レーザ加工装置、及び、レーザ加工方法
【課題】レーザ加工装置及びレーザ加工方法において、簡素な構成で空間変調素子の劣化を防止する。
【解決手段】レーザ光を発振するレーザ光源１０２と、このレーザ光源１０２により発振され基準面１０３ａに入射するレーザ光を偏向する偏向素子が２次元に配列された空間変調素子１０３と、この空間変調素子１０３により空間変調された変調光を被加工物１０に投影する投影光学系１０４と、を備えるレーザ加工装置１において、空間変調素子１０３は、基準面１０３ａに対して垂直にレーザ光（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。
【解決手段】レーザ光を発振するレーザ光源１０２と、このレーザ光源１０２により発振され基準面１０３ａに入射するレーザ光を偏向する偏向素子が２次元に配列された空間変調素子１０３と、この空間変調素子１０３により空間変調された変調光を被加工物１０に投影する投影光学系１０４と、を備えるレーザ加工装置１において、空間変調素子１０３は、基準面１０３ａに対して垂直にレーザ光（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間変調素子を用いてレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工装置としては、光源と結像レンズとの間に微小ミラーアレイであるＤＭＤ（Digital Mirror Device：Texas Instruments社の登録商標）を設置し、ＤＭＤ上の各微小ミラーの角度をオン／オフ制御することで、被加工物の被加工面を任意のパターン形状で加工する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、従来のレーザ加工装置を示す模式図である。
図１２は、空間変調素子を示す概略構成図である。
図１３は、従来の空間変調素子に入射するレーザ光を示す概略構成図である。
【０００４】
図１１に示すように、レーザ加工装置４０１は、レーザ光源４０２と、例えばＤＭＤである空間変調素子４０３と、結像レンズ４０４ａ及び対物レンズ４０４ｂを含む投影光学系４０４と、を備え、被加工物１０上の図示しない欠陥をレーザ光により修正する。
【０００５】
レーザ光源４０２は、レーザ光を発振する。発振されたレーザ光は、図示しない光学素子により分布が平坦化された後、空間変調素子４０３に入射する。この入射角は、図１３に示す複数の微小ミラー４０３ｂが互いに平行な状態の偏向面である基準面４０３ａの垂線に対して２４°である。
【０００６】
空間変調素子４０３は、レーザ光源４０２により発振されて基準面４０３ａに入射するレーザ光を空間変調（所望の形状に変換）し、水平な基準面４０３ａに垂直な鉛直下方に出射する。
【０００７】
投影光学系４０４の結像レンズ４０４ａ及び対物レンズ４０４ｂは、空間変調素子４０３から鉛直下方に出射された変調光を、被加工物１０の表面上に結像させる。これにより、被加工物１０上の欠陥は、レーザ光により加工される。
【０００８】
図１２及び図１３に示すように、空間変調素子４０３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４０３ｂと、ヒンジ４０３ｃと、回転軸部４０３ｄと、一対のランディングパット４０３ｅ（一方のみ図示）と、一対のアドレス電極４０３ｆ、４０３ｆと、基板４０３ｇと、を含む。
【０００９】
ヒンジ４０３ｃは、複数の微小ミラー４０３ｂのそれぞれに設けられ、微小ミラー４０３ｂを支持する。
回転軸部４０３ｄは、その軸方向中心においてヒンジ４０３ｃの下端に連結され、微小ミラー４０３ｂの揺動運動の回転中心となる。
【００１０】
一対のランディングパット４０３ｅは、これらに架け渡された回転軸部４０３ｅの両端を支持する。
一対のアドレス電極４０３ｆ，４０３ｆは、微小ミラー４０３ｂ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４０３ｂは、基準面４０３ａの垂線方向に変調光を射出する。なお、複数の微小ミラー４０３ｂは、それぞれ独立して各一対のアドレス電極４０３ｆ，４０３ｆによって揺動する。
【００１１】
ところで、微小ミラー４０３ｂは、一対のランディングパット４０３ｅ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、このような微小ミラー４０３ｅとランディングパット４０３ｅ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。ここで、スティッキングとは、微小ミラー４０３ｂがランディングパット４０３ｅに貼り付いて動作できなくなる現象である。
【００１２】
通常、スティッキングを防止するために、空間変調素子４０３のデバイス全体には潤滑剤が塗布されている。
【００１３】
ところが、図１３に示すように、微小ミラー４０３ｂが空間変調素子４０３に入射するレーザ光Ｌの入射側とは反対側に傾いている状態、すなわちオフ状態となっているときに、例えばＹＡＧ第四高調波（波長２６６ｎｍ）のような紫外レーザであるレーザ光が空間変調素子４０３の基準面４０３ａの垂線に対して２４°の傾斜角で空間変調素子４０３に入射すると、ランディングパット４０３ｅに塗布された潤滑剤は、レーザ光が照射されることで劣化する。そのため、上記のスティッキングが発生しやすくなる。
【００１４】
上記特許文献１には、微小ミラーの隙間から入り込んだレーザ光が微小ミラーの下部に損傷を与えるのを防止するため、光源と空間変調素子との間の光軸にダメージ防止マスクを設けた装置について記載されている。
【００１５】
上記特許文献１のダメージ防止マスクは、空間変調素子の微小ミラーのピッチと一致した等間隔の格子状のマスクであり、格子部分にはレーザ光に対して不透明な材質が用いられ、格子幅はミラー隙間の幅に一致する形状になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】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】
【００１７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されるようなダメージ防止マスクは、空間変調素子の微小ミラー間の隙間が最も大きくなる状態、すなわち、空間変調素子の開口率が最も低くなるオフ状態時の開口率に一致するように、ダメージ防止マスクの形状を設定する必要がある。そのため、空間変調素子の開口率が最大になるオン状態のときに、空間変調素子が本来持つ開口率を最大限活用できなくなり、エネルギ効率が低くなる。
【００１８】
この場合、微小ミラー全面にレーザ光を照射できなくなるため、ダメージ防止マスクがない場合と同じ加工エネルギを得ようとする場合、開口率が減少した分だけ微小ミラー面上に照射されるエネルギ密度を高めなければならない。そのため、ミラー面の損傷リスクがより大きくなる。
【００１９】
更に、空間変調素子へ照射するレーザ光の波長を変化させるとき、エネルギ効率向上のための条件設定を行わなければならない。通常、空間変調素子に照射するレーザ光の波長を変化させる場合、空間変調素子からの出力効率を向上させるために、空間変調素子の微小ミラーへの入射角を変化させる必要がある。
【００２０】
これは、空間変調素子からの出力光が０次以外の高次回折光であることに起因するためであり、回折効率を高めるには波長ごとに入射角を変更するなどの回折条件の最適化を行うことが必要である。
【００２１】
ところが、回折効率が最大になるようにレーザ光の入射角度を変更すると、レーザ光の入射光軸側から見た微小ミラーの見かけのピッチが変化してしまう。このように変化した微小ミラーの見かけのピッチとダメージ防止マスクのピッチとを一致させるためには、ピッチの異なるダメージ防止マスクを複数在庫しておく必要があると共に、管理費が高価になる。
【００２２】
更にまた、微小ミラーの隙間のサイズはサブミクロンレベルであるため、空間変調素子に対してダメージ防止マスクをサブミクロンレベルで位置合わせしなければならず、高価なアライメント装置が必要になる。
【００２３】
本発明の目的は、簡素な構成で空間変調素子の劣化を防止することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ光源と、このレーザ光源により発振され基準面に入射する上記レーザ光を偏向する偏向素子が２次元に配列された空間変調素子と、この空間変調素子により空間変調された変調光を被加工物に投影する投影光学系と、を備えるレーザ加工装置において、上記空間変調素子は、上記基準面に対して垂直に上記レーザ光が入射するように配置されている構成とする。
【００２５】
本発明のレーザ加工方法は、レーザ光を空間変調素子の基準面に入射させ、この空間変調素子により空間変調された変調光を被加工物に投影するレーザ加工方法において、上記レーザ光を上記空間変調素子の基準面に対して垂直に入射させるようにする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、簡素な構成で空間変調素子の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施の形態における空間変調素子を示す概略構成図である。
【図４】本発明の一実施の形態の変形例に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施におけるレーザ加工の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その１）である。
【図８Ａ】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その２）である。
【図８Ｂ】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その３）である。
【図９】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その４）である。
【図１０】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その５）である。
【図１１】従来のレーザ加工装置を示す模式図である。
【図１２】空間変調素子を示す概略構成図である。
【図１３】従来の空間変調素子に入射するレーザ光を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施の形態及び他の実施の形態に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
＜一実施の形態＞
図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置１０１を示す概略構成図である。
図１に示すレーザ加工装置１０１は、レーザ光源１０２、空間変調素子１０３、投影光学系１０４、制御部１０５等を備える。
【００３０】
レーザ加工装置１０１は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）その他のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や、ウェハ基板などの被加工物１０の製造工程におけるリペア加工に用いられる。
【００３１】
レーザ光源１０２は、リペア加工用の光源であり、ステージ２０に載置された被加工物１０上の欠陥を除去できるように照射条件を設定されたレーザ光を発振する。レーザ光としては、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。
【００３２】
レーザ光源１０２は、制御部１０５に電気的に接続され、制御部１０５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。なお、レーザ光源１０２内に、欠陥と加工パターンとの位置合わせを行うためのガイド光を空間変調素子３０３に照射する光源を配置してもよい。
【００３３】
光ファイバ１０６は、レーザ光源１０２の図示しない結合レンズにより光結合されたレーザ光を内部で伝搬させて加工ヘッド１０７（二点鎖線で図示）内に導き、レーザ光Ｌ１として出射するものである。
加工ヘッド１０７は、その内部に、空間変調素子１０３、投影光学系１０４、観察用光源１０８、観察用結像レンズ１０９、撮像素子１１０などの光学素子やデバイスを保持している。
【００３４】
レンズ群１１１は、加工ヘッド１０７に固定された光ファイバ１０６の端面と空間変調素子１０３の変調領域とを共役な関係とするように配置とされ、光ファイバ１０６端面の像を空間変調素子１０３の変調領域全体に照射できるように投影倍率が設定されたレンズ群である。
【００３５】
空間変調素子１０３は、レンズ群１１１により分布が平坦化されたレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）を空間変調（光束断面形状を整形）するもので、微小ミラーアレイである例えばＤＭＤからなる。空間変調素子１０３には、基準面１０３ａに入射するレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）を偏向する偏向素子としての微小ミラー（図３の微小ミラー１０３ｂ参照）が矩形状の変調領域内に２次元に等ピッチで配列されている。なお、基準面１０３ａは、図３に示す微小ミラー１０３ｂが互いに平行な状態の偏向面である。各微小ミラー１０３ｂは、独立してオン・オフ制御が可能となっている。
【００３６】
本実施の形態では、レーザ光Ｌ１の光路上にミラー１１２を配置することで、レーザ光Ｌ１の光軸Ａ１を光軸Ａ２の方向に反射させている。空間変調素子１０３は、基準面１０３ａに対して垂直にレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。
【００３７】
投影光学系１０４は、結像レンズ１０４ａ及び対物レンズ１０４ｂを含み、空間変調素子１０３により空間変調された変調光であるレーザ光Ｌ１（光軸Ａ３）を、被加工物１０上に所望の倍率で投影する光学素子群である。結像レンズ１０４ａは空間変調素子１０３側に、対物レンズ１０４ｂは被加工物１０側に、それぞれ配置されている。
【００３８】
対物レンズ１０４ｂとして、例えば、被加工物１０のレジストパターンを加工するための紫外用対物レンズ等が複数個配置される。これら複数個の対物レンズ１０４ｂは、互いに倍率が異なり、図示しないレボルバ機構によって切り替え可能に保持されている。そのため、レボルバ機構を回転させて対物レンズ９を切り替えることで、投影光学系１０４の倍率を変更できるようになっている。
【００３９】
投影光学系１０４の光軸Ａ３は、変調光であるレーザ光Ｌ１の光軸Ａ３と互いに一致している。
観察用光源１０８は、被加工物１０上の加工領域を照明するための観察用光Ｌ２を発生する光源であり、観察用光源１０８としては、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。
【００４０】
結像レンズ１０４ａと対物レンズ１０４ｂとの間には、変調光であるレーザ光Ｌ１（光軸Ａ３）を透過し、観察用光Ｌ２（光軸Ａ４）を対物レンズ１０４ｂに向けて反射するハーフミラー１１３が設けられている。そして、観察用光源１０８とハーフミラー１１３との間には、観察用光Ｌ２を適宜径の照明光束に集光する集光レンズ１１４が設けられている。
【００４１】
結像レンズ１０４ａとハーフミラー１１３との間には、変調光であるレーザ光Ｌ１を透過し、被加工物１０からの反射光である観察用光Ｌ２をミラー１１６に向けて反射するハーフミラー１１５が設けられている。そして、ミラー１１６は、ハーフミラー１１５から入射する観察用光Ｌ２（光軸Ａ５）を観察用結像レンズ１０９に向けて反射する（光軸Ａ６）。
【００４２】
観察用結像レンズ１０９は、撮像素子１１０の撮像面上に結像するための光学素子である。なお、撮像素子１１０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。
【００４３】
制御部１０５の装置構成は、例えば、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と適宜のハードウェアとの組合せからなる。また、制御部１０５は、例えば、操作パネル、キーボード、マウスなどの適宜の操作入力手段を備えるユーザインタフェースからの操作入力に基づいて、レーザ加工装置１の動作を制御するものであり、レーザ光源１０２、空間変調素子１０３、撮像素子１１０に電気的に接続され、それぞれの動作や動作タイミングを制御できるようになっている。
【００４４】
制御部１０５は、レーザ光源７に対して、レーザ光を発振させる制御信号を送出し、被加工物１０に応じて予め選択された照射条件に基づいて、レーザ光を発振させる。レーザ光の照射条件としては、例えば、波長、光出力、発振パルス幅などが挙げられる。
【００４５】
また、制御部１０５は、空間変調素子１０３の図２に示す微小ミラー１０３ｂをオン・オフ制御することにより、被加工物１０の加工形状に対応する加工パターンを空間変調素子１０３に設定する。
【００４６】
なお、詳しくは後述するが、投影光学系１０４の光軸Ａ３は、ステージ２０上の被加工物１０の被加工面の垂線（図２に点線で示す仮想線Ｖ）に対して傾斜している。そのため、被加工物１０を水平なステージ２０に載置する場合には、空間変調素子１０３の変調光（レーザ光）及び投影光学系１０４の光軸Ａ３は、鉛直方向に対し傾斜させる必要がある。
【００４７】
図２は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置１０１を示す模式図である。
なお、図２では便宜上、図１に示すレーザ加工装置１０１のうちミラー１１２等の図示を省略して、ミラー１１２の位置にレーザ光源１０２を図示している。
【００４８】
図２に示すように、空間変調素子１０３は、その基準面１０３ａに対して垂直にレーザ光（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。また、空間変調素子１０３は、入射するレーザ光（光軸Ａ２）を、オン状態のときに２４°の角度で出射する。
【００４９】
投影光学系１０４は、その光軸Ａ３が空間変調素子１０３による変調光（光軸Ａ３）に一致するように配置されている。そして、被加工物１０の加工領域が空間変調素子１０３の変調領域と共役となるように、被加工物１０の被加工面の垂線（点線で示す仮想線Ｖ）は、投影光学系１０４の光軸Ａ３に対して傾斜している。
【００５０】
本実施の形態では、図１に示す制御部１０５は、被加工物１０の位置ごとに、空間変調素子１０３に設定された加工パターンの倍率が異なるのを補正するように、空間変調素子１０３に設定する加工パターンを調整する。
【００５１】
被加工物１０のうち、倍率が高い側の加工領域では、加工形状に対する加工パターンの大きさの割合を、倍率が低い側の加工領域よりも小さくする必要がある。そのため、制御部１０５は、被加工物１０の加工領域のうち倍率が低い側から高い側にいくほど上記の割合が小さくなるように、加工パターンを調整する。
【００５２】
図３は、本発明の一実施の形態における空間変調素子１０３を示す概略構成図である。
図３に示すように、空間変調素子１０３は、微小ミラー１０３ｂと、ヒンジ１０３ｃと、回転軸部１０３ｄと、回転角規制部材としての一対のランディングパット１０３ｅ（一方のみ図示）と、一対のアドレス電極１０３ｆ、１０３ｆと、基板１０３ｇと、を含む。
【００５３】
ヒンジ１０３ｃは、複数の微小ミラー１０３ｂのそれぞれに設けられ、微小ミラー１０３ｂの裏面中央を支持する。
回転軸部１０３ｄは、その軸方向中心においてヒンジ１０３ｃの下端に連結され、微小ミラー１０３ｂの揺動運動の回転中心となる。
【００５４】
一対のランディングパット１０３ｅは、これらに架け渡された回転軸部１０３ｅの両端を支持すると共に、微小ミラー１０３ｂに接触することで微小ミラー１０３ｂの回転角を規制する。
【００５５】
一対のアドレス電極１０３ｆ，１０３ｆは、微小ミラー１０３ｂを静電力によりオン状態とオフ状態とに揺動させる。なお、複数の微小ミラー１０３ｂは、それぞれ独立して各一対のアドレス電極１０３ｆ，１０３ｆによって揺動する。
【００５６】
空間変調素子１０３のデバイス全体（一対のランディングパット１０３ｅ等）には、一対のランディングパット１０３ｅの一方と微小ミラー１０３ｂとが貼り付いて動作できなる現象であるスティッキングを防止するために、潤滑剤が塗布されている。
【００５７】
一対のランディングパット１０３ｅは、レーザ光（光軸Ａ２）が照射されない非照射領域１０３ｅ−Ｒ（点線で図示）に配置されている。この非照射領域１０３ｅ−Ｒは、微小ミラー１０３ｂの裏面側で、且つ、微小ミラー１０３ｂの回転位置によらず（微小ミラー１０３ｂ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１０３ｂ−１にあるときも）レーザ光が照射されない領域である。
【００５８】
被加工物１０を加工する際には、図１に示す制御部１０５は、欠陥位置に加工ヘッド１０７を移動させる。そして、対物レンズ１０４ｂを移動させることにより顕微鏡（加工ヘッド１０７）のフォーカス調整が行われた後、制御部１０５は、例えば撮像素子１１０により得られた撮像データ（加工形状）を基に空間変調素子１０３に加工パターンを設定する。
【００５９】
そして、上述のように、制御部１０５は、図２に示すレーザ光源１０２からレーザ光を発振させ、空間変調素子１０３の基準面１０３ａに対してレーザ光（光軸Ａ２）を垂直に入射させる。空間変調素子１０３により空間変調されたレーザ光（光軸Ａ３）は、投影光学系１０４により被加工物１０に投影される。
【００６０】
以上説明した本実施の形態では、空間変調素子１０３は、基準面１０３ａに対して垂直にレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。
そのため、例えばＹＡＧ第四高調波（波長２６６ｎｍ）のような紫外レーザであるレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）が空間変調素子１０３のランディングパット１０３ｅ等に照射される領域を抑え、ランディングパット１０３ｅ等に塗布された潤滑剤が劣化するのを防ぐことができる。
【００６１】
また、従来のように空間変調素子１０３への不要なレーザ光の入射を防ぐためにダメージ防止マスクを空間変調素子１０３とレーザ光源７との間に配置する場合には、レーザ光のエネルギ密度を高くする必要があるが、本実施の形態では、ダメージ防止マスクを用いる必要がないため、ミラー面の損傷リスクがより大きくなる。更には、本実施の形態では、ダメージ防止マスクを用いる必要がないため、ダメージ防止マスクを複数種類在庫しておく必要も、ダメージ防止マスクを用いるためのアライメント装置を用いる必要もなくなる。
よって、本実施の形態によれば、簡素な構成で空間変調素子１０３の劣化を防止することができる。
【００６２】
また、本実施の形態は、投影光学系１０４は、その光軸Ａ３が空間変調素子１０３により空間変調された変調光（光軸Ａ３）に一致するように配置され、投影光学系１０４の光軸Ａ３は、被加工物１０の被加工面の垂線（Ｖ）に対して傾斜している。そのため、空間変調素子１０３による変調光を被加工物１０の被加工面に投影させて被加工物１０の加工を確実に行うことができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、制御部１０５は、空間変調素子１０３の微小ミラー１０３ｂをオン・オフ制御することにより、被加工物１０の加工形状に対応する加工パターンを空間変調素子１０３に設定する。また、制御部１０５は、被加工物１０の位置ごとに異なる加工パターンの倍率を補正するように加工パターンを設定する。そのため、被加工物１０の位置ごとに空間変調素子１０３の加工パターンの倍率が異なっても、被加工物１０の加工を確実に行うことができる。
【００６４】
図４は、本発明の一実施の形態の変形例に係るレーザ加工装置２０１を示す模式図である。
本変形例のレーザ加工装置２０１は、投影光学系２０４及び被加工物１０の配置位置において図１に示すレーザ加工装置１０１と相違し、その他の点は同様であるため、レーザ光源２０２や空間変調素子２０３などについての説明は適宜省略する。
【００６５】
図４に示すように、空間変調素子２０３は、レーザ光源２０２により発振されたレーザ光（光軸Ａ２）が、基準面２０３ａに対して垂直に入射するように配置されている。また、空間変調素子２０３は、入射するレーザ光（光軸Ａ２）を、オン状態のときに２４°の角度で出射する。
【００６６】
投影光学系２０４は、図２に示す投影光学系１０４と同様に、複数の光学素子である結像レンズ２０４ａ及び対物レンズ２０４ｂを有する。結像レンズ２０４ａの光軸Ａ１１と対物レンズ２０４ｂの光軸Ａ１２とは平行であるが互いにシフトしている。そして、結像レンズ２０４ａには、空間変調素子２０３からの変調光（光軸Ａ３）が、空間変調素子２０３から出射される変調光の出射角度と同一の２４°で入射する。
【００６７】
被加工物１０の被加工面は、空間変調素子２０３の基準面２０３ａと互いに平行であり、結像レンズ２０４ａ及び対物レンズ２０４ｂ（これらの光軸Ａ１１，Ａ１２に垂直な面）とも平行である。また、被加工物１０の加工領域は、空間変調素子２０３の変調領域と共役な位置となっている。
【００６８】
以上説明した本変形例では、空間変調素子２０３は、基準面２０３ａに対して垂直にレーザ光（光軸Ａ２）が入射するように配置され、投影光学系２０４は、複数の光学素子として結像レンズ２０４ａ及び対物レンズ２０４ｂを有する。また、これらの光軸Ａ１１，Ａ１２は、互いにシフトしている。そのため、本変形例によっても、簡素な構成で空間変調素子２０３の劣化を防止することができる。
【００６９】
また、本変形例では、空間変調素子２０３の基準面２０３は、被加工物１０の被加工面に平行である。そのため、空間変調素子２０３による変調光を被加工物１０の被加工面に投影させて被加工物１０の加工を確実に行うことができる。
【００７０】
＜他の実施の形態＞
図５は、本発明の他の実施の形態に係るレーザ加工装置３０１を示す模式図である。
本実施の形態のレーザ加工装置３０１は、投影光学系３０４の光軸Ａ３が被加工物１０の被加工面の垂線と一致する点、及び、焦点位置が投影光学系３０４の被写界深度内の領域ごとに加工パターン３０３ｉを空間変調素子３０３に設定する点において図２等に示すレーザ加工装置１０１と相違する。そのため、詳細な説明は省略する。
【００７１】
図５に示すように、空間変調素子３０３は、レーザ光源３０２により発振されたレーザ光（光軸Ａ２）が、基準面３０３ａに対して垂直に入射するように配置されている。また、空間変調素子３０３は、入射するレーザ光（光軸Ａ２）を、オン状態のときに２４°の角度で出射する。
【００７２】
投影光学系３０４の光軸Ａ３は、空間変調素子３０３からの変調光の光軸Ａ３と一致している。また、投影光学系３０４の光軸Ａ３は、被加工物１０の被加工面の垂線とも一致している。
この場合、空間変調素子３０３の変調領域は、被加工物１０の加工領域と共役とはならず、空間変調素子１０３に設定されたパターンの像の被加工物１０上での焦点位置は加工領域の位置ごとに異なる。
【００７３】
空間変調素子３０３の図７〜図１０に示す変調領域３０３ｈは、第１の領域Ｒ１（便宜上、梨地で図示）と第２の領域Ｒ２とに分けられる。図５に示すように、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２のパターンは、被加工物１０側では図中の左右が反転した領域Ｒ１−１，Ｒ２−１に照射される。なお、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との境界が４５°方向になっているのは、微小ミラーの回転軸の角度に起因するものである。
【００７４】
第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２は、それぞれ焦点位置Ｐの差が被写界深度の範囲内の領域である。本実施の形態では、変調領域３０３ｈの焦点位置Ｐの差が被写界深度の１倍より大きく２倍以下の領域であるため、変調領域３０３ｈが２つの領域Ｒ１，Ｒ２に分けられている。
【００７５】
以下、図６のフローを参照しながら、レーザ加工の流れを説明する。
まず、例えば図５に示す対物レンズ３０４ｂを移動させることにより顕微鏡（加工ヘッド１０７）のフォーカス調整（焦点位置Ｐの調整）が行われた後（Ｓ１）、図１に示す制御部１０５が加工パターン３０３ｉ，３０３ｊを認識する（Ｓ２）。加工パターン３０３ｉ，３０３ｊは、例えば、撮像素子１１０による撮像データを取得することで認識されればよい。
【００７６】
次に、加工パターン３０３ｉ，３０３ｊが図９に示す加工パターン３０３ｊのように焦点深度Ｄ内（図９で矢印で示す範囲）の場合（Ｓ３）、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２に亘って位置するものであっても、制御部１０５は、そのまま図１０では白抜きで示す加工パターン３０３ｊを空間変調素子３０３にパターン設定する（Ｓ４）。
【００７７】
そして、制御部１０５は、図５に示すレーザ光源３０２からレーザ光を発振させ、空間変調素子３０３の基準面３０３ａに対してレーザ光（光軸Ａ２）を垂直に入射させる。空間変調素子３０３により空間変調されたレーザ光（光軸Ａ３）は、投影光学系３０４により被加工物１０に投影される（Ｓ５）。
【００７８】
一方、加工パターン３０３ｉ，３０３ｊが焦点深度Ｄ内にない場合（Ｓ３）、制御部１０５は、図７に示すように第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２に亘って位置する加工パターン３０３ｉのうち、まず図８Ａに示すように第１の領域Ｒ１内に存在する部分３０３ｉ−１（白抜きで図示）のみを空間変調３０３にパターン設定する（Ｓ６）。
【００７９】
そして、顕微鏡（加工ヘッド１０７）のフォーカス調整（Ｓ７）の後、上述のステップＳ５と同様にレーザ光が被加工物１０に照射される（Ｓ８）。
次に、制御部１０５は、加工パターン３０３ｉのうち、図８Ｂに示すように第２の領域Ｒ２内に存在する部分３０３ｉ−２（白抜きで図示）のみを空間変調３０３にパターン設定する（Ｓ９）。
【００８０】
そして、顕微鏡（加工ヘッド１０７）のフォーカス調整（Ｓ１０）の後、上述のステップＳ５と同様にレーザ光が被加工物１０に照射される（Ｓ１０）。
なお、変調領域３０３ｈの焦点位置Ｐの分布が被写界深度の２倍を超える場合には、被写界深度内の領域を３つ以上に分ければよい。
【００８１】
以上説明した本実施の形態では、上述の一実施の形態と同様に、空間変調素子３０３は、基準面３０３ａに対して垂直にレーザ光（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。
よって、本実施の形態によっても、上述の一実施の形態と同様に、簡素な構成で空間変調素子３０３の劣化を防止することができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、投影光学系３０４は、その光軸Ａ３が変調光に一致するように配置され、投影光学系３０３の光軸Ａ３は、被加工物１０の被加工面の垂線に一致している。そのため、加工ヘッド１０７内にオートフォーカス、被加工面観察用の光学系を組み込むことができるなど、レーザ加工装置３０１の機能性・配置の自由度を高めることができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、制御部１０５は、投影光学系３０４の被写界深度内の領域（第１の領域Ｒ１，第２の領域Ｒ２）ごとに加工パターン３０３ｉを空間変調素子３０３に設定する。そのため、被加工物１０の加工を確実に行うことができる。
【００８４】
なお、上記の一実施の形態及びその変形例並びに他の実施の形態は、本発明を実施するための一例にすぎず、本発明はこれら実施の形態等の記載により一義的に限定されるものではない。例えば、発明の詳細な説明における各種構成を、当業者にとって自明の範囲内で置換可能な構成に置き換えて種々変形することは本発明の範囲内である。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 被加工物
２０ ステージ
１０１ レーザ加工装置
１０２ レーザ光源
１０３ 空間変調素子
１０３ａ 基準面
１０３ｂ 微小ミラー
１０３ｃ ヒンジ
１０３ｄ 回転軸部
１０３ｅ ランディングパット
１０３ｆ アドレス電極
１０３ｇ 基板
１０４ 投影光学系
１０４ａ 結像レンズ
１０４ｂ 対物レンズ
１０５ 制御部
１０６ 光ファイバ
１０７ 加工ヘッド
１０８ 観察用光源
１０９ 観察用結像レンズ
１１０ 撮像素子
１１１ レンズ群
１１２ ミラー
１１３ ハーフミラー
１１４ 集光レンズ
１１５ ハーフミラー
１１６ ミラー
２０１ レーザ加工装置
２０２ レーザ加工装置
２０３ 空間変調素子
２０３ａ 基準面
２０４ 投影光学系
２０４ａ 結像レンズ
２０４ｂ 対物レンズ
３０１ レーザ加工装置
３０２ レーザ加工装置
３０３ 空間変調素子
３０３ａ 基準面
３０３ｈ 変調領域
３０３ｉ，３０３ｊ 加工領域
３０４ 投影光学系
３０４ａ 結像レンズ
３０４ｂ 対物レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間変調素子を用いてレーザ加工を行うレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ加工装置としては、光源と結像レンズとの間に微小ミラーアレイであるＤＭＤ（Digital Mirror Device：Texas Instruments社の登録商標）を設置し、ＤＭＤ上の各微小ミラーの角度をオン／オフ制御することで、被加工物の被加工面を任意のパターン形状で加工する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、従来のレーザ加工装置を示す模式図である。
図１２は、空間変調素子を示す概略構成図である。
図１３は、従来の空間変調素子に入射するレーザ光を示す概略構成図である。
【０００４】
図１１に示すように、レーザ加工装置４０１は、レーザ光源４０２と、例えばＤＭＤである空間変調素子４０３と、結像レンズ４０４ａ及び対物レンズ４０４ｂを含む投影光学系４０４と、を備え、被加工物１０上の図示しない欠陥をレーザ光により修正する。
【０００５】
レーザ光源４０２は、レーザ光を発振する。発振されたレーザ光は、図示しない光学素子により分布が平坦化された後、空間変調素子４０３に入射する。この入射角は、図１３に示す複数の微小ミラー４０３ｂが互いに平行な状態の偏向面である基準面４０３ａの垂線に対して２４°である。
【０００６】
空間変調素子４０３は、レーザ光源４０２により発振されて基準面４０３ａに入射するレーザ光を空間変調（所望の形状に変換）し、水平な基準面４０３ａに垂直な鉛直下方に出射する。
【０００７】
投影光学系４０４の結像レンズ４０４ａ及び対物レンズ４０４ｂは、空間変調素子４０３から鉛直下方に出射された変調光を、被加工物１０の表面上に結像させる。これにより、被加工物１０上の欠陥は、レーザ光により加工される。
【０００８】
図１２及び図１３に示すように、空間変調素子４０３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４０３ｂと、ヒンジ４０３ｃと、回転軸部４０３ｄと、一対のランディングパット４０３ｅ（一方のみ図示）と、一対のアドレス電極４０３ｆ、４０３ｆと、基板４０３ｇと、を含む。
【０００９】
ヒンジ４０３ｃは、複数の微小ミラー４０３ｂのそれぞれに設けられ、微小ミラー４０３ｂを支持する。
回転軸部４０３ｄは、その軸方向中心においてヒンジ４０３ｃの下端に連結され、微小ミラー４０３ｂの揺動運動の回転中心となる。
【００１０】
一対のランディングパット４０３ｅは、これらに架け渡された回転軸部４０３ｅの両端を支持する。
一対のアドレス電極４０３ｆ，４０３ｆは、微小ミラー４０３ｂ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４０３ｂは、基準面４０３ａの垂線方向に変調光を射出する。なお、複数の微小ミラー４０３ｂは、それぞれ独立して各一対のアドレス電極４０３ｆ，４０３ｆによって揺動する。
【００１１】
ところで、微小ミラー４０３ｂは、一対のランディングパット４０３ｅ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、このような微小ミラー４０３ｅとランディングパット４０３ｅ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。ここで、スティッキングとは、微小ミラー４０３ｂがランディングパット４０３ｅに貼り付いて動作できなくなる現象である。
【００１２】
通常、スティッキングを防止するために、空間変調素子４０３のデバイス全体には潤滑剤が塗布されている。
【００１３】
ところが、図１３に示すように、微小ミラー４０３ｂが空間変調素子４０３に入射するレーザ光Ｌの入射側とは反対側に傾いている状態、すなわちオフ状態となっているときに、例えばＹＡＧ第四高調波（波長２６６ｎｍ）のような紫外レーザであるレーザ光が空間変調素子４０３の基準面４０３ａの垂線に対して２４°の傾斜角で空間変調素子４０３に入射すると、ランディングパット４０３ｅに塗布された潤滑剤は、レーザ光が照射されることで劣化する。そのため、上記のスティッキングが発生しやすくなる。
【００１４】
上記特許文献１には、微小ミラーの隙間から入り込んだレーザ光が微小ミラーの下部に損傷を与えるのを防止するため、光源と空間変調素子との間の光軸にダメージ防止マスクを設けた装置について記載されている。
【００１５】
上記特許文献１のダメージ防止マスクは、空間変調素子の微小ミラーのピッチと一致した等間隔の格子状のマスクであり、格子部分にはレーザ光に対して不透明な材質が用いられ、格子幅はミラー隙間の幅に一致する形状になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】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】
【００１７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されるようなダメージ防止マスクは、空間変調素子の微小ミラー間の隙間が最も大きくなる状態、すなわち、空間変調素子の開口率が最も低くなるオフ状態時の開口率に一致するように、ダメージ防止マスクの形状を設定する必要がある。そのため、空間変調素子の開口率が最大になるオン状態のときに、空間変調素子が本来持つ開口率を最大限活用できなくなり、エネルギ効率が低くなる。
【００１８】
この場合、微小ミラー全面にレーザ光を照射できなくなるため、ダメージ防止マスクがない場合と同じ加工エネルギを得ようとする場合、開口率が減少した分だけ微小ミラー面上に照射されるエネルギ密度を高めなければならない。そのため、ミラー面の損傷リスクがより大きくなる。
【００１９】
更に、空間変調素子へ照射するレーザ光の波長を変化させるとき、エネルギ効率向上のための条件設定を行わなければならない。通常、空間変調素子に照射するレーザ光の波長を変化させる場合、空間変調素子からの出力効率を向上させるために、空間変調素子の微小ミラーへの入射角を変化させる必要がある。
【００２０】
これは、空間変調素子からの出力光が０次以外の高次回折光であることに起因するためであり、回折効率を高めるには波長ごとに入射角を変更するなどの回折条件の最適化を行うことが必要である。
【００２１】
ところが、回折効率が最大になるようにレーザ光の入射角度を変更すると、レーザ光の入射光軸側から見た微小ミラーの見かけのピッチが変化してしまう。このように変化した微小ミラーの見かけのピッチとダメージ防止マスクのピッチとを一致させるためには、ピッチの異なるダメージ防止マスクを複数在庫しておく必要があると共に、管理費が高価になる。
【００２２】
更にまた、微小ミラーの隙間のサイズはサブミクロンレベルであるため、空間変調素子に対してダメージ防止マスクをサブミクロンレベルで位置合わせしなければならず、高価なアライメント装置が必要になる。
【００２３】
本発明の目的は、簡素な構成で空間変調素子の劣化を防止することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を発振するレーザ光源と、このレーザ光源により発振され基準面に入射する上記レーザ光を偏向する偏向素子が２次元に配列された空間変調素子と、この空間変調素子により空間変調された変調光を被加工物に投影する投影光学系と、を備えるレーザ加工装置において、上記空間変調素子は、上記基準面に対して垂直に上記レーザ光が入射するように配置されている構成とする。
【００２５】
本発明のレーザ加工方法は、レーザ光を空間変調素子の基準面に入射させ、この空間変調素子により空間変調された変調光を被加工物に投影するレーザ加工方法において、上記レーザ光を上記空間変調素子の基準面に対して垂直に入射させるようにする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、簡素な構成で空間変調素子の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施の形態における空間変調素子を示す概略構成図である。
【図４】本発明の一実施の形態の変形例に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るレーザ加工装置を示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施におけるレーザ加工の流れを示すフローチャートである。
【図７】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その１）である。
【図８Ａ】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その２）である。
【図８Ｂ】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その３）である。
【図９】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その４）である。
【図１０】本発明の他の実施の形態における変調領域を示す説明図（その５）である。
【図１１】従来のレーザ加工装置を示す模式図である。
【図１２】空間変調素子を示す概略構成図である。
【図１３】従来の空間変調素子に入射するレーザ光を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施の形態及び他の実施の形態に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
＜一実施の形態＞
図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置１０１を示す概略構成図である。
図１に示すレーザ加工装置１０１は、レーザ光源１０２、空間変調素子１０３、投影光学系１０４、制御部１０５等を備える。
【００３０】
レーザ加工装置１０１は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）その他のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や、ウェハ基板などの被加工物１０の製造工程におけるリペア加工に用いられる。
【００３１】
レーザ光源１０２は、リペア加工用の光源であり、ステージ２０に載置された被加工物１０上の欠陥を除去できるように照射条件を設定されたレーザ光を発振する。レーザ光としては、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。
【００３２】
レーザ光源１０２は、制御部１０５に電気的に接続され、制御部１０５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。なお、レーザ光源１０２内に、欠陥と加工パターンとの位置合わせを行うためのガイド光を空間変調素子３０３に照射する光源を配置してもよい。
【００３３】
光ファイバ１０６は、レーザ光源１０２の図示しない結合レンズにより光結合されたレーザ光を内部で伝搬させて加工ヘッド１０７（二点鎖線で図示）内に導き、レーザ光Ｌ１として出射するものである。
加工ヘッド１０７は、その内部に、空間変調素子１０３、投影光学系１０４、観察用光源１０８、観察用結像レンズ１０９、撮像素子１１０などの光学素子やデバイスを保持している。
【００３４】
レンズ群１１１は、加工ヘッド１０７に固定された光ファイバ１０６の端面と空間変調素子１０３の変調領域とを共役な関係とするように配置とされ、光ファイバ１０６端面の像を空間変調素子１０３の変調領域全体に照射できるように投影倍率が設定されたレンズ群である。
【００３５】
空間変調素子１０３は、レンズ群１１１により分布が平坦化されたレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）を空間変調（光束断面形状を整形）するもので、微小ミラーアレイである例えばＤＭＤからなる。空間変調素子１０３には、基準面１０３ａに入射するレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）を偏向する偏向素子としての微小ミラー（図３の微小ミラー１０３ｂ参照）が矩形状の変調領域内に２次元に等ピッチで配列されている。なお、基準面１０３ａは、図３に示す微小ミラー１０３ｂが互いに平行な状態の偏向面である。各微小ミラー１０３ｂは、独立してオン・オフ制御が可能となっている。
【００３６】
本実施の形態では、レーザ光Ｌ１の光路上にミラー１１２を配置することで、レーザ光Ｌ１の光軸Ａ１を光軸Ａ２の方向に反射させている。空間変調素子１０３は、基準面１０３ａに対して垂直にレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。
【００３７】
投影光学系１０４は、結像レンズ１０４ａ及び対物レンズ１０４ｂを含み、空間変調素子１０３により空間変調された変調光であるレーザ光Ｌ１（光軸Ａ３）を、被加工物１０上に所望の倍率で投影する光学素子群である。結像レンズ１０４ａは空間変調素子１０３側に、対物レンズ１０４ｂは被加工物１０側に、それぞれ配置されている。
【００３８】
対物レンズ１０４ｂとして、例えば、被加工物１０のレジストパターンを加工するための紫外用対物レンズ等が複数個配置される。これら複数個の対物レンズ１０４ｂは、互いに倍率が異なり、図示しないレボルバ機構によって切り替え可能に保持されている。そのため、レボルバ機構を回転させて対物レンズ９を切り替えることで、投影光学系１０４の倍率を変更できるようになっている。
【００３９】
投影光学系１０４の光軸Ａ３は、変調光であるレーザ光Ｌ１の光軸Ａ３と互いに一致している。
観察用光源１０８は、被加工物１０上の加工領域を照明するための観察用光Ｌ２を発生する光源であり、観察用光源１０８としては、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。
【００４０】
結像レンズ１０４ａと対物レンズ１０４ｂとの間には、変調光であるレーザ光Ｌ１（光軸Ａ３）を透過し、観察用光Ｌ２（光軸Ａ４）を対物レンズ１０４ｂに向けて反射するハーフミラー１１３が設けられている。そして、観察用光源１０８とハーフミラー１１３との間には、観察用光Ｌ２を適宜径の照明光束に集光する集光レンズ１１４が設けられている。
【００４１】
結像レンズ１０４ａとハーフミラー１１３との間には、変調光であるレーザ光Ｌ１を透過し、被加工物１０からの反射光である観察用光Ｌ２をミラー１１６に向けて反射するハーフミラー１１５が設けられている。そして、ミラー１１６は、ハーフミラー１１５から入射する観察用光Ｌ２（光軸Ａ５）を観察用結像レンズ１０９に向けて反射する（光軸Ａ６）。
【００４２】
観察用結像レンズ１０９は、撮像素子１１０の撮像面上に結像するための光学素子である。なお、撮像素子１１０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。
【００４３】
制御部１０５の装置構成は、例えば、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と適宜のハードウェアとの組合せからなる。また、制御部１０５は、例えば、操作パネル、キーボード、マウスなどの適宜の操作入力手段を備えるユーザインタフェースからの操作入力に基づいて、レーザ加工装置１の動作を制御するものであり、レーザ光源１０２、空間変調素子１０３、撮像素子１１０に電気的に接続され、それぞれの動作や動作タイミングを制御できるようになっている。
【００４４】
制御部１０５は、レーザ光源７に対して、レーザ光を発振させる制御信号を送出し、被加工物１０に応じて予め選択された照射条件に基づいて、レーザ光を発振させる。レーザ光の照射条件としては、例えば、波長、光出力、発振パルス幅などが挙げられる。
【００４５】
また、制御部１０５は、空間変調素子１０３の図２に示す微小ミラー１０３ｂをオン・オフ制御することにより、被加工物１０の加工形状に対応する加工パターンを空間変調素子１０３に設定する。
【００４６】
なお、詳しくは後述するが、投影光学系１０４の光軸Ａ３は、ステージ２０上の被加工物１０の被加工面の垂線（図２に点線で示す仮想線Ｖ）に対して傾斜している。そのため、被加工物１０を水平なステージ２０に載置する場合には、空間変調素子１０３の変調光（レーザ光）及び投影光学系１０４の光軸Ａ３は、鉛直方向に対し傾斜させる必要がある。
【００４７】
図２は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置１０１を示す模式図である。
なお、図２では便宜上、図１に示すレーザ加工装置１０１のうちミラー１１２等の図示を省略して、ミラー１１２の位置にレーザ光源１０２を図示している。
【００４８】
図２に示すように、空間変調素子１０３は、その基準面１０３ａに対して垂直にレーザ光（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。また、空間変調素子１０３は、入射するレーザ光（光軸Ａ２）を、オン状態のときに２４°の角度で出射する。
【００４９】
投影光学系１０４は、その光軸Ａ３が空間変調素子１０３による変調光（光軸Ａ３）に一致するように配置されている。そして、被加工物１０の加工領域が空間変調素子１０３の変調領域と共役となるように、被加工物１０の被加工面の垂線（点線で示す仮想線Ｖ）は、投影光学系１０４の光軸Ａ３に対して傾斜している。
【００５０】
本実施の形態では、図１に示す制御部１０５は、被加工物１０の位置ごとに、空間変調素子１０３に設定された加工パターンの倍率が異なるのを補正するように、空間変調素子１０３に設定する加工パターンを調整する。
【００５１】
被加工物１０のうち、倍率が高い側の加工領域では、加工形状に対する加工パターンの大きさの割合を、倍率が低い側の加工領域よりも小さくする必要がある。そのため、制御部１０５は、被加工物１０の加工領域のうち倍率が低い側から高い側にいくほど上記の割合が小さくなるように、加工パターンを調整する。
【００５２】
図３は、本発明の一実施の形態における空間変調素子１０３を示す概略構成図である。
図３に示すように、空間変調素子１０３は、微小ミラー１０３ｂと、ヒンジ１０３ｃと、回転軸部１０３ｄと、回転角規制部材としての一対のランディングパット１０３ｅ（一方のみ図示）と、一対のアドレス電極１０３ｆ、１０３ｆと、基板１０３ｇと、を含む。
【００５３】
ヒンジ１０３ｃは、複数の微小ミラー１０３ｂのそれぞれに設けられ、微小ミラー１０３ｂの裏面中央を支持する。
回転軸部１０３ｄは、その軸方向中心においてヒンジ１０３ｃの下端に連結され、微小ミラー１０３ｂの揺動運動の回転中心となる。
【００５４】
一対のランディングパット１０３ｅは、これらに架け渡された回転軸部１０３ｅの両端を支持すると共に、微小ミラー１０３ｂに接触することで微小ミラー１０３ｂの回転角を規制する。
【００５５】
一対のアドレス電極１０３ｆ，１０３ｆは、微小ミラー１０３ｂを静電力によりオン状態とオフ状態とに揺動させる。なお、複数の微小ミラー１０３ｂは、それぞれ独立して各一対のアドレス電極１０３ｆ，１０３ｆによって揺動する。
【００５６】
空間変調素子１０３のデバイス全体（一対のランディングパット１０３ｅ等）には、一対のランディングパット１０３ｅの一方と微小ミラー１０３ｂとが貼り付いて動作できなる現象であるスティッキングを防止するために、潤滑剤が塗布されている。
【００５７】
一対のランディングパット１０３ｅは、レーザ光（光軸Ａ２）が照射されない非照射領域１０３ｅ−Ｒ（点線で図示）に配置されている。この非照射領域１０３ｅ−Ｒは、微小ミラー１０３ｂの裏面側で、且つ、微小ミラー１０３ｂの回転位置によらず（微小ミラー１０３ｂ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１０３ｂ−１にあるときも）レーザ光が照射されない領域である。
【００５８】
被加工物１０を加工する際には、図１に示す制御部１０５は、欠陥位置に加工ヘッド１０７を移動させる。そして、対物レンズ１０４ｂを移動させることにより顕微鏡（加工ヘッド１０７）のフォーカス調整が行われた後、制御部１０５は、例えば撮像素子１１０により得られた撮像データ（加工形状）を基に空間変調素子１０３に加工パターンを設定する。
【００５９】
そして、上述のように、制御部１０５は、図２に示すレーザ光源１０２からレーザ光を発振させ、空間変調素子１０３の基準面１０３ａに対してレーザ光（光軸Ａ２）を垂直に入射させる。空間変調素子１０３により空間変調されたレーザ光（光軸Ａ３）は、投影光学系１０４により被加工物１０に投影される。
【００６０】
以上説明した本実施の形態では、空間変調素子１０３は、基準面１０３ａに対して垂直にレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。
そのため、例えばＹＡＧ第四高調波（波長２６６ｎｍ）のような紫外レーザであるレーザ光Ｌ１（光軸Ａ２）が空間変調素子１０３のランディングパット１０３ｅ等に照射される領域を抑え、ランディングパット１０３ｅ等に塗布された潤滑剤が劣化するのを防ぐことができる。
【００６１】
また、従来のように空間変調素子１０３への不要なレーザ光の入射を防ぐためにダメージ防止マスクを空間変調素子１０３とレーザ光源７との間に配置する場合には、レーザ光のエネルギ密度を高くする必要があるが、本実施の形態では、ダメージ防止マスクを用いる必要がないため、ミラー面の損傷リスクがより大きくなる。更には、本実施の形態では、ダメージ防止マスクを用いる必要がないため、ダメージ防止マスクを複数種類在庫しておく必要も、ダメージ防止マスクを用いるためのアライメント装置を用いる必要もなくなる。
よって、本実施の形態によれば、簡素な構成で空間変調素子１０３の劣化を防止することができる。
【００６２】
また、本実施の形態は、投影光学系１０４は、その光軸Ａ３が空間変調素子１０３により空間変調された変調光（光軸Ａ３）に一致するように配置され、投影光学系１０４の光軸Ａ３は、被加工物１０の被加工面の垂線（Ｖ）に対して傾斜している。そのため、空間変調素子１０３による変調光を被加工物１０の被加工面に投影させて被加工物１０の加工を確実に行うことができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、制御部１０５は、空間変調素子１０３の微小ミラー１０３ｂをオン・オフ制御することにより、被加工物１０の加工形状に対応する加工パターンを空間変調素子１０３に設定する。また、制御部１０５は、被加工物１０の位置ごとに異なる加工パターンの倍率を補正するように加工パターンを設定する。そのため、被加工物１０の位置ごとに空間変調素子１０３の加工パターンの倍率が異なっても、被加工物１０の加工を確実に行うことができる。
【００６４】
図４は、本発明の一実施の形態の変形例に係るレーザ加工装置２０１を示す模式図である。
本変形例のレーザ加工装置２０１は、投影光学系２０４及び被加工物１０の配置位置において図１に示すレーザ加工装置１０１と相違し、その他の点は同様であるため、レーザ光源２０２や空間変調素子２０３などについての説明は適宜省略する。
【００６５】
図４に示すように、空間変調素子２０３は、レーザ光源２０２により発振されたレーザ光（光軸Ａ２）が、基準面２０３ａに対して垂直に入射するように配置されている。また、空間変調素子２０３は、入射するレーザ光（光軸Ａ２）を、オン状態のときに２４°の角度で出射する。
【００６６】
投影光学系２０４は、図２に示す投影光学系１０４と同様に、複数の光学素子である結像レンズ２０４ａ及び対物レンズ２０４ｂを有する。結像レンズ２０４ａの光軸Ａ１１と対物レンズ２０４ｂの光軸Ａ１２とは平行であるが互いにシフトしている。そして、結像レンズ２０４ａには、空間変調素子２０３からの変調光（光軸Ａ３）が、空間変調素子２０３から出射される変調光の出射角度と同一の２４°で入射する。
【００６７】
被加工物１０の被加工面は、空間変調素子２０３の基準面２０３ａと互いに平行であり、結像レンズ２０４ａ及び対物レンズ２０４ｂ（これらの光軸Ａ１１，Ａ１２に垂直な面）とも平行である。また、被加工物１０の加工領域は、空間変調素子２０３の変調領域と共役な位置となっている。
【００６８】
以上説明した本変形例では、空間変調素子２０３は、基準面２０３ａに対して垂直にレーザ光（光軸Ａ２）が入射するように配置され、投影光学系２０４は、複数の光学素子として結像レンズ２０４ａ及び対物レンズ２０４ｂを有する。また、これらの光軸Ａ１１，Ａ１２は、互いにシフトしている。そのため、本変形例によっても、簡素な構成で空間変調素子２０３の劣化を防止することができる。
【００６９】
また、本変形例では、空間変調素子２０３の基準面２０３は、被加工物１０の被加工面に平行である。そのため、空間変調素子２０３による変調光を被加工物１０の被加工面に投影させて被加工物１０の加工を確実に行うことができる。
【００７０】
＜他の実施の形態＞
図５は、本発明の他の実施の形態に係るレーザ加工装置３０１を示す模式図である。
本実施の形態のレーザ加工装置３０１は、投影光学系３０４の光軸Ａ３が被加工物１０の被加工面の垂線と一致する点、及び、焦点位置が投影光学系３０４の被写界深度内の領域ごとに加工パターン３０３ｉを空間変調素子３０３に設定する点において図２等に示すレーザ加工装置１０１と相違する。そのため、詳細な説明は省略する。
【００７１】
図５に示すように、空間変調素子３０３は、レーザ光源３０２により発振されたレーザ光（光軸Ａ２）が、基準面３０３ａに対して垂直に入射するように配置されている。また、空間変調素子３０３は、入射するレーザ光（光軸Ａ２）を、オン状態のときに２４°の角度で出射する。
【００７２】
投影光学系３０４の光軸Ａ３は、空間変調素子３０３からの変調光の光軸Ａ３と一致している。また、投影光学系３０４の光軸Ａ３は、被加工物１０の被加工面の垂線とも一致している。
この場合、空間変調素子３０３の変調領域は、被加工物１０の加工領域と共役とはならず、空間変調素子１０３に設定されたパターンの像の被加工物１０上での焦点位置は加工領域の位置ごとに異なる。
【００７３】
空間変調素子３０３の図７〜図１０に示す変調領域３０３ｈは、第１の領域Ｒ１（便宜上、梨地で図示）と第２の領域Ｒ２とに分けられる。図５に示すように、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２のパターンは、被加工物１０側では図中の左右が反転した領域Ｒ１−１，Ｒ２−１に照射される。なお、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２との境界が４５°方向になっているのは、微小ミラーの回転軸の角度に起因するものである。
【００７４】
第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２は、それぞれ焦点位置Ｐの差が被写界深度の範囲内の領域である。本実施の形態では、変調領域３０３ｈの焦点位置Ｐの差が被写界深度の１倍より大きく２倍以下の領域であるため、変調領域３０３ｈが２つの領域Ｒ１，Ｒ２に分けられている。
【００７５】
以下、図６のフローを参照しながら、レーザ加工の流れを説明する。
まず、例えば図５に示す対物レンズ３０４ｂを移動させることにより顕微鏡（加工ヘッド１０７）のフォーカス調整（焦点位置Ｐの調整）が行われた後（Ｓ１）、図１に示す制御部１０５が加工パターン３０３ｉ，３０３ｊを認識する（Ｓ２）。加工パターン３０３ｉ，３０３ｊは、例えば、撮像素子１１０による撮像データを取得することで認識されればよい。
【００７６】
次に、加工パターン３０３ｉ，３０３ｊが図９に示す加工パターン３０３ｊのように焦点深度Ｄ内（図９で矢印で示す範囲）の場合（Ｓ３）、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２に亘って位置するものであっても、制御部１０５は、そのまま図１０では白抜きで示す加工パターン３０３ｊを空間変調素子３０３にパターン設定する（Ｓ４）。
【００７７】
そして、制御部１０５は、図５に示すレーザ光源３０２からレーザ光を発振させ、空間変調素子３０３の基準面３０３ａに対してレーザ光（光軸Ａ２）を垂直に入射させる。空間変調素子３０３により空間変調されたレーザ光（光軸Ａ３）は、投影光学系３０４により被加工物１０に投影される（Ｓ５）。
【００７８】
一方、加工パターン３０３ｉ，３０３ｊが焦点深度Ｄ内にない場合（Ｓ３）、制御部１０５は、図７に示すように第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２に亘って位置する加工パターン３０３ｉのうち、まず図８Ａに示すように第１の領域Ｒ１内に存在する部分３０３ｉ−１（白抜きで図示）のみを空間変調３０３にパターン設定する（Ｓ６）。
【００７９】
そして、顕微鏡（加工ヘッド１０７）のフォーカス調整（Ｓ７）の後、上述のステップＳ５と同様にレーザ光が被加工物１０に照射される（Ｓ８）。
次に、制御部１０５は、加工パターン３０３ｉのうち、図８Ｂに示すように第２の領域Ｒ２内に存在する部分３０３ｉ−２（白抜きで図示）のみを空間変調３０３にパターン設定する（Ｓ９）。
【００８０】
そして、顕微鏡（加工ヘッド１０７）のフォーカス調整（Ｓ１０）の後、上述のステップＳ５と同様にレーザ光が被加工物１０に照射される（Ｓ１０）。
なお、変調領域３０３ｈの焦点位置Ｐの分布が被写界深度の２倍を超える場合には、被写界深度内の領域を３つ以上に分ければよい。
【００８１】
以上説明した本実施の形態では、上述の一実施の形態と同様に、空間変調素子３０３は、基準面３０３ａに対して垂直にレーザ光（光軸Ａ２）が入射するように配置されている。
よって、本実施の形態によっても、上述の一実施の形態と同様に、簡素な構成で空間変調素子３０３の劣化を防止することができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、投影光学系３０４は、その光軸Ａ３が変調光に一致するように配置され、投影光学系３０３の光軸Ａ３は、被加工物１０の被加工面の垂線に一致している。そのため、加工ヘッド１０７内にオートフォーカス、被加工面観察用の光学系を組み込むことができるなど、レーザ加工装置３０１の機能性・配置の自由度を高めることができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、制御部１０５は、投影光学系３０４の被写界深度内の領域（第１の領域Ｒ１，第２の領域Ｒ２）ごとに加工パターン３０３ｉを空間変調素子３０３に設定する。そのため、被加工物１０の加工を確実に行うことができる。
【００８４】
なお、上記の一実施の形態及びその変形例並びに他の実施の形態は、本発明を実施するための一例にすぎず、本発明はこれら実施の形態等の記載により一義的に限定されるものではない。例えば、発明の詳細な説明における各種構成を、当業者にとって自明の範囲内で置換可能な構成に置き換えて種々変形することは本発明の範囲内である。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 被加工物
２０ ステージ
１０１ レーザ加工装置
１０２ レーザ光源
１０３ 空間変調素子
１０３ａ 基準面
１０３ｂ 微小ミラー
１０３ｃ ヒンジ
１０３ｄ 回転軸部
１０３ｅ ランディングパット
１０３ｆ アドレス電極
１０３ｇ 基板
１０４ 投影光学系
１０４ａ 結像レンズ
１０４ｂ 対物レンズ
１０５ 制御部
１０６ 光ファイバ
１０７ 加工ヘッド
１０８ 観察用光源
１０９ 観察用結像レンズ
１１０ 撮像素子
１１１ レンズ群
１１２ ミラー
１１３ ハーフミラー
１１４ 集光レンズ
１１５ ハーフミラー
１１６ ミラー
２０１ レーザ加工装置
２０２ レーザ加工装置
２０３ 空間変調素子
２０３ａ 基準面
２０４ 投影光学系
２０４ａ 結像レンズ
２０４ｂ 対物レンズ
３０１ レーザ加工装置
３０２ レーザ加工装置
３０３ 空間変調素子
３０３ａ 基準面
３０３ｈ 変調領域
３０３ｉ，３０３ｊ 加工領域
３０４ 投影光学系
３０４ａ 結像レンズ
３０４ｂ 対物レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振するレーザ光源と、
該レーザ光源により発振され基準面に入射する前記レーザ光を偏向する偏向素子が２次元に配列された空間変調素子と、
該空間変調素子により空間変調された変調光を被加工物に投影する投影光学系と、
を備えるレーザ加工装置において、
前記空間変調素子は、前記基準面に対して垂直に前記レーザ光が入射するように配置されている、
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記投影光学系は、その光軸が前記変調光に一致するように配置され、
前記投影光学系の光軸は、前記被加工物の被加工面の垂線に対して傾斜している、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記空間変調素子の微小ミラーをオン・オフ制御することにより、前記被加工物の加工形状に対応する加工パターンを前記空間変調素子に設定する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記被加工物の位置ごとに異なる前記加工パターンの倍率を補正するように該加工パターンを設定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記投影光学系は、複数の光学素子を有し、
前記複数の光学素子は、互いの光軸がシフトしている、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記空間変調素子の前記基準面は、前記被加工物の被加工面に平行であることを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記投影光学系は、その光軸が前記変調光に一致するように配置され、
前記投影光学系の光軸は、前記被加工物の被加工面の垂線に一致している、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記空間変調素子の微小ミラーをオン・オフ制御することにより、前記被加工物の加工形状に対応する加工パターンを前記空間変調素子に設定する制御部を更に備え、
前記制御部は、焦点位置が前記投影光学系の被写界深度内の領域ごとに前記加工パターンを前記空間変調素子に設定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項６記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記空間変調素子は、前記偏向素子である微小ミラーと、該微小ミラーに接触することで該微小ミラーの回転角を規制する回転角規制部材と、を有し、
前記回転角規制部材は、前記微小ミラーの裏面側で且つ前記微小ミラーの回転位置によらず前記レーザ光が照射されない非照射領域に配置されている、
ことを請求項１から請求項７のいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
レーザ光を空間変調素子の基準面に入射させ、該空間変調素子により空間変調された変調光を被加工物に投影するレーザ加工方法において、
前記レーザ光を前記空間変調素子の基準面に対して垂直に入射させる、
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項１】
レーザ光を発振するレーザ光源と、
該レーザ光源により発振され基準面に入射する前記レーザ光を偏向する偏向素子が２次元に配列された空間変調素子と、
該空間変調素子により空間変調された変調光を被加工物に投影する投影光学系と、
を備えるレーザ加工装置において、
前記空間変調素子は、前記基準面に対して垂直に前記レーザ光が入射するように配置されている、
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記投影光学系は、その光軸が前記変調光に一致するように配置され、
前記投影光学系の光軸は、前記被加工物の被加工面の垂線に対して傾斜している、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記空間変調素子の微小ミラーをオン・オフ制御することにより、前記被加工物の加工形状に対応する加工パターンを前記空間変調素子に設定する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記被加工物の位置ごとに異なる前記加工パターンの倍率を補正するように該加工パターンを設定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記投影光学系は、複数の光学素子を有し、
前記複数の光学素子は、互いの光軸がシフトしている、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記空間変調素子の前記基準面は、前記被加工物の被加工面に平行であることを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記投影光学系は、その光軸が前記変調光に一致するように配置され、
前記投影光学系の光軸は、前記被加工物の被加工面の垂線に一致している、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記空間変調素子の微小ミラーをオン・オフ制御することにより、前記被加工物の加工形状に対応する加工パターンを前記空間変調素子に設定する制御部を更に備え、
前記制御部は、焦点位置が前記投影光学系の被写界深度内の領域ごとに前記加工パターンを前記空間変調素子に設定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項６記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記空間変調素子は、前記偏向素子である微小ミラーと、該微小ミラーに接触することで該微小ミラーの回転角を規制する回転角規制部材と、を有し、
前記回転角規制部材は、前記微小ミラーの裏面側で且つ前記微小ミラーの回転位置によらず前記レーザ光が照射されない非照射領域に配置されている、
ことを請求項１から請求項７のいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
レーザ光を空間変調素子の基準面に入射させ、該空間変調素子により空間変調された変調光を被加工物に投影するレーザ加工方法において、
前記レーザ光を前記空間変調素子の基準面に対して垂直に入射させる、
ことを特徴とするレーザ加工方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１１５８７９（Ｐ２０１２−１１５８７９Ａ）
【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２０１０−２６８８８１（Ｐ２０１０−２６８８８１）
【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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