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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung bezieht sich auf eine Laserlichtbearbeitungsvorrichtung mit einem räumlichen Lichtmodulator.
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Stand der Technik
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Als Beispiele dieser Art von Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gibt es die in der Japanischen Patentanmeldung
JP H05-77067 A (ab nun „Ref. 1”) und japanischen Patentanmeldung
JP S62-44718 A (ab nun „Ref 2”) vorgestellten Einrichtungen. Jedoch wird in diesen Laserlichtbearbeitungsvorrichtungen, die auf den räumlichen Flüssigkristall-Lichtmodulator abgebildeten Licht- und Dunkelmuster lediglich als Aperturmaske benutzt. Als Ergebnis resultiert das Problem der geringeren Lichtausnutzungseffizienz, da das meiste von der Laserlichtquelle ausgestrahlte Licht von der Maske absorbiert wird und nicht zur Bearbeitung benutzt werden kann.
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Dagegen wird in der Japanischen Patentanmeldung
JP H06-208088 A (ab nun „Ref. 3”) ein optischer Markierapparat vorgestellt, in dem Leselicht einem räumlichen Lichtmodulator ausgesetzt wird und, durch eine Fouriertransformation des phasenmodulierten Lichtes, das optische Bild rekonstruiert wird. Weil in diesem optischen Markierapparat eine Fouriertransformation benutzt wird, ist es theoretisch möglich, 100% des Leselichtes zum Markieren zu benutzen. Jedoch wird in der Realität, weil dieser räumliche Lichtmodulator eine Transmissions-Struktur besitzt, Licht von den Bildelementelektroden, Drähten etc. absorbiert und die Lichtausnutzungseffizienz sinkt.
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Da räumliche Lichtmodulatoren vom Transmissionstyp den unausweichlichen Nachteil der niedrigeren Lichtausnutzungseffizienz besitzen, wurde darüber nachgedacht, einen räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp zu benutzen, der in der Lage sein sollte, dieses Problem zu umgehen. Jedoch ist es in der Praxis, wenn ein räumlicher Lichtmodulator vom Reflektionstyp lediglich als Mustermaske benutzt wird, wie in Ref. 1 und Ref. 2 beschrieben, nicht möglich die gesamten 100% des auf den räumlichen Lichtmodulator ausgestrahlten Leselichtes zu benutzen.
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Um damit umzugehen, wird in der Japanischen Patentanmeldung
JP H10-186283 A , beziehungsweise in deren Familienmitglied
EP 0 840 159 A2 , (ab nun „Ref. 4”) eine Technik offenbart, bei der eine Fouriertransformation an dem auf den räumlichen Lichtmodulator ausgestrahlten Leselicht durchgeführt wird und der Lichtausnutzungsfaktor verbessert wird.
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In anderen Worten, mit der in der Ref. 4 offenbarten Technik, wird die Lichtkomponente nullter Ordnung des Fourier-transformierten Bildes des aus dem Reflektionstyp räumlichen Lichtmodulator ausgelesenen Musters phasenverschoben und, durch eine reverse Fouriertransformation, interferiert es mit den anderen Lichtkomponenten. Indem so ein wiedererschaffenes Bild gemacht wird, kann der Kontrast des Musters erhöht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfinder haben, als Ergebnis der Studie der oben erwähnten Technik, die folgende Tatsache entdeckt. Die in der oben erwähnten Ref. 4 dargelegte Technik hat eine Struktur, wo das wiedererschaffene Bild durch Interferenz des Lichtes nullter Ordnung mit den anderen Lichtkomponenten geformt wird. Als Ergebnis funktioniert sie nur effektiv bei 25–75% Auslastungsgrad des Musters (der Teil des gesamten Bildschirms, der für das Muster benutzt wird). Mit anderen Worten, in der in der Ref. 4 offenbarten Technik ist, wenn Licht der Intensität I von einer Lichtquelle abgestrahlt wird, die Intensität des Leistungslichtes durch die folgende Gleichung angegeben I(x, y) = 2[1 – cos(ϕ(x, y))]
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Mit anderen Worten liegt die Intensität I des Leistungslichtes in der Spanne von 0 bis 4 und kann selbst bei Maximum nur 4 erreichen. Da diese Gleichung für die Intensität I invariant ist, ist es theoretisch schwierig, die Intensität des Leistungslichtes über diesen Wert zu steigern. Somit wird als Konsequenz, selbst wenn der Auslastungsgrad 25% oder kleiner ist, die Intensität nicht über diesen Wert verbessert, aber der Kontrast verschlechtert und die Lichtausnutzungseffizienz verringert.
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Somit ist die in Ref. 4 offenbarte Technik ungeeignet für die Bearbeitung von Mustern, bei denen der Auslastungsgrad gering ist, etwa in dem Fall, wenn nur auf einen Punkt der Ausgabefläche aufgestrahlt werden soll, und es ergab sich das Problem, dass der Grad an Freiheit für die bearbeitbaren Muster beschränkt wurde.
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Mit dem vorangegangenen im Blick, ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Laserlichtbearbeitungsvorrichtung mit einem hohen Grad an Freiheit für die bearbeitbaren Muster bei gleichzeitig möglicher höherer Ausnutzungseffizienz des Leselichtes bereitzustellen.
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Die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp, eine Hologrammmusterschreibeinrichtung, um auf den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp ein zu dem optischen Bild, welches man auf das Ziel aufstrahlen möchte, gehörendes Hologrammmuster einzuschreiben, eine Laserlichtstrahleinrichtung, um Leselicht auf den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp im Einstrahlwinkel θ einzustrahlen, und eine Fourierlinse, um eine Fouriertransformation an dem Leselicht, welches durch den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp phasenmoduliert wurde, durchzuführen.
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Mit dieser Laserlichtbearbeitungsvorrichtung wird das auf den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp eingestrahlte Leselicht anhand des Hologrammmusters phasenmoduliert und in Richtung des Ziels reflektiert. Dann wird das phasenmodulierte Leselicht durch die Fourierlinse Fourier-transformiert. Daraufhin wird das gewünschte Bild abgebildet und die Bearbeitung auf der dafür vorgesehenen Fläche des Ziels, auf die das optische Bild aufgestrahlt wird, durchgeführt. Weil das von dem Hologrammmuster auf diese Weise phasenmodulierte Leselicht so Fourier-transformiert wird, dass das Bild angezeigt wird, ist es mit dieser Laserlichtbearbeitungsvorrichtung möglich, eine höhere Ausnutzungseffizienz des Leselichts zu erreichen. Da es zusätzlich keine Beschränkungen des Auslastungsgrades gibt, existiert ein hoher Grad an Freiheit für die bearbeitbaren Muster.
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Bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung dieser Erfindung ist die Laserlichtstrahleinrichtung auf einer Einstrahlachse mit einem Einstrahlwinkel θ zu der Normallinie der mit Leselicht zu bestrahlenden Einstrahlfläche des räumlichen Lichtmodulators vom Reflektionstyp vorgesehen und die Fourierlinse wird auf einer Reflektionsstrahlachse mit einem Reflektionswinkel ϕ relativ zur Normallinie innerhalb einer Ebene mit der Normallinie und der Einstrahlachse platziert.
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Bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung dieser Erfindung ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn eine Bühne zur Positionierung des Ziels vorgesehen wird. Ist dies der Fall, kann die Präzision der Bearbeitung des Ziels verbessert werden.
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Weiterhin ist es bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung dieser Erfindung zusätzlich vorteilhaft, wenn die Hologrammmusterschreibeinrichtung eine Speichereinrichtung zum Speichern der zu einem gewünschten auf das Ziel aufgestrahlten optischen Bild zugehörigen Hologrammmuster besitzt. Wird dies getan, kann die Hologrammmusterschreibeinrichtung nur durch Lesen von in einer Speichereinrichtung gespeicherten Hologrammmusterdaten in den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp einzuschreiben. In anderen Worten, da der Aufwand zur Erzeugung eines Hologrammmusters aus dem gewünschten optischen Bild beseitigt werden kann, ist es möglich, Hologrammmuster in den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp in Videogeschwindigkeit einzuschreiben.
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Zusätzlich ist es bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung dieser Erfindung vorteilhaft, wenn die Hologrammmusterschreibeinrichtung eine Struktur hat, so dass ein zu einem korrigierten Bild, welches durch Modifikation des gewünschten optischen Bildes durch einen Faktor von 1/cosϕ in eine bestimmte Richtung erhalten wird, gehörendes Hologrammmuster auf den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp angezeigt wird, wenn das gewünschte optische Bild auf dem Ziel aufgestrahlt wird. Das in einem Einstrahlwinkel ϕ auf den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp eingestrahlte Leselicht wird anhand des Hologrammmusters phasenmoduliert und wird in Richtung des Ziels in einem Zustand reflektiert, in dem es die Bild-Hologrammmusterinformationen enthält. Dieses Leselicht, welches die Bild-Hologrammmusterinformationen enthält, wird verzerrt und mit einem Faktor von 1/cosϕ in eine bestimmte Richtung modifiziert. Jedoch kann, weil das Hologrammmuster selbst, welches die Informationsquelle der im Leselicht enthaltenen Bildinformationen ist, zu einem Hologrammmuster eines korrigierten Bildes, welches relativ zu dem gewünschten optischen Bild mit einem Faktor von 1/cosφ modifiziert wurde, gehört, der Verzerrungseffekt aufgehoben werden. Als Resultat wird das gewünschte optische Bild auf das Ziel aufgestrahlt.
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Weiterhin ist es bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung dieser Erfindung zusätzlich vorteilhaft, wenn die Hologrammmusterschreibeinrichtung eine auf dem Lichtpfad des Leselichtes von der Fourierlinse zu dem Ziel aufgestellte Maskiereinrichtung zum Ausschneiden von Licht nullter Ordnung besitzt. Das auf den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp aufgestrahlte Leselicht wird anhand des Hologrammmusters moduliert. Dann wird dieses phasenmodulierte Leselicht von einer Fourierlinse Fourier-transformiert. Daraufhin bilden das gewünschte optische Bild und das Licht nullter Ordnung ein Bild. Daraufhin wird, weil eine Maskiereinrichtung zum Ausschneiden von Licht nullter Ordnung auf dem Lichtpfad des Leselichtes von der Fourierlinse zu dem Ziel aufgestellt wurde, das Licht nullter Ordnung durch diese Maskiereinrichtung ausgeschnitten und nur das gewünschte optische Bild auf dem Ziel zur Bearbeitung aufgestrahlt.
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Weiterhin ist es bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung dieser Erfindung zusätzlich vorteilhaft, wenn die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung eine Bildlinse zum Abbilden des von der Fourierlinse Fourier-transformierten Leselichtes auf der dafür vorgesehenen Fläche des Ziels sowie eine auf dem Lichtpfad des Leselichtes von der Fourierlinse zu der Bildlinse aufgestellte Maskiereinrichtung zum Ausschneiden von Licht nullter Ordnung besitzt. Das auf den räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp aufgestrahlte Leselicht wird anhand des Hologrammmusters moduliert. Dann wird dieses phasenmodulierte Leselicht von einer Fourierlinse Fourier-transformiert, daraufhin bilden das gewünschte optische Bild und das Licht nullter Ordnung ein Bild. Daraufhin wird, nachdem das Licht nullter Ordnung durch diese Maskiereinrichtung ausgeschnitten wurde, nur das gewünschte optische Bild mit Hilfe der Bildlinse auf dem Ziel zur Bearbeitung aufgestrahlt.
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Weiterhin ist zusätzlich vorteilhaft, wenn eine Laserlichtbearbeitungsvorrichtung dieser Erfindung eine Objektpositionserkennungseinrichtung zur Erlangung von Positionsinformationen des Ziels beinhaltet, und die Hologrammmusterschreibeinrichtung eine Struktur besitzt, die die Erzeugung von an die Position des Ziels, basierend auf von den Objektpositionserkennungseinrichtungen erlangten Positionsinformationen des Ziels, gepassten Hologrammmuster ermöglicht. Wird dies getan, kann, selbst wenn sich die Position des Ziels, welches das zu bearbeitende Objekt ist, aus der dafür vorgesehenen Position verschoben hat, die Hologrammmusterschreibeinrichtung ein zu der Position des Ziels passendes Hologrammmuster, basierend auf von den Objektpositionserkennungseinrichtungen erlangten Positionsinformationen des Ziels, erzeugen. Somit ist eine genaue Bearbeitung ohne einen Einfluss durch die Bandbreite der Positionen der Probe möglich.
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Weiterhin ist zusätzlich vorteilhaft, wenn eine Laserlichtbearbeitungsvorrichtung dieser Erfindung eine physische Körperformerkennungseinrichtung zur Erlangung von dreidimensionalen Informationen des Ziels beinhaltet und die Hologrammmusterschreibeinrichtung eine Struktur besitzt, die die Erzeugung von an der Form des Ziels, basierend auf von den physischen Körperformerkennungseinrichtungen erlangten dreidimensionalen Informationen des Ziels, angepassten Hologrammmuster ermöglicht. Wird dies getan, so kann die Hologrammmusterschreibeinrichtung Hologrammmuster generieren, welche dreidimensionale Muster bilden, die sich an die Form des Ziels anpassen, basierend auf den von den physischen Körperformerkennungseinrichtungen erlangten dreidimensionalen Informationen. Als Resultat werden die Fälle eines verzerrten auf das Ziel aufgestrahlten Musters verringert und eine genauere Bearbeitung wird ermöglicht.
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Die vorliegende Erfindung wird besser anhand der detaillierten Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden. Diese werden nur zum Zweck der Erläuterung gezeigt und sollten nicht limitierend für die vorliegende Erfindung verstanden werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine Schnittansicht der Struktur eines in einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung enthaltenen räumlichen Lichtmodulators;
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3 ist ein Flussdiagramm welches die Methode zur Erzeugung von Hologrammmustern zeigt;
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4 ist eine schematische Ansicht, welches den Mechanismus zeigt, durch den das Leselicht, welches Hologrammmusterbildinformationen enthält, von dem räumlichen Lichtmodulator reflektiert und verzerrt wird;
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5A ist eine Ansicht des gewünschten optischen Bildes, welches auf das Ziel angestrahlt werden soll;
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5B ist eine Ansicht, welche einen verlängerten Zustand des optischen Bildes zeigt, welches in Längsrichtung verzerrt wurde, im Fall, dass das zu dem gewünschten optischen Bild gehörenden Hologrammmuster nicht in Längsrichtung um einen Faktor von 1/cosθ geändert wurde;
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6 ist ein Schaltdiagramm, welches ein Beispiel eines Aufbaus eines elektrischen Signalgenerators zum Schreiben zeigt, welcher in der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform enthalten ist;
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7 ist eine schematische Ansicht, welche den Aufbau der dritten Ausführungsform einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8A ist eine Ansicht der Oberfläche einer zu bearbeitenden Probe vor dem Aufbringen einer Maskierplatte für Licht nullter Ordnung;
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8B ist eine Ansicht der Oberfläche einer zu bearbeitenden Probe nach dem Aufbringen der Maskierplatte für Licht nullter Ordnung;
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9 ist die schematische Ansicht, welche den Aufbau der vierten Ausführungsform einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 ist die schematische Ansicht, welche den Aufbau der fünften Ausführungsform einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; sowie
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11 ist die schematische Ansicht, welche den Aufbau der sechsten Ausführungsform einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Bester Modus zur Ausführung der Erfindung
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Im Folgenden wird, bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen, die bevorzugten Ausführungsformen einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Es sei angemerkt, dass Elemente, die in den verschiedenen Figuren gleich sind, auch mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und wiederholende Beschreibungen weggelassen wurden.
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1 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der Figur gezeigt, beinhaltet die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 einen räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp (SLM) 20, eine Hologrammmusterschreibeinrichtung 40, eine Laserlichtstrahleinrichtung 50; eine Fourierlinse 60 und eine Bühne 110 zur Positionierung der Probe T.
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Der SLM 20 ist ein räumlicher Lichtmodulator vom Phasenverschiebungs-Typ, welcher einen parallel orientierten nematischen Flüssigkristall als lichtmodulierendes Material benutzt. Wie in 2 gezeigt, ist der SLM 20 mit einem Glassubstrat 22 versehen, welches mit einer AR-Schicht überzogen ist, um unnötige Reflektionen des Schreiblichtes auf der Oberfläche, auf die das Schreiblicht fällt, zu verhindern. Auf der Einstrahloberfläche und auf der Oberfläche der gegenüberliegenden Seite sind zwei Schichten laminiert: eine photoleitfähige Schicht 24 aus amorphem Silicium (a-Si), welche, über die transparente Elektrode 23 aus ITO (Indium-Zinn-Oxid), ihren Widerstand im Verhältnis zu der Intensität des einstrahlenden Lichtes ändert, und eine Spiegelschicht 25, welche aus einem dielektrischen Multischichtfilm gemacht ist. Zusätzlich ist der SLM 20 mit einem Glassubstrat 27 versehen, welches mit einer AR-Schicht 26 überzogen ist, ähnlich zu der Leselichteinstrahloberfläche. Genauso sind auf der Einstrahloberfläche und auf der Oberfläche der gegenüberliegenden Seite die transparenten Elektroden 28 aus ITO laminiert sowie auf der oben erwähnten Spiegelschicht 25 bzw. den transparenten Elektroden 28 die Orientierungsschichten 29 und 30 ausgeformt. Diese Schichten 29 und 30 sind einander gegenüberliegend und miteinander durch rahmenförmige Abstandhalter 31 verbunden. Der Zwischenraum zwischen den Abstandhaltern 31 ist mit nematischem Flüssigkristall gefüllt, welcher eine Flüssigkristallschicht bildet und eine Lichtmodulierungsschicht 32 darstellt. Durch diese Orientierungsschichten 29 und 30 sind die nematischen Flüssigkristalle in der Lichtmodulierungsschicht 32 entweder parallel oder senkrecht zu den Oberflächen der Orientierungsschichten 29 und 30 angeordnet. Dann wird der Treiber 33 zwischen den beiden transparenten Elektroden 23 und 28 verbunden, um eine spezifische Spannung anzulegen. Hier, wenn ein Fouriertransferhologramm benutzt wird, wie später erläutert wird, ist es notwendig, wenn der SLM 20 im Phasenmodulierungsmodus benutzt wird, die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle und die Polarisierungsrichtung des Leselichtes abzustimmen. Zum Beispiel, im Fall, dass das Leselicht mit der Polarisation P einstrahlt, ist es notwendig, die Flüssigkristalle in der Lichtmodulierungsschicht 32 parallel zu den Oberflächen der Orientierungsschichten 29 und 30 anzuordnen.
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Wie in 1 gezeigt, ist die Hologrammmusterschreibeinrichtung 40 auf der Seite des SLM 20 (welcher den oben beschriebenen Aufbau hat) angeordnet, in die das Schreiblicht eingestrahlt wird.
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Die Hologrammmusterschreibeinrichtung 40 beinhaltet eine Lichtquelle 41 zum Ausstrahlen von Schreiblicht, einen Flüssigkristallbildschirms vom Transmissionstyp 42, um ein Bild des Schreiblichtes anzuzeigen, ein elektrischer Signalgenerator zum Schreiben 43, um die Bildanzeige des Flüssigkristallbildschirm vom Transmissionstyp 42 zu kontrollieren, und eine Bildlinse 44, um auf der photoleitfähigen Schicht 24 des SLM 20 ein Bild aus dem im Schreiblicht enthaltenen Bildsignal auszuformen.
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Inzwischen ist auf der Seite des SLM 20, auf der das Leselicht eingestrahlt wird, eine Laserlichtprojektionseinrichtung 50 auf der Lichteinstrahlachse Li vorgesehen, welche zu der Normalachse Ln in der Normalebene dieser Einstrahloberfläche 20a um den Einstrahlwinkel θ (θ ≠ 0) geneigt ist. Es sei angemerkt, dass mit der „Normalebene” die Ebene gemeint ist, welche, wenn linear polarisiertes Licht auf einen Spiegel eingestrahlt und reflektiert wird, die Achse des eingestrahlten Lichtes, die Achse des reflektierten Lichtes und eine Linie senkrecht zum Spiegel, beinhaltet.
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Die Laserlichtprojektionseinrichtung 50 beinhaltet eine Laserlichtquelle 51 zur Abstrahlung von Leselicht, eine Linse 52 zur Vergrößerung des von der Laserlichtquelle 51 ausgestrahlten Leselichtes, und eine Kollimationslinse 53, um das vergrößerte Leselicht in kollimiertes Licht umzuwandeln.
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Zusätzlich ist die Fourierlinse 60 auf der Reflektionslichtachse Lr des Leselichtes angeordnet, welche zu der Normallinie Ln der Normalebene der angestrahlten Oberfläche 20a des SLM 20 um den Reflektionswinkel ϕ geneigt ist. Hier wird der Reflektionswinkel ϕ durch den Einstrahlwinkel θ bestimmt und tatsächlich sind sie identisch.
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Die Bühne 110 hat die Funktion, eine Positionierung so durchzuführen, dass die Oberfläche der zu bearbeitenden Probe T in die Position des durch die Fourierlinse 60 abgebildeteten Bildes kommt. Diese Bühne 110 kann z. B. etwas wie ein Förderer sein, welcher kontinuierlich eine Mehrzahl von Proben T anliefert.
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Die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 ist gemäß dieser Ausführungsform wie oben beschrieben angeordnet.
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In dieser Hinsicht, bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäss dieser Ausführungsform, hat die Struktur der Hologrammmusterschreibeinrichtung 40 und insbesondere die Struktur des elektrischen Signalgenerators zum Schreiben 43 besondere Charakteristika.
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Speziell, wird mit einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform das gewünschte optische Bild, welches auf die Probe T ausgestrahlt werden soll, nicht auf den SLM 20 „wie es ist” geschrieben. Stattdessen wird ein Hologrammmuster geschrieben, welches das gewünschte optische Bild reproduziert, wenn eine Fouriertransformation durch die Fourierlinse 60 durchgeführt wurde.
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Im Folgenden wird die Methode zur Erzeugung der Hologrammmuster des elektrischen Signalgenerators zum Schreiben 43 anhand des Flussdiagrammes von 3 beschrieben.
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Als eine Methode zur Erzeugung von Hologrammmustern zur Anzeige auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 kann die „wiederholtes Lernen”-Methode auf das Bild angewandt werden. Besonders, in dieser Ausführungsform, werden Hologrammmuster durch die „Simulierte Annealing”-Technik erzeugt, welche Teil der wiederholten Lernen-Methode ist.
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Um dies zu tun, wird der Fall einer Anzeige eines Hologrammmusters auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 mit n × n Pixeln betrachtet. Zuerst wird z. B. durch eine Zufallsfunktion festgelegt, dass die Dichtewerte aller der n × n Pixel zufällig sein sollen und dies wird als der Anfangszustand festgelegt (Schritt S1).
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Als nächstes wird der Dichtewert festgelegter Pixel verändert (Schritt S2) und beurteilt, ob das durch eine Fouriertransformation erhaltene Bild dieses Hologrammmusters näher an dem gewünschten optischen Bild ist oder nicht (Schritt S3).
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Dann, wenn das durch eine Fouriertransformation erhaltene Bild dem gewünschten optischen Bild näher gekommen ist, werden die Dichtewerte dieser Pixel übernommen. Selbst wenn es sich von dem gewünschten Bild entfernt hat, können diese Dichtewerte übernommen werden, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, aber wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, dann werden diese Dichtewerte nicht übernommen und die vorherigen Dichtewerte beibehalten.
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Dann wird festgestellt, ob dieser Entscheidungsvorgang für alle Dichtewerte der n × n Pixel durchgeführt wurde (Schritt S4). Dann, wenn dieser Entscheidungsvorgang noch nicht für alle Pixel beendet wurde, geht die Prozedur zurück zu Schritt S2, in dem der Entscheidungsvorgang über den Dichtewert für die nächsten Pixel durchgeführt wird. Wenn der Vorgang für alle Pixel durchgeführt wurde, wird beurteilt, ob es Pixel unter den n × n Pixel gibt, für die die geänderten Dichtewerte übernommen wurden (Schritt S5), und wenn einer dieser Pixel übernommen wurde, kehrt die Prozedur zu Schritt S2 zurück. Auf der anderen Seite ist, wenn keine Pixel geändert wurden, die Dichtewertebestimmung beendet und das so erhaltene Muster wird auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 als das optimale Hologrammmuster angezeigt.
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Der elektrische Signalgenerator zum Schreiben 43 erhält so ein zu dem gewünschten optischen Bild gehörendes Hologrammmuster und bildet es auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 ab. Alternativ dazu kann der elektrische Signalgenerator zum Schreiben 43 auch zu dem gewünschten optischen Bild gehörende Hologrammmusterdaten erhalten, die vorher angefertigt und in einer Speichereinrichtung wie ein Speicher gespeichert wurden, und auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 abbilden. Auf diese Weise kann der elektrische Signalgenerator zum Schreiben 43 Hologrammmuster nur durch Lesen von in einer Speichereinrichtung gespeicherten Hologrammmusterdaten auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 anzeigen. In anderen Worten, da der Aufwand zur Erzeugung eines Hologrammmusters aus dem gewünschten optischen Bild beseitigt werden kann, ist es möglich, Hologrammmuster in dem räumlichen Lichtmodulator vom Reflektionstyp 20 in Videogeschwindigkeit zu schreiben.
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Im Folgenden wird nun der Betrieb der oben angeführten Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 beschrieben.
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Zuerst wird die Positionierung der Probe T durch die Bühne 110 vorgenommen. Dann wird das optische Bild, welches tatsächlich auf der Probe T ausgestrahlt und so bearbeitet werden soll, in den elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 eingegeben. Daraufhin wird das zu diesem gewünschten Bild zugehörige Hologrammmuster in dem elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 erhalten und das Hologrammmuster auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 abgebildet.
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Daraufhin wird auf der Schreiblichtseite das Schreiblicht von der Lichtquelle 41 in Richtung des Flüssigkristallbildschirms 42 ausgestrahlt. Woraufhin, wenn das Schreiblicht den Flüssigkristallbildschirm 42 passiert, die Bildinformation des Hologrammmusters hineingeschrieben wird. Das Schreiblicht, welches diese Bildinformationen enthält, zeigt mit Hilfe der Bildlinse 44 ein Bild auf der photoleitfähigen Schicht 24 des SLM 20. Dort wird eine Wechselstromspannung von wenigen Volt zwischen den transparenten Elektroden 23 und 28 des SLM 20 mit Hilfe des Treibers 33 angelegt. Gemäß des auf der photoleitfähigen Schicht 24 gezeigten Bildes ändert sich die elektrische Impedanz der photoleitfähigen Schicht 24, abhängig von der Pixelposition. Als Resultat werden sich die Partialspannungen der an die Lichtmodulierschicht angelegten Spannungen je nach Pixelposition ändern.
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Inzwischen wird linear polarisiertes Schreiblicht von der Laserlichtquelle 51 ausgestrahlt, wobei das Schreiblicht in kollimiertes Licht durch die Linse 52 und die Kollimierlinse 53 umgewandelt wurde. Zu dieser Zeit wird das Licht auf die Lichtmodulierschicht 32 des SLM 20 als P polarisiertes Licht eingestrahlt. Wie oben erklärt, verändert sich in der Lichtmodulierschicht 32 die Partialspannung der angelegten Spannung je nach Pixelposition und die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle wird sich abhängig von der Partialspannung ändern. Hier ändert sich die Orientierungsrichtung der Flüssigkristallmoleküle innerhalb der Normalebene. Als Ergebnis ändert sich der Brechungskoeffizient der Lichtmodulierschicht 32 je nach der Pixelposition. Das Schreiblicht, welches auf die Lichtmodulierschicht 32 einstrahlt, wird je nach dieser Änderung des Brechungskoeffizienten phasenmoduliert und wird von der Spiegelschicht 25 reflektiert und von der Oberfläche 20a wieder ausgesandt.
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Dann kann, durch Fouriertransformation des phasenmodulierten Schreiblichtes durch die Fourierlinse 60 und die Abbildung desselben, das gewünschte optische Bild auf Probe T aufgestrahlt werden.
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Als Ergebnis werden die Teile der Probenoberfläche, auf die das Laserlicht auftrifft, verdampft oder durch die Hitze geändert und die Probe somit in gewünschter Weise bearbeitet.
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Wie oben erläutert, schreibt die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform Hologrammmuster in den SLM 20 durch die Hologrammmusterschreibeinrichtung 40. Das gewünschte optische Bild wird durch Fouriertransformation des Schreiblichtes, welches anhand dieses Hologrammmusters phasenmoduliert wurde, mit Hilfe der Fourierlinse 60 erhalten. Die Bearbeitung kann dann durch Aufstrahlung dieses Bildes auf das Ziel geschehen. Auf diese Weise, durch Zuhilfenahme einer Fouriertransformation, kann die Ausnutzungseffizienz des Schreiblichtes verbessert werden. Da der SLM 20 einen Reflektionstyp-Aufbau hat, gibt es keine Beschränkungen des Schreiblichtes aufgrund Bildelementelektroden oder -drahten wie in dem Fall von transparenten Typen, und es besteht keine Gefahr, dass die Ausnutzungseffizienz des Schreiblichtes verringert wird. Als Ergebnis kann die Intensität des von der Laserlichtquelle 51 ausgestrahlten Schreiblichtes verringert werden, welches somit die Miniaturisierung der Laserlichtquelle 51, und davon ausgehend, der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 selbst erlaubt.
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Zusätzlich, mit dieser Laserlichtbearbeitungsvorrichtung
10, ist es das Ziel, keine Interferenz zwischen 0. Ordnung-Lichtkomponenten und anderen Lichtkomponenten an der Fourierebene zu verursachen und somit den Kontrast zu erhöhen, wie in der als Stand der Technik erwähnten japanischen Patentanmeldung
JP H10-186283 A offengelegten Technologie. Somit gibt es keine Beschränkungen auf den Arbeitszyklus und es gibt keine Gefahr der Beschränkung des Freiheitsgrades der zu verarbeitenden Muster.
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Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4, 5A, 5B und 6 beschrieben. Es sei angemerkt, dass Elemente, die mit Elementen in der zuvor beschriebenen Ausführungsform gleich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und wiederholende Beschreibungen weggelassen wurden.
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Die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform hat dieselbe Grundstruktur wie die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der zuvor unter Be Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschriebenen ersten Ausführungsform. Jedoch sind die Strukturen der Hologrammmusterschreibeinrichtung 40, und speziell die des elektrischen Signalgenerators zum Schreiben 43 verschieden von der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der zuvor erwähnten ersten Ausführungsform.
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In anderen Worten, mit der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der zuvor erwähnten ersten Ausführungsform wird das Schreiblicht auf den SLM vom Reflektionstyp 20 diagonal, in einem Eintrittswinkel θ relativ zu der Einstrahloberfläche 20a aufgestrahlt. Durch Verschiebung der Lichtachsen des Schreiblichtes und des modulierten Lichtes kann moduliertes Licht erhalten werden und so wird, indem kein Halbspiegel mehr benutzt wird, eine Verringerung der Lichtausnutzungseffizienz vermieden. Jedoch, indem das Schreiblicht auf die Einstrahloberfläche 20a des SLM 20 in einem Winkel eingestrahlt wird, wird die Größe des auf die Probe T projezierten optischen Bildes zu groß im Vergleich zu der gewählten Größe, und es besteht die Gefahr, dass sich das Bild über die Fläche, die bestrahlt werden sollte, erstreckt. Bei Laserlichtbearbeitungsvorrichtungen ist es insbesondere notwendig, das optische Bild einer spezifischen Größe präzise auf den ausgewählten Ort zu projizieren und so die Bearbeitung durchzuführen, somit ist es auf diesem Gebiet ein großes Problem, wenn das optische Bild über die gewählten Grenzen überhängt.
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Um damit umzugehen, haben die Erfinder ausführlich das „optische Bildüberhang”-Problem studiert, welches auftritt, wenn das Schreiblicht diagonal auf den SLM 20 eingestrahlt wird. Als Ergebnis haben sie entdeckt, dass die Verzerrung des auf die Probe T aufgestrahlten optischen Bildes mit dem Schreiblichteinstrahlwinkel θ in Zusammenhang steht.
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In anderen Worten, wie in 4 gezeigt, wird das Schreiblicht auf den SLM in einem spezifischen Einstrahlwinkel θ eingestrahlt, und wenn es durch das Hologrammmuster phasenmoduliert und reflektiert wird, wird dieses modulierte Licht in Längsrichtung um einen Faktor cosθ geändert. In anderen Worten, wenn die Weite des auf dem SLM 20 angezeigten Hologrammmusters z. B. A ist, dann wird das Schreiblicht, welches Hologrammmusterinformationen enthält, in Längsrichtung verzerrt und seine Länge wird Acosθ. Somit wurde es klar, dass das durch Fouriertransformation dieses durch einen Faktor cosθ modifizierten modulierten Lichtes erhaltene optische Bild, wie in 5B gezeigt, in Längsrichtung je nach dem Einstrahlwinkel θ gestreckt ist, verglichen mit dem in 5A gezeigten gewünschten optischen Bild.
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Um das optische Bild präzise auf die Probe T einzustrahlen und den Verzerrungseffekt zu verhindern, wird in einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform die Struktur der Hologrammmusterschreibeinrichtung 40 und insbesondere die des elektrischen Signalgenerators zum Schreiben 43 verbessert.
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In anderen Worten, der elektrischer Signalgenerator zum Schreiben 43 hat eine Struktur, welche ein korrektes Bild erzeugt, bestehend aus dem zurzeitig auf der Probe T projezierten optischen Bild modifiziert mit einem Faktor 1/cosθ in Längsrichtung, und erlaubt, ein zu diesem korrigierten Bild zugehöriges Hologrammmuster zu erhalten und auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 anzuzeigen. Somit, wenn die Breite des optischen Bildes, von dem tatsächlich gewünscht ist, dass es auf die Probe T projeziert werden soll, als B festgesetzt ist, hat der elektrische Signalgenerator zum Schreiben 43 eine Struktur, die ein korrigiertes Bild mit der Breite B/cosθ erzeugt, und erlaubt, ein zu diesem korrigiertem Bild zugehöriges Hologrammmuster zu finden und auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 anzuzeigen.
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Ein Beispiel eines Aufbaus eines elektrischen Signalgenerators zum Schreiben 43 zur Erzeugung dieses Hologrammmusters ist im Schaltdiagramm von 6 angezeigt. Wie in der Figur gezeigt, wird das optische Bild durch Eingabe von Informationen über das optische Bild, welches tatsächlich auf der Probe T projiziert werden soll, in den elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 in dem ersten Rechner 43a erzeugt. Danach wird ein korrigiertes Bild mit der mit dem Faktor 1/cosθ modifizierten Breite dieses optischen Bildes durch den Multiplikationsrechner 43b erzeugt. Danach wird ein zu dem korrigierten Bild zugehöriges Hologrammmuster durch den zweiten Rechner 43c gefunden und das Resultat auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 angezeigt.
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Es ist für den elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 akzeptabel, das zu dem gewünschten optischen Bild zugehörige Hologrammmuster jedesmal durch Berechnungen zu finden, es ist aber genauso akzeptabel, wenn der elektrische Signalgenerator zum Schreiben 43 zu dem gewünschten optischen Bild gehörende Hologrammmusterdaten erhält, die vorher (unter Berücksichtigung der Verzerrung) angefertigt und in einer Speichereinrichtung wie ein Speicher gespeichert wurden, und auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 abbildet. Auf diese Weise kann der elektrische Signalgenerator zum Schreiben 43 ein Hologrammmuster nur durch Lesen von in einer Speichereinrichtung gespeicherten Hologrammmusterdaten auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 anzeigen. In anderen Worten, da der Aufwand zur Erzeugung eines Hologrammmusters aus dem gewünschten optischen Bild beseitigt werden kann, ist es möglich, Hologrammmuster in dem SLM 20 in Videogeschwindigkeit zu schreiben.
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Auf diese Weise hat, bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 dieser Ausführungsform, die Hologrammmusterschreibeinrichtung 40 eine Struktur, welche das Schreiben von einem korrigierten Bild, welches aus dem gewünschten optischen Bild modifiziert mit einem Faktor von 1/cosθ in Längsrichtung besteht, zugeordneten Hologrammmustern in den SLM 20 erlaubt, wann immer das gewünschte optische Bild auf die Probe T aufgestrahlt werden soll.
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Als Konsequenz wird, selbst wenn das Leselicht, welches die Bild-Hologrammmusterinformationen enthält, reflektiert vom SLM 20, verzerrt wird und somit durch einen Faktor cosθ in Längsrichtung modifiziert wird, weil das Hologrammmuster selbst zu einem korrigierten optischen Bild gehört, welches das gewünschte Bild modifiziert mit einem Faktor 1/cosθ in Längsrichtung ist, als Ergebnis der Verzerrungseffekt aufgehoben. Als ein Ergebnis kann durch Fouriertransformation des Leselichtes, welche die Bild-Hologrammmusterinformationen enthält, mit Hilfe der Fourierlinse 60 und Aufstrahlen des Lichtes das gewünschte optische Bild präzise in eine genaue Position auf der Probe T aufgestrahlt werden.
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Da Überlegungen für den Fall des Einstrahlens von Leselicht in einem spezifischen Einstrahlwinkel θ innerhalb der Normalebene angestellt wurden, waren innerhalb dieser Ausführungsform die in den SLM 20 eingestrahlten Hologrammmuster solche, die zu einem korrigierten Bild gehörten, welches das gewünschte optische Bild mit einer Modifikation von 1/cosθ in Längsrichtung, aber ohne Modifikation in Querrichtung darstellte. Im Kontrast dazu, wird im Fall, dass das Leselicht in einem wählbaren Winkel zu der Einstrahlfläche 20a eingestrahlt wird, die Einstrahlrichtung des Leselichtes in eine Längsrichtung und Querrichtung aufgeteilt, mit einem Einstrahlwinkel α in Längsrichtung und β in Querrichtung. Dann ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Signalgenerator zum Schreiben 43 eine Struktur besitzt, dass Hologrammmuster in den SLM 20 geschrieben werden können, die zu einem korrigierten Bild gehören, welches das gewünschte optische Bild modifiziert mit einem Faktor 1/cosα in Längs- und 1/cosβ in Querrichtung darstellt. Wenn dies getan wird, wird es möglich, das gewünschte Bild auf die vorgesehene Stelle der Probe T mit guter Präzision zu projizieren, egal aus welcher Richtung das Leselicht auf die Einstrahloberfläche des SLM 20 eingestrahlt wird.
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Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung unter Bezugnahme auf die 7, 8A und 8B beschrieben. Es sei angemerkt, dass Elemente, die mit Elementen in der zuvor beschriebenen Ausführungsform gleich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und wiederholende Beschreibungen weggelassen wurden.
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Mit einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform wird moduliertes Licht, welches durch in den SLM 20 eingeschriebene Hologrammmuster phasenmoduliert wurde, durch die Fourierlinse 60 Fourier-transformiert und in das gewünschte optische Bild abgebildet, welches dann auf die Probe T aufgestrahlt wird. Jedoch, wenn moduliertes Licht, welches durch Hologrammmuster phasenmoduliert wurde, Fourier-transformiert wird, erscheint Licht nullter Ordnung in der Fourierebene. Somit wird zusätzlich zum gewünschten Muster Licht nullter Ordnung auf das zu bearbeitende Ziel T aufgestrahlt und somit besteht die Gefahr, dass unerwünschte Regionen des Ziels zur selben Zeit bearbeitet werden.
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Um damit umzugehen, ist die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer im Lichtpfad von der Fourierlinse 60 zur Probe T angeordneten Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 versehen ist, um Licht nullter Ordnung auszuschalten. Mit anderen Worten, bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, ist die Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 direkt vor der Probe T im Lichtpfad des Leselichts von der Fourierlinse 60 zur Probe T angeordnet, um Licht nullter Ordnung auszuschalten, welches aus der Fouriertransformation des phasenmodulierten Leselichtes resultiert. Weil, wie in 8a gezeigt, das Licht nullter Ordnung 72 an bestimmten Positionen auf der Fläche der zu bearbeitenden Probe T auftritt, ist die Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 so angeordnet und gesichert, wie in 8B zu sehen, dass nur Licht nullter Ordnung 72 ausgeschnitten wird, ohne das gewünschte Bild 74 zu stören.
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Es sei angemerkt, dass das Material und die Struktur der Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 frei gewählt werden können, solange diese in der Lage sind, Licht nullter Ordnung auszuschneiden. Zum Beispiel kann die Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 aus einer Metallplatte oder aus einer Glasplatte mit aufgedampftem Metallüberzug etc. bestehen.
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Weil die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform eine auf diese Weise im Lichtpfad des Leselichts von der Fourierlinse 60 zur Probe T angeordnete Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 umfasst, um Licht nullter Ordnung auszuschalten, kann das Licht nullter Ordnung, welches aus der Fouriertransformation des durch den SLM 20 phasenmodulierten Leselichtes resultiert, ausgeschnitten werden. Somit wird nur das gewünschte optische Bild auf die Probe T aufgestrahlt und die Bearbeitung ungewünschter Regionen durch Licht nullter Ordnung kann verhindert werden.
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Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Es sei angemerkt, dass Elemente, die mit Elementen in der zuvor beschriebenen Ausführungsform gleich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und wiederholende Beschreibungen weggelassen wurden.
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Eine Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich von der der dritten Ausführungsform dadurch, dass sie eine Bildlinse 80 zum Abbilden des Leselichts, welches durch die Fourierlinse 60 Fourier-transformiert wurde, auf einer dafür vorgesehenen Oberfläche der Probe T sowie eine auf dem Lichtpfad von der Fourierlinse 60 zur Bildlinse 80 angeordnete Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 zum Ausschneiden von Licht nullter Ordnung besitzt.
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Mit anderen Worten wurde bei der dritten Ausführungsform das Leselicht durch die Fourierlinse 60 Fourier-transformiert und ein Bild und das Licht nullter Ordnung wurde direkt auf der Fläche der anhand des gewünschten optischen Bildes zu bearbeitenden Probe T abgebildet, und dieses Licht nullter Ordnung wurde durch die Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 mit einer Position direkt vor der Probe T ausgeschnitten. Im Gegensatz dazu wird bei dieser Ausführungsform zuerst das von der Fourierlinse 60 Fouriertransformierte Leselicht abgebildet und Licht nullter Ordnung durch die Maskierplatte 70 ausgeschnitten. Danach wird mit Hilfe der Bildlinse 80 nur das gewünschte optische Bild auf der zu bearbeitenden Probe T aufgestrahlt. Da das Licht nullter Ordnung bei einer spezifischen Position auftritt, ist es vorteilhaft, die Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 im Brennpunkt des von der Fourierlinse 60 Fourier-transformierten Leselichtes anzuordnen. Es ist genauso vorteilhaft, sie vorher so anzuordnen, dass nur die Regionen, wo Licht nullter Ordnung auftritt, ausgeschnitten werden und dort zu sichern.
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Die Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform ist in dieser Weise mit einer Bildlinse 80 ausgestattet, um das von der Fourierlinse 60 Fouriertransformierte Leselicht auf der dafür vorgesehenen Oberfläche der Probe T abzubilden. Weil die Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 im Lichtpfad von der Fourierlinse 60 zur Bildlinse 80 angeordnet ist, kann das aus der Fouriertransformation des durch den SLM 20 phasenmodulierten Leselichtes resultierende Licht Nullter Ordnung ausgeschnitten und nur das gewünschte optische Bild auf der zu bearbeitenden Probe T aufgestrahlt werden. Somit kann die Gefahr der Bearbeitung ungewünschter Regionen aufgrund von Licht Nullter Ordnung verhindert werden
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Speziell bei dieser Ausführungsform kann, weil die Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 im Lichtpfad von der Fourierlinse 60 zur Bildlinse 80 angeordnet und dort gesichert ist, die Arbeit zum Aufstellen der Vorrichtung 10 gegenüber dem Fall, wenn die Maskierplatte für Licht nullter Ordnung genau vor der Probe T aufgestellt und gesichert werden muss, vereinfacht werden.
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Im Folgenden wird eine fünfte Ausführungsform der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Es sei angemerkt, dass Elemente, die mit Elementen in der zuvor beschriebenen Ausführungsform gleich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und wiederholende Beschreibungen weggelassen wurden.
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Bei den Laserlichtbearbeitungsvorrichtungen gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, wenn ein gewünschtes Muster auf der Fläche der zu bearbeitenden Probe T, welche sich in der gewünschten Position befand, ausgebildet wurde. Jedoch wird es nicht immer der Fall sein, dass die eingestellte Position der Probe T fixiert ist. Im Fall, dass sich die Position der Probe T von der gewünschten Position verschiebt, besteht die Gefahr, dass, wenn ein Muster in der Annahme, dass sich die Probe T in der gewünschten Position befindet, aufgestrahlt wird, das Muster auf der Fläche der Probe T vergrößert, verkleinert, verzerrt, etc. sein kann und sich somit die Präzision der Maschine verringert.
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Bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform wird, diese Probleme im Blick, zusätzlich eine Objektpositionserkennungseinrichtung vorgesehen, um Positionsinformationen der Probe T zu gewinnen, wie in 10 gezeigt. Diese Objektpositionserkennungseinrichtung ist intern mit einer Laserentfernungsmessungseinrichtung 90 ausgestattet, welche ein Photoemittierelement 92 wie eine Halbleiterdiode und ein Photoakzeptorelement 94 wie eine Photodiode etc. besitzt. Diese Laserentfernungsmessungseinrichtung 90 sendet einen Laserstrahl vom Photoemittierelement 92 zum Ziel T und misst, nachdem der reflektierte Strahl vom Photoakzeptorelement 94 empfangen wurde, die Position (Abstand) des Ziels. Diese Laserentfernungsmessungseinrichtung 90 ist mit dem elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 verbunden.
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Bei dieser Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 wird die von der Laserentfernungsmessungseinrichtung 90 gemessene Positionsinformation des Ziels T an den elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 gesendet. Dann wird das optische Bild, welches auf die Probe T aufgestrahlt werden soll, in den elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 eingegeben. Daraufhin wird das zu diesem optischen Bild auf der Basis der Position der Probe T gehörende Hologrammmuster durch den elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 gefunden und das Hologrammmuster auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 angezeigt.
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Als nächstes wird nach der Ausstrahlung des Schreiblichtes von der Lichtquelle 41, welche sich auf der Schreiblichtseite befindet, zum Flüssigkristallbildschirm 42 die Bild-Hologrammmusterinformationen in das Schreiblicht eingeschrieben, wenn es den Flüssigkristallbildschirm passiert. Das Schreiblicht, welches die Bildinformationen besitzt, formt ein Bild auf der photoleitfähigen Schicht 24 des SLM 20 mit Hilfe der Bildlinse 44.
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Inzwischen wird linear polarisiertes Schreiblicht von der Laserlichtquelle 51 ausgestrahlt, wobei das Schreiblicht in kollimiertes Licht durch die Linse 52 und die Kollimierlinse 53 umgewandelt wurde. Zu dieser Zeit wird das Licht auf die Lichtmodulierschicht 32 des SLM 20 als P polarisiertes Licht eingestrahlt. Das Schreiblicht, welches auf die Lichtmodulierschicht 32 einstrahlt, wird durch das Hologrammmuster phasenmoduliert von der Spiegelschicht 25 reflektiert und von der Oberfläche wieder ausgesandt.
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Dann, durch Abbildung dieses phasenmodulierten Schreiblichtes durch Fouriertransformation bei der Fourierlinse 60, wird das gewünschte optische Bild, an die Position der Probe T angepasst, auf die Probe T aufgestrahlt. Als Ergebnis werden die Teile der Probenoberfläche, auf die das Laserlicht auftrifft, verdampft oder durch die Hitze geändert und die Probe somit in gewünschter Weise bearbeitet.
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Da eine Objektpositionserkennungseinrichtung zur Erlangung von Positionsinformationen der Probe T vorgesehen ist, wird es mit einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 dieser Ausführungsform möglich, an die Position der Probe T angepasste Muster zu generieren. Somit ist eine genaue Bearbeitung ohne einen Einfluss durch die Bandbreite der Positionen der Probe T möglich.
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Im Folgenden wird eine sechste Ausführungsform der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. Es sei angemerkt, dass Elemente, die mit Elementen in der zuvor beschriebenen Ausführungsform gleich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden und wiederholende Beschreibungen weggelassen wurden.
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Bei den Laserlichtbearbeitungsvorrichtungen gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform wurde der Fall beschrieben, dass die Fläche der zu bearbeitenden Probe T flach ist, jedoch wird es nicht immer der Fall sein, dass die Fläche der zu bearbeitenden Probe T flach ist. Im Fall, dass ein Muster auf eine dreidimensionale Fläche der zu bearbeitenden Probe T unter der Annahme aufgestrahlt wird, dass die Oberfläche flach ist, existiert die Gefahr, dass das Muster aufgrund der Tiefen und Höhen der Fläche der zu bearbeitenden Probe T verzerrt wird und dies in verringerter Präzision der Maschine resultiert.
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Bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform wird, diese Probleme im Blick, zusätzlich eine physische Körperformerkennungseinrichtung vorgesehen, um dreidimensionale Informationen über die Probe T zu gewinnen, wie in 11 gezeigt. Diese physische Körperformerkennungseinrichtung ist mit zwei Bilderfassungsvorrichtungen 100 und 102 ausgestattet, die jeweils Bilder der Probe T erfassen können. Diese Bilderfassungsvorrichtungen 100 und 102 sind im wesentlichen symmetrisch zur Lichtachse von der Bildlinse 80 zur Probe T aufgestellt und beide mit dem elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 verbunden.
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Bei dieser Laserlichtbearbeitungsvorrichtung 10 werden die von den Bilderfassungsvorrichtungen 100 und 102 erfassten Stereobilder der Probe T jeweils an den elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 gesendet. Dann wird der Zusammenhang zwischen Pixeln der beiden von dem Paar der Bilderfassungsvorrichtungen 100 und 102 erfassten Bildern gefunden und die Menge an Pixelverschiebungen zusammenhängender Punkte (das ist die Parallax) berechnet und, durch Dreiecksaufnahme die Distanz zum Ziel berechnet. Dadurch können dreidimensionale Informationen, wie Höhen und Tiefen für die Probe T berechnet werden und somit die Kenntnis der dreidimensionalen Form der Probe T erreicht werden. Es sei angemerkt, dass mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform die Bilderfassungsvorrichtungen 100 und 102, weil sie als Körperformerkennungseinrichtungen agieren, auch Positionsinformationen über das Ziel T erhalten können und somit auch als Objektpositionserkennungseinrichtungen fungieren können.
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Dann wird, indem das optische Bild, welches auf die Probe T aufgestrahlt werden soll, in den elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 eingegeben wird, daraufhin das zu diesem optischen Bild auf der Basis der dreidimensionalen Form der Probe T gehörende Hologrammmuster durch den elektrischen Signalgenerator zum Schreiben 43 gefunden und das Hologrammmuster auf dem Flüssigkristallbildschirm 42 angezeigt.
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Als nächstes wird nach der Ausstrahlung des Schreiblichtes von der Lichtquelle 41, welche sich auf der Schreiblichtseite befindet, zum Flüssigkristallbildschirm 42 die Bild-Hologrammmusterinformationen in das Schreiblicht eingeschrieben, wenn es den Flüssigkristallbildschirm passiert. Das Schreiblicht, welches die Bildinformationen besitzt, formt ein Bild auf der photoleitfähigen Schicht 24 des SLM 20 mit Hilfe der Bildlinse 44.
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Inzwischen wird linear polarisiertes Schreiblicht von der Laserlichtquelle 51 ausgestrahlt, wobei das Schreiblicht in kollimiertes Licht durch die Linse 52 und die Kollimierlinse 53 umgewandelt wurde. Zu dieser Zeit wird das Licht auf die Lichtmodulierschicht 32 des SLM 20 als P polarisiertes Licht eingestrahlt. Das Schreiblicht, welches auf die Lichtmodulierschicht 32 einstrahlt, wird durch das Hologrammmuster phasenmoduliert von der Spiegelschicht 25 reflektiert und von der Oberfläche wieder ausgesandt.
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Dann, nachdem dieses phasenmodulierte Licht durch die Fourierlinse 60 Fouriertransformiert wird und Licht nullter Ordnung durch die Maskierplatte für Licht nullter Ordnung 70 ausgeschnitten wurde, wird das gewünschte optische Bild durch die Bildlinse 80 abgebildet. Dadurch wird das gewünschte optische Bild auf die dreidimensionale Oberfläche der Probe T angepasst an die Form der Probe T aufgestrahlt. Als Ergebnis werden die Teile der Probenoberfläche, auf die das Laserlicht auftrifft, verdampft oder durch die Hitze geändert und die Probe somit in gewünschter Weise bearbeitet.
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Da sie mit einer physische Körperformerkennungseinrichtung zur Erlangung von dreidimensionalen Informationen über die Probe T vorgesehen ist, wird es mit einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung
10 dieser Ausführungsform möglich, ein an die Form der Probe T angepasstes Muster zu generieren und Verzerrungen des aufgestrahlten Musters auf der Oberfläche der Probe T zu vermeiden und es somit möglich zu machen, jedwede Verminderung der Maschinenpräzision zu vermeiden. Es sei angemerkt, dass zur Aufstrahlung des gewünschten Musters auf die zu bearbeitende Probe T mit einer dreidimensionalen Form, die in der Patentanmeldung
JP H11-6981 A offengelegte Technik benutzt werden kann.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Mit einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der Ausnutzungseffizienz des Leselichts zu erwarten. Somit ist eine Miniaturisierung der Laserlichtstrahleinrichtung und der Laserlichtbearbeitungsvorrichtung selbst möglich. Zusätzlich ist bei einer Laserlichtbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgrund der hohen Freiheitsgrade in bezug auf die zu bearbeitenden Muster möglich, Ziele mit einer großen Bandbreite an Mustern zu bearbeiten.
