JPH0518780U - レーザビーム位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 処理能力を劣化させることなく、レーザビー
ムの位置ずれを正確に補正する。 【構成】 レーザ発振器１から出射されたレーザビーム
100 の光強度を光減衰器２で試料６が加工されない程度
に弱める。光減衰器２で光強度が弱められたレーザビー
ム100 は走査機構４および対物レンズ５を通して試料６
上に照射される。試料６からのレーザビーム100 の反射
光はＴＶカメラ９で検知され、画像信号として画像処理
装置１０に送出される。画像処理装置１０はＴＶカメラ
９からの画像信号をパターン認識によって処理し、レー
ザビーム100 の照射位置のずれ量を求める。コントロー
ラ１２は画像処理装置１０で得られたずれ量に基づいて
駆動装置７を制御する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】

本考案はレーザビーム位置決め装置に関し、特にレーザ加工装置においてレー ザビームの軸ずれによる照射位置のずれを補正する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】

従来、レーザ加工装置においては、サイズの小さい被加工物に対してレーザビ ームを照射する場合、そのレーザビームの照射位置を何等かの方法で補正するこ とが一般的に行われている。

【０００３】 この補正の方法としては、まず加工光学系に付随する観察光学系に画像処理装 置を付加し、その画像処理装置に観察光学系のＴＶカメラからの画像信号を処理 させて被加工パターンに対するレーザビームの照射位置のずれを補正させる方法 がある。

【０００４】 また、被加工パターンを含む領域内を加工に用いるレーザビームで走査し、反 射光の変化を検出することによって真の被加工パターンの位置を求める、いわゆ るエッジセンシングという方法もある。

【０００５】 さらに、装置の操作者が実際の加工を行う前に、前もって観察光学系のＴＶ画 面を見ながらレーザの照射位置を示す十字線を被加工パターンに合せ込んでいく 、いわゆるティーチングという方法もある。

【０００６】 上述の一番目および三番目の方法は、レーザビーム位置決め装置においてレー ザビームが出射されるべく設計された基準位置、一般的には対物レンズの中心と 被加工パターンとの相対的位置ずれを補正しようとするものである。しかしなが ら、レーザビームが対物レンズの中心からずれていれば、その位置ずれを補正し たことにはならない。被加工パターンの寸法が１mm程度以上、位置決め装置の位 置決め精度が100 μｍ程度のものであれば、上記の方法で十分である。

【０００７】 これに対して、これ以下の寸法や位置精度、例えば薄膜パターンの加工を行う ための装置において、被加工パターンの寸法が100 μｍ以下で、位置決め装置の 位置決め精度が５μｍ以下という条件では対物レンズの設計上のレーザビーム出 射位置と被加工パターンとの相対位置ずれを補正するだけでは不十分であり、実 際のレーザビームの出射位置との位置ずれを補正する必要がある。これは対物レ ンズを含む光学系機構部の熱膨張などの機械的変形によってレーザビームが移動 するからである。

【０００８】 このレーザビームの移動による試料面上におけるレーザビームの位置ずれは対 物レンズの焦点距離、光学系を構成する機構部の構造や材質などによって異なる が、一般的に数μｍ〜数１０μｍのずれがあり得る。この位置ずれは例えば100 μｍのパターンを加工するためには大きすぎる値であって、上述の一番目および 三番目の方法ではこの位置ずれ、つまりレーザビームの対物レンズの中心からの ずれを補正することができないという問題がある。

【０００９】 上述の二番目の方法では対物レンズを通ったレーザビームで被加工パターンの エッジをセンスするので、本質的には上記の問題を解決するという特質を持って いるが、上述のように被加工パターンを含む領域を複数回操作しなければならな いので、必然的に処理能力が劣化するという問題がある。

【００１０】

【考案の目的】

本考案は上記のような従来のものの問題点を除去すべくなされたもので、処理 能力を劣化させることなく、レーザビームの位置ずれを正確に補正することがで きるレーザビーム位置決め装置の提供を目的とする。

【００１１】

【考案の構成】

本考案によるレーザビーム位置決め装置は、光源から出射されたレーザビーム を光学系によって試料上に集光し、前記試料の加工を行うレーザ加工装置のレー ザビーム位置決め装置であって、前記光源から出射されたレーザビームの光強度 を調整する調整手段と、前記調整手段で前記光強度が弱められた前記レーザビー ムが前記光学系によって前記試料上に集光されたとき、前記試料からの反射光を 画像データとして収集する画像データ収集手段と、前記画像データ収集手段で収 集した前記画像データから前記レーザビームの前記試料上での照射位置と予め設 定された加工位置とのずれ量を算出する算出手段と、前記算出手段で算出された 前記ずれ量に基づいて前記光学系による前記レーザビームの集光位置を可変する よう制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。

【００１２】

【実施例】

次に、本考案について図面を参照して説明する。

【００１３】 図１は本考案の一実施例を示す構成図である。図において、レーザ発振器１か ら出射されたレーザビーム100 は光減衰器２および反射鏡３を通って走査機構４ に入射される。このレーザビーム100 はさらに対物レンズ５を通って試料６上に 集光される。また、レーザビーム100 は走査機構４が駆動装置７によって駆動さ れることで、試料６上でｘ軸およびｙ軸方向に対して走査される。

【００１４】 試料６上に照射されたレーザ光100 は試料６上で反射され、レーザビームの照 射点とその近傍のパターンとともに反射鏡８を通ってＴＶカメラ９に入射される 。ＴＶカメラ９はレーザビームの照射点およびその近傍のパターンを画像信号に 変換し、画像信号を画像処理装置１０に送出する。画像処理装置１０はＴＶカメ ラ９からの画像信号を処理するとともに、その画像信号をテレビ１１にも送信す る。したがって、操作者はテレビ１１を通してレーザビームの照射点とその近傍 のパターンとをみることができる。尚、光減衰器２と駆動装置７と画像処理装置 １０とは夫々コントローラ１２によって制御される。

【００１５】 図２および図３は図１のテレビ１１の映像例を示す図である。図２はテレビ１ １内の十字線２１の交点とレーザビーム100 の照射位置２０とが一致している場 合を示し、図３はテレビ１１内の十字線２１の交点とレーザビーム100 の照射位 置２０とが不一致の場合を示している。

【００１６】 正常な状態では、図２に示すように、十字線２１の交点とレーザビーム100 の 照射位置２０とが一致しているので、コントローラ１２は駆動装置７を制御して 、駆動装置７によって駆動される走査機構４でレーザビーム100 を被加工パター ン２２の位置に移動させて被加工パターンを加工する。

【００１７】 一方、図３に示すように、レーザビーム100 の照射位置２０が十字線２１の交 点からずれた状態では、正常な状態のときと同様に位置決めすると、被加工パタ ーン２２の正規の箇所を加工することはできない。

【００１８】 そこで、まずレーザビーム100 の光強度を光減衰器２で試料６が加工されない 程度に弱めて照射する。このとき、レーザ発振器１が加工に一般的に用いられる Ｎｄ：ＹＡＧレーザであれば波長が１．０６μｍなので、ＴＶカメラ９をビジコ ンやＣＣＤとすると、試料６からのレーザビーム100 の反射光を検知することが できる。

【００１９】 よって、ＴＶカメラ９からの画像信号を画像処理装置１０でパターン認識によ って処理すれば、レーザビーム100 の照射位置２０の十字線２１の交点からのず れを求めることができる。コントローラ１２は画像処理装置１０から得られるず れ量分を補正するように駆動装置７を制御すれば、レーザビーム100 の照射位置 ２０がずれても被加工パターン２２の正規の箇所を加工することができる。

【００２０】 この場合、ずれ量が大きく、対物レンズ５の周辺部を通るようなときには、対 物レンズ５の収差によってレーザビーム100 の形状が歪んでしまう。このような 状態で加工することは好ましくないため、ずれ量の大小によってコントローラ１ ２からアラームを出力するようにしておけば、加工の歩留りを管理することも可 能である。

【００２１】 図４は本考案の他の実施例を示す構成図である。図において、本考案の他の実 施例は試料６からの反射光をダイクロイックミラー１３で分岐させ、その分岐し た光が赤外検出板１５で反射したものとダイクロイックミラー１３で分岐してき たものとをハーフミラー１４，１７および反射鏡１６を用いて合成してＴＶカメ ラ９に入射するようにした以外は本考案の一実施例の構成と同様であり、同一構 成要素には同一符号を付してある。また、それら同一構成要素の動作も本考案の 一実施例と同様である。

【００２２】 本考案の他の実施例ではレーザ発振器１にＣＯ₂ レーザを用いた場合の例であ る。すなわち、ＣＯ₂ レーザでは波長が１０．６μｍであるので、ＴＶカメラ９ がビジコンやＣＣＤである場合には試料６からのレーザビーム100 の反射光を検 知することができない。

【００２３】 そこで、観察光学系において、試料６からのレーザビーム100 の反射光をダイ クロイックミラー１３で分岐させ、その分岐した光を波長が１０．６μｍの光に 対して感度がある赤外検出板１５で反射させる。赤外検出板１５で反射してきた ものと、ダイクロイックミラー１３で分岐してきたものとをハーフミラー１４， １７および反射鏡１６を用いて合成することによって、試料６からのレーザビー ム100 の反射光をＴＶカメラ９で検知できるようにしている。

【００２４】 このように、光減衰器２で十分に弱めたレーザビーム100 を試料６に照射し、 試料６からのレーザビーム100 の反射光をＴＶカメラ９で画像信号に変えて画像 処理装置１０で画像処理することによって、レーザビーム100 の真の照射位置を 求めることができ、常に正しい位置を加工することができる。

【００２５】 この効果は加工用のレーザビームを用いたエッジセンシングでも得ることがで きるが、エッジセンシングでは十分な精度を得るために１０回程度走査する必要 がある。例えば、200 μｍの距離を０．１Ｇの加速度で走査したとすると、１回 の走査に０．３ｓの時間を要するので、処理時間として３ｓ以上かかることにな る。これに対して、本考案では１回の画像処理で済み、しかも市販の画像処理装 置の処理時間の典型値が０．１〜０．３ｓであるので、処理時間を１桁以上速く することができる。よって、処理能力を劣化させることなく、レーザビームの位 置ずれを正確に補正することができる。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、光強度が弱められたレーザビームを試料 上に集光したとき、その試料からの反射光を画像データとして収集し、この画像 データから算出されたレーザビームの試料上での照射位置と予め設定された加工 位置とのずれ量に基づいて光学系によるレーザビームの集光位置を可変するよう 制御することによって、処理能力を劣化させることなく、レーザビームの位置ず れを正確に補正することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１のテレビの映像例を示す図である。

【図３】図１のテレビの映像例を示す図である。

【図４】本考案の他の実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２ 光減衰器 ４ 走査機構 ５ 対物レンズ ６ 試料 ７ 駆動装置 ９ ＴＶカメラ １０ 画像処理装置 １２ コントローラ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射されたレーザビームを光学
   系によって試料上に集光し、前記試料の加工を行うレー
   ザ加工装置のレーザビーム位置決め装置であって、前記
   光源から出射されたレーザビームの光強度を調整する調
   整手段と、前記調整手段で前記光強度が弱められた前記
   レーザビームが前記光学系によって前記試料上に集光さ
   れたとき、前記試料からの反射光を画像データとして収
   集する画像データ収集手段と、前記画像データ収集手段
   で収集した前記画像データから前記レーザビームの前記
   試料上での照射位置と予め設定された加工位置とのずれ
   量を算出する算出手段と、前記算出手段で算出された前
   記ずれ量に基づいて前記光学系による前記レーザビーム
   の集光位置を可変するよう制御する制御手段とを設けた
   ことを特徴とするレーザビーム位置決め装置。