(57)【要約】【課題】レーザ加工装置において、空間変調素子の投影光学系の光軸に対する基準面の傾きを変えても、良好な精度で被加工物を加工することができるようにする。【解決手段】レーザ加工装置１００を、レーザ光を発生する加工用光源１と、加工用光源１により発生されたレーザ光を微小ミラー配列面３Ａ上の複数の微小ミラーにより空間変調する微小ミラーアレイ３と、微小ミラーアレイ３により空間変調された加工用反射光４を被加工物１０に投影する投影光学系５１と、被加工面１０ａを撮像し、被加工面１０ａの画像から微小ミラーアレイ３を駆動する変調データ２０８を生成する画像処理ユニット１５とを有し、画像処理ユニット１５が、投影光学系５１の光軸に対する微小ミラー配列面３Ａの傾きに応じて発生する加工用反射光４の照射範囲のずれを補正する照射ずれ補正手段を備える構成とする。【選択図】図１
2007326132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生するレーザ光源と、
該レーザ光源により発生されたレーザ光を基準面上に規則的に配列された複数の変調要素により空間変調する空間変調素子と、
前記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、
前記被加工面を撮像し、該被加工面の画像から前記空間変調素子を駆動する変調データを生成する変調データ生成部と、
前記投影光学系の光軸に対する前記基準面の傾きに応じて発生する前記変調光の前記被加工面上での照射範囲のずれを補正する照射ずれ補正手段とを備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記照射ずれ補正手段が、
撮像された前記被加工面の画像に対し、前記投影光学系の光軸に対する前記基準面の傾きによる前記変調光の像の歪みに応じて前記照射範囲のずれを解消する画像処理を行うことによって、前記変調データを生成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】
前記照射ずれ補正手段が、
前記空間変調素子と前記被加工面との間の光路中に、前記投影光学系の光軸に対する前記基準面の傾きに応じて、前記被加工面に投影される前記基準面の像の歪みを光学的に補正する補正素子を備え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４】
前記照射ずれ補正手段が、
前記被加工面を撮像する撮像手段と、該撮像手段の撮像面を回動する撮像面回動手段とを備え、
前記投影光学系の光軸に対する前記基準面の傾きに応じて、前記撮像面回動手段により前記撮像手段の撮像面を回動し、該回動された撮像面で撮像された画像に基づいて、前記変調データを生成することにより、前記照射範囲のずれを補正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５】
前記空間変調素子を前記投影光学系の光軸に対して傾ける変調素子回動機構を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記変調素子回動機構の回動位置および前記レーザ光の波長から、前記変調光の回折方向を算出し、該回折方向が前記投影光学系の光軸に略一致するように前記変調素子回動機構を駆動する回動機構制御部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記レーザ光源が、２つ以上の異なる波長のレーザ光を切り替え可能に発生し、
前記回動機構制御部が、前記それぞれのレーザ光の波長に共通する回折方向に、前記投影光学系の光軸を略一致させるようにしたことを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
【請求項８】
前記空間変調素子が、
前記複数の変調要素として、前記基準面に対する傾斜角を切り替えて前記レーザ光を少なくとも２方向に偏向する複数の微小ミラーを備えるマイクロミラーアレイであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置に関する。例えば、レーザ光を照射することにより被加工物の指定領域の除去、切断などを行うレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を被加工物の所望領域に照射することにより加工を行うレーザ加工装置が知られている。例えば、液晶ディスプレイなどの製造において、ガラス基板上の配線パターンや、露光に用いるフォトマスクに存在する不要な残留物などの欠陥部を修正する手段として、レーザリペア装置が知られている。
このレーザ加工装置は、レーザ光の照射領域の大きさを可変の矩形開口などで規定していたが、近年、マイクロミラーアレイなどの空間変調素子を用いた装置も知られている。
例えば、特許文献１には、レーザ源と、被加工物を載置する加工テーブルと、微小ミラーアレイ（マイクロミラーアレイ）とを備え、微小ミラーアレイの複数のミラー片の角度を、ＯＮ／ＯＦＦ制御することで切り換えて、被加工物に任意のパターン形状を形成するレーザ加工装置が記載されている。
このレーザ加工装置に使用されるレーザの波長は、加工対象によって適切な波長が選択される。例えば、レーザリペア装置では、金属膜の修正には可視〜赤外帯、透明膜には紫外帯、というように被加工物に吸収されやすい波長が使用される。波長を切り換えるために、複数のレーザを備えた装置や、１つの基本波長のレーザの複数の高調波をきりかえられるようにした装置などが存在する。
【特許文献１】特開平８−１７４２４２号公報（第３−４頁、図１−２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１のようにマイクロミラーアレイなどの、複数の変調要素が規則的に配列された空間変調素子を用いたレーザ加工装置によって、レーザ加工を行う場合、マイクロミラーアレイの像を顕微鏡で被加工物上に縮小投影する。マイクロミラーの傾斜角は自由に設定することができないので、投影光学系の光軸に対して空間変調素子の基準面を傾けて配置することが多い。その場合、像面が回転して被加工面上で変調光が形成する像に歪みが生じるため、良好な加工精度が得られない場合があるという問題がある。
また、マイクロミラーアレイは小型ミラーを等間隔に配列した構造なので、そこから反射されたレーザ光は複数の回折光に分かれる。しかし、一般に顕微鏡の後側開口数は小さいので、複数に分かれた回折光をすべて入射することができない。そのため、単にマイクロミラーによる正反射方向にレーザ光を照射する顕微鏡の光軸を設定しただけではレーザ光の利用効率を低下させる現象が発生するという問題がある。
【０００４】
後者の場合に不都合を生じることがあることについて、図１３を参照して説明する。
図１３は、ＹＡＧレーザの第２高調波（波長λ２＝５３２ｎｍ）と第３高調波（波長λ３＝３５４．７ｎｍ）を切り換えられるレーザ加工装置における回折光の角度分布の例である。すなわち、マイクロミラーアレイを反射した回折光の角度分布（α，β）を入射する顕微鏡の光軸５０２を中心とした角度平面５０１にプロットしたものである。
【０００５】
波長λ３では、図示×印で示すように、光軸５０２の近くに１つの回折次数５０４がある。レーザ光の照射領域に相当する小型ミラーは、光軸５０２の方向へレーザ光を反射するように傾いているので、光軸５０２に近い回折次数５０４が唯一、大きな強度を持つ回折光になる。この回折次数５０４は、顕微鏡の後側角開口５０３の範囲内にあるので、レーザ光の強度を効率よく被加工物に照射することができる。
一方、波長をλ２に切り換えると、図示丸印で示すように、光軸５０２の近くに回折次数が無く、同じような角度だけ離れた位置に４つの回折次数５０５が存在している。そのため、これら複数の回折次数５０５にレーザの強度が分散し、かつ顕微鏡の後側角開口５０３に入射しなくなる。つまり、波長λ２を使用する場合は、顕微鏡に対する入射角度を変えて、１つの回折次数を入射させることはできるが、それでもレーザ光の利用効率は改善されない。
このような場合、マイクロミラーアレイの基準面の傾き角を波長によって変えて、レーザ光の利用効率を改善することが考えられるが、基準面の傾き角の変更によって、マイクロミラーアレイの像の歪みも変わるため、加工精度がばらついてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、空間変調素子の投影光学系の光軸に対する基準面の傾きを変えても、良好な精度で被加工物を加工することができるレーザ加工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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光を発生するレーザ光源と、該レーザ光源により発生されたレーザ光を基準面上に規則的に配列された複数の変調要素により空間変調する空間変調素子と、前記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、前記被加工面を撮像し、該被加工面の画像から前記空間変調素子を駆動する変調データを生成する変調データ生成部と、前記投影光学系の光軸に対する前記基準面の傾きに応じて発生する前記変調光の前記被加工面上での照射範囲のずれを補正する照射ずれ補正手段とを備える構成とする。
この発明によれば、照射ずれ補正手段により、空間変調素子の投影光学系の光軸に対する基準面の傾きに応じて発生する照射範囲のずれを補正することができるので、空間変調素子の基準面を投影光学系の光軸に対して傾けても、被加工面上の変調光の照射範囲の歪みの影響を受けることなく、レーザ加工を行うことができる。
【０００８】
本発明のレーザ加工装置では、前記照射ずれ補正手段が、撮像された前記被加工面の画像に対し、前記投影光学系の光軸に対する前記基準面の傾きによる前記変調光の像の歪みに応じて前記照射範囲のずれを解消する画像処理を行うことによって、前記変調データを生成することが好ましい。
この場合、撮像された被加工面の画像に対して画像処理を行うことによって照射範囲のずれを補正するので、変調光の像の歪みが複雑となる場合でも容易に補正することができる。例えば、レーザ光源や投影光学系を変更する場合や、傾きを種々変更する場合にも、それぞれの場合に応じて、画像処理の条件を複数記憶しておくことによって、それぞれに好適な補正を容易かつ迅速に行うことができる。また、投影光学系を変更する場合には、投影光学系の収差による像の歪みなども同時に補正することが可能となる。
【０００９】
また、本発明のレーザ加工装置では、前記照射ずれ補正手段が、前記空間変調素子と前記被加工面との間の光路中に、前記投影光学系の光軸に対する前記基準面の傾きに応じて、前記被加工面に投影される前記基準面の像の歪みを光学的に補正する補正素子を備える構成とすることが好ましい。
この場合、補正素子により、被加工面に投影される変調光の像の歪みを光学的に補正するので、補正演算などを行うことなく変調光の照射範囲のずれを補正することができる。したがって、変調光を形成する画素構成などを変更することなく補正することができる。
また、補正素子の補正量を制御したり、補正素子を交換したりすることなどにより、種々の条件に応じた照射範囲のずれの補正を行うことができる。
【００１０】
また、本発明のレーザ加工装置では、前記照射ずれ補正手段が、前記被加工面を撮像する撮像手段と、該撮像手段の撮像面を回動する撮像面回動手段とを備え、前記基準面の前記投影光学系の光軸に対する傾きに応じて、前記撮像面回動手段により前記撮像手段の撮像面を回動し、該回動された撮像面で撮像された画像に基づいて、前記変調データを生成することにより、前記照射範囲のずれを補正することが好ましい。
この場合、撮像面回動手段により、被加工面に対して撮像面を、空間変調素子の基準面と同等に傾斜させて、その撮像面で撮像された画像に基づいて変調データを生成するので、基準面の変調投影光学系の光軸に対する傾きによって歪むのと同等に歪んだ被加工面の画像が取得される。そのため、それぞれの歪みが被加工面上で相殺されるので、照射範囲のずれを補正することができる。その結果、照射範囲のずれを補正するために、画像処理を行ったり、補正素子を設置したりする手間が省けるので、加工効率を向上することができる。
【００１１】
また、本発明のレーザ加工装置では、前記空間変調素子を前記投影光学系の光軸に対して傾ける変調素子回動機構を備える構成とすることが好ましい。
この場合、変調素子回動機構により、空間変調素子を回動することで、投影光学系に入射する変調光の、空間変調素子に対する出射方向を変えることができるので、レーザ光の波長と空間変調素子への入射角とに応じて適宜次数の回折角の方向に変調光の出射方向を合わせることができる。そのため、回折効率の高い変調光を投影光学系に入射することができる。
また、この場合、投影光学系の光軸に対する基準面の傾きの情報を変調素子回動機構から取得するようにすれば、投影光学系の光軸に対する基準面の傾きの情報を迅速かつ正確に取得することができるのでより好ましい。
また、このような構成に加えて、空間変調素子に対するレーザ光の入射角を変えるような光源部回動機構を有する構成の場合には、変調素子回動機構との回動を組み合わせることにより、投影光学系に入射する変調光の回折条件を最適化することができる。
また、空間変調素子の回動に合わせてレーザ光源を回動できるようにすれば、レーザ光の入射角が一定の条件の下で、変調光の出射角を変化させることができるから、回動制御が容易となり効率よく変調光の回折次数を変更できる。
【００１２】
また、本発明のレーザ加工装置では、前記変調素子回動機構の回動位置および前記レーザ光の波長から、前記変調光の回折方向を算出し、該回折方向が前記投影光学系の光軸に一致するように前記変調素子回動機構を駆動する回動機構制御部を備えることが好ましい。
この場合、回動機構制御部により、変調光の回折方向を算出し、その回折方向に投影光学系の光軸を一致させることができるので、自動的に回折効率を最適化することができる。
【００１３】
また、本発明の回動機構制御部を備えるレーザ加工装置では、前記レーザ光源が、２つ以上の異なる波長のレーザ光を切り替え可能に発生し、前記回動機構制御部が、前記それぞれのレーザ光の波長に共通する回折方向に、前記投影光学系の光軸を略一致させるようにした構成とすることが好ましい。
この場合、複数の波長のレーザ光を用いてレーザ加工を行うときに、波長を切り替えても変調光回動機構を再調整することなく、変調光の回折効率を最適の状態とすることができるので、波長を切り替えたレーザ加工を迅速に行うことができ、加工効率を向上することができる。
【００１４】
また、本発明のレーザ加工装置では、前記空間変調素子が、前記複数の変調要素として、前記基準面に対する傾斜角を切り替えて前記レーザ光を少なくとも２方向に偏向する複数の微小ミラーを備えるマイクロミラーアレイであることが好ましい。
この場合、変調光の回折効率を向上するために、変調素子回動機構により変調光の回折方向を投影光学系の光軸に一致させるので、微小ミラーの傾斜角が一定値をとる場合にも、変調光の回折効率を容易に最適化でき、高速かつ高効率なレーザ加工を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のレーザ加工装置によれば、照射ずれ補正手段を備えることにより、空間変調素子の投影光学系の光軸に対する基準面の傾きを変えても、良好な精度で被加工物を加工することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施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。
【００１７】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式的な装置構成図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の空間変調素子の断面構成および回折光の様子を示す模式断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の空間変調素子を傾けた場合の回折光の様子を示す模式断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の画像処理ユニットの概略構成について説明する機能ブロック図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置における被加工面の画像の一例である。図５は、同じくレーザ加工する部分がない被加工面の画像の一例である。図６は、図４の被加工面の画像と図５の画像との差分をとった差分画像の例である。
なお、各図は模式的に描かれており、各部材の形状、配置位置、姿勢、寸法比などは誇張されている場合がある（以下も同様）。
【００１８】
本実施形態のレーザ加工装置１００は、図１に示すように、波長がそれぞれλ２、λ３とされたレーザ光Ｌ２、Ｌ３のいずれかを加工パターンに応じて空間変調し、加工用反射光４として被加工物１０上に縮小投影して、例えば、リペア加工などのレーザ加工を行う装置である。
被加工物１０としては、例えば、リペア加工の場合、液晶ディスプレイなどに用いるガラス基板や、半導体基板などを挙げることができる。これらの場合、加工対象は基板上の配線パターンや露光に用いるフォトマスクに存在する不要な残留物などの欠陥部などが挙げられる。また、例えば、マイクロダイセクション装置に用いる場合には、細胞などの生体試料などを挙げることができる。
レーザ光Ｌ２、Ｌ３は、このような加工対象の波長吸収特性などに応じて切り替えて使い分けられるようになっている。以下では、一例として、レーザ加工装置１００がリペア加工を行う場合の例で説明する。
【００１９】
レーザ加工装置１００の概略構成は、光源ユニット５０、微小ミラーアレイ３（空間変調素子）、投影光学系５１、観察用光源１１、移動ステージ１４、移動駆動制御部１７、ＣＣＤ１３（撮像手段）、および画像処理ユニット１５（変調データ生成部）からなる。なお、特に図示しないが、レーザ加工装置１００を操作するための操作部と、各制御部の動作を協調させるなど装置全体の動作を制御するシステム制御部とを備える。
【００２０】
光源ユニット５０は、被加工物１０を加工するためのレーザ光を発生するもので、加工用光源１（レーザ光源）、照明光学系２および回動機構２２（光源部回動機構）からなる。
加工用光源１は、複数の波長を有するレーザ光をパルス発振し、略平行光束として出射するレーザ光源である。本実施形態では、基本波長λ１＝１．０６４μｍのＹＡＧレーザを用い、第２、第３高調波（それぞれ波長λ２＝５３２ｎｍ、λ３＝３５４．７ｎｍ）を切り替えて、それぞれレーザ光Ｌ２、Ｌ３として、同一光路上に出射できるようになっている。
【００２１】
照明光学系２は、加工用光源１から出射されたレーザ光Ｌ２（Ｌ３）を、後述する微小ミラーアレイ３の基準面である微小ミラー配列面３Ａに照射するための光学系であり、必要に応じて、光束経や光強度分布を整えることができるようになっている。例えば、光束経を整える構成としては、ビームエキスパンダや絞りなどを挙げることができる。また、光強度分布を整える構成としては、光量を調整する光減衰器や断面強度分布を均一化するホモジナイザなどを挙げることができる。ホモジナイザを用いる場合、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を必要に応じて採用することができる。
【００２２】
加工用光源１と照明光学系２とは、不図示の筐体に固定され、例えば、ゴニオステージなどの回動機構２２によって、レーザ光Ｌ２（Ｌ３）の光軸上の一点を中心とする２軸方向に回動可能に保持されている。
回動機構２２の回動角度は、回動制御部２３（回動機構制御部）によって制御される。
【００２３】
微小ミラーアレイ３は、図２（ａ）に示すように、微小ミラー配列面３Ａ上に制御信号に応じて少なくとも２方向に傾斜する複数の微小ミラー３Ｂ（変調要素）が、多数、規則的に配置されたものである。各微小ミラー３Ｂは、傾斜角が０°の状態の時、微小ミラー配列面３Ａに沿う方向に整列するようになっている。
そして、光源ユニット５０に対して、微小ミラー配列面３Ａの中心位置に回動機構２２の回動中心が一致する位置、姿勢で配置され、光源ユニット５０からのレーザ光Ｌ２（Ｌ３）が、微小ミラー配列面３Ａ上に照射されるようになっている。
微小ミラーアレイ３としては、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などの素子を採用することができる。本実施形態では、１６μｍ角の微小ミラー３Ｂを８００×６００個、矩形状の領域に格子状に配置したＤＭＤを採用している。
各微小ミラー３Ｂは、駆動制御部１６からの制御信号に応じて静電電界を発生する駆動部（不図示）により、オン状態とオフ状態との２つの傾斜角、例えば、±１２°にそれぞれ傾斜されるようになっている。
したがって、微小ミラーアレイ３は、微小ミラー配列面３Ａに対して入射角θ１で入射するレーザ光２０ａをオン状態の微小ミラー３Ｂにおける正反射方向２０ｂに反射するようになっている。図２（ａ）では、一例として、正反射方向２０ｂが、微小ミラー配列面３Ａの法線Ｎと一致する場合の例を示している。
【００２４】
本実施形態の微小ミラーアレイ３は、例えば、ゴニオステージなどの回動機構２１（変調素子回動機構）によって、微小ミラー配列面３Ａの中心位置を中心として２軸方向に回動可能の保持されている。そのため、微小ミラーアレイ３に入射するレーザ光Ｌ２（Ｌ３）の光軸に対する微小ミラー配列面３Ａの傾きを変化させることができるようになっている。
回動機構２１の回動角度は、回動制御部２３によって制御される。
そのため、微小ミラーアレイ３は、光源ユニット５０から照射されるレーザ光Ｌ２（Ｌ３）の入射方向に応じて回動機構２１を回動させることで、オン状態の微小ミラー３Ｂの正反射方向２０ｂが投影光学系５１の光軸に一致するように傾けて配置することができる。微小ミラー配列面３Ａの傾き角の情報、すなわち、光源ユニット５０の光軸に対する傾き角と後述する投影光学系５１の光軸とに対するそれぞれの傾き角の情報は、回動制御部２３から後述する画像処理ユニット１５に傾き角情報２０７として送出される。
したがって、図１に示すように、オン状態の微小ミラー３Ｂの配列に応じた反射光を、加工用反射光４（変調光）として、投影光学系５１の光軸に沿って入射させることができる。一方、オフ状態の微小ミラー３Ｂで反射された光は、被加工反射光５（図１参照）として、加工用反射光４と異なる光路上に反射されるようになっている。
このとき、微小ミラー配列面３Ａは、回動機構２１、２２の傾き角によっては、投影光学系５１の光軸に対して直交せず、傾いて配置されるものである。以下では、微小ミラー配列面３Ａの投影光学系５１の光軸に対する傾き角を、微小ミラー配列面３Ａの法線Ｎとのなす角で表すものとする。
【００２５】
投影光学系５１は、微小ミラーアレイ３と被加工物１０との間に配置され、微小ミラー配列面３Ａの中心と被加工面１０ａ上の加工中心とを共役な位置関係とし、微小ミラーアレイ３で反射された加工用反射光４を被加工面１０ａ上に縮小投影するもので、本実施形態では、顕微鏡を構成する、結像レンズ７および対物レンズ９からなる。
対物レンズ９は、像側が無限遠設計とされ、結像レンズ７と対物レンズ９との間の光路上では、レーザ光Ｌ２（Ｌ３）は平行光束となっている。
【００２６】
微小ミラーアレイ３と結像レンズ７との間の光路中には、被加工面１０ａの像を取得するために、投影光学系５１を透過した光の光路を分岐するビームスプリッタ６が配置されている。
ビームスプリッタ６は、例えばハーフミラーでもよいが、ビームスプリッタ面にレーザ光Ｌ２、Ｌ３の波長光を透過し、それらの波長光を除く光を反射するような波長特性を有するコーティングが施されたものを採用してもよい。
また、結像レンズ７と対物レンズ９との間の光路中には、その光路の側方に配置された観察用光源１１からの光を反射して対物レンズ９に導き、被加工面１０ａ上に照射するとともに、被加工面１０ａで反射された観察用光源１１からの光を透過して結像レンズ７に導くビームスプリッタ８が配置されている。
ビームスプリッタ８は、例えばハーフミラーや偏光ビームスプリッタなどを採用することができる。
ビームスプリッタ６、８は、常時光路中に配置してもよいが、例えば、それぞれを適宜の進退機構によって、光路上に進退可能に保持しておき、レーザ加工時に光路外に退避するようにしてもよい。
【００２７】
観察用光源１１は、被加工面１０ａを照明する照明光を発生する光源である。観察用光源１１は、後述するＣＣＤ１３に感度を有する波長であって被加工面１０ａを照明することができれば、どのような光源でもよいが、例えば、ハロゲンランプなどの可視光域の光源を採用することができる。また、必要に応じて、偏光フィルタなどを設けて、照明光の偏光状態を制御できるようにしてもよい。
【００２８】
移動ステージ１４は、被加工物１０の被加工面１０ａを投影光学系５１の投影面に配置し、投影光学系５１の光軸に直交する平面上で、被加工物１０の位置を移動する２軸移動ステージである。
移動駆動制御部１７は、移動ステージ１４の移動量を制御する制御手段であり、例えば、不図示の操作部などからの入力に応じて、移動ステージ１４を駆動するものである。
【００２９】
ＣＣＤ１３は、投影光学系５１を通して見た被加工面１０ａを撮像するための２次元の撮像素子であり、ビームスプリッタ６により投影光学系５１の光軸に交差する方向に分岐された光路上の像面位置に配置されている。
ＣＣＤ１３によって得られた撮像信号２００は、モニタ１２に表示するためにモニタ１２に送出されるとともに、画像処理ユニット１５に送出される。
【００３０】
画像処理ユニット１５は、被加工面１０ａの画像から、微小ミラーアレイ３の各微小ミラー３Ｂのオン状態、オフ状態の駆動制御を行う変調データを生成するものであり、それぞれに応じた適宜のハードウエア、またはＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース、外部記憶部などを備えるコンピュータにより構成される。
その概略構成は、図３に示すように、画像取込部２４、画像比較部２５、画像データ記憶部２９、欠陥抽出部２６、画像補正部２７（照射ずれ補正手段）、および補正データ記憶部２８からなる。例えば、コンピュータで構成する場合には、これらの機能に応じたプログラムをＣＰＵで実行することでそれぞれの機能が実現される。
【００３１】
画像取込部２４は、ＣＣＤ１３から撮像信号２００を取得し、必要に応じてノイズ除去処理やシェーディング補正などを行って、被加工面１０ａの２次元画像である被加工面画像データ２０１を生成し、画像比較部２５に送出するものである。
例えば、被加工面画像データ２０１は、図４に示すような、被加工面１０ａ上に、例えば格子状などの繰り返しパターン３０ａと、繰り返しパターン３０ａと異なる欠陥部画像３０ｂとからなる被加工面画像３０を表す画像データである。
【００３２】
画像比較部２５は、データ記憶部２９から、欠陥部などの存在しない場合の正常画像データ２０２を呼び出し、被加工面画像データ２０１との比較演算処理、例えば差分演算などを行って、繰り返しパターン３０ａを除き、欠陥部画像３０ｂのみの画像に対応する差分画像データ２０３を生成し欠陥抽出部２６に送出するものである。
例えば、正常画像データ２０２は、図５に示す繰り返しパターン３０ａのみからなる正常画像３１に対応する画像データである。正常画像データ２０２は、被加工物１０の種類、製造工程などに応じて、予めデータ記憶部２９に記憶されている。
【００３３】
欠陥抽出部２６は、差分画像データ２０３から、レーザ加工によって除去したり、整形したりすべき欠陥部分を、データ記憶部２９に記憶された欠陥情報２０４に基づいて抽出して、欠陥部画像データ２０５を生成し、画像補正部２７に送出するものである。
差分画像データ２０３から欠陥部分を抽出するアルゴリズムは、周知のいかなるアルゴリズムを用いてもよい。例えば、差分画像データ２０３の特徴抽出を行って、その特徴、例えば、形状、大きさ、輝度レベルなどから、欠陥情報２０４に基づいて欠陥種類などを判定し、除去、整形などを行うべきかどうか判定する。
例えば、差分画像データ２０３に、画像ノイズが残ったような場合には、欠陥情報２０４に含まれる画像ノイズの特徴に合致して除外されるか、該当する欠陥部の特徴を備えないため欠陥部として抽出されないことになる。
以下では、欠陥部画像データ２０５として、図６に示すような欠陥部画像３０ｂに対応する画像データが生成されたものとして説明する。
【００３４】
画像補正部２７は、欠陥部画像データ２０５に微小ミラー配列面３Ａの傾斜による画像の歪みがある場合に、その歪みを補正した変調データ２０８を生成し、駆動制御部１６に送出するものである。
歪みの有無は、回動制御部２３から送出される傾き角情報２０７に基づいて判定する。
傾き角情報２０７は、例えば、回動制御部２３が制御した回動機構２１、２２の回動量を基準回動位置からの２軸方向の角度で表した情報からなる。そのため、画像補正部２７では、傾き角情報２０７から、投影光学系５１の光軸に対する微小ミラー配列面３Ａの傾き角θを算出できるようになっている。
歪みの補正は、補正データ記憶部２８に記憶された、例えば、傾き角θごとの歪み補正情報２０６を参照して、欠陥部画像データ２０５の画像処理演算によって行う。
歪み補正情報２０６には、傾き角θと、光源ユニット５０や投影光学系５１の光学パラメータ、例えば、レーザ光の波長、投影光学系５１の倍率、焦点距離などに応じて歪み補正を行うための、データテーブル、あるいは、傾き角θを変数とする画像変換の演算式などの情報が記憶されている。
なお、歪み補正情報２０６は、傾き角θばかりでなく、例えば、切り替えたり交換したりできる光学素子や部材、例えば、対物レンズ９などに対しても、予め用意しておき、それぞれファイルなどの形態で記憶しておくようにする。
【００３５】
次に、レーザ加工装置１００の動作について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の動作について説明するフローチャートである。図８（ａ）、（ｂ）は、被加工面上で発生する変調光の照射範囲のずれについて説明する模式図およびその拡大図である。図９は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の照射ずれ補正手段が形成する補正された変調データに対応する照射範囲を示す模式図である。
【００３６】
レーザ加工装置１００でリペア加工を行うには、まず、加工条件に基づいて種々の初期設定を行う（ステップＳ１）。
この初期設定には、被加工物１０の種類、製造工程などに応じて、加工に用いるレーザ光の波長を設定し、その波長に応じて、回動機構２１、２２を駆動して、投影光学系５１の光軸に対する、微小ミラー配列面３Ａの傾き角、およびレーザ光の入射角を設定することが含まれる。
【００３７】
ここで、微小ミラー配列面３Ａの傾き角と、レーザ光の入射角とを、レーザ光の波長に応じて変更するのは、微小ミラーアレイ３における回折の影響による光強度低下を防止するためである。
図２（ａ）、（ｂ）を参照して、レーザ光２０ａを照射したときに生ずる回折について簡単に説明する。
図２（ａ）には、微小ミラー配列面３Ａから図示時計回りに一定角度だけ傾斜されたオン状態の複数の微小ミラー３Ｂが示されている。
この状態で、レーザ光２０ａが、微小ミラー配列面３Ａに照射されると、各微小ミラー３Ｂの開口（ミラー面）によって決まるフラウンホーファー回折１９とともに、これら微小ミラー３Ｂの配列ピッチで決まる回折１８が生じる。そして正反射方向２０ｂに反射される反射光の光強度分布は、これらの回折光をコンボルーションしたものとなる。
【００３８】
例えば、フラウンホーファー回折１９は、図２（ａ）に微小ミラー３ｂの例で示すように、各微小ミラー３Ｂの中心を通る正反射方向２０ｂを対称軸として各微小ミラー３Ｂの周縁部側で強度が減衰する線対称な光強度分布を形成する。
一方、回折１８は、微小ミラー３Ｂの配列ピッチとレーザ光２０ａの波長とから決まる回折次数に対応して、微小ミラー配列面３Ａ上の２軸方向に回折角が分布する離散的な回折パターンを形成する。図２（ａ）の破線矢印に対応して記載した数字は、それぞれの矢印が示す離散的な回折角の方向（以下、回折方向と称する場合がある）の紙面に沿う方向の回折次数を示す。この場合、０次の回折方向は、微小ミラー配列面３Ａが鏡面である場合のレーザ光２０ａの反射方向に一致する。すなわち、図２（ａ）において、θ２＝θ１である。
この場合、正反射方向２０ｂと回折１８の（−４）次の回折方向とは、角度θ３だけずれているため、これらがコンボルーションされた実際の光強度分布は、正反射方向２０ｂの光強度が相対的に低下した分布となる。
【００３９】
一方、投影光学系５１は縮小投影を行うため、倍率にもよるが、結像レンズ７の微小ミラーアレイ３側のＮＡは相対的に小さいものとなり、角度θ３がそのＮＡの範囲に入らない場合には、結像レンズ７に入射する光強度が著しく低下してしまう。
レーザ光２０ａを、投影光学系５１を通して、被加工面１０ａまで効率よく導くには、微小ミラー３Ｂでの反射光の光強度分布の最大値をとる方向を投影光学系５１の光軸に沿って、結像レンズ７に垂直に入射することが好ましい。そのためには、回折１８の離散的な回折角の方向と正反射方向２０ｂとを一致させることが重要となる。
【００４０】
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、微小ミラー配列面３Ａを回動機構２１によって、θ３／２だけ傾斜させることで、正反射方向２０ｂと、（−４）次の回折方向とを一致させることができる。ここで、破線矢印で表された、０’、−１’、…などは、微小ミラー配列面３Ａを傾斜させる前の回折１８の方向を示し、実線矢印は、傾斜後の回折１８の方向を示す。
このように、本実施形態では、回折１８の回折角が、レーザ光の入射角、波長、微小ミラー３Ｂの配列ピッチで決まることに着眼し、微小ミラー配列面３Ａを回動して、回折角の方向を移動させるようにしている。
【００４１】
なお、この場合、微小ミラー３Ｂに対するレーザ光２０ａの入射角が変化するため、正反射方向２０ｂの方向がずれるが、回動機構２２によってレーザ光２０ａの入射角を変えることで、正反射方向２０ｂと回折方向とを一致させることができる。また、微小ミラー３Ｂの傾斜角を変えることができる場合には、微小ミラー３Ｂの傾斜角を変えて調整してもよい。
また、以上の説明は、簡単のため、１軸方向の角度調整を行う場合の例で説明したが、２軸方向に微小ミラー配列面３Ａの傾き角を変えることで、紙面奥行き方向に存在す回折方向と正反射方向２０ｂとを一致させることもできる。
【００４２】
このようにして、ステップＳ１では、例えば、波長λ２が選択されると、回動制御部２３によって、レーザ光Ｌ２が最大強度で結像レンズ７に入射するような位置関係になるように、回動機構２１、２２が駆動される。そして、投影光学系５１の光軸に対する微小ミラー配列面３Ａの傾き角の情報が、傾き角情報２０７として、画像処理ユニット１５に送出される。
【００４３】
次に、ステップＳ２では、移動駆動制御部１７により移動ステージ１４を駆動して、被加工物１０を移動し、被加工面１０ａの被加工位置を、投影光学系５１の照射範囲内に移動する。移動終了後、ステップＳ３に移行する。
移動位置は、他の検査装置からの情報などにより自動的に設定してもよいし、モニタ１２に被加工面１０ａの画像を表示させて、その画像を見て、手動で移動させてもよい。手動移動する場合には、移動終了後、不図示の操作部などから移動終了を入力する。
被加工面１０ａの画像は、観察用光源１１を用いて被加工面１０ａを照明して取得する。
観察用光源１１からの光は、ビームスプリッタ８で反射されて、対物レンズ９に入射し、被加工面１０ａ上に照射される。そして、被加工面の画像情報を含む反射光が、対物レンズ９で集光され、ビームスプリッタ８、結像レンズ７を透過して、集光されつつ、ビームスプリッタ６に導かれる。そして、ビームスプリッタ６によって、投影光学系５１の光軸に交差する方向に反射され、ＣＣＤ１３の撮像面上に結像される。
ＣＣＤ１３では、その像を光電変換し、撮像信号２００として、モニタ１２および画像処理ユニット１５に送出する。これによりモニタ１２に、被加工面１０ａの画像が表示される。
【００４４】
ステップＳ３では、画像処理ユニット１５に送出された撮像信号２００を画像取込部２４によって、被加工面画像データ２０１に変換し、画像比較部２５に送出する。例えば、図４に示すような被加工面画像３０が被加工面画像データ２０１として、送出される。
画像比較部２５では、データ記憶部２９から正常画像データ２０２を呼び出し、被加工面画像データ２０１との差分演算を行うことにより、図６に示すような差分画像３２に対応する差分画像データ２０３を算出し、欠陥抽出部２６に送出する（ステップＳ４）。
欠陥抽出部２６では、欠陥抽出を行い、データ記憶部２９に記憶された欠陥情報２０４を参照して、リペアすべき欠陥部画像３０ｂのみからなる欠陥部画像データ２０５を画像補正部２７に送出する（ステップＳ５）。
【００４５】
次に、ステップＳ６では、画像補正部２７によって、欠陥部画像データ２０５から変調データ２０８を生成し、駆動制御部１６に送出する。
この変調データ２０８を生成する過程で、微小ミラーアレイ３の傾きに応じて画像の歪みを補正する。
例えば、図１に示すように、微小ミラー配列面３Ａが、投影光学系５１の光軸に直交する位置から、紙面を貫通する軸の反時計回りに傾いているとすると、微小ミラー配列面３Ａの像も、被加工面１０ａ上で同様な傾き方向に傾斜する。そのため、例えば、微小ミラーアレイ３上でオン状態の微小ミラー３Ｂが矩形状に配列されていると、投影光学系５１に歪曲収差が全くないとしても、被加工面１０ａ上では、台形状に歪んだ位置に照射されることになる。
例えば、欠陥部画像データ２０５に基づいて、欠陥部画像３０ｂを除去するような細長い矩形状の範囲の微小ミラー３Ｂをオン状態にする変調データを生成すると、被加工面１０ａ上の加工用反射光４は、図８（ａ）に示す台形状の照射範囲４０Ｂとなる。ここで、符号４０Ａは、微小ミラーアレイ３のすべての照射範囲の変形の様子を示すため記載した参照パターンである。
このような歪みは、幾何的な歪みと呼ばれるものであり、微小ミラー配列面３Ａの傾き方向、傾き角と、投影光学系５１の焦点距離などの光学パラメータから幾何光学的に決定される。微小ミラー配列面３Ａ上の各微小ミラー３Ｂの配置位置に対する座標変換式または変換テーブルなどとして、歪み補正情報２０６に記憶されている。これらの変換式は、例えば、傾き中心からの距離と傾き角の関数として表すことができる。
このため、傾き角情報２０７や、対物レンズ９の種類などのステップＳ１で設定される情報に応じて歪み量を決定することができる。
【００４６】
この場合、図８（ｂ）に示すように、欠陥部画像３０ｂの範囲と重なる被加工部照射範囲４０ａでは加工対象に対してレーザ加工が行われ、非加工部照射範囲４０ｂでは、加工対象でない部分に対してレーザ加工が行われることになる。また、未加工範囲３０ｃには、加工用反射光４が到達しないので、レーザ加工が行われないことになる。
そこで、本実施形態の画像補正部２７では、欠陥部画像データ２０５を、照射範囲４０Ｂに発生する歪み量を補正する演算を行って、図９の照射範囲４０Ｃに対応する変調データ２０８を生成する。図９において、符号４０Ｄは、微小ミラー配列面３Ａの全域に対して補正する歪み量を示すための参照パターンである。
【００４７】
次に、ステップＳ７では、駆動制御部１６によって、画像補正部２７から送出された変調データ２０８に基づいて、微小ミラーアレイ３の変調制御を行う。
そして、ＣＣＤ１３における撮像を中断し、加工用光源１の点灯を行う（ステップＳ８）。
加工用光源１で点灯されたレーザ光Ｌ２は、照明光学系２で、必要に応じて、光束経、光強度分布が調整されて、微小ミラー配列面３Ａに照射される。
微小ミラー配列面３Ａでは、変調データ２０８に応じて、各微小ミラー３Ｂがオン状態とオフ状態とに傾斜されており、オン状態の微小ミラー３Ｂから加工用反射光４が反射される。一方、オフ状態の微小ミラー３Ｂからは、被加工反射光５が反射され、投影光学系５１に入射しない方向に導かれる。
加工用反射光４は、回折１８による光量低下がない状態で、投影光学系５１の光軸上を進み、ビームスプリッタ６、結像レンズ７、ビームスプリッタ８、対物レンズ９の順に透過して、結像レンズ７、対物レンズ９の作用によって、被加工面１０ａ上に投影される。
このとき、変調データ２０８は、欠陥部画像３０ｂで示される範囲に照射されるので、必要な加工範囲のみがリペア加工される。
リペア加工に必要な時間だけ照射したら、微小ミラーアレイ３をすべてオフ状態とＳｈ知恵、加工用反射光４の照射を終了する。
以上で、ステップＳ８が終了する。
【００４８】
次に、ステップＳ９では、ステップＳ８で中断したＣＣＤ１３による撮像を開始し、操作者がモニタ１２によって、被加工面１０ａの様子を確認する（ステップＳ９）。
そして、リペア加工が正常に終了したと判定された場合、ステップＳ１１に移行する。
例えば、欠陥の残存が確認されるなど、加工対象の加工が不十分である場合は、ステップＳ４に移行し、上記各ステップを繰り返す。
【００４９】
ステップＳ１１は、他に欠陥がないかどうか確認するステップである。他にリペアする箇所があれば、ステップＳ２に移行して、上記各ステップを繰り返す。
他にリペアする箇所がない場合には、リペア加工を終了する。
この確認は、操作者が行ってもよいし、また、例えば、大きな欠陥を分割して複数回に分けて連続的にリペア加工する場合には、自動運転を行うシステム制御部で判定される。
また、レーザ光の波長を変えて加工する場合は、ステップＳ１から、上記各ステップを繰り返す。
【００５０】
このように、本実施形態では、微小ミラー配列面３Ａが、投影光学系５１の光軸に対して傾いて配置されていても、画像処理ユニット１５によって、ＣＣＤ１３で取得した画像から生成される欠陥部画像データ２０５の歪みを補正して、変調データ２０８を形成するので、非加工部を加工してしまったり、加工すべき欠陥部を加工し残したりすることなく、良好な精度でレーザ加工を行うことができる。
このような歪み補正は、回動機構２１、２２から取得される傾き角情報２０７に応じて行われるので、回動機構２１、２２によって、微小ミラー配列面３Ａの傾きを変えても容易に歪み補正を行うことができる。
したがって、微小ミラーアレイ３の微小ミラー３Ｂの配列ピッチによる回折による光強度低下を補正するために、微小ミラー配列面３Ａを回転させる場合などの、加工効率を向上することができて好都合である。
また、加工対象などにより、複数の波長光を有するレーザ光を用いるレーザ加工を行う場合に、より好適となるものである。
【００５１】
また、歪み補正情報２０６に基づいて画像処理を行うことで変調データを生成するので、歪み補正情報２０６の設定によっては、種々の場合に対して、柔軟に補正を行うことができる。例えば、歪み補正情報２０６に、投影光学系の歪曲収差などの収差の情報を含めることで、照射範囲の位置ずれを、収差も含めて補正することが可能となる。
このように、本実施形態の歪みの補正は、被加工面１０ａの画像を用いた画像処理によって行うので、被加工面１０ａを撮像する観察用光学系と、レーザ加工を行うレーザ加工用光学系との経路や、用いられる光学素子が異なる場合に、特に有効となるという利点がある。
【００５２】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式的な装置構成図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の画像処理ユニットの概略構成について説明する機能ブロック図である。
【００５３】
本実施形態のレーザ加工装置１１０は、図１０に示すように、第１の実施形態のレーザ加工装置１００の画像処理ユニット１５、投影光学系５１に代えて、画像処理ユニット６２（変調データ生成部）、投影光学系５１Ａを備え、結像レンズ７０、歪み補正素子６０（補正素子）、および補正素子駆動部６１を追加したものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５４】
画像処理ユニット６２は、図１１に示すように、上記第１の実施形態の画像処理ユニット１５から画像補正部２７、補正データ記憶部２８を削除し、欠陥抽出部２６に代えて、欠陥抽出部２６Ａを備えるものである。
欠陥抽出部２６Ａは、上記第１の実施形態の欠陥抽出部２６と同様に欠陥部画像データ２０５を算出し、それに基づいて変調データ２０９を生成し、駆動制御部１６に対して送出するものである。
すなわち、変調データ２０９は、第１の実施形態において、画像補正部２７が、歪み補正を行わない場合の変調データ２０８と同様のデータとなっており、欠陥部画像データ２０５の輝度データを、微小ミラー３Ｂのオン・オフ状態に対応させるだけの簡単な演算処理によって得られるものである。
【００５５】
投影光学系５１Ａは、投影光学系５１と同様に、ビームスプリッタ６、８、結像レンズ７、対物レンズ９を含んでいるが、ビームスプリッタ６を、結像レンズ７とビームスプリッタ８との間の光路中に配置し、ＣＣＤ１３に対する光路の分岐位置を変えた点が異なる。
結像レンズ７０は、ビームスプリッタ６の配置位置の移動に応じて、ＣＣＤ１３とビームスプリッタ６との間に配置され、被加工面１０ａから反射されてビームスプリッタ６に到達し、ビームスプリッタ６で反射された光をＣＣＤ１３の撮像面に結像するためのレンズである。
【００５６】
歪み補正素子６０は、微小ミラー配列面３Ａの傾きに応じて発生する投影光学系５１Ａの像面の傾きを補正するため、投影光学系５１Ａの光路中に配置された光学素子である。
補正素子駆動部６１は、回動制御部２３からの傾き角情報２０７に応じて、歪み補正素子６０の補正量を制御するものである。
このような歪み補正素子６０は、屈折、回折、反射などの種々の光学作用により実現することができ、補正素子駆動部６１は、それぞれの光学作用に応じて、その作用の程度を光線透過位置に応じて変化させる手段が採用される。
【００５７】
歪み補正素子６０として、例えば、微小ミラー配列面３Ａの傾きに応じて、結像レンズ７に入射するまでの光路長を変化させることで、結像レンズ７を透過後の像面が回転しないようにする光学素子を採用することができる。このような光学素子として、投影光学系５１Ａの光軸に対する進退および３軸方向の回動が可能に保持された楔型のプリズム素子を採用することができる。この場合、加工用反射光４が、楔型のプリズム素子の透過位置に応じて、光路長を変更することで、光軸に対して直交する面上で反射されたのと同等の光線を結像レンズ７に入射することができる。
補正素子駆動部６１は、適宜の移動ステージ、回動、回転ステージの組み合わせを採用することができる。そして、傾き角情報２０７から得られる微小ミラー配列面３Ａの傾きに応じて、光路長の補正を最適化する位置、姿勢を算出し、歪み補正素子６０を移動させる。微小ミラー配列面３Ａが投影光学系５１の光軸に直交する位置関係にあるときは、歪み補正素子６０を用いる必要がないので、光路中から退避させる。
【００５８】
なお、歪み補正素子６０は、このような光路長を変えるプリズム素子に限定されるものではなく、ホログラム素子、屈折率分布素子、液晶レンズ、フィルタ、あるいは、これらの組み合わせなどを挙げることができる。また、パワーを有しない光学素子に限定されるものではなく、例えばパワーを有する光学素子を偏心配置したり、光線透過位置に応じて、パワーを変えることができる光学素子を採用したりするようにしてもよい。
また、歪み補正素子６０を配置する位置も、必要に応じて、結像レンズ７と対物レンズ９との間や、対物レンズ９と被加工面１０ａとの間など、図１０とは異なる位置に配置してもよい。
また、補正素子駆動部６１の構成もそれらの構成に応じて必要な駆動形態を採用することができ、移動ステージなどによる移動動作に限定されない。例えば、複数の歪み補正素子６０を用意しておき、必要に応じて光路中に切り替えて配置する機構なども採用することができる。また、歪み補正素子６０を複数の素子から構成し、それらの間隔や相対位置を変化させて、補正動作を行うようにしてもよい。
【００５９】
このような構成によれば、上記第１の実施形態のステップＳ１が終了した時点で、取得される傾き角情報２０７に基づいて、ステップＳ７を実行するまでの間のタイミングで、補正素子駆動部６１を用いて歪み補正素子６０の調整を行うようにする。ステップＳ６は、画像補正部２７の削除に応じて省略される。その他は、上記第１の実施形態と同様の動作を行うことができる。
本実施形態では、歪み補正素子６０、補正素子駆動部６１が、照射ずれ補正手段を構成している。
【００６０】
本実施形態では、歪み補正素子６０により、微小ミラー配列面３Ａの傾きによる像面の回動を光学的に補正するので、欠陥部画像データ２０５に基づいて、変調データ２０９を生成し、第１の実施形態の画像補正部２７が行う演算処理を省略することができる。そのため、装置が簡素化されるとともに、演算処理時間が低減され、レーザ加工工程を効率的に行うことができる。
【００６１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係るレーザ加工装置について説明する。
図１２は、本発明の第３の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式的な装置構成図である。
【００６２】
本実施形態のレーザ加工装置１２０は、図１２に示すように、第１の実施形態のレーザ加工装置１００の画像処理ユニット１５に代えて、上記第２の実施形態と同様の画像処理ユニット６２を備え、ビームスプリッタ６５、傾斜撮像手段６３（撮像手段）、傾斜制御部６４（撮像面回動手段）を追加したものである。以下、上記第１、２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６３】
ビームスプリッタ６５は、ビームスプリッタ６によって、分岐された光を２方向に分岐するものであり、例えば、ハーフミラーなどを採用することができる。
本実施形態では、ビームスプリッタ６５によって反射された光路にＣＣＤ１３が配置され、ビームスプリッタ６５を透過する光路に傾斜撮像手段６３が配置されている。
ここで、ＣＣＤ１３は、結像レンズ７の結像面に配置される。
【００６４】
傾斜撮像手段６３は、撮像面を結像レンズ７の結像面に対して、２軸方向に傾斜できるようにした撮像手段である。例えば、２軸方向に回動する回動ステージに、ＣＣＤなどの撮像素子を保持した構成を採用することができる。例えば，ＣＣＤを採用する場合、ＣＣＤ１３と同様の構成を採用することができる。また、ビームスプリッタ６５により分岐された光が実像を形成した後の光路に適宜倍率の撮像光学系を配置して、ＣＣＤ１３の撮像面上に再結像する構成としてもよい。
【００６５】
傾斜制御部６４は、傾斜撮像手段６３の撮像面の傾きを、傾き角情報２０７に応じて変える制御を行うものである。
例えば、撮像面の中心が結像レンズ７の結像面上に位置する場合、撮像面を、微小ミラー配列面３Ａの傾き角、傾き方向と等価な傾きに設定する。
また、撮像光学系を介して、撮像する場合は、撮像光学系の光学特性を考慮して微小ミラー配列面３Ａに相当する傾き角に設定する。
本実施形態では、傾斜撮像手段６３、傾斜制御部６４が、照射ずれ補正手段を構成している。
【００６６】
このような構成によれば、上記第１の実施形態のステップＳ１が終了した時点で、取得される傾き角情報２０７に基づいて、ステップＳ３を実行するまでの間のタイミングで、傾斜制御部６４により傾斜撮像手段６３を回動し、微小ミラー配列面３Ａに相当する傾き状態で、被加工面１０ａの画像を撮像する。
そしてこの状態で撮像信号２００を画像処理ユニット６２に送出する。そして、図７のステップＳ３から、画像補正部２７の削除に応じて、ステップＳ６を省略して、その他は、上記第１の実施形態と同様の動作を行う。
ここで、ステップＳ４、Ｓ５に用いる正常画像データ２０２、欠陥情報２０４は、微小ミラー配列面３Ａの傾きに合わせたものが予めデータ記憶部２９に記憶しておく。
一方、ＣＣＤ１３によって撮像面を傾けることなく撮像された被加工面１０ａの画像データは、モニタ１２に表示される。そのため、操作者は、ステップＳ２や、ステップＳ９において、投影光学系５１の光軸方向から見た被加工面１０ａの画像を観察して、操作やリペア状態の確認などの作業を行うことができる。
【００６７】
本実施形態では、傾斜撮像手段６３により、変調データを生成するための撮像に用いる撮像面を、微小ミラー配列面３Ａに相当する傾き状態で撮像するので、第２の実施形態の場合と同様に、欠陥抽出部２６Ａで演算した欠陥部画像データ２０５の輝度データを、微小ミラー３Ｂのオン・オフ状態に対応させるだけの簡単な演算処理によって、変調データ２０９を得ることができる。
そのため、第１の実施形態の画像補正部２７が行う演算処理を省略することができので、装置が簡素化されるとともに、演算処理時間が低減され、レーザ加工工程を効率的に行うことができる。
【００６８】
なお、上記の説明では、レーザ光の波長を切り替える場合に、正反射方向と回折方向とを一致させる例で説明したが、正反射方向と回折方向とは、回折方向が投影光学系のうち空間変調素子側のＮＡの範囲となる程度に略一致していればよい。
【００６９】
また、上記の説明では、波長が異なる場合に、それぞれの波長に応じて、正反射方向と回折方向とを一致させる例で説明したが、例えば、加工に用いる複数の波長が決定された場合、各波長において回折方向が一致する方向を求めて、その共通の回折方向と正反射方向とを一致させるようにしてもよい。この場合、複数の波長を用いるレーザ加工工程の間では、投影光学系の光軸に対する基準面の傾きを変えなくてよいため、効率的なレーザ加工を行うことができる。
【００７０】
また、上記の説明では、空間変調素子を、正反射方向と回折方向とを合わせるために傾ける場合の例で説明したが、そのような用途に限定されるものではなく、例えば、レーザ光源のレイアウトの都合などによって、空間変調素子を傾ける場合にも好適である。したがって、レーザ光源の波長は複数とは限らず、１つの波長の場合であってもよい。
また、複数の波長は、２波長に限定されるものではなく、２つ以上の波長に切り替えられるようになっていてもよい。
また、空間変調素子の基準面の法線が投影光学系の光軸に対して傾いていれば、傾きが可変されない場合に適用してもよい。すなわち、回動機構２１、２２を備えない構成としてもよい。
【００７１】
また、上記の説明では、空間変調素子の基準面の傾きを変調素子回動機構から取得する場合の例で説明したが、変調素子回動機構の回動量を設定する他の制御手段から、傾き角の情報を取得するようにしてもよいし、例えば、空間変調素子の傾き角を検出するセンサなどの傾き角検出手段を設けてもよい。
また、空間変調素子の画像を撮像する手段を設け、その画像上の位置基準となるマークなどの歪み量を算出して、傾き角を求めてもよい。
また、光源ユニット５０から可視のレーザ光をガイド光として、照射可能な構成として加工用光源１で加工を行う前に、照射ズレ補正が行われた照射領域を確認できるようにしてもよい。
【００７２】
また、上記の第２の実施形態の説明では、歪み補正素子６０を補正素子駆動部６１により制御する場合の例で説明したが、これに限定される者ではなく、基準面の傾きに応じて、異なる補正素子を交換する構成としてもよい。
【００７３】
また、上記の第３の実施形態の説明では、ＣＣＤ１３によって撮像面を傾けない場合の画像をモニタ１２に表示できる構成としているが、ＣＣＤ１３は省略することもできる。この場合でも、傾斜撮像手段６３をモニタ１２に接続し、ステップＳ３以外の工程で、傾斜制御部６４により撮像面の傾きを戻すことで、被加工面１０ａをＣＣＤ１３と同様に表示することが可能となる。
【００７４】
また、上記の第３の実施形態の説明では、正常画像データ２０２、欠陥情報２０４をそれぞれ、微小ミラー配列面３Ａの傾きに合わせて用意しておく場合の例で説明したが、画像比較部２５で行う比較演算処理、欠陥抽出部２６Ａで行う欠陥抽出処理において、第１の実施形態で用いる微小ミラー配列面３Ａが傾いていない場合の正常画像データ２０２、欠陥情報２０４を記憶しておき、傾き角情報２０７に応じて、正常画像データ２０２、欠陥情報２０４を、それぞれ傾きが生じた場合の画像データ、情報に変換する演算処理を行うような構成としてもよい。
【００７５】
また、上記の第３の実施形態の説明では、傾斜撮像手段６３がＣＣＤなどの撮像素子からなり、傾斜制御部６４によって、その撮像面を回動する場合の例で説明したが、撮像手段に、結像レンズ７の結像面を撮像面に対して傾くように回動させる幾何的な歪みを発生させる光学素子、例えば、プリズムやホログラム素子などを結像レンズ７と撮像素子との間に備える構成し、傾斜制御部６４が、そのような光学素子を光路中に進退させたり、回動量を可変する制御を行う構成としてもよい。
【００７６】
また、上記のすべての実施形態、変形例に記載された各構成要素は、本発明の技術的思想の範囲において、技術的に可能な限り適宜組み合わせて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式的な装置構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の空間変調素子の断面構成および回折光の様子を示す模式断面図、および空間変調素子を傾けた場合の回折光の様子を示す模式断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の画像処理ユニットの概略構成について説明する機能ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置における被加工面の画像の一例である。
【図５】同じくレーザ加工する部分がない被加工面の画像の一例である。
【図６】図４の被加工面の画像と図５の画像との差分をとった差分画像の例である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の動作について説明するフローチャートである。
【図８】被加工面上で発生する変調光の照射範囲のずれについて説明する模式図およびその拡大図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の照射ずれ補正手段が形成する補正された変調データに対応する照射範囲を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式的な装置構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るレーザ加工装置の画像処理ユニットの概略構成について説明する機能ブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す模式的な装置構成図である。
【図１３】波長を切り替ることができるレーザ加工装置における回折光の角度分布の一例について説明するための角度分布図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  加工用光源（レーザ光源）
２  照明光学系
３  微小ミラーアレイ（空間変調素子）
３Ａ  微小ミラー配列面（基準面）
３Ｂ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｅ  微小ミラー（変調要素）
４  加工用反射光（変調光）
７、７０  結像レンズ
９  対物レンズ
１０  被加工物
１０ａ  被加工面
１１  観察用光源
１３  ＣＣＤ
１４  移動ステージ
１５、６２  画像処理ユニット（変調データ生成部）
１６  駆動制御部
２０ａ  レーザ光
２１  回動機構（変調素子回動機構）
２２  回動機構（光源部回動機構）
２３  回動制御部（回動機構制御部）
２４  画像取込部
２５  画像比較部
２６  欠陥抽出部
２７  画像補正部（照射ずれ補正手段）
２８  補正データ記憶部
２９  データ記憶部
３０ｂ  欠陥部画像
４０Ｂ  照射範囲
５０  光源ユニット
５１  投影光学系
６０  歪み補正素子（補正素子）
６１  補正素子駆動部
６３  傾斜撮像手段（撮像手段）
６４  傾斜制御部（撮像面回動手段）
１００、１１０、１２０  レーザ加工装置
２０６  歪み補正情報
２０７  傾き角情報
２０８、２０９  変調データ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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