CN116773145A - 光检测装置、光照射装置、以及光检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在利用照相机拍摄激光时，能够减轻盖玻璃的背面反射所导致的干涉条纹的产生的技术。光检测部(60a)能够检测激光。光检测部(60a)具有扩散板(61)和照相机(63)。扩散板(61)保持入射的激光(L1)的强度分布的形状并且使激光(L1)扩散。照相机(63)包括图像传感器(631)和盖玻璃(633)。图像传感器(631)拍摄在扩散板(61)中扩散的激光。盖玻璃(633)位于扩散板(61)与图像传感器(631)之间。

Description

光检测装置、光照射装置、以及光检测方法

技术领域

本说明书所公开的主题涉及光检测装置、光照射装置以及光检测方法。

背景技术

以往，提出了一种光照射装置，该光照射装置利用照相机拍摄激光，根据该激光的像测定光束直径、平行度，来调整激光(例如，专利文献1)。

专利文献1：日本特开2021-089383号公报

然而，在利用照相机拍摄激光的情况下，存在由用于密封CMOS或CCD等图像传感器的盖玻璃进行背面反射的激光与原来的激光干涉而产生干涉条纹的情况。若产生这样的干涉条纹，则难以高精度地检测激光的中心。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在利用照相机拍摄激光时，能够减轻盖玻璃中的背面反射所导致的干涉条纹的产生的技术。

为了解决上述课题，第一方式是检测激光的光检测装置，具有：扩散部，保持入射的激光的强度分布的形状并且使所述激光扩散；以及照相机，具有对在所述扩散部中扩散后的所述激光进行拍摄的图像传感器和位于所述扩散部与所述图像传感器之间的盖玻璃。

第二方式根据第一方式的光检测装置，所述图像传感器是二维图像传感器。

第三方式根据第二方式的光检测装置，所述光检测装置还具备中心位置计算部，所述中心位置计算部基于由所述图像传感器获取的图像，计算所述激光的中心位置。

第四方式根据第一方式至第三方式中任一项的光检测装置，所述照相机还具有框体，所述框体设置有供所述激光通过的开口，所述图像传感器位于所述框体内，所述盖玻璃堵塞所述开口。

第五方式根据第四方式的光检测装置，所述扩散部安装于所述框体。

第六方式根据第一方式至第五方式中任一项的光检测装置，所述扩散部包括磨砂玻璃。

第七方式根据第一方式至第五方式中任一项的光检测装置，所述扩散部包括微透镜阵列。

第八方式是光照射装置，具有：保持部，保持基材；激光光源，输出激光；光学系统，将从所述激光光源输出的所述激光引导至保持在所述保持部上的所述基材；以及至少一个光检测部，检测所述激光，所述至少一个光检测部具有：扩散部，保持入射的激光的强度分布的形状并且使所述激光扩散；以及照相机，具有对在所述扩散部中扩散后的所述激光进行拍摄的图像传感器和位于所述扩散部与所述图像传感器之间的盖玻璃。

第九方式根据第八方式的光照射装置，所述光学系统包括：第一分束器，使从所述激光光源输出的所述激光分支；以及第二分束器，使由所述第一分束器分支后的所述激光分支，所述至少一个光检测部包括：第一光检测部，检测由所述第一分束器分支出的所述激光；以及第二光检测部，检测由所述第二分束器分支出的所述激光。

第十方式是检测激光的光检测方法，包括：工序a)，保持激光的强度分布的形状并且使所述激光扩散；以及工序b)，在通过所述工序a)扩散后，利用图像传感器对透过了盖玻璃的激光进行拍摄。

根据第一方式至第七方式的光检测装置，通过使激光扩散，即使在盖玻璃产生背面反射，也能够减轻干涉条纹的产生。另外，由于保持扩散前的强度分布的形状，因此能够根据强度分布高精度地确定激光的位置。

根据第二方式的光检测装置，能够二维地检测激光的强度分布。

根据第三方式的光检测装置，能够检测激光的光轴的位置。

根据第六方式的光检测装置，能够通过磨砂玻璃容易地使光均匀地扩散。

根据第七方式的光检测装置，能够通过微透镜阵列来控制激光的扩展角以及形状。

根据第八方式的光照射装置，通过使激光扩散，即使在盖玻璃产生背面反射，也能够减轻干涉条纹的产生。另外，由于保持扩散前的强度分布的形状，因此能够根据强度分布高精度地确定激光的位置。

根据第九方式的光照射装置，能够基于由第一光检测部以及第二光检测部检测出的激光的位置，测定激光的平行度。

根据第十方式的光检测方法，通过使激光扩散，即使在盖玻璃产生背面反射，也能够减轻干涉条纹的产生。另外，由于保持扩散前的强度分布的形状，因此能够根据强度分布高精度地确定激光的位置。

附图说明

图1是概略地表示实施方式的光照射装置的结构的立体图。

图2是表示图1所示的光照射装置所具备的真空腔室的内部结构以及周边结构的剖视图。

图3是概略地表示图1及图2所示的光照射部的结构的立体图。

图4是概略地表示光检测部的结构的剖视图。

图5是表示由光检测部获取的激光的图像和该图像的虚线所示的位置处的亮度分布的图。

图6是表示比较例的光检测部的图。

图7是表示由比较例的光检测部获取的激光的图像和该图像的虚线所示的位置处的亮度分布的图。

附图标记说明

1：光照射装置

18：光照射部

22：控制部(中心位置计算部)

31：激光光源

35：光学系统

42：载物台(保持部)

60a：光检测部(第一光检测部)

60b：光检测部(第二光检测部)

61：扩散板(扩散部)

63：照相机

350a：分束器(第一分束器)

350b：分束器(第二分束器)。

631：图像传感器

633：盖玻璃

635：框体

636：开口

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，本实施方式所记载的构成要素只是示例，并不意在将本发明的范围仅限定于此。另外，在附图中，为了容易理解，存在根据需要夸大或简化各部分的尺寸或数量而进行图示的情况。

在图1以及以后的各图中，有时示出分别表示相互交叉的X轴、Y轴、以及Z轴的箭头。X轴、Y轴、以及Z轴优选正交。另外，将各箭头的前端朝向的一侧设为+(正)侧，将+侧的相反侧设为-(负)侧。

在以下的说明中，将沿着Z轴的方向设为铅垂方向，将沿着X轴及Y轴的各方向设为与水平面平行的水平方向。另外，将+Z侧作为“上侧”，将-Z侧作为“下侧”进行说明。但是，这些各方向并不限定装置结构的位置关系。

＜1.实施方式＞

图1是概略地表示实施方式的光照射装置1的结构的立体图。在图1中，为了方便而省略支承真空腔室12的腔室框架、或者实际连接的布线等的图示。

如图1所示，光照射装置1具备真空腔室12、外部固定部14、波纹管16A、光照射部18、真空泵21以及控制部22。

真空腔室12在内部具有容纳基材W的空间。基材W例如是半导体晶片、液晶显示装置用玻璃基板、有机EL(Electroluminescence：电致发光)显示装置等FPD(Flat PanelDisplay：平板显示器)用基板、光盘用基板、磁盘用基板、光磁盘用基板、光掩模用玻璃基板、陶瓷基板、场致发射显示器(FED：Field Emission Display)用基板、或太阳能电池用基板。另外，该基材W例如是在上表面形成有薄膜的状态的基板。

另外，真空腔室12的侧面具有在搬入及搬出基材W时用于基材W通过的开口部12A。开口部12A在真空腔室12内成为真空状态时被适当地关闭。

外部固定部14例如是石定盘。波纹管16A将真空腔室12与外部固定部14连接。波纹管16A例如是由不锈钢等形成的伸缩性构件。作为伸缩性构件的波纹管16A也可以由不锈钢以外的金属或树脂形成。另外，伸缩性构件并非必须是波纹形状。

光照射部18向真空腔室12内照射激光。光照射部18朝向容纳于真空腔室12内的基材W的上表面照射激光。光照射部18例如通过照射激光来进行基材W的烧蚀加工。

光照射部18经由未图示的照射窗(例如由石英等形成的透明板)，从真空腔室12的外部向容纳于真空腔室12内的基材W的上表面照射光。另外，通过真空腔室12内的基材W相对于光照射部18相对地移动、或者通过光照射部18中的光学系统的控制，光扫描基材W的上表面。光照射部18位于安装于外部固定部14的架台24的上表面。

真空泵21使真空腔室12内成为真空状态。在本公开中，“真空”是指，为了防止基材W的特性劣化而优选高真空(例如0.00001Pa)，但也包含未达到该高真空的程度的真空度。例如，真空腔室12内的真空度可以是比真空腔室12外的大气压低的程度的真空度。

控制部22具有存储装置、处理电路、输入装置和输出装置。存储装置例如由硬盘驱动器(HDD)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、易失性或非易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、CD、迷你盘或包含DVD等的存储器(存储介质)构成。处理电路例如由执行存储在存储装置中的程序的中央运算处理装置(CPU)构成。输入装置例如由鼠标、键盘、触摸面板或者各种开关等能够输入信息的装置构成。输出装置例如由显示器、液晶显示装置或灯等能够输出信息的装置构成。

控制部22控制光照射装置1所具备的各驱动部。控制部22例如进行光照射部18的驱动控制、真空泵21的驱动控制、后述的线性马达机构50的驱动控制等。另外，如后所述，控制部22基于由光检测部60a、60b获取的图像，进行计算激光的中心位置的处理。

图2是表示图1所示的光照射装置1所具备的真空腔室12的内部结构以及周边结构的剖视图。如图2所示，在真空腔室12内配置有载物台42、滑块44、基座46、直线导轨48、线性马达机构50以及升降销机构52。

载物台42具有配置基材W的上表面。滑块44能够沿Y轴方向移动，并且从下方支承载物台42。基座46与真空腔室12独立地安装于外部固定部14。直线导轨48安装于基座46，且沿Y轴方向延伸。线性马达机构50使滑块44沿着直线导轨48在Y轴方向上移动。升降销机构52具有贯通形成于载物台42的贯通孔(未图示)而支承基材W的升降销52A。升降销机构52例如安装于基座46。

载物台42使基材W的加工面向上方，并且将基材W保持为大致水平。滑块44通过线性马达机构50在Y轴方向上移动，并且来自光照射部18的光在X轴方向上移动，由此在俯视时基材W的加工区域的整个面被光扫描。

线性马达机构50经由形成于真空腔室12的-X侧面的开口部12B安装于位于真空腔室12的+X侧及-X侧的外部固定部14。具体而言，线性马达机构50安装于在焊接于开口部12B的波纹管16A中通过的中空的柱状构件14A的端部。与线性马达机构50连接的布线等通过柱状构件14A的内部而适当地导出到真空腔室12的外部。柱状构件14A位于远离波纹管16A的位置。

基座46经由形成于真空腔室12的底面的开口部12C而固定于位于真空腔室12的-Z侧的外部固定部14。具体而言，基座46安装于通过焊接于开口部12C的波纹管16B中的柱状构件14C的端部。柱状构件14C安装于外部固定部14所包含的外部构件14B。柱状构件14C位于远离与真空腔室12的底面连接的波纹管16B的位置。

另外，在图2所示的例子中，外部固定部14位于遍及真空腔室12的+X侧、-X侧、以及-Z侧的各位置，但外部固定部14不是必须连续地配置在这些位置，也可以分散地配置于这些位置。另外，外部固定部14也可以配置于真空腔室12的+X侧、-X侧、以及-Z侧的各位置中的一部分。另外，真空腔室12相对于波纹管16B独立地被腔室框架(未图示)从铅垂方向下方支承并固定，但该腔室框架也可以与外部固定部14独立地配置。

图3是概略地表示图1及图2所示的光照射部18的结构的立体图。光照射部18具有激光光源31、光学系统35、两个光检测部60a、60b(光检测装置)。

激光光源31输出激光。激光光源31输出的激光可以是连续光，也可以是脉冲光。光学系统35将从激光光源输出的光引导至保持在载物台42上的基材W。光学系统35具有两个分束器350a、350b、楔形板351、声光元件353、光束扩展器(beam expandar)355、检流计式扫描器(galvano scanner)357、以及fθ透镜359。

分束器350a(第一分束器)使从激光光源31输出的激光分支为两个。在分束器350a分支的两个激光中，一方入射到光检测部60a(第一光检测部)，另一方入射到分束器350b。即，光检测部60a检测被分束器350a分支的激光。入射到分束器350b的激光进一步分支为两个，一方入射到光检测部60b(第二光检测部)，另一方入射到楔形板351。即，光检测部60b检测由分束器350b分支的激光。

楔形板351位于声光元件353的跟前(激光光源31侧)。楔形板351以声光元件353中的一次光的光路与入射到声光元件353的光平行的方式使激光偏转。

输入到光学系统35的激光通过楔形板351后，被输入到声光元件353。声光元件353是衍射型偏转元件的一例。声光元件353是通过利用压电元件使激光能够透射的晶体振动，从而在晶体内形成折射率的周期性的变动(疏密波)，并将该疏密波用作衍射光栅的光学元件。

声光元件353中的衍射光栅的光栅宽度通过施加于晶体的振动频率来调整。通过该光栅宽度的调整，激光的衍射角(衍射方向)根据布拉格定律而变更为任意的角度。在形成于晶体的衍射光栅相对于晶格面的角度(即，布拉格角)为θ的情况下，衍射角为2θ。对声光元件353的晶体赋予的振动频率基于控制部22的控制信号而变更。即，声光元件353的衍射角基于控制部22的指令而变更。

光束扩展器355将从声光元件353输出的激光的光束直径放大为所需的直径。光束扩展器355由多个透镜构成。

检流计式扫描器357是使从光束扩展器355输出的激光在X轴方向和Y轴方向上摆动的机构。检流计式扫描器357具有第一检流计反射镜357a和第二检流计反射镜357b。第一电流镜357a具有与Y轴平行的反射面，并且以在Y轴方向上延伸的轴为中心在规定角度的范围内旋转驱动。第二电流镜357b具有与Z轴平行的反射面，以在Z轴方向上延伸的轴为中心在规定角度的范围内旋转驱动。从光束扩展器355输出的激光首先被第二检流计反射镜357b反射后，被第一检流计反射镜357a反射。第一电流镜357a和第二电流镜357b的驱动由控制部22控制。

控制部22通过驱动第一检流计反射镜357a，利用激光在基材W上沿X轴方向进行扫描。另外，控制部22通过驱动第二检流计反射镜357b，能够使基材W上的激光的位置在Y轴方向上移动。检流计式扫描器357是扫描部的一例。另外，扫描部也可以代替检流计式扫描器357而具备多面镜(polygon mirror)。另外，也可以通过使基材W相对于激光在X轴方向上移动来进行X轴方向的扫描。

fθ透镜359在激光的光路上位于检流计式扫描器357与基材W之间。fθ透镜359将从检流计式扫描器357输出的激光的光束直径缩小为期望的光束直径。另外，fθ透镜359将电扫描仪357的等角速度运动转换为基材W的平面上的激光的等速扫描。

图4是概略地表示光检测部60a、60b的结构的剖视图。光检测部60a、60b分别具有扩散板61(扩散部)和对由扩散板61扩散后的激光L1进行拍摄的照相机63。

扩散板61保持激光L1的强度分布的形状，并且使激光L1扩散。扩散板61例如由通过喷砂加工在表面形成有均匀的凹凸的磨砂玻璃构成。通过用磨砂玻璃构成扩散板61，能够容易地使激光L1均匀地扩散。另外，扩散板61也可以是配合有扩散剂的透光板。另外，扩散板61也可以具有微透镜阵列，以便能够控制激光L1的扩展角和形状。

照相机63包括图像传感器631和盖玻璃633。图像传感器631拍摄在扩散板61中扩散的激光L1。图像传感器631优选是由CMOS传感器或CCD传感器等构成的二维图像传感器。但是，图像传感器631也可以是一维图像传感器。盖玻璃633位于图像传感器631的跟前。即，盖玻璃633位于扩散板61与图像传感器631之间。

照相机63具有框体635。框体635具有供激光L1通过的开口636。图像传感器631位于框体635内。盖玻璃633堵塞框体635的开口636。盖玻璃633通过堵塞开口636，将图像传感器631密封在框体635内。

框体635具有筒部637。筒部637是供激光L1通过的筒状。扩散板61安装于筒部637内。即，扩散板61安装于照相机63的框体635。由此，能够一体地处理扩散板61和照相机63。

如图4所示，入射到扩散板61的激光L1在被扩散板61扩散后，通过筒部637内，透过盖玻璃633，入射到图像传感器631。即，图像传感器631拍摄透过盖玻璃633的激光L1。

图5是表示由光检测部60a获取的激光的图像IM1和该图像IM1的虚线所示的位置处的亮度分布的图。如图5所示，激光L1被扩散板61扩散，因此相对于扩散前，具有扩展。控制部22根据该图像IM1中的亮度分布，计算激光L1的中心位置。具体而言，也可以将亮度的峰值的位置、位置亮度的重心位置、或者图像IM1中的激光L1的扩展的中心位置计算为激光L1的中心位置。

在本实施方式中，如图3所示，从激光光源31输出的激光由两个光检测部60a、60b检测。这样，能够基于由两处的光检测部60a、60b检测出的激光的位置，测定激光的平行度。

图6是表示比较例的光检测部60c的图。图7是表示由比较例的光检测部60c获取的激光的图像IM2和该图像IM2的虚线所示的位置处的亮度分布的图。光检测部60c与光检测部60a、60b同样地具备照相机63，但省略了扩散板61。在由光检测部60c检测到激光L1的情况下，有时因激光L1在盖玻璃633的背面反射而产生的反射激光L2与原来的激光L1干涉而产生图像IM2所示的干涉条纹。在产生了干涉条纹的情况下，在图像IM2中的亮度分布中，出现伴随着干涉条纹的明暗的多个峰值。该干涉条纹的形态可根据激光L1的入射位置、入射角度而变动。因此，难以高精度地求出激光L1的中心位置。

在本实施方式的光检测部60a、60b中，利用扩散板61使激光L1均匀地扩散。因此，与没有扩散板61的情况相比，能够成为干涉条纹的原因的反射激光L2的强度降低。因此，如图5所示，抑制了干涉条纹的产生。另外，由图5和图7的比较可知，虽然高斯的峰值因扩散板61而降低，但成为保持了高斯的形状的分布。因此，峰值的检测变得容易，因此能够高精度地求出激光的中心位置。

另外，因扩散板61对激光L1的扩散，照射到图像传感器631的激光L1的功率密度也降低。因此，能够抑制超过图像传感器631可能损伤的阈值Th1，因此能够进行更高强度的激光的调整。

另外，作为用于使激光的强度衰减的其他方法，考虑使用ND滤光器。然而，通过使用ND滤光器，可能发生干涉条纹或光轴偏移。因此，通过使用扩散板61，与使用ND滤光器的情况相比，能够高精度地确定激光的位置。

＜2.变形例＞

以上，对实施方式进行了说明，但本发明并不限定于如上所述的实施方式，能够进行各种变形。

在上述实施方式中，光检测部60a、60b在光学系统35内检测激光。但是，光检测部也可以检测从光学系统35输出的激光。例如，光检测部配置在载物台42上或者其附近。

控制部22也可以根据图像IM1计算扩散前的激光L1的光束直径。例如，在扩散板61的扩展率已知的情况下，也可以基于该扩展率和从图像IM1获取的光束直径，求出扩散前的光束直径。

光照射装置1也可以具备调整从激光光源31输出的激光的光轴位置、光轴的朝向或光束直径等的调整部。调整部例如可以由多个透镜或反射镜等构成。控制部22也可以基于光检测部60a、60b的检测结果来控制调整部，由此自动地调整激光。

虽然对本发明进行了详细说明，但是上述说明在所有方面均为示例，本发明并不限定于此。可以理解为在不脱离本发明的范围的情况下能够想到没有例示的无数个变形例。另外，在上述各实施方式以及各变形例中说明的各结构只要不相互矛盾，就能够适当组合或省略。

Claims (10)

1.一种光检测装置，检测激光，其特征在于，

具有：

扩散部，保持入射的激光的强度分布的形状并且使所述激光扩散；以及

照相机，具有对在所述扩散部中扩散后的所述激光进行拍摄的图像传感器和位于所述扩散部与所述图像传感器之间的盖玻璃。

2.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，

所述图像传感器是二维图像传感器。

3.根据权利要求2所述的光检测装置，其特征在于，

所述光检测装置还具备中心位置计算部，

所述中心位置计算部基于由所述图像传感器获取的图像，计算所述激光的中心位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光检测装置，其特征在于，

所述照相机还具有框体，所述框体设置有供所述激光通过的开口，

所述图像传感器位于所述框体内，

所述盖玻璃堵塞所述开口。

5.根据权利要求4所述的光检测装置，其特征在于，

所述扩散部安装于所述框体。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光检测装置，其特征在于，

所述扩散部包括磨砂玻璃。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的光检测装置，其特征在于，

所述扩散部包括微透镜阵列。

8.一种光照射装置，其特征在于，

具有：

保持部，保持基材；

激光光源，输出激光；

光学系统，将从所述激光光源输出的所述激光引导至保持在所述保持部上的所述基材；以及

至少一个光检测部，检测所述激光，

所述至少一个光检测部具有：

扩散部，保持入射的激光的强度分布的形状并且使所述激光扩散；以及

照相机，具有对在所述扩散部中扩散后的所述激光进行拍摄的图像传感器和位于所述扩散部与所述图像传感器之间的盖玻璃。

9.根据权利要求8所述的光照射装置，其特征在于，

所述光学系统包括：

第一分束器，使从所述激光光源输出的所述激光分支；以及

第二分束器，使由所述第一分束器分支后的所述激光分支，

所述至少一个光检测部包括：

第一光检测部，检测由所述第一分束器分支出的所述激光；以及

第二光检测部，检测由所述第二分束器分支出的所述激光。

10.一种光检测方法，检测激光，其特征在于，

包括：

工序a)，保持激光的强度分布的形状并且使所述激光扩散；以及

工序b)，在通过所述工序a)扩散后，利用图像传感器对透过了盖玻璃的激光进行拍摄。