JP2002321080A - レーザ微細加工用オートフォーカス装置 - Google Patents

レーザ微細加工用オートフォーカス装置

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JP2002321080A
JP2002321080A JP2001125851A JP2001125851A JP2002321080A JP 2002321080 A JP2002321080 A JP 2002321080A JP 2001125851 A JP2001125851 A JP 2001125851A JP 2001125851 A JP2001125851 A JP 2001125851A JP 2002321080 A JP2002321080 A JP 2002321080A
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JP2001125851A
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English (en)
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Egideiyusu Vanagas
エギディユス ヴァナガス
Igor Kudryashov
イゴーリ クドュリヤショフ
Masaji Suruga
正次 駿河
Shinya Koshihara
伸也 腰原
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TOKYO INSTR Inc
Kanagawa Academy of Science and Technology
Tokyo Instruments Inc
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TOKYO INSTR Inc
Kanagawa Academy of Science and Technology
Tokyo Instruments Inc
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046Automatically focusing the laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザによる微細加工において、加工用レー
ザ光束の焦点を試料における加工位置に対して正確に一
致させることができるようにし、レーザ加工の精度を向
上させる。 【解決手段】 加工用レーザ光束1を対物レンズ2によ
り試料3に対して集光して照射するレーザ加工光学系4
と、測定用レーザ光束9を対物レンズ2により試料3に
対して集光して照射し反射光をディテクタ10により検
出する共焦点光学系11とを備える。試料3をXYZス
テージ24により移動操作し、試料3上の各点につい
て、ディテクタ10の出力が極大となる位置を合焦位置
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ加工光学系
を用いたレーザ微細加工(マイクロマシン)において、
合焦位置を検出するためのレーザ微細加工用オートフォ
ーカス装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザ加工光学系を用いたレーザ
微細加工(マイクロマシン)が提案されている。このレ
ーザ加工光学系は、例えば、フェムト秒チタンサファイ
アレーザなどからの出射光束を加工用レーザ光束として
用い、この加工用レーザ光束を対物レンズを介して試料
上に集光して照射し、この試料に対するレーザ加工を行
うように構成されている。このレーザ加工によって、試
料に対して、極めて微細な孔開け加工などを行うことが
できる。試料としては、ガラス板などを用いる。
【0003】このようなレーザ加工を正確に行うには、
加工用レーザ光束の焦点を試料における所定の加工位置
に対して正確に一致させる必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
なレーザ加工光学系を用いたレーザ微細加工(マイクロ
マシン)においては、加工用レーザ光束の焦点を試料に
おける加工位置に対して正確に一致させることが困難で
あり、このことがレーザ加工の精度の向上を困難として
いる。
【0005】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、加工用レーザ光束の焦点を試料
における加工位置に対して正確に一致させることがで
き、レーザ加工の精度を向上させることができるレーザ
微細加工用オートフォーカス装置を提供しようとするも
のである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係るレーザ微細加工用オートフォーカス装
置は、加工用レーザ光束を対物レンズを介して集光し試
料に対して照射することにより該試料に対する微細加工
を行うレーザ加工光学系と、測定用レーザ光束を対物レ
ンズを介して試料上に集光させこの測定用レーザ光束の
該試料により反射、または、散乱された光束を結像させ
この結像光を反射光量測定手段により検出する共焦点光
学系と、試料を対物レンズの光軸に対して垂直な平面内
において移動操作する移動操作手段と、対物レンズと試
料との相対距離を調整する焦点調節手段と、移動操作手
段の動作を制御するとともに共焦点光学系における反射
光量測定手段による反射光量の測定結果に基づきこの反
射光量が極大となる位置に焦点調節手段の動作を制御し
て合焦位置を検索する制御回路部とを備えている。
【0007】そして、本発明は、このレーザ微細加工用
オートフォーカス装置において、制御回路部は、試料上
の平面上の任意の三点について合焦位置を検索し、この
三点についての合焦位置に基づいて、該三点により決定
される平面上の任意の点についての合焦位置を算出し、
レーザ加工光学系は、制御回路部により算出された合焦
位置に基づいて、試料に対する加工を行うことを特徴と
するものである。
【0008】また、本発明は、上述のレーザ微細加工用
オートフォーカス装置において、制御回路部は、試料の
複数箇所に対して微細加工を行うに際し、次にレーザ光
学系による加工を行おうとする箇所について合焦位置を
検索した後に、検索された合焦位置に基づいて当該箇所
に対する加工を行うことを繰り返すことによって、複数
箇所に対する微細加工を行うことを特徴とするものであ
る。
【0009】さらに、本発明は、上述のレーザ微細加工
用オートフォーカス装置において、制御回路部は、試料
の複数箇所に対して微細加工を行うに際し、レーザ光学
系による加工を行おうとする全ての箇所について合焦位
置を検索し、この検索結果を記憶し、記憶された複数箇
所についての合焦位置に基づいて、複数箇所に対する加
工を順次行うことを特徴とするものである。
【0010】そして、本発明は、上述のレーザ微細加工
用オートフォーカス装置において、試料における各加工
箇所ごとに合焦位置を記憶しておき、複数箇所について
の加工の終了後に、各加工箇所に対応されて記憶された
合焦位置に基づいて、共焦点光学系により、該各加工箇
所ごとの加工状態の検証を行うこととしたものである。
【0011】そして、本発明は、上述のレーザ微細加工
用オートフォーカス装置において、共焦点光学系は、測
定用レーザ光源からの光束を集光させる集光手段と、こ
の集光手段による該光束の集光点上に配置されるピンホ
ールを有する第1のピンホールマスクと、この第1のピ
ンホールマスクのピンホール内を通過して拡散する光束
を試料上に集光させる対物レンズと、該試料により反
射、または、散乱されて拡散し前記対物レンズを経た光
束を分岐させる光束分岐手段と、この光束分岐手段を介
して上記第1のピンホールマスクに対して共役な位置に
配置され該光束分岐手段を経た光束が入射されるピンホ
ールを有する第2のピンホールマスクと、この第2のピ
ンホールマスクのピンホール内を通過する反射光束を受
光する反射光量測定手段とを備えていることとしたもの
である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
【0013】(1)本発明が適用されるレーザ微細加工
装置(マイクロマシン)の構成 本発明に係るレーザ微細加工用オートフォーカス装置が
適用されるレーザ微細加工装置(マイクロマシン)は、
図1に示すように、加工用レーザ光束1を対物レンズ2
を介して集光し試料3に対して照射することにより該試
料3に対する微細加工を行うレーザ加工光学系4を備え
ている。
【0014】このレーザ加工光学系4は、例えば、フェ
ムト秒チタンサファイアレーザなどである加工用レーザ
光源5からの出射光束を加工用レーザ光束1として用
い、この加工用レーザ光束1を対物レンズ2を介して試
料3上に集光して照射し、この試料3に対するレーザ加
工を行う。フェムト秒チタンサファイアレーザとして
は、発振波長が800nm、周波数1kHz、パルス幅
150fs(フェムト秒)、出力0.8mJ/pulseの
ものなどを使用することができる。加工用レーザ光束1
は、リレーレンズ6,7及びミラー8を介して、対物レ
ンズ2に入射される。このレーザ加工によって、試料3
に対して、極めて微細な孔開け加工などを行うことがで
きる。試料3としては、例えば、ガラス板などを用い
る。
【0015】そして、このレーザ微細加工装置は、測定
用レーザ光束9を対物レンズ2を介して試料3上に集光
させこの測定用レーザ光束9の該試料3により反射、ま
たは、散乱された光束を結像させこの結像光を反射光量
測定手段となるディテクタ10により検出する共焦点光
学系11を備えている。
【0016】測定用レーザ光束9を発する測定用レーザ
光源12としては、例えば、発振波長が543nmであ
るヘリウム−ネオン(He−Ne)レーザを使用するこ
とができる。この測定用レーザ光源12より発せられた
測定用レーザ光束9は、ミラー13,14を介して集光
手段となる集光レンズ15に入射され、この集光レンズ
15によって、第1のピンホールマスク16のピンホー
ル内に集光される。このピンホールを経た測定用レーザ
光束9は、リレーレンズ17を経て、第1の分岐用ミラ
ー18により反射されて、第2の分岐用ミラー19に入
射する。この測定用レーザ光束9は、第2の分岐用ミラ
ー19により反射されることによって、加工用レーサ光
束1の光路に合流する。すなわち、第2の分岐用ミラー
19により反射された測定用レーザ光束9は、リレーレ
ンズ6,7及びミラー8を介して、対物レンズ2に入射
される。対物レンズ2に入射された測定用レーザ光束9
は、試料3上に集光され、この試料3の表面の状態によ
って、反射、または、散乱される。
【0017】試料3によって反射、または、散乱された
測定用レーザ光束9は、対物レンズ2、ミラー8及びリ
レーレンズ7,6を経て、第2の分岐用ミラー19に戻
る。測定用レーザ光束9は、この第2の分岐用ミラー1
9により反射され、第1の分岐用ミラー18に戻り、こ
の第1の分岐用ミラー18を透過し、ミラー20により
反射されて、ディテクタ10に向かう光路に入る。第1
の分岐用ミラー18を透過してミラー20により反射さ
れた測定用レーザ光束9は、集光レンズ21に入射さ
れ、この集光レンズ21によって、第2のピンホールマ
スク22のピンホール内に集光される。このピンホール
を経た測定用レーザ光束9は、リレーレンズ23を経
て、ディテクタ10によって受光される。
【0018】この共焦点光学系11において、第1及び
第2のピンホールマスク16,22は、図2に示すよう
に、第1の分岐用ミラー18を介して共役な位置に配置
されている。すなわち、第1の分岐用ミラー18から第
1のピンホールマスク16のピンホールまでの光学的距
離と、第1の分岐用ミラー18から第2のピンホールマ
スク22のピンホールまでの光学的距離とは、互いに等
しい。
【0019】そして、試料3は、図1に示すように、こ
の試料3を対物レンズ2の光軸に対して垂直な平面内に
おいて移動操作する移動操作手段となるXYZステージ
24の載置台上に、吸引保持機構(バキュームチャッ
ク)25によって固定されて支持されている。このXY
Zステージ24は、対物レンズ2と試料3との相対距離
を調整する焦点調節手段ともなっている。すなわち、X
YZステージ24においては、X−Y平面が対物レンズ
2の光軸に対して垂直な平面となっており、Z軸が対物
レンズ2の光軸に平行な軸となっている。このXYZス
テージ24としては、ピエゾ素子を用いて載置台を移動
させる構成のものを用いることができる。
【0020】なお、焦点調節手段としては、対物レンズ
2をこの対物レンズの光軸方向に移動操作する移動操作
機構を用いてもよい。
【0021】XYZステージ24は、制御回路部となる
コンピュータ装置26により、インターフェイス27及
びステージコントローラ28を介して制御される。この
コンピュータ装置26は、移動操作手段としてのXYZ
ステージ24の動作を制御するとともに、共焦点光学系
11におけるディテクタ10による反射光量の測定結果
に基づいて、この反射光量が極大となる位置に、焦点調
節手段としてのXYZステージ24の動作を制御し、合
焦位置の検索を行う。
【0022】すなわち、共焦点光学系11におけるディ
テクタ10により検出される反射光量は、図3に示すよ
うに、対物レンズ2と試料3との相対距離に対して、極
大となる点があり、この極大点が、測定用レーザ光束9
の試料3の表面に対する合焦位置である。そして、コン
ピュータ装置26は、ディテクタ10により検出される
反射光量が極大となるように、XYZステージ24のZ
軸を調整するので、オートフォーカス動作が実現され
る。
【0023】測定用レーザ光束9と加工用レーザ光束1
とは、予め波長の差がわかっており、各波長における対
物レンズ2の焦点距離の差も予め知ることができるの
で、測定用レーザ光束9による合焦位置がわかれば、こ
の位置に基づいて、加工用レーザ光束1についての合焦
位置を決定することができる。このようにして決定され
る合焦位置は、誤差が10nm程度以下の精度を有して
決定することができる。
【0024】また、このレーザ微細加工装置は、レーザ
加工光学系4により加工されている試料の状態を観察す
るためのCCDカメラ29を有している。このCCDカ
メラ29は、XYZステージ24上の試料3を、ミラー
8を透して、対物レンズ2を介して撮像する。このCC
Dカメラ29は、コンピュータ装置26により、インタ
ーフェイス31を介して制御される。このCCDカメラ
29により撮像された画像は、モニタ30に表示され
る。
【0025】コンピュータ装置26には、インターフェ
イス32を介して制御されるシャッタ33が接続されて
いる。このシャッタ33は、レーザ加工を行わないとき
及び共焦点光学系11を使用しないときに、加工用レー
ザ光束1及び測定用レーザ光束9を遮断して、これらレ
ーザ光束が装置の外方側に射出されたり、この装置の操
作者に照射されることがないようにするためのものであ
る。
【0026】(2)試料の表面が平面である場合のレー
ザ加工 このレーザ微細加工用オートフォーカス装置において
は、試料3の表面が平面である場合においては、コンピ
ュータ装置26は、図4に示すように、まず、この試料
3上の平面上の任意の三点A,B,Cについて、合焦位
置を検索する。すると、XYZステージ24における載
置台の移動量にしたがって、これら各点に対する座標を
以下のように定めることができる。
【0027】 A:(X,Y,Z) B:(X,Y,Z) C:(X,Y,Z) このようにして、三点A,B,Cの座標が定まると、こ
の三点により決定される平面、すなわち、試料3の表面
を、以下のようにして定義することができる。
【0028】 (a/k)X+(b/k)Y+(c/k)Z=1 (a/k)X+(b/k)Y+(c/k)Z=1 (a/k)X+(b/k)Y+(c/k)Z=1 これら3つの式を(a/k)、(b/k)、(c/k)
について解くことにより、これらが(a/k)、(b
/k)、(c/k)と定まるので、三点A,B,C
により決定される平面は、以下の式により表現できる。
【0029】 (a/k)X+(b/k)Y+(c/k)Z=1 このようにして、試料3の表面が一つの平面として定義
されると、この平面上の任意の点については、X座標及
びY座標が与えられれば、Z座標については算出するこ
とができる。例えば、この平面上の点Dについて、その
座標を(X,Y,Z)とし、X及びYが既知
であるとすると、これを以下の式に代入することによ
り、未知のZが算出される。
【0030】(a/k)X+(b/k)Y
(c/k)Z=1 Z=k/c−(a/c)X−(b/c
このようにして、試料3上の任意の三点A,B,Cにつ
いての合焦位置に基づいて、試料3の表面上の任意の点
Dについての合焦位置を算出することができる。レーザ
加工光学系4は、コンピュータ装置26により算出され
た合焦位置に基づいて、試料3上の所定の位置に対する
加工を行う。
【0031】このとき、測定用レーザ光束9と加工用レ
ーザ光束1との波長の差による焦点位置の違い、及び、
加工する箇所の試料3の表面からの深さについて、XY
Zステージ24におけるZ軸についての補正を行うこと
によって、加工用レーザ光束1を所定の加工位置に正確
に集光させることができる。例えば、測定用レーザ光束
9と加工用レーザ光束1との波長の差による焦点位置の
違いがSμmであれば、測定用レーザ光束9による合
焦位置からXYZステージ24におけるZ軸をSμm
移動させ、さらに、加工する箇所が試料3の表面からS
μmであれば、XYZステージ24におけるZ軸をS
μm移動させる。
【0032】(3)試料の表面が曲面である場合のレー
ザ加工 次に、試料3の表面が曲面である場合においては、コン
ピュータ装置26は、図5に示すように、次にレーザ加
工光学系4による加工を行おうとする箇所A,B,C,
Dにおいてそれぞれ合焦位置を検索し、レーザ加工光学
系4は、コンピュータ装置26により検索された合焦位
置に基づいて、試料3に対する加工を行う。
【0033】すなわち、共焦点光学系11により、点A
について合焦位置を検索し、測定用レーザ光束9と加工
用レーザ光束1との波長差による焦点位置の違い、及
び、加工する箇所の試料3の表面からの深さについて、
XYZステージ24におけるZ軸についての補正を行
い、加工用レーザ光束1により、点Aについての加工を
行う。
【0034】そして、点Bについても同様に、共焦点光
学系11により、点Bについて合焦位置を検索し、測定
用レーザ光束9と加工用レーザ光束1との波長差による
焦点位置の違い、及び、加工する箇所の試料3の表面か
らの深さについて、XYZステージ24におけるZ軸に
ついての補正を行い、加工用レーザ光束1により、点A
についての加工を行う。以下、順次、点C、点Dについ
ても、同様の動作により、加工用レーザ光束1による加
工を行ってゆく。
【0035】このように、このレーザ微細加工用オート
フォーカス装置においては、コンピュータ装置26は、
試料3の複数箇所に対して微細加工を行うに際し、次に
レーザ光学系による加工を行おうとする箇所について合
焦位置を検索した後に、検索された合焦位置に基づいて
当該箇所に対する加工を行うことを繰り返すことによっ
て、複数箇所に対する微細加工を行うことができる。
【0036】また、コンピュータ装置26は、試料3の
複数箇所に対して微細加工を行うに際し、レーザ光学系
による加工を行おうとする全ての箇所について順次合焦
位置を検索し、この検索結果を記憶しておき、記憶され
た複数箇所についての合焦位置に基づいて、複数箇所に
対する加工を順次行うこととしてもよい。
【0037】(4)レーザ加工の結果の検証 そして、このレーザ微細加工用オートフォーカス装置に
おいては、上述のようにして行ったレーザ加工が、所定
の加工位置に対して施されているか否かを、共焦点光学
系11を用いて検証することができる。
【0038】すなわち、このレーザ微細加工用オートフ
ォーカス装置においては、レーザ加工光学系4による加
工前に、コンピュータ装置26により、各加工箇所ごと
の合焦位置を記憶しておき、各加工箇所に対するレーザ
加工の終了後において、各加工箇所に対応されて記憶さ
れた合焦位置に基づいて、共焦点光学系11によって、
該各加工箇所ごとの加工状態の検証を行うことができ
る。なお、この加工状態の検証を行うときには、加工前
に行われた吸引保持機構25による試料3の保持は、検
証の終了まで維持しておく。
【0039】この検証を行うには、測定用レーザ光束9
と加工用レーザ光束1との波長差による焦点位置の違
い、及び、加工する箇所の試料3の表面からの深さにつ
いて、XYZステージ24におけるZ軸についての補正
を行いながら、レーザ加工がされているはずの箇所に、
共焦点光学系11による測定用レーザ光束9の焦点を一
致させる。そして、ディテクタ10により検出される反
射光量によって、当該箇所に予定された加工がなされて
いるか、例えば、孔が形成されているかなどを検出する
ことができる。
【0040】このようにして、図6に示すように、試料
3の表面が曲面である場合であって、かつ、加工箇所が
試料3の表面から所定の深さSとなっている場合であ
っても、各加工箇所E,E,E,E,Eにつ
いて、順次、加工状態を検証することができる。
【0041】また、図7に示すように、試料3の表面が
平面である場合においては、上述した試料3の表面であ
る平面を定義する式に基づいても、各加工箇所E,E
,E,E,Eについて、順次、共焦点光学系1
1による測定用レーザ光束9の焦点を一致させてゆくこ
とができ、各加工箇所の加工状態を検証することができ
る。
【0042】
【発明の効果】上述のように、本発明に係るレーザ微細
加工用オートフォーカス装置においては、制御回路部
は、試料上の平面上の任意の三点について合焦位置を検
索し、この三点についての合焦位置に基づいて、該三点
により決定される平面上の任意の点についての合焦位置
を算出し、レーザ加工光学系は、制御回路部により算出
された合焦位置に基づいて、試料に対する加工を行う。
【0043】また、このレーザ微細加工用オートフォー
カス装置において、制御回路部は、試料の複数箇所に対
して微細加工を行うに際し、次にレーザ光学系による加
工を行おうとする箇所について合焦位置を検索した後
に、検索された合焦位置に基づいて当該箇所に対する加
工を行うことを繰り返すことによって、複数箇所に対す
る微細加工を行う。
【0044】さらに、このレーザ微細加工用オートフォ
ーカス装置において、制御回路部は、試料の複数箇所に
対して微細加工を行うに際し、レーザ光学系による加工
を行おうとする全ての箇所について合焦位置を検索し、
この検索結果を記憶し、記憶された複数箇所についての
合焦位置に基づいて、複数箇所に対する加工を順次行
う。
【0045】したがって、このレーザ微細加工用オート
フォーカス装置においては、加工用レーザ光束の焦点
を、試料における加工位置に対して正確に一致させるこ
とができる。
【0046】そして、本発明においては、試料における
各加工箇所ごとに合焦位置を記憶しておき、複数箇所に
ついての加工の終了後に、各加工箇所に対応されて記憶
された合焦位置に基づいて、共焦点光学系により、該各
加工箇所ごとの加工状態の検証を行うことができる。
【0047】すなわち、本発明は、加工用レーザ光束の
焦点を試料における加工位置に対して正確に一致させる
ことができ、レーザ加工の精度を向上させることができ
るレーザ微細加工用オートフォーカス装置を提供するこ
とができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザ微細加工用オートフォーカ
ス装置が適用されたレーザ微細加工装置(マイクロマシ
ン)の構成を示すブロック図である。
【図2】上記レーザ微細加工用オートフォーカス装置の
共焦点光学系の原理的構成を示す側面図である。
【図3】上記共焦点光学系において検出される反射光量
の対物レンズと試料との間の距離に対する関係を示すグ
ラフである。
【図4】上記レーザ微細加工用オートフォーカス装置に
おける平面についての合焦位置を決定する手順を示す斜
視図である。
【図5】上記レーザ微細加工用オートフォーカス装置に
おける曲面についての合焦位置を決定する手順を示す斜
視図である。
【図6】上記レーザ微細加工用オートフォーカス装置に
おいて試料の表面が曲面である場合に加工箇所の検証を
行っている状態を示す断面図である。
【図7】上記レーザ微細加工用オートフォーカス装置に
おいて試料の表面が平面である場合に加工箇所の検証を
行っている状態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 加工用レーザ光束、2 対物レンズ、3 試料、4
レーザ加工光学系、5 加工用レーザ光源、9 測定
用レーザ光束、10 ディテクタ、11 共焦点光学
系、12 測定用レーザ光源、16 第1のピンホール
マスク、22 第2のピンホールマスク、24 XYZ
ステージ、26 コンピュータ装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クドュリヤショフ イゴーリ 東京都江戸川区西葛西6丁目18番14号 株 式会社東京インスツルメンツ内 (72)発明者 駿河 正次 東京都江戸川区清新町1−4−1−305 (72)発明者 腰原 伸也 東京都府中市本町1−12−2オウズ御殿山 802 Fターム(参考) 4E068 CA11 CB02 CC02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加工用レーザ光束を対物レンズを介して
    集光し、試料に対して照射することにより、該試料に対
    する微細加工を行うレーザ加工光学系と、 測定用レーザ光束を上記対物レンズを介して上記試料上
    に集光させ、この測定用レーザ光束の該試料により反
    射、または、散乱された光束を結像させ、この結像光を
    反射光量測定手段により検出する共焦点光学系と、 上記試料を上記対物レンズの光軸に対して垂直な平面内
    において移動操作する移動操作手段と、 上記対物レンズと上記試料との相対距離を調整する焦点
    調節手段と、 上記移動操作手段の動作を制御するとともに、上記共焦
    点光学系における反射光量測定手段による反射光量の測
    定結果に基づき、この反射光量が極大となる位置に、上
    記焦点調節手段の動作を制御して合焦位置を検索する制
    御回路部とを備え、 上記制御回路部は、上記試料上の平面上の任意の三点に
    ついて合焦位置を検索し、この三点についての合焦位置
    に基づいて、該三点により決定される平面上の任意の点
    についての合焦位置を算出し、 上記レーザ加工光学系は、上記制御回路部により算出さ
    れた合焦位置に基づいて、上記試料に対する加工を行う
    ことを特徴とするレーザ微細加工用オートフォーカス装
    置。
  2. 【請求項2】 加工用レーザ光束を対物レンズを介して
    集光し、試料に対して照射することにより、該試料に対
    する微細加工を行うレーザ加工光学系と、 測定用レーザ光束を上記対物レンズを介して上記試料上
    に集光させ、この測定用レーザ光束の該試料により反
    射、または、散乱された光束を結像させ、この結像光を
    反射光量測定手段により検出する共焦点光学系と、 上記試料を上記対物レンズの光軸に対して垂直な平面内
    において移動操作する移動操作手段と、 上記対物レンズと上記試料との相対距離を調整する焦点
    調節手段と、 上記移動操作手段の動作を制御するとともに、上記共焦
    点光学系における反射光量測定手段による反射光量の測
    定結果に基づき、この反射光量が極大となる位置に、上
    記焦点調節手段の動作を制御して合焦位置を検索する制
    御回路部とを備え、 上記制御回路部は、上記試料の複数箇所に対して微細加
    工を行うに際し、次にレーザ光学系による加工を行おう
    とする箇所について合焦位置を検索した後に、検索され
    た合焦位置に基づいて当該箇所に対する加工を行うこと
    を繰り返すことによって、複数箇所に対する微細加工を
    行うことを特徴とするレーザ微細加工用オートフォーカ
    ス装置。
  3. 【請求項3】 加工用レーザ光束を対物レンズを介して
    集光し、試料に対して照射することにより、該試料に対
    する微細加工を行うレーザ加工光学系と、 測定用レーザ光束を上記対物レンズを介して上記試料上
    に集光させ、この測定用レーザ光束の該試料により反
    射、または、散乱された光束を結像させ、この結像光を
    反射光量測定手段により検出する共焦点光学系と、 上記試料を上記対物レンズの光軸に対して垂直な平面内
    において移動操作する移動操作手段と、 上記対物レンズと上記試料との相対距離を調整する焦点
    調節手段と、 上記移動操作手段の動作を制御するとともに、上記共焦
    点光学系における反射光量測定手段による反射光量の測
    定結果に基づき、この反射光量が極大となる位置に、上
    記焦点調節手段の動作を制御して合焦位置を検索する制
    御回路部とを備え、 上記制御回路部は、上記試料の複数箇所に対して微細加
    工を行うに際し、レーザ光学系による加工を行おうとす
    る全ての箇所について合焦位置を検索し、この検索結果
    を記憶し、記憶された複数箇所についての合焦位置に基
    づいて、複数箇所に対する加工を順次行うことを特徴と
    するレーザ微細加工用オートフォーカス装置。
  4. 【請求項4】 試料における各加工箇所ごとに合焦位置
    を記憶しておき、複数箇所についての加工の終了後に、
    各加工箇所に対応されて記憶された合焦位置に基づい
    て、共焦点光学系により、該各加工箇所ごとの加工状態
    の検証を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3の
    いずれか一に記載のレーザ微細加工用オートフォーカス
    装置。
  5. 【請求項5】 共焦点光学系は、測定用レーザ光源から
    の光束を集光させる集光手段と、この集光手段による該
    光束の集光点上に配置されるピンホールを有する第1の
    ピンホールマスクと、この第1のピンホールマスクのピ
    ンホール内を通過して拡散する光束を試料上に集光させ
    る対物レンズと、該試料により反射、または、散乱され
    て拡散し前記対物レンズを経た光束を分岐させる光束分
    岐手段と、この光束分岐手段を介して上記第1のピンホ
    ールマスクに対して共役な位置に配置され該光束分岐手
    段を経た光束が入射されるピンホールを有する第2のピ
    ンホールマスクと、この第2のピンホールマスクのピン
    ホール内を通過する反射光束を受光する反射光量測定手
    段とを備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項
    4のいずれか一に記載のレーザ微細加工用オートフォー
    カス装置。
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