(57)【要約】【課題】  本発明は光学素子を傾斜状態で安定的に保持することを課題とする。【解決手段】  レーザアニーリング装置１０は、レーザ発振器１２と、バリアブルアッテネータ１４と、ホモジナイザ１６と、基板Ｗを支持するステージ装置１８と、制御装置２０とを有する構成になっている。レーザ光の光路に設けられた第１のミラー装置２２と第３のミラー装置２８とは、反射面が所定角度傾斜した状態で下方に向けて吊下されるように支持されるため、ミラー保持装置３２により真空吸引力で保持される。ミラー保持装置３２は、ミラー４２を、傾斜したミラーベース４４の当接面４４ａに真空吸着するため、ミラー４２は、平面精度の高い当接面４４ａに密着した状態で保持されることになり、ミラー４２の反射面の平面精度もより高められ、且つ、ミラー４２を傾斜状態で安定的に保持することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光を反射させる光学素子を所定角度に傾斜させた状態で保持する光学素子保持装置において、
所定角度に傾斜されたベースと、
該ベースに設けられ前記光学素子を保持する保持部と、
該保持部に形成された空気吸引孔と、
該空気吸引孔の空気を吸引して前記光学素子を前記保持部に吸着させる空気吸引手段と、
を備えたことを特徴とする光学素子保持装置。
【請求項２】
前記保持部は、前記光学素子の形状に対応した当接面を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子保持装置。
【請求項３】
前記空気吸引手段は、
前記空気吸引孔に連通された空気吸引経路と、
該空気吸引経路を介して前記空気吸引孔の空気を排出する排気手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子保持装置。
【請求項４】
前記排気手段は、真空ポンプであることを特徴とする請求項３に記載の光学素子保持装置。
【請求項５】
前記空気吸引経路は、空気漏れを監視する監視手段を有することを特徴とする請求項３に記載の光学素子保持装置。
【請求項６】
前記請求項３に記載の光学素子保持装置であって、
前記空気吸引経路の真空状態を保持するように前記排気手段を制御する制御手段を有することを特徴とする光学素子保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学素子保持装置に係り、特に入射光を任意の角度で反射させるように光学素子を傾斜させた状態に保持するよう構成された光学素子保持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子保持装置を備えたレーザ加工装置として、例えばアモルファスＳｉ膜（被加工膜）が形成されたガラス基板（被照射物）をプロセスチャンバに収容し、このガラス基板上にプロセスチャンバ外からエキシマレーザ等のレーザ光を照射し、ガラス基板上のアモルファスＳｉ膜を多結晶化するレーザアニーリング装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のレーザアニーリング装置では、一般的にはパルス発振型のエキシマレーザを光源とするレーザ光を各種ミラーやレンズを組み合わせた光学系を介してガラス基板（被照射物）の面積に応じた照射領域を得られるように光路面積を調整している。
【０００４】
近年、ガラス基板の大型化に伴い、ガラス基板の面積に応じた光路面積を広くする必要があるので、光学系のミラーやレンズも大型化されている。また、上記ミラーを保持する光学素子保持装置は、入射光を任意の方向に反射できるように傾斜した状態のミラーを保持するように設けられている。従来は、上記ミラーを保持する保持装置では、平板状に形成されたベースに対してミラーの両端角部をねじ機構により挟持し、且つベースを任意の角度に傾斜させて板バネにより押圧保持する構成となっている。
【０００５】
さらに、基板面積が大型化されるのに伴ってレーザ光の幅も延長されており、上記ミラーもレーザ光の幅に対応した幅広形状（長方形状）のものに変更されている。従って、ミラーは、反射面が下向きとなる傾斜角度に設定された場合、反射面の中央付近が重力によって撓みやすくなっている。
【特許文献１】特開２０００−１２９４１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、従来の光学素子保持装置では、上記ミラーのような平面精度が要求される光学系を傾斜状態に保持する場合、ミラーの角部をねじ機構により保持する構成であるので、ミラーの中央部分が重力の作用方向に撓みやすく、初期の反射面の平面精度を保つことが難しいという問題があった。
【０００７】
また、ミラーは、板ガラスの表面に反射膜を形成したものであり、水平に置いた状態で反射面の平面精度が確保されるように製作されている。そのため、反射面が下向きとなる傾斜角度に設定された場合、ミラーの面積が大きくなるにつれてミラー中心付近での湾曲が大きくなり、反射面で反射した反射光の出射角度が変化してしまい、基板に照射されるレーザ光のエネルギ分布が一定でなくなるという問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決した光学素子保持装置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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、入射された光を反射させる光学素子を所定角度に傾斜させた状態で保持する光学素子保持装置において、所定角度に傾斜されたベースと、該ベースに設けられ前記光学素子を保持する保持部と、該保持部に形成された空気吸引孔と、該空気吸引孔の空気を吸引して前記光学素子を前記保持部に吸着させる空気吸引手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記保持部が、前記光学素子の形状に対応した当接面を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記空気吸引手段が、前記空気吸引孔に連通された空気吸引経路と、該空気吸引経路を介して前記空気吸引孔の空気を排出する排気手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記排気手段が、真空ポンプであることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、前記空気吸引経路が、空気漏れを監視する監視手段を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、前記請求項３に記載の光学素子保持装置であって、前記空気吸引経路の真空状態を保持するように前記排気手段を制御する制御手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、光学素子を保持するベースの保持部に設けられた空気吸引孔の空気を吸引して光学素子を保持部に吸着させることにより、光学素子を確実にベースに保持することが可能になり、例えば、反射面を有するミラーなどのような光学素子でも反射面の平面精度を保った状態で反射面の角度を任意の傾斜角度となるように設定することが可能になり、且つ光学素子を傾斜状態で安定的に保持する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明になる光学素子保持装置の一実施例が適用されたレーザ加工機を示す構成図である。
図１に示されるように、レーザ加工機としてのレーザアニーリング装置１０は、ガラス基板上にアモルファス状Ｓｉ等の半導体薄膜が形成された基板Ｗを熱処理するように構成されている。
【００１８】
また、レーザアニーリング装置１０は、エキシマレーザその他のレーザ光ＡＬを発生するレーザ発振器１２と、レーザ光ＡＬのエネルギレベルを調整するためのバリアブルアッテネータ１４と、レーザ光ＡＬを線状にして所定の照度で基板Ｗ上に入射させるホモジナイザ１６と、基板Ｗを支持してこの基板ＷをＸ−Ｙ面内で滑らかに並進移動させると共にＺ軸方向に昇降移動させることができるステージ装置１８と、制御装置２０とを有する構成になっている。
【００１９】
バリアブルアッテネータ１４とホモジナイザ２０との間の光路上には、レーザ光ＡＬの照射方向を垂下方向に変更する第１のミラー装置２２と、複数のレンズ２４と、レーザ光ＡＬの照射方向を水平に変更する第２のミラー装置２６などの光学素子が配設されている。また、ホモジナイザ２０とステージ装置１８との間の光路上には、レーザ光ＡＬの照射方向を垂下方向に変更する第３のミラー装置２８と、複数のレンズ３０などの光学素子が配設されている。
【００２０】
基板Ｗの面積が大型化されるのに伴ってレーザ光ＡＬの幅も延長されており、上記各光学素子もレーザ光ＡＬの幅に対応した幅広形状のものに変更されている。従って、ミラー装置２２，２６，２８も反射面の横幅寸法が延長された長方形状に形成されており、重量も増大している。例えば、ミラー寸法は、100mm×400mmであったが、100mm×1000mmの幅広形状に変更されている。そのため、ミラー装置２２，２６，２８は、反射面の傾斜角度によって、反射面が重力によって撓みやすくなっている。
【００２１】
本実施例では、第１のミラー装置２２と第３のミラー装置２８とは、反射面が所定角度傾斜した状態で下方に向けて吊下されるように支持されるため、後述するようにミラー保持装置３２により真空吸引力で保持される。
【００２２】
また、上記レーザ発振器１２、バリアブルアッテネータ１４、ホモジナイザ１６、ステージ装置１８、ミラー保持装置３２は、夫々制御装置２０により制御されている。
【００２３】
ここで、ミラー装置２２、２８の構成について説明する。
図２はミラー装置２２，２８の構成を示す側面図である。図３は図２中Ａ−Ａ線に沿う横断面図である。
図２に示されるように、ミラー装置２２，２８は、箱型に形成されたハウジング４０の内部に、ミラー４２を保持するミラーベース４４と、背面側からミラーベース４４を所定の傾斜角度（本実施例では、水平面に対して４５度の角度）で支持する支持機構４６とを有する。
【００２４】
ミラー４２は、板ガラスの表面に反射膜が形成された光学素子であり、幅広の長方形状に形成されている。そして、ミラー４２は、ミラーベース４４の表面に締結されたクランプ部材４８により縁部が挟持されることによりミラーベース４４にクランプされる。
【００２５】
支持機構４６は、ミラーベース４４の背面に対向する固定ベース５０と、固定ベース５０をミラーベース４４の背面に締結する締結部材５１と、一端が固定ベース５０に固定され、他端がミラーベース４４の背面を押圧する板バネからなる付勢部材５２と、固定ベース５０の背面に締結されたブラケット５４と、ブラケット５４を吊下するように支持するＬ字状に形成された支柱５６とから構成されている。
【００２６】
また、ハウジング４０は、レーザ光ＡＬが入射される方向の側面が開口５８になっており、ミラー４２に反射された反射光が出射されて下面には、図３に示されるように、出射口６０と、出射口６０を覆う透明なガラス窓６２が設けられている。このガラス窓６２は、ミラー４２の寸法形状に対応した寸法形状を有する長方形状に形成されており、幅広に整形されたレーザ光が通過することができる。
【００２７】
ここで、ミラー４２をミラーベース４４に保持するミラー保持装置３２について説明する。
図４はミラー４２及びミラーベース４４を正面からみた正面図である。図５はミラー４２及びミラーベース４４を側面からみた側断面図である。
【００２８】
図４及び図５に示されるように、ミラーベース４４は、表面にミラー４２の背面が当接する当接面（保持部）４４ａを有しており、当接面４４ａの周囲には、ミラー４２の背面との間を気密にシールするシール部材６４が装着されたシール溝６６が設けられている。
【００２９】
また、ミラー４２は、例えば、４箇所をクランプ部材４８によりミラーベース４４にクランプされると共に、背面がシール部材６４を圧縮した状態でミラーベース４４の当接面４４ａに押圧される。
【００３０】
ミラーベース４４は、厚さ方向に貫通する複数の空気吸引孔６８１〜６８ｎが設けられている。空気吸引孔６８１〜６８ｎは、当接面４４ａに開口する吸引口７０と、空気吸引経路７２が接続される接続プラグ７４が螺入されるねじ孔７６と、吸引口７０とねじ孔７６とを連通する連通孔７８とを有する。空気吸引経路７２は、複数の空気吸引孔６８１〜６８ｎと連通されており、複数の空気吸引孔６８１〜６８ｎの空気を吸引して吸引口７０を真空にしてミラー４２の背面を吸着する。
【００３１】
図６はミラー保持装置３２の概略構成を示す系統図である。
図６に示されるように、ミラー保持装置３２は、上記複数の空気吸引孔６８１〜６８ｎと、空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂと、空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂの圧力変化を監視する監視手段としての圧力センサ８０Ａ，８０Ｂと、空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂに設けられた三方電磁弁８２Ａ，８２Ｂと、排気手段としての真空ポンプ８４とから構成されている。
【００３２】
圧力センサ８０Ａ，８０Ｂは、空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂの圧力に応じた電気信号を検出信号として制御装置２０に出力する。また、三方電磁弁８２Ａ，８２Ｂは、真空ポンプ８４の連通されたａポートと、大気開放とされたｂポートと、複数の空気吸引孔６８１〜６８ｎと連通されたｃポートとを有しており、制御装置２０からの制御信号により各ポートの連通を切替えてミラー４２の真空吸着をロック状態に保ち、あるいはミラー４２の真空吸着を解除する。
【００３３】
また、制御装置２０は、圧力センサ８０Ａ，８０Ｂからの検出信号により空気漏れの有無を監視しており、空気吸引孔６８１〜６８ｎまたは空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂで空気漏れが生じて真空状態を保てないときは、アラーム装置８６より警報を発して報知する。
【００３４】
ここで、図７に示すフローチャートを参照して上記制御装置２０が実行するミラー保持の制御処理について説明する。
【００３５】
図７に示されるように、Ｓ１１では、ミラーロック解除の指令の有無を確認しており、ミラーロック解除の指令が入力されると、Ｓ１２に進み、三方電磁弁８２Ａ，８２Ｂのｂポートとｃポートとを連通するように切り替える。これにより、空気吸引孔６８１〜６８ｎに三方電磁弁８２Ａ，８２Ｂのｂポートから導入された空気が供給され、ミラー４２の背面を真空吸着していた負圧がなくなり、ミラー４２に対するロックが解除される。
【００３６】
この後、クランプ部材４８を外すと、ミラー４２をミラーベース４４から分離させることが可能になり、ミラー４２の清掃作業やミラー４２の交換作業を行うことができる。尚、Ｓ１１において、ミラーロック解除の指令がないときは、Ｓ１２の処理を省略してＳ１３に進む。
【００３７】
次のＳ１３では、ミラーベース４４にクランプされたミラー４２をロックするかどうかを確認しており、ミラーロックの指令が入力されたときは、Ｓ１４に進み、三方電磁弁８２Ａ，８２Ｂのａポートとｃポートとを連通するように切り替える。尚、Ｓ１３において、ミラーロックの指令が入力されないときは、上記Ｓ１１の処理に戻る。
【００３８】
次のＳ１５では、真空ポンプ８４を起動させる。これにより、空気吸引孔６８１〜６８ｎ及び空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂの空気が真空ポンプ８４によって吸引され、空気吸引孔６８１〜６８ｎ及び空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂの内部が大気圧以下に減圧されて真空状態になる。
【００３９】
次のＳ１６では、圧力センサ８０Ａ，８０Ｂにより検出された空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂの圧力が予め設定された真空領域の下限圧力Ｐａに低下したかどうかを確認する。Ｓ１６において、圧力センサ８０Ａ，８０Ｂにより検出された圧力値が下限圧力Ｐａに達すると、Ｓ１７に進み、真空ポンプ８４を停止させる。これとほぼ同時に、Ｓ１８では、三方電磁弁８２Ａ，８２Ｂのａポートとｂポートとを連通するように切り替えてｃポートを閉止する。これにより、空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂは、三方電磁弁８２Ａ，８２Ｂによって遮断され、真空状態が維持される。
【００４０】
従って、ミラー４２は、ミラーベース４４に設けられた空気吸引孔６８１〜６８ｎが真空化されるのに伴って当接面４４ａに当接した状態に吸着される。その際、ミラー４２は、所定のピッチで設けられた複数の空気吸引孔６８１〜６８ｎからの吸着力が裏面全体に均等に作用することになり、裏面を当接面４４ａに当接し、且つ周縁部分がシール部材６４に密着される。そのため、空気吸引孔６８１〜６８ｎに導入された負圧がシール部材６４によって閉じ込められており、真空ポンプ８４を停止させてもミラー４２に対する吸着力が維持される。
【００４１】
このときミラー４２に対する保持力は、ミラー４２の裏面に作用する空気吸引孔６８１〜６８ｎの圧力Ｐａと、ミラー４２の表面に作用する圧力との差によって決まる。従って、上記下限圧力Ｐａは、ミラー４２の重量に応じて設定されており、ミラー４２の面積が大きくなるほど、高真空となるように圧力値が設定される。
【００４２】
このように、ミラー４２を、傾斜したミラーベース４４の当接面４４ａに真空吸着するため、ミラー４２は、平面精度の高い当接面４４ａに密着した状態で保持されることになり、ミラー４２の反射面の平面精度もより高められ、且つ、ミラー４２を傾斜状態で安定的に保持することができる。その結果、レーザアニーリング装置１０の光学系によるレーザ光のエネルギ損失を低減することができる。
【００４３】
次のＳ１９では、圧力センサ８０Ａ，８０Ｂにより検出された空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂの圧力が予め設定された真空領域の上限圧力Ｐｂに上昇したかどうかを確認する（監視手段）。例えば、空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂあるいはシール部材６４から空気漏れが発生した場合には、空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂの圧力が上昇するため、圧力センサ８０Ａ，８０Ｂにより検出された検出信号による圧力値の変化を監視することにより空気漏れの有無を検出することが可能になる。
【００４４】
従って、Ｓ１９において、圧力センサ８０Ａ，８０Ｂにより検出された圧力値が上限圧力Ｐｂに達した時点で空気漏れが発生したものと判断してＳ２０に進み、アラーム装置８６より警報を発してこれを報知する。そして、上記Ｓ１４に戻り、Ｓ１４以降の処理を繰り返す。
【００４５】
また、上記Ｓ１９において、圧力センサ８０Ａ，８０Ｂの検出値が上限圧力Ｐｂ以下の場合は、正常であるので、Ｓ２１に進み、ミラーロック解除の指令の有無を確認する。そして、Ｓ２１において、ミラーロック解除の指令が入力されないときは、上記Ｓ１９に戻り、空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂの圧力を監視する。また、Ｓ２１において、ミラーロック解除の指令が入力されたときは、Ｓ２２に進み、三方電磁弁８２Ａ，８２Ｂのｂポートとｃポートとを連通するように切り替える。これにより、空気吸引孔６８１〜６８ｎに三方電磁弁８２Ａ，８２Ｂのｂポートから導入された空気が供給され、ミラー４２の背面を真空吸着していた負圧がなくなり、ミラー４２に対するロックが解除される。この後は、前述したＳ１３に移行する。
【００４６】
このように、作業員は、アラーム装置８６の警報により空気漏れが発生したことを認識し、空気漏れ箇所の確認、及び修理方法の検討を行ってメンテナンスを行う。あるいは、メンテナンス会社に連絡してメンテナンス要員を派遣してもらうように手配することで、空気漏れによるミラー４２の保持力低下を解消することができる。
【００４７】
尚、空気漏れにより空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂ及び空気吸引孔６８１〜６８ｎの圧力が上昇して吸着力が低下した場合でもミラー４２は、クランプ部材４８によりミラーベース４４に対して保持されているため、落下することが防止される。
【００４８】
また、空気漏れが無い場合は、上記Ｓ１９の処理を継続しており、常に空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂ及び空気吸引孔６８１〜６８ｎの圧力変化を監視して空気漏れの有無を判定している。そして、空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂ及び空気吸引孔６８１〜６８ｎの圧力上昇が発生した場合には、空気漏れが生じたものと判定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
上記実施例では、レーザアニーリング装置１０に用いられる光学素子の保持装置について説明したが、これに限らず、本発明をレーザ加工機以外の装置に用いられる光学素子の保持装置にも適用することができるのは言うまでもない。
【００５０】
また、上記実施例では、光学素子として平板状のミラー４２をミラーベース４４の当接面４４ａに吸着する構成を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、湾曲したミラーを湾曲した当接面に吸着する構成のものにも本発明を適用することができるのは勿論である。
【００５１】
また、上記実施例では、排気手段として真空ポンプを用いたが、これ以外の装置、例えば、内部が真空とされたタンクを設け、ミラー４２を吸着するときにタンク内と上記空気吸引経路７２Ａ，７２Ｂとを連通させることでミラー４２をミラーベース４４の当接面４４ａに吸着する構成とすることも可能である。
【００５２】
また、上記実施例では、光学素子としてのミラーを保持する構成を用いて説明したが、ミラー以外のものでも光を反射させるもの、例えば、薄い金属板や表面が光沢面とされたシート状部材などをミラーベース４４の当接面４４ａに吸着させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明になる光学素子保持装置の一実施例が適用されたレーザ加工機を示す構成図である。
【図２】ミラー装置２２，２８の構成を示す側面図である。
【図３】図２中Ａ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図４】ミラー４２及びミラーベース４４を正面からみた正面図である。
【図５】ミラー４２及びミラーベース４４を側面からみた側断面図である。
【図６】ミラー保持装置３２の概略構成を示す系統図である。
【図７】制御装置２０が実行するミラー保持の制御処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１０  レーザアニーリング装置
１２  レーザ発振器
１４  バリアブルアッテネータ
１６  ホモジナイザ
１８  ステージ装置
２０  制御装置
２２  第１のミラー装置
２４，３０  レンズ
２６  第２のミラー装置
２８  第３のミラー装置
３２  ミラー保持装置
４０  ハウジング
４２  ミラー
４４  ミラーベース
４６  支持機構
４８  クランプ部材
５０  固定ベース
５２  付勢部材
６４  シール部材
６８１〜６８ｎ  空気吸引孔
７２Ａ，７２Ｂ  空気吸引経路
８０Ａ，８０Ｂ  圧力センサ
８２Ａ，８２Ｂ  三方電磁弁
８４  真空ポンプ
８６  アラーム装置
【図１】
2005241754.tif 000003
【図２】
2005241754.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005241754.tif 000006
【図５】
2005241754.tif 000007
【図６】
2005241754.tif 000008
【図７】
2005241754.tif 000009