JP3887431B2

JP3887431B2 - レーザリペア機能付顕微鏡

Info

Publication number: JP3887431B2
Application number: JP09424196A
Authority: JP
Inventors: 和宏神崎
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH09281396A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶モジュール、ＩＴＯ基板、カラーフィルター等の製造工程で、ＩＯＴ、ＣｒのショートやＣＦの突起などの不良部分をレーザを用いて修正するレーザリペア機能を有するレーザリペア機能付顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザリペア機能付顕微鏡として、図３に示すように、落射照明用光源１からの落射照明光をハーフミラー２で反射させ、対物レンズ３を通して試料４に照射し、この試料４からの観察像を対物レンズ３より、ハーフミラー２、結像レンズ５を介してプリズム６に与え、ここで９０°曲げ、光路延長筒７中に沿って延長光学系８、レーザ光の波長を遮断するフィルタ９を通し、さらにミラー１０で反射させて、ＴＶカメラ１１および接眼レンズ１２の中間像位置に結像させ、これらＴＶカメラ１１および接眼レンズ１２での観察により試料４上での欠陥を検索し、この検索の結果から、レーザ光源ユニット１３の照明光源１３１により試料４上の所望する位置にスリット１３２像を結像させるとともに、スリット幅などを調整した後、レーザ光源ユニット１３のレーザ光源１３３よりレーザ光をプリズム１４を通してプリズム６から結像レンズ５、ハーフミラー２、対物レンズ３を通して試料４に照射して、レーザリペアを行うようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このように顕微鏡観察用光路とレーザ照射用光路とで光路の一部を共用するものでは、レーザ光が通過するハーフミラー２、プリズム６、１４、結像レンズ５のそれぞれに通常のコートとは別に、特別なコートを施さなければならない。この場合のコートは、レーザ光のパワーや波長によって異なるだけでなく、レーザ光は、干渉性が高いためゴーストやフレアも考慮する必要があり、特に、紫外域のレーザについては、通常の材料では透過性が悪いため、材料自体も変える必要がある。
【０００４】
この結果、これらコートの存在が、顕微鏡観察用光路における可視域の最適化を困難にして、コントラストや解像度の低下を招き、観察時の画質を劣化させてしまうという問題点があった。
【０００５】
また、既にユーザが使用している装置にレーザリペア機能を追加するような場合やレーザの波長を変更するような場合は、上述した特別なコートを施した光学部品を別なものに交換するとともに、さらに光学的調整も必要となり、これらに多大の費用と手間がかかるという問題もあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、良質の観察画像が得られるレーザリペア機能付顕微鏡を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対象物上の欠陥部を観察する顕微鏡観察用光学手段が設けられた第１の鏡筒と、前記第１の鏡筒の下に交換可能に配置され、レーザ光を前記対象物上の欠陥部に結像させるレーザ照射用光学手段が設けられた第２の鏡筒と、前記第２の鏡筒の下に配置された対物レンズと、前記第２の鏡筒中に、前記対物レンズの直上に隣接して配置され、前記観察用光学手段の光路と前記レーザ照射用光学手段の光路を切替える光路切替え手段とにより構成している。
【００１０】
また、請求項２記載の発明によれば、光路切替え手段によりレーザ照射用光学手段に光路が切替わると、遮断手段により観察用光学手段の光路が遮断されるので、顕微鏡観察用光路へのレーザ光の侵入を確実に防止できる。
【００１１】
さらに請求項３記載の発明によれば、対物レンズとして、観察用光学手段に対応する対物レンズとレーザ照射用光学手段に対応する対物レンズが各別に用意されるので、試料の微細な欠陥に対しては、観察用対物レンズにより精度よい欠陥検出を行うことができ、その後のレーザ照射では、レーザ照射用対物レンズにより高出力エネルギーのレーザ光を照射することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従い説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、本発明が適用されるレーザリペア機能付顕微鏡の概略構成を示している。図において、２１は落射照明用光源で、この落射照明用光源２１からの落射照明光をハーフミラー２２で反射させ、中間鏡筒２３中に設けられた光路切替え手段３６より対物レンズ２４を通して試料２５に照射するようにしている。また、試料２５からの観察像を対物レンズ２４より光路切替え手段３６、ハーフミラー２２、結像レンズ２６を通ってプリズム２７に与え、ここで９０°曲げ、光路延長筒２８中に沿って延長光学系２９を通し、さらにミラー３０で反射させて、ＴＶカメラ３１および接眼レンズ３２の中間像位置に結像させるようにしている。
【００１３】
一方、３３はレーザ光源ユニットで、このレーザ光源ユニット３３は、レーザ光源３３３とスリット照明用光源３３１とスリット３３２を有していて、光源３３１によるスリット３３２の像を中間鏡筒２３中に沿って配置された凸レンズ３４、結像レンズ３５、光路切替え手段３６を通して対物レンズ２４より試料２５上に結像させるとともに、このスリット３３２の像の範囲でレーザ光源３３３からのレーザ光を照射するようにしている。
【００１４】
ここで、中間鏡筒２３中に結像レンズ３５の他に、凸レンズ３４を設けたのは、スリット３３２の結像位置を短くするためである。また、これら結像レンズ３５と凸レンズ３４は、使用されるレーザ光の波長、パワーに対応したコートが施されたり、最適な材料のものが採用されている。勿論、凸レンズ３４に代わって、複数のレンズを組み合わせたレンズ群を使用してもよい。また、レーザ光源ユニット３３のレイアウトに余裕があり、結像位置を短くする必要がなければ、凸レンズ３４を省略してもよい。
【００１５】
また、中間鏡筒２３の光路切替え手段３６は、対物レンズ２４の直上に隣接して配置されるとともに、ＴＶカメラ３１および接眼レンズ３２に対する顕微鏡観察光路とレーザ光源ユニット３３に対するレーザ照射用光路を切替えるもので、同図（ｂ）に示すようにプリズム３６１とブロック３６２を並べて設けるとともに、運動案内要素としてすべり機構を用いたアリ３６３を一体に形成し、このアリ３６３が嵌合される中間鏡筒２３側のアリ溝２３１に沿って紙面と垂直の方向に直線移動可能にすることで、プリズム３６１またはブロック３６２を選択的に光路中に挿入できるようにしている。ここでは、すべり機構を用いたアリの他に、転がり機構を用いた運動案内要素を使用してもよい。
【００１６】
プリズム３６１は、レーザ光の波長は全反射し、その他の可視光は、反射及び透過するような材料からなるもので、レーザ光源３３３からのレーザ光を全て対物レンズ２４側に反射させることにより、レーザ照射用光路と顕微鏡観察光路を光学的に切り離している。
【００１７】
プリズム３６１には、さらなる安全を確保するためハーフミラー２２に対向する面にシャッタとしてレーザ波長を遮断するフィルタ３７を設けている。このフィルタ３７は、プリズム３６１または試料２５などで反射したレーザ光が顕微鏡観察光路のハーフミラー２２側に侵入するのを防止するためのものである。勿論、シャッタとしては、フィルタ３７以外の、シャッタ幕など遮光部材をレーザ光の照射時に機械的に光路中に挿入させるようにしてもよい。
【００１８】
また、ブロック３６２は、顕微鏡観察の際の視野を確保するための透穴３６２１を有していて、この透穴３６２に落射照明用光源２１からの落射照明光、試料２５からの観察像を通過させるようにしている。
【００１９】
なお、光路切替え手段３６を直線移動させる駆動源としては、エアシリンダやモータなどのアクチュエータが用いられ、このアクチュエータを制御することで、プリズム３６１またはブロック３６２を選択的に光路中に挿入できるようにしている。勿論、アクチュエータに代えて、光路切替え手段３６に摘みなどを取り付け、この摘みを手動操作することで、プリズム３６１またはブロック３６２を選択的に光路中に挿入するようにもできる。
【００２０】
なお、図面中３８はオートフォーカスユニット、３９はプリズムである。
図２は、このように構成したレーザリペア機能付顕微鏡の特徴的構成を示すもので、図１と同一部分には同符号を付している。この場合、対物レンズ２４の直上に光路切替え手段３６を配置して、この光路切替え手段３６のプリズム３６１またはブロック３６２を選択的に光路中に挿入することで、顕微鏡観察光路またはレーザ照射用光路を選択または分離できるようにしている。
【００２１】
しかして、このような構成において、まず、顕微鏡観察により試料２５上の欠陥を検出する場合は、光路切替え手段３６を操作して透穴３６２１を有する透明率１００％のブロック３６２を光路中に挿入する。
【００２２】
そして、落射照明用光源２１から落射照明光を出射すると、ハーフミラー２２で反射され、光路切替え手段３６のブロック３６２の透穴３６２１を通って、対物レンズ２４より試料２５に照射される。
【００２３】
すると、試料２５からの観察像が、対物レンズ２４より光路切替え手段３６のブロック３６２の透穴３６２１を通り、さらにハーフミラー２２、結像レンズ２６を通ってプリズム２７に与えられ、ここで９０°曲げられて、光路延長筒２８中の延長光学系２９を通り、さらにミラー３０で反射され、ＴＶカメラ３１および接眼レンズ３２の中間像位置に結像される。これにより、これらＴＶカメラ３１および接眼レンズ３２での観察により試料２５上での欠陥検出が行われる。
【００２４】
次に、試料２５上の欠陥部をレーザリペア処理するには、再び光路切替え手段３６を操作して、今度はプリズム３６１を光路中に挿入する。
まず、レーザ光源側のシャッタ３３４を閉じ、プリズム３６１側のシャッタ３７を開いた状態にしておく。この状態で、レーザ光源ユニット３３の照明光源３３３より可視照明光を出射させると、スリット３３２の像が中間鏡筒２３中の凸レンズ３４、結像レンズ３５を通り、光路切替え手段３６のプリズム３６１で反射され、対物レンズ２４より試料２５上に結像される。このスリット３３２の像上に試料２５上の欠陥部が重なり合うように試料をＸ−Ｙステージなどで移動させる。この状態で、スリット３３２の開口を適当な大きさに調整し、試料２５面上に加工範囲を設定する。この加工範囲を表示するスリット像と試料像は、対物レンズ２４を含む観察光学系を通してＴＶカメラ３１または接眼レンズ３２により観察され、テレビモニター上に表示される。
【００２５】
このようにして、試料面の加工範囲をスリット像で特定した後、プリズム側のシャッタ３７を閉じた後、レーザ光源側のシャッタ３３４を開いてレーザ光源３３３からレーザ光を発射させる。このレーザ光は、スリット３３２で凸レンズ３４、結像レンズ３５、対物レンズ２４をと押して試料２５面の加工範囲に照射され、スリット３３２で特定された欠陥部の修正など目的とするレーザ加工処理が行われる。
【００２６】
従って、このようにすれば、対物レンズ２４を介して試料２５の観察像をＴＶカメラ３１および接眼レンズ３２に結像させる顕微鏡観察光路Ａと、対物レンズ２４を介してレーザ光源３３３からのレーザを試料２５上に結像させるレーザ照射用光路Ｂを対物レンズ２４の直上に隣接して設けられた光路切替え手段３６により切替えることで、顕微鏡観察光路Ａとレーザ照射用光路Ｂとで共用する部分を少なくするようにしたので、顕微鏡観察光路Ａの各光学素子にレーザ用の特別なコートを施すような処理が少なくなり、顕微鏡観察用光路Ａでの可視域の最適化を得られ、これによりコントラストや解像度を高めた良質の観察画像を得られる。
【００２７】
また、レーザ照射時には、フィルタ３７によるシャッタ効果により顕微鏡観察光路Ａが遮断されるので、顕微鏡観察用光路へレーザ光が侵入することがない。さらに、顕微鏡観察光路Ａとレーザ照射用光路Ｂを分離したことで、レーザリペア機能を後から追加するような場合やレーザの波長を変更するような場合も簡単に対応できる。
【００２８】
また、レーザ照射用光路Ｂの光学系は光路切替え手段３６を含めて、中間鏡筒２３中に配置されるので、仮に、レーザ照射用光路Ｂの光学系がダメージを受けても中間鏡筒２３ごと交換すればよいので、めなどうな現地修理、調整の手間、時間および費用などを省くことができる。
【００２９】
また、このような中間鏡筒２３を交換するだけで、様々な波長のレーザに使用することも可能になる。
ところで、上述では、対物レンズ２４は、顕微鏡観察時とレーザ照射時のいずれの場合でも同じものを使用しているが、一般には、顕微鏡観察の際に試料の微細な欠陥も見付け出したいため、光学性能の高い、いわゆる高解像で高コントラストの対物レンズを使用している。
【００３０】
ところが、このような光学性能の高い対物レンズは高価であり、レーザ照射の際に出力エネルギーのかなり大きなレーザ光が、対物レンズを通過するため、この時のレーザ光により対物レンズが焼き付けなどにより破損してしまうことがある。
【００３１】
そこで、高解像で高コントラストの顕微鏡観察用対物レンズと同一倍率で、高出力エネルギーのレーザ光に耐えられるレーザ加工用対物レンズを組として用意することが好ましい。これらレーザ加工用と顕微鏡観察用の１組の対物レンズを用意し、外部操作により光路上で切換えるように構成すれば、試料の微細な欠陥に対しては、対物レンズ２４を用いた顕微鏡観察により精度よい検出を行い、その後のレーザ照射では、対物レンズ２４１により高出力エネルギーのレーザ光を照射することができる。このように構成することにより、レーザ加工用に比べて高価な顕微鏡観察用対物レンズをレーザ光から保護することができ、従来のものに比べて顕微鏡用対物レンズの耐久性を著しく向上させることができ、経済的である。
【００３２】
なお、この実施の形態では、レーザ照明用光路と顕微鏡観察光路を１つのプリズム３６１で構成しているが、レーザ光源からレーザ光が照射されているときに、このレーザ光を全て対物レンズ２４側に反射させるミラーとレーザ光源からレーザ光が照射されていないときに、落射照明光源２１およびスリット照明光源３３１からの可視光を透過または反射させるハーフミラーまたは半透過プリズムを並設し、レーザ照射時と可視光照射時に切換えることもできる。
【００３３】
また、レーザ光源は、観察光路にレーザ光を遮断するシャッタまたはレーザ光を試料上に全反射させるミラーが挿入された状態でなければレーザ光を発光できないようにすることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、観察用光学手段とレーザ照射用光学手段とで光路を共用する部分を少なくすることにより、観察用光学手段の光学素子にレーザ用の特別なコートを施すあるいは特別な材料を極力なくし、顕微鏡観察用光路における可視域の最適化を得られ、コントラストや解像度を高めた良質の観察画像が得られるようになる。
【００３５】
さらに、観察用光学手段に対応する対物レンズとレーザ照射用光学手段に対応する対物レンズが各別に用意されるので、試料の微細な欠陥に対しては、観察用対物レンズより精度よい欠陥検出を行うことができ、その後のレーザ照射でも、レーザ照射用対物レンズにより高出力エネルギーのレーザ光を照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】一実施の形態の要部の概略構成を示す図。
【図３】従来のレーザリペア機能付顕微鏡の一例の概略構成を示す図。
【符号の説明】
２１…落射照明用光源、
２２…ハーフミラー、
２３…中間鏡筒、
２３１…アリ溝、
２４…対物レンズ、
２５…試料、
２６…結像レンズ、
２７…プリズム、
２８…光路延長筒、
２９…延長光学系、
３０…ミラー、
３１…ＴＶカメラ、
３２…接眼レンズ、
３３…レーザ発振管、
３３１…光源、
３３２…スリット、
３４…凸レンズ、
３５…結像レンズ、
３６…光路切替え手段、
３６１…プリズム、
３６２…ブロック、
３６３…アリ、
３７…フィルタ、
３８…オートフォーカスユニット、
３９…プリズム。

Claims

対象物上の欠陥部を観察する顕微鏡観察用光学手段が設けられた第１の鏡筒と、
前記第１の鏡筒の下に交換可能に配置され、レーザ光を前記対象物上の欠陥部に結像させるレーザ照射用光学手段が設けられた第２の鏡筒と、
前記第２の鏡筒の下に配置された対物レンズと、
前記第２の鏡筒中に、前記対物レンズの直上に隣接して配置され、前記観察用光学手段の光路と前記レーザ照射用光学手段の光路を切替える光路切替え手段と、
を具備したことを特徴とするレーザリペア機能付顕微鏡。
前記第２の鏡筒は、一方の端部にレーザ光源と、このレーザ光源の出射側に配置された第１のシャッタと、前記対象物の加工範囲を設定するスリット及び前記前記スリットに可視光を照射するスリット照明用光源とを備えたレーザ光源ユニットが連結され、他方の端部の下に前記対物レンズが取り付けられ、この対物レンズの直上に前記光路切替手段が配置され、更に前記光路切替手段の前記観察用光学手段の光路側に第２のシャッタが配置されていることを特徴とする請求項１記載のレーザリペア機能付顕微鏡。
前記光路切替え手段は、前記レーザ光源から照射されるレーザ光の波長を全反射して可視光を反射・透過するプリズム、又は前記レーザ光源から出射されるレーザ光を反射させるミラーと可視光を透過及び反射させる半透過光学素子とのいずれかからなり、レーザリペア処理する際に、第１のシャッタを閉じて第２のシャッタを開いた状態で、前記スリット照明光源から前記スリットを介して前記対象物にスリット像を結像させて前記観察用光学手段を通して前記スリット像に前記対象物の前記欠陥部を重ね合わせた後、前記第２のシャッタを閉じた後に第１のシャッタを開いて前記レーザ光源から前記スリットを介して前記対象物にレーザ光を照射することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のレーザリペア機能付顕微鏡。
前記レーザ光源は、前記第２のシャッタ又は前記ミラーに切換えられない状態ではレーザ光が発光できないようにしたことを特徴とする請求項３記載のレーザリペア機能付顕微鏡。