ（移動手段）
１７ 撮像光学系（検出光学系）
１８ 第１撮像素子
１９ 第１画像処理部
２０ 照明反射光
２１ 投影領域
２２ａ、２２ｂ パターン
２３ａ、２３ｂ 画像のない領域
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ 照射領域
２５ スリット
２５Ａ、２５Ｂ スリット部品
２６ 領域コントローラ
２７ 警告手段
４４、４５ パターン
４６ 領域
５０ レーザ加工装置
１００、１０１ 制御信号
１０２、１０４ データ
１０５ 画像データ
１０６、１０７、１０８ 制御信号
１０９ 領域分割指令
１１０ 警告指令
１１４ 移動制御信号
２００ 実線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルマイクロミラーデバイスに代表される微小ミラーアレイ等の空間変調素子を用いたレーザ加工装置に関し、特に、液晶表示装置等の基板を製造する過程で、基板上の欠陥領域を撮像により抽出し、その欠陥領域の形状に合わせて修正を行なうレーザリペア装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ加工装置において、被加工物に照射するレーザビームを複数の微小ミラーによりスイッチングして、レーザビームが照射される範囲、パターンを可変して加工を行なうようにした装置が知られている。
【０００３】
このようなレーザ加工装置では、微小面積を有する微小ミラー面に高出力のレーザビームが照射されるため、微小ミラーが経時劣化しやすく、ひとたび微小ミラーが劣化すると、例えば微小ミラーのミラー面の傾きが狂ってレーザビームの照射位置がずれ、加工領域での加工不良を起こしたり、加工が不要な領域や加工済の領域を破壊したりするという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するために、複数の微小ミラーから構成される微小ミラーアレイの１つであるデジタルマイクロミラーデバイス（Digital Micromirror Device：以下、ＤＭＤと略称する。）が劣化した場合に、ＤＭＤあるいはレーザビームの入射側に設けられたマスクを移動することにより、劣化していないＤＭＤ上にレーザビーム照射領域を移動できるようにした露光装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。そして、その劣化状態を測定する手段の例として、レーザビーム出射時間累積カウンタにより劣化状態を推定するもの、被描画媒体に相当する位置で光パワーを測定して光パワーの低下から劣化状態を検出するもの、描画領域ごとに設けた光検出器で散乱光を測定してその増大の変化により劣化状態を検出するものが開示されている。
【０００５】
また、レーザビーム照射に使用する範囲より大きなＤＭＤを採用して、微小ミラーの反射光のうち被加工物から離れる方向に偏向されたレーザビームを撮像することで微小ミラーの劣化素子を検出し、検出した劣化素子を使用しないようにＤＭＤ全体をスライドさせることで劣化素子を避けるように照射領域を変更して、加工信頼性を向上するものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１９１６６０号公報（第４−８頁、図７、１０、１３）
【特許文献２】特開２００６−２２７１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の微小ミラーアレイを用いたレーザ加工装置では、劣化素子が増えてＤＭＤの全面に亘って劣化素子が発生すると、微小ミラーアレイをスライドした場合であっても、劣化素子を避けられない状態になると加工が不可能になる場合があり、その時点でレーザ加工装置を停止して、次に微小ミラーアレイを交換するまではレーザ加工装置の使用が出来なくなるため、例えば被加工物の製造ライン内でレーザ加工装置を使用している場合には製造ラインを停止させなければならないという問題点があった。
【０００７】
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、動作不良となった微小ミラーを避けて被加工物の加工を行なうことができないような状態になった場合であっても、所定の照射領域を確保して、継続的に使用することが可能なレーザ加工装置、レーザ加工方法およびレーザ加工プログラム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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、前記空間変調素子と前記被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系と、照射の事前に設定された照射領域に基づいて前記空間変調素子の動作を制御する照射領域制御手段と、前記空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出する動作不良素子検出手段と、前記動作不良素子検出手段により動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が前記照射領域と重なる場合、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、前記被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、動作不良であることが検出された微小ミラーの位置が照射領域と重なる場合、動作不良であることが検出されなかった微小ミラーのみを含む正常領域を用いて、被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうことができるので、動作不良となった微小ミラーを避けて被加工物の加工を行なうことができないような状態になった場合であっても、所定の照射領域を確保して、継続的にレーザ加工装置を使用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。すべての図面において、実施の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。
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成について説明するための模式的な構成説明図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置のスリットの構成について説明するための説明図である。図３は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の微小ミラーアレイの断面方向の構成および動作について説明するための断面説明図である。図４は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の微小ミラーアレイを反射面側から見た様子を示す模式的な平面説明図およびその動作を説明するための被加工物上の画像の一例を示す平面説明図である。図５は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の撮像素子により得られる画像の一例について説明するための模式説明図である。
【００１２】
図１において、レーザ加工装置５０は、レーザ光源１（光源部）、照明光学系３、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）４（微小ミラーアレイ）、集光レンズ５、波長選択ミラー６、対物レンズ７、リレー光学系１０、減衰フィルタ１１、第２撮像素子１２（撮像素子）、第２画像処理部１３（偏向動作検出手段）、コントローラ１４（発光制御手段）、アクチュエータドライバ１５、２軸変位アクチュエータ１６（移動手段）、撮像光学系１７、第１撮像素子１８、第１画像処理部１９、スリット２５、領域コントローラ２６および警告手段２７を備えている。そして、レーザ加工装置５０は、試料９（被加工物）上に所定パターンを形成した所定の光出力と波長とを有するレーザビーム２Ａを投影し、その光エネルギーにより試料９の表面を加工する。光エネルギーによる加工は、例えば、加熱、溶融、気化、切断、露光記録などが挙げられる。
【００１３】
レーザ光源１は、試料９を加工するためのレーザビーム２を発生するものである。レーザビーム２の光出力及び波長は、試料９の加工部分の材質の光吸収の波長特性に応じて、加工効率が良好となる光出力、発振波長に設定される。レーザビーム２の点灯、消灯、変調などの発光制御は、後述するコントローラ１４が生成する制御信号１０１により行われるようになっている。
【００１４】
例えば、液晶基板などガラス基板上にマスクされたフォトレジスト膜の加工の場合、レーザ光源１として、ＹＡＧレーザ（基本波長λ１＝１．０６４μｍ（マイクロメートル））を用い、第２、第３、第４高調波（それぞれ波長λ２＝５３２ｎｍ、λ３＝３５５ｎｍ、λ４＝２６６ｎｍ）をパルス幅が数ｎｓｅｃ程度、ピーク出力が数ＭＷ程度のパルス発振させるものを好適に採用することができる。
【００１５】
照明光学系３は、レーザ光源１により形成されたレーザビーム２を断面強度分布が均一化された略平行光束とする光学系からなり、レーザビーム２の光路上に配置される。このような照明光学系３の構成としては、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が知られているので、必要に応じてどの構成を採用してもよい。
【００１６】
スリット２５は、レーザ光源１からＤＭＤ４の間に配置されており、スリット２５の開口部を通過したレーザビーム２のみがＤＭＤ４に入射するように光学的な設計がなされている。
【００１７】
スリット２５は、図２に示すようにスリット部品２５Ａおよび２５Ｂの２つの部品から構成されている。これらは図示しないＸＹステージ機構に取り付けられ、それぞれ個別にＸＹ軸方向にモータで制御することができるだけでなく、同時にＸ０Ｙ０方向に制御することもできる。これらのＸＹステージ機構により、ＤＭＤ４の開口部の大きさを変えたり、開口部の中心位置をスライドしたりする制御を実現する。なお、このときの駆動分解能は少なくともＤＭＤ４を構成する微小ミラーの画素サイズと同じであり、ＸＹ方向の移動範囲は、一度のレーザ照射で使用可能なＤＭＤ４の領域内のどの微小ミラーでも単独で照射可能な範囲である。
【００１８】
開口部の形状は特に限定しないが、レーザビーム２の照射領域の面積と微小ミラー使用領域の面積との差をより小さくするためには、出来る限り微小ミラーの配置形状に合わせることが望ましい。つまり、矩形状に微小ミラーが配置されているものであれば開口部も矩形、放射状に微小ミラーが配置されているものであれば開口部も放射状という具合である。
【００１９】
制御データを入力すると、それに合わせてスリット２５の開口部を拡大縮小及びスライドし、入力した領域だけにレーザビーム２が照射されるような制御を行なう。
空間変調素子であるＤＭＤ４は、可動ミラー配列面４ｂ上に、それぞれの傾斜角が独立に切り替え可能とされた複数の可動ミラー面４ａ（図３参照）が略隙間なく２次元的に配列された微小ミラーアレイである。
【００２０】
各可動ミラー面４ａの傾斜角の切り替えは、後述する領域コントローラ２６により生成される制御信号１０６により行われる。制御信号１０６によりオン状態が選択されると、可動ミラー面４ａは、可動ミラー配列面４ｂに対して傾斜角φAだけ傾斜されたオン状態ミラー４Ａとなる。また制御信号１０６によりオフ状態が選択されると、同じく傾斜角がφBだけ傾斜されたオフ状態ミラー４Ｂとなる。
【００２１】
そして、オン状態ミラー４Ａではレーザビーム２が試料９に向かう第１の方向にレーザビーム２Ａとして偏向され、オフ状態ミラー４Ｂではレーザビーム２が試料９から離れる第２の方向にレーザビーム２Ｂとして偏向されるようになっている。
【００２２】
本第１の実施の形態では、図３に示すように、第１の方向が可動ミラー配列面４ｂの法線方向になっており、第２の方向が可動ミラー配列面４ｂの法線に対して角度θoだけ傾斜した方向となっている場合の例で説明する。
【００２３】
ここで、レーザビーム２の入射方向は、第１の方向とは異なる方向であるとする。また傾斜角φA、φBは、可動ミラー配列面４ｂを挟んでそれぞれ反対向きに傾斜する傾斜角である。よって下記の式（１）及び式（２）が成立する。
θi＝２×φA ・・・式（１）
θo＝θi＋２×φB ・・・式（２）
ここで、角度θiは、可動ミラー配列面４ｂに対するレーザビーム２の入射角であり、０°以外の角度とする。
【００２４】
可動ミラー配列面４ｂの大きさは照明光学系３により断面強度分布が均一化されたレーザビーム２の光束径よりも十分大きく、また各可動ミラー面４ａはレーザビーム２の光束径よりも十分小さく構成される。
【００２５】
ＤＭＤ４は、例えばプロジェクタなどに用いられているのと同様の構成を採用できる。すなわち、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により、大きさが１０マイクロメートル（μｍ）角程度で表面に金属膜が蒸着されるなどして高効率の反射面とされた可動ミラー面４ａが、例えば８００×６００個程度アレイ状に配列され、それぞれが可動ミラー配列面４ｂに対して±１２°程度の傾斜角（φA＝φB＝１２°）で傾斜可能とされたものなどが採用できる。
【００２６】
レーザビーム２の光束断面の大きさ、形状、および可動ミラー配列面４ｂの大きさは、加工種類や被加工物などに応じて適宜の形状、大きさとすることができるが、一例として、レーザビーム２が光束径φ３ｍｍの円形断面を有し、可動ミラー配列面４ｂの大きさが８ｍｍ×６ｍｍ程度の構成を採用することができる。
【００２７】
集光レンズ５と対物レンズ７とは、ＤＭＤ４に照射されたレーザビーム２のうち、レーザビーム２Ａを、試料９上に投射するための投射光学系を構成するものであり、可動ミラー配列面４ｂと試料９の加工面とが共役の関係となるように設けられる。また、可動ミラー配列面４ｂと試料９の加工面とが光軸に対して略垂直としてもよい。加工面は光軸に対して傾いていても加工された部分が許容される範囲であればよく、可動ミラー配列面４ｂも１つのミラー面のサイズと投射光学系のＮＡで決まる焦点深度内となる傾きであれば許容される。
【００２８】
このような投射光学系を構成するには、例えば、対物レンズ７として像側が無限遠設計とされた光学系を採用して物体側焦点位置が試料９上となる位置に配置し、集光レンズ５として、対物レンズ７と同様に無限遠設計されたレンズを物体側焦点位置が可動ミラー面４ａ上となる位置に配置すればよい。
【００２９】
すなわち、この投射光学系により、オン状態ミラー４Ａで反射されたレーザビーム２Ａが試料９上に投射され、オン状態ミラー４Ａの配置に対応する適宜倍率の画像パターンが試料９上に形成されるようになっている。
【００３０】
一方、試料９の近傍には、試料９上を可視光により照明するための可視光照明部８が設けられている。可視光照明部８としては、例えば、可視光の比較的長波長域から赤外域に波長が分布するハロゲンランプなどを採用することができる。
【００３１】
また、集光レンズ５と対物レンズ７との中間部の光路上には、レーザビーム２Ａの波長光を略１００％透過し、可視光照明部８の可視波長域の光を略１００％反射する波長選択ミラー６が配置されている。
【００３２】
このため、可視光照明部８により照射された照明光が試料９で散乱反射されて照明反射光２０が形成されると、照明反射光２０が対物レンズ７により集光され、投射光学系の光路を逆進して波長選択ミラー６に達し、波長選択ミラー６により反射されて投射光学系から分岐されるようになっている。
【００３３】
波長選択ミラー６により分岐された照明反射光２０の光路上には、光路に沿う順に、撮像光学系１７、第１撮像素子１８が配置されている。
撮像光学系１７は、入射光の像を所定の結像面に結像するため光学系であり、例えば無限遠に物体面が設定された光学系が採用される。本第１の実施の形態の場合、照明反射光２０が入射光となるので、試料９の画像が結像面に結像されるようになっている。
【００３４】
第１撮像素子１８は、撮像光学系１７の結像面に撮像面が配置された、例えばＣＣＤなどからなる撮像素子である。そして、第１画像処理部１９と電気的に接続され、撮像光学系１７により投影された像を光電変換し、画像データ１０５として第１画像処理部１９に送出できるようになっている。
【００３５】
第１画像処理部１９は、領域コントローラ２６と電気的に接続され、ＤＭＤ４の各可動ミラー面４ａのオン・オフ状態を表すデータ１０２を領域コントローラ２６に送出できるようになっている。
【００３６】
領域コントローラ２６（照射領域制御手段）は、第１画像処理部１９を介して第１撮像素子１８から送出された画像データ１０５に基づいて、試料９上の加工が必要な部位の位置を算出し、その部位に対応する可動ミラー面４ａをアレイ配列中から選択してオン状態ミラー４Ａとし、それ以外の部位に対応する可動ミラー面４ａをオフ状態ミラー４Ｂとするための制御信号１０６を生成するためのものである。また、第１画像処理部１９から受けたデータ１０２のマトリクスのサイズを決定して、制御信号１０６をＤＭＤ４に転送して制御する。
【００３７】
ここでマトリクスとは、例えば試料９上の照射すべき領域を、光学的に共役な位置にあるＤＭＤ４の投影したときに微小ミラーを基準にして決まる領域をいうこととする。
さらに、領域コントローラ２６は、第１画像処理部１９と後述する第２画像処理部１３からの情報をもとに、ＤＭＤ４を構成する各微小ミラーの劣化度合いを管理し、その度合いに応じてＤＭＤ４の使用モードの切り替えを行なう。使用モードには通常モードと劣化対応モードがある。
【００３８】
ＤＭＤ４が劣化していないうちは通常モードであり、マトリクスのサイズはそのままでデータ１０２をＤＭＤ４へ転送する。しかし、コントローラ１４から領域分割指令１０９を受けると劣化対応モードに移行し、その場合はデータ１０２のマトリクスを分割する。つまり、試料９上の欠陥領域を分割する。そしてマトリクスのサイズを分割により小さくして転送すると共に、警告手段２７に対して警告指令１１０を送る。
【００３９】
領域コントローラ２６の画像処理は、試料９の画像から加工が必要な部位を算出できればどのような画像処理を用いてもよい。例えば、加工された部位と加工不良や未加工の部位との輝度差に対応する閾値を設定して、試料９上の画像を２値化し、予め設定された加工すべき部位の形状と比較することにより、加工が必要な加工不良や未加工の部位の位置を算出するといった画像処理を採用することができる。
【００４０】
例えば、２値化後の画像が、図４（ｂ）に示すように斜線で示す範囲に分布し、パターン２２ａ、２２ｂが得られるとする。ここで、見やすさのためレーザビーム２の照射範囲を正方形として図示している。実際の照射範囲の形状は、例えば円形や矩形など他の形状であってもよい。
【００４１】
一方、この画像上の任意の領域は、可動ミラー面４ａのアレイ状の配列に対応して、オン状態ミラー４Ａによりレーザビーム２Ａがそれぞれ到達する碁盤目状の投影領域２１に分割されている。例えば、各領域の中心座標と、各投影領域２１にレーザビーム２Ａを導く可動ミラー面４ａの面番号とがそれぞれ対応づけられた配列データとして記憶されている。
【００４２】
一方、加工すべき部位の情報もまた、投影領域２１ごとに与えられており、例えば、画像のない領域２３ａ、２３ｂが加工すべき領域であるかどうかの情報として領域コントローラ２６に記憶されている。
【００４３】
したがって、各投影領域２１に対する画像分布と加工すべき部位かどうかの情報とを比較判定することにより、加工不良や未加工の部位が判定される。領域２３ａ、２３ｂが加工すべき部位であるにもかかわらず未加工の領域であると判定されれば、領域２３ａ、２３ｂに対応する可動ミラー面４ａ、４ａの傾斜角を切り替えて、オン状態ミラー４Ａ、４Ａにするような制御信号１０６が生成される。
【００４４】
この例では、領域２３ａ、２３ｂに対応する可動ミラー面４ａは、図４（ａ）においてそれぞれ可動ミラー面４Ｃ、４Ｄとなっている。
リレー光学系１０は、レーザビーム２Ｂを、第２撮像素子１２の感度に合わせて適宜の光量に減衰させる減衰フィルタ１１を介して第２撮像素子１２上に投影するための光学系であり、可動ミラー面４ａと第２撮像素子１２の撮像面とが共役の関係となるように設けられる。
【００４５】
減衰フィルタ１１は、例えば、アルミなどの金属膜をガラスに蒸着した反射型減衰フィルタや、誘電体を積層蒸着した誘電体多層膜を用いた減衰フィルタなどを好適に採用できる。
【００４６】
リレー光学系１０と減衰フィルタ１１とは、本第１の実施の形態の検出光学系を構成している。
第２撮像素子１２は、リレー光学系１０の像面に撮像面が配置された、例えばＣＣＤなどからなる撮像素子である。そして、第２画像処理部１３と電気的に接続され、リレー光学系１０により投影された像を光電変換し、画像データ１０３として第２画像処理部１３に送出できるようになっている。
【００４７】
第２画像処理部１３は、第２撮像素子１２から送出された画像データ１０３に基づいて、各可動ミラー面４ａのうちオフ状態ミラー４Ｂとなっているものを特定して、データ１０４を生成し、電気的に接続されたコントローラ１４に送出するものである。
【００４８】
オフ状態ミラー４Ｂを特定するための画像処理は、例えば、オフ状態ミラー４Ｂにより反射されてリレー光学系１０、減衰フィルタ１１を透過したレーザビーム２Ｂの輝度よりわずかに低い閾値を設定して、第２撮像素子１２により撮像された画像を２値化し、閾値以上の領域をＤＭＤ４上の可動ミラー面４ａの配列位置と関係づけるといった画像処理を採用することができる。
【００４９】
例えば、図４（ｂ）のパターン２２ａ、２２ｂに対応する加工が行われている場合には、正常な加工時には、それ以外の領域で可動ミラー面４ａがオフ状態ミラー４Ｂとなっているから、第２撮像素子１２ではパターン２２ａ、２２ｂを反転したパターン４４（図５（ａ）参照）が得られる。逆にパターン４４が得られると、パターン４４に対応する位置の可動ミラー面４ａがオフ状態ミラー４Ｂであると判定される。
【００５０】
コントローラ１４は、レーザ加工装置５０の全体制御を行なうための制御部であり、領域コントローラ２６、第２画像処理部１３、レーザ光源１、アクチュエータドライバ１５にそれぞれ電気的に接続されている。
【００５１】
コントローラ１４の主要な制御は、発光制御、偏向動作検出制御、および照射領域移動制御からなる。
発光制御は、試料９を加工するために必要なレーザパワー（光出力）で点灯する加工モードと、試料９にレーザビーム２が到達しても試料９に変化を起こさない程度の低出力で発光する事前発光モードとが切り替えられるようになっている。なお、レーザ光源１による事前発光モードの代わりに、レーザ光源１と照明光学系３との間にハーフミラー等の反射光学素子を設け、ＬＥＤ等のレーザに対して十分出力の低い光源をレーザ光源１によるＤＭＤ４への照射と同様に照射されるよう設置して発光させてもよい。
【００５２】
加工モードでは、例えばピーク出力がＰ2で発振周期が数ｎｓｅｃ程度のパルス発振を行なうように発光制御される。また、事前発光モードでは、例えばピーク出力がＰ1で同様なパルス発振を行なうように発光制御される。
【００５３】
偏向動作検出制御は、本第１の実施の形態では、領域コントローラ２６を介して受け取ったデータ１０２と第２画像処理部１３からのデータ１０４とを比較して、ＤＭＤ４の偏向動作状態を判定し、偏向動作不良を検出した場合に照射領域移動制御を行なう制御である。このため本第１の実施の形態のコントローラ１４は、偏向動作検出手段を兼ねている。
【００５４】
照射領域移動制御は、アクチュエータドライバ１５を介して２軸変位アクチュエータ１６を駆動し、ＤＭＤ４を可動ミラー配列面４ｂの面内に沿って２次元移動する制御である。
【００５５】
なお、検出光学系、第２撮像素子１２、第２画像処理部１３、コントローラ１４で、動作不良素子検出手段を構成している。
２軸変位アクチュエータ１６（空間変調素子スライド機構）は、ＤＭＤ４を可動ミラー配列面４ｂに沿う平面内で、可動ミラー面４ａの傾斜角をレーザビーム２に対して変えないように移動するための移動手段であり、アクチュエータドライバ１５から移動制御信号１１４を受信することにより２軸方向に駆動されるものである。移動方向の最小移動量は、少なくとも可動ミラー面４ａの１個分の単位を正確に移動できるように設定される。
【００５６】
また、２軸変位アクチュエータ１６は、被加工面においてＤＭＤ４の左上端の微小ミラーによるものと同じ照射位置を、右下端の微小ミラーによっても照射可能となるようにスライド範囲を設ける。
【００５７】
アクチュエータの種類は適宜のものを採用できる。例えば、ボールねじ送り機構やリニアモータなどにより１軸方向に駆動されるアクチュエータを組み合わせた機構を採用することができる。
【００５８】
アクチュエータドライバ１５は、コントローラ１４からの制御信号１００に応じて、２軸変位アクチュエータ１６を駆動するための移動制御信号１１４を生成するドライバである。
【００５９】
警告手段２７は、領域コントローラ２６からの警告指令１１０を受けて、ダイアログ、シグナルタワーなどを用いて、レーザ加工装置５０の使用者に対してＤＭＤ４が劣化している旨を報知する。一度受けた警告指令１１０の情報は、ＤＭＤ４を交換するまで保持し、その間は警告し続ける。ＤＭＤ４を交換した後は、警告指令１１０の情報はリセットされる。
【００６０】
次に、本第１の実施の形態のレーザ加工装置５０の動作について説明する。
先ず、通常モードによるレーザ加工工程について説明を行なう。
レーザ加工装置５０により加工を行なうには、不図示の電源スイッチを投入して適宜の初期化を行ない、試料９をセットする。
【００６１】
ＤＭＤ４は、初期化されると、各可動ミラー面４ａの傾斜角が図３に示すφBにセットされ、オフ状態ミラー４Ｂに設定される。
可視光照明部８が点灯されると、図１に示すように、照明光が試料９により反射され、可視光からなる照明反射光２０が対物レンズ７により集光される。そして、波長選択ミラー６で略１００％反射されて、撮像光学系１７に入射され、第１撮像素子１８の撮像面に試料９の像が結像される。
【００６２】
第１撮像素子１８から画像データ１０５が第１画像処理部１９に送出され、試料９の画像から、加工すべき部位の情報が得られる。
図４（ｂ）に示すパターン２２ａ、２２ｂの画像が得られ、領域コントローラ２６に記憶されている情報から、領域２３ａ、２３ｂが加工不良部と判定されたとする。
【００６３】
例えば、加工不良部は、回路パターンのショート部やはみ出してしまった不要なパターンであり、加熱・昇華するなどの加工を行って、パターン２２ａ、２２ｂのショート部や不要なパターンを消滅させる必要がある。
【００６４】
そこで、領域コントローラ２６は、領域２３ａ、２３ｂにレーザビーム２Ａを照射するために、これらの領域に対応する可動ミラー面４ａをオン状態ミラー４Ａとするような制御信号１０６をＤＭＤ４に送出する。また、第１画像処理部１９からは、オン状態ミラー４Ａの設定情報をデータ１０２として、領域コントローラ２６に送出される。
【００６５】
以下、オン状態ミラー４Ａとされる可動ミラー面４ａは、図４（ａ）における可動ミラー面４Ｃ、４Ｄであるとして説明する。
ＤＭＤ４は、制御信号１０６を受けると可動ミラー面４Ｃ、４Ｄを傾斜角φAにセットし、オン状態ミラー４Ａとする。ここで可動ミラー面４Ｃが寿命に達しており、動作不良を起こし正しい傾斜角に制御されないものとする。
【００６６】
一方、レーザ光源１は、コントローラ１４によりレーザビーム２を点灯し、照明光学系３により断面強度が均一となるように整形されてＤＭＤ４に事前発光モードで照射する。例えば、図４（ａ）に示す照射領域２４Ａに照射される。そして、各可動ミラー面４ａの傾斜角に応じてレーザビーム２Ａ、２Ｂに分割される。本第１の実施の形態では、可動ミラー面４Ｃは動作不良を起こし、オフ状態ミラー４Ｂとなっている。
【００６７】
可動ミラー面４Ｄは、正常に動作するので、オン状態ミラー４Ａにセットされている。
したがって、可動ミラー面４Ｄにより偏向されたレーザビーム２Ａは、集光レンズ５により集光され、波長選択ミラー６を略１００％透過して、対物レンズ７により集光され、試料９上に到達し、図４（ｂ）の領域２３ｂに照射される。
【００６８】
一方、オフ状態ミラー４Ｂにより反射されたレーザビーム２Ｂは、リレー光学系１０、減衰フィルタ１１を透過して第２撮像素子１２上に投影され、例えば、図５（ｂ）に示すパターン４５のような像が撮像され、画像データ１０３として第２画像処理部１３に送出される。
【００６９】
第２画像処理部１３は、この画像を画像処理して、オフ状態ミラー４Ｂとなっている可動ミラー面４ａを特定し、データ１０４としてコントローラ１４に送出する。
コントローラ１４では、領域コントローラ２６を介して受け取ったデータ１０２と第２画像処理部１３からのデータ１０４とを比較することにより、オン状態ミラー４Ａになっているべき領域４６に相当する可動ミラー面４Ｃが動作不良を起こしていると判定される（偏向動作検出制御）。
【００７０】
このような判定の結果、コントローラ１４は、照射領域移動制御を行なう。移動方向、移動量は、検出された動作不良部分が除かれればどのように設定してもよい。そして、上記の工程を繰り返し、オフ状態ミラー４Ｂの状態が正常となると、事前発光動作を終了し、コントローラ１４は、レーザ光源１に制御信号１０１を送出し、加工工程を開始する。
【００７１】
加工工程では、図４（ｂ）の領域２３ａ、２３ｂが加熱・昇華され、パターン２２ａ、２２ｂが正常に修復される。
以上が、通常モードによるレーザ加工工程である。しかしながら、さらに劣化が進むことにより、事前発光モードにより得た第２画像処理部１３からのデータ１０４と第１画像処理部１９からのデータ１０２をもとにどのように移動させても、照射に使用したい領域に劣化した微小ミラーが入ることをコントローラ１４が検知した場合は、劣化対応モードに切り替えられる。
【００７２】
以下、劣化モードについて図６および図７を用いて説明する。
ここで図６（ａ）は、ＤＭＤ４の微小ミラー領域（マトリクスの最外枠）内にある矩形形状の照射する領域（欠陥等）に対応した微小ミラーの使用する領域を示す模式図であり、図６（ｂ）は、ＤＭＤ４の中央部分に１つの劣化が発生したＤＭＤ４の様子を示す模式図である。また、図７は、照射したい領域を上下に劣化のない矩形形状の領域で２分割したときのＤＭＤ４側に対応させた摸式図である。
【００７３】
ここで照射したい領域とそれに対応するＤＭＤ４とは、光学的に共役な位置関係にあるので、図面をＤＭＤ４側のマトリクスとして表現している。
コントローラ１４は、データ１０２を領域コントローラ２６を介して受けると、分割判定を行なう。最初は通常モードなので分割判定はＮＯとなり、領域サイズはそのままにコントローラ１４およびスリット２５に対してそれぞれ制御信号１０７、１０８を転送する。
【００７４】
次にコントローラ１４は偏向動作検出制御を行ない、領域コントローラ２６を介して受け取ったデータ１０２と事前発光モードによりＤＭＤ４にレーザ光を照射し第２撮像素子１２で撮像した画像を第２画像処理部１３で画像処理を行い劣化した微小ミラーを特定したデータ１０４との比較により、劣化した微小ミラーを使用しないＤＭＤ４の位置、すなわち最適使用位置をサーチする。しかし、このとき図６（ｂ）のように劣化した微小ミラーが分布しているとすると、どのようにＤＭＤ４をスライドさせても劣化した微小ミラーを避けることが出来ず最適使用位置が見つからないという結果になる。この場合、通常モードから劣化対応モードに移行すると判断する。
【００７５】
コントローラ１４は、劣化対応モードでは領域コントローラ２６に対して識別番号と共に領域分割指令１０９を通知する。その領域分割指令１０９を受けた領域コントローラ２６は、保持していたデータ１０２のマトリクスを例えば図７のように第１マトリクスと第２マトリクスとに２分割する。このとき、分割方法は、使用する領域を例えば上下に矩形形状で分割する。ＤＭＤ４側に投影して見た場合の縦横が微小ミラーの１７個×８個の２つの領域に分割できる。そこで、ＤＭＤ側の１７個×８個の微小ミラー領域を基準として、この領域に対応した試料の領域を分割する処理を行なう。
【００７６】
ここで、分割方法は、できるだけ面積が２分割されるような方法が望ましい。例えば面の重心位置を求め、その重心を上下、左右、斜め等に分割する方法等が考えられる。そして、それぞれにまた固有の識別番号をつけて保持する。
【００７７】
そして、同時に警告手段２７に対しても警告指令１１０を通知する。警告指令１１０を受けた警告手段２７は、レーザ加工装置５０のオペレータに対してモニタ上あるいはシグナルタワーなどでＤＭＤ４が劣化している旨を警告する。ここで警告のタイミングは上記に示したものだけに限らず、例えば偏向動作検出制御の際にＤＭＤ４をスライドさせた回数をカウントして、規定回数以上スライドした場合に警告するようにしても良い。
【００７８】
次に、領域コントローラ２６は、まず制御データとして第１マトリクスをコントローラ１４に転送する。ここで再び偏向動作検出制御が行われることにより、ＤＭＤ４の使用可能な領域をもとに最適使用位置を見つける。この場合は、劣化したミラーの上側に縦横に１７個×８個の使用可能な領域があるため、この領域を使用しての照射が可能であり、コントローラ１４は、ＤＭＤ４の照射領域移動制御を行なうことにより、アクチュエータドライバ１５に指示を出し、２軸変位アクチュエータ１６を制御することにより、ＤＭＤ４を下方に微小ミラー１つ分動かす。あとは上述した流れで加工処理が行われる。
【００７９】
問題なくレーザビーム２を照射が終わると、コントローラ１４は領域コントローラ２６に対して次のマトリクスのデータを要求する。その要求に対して領域コントローラ２６は第２マトリクスのデータをコントローラ１４に転送する。ここで第１マトリクス同様に偏向動作検出制御がおこなわれる。そして問題が無ければ、照射領域移動制御が行なわれる。しかし、もしここで仮に事前発光モードのレーザ光照射により、新たな劣化したミラーが発生したり、欠陥部分の形状により最適使用位置がまたもや見つからなかった場合には、前記同様の手順で第２マトリクスの領域を再度領域を分割する。
【００８０】
以上の処理を、データ１０２の全領域が完了するまで繰り返す。
以上のようにすれば、ＤＭＤ４をスライドしても劣化した微小ミラーを避けられない状態になった場合にも、レーザ加工装置５０を継続して使用することが出来る。また、ＤＭＤ４の劣化を警告してオペレータに知らせることで、オペレータはレーザ加工装置５０が使用不能になる前にメンテナンスの手配が可能となるため、レーザ加工装置５０のダウンタイムを短縮することが出来る。
【００８１】
なお、上記の第１の実施の形態における偏向動作検出制御では、最適使用位置であるか否かの判断を微小ミラー１つ単位で行っている。しかし、１つの微小ミラーの劣化だけでは、回折現象により、実質的にはレーザ加工に影響しない場合がある。そこで予め設定した単位面積当たり数を超えた場合に、その複数の微小ミラーから構成される領域を劣化エリアとして判定し、劣化エリアが照射エリアに含まれる場合に最適使用位置でないと判断してもよい。
【００８２】
たとえ微小ミラーが単体で故障したとしても加工には影響しない場合が考えられるため、このようにすることでＤＭＤ４の使用期間を更に延ばすことができる。
また、本実施の形態における劣化対応モードへの移行判断は、偏向動作検出制御で最適使用位置が見つかるか否かで行っているが、予め基準となる劣化した微小ミラーの数を設定しておき、劣化した微小ミラーの数を管理して予め設定した閾値よりも多くの微小ミラーの劣化が発生するまでは通常モードとし、劣化した微小ミラーの数が閾値を越えた時点で劣化対応モードに移行可能にするようにしても良い。
【００８３】
また、通常モード時のＤＭＤ４の全体または部分的な反射輝度を事前に把握しておき、その反射輝度が予め設定した閾値よりも低下した時点で劣化対応モードに移行可能にしても良い。
【００８４】
また、ＤＭＤ４に対するレーザ照射時間またはレーザ照射回数を管理し、予め設定したレーザ照射時間またはレーザ照射回数を越えた時点で劣化対応モードに移行可能にしても良い。
【００８５】
また、上述の第１の実施の形態では、通常モードを「領域コントローラ２６で領域分割せずに使用可能な状態」と定義し、劣化対応モードを「領域を分割すれば使用可能な状態」と定義しているが、通常モードを「ＤＭＤ４をスライドさせずに使用可能な状態」とし、劣化対応モードを「ＤＭＤ４をスライドすれば使用可能な状態」としてもよい。
【００８６】
また、本実施の形態では、偏向動作検出制御における照射領域移動制御は、２軸変位アクチュエータ１６を使用してＤＭＤ４の移動動作としているが、代わりに試料９を載置する直交する２軸で移動可能な２軸移動ステージを設け、この２軸移動ステージを制御してＤＭＤ４と試料９を相対的に移動させたり、このレーザ加工装置５０全体を直交する２軸方向に移動可能なガントリ装置に搭載することによりＤＭＤ４と試料９を相対的に移動させたりして、照射領域移動制御を行なってもよい。すなわち、ＤＭＤ４の制御対象である微小ミラーを切り替える制御であればよい。
【００８７】
なお、本発明の各実施の形態は、液晶表示装置等の基板を製造する過程で、基板上の欠陥領域を撮像により抽出し、その欠陥領域の形状に合わせて修正を行なうレーザリペア装置を例にとり説明してきたが、本発明は、欠陥抽出のための撮像系を有さないレーザ加工装置にも適用できる。すなわち、撮像光学系１７、第１撮像素子１８、第１画像処理部１９、波長選択ミラー６等を省略し、代わりに、領域コントローラ２６に加工部位のデータが入力された加工情報記憶部を設ける。そして、その加工情報記憶部から加工部位のデータが領域コントローラ２６に入力されるようにしても良い。
【００８８】
以上、本発明の各実施の形態を、図面を参照しながら説明してきたが、本発明が適用されるレーザ加工装置は、その機能が実行されるのであれば、上述の各実施の形態等に限定されることなく、単体の装置であっても、複数の装置からなるシステムあるいは統合装置であっても、ＬＡＮ、ＷＡＮ等のネットワークを介して処理が行なわれるシステムであってもよいことは言うまでもない。
【００８９】
また、バスに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭのメモリ、入力装置、出力装置、外部記録装置、媒体駆動装置、可搬記憶媒体、ネットワーク接続装置で構成されるシステムでも実現できる。すなわち、前述してきた各実施の形態のシステムを実現するソフトウェアのプログラムコードを記録したＲＯＭやＲＡＭのメモリ、外部記録装置、可搬記憶媒体を、レーザ加工装置に供給し、そのレーザ加工装置のコンピュータがプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００９０】
この場合、可搬記憶媒体等から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した可搬記憶媒体等は本発明を構成することになる。
【００９１】
プログラムコードを供給するための可搬記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ＲＯＭカード、電子メールやパソコン通信等のネットワーク接続装置（言い換えれば、通信回線）を介して記録した種々の記憶媒体などを用いることができる。
【００９２】
また、コンピュータがメモリ上に読み出したプログラムコードを実行することによって、前述した各実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行ない、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現される。
【００９３】
さらに、可搬型記憶媒体から読み出されたプログラムコードやプログラム（データ）提供者から提供されたプログラム（データ）が、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行ない、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現され得る。
【００９４】
すなわち、本発明は、以上に述べた各実施の形態等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成又は形状を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成について説明するための模式的な構成説明図である。
【図２】本発明の第1の実施の形態に係るレーザ加工装置のスリットの構成について説明するための説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の微小ミラーアレイの断面方向の構成および動作について説明するための断面説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の微小ミラーアレイを反射面側から見た様子を示す模式的な平面説明図およびその動作を説明するための被加工物上の画像の一例を示す平面説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ加工装置の撮像素子により得られる画像の一例について説明するための模式説明図である。
【図６】使用／不使用および劣化した／正常な微小ミラーの例を模式的に示す図である。
【図７】データのマトリクスを２分割した例を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
１ レーザ光源（光源部）
２、２Ａ、２Ｂ レーザビーム
３ 照明光学系
４ ＤＭＤ（微小ミラーアレイ）
４ａ 可動ミラー面（可動反射面）
４ｂ 可動ミラー配列面
４Ａ オン状態ミラー
４Ｂ オフ状態ミラー
４Ｃ、４Ｄ 可動ミラー面
５ 集光レンズ（投射光学系）
６ 波長選択ミラー
７ 対物レンズ（投射光学系）
８ 可視光照明部
９ 試料（被加工物）
１０ リレー光学系（検出光学系）
１１ 減衰フィルタ
１２ 第２撮像素子（撮像素子）
１３ 第２画像処理部（偏向動作検出手段）
１４ コントローラ（露光制御手段）
１５ アクチュエータドライバ
１６ ２軸変位アクチュエータ（移動手段）
１７ 撮像光学系（検出光学系）
１８ 第１撮像素子
１９ 第１画像処理部
２０ 照明反射光
２１ 投影領域
２２ａ、２２ｂ パターン
２３ａ、２３ｂ 画像のない領域
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ 照射領域
２５ スリット
２５Ａ、２５Ｂ スリット部品
２６ 領域コントローラ
２７ 警告手段
４４、４５ パターン
４６ 領域
５０ レーザ加工装置
１００、１０１ 制御信号
１０２、１０４ データ
１０５ 画像データ
１０６、１０７、１０８ 制御信号
１０９ 領域分割指令
１１０ 警告指令
１１４ 移動制御信号
２００ 実線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、
前記空間変調素子と前記被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系と、
照射の事前に設定された照射領域に基づいて前記空間変調素子の動作を制御する照射領域制御手段と、
前記空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出する動作不良素子検出手段と、
前記動作不良素子検出手段により動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が前記照射領域と重なる場合、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、前記被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
さらに、
前記被加工物を前記照射光学系と相対的に移動させる、または、前記空間変調素子を前記被加工物と相対的に移動させる移動手段、を備え、
前記制御手段は、前記照射領域を分割し、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて複数回に分けて照射を行なう際、前記移動手段を用いて前記照射光学系と前記加工対象を相対的に移動させて、または、前記空間変調素子を前記被加工物と相対的に移動させて照射するように制御す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】
さらに、
前記被加工物を撮像するための撮像光学系と、
前記撮像光学系の像位置に配置された撮像素子と、を備え、
前記照射領域制御手段は、前記撮像素子により撮像した前記被加工物の画像に基づいて画像処理により前記照射領域を抽出し、事前に設定を行う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】
前記空間変調素子を前記被加工物と相対的に移動させる移動手段は、
前記空間変調素子を可動ミラー配列面に沿う平面内で移動するための移動手段であり空間変調素子スライド機構である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５】
レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、前記空間変調素子と前記被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系とを備えるレーザ加工装置のコンピュータが、
照射の事前に設定された照射領域に基づいて前記空間変調素子の動作を制御し、
前記空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出し、
前記動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が前記照射領域と重なる場合、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、前記被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する、
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項６】
レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、前記空間変調素子と前記被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系とを備えるレーザ加工装置のコンピュータを、
照射の事前に設定された照射領域に基づいて前記空間変調素子の動作を制御する照射領域制御手段と、
前記空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出する動作不良素子検出手段と、
前記動作不良素子検出手段により動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が前記照射領域と重なる場合、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、前記被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する制御手段と、
して機能させることを特徴とするレーザ加工プログラム。
【請求項１】
レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、
前記空間変調素子と前記被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系と、
照射の事前に設定された照射領域に基づいて前記空間変調素子の動作を制御する照射領域制御手段と、
前記空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出する動作不良素子検出手段と、
前記動作不良素子検出手段により動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が前記照射領域と重なる場合、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、前記被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
さらに、
前記被加工物を前記照射光学系と相対的に移動させる、または、前記空間変調素子を前記被加工物と相対的に移動させる移動手段、を備え、
前記制御手段は、前記照射領域を分割し、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて複数回に分けて照射を行なう際、前記移動手段を用いて前記照射光学系と前記加工対象を相対的に移動させて、または、前記空間変調素子を前記被加工物と相対的に移動させて照射するように制御す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】
さらに、
前記被加工物を撮像するための撮像光学系と、
前記撮像光学系の像位置に配置された撮像素子と、を備え、
前記照射領域制御手段は、前記撮像素子により撮像した前記被加工物の画像に基づいて画像処理により前記照射領域を抽出し、事前に設定を行う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】
前記空間変調素子を前記被加工物と相対的に移動させる移動手段は、
前記空間変調素子を可動ミラー配列面に沿う平面内で移動するための移動手段であり空間変調素子スライド機構である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５】
レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、前記空間変調素子と前記被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系とを備えるレーザ加工装置のコンピュータが、
照射の事前に設定された照射領域に基づいて前記空間変調素子の動作を制御し、
前記空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出し、
前記動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が前記照射領域と重なる場合、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、前記被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する、
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項６】
レーザ光源から出射されたレーザビームを所望の形状で被加工物に照射するために複数の微小可動素子が配列して構成された空間変調素子と、前記空間変調素子と前記被加工物とが共役な位置となるように配置された投射光学系とを備えるレーザ加工装置のコンピュータを、
照射の事前に設定された照射領域に基づいて前記空間変調素子の動作を制御する照射領域制御手段と、
前記空間変調素子を構成する微小可動素子のうち動作不良の微小可動素子を検出する動作不良素子検出手段と、
前記動作不良素子検出手段により動作不良であることが検出された微小可動素子の位置が前記照射領域と重なる場合、前記動作不良であることが検出されなかった領域を用いて、前記被加工物に対して複数回に分けて照射を行なうように制御する制御手段と、
して機能させることを特徴とするレーザ加工プログラム。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−９５８７６（Ｐ２００９−９５８７６Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７１６７３（Ｐ２００７−２７１６７３）
【出願日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【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２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【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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