DE112018007421T5

DE112018007421T5 - Entfernungsmesseinheit und lichtbestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018007421T5
Application number: DE112018007421.8T
Authority: DE
Inventors: Junji Okuma
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-12-31
Also published as: KR20200135944A; US20210010803A1; US11428520B2; JP2019178923A; CN111936817B; JP7034803B2; WO2019187422A1; CN111936817A; TW201942543A

Abstract

Vorgesehen ist eine Abstandsmesseinheit, die Folgendes umfasst: eine Abstandsmesslichtquelle, die Abstandsmesslicht, das Laserlicht ist, ausgibt; eine Objektivlinse, durch die das Abstandsmesslicht und das reflektierte Licht des Abstandsmesslichts, das von einer zu messenden Oberfläche eines Objekts reflektiert wird, übertragen werden; eine Abbildungslinse, durch die das reflektierte Licht übertragen wird und die ein Bild an einer Position erzeugt, an der das Abstandsmesslicht oder das reflektierte Licht durch die Objektivlinse an einer Abbildungsposition gesammelt wird; eine Einheit zur Einstellung des optischen Pfades, die einen optischen Pfad des reflektierten Lichts einstellt; und eine Lichterfassungseinheit, die das reflektierte Licht erfasst. Die Objektivlinse ermöglicht die Übertragung des Abstandsmesslichts durch sie hindurch zur Objektseite in einem Zustand, in dem ein optischer Pfad des Abstandsmesslichts von einer Mittelachse der Objektivlinse beabstandet ist. Die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades stellt den optischen Pfad des reflektierten Lichts so ein, dass sich die Abbildungsposition des reflektierten Lichts, das in mindestens einer Richtung senkrecht zu einer Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit einfallenden reflektierten Lichts abgebildet wird, einer vorbestimmten Ebene nähert, die die Einfallsrichtung schneidet. Eine Lichtempfangsfläche der Lichterfassungseinheit ist so angeordnet, dass sie entlang der vorbestimmten Ebene ausgerichtet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abstandsmesseinheit und eine Lichtbestrahlungsvorrichtung.
Stand der Technik
Als Abstandsmesseinheit zur Messung der Höhe einer Vorderfläche eines Objekts ist eine Abstandsmesseinheit, die ein Astigmatismus-Verfahren verwendet, bekannt (siehe z.B. Patentliteratur 1). Beim Astigmatismus-Verfahren wird von einer Lichtquelle emittiertes Laserlicht auf eine Objektivlinse gebündelt, und die Vorderfläche des Objekts wird mit dem Laserlicht bestrahlt. Darüber hinaus breitet sich reflektiertes Licht des von der Vorderfläche des Objekts reflektierten Laserlichts auf einer optischen Achse der Objektivlinse aus, es entsteht Astigmatismus, und das reflektierte Licht wird z.B. von einer Vierfach-Fotodiode erfasst.
Zitationsliste
Patent-Literatur
Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 5743123
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem zuvor beschriebenen Astigmatismus-Verfahren wird beispielsweise bei der Messung der Höhe einer Vorderfläche eines Wafers das von einer Rückfläche des Wafers reflektierte Licht des Laserlichts mit dem von der Vorderfläche des Wafers reflektierten Licht des Laserlichts überlagert. Infolgedessen besteht die Sorge, dass die Höhe der Vorderfläche des Wafers nicht genau gemessen werden kann.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Abstandsmesseinheit und einer Lichtbestrahlungsvorrichtung, die in der Lage sind, die Höhe einer zu messenden Oberfläche eines Objekts mit Genauigkeit zu messen.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Abstandsmesseinheit bereitgestellt, umfassend: eine Abstandsmesslichtquelle, die Abstandsmesslicht, das Laserlicht ist, ausgibt; eine Objektivlinse, durch die das Abstandsmesslicht und reflektiertes Licht übertragen werden, wobei das reflektierte Licht das Abstandsmesslicht ist, das von einer zu messenden Oberfläche eines Objekts reflektiert wird; eine Abbildungslinse, durch die das reflektierte Licht übertragen wird und die ein Bild an einer Abbildungsposition erzeugt, wobei das Bild ein Bild an einer Position ist, an der das Abstandsmesslicht oder das reflektierte Licht durch die Objektivlinse gebündelt wird; eine Einheit zur Einstellung des optischen Pfades, die einen optischen Pfad des reflektierten Lichts einstellt; und eine Lichterfassungseinheit, die das reflektierte Licht erfasst. Die Objektivlinse ermöglicht die Übertragung des Abstandsmesslichts durch sie hindurch zur Objektseite in einem Zustand, in dem ein optischer Pfad des Abstandsmesslichts von der Mittelachse der Objektivlinse beabstandet ist. Die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades stellt den optischen Pfad des reflektierten Lichts so ein, dass die Abbildungsposition des reflektierten Lichts, das in mindestens einer Richtung senkrecht zu einer Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit einfallenden reflektierten Lichts abgebildet wird, sich einer vorbestimmten Ebene nähert, die die Einfallsrichtung schneidet. Eine Lichtempfangsfläche der Lichterfassungseinheit ist so angeordnet, dass sie entlang der vorgegebenen Ebene ausgerichtet ist.
In der Abstandsmesseinheit ermöglicht die Objektivlinse, dass das Abstandsmesslicht durch sie hindurch zur Objektseite übertragen wird, und zwar in einem Zustand, in dem der optische Pfad des Abstandsmesslichts von der Mittelachse der Objektivlinse beabstandet ist. Demnach ändert sich eine Position, an der von der zu messenden Oberfläche des Objekts reflektiertes Licht auf die Lichtempfangsfläche der Lichterfassungseinheit auftrifft, gemäß der Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts. Dementsprechend ist es möglich, die Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts auf der Grundlage einer Einfallsposition des reflektierten Lichts auf die Lichtempfangsfläche der Lichterfassungseinheit zu messen. Zu diesem Zeitpunkt ist selbst dann, wenn ein Teil des Abstandsmesslichts von einer anderen Oberfläche des Objekts reflektiert wird, das von der anderen Oberfläche des Objekts reflektierte Licht räumlich getrennt vom reflektierten Licht, das von der zu messenden Oberfläche des Objekts reflektiert wird, und somit kann nicht benötigtes reflektiertes Licht daran gehindert werden, sich mit dem zu erfassenden reflektierten Licht zu überlagern. Darüber hinaus stellt in der Abstandsmesseinheit die Einheit zum Einstellen des optischen Pfades den optischen Pfad des reflektierten Lichts so ein, dass sich die Abbildungsposition des reflektierten Lichts, das in mindestens einer Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit einfallenden reflektierten Lichts abgebildet wird, einer vorbestimmten Ebene nähert, die die Einfallsrichtung schneidet, wobei die Lichtempfangsfläche der Lichterfassungseinheit so angeordnet ist, dass sie entlang der vorbestimmten Ebene ausgerichtet ist. Demgemäß kann die Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts gleichmäßig gemessen werden. Wenn die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades nicht vorgesehen ist, da eine Position, an der das reflektierte Licht durch die Objektivlinse und die Abbildungslinse durchgelassen wird, in Übereinstimmung mit der Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts variiert, ändert sich die Position, an der das reflektierte Licht von der Abbildungslinse abgebildet wird, stark in Übereinstimmung mit der Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts. Infolgedessen besteht die Sorge, dass die Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts nicht mit einer von der Höhe abhängigen Genauigkeit gemessen werden kann. Wie zuvor beschrieben, kann gemäß der Abstandsmesseinheit die Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts mit Genauigkeit gemessen werden.
In der Abstandsmesseinheit gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades den optischen Pfad des reflektierten Lichts zwischen der Abbildungslinse und der Lichterfassungseinheit einstellen. Gemäß dem Aspekt können entsprechende Konfigurationen effizient angeordnet werden.
In der Abstandsmesseinheit gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades ein Reflexionsgitter mit einer Vielzahl von Rillen sein, die sich entlang einer Richtung parallel zur Lichtempfangsfläche und orthogonal zu der einen Richtung erstrecken. Dementsprechend ist es möglich, die Abbildungsposition des reflektierten Lichtes, das in mindestens einer Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit einfallenden reflektierten Lichtes abgebildet wird, auf einfache und zuverlässige Weise in die Nähe einer vorbestimmten Ebene zu bringen, die die Einfallsrichtung schneidet.
In der Abstandsmesseinheit gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Lichterfassungseinheit eine Vielzahl von Lichterfassungskanälen enthalten, die entlang einer Richtung parallel zu der einen Richtung angeordnet sind. Demgemäß wird das reflektierte Licht in mindestens einer Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung abgebildet, und somit kann die Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts aufgrund der Position der Lichterfassungskanäle, auf die das reflektierte Licht einfällt, genau gemessen werden.
In der Abstandsmesseinheit gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Objektivlinse und die Abbildungslinse so ausgebildet sein, dass eine Richtung des optischen Pfades des von der Abbildungslinse emittierten reflektierten Lichts konstant wird. Demgemäß kann eine lineare Beziehung zwischen der Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts und der Position der Lichterfassungskanäle, auf die das reflektierte Licht auftrifft, hergestellt werden.
In der Abstandsmesseinheit gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Bild des reflektierten Lichts auf der Lichtempfangsfläche eine längliche Form aufweisen, bei der eine zu der einen Richtung orthogonale Richtung als Längsrichtung festgelegt ist. Demgemäß kann eine Abweichung der Lichtempfangsfläche der Lichterfassungseinheit in der Längsrichtung des Bildes des reflektierten Lichtes zugelassen werden, und somit kann die Höhe der zu messenden Oberfläche des Objektes mit Genauigkeit gemessen werden, während die Anordnungsgenauigkeit der jeweiligen Konfigurationen vermindert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Lichtbestrahlungsvorrichtung vorgesehen, umfassend: eine Auflageeinheit, die ein Objekt trägt; eine Bestrahlungslichtquelle, die Bestrahlungslicht ausgibt; eine Abstandsmesslichtquelle, die Abstandsmesslicht ausgibt, das Laserlicht ist; ein optisches Element, durch das eine Seite des Bestrahlungslichts und des Abstandsmesslichts übertragen wird und von dem die andere Seite des Bestrahlungslichts und des Abstandsmesslichts reflektiert wird; eine Objektivlinse, durch die das Bestrahlungslicht, das Abstandsmesslicht und das reflektierte Licht übertragen werden, wobei das reflektierte Licht das Abstandsmesslicht ist, das von einer zu messenden Oberfläche des Objekts reflektiert wird; eine Abbildungslinse, durch die das reflektierte Licht übertragen wird und die ein Bild an einer Abbildungsposition erzeugt, wobei das Bild ein Bild an einer Position ist, an der das Abstandsmesslicht oder das reflektierte Licht durch die Objektivlinse gesammelt wird; eine Einheit zum Einstellen des optischen Pfades, die einen optischen Pfad des reflektierten Lichts einstellt; eine Lichterfassungseinheit, die das reflektierte Licht detektiert; eine Antriebseinheit, die die Objektivlinse entlang einer Mittelachse der Objektivlinse bewegt; und eine Steuereinheit, die die Antriebseinheit auf der Grundlage eines elektrischen Signals ansteuert, das von der Lichterfassungseinheit ausgegeben wird. Die Objektivlinse ermöglicht die Übertragung des Abstandsmesslichts durch sie hindurch zur Objektseite in einem Zustand, in dem ein optischer Pfad des Abstandsmesslichts von der Mittelachse der Objektivlinse beabstandet ist. Die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades stellt den optischen Pfad des reflektierten Lichts so ein, dass die Abbildungsposition des reflektierten Lichts, das in mindestens einer Richtung senkrecht zu einer Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit einfallenden reflektierten Lichts abgebildet wird, sich einer vorbestimmten Ebene nähert, die die Einfallsrichtung schneidet. Eine Lichtempfangsfläche der Lichterfassungseinheit ist so angeordnet, dass sie entlang der vorgegebenen Ebene ausgerichtet ist.
Gemäß der zuvor beschriebenen Lichtbestrahlungsvorrichtung kann die Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts mit Genauigkeit gemessen werden. Zusätzlich wird die Objektivlinse entlang ihrer Mittelachse in Übereinstimmung mit der Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts bewegt, und somit kann ein Sammelpunkt des Bestrahlungslichts mit einer gewünschten Position im Objekt übereinstimmen. Darüber hinaus können die Messung der Höhe der zu messenden Oberfläche des Objekts und die Positionierung eines Sammelpunktes des Bestrahlungslichts in Bezug auf das Objekt ohne Einschränkung auf einen Zustand durchgeführt werden, in dem sich ein Sammelpunkt des Abstandsmesslichts durch die Objektivlinse auf der zu messenden Oberfläche des Objekts befindet.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Abstandsmesseinheit und eine Lichtbestrahlungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, die Höhe einer zu messenden Oberfläche eines Objekts mit Genauigkeit zu messen.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die eine Lichtbestrahlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform ist.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Abstandsmesseinheit, die in der in 1 dargestellten Laserbearbeitungsvorrichtung vorgesehen ist.
3 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Teils der in 2 dargestellten Abstandsmesseinheit.
4 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Abstandsmesseinheit eines Vergleichsbeispiels.
5 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Teils der Abstandsmesseinheit des Vergleichsbeispiels.
6 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines optischen Pfades des Abstandsmesslichts in der in 2 dargestellten Abstandsmesseinheit.
7 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines optischen Pfades von Abstandsmesslicht in einer Abstandsmesseinheit eines Modifikationsbeispiels.
8 ist ein Diagramm zur Beschreibung des optischen Pfades des Abstandsmesslichts in der Abstandsmesseinheit des Modifikationsbeispiels.
9 ist ein Diagramm zur Beschreibung des optischen Pfades des Abstandsmesslichts in der Abstandsmesseinheit des Modifikationsbeispiels.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass für gleiche oder sich entsprechende Elemente in den jeweiligen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet werden und auf eine redundante Beschreibung verzichtet wird.
[Aufbau der Bearbeitungsvorrichtung]
Wie in 1 dargestellt, ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung 200 eine Lichtbestrahlungsvorrichtung, die das Innere eines zu bearbeitenden Objekts (Objekt) 1 mit Laserlicht (Bestrahlungslicht) IL in Übereinstimmung mit einem Sammelpunkt P entlang einer geplanten Trennlinie 5 bestrahlt, um einen modifizierten Bereich 7 in dem zu bearbeitenden Objekt 1 entlang der geplanten Trennlinie 5 zu bilden. Das zu bearbeitende Objekt 1 ist z.B. ein Halbleiterwafer, in dem eine Vielzahl von Funktionselementen in einer Matrixform ausgebildet sind. In diesem Fall wird die geplante Trennlinie 5 in einer Gitterform ausgebildet, um zwischen benachbarten Funktionselementen zu verlaufen. Der modifizierte Bereich 7 ist ein Bereich, in dem sich die physikalischen Eigenschaften wie Dichte, Brechungsindex und mechanische Festigkeit von denen der Umgebung unterscheiden.
Wenn der modifizierte Bereich 7 in dem zu bearbeitenden Objekt 1 entlang der geplanten Trennlinie 5 gebildet wird, dehnt sich ein Bruch vom modifizierten Bereich 7 in Richtung der Dicke des zu bearbeitenden Objekts 1 aus, so dass das zu bearbeitende Objekt 1 entlang der geplanten Trennlinie 5 geschnitten werden kann. Es sollte beachtet werden, dass zur Bildung des modifizierten Bereichs 7 innerhalb des zu bearbeitenden Objekts 1 das Laserlicht IL in einem Zustand emittiert werden kann, in dem das Laserlicht IL durch eine Vorderfläche (zu messende Oberfläche) 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 durchgelassen und insbesondere in der Nähe des Sammelpunkts P absorbiert wird.
Die Bearbeitungsvorrichtung 200 umfasst einen Tisch (Auflageeinheit) 201, eine Laserlichtquelle (Bestrahlungslichtquelle) 202, einen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 203, ein optisches 4f-System 204 und eine Objektivlinse 205. In der folgenden Beschreibung wird eine Richtung in horizontaler Richtung als X-Achsenrichtung, eine Richtung in horizontaler Richtung orthogonal zur X-Achsenrichtung als Y-Achsenrichtung und eine vertikale Richtung als Z-Achsenrichtung bezeichnet.
Der Tisch 201 hält das zu bearbeitende Objekt 1. Der Tisch 201 ist in sowohl der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung als auch der Z-Achsenrichtung in einem Zustand beweglich, in dem er das zu bearbeitende Objekt hält 1. Die Laserlichtquelle 202 gibt das Laserlicht IL aus. Die Laserlichtquelle 202 ist an einer Deckplatte eines Gehäuses 206 befestigt. Die Laserlichtquelle 202 ist zum Beispiel ein Faserlaser. Hier emittiert die Laserlichtquelle 202 das Laserlicht IL zu einer Seite in X-Achsenrichtung.
Der reflektierende räumliche Lichtmodulator 203 moduliert das von der Laserlichtquelle 202 ausgegebene Laserlicht-IL. Der reflektierende räumliche Lichtmodulator 203 befindet sich innerhalb des Gehäuses 206. Zum Beispiel ist der reflektierende räumliche Lichtmodulator 203 ein räumlicher Lichtmodulator (SLM) vom LCOS-Typ (Flüssigkristall auf Silizium). Dabei reflektiert der reflektierende räumliche Lichtmodulator 203 das Laserlicht IL, das in X-Achsenrichtung einfällt, schräg nach oben.
Das optische 4f-System 204 verhindert, dass eine Wellenfrontform des durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 203 modulierten Laserlicht IL durch räumliche Ausbreitung verändert wird. Das optische 4f-System 204 befindet sich im Gehäuse 206.
Das optische 4f-System 204 umfasst eine erste Linse 204a und eine zweite Linse 204b. In dem optischen 4f-System 204 ist eine optische Weglänge zwischen dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 203 und der ersten Linse 204a gleich einer Brennweite der ersten Linse 204a, eine optische Weglänge zwischen der Objektivlinse 205 und der zweiten Linse 204b gleich einer Brennweite der zweiten Linse 204b, eine optische Weglänge zwischen der ersten Linse 204a und der zweiten Linse 204b gleich der Summe der Brennweiten der ersten Linse 204a und der zweiten Linse 204b, und die erste Linse 204a und die zweite Linse 204b bilden ein doppelt telezentrisches optisches System.
Die Objektivlinse 205 bündelt das durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 203 modulierte Laserlicht IL. Die Objektivlinse 205 ist aus einer Vielzahl von Linsen gebildet. Die Objektivlinse 205 ist über eine Antriebseinheit 207 mit einem piezoelektrischen Element und dergleichen an einer Bodenplatte des Gehäuses 206 befestigt. Die Antriebseinheit 207 bewegt die Objektivlinse 205 entlang einer Mittelachse davon (hier in Z-Achsenrichtung). Es sollte beachtet werden, dass die Objektivlinse 205 eine Linse umfassen kann.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 wird das von der Laserlichtquelle 202 ausgegebene Laserlicht IL durch den Spiegel 208 entlang der Z-Achsenrichtung zu einer unteren Seite reflektiert und tritt in das Innere des Gehäuses 206 ein. Die Intensität des in das Innere des Gehäuses 206 eingetretenen Laserlicht IL wird durch ein Dämpfungselement 209 eingestellt und durch einen Spiegel 211 in X-Achsenrichtung auf die andere Seite reflektiert. Ein Strahldurchmesser des durch den Spiegel 211 reflektierten Laserlichts IL wird durch einen Strahlaufweiter 212 vergrößert, und das Laserlicht IL wird durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 203 moduliert und reflektiert.
Das durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 203 modulierte und reflektierte Laserlicht IL wird durch einen Spiegel 213 in Z-Achsenrichtung nach oben reflektiert, und die Polarisationsrichtung des Laserlichts IL wird durch die λ/2-Welleniängenplatte 214 eingestellt. Das Laserlicht IL, dessen Polarisationsrichtung eingestellt ist, wird durch einen Spiegel 215 in X-Achsenrichtung auf eine Seite reflektiert, durch die erste Linse 204a des optischen 4f-Systems 204 übertragen und durch einen Spiegel 216 in Z-Achsenrichtung nach unten reflektiert. Das vom Spiegel 216 reflektierte Laserlicht IL wird durch die zweite Linse 204b des optischen 4f-Systems 204 übertragen und fällt auf die Objektivlinse 205.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 bilden eine sichtbare Lichtquelle 221, eine Lichterfassungseinheit 222, ein Spiegel 223, ein dichroitischer Spiegel 224, ein dichroitischer Spiegel 225 und die Objektivlinse 205 eine Beobachtungseinheit 220 zur Beobachtung einer Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1.
Das sichtbare Licht VL1, das von der sichtbaren Lichtquelle 221 ausgegeben wird, wird nacheinander von dem Spiegel 223, dem dichroitischen Spiegel 224 und dem dichroitischen Spiegel 225 reflektiert und trifft auf die Objektivlinse 205. Das sichtbare Licht VL1, das auf die Objektivlinse 205 einfällt, wird von der Objektivlinse 205 gebündelt und auf die Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 emittiert. Das reflektierte Licht VL2 des sichtbaren Lichts VL1, das von der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 reflektiert wird, wird durch die Objektivlinse 205 durchgelassen und vom dichroitischen Spiegel 225 reflektiert. Das vom dichroitischen Spiegel 225 reflektierte Licht VL2 wird durch den dichroitischen Spiegel 224 durchgelassen, trifft auf die Lichterfassungseinheit 222 und wird von der Lichterfassungseinheit 222 erfasst. Es sollte beachtet werden, dass der dichroitische Spiegel 225 zwischen der zweiten Linse 204b des optischen 4f-Systems 204 und der Objektivlinse 205 angeordnet ist und die Übertragung des Laserlichts IL ermöglicht.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 wird eine Abstandsmesseinheit 100 gebildet (Einzelheiten dazu werden später beschrieben). Die Abstandsmesseinheit 100 misst eine Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1, das auf dem Tisch 201 gehalten wird. Die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 ist eine Position der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 in einer Richtung (hier die Z-Achsenrichtung) parallel zur Mittelachse der Objektivlinse 205 und entspricht z.B. einem Abstand zwischen der Objektivlinse 205 und der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 enthält eine Steuerung 230. Die Steuerung 230 ist z.B. aus einem Computer mit einer Zentraleinheit (CPU), einem Festwertspeicher (ROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und ähnlichem gebildet. Die Steuerung 230 führt verschiedene Arten der Steuerung aus, indem sie ein vorbestimmtes Programm im Computer ausführt.
Beispielsweise steuert die Steuerung 230 die Laserlichtquelle 202 so, dass eine Impulsbreite und dergleichen des von der Laserlichtquelle 202 ausgegebenen Laserlicht IL zu vorgegebenen Werten wird. Darüber hinaus steuert die Steuerung 230 bei der Bildung des modifizierten Bereichs 7 Den Tisch 201 so, dass sich der Sammelpunkt P des Laserlichts IL auf einer Innenseite in einem vorbestimmten Abstand von der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 befindet und sich der Sammelpunkt P des Laserlichts IL relativ entlang der geplanten Trennlinie 5 bewegt. Darüber hinaus steuert die Steuerung 230 den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 203 so, dass die Wellenfrontform des Laserlichts IL eine vorgegebene Form annimmt.
Darüber hinaus steuert die Steuereinheit 230 bei der Bildung des modifizierten Bereichs 7 die Antriebseinheit 207 auf der Grundlage der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1, die von der Abstandsmesseinheit 100 gemessen wird (d.h. auf der Grundlage eines elektrischen Signals, das von einer später zu beschreibenden Lichterfassungseinheit 107 ausgegeben wird (siehe 2)), so dass sich der Brennpunkt P des Laserlichts IL auf einer Innenseite um einen vorbestimmten Abstand von der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 befindet, und bewegt die Objektivlinse 205 entlang einer Mittelachse davon. Demzufolge kann selbst dann, wenn die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 entlang der geplanten Trennlinie 5 variiert, der modifizierte Bereich 7 auf einer Innenseite um einen vorbestimmten Abstand von der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 gebildet werden.
[Aufbau der Abstandsmesseinheit]
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Abstandsmesseinheit 100 eine Abstandsmesslichtquelle 101, eine Sammellinse 102, einen Halbspiegel 103, einen dichroitischen Spiegel (optisches Element) 104, eine Abbildungslinse 105, ein Reflexionsgitter (Einheit zur Einstellung des optischen Pfades) 106, eine Lichterfassungseinheit 107 und eine Objektivlinse 205. Die Abstandsmesslichtquelle 101, die Sammellinse 102, der Halbspiegel 103, der dichroitische Spiegel 104, die Abbildungslinse 105, das Reflexionsgitter 106 und die Lichterfassungseinheit 107 sind im Gehäuse 206 untergebracht.
Die Abstandsmesslichtquelle 101 gibt Abstandsmesslicht RL1 aus, das Laserlicht ist. Zum Beispiel ist die Abstandsmesslichtquelle 101 eine Laserdiode. Hier emittiert die Abstandsmesslichtquelle 101 Abstandsmesslicht RL1 zu einer unteren Seite in Z-Achsenrichtung. Die Sammellinse 102 sammelt das von der Abstandsmesslichtquelle 101 ausgegebene Abstandsmesslicht RL1.
Der Halbspiegel 103 reflektiert das von der Sammellinse 102 kollimierte Abstandsmesslicht RL1 auf die dichroitische Seite des Spiegels 104. Darüber hinaus ermöglicht der Halbspiegel 103, der später beschrieben wird, dass das reflektierte Licht RL2 von der Seite des dichroitischen Spiegels 104 zur Seite des Abbildungsobjektivs 105 durch ihn hindurch übertragen wird. Dabei reflektiert der Halbspiegel 103 das von einer Oberseite entlang der Z-Achsenrichtung einfallende Abstandsmesslicht RL1 zu einer Seite entlang der X-Achsenrichtung und ermöglicht, dass das reflektierte Licht RL2 von der einen Seite zur anderen Seite entlang der X-Achsenrichtung durch den Halbspiegel 103 übertragen wird.
Der dichroitische Spiegel 104 reflektiert das vom Halbspiegel 103 reflektierte Abstandsmesslicht RL1 zur Seite der Objektivlinse 205. Zusätzlich reflektiert der dichroitische Spiegel 104 das von der Seite der Objektivlinse 205 einfallende reflektierte Licht RL2 zur Seite des Halbspiegels 103. Dabei reflektiert der dichroitische Spiegel 104 das von der anderen Seite in X-Achsenrichtung einfallende Abstandsmesslicht RL1 auf eine untere Seite in Z-Achsenrichtung und reflektiert das von der unteren Seite in Z-Achsenrichtung einfallende reflektierte Licht RL2 auf die andere Seite in X-Achsenrichtung. Es sollte beachtet werden, dass der dichroitische Spiegel 104 zwischen dem dichroitischen Spiegel 225 der Beobachtungseinheit 220 und der Objektivlinse 205 angeordnet ist (siehe 1) und es ermöglicht, dass das Laserlicht IL und das sichtbare Licht VL1 und das davon reflektierte Licht VL2 durch ihn hindurch übertragen werden.
Die Objektivlinse 205 ermöglicht es, dass das vom dichroitischen Spiegel 104 reflektierte Abstandsmesslicht RL1 durch sie hindurch zur Seite des zu bearbeitenden Objekts 1 übertragen und gleichzeitig das Abstandsmesslicht RL1 gebündelt wird. Darüber hinaus ermöglicht das Objektiv 205, dass das von der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 reflektierte Licht RL2 des Abstandsmesslichts RL1 durch das Objektiv auf die Seite des dichroitischen Spiegels 104 übertragen wird. Dabei ermöglicht es das Objektiv 205, dass das Abstandsmesslicht RL1 von einer Oberseite zu einer Unterseite in Z-Achsenrichtung und das reflektierte Licht RL2 von der Unterseite zur Oberseite in Z-Achsenrichtung übertragen wird.
Die Abbildungslinse 105 ermöglicht es, das reflektierte Licht RL2, das vom dichroitischen Spiegel 104 reflektiert und durch den Halbspiegel 103 durchgelassen wird, zur Seite des Reflexionsgitters 106 zu übertragen. Hier ermöglicht es die Abbildungslinse 105, dass das reflektierte Licht RL2 von einer Seite zur anderen Seite entlang der X-Achsenrichtung durch sie hindurch übertragen wird. Die Abbildungslinse 105 erzeugt ein Bild an einer Stelle, an der das Abstandsmesslicht RL1 oder das reflektierte Licht RL2 durch die Objektivlinse 205 an einer Abbildungsposition gebündelt wird. In einem Fall, in dem sich die Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 in Bezug auf einen Sammelpunkt auf einer dem Objektiv 205 gegenüberliegenden Seite befindet, wenn das Abstandsmesslicht RL1 durch das Objektiv 205 in der Luft gesammelt wird, wird die Sammelposition im Abstandsmesslicht RL1 angezeigt. In einem Fall, in dem sich die Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 auf dem Sammelpunkt befindet, wenn das Abstandsmesslicht RL1 durch die Objektivlinse 205 in der Luft gesammelt wird, wird die Kondensationsposition an einem Grenzabschnitt zwischen dem Abstandsmesslicht RL1 und dem reflektierten Licht RL2 angezeigt. In einem Fall, in dem sich die Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 in Bezug auf den Sammelpunkt auf der Seite der Objektivlinse 205 befindet, wenn das Abstandsmesslicht RL1 durch die Objektivlinse 205 in der Luft gesammelt wird, wird die Sammelposition im reflektierten Licht RL2 angezeigt. Es sollte beachtet werden, dass die Abbildungslinse 105 aus einer Linse oder aus mehreren Linsen gebildet sein kann.
Das Reflexionsgitter 106 reflektiert das reflektierte Licht RL2, das durch die Abbildungslinse 105 durchgelassen wird, auf die Seite der Lichterfassungseinheit 107. Zum Beispiel ist das Reflexionsgitter 106 ein Blazegitter. Dabei reflektiert das Reflexionsgitter 106 das reflektierte Licht RL2, das von einer Seite in X-Achsenrichtung einfällt, zu einer Oberseite in Z-Achsenrichtung. Das Reflexionsgitter 106 stellt einen optischen Pfad des reflektierten Lichts RL2 zwischen der Abbildungslinse 105 und der Lichterfassungseinheit 107 ein (Einzelheiten werden später beschrieben).
Die Lichterfassungseinheit 107 erfasst das vom Reflexionsgitter 106 reflektierte Licht RL2. Zum Beispiel ist die Lichterfassungseinheit 107 ein eindimensionales Fotodiodenarray mit einer Vielzahl von Lichterfassungskanälen, die in X-Achsenrichtung angeordnet sind. Eine Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 ist der Seite des Reflexionsgitters 106 zugewandt und befindet sich auf einer vorbestimmten Ebene S. Dabei ist die Lichtempfangsfläche 107a nach unten gerichtet und befindet sich auf einer vorbestimmten Ebene S orthogonal zur Z-Achsenrichtung. Es sollte beachtet werden, dass die Lichterfassungseinheit 107 ein zweidimensionales Fotodiodenarray oder ähnliches sein kann, solange mehrere Lichterfassungskanäle entlang der X-Achsenrichtung angeordnet sind.
Wie in 3 dargestellt, ermöglicht die Objektivlinse 205 die Übertragung des Abstandsmesslichts RL1 durch sie hindurch zur Seite des zu bearbeitenden Objekts in einem Zustand, in dem ein optischer Pfad A2 des Abstandsmesslichts RL1 von einer Mittelachse A1 der Objektivlinse 205 beabstandet ist. Der optische Pfad A2 des auf die Objektivlinse 205 auftreffenden Abstandsmesslichts RL1 ist parallel zur Mittelachse A1 der Objektivlinse 205. Der optische Pfad A2 des von der Objektivlinse 205 emittierten Abstandsmesslichts RL1 ist so geneigt, dass ein Sammelpunkt P1 des von der Objektivlinse 205 gebündelten Abstandsmesslichts RL1 auf der Mittelachse A1 der Objektivlinse 205 liegt. Dabei ist der optische Pfad A2 des auf die Objektivlinse 205 auftreffenden Abstandsmesslichts RL1 zu einer Seite in X-Achsenrichtung von der Mittelachse A1 der Objektivlinse 205 beabstandet.
Demnach variiert, wie in 2 und 3 dargestellt, der optische Pfad des durch die Objektivlinse 205 übertragenen reflektierten Lichts RL2 gemäß der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1, und demzufolge ändert sich eine Einfallsposition des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107a gemäß der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1. Gemäß der Einfallsposition des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 kann die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 gemäß der Einfallsposition des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 gemessen werden (d.h. gemäß der Position der Lichterfassungskanäle, auf die das reflektierte Licht RL2 einfällt).
Zum Beispiel weist in einem Zustand, in dem die Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 mit dem Sammelpunkt P1 des Abstandsmesslichts RL1 übereinstimmt (ein Sammelpunkt in einem Fall, in dem das Abstandsmesslicht RL1 durch die Objektivlinse 205 in der Luft gesammelt wird), der optische Pfad des reflektierten Lichts RL2_L in Bezug auf die Mittelachse A1 der Objektivlinse 205 eine symmetrische Beziehung zum optischen Pfad des Abstandsmesslichts RL1 auf. In einem Zustand, in dem sich die Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 im Vergleich zum Brennpunkt P1 des Abstandsmesslichts RL1 auf einer anderen Seite der Objektivlinse 205 befindet, bildet sich nach einer Reflexion auf einer Seite in X-Achsenrichtung im Vergleich zum reflektierten Licht RL2_L ein optischer Pfad des reflektierten Lichts RL2_M. In einem Zustand, in dem sich die Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 im Vergleich zum Brennpunkt P1 des Abstandsmesslichts RL1 auf einer wieder anderen Seite der Objektivlinse 205 befindet, bildet sich nach Reflexion auf einer Seite in X-Achsenrichtung im Vergleich zum reflektierten Licht RL2_M ein optischer Pfad des reflektierten Lichts RL2H.
Da hier, wie in 3 dargestellt, ein Konvergenz- und Divergenz-Zustand des reflektierten Lichtes RL2 auch entsprechend der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objektes 1 variiert, ändert sich dabei, wie in 3 dargestellt, auch die Abbildungsposition des reflektierten Lichtes RL2 durch die Abbildungslinse 105 entsprechend der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objektes 1. Somit ändert sich, wie in 4 gezeigt, in einem Fall, in dem die Abstandsmesseinheit 100 nicht mit dem Reflexionsgitter 106 ausgestattet ist, das den optischen Pfad des reflektierten Lichts RL2 einstellt, eine Punktgröße des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 stark in Übereinstimmung mit der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1. Somit tritt das Problem auf, dass sich die Messgenauigkeit der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 verschlechtern könnte. Darüber hinaus, wie in 5 dargestellt, vergrößert sich selbst in einem Fall, in dem die Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107a geneigt ist, um der Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2 durch das Abbildungsobjektiv 105 zu entsprechen, ein Einfallswinkel des reflektierten Lichts RL2 in Bezug auf die Lichtempfangsfläche 107a, so dass ein Teil des reflektierten Lichts RL2 von der Lichtempfangsfläche 107a reflektiert wird oder die Spotgröße des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a vergrößert wird. Somit tritt das Problem auf, dass sich die Messgenauigkeit der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 verschlechtern könnte.
Wenn z.B. eine Brennweite der Objektivlinse 205 auf f1 eingestellt wird, eine Brennweite der Abbildungslinse 105 auf f2 eingestellt wird, ein Höhenunterschied der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 in einer Richtung parallel zur Mittelachse A1 der Objektivlinse 205 auf ΔZ eingestellt wird und eine Differenz in der Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2 in einer Richtung parallel zur Mittelachse des Abbildungsobjektivs 105 auf ΔX eingestellt wird, wird eine Beziehung ΔX/ΔZ = 4(f2/f1)2 hergestellt, wenn das Reflexionsgitter 106 nicht in der Abstandsmesseinheit 100 vorgesehen ist. Das heißt, dass mit abnehmender Brennweite f1 des Objektivs 205 die Differenz ΔX in der Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2 zunimmt und die Spotgröße des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a vergrößert wird. Wie bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist es in einem Fall, in dem der modifizierte Bereich 7 im Inneren des zu bearbeitenden Objekts 1 gebildet wird, besonders wichtig, eine Gegenmaßnahme zur Unterdrückung der Verschlechterung der Messgenauigkeit der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 zu treffen, da die numerische Apertur der Objektivlinse 205 zunimmt und die Brennweite f1 der Objektivlinse 205 verkürzt wird.
Als Gegenmaßnahme ist, wie in 2 dargestellt, die Abstandsmesseinheit 100 mit dem Reflexionsgitter 106 versehen, das den optischen Pfad des reflektierten Lichts RL2 einstellt. Das Reflexionsgitter 106 bewirkt, dass das reflektierte Licht RL2 eine optische Weglänge hat, die der Einfallsposition des reflektierten Lichts RL2 auf das Reflexionsgitter 106 entspricht, um den optischen Pfad des reflektierten Lichts RL2 einzustellen.
Zusätzlich ändert sich der optische Pfad des reflektierten Lichts RL2, das durch die Abbildungslinse 105 (ein optischer Pfad der Hauptlichtstrahlen des reflektierten Lichts RL2) übertragen wird, entlang einer vorbestimmten Ebene (hier eine Ebene orthogonal zur Y-Achsenrichtung) entsprechend der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1. Hier ist das Reflexionsgitter 106 so angeordnet, dass sich eine Vielzahl von Rillen entlang einer Richtung (hier die Y-Achsenrichtung) orthogonal zur vorbestimmten Ebene erstreckt. Darüber hinaus ist das Reflexionsgitter 106 so angeordnet, dass, da die optische Weglänge des reflektierten Lichts RL2 von der Abbildungslinse 105 zur Abbildungsposition länger ist, das reflektierte Licht RL2 von dem Reflexionsgitter 106 an einer Position reflektiert wird, die weiter von der Abbildungslinse 105 entfernt ist.
Da die optische Weglänge des reflektierten Lichts RL2 von der Abbildungslinse 105 zur Abbildungsposition länger ist, verlängert sich somit die optische Weglänge des reflektierten Lichts RL2 von der Abbildungslinse 105 zur Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107. Zum Beispiel ist eine optische Weglänge des reflektierten Lichts RL2_M von der Abbildungslinse 105 zur Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 länger als eine optische Weglänge des reflektierten Lichts RL2_L von der Abbildungslinse 105 zur Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107. Eine optische Weglänge des reflektierten Lichts RL2H von der Abbildungslinse 105 zur Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 ist länger als die optische Weglänge des reflektierten Lichts RL2_M von der Abbildungslinse 105 zur Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107.
Jedoch tritt im reflektierten Licht RL2, das von der Abbildungslinse 105 abgebildet und vom Reflexionsgitter 106 reflektiert wird, ein Astigmatismus auf. Insbesondere ist eine Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2, die in Y-Achsenrichtung abgebildet wird, weiter von der vorbestimmten Ebene S entfernt, in der sich die Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 befindet, als eine Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2, die in X-Achsenrichtung abgebildet wird. In der Abstandsmesseinheit 100 stellt das Reflexionsgitter 106 den optischen Pfad des reflektierten Lichts RL2 so ein, dass sich die Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2, das in X-Achsenrichtung abgebildet wird, der vorbestimmten Ebene S nähert, in der sich die Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 befindet.
Auf diese Weise stellt das Reflexionsgitter 106 den optischen Pfad des reflektierten Lichts RL2 so ein, dass die Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2, das in mindestens einer Richtung (hier die X-Achsenrichtung) senkrecht zur Einfallsrichtung (hier die Z-Achsenrichtung) des auf die Lichterfassungseinheit 107 einfallenden reflektierten Lichts RL2 abgebildet wird, sich der vorbestimmten Ebene S senkrecht zur Einfallsrichtung nähert. Es sollte beachtet werden, dass das Reflexionsgitter 106 eine Vielzahl von Rillen aufweist, die sich entlang einer Richtung (hier der Y-Achsenrichtung) erstreckt, die parallel zur Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 verläuft oder orthogonal zu der einen Richtung (hier der X-Achsenrichtung) ist. Darüber hinaus enthält die Lichterfassungseinheit 107 eine Vielzahl von Lichterfassungskanälen, die entlang einer Richtung parallel zu der einen Richtung (hier der X-Achsenrichtung) angeordnet ist.
Hier bedeutet die „Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit 107 einfallenden reflektierten Lichts RL2“ eine Einfallsrichtung des reflektierten Lichts RL2, die zu einem Bezugspunkt wird (zum Beispiel das reflektierte Licht RL2_L). Zusätzlich bedeutet „so dass sich die Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2 der vorbestimmten Ebene S nähert, die orthogonal zur Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit 107 einfallenden reflektierten Lichts RL2 ist“, dass sich die Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2 der vorbestimmten Ebene S weiter nähert als in einem Fall, in dem das Reflexionsgitter 106 nicht in der Abstandsmesseinheit 100 vorgesehen ist. Das heißt, es bedeutet, dass eine Differenz in der Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2 in der Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit 107 einfallenden reflektierten Lichts RL2 in einem Bereich, der die vorbestimmte Ebene S einschließt, weniger als das zuvor beschriebene ΔX wird (vorzugsweise weniger als 10% von ΔX).
Zusätzlich sind die Objektivlinse 205 und die Abbildungslinse 105 so konfiguriert, dass eine Richtung des optischen Pfades des von der Abbildungslinse 105 emittierten reflektierten Lichts RL2 (ein optischer Pfad der Hauptlichtstrahlen des reflektierten Lichts RL2) konstant wird. Hier ist, wie in (a) von 6 dargestellt, eine optische Weglänge zwischen der Objektivlinse 205 und der Abbildungslinse 105 auf die Summe der Brennweite f1 der Objektivlinse 205 und der Brennweite f2 der Abbildungslinse 105 eingestellt. Das heißt, eine Brennweite der Objektivlinse 205 auf der Seite der Abbildungslinse 105 und eine Brennweite der Abbildungslinse 105 auf der Seite der Objektivlinse 205 stimmen überein. Dementsprechend wird auch bei einer Änderung der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 die Richtung des optischen Pfades des von der Abbildungslinse 105 emittierten reflektierten Lichts RL2 konstant, so dass, wie in (b) von 6 dargestellt, die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 und eine Position der optischen Detektionskanäle, auf die das reflektierte Licht RL2 in der Lichterfassungseinheit 107 einfällt, in einem linearen Verhältnis zueinander stehen. Es sollte beachtet werden, dass in (a) von 6 auf die Darstellung der Abstandsmesslichtquelle 101, der Sammellinse 102, des Halbspiegels 103, des dichroitischen Spiegels 104 und dergleichen verzichtet wurde und die Konfiguration der Abstandsmessungs-Einheit 100 vereinfacht dargestellt ist.
Wenn dagegen, wie in (a) von 7 dargestellt, die optische Weglänge zwischen der Objektivlinse 205 und der Abbildungslinse 105 größer (oder kleiner) ist als die Summe der Brennweite f1 der Objektivlinse 205 und der Brennweite f2 der Abbildungslinse 105, ändert sich die Richtung des optischen Pfades des von der Abbildungslinse 105 emittierten reflektierten Lichts RL2 in Übereinstimmung mit der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 und folglich, wie in (b) von 7 gezeigt, stehen die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 und die Position der Lichterfassungskanäle, auf die das reflektierte Licht RL2 in der Lichterfassungseinheit 107 auftrifft, in einem nichtlinearen Verhältnis zueinander. Aber selbst in diesem Fall, z.B. wenn die Steuerung 230 die Beziehung zwischen der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 und der Position der Lichterfassungskanäle im Voraus beibehält und die Steuerung 230 sich auf diese Beziehung bezieht, kann die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden. Es sollte beachtet werden, dass in (a) von 7 auf die Darstellung der Abstandsmesslichtquelle 101, der Sammellinse 102, des Halbspiegels 103, des dichroitischen Spiegels 104 und dergleichen verzichtet wurde und die Konfiguration der Abstandsmessungs-Einheit 100 vereinfacht dargestellt ist.
Zusätzlich zeigt, wie in (b) von 6 dargestellt, eine Abbildung des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 eine längliche Form (hier eine elliptische Form), in der eine Richtung (hier die Y-Achsenrichtung) orthogonal zu der einen Richtung (eine Richtung, in der das reflektierte Licht RL2 abgebildet wird, um sich der vorbestimmten Ebene S zu nähern) als Längsrichtung festgelegt ist. Demgemäß ist eine Abweichung der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107a in Längsrichtung des Bildes des reflektierten Lichts RL2 zulässig, und die Anordnungsgenauigkeit der jeweiligen Konfigurationen wird abgeschwächt. Es sollte beachtet werden, dass der Grund dafür, dass das Bild des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 die längliche Form zeigt, in der die zu der einen Richtung orthogonale Richtung als Längsrichtung eingestellt ist, darin liegt, dass Astigmatismus im reflektierten Licht RL2 auftritt, das durch die Abbildungslinse 105 abgebildet und durch das Reflexionsgitter 106 reflektiert wird.
Im Gegensatz dazu, wie z.B. in (a) von 8 dargestellt, wird, wenn die optische Weglänge zwischen der Abbildungslinse 105 und dem Reflexionsgitter 106 verlängert und die optische Weglänge zwischen dem Reflexionsgitter 106 und der Lichterfassungseinheit 107 verkürzt wird, wie in (b) von 8 dargestellt, das Bild des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 zu einer Punktform. Aber auch in diesem Fall kann die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Form des Bildes des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 anzupassen, indem wenigstens die optische Weglänge zwischen der Abbildungslinse 105 und dem Reflexionsgitter 106 oder die optische Weglänge zwischen dem Reflexionsgitter 106 und der Lichterfassungseinheit 107 eingestellt wird. Es sollte beachtet werden, dass in (a) von 8 die Darstellung der Abstandsmesslichtquelle 101, der Sammellinse 102, des Halbspiegels 103, des dichroitischen Spiegels 104 und dergleichen weggelassen wurde und die Konfiguration der Abstandsmessungseinheit 100 vereinfacht ist.
In der Abstandsmesseinheit 100, die wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, wird das reflektierte Licht RL2 wie folgt erfasst. Wie in 2 dargestellt, wird das von der Abstandsmesslichtquelle 101 ausgegebene Abstandsmesslicht RL1 von der Sammellinse 102 gebündelt. Das gebündelte Abstandsmesslicht RL1 wird vom Halbspiegel 103 und vom dichroitischen Spiegel 104 in dieser Reihenfolge reflektiert und fällt auf die Objektivlinse 205. Das auf die Objektivlinse 205 einfallende Abstandsmesslicht RL1 wird von der Objektivlinse 205 gebündelt und auf die Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 emittiert. Das von der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 reflektierte Licht RL2 des Abstandsmesslichts RL1 wird durch die Objektivlinse 205 durchgelassen und vom dichroitischen Spiegel 104 reflektiert. Das vom dichroitischen Spiegel 104 reflektierte Licht RL2 wird durch den Halbspiegel 103 durchgelassen und von der Abbildungslinse 105 abgebildet und vom Reflexionsgitter 106 reflektiert. Das vom Reflexionsgitter 106 reflektierte Licht RL2 fällt auf die Lichterfassungseinheit 107 und wird von der Lichterfassungseinheit 107 erfasst.
[Funktionsweise und Wirkung]
In der Abstandsmesseinheit 100, in einem Zustand, in dem der optische Pfad A2 des Abstandsmesslichts RL1 von der Mittelachse A1 der Objektivlinse 205 beabstandet ist, ermöglicht die Objektivlinse 205 eine Übertragung des Abstandsmesslichts RL1 durch sie hindurch zur Seite des zu bearbeitenden Objekts 1. Somit ändert sich eine Position, an der das von der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 reflektierte Licht RL2 auf die Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 einfällt, entsprechend der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1. Zu diesem Zeitpunkt ist selbst dann, wenn ein Teil des Abstandsmesslichts RL1 von einer anderen Oberfläche (einer Oberfläche auf einer Lichtaustrittsseite des zu bearbeitenden Objekts 1 oder dergleichen) des zu bearbeitenden Objekts 1 reflektiert wird, das von der anderen Oberfläche des zu bearbeitenden Objekts 1 reflektierte Licht räumlich getrennt von dem von der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 reflektierten Licht RL2, und somit ist es möglich zu verhindern, dass nicht benötigtes reflektiertes Licht mit dem zu detektierenden reflektierten Licht RL2 überlagert. Zusätzlich wird in der Abstandsmesseinheit 100 durch das Reflexionsgitter 106 der optische Pfad des reflektierten Lichtes RL2 so eingestellt, dass die Abbildungsposition des reflektierten Lichtes RL2, das in einer Richtung (hier die X-Achsenrichtung) orthogonal zur Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit 107 einfallenden reflektierten Lichtes RL2 abgebildet wird, sich der vorgegebenen Ebene S orthogonal zur Einfallsrichtung nähert und die Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 auf der vorgegebenen Ebene S liegt. Dementsprechend kann die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 gleichmäßig gemessen werden. Wenn das Reflexionsgitter 106 nicht vorhanden ist, da eine Position, an der das reflektierte Licht RL2 jeweils durch die Objektivlinse 205 und die Abbildungslinse 105 übertragen wird, sich in Übereinstimmung mit der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 ändert, ändert sich die Position, an der das reflektierte Licht RL2 von der Abbildungslinse 105 abgebildet wird, in Übereinstimmung mit der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 stark. Wie zuvor beschrieben, kann gemäß der Abstandsmesseinheit 100 die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 mit Genauigkeit gemessen werden.
Zusätzlich wird in der Abstandsmesseinheit 100 durch das Reflexionsgitter 106 der optische Pfad des reflektierten Lichts RL2 zwischen dem Abbildungsobjektiv 105 und der Lichterfassungseinheit 107 eingestellt. Entsprechende Konfigurationen lassen sich demgemäß mit Effizienz anordnen.
Zusätzlich enthält das Reflexionsgitter 106 in der Abstandsmesseinheit 100 eine Vielzahl von Rillen, die sich in einer Richtung parallel zur Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 oder orthogonal zu einer Richtung (eine Richtung, in der das reflektierte Licht RL2 abgebildet wird, um sich der vorbestimmten Ebene S zu nähern) erstrecken. Dementsprechend ist es möglich, die Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2, das in mindestens einer Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit 107 einfallenden reflektierten Lichts RL2 abgebildet wird, auf einfache und zuverlässige Weise in die Nähe der vorbestimmten Ebene S zu bringen, die die Einfallsrichtung schneidet.
Zusätzlich enthält die Lichterfassungseinheit 107 in der Abstandsmesseinheit 100 eine Vielzahl von Lichterfassungskanälen, die entlang einer Richtung parallel zu einer Richtung angeordnet ist (eine Richtung, in der das reflektierte Licht RL2 abgebildet wird, um sich der vorbestimmten Ebene S zu nähern). Demgemäß wird das reflektierte Licht RL2 in einer Richtung senkrecht zur Einfallsrichtung abgebildet, und somit kann die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 mit Genauigkeit auf der Grundlage der Position der Lichterfassungskanäle gemessen werden, auf die das reflektierte Licht RL2 einfällt.
Darüber hinaus sind in der Abstandsmesseinheit 100 das Objektiv 205 und die Abbildungslinse 105 so konfiguriert, dass die Richtung des optischen Pfades des von der Abbildungslinse 105 emittierten reflektierten Lichts RL2 konstant wird. Dementsprechend kann ein lineares Verhältnis zwischen der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 und der Position der Lichterfassungskanäle, auf die das reflektierte Licht RL2 in der Lichterfassungseinheit 107 auftrifft, hergestellt werden.
Zusätzlich zeigt in der Abstandsmesseinheit 100 ein Bild des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 eine längliche Form, in der eine zu einer Richtung orthogonale Richtung (eine Richtung, in der das reflektierte Licht RL2 abgebildet wird, um sich der vorgegebenen Ebene S zu nähern) als Längsrichtung festgelegt ist. Demgemäß kann eine Abweichung der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107a in der Längsrichtung des Bildes des reflektierten Lichts RL2 zugelassen werden, und somit kann die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 mit Genauigkeit gemessen und gleichzeitig die Anordnungsgenauigkeit der jeweiligen Konfigurationen vermindert werden.
Darüber hinaus kann in der zuvor beschriebenen Bearbeitungsvorrichtung 200 die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 genau gemessen werden. Zusätzlich wird das Objektiv 205 entlang einer Mittelachse A1 davon in Übereinstimmung mit der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 bewegt, so dass ein Sammelpunkt P des Laserlichts IL mit einer gewünschten Position im zu bearbeitenden Objekt 1 übereinstimmen kann. Zusätzlich kann die Messung der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 und die Positionierung eines Sammelpunktes P des Laserlichts IL in Bezug auf das zu bearbeitende Objekt 1 ohne Einschränkung auf einen Zustand durchgeführt werden, in dem sich ein Sammelpunkt P1 des Abstandsmesslichts RL1 durch die Objektivlinse 205 auf der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 befindet.
[M od ifi kationsbei spiel]
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel in der zuvor beschriebenen Ausführungsform ermöglicht der dichroitische Spiegel 104 die Übertragung des Laserlichts IL und reflektiert das Abstandsmesslicht RL1 (einschließlich des davon reflektierten Lichts RL2), aber es kann auch ein optisches Element, das die Übertragung einer Seite des Laserlichts IL und des Abstandsmesslichts RL1 ermöglicht und die andere Seite des Laserlichts IL und des Abstandsmesslichts RL1 reflektiert, anstelle des dichroitischen Spiegels 104 verwendet werden.
Zusätzlich wird in der zuvor beschriebenen Ausführungsform als Einheit zur Einstellung des optischen Pfades, die den optischen Pfad des reflektierten Lichts RL2 einstellt, das zwischen der Abbildungslinse 105 und der Lichterfassungseinheit 107 angeordnete Reflexionsgitter 106 verwendet. Es kann jedoch auch eine andere Konfiguration verwendet werden, solange der optische Pfad des reflektierten Lichts RL2 so eingestellt werden kann, dass sich die Abbildungsposition des reflektierten Lichts RL2 der vorgegebenen Ebene S nähert. Beispiele für die Konfiguration sind ein räumlicher Lichtmodulator, eine digitale Vorrichtung mit Spiegel, ein Übertragungsgitter und ein Prisma. Es kann eine zylindrische Linse vorgesehen werden, so dass ein Bild des reflektierten Lichts RL2 auf der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 eine längliche Form aufweist, bei der eine zu einer Richtung orthogonale Richtung (eine Richtung, in der das reflektierte Licht RL2 so abgebildet wird, dass es sich der vorbestimmten Ebene S nähert) als Längsrichtung eingestellt ist.
Darüber hinaus ist es, wie in 9 dargestellt, möglich, eine Konfiguration zu verwenden, in der eine Relaislinse 108 auf dem optischen Pfad zwischen der Objektivlinse 205 und der Abbildungslinse 105 angeordnet ist, und somit in der Objektivlinse 205 und der Abbildungslinse 105 eine Richtung des optischen Pfades des von der Abbildungslinse 105 emittierten reflektierten Lichts RL2 (ein optischer Pfad der Hauptlichtstrahlen des reflektierten Lichts RL2) konstant wird. In diesem Fall versteht sich, dass die Abbildungslinse aus der Relaislinse 108 und der Abbildungslinse 105 gebildet ist. Die Sammellinse 108 kann aus einer Linse oder aus mehreren Linsen gebildet sein. Es sollte beachtet werden, dass in 9 auf die Darstellung der Abstandsmesslichtquelle 101, der Sammellinse 102, des Halbspiegels 103, des dichroitischen Spiegels 104 und dergleichen verzichtet wurde und die Konfiguration der Abstandsmessungs-Einheit 100 vereinfacht dargestellt ist.
Wenn das Abstandsmesslicht RL1 durch die Objektivlinse 205 übertragen wird, kann zusätzlich ein Abstand zwischen dem optischen Pfad A2 des Abstandsmesslichts RL1 und der Mittelachse A1 der Objektivlinse 205 eingestellt werden. Als Beispiel kann die in 2 dargestellte Position des Halbspiegels 103 eingestellt werden, um den Abstand zwischen dem optischen Pfad A2 des Abstandsmesslichts RL1 und der Mittelachse A1 der Objektivlinse 205 einzustellen. Es ist möglich, einen Messbereich in der Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 und die Erfassungsempfindlichkeit in der Lichterfassungseinheit 107 durch Einstellen des Abstands einzustellen.
Zusätzlich sind in der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Lichtbestrahlungsvorrichtung und das Objekt die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 bzw. das zu bearbeitende Objekt 1, und die Bestrahlungslichtquelle, die das Bestrahlungslicht ausgibt, ist die Laserlichtquelle 202, die das Laserlicht IL ausgibt. In einem Fall, in dem die Lichtbestrahlungsvorrichtung die Laserbearbeitungsvorrichtung ist, kann jedoch eine Oberflächenbearbeitung oder Ähnliches ohne Einschränkung der internen Bearbeitung durchgeführt werden. Darüber hinaus können die Lichtbestrahlungsvorrichtung und das Objekt eine Beobachtungsvorrichtung (ein Mikroskop oder dergleichen) bzw. ein Beobachtungsobjekt sein. In diesem Fall kann die Bestrahlungslichtquelle, die das Bestrahlungslicht abgibt, eine Beobachtungslichtquelle sein, die das Beobachtungslicht ausgibt.
Zusätzlich befindet sich in der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 auf der vorbestimmten Ebene S, aber die Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 kann so angeordnet sein, dass sie entlang der vorbestimmten Ebene S ausgerichtet ist bzw. folgt. Zum Beispiel kann selbst dann, wenn ein Winkel zwischen der Lichtempfangsfläche 107a der Lichterfassungseinheit 107 und der vorbestimmten Ebene S gebildet wird, in einem Fall, in dem der Winkel kleiner als 5° ist, die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden.
Zusätzlich wird in der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Höhe der Vorderfläche 3 des zu bearbeitenden Objekts 1 gemessen, aber es kann auch die Höhe einer Rückfläche des zu bearbeitenden Objekts 1 oder dergleichen gemessen werden. Das heißt, gemäß der Erfindung können verschiedene Oberflächen des Objekts als zu messende Oberfläche ohne Einschränkung auf die Vorderfläche auf einer Einfallsseite des Abstandsmesslichts im Objekt eingestellt werden. Der Grund dafür ist, dass die von den jeweiligen Oberflächen reflektierten Lichtstrahlen räumlich voneinander getrennt sind.
Darüber hinaus ist in der zuvor beschriebenen Ausführungsform die vorgegebene Ebene S eine Fläche senkrecht zur Einfallsrichtung des reflektierten Lichts RL2, das auf die Lichterfassungseinheit 107 einfällt, aber die vorgegebene Ebene S kann eine Fläche sein, die die Einfallsrichtung schneidet, z.B. eine Fläche, die gegenüber der Einfallsrichtung z.B. in einem Winkel von 30° oder weniger geneigt ist.
Bezugszeichenliste

1:: zu bearbeitendes Objekt (Objekt),
3:: Vorderfläche (zu messende Oberfläche),
100:: Abstandsmesseinheit,
101:: Abstandsmesslichtquelle,
104:: dichroitischer Spiegel (optisches Element),
105:: Abbildungslinse,
106:: Reflexionsgitter (Einheit zur Einstellung des optischen Pfades),
107:: Lichterfassungseinheit,
107a:: Lichtempfangsfläche,
200:: Laserbearbeitungsvorrichtung (Lichtbestrahlungsvorrichtung),
201:: Tisch (Auflageeinheit),
202:: Laserlichtquelle (Bestrahlungslichtquelle),
205:: Objektivlinse,
207:: Antriebseinheit,
230:: Steuereinheit, IL: Laserlicht (Bestrahlungslicht),
RL1:: Abstandsmesslicht,
RL2:: reflektiertes Licht.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5743123 [0003]

Claims

Abstandsmesseinheit, umfassend: einer Abstandsmesslichtquelle, die Abstandsmesslicht ausgibt, das Laserlicht ist; eine Objektivlinse, durch die das Abstandsmesslicht und reflektiertes Licht übertragen werden, wobei das reflektierte Licht das Abstandsmesslicht ist, das von einer zu messenden Oberfläche eines Objekts reflektiert wird; eine Abbildungslinse, durch die das reflektierte Licht übertragen wird und die ein Bild an einer Abbildungsposition erzeugt, wobei das Bild ein Bild an einer Position ist, an der das Abstandsmesslicht oder das reflektierte Licht durch die Objektivlinse gesammelt wird; eine Einheit zur Einstellung des optischen Pfades, die einen optischen Pfad des reflektierten Lichts einstellt; und eine Lichterfassungseinheit, die das reflektierte Licht erfasst, wobei die Objektivlinse die Übertragung des Abstandsmesslichts durch sie hindurch zur Objektseite in einem Zustand ermöglicht, in dem ein optischer Pfad des Abstandsmesslichts von der Mittelachse der Objektivlinse beabstandet ist, wobei die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades den optischen Pfad des reflektierten Lichts so einstellt, dass die Abbildungsposition des reflektierten Lichts, das in mindestens einer Richtung senkrecht zu einer Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit einfallenden reflektierten Lichts abgebildet wird, sich einer vorbestimmten Ebene nähert, die die Einfallsrichtung schneidet, und wobei eine Lichtempfangsfläche der Lichterfassungseinheit so angeordnet ist, dass sie entlang der vorgegebenen Ebene ausgerichtet ist.
Abstandsmesseinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades den optischen Pfad des reflektierten Lichts zwischen der Abbildungslinse und der Lichterfassungseinheit einstellt.
Abstandsmesseinheit gemäß Anspruch 2, wobei die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades ein Reflexionsgitter mit einer Vielzahl von Rillen ist, die sich entlang einer Richtung erstrecken, die parallel zu der Lichtempfangsfläche und orthogonal zu der einen Richtung ist.
Abstandsmesseinheit gemäß Anspruch 3, wobei die Lichterfassungseinheit eine Vielzahl von Lichterfassungskanälen enthält, die entlang einer Richtung parallel zu der einen Richtung angeordnet sind.
Abstandsmesseinheit gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Objektivlinse und die Abbildungslinse so konfiguriert sind, dass eine Richtung des optischen Pfades des von der Abbildungslinse emittierten reflektierten Lichts konstant wird.
Abstandsmesseinheit gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei ein Bild des reflektierten Lichts auf der Lichtempfangsfläche eine längliche Form aufweist, in der eine zu der einen Richtung orthogonale Richtung als eine Längsrichtung festgelegt ist.
Lichtbestrahlungsvorrichtung, umfassend: eine Auflageeinheit, die ein Objekt trägt; eine Bestrahlungslichtquelle, die Bestrahlungslicht ausgibt; eine Abstandsmesslichtquelle, die Abstandsmesslicht ausgibt, das Laserlicht ist; ein optisches Element, durch das eine Seite des Bestrahlungslichts und des Abstandsmesslichts übertragen wird und von dem die andere Seite des Bestrahlungslichts und des Abstandsmesslichts reflektiert wird; eine Objektivlinse, durch die das Bestrahlungslicht, das Abstandsmesslicht und das reflektierte Licht übertragen werden, wobei das reflektierte Licht das Abstandsmesslicht ist, das von einer zu messenden Oberfläche des Objekts reflektiert wird; eine Abbildungslinse, durch die das reflektierte Licht übertragen wird und die ein Bild an einer Abbildungsposition erzeugt, wobei das Bild ein Bild an einer Position ist, an der das Abstandsmesslicht oder das reflektierte Licht durch die Objektivlinse gesammelt wird; eine Einheit zum Einstellen des optischen Pfades, die einen optischen Pfad des reflektierten Lichts einstellt; eine Lichterfassungseinheit, die das reflektierte Licht detektiert; eine Antriebseinheit, die die Objektivlinse entlang einer Mittelachse der Objektivlinse bewegt; und eine Steuereinheit, die die Antriebseinheit auf der Grundlage eines elektrischen Signals ansteuert, das von der Lichterfassungseinheit ausgegeben wird, wobei die Objektivlinse die Übertragung des Abstandsmesslichts durch sie hindurch zur Objektseite in einem Zustand ermöglicht, in dem ein optischer Pfad des Abstandsmesslichts von der Mittelachse der Objektivlinse beabstandet ist, wobei die Einheit zur Einstellung des optischen Pfades den optischen Pfad des reflektierten Lichts so einstellt, dass die Abbildungsposition des reflektierten Lichts, das in mindestens einer Richtung senkrecht zu einer Einfallsrichtung des auf die Lichterfassungseinheit einfallenden reflektierten Lichts abgebildet wird, sich einer vorbestimmten Ebene nähert, die die Einfallsrichtung schneidet, und wobei eine Lichtempfangsfläche der Lichterfassungseinheit so angeordnet ist, dass sie entlang der vorgegebenen Ebene ausgerichtet ist.