KR101725168B1

KR101725168B1 - Laser irradiation apparatus

Info

Publication number: KR101725168B1
Application number: KR1020100047240A
Authority: KR
Inventors: 다쓰시 후쿠다
Original assignee: 올림푸스 가부시키가이샤
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2017-04-10
Also published as: JP5346690B2; CN101898276A; JP2010274272A; TWI527651B; TW201103682A; KR20100127707A; CN101898276B

Abstract

본 발명은, 레이저 가공 장치에 있어서, 레이저광의 이용 효율을 용이하게 개선한다. 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 피가공물에 조사(照射)하는 레이저 조사 장치(1)에 있어서, 상기 레이저광을 상기 피가공물에 안내하는 투영 광학계의 광축에 대하여 교차하는 위치에 배치되고, 상기 레이저광을 편향시키는 복수 개의 편향 소자가 2차원으로 배열된 공간 변조 소자(2)와; 이 공간 변조 소자(2)에 대하여 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사부(3)와; 공간 변조 소자(2) 및 레이저 조사부(3) 중 어느 한쪽을 상기 투영 광학계의 광축과 공간 변조 소자(2)의 기준면과의 교차하는 교점(交点)을 회동(回動) 중심(회동축 A)으로 하여 회동시키는 제1 회동 기구(4)와; 공간 변조 소자(2) 및 레이저 조사부(3)의 양쪽을, 상기 투영 광학계의 광축과 공간 변조 소자(2)의 기준면과의 교차하는 교점을 회동 중심(회동축 A)으로 하여 일체적으로 회동시키는 제2 회동 기구(5)를 포함한다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention easily improves the utilization efficiency of laser light in a laser processing apparatus. A laser irradiation apparatus (1) for irradiating a workpiece with laser light emitted from a laser light source, the laser irradiation apparatus (1) being arranged at a position crossing an optical axis of a projection optical system for guiding the laser light to the workpiece A spatial modulation element (2) in which a plurality of deflection elements deflecting light are arranged in two dimensions; A laser irradiation section (3) for irradiating the spatial modulation element (2) with the laser light; Either one of the spatial modulation element 2 and the laser irradiation portion 3 is rotated by a rotation center (rotation axis A) at an intersection point where the optical axis of the projection optical system intersects with the reference plane of the spatial modulation element 2, A first rotating mechanism (4) for rotating the first rotating body Both the spatial modulation element 2 and the laser irradiation unit 3 are integrally rotated with the intersection of the optical axis of the projection optical system and the reference plane of the spatial modulation element 2 as a rotation center And a second turning mechanism (5).

Description

[0001] LASER IRRADIATION APPARATUS [0002]

본 발명은, 공간 변조 소자를 구비하는 레이저 조사(照射) 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser irradiation apparatus having a spatial modulation element.

종래, 레이저광을 피가공물의 원하는 영역에 조사함으로써 피가공물의 가공을 행하는 레이저 가공 장치가 알려져 있다. 이 레이저 가공 장치로서는, 예를 들면, 액정 디스플레이 등의 제조에 있어서, 유리 기판 상의 배선 패턴이나, 노광에 사용하는 포토마스크에 존재하는 불필요한 잔류물 등의 결함부를 수정하는 레이저 리페어(repair) 장치가 알려져 있다.BACKGROUND ART Conventionally, a laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating a desired region of the workpiece with laser light is known. As a laser processing apparatus, there has been known a laser repairing apparatus which corrects a wiring pattern on a glass substrate or a defective portion such as unnecessary residue existing in a photomask used for exposure in manufacturing a liquid crystal display or the like It is known.

이와 같은 레이저 가공 장치에 사용되는 레이저 조사 장치는, 레이저광의 조사 영역의 크기를 가변의 직사각형 개구 등으로 규정하고 있었지만, 최근, 마이크로 미러 어레이 등의 공간 변조 소자를 사용한 레이저 조사 장치가 알려져 있다.In the laser irradiation apparatus used in such a laser processing apparatus, the size of the irradiation region of the laser light is defined by a variable rectangular opening or the like. However, recently, a laser irradiation apparatus using a spatial modulation element such as a micromirror array is known.

마이크로 미러 어레이와 같이 복수 개의 능동 광학 요소가 규칙적으로 배열된 능동 광학 소자를 사용하여 레이저 조사를 행하는 경우, 마이크로 미러 어레이에 의해 반사된 레이저광은 복수 개의 회절광(回折光)으로 나뉜다. 그러나, 일반적으로 현미경의 뒤쪽 개구수는 적으므로, 복수 개로 나뉜 회절광을 모두 입사시킬 수 없다. 그러므로, 단지 마이크로 미러에 의한 정반사(正反射) 방향으로 현미경의 광축을 설정한 것만으로는, 레이저광의 이용 효율이 저하되는 현상이 발생한다.When laser irradiation is performed using an active optical element in which a plurality of active optical elements are regularly arranged, such as a micro mirror array, the laser light reflected by the micromirror array is divided into a plurality of diffracted lights (diffracted light). However, since the numerical aperture at the back of the microscope is generally small, it is not possible to make all of the diffracted light divided into a plurality. Therefore, only the setting of the optical axis of the microscope in the regular reflection direction by the micromirror causes a phenomenon in which the utilization efficiency of the laser light is lowered.

그래서, 특허 문헌 1에는, 변조광 조사 광학계에 대한, 레이저 광원 및 공간 변조 소자 중 적어도 어느 하나의 경사를 회동(回動) 기구에 의해 가변으로 함으로써, 공간 변조 소자의 변조광의 회절 방향을 변조광 조사 광학계와 일치시키는 레이저 가공 장치가 제안되어 있다.Thus, Patent Document 1 discloses that the inclination of at least one of the laser light source and the spatial modulation element with respect to the modulation light irradiation optical system is made variable by the rotation mechanism, so that the diffraction direction of the modulated light of the spatial modulation element is changed There is proposed a laser processing apparatus that coincides with the irradiation optical system.

특허 문헌 1 : 일본공개특허 제2007-7660호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-7660

그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 레이저 가공 장치와 같이 레이저 광원이나 공간 변조 소자의 경사를 조정한 경우, 목적으로 하는 강도를 가지는 회절광을 선택하고 또한 그 선택한 회절광을 변조광 조사 광학계의 광축과 일치시키는 것은 극히 곤란하고, 그 조정에 많은 시간도 필요로 한다.However, when the inclination of the laser light source or the spatial modulation element is adjusted as in the laser processing apparatus described in Patent Document 1, the diffracted light having the desired intensity is selected, and the selected diffracted light is transmitted to the optical axis of the modulation light irradiation optical system It is extremely difficult to match, and it takes a lot of time to adjust.

본 발명의 과제는, 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해, 레이저광의 이용 효율을 용이하게 개선할 수 있는 레이저 조사 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a laser irradiation apparatus capable of easily improving the utilization efficiency of laser light in order to solve the above conventional problems.

상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 레이저 조사 장치는, 레이저 광원으로부터 출사된 레이저광을 피가공물에 조사하는 레이저 조사 장치에 있어서, 상기 레이저광을 상기 피가공물에 안내하는 투영 광학계의 광축에 대하여 교차하는 위치에 배치되고, 상기 레이저광을 편향시키는 복수 개의 편향 소자가 2차원으로 배열된 공간 변조 소자와; 상기 공간 변조 소자에 대하여 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사부와; 상기 공간 변조 소자 및 상기 레이저 조사부 중 어느 한쪽을 상기 투영 광학계의 광축과 상기 공간 변조 소자의 기준면과의 교차하는 교점을 회동(回動) 중심으로 하여 회동시키는 제1 회동 기구와; 상기 공간 변조 소자 및 상기 레이저 조사부의 양쪽을, 상기 투영 광학계의 광축과 상기 공간 변조 소자의 기준면과의 교차하는 교점을 회동 중심으로 하여 일체적으로 회동시키는 제2 회동 기구를 포함하는 구성으로 한다.In order to solve the above problems, the laser irradiation apparatus of the present invention is a laser irradiation apparatus for irradiating a workpiece with laser light emitted from a laser light source, the laser irradiation apparatus comprising: A spatial modulation element disposed at an intersecting position, the spatial modulation element having a plurality of deflecting elements for deflecting the laser light in two dimensions; A laser irradiation unit for irradiating the spatial modulation element with the laser light; A first turning mechanism that rotates either one of the spatial modulation element and the laser irradiation portion with an intersecting point intersecting the optical axis of the projection optical system and a reference plane of the spatial modulation element with a rotation center; And a second turning mechanism that integrally rotates both the spatial modulation element and the laser irradiation section with the intersection of the optical axis of the projection optical system and the reference plane of the spatial modulation element as a turning center.

본 발명에 의하면, 레이저광의 이용 효율을 용이하게 개선할 수 있다.According to the present invention, the use efficiency of laser light can be easily improved.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 레이저 조사 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 레이저 조사 장치를 나타낸 정면도이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 관한 레이저 조사 장치를 나타낸 우측면도이다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 관한 레이저 조사 장치의 광로를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 관한 레이저 조사 장치를 구비한 레이저 가공 장치를 나타낸 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 관한 레이저 조사 장치의 제2 회동 기구를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 관한 레이저 조사 장치의 제2 회동 기구를 설명하기 위한 정면도이다.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 있어서의 회절 현상을 설명하기 위한 설명도(그 1)이다.
도 7b는 본 발명의 일실시예에 있어서의 회절 현상을 설명하기 위한 설명도(그 2)이다.
도 7c는 본 발명의 일실시예에 있어서의 회절 현상을 설명하기 위한 설명도(그 3)이다. 1 is a perspective view showing a laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a front view showing a laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
3A is a right side view showing a laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
3B is a cross-sectional view for explaining the optical path of the laser irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention.
4 is a schematic configuration diagram showing a laser processing apparatus having a laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view for explaining a second turning mechanism of the laser irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention.
6 is a front view for explaining the second turning mechanism of the laser irradiation apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7A is an explanatory diagram (No. 1) for explaining the diffraction phenomenon in the embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7B is an explanatory diagram (No. 2) for explaining the diffraction phenomenon in the embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7C is an explanatory diagram (No. 3) for explaining the diffraction phenomenon in the embodiment of the present invention. FIG.

이하, 본 발명의 실시예에 관한 레이저 조사 장치에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.Hereinafter, a laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1, 도 2 및 도 3a는, 본 발명의 일실시예에 관한 레이저 조사 장치(1)를 나타낸 사시도, 정면도 및 우측면도이다.1, 2, and 3A are a perspective view, a front view, and a right side view of the laser irradiation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

도 3b는, 레이저 조사 장치(1)의 광로를 설명하기 위한 단면도이다.Fig. 3B is a cross-sectional view for explaining the optical path of the laser irradiation apparatus 1. Fig.

도 4는 레이저 조사 장치(1)를 구비하는 레이저 가공 장치(100)를 나타낸 개략 구성도이다. 그리고, 도 4는 개략 구성도이므로, 다른 도면과 위치 관계가 일치하지 않는 부분도 있다.Fig. 4 is a schematic configuration diagram showing a laser machining apparatus 100 including the laser irradiation apparatus 1. Fig. Since Fig. 4 is a schematic configuration diagram, there are portions where the positional relationship with other drawings does not coincide with each other.

도 5 및 도 6은 레이저 조사 장치(1)의 제2 회동 기구(5)를 설명하기 위한 사시도 및 정면도이다.Figs. 5 and 6 are a perspective view and a front view for explaining the second turning mechanism 5 of the laser irradiation apparatus 1. Fig.

본 실시예에 관한 레이저 조사 장치(1)는, 예를 들면, 도 4에 나타낸 레이저 가공 장치(100)의 일부로서 배치되고, 피가공물에 레이저광을 조사한다.The laser irradiation apparatus 1 according to the present embodiment is disposed, for example, as a part of the laser processing apparatus 100 shown in Fig. 4, and irradiates a laser beam to a workpiece.

피가공물로서는, 예를 들면, 액정 디스플레이 등에 사용하는 유리 기판이나, 반도체 기판 등을 들 수 있다. 이들 기판이 피가공물인 경우, 가공 대상으로서는, 기판 상의 배선 패턴이나, 노광에 사용하는 포토마스크에 존재하는 불필요한 잔류물이라는 결함 등을 들 수 있다.Examples of the material to be processed include a glass substrate used for a liquid crystal display or the like, a semiconductor substrate, and the like. In the case where these substrates are to be processed, examples of the object to be processed include defects such as wiring patterns on the substrate and unwanted residues existing in the photomask used for exposure.

그리고, 본 실시예에서는, 레이저 조사 장치(1)를 레이저 가공 장치(100)의 일부로서 설명하지만, 레이저 조사 장치(1)는 예를 들면, 화상 투영 장치나 화상 묘화 장치 등 그 외의 용도에 사용할 수도 있다.Although the laser irradiation apparatus 1 is described as a part of the laser processing apparatus 100 in the present embodiment, the laser irradiation apparatus 1 may be used for other purposes such as an image projection apparatus and an image drawing apparatus It is possible.

레이저 조사 장치(1)는, 레이저광을 원하는 형상으로 성형하는 미소 미러 편으로 이루어지는 편향 요소를 2차원으로 배열한 공간 변조 소자로서의 도 3b 및 도 4에 나타낸 마이크로 미러 어레이(2)와, 이 마이크로 미러 어레이(2)에 레이저광을 조사하는 레이저 조사부(3)와, 마이크로 미러 어레이(2) 및 레이저 조사부(3) 중 어느 한쪽을 회동시키는 제1 회동 기구(4)와, 마이크로 미러 어레이(2) 및 레이저 조사부(3)의 양쪽을 일체적으로 회동시키는 제2 회동 기구(5)를 포함한다.The laser irradiating apparatus 1 includes a micromirror array 2 shown in Fig. 3B and Fig. 4 as spatial modulation elements in which deflection elements made up of micromirror pieces for shaping a laser beam into a desired shape are two-dimensionally arranged, A laser irradiation unit 3 for irradiating the mirror array 2 with a laser beam and a first turning mechanism 4 for turning either the micromirror array 2 or the laser irradiation unit 3 and a micromirror array 2 And a second turning mechanism 5 that integrally rotates both the laser irradiating unit 3 and the laser irradiating unit 3.

마이크로 미러 어레이(2)는, 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 바와 같이, 편향 요소로서의 미소 미러(2a)가 격자형으로 배열되고, 각 미소 미러(2a)를 ON/OFF시킴으로써 레이저 조사부(3)에 의해 발해진 레이저광을 공간 변조한다.As shown in Figs. 7A to 7C, the micromirror array 2 has micromirrors 2a as deflecting elements arranged in a lattice shape, and turns on / off each micromirror 2a, And space-modulates the laser light emitted by the light source.

각 미소 미러(2a)는, 요동축(搖動軸) R의 경사 각도가 0°인 OFF 상태일 때 마이크로 미러 어레이(2)의 기준면 M 상에 종횡 방향의 격자형으로 규칙적으로 배치되고, 제어 신호에 따라 0N 상태로 되었을 때 소정 방향으로 경사 가능하게 되어 있다. 마이크로 미러 어레이(2)로서는, 예를 들면, 16㎛ 각(角)의 미소 미러를 직사각형의 개구 영역에 배치한 DMD(Texas Instruments사제: Digital Micromirror Device) 등의 소자를 채용할 수 있다.Each micromirror 2a is regularly arranged in a lattice shape in the vertical and horizontal directions on the reference plane M of the micromirror array 2 when the inclination angle of the swing axis R is OFF, And can be tilted in a predetermined direction when the state is changed to the 0N state according to FIG. As the micromirror array 2, for example, a device such as a DMD (Digital Micromirror Device, manufactured by Texas Instruments) in which a micromirror of 16 탆 square is arranged in a rectangular opening region can be employed.

각 미소 미러(2a)는, 예를 들면, 탄성 힌지에 지지되어 있다. 또한, 각 미소 미러(2a)는, 제어 신호에 따라 정전 전계를 발생하는 구동부(도시하지 않음)에 의해, 온 상태와 오프 상태와의 2개의 경사각, 예를 들면 ±12°의 범위에서 요동한다.Each micromirror 2a is supported, for example, by an elastic hinge. Each micromirror 2a is oscillated at two inclination angles, that is, an on state and an off state, for example, within a range of ± 12 degrees by a driving unit (not shown) that generates an electrostatic field in accordance with a control signal .

상기 마이크로 미러 어레이(2)는, 기준면 M에 대하여 일정한 입사각으로 입사하는 레이저광 L1을 온 상태의 미소 미러(2a)에 의해 대물 렌즈(106b) 측의 투영 광축 방향으로 반사시켜 제어 신호에 따라 단면 형상의 변조광인 레이저광 L2를 형성한다.The micromirror array 2 reflects the laser light L1 incident on the reference plane M at a constant incident angle in the direction of the projection optical axis on the side of the objective lens 106b by the micromirrors 2a in the ON state, Thereby forming the laser light L2 as the modulated light of the shape.

레이저 조사부(3)는, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 경통(鏡筒)(3a)과, 광로 편향부로서의 미러(3b)와, 광섬유 장착부(3c)를 가진다. 경통(3a)의 상단에 설치된 광섬유 장착부(3c)는, 도 4에 나타낸 광섬유(103)에 접속되어 있다. 이 광섬유(103)는, 레이저 광원(101)에 의해 펄스 발진된 레이저광 L1을 도광한다. 광섬유(103)의 입력 측에는, 레이저 광원(101)으로부터 발진된 평행 광속의 레이저광 L1을 광섬유(103)의 코어 직경보다 작은 직경으로 좁아지는 결합 렌즈(102)가 설치되어 있다.The laser irradiating section 3 has a barrel 3a, a mirror 3b as an optical path deflecting section, and an optical fiber mounting section 3c, as shown in Fig. 3B. The optical fiber mounting portion 3c provided at the upper end of the lens barrel 3a is connected to the optical fiber 103 shown in Fig. The optical fiber 103 guides the laser light L1 pulsed by the laser light source 101. [ On the input side of the optical fiber 103 is provided a coupling lens 102 which narrows the laser light L1 of the parallel light flux emitted from the laser light source 101 to a diameter smaller than the core diameter of the optical fiber 103. [

레이저 조사부(3)는, 광섬유(103)에 의해 도광된 레이저광 L1을 마이크로 미러 어레이(2)의 유효 조사 영역을 조사할 수 있는 광속 직경으로 넓히고, 미러(3b)에 의해 편향(반사)시켜 마이크로 미러 어레이(2)를 향해 조사한다.The laser irradiation unit 3 broadens the laser light L1 guided by the optical fiber 103 to the diameter of the light beam irradiating the effective irradiation area of the micromirror array 2 and deflects (reflects) the laser light L1 by the mirror 3b And is irradiated toward the micro mirror array 2.

그리고, 가공용 광원으로서는, 복수 개의 파장을 가지는 레이저광을 펄스 발진하고, 대략 평행 광속으로서 출사하는 레이저 광원(101)을 사용한다. 본 실시예에 사용되는 레이저 광원(101)은, 예를 들면, 기본 파장 λ1= 1.064㎛의 YAG 레이저를 사용하고, 제2, 제3, 제4 고조파(각각 파장 λ2= 532nm, λ3= 355nm, λ4= 266nm)를 출사 가능하게 하고 있다.As the processing light source, a laser light source 101 that emits a pulse laser beam having a plurality of wavelengths and emits it as a substantially parallel beam is used. The laser light source 101 used in the present embodiment is, for example, a YAG laser having a fundamental wavelength lambda 1 = 1.064 m and a second, a third and a fourth harmonic (wavelengths lambda 2 = 532 nm, lambda 3 = 355 nm, ? 4 = 266 nm) can be outputted.

제1 회동 기구(4)는, 상부 스테이지를 마이크로 미러 어레이(2)의 기준면 M과 대물 렌즈(106b)의 입사측 광축(투영 광학계의 반사 미러(105)의 입사광축)이 교차하는 교점을 통하여 기준면 M에 대하여 평행한 회동축 A를 중심으로 하여 회동시키는(화살표 R1) 주지의 고니오 스테이지(gonio stage)이다. 이 고니오 스테이지(4)는, 그 상부 스테이지에 고니오 스테이지 마운트(6)가 장착되어 있다. 고니오 스테이지 마운트(6)에는, 레이저 조사부(3)로부터 조사되는 레이저광 L1과, 마이크로 미러 어레이(2)에 변조된 레이저광 L2를 투과시키기 위한 관통공(6a)이 형성되어 있다.The first rotating mechanism 4 is configured to move the upper stage through the intersection where the reference side M of the micro mirror array 2 and the incident side optical axis of the objective lens 106b intersect (the incident optical axis of the reflecting mirror 105 of the projection optical system) Is a known gonio stage which rotates about a pivot axis A parallel to the reference plane M (arrow R1). In this gonio stage 4, a gonio stage mount 6 is mounted on the upper stage. The goniostage mount 6 is provided with a through hole 6a through which the laser beam L1 emitted from the laser irradiation unit 3 and the laser beam L2 modulated by the micromirror array 2 are transmitted.

고니오 스테이지 마운트(6)의 상면에는 복수 개의 지주(7)가 세워설치되어 있다. 복수 개의 지주(7)는, 마이크로 미러 어레이(2)가 연직 하향으로 배치되는 마이크로 미러 마운트(8)를 지지하고 있다.On the upper surface of the gonio stage mount 6, a plurality of pillars 7 are installed. The plurality of pillars (7) supports a micro mirror mount (8) in which the micro mirror array (2) is arranged vertically downward.

고니오 스테이지(제1 회동 기구)(4)가 회동축 A를 중심으로 고니오 스테이지 마운트(6)를 회동시킴으로써, 고니오 스테이지 마운트(6)에 일체로 장착된 마이크로 미러 어레이(2)를 회동축 A를 중심으로 하여 임의의 각도로 회동(화살표 R1)시킬 수 있다.The micro mirror array 2 integrally mounted on the goniometer stage 6 is rotated by rotating the goniometer stage 6 with the goniometer stage 4 (first turning mechanism) rotating about the pivot axis A (Arrow R1) at an arbitrary angle with respect to the coaxial A as shown in Fig.

상기 고니오 스테이지(제1 회동 기구)(4)에 의해 마이크로 미러 어레이(2)를 회동축 A에 대하여 화살표 R1 방향으로 회동시킴으로써, 레이저 조사부(3)의 출사측 광축이 되는 레이저광 L1에 대하여 마이크로 미러 어레이(2)를 임의의 각도로 경사지게 하는 것이 가능하다. 이 때, 마이크로 미러 어레이(2)의 각 미소 미러를 ON 상태로 했을 때 각 미소 미러의 개구에 따라 정해지는 반사광의 광강도 분포가 최대가 되는 브라운 호퍼 회절광(70)이 투영 광학계의 개구에 들어가도록 고니오 스테이지(4)에 의해 마이크로 미러 어레이(2)의 경사 각도를 조정한다. 고니오 스테이지(4)에 의해 회동축 A를 중심으로 하여 마이크로 미러 어레이(2)를 회동시킴으로써, 레이저 조사부(3)에 의해 조사된 레이저광 L1의 마이크로 미러 어레이(2)에 대한 입사각 θ ₀를 가변할 수 있다.The micro mirror array 2 is rotated in the direction of the arrow R1 with respect to the rotating shaft A by the goniostage (first rotating mechanism) 4 so that the laser beam L1, which is the optical axis on the emission side of the laser irradiation unit 3, It is possible to tilt the micro mirror array 2 at an arbitrary angle. At this time, the Brown-Hofper diffracted light 70 having the maximum light intensity distribution of the reflected light determined by the opening of each micromirror when each micromirror of the micromirror array 2 is turned on is placed at the opening of the projection optical system The inclination angle of the micromirror array 2 is adjusted by the gonio stage 4 so as to enter. The micro mirror array 2 is rotated around the pivot axis A by the goniometer stage 4 so that the incident angle ₀ of the laser light L1 irradiated by the laser irradiation section 3 with respect to the micromirror array 2 is set to Can be varied.

제2 회동 기구(5)는, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 베이스부(9) 상에 세워 설치된 서로 대향하는 2개의 요동 지지부(5a, 5a)와, 요동 지지부(5a, 5a)에 의해 지지된 요동부(5b)를 가진다. 그리고, 베이스부(9)에는, 마이크로 미러 어레이(2)에 의해 변조된 레이저광 L2를 투과시키기 위한 관통공(9a)이 형성되어 있다.5 and 6, the second rotating mechanism 5 includes two swing supporting portions 5a and 5a which are erected on the base portion 9 so as to face each other and a pair of swing supporting portions 5a and 5a which are provided on the swing supporting portions 5a and 5a And an oscillating portion 5b supported by the oscillating portion 5b. The through hole 9a for transmitting the laser beam L2 modulated by the micromirror array 2 is formed in the base portion 9. [

요동부(5b)는, 고니오 스테이지(제1 회동 기구)(4)에 의한 회동축 A와 동일 축인 회동축 A를 중심으로 요동(회동)가능하게 요동 지지부(5a, 5a)에 의해 지지되어 있다.The swinging portion 5b is supported by the swing supporting portions 5a and 5a so as to be able to swing about the swing axis A which is the same axis as the swing axis A by the goniostage have.

요동부(5b)는, 고니오 스테이지(4)가 장착되는 하부 플레이트(5c)와, 이 하부 플레이트(5c)의 양쪽을 지지하는 측부 플레이트(5d, 5e)를 가지고, 정면에서 볼 때 있어서 대략 U자형을 이룬다. 측부 플레이트(5d, 5e)는, 상단에 있어서 요동 지지부(5a, 5a)에 의해 요동 가능하게 지지되어 있다.The swinging part 5b has a lower plate 5c on which the gonio stage 4 is mounted and side plates 5d and 5e for supporting both sides of the lower plate 5c. U-shaped. The side plates 5d and 5e are swingably supported by the swing supporting portions 5a and 5a at the upper end.

하부 플레이트(5c)의 상면에는, 고니오 스테이지(제1 회동 기구)(4)가 설치되어 있다. 또한, 하부 플레이트(5c)에는, 레이저 조사부(3)의 경통(3a)이 관통하고 있고, 경통(3a)의 하단 근방에 있어서 레이저 조사부(3) 전체가 고정되어 있다. 레이저 조사부(3)의 경통(3a)의 선단 부분에 레이저 조사부(3)의 광로를 마이크로 미러 어레이(2) 측을 향해 편향(반사)시키는 미러(3b)가 장착되어 있다. 그러므로, 하부 플레이트(5c)(제2 회동 기구(5)의 요동부(5b))를 회전축 A를 중심으로 회동시키면, 미러(3b)에 의해 꺽여 반사된 레이저광 L1의 광축에 대하여 마이크로 미러 어레이(2)를 경사지게 하여 입사각 θ ₀로 고정시킨 상태에서 마이크로 미러 어레이(2)와 레이저 조사부(3)가 일체로 되어 회동한다.On the upper surface of the lower plate 5c, a goniostage (first turning mechanism) 4 is provided. The barrel 3a of the laser irradiation unit 3 penetrates through the lower plate 5c and the entire laser irradiation unit 3 is fixed in the vicinity of the lower end of the barrel 3a. A mirror 3b for deflecting (reflecting) the optical path of the laser irradiation unit 3 toward the micromirror array 2 side is attached to the tip portion of the lens barrel 3a of the laser irradiation unit 3. [ Therefore, when the lower plate 5c (the oscillating portion 5b of the second turning mechanism 5) is rotated about the rotational axis A, the optical axis of the laser beam L1 reflected by the mirror 3b is reflected, The micromirror array 2 and the laser irradiation unit 3 are integrally rotated in a state in which the laser beam 2 is inclined and fixed at the incident angle ? ₀ .

따라서, 제2 회동 기구(5)의 회동에 의해, 마이크로 미러 어레이(2) 및 레이저 조사부(3)의 양쪽 및 고니오 스테이지(제1 회동 기구)(4)를 회동축 A를 중심으로 하여 일체적으로 회동시킴으로써, 마이크로 미러 어레이(2)를 ON 상태로 했을 때 발생하는 N차 회절광 중 원하는 N차 회절광이 투영 광학계의 입력측 개구에 들어가도록 조정할 수 있다. 그리고, 하부 플레이트(5c)에는, 마이크로 미러 어레이(2)에 의해 변조된 레이저광 L2를 투과시키기 위한 관통공(5c-1)이 형성되어 있다.Therefore, both the micromirror array 2 and the laser irradiation unit 3 and the goniometer stage (first turning mechanism) 4 are rotated by the rotation of the second turning mechanism 5, It is possible to adjust so that the desired N-order diffracted light among the N-th ordered diffracted light generated when the micro mirror array 2 is turned ON enters the input side aperture of the projection optical system. A through hole 5c-1 for transmitting laser light L2 modulated by the micromirror array 2 is formed in the lower plate 5c.

도 4에 나타낸 레이저 가공 장치(100)는, 전술한 레이저 조사 장치(1), 레이저 광원(101), 결합 렌즈(102), 광섬유(103), 제어부(104), 미러(105), 투영 광학계(106), 하프 미러(107, 108), 관찰용 광원(109), 집광 렌즈(110), 관찰용 결상(結像) 렌즈(111), 촬상 소자(112) 등을 구비한다. 본 실시예에 있어서의 가공 대상은, 탑재부(201) 상에 탑재된 기판(202)이다.The laser processing apparatus 100 shown in Fig. 4 includes the laser irradiation apparatus 1, the laser light source 101, the coupling lens 102, the optical fiber 103, the control unit 104, the mirror 105, A light source 109 for observation, a condenser lens 110, an imaging lens 111 for observation, an imaging element 112, and the like. The object to be processed in this embodiment is the substrate 202 mounted on the mounting portion 201. [

제어부(104)는, 레이저 조사 장치(1)의 제1 회동 기구(4) 및 제2 회동 기구(5), 레이저 광원(101), 및 촬상 소자(112) 등에 접속되어, 동작 제어나 화상 처리를 행한다. 또한, 제어부(104)는, 레이저 가공 장치(100)의 가동 부분(가공 헤드)을 구동 제어함으로써 가공 대상 위치로 이동시킨다.The control unit 104 is connected to the first turning mechanism 4 and the second turning mechanism 5 of the laser irradiation apparatus 1, the laser light source 101 and the image pickup device 112, . Further, the control unit 104 moves the movable portion (machining head) of the laser machining apparatus 100 to the machining target position by driving control.

제어부(104)의 장치 구성은, 본 실시예에서는, CPU, 메모리, 입출력부, 외부 기억 장치 등으로 구성된 컴퓨터와 적당한 하드웨어와의 조합으로 이루어진다.The configuration of the control unit 104 is constituted by a combination of a computer constituted by a CPU, a memory, an input / output unit, an external storage, and the like and appropriate hardware in this embodiment.

미러(105)는, 마이크로 미러 어레이(2)에 의해 공간 변조된 레이저광 L2를 연직 하방향으로부터 수평 방향으로 편향시킨다.The mirror 105 deflects the laser beam L2 spatially modulated by the micromirror array 2 in the horizontal direction from the vertical direction.

투영 광학계(106)는, 마이크로 미러 어레이(2)에 의해 공간 변조되어 일정 방향을 향해 반사된 레이저광 L2에 의한 상을, 기판(202)의 피가공면(202a) 상에 소정 배율로 결상시키는 결상 광학계를 구성하는 광학 소자군이며, 마이크로 미러 어레이(2) 측에 결상 렌즈(106a)가, 기판(202) 상에 대물 렌즈(106b)가, 각각 배치되어 있다. 그리고, 투영 광학계(106)는, 마이크로 미러 어레이(2)의 기준면 M과 기판(202)이 대략 공역(共役)으로 되도록 설치되어 있다.The projection optical system 106 focuses the image of the laser light L2 that is spatially modulated by the micromirror array 2 and reflected toward a certain direction onto the work surface 202a of the substrate 202 at a predetermined magnification And an image forming lens 106a is arranged on the micro mirror array 2 side and an objective lens 106b is arranged on the substrate 202 respectively. The projection optical system 106 is provided so that the reference plane M of the micromirror array 2 and the substrate 202 are substantially conjugate with each other.

하프 미러(107)는, 결상 렌즈(106a)를 투과한 수평 방향의 레이저광 L3를, 대물 렌즈(106b)를 향해 연직 하방향으로 반사시킨다. 한편, 하프 미러(108)는, 하프 미러(107)에 의해 연직 아래쪽으로 반사된 레이저광 L4를 투과하는 동시에, 관찰용 광원(109)으로부터 발해지는 관찰용 광 L5를 대물 렌즈(106)를 향해 반사한다.The half mirror 107 reflects the laser light L3 in the horizontal direction transmitted through the imaging lens 106a toward the objective lens 106b in the downward direction. The half mirror 108 transmits the laser light L4 reflected vertically downward by the half mirror 107 and transmits the observation light L5 emitted from the observation light source 109 toward the objective lens 106 Reflection.

관찰용 광원(109)은, 기판(202)의 피가공면(202a) 상의 가공 가능 영역 내를 조명하기 위한 관찰용 광 L5를 발생하는 광원이다. 그리고, 관찰용 광원(109)과 하프 미러(108)와의 사이에는, 집광 렌즈(110)가 설치되어 있다.The observation light source 109 is a light source for generating observation light L5 for illuminating within the machinable area on the work surface 202a of the substrate 202. [ Between the observation light source 109 and the half mirror 108, a condenser lens 110 is provided.

관찰용 결상 렌즈(111)는, 하프 미러(107)의 위쪽에 배치되어 있다. 또한, 관찰용 결상 렌즈(111)는, 관찰용 광 L5에 의해 조명된 피가공면(202a)으로부터 반사되어 대물 렌즈(106b)에 의해 집광된 광을, 촬상 소자(112)의 촬상면 상에 결상시키기 위한 광학 소자이다.The observation imaging lens 111 is disposed above the half mirror 107. [ The observation imaging lens 111 is configured to focus the light condensed by the objective lens 106b on the imaging surface of the imaging element 112 after being reflected from the work surface 202a illuminated by the observation light L5, .

촬상 소자(112)는, 촬상면 상에 결상된 화상을 광전 변환하는 것이며, 예를 들면, CCD 등으로 이루어진다. 촬상 소자(112)에 의해 광전 변환된 화상 신호는, 촬상 소자(112)에 전기적으로 접속된 제어부(104)에 송출된다.The image pickup element 112 photoelectrically converts an image formed on an image pickup surface, and is made of, for example, a CCD or the like. The image signal photoelectrically converted by the image pickup device 112 is sent to the control unit 104 electrically connected to the image pickup device 112. [

이하, 레이저광 조사 장치(1) 및 레이저 가공 장치(100)의 동작에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the laser irradiation apparatus 1 and the laser processing apparatus 100 will be described.

레이저 가공 장치(100)를 사용하여 레이저 가공을 행하는 데는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 먼저, 탑재대(201) 상에, 피가공물로서 기판(202)을 탑재한다.In order to perform laser machining using the laser machining apparatus 100, as shown in Fig. 4, the substrate 202 as a workpiece is mounted on the mount table 201 first.

다음에, 제어부(104)에 의해, 레이저 광원(101) 등을 제외한 레이저 가공 장치(100)의 가동부(가공 헤드)를 이동시켜, 피가공면(202a)의 가공 가능 영역의 화상을 취득한다.Next, the movable portion (machining head) of the laser machining apparatus 100 except for the laser light source 101 and the like is moved by the control unit 104 to acquire an image of the machinable region of the work surface 202a.

먼저, 관찰용 광원(109)을 점등시킴으로써, 관찰용 광 L5를 발생시킨다. 관찰용 광 L5는, 일부가 하프 미러(108)에서 반사되고, 이 반사광이 대물 렌즈(106b)에서 집광되어 피가공면(202a) 상의 가공 가능 영역을 조명한다.First, the observation light source 109 is turned on to generate observation light L5. Part of the observation light L5 is reflected by the half mirror 108, and the reflected light is condensed by the objective lens 106b to illuminate the machinable area on the work surface 202a.

피가공면(202a)에서 반사된 반사광은, 대물 렌즈(106b), 하프 미러(108), 하프 미러(107)를 투과하여 관찰용 결상 렌즈(111)에 안내된다. 관찰용 결상 렌즈(111)에 입사한 광은, 촬상 소자(112)의 촬상면에 결상된다.The reflected light reflected from the surface to be processed 202a passes through the objective lens 106b, the half mirror 108 and the half mirror 107 and is guided to the observation imaging lens 111. [ The light incident on the observation imaging lens 111 is imaged on the imaging surface of the imaging element 112.

촬상 소자(112)는, 결상된 피가공면(202a)의 화상을 광전 변환하여, 제어부(104)에 송출한다. 제어부(104)에서는, 송출된 화상 신호를, 필요에 따라, 노이즈 제거, 휘도 보정 등의 처리를 행하여 도시하지 않은 표시부에 표시한다. 또한, 제어부(104)는, 화상 신호를 화상 데이터로 변환하여 기억한다. 이같이 하여, 피가공면(202a)의 가공 가능 영역의 화상이 취득된다.The image pickup element 112 photoelectrically converts the image of the image of the surface to be processed 202a and sends it to the control unit 104. [ In the control unit 104, the transmitted image signal is subjected to processes such as noise removal and luminance correction, if necessary, and displayed on a display unit (not shown). Further, the control section 104 converts the image signal into image data and stores it. In this way, an image of the machinable area of the work surface 202a is acquired.

다음에, 제어부(104)는, 기억한 화상 데이터를 판독하여 결함 추출을 행한다. 그리고, 제어부(104)는, 추출된 결함의 종류나 크기 등을 판정하고, 리페어 가공해야 할 결함인 것으로 판단된 경우에, 결함 화상 데이터로부터, 이 결함 화상 데이터에 의해 표현되는 피가공면(202a) 상의 결함에 레이저광을 조사하기 위해, 마이크로 미러 어레이(2)에 구동 제어의 신호를 송출한다.Next, the control unit 104 reads the stored image data and performs defect extraction. Then, the control unit 104 determines the type and size of the extracted defect, and if it is determined that the defect is to be repaired, the control unit 104 judges, from the defective image data, the surface to be processed 202a The microcomputer 1 sends a drive control signal to the micromirror array 2 to irradiate the laser beam on the defects on the micro mirror array 2.

다음에, 제어부(104)는, 레이저 광원(101)에 대하여, 레이저광을 발진시키는 제어 신호를 송출하고, 기판(202)에 따라 미리 선택된 조사 조건에 기초하여, 레이저 광원(101)으로부터 레이저광 L1을 발진시킨다. 레이저광의 조사 조건으로서는, 예를 들면, 파장, 광출력, 발진 펄스폭 등을 들 수 있다.Next, the control unit 104 sends out a control signal for causing the laser light source 101 to oscillate the laser light, and supplies the laser light from the laser light source 101 to the laser light source 101, Thereby oscillating L1. Examples of irradiation conditions of the laser light include wavelength, light output, oscillation pulse width, and the like.

발진된 레이저광 L1은, 결합 렌즈(102)에 의해 광섬유(103)에 입사하고, 경통(3a)의 2개의 투영 렌즈를 투과하고, 반사 미러(3b)에서 반사된다. 그리고, 마이크로 미러 어레이(2) 상에 투영되고, 마이크로 미러 어레이(2) 상의 각 미소 미러(2a)에서 반사된다.The oscillated laser light L1 is incident on the optical fiber 103 by the coupling lens 102 and is transmitted through the two projection lenses of the mirror barrel 3a and is reflected by the reflection mirror 3b. Then, it is projected onto the micromirror array 2 and reflected by each micromirror 2a on the micromirror array 2.

여기서, 변조광인 레이저광 L2를 투영 광학계(106)에 효율적으로 입사시켜 피가공면(202a)에 투영시키기 위한 조건에 대하여 설명한다.Here, the conditions for efficiently projecting the laser light L2, which is modulated light, to the projection optical system 106 and projecting the light onto the work surface 202a will be described.

마이크로 미러 어레이(2)에는, 미소 미러(2a)가 규칙적으로 배열되어 있으므로, 변조광인 레이저광 L2의 광강도 분포는, 미소 미러(2a)에 의한 회절 현상에 의해 결정된다.Since the micromirror array 2 is regularly arranged in the micromirror array 2, the light intensity distribution of the laser light L2, which is modulated light, is determined by the diffraction phenomenon by the micromirror 2a.

예를 들면, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 레이저광 L1이, 마이크로 미러 어레이(2)의 미러 개구면에 대하여 입사각 θ ₀= 2· φ로 입사하면, 기준면 M에 대하여 도시한 반시계 방향으로 각도 φ만큼 경사진 온 상태의 복수 개의 미소 미러(2a)의 반사광인 레이저광 L2에는, 미소 미러의 개구에 따라 정해지는 브라운 호퍼 회절광(70)과 함께, 미소 미러의 배열 피치로 정해지는 N차 회절광(71)이 발생한다. 레이저광 L2의 정반사 방향의 광강도 분포는, 이들 회절광을 컨벌루션(convolution)하여 얻어진다.For example, when incident on the incident angle θ ₀ = 2 · φ, the laser beam L1, with respect to the mirror opening surface of the micro mirror array 2 as shown in Figure 7a, angles in the illustrated counterclockwise direction relative to the plane M The laser beam L2, which is the reflected light of the plurality of micromirrors 2a that are in an on state tilted by phi , is irradiated with Brown-Hofper diffracted light 70 determined according to the opening of the micromirror, Diffracted light 71 is generated. The light intensity distribution of the laser light L2 in the regular reflection direction is obtained by convoluting these diffracted lights.

브라운 호퍼 회절광(70)은, 미소 미러(2a)의 개구에 따라 정해지고, 미소 미러(2a)의 정반사 방향(본 실시예에서는 연직 하방향)으로 피크를 가지는 벨형상의 광강도 분포를 구비한다. 한편, N차 회절광(71)은, 미소 미러(2a)의 배열 피치와 레이저광 L1의 파장으로부터 정해지는 회절 차수(次數)에 대응하여 회절각이 분산되는 이산적(離散的)인 회절 패턴을 형성한다.The Brown-Hopper diffracted light 70 has a bell-shaped light intensity distribution defined by the opening of the micromirror 2a and having a peak in the regular reflection direction of the micromirror 2a (in the vertical direction in this embodiment) do. On the other hand, the Nth order diffracted light 71 is a discrete diffraction pattern in which the diffraction angles are dispersed in accordance with the order number determined from the arrangement pitch of the micromirrors 2a and the wavelength of the laser light L1 .

즉, 0차 회절광 d_o가, 마이크로 미러 어레이(2)의 개구(미러면)에 대한 레이저광 L1의 정반사광(본 실시예에서는, 연직 하방향에 대하여 도시한 시계 방향으로 각도 θ ₀ 회전한 방향)으로서 발생하고, 미소 미러(2a)의 배열 피치와 레이저광 L1의 파장에 의해 일의적으로 정해지는 상이한 회절각의 방향으로, N차 회절광 d_N(단, N= 1, 2, …)이 발생한다.That is, the zero-order diffracted light d ₀ is converted into the regularly reflected light of the laser beam L 1 (the angle ? ₀ rotation in the clockwise direction shown in the vertical direction in this embodiment) with respect to the opening (mirror surface) Order diffracted light d _N (N = 1, 2, and 3) in the direction of different diffraction angles uniquely determined by the arrangement pitch of the micromirrors 2a and the wavelength of the laser light L 1, ...).

이 때, N차 회절광(71) 중 어느 하나의 차수의 회절광의 방향과, 브라운 호퍼 회절광(70)의 피크 강도의 방향이 대략 일치한 상태에서, 온 상태의 미소 미러(2a)의 반사광인 레이저광 L2를 투영 광학계(106)에 입사시킬 수 있으면, 컨벌루션된 광강도 분포가 커지므로, 회절 효율이 향상된다. 따라서, 광 이용 효율을 향상시킬 수 있다.At this time, in a state in which the direction of the diffracted light of any one of the N-th ordered diffracted light 71 and the direction of the peak intensity of the Brown-Hofper diffracted light 70 substantially coincide with each other, If the laser light L2 that is the first laser light L2 can be made incident on the projection optical system 106, the convoluted light intensity distribution becomes large, and the diffraction efficiency is improved. Therefore, the light utilization efficiency can be improved.

예를 들면, 도 7a의 경우와 같이, N차 회절광(71) 중 3차 회절광 d₃, 4차 회절광 d₄가, 각각 각도 θ ₃, θ ₄(단, θ ₄≤θ ₃)만큼 경사져 있는 경우, 적어도 어느 하나의 회절광이, 브라운 호퍼 회절광(70)의 피크 강도의 방향과 일치하도록 함으로써, 회절 효율이 향상되어, 양호한 광 이용 효율을 실현할 수 있다.For example, as in the case of Figure 7a, N-degree diffracted light ray 3-degree diffracted light ray of the (71) d _3, the fourth-order diffracted light d _4, an angle θ _3, respectively, θ ₄ (stage, θ ₄ ≤ θ ₃₎ , At least one of the diffracted lights is made to coincide with the direction of the peak intensity of the Bragg-Hopper diffracted light 70, whereby the diffraction efficiency is improved and good optical utilization efficiency can be realized.

브라운 호퍼 회절광(70)의 피크 강도 방향은, 입사각 θ 및 미소 미러(2a)의 경사각 Φ으로부터 결정되고, N차 회절광(71)의 회절각은, 미소 미러(2a)의 배열 피치와 레이저광 L1의 파장으로부터 결정되므로, 이들 정보를 제어부(104)로부터 취득함으로써, 예를 들면, 브라운 호퍼 회절광(70)의 피크 강도의 방향에 대하여 N차 중 어느 하나의 회절광의 방향이 일치하도록 제2 회동 기구(5)를 회동시킴으로써, 목적으로 하는 강도의 회절광을 얻도록 한다.The peak intensity direction of the Brown-Hopper diffracted light 70 is determined from the incident angle ? And the inclination angle ? Of the micromirror 2a, and the diffraction angle of the N-th order diffracted light 71 is determined by the arrangement pitch of the micromirrors 2a, For example, the direction of the peak intensity of the Brown-Hofper diffracted light 70 is determined so that the direction of any diffracted ray of the N-th order coincides with the direction of the peak intensity of the Brown- By rotating the two-turn mechanism 5, the diffracted light of the intended intensity is obtained.

상기 목적으로 하는 강도의 회절광의 방향이 투영 광학계(106)의 개구각 범위 내에 들어가지 않을 경우, 제2 회동 기구(4)에 의해 마이크로 미러 어레이(2) 및 레이저 조사부(3)를 일체적으로 회동시켜, 목적으로 하는 강도의 회절광이 적어도 투영 광학계(106)의 개구각 범위에 들어가도록 하고, 가능하면 투영 광학계(106)의 광축과 일치시키도록 한다.When the direction of the diffracted light of the intended intensity does not fall within the aperture angle range of the projection optical system 106, the micro-mirror array 2 and the laser irradiation unit 3 are integrally So that the objective diffracted light is at least in the aperture angular range of the projection optical system 106 and is made to coincide with the optical axis of the projection optical system 106 if possible.

예를 들면, 먼저, 도 7b에 파선으로 나타낸 바와 같이, 제1 회동 기구(4)에 의해 ON 상태로 한 마이크로 미러 어레이(2)의 경사를 바꾸어, 기준면 M에 대하여 레이저광 L1'가 입사각(θ ₀+Δθ)으로 입사되도록 변경한다. 이 입사각의 변화에 따라 각 회절광의 회절 방향이 변화한다. 그리고, 제2 회동 기구(5)에 의해 마이크로 미러 어레이(2) 및 레이저 조사부(3)를 일체적으로 회동시킴으로써, 예를 들면, 3차 회절광 D₃의 회절 방향과 일치하는 목적으로 하는 회절광의 방향이 투영 광학계(106)의 광축 방향과 일치시키는 동작이 가능해진다.7B, the inclination of the micromirror array 2 turned ON by the first turning mechanism 4 is changed so that the laser light L1 'is incident on the reference plane M at an incident angle ( θ ₀ + Δ θ ). The diffraction direction of each diffracted light changes in accordance with the change of the incident angle. By rotating the micromirror array 2 and the laser irradiation unit 3 integrally by the second turning mechanism 5, for example, the objective diffraction that coincides with the diffraction direction of the _third diffraction light D ₃ It becomes possible to make the direction of the light coincide with the direction of the optical axis of the projection optical system 106.

이와 같은 제1 회동 기구(4)에 의한 회동 및 제2 회동 기구에 의한 회동은, 레이저 광원(101)의 발진 파장을 변경할 때, 그 파장에 따라 행하는 것이 바람직하다.It is preferable that the rotation by the first rotation mechanism 4 and the rotation by the second rotation mechanism are performed in accordance with the wavelength when the oscillation wavelength of the laser light source 101 is changed.

예를 들면, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 마이크로 미러 어레이(2)에 의해 단파장의 레이저광 Ll''가 입사하면 브라운 호퍼 회절광(70)은 도 7a의 경우와 변함없지만, N차 회절광(71)은, 파장의 변화에 따라 마이크로 미러 어레이(2)의 반사면의 정반사 방향으로 0차 회절광 e_o이 발생하고, 도 7a의 고차 회절광과 상이한 회절 방향으로, N차 회절광 e_N(단, N= 1, 2, …)이 발생한다. 따라서, 목적으로 하는 강도를 가지는 N차 회절광을 제2 회동 기구(5)의 회동에 의해 투영 광학계(106)에 안내하도록 한다.For example, as shown in Fig. 7C, when the laser beam Ll " of short wavelength is incident on the micromirror array 2, the Brown-Hofper diffracted light 70 does not change from the case of Fig. 7A, Order diffracted light e _o is generated in the regular reflection direction of the reflecting surface of the micromirror array 2 in accordance with the change of the wavelength and the N-th order diffracted light e _{N in the} diffraction direction different from the high order diffracted light of Fig. (Where N = 1, 2, ...). Therefore, the N-order diffracted light having the intended intensity is guided to the projection optical system 106 by the rotation of the second turning mechanism 5. [

경사각이 오프 상태로 된 미소 미러(2a)에서 반사되는 오프광은, 결상 렌즈(106a)에 계속되는 광로의 범위 밖으로 반사된다. 경사각이 온 상태로 된 미소 미러(2a)에서 반사된 변조광인 레이저광 L2는, 미러(105)에서 반사되어 결상 렌즈(106a)를 통해 하프 미러(107)에 도달하여 반사된다.Off light reflected by the micromirror 2a whose tilt angle is turned off is reflected out of the range of the optical path following the imaging lens 106a. The laser light L2, which is the modulated light reflected by the micromirror 2a whose tilt angle is turned on, is reflected by the mirror 105 and reaches the half mirror 107 through the imaging lens 106a and is reflected.

하프 미러(107)에서 반사된 레이저광 L4는, 연직 하방향으로 진행되어, 대물 렌즈(106b)에 의해 피가공면(202a) 상에 결상된다. 이같이 하여, 가공 데이터에 따른 변조 영역의 화상이, 피가공면(202a) 상에 투영된다. 그 결과, 레이저광 L4가 피가공면(202a)의 결함에 조사되어, 결함이 제거된다.The laser light L4 reflected by the half mirror 107 advances in the downward direction in the vertical direction and is imaged on the work surface 202a by the objective lens 106b. Thus, the image of the modulation area according to the processing data is projected onto the work surface 202a. As a result, the laser light L4 is irradiated to the defect on the work surface 202a, and the defect is removed.

이상으로 1회의 레이저 가공이 종료한다. 이 가공 후, 촬상 소자(112)에 의해 재차 피가공면(202a)의 화상을 취득하고, 필요에 따라 전술한 레이저 가공을 반복하여, 미제거부가 있으면 재차 레이저 가공하거나, 또는 가공 가능 영역을 이동하여 다른 부분의 레이저 가공을 행하거나 한다.Thus, the laser machining is completed once. After this processing, the image of the surface to be processed 202a is again acquired by the image pickup element 112, and if necessary, the above-described laser processing is repeated to perform laser processing again if there is a false rejection, Thereby performing laser machining of other portions.

이상 설명한 본 실시예에서는, 제1 회동 기구(4)는 마이크로 미러 어레이(2)를 회동시키고, 제2 회동 기구(5)는 마이크로 미러 어레이(2) 및 레이저 조사부(3)의 양쪽을 일체적으로 회동시킨다. 이로써, 회절 효율이 최대가 되도록 N차 회절광을 선택할 수 있다.In the present embodiment described above, the first rotating mechanism 4 rotates the micromirror array 2 and the second rotating mechanism 5 rotates both the micromirror array 2 and the laser irradiation unit 3 integrally . Thus, the N-th order diffracted light can be selected so that the diffraction efficiency is maximized.

그러므로, 제1 회동 기구(4)에 의해 마이크로 미러 어레이(2)를 회동시킴으로써, 각 미소 미러의 개구(미러면)에 의해 정해지는 브라운 호퍼 회절광(정반사광)의 최대 강도로 되도록 마이크로 미러 어레이(2)에 대한 레이저 조사부(3)의 입사각 θ ₀를 설정할 수 있다. 이 입사각 θ ₀를 고정한 상태에서, 제2 회동 기구(5)에 의해 마이크로 미러 어레이(2) 및 레이저 조사부(3)를 일체적으로 회동시킴으로써, 목적으로 하는 회절광을 투영 광학계(106)에 간단하게 안내할 수 있다.Therefore, the micro mirror array 2 is rotated by the first rotating mechanism 4 so that the maximum intensity of the Brown-Hofper diffracted light (regularly reflected light) determined by the openings (mirror surfaces) of the respective micromirrors The incident angle &thetas; ₀ of the laser irradiating unit 3 with respect to the laser beam 2 can be set. The micro mirror array 2 and the laser irradiation unit 3 are integrally rotated by the second rotating mechanism 5 while the incident angle ₀ is fixed so that the objective diffracted light can be easily .

따라서, 본 실시예에 의하면, 레이저광의 이용 효율을 용이하게 개선할 수 있다. Therefore, according to this embodiment, the use efficiency of laser light can be easily improved.

또한, 레이저 광원(101)의 발진 파장에 따라 레이저광 L1의 파장 변화에 의한 광 이용 효율의 변화를 억제할 수 있다. 또한, 마이크로 미러 어레이(2)의 제조 불균일 등에 의한 미소 미러(2a)의 온 상태의 경사각의 불균일이 있어도, 각 마이크로 미러 어레이(2)에, 경사각에 따른 레이저광 L1의 입사각 θ ₀를 조정하여, 광 이용 효율이 양호하게 되도록 조정할 수 있다.It is also possible to suppress the change in the light utilization efficiency due to the wavelength change of the laser light L1 in accordance with the oscillation wavelength of the laser light source 101. [ Even if the micromirror array 2 is nonuniform in the inclination angle of the ON state of the micromirror 2a due to manufacturing variations, the incident angle ? ₀ of the laser beam L1 according to the inclination angle is adjusted to each micromirror array 2 , So that the light utilization efficiency can be adjusted to be good.

또한, 본 실시예에서는, 제1 회동 기구(4)는, 마이크로 미러 어레이(2)를 회동시킴으로써 레이저 조사부(3)에 의해 조사된 레이저광 L1의 마이크로 미러 어레이(2)에 대한 입사각 θ ₀를 가변으로 하고 있기 때문에, 입사각 θ ₀의 조정을 용이하고 또한 유효하게 행할 수 있다.In this embodiment, the first turning mechanism 4 rotates the micromirror array 2 so that the incident angle ? ₀ of the laser beam L1 irradiated by the laser irradiation unit 3 with respect to the micromirror array 2 is set to since the variable, and the adjustment of the incident angle θ ₀ can be easily and effectively carried out.

예를 들면, 마이크로 미러 어레이(2)와 레이저 조사부(3)를 별개로 고니오 스테이지에 의해 회동시키면, 입사각 θ ₀를 설정한 상태에서 마이크로 미러 어레이(2) 또는 레이저 조사부(3) 중 어느 하나를 회동시켜 원하는 회절각에 맞출 때, 입사각 θ ₀가 변해 브라운 호퍼 회절광이 광축으로부터 어긋나 효율이 저하되어 버리는 문제가 발생한다. 이 문제를 해소하기 위해서는, 마이크로 미러 어레이(2) 또는 레이저 조사부(3)를 수회 조정할 필요가 있어 조정에 시간을 요한다는 새로운 문제가 발생한다.For example, any of the micro-mirror array (2) as a laser when rotated by the irradiation section (3) to Goniometer stage separately, the micro in setting the angle of incidence θ ₀ state mirror array 2 or the laser irradiation section (3) The incident angle &amp;thetas; ₀ is changed and the brown hopper diffracted light deviates from the optical axis, resulting in a problem that the efficiency is lowered. To solve this problem, it is necessary to adjust the micromirror array 2 or the laser irradiation unit 3 several times, and a new problem arises that adjustment takes time.

본 실시예에서는, 제2 회동 기구(5)는, 마이크로 미러 어레이(2), 레이저 조사부(3) 및 제1 회동 기구(4)를 일체적으로 회동시키기 위해 입사각 θ ₀을 고정한 상태에서 N차 회절광 중 원하는 회절광을 1회의 조작으로 간단하게 설정할 수 있다.In this embodiment, the second turning mechanism 5 includes a micro mirror array (2), the laser irradiation section 3 and the first rotation mechanism (4) N car in order integral to ever turned in the lock the angle of incidence θ ₀ state The desired diffracted light among the diffracted lights can be easily set by one operation.

또한, 본 실시예에서는, 마이크로 미러 어레이(2)의 기준면 M과 투영 광학계의 대물 렌즈(106b) 측의 입사광축이 교차하는 점을, 제1 회동 기구(4)의 회동축 A 및 제2 회동 기구(5)의 회동축 A의 회전 중심으로 하고 있으므로, 입사각 θ ₀과 N차 회절광의 설정을 보다 용이하고 또한 유효하게 행할 수 있다.In this embodiment, a point where the reference plane M of the micromirror array 2 intersects with the incident optical axis on the side of the objective lens 106b of the projection optical system is referred to as a turning axis A of the first turning mechanism 4, It is possible to more easily and effectively set the incident angle [theta] ₀ and the N-th order diffracted light because the rotation center of the rotating shaft A of the mechanism 5 is set.

또한, 본 실시예에서는, 제1 회동 기구(4)의 회동 중심축 A와, 제2 회동 기구(5)의 회동 중심축 A가 서로 동일하므로, 입사각 θ ₀의 조정을 보다 용이하고 또한 유효하게 행할 수 있다.Further, the present embodiment, the first and the rotating center axis A of the rotation mechanism 4, a second, so the rotating center axis A of the turning mechanism (5) equal to each other, facilitate the adjustment of the angle of incidence θ _0, and also the effective .

그리고, 본 실시예에서는, 제1 회동 기구(4)에 의해 마이크로 미러 어레이(2) 및 레이저 조사부(3) 중 마이크로 미러 어레이(2)만을 회동시키는 예에 대하여 설명하였으나, 제1 회동 기구(4)에 의해 레이저 조사부(3)만을 회동시키도록 함으로써도, 레이저 조사부(3)에 의해 조사된 레이저광 L1의 마이크로 미러 어레이(2)에 대한 입사각 θ ₀를 가변으로 할 수 있다.In this embodiment, only the micro mirror array 2 of the micromirror array 2 and the laser irradiation unit 3 is rotated by the first rotating mechanism 4, but the first rotating mechanism 4 The incident angle ? ₀ of the laser beam L1 irradiated by the laser irradiation unit 3 with respect to the micromirror array 2 can be made variable.

또한, 본 실시예에서는, 제2 회동 기구(5)에 의해 레이저 조사부(3)의 전체를 회동시키는 예에 대하여 설명하였으나, 레이저 조사부(3) 중 예를 들면, 미러(3c)만을 회동시킴으로써도, 레이저광 L1의 마이크로 미러 어레이(2)에 대한 입사각 θ ₀를 가변으로 할 수 있다.In the present embodiment, an example is described in which the whole of the laser irradiating unit 3 is rotated by the second rotating mechanism 5. However, by rotating only the mirror 3c of the laser irradiating unit 3 , The incident angle ? ₀ of the laser light L1 with respect to the micromirror array 2 can be varied.

또한, 본 실시예에서는, 제1 회동 기구(4)의 회동축 A와 제2 회동 기구(5)의 회동축 A가 서로 동일한 예에 대하여 설명하였으나, 이들 회동축은, 마이크로 미러 어레이(2)에 조사된 레이저광 L1의 광축과 마이크로 미러 어레이(2)와의 교점을 지나는 것이면, 서로 교차하도록 해도 된다.Although the description has been given of the example in which the pivot axis A of the first rotating mechanism 4 and the pivot axis A of the second pivoting mechanism 5 are mutually the same, Mirror 2 may intersect with each other as long as they cross the intersection of the optical axis of the laser light L1 irradiated to the micromirror array 2 and the micromirror array 2. [

또한, 본 실시예에서는, 제1 회동 기구(4)와 제2 회동 기구(5)가 서로 상이한 구성인 경우를 예로 설명하였으나, 예를 들면, 양쪽 모두를 제1 회동 기구(4)와 같은 고니오 스테이지로 하는 등, 제1 회동 기구(4) 및 제2 회동 기구(5)의 구성은, 레이저 조사 장치(1)의 구성 등에 따라 적당히 결정하면 된다.In the present embodiment, the first rotating mechanism 4 and the second rotating mechanism 5 are different from each other. However, the first rotating mechanism 4 and the second rotating mechanism 5 may be arranged in the same manner as the first rotating mechanism 4, The configuration of the first turning mechanism 4 and the second turning mechanism 5 may be appropriately determined depending on the configuration of the laser irradiation apparatus 1 or the like.

또한, 본 실시예에서는, 제1 회동 기구(4)의 회동(화살표 R1) 및 제2 회동 기구(5)의 회동(화살표 R2)이 1축 회동인 경우를 예에 대하여 설명하였으나, 2축 이상의 회동축을 중심으로 마이크로 미러 어레이(2)나 레이저 조사부(3)를 회동시키도록 해도 된다.In the present embodiment, the example in which the rotation (arrow R1) of the first rotation mechanism 4 and the rotation (arrow R2) of the second rotation mechanism 5 are uniaxial rotations has been described. However, The micromirror array 2 or the laser irradiation unit 3 may be rotated around the rotation axis.

또한, 본 실시예에서는, 레이저 조사부(3)가 레이저 광원(101)으로부터 발해진 레이저광 L1을 조사하는 예에 대하여 설명하였으나, 레이저 조사부(3)가 레이저 광원을 가지는 구성으로 해도 된다.In the present embodiment, an example in which the laser irradiation unit 3 irradiates the laser light L1 emitted from the laser light source 101 has been described. However, the laser irradiation unit 3 may have a laser light source.

1: 레이저 조사 장치
2: 마이크로 미러 어레이
2a: 미소 미러
3: 레이저 조사부
3a: 경통
3b: 미러
3c: 광섬유 장착부
4: 고니오 스테이지(제1 회동 기구)
5: 제2 회동 기구
5a: 요동 지지부
5b: 요동부
5c: 하부 플레이트
5c-1: 관통공
5d, 5e: 측부 플레이트
6: 고니오 스테이지 마운트
6a: 관통공
7: 지주
8: 마이크로 미러 마운트
9: 베이스부
9a: 관통공
100: 레이저 가공 장치
101: 레이저 광원
102: 결합 렌즈
103: 광섬유
104: 제어부
105: 미러
106: 투영 광학계
106a: 결상 렌즈
106b: 대물 렌즈
107, 108: 하프 미러
109: 관찰용 광원
110: 집광 렌즈
111: 관찰용 결상 렌즈
112: 촬상 소자
201: 탑재부
202: 기판
202a: 피가공면1: laser irradiation device
2: micro mirror array
2a: Smile Mirror
3: laser irradiation unit
3a: lens barrel
3b: mirror
3c: optical fiber mounting part
4: Goniometer stage (first turning mechanism)
5: second rotating mechanism
5a:
5b:
5c: Lower plate
5c-1: Through hole
5d, 5e: side plate
6: Goniostage mount
6a: Through hole
7: Holding
8: Micro mirror mount
9: Base portion
9a: Through hole
100: laser processing device
101: Laser light source
102: coupling lens
103: Optical fiber
104:
105: mirror
106: projection optical system
106a: image-forming lens
106b: objective lens
107, 108: Half mirror
109: Observation light source
110: condenser lens
111: imaging lens for observation
112:
201:
202: substrate
202a:

Claims

A laser irradiation apparatus for irradiating laser light emitted from a laser light source onto a workpiece,
A spatial modulation element for arranging a plurality of deflection elements (elements) for deflecting the laser light in two dimensions and shaping the laser light into a desired shape;
A laser irradiation unit for irradiating the laser light emitted from the laser light source with respect to a reference plane of the spatial modulation element;
A projection optical system for guiding the laser beam formed by the spatial modulation element to a workpiece;
A first rotating mechanism for rotating either the spatial modulation element or the laser irradiating portion with the rotation axis of the first rotating shaft passing an intersection point intersecting the optical axis of the projection optical system and the reference plane of the spatial modulation element, ; And
A second turning mechanism that integrally rotates both the spatial modulation element and the laser irradiation section with the second rotation axis passing through an intersection intersecting the optical axis of the projection optical system and the reference plane of the spatial modulation element as a rotation center;
Lt; / RTI >
The second rotating mechanism includes a pair of pivot support portions opposed to each other and a pivot portion supported by the pivot support portion,
Wherein the swinging portion includes a lower plate and two side plates supported on both sides of the lower plate and swingably supported by the swing support portion,
Wherein the lower plate has the first rotating shaft and the laser irradiation unit integrally mounted,
Laser irradiation device.

The method according to claim 1,
Wherein the first turning mechanism includes a laser irradiator for changing the angle of incidence of the laser beam irradiated by the laser irradiator on the spatial modulation element by rotating either the spatial modulation element or the laser irradiator,

The method according to claim 1,
Wherein the first rotating mechanism is configured such that Brownhurper diffracted light (diffracted light) having a maximum light intensity distribution of the reflected light determined by the opening of each of the deflecting elements enters the opening of the projection optical system, And the laser irradiation unit rotates either one of the laser irradiation units.

4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The second rotating mechanism includes a laser irradiator for rotating both the spatial modulating element and the laser irradiating unit and the first rotating mechanism integrally,

The method of claim 3,
Wherein the second rotating mechanism rotates either one of the spatial modulation element and the laser irradiation part by a first rotating mechanism to rotate the spatial modulation element and the laser irradiation part in a state in which the Braunhofer diffracted light is fixed at an incident angle at which the maximum intensity is obtained, And the laser irradiating unit rotates both sides integrally.

The method of claim 3,
Wherein the second turning mechanism is configured to rotate in a direction in which the direction of the peak intensity of the Braunhouse hopper diffracted light determined by the opening of each of the deflection elements coincides with the direction of any one of the N-th diffracted light generated by the spatial modulation element , The spatial modulation element and the laser irradiation unit are integrally rotated so that diffracted light of a desired intensity enters the opening of the projection optical system.

4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And the first rotating shaft and the second rotating shaft are mutually identical.

4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the first rotation axis and the second rotation axis intersect at an intersection of an optical axis of the projection optical system and a reference plane of the spatial modulation element.

The method according to claim 1,
Wherein the laser irradiating section has an optical path deflecting section for deflecting the laser light emitted by the laser light source toward the spatial modulation element,
Wherein the first turning mechanism rotates the optical path deflecting portion to vary the angle of incidence with respect to the spatial modulation element.

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