JP4879619B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ加工装置に関する。例えば、液晶基板、半導体基板やプリント基板等の欠陥のリペアを行うレーザ加工装置に関する。
従来、例えば、液晶表示デバイス（ＬＣＤ）の製造工程などでは、フォトリソグラフィ処理工程で処理されるガラス基板に対して各種検査を行い、ガラス基板上に形成されたレジストパターンやエッチングパターンに欠陥部が検出された場合に、レーザリペア装置を用いて、欠陥部にレーザ光を照射し欠陥部を除去するリペア加工を施す場合が多い。
このようなレーザリペア装置として利用可能な装置として、特許文献１には、エキシマレーザなどのレーザ発振器から出射されたレーザビームをホモジナイザーなどのビーム均質光学系を用いて断面上の強度分布を均一化し、微小レンズミラーアレイにより被加工物に転写ドットパターンを構成して、レーザ加工を行うレーザ加工装置が記載されている。
特開平８−１７４２４２号公報（図１）
このようなレーザリペア装置として利用可能な装置として、特許文献１には、エキシマレーザなどのレーザ発振器から出射されたレーザビームをホモジナイザーなどのビーム均質光学系を用いて断面上の強度分布を均一化し、微小レンズミラーアレイにより被加工物に転写ドットパターンを構成して、レーザ加工を行うレーザ加工装置が記載されている。
しかしながら、上記のような従来のレーザ加工装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、ホモジナイザーなどのビーム均質光学系を用いるので、原理的にはレーザ光の断面における光強度分布を略均一化することができるものの、レーザ光源の特性、ホモジナイザーの均一化能力、微小ミラーアレイの状態、結像光学系の特性等により、完全には補正することができないので、そのような場合には、被加工面でのレーザ光強度分布が不均一となり、欠陥部が同じ厚さであっても光強度が不十分な部分があり、除去の残しが発生するなど、必要な加工性能が得られないという問題がある。
領域毎にレーザ光の照射時間を変更してリペアすることも考えられる。しかし、領域毎に微小ミラーアレイのオンオフ状態を変更して複数回に渡って、リペアを行うため、時間がかかるものとなってしまう。
また、領域によって欠陥の種類が異なる場合等、領域によりレーザ光強度を変更したいことがあっても対応できるものではない。
特許文献１に記載の技術では、ホモジナイザーなどのビーム均質光学系を用いるので、原理的にはレーザ光の断面における光強度分布を略均一化することができるものの、レーザ光源の特性、ホモジナイザーの均一化能力、微小ミラーアレイの状態、結像光学系の特性等により、完全には補正することができないので、そのような場合には、被加工面でのレーザ光強度分布が不均一となり、欠陥部が同じ厚さであっても光強度が不十分な部分があり、除去の残しが発生するなど、必要な加工性能が得られないという問題がある。
領域毎にレーザ光の照射時間を変更してリペアすることも考えられる。しかし、領域毎に微小ミラーアレイのオンオフ状態を変更して複数回に渡って、リペアを行うため、時間がかかるものとなってしまう。
また、領域によって欠陥の種類が異なる場合等、領域によりレーザ光強度を変更したいことがあっても対応できるものではない。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、空間変調素子の制御により被加工物に対するレーザ光の照射強度分布を必要に応じて補正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。
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、レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光束を一定の変調領域内に配置された複数の変調要素により被加工面に到達するオン光と前記被加工面に到達しないオフ光とに空間変調する空間変調素子とを備えたレーザ加工装置であって、前記被加工面の画像をもとに加工形状データを算出する加工形状算出手段と、前記オン光の間引きを行うための補正変調データを生成する補正変調データ生成手段と、前記加工形状データと前記補正変調データとを合成して前記被加工面に加工を行うための変調データを生成するデータ合成手段と、前記変調データをもとに前記空間変調素子を制御し、前記被加工面に対し前記レーザ光を照射して加工を行う構成とする。
この発明によれば、変調要素がすべてオン光を形成する場合の被加工面におけるレーザ光強度分布を、オン光の間引きによって補正するので、空間変調素子がレーザ光強度分布の補正手段を兼ねることができる。
また、補正変調データ生成手段により、オン光の間引きにより補正するための補正変調データを生成し、この補正変調データと、加工形状算出手段により算出した加工形状データとを、データ合成手段により合成して変調データを生成する。そして、この変調データに応じて空間変調素子の各変調要素を制御して、補正変調データに応じたオン光の間引きを行う。
これにより、空間変調素子近傍におけるレーザ光強度分布は不均一になるが、変調要素によるフランホーファ回折によって、被加工面上ではオフ光とされた変調要素に対応する照射領域に隣接するオン光が回り込み、レーザ光強度分布が平均化される。そのため、オン光に対するオフ光の比率に応じて被加工面の加工形状に合わせて、レーザ光強度分布を補正することができる。
この発明によれば、変調要素がすべてオン光を形成する場合の被加工面におけるレーザ光強度分布を、オン光の間引きによって補正するので、空間変調素子がレーザ光強度分布の補正手段を兼ねることができる。
また、補正変調データ生成手段により、オン光の間引きにより補正するための補正変調データを生成し、この補正変調データと、加工形状算出手段により算出した加工形状データとを、データ合成手段により合成して変調データを生成する。そして、この変調データに応じて空間変調素子の各変調要素を制御して、補正変調データに応じたオン光の間引きを行う。
これにより、空間変調素子近傍におけるレーザ光強度分布は不均一になるが、変調要素によるフランホーファ回折によって、被加工面上ではオフ光とされた変調要素に対応する照射領域に隣接するオン光が回り込み、レーザ光強度分布が平均化される。そのため、オン光に対するオフ光の比率に応じて被加工面の加工形状に合わせて、レーザ光強度分布を補正することができる。
また、本発明のレーザ加工装置では、前記補正変調データ生成手段は、前記空間変調素子に到達するレーザ光強度分布に基づいて、領域毎に前記補正変調データの生成を行い、前記オン光の間引きによって前記レーザ光強度分布の補正を行うことが好ましい。
この場合、空間変調素子に到達するレーザ光強度分布に基づいて、領域毎に補正変調データの生成を行ってオン光の間引きを行うので、空間変調素子上でのレーザ光強度分布を領域毎に補正することができる。
この場合、空間変調素子に到達するレーザ光強度分布に基づいて、領域毎に補正変調データの生成を行ってオン光の間引きを行うので、空間変調素子上でのレーザ光強度分布を領域毎に補正することができる。
また、本発明のレーザ加工装置では、前記被加工面を撮像する撮像手段を備え、前記加工形状データは、前記撮像手段により撮像された撮像データをもとに算出される構成とすることが好ましい。
この場合、撮像手段により撮像された撮像データから加工形状データを算出するので、撮像された加工形状に合わせて正確な加工形状データを算出することができる。
この場合、撮像手段により撮像された撮像データから加工形状データを算出するので、撮像された加工形状に合わせて正確な加工形状データを算出することができる。
また、本発明の撮像手段を備えるレーザ加工装置では、前記補正変調データ生成手段による前記被加工面での前記レーザ光強度分布の補正の目標が、前記撮像データをもとに算出された欠陥の情報によって算出される構成とすることが好ましい。
この場合、被加工面でのレーザ光強度分布の補正目標が、撮像データをもとに算出された欠陥の情報によって算出されるので、撮像された欠陥に合わせて補正変調データを生成することができる。
この場合、被加工面でのレーザ光強度分布の補正目標が、撮像データをもとに算出された欠陥の情報によって算出されるので、撮像された欠陥に合わせて補正変調データを生成することができる。
また、本発明のレーザ加工装置では、前記補正変調データ生成手段による前記被加工面での前記レーザ光強度分布の補正の目標が略均一分布であることが好ましい。
この場合、被加工面のレーザ光強度分布が略均一分布を補正目標として補正されるので、レーザ光源のレーザ光強度分布、および空間変調素子の反射率分布、あるいは、レーザ光源と被加工面との間に他の光学素子が配置される場合には、その光学素子の反射・透過率分布に不均一性があっても、被加工面のレーザ光強度分布が略均一分布とされるので、均一なレーザ加工を行うことができる。
ここで略均一とは、加工対象を加工ムラの許容値以下で加工できる程度に均一であることをいう。
この場合、被加工面のレーザ光強度分布が略均一分布を補正目標として補正されるので、レーザ光源のレーザ光強度分布、および空間変調素子の反射率分布、あるいは、レーザ光源と被加工面との間に他の光学素子が配置される場合には、その光学素子の反射・透過率分布に不均一性があっても、被加工面のレーザ光強度分布が略均一分布とされるので、均一なレーザ加工を行うことができる。
ここで略均一とは、加工対象を加工ムラの許容値以下で加工できる程度に均一であることをいう。
また、本発明のレーザ加工装置では、前記空間変調素子と前記被加工面との間に配置され、レーザ光照射の分解能を可変する結像光学系と、前記レーザ光照射の分解能に応じて、前記結像光学系の結像位置をデフォーカスするデフォーカス手段とを備えることが好ましい。
この場合、結像光学系によりレーザ光照射の分解能が変更されたとき、デフォーカス手段を用いて、変更されたレーザ光照射の分解能に応じて結像光学系の結像位置をデフォーカスできるので、レーザ光の照射解能が向上した場合にも、間引きによりオフ光とされた変調要素が解像しないように設定することができる。そのため、間引きによるレーザ光強度分布のムラが解像しないのでレーザ加工のムラが発生するのを防止することができる。その結果、レーザ光照射の分解能が変化しても、良好なレーザ加工を行うことができる。
デフォーカス手段としては、例えば、結像光学系のピント位置をずらす手段や、結像光学系と被加工面との間に光路長を可変する部材を挿脱する手段などを採用することができる。
この場合、結像光学系によりレーザ光照射の分解能が変更されたとき、デフォーカス手段を用いて、変更されたレーザ光照射の分解能に応じて結像光学系の結像位置をデフォーカスできるので、レーザ光の照射解能が向上した場合にも、間引きによりオフ光とされた変調要素が解像しないように設定することができる。そのため、間引きによるレーザ光強度分布のムラが解像しないのでレーザ加工のムラが発生するのを防止することができる。その結果、レーザ光照射の分解能が変化しても、良好なレーザ加工を行うことができる。
デフォーカス手段としては、例えば、結像光学系のピント位置をずらす手段や、結像光学系と被加工面との間に光路長を可変する部材を挿脱する手段などを採用することができる。
また、本発明のレーザ加工装置では、前記データ合成手段が、前記加工形状データの輪郭線に対応する変調要素を抽出する輪郭抽出部と、該輪郭抽出部で抽出された変調要素に対する前記補正変調データがオフ光形成データである場合に、その隣接領域の変調要素に対するオン光形成データと互いの補正変調データを入れ替える補正変調データ再配置部とを備える構成とすることが好ましい。
この発明によれば、輪郭抽出部により、加工形状データの輪郭線に対応する変調要素を抽出する。そして補正変調データ再配置部により、輪郭線に対応する変調要素がオフ光形成データで変調される場合には、隣接領域のオン光形成データで変調される変調要素と互いの補正変調データを入れ替えるので、加工形状の輪郭線上では確実にオン光が形成される。そのため、例えば、レーザ光照射の分解能が高く、オフ光を形成する変調要素が解像しやすい場合であっても、加工形状の輪郭線が確実に加工される。その結果、正常パターンとの接触を生じるおそれがある欠陥形状の輪郭が確実に除去されるので、レーザ加工の信頼性を向上することができる。
この発明によれば、輪郭抽出部により、加工形状データの輪郭線に対応する変調要素を抽出する。そして補正変調データ再配置部により、輪郭線に対応する変調要素がオフ光形成データで変調される場合には、隣接領域のオン光形成データで変調される変調要素と互いの補正変調データを入れ替えるので、加工形状の輪郭線上では確実にオン光が形成される。そのため、例えば、レーザ光照射の分解能が高く、オフ光を形成する変調要素が解像しやすい場合であっても、加工形状の輪郭線が確実に加工される。その結果、正常パターンとの接触を生じるおそれがある欠陥形状の輪郭が確実に除去されるので、レーザ加工の信頼性を向上することができる。
また、本発明のレーザ加工装置では、前記補正変調データ生成手段により生成された複数の補正変調データを記憶する補正変調データ記憶部と、該補正変調データ記憶部に記憶された前記複数の補正変調データの１つを、装置本体の設定条件に応じて選択的に読み出して前記空間変調素子制御手段に送出する補正変調データ切替手段とを有することが好ましい。
この場合、補正変調データ生成手段により、装置本体の設定条件を変えた場合の被加工面のレーザ光強度分布に対応して補正変調データを複数生成し、補正変調データ記憶部に記憶する。そして、補正変調データ切替手段により、装置本体の設定条件に応じて、補正変調データ記憶部から、それらの複数の補正変調データのうち１つを選択的に読み出し、補正変調データを空間変調素子制御手段に送出することができる。そのため、装置本体の設定条件によって被加工面のレーザ光強度分布が変動する場合でも、被加工面上に安定したレーザ光強度分布を形成することができる。
ここで、装置本体の設定条件とは、レーザ加工を行うために装置本体の設定する条件であって、補正変調データに影響を与える諸条件である。例えば、レーザ加工装置における諸構成要素の組み合わせ、相対的な位置関係、諸構成要素の駆動条件、およびそれらの組み合わせによる運転条件などが含まれる。
この場合、補正変調データ生成手段により、装置本体の設定条件を変えた場合の被加工面のレーザ光強度分布に対応して補正変調データを複数生成し、補正変調データ記憶部に記憶する。そして、補正変調データ切替手段により、装置本体の設定条件に応じて、補正変調データ記憶部から、それらの複数の補正変調データのうち１つを選択的に読み出し、補正変調データを空間変調素子制御手段に送出することができる。そのため、装置本体の設定条件によって被加工面のレーザ光強度分布が変動する場合でも、被加工面上に安定したレーザ光強度分布を形成することができる。
ここで、装置本体の設定条件とは、レーザ加工を行うために装置本体の設定する条件であって、補正変調データに影響を与える諸条件である。例えば、レーザ加工装置における諸構成要素の組み合わせ、相対的な位置関係、諸構成要素の駆動条件、およびそれらの組み合わせによる運転条件などが含まれる。
本発明のレーザ加工装置によれば、加工形状データと、被加工面におけるレーザ光強度分布を、オン光を間引くことによって補正するよう空間変調素子の各変調要素を制御するので、空間変調素子がレーザ光強度分布の補正手段を兼用した構成で、加工対象である被加工物に対するレーザ光の照射強度分布を必要に応じた補正をすることができるという効果を奏する。
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。
［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について説明するための模式的な構成説明図である。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ光が照射された被加工面での光の強度分布の一例を示す平面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置に用いる空間変調素子の変調要素の動作について説明するための概念図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の各制御ユニットの概略構成について説明するための機能ブロック図である。
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について説明するための模式的な構成説明図である。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ光が照射された被加工面での光の強度分布の一例を示す平面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置に用いる空間変調素子の変調要素の動作について説明するための概念図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係るレーザ加工装置の各制御ユニットの概略構成について説明するための機能ブロック図である。
本実施形態のレーザ加工装置であるレーザリペア装置２００は、レーザ光でリペア加工を行う装置である。例えばＬＣＤガラス基板や半導体ウエハ基板など、フォトリソグラフィ処理工程で基板上に回路パターンなどが形成された被加工物において、例えば配線部分のショート、フォトレジストのはみ出し等の欠陥部が検出された場合に欠陥部を除去するといったリペア加工に好適に用いることができるものである。
レーザリペア装置２００の概略構成は、図１に示すように、レーザ光源１、レーザ光源制御ユニット５０、均一化光学素子２、空間変調素子３、空間変調素子制御ユニット５１（空間変調素子制御手段）、結像レンズ３９、可変絞り４０、結像レンズ４１、対物レンズ５、ハーフミラー１０１、１０２、撮像レンズ４２、撮像素子７、画像処理ユニット５２、基準反射面設定手段１０、装置制御ユニット５３、およびユーザインタフェース部５４からなる。図１において、符号６、６ａは、それぞれ被加工物、被リペア面（被加工面）を示す。
レーザリペア装置２００の概略構成は、図１に示すように、レーザ光源１、レーザ光源制御ユニット５０、均一化光学素子２、空間変調素子３、空間変調素子制御ユニット５１（空間変調素子制御手段）、結像レンズ３９、可変絞り４０、結像レンズ４１、対物レンズ５、ハーフミラー１０１、１０２、撮像レンズ４２、撮像素子７、画像処理ユニット５２、基準反射面設定手段１０、装置制御ユニット５３、およびユーザインタフェース部５４からなる。図１において、符号６、６ａは、それぞれ被加工物、被リペア面（被加工面）を示す。
レーザ光源１は、リペア対象を加工するレーザ光束１５を出射する加工用の光源である。本実施形態では、リペア対象に応じて複数波長のレーザ光束１５を出射することができるものを採用している。例えば、基本波長が１．０６４μｍで、第２、第３高調波（それぞれ、波長５３２ｎｍ、３５５ｎｍ）を切り替えることができ、パルス発振可能なＹＡＧレーザなどを好適に採用することができる。
レーザ光源制御ユニット５０は、装置制御ユニット５３の制御信号に応じて、レーザ光源１の発光を制御する手段であり、例えば、発光波長、パルス発振などの発振モード、点灯消灯制御などを行うことができる。
レーザ光束１５の光強度は、例えば、減光フィルタなどの出力調整手段（不図示）によって適宜変更できるようになっている。
レーザ光束１５の光強度は、例えば、減光フィルタなどの出力調整手段（不図示）によって適宜変更できるようになっている。
均一化光学素子２は、レーザ光源１から出射されたレーザ光束１５の光軸に直交する断面におけるレーザ光強度分布を均一化して、空間変調素子３の変調領域上に均一化された光を投射する光学素子である。例えば、レーザ光束１５の光強度分布がガウス分布の場合、所定のビーム径内の光強度分布を略平坦な分布とする適宜のホモジナイザを採用することができる。このようなホモジナイザとしては、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が知られているので、必要に応じてどの構成を採用してもよい。
また、スペックル除去のためディフューザを採用してもよい。例えば、レーザ光源からの光をディフューザにより拡散光とし、その拡散光をカレイド型ロッドに入射させることにより、ロッドの出射端では均一化される。この出射端を、出射端と空間変調素子との間に配置されたレンズにより空間変調素子上に投影する構成としてもよい。
また、スペックル除去のためディフューザを採用してもよい。例えば、レーザ光源からの光をディフューザにより拡散光とし、その拡散光をカレイド型ロッドに入射させることにより、ロッドの出射端では均一化される。この出射端を、出射端と空間変調素子との間に配置されたレンズにより空間変調素子上に投影する構成としてもよい。
空間変調素子３は、各変調要素を空間変調素子制御ユニット５１によって制御することで、均一化光学素子２より投射されたレーザ光束１５を空間変調するものである。そして、空間変調された光束は、図２に示すように、被加工面である被リペア面上の縦寸法Ｈ’、横寸法Ｗ’の矩形状の領域内に照射される。本実施形態では、変調要素として多数の微小ミラー３Ｍを２次元的に配列した微小ミラーアレイであるＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）を採用している。
微小ミラー３Ｍは、図３に示すように、２点鎖線で示す基準配列面３００に対して、変調制御信号に応じて駆動部（不図示）で発生する静電電界により、角度θＯＮ、θＯＦＦだけ傾斜するようになっている。そのため、基準配列面３００に入射するレーザ光束１５を異なる方向にそれぞれ偏向し、被リペア面６ａに到達するオン光１６Ａと、被リペア面６ａに到達しないオフ光１６Ｂとが形成されるようになっている。以下では、角度θＯＮ、θＯＦＦだけ傾斜された微小ミラー３Ｍを、それぞれオン状態ミラー３ａ、オフ状態ミラー３ｂと称する。
なお、図３は概念図であって光路は概念的に描かれているものである。
微小ミラー３Ｍは、図３に示すように、２点鎖線で示す基準配列面３００に対して、変調制御信号に応じて駆動部（不図示）で発生する静電電界により、角度θＯＮ、θＯＦＦだけ傾斜するようになっている。そのため、基準配列面３００に入射するレーザ光束１５を異なる方向にそれぞれ偏向し、被リペア面６ａに到達するオン光１６Ａと、被リペア面６ａに到達しないオフ光１６Ｂとが形成されるようになっている。以下では、角度θＯＮ、θＯＦＦだけ傾斜された微小ミラー３Ｍを、それぞれオン状態ミラー３ａ、オフ状態ミラー３ｂと称する。
なお、図３は概念図であって光路は概念的に描かれているものである。
空間変調素子制御ユニット５１は、図４に示すように、装置制御ユニット５３から送出される変調データ６６に応じて、空間変調素子３の駆動部（不図示）が形成する電界を制御し、各微小ミラー３Ｍを、オン状態ミラー３ａまたはオフ状態ミラー３ｂに、それぞれ独立して制御できるようになっている。
以下では、空間変調素子３の一例として、Ｈ＝８ｍｍ、Ｗ＝１１ｍｍの変調領域内に、一辺が１１μｍの正方形状の微小ミラー３Ｍが、５８２×４３６個、配列されているものを採用する例で説明する。また傾斜角度は、θＯＮ＝＋１２°、θＯＦＦ＝−１２°となっている。
空間変調素子３に照射された光束は、均一化光学素子が不完全なため、不均一になっている場合がある。このような場合、レーザ光束１５が完全に均一強度分布を有していないため、微小ミラー３Ｍがすべてオン状態ミラー３ａとなっている場合の被リペア面上に照射された光の光強度は、位置によりバラツキが生じる。以下では、説明の都合上、被リペア面での光強度に便宜的な閾値を設け、図２に示すように、高輝度領域３Ａ、中輝度領域３Ｂ、低輝度領域３Ｃが発生しているとして説明する。
結像レンズ３９は、空間変調素子３で空間変調されたオン光１６Ａを結像する光学素子である。
可変絞り４０は、結像レンズ３９で集光される光束径を規制するためのもので、対物レンズ５の瞳と共役な位置に配置されている。
ここで、図１の光線は、軸上主光線と空間変調素子３との交点における微小ミラー３Ｍで反射されたオン光１６Ａの光線を模式的に示している。
可変絞り４０は、結像レンズ３９で集光される光束径を規制するためのもので、対物レンズ５の瞳と共役な位置に配置されている。
ここで、図１の光線は、軸上主光線と空間変調素子３との交点における微小ミラー３Ｍで反射されたオン光１６Ａの光線を模式的に示している。
結像レンズ４１は、結像レンズ３９で集光され、実像を形成した後に発散するオン光１６Ａを集光し平行光束にする光学素子である。
対物レンズ５は、結像レンズ４１で平行光束化されたオン光１６Ａを、被リペア面６ａ上に結像する光学素子である。
すなわち、結像レンズ３９、結像レンズ４１、および対物レンズ５は、空間変調素子３の基準反射面３００と被リペア面６ａとを共役の関係とする結像光学系を構成している。本実施形態では、この結像光学系の光軸は、被リペア面６ａの法線に一致するように配置されている。
ただし、対物レンズ５は、加工範囲を可変するために倍率の異なる複数のものが切替可能に設けられており、結像光学系の結像位置を可変するピント調整機構１８（デフォーカス手段）によって光軸方向に移動可能に保持されている。
対物レンズ５は、結像レンズ４１で平行光束化されたオン光１６Ａを、被リペア面６ａ上に結像する光学素子である。
すなわち、結像レンズ３９、結像レンズ４１、および対物レンズ５は、空間変調素子３の基準反射面３００と被リペア面６ａとを共役の関係とする結像光学系を構成している。本実施形態では、この結像光学系の光軸は、被リペア面６ａの法線に一致するように配置されている。
ただし、対物レンズ５は、加工範囲を可変するために倍率の異なる複数のものが切替可能に設けられており、結像光学系の結像位置を可変するピント調整機構１８（デフォーカス手段）によって光軸方向に移動可能に保持されている。
結像レンズ４１と対物レンズ５との間の光路上には、結像レンズ４１の側から、ハーフミラー１０１、１０２が設けられている。
ハーフミラー１０１は、被リペア面６ａで反射され対物レンズ５により平行光束とされた光の一部を反射して、撮像レンズ４２に向けて分岐するための光路分岐手段である。
ハーフミラー１０２は、照明部１１から出射される照明光１７を、対物レンズ５に向けて反射し、対物レンズ５を通して被リペア面６ａに導くとともに、被リペア面６ａからの反射光をハーフミラー１０１に向けて透過させる光路分岐手段である。
ハーフミラー１０１は、被リペア面６ａで反射され対物レンズ５により平行光束とされた光の一部を反射して、撮像レンズ４２に向けて分岐するための光路分岐手段である。
ハーフミラー１０２は、照明部１１から出射される照明光１７を、対物レンズ５に向けて反射し、対物レンズ５を通して被リペア面６ａに導くとともに、被リペア面６ａからの反射光をハーフミラー１０１に向けて透過させる光路分岐手段である。
撮像レンズ４２は、ハーフミラー１０１により分岐された被リペア面６ａからの反射光を撮像素子７に結像するための光学素子である。
撮像素子７は、照明光１７やオン光１６Ａなど被リペア面６ａに照射された光の反射光による画像データを取得するためのもので、例えばＣＣＤなどを採用することができる。
撮像素子７の撮像面は、撮像レンズ４２と対物レンズ５とで構成される撮像光学系により、被リペア面６ａと共役な関係とされている。
本実施形態では、撮像素子７のサイズとして、１／２インチのＣＣＤを採用している。
撮像素子７は、照明光１７やオン光１６Ａなど被リペア面６ａに照射された光の反射光による画像データを取得するためのもので、例えばＣＣＤなどを採用することができる。
撮像素子７の撮像面は、撮像レンズ４２と対物レンズ５とで構成される撮像光学系により、被リペア面６ａと共役な関係とされている。
本実施形態では、撮像素子７のサイズとして、１／２インチのＣＣＤを採用している。
画像処理ユニット５２の概略構成は、図４に示すように、欠陥抽出部５２２、リペア形状算出部５２３（加工形状算出手段）、およびレーザ光強度分布取得部５２１からなる。
欠陥抽出部５２２は、被リペア面６ａに照明光１７を照射し、撮像素子７で被リペア面６ａの画像を取得したときに送出される被リペア面画像信号６１に、適宜の画像処理を施して、画像から欠陥部の特徴抽出を行い、予め記憶された欠陥判定用データと比較するなどして、欠陥部の抽出を行うものである。
このような欠陥抽出アルゴリズムは、必要に応じて周知のどのようなアルゴリズムを用いてもよい。
欠陥抽出部５２２は、被リペア面６ａに照明光１７を照射し、撮像素子７で被リペア面６ａの画像を取得したときに送出される被リペア面画像信号６１に、適宜の画像処理を施して、画像から欠陥部の特徴抽出を行い、予め記憶された欠陥判定用データと比較するなどして、欠陥部の抽出を行うものである。
このような欠陥抽出アルゴリズムは、必要に応じて周知のどのようなアルゴリズムを用いてもよい。
リペア形状算出部５２３は、欠陥抽出部５２２により抽出された欠陥部の画像データと正常パターンの画像データとを比較して、欠陥部を除去するリペア加工を行うためのリペア形状（加工形状）を算出し、リペア形状の上にオン光１６Ａが到達するように、各微小ミラー３Ｍの状態をオン状態ミラー３ａ、オフ状態ミラー３ｂにマッピングしたマッピングデータであるリペア形状データ６２を生成し、装置制御ユニット５３に送出するものである。
レーザ光強度分布取得部５２１は、空間変調素子３の各微小ミラー３Ｍがオン状態ミラー３ａとされたときの、被リペア面６ａ上のレーザ光強度分布を撮像したレーザ反射光画像信号６０に、例えば、ノイズ除去などの画像処理を施し、撮像された領域に対応する空間変調素子３の各微小ミラー３Ｍの配置に一対一に対応する光強度を表すレーザ光強度分布データ６８に変換し、装置制御ユニット５３に送出するものである。例えば、撮像素子７で撮像される範囲が空間変調素子３上で、６．４ｍｍ×４．８ｍｍの範囲に相当する場合、その領域の微小ミラー３Ｍの数に対応したデータとなる。
基準反射面設定手段１０は、レーザ反射光画像信号６０を取得するために被リペア面６ａ上に基準反射面を配置して、その反射光を対物レンズ５、ハーフミラー１０１、撮像レンズ４２を介して撮像素子７に導くものであり、図１に示すように、基準反射面であるミラー８と、ミラー８を支持するミラー台９とからなる。
ミラー台９は、装置制御ユニット５３からの制御信号によってミラー８の反射面を被リペア面６ａと等価な位置上で進退する移動機構を備えている。
ミラー台９は、装置制御ユニット５３からの制御信号によってミラー８の反射面を被リペア面６ａと等価な位置上で進退する移動機構を備えている。
装置制御ユニット５３の概略構成は、図４に示すように、補正変調データ生成手段５３１、補正変調データ記憶部５３２、補正変調データ切替手段５３３、データ合成手段５３０、および装置本体制御部５３５からなる。これらは、適宜のハードウェアにより構成してもよいが、本実施形態では、ＣＰＵ、メモリ、入出力部、外部記憶装置などで構成されたコンピュータを用い、それぞれの制御機能に対応して作成されたプログラムを実行することにより実現している。
補正変調データ生成手段５３１は、レーザ光強度分布取得部５２１から送出されるレーザ光強度分布データ６８を基に、その高輝度部分に対応するオン状態ミラー３ａを適宜間隔でオフ状態ミラー３ｂに設定するような間引きを行うマッピングデータである補正変調データ６３を生成するものである。間引きは、微小ミラー３Ｍの一定の２次元配列、例えば、Ｎ×Ｎの配列をエネルギー密度の可変単位とし、この配列中のオフ状態ミラー３ｂの数を可変してエネルギー密度を調整する、いわゆる面積階調法により設定する。そのため、これらのＮ×Ｎの配列単位が反射するオン光１６Ａ全体のエネルギー密度をＮ２段階に可変できるものである。
Ｎの大きさは、レーザ光強度分布の補正レベルや必要な加工分解能などにより設定することができるが、本実施形態では、Ｎ＝７としている。
補正変調データ生成手段５３１で生成された補正変調データ６３は、その生成条件とともに、補正変調データ記憶部５３２に記憶される。
補正変調データ記憶部５３２は、補正変調データ記憶部５３２を、適宜数だけ記憶する容量を備えている。
Ｎの大きさは、レーザ光強度分布の補正レベルや必要な加工分解能などにより設定することができるが、本実施形態では、Ｎ＝７としている。
補正変調データ生成手段５３１で生成された補正変調データ６３は、その生成条件とともに、補正変調データ記憶部５３２に記憶される。
補正変調データ記憶部５３２は、補正変調データ記憶部５３２を、適宜数だけ記憶する容量を備えている。
補正変調データ切替手段５３３は、装置本体制御部５３５から送出される設定条件データ６７に応じて、補正変調データ記憶部５３２に記憶された補正変調データ６３の１つを選択し、データ合成手段５３０に送出するものである。
データ合成手段５３０は、補正変調データ切替手段５３３から送出される補正変調データ６３と、リペア形状算出部５２３から送出されるリペア形状データ６２とを合成して、リペア加工のために空間変調素子３を制御する変調データ６６を生成し、空間変調素子制御ユニット５１に送出するものである。
データ合成手段５３０の概略構成は、輪郭抽出部５３６、補正変調データ再配置部５３７、および合成演算部５３８からなる。
データ合成手段５３０の概略構成は、輪郭抽出部５３６、補正変調データ再配置部５３７、および合成演算部５３８からなる。
輪郭抽出部５３６は、リペア形状データ６２に対して、例えばエッジ抽出処理などの画像処理を行うなどして、リペア形状の輪郭線に対応する微小ミラー３Ｍを抽出し、その配置情報を取得する。
補正変調データ再配置部５３７は、補正変調データ切替手段５３３から送出される補正変調データ６３を参照し、輪郭抽出部５３６が取得した輪郭線に対応する微小ミラー３Ｍのうち、補正変調データ６３によりオフ状態ミラー３ｂとされるものがないか判定する。
そして、オフ状態ミラー３ｂとされるものがある場合には、その隣接領域のオン状態ミラー３ａと入れ替えて、輪郭線に対応する微小ミラー３Ｍがオン状態ミラー３ａのみから構成されるように補正変調データ６３を再配置して、補正変調データ６５を生成する。
また、オフ状態ミラー３ｂとされるものがない場合には、補正変調データ６５として、補正変調データ６３をそのまま用いる。
合成演算部５３８は、リペア形状データ６２と補正変調データ６５とを合成して、変調データ６６を生成する。すなわち、すべての微小ミラー３Ｍに対応して、リペア形状データ６２および補正変調データ６５の少なくともいずれかがオフ状態ミラー３ｂであれば、オフ状態ミラー３ｂに設定し、その他をオン状態ミラー３ａとするようなＯＲ演算を行う。
補正変調データ再配置部５３７は、補正変調データ切替手段５３３から送出される補正変調データ６３を参照し、輪郭抽出部５３６が取得した輪郭線に対応する微小ミラー３Ｍのうち、補正変調データ６３によりオフ状態ミラー３ｂとされるものがないか判定する。
そして、オフ状態ミラー３ｂとされるものがある場合には、その隣接領域のオン状態ミラー３ａと入れ替えて、輪郭線に対応する微小ミラー３Ｍがオン状態ミラー３ａのみから構成されるように補正変調データ６３を再配置して、補正変調データ６５を生成する。
また、オフ状態ミラー３ｂとされるものがない場合には、補正変調データ６５として、補正変調データ６３をそのまま用いる。
合成演算部５３８は、リペア形状データ６２と補正変調データ６５とを合成して、変調データ６６を生成する。すなわち、すべての微小ミラー３Ｍに対応して、リペア形状データ６２および補正変調データ６５の少なくともいずれかがオフ状態ミラー３ｂであれば、オフ状態ミラー３ｂに設定し、その他をオン状態ミラー３ａとするようなＯＲ演算を行う。
装置本体制御部５３５は、操作部やモニタなどの入出力部からなるユーザインタフェース部５４からの操作入力に応じて、装置全体の制御を行うものである。少なくとも、図４に示すように、レーザ光源制御ユニット５０、ピント調整機構１８、基準反射面設定手段１０などが接続され、それぞれの動作を設定、制御することができるようになっている。
装置本体制御部５３５が設定する設定条件のうち、リペア加工を行うためのものであって、補正変調データ６３に影響する設定条件は、補正変調データ６３を選択するための情報に変換され、設定条件データ６７として、補正変調データ切替手段５３３に送出される。例えば、対物レンズ５を切り替えてレーザ光照射の分解能を変える場合の対物レンズ５の条件、分解能の大きさなどを挙げることができる。
装置本体制御部５３５が設定する設定条件のうち、リペア加工を行うためのものであって、補正変調データ６３に影響する設定条件は、補正変調データ６３を選択するための情報に変換され、設定条件データ６７として、補正変調データ切替手段５３３に送出される。例えば、対物レンズ５を切り替えてレーザ光照射の分解能を変える場合の対物レンズ５の条件、分解能の大きさなどを挙げることができる。
次に、本実施形態のレーザリペア装置２００の動作について、変調データ６６を生成する工程を中心に説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態に係るレーザリペア装置の動作について説明するためのフローチャートである。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、補正変調データを生成するためのそれぞれ低輝度領域、中輝度領域、高輝度領域に対応する間引きの例について説明する模式説明図である。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ空間変調素子の変調領域に対応するリペア形状データ、補正変調データ、変調データの分布の一例を示す模式説明図である。図８は、補正変調データ再配置部の動作について説明する模式説明図である。
図５は、本発明の第１の実施形態に係るレーザリペア装置の動作について説明するためのフローチャートである。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、補正変調データを生成するためのそれぞれ低輝度領域、中輝度領域、高輝度領域に対応する間引きの例について説明する模式説明図である。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ空間変調素子の変調領域に対応するリペア形状データ、補正変調データ、変調データの分布の一例を示す模式説明図である。図８は、補正変調データ再配置部の動作について説明する模式説明図である。
レーザリペア装置２００では、例えば、空間変調素子３の各微小ミラー３Ｍの反射率分布や、対物レンズ５、結像レンズ４１、ハーフミラー１０１、１０２など、レーザ光源１と被加工物６との間にある光学系の透過率特性などにより、被リペア面６ａ上で発生するオン光１６Ａの照射強度ムラを補正する補正変調データ６３を生成して、補正変調データ切替手段５３３に記憶するために、適宜のタイミング、例えば初期設置時、定期的なメンテナンス時あるいは装置本体の設定条件の変更時などに、図５に示す補正変調データ設定工程を行う。
補正変調データ設定工程では、まず、例えばユーザインタフェース部５４などを介して、装置本体を所定の設定条件に設定し、装置制御ユニット５３によりミラー台９を駆動してミラー８のミラー面８ａを被リペア面６ａと等価な位置に設置し、ピント調整機構１８を駆動して、ピントを調整し、ミラー面８ａと空間変調素子３とが共役となるようにする。
そして、ステップＳ１１で、空間変調素子３の各微小ミラー３Ｍをすべてオン状態ミラー３ａとした状態で、レーザ光源１を点灯し、レーザ光束１５を出射する。例えば、波長３５５ｎｍのレーザ光束１５を測定用サンプルに出射する。
レーザ光束１５は、均一化光学素子２により、例えばガウス分布から所定範囲内で略均一な光強度分布に変換されるとともに集光され、空間変調素子３に入射する。
空間変調素子３で反射されたオン光１６Ａは、結像レンズ３９により集光され、可変絞り４０によって光束径を調整されて、中間像を形成した後、結像レンズ４１に入射する。ここで、可変絞り４０の開口径を変えることで、結像レンズ４１に入射する入射光束のＮＡが変更される。この入射光束のＮＡは、可変絞り４０を絞ることにより適切なレーザ光照射の分解能が得られるように、つまり空間変調素子３の各微小ミラーの１つ１つが結像しないように設定される。
例えば、２０倍の結像光学系を構成するために、結像レンズ４１、対物レンズ５の焦点距離を、それぞれ２００ｍｍ、１０ｍｍに設定する場合、波長３５５ｎｍで４μｍの分解能を得るための照射側のＮＡｏは、ＮＡｏ＝０．６１×（波長／分解能）であるから、ＮＡｏ＝０．６１・（０．３５５／４）＝０．０５４である。すなわち、空間変調素子３に入射するレーザ光束１５のＮＡｉは、ＮＡｉ＝０．０５４／２０＝０．００２７となる。 このようなＮＡｉでレーザ光束１５を照射すると被リペア面６ａ上で４μｍより小さいサイズでリペア加工をしても輪郭がボケるので、リペア加工の単位加工サイズは４μｍ×４μｍとなるものである。
そして、ステップＳ１１で、空間変調素子３の各微小ミラー３Ｍをすべてオン状態ミラー３ａとした状態で、レーザ光源１を点灯し、レーザ光束１５を出射する。例えば、波長３５５ｎｍのレーザ光束１５を測定用サンプルに出射する。
レーザ光束１５は、均一化光学素子２により、例えばガウス分布から所定範囲内で略均一な光強度分布に変換されるとともに集光され、空間変調素子３に入射する。
空間変調素子３で反射されたオン光１６Ａは、結像レンズ３９により集光され、可変絞り４０によって光束径を調整されて、中間像を形成した後、結像レンズ４１に入射する。ここで、可変絞り４０の開口径を変えることで、結像レンズ４１に入射する入射光束のＮＡが変更される。この入射光束のＮＡは、可変絞り４０を絞ることにより適切なレーザ光照射の分解能が得られるように、つまり空間変調素子３の各微小ミラーの１つ１つが結像しないように設定される。
例えば、２０倍の結像光学系を構成するために、結像レンズ４１、対物レンズ５の焦点距離を、それぞれ２００ｍｍ、１０ｍｍに設定する場合、波長３５５ｎｍで４μｍの分解能を得るための照射側のＮＡｏは、ＮＡｏ＝０．６１×（波長／分解能）であるから、ＮＡｏ＝０．６１・（０．３５５／４）＝０．０５４である。すなわち、空間変調素子３に入射するレーザ光束１５のＮＡｉは、ＮＡｉ＝０．０５４／２０＝０．００２７となる。 このようなＮＡｉでレーザ光束１５を照射すると被リペア面６ａ上で４μｍより小さいサイズでリペア加工をしても輪郭がボケるので、リペア加工の単位加工サイズは４μｍ×４μｍとなるものである。
空間変調素子３上に照射されたレーザ光束１５はすべてオン光１６Ａとされ、結像レンズ４１で集光されて平行光束とされる。そしてハーフミラー１０１、１０２を透過して対物レンズ５に入射して集光され、ミラー面８ａ上に結像される。ここで各微小ミラー３Ｍの画像はミラー面８ａ上では１／２０倍で投影される。
したがって、単位加工サイズ４μｍ×４μｍの範囲に、微小ミラー３Ｍが、７×７個含まれることになり、７×７の範囲では、どの微小ミラー３Ｍをオフ状態ミラー３ｂとしても、オフ状態ミラー３ｂは解像されず、単位加工サイズの範囲に照射されるレーザ光量がオフ状態ミラー３ｂの数に応じて低下する。
したがって、単位加工サイズ４μｍ×４μｍの範囲に、微小ミラー３Ｍが、７×７個含まれることになり、７×７の範囲では、どの微小ミラー３Ｍをオフ状態ミラー３ｂとしても、オフ状態ミラー３ｂは解像されず、単位加工サイズの範囲に照射されるレーザ光量がオフ状態ミラー３ｂの数に応じて低下する。
ミラー面８ａ上で結像されたオン光１６Ａは、同一光軸上で反射され、対物レンズ５で平行光とされて、ハーフミラー１０２を透過し、ハーフミラー１０１で反射され、撮像レンズ４２で集光される。そして、撮像素子７上に結像される。
したがって、撮像素子７により、被リペア面６ａ上のレーザ光強度分布を取得することができる。この情報は、レーザ反射光画像信号６０として、画像処理ユニット５２のレーザ光強度分布取得部５２１に送出される（ステップＳ１２）。
レーザ光強度分布取得部５２１では、レーザ反射光画像信号６０にノイズ除去などの画像処理を施した後、レーザ光強度分布データ６８に変換し、装置制御ユニット５３に送出する。
なお、本実施形態では、測定用サンプルの被リペア面に照射され、レジストの除却状態を画像処理して光強度分布を算出しているが、空間変調素子３と結像レンズ４１との間にハーフミラー等を挿脱可能に設けて、その反射光をＮＤフィルタ等で減光して撮像素子に導いて、光強度分布を算出するようにしてもよい。
光強度の低いガイド光が照射できるよう光源から結像レンズ４１の途中にハーフミラーを介して入れるようにすれば、ＮＤフィルタを省略できる。また、測定用サンプルを用いなくてもオフ光の光路上にレンズと撮像素子とを配し、空間変調素子３を撮像するようにしてもよい。
したがって、撮像素子７により、被リペア面６ａ上のレーザ光強度分布を取得することができる。この情報は、レーザ反射光画像信号６０として、画像処理ユニット５２のレーザ光強度分布取得部５２１に送出される（ステップＳ１２）。
レーザ光強度分布取得部５２１では、レーザ反射光画像信号６０にノイズ除去などの画像処理を施した後、レーザ光強度分布データ６８に変換し、装置制御ユニット５３に送出する。
なお、本実施形態では、測定用サンプルの被リペア面に照射され、レジストの除却状態を画像処理して光強度分布を算出しているが、空間変調素子３と結像レンズ４１との間にハーフミラー等を挿脱可能に設けて、その反射光をＮＤフィルタ等で減光して撮像素子に導いて、光強度分布を算出するようにしてもよい。
光強度の低いガイド光が照射できるよう光源から結像レンズ４１の途中にハーフミラーを介して入れるようにすれば、ＮＤフィルタを省略できる。また、測定用サンプルを用いなくてもオフ光の光路上にレンズと撮像素子とを配し、空間変調素子３を撮像するようにしてもよい。
ステップＳ１３では、補正変調データ生成手段５３１により、レーザ光強度分布データ６８の情報に応じて、オン状態ミラー３ａを間引いてオフ状態ミラー３ｂを適宜設定するマッピングを行って、補正変調データ６３を生成し、補正変調データ記憶部５３２に記憶する。
補正変調データ生成手段５３１が行う間引きについて簡単な例で説明する。
例えば、レーザ光強度分布データ６８が、図２に示すように、空間変調素子３に対応させた変調領域で、高輝度領域３Ａ、中輝度領域３Ｂ、低輝度領域３Ｃのような強度分布が存在し、平均値±５％の分布を持っているとする。簡単のために、中輝度領域３Ｂが平均値レベルにあるとし、高輝度領域３Ａ、中輝度領域３Ｂが、それぞれ、＋５％、−５％であったとする。
この光強度分布を略均一化するには、低輝度領域３Ｃの光強度に合わせて、高輝度領域３Ａ、中輝度領域３Ｂの光強度を低下させればよい。
すなわち、低輝度領域３Ｃでは、図６（ａ）に示すように、オン状態ミラー３ａの間引きを行わない。
中輝度領域３Ｂでは、図６（ｂ）に示すように、単位加工サイズを形成する７×７の単位変調エリア３０で、互いに離間した３つの微小ミラー３Ｍをオフ状態ミラー３ｂに設定する。この場合、これらがオン状態ミラー３ａである場合に比べて、光強度は、約６％（３／（７×７）に対応）低下する。
同様に、高輝度領域３Ａでは、図６（ｃ）に示すように、５つの微小ミラー３Ｍをオン状態ミラー３ａとして、約１０％だけ光強度分布を低下させる。
このような補正変調データ６３によれば、被リペア面６ａ上のオン光１６Ａの照射強度分布のバラツキは約１％程度となり、略均一な分布を得ることができる。
なお、これは一例であって、各領域での光強度低下の割合は、レーザ光強度分布データ６８の分布に応じて最適化して決めるようにする。また、リペア加工ムラをさらに低減する必要がある場合には、単位変調エリア３０の微小ミラー３Ｍの数を増やせばよい。
補正変調データ生成手段５３１が行う間引きについて簡単な例で説明する。
例えば、レーザ光強度分布データ６８が、図２に示すように、空間変調素子３に対応させた変調領域で、高輝度領域３Ａ、中輝度領域３Ｂ、低輝度領域３Ｃのような強度分布が存在し、平均値±５％の分布を持っているとする。簡単のために、中輝度領域３Ｂが平均値レベルにあるとし、高輝度領域３Ａ、中輝度領域３Ｂが、それぞれ、＋５％、−５％であったとする。
この光強度分布を略均一化するには、低輝度領域３Ｃの光強度に合わせて、高輝度領域３Ａ、中輝度領域３Ｂの光強度を低下させればよい。
すなわち、低輝度領域３Ｃでは、図６（ａ）に示すように、オン状態ミラー３ａの間引きを行わない。
中輝度領域３Ｂでは、図６（ｂ）に示すように、単位加工サイズを形成する７×７の単位変調エリア３０で、互いに離間した３つの微小ミラー３Ｍをオフ状態ミラー３ｂに設定する。この場合、これらがオン状態ミラー３ａである場合に比べて、光強度は、約６％（３／（７×７）に対応）低下する。
同様に、高輝度領域３Ａでは、図６（ｃ）に示すように、５つの微小ミラー３Ｍをオン状態ミラー３ａとして、約１０％だけ光強度分布を低下させる。
このような補正変調データ６３によれば、被リペア面６ａ上のオン光１６Ａの照射強度分布のバラツキは約１％程度となり、略均一な分布を得ることができる。
なお、これは一例であって、各領域での光強度低下の割合は、レーザ光強度分布データ６８の分布に応じて最適化して決めるようにする。また、リペア加工ムラをさらに低減する必要がある場合には、単位変調エリア３０の微小ミラー３Ｍの数を増やせばよい。
以上を、必要な装置本体の設定条件の数だけ繰り返し、それが終了したら、ミラー台９を駆動してミラー８を被リペア面６ａから退避し、被加工物６を設置できるようにする。こうして補正変調データ設定工程が終了する。
なお、補正変調データ６３を設定したら、補正変調データ６３を空間変調素子制御ユニット５１に送出して、オン光１６Ａでミラー８を照射し、この場合のレーザ光強度分布データ６８が、所望のバラツキ範囲内に均一化されているか確認することが好ましい。
なお、補正変調データ６３を設定したら、補正変調データ６３を空間変調素子制御ユニット５１に送出して、オン光１６Ａでミラー８を照射し、この場合のレーザ光強度分布データ６８が、所望のバラツキ範囲内に均一化されているか確認することが好ましい。
次に、リペア加工工程の動作について説明する。
リペア加工工程は、図５に示すように、ステップＳ１〜Ｓ５からなる。
なお、本工程は、リペア対象の大きさやリペア形状に応じて、適宜の倍率を設定して行い、加工分解能を上げる場合には、リペア対象上でレーザの照射領域を移動しながら複数回の加工を行うが。以下では、１回でリペア加工が終了する場合の例で説明する。
リペア加工工程は、図５に示すように、ステップＳ１〜Ｓ５からなる。
なお、本工程は、リペア対象の大きさやリペア形状に応じて、適宜の倍率を設定して行い、加工分解能を上げる場合には、リペア対象上でレーザの照射領域を移動しながら複数回の加工を行うが。以下では、１回でリペア加工が終了する場合の例で説明する。
ステップＳ１では、被加工物６を被リペア面６ａに配置し、照明部１１を点灯する。
照明光１７は、ハーフミラー１０２により反射され、対物レンズ５で集光されて被リペア面６ａを照明する。
照明光１７の反射光は、上記補正変調データ設定工程のオン光１６Ａと同様にして撮像素子７で撮像され、被リペア面画像信号６１として、画像処理ユニット５２の欠陥抽出部５２２に送出される。
照明光１７は、ハーフミラー１０２により反射され、対物レンズ５で集光されて被リペア面６ａを照明する。
照明光１７の反射光は、上記補正変調データ設定工程のオン光１６Ａと同様にして撮像素子７で撮像され、被リペア面画像信号６１として、画像処理ユニット５２の欠陥抽出部５２２に送出される。
ステップＳ２では、欠陥抽出部５２２で被リペア面画像信号６１を画像処理し、欠陥抽出アルゴリズムによって欠陥部の抽出を行う。
ステップＳ３では、空間変調素子３の微小ミラー３Ｍをオン状態ミラー３ａにする範囲を設定する。そのために、ステップＳ１で抽出された欠陥部のデータをリペア形状算出部５２３で処理してリペア形状データ６２を生成する。
リペア形状データ６２は、例えば、図７（ａ）に示すように、欠陥形状範囲３１に対応する範囲の微小ミラー３Ｍをすべてオン状態ミラー３ａに設定するようなデータである。
ステップＳ３では、空間変調素子３の微小ミラー３Ｍをオン状態ミラー３ａにする範囲を設定する。そのために、ステップＳ１で抽出された欠陥部のデータをリペア形状算出部５２３で処理してリペア形状データ６２を生成する。
リペア形状データ６２は、例えば、図７（ａ）に示すように、欠陥形状範囲３１に対応する範囲の微小ミラー３Ｍをすべてオン状態ミラー３ａに設定するようなデータである。
ステップＳ４では、補正変調データ切替手段５３３によって、上記補正変調データ設定工程で生成された複数の補正変調データ６３から、設定条件データ６７に合致するものを選択する。例えば、図２のようなレーザ光強度分布に対応して、図７（ｂ）に示すような補正条件に対応する補正変調データ６３を選択する。
図７（ｂ）は、図２の高輝度領域３Ａ、低輝度領域３Ｃと、それぞれ略重なる領域に矩形状の第１間引き領域３２Ａ、非間引き領域３２Ｃを設定し、その他の領域を第２間引き領域３２Ｂとしたものである。
ここで、第１間引き領域３２Ａ、第２間引き領域３２Ｂ、非間引き領域３２Ｃに対応する間引きパターンとしては、それぞれ図６（ｃ）、（ｂ）、（ａ）に示す間引きパターンを採用している。
図７（ｂ）は、図２の高輝度領域３Ａ、低輝度領域３Ｃと、それぞれ略重なる領域に矩形状の第１間引き領域３２Ａ、非間引き領域３２Ｃを設定し、その他の領域を第２間引き領域３２Ｂとしたものである。
ここで、第１間引き領域３２Ａ、第２間引き領域３２Ｂ、非間引き領域３２Ｃに対応する間引きパターンとしては、それぞれ図６（ｃ）、（ｂ）、（ａ）に示す間引きパターンを採用している。
そして、データ合成手段５３０では、以下のようにして補正変調データ６３のデータ再配置が必要かどうか判定し、必要な場合に再配置を行った補正変調データ６５を生成する。
まず輪郭抽出部５３６によってリペア形状データ６２から輪郭部データ６４を抽出する。そして補正変調データ再配置部５３７で輪郭部データ６４と補正変調データ６３とを比較して輪郭部データ６４上のオフ状態ミラー３ｂの有無を検出する。
例えば、図８（ａ）に示すように、リペア形状輪郭線３４の内部に補正変調データのパターンを重ねると、間引き候補ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが、輪郭部データ６４かつオフ状態ミラー３ｂとされたものを表している。
ここで、図８（ａ）、（ｂ）の各ミラーは、リペア形状輪郭線３４上またはその内側のミラーのみを抽出して記載している。これに対して、リペア形状輪郭線３４は、各ミラーの境界線とが紛らわしくなるのを避けるため、模式的に滑らかな曲線として図示している。
まず輪郭抽出部５３６によってリペア形状データ６２から輪郭部データ６４を抽出する。そして補正変調データ再配置部５３７で輪郭部データ６４と補正変調データ６３とを比較して輪郭部データ６４上のオフ状態ミラー３ｂの有無を検出する。
例えば、図８（ａ）に示すように、リペア形状輪郭線３４の内部に補正変調データのパターンを重ねると、間引き候補ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが、輪郭部データ６４かつオフ状態ミラー３ｂとされたものを表している。
ここで、図８（ａ）、（ｂ）の各ミラーは、リペア形状輪郭線３４上またはその内側のミラーのみを抽出して記載している。これに対して、リペア形状輪郭線３４は、各ミラーの境界線とが紛らわしくなるのを避けるため、模式的に滑らかな曲線として図示している。
この場合、レーザ光照射の分解能が高い条件では、これらに対応する輪郭線上に照射される光強度が低下し、輪郭線が確実にリペアされないおそれがある。リペア形状の輪郭線は、例えば、正常パターンに隣接する可能性があるので、リペアが不完全の場合に、回路がショートするといった不具合を起こすおそれがある。
そのため、補正変調データ再配置部５３７は、間引き候補ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄをオン状態ミラー３ａとし、その隣接領域のオン状態ミラー３ａ、例えば、代替間引きミラー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、をオフ状態ミラー３ｂとするような補正変調データ６３の再配置を行う（図８（ｂ）の配置）。なお代替間引きミラー３６ａなどが、オフ状態ミラー３ｂであった場合には、隣接領域の他の候補を選択する。均一化すべき光強度ムラが５０％以上ということはないので、オフ状態ミラー３ｂの隣接領域すべてがオフ状態ミラー３ｂとなることはなく、他の候補は必ず存在する。
これにより、リペア形状輪郭線３４と重なる微小ミラー３Ｍがすべてオン状態ミラー３ａとされるので、レーザ光照射の分解能が高い状態でもリペア形状輪郭線３４のレーザ光強度が確保され、欠陥部を確実に除去することができる。
そのため、補正変調データ再配置部５３７は、間引き候補ミラー３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄをオン状態ミラー３ａとし、その隣接領域のオン状態ミラー３ａ、例えば、代替間引きミラー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、をオフ状態ミラー３ｂとするような補正変調データ６３の再配置を行う（図８（ｂ）の配置）。なお代替間引きミラー３６ａなどが、オフ状態ミラー３ｂであった場合には、隣接領域の他の候補を選択する。均一化すべき光強度ムラが５０％以上ということはないので、オフ状態ミラー３ｂの隣接領域すべてがオフ状態ミラー３ｂとなることはなく、他の候補は必ず存在する。
これにより、リペア形状輪郭線３４と重なる微小ミラー３Ｍがすべてオン状態ミラー３ａとされるので、レーザ光照射の分解能が高い状態でもリペア形状輪郭線３４のレーザ光強度が確保され、欠陥部を確実に除去することができる。
そして、合成演算部５３８により、リペア形状データ６２と補正変調データ６５とのＯＲ演算を行って、変調データ６６を生成し、空間変調素子制御ユニット５１に送出する。
以上でステップＳ４が終了する。
以上でステップＳ４が終了する。
ステップＳ５では、空間変調素子制御ユニット５１により空間変調素子３に変調データ６６を設定する。
また、ピント調整機構１８により、対物レンズ５のピント調整を行う。すなわち、レーザ光照射の分解能が所定値より低い場合には、対物レンズ５のピント位置を被リペア面６ａに合致させる。また、レーザ光照射の分解能が所定値以上に設定されている場合は、ピント調整機構１８により、リペア形状内のオフ状態ミラー３ｂが解像しないように、対物レンズ５を適宜デフォーカスさせる。
例えば、本実施形態で、空間変調素子３に入射するレーザ光束１５のＮＡｉ＝０．０２の場合、対物レンズ５の倍率が２０倍のため、ＮＡｏ＝０．４となる。したがって、レーザ光照射の分解能は０．５４μｍになる。このサイズは、空間変調素子３上では、１０．８２μｍとなるため、一辺１１μｍのオフ状態ミラー３ｂとされた部分が解像してそのまま加工面に投影されるおそれがある。
そして、レーザ光源１を点灯しリペア加工を行う。
その結果、図７（ｃ）に示すように、欠陥形状範囲３１に対応する空間変調素子３上に、第１間引き領域３３Ａ、第２間引き領域３３Ｂ、非間引き領域３３Ｃが設定され、それ以外の領域がオフ状態ミラー領域３３Ｄとされる。
このため、欠陥形状範囲３１のみが、略均一化されたオン光１６Ａでリペア加工される。
以上で、リペア加工工程が終了する。
また、ピント調整機構１８により、対物レンズ５のピント調整を行う。すなわち、レーザ光照射の分解能が所定値より低い場合には、対物レンズ５のピント位置を被リペア面６ａに合致させる。また、レーザ光照射の分解能が所定値以上に設定されている場合は、ピント調整機構１８により、リペア形状内のオフ状態ミラー３ｂが解像しないように、対物レンズ５を適宜デフォーカスさせる。
例えば、本実施形態で、空間変調素子３に入射するレーザ光束１５のＮＡｉ＝０．０２の場合、対物レンズ５の倍率が２０倍のため、ＮＡｏ＝０．４となる。したがって、レーザ光照射の分解能は０．５４μｍになる。このサイズは、空間変調素子３上では、１０．８２μｍとなるため、一辺１１μｍのオフ状態ミラー３ｂとされた部分が解像してそのまま加工面に投影されるおそれがある。
そして、レーザ光源１を点灯しリペア加工を行う。
その結果、図７（ｃ）に示すように、欠陥形状範囲３１に対応する空間変調素子３上に、第１間引き領域３３Ａ、第２間引き領域３３Ｂ、非間引き領域３３Ｃが設定され、それ以外の領域がオフ状態ミラー領域３３Ｄとされる。
このため、欠陥形状範囲３１のみが、略均一化されたオン光１６Ａでリペア加工される。
以上で、リペア加工工程が終了する。
このように、本実施形態のレーザリペア装置２００では、レーザ光源１と被リペア面６ａとの間の反射、透過率特性により、オン光１６Ａの照射強度ムラが発生する場合にも、レーザ反射光画像信号６０を取得して、空間変調素子３の空間変調により被リペア面６ａに照射されるオン光１６Ａを略均一化することができる。
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係るレーザリペア装置について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係るレーザリペア装置の概略構成について説明するための模式的な構成説明図である。図中の光線は、図１と同様の光線を示している。
本発明の第２の実施形態に係るレーザリペア装置について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係るレーザリペア装置の概略構成について説明するための模式的な構成説明図である。図中の光線は、図１と同様の光線を示している。
本実施形態のレーザリペア装置２１０は、図９に示すように、上記第１の実施形態のレーザリペア装置２００の均一化光学素子２に代えて、集光レンズ１２、光ファイバ１３、および投影レンズ１４を備え、基準反射面設定手段１０に代えて、撮像レンズ４３、撮像素子７２を備える。そして、レーザリペア装置２１０のうち、レーザ光源１、レーザ光源制御ユニット５０、空間変調素子制御ユニット５１、画像処理ユニット５２、装置制御ユニット５３、ユーザインタフェース部５４を除く部分が、ユニット化された加工ヘッド部１５０を構成し、加工ヘッド部移動機構１５１によって、被加工物６の加工位置に応じて、オン光１６Ａの照射位置を可変する相対移動が行えるようになっている。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
集光レンズ１２は、レーザ光源１から出射されたレーザ光束１５を光ファイバ１３の一方の端面上に集光して、レーザ光束１５を光結合する光学素子である。
光ファイバ１３は、加工ヘッド部１５０が移動しても、レーザ光源１を移動することなくレーザ光束１５が伝送できるように、加工ヘッド部１５０の可動距離以上の長さを有している。
投影レンズ１４は、光ファイバ１３の他方の端面から射出されるレーザ光束１５を集光し、空間変調素子３の所定の変調領域内に投影する光学素子である。投影レンズ１４から出射されるレーザ光束１５のＮＡは、レーザリペア装置２００において、均一化光学素子２から出射されるレーザ光束１５のＮＡと同様に設定される。
光ファイバ１３は、加工ヘッド部１５０が移動しても、レーザ光源１を移動することなくレーザ光束１５が伝送できるように、加工ヘッド部１５０の可動距離以上の長さを有している。
投影レンズ１４は、光ファイバ１３の他方の端面から射出されるレーザ光束１５を集光し、空間変調素子３の所定の変調領域内に投影する光学素子である。投影レンズ１４から出射されるレーザ光束１５のＮＡは、レーザリペア装置２００において、均一化光学素子２から出射されるレーザ光束１５のＮＡと同様に設定される。
このような構成により、光ファイバ１３の一方の端面に光結合されたレーザ光束１５は、光ファイバ１３内で様々な方向に反射されつつ伝送されて、他方の端面から出射されるため、他方の端面から出射されるレーザ光束１５の光強度分布がランダム化され、略均一化されるものである。ただし、加工ヘッド部１５０の移動に伴って光ファイバ１３の状態が変化するため、同一の装置では、加工ヘッド部１５０の移動位置と相関するレーザ光強度分布のバラツキが生じる場合がある。
光ファイバ１３の状態が変化する場合の一例としては、光ファイバ１３の移動や変形に伴って光結合部分に外力が作用し、光結合状態が微妙に変化する、といった例が挙げられる。
光ファイバ１３の状態が変化する場合の一例としては、光ファイバ１３の移動や変形に伴って光結合部分に外力が作用し、光結合状態が微妙に変化する、といった例が挙げられる。
撮像レンズ４３は、ハーフミラー１０２で反射される一部のオン光１６Ａを集光し、撮像素子７と同様の構成の撮像素子７２に結像する光学素子である。すなわち、撮像素子７２の撮像面と空間変調素子３とは、共役の関係にある。
したがって、撮像素子７２と被リペア面６ａとは光学的に等価な位置関係とされている。
なお、撮像素子７２は、加工時のレーザ光の波長に感度をもっている。また、ノイズ低減のために、レーザ光の波長のみを透過させるフィルタを備えていてもよい。
したがって、撮像素子７２と被リペア面６ａとは光学的に等価な位置関係とされている。
なお、撮像素子７２は、加工時のレーザ光の波長に感度をもっている。また、ノイズ低減のために、レーザ光の波長のみを透過させるフィルタを備えていてもよい。
このような構成によれば、補正変調データ設定工程を次のように変形することで、基準反射面設定手段１０を用いることなく、補正変調データ６３を取得することができる。
すなわち、加工位置を変えるため、加工ヘッド部移動機構１５１で加工ヘッド部１５０の位置を移動させ、空間変調素子３の微小ミラー３Ｍをすべてオン状態ミラー３ａに設定し、被加工物６がリペア加工されない程度の光強度に設定されたレーザ光源１を点灯する。このとき、加工位置は、装置本体制御部５３５内に記憶し、設定条件データ６７として、補正変調データ切替手段５３３に送出できるようにしておく。
そして、ハーフミラー１０２で反射されるオン光１６Ａを撮像素子７２により撮像し、レーザ反射光画像信号６０を取得する。そして、上記の第１の実施形態と同様にして、図５のステップＳ１３を行う。
なお、ハーフミラー１０２の代わりにレーザ光の波長の一部のみを反射する波長選択ミラーであってもよい。
次に加工位置を変え、補正変調データ６３を同様にして順次設定し、補正変調データ記憶部５３２に記憶する。このときの補正変調データ６３は、光ファイバ１３の屈曲状態が異なるため、一般には他の加工位置での補正変調データ６３とは異なっている。
そして、順次加工位置を変えて必要な加工位置での補正変調データ６３を取得する。
その後、加工位置を再設定してリペア加工工程を行う。このとき、補正変調データ６３は、設定条件データ６７に含まれる加工位置情報に応じて、補正変調データ切替手段５３３が補正変調データ記憶部５３２に記憶されているものから選択して切り替えるようにする。
したがって、加工ヘッド部１５０の加工位置に応じて、オン光１６Ａのレーザ光強度分布が変化しても、被リペア面６ａ上での照射強度分布を略均一化することができる。
すなわち、加工位置を変えるため、加工ヘッド部移動機構１５１で加工ヘッド部１５０の位置を移動させ、空間変調素子３の微小ミラー３Ｍをすべてオン状態ミラー３ａに設定し、被加工物６がリペア加工されない程度の光強度に設定されたレーザ光源１を点灯する。このとき、加工位置は、装置本体制御部５３５内に記憶し、設定条件データ６７として、補正変調データ切替手段５３３に送出できるようにしておく。
そして、ハーフミラー１０２で反射されるオン光１６Ａを撮像素子７２により撮像し、レーザ反射光画像信号６０を取得する。そして、上記の第１の実施形態と同様にして、図５のステップＳ１３を行う。
なお、ハーフミラー１０２の代わりにレーザ光の波長の一部のみを反射する波長選択ミラーであってもよい。
次に加工位置を変え、補正変調データ６３を同様にして順次設定し、補正変調データ記憶部５３２に記憶する。このときの補正変調データ６３は、光ファイバ１３の屈曲状態が異なるため、一般には他の加工位置での補正変調データ６３とは異なっている。
そして、順次加工位置を変えて必要な加工位置での補正変調データ６３を取得する。
その後、加工位置を再設定してリペア加工工程を行う。このとき、補正変調データ６３は、設定条件データ６７に含まれる加工位置情報に応じて、補正変調データ切替手段５３３が補正変調データ記憶部５３２に記憶されているものから選択して切り替えるようにする。
したがって、加工ヘッド部１５０の加工位置に応じて、オン光１６Ａのレーザ光強度分布が変化しても、被リペア面６ａ上での照射強度分布を略均一化することができる。
ただし、場合によっては加工位置を欠陥部の大きさや形状などにより変える必要があるため、あらかじめ想定できないこともある。このような場合、加工位置に移動した状態で、上記のように補正変調データ設定工程を行い、その直後にリペア加工工程を行い、このような工程を、移動させた加工位置ごとに繰り返してもよい。
なお、上記の説明では、被リペア面上のレーザ光の照射強度分布を略均一にする場合の例で説明したが、照射強度分布が、部分的に高強度領域や低強度領域を有するように、均一分布以外の補正目標を設定した補正変調データを構成してもよい。
図１０は、補正目標が均一分布でない場合について説明する補正変調データ分布の概念図である。
例えば、図１０に示すように、被リペア面上の構成が部分的に異なり、リペア加工に必要な光強度が場所により異なる場合がある。例えば、領域３Ｄは、欠陥部の除去に相対的な高エネルギー密度を要するリペア対象の領域であり、領域３Ｅは、同じく相対的な低エネルギー密度を要するリペア対象の領域である。このような場合、照射強度分布の補正目標を均一分布にすると、リペア加工を複数回に分けなければならないが、領域３Ｄの間引き量をなくすか小さくし、領域３Ｅで間引き量を増やすことで、必要な照射強度分布を形成することができる。そのため、それぞれのリペア対象に対して、１回でリペア加工を行うことができるという利点がある。
図１０は、補正目標が均一分布でない場合について説明する補正変調データ分布の概念図である。
例えば、図１０に示すように、被リペア面上の構成が部分的に異なり、リペア加工に必要な光強度が場所により異なる場合がある。例えば、領域３Ｄは、欠陥部の除去に相対的な高エネルギー密度を要するリペア対象の領域であり、領域３Ｅは、同じく相対的な低エネルギー密度を要するリペア対象の領域である。このような場合、照射強度分布の補正目標を均一分布にすると、リペア加工を複数回に分けなければならないが、領域３Ｄの間引き量をなくすか小さくし、領域３Ｅで間引き量を増やすことで、必要な照射強度分布を形成することができる。そのため、それぞれのリペア対象に対して、１回でリペア加工を行うことができるという利点がある。
また、上記の第１の実施形態では、ガウス分布を均一化するために均一化光学素子２を設けた例で説明したが、均一化光学素子２を省略し、空間変調素子３のみで、ガウス分布を略均一化するようにしてもよい。
また、上記の説明では、レーザ光照射の分解能が高くなる場合に備えて、輪郭抽出部５３６、補正変調データ再配置部５３７を設けた例で説明したが、レーザ光照射の分解能が、輪郭部におけるオフ状態ミラー３ｂが解像しないように常に設定される構成では、これらを省略し補正変調データの再配置を行わない構成としてもよい。
また、上記の説明では、補正変調データ再配置は、輪郭部のオフ状態ミラー３ｂを隣接領域のオン状態ミラー３ａと置き換える例で説明したが、輪郭部のオフ状態ミラー３ｂを解消できれば、他のオフ状態ミラー３ｂの位置を同時に変えてもよい。
また、上記の説明では、複数の補正変調データを記憶して、切り替えて用いる例で説明したが、リペア加工ごとに、補正変調データ設定工程を行う場合には、補正変調データ記憶部、補正変調データ切替手段を備えない構成としてもよい。
また、上記の説明では、レーザ加工として、リペア加工の場合の例で説明したが、本発明のレーザ加工装置はリペア加工に限定されるものではなく、レーザ光を被加工面に照射して、照射領域を加工する他のレーザ加工にも用いることができる。
１ レーザ光源
３ 空間変調素子
３Ｍ 微小ミラー（変調要素）
３ａ オン状態ミラー
３ｂ オフ状態ミラー
５ 対物レンズ（結像光学系）
６ 被加工物
６ａ 被リペア面（被加工面）
７、７２ 撮像素子
８ ミラー（基準反射面）
９ ミラー台
１０ 基準反射面設定手段
１１ 照明部
１３ 光ファイバ
１５ レーザ光束
１６Ａ オン光
１６Ｂ オフ光
１７ 照明光
１８ ピント調整機構
３０ 単位変調エリア
３１ 欠陥形状範囲（加工対象）
３４ 加工対象輪郭線（輪郭線）
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ 間引き候補ミラー
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ 代替間引きミラー
４１ 結像レンズ（結像光学系）
４２、４３ 結像レンズ
５１ 空間変調素子制御ユニット（空間変調素子制御手段）
５２ 画像処理ユニット
５３ 装置制御ユニット
６０ レーザ反射光画像信号
６１ 被リペア面画像信号
６２ リペア形状データ
６３、６５ 補正変調データ
６６ 変調データ
６７ 設定条件データ
１５０ 加工ヘッド部
２００、２１０ レーザリペア装置（レーザ加工装置）
５２３ リペア形状算出部（加工形状算出手段）
５３０ データ合成手段
５３１ 補正変調データ生成手段
５３２ 補正変調データ記憶部
５３３ 補正変調データ切替手段
５３５ 装置本体制御部
５３６ 輪郭抽出部
５３７ 補正変調データ再配置部
５３８ 合成演算部
３ 空間変調素子
３Ｍ 微小ミラー（変調要素）
３ａ オン状態ミラー
３ｂ オフ状態ミラー
５ 対物レンズ（結像光学系）
６ 被加工物
６ａ 被リペア面（被加工面）
７、７２ 撮像素子
８ ミラー（基準反射面）
９ ミラー台
１０ 基準反射面設定手段
１１ 照明部
１３ 光ファイバ
１５ レーザ光束
１６Ａ オン光
１６Ｂ オフ光
１７ 照明光
１８ ピント調整機構
３０ 単位変調エリア
３１ 欠陥形状範囲（加工対象）
３４ 加工対象輪郭線（輪郭線）
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ 間引き候補ミラー
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ 代替間引きミラー
４１ 結像レンズ（結像光学系）
４２、４３ 結像レンズ
５１ 空間変調素子制御ユニット（空間変調素子制御手段）
５２ 画像処理ユニット
５３ 装置制御ユニット
６０ レーザ反射光画像信号
６１ 被リペア面画像信号
６２ リペア形状データ
６３、６５ 補正変調データ
６６ 変調データ
６７ 設定条件データ
１５０ 加工ヘッド部
２００、２１０ レーザリペア装置（レーザ加工装置）
５２３ リペア形状算出部（加工形状算出手段）
５３０ データ合成手段
５３１ 補正変調データ生成手段
５３２ 補正変調データ記憶部
５３３ 補正変調データ切替手段
５３５ 装置本体制御部
５３６ 輪郭抽出部
５３７ 補正変調データ再配置部
５３８ 合成演算部
Claims (9)
- レーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光束を一定の変調領域内に配置された複数の変調要素により被加工面に到達するオン光と前記被加工面に到達しないオフ光とに空間変調する空間変調素子とを備えたレーザ加工装置であって、
前記被加工面の画像をもとに加工形状データを算出する加工形状算出手段と、
前記オン光の間引きを行うための補正変調データを生成する補正変調データ生成手段と、
前記加工形状データと前記補正変調データとを合成して前記被加工面に加工を行うための変調データを生成するデータ合成手段と、
前記変調データをもとに前記空間変調素子を制御し、前記被加工面に対し前記レーザ光を照射して加工を行うことを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記補正変調データ生成手段は、前記空間変調素子に到達するレーザ光強度分布に基づいて、領域毎に前記補正変調データの生成を行い、前記オン光の間引きによって前記レーザ光強度分布の補正を行うことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
- 前記被加工面を撮像する撮像手段を備え、
前記加工形状データは、前記撮像手段により撮像された撮像データをもとに算出されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。 - 前記補正変調データ生成手段による前記被加工面での前記レーザ光強度分布の補正の目標が、前記撮像データをもとに算出された欠陥の情報によって算出されることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
- 前記補正変調データ生成手段による前記被加工面での前記レーザ光強度分布の補正の目標が略均一分布であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
- 前記被加工面を撮像する撮像手段を備え、
前記加工形状データは、前記撮像手段により撮像された撮像データをもとに算出されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。 - 前記空間変調素子と前記被加工面との間に配置され、レーザ光照射の分解能を可変する結像光学系と、
前記レーザ光照射の分解能に応じて、前記結像光学系の結像位置をデフォーカスするデフォーカス手段とを備えることを特徴する請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ加工装置。 - 前記データ合成手段が、前記加工形状データの輪郭線に対応する変調要素を抽出する輪郭抽出部と、該輪郭抽出部で抽出された変調要素に対する前記補正変調データがオフ光形成データである場合に、その隣接領域の変調要素に対するオン光形成データと互いの補正変調データを入れ替える補正変調データ再配置部とを備え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。
- 前記補正変調データ生成手段により生成された複数の補正変調データを記憶する補正変調データ記憶部と、
該補正変調データ記憶部に記憶された前記複数の補正変調データの１つを、装置本体の設定条件に応じて選択的に読み出して前記空間変調素子制御手段に送出する補正変調データ切替手段とを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレーザ加工装置。
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