(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ光照射時点や最大変形時におけるミラーの平面度を確認することができるミラーの動的平面度の検査装置を提供する。【解決手段】パルス状レーザ光９を出力するレーザ発振器８と、レーザ光９の光軸上に４５度の角度で配置され、入射するレーザ光９の５０％を透過、残り５０％を反射するビームスプリッタ１２と、ビームスプリッタ１２を透過したレーザ光９の光軸上に垂直に配置され、入射するレーザ光９を反射する基準ミラー１３と、基準ミラー１３で反射後、ビームスプリッタ１２で反射されたレーザ光９ｔｒの光軸上に配置され、ミラー１で反射後、ビームスプリッタ１２を透過したレーザ光９ｒｔとを受光する受光装置１６に接続され、受光されたレーザ光９ｔｒとレーザ光９ｒｔによる干渉縞からミラー１の表面形状を数値化する画像処理装置１７と、ミラー１の現在位置情報に基づいてレーザ発振器８と受光装置１６を動作させる制御装置４とからなる。【選択図】図１
2010071751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のミラーを揺動させて入射光の光軸を偏向させるガルバノスキャナ装置の前記ミラーの平面度を検査するミラーの平面度検査装置において、
パルス状のレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光の光軸上に４５度の角度で配置され、入射するレーザ光の５０％を透過させ、残りの５０％を反射させるビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタを透過した前記レーザ光の光軸上に垂直に配置され、入射する前記レーザ光を反射する基準ミラーと、
前記基準ミラーで反射された後、前記ビームスプリッタで反射されたレーザ光の光軸上に配置された受光装置と、
この受光装置に接続された画像処理装置と、
前記ガルバノスキャナ装置から出力される前記ミラーの現在位置情報に基づいて前記レーザ発振器と前記受光装置とを動作させる制御装置と、からなり、
前記受光装置は、前記基準ミラーで反射された後前記ビームスプリッタで反射されたレーザ光と、前記レーザ発振器から出力されて前記ビームスプリッタで反射されたレーザ光の光軸上に垂直に配置された前記ミラーで反射された後、前記ビームスプリッタを透過したレーザ光と、を受光し、
前記画像装置は、前記受光装置で受光された前記２つのレーザ光による干渉縞から前記ミラーの表面形状を数値化する、
ことを特徴とするミラーの平面度検査装置。
【請求項２】
前記ミラーの反射面を、前記ビームスプリッタで反射されるレーザ光の光軸上であって前記ビームスプリッタからの距離が前記ビームスプリッタから前記基準ミラーまでの距離に等しい位置、かつ、前記ビームスプリッタで反射されるレーザ光の光軸に対して垂直に位置決めするミラー位置決め装置を設けた、ことを特徴とする
請求項１に記載のミラーの平面度検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、平板状のミラーを揺動させて入射光の光軸を偏向させるガルバノスキャナ装置のミラーの平面度検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化、高密度実装化に伴い、プリント基板は複数の基板を積層した多層配線基板が主流となっている。多層配線基板では、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続する必要がある。そこで、多層配線基板の絶縁層に下層の導電層に達するビアホール（穴）を形成し、ビアホールの内部に導電性メッキを施すことにより、上下に積層された基板間の導電層を電気的に接続している。
【０００３】
ビアホールの形成には、ビアホールの微細化に伴い、高出力のＣＯ２レーザやＹＡＧの高調波を利用したＵＶレーザが使用される。また、平板状のミラー（ガルバノミラー。以下、「ミラー」という。）とｆθレンズとを組み合せたビームスキャン光学系を用いることにより、レーザ光を走査することで高速加工を実現している。ミラーはマウント部材を介してガルバノスキャナ装置の駆動部（モータ）に連結されており、モータの高速な揺動・位置決め動作に追随して所望の角度に位置決めされ、レーザ光を意図した方向に反射する。
【０００４】
ミラーにより反射されたレーザ光は、ミラーの反射面の平面度に応じてビーム形状（ビームの光軸に垂直な断面形状）が変化する。また、ビーム形状の変化に伴ってビームモード（光軸に垂直な断面方向のエネルギ分布）も変化する。
【０００５】
ミラーによって反射されたレーザ光がｆθレンズにより加工面に結像されるので、レーザ光反射時点（照射時点）におけるミラーの平面度が加工した穴の形状および品質を左右する。すなわち、ミラーの平面度が優れていれば、加工した穴の形状および品質を安定化することができる。
【０００６】
従来は、ミラーの反射面の静的な平面度を管理していた。静的な平面度を計測するシステムとしては、例えば、フィゾー型レーザ干渉計とフリンジスキャン解析方式の計測システムが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−０９９６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の技術の場合、複数の干渉縞を取り込む必要があるため、約１０秒程度の時間を要する。一方、レーザ加工時におけるミラーの位置決め回数は１０００回／秒を超える。したがって、特許文献１の技術ではミラー位置決め直後のような瞬間的な平面度を測定することができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決し、レーザ光照射時点（ミラー位置決め直後）や最大変形時におけるミラーの平面度を確認することができるミラーの動的平面度の検査装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、平板状のミラーを揺動させて入射光の光軸を偏向させるガルバノスキャナ装置の前記ミラーの平面度を検査するミラーの平面度検査装置において、パルス状のレーザ光を出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力された前記レーザ光の光軸上に４５度の角度で配置され、入射するレーザ光の５０％を透過させ、残りの５０％を反射させるビームスプリッタと、前記ビームスプリッタを透過した前記レーザ光の光軸上に垂直に配置され、入射する前記レーザ光を反射する基準ミラーと、前記基準ミラーで反射された後、前記ビームスプリッタで反射されたレーザ光の光軸上に配置された受光装置と、この受光装置に接続された画像処理装置と、前記ガルバノスキャナ装置から出力される前記ミラーの現在位置情報に基づいて前記レーザ発振器と前記受光装置とを動作させる制御装置と、からなり、前記受光装置は、前記基準ミラーで反射された後前記ビームスプリッタで反射されたレーザ光と、前記レーザ発振器から出力されて前記ビームスプリッタで反射されたレーザ光の光軸上に垂直に配置された前記ミラーで反射された後、前記ビームスプリッタを透過したレーザ光と、を受光し、前記画像装置は、前記受光装置で受光された前記２つのレーザ光による干渉縞から前記ミラーの表面形状を数値化する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、所望の時刻（例えば、ミラー位置決め直後）におけるミラーの反射面の変形を定量的に把握できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明に係る動的平面度検査システムの構成図である。
【００１２】
まず、被測定物となるガルバノスキャナ装置について説明する。
【００１３】
ミラー１は図示を省略するミラーマウント部材を介してガルバノスキャナ２に内蔵されたモータの出力軸に締結されている。ガルバノスキャナ２はガルバノ制御部３を介して制御装置４に接続されている。ガルバノスキャナ２とガルバノ制御部３とでガルバノスキャナ装置が構成されている。
【００１４】
ガルバノ制御部３は、制御装置４からの指令によりミラー１の位置決めを行うと共に、ミラー１が目標位置に到達すると、到達信号を制御装置４に出力する。
【００１５】
制御装置４に内蔵されたタイマ６は設定器５により遅延時間Tを設定される。タイマ６は遅延時間Tが経過すると、パルスジェネレータ７を介してレーザ発振器８および受光装置であるＣＣＤカメラ１６を動作させる。
【００１６】
次に、測定用光学系の構成について説明する。
【００１７】
レーザ発振器８は測定光学系分解能を満たした波長のレーザ光を出力する。ここでは、波長３５５ｎｍのレーザ光を出力するＵＶレーザ発振器をレーザ発振器８としている。レーザ発振器８はタイマ６の指令に基づいてパルス状のレーザ光を出力する。なお、パルスジェネレータ７はレーザ発振器８から出力されるレーザ光９の波形（パルス幅とピーク値）を定めるための装置である。そして、後述する干渉縞の境界やコントラストが明瞭になるように波形が定められる。
【００１８】
コリメータレンズ１０、１１はレーザ発振器８から出力されたレーザ光９のビーム径をミラー１の反射面の全面を照射できる大きさに拡大または縮小する。ビームスプリッタ１２は入射するレーザ光９の５０％を透過させ、残りを反射させる。ビームスプリッタ１２の透過側には、基準ミラー１３が配置されている。基準ミラー１３の反射面の平面度は数ｎｍであり、ビームスプリッタ１２から反射面までの距離はＡである。基準ミラー１３の反射面はレーザ発振器８から出力されたレーザ光９の光軸に対して垂直（９０度）である。 基準ミラー１３で反射され、ビームスプリッタ１２で反射されたレーザ光９の光軸上にはコリメータレンズ１４、１５およびＣＣＤカメラ１６が配置されている。コリメータレンズ１４、１５はビームスプリッタ１２で反射されたレーザ光９のビーム径をＣＣＤカメラ１６の観測素子サイズ以下のビーム径に縮小する。ＣＣＤカメラ１６には画像処理装置１７が接続されている。なお、画像処理装置１７の動作については後述する。ビームスプリッタ１２の反射側には、ミラー位置決め装置３０が配置されている。
【００１９】
図２はミラー位置決め装置３０の構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【００２０】
同図に示すように、ミラー位置決め装置３０は、ホルダ３１と、ホルダ３１を回転自在に支持するホルダ支持装置３２と、ホルダ３１を回転させるモータ３３と、ホルダ支持装置３２をｘｙｚの３軸方向に移動させる移動装置３４とから構成されている。ホルダ３１にはガルバノスキャナ２のモータケースに嵌合する穴が形成されている。そして、ガルバノスキャナ２のモータケースをホルダ３１の穴に嵌合させ、図示を省略する手段により固定すると、ミラー１の回転の軸線はホルダ３１の回転軸線と同軸になる。ホルダ３１と対向するようにして、レーザ源４０とセンサ４１とが配置されている。センサ４１は、レーザ源４０から出力され、ビームスプリッタ１２に反射されたレーザ光９に対してミラー１が垂直に配置された場合、レーザ源４０から出力され、ミラー１で反射されたレーザ光が垂直に入射する位置に配置されている。なお、移動装置３４、レーザ源４０およびセンサ４１は、制御装置４に接続されており、移動装置３４とレーザ源４０は制御装置４によって制御される。
【００２１】
次に、本発明の動作を説明する。
【００２２】
図３は、本発明の動作を示すフローチャートである。
【００２３】
予め、ホルダ３１にガルバノスキャナ２のモータケースを保持させる。このとき、ミラー１の反射面をミラー１の回転範囲の中央（θ＝０）に配置させておく。そして、移動装置３４を動作させ、ミラー１の反射面をビームスプリッタ１２から距離Ａの位置に位置決めする。この状態でレーザ源４０を動作させてセンサ４１の出力を確認し、ミラー１の反射面がビームスプリッタ１２で反射されたレーザ光９（図２において点線で示すレーザ光９ｒ）の光軸に対して垂直であることを確認し、垂直でない場合には、モータ３３を動作させてミラー１の反射面をビームスプリッタ１２で反射されたレーザ光９ｒの光軸に対して垂直に位置決めする（回転させる）。また、設定器５によりミラー１の回転角度θ１（θ１は０の場合と、正の場合と、負の場合と、がある）と、遅延時間Tとを制御装置に入力しておく。
【００２４】
図示を省略する起動ボタンがオンされると、制御装置４は、先ず、ガルバノ制御部３にミラー１を予め入力された角度である角度θ１まで回転させるよう指示し（手順Ｓ１００）、ミラー１がθ１度回転した位置に位置決めされたら（手順Ｓ１１０）、ガルバノ制御部３にミラー１を現在の位置（角度θ１）から角度０（θ＝０）に移動させるよう指示する（手順Ｓ１２０）。ガルバノ制御部３はミラー１を回転させ、角度θが０になると、位置決め完了信号を制御装置４に出力する。制御装置４は、位置決め完了信号を受け取ると（手順Ｓ１３０）、タイマ６をオンする（手順Ｓ１４０）。タイマ６は、指定された遅延時間Ｔが経過するのを待ち、遅延時間Ｔが経過すると（手順Ｓ１５０）、レーザ発振器８にパルス状のレーザを出力させると共に、ＣＣＤカメラ１６のシャッタを開く（手順Ｓ１６０）。
【００２５】
レーザ発振器８から出力されたパルス状のレーザ光９は、コリメータレンズ１０、１１により外形をミラー１の反射面よりも大きい大きさに調整され、ビームスプリッタ１２に入射し、５０％はビームスプリッタ１２を透過して基準ミラー１３に入射し、他の５０％はビームスプリッタ１２に反射される。以下、ビームスプリッタ１２を透過したレーザ光９をレーザ光９ｔ、ビームスプリッタ１２に反射されたレーザ光９をレーザ光９ｒという。
【００２６】
基準ミラー１３に反射されたレーザ光９ｔの５０％はビームスプリッタ１２を透過してレーザ発振器８に戻り、残りのレーザ光（以下、レーザ光９ｔｒという。）はビームスプリッタ１２に反射され、コリメータレンズ１４、１５を介してＣＣＤカメラ１６に入射する。一方、ビームスプリッタ１２に反射されたレーザ光９ｒはミラー１に入射し、ミラー１に反射される。ミラー１に反射されたレーザ光９ｒの５０％はビームスプリッタ１２に反射されてレーザ発振器８に戻り、残りのレーザ光（以下、レーザ光９ｒｔという。）はビームスプリッタ１２を透過し、コリメータレンズ１４、１５を介してＣＣＤカメラ１６に入射する。ＣＣＤカメラ１６は入射したレーザ光９ｒｔとレーザ光９ｔｒを画像データとして取込み、画像処理部１７に送る。
【００２７】
ミラー１の反射面が変形している場合、基準ミラー１３で反射されたレーザ光９ｔｒとガルバノミラー１の反射面で反射されたレーザ光９ｒｔとが干渉するため、干渉縞が生じる。干渉縞の一例を図４に示す。画像処理部１７はフーリエ変換干渉計測法に基づいた演算を行い（手順Ｓ１７０）、反射面の形状を数値化して、その結果を制御装置４に出力する（手順Ｓ１８０）。
【００２８】
次に、遅延時間Ｔについて具体的に説明する。
【００２９】
図５は、ミラー１の位置（回転角度θ）と加工用レーザの照射タイミングとの関係を示す図であり、（ａ）はミラー１の位置を、（ｂ）はレーザ発振器の動作を示している。なお、（ａ）における０は目標位置座標、点線はミラー１の位置決め許容範囲である。
【００３０】
同図に示すように、実際のレーザ加工においては、ミラー１が位置決め許容範囲に入った時点（図中の時刻ｔ１）または時刻ｔ１から予め定める時間ΔＴ（例えば、時間２０μｓ）が経過した時点でレーザ発振器を動作させる。
【００３１】
ここでは、ミラー１の角度が０になった後、遅延時間Ｔ経過後にレーザ発振器８を動作させると共にＣＣＤカメラ１６をオンする。
【００３２】
すなわち、例えば、ミラー１の位置が０になった時点におけるミラー１反射面の変形を知りたい場合は遅延時間ＴをＴ＝０に、また、遅延時間Ｔを所望の値にすることにより、ミラー１の位置が許容範囲に入ってから遅延時間Ｔ経過時におけるミラー１反射面の形状を知ることができる。
【００３３】
図６は、ミラー反射面の静止時と変形時における形状を立体的に示す図であり、（ａ）は静止状態の場合を、（ｂ）は位置決め後８００μｓ経過した時の形状を示している。
【００３４】
同図（ａ）に示すように、このミラー１の場合、中央部が周辺部よりも４２９ｎｍ低い凹面であるが、位置決め後８００μｓ経過した時には中央部が周辺部よりも５７９ｎｍ低くなっており、ミラー１反射面に１５０ｎｍの変形が発生していることがわかる。
【００３５】
なお、フーリエ変換干渉計測法については、文献（サブフリンジ干渉計計測基礎論、著者：武田光夫（電気通信大学）、３．３項、図７）に説明されているので、詳細な説明を省略する。
【００３６】
なお、この実施形態では、パルスジェネレータ７によりレーザ光の波形を制御するようにしたが、パルスジェネレータ７は設けなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る動的平面度検査システムの構成図である。
【図２】本発明に係るミラー位置決め装置の構成図である。
【図３】本発明の動作を示すフローチャートである。
【図４】干渉縞の例を示す図である。
【図５】ミラーの位置と加工用レーザの照射タイミングとの関係を示す図である。
【図６】ミラー反射面の静止時と変形時における形状を立体的に示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
４  制御装置
８  レーザ発振器
９  レーザ光
９ｒｔ  レーザ光
９ｔｒ  レーザ光
１２  ビームスプリッタ
１３  基準ミラー
１６  受光装置（ＣＣＤカメラ）
１７  画像処理装置
【図１】
2010071751.tif 000003
【図２】
2010071751.tif 000004
【図３】
2010071751.tif 000005
【図５】
2010071751.tif 000006
【図４】
2010071751.tif 000007
【図６】
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