(57)【要約】【課題】  被照射物の表面を観察するための観察光がそのレーザビームの光路と同一の光路を経由するレーザ照射装置での、被照射物の表面の視認性を向上させる。【解決手段】  光源１が、偏光ビームスプリッタ５に対してＳ偏光であるレーザビームＬＢを出射する。レーザビームＬＢは、偏光ビームスプリッタ５で反射され、ガルバノスキャナ８を経由して被照射物９に入射する。照明具１１が、被照射物９の表面に照明光Ｌ１を照射する。被照射物９の表面で散乱した照明光Ｌ１が、非偏光光である観察光Ｌ２として、偏光ビームスプリッタ５から被照射物９までのレーザビームＬＢの光路と同一の光路を逆向きに経由して、偏光ビームスプリッタ５に入射する。観察光Ｌ２のＰ偏光成分が、偏光ビームスプリッタ５を透過し、ＣＣＤカメラ１２に入射する。観察光Ｌ２の、レーザビームＬＢの波長と同一の波長成分もＣＣＤカメラ１２に到達する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入射方向から入射する光のＸ偏光成分を第１の出射方向に出射させ、該第１の出射方向から入射する光の、前記Ｘ偏光成分と直交するＹ偏光成分を、前記第１の入射方向と交差する第２の出射方向に出射させる性質をもつ偏光光学素子と、
前記Ｘ偏光成分を有する主レーザビームを、前記第１の入射方向から前記偏光光学素子に入射させるレーザ出射装置と、
前記偏光光学素子によって前記第１の出射方向に出射された前記主レーザビームが入射する位置に配置され、該主レーザビームを走査するガルバノスキャナと、
前記ガルバノスキャナによって走査された前記主レーザビームが入射する位置に被照射物を保持する保持台と、
前記被照射物の表面で反射又は散乱し、前記偏光光学素子から前記被照射物までの前記主レーザビームの光路と同一の光路を逆向きにたどって前記第１の出射方向から前記偏光光学素子に入射し、該偏光光学素子によって前記第２の出射方向に出射された光が入射する位置に配置され、該光による像を受光面上に結ぶ観察装置と
を備えたレーザ照射装置。
【請求項２】
前記レーザ出射装置が、レーザビームを出射する光源と、該光源から前記偏光光学素子までの該レーザビームの光路上に配置され、該レーザビームの前記Ｘ偏光成分と前記Ｙ偏光成分との強度比を変化させることができる強度比可変装置とを含んで構成され、
前記偏光光学素子が、前記第１の入射方向から入射する光の前記Ｙ偏光成分は、前記第１及び第２の出射方向とは異なる第３の出射方向に出射させる性質をもち、
さらに、前記偏光光学素子によって前記第３の出射方向に出射されたレーザビームが入射するダンパを備えた請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記レーザ出射装置が、前記主レーザビームとして前記Ｘ偏光成分からなるＸ偏光レーザビームを出射する光源と、該光源から前記偏光光学素子までの該Ｘ偏光レーザビームの光路上に配置され、外部から与えられる制御信号に従って、該Ｘ偏光レーザビームの偏光方向を９０度変化させることにより該Ｘ偏光レーザビームを前記Ｙ偏光成分からなるＹ偏光レーザビームに変換するＯＮ状態、及び該Ｘ偏光レーザビームの偏光方向を変化させないＯＦＦ状態のいずれかの状態を選択的にとる偏光方向変換素子とを含んで構成され、
前記偏光光学素子が、前記第１の入射方向から入射する光の前記Ｙ偏光成分は、前記第１及び第２の出射方向とは異なる第３の出射方向に出射させる性質をもち、
さらに、前記偏光光学素子によって前記第３の出射方向に出射されたレーザビームが入射するダンパを備えた請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
さらに、前記保持台によって保持された被照射物の表面に、非偏光光を照射する照明具を備えた請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記レーザ出射装置から出射される主レーザビームが、可視光域の波長を有する請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射物にレーザビームを照射するレーザ照射装置に関し、特に被照射物の表面に形成されたアライメントマークを観察することができるレーザ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に、従来から知られているレーザ照射装置の概略図を示す（特許文献１参照）。光源４１が、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）であるレーザビームを出射する。光源４１から出射されたレーザビームは、マスク４２を通してダイクロイックミラー４３に入射する。ダイクロイックミラー４３は、波長５３２ｎｍの光を反射させる。ダイクロイックミラー４３で反射されたレーザビームは、ガルバノスキャナ４４及びｆθレンズ４５を通して、ステージ４７によって保持された被照射物４６に入射する。これにより、被照射物４６に穴あけ加工が施される。
【０００３】
被照射物４６の表面が観察光で照明される。被照射物４６の表面で反射し又は散乱した観察光が、ダイクロイックミラー４３から被照射物４６表面までのレーザビームの光路と同一の光路を逆向きにたどってダイクロイックミラー４３に入射する。ダイクロイックミラー４３は、波長が５３２ｎｍ以外の光を透過させる。ダイクロイックミラー４３を透過した観察光は、ＣＣＤカメラ４８に入射する。ＣＣＤカメラ４８は、自己に入射した観察光による像を受光面に結ぶ。ＣＣＤカメラ４８により、被照射物４６の表面に形成されたアライメントマークを観察することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３６２６６号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被照射物４６の表面で反射又は散乱した観察光のうち、レーザビームの波長と同一の波長成分はダイクロイックミラー４３で反射されるため、ＣＣＤカメラ４８に到達することができない。例えば、上述のように波長５３２ｎｍの緑色のレーザビームを反射させるダイクロイックミラー４３を用いる場合、被照射物４６の表面で反射又は散乱した観察光のうち緑色の波長成分もダイクロイックミラー４３によって反射されてしまう。従って、ＣＣＤカメラ４８において緑色を認識することができず、視認性が低下してしまう。このため、ＣＣＤカメラ４８を含む観察系の視認性を向上させることに関して改善の余地があった。
【０００６】
本発明の目的は、被照射物の表面を観察するための観察光が、その被照射物に入射するレーザビームの光路と同一の光路を経由するレーザ照射装置での、被照射物の表面の視認性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によれば、第１の入射方向から入射する光のＸ偏光成分を第１の出射方向に出射させ、該第１の出射方向から入射する光の、前記Ｘ偏光成分と直交するＹ偏光成分を、前記第１の入射方向と交差する第２の出射方向に出射させる性質をもつ偏光光学素子と、前記Ｘ偏光成分を有する主レーザビームを、前記第１の入射方向から前記偏光光学素子に入射させるレーザ出射装置と、前記偏光光学素子によって前記第１の出射方向に出射された前記主レーザビームが入射する位置に配置され、該主レーザビームを走査するガルバノスキャナと、前記ガルバノスキャナによって走査された前記主レーザビームが入射する位置に被照射物を保持する保持台と、前記被照射物の表面で反射又は散乱し、前記偏光光学素子から前記被照射物までの前記主レーザビームの光路と同一の光路を逆向きにたどって前記第１の出射方向から前記偏光光学素子に入射し、該偏光光学素子によって前記第２の出射方向に出射された光が入射する位置に配置され、該光による像を受光面上に結ぶ観察装置とを備えたレーザ照射装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
被照射物の表面で反射又は散乱した光のうちのレーザビームの波長と同一の波長をもつ成分も観察装置に到達することができるから、レーザビームが可視光域の波長を有する場合にも、その波長が示す色を観察装置において認識できないという事態が生じない。その結果、観察装置の視認性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に、実施例によるレーザ照射装置の概略図を示す。光源１が、レーザビームＬＢを出射する。光源１は、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器と非線形光学素子とを含んで構成される。レーザビームＬＢは、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）である。光源１から出射されたレーザビームＬＢは、マスク２に入射する。マスク２には、貫通孔２ａが形成されていて、その貫通孔２ａが形成された部分だけがレーザビームＬＢの通過を許容する。このため、マスク２を通過したレーザビームＬＢのビーム断面形状は、貫通孔２ａの形状に整合したものとなる。マスク２を通過したレーザビームＬＢは、集光レンズ３を通過し、ミラー４によって反射されて、偏光ビームスプリッタ５に入射する。
【００１０】
光源１から出射されるレーザビームＬＢは、偏光ビームスプリッタ５に対してＳ偏光になるように調整されている。偏光ビームスプリッタ５はＳ偏光を反射させる。レーザビームＬＢの偏光ビームスプリッタ５への入射光軸（以下、第１の入射光軸という。）Ｓ１と、レーザビームＬＢの偏光ビームスプリッタ５からの出射光軸（以下、第１の出射光軸という。）Ｓ２とのなす角度は９０度である。偏光ビームスプリッタ５から出射したレーザビームＬＢは、第１のガルバノミラー６と第２のガルバノミラー７とをこの順に経由し、ステージ１０によって保持された被照射物９に入射する。
【００１１】
第１のガルバノミラー６は第１の回転軸６ａを中心として揺動することができ、第２のガルバノミラー７は第２の回転軸７ａを中心として揺動することができる。これら第１及び第２のガルバノミラー６及び７によって、被照射物９の表面上でレーザビームＬＢの入射位置を２次元的に走査させることができるガルバノスキャナ８が構成されている。
【００１２】
被照射物９は、下地基板９ｂの表面に被加工層９ａが積層された構造を有する。被加工層９ａにレーザビームＬＢを入射させると、レーザビームＬＢが入射した位置の被加工層９ａが除去される。ガルバノスキャナ８によってレーザビームＬＢの入射位置を被加工層９ａの表面上で例えば格子縞状の軌跡を描くように縦横に走査させることにより、被加工層９ａに格子縞状の溝を形成することができる。
【００１３】
照明具１１が、被照射物９の表面を照らす。照明具１１は、例えばハロゲンランプによって構成されている。照明具１１によって被照射物９に照射される照明光Ｌ１は、白色の非偏光光である。照明光Ｌ１は、被照射物９の表面で反射又は散乱される。被照射物９の表面で反射又は散乱した観察光Ｌ２が、偏光ビームスプリッタ５から被照射物９までのレーザビームＬＢの光路と同一の光路を逆向きにたどって偏光ビームスプリッタ５に入射する。観察光Ｌ２はランダム偏光である。偏光ビームスプリッタ５は、Ｐ偏光は反射させずに透過させる。このため、観察光Ｌ２の偏光ビームスプリッタ５に対するＰ偏光成分が偏光ビームスプリッタ５を透過する。
【００１４】
ＣＣＤカメラ１２が、第１の出射光軸Ｓ２を延長させた第２の出射光軸Ｓ３上に配置されている。ＣＣＤカメラ１２に、偏光ビームスプリッタ５を透過した観察光Ｌ２のＰ偏光成分が入射する。結像レンズ１２ａが、観察光Ｌ２のＰ偏光成分による像を、ＣＣＤカメラ１２の受光面上に結像させる。ＣＣＤカメラ１２により、被照射物９の表面の状態を観察することができる。偏光ビームスプリッタ５に対するＰ偏光とＳ偏光との相違によって、観察光Ｌ２の光路をレーザビームＬＢの光路から分離させる構成としたので、観察光Ｌ２の、レーザビームＬＢの波長と同一の波長成分もＣＣＤカメラ１２に到達する。このため、観察光Ｌ２の、レーザビームＬＢの波長（５３２ｎｍ）と同一の波長成分が呈する色（緑色）もＣＣＤカメラ１２で観察することができる。このため、従来に比べると、ＣＣＤカメラ１２による視認性を向上させることができる。
【００１５】
なお、上述した被照射物９のレーザ加工に先立ち、ＣＣＤカメラ１２による観察を行いながら、ガルバノスキャナ８による走査を行い、被照射物９の表面に予め形成されたアライメントマーク（図示せず）をＣＣＤカメラ１２で検出することにより、被照射物９の表面上における加工すべき領域を認識する。このとき、アライメントマークの色がレーザビームＬＢの波長が呈する色（緑色）と同じ色であっても、そのアライメントマークの色をＣＣＤカメラ１２で認識することができるので、アライメントマークの視認性を向上させることができる。
【００１６】
図２に、他の実施例によるレーザ照射装置の概略図を示す。図１に示したレーザ照射装置の構成と同じ構成についての重複する説明は省略する。この実施例では、光源１から出射されるレーザビームＬＢを、偏光ビームスプリッタ５に対してＰ偏光になるように調整した。偏光ビームスプリッタ５はＰ偏光を透過させるため、レーザビームＬＢの、偏光ビームスプリッタ５への入射光軸Ｓ１と偏光ビームスプリッタ５からの出射光軸Ｓ２とが同一直線上に配置される。
【００１７】
一方、光軸Ｓ２に沿って偏光ビームスプリッタ５に入射する観察光Ｌ２のＳ偏光成分が偏光ビームスプリッタ５によって反射される。観察光Ｌ２の偏光ビームスプリッタ５からの出射光軸Ｓ３上に、ＣＣＤカメラ１２を配置している。ＣＣＤカメラ１２に入射する観察光Ｌ２のＳ偏光成分によって、被照射物９の表面の状態を観察することができる。この点以外の構成及び作用は、図１に示したレーザ照射装置と同様である。
【００１８】
図３に、さらに他の実施例によるレーザ照射装置の概略図を示す。図１に示したレーザ照射装置の構成と同じ構成についての重複する説明は省略する。１／２波長板２１が、光源１とマスク２との間のレーザビームＬＢの光路上に配置されている。なお、１／２波長板２１の配置位置は、光源１から偏光ビームスプリッタ５までのレーザビームＬＢの光路上であれば特に限定されない。１／２波長板２１は、レーザビームＬＢの光軸と交差する仮想平面内に、相互に直交する遅相軸及び進相軸を画定し、レーザビームＬＢの遅相軸に平行な偏光成分と進相軸に平行な偏光成分との間に位相差を付与する。
【００１９】
保持機構２２が、１／２波長板２１を保持している。保持機構２２は、レーザビームＬＢの光軸に平行な軸を回転中心として１／２波長板２１を回転させ、かつ所望の位置で固定することができる。保持機構２２によって１／２波長板２１を回転させることにより、レーザビームＬＢの偏光方向を旋回させることができる。このため、レーザビームＬＢの、偏光ビームスプリッタ５に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分との強度比を１００：０〜０：１００の範囲で変化させることができる。
【００２０】
レーザビームＬＢのＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ５を透過する。レーザビームＬＢのＰ偏光成分の、偏光ビームスプリッタ５からの出射光軸（以下、第３の出射光軸という）Ｓ４は、第１の入射光軸Ｓ１を延長させた直線と一致する。偏光ビームスプリッタ５を透過したレーザビームＬＢのＰ偏光成分はダンパ２３に入射する。レーザビームＬＢのＳ偏光成分のみが被照射物９に入射する。このため、１／２波長板２１を回転させることにより、被照射物９に入射するレーザビームＬＢの強度を調整できる。観察光Ｌ２の光路をレーザビームＬＢの光路から分離させる偏光ビームスプリッタ５が、被照射物９に入射するレーザビームＬＢの強度を調整する機能を兼ねることができる。なお、１／２波長板２１に代えて１／４波長板等の他の波長板を用いてもよい。
【００２１】
図４に、さらに他の実施例によるレーザ照射装置を示す。図１及び図３に示したレーザ照射装置の構成と同じ構成についての重複する説明は省略する。電気光学素子（Electro Optic Modulator）３１が、光源１とマスク２との間のレーザビームＬＢの光路上に配置されている。なお、電気光学素子３１の配置位置は、光源１から偏光ビームスプリッタ５までのレーザビームＬＢの光路上であれば特に限定されない。電気光学素子３１は、電場を印加すると屈折率の変化を生じる電気光学結晶によって構成されている。
【００２２】
電気光学素子３１は、外部から作動電圧Ｖが印加されていないとき（ＯＦＦ状態）は、レーザビームＬＢの偏光状態を変化させない。このとき、電気光学素子３１から出射するレーザビームＬＢは、偏光ビームスプリッタ５に対してＳ偏光のままである。Ｓ偏光であるレーザビームＬＢが、偏光ビームスプリッタ５で反射され、被照射物９に入射する。
【００２３】
一方、電気光学素子３１は、外部から作動電圧Ｖが印加されているとき（ＯＮ状態）は、レーザビームＬＢの偏光方向を９０度旋回させる。これにより、電気光学素子３１から出射するレーザビームＬＢは、偏光ビームスプリッタ５に対してＰ偏光となる。Ｐ偏光であるレーザビームＬＢは、偏光ビームスプリッタ５を透過し、ダンパ２３に入射する。このとき、被照射物９にはレーザビームＬＢは入射しない。
【００２４】
制御装置３２が、光源１からのレーザビームＬＢの出射と同期させて電気光学素子３１を制御する。これについて説明する。光源１から出射されるレーザビームＬＢはパルスレーザビームである。光源１の状態を、パルスレーザビームの発振を停止させている状態から、一定のパルス周波数でパルスレーザビームを発振させる状態に切替えた後の最初の１発目のパルスレーザビームは、２発目以降のパルスレーザビームに比べて強度が大きくなる。このような相対的に強度の大きいレーザパルス（以下、ジャイアントパルスという。）が被照射物９に入射すると、加工不良の原因となる。このため、制御装置３２は、光源１からジャイアントパルスが出射される期間に、電気光学素子３１に作動電圧Ｖを印加する。これにより、ジャイアントパルスはダンパ２３に入射させることができ、強度の安定したレーザパルスを被照射物９に入射させることができる。このため、被照射物９の加工不良を防止することができる。
【００２５】
なお、ファラデー回転素子（faraday rotator）を、電気光学素子３１に代えて用いてもよい。光源１からジャイアントパルスが出射される期間に、ファラデー回転素子に磁場を印加することにより、ジャイアントパルスをダンパ２３に入射させることができる。また、ファラデー回転素子に印加する磁場の強さ、あるいは電気光学素子に印加する電圧の大きさによって、レーザビームＬＢの、偏光ビームスプリッタ５に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分との強度比を１００：０〜０：１００の範囲で変化させることもできる。この場合は、被照射物９に入射するレーザビームＬＢの強度を調整することができる。
【００２６】
以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明のレーザ照射装置は、溝形成加工若しくは穴あけ加工等の除去加工、又はアニール加工にも応用できる。被照射物９が、レーザビームＬＢの色と同じ色を呈していても、ＣＣＤカメラ１２においてその色を認識できるので、ＣＣＤカメラ１２による被照射物９の視認性の悪化を防止できる。例えば、緑色のレーザビームＬＢを用いて、緑色の樹脂層を備えたプリント基板に穴あけ加工を施す場合であっても、ＣＣＤカメラ１２にて緑色を認識できるので、ＣＣＤカメラ１２による樹脂層の視認性の悪化を防止できる。
【００２７】
ガルバノスキャナ８と被照射物９との間にｆθレンズを配置してもよい。ガルバノスキャナ８に代えて、ポリゴンミラー等の走査鏡を用いてもよい。また、上記実施例は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波を用いて説明したが、他の固体レーザ、例えばＮｄ：ＹＬＦレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザ等の第２高調波を用いてもよい。より一般的には、可視光域の波長をもつレーザ光を用いることができる。この他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例によるレーザ照射装置の概略図である。
【図２】他の実施例によるレーザ照射装置の概略図である。
【図３】さらに他の実施例によるレーザ照射装置の概略図である。
【図４】さらに他の実施例によるレーザ照射装置の概略図である。
【図５】従来のレーザ照射装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…光源、２…マスク、２ａ…貫通孔、３…集光レンズ、４…ミラー、５…偏光ビームスプリッタ（偏光光学素子）、６…第１のガルバノミラー、７…第２のガルバノミラー、８…ガルバノスキャナ、９…被照射物、９ａ…転写層、９ｂ…下地基板、１０…ステージ（保持台）、１１…照明具、１２…ＣＣＤカメラ（観察装置）、１２ａ…結像レンズ、２１…１／２波長板（波長板）、２２…保持機構、２３…ダンパ、３１…電気光学素子（偏光方向変換素子）、３２…制御装置、Ｓ１…第１の入射光軸、Ｓ２…第１の出射光軸、Ｓ３…第２の出射光軸、Ｓ４…第３の出射光軸、ＬＢ…レーザビーム、Ｌ１…照明光、Ｌ２…観察光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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