JP2007326132A - Laser beam machining apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining apparatus capable of machining a workpiece with excellent accuracy even when changing the inclination of a reference plane of a spatial modulation element with respect to the optical axis of a projection optical system. <P>SOLUTION: The laser beam machining apparatus 100 comprises a machining light source 1 for generating laser beams, a very small mirror array 3 for performing the spatial modulation of laser beams generated by the machining light source 1 by a plurality of very small mirrors on a very small mirror array surface 3A, a projection optical system 51 for projecting the machining reflected light 4 subjected to the spatial modulation by the very small mirror array 3 on a workpiece 10, and an image processing unit 15 which picks up an image of a workpiece surface 10a and generates the modulation data 208 for driving the very small mirror array 3 from the image of the workpiece surface 10a. The image processing unit 15 has an irradiation deviation correction means for correcting any deviation of an irradiation range of the machining reflected light 4 generated according to the inclination of the very small mirror array surface 3A with respect to the optical axis of the projection optical system 51. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a laser processing apparatus. For example, the present invention relates to a laser processing apparatus that performs removal, cutting, and the like of a specified region of a workpiece by irradiating laser light.

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。
特開平8−174242号公報(第3−4頁、図1−2)
2. Description of the Related Art Conventionally, a laser processing apparatus that performs processing by irradiating a desired region of a workpiece with laser light is known. For example, in the manufacture of a liquid crystal display or the like, a laser repair apparatus is known as means for correcting a defective portion such as an unnecessary residue existing in a wiring pattern on a glass substrate or a photomask used for exposure.
In this laser processing apparatus, the size of the laser light irradiation area is defined by a variable rectangular opening or the like, but recently, an apparatus using a spatial modulation element such as a micromirror array is also known.
For example, Patent Document 1 includes a laser source, a processing table on which a workpiece is placed, and a micromirror array (micromirror array). The angles of a plurality of mirror pieces of the micromirror array are turned ON / OFF. A laser processing apparatus is described in which an arbitrary pattern shape is formed on a workpiece by switching by control.
As the wavelength of the laser used in the laser processing apparatus, an appropriate wavelength is selected depending on the processing target. For example, in a laser repair apparatus, a wavelength that is easily absorbed by a workpiece is used, such as a visible to infrared band for correcting a metal film and an ultraviolet band for a transparent film. In order to switch the wavelength, there are devices equipped with a plurality of lasers, devices capable of switching a plurality of harmonics of one fundamental wavelength laser, and the like.
JP-A-8-174242 (page 3-4, FIG. 1-2)

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。
However, when laser processing is performed by a laser processing apparatus using a spatial modulation element in which a plurality of modulation elements are regularly arranged, such as a micromirror array as in Patent Document 1, an image of the micromirror array is obtained with a microscope. Reduce and project onto the work piece. Since the inclination angle of the micromirror cannot be set freely, the reference surface of the spatial modulation element is often inclined with respect to the optical axis of the projection optical system. In that case, since the image plane rotates and distortion occurs in the image formed by the modulated light on the processing surface, there is a problem that good processing accuracy may not be obtained.
Further, since the micromirror array has a structure in which small mirrors are arranged at equal intervals, the laser light reflected from the micromirror array is divided into a plurality of diffracted lights. However, since the rear numerical aperture of the microscope is generally small, it is not possible to enter all of the divided diffracted lights. For this reason, there is a problem that a phenomenon of reducing the utilization efficiency of the laser beam occurs simply by setting the optical axis of the microscope that irradiates the laser beam in the regular reflection direction by the micromirror.

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λ=532nm)と第3高調波(波長λ=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。
The fact that the latter case may cause inconvenience will be described with reference to FIG.
FIG. 13 is an example of the angular distribution of diffracted light in a laser processing apparatus capable of switching the second harmonic (wavelength λ 2 = 532 nm) and the third harmonic (wavelength λ 3 = 354.7 nm) of the YAG laser. That is, the angle distribution (α, β) of the diffracted light reflected from the micromirror array is plotted on an angle plane 501 with the optical axis 502 of the microscope as the center.

波長λ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λ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λ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。
At the wavelength λ 3 , there is one diffraction order 504 in the vicinity of the optical axis 502, as indicated by a cross in the figure. Since the small mirror corresponding to the irradiation region of the laser beam is inclined so as to reflect the laser beam in the direction of the optical axis 502, the diffraction order 504 close to the optical axis 502 is the only diffracted light having a large intensity. Since this diffraction order 504 is within the range of the rear-side angular opening 503 of the microscope, the work piece can be efficiently irradiated with the intensity of the laser beam.
On the other hand, when switching the wavelength lambda 2, as shown in the illustrated circle, diffraction orders near the optical axis 502 is no, the similar angle position spaced four diffraction orders 505 are present. Therefore, the intensity of the laser is dispersed in the plurality of diffraction orders 505 and does not enter the rear angle opening 503 of the microscope. That is, when the wavelength λ 2 is used, one diffraction order can be made incident by changing the incident angle with respect to the microscope, but the utilization efficiency of the laser beam is still not improved.
In such a case, it is conceivable to improve the laser beam utilization efficiency by changing the tilt angle of the reference surface of the micromirror array depending on the wavelength. However, by changing the tilt angle of the reference surface, distortion of the image of the micromirror array is possible. However, there is a problem that processing accuracy varies.

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。   The present invention has been made in view of such problems, and can process a workpiece with good accuracy even if the inclination of the reference plane with respect to the optical axis of the projection optical system of the spatial modulation element is changed. An object is to provide a laser processing apparatus.

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。
In order to solve the above-described problems, a laser processing apparatus according to the present invention includes a laser light source that generates laser light, and a plurality of modulation elements that are regularly arranged on a reference plane with the laser light generated by the laser light source. A spatial modulation element that spatially modulates by means of: a projection optical system that projects modulated light spatially modulated by the spatial modulation element onto a workpiece; and imaging the surface to be processed, and the spatial modulation from the image of the surface to be processed A modulation data generation unit that generates modulation data for driving the element, and correction of a deviation of an irradiation range on the processing surface of the modulated light generated according to the inclination of the reference surface with respect to the optical axis of the projection optical system It is set as the structure provided with the irradiation deviation correction means to perform.
According to the present invention, the irradiation deviation correction means can correct the deviation of the irradiation range that occurs according to the inclination of the reference plane with respect to the optical axis of the projection optical system of the spatial modulation element. Even when tilted with respect to the optical axis of the projection optical system, laser processing can be performed without being affected by distortion of the irradiation range of the modulated light on the processing surface.

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。
In the laser processing apparatus of the present invention, the irradiation deviation correction unit responds to distortion of the image of the modulated light due to the inclination of the reference plane with respect to the optical axis of the projection optical system with respect to the captured image of the processing surface. Preferably, the modulation data is generated by performing image processing for eliminating the deviation of the irradiation range.
In this case, since the deviation of the irradiation range is corrected by performing image processing on the captured image of the processing surface, it can be easily corrected even when the distortion of the image of the modulated light becomes complicated. For example, even when changing the laser light source or the projection optical system, or when changing the tilt in various ways, it is easy to make a suitable correction for each by storing a plurality of image processing conditions according to each case. And can be done quickly. Further, when changing the projection optical system, it is possible to simultaneously correct image distortion due to the aberration of the projection optical system.

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。
Further, in the laser processing apparatus of the present invention, the irradiation deviation correcting means is in accordance with the inclination of the reference surface with respect to the optical axis of the projection optical system in the optical path between the spatial modulation element and the processing surface. Preferably, the image forming apparatus includes a correction element that optically corrects distortion of the image of the reference surface projected onto the processing surface.
In this case, since the distortion of the image of the modulated light projected onto the processing surface is optically corrected by the correction element, it is possible to correct the deviation of the irradiation range of the modulated light without performing a correction operation. Therefore, correction can be performed without changing the pixel configuration for forming the modulated light.
Further, it is possible to correct the deviation of the irradiation range according to various conditions by controlling the correction amount of the correction element or exchanging the correction element.

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。
In the laser processing apparatus of the present invention, the irradiation deviation correction unit includes an imaging unit that images the surface to be processed, and an imaging surface rotation unit that rotates the imaging surface of the imaging unit, and the reference surface According to the inclination of the projection optical system with respect to the optical axis, the imaging surface rotating means rotates the imaging surface of the imaging means, and the modulation is performed based on the image captured on the rotated imaging surface. It is preferable to correct the deviation of the irradiation range by generating data.
In this case, the image pickup surface is tilted with respect to the processing surface by the image pickup surface rotating means in the same manner as the reference surface of the spatial modulation element, and modulation data is generated based on the image picked up on the image pickup surface. Then, an image of the surface to be processed that is distorted in the same manner as that distorted by the inclination of the reference surface with respect to the optical axis of the modulation projection optical system is acquired. Therefore, each distortion is canceled on the surface to be processed, so that the deviation of the irradiation range can be corrected. As a result, it is possible to save the trouble of performing image processing or installing a correction element in order to correct the deviation of the irradiation range, so that the processing efficiency can be improved.

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。
Moreover, it is preferable that the laser processing apparatus of the present invention includes a modulation element rotation mechanism that tilts the spatial modulation element with respect to the optical axis of the projection optical system.
In this case, the emission direction of the modulated light incident on the projection optical system with respect to the spatial modulation element can be changed by rotating the spatial modulation element by the modulation element rotation mechanism. The emission direction of the modulated light can be adjusted to the direction of the diffraction angle of the order as appropriate according to the incident angle to the element. Therefore, modulated light with high diffraction efficiency can be incident on the projection optical system.
Also, in this case, if the information on the tilt of the reference plane with respect to the optical axis of the projection optical system is acquired from the modulation element rotating mechanism, the information on the tilt of the reference plane with respect to the optical axis of the projection optical system can be obtained quickly and accurately. Since it can acquire, it is more preferable.
In addition to such a configuration, in the case of a configuration having a light source unit rotation mechanism that changes the incident angle of laser light to the spatial modulation element, by combining the rotation with the modulation element rotation mechanism, The diffraction conditions of the modulated light incident on the projection optical system can be optimized.
In addition, if the laser light source can be rotated in accordance with the rotation of the spatial modulation element, the emission angle of the modulated light can be changed under the condition that the incident angle of the laser beam is constant. Control becomes easy and the diffraction order of modulated light can be changed efficiently.

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。
In the laser processing apparatus of the present invention, the diffraction direction of the modulated light is calculated from the rotation position of the modulation element rotation mechanism and the wavelength of the laser light, and the diffraction direction is the optical axis of the projection optical system. It is preferable to provide a rotation mechanism control unit that drives the modulation element rotation mechanism so as to match.
In this case, since the diffraction direction of the modulated light can be calculated by the rotation mechanism control unit and the optical axis of the projection optical system can be matched with the diffraction direction, the diffraction efficiency can be automatically optimized.

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。
In the laser processing apparatus provided with the rotation mechanism control unit of the present invention, the laser light source generates two or more different wavelengths of laser light in a switchable manner, and the rotation mechanism control unit includes the respective lasers. It is preferable that the optical axis of the projection optical system is substantially aligned with the diffraction direction common to the wavelength of light.
In this case, when laser processing is performed using laser beams having a plurality of wavelengths, the diffraction efficiency of the modulated light can be brought into an optimum state without readjusting the modulated light rotating mechanism even if the wavelengths are switched. Therefore, laser processing with the wavelength switched can be performed quickly, and processing efficiency can be improved.

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。
In the laser processing apparatus of the present invention, the spatial modulation element includes a plurality of micromirrors that switch the tilt angle with respect to the reference plane and deflect the laser light in at least two directions as the plurality of modulation elements. An array is preferred.
In this case, in order to improve the diffraction efficiency of the modulated light, the modulation element rotating mechanism matches the diffraction direction of the modulated light with the optical axis of the projection optical system. The diffraction efficiency of modulated light can be easily optimized, and high-speed and highly efficient laser processing can be performed.

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。   According to the laser processing apparatus of the present invention, by providing the irradiation deviation correction means, the workpiece can be processed with good accuracy even if the inclination of the reference plane with respect to the optical axis of the projection optical system of the spatial modulation element is changed. There is an effect that can be.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.

[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)。
[First Embodiment]
A laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic device configuration diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing the cross-sectional configuration of the spatial modulation element and the state of the diffracted light in the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing the state of diffracted light when the spatial modulation element of FIG. FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of the image processing unit of the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is an example of an image of a surface to be processed in the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is an example of an image of a processed surface that does not have a portion to be laser processed. FIG. 6 is an example of a difference image obtained by taking the difference between the image of the processing surface in FIG. 4 and the image in FIG.
In addition, each figure is drawn typically, and the shape, arrangement position, posture, dimensional ratio, and the like of each member may be exaggerated (the same applies to the following).

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λ、λとされたレーザ光L、L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L、L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。
As shown in FIG. 1, the laser processing apparatus 100 according to the present embodiment spatially modulates one of the laser beams L 2 and L 3 having wavelengths of λ 2 and λ 3 according to a processing pattern, and performs processing. It is an apparatus that performs reduction processing such as repair processing by projecting the reflected light 4 on the workpiece 10 in a reduced scale.
Examples of the workpiece 10 include a glass substrate used for a liquid crystal display and a semiconductor substrate in the case of repair processing. In these cases, examples of the processing target include a wiring pattern on the substrate and a defective portion such as an unnecessary residue existing in a photomask used for exposure. Further, for example, when used in a microdissection apparatus, biological samples such as cells can be exemplified.
The laser beams L 2 and L 3 are switched and used in accordance with the wavelength absorption characteristics of the processing target. Hereinafter, an example in which the laser processing apparatus 100 performs repair processing will be described as an example.

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。   The schematic configuration of the laser processing apparatus 100 includes a light source unit 50, a minute mirror array 3 (spatial modulation element), a projection optical system 51, an observation light source 11, a moving stage 14, a movement drive control unit 17, a CCD 13 (imaging means), and The image processing unit 15 (modulation data generation unit) is included. Although not particularly illustrated, an operation unit for operating the laser processing apparatus 100 and a system control unit for controlling the operation of the entire apparatus such as coordinating the operation of each control unit are provided.

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λ=1.064μmのYAGレーザを用い、第2、第3高調波(それぞれ波長λ=532nm、λ=354.7nm)を切り替えて、それぞれレーザ光L、Lとして、同一光路上に出射できるようになっている。
The light source unit 50 generates laser light for processing the workpiece 10, and includes a processing light source 1 (laser light source), an illumination optical system 2, and a rotation mechanism 22 (light source unit rotation mechanism).
The processing light source 1 is a laser light source that pulsates laser light having a plurality of wavelengths and emits it as a substantially parallel light beam. In the present embodiment, a YAG laser having a fundamental wavelength λ 1 = 1.064 μm is used, and the second and third harmonics (wavelength λ 2 = 532 nm and λ 3 = 354.7 nm, respectively) are switched, and the laser light L 2 is respectively switched. , L 3 can be emitted on the same optical path.

照明光学系2は、加工用光源1から出射されたレーザ光L(L)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。 The illumination optical system 2 is an optical system for irradiating laser light L 2 (L 3 ) emitted from the processing light source 1 to a micromirror array surface 3A that is a reference surface of the micromirror array 3 described later. If necessary, the luminous flux and the light intensity distribution can be adjusted. For example, examples of the configuration for adjusting the beam diameter include a beam expander and a diaphragm. Moreover, as a structure which arranges light intensity distribution, the optical attenuator which adjusts light quantity, the homogenizer which equalizes cross-sectional intensity distribution, etc. can be mentioned. When a homogenizer is used, various configurations such as a fly-eye lens, a diffractive element, an aspherical lens, and a kaleido type rod can be used as necessary.

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L(L)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。
The processing light source 1 and the illumination optical system 2 are fixed to a housing (not shown), and centered on one point on the optical axis of the laser light L 2 (L 3 ) by a rotating mechanism 22 such as a gonio stage, for example. It is held so as to be rotatable in two axial directions.
The rotation angle of the rotation mechanism 22 is controlled by a rotation control unit 23 (rotation mechanism control unit).

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L(L)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θ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。
As shown in FIG. 2 (a), the micromirror array 3 is regularly provided with a plurality of micromirrors 3B (modulation elements) inclined in at least two directions according to a control signal on the micromirror array surface 3A. It is arranged. The micromirrors 3B are aligned in a direction along the micromirror array surface 3A when the tilt angle is 0 °.
Then, the light source unit 50, a position where the rotation center matches the rotation mechanism 22 to the center position of the micro mirror array surface 3A, are arranged in a posture, the laser beam L 2 (L 3) from the light source unit 50 The micromirror array surface 3A is irradiated.
As the micromirror array 3, for example, an element such as DMD (Digital Micromirror Device) can be adopted. In this embodiment, a DMD in which 800 × 600 16 μm square micromirrors 3B are arranged in a rectangular pattern in a rectangular region is employed.
Each micromirror 3B is driven by a drive unit (not shown) that generates an electrostatic electric field in response to a control signal from the drive control unit 16 at two inclination angles of an on state and an off state, for example, ± 12 °. It is designed to be inclined.
Therefore, the micromirror array 3, and reflects the specular direction 20b of the laser light 20a incident at an incident angle theta 1 with respect to the micromirror array surface 3A in a micro mirror 3B in the ON state. FIG. 2A shows an example in which the regular reflection direction 20b coincides with the normal N of the micromirror array surface 3A.

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L(L)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L(L)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。
The micromirror array 3 of the present embodiment is held so as to be rotatable in two axial directions around the center position of the micromirror array surface 3A by a rotating mechanism 21 (modulation element rotating mechanism) such as a gonio stage. ing. Therefore, the inclination of the micromirror array surface 3A with respect to the optical axis of the laser beam L 2 (L 3 ) incident on the micromirror array 3 can be changed.
The rotation angle of the rotation mechanism 21 is controlled by the rotation control unit 23.
Therefore, the micromirror array 3 rotates the rotation mechanism 21 in accordance with the incident direction of the laser light L 2 (L 3 ) emitted from the light source unit 50, so that the regular reflection direction of the micromirror 3 </ b > B in the on state is turned on. It can be tilted so that 20b coincides with the optical axis of the projection optical system 51. Information on the tilt angle of the micromirror array surface 3A, that is, information on the tilt angle with respect to the optical axis of the light source unit 50 and the optical axis of the projection optical system 51 described later will be described later from the rotation control unit 23. It is sent to the image processing unit 15 as tilt angle information 207.
Therefore, as shown in FIG. 1, the reflected light corresponding to the arrangement of the micromirrors 3B in the on state can be incident along the optical axis of the projection optical system 51 as the processed reflected light 4 (modulated light). . On the other hand, the light reflected by the micro mirror 3B in the off state is reflected on the optical path different from the processing reflected light 4 as the processed reflected light 5 (see FIG. 1).
At this time, the micromirror array surface 3A is arranged not to be orthogonal to the optical axis of the projection optical system 51 depending on the tilt angle of the rotation mechanisms 21 and 22, but to be tilted. Hereinafter, the inclination angle of the micromirror array surface 3A with respect to the optical axis of the projection optical system 51 is represented by an angle formed with the normal line N of the micromirror array surface 3A.

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L(L)は平行光束となっている。
The projection optical system 51 is disposed between the micromirror array 3 and the workpiece 10, and has a conjugate positional relationship between the center of the micromirror array surface 3A and the processing center on the processing surface 10a. The processing reflected light 4 reflected in step S4 is reduced and projected onto the processing surface 10a. In this embodiment, the processing reflected light 4 is composed of an imaging lens 7 and an objective lens 9 constituting a microscope.
The objective lens 9 has an infinity design on the image side, and the laser light L 2 (L 3 ) is a parallel light beam on the optical path between the imaging lens 7 and the objective lens 9.

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L、L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。
In the optical path between the micromirror array 3 and the imaging lens 7, a beam splitter 6 that branches the optical path of the light transmitted through the projection optical system 51 is arranged in order to acquire an image of the processing surface 10 a. Yes.
The beam splitter 6 may be, for example, a half mirror, but a coating having a wavelength characteristic is applied to the surface of the beam splitter so as to transmit the wavelengths of the laser beams L 2 and L 3 and reflect the light other than those wavelengths. May be used.
Further, in the optical path between the imaging lens 7 and the objective lens 9, the light from the observation light source 11 disposed on the side of the optical path is reflected and guided to the objective lens 9, on the processing surface 10 a. And a beam splitter 8 that transmits the light from the observation light source 11 reflected by the processing surface 10 a and guides it to the imaging lens 7.
As the beam splitter 8, for example, a half mirror or a polarization beam splitter can be adopted.
The beam splitters 6 and 8 may be always arranged in the optical path. For example, each of the beam splitters 6 and 8 is held so as to be able to advance and retract on the optical path by an appropriate advancing / retracting mechanism, and retracted out of the optical path during laser processing Also good.

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。   The observation light source 11 is a light source that generates illumination light for illuminating the processing surface 10a. The observation light source 11 may be any light source as long as it can illuminate the processed surface 10a with a wavelength sensitive to the CCD 13, which will be described later. For example, a light source in the visible light region such as a halogen lamp is adopted. be able to. Further, if necessary, a polarizing filter or the like may be provided so that the polarization state of the illumination light can be controlled.

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。
The moving stage 14 places the workpiece surface 10 a of the workpiece 10 on the projection surface of the projection optical system 51, and moves the position of the workpiece 10 on a plane orthogonal to the optical axis of the projection optical system 51 2. It is an axis movement stage.
The movement drive control unit 17 is a control unit that controls the amount of movement of the movement stage 14. For example, the movement drive control unit 17 drives the movement stage 14 in accordance with an input from an operation unit (not shown).

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。
The CCD 13 is a two-dimensional image sensor for imaging the processing surface 10 a viewed through the projection optical system 51, and the image on the optical path branched in a direction intersecting the optical axis of the projection optical system 51 by the beam splitter 6. It is arranged at the surface position.
The imaging signal 200 obtained by the CCD 13 is sent to the monitor 12 for display on the monitor 12 and to the image processing unit 15.

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。
The image processing unit 15 generates modulation data for performing on / off drive control of each micromirror 3B of the micromirror array 3 from the image of the processing surface 10a. Or a computer having a CPU, a memory, an input / output interface, an external storage unit, and the like.
As shown in FIG. 3, the schematic configuration includes an image capture unit 24, an image comparison unit 25, an image data storage unit 29, a defect extraction unit 26, an image correction unit 27 (irradiation deviation correction means), and a correction data storage unit. 28. For example, when configured by a computer, each function is realized by executing a program corresponding to these functions by the CPU.

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。
The image capturing unit 24 acquires the imaging signal 200 from the CCD 13, performs noise removal processing, shading correction, and the like as necessary to generate processed surface image data 201 that is a two-dimensional image of the processed surface 10a. Are sent to the image comparison unit 25.
For example, the processed surface image data 201 includes, as shown in FIG. 4, a processed surface image including a repetitive pattern 30a such as a lattice shape and a defect image 30b different from the repetitive pattern 30a on the processed surface 10a. 30 is image data representing 30.

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。
The image comparison unit 25 calls the normal image data 202 when there is no defect portion or the like from the data storage unit 29, performs comparison calculation processing with the processed surface image data 201, for example, difference calculation, and the like, and repeat pattern 30a. The difference image data 203 corresponding to the image of only the defect portion image 30b is generated and sent to the defect extraction portion 26.
For example, the normal image data 202 is image data corresponding to the normal image 31 including only the repeated pattern 30a shown in FIG. The normal image data 202 is stored in the data storage unit 29 in advance according to the type of the workpiece 10, the manufacturing process, and the like.

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。
The defect extraction unit 26 extracts a defect portion to be removed or shaped by laser processing from the difference image data 203 based on the defect information 204 stored in the data storage unit 29, and the defect portion image data 205. Is sent to the image correction unit 27.
Any known algorithm may be used as an algorithm for extracting a defective portion from the difference image data 203. For example, whether or not to perform the feature extraction of the difference image data 203, determine the defect type based on the defect information 204 from the feature, for example, shape, size, luminance level, etc., and perform removal, shaping, etc. judge.
For example, in the case where image noise remains in the difference image data 203, it is excluded in accordance with the characteristics of the image noise included in the defect information 204, or the defect portion does not have the feature of the corresponding defect portion. Will not be extracted.
In the following description, it is assumed that image data corresponding to the defective portion image 30b as shown in FIG. 6 is generated as the defective portion image data 205.

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。
When the defect portion image data 205 includes image distortion due to the inclination of the minute mirror array surface 3 </ b> A, the image correction unit 27 generates modulation data 208 in which the distortion is corrected and sends the modulation data 208 to the drive control unit 16. .
The presence / absence of distortion is determined based on the tilt angle information 207 sent from the rotation control unit 23.
The tilt angle information 207 includes, for example, information representing the rotation amounts of the rotation mechanisms 21 and 22 controlled by the rotation control unit 23 as angles in two axial directions from the reference rotation position. Therefore, the image correction unit 27 can calculate the tilt angle θ of the micromirror array surface 3A with respect to the optical axis of the projection optical system 51 from the tilt angle information 207.
The distortion correction is performed by image processing calculation of the defect portion image data 205 with reference to, for example, the distortion correction information 206 for each inclination angle θ stored in the correction data storage unit 28.
In the distortion correction information 206, distortion correction is performed according to the tilt angle θ and optical parameters of the light source unit 50 and the projection optical system 51, such as the wavelength of the laser light, the magnification of the projection optical system 51, the focal length, and the like. , A data table, or information such as an arithmetic expression for image conversion using the tilt angle θ as a variable is stored.
Note that the distortion correction information 206 is prepared not only for the inclination angle θ but also for optical elements and members that can be switched or exchanged, for example, the objective lens 9 in advance, and each file is in the form of a file or the like. To remember.

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。
Next, the operation of the laser processing apparatus 100 will be described.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 8A and 8B are a schematic diagram and an enlarged view for explaining the shift of the irradiation range of the modulated light generated on the processing surface. FIG. 9 is a schematic diagram showing an irradiation range corresponding to the corrected modulation data formed by the irradiation deviation correction unit of the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.

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。
In order to perform repair processing with the laser processing apparatus 100, first, various initial settings are performed based on processing conditions (step S1).
In this initial setting, the wavelength of the laser beam used for processing is set according to the type of the workpiece 10, the manufacturing process, and the like, and the rotation mechanisms 21 and 22 are driven according to the wavelength, thereby projecting optics. This includes setting the tilt angle of the micromirror array surface 3A with respect to the optical axis of the system 51 and the incident angle of the laser beam.

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。
Here, the reason why the inclination angle of the micromirror array surface 3A and the incident angle of the laser light are changed according to the wavelength of the laser light is to prevent the light intensity from being lowered due to the influence of diffraction in the micromirror array 3. is there.
With reference to FIGS. 2A and 2B, the diffraction that occurs when the laser beam 20a is irradiated will be briefly described.
FIG. 2A shows a plurality of micromirrors 3B in an on state that are inclined from the micromirror array surface 3A by a predetermined angle clockwise in the figure.
In this state, when the laser beam 20a is irradiated onto the micromirror array surface 3A, the diffraction 18 determined by the array pitch of the micromirrors 3B is generated along with the Fraunhofer diffraction 19 determined by the openings (mirror surfaces) of the micromirrors 3B. Arise. The light intensity distribution of the reflected light reflected in the regular reflection direction 20b is a convolution of these diffracted lights.

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、θ=θ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θ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。
For example, as shown in the example of the micromirror 3b in FIG. 2A, the Fraunhofer diffraction 19 has an intensity on the peripheral side of each micromirror 3B with the specular reflection direction 20b passing through the center of each micromirror 3B as the axis of symmetry. Forms a line-symmetric light intensity distribution in which the light is attenuated.
On the other hand, the diffraction 18 corresponds to a diffraction order in which diffraction angles are distributed in two axial directions on the micromirror array surface 3A corresponding to the diffraction order determined from the array pitch of the micromirrors 3B and the wavelength of the laser light 20a. Form. The numbers described corresponding to the broken-line arrows in FIG. 2A indicate the diffraction orders in the direction along the plane of the discrete diffraction angles indicated by the arrows (hereinafter sometimes referred to as diffraction directions). . In this case, the 0th-order diffraction direction coincides with the reflection direction of the laser light 20a when the micromirror array surface 3A is a mirror surface. That is, in FIG. 2A, θ 2 = θ 1 is satisfied.
In this case, since the regular reflection direction 20b and the (−4) th diffraction direction of the diffraction 18 are shifted by the angle θ 3 , the actual light intensity distribution obtained by convolving these is the light in the regular reflection direction 20b. The distribution has a relatively reduced strength.

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θ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。
On the other hand, since the projection optical system 51 performs reduction projection, depending on the magnification, the NA on the micromirror array 3 side of the imaging lens 7 is relatively small, and the angle θ 3 does not fall within the range of the NA. In this case, the intensity of light incident on the imaging lens 7 is significantly reduced.
In order to efficiently guide the laser beam 20a through the projection optical system 51 to the processing surface 10a, the direction in which the maximum value of the light intensity distribution of the reflected light from the micromirror 3B is taken along the optical axis of the projection optical system 51. It is preferable that the light enters the imaging lens 7 perpendicularly. For that purpose, it is important to match the direction of the discrete diffraction angles of the diffraction 18 with the regular reflection direction 20b.

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、θ/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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2 (b), the micro-mirror array surface 3A by the rotation mechanism 21, by inclining only theta 3/2, the specular direction 20b, (- 4) order diffracted The direction can be matched. Here, 0 ′, −1 ′,..., Etc. represented by broken line arrows indicate the direction of the diffraction 18 before tilting the micromirror array surface 3A, and the solid line arrow indicates the direction of the diffraction 18 after tilting. Show.
Thus, in the present embodiment, focusing on the fact that the diffraction angle of the diffraction 18 is determined by the incident angle of the laser beam, the wavelength, and the arrangement pitch of the micromirrors 3B, the micromirror array surface 3A is rotated to obtain the diffraction angle. The direction of is moved.

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。
In this case, since the incident angle of the laser beam 20a with respect to the micromirror 3B changes, the direction of the regular reflection direction 20b is shifted. However, by changing the incident angle of the laser beam 20a by the rotation mechanism 22, the regular reflection direction 20b. And the diffraction direction can be matched. Further, when the tilt angle of the micromirror 3B can be changed, the tilt angle of the micromirror 3B may be changed for adjustment.
In addition, for the sake of simplicity, the above description has been given by taking an example of adjusting the angle in the uniaxial direction. However, by changing the tilt angle of the micromirror array surface 3A in the biaxial direction, it exists in the depth direction of the paper surface. It is also possible to make the diffraction direction coincide with the regular reflection direction 20b.

このようにして、ステップS1では、例えば、波長λが選択されると、回動制御部23によって、レーザ光L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。 In this way, in step S1, for example, when the wavelength λ 2 is selected, the rotation control unit 23 makes the positional relationship such that the laser light L 2 enters the imaging lens 7 with the maximum intensity. The rotation mechanisms 21 and 22 are driven. Information on the tilt angle of the micromirror array surface 3A with respect to the optical axis of the projection optical system 51 is sent to the image processing unit 15 as tilt angle information 207.

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。
Next, in step S <b> 2, the movement stage 14 is driven by the movement drive control unit 17 to move the workpiece 10, and the processing position of the processing surface 10 a is moved within the irradiation range of the projection optical system 51. . After the movement is completed, the process proceeds to step S3.
The movement position may be automatically set based on information from another inspection apparatus, or may be manually moved by displaying an image of the processing surface 10a on the monitor 12 and viewing the image. . In the case of manual movement, the end of movement is input from an operation unit (not shown) after the movement is completed.
The image of the processing surface 10a is acquired by illuminating the processing surface 10a using the observation light source 11.
The light from the observation light source 11 is reflected by the beam splitter 8, enters the objective lens 9, and is irradiated onto the processing surface 10a. Then, the reflected light including the image information of the surface to be processed is condensed by the objective lens 9, transmitted through the beam splitter 8 and the imaging lens 7, and condensed and guided to the beam splitter 6. Then, the light is reflected by the beam splitter 6 in a direction intersecting the optical axis of the projection optical system 51 and imaged on the imaging surface of the CCD 13.
The CCD 13 photoelectrically converts the image and sends it to the monitor 12 and the image processing unit 15 as an imaging signal 200. As a result, an image of the processing surface 10 a is displayed on the monitor 12.

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)。
In step S <b> 3, the imaging signal 200 sent to the image processing unit 15 is converted into processed surface image data 201 by the image capturing unit 24 and sent to the image comparison unit 25. For example, a processed surface image 30 as shown in FIG. 4 is sent out as processed surface image data 201.
In the image comparison unit 25, the normal image data 202 is called from the data storage unit 29, and the difference image data 203 corresponding to the difference image 32 as shown in FIG. Calculate and send to the defect extraction unit 26 (step S4).
The defect extraction unit 26 performs defect extraction, refers to the defect information 204 stored in the data storage unit 29, and sends the defect part image data 205 including only the defect part image 30b to be repaired to the image correction unit 27. (Step S5).

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。
Next, in step S <b> 6, the image correction unit 27 generates modulation data 208 from the defect portion image data 205 and sends it to the drive control unit 16.
In the process of generating the modulation data 208, image distortion is corrected according to the inclination of the micromirror array 3.
For example, as shown in FIG. 1, if the micromirror array surface 3A is inclined counterclockwise from the position perpendicular to the optical axis of the projection optical system 51, the micromirror array surface 3A These images are also inclined in the same inclination direction on the processing surface 10a. Therefore, for example, if the micromirrors 3B that are turned on are arranged in a rectangular shape on the micromirror array 3, even if the projection optical system 51 does not have any distortion, it is distorted in a trapezoidal shape on the processing surface 10a. The position will be irradiated.
For example, based on the defect portion image data 205, when modulation data for turning on the minute mirror 3B in a long and narrow rectangular shape that removes the defect portion image 30b is generated, reflected light for processing on the processing surface 10a is generated. 4 is a trapezoidal irradiation range 40B shown in FIG. Here, reference numeral 40 </ b> A is a reference pattern described in order to show a state of deformation of all irradiation ranges of the micromirror array 3.
Such distortion is called geometric distortion, and is determined geometrically from the optical parameters such as the tilt direction and tilt angle of the micromirror array surface 3A and the focal length of the projection optical system 51. It is stored in the distortion correction information 206 as a coordinate conversion formula or conversion table for the arrangement position of each micromirror 3B on the micromirror array surface 3A. These conversion formulas can be expressed as a function of the distance from the tilt center and the tilt angle, for example.
Therefore, the amount of distortion can be determined according to the information set in step S1, such as the tilt angle information 207 and the type of the objective lens 9.

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。
In this case, as shown in FIG. 8B, laser processing is performed on the processing target in the processing target irradiation range 40a that overlaps the range of the defect image 30b, and the processing target is not processing in the non-processing target irradiation range 40b. Laser processing is performed on the portion. Further, since the processing reflected light 4 does not reach the unprocessed range 30c, laser processing is not performed.
Therefore, in the image correction unit 27 of the present embodiment, the defect portion image data 205 is subjected to a calculation for correcting the amount of distortion occurring in the irradiation range 40B to generate modulation data 208 corresponding to the irradiation range 40C in FIG. . In FIG. 9, reference numeral 40D is a reference pattern for indicating the amount of distortion to be corrected for the entire area of the micromirror array surface 3A.

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L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。
Next, in step S <b> 7, the drive control unit 16 performs modulation control of the micromirror array 3 based on the modulation data 208 sent from the image correction unit 27.
Then, the imaging in the CCD 13 is interrupted, and the processing light source 1 is turned on (step S8).
The laser beam L 2 which is illuminated by the processing light source 1, the illumination optical system 2, if necessary, Hikaritabakei, the light intensity distribution is adjusted is irradiated onto the micro mirror array surface 3A.
On the micromirror array surface 3A, each micromirror 3B is tilted between an on state and an off state according to the modulation data 208, and the processing reflected light 4 is reflected from the micromirror 3B in the on state. On the other hand, the processed reflected light 5 is reflected from the micro mirror 3 </ b> B in the off state and guided in a direction not entering the projection optical system 51.
The processed reflected light 4 travels on the optical axis of the projection optical system 51 in a state where the light amount is not reduced by the diffraction 18, and passes through the beam splitter 6, the imaging lens 7, the beam splitter 8, and the objective lens 9 in this order. The image is projected onto the processing surface 10 a by the action of the imaging lens 7 and the objective lens 9.
At this time, since the modulation data 208 is irradiated onto the range indicated by the defect image 30b, only the necessary processing range is repaired.
When irradiation is performed for a time required for repair processing, all of the micromirror array 3 is turned off, and the irradiation of Sh wisdom and reflected light 4 for processing is terminated.
Above, step S8 is complete | finished.

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。
Next, in step S9, imaging by the CCD 13 interrupted in step S8 is started, and the operator confirms the state of the processing surface 10a by the monitor 12 (step S9).
When it is determined that the repair process has been completed normally, the process proceeds to step S11.
For example, when the processing of the processing target is insufficient, such as when a defect remains, the process proceeds to step S4 and the above steps are repeated.

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。
Step S11 is a step of confirming whether there is any other defect. If there is another place to be repaired, the process proceeds to step S2 and the above steps are repeated.
If there is no other part to be repaired, the repair process is terminated.
This confirmation may be performed by an operator, or, for example, when a large defect is divided and repaired continuously in a plurality of times, it is determined by a system control unit that performs automatic operation.
Further, when processing by changing the wavelength of the laser beam, the above steps are repeated from step S1.

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。
As described above, in the present embodiment, even if the micromirror array surface 3A is arranged to be inclined with respect to the optical axis of the projection optical system 51, the defect generated from the image acquired by the CCD 13 by the image processing unit 15 is used. Since the distortion of the partial image data 205 is corrected and the modulation data 208 is formed, laser processing can be performed with good accuracy without processing the non-processed portion or leaving the defective portion to be processed. It can be carried out.
Since such distortion correction is performed according to the tilt angle information 207 acquired from the rotation mechanisms 21 and 22, even if the tilt of the micromirror array surface 3A is changed by the rotation mechanisms 21 and 22, the distortion can be easily performed. Correction can be performed.
Therefore, in order to correct a decrease in light intensity due to diffraction due to the arrangement pitch of the micromirrors 3B of the micromirror array 3, it is advantageous to improve the processing efficiency when the micromirror array surface 3A is rotated.
Further, it is more suitable when performing laser processing using laser light having a plurality of wavelength lights depending on the processing object.

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。
In addition, since modulation data is generated by performing image processing based on the distortion correction information 206, depending on the setting of the distortion correction information 206, various cases can be flexibly corrected. For example, by including aberration information such as distortion aberration of the projection optical system in the distortion correction information 206, it is possible to correct the displacement of the irradiation range including the aberration.
As described above, since the distortion correction according to the present embodiment is performed by image processing using the image of the processing surface 10a, an observation optical system that images the processing surface 10a and a laser processing optical system that performs laser processing. There is an advantage that it is particularly effective when the optical path and the optical element used are different.

[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。
[Second Embodiment]
A laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a schematic device configuration diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of an image processing unit of a laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.

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。   As shown in FIG. 10, the laser processing apparatus 110 of the present embodiment replaces the image processing unit 15 and the projection optical system 51 of the laser processing apparatus 100 of the first embodiment with an image processing unit 62 (modulation data generation unit). ), A projection optical system 51A, and an imaging lens 70, a distortion correction element 60 (correction element), and a correction element driving unit 61 are added. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.

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。
As shown in FIG. 11, the image processing unit 62 deletes the image correction unit 27 and the correction data storage unit 28 from the image processing unit 15 of the first embodiment, and replaces the defect extraction unit 26 with a defect extraction unit. 26A.
The defect extraction unit 26A calculates defect part image data 205 in the same manner as the defect extraction unit 26 of the first embodiment, generates modulation data 209 based on the defect part image data 205, and sends it to the drive control unit 16. is there.
That is, the modulation data 209 is the same data as the modulation data 208 when the image correction unit 27 does not perform distortion correction in the first embodiment. This is obtained by a simple calculation process corresponding to the on / off state of the mirror 3B.

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。
Similar to the projection optical system 51, the projection optical system 51 A includes beam splitters 6 and 8, an imaging lens 7, and an objective lens 9, but the beam splitter 6 is disposed between the imaging lens 7 and the beam splitter 8. The difference is that the optical path branching position with respect to the CCD 13 is changed.
The imaging lens 70 is arranged between the CCD 13 and the beam splitter 6 according to the movement of the arrangement position of the beam splitter 6, is reflected from the processing surface 10 a and reaches the beam splitter 6, and is reflected by the beam splitter 6. It is a lens for forming the imaged light on the imaging surface of the CCD 13.

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。
The distortion correction element 60 is an optical element arranged in the optical path of the projection optical system 51A in order to correct the inclination of the image plane of the projection optical system 51A generated according to the inclination of the micromirror array surface 3A.
The correction element driving unit 61 controls the correction amount of the distortion correction element 60 in accordance with the tilt angle information 207 from the rotation control unit 23.
Such a distortion correction element 60 can be realized by various optical actions such as refraction, diffraction, reflection, etc., and the correction element driver 61 determines the degree of the action according to each optical action. A means to change according to is adopted.

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。
As the distortion correction element 60, for example, by changing the optical path length until the light enters the imaging lens 7 according to the inclination of the micromirror array surface 3A, the image surface after passing through the imaging lens 7 does not rotate. An optical element can be employed. As such an optical element, it is possible to employ a wedge-shaped prism element that is held so as to be able to advance and retreat with respect to the optical axis of the projection optical system 51A and to rotate in three axes. In this case, the processed reflected light 4 is combined with a light beam equivalent to that reflected on the surface orthogonal to the optical axis by changing the optical path length according to the transmission position of the wedge-shaped prism element. The light can enter the image lens 7.
The correction element driving unit 61 can employ a combination of an appropriate moving stage, rotation, and rotation stage. Then, according to the inclination of the micromirror array surface 3A obtained from the inclination angle information 207, the position and orientation for optimizing the correction of the optical path length are calculated, and the distortion correction element 60 is moved. When the micromirror array surface 3A is in a positional relationship orthogonal to the optical axis of the projection optical system 51, it is not necessary to use the distortion correction element 60, and therefore it is retracted from the optical path.

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。
The distortion correction element 60 is not limited to such a prism element that changes the optical path length, and may include a hologram element, a refractive index distribution element, a liquid crystal lens, a filter, or a combination thereof. Further, the optical element is not limited to an optical element that does not have power. For example, an optical element that has power may be arranged eccentrically, or an optical element that can change power according to the light transmission position may be employed. May be.
Further, the position where the distortion correcting element 60 is disposed is also different from that in FIG. 10, such as between the imaging lens 7 and the objective lens 9 or between the objective lens 9 and the processing surface 10 a as necessary. You may arrange.
Also, the configuration of the correction element driving unit 61 can adopt a required driving form according to the configuration, and is not limited to the moving operation by the moving stage or the like. For example, a mechanism in which a plurality of distortion correction elements 60 are prepared and switched in the optical path as necessary can be employed. Alternatively, the distortion correction element 60 may be composed of a plurality of elements, and the correction operation may be performed by changing the interval or relative position thereof.

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。
According to such a configuration, when step S1 of the first embodiment is completed, the correction element driving unit at the timing until step S7 is executed based on the acquired tilt angle information 207. 61, the distortion correction element 60 is adjusted. Step S6 is omitted according to the deletion of the image correction unit 27. Other operations can be performed in the same manner as in the first embodiment.
In the present embodiment, the distortion correction element 60 and the correction element driving unit 61 constitute an irradiation deviation correction unit.

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。   In this embodiment, the distortion correction element 60 optically corrects the rotation of the image plane due to the inclination of the micromirror array surface 3A. Therefore, the modulation data 209 is generated based on the defect image data 205, and the first The calculation process performed by the image correction unit 27 of the embodiment can be omitted. Therefore, the apparatus is simplified, the calculation processing time is reduced, and the laser processing step can be performed efficiently.

[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。
[Third Embodiment]
A laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 12 is a schematic device configuration diagram showing a schematic configuration of a laser processing apparatus according to the third embodiment of the present invention.

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。   As shown in FIG. 12, the laser processing apparatus 120 of the present embodiment includes an image processing unit 62 similar to that of the second embodiment, instead of the image processing unit 15 of the laser processing apparatus 100 of the first embodiment. A beam splitter 65, an inclination imaging means 63 (imaging means), and an inclination control unit 64 (imaging surface rotating means). The following description will focus on the differences from the first and second embodiments.

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。
The beam splitter 65 branches the light branched by the beam splitter 6 in two directions. For example, a half mirror can be used.
In the present embodiment, the CCD 13 is disposed in the optical path reflected by the beam splitter 65, and the tilt imaging means 63 is disposed in the optical path that passes through the beam splitter 65.
Here, the CCD 13 is disposed on the imaging surface of the imaging lens 7.

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。   The tilted imaging means 63 is an imaging means in which the imaging surface can be tilted in the biaxial direction with respect to the imaging surface of the imaging lens 7. For example, a configuration in which an imaging element such as a CCD is held on a rotating stage that rotates in two axial directions can be employed. For example, when a CCD is employed, a configuration similar to that of the CCD 13 can be employed. Alternatively, an imaging optical system with an appropriate magnification may be disposed in the optical path after the light branched by the beam splitter 65 forms a real image, and re-imaging may be performed on the imaging surface of the CCD 13.

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。
The tilt control unit 64 performs control to change the tilt of the imaging surface of the tilt imaging unit 63 according to the tilt angle information 207.
For example, when the center of the imaging surface is located on the imaging surface of the imaging lens 7, the imaging surface is set to an inclination equivalent to the inclination angle and inclination direction of the micromirror array surface 3A.
When imaging is performed via the imaging optical system, the tilt angle corresponding to the micromirror array surface 3A is set in consideration of the optical characteristics of the imaging optical system.
In the present embodiment, the tilt imaging unit 63 and the tilt control unit 64 constitute an irradiation deviation correction unit.

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。
According to such a configuration, when step S1 of the first embodiment is completed, the tilt control unit 64 is at a timing until step S3 is executed based on the acquired tilt angle information 207. By rotating the tilt imaging means 63, an image of the processing surface 10a is picked up in a tilted state corresponding to the micromirror array surface 3A.
In this state, the imaging signal 200 is sent to the image processing unit 62. Then, from step S3 in FIG. 7, in accordance with the deletion of the image correction unit 27, step S6 is omitted, and the other operations are the same as those in the first embodiment.
Here, the normal image data 202 and defect information 204 used in steps S4 and S5 are stored in advance in the data storage unit 29 according to the inclination of the micromirror array surface 3A.
On the other hand, the image data of the processed surface 10 a captured by the CCD 13 without tilting the imaging surface is displayed on the monitor 12. Therefore, the operator can perform operations such as operation and confirmation of the repair state by observing the image of the processing surface 10a viewed from the optical axis direction of the projection optical system 51 in step S2 and step S9. .

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。
In the present embodiment, the tilted imaging unit 63 captures the imaging surface used for imaging for generating modulation data in a tilted state corresponding to the micromirror array surface 3A, so that it is the same as in the second embodiment. The modulation data 209 can be obtained by a simple calculation process in which the luminance data of the defect image data 205 calculated by the defect extraction unit 26A is made to correspond to the on / off state of the micromirror 3B.
Therefore, since the arithmetic processing performed by the image correction unit 27 of the first embodiment can be omitted, the apparatus is simplified, the arithmetic processing time is reduced, and the laser processing step can be performed efficiently. .

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。   In the above description, when switching the wavelength of the laser light, the example in which the specular reflection direction and the diffraction direction coincide with each other has been described. However, the specular reflection direction and the diffraction direction indicate that the diffraction direction is a space in the projection optical system. It only needs to be approximately the same as the NA range on the modulation element side.

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。   In the above description, when the wavelengths are different from each other, the specular reflection direction and the diffraction direction are matched with each other according to each wavelength.For example, when a plurality of wavelengths used for processing are determined, A direction in which the diffraction directions coincide at each wavelength may be obtained, and the common diffraction direction and the regular reflection direction may be matched. In this case, since it is not necessary to change the inclination of the reference plane with respect to the optical axis of the projection optical system between laser processing steps using a plurality of wavelengths, efficient laser processing can be performed.

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。
Further, in the above description, the example in which the spatial modulation element is tilted to match the specular reflection direction and the diffraction direction has been described. However, the present invention is not limited to such an application. This is also suitable when the spatial modulation element is tilted for the reasons described above. Therefore, the wavelength of the laser light source is not limited to a plurality, and may be one wavelength.
The plurality of wavelengths are not limited to two wavelengths, and may be switched to two or more wavelengths.
In addition, if the normal of the reference surface of the spatial modulation element is inclined with respect to the optical axis of the projection optical system, the present invention may be applied when the inclination is not variable. That is, it is good also as a structure which is not provided with the rotation mechanisms 21 and 22. FIG.

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。
In the above description, the example in which the inclination of the reference surface of the spatial modulation element is acquired from the modulation element rotation mechanism has been described. However, the inclination from other control means for setting the rotation amount of the modulation element rotation mechanism Information on the angle may be acquired, and for example, an inclination angle detection unit such as a sensor for detecting the inclination angle of the spatial modulation element may be provided.
In addition, a means for capturing an image of the spatial modulation element may be provided, and the tilt angle may be obtained by calculating a distortion amount of a mark or the like serving as a position reference on the image.
Further, it is possible to make it possible to confirm the irradiation region in which the irradiation deviation correction has been performed before processing with the processing light source 1 as a configuration capable of irradiation using visible laser light from the light source unit 50 as guide light.

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。   In the above description of the second embodiment, an example in which the distortion correction element 60 is controlled by the correction element driving unit 61 has been described. However, the present invention is not limited to this, and according to the inclination of the reference plane. Alternatively, different correction elements may be exchanged.

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。   In the description of the third embodiment, the CCD 13 can display an image when the imaging surface is not tilted by the CCD 13. However, the CCD 13 can be omitted. Even in this case, it is possible to display the processed surface 10a in the same manner as the CCD 13 by connecting the tilt imaging means 63 to the monitor 12 and returning the tilt of the imaging surface by the tilt control unit 64 in steps other than step S3. It becomes.

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。   In the above description of the third embodiment, the normal image data 202 and the defect information 204 have been described by way of example in accordance with the inclination of the micromirror array surface 3A. In the comparison calculation process performed in step S3 and the defect extraction process performed in the defect extraction unit 26A, the normal image data 202 and the defect information 204 when the micromirror array surface 3A used in the first embodiment is not tilted are stored in advance. In accordance with the corner information 207, the normal image data 202 and the defect information 204 may be configured to perform arithmetic processing for converting the image data and information when the inclination occurs, respectively.

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。   In the description of the third embodiment, the tilt imaging unit 63 includes an image sensor such as a CCD, and the tilt control unit 64 rotates the imaging surface. An optical element that generates a geometric distortion that rotates the imaging surface of the imaging lens 7 so as to be inclined with respect to the imaging surface, such as a prism or a hologram element, is interposed between the imaging lens 7 and the imaging device. It is good also as a structure which comprises, and the inclination control part 64 performs control which makes such an optical element advance or retreat in an optical path, or changes a rotation amount.

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。   In addition, the constituent elements described in all of the above-described embodiments and modifications can be implemented in appropriate combination as much as technically possible within the scope of the technical idea of the present invention.

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。It is a typical device block diagram which shows schematic structure of the laser processing apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 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。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of a spatial modulation element and a state of diffracted light of the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention, and a schematic cross-sectional view showing a state of diffracted light when the spatial modulation element is tilted. is there. 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。It is a functional block diagram explaining schematic structure of the image processing unit of the laser processing apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 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。It is an example of the image of the to-be-processed surface in the laser processing apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 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。It is an example of the image of the to-be-processed surface which does not have the part which laser-processes similarly. 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。It is an example of the difference image which took the difference of the image of the to-be-processed surface of FIG. 4, and the image of FIG. 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。It is a flowchart explaining operation | movement of the laser processing apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 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。It is the schematic diagram explaining the shift | offset | difference of the irradiation range of the modulated light generate | occur | produced on a to-be-processed surface, and its enlarged view. 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。It is a schematic diagram which shows the irradiation range corresponding to the corrected modulation data which the irradiation deviation correction | amendment means of the laser processing apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention forms. 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。It is a typical apparatus block diagram which shows schematic structure of the laser processing apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a functional block diagram explaining schematic structure of the image processing unit of the laser processing apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 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。It is a typical apparatus block diagram which shows schematic structure of the laser processing apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 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。It is an angle distribution figure for demonstrating an example of the angle distribution of the diffracted light in the laser processing apparatus which can switch a wavelength.

符号の説明Explanation of symbols

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
1 Processing light source (laser light source)
2 Illumination optical system 3 Micro mirror array (spatial modulation element)
3A Micro mirror array surface (reference surface)
3B, 3a, 3b, 3c, 3e Micro mirror (modulation element)
4 Reflected light for processing (modulated light)
7, 70 Imaging lens 9 Objective lens 10 Work piece 10a Work surface 11 Observation light source 13 CCD
14 Moving stages 15, 62 Image processing unit (modulation data generator)
16 Drive control unit 20a Laser beam 21 rotation mechanism (modulation element rotation mechanism)
22 Rotating mechanism (Light source rotating mechanism)
23 Rotation control unit (Rotation mechanism control unit)
24 Image capturing unit 25 Image comparing unit 26 Defect extracting unit 27 Image correcting unit (irradiation deviation correcting means)
28 correction data storage unit 29 data storage unit 30b defective portion image 40B irradiation range 50 light source unit 51 projection optical system 60 distortion correction element (correction element)
61 Correction element driving unit 63 Tilt imaging means (imaging means)
64 Tilt control unit (imaging surface rotating means)
100, 110, 120 Laser processing device 206 Distortion correction information 207 Inclination angle information 208, 209 Modulation data

Claims (8)

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。
A laser light source for generating laser light;
A spatial modulation element that spatially modulates the laser light generated by the laser light source with a plurality of modulation elements regularly arranged on a reference plane;
A projection optical system that projects the modulated light spatially modulated by the spatial modulation element onto a workpiece;
A modulation data generating unit that images the processing surface and generates modulation data for driving the spatial modulation element from the image of the processing surface;
Laser processing comprising: an irradiation deviation correcting means for correcting deviation of an irradiation range on the processing surface of the modulated light generated according to an inclination of the reference surface with respect to an optical axis of the projection optical system apparatus.
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。
The irradiation deviation correction means is
By performing image processing that eliminates the deviation of the irradiation range in accordance with the distortion of the image of the modulated light caused by the inclination of the reference surface with respect to the optical axis of the projection optical system, on the captured image of the processing surface The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the modulation data is generated.
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。
The irradiation deviation correction means is
In the optical path between the spatial modulation element and the processing surface, distortion of the image of the reference surface projected on the processing surface is caused according to the inclination of the reference surface with respect to the optical axis of the projection optical system. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a correction element that optically corrects.
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。
The irradiation deviation correction means is
An image pickup means for picking up an image of the processing surface; and an image pickup surface rotating means for rotating the image pickup surface of the image pickup means,
Based on the image picked up on the rotated imaging surface by rotating the imaging surface of the imaging means by the imaging surface rotating means according to the inclination of the reference surface with respect to the optical axis of the projection optical system. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the deviation of the irradiation range is corrected by generating the modulation data.
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。   The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a modulation element rotating mechanism that tilts the spatial modulation element with respect to an optical axis of the projection optical system. 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。   The diffraction direction of the modulation light is calculated from the rotation position of the modulation element rotation mechanism and the wavelength of the laser light, and the modulation element rotation is performed so that the diffraction direction substantially coincides with the optical axis of the projection optical system. The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising a rotation mechanism control unit that drives the mechanism. 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。
The laser light source is generated so that two or more different wavelengths of laser light can be switched,
The laser processing apparatus according to claim 6, wherein the rotation mechanism control unit substantially aligns the optical axis of the projection optical system with a diffraction direction common to the wavelengths of the respective laser beams. .
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。
The spatial modulation element is
8. The micro mirror array comprising a plurality of micro mirrors that switch the tilt angle with respect to the reference plane and deflect the laser light in at least two directions as the plurality of modulation elements. The laser processing apparatus as described in.
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