JPH0275488A - 自動焦点合せ装置 - Google Patents
自動焦点合せ装置Info
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- JPH0275488A JPH0275488A JP63226683A JP22668388A JPH0275488A JP H0275488 A JPH0275488 A JP H0275488A JP 63226683 A JP63226683 A JP 63226683A JP 22668388 A JP22668388 A JP 22668388A JP H0275488 A JPH0275488 A JP H0275488A
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- objective lens
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 17
- 238000007716 flux method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は自動焦点合せ装置に関し、特にレーザトリマ、
マスクリペア等レーザ加工装置の自動焦点合せ装置に関
する。
マスクリペア等レーザ加工装置の自動焦点合せ装置に関
する。
従来、この種の自動焦点合せ装置は光デイスク分野で各
種方式が開発されており、主な方式として偏心光束法、
ナイフェツジ法、非点収差法、臨界角検出法などがある
。本発明は偏心光束法に属する。偏心光束法では、焦点
位置検出用の光束を光軸から偏心させて対物レンズに入
射し、試料面に集光する。試料面で反射した光束は、同
一対物レンズを通り、２分割受光素子に入射する。この
時入射光束は試料面に対して斜入射となるため、試料面
位置が光軸方向に変化すると、試料面上の光束スポット
位置が移動する。従って反射光の光路は変化し、２分割
受光素子上の光束スポットも移動する。この時の２分割
受光素子の差信号を検出することで焦点合せを行なう方
法が偏心光束法である。
種方式が開発されており、主な方式として偏心光束法、
ナイフェツジ法、非点収差法、臨界角検出法などがある
。本発明は偏心光束法に属する。偏心光束法では、焦点
位置検出用の光束を光軸から偏心させて対物レンズに入
射し、試料面に集光する。試料面で反射した光束は、同
一対物レンズを通り、２分割受光素子に入射する。この
時入射光束は試料面に対して斜入射となるため、試料面
位置が光軸方向に変化すると、試料面上の光束スポット
位置が移動する。従って反射光の光路は変化し、２分割
受光素子上の光束スポットも移動する。この時の２分割
受光素子の差信号を検出することで焦点合せを行なう方
法が偏心光束法である。
上述した従来の偏心光束法では、焦点位置ずれ量を比較
的広い範囲で検知できる利点がある反面、試料面に対し
て光束が斜入射することから９表面の段差、凹凸の大き
い試料に対して。
的広い範囲で検知できる利点がある反面、試料面に対し
て光束が斜入射することから９表面の段差、凹凸の大き
い試料に対して。
焦点合せが不安定になるという課題がある。
特に、レーザトリマ等のレーザ加工機では。
対象となる試料は回路基板等で１表面には配線。
トランジスタセル等があり、多種の段差、凹凸を持つ。
例えば、第７図（ａ） 、 ＋１））に示すように。
試料面７１上にパターンの段差７２がある場合で、入射
光束７３を対物レンズ７５で集光したスポットが段差７
２近傍に位置するとき、入射光束７３に対する段差７２
の位置によって対物レンズ７５を通り受光素子まで達す
る反射光の強度が異なる。従って、このような基板表面
の段差や凹凸が集光スポットに比較的近い大きさの場合
には安定な焦点合せを行なうことが困難となる。
光束７３を対物レンズ７５で集光したスポットが段差７
２近傍に位置するとき、入射光束７３に対する段差７２
の位置によって対物レンズ７５を通り受光素子まで達す
る反射光の強度が異なる。従って、このような基板表面
の段差や凹凸が集光スポットに比較的近い大きさの場合
には安定な焦点合せを行なうことが困難となる。
本発明は従来のもののこのような課題を解決しようとす
るもので、試料面上パターンの段差。
るもので、試料面上パターンの段差。
凹凸による焦点位置検出の不安定さを軽減した自動焦点
合せ装置を提供するものである。
合せ装置を提供するものである。
本発明の自動焦点合せ装置は、１個以上の焦点位置検出
用光源と、該光源から出た光束を試料表面に集光する対
物レンズと、該対物レンズ光軸に対して、光束を複数位
置に偏心させる手段と、試料面からの反射光を検出する
多分割受光素子と、該受光素子出力を光束の偏心光路位
置に対応させて検出し、信号処理を行なって焦点位置ズ
レ量に比例した位置誤差信号を出力する回路と、前記位
置誤差信号により対物レンズと試料間隔を変化させ焦点
合せを行なう手段とを含んで構成される。
用光源と、該光源から出た光束を試料表面に集光する対
物レンズと、該対物レンズ光軸に対して、光束を複数位
置に偏心させる手段と、試料面からの反射光を検出する
多分割受光素子と、該受光素子出力を光束の偏心光路位
置に対応させて検出し、信号処理を行なって焦点位置ズ
レ量に比例した位置誤差信号を出力する回路と、前記位
置誤差信号により対物レンズと試料間隔を変化させ焦点
合せを行なう手段とを含んで構成される。
次に本発明について実施例に従って説明する。
第１図は本発明の第１の実施例の構成図である。
半導体レーザＡ１０１の出力光はコリメータレンズ１０
２により平行光束（光束Ａ）となり。
２により平行光束（光束Ａ）となり。
ビームスプリッタ１０５により光軸の片側だけの光束が
偏光板１０６を通過して偏光ビームスプリッタ１１０に
入る。
偏光板１０６を通過して偏光ビームスプリッタ１１０に
入る。
偏光ビームスプリッタ１１０で反射された光束はλ／４
板１１１を通過し、ダイクロイックミラー１１２で反射
された後、対物レンズ１１３によって試料面２１４に集
光される。試料面２１４で反射された光束は再び対物レ
ンズ１１３を通り、ダイクロイックミラー１１２で反射
された後、λ／４板１１１と偏光ビームスプリッタ１１
０を通過して、集光レンズ１０９により２分割受光素子
面１０７．１０８上に集光される。
板１１１を通過し、ダイクロイックミラー１１２で反射
された後、対物レンズ１１３によって試料面２１４に集
光される。試料面２１４で反射された光束は再び対物レ
ンズ１１３を通り、ダイクロイックミラー１１２で反射
された後、λ／４板１１１と偏光ビームスプリッタ１１
０を通過して、集光レンズ１０９により２分割受光素子
面１０７．１０８上に集光される。
一方、半導体レーザＢ１０３の出力光は、コリメータレ
ンズ１０４により平行光束（光束Ｂ）となった後、ビー
ムスプリッタ１０５により光軸の片側半分だけが試料面
まで到達するが、この時の対物レンズ光軸に対する偏心
は光束Ａと光束Ｂでは軸対称となる。従って試料面に対
する入射角も光束Ａと光束Ｂでは軸対称となる。
ンズ１０４により平行光束（光束Ｂ）となった後、ビー
ムスプリッタ１０５により光軸の片側半分だけが試料面
まで到達するが、この時の対物レンズ光軸に対する偏心
は光束Ａと光束Ｂでは軸対称となる。従って試料面に対
する入射角も光束Ａと光束Ｂでは軸対称となる。
このため、第７図（ａ） Ｉ （ｂ）に示したようなス
ポットが段差にかかるような場合でも、光束Ａ、光東Ｂ
各々の光束を使った時の受光素子出力を処理することに
より１段差の違いによる焦点位置検出の不安定性を低減
することができる。
ポットが段差にかかるような場合でも、光束Ａ、光東Ｂ
各々の光束を使った時の受光素子出力を処理することに
より１段差の違いによる焦点位置検出の不安定性を低減
することができる。
次に９本第１の実施例の受光素子出力信号の処理部−つ
いて、第３図′、第４図に従って説明する。
いて、第３図′、第４図に従って説明する。
第５図において、受光素子（１／２）３１の出力信号Ｏ
ＵＴ １と受光素子（２／２ ） ３２の出力信号ＯＵ
Ｔ ２は、各々反転器３３．３４と加算器３５，３６．
３７の組合せにより、０ＵＴ１−Ｏ［ＴＴ ２ 、 Ｏ
ＵＴ １ ＋ ＯＵＴ ２ 、 ＯＵＴ ２−０ＵＴ
１の６種類に変換される。これらの信号は、試料面が合
焦点位置からずれている場合。
ＵＴ １と受光素子（２／２ ） ３２の出力信号ＯＵ
Ｔ ２は、各々反転器３３．３４と加算器３５，３６．
３７の組合せにより、０ＵＴ１−Ｏ［ＴＴ ２ 、 Ｏ
ＵＴ １ ＋ ＯＵＴ ２ 、 ＯＵＴ ２−０ＵＴ
１の６種類に変換される。これらの信号は、試料面が合
焦点位置からずれている場合。
第４図のようになり、また試料面が合焦点位置にある場
合を第５図のようになる。第１図において、半導体レー
ザＡとＢは第３図のクロック回路４５から出力されるＯ
ＬＫ Ａ、（！ＬＫ Ｂのパルスにより交互に発光
するが、この時のＣＬＫ Ａ、ＣＬＫ Ｂと受光素
子信号出力ＯＵＴ １ 、ＯＵＴ ２ の関係は試料面
が合焦点位置からずれている場合は第４図に示す通りで
ある。
合を第５図のようになる。第１図において、半導体レー
ザＡとＢは第３図のクロック回路４５から出力されるＯ
ＬＫ Ａ、（！ＬＫ Ｂのパルスにより交互に発光
するが、この時のＣＬＫ Ａ、ＣＬＫ Ｂと受光素
子信号出力ＯＵＴ １ 、ＯＵＴ ２ の関係は試料面
が合焦点位置からずれている場合は第４図に示す通りで
ある。
ＯＬＫ ｈパルス半導体レーザドライバ（ＬＤドライ
バ）４６を介して半導体レーザＡ（ＬＤ−Ａ）４８が発
光し、その光束が試料面で反射されて受光素子（１／２
）３１ 、 （２／２）３２に入射した時、受光素子（
１／２ ） ３１出力のＯＵＴ １のほうが受光素子（
２／２）３２出力の０ＵＴ２より大きいが、（１！ＬＫ
ＢによりＬＤドライバ４７を介して半導体レーザＢ（Ｌ
Ｄ・Ｂ）４９が発光した場合には、その関係が逆になる
。○ＵＴ１−ＯＵＴ２とＯＵＴ １ ＋ＯＵＴ ２の信
号をＣＬＫ Ａに同期させてサンプルホールド回路３
８．３９でサンプルホールドし、サンプルホールド出力
を割算器４２に通して（ＯＵＴｌ−ＯＵＴ２）／（ＯＵ
Ｔ１＋０ＵＴ２）の出力信号Ａ ／Ａ＋を得る。出力信
号Ａ ／Ａ＋は、２分割受光素子の差信号を全受信号で
規格化することにより、試料表面の反射率変動の影響を
低減したものである。
バ）４６を介して半導体レーザＡ（ＬＤ−Ａ）４８が発
光し、その光束が試料面で反射されて受光素子（１／２
）３１ 、 （２／２）３２に入射した時、受光素子（
１／２ ） ３１出力のＯＵＴ １のほうが受光素子（
２／２）３２出力の０ＵＴ２より大きいが、（１！ＬＫ
ＢによりＬＤドライバ４７を介して半導体レーザＢ（Ｌ
Ｄ・Ｂ）４９が発光した場合には、その関係が逆になる
。○ＵＴ１−ＯＵＴ２とＯＵＴ １ ＋ＯＵＴ ２の信
号をＣＬＫ Ａに同期させてサンプルホールド回路３
８．３９でサンプルホールドし、サンプルホールド出力
を割算器４２に通して（ＯＵＴｌ−ＯＵＴ２）／（ＯＵ
Ｔ１＋０ＵＴ２）の出力信号Ａ ／Ａ＋を得る。出力信
号Ａ ／Ａ＋は、２分割受光素子の差信号を全受信号で
規格化することにより、試料表面の反射率変動の影響を
低減したものである。
同様に、半導体レーザＢ４９の場合にはサンプルホール
ド回路４０．４１でサンプルホールドし９割算器４３で
（ＯＵＴ２−ＯＵＴ ）／（ＯＵＴ１＋０ＵＴ２）の出
力信号Ｂ ／Ｂ＋を得る。これらを加算器４４により加
え合せた（Ａ ／Ａ＋＋Ｂ ／Ｂ＋）信号は、偏心光束
の試料面に対する入射角の影響をキャンセルした信号で
あるため１段差部分でも比較的安定な焦点位置合せを行
なうことができる。（Ａ〜／Ａ＋ 十Ｂ −／Ｂ＋ ）
信号は、第６図に示す通り１合焦点位置な０とし焦点位
置ズレ方向２に従って正負に変化する。従ってこの信号
が０となるように第１図の対物レンズ１１３又は試料を
光軸方向に移動させれば自動的に焦点合せを行なうこと
ができる。
ド回路４０．４１でサンプルホールドし９割算器４３で
（ＯＵＴ２−ＯＵＴ ）／（ＯＵＴ１＋０ＵＴ２）の出
力信号Ｂ ／Ｂ＋を得る。これらを加算器４４により加
え合せた（Ａ ／Ａ＋＋Ｂ ／Ｂ＋）信号は、偏心光束
の試料面に対する入射角の影響をキャンセルした信号で
あるため１段差部分でも比較的安定な焦点位置合せを行
なうことができる。（Ａ〜／Ａ＋ 十Ｂ −／Ｂ＋ ）
信号は、第６図に示す通り１合焦点位置な０とし焦点位
置ズレ方向２に従って正負に変化する。従ってこの信号
が０となるように第１図の対物レンズ１１３又は試料を
光軸方向に移動させれば自動的に焦点合せを行なうこと
ができる。
第２図は本発明の第２の実施例の構成図である。第１図
の第１の実施例では、半導体レーザな２個使用し、交互
にパルス発光させることにより光路な切替えたが１本第
２の実施例では。
の第１の実施例では、半導体レーザな２個使用し、交互
にパルス発光させることにより光路な切替えたが１本第
２の実施例では。
１個の半導体レーザの光を振動スリットにより切替えて
いる。
いる。
半導体レーザ２０１の出力光は、コリメータレンズ２０
２により平行光重に変換され、振動スリット２０４を通
過した部分光束が偏光板２０５、偏光ビームスプリッタ
２０９．λ／４板２１０、ダイクロイックミラー２１１
を経て。
２により平行光重に変換され、振動スリット２０４を通
過した部分光束が偏光板２０５、偏光ビームスプリッタ
２０９．λ／４板２１０、ダイクロイックミラー２１１
を経て。
対物レンズ２１２に入り、試料面２１４上に集光される
。振動スリット２０４はリニアモータ２０３により光軸
な中心として直角方向に振動走査される。従って、対物
レンズ２１２に到達する光束は振動スリット２０４の位
置に応じて。
。振動スリット２０４はリニアモータ２０３により光軸
な中心として直角方向に振動走査される。従って、対物
レンズ２１２に到達する光束は振動スリット２０４の位
置に応じて。
光軸に対して対称に偏心することになる。試料面２１４
により反射された半導体レーザの光束は、再び対物レン
ズ２１２を通り、ダイクロイックミラー２１１で反射さ
れて、λ／４板２１０゜偏心ビームスプリッタ２０９を
通過した後、集光レンズ２０８によって２分割受光素子
２０６゜２０７上に集光される。
により反射された半導体レーザの光束は、再び対物レン
ズ２１２を通り、ダイクロイックミラー２１１で反射さ
れて、λ／４板２１０゜偏心ビームスプリッタ２０９を
通過した後、集光レンズ２０８によって２分割受光素子
２０６゜２０７上に集光される。
本実施例では、半導体レーザは連続発光させておくこと
も可能で、振動スリットの最大振幅の位置に対応して受
光素子出力をサンプルホールドすれば良い。受光信号の
処理については第１の実施例の場合と同じ第３図の構成
を持つ信号処理回路によって行なう。
も可能で、振動スリットの最大振幅の位置に対応して受
光素子出力をサンプルホールドすれば良い。受光信号の
処理については第１の実施例の場合と同じ第３図の構成
を持つ信号処理回路によって行なう。
なお以上２つの例では位置検出用光束を対物レンズの光
軸に対して丁度対称になるように設定しであるが、成る
程度は対称性を欠いても特に問題は起らない。
軸に対して丁度対称になるように設定しであるが、成る
程度は対称性を欠いても特に問題は起らない。
以上説明したように９本発明は偏心光束法において１以
上の焦点位置検出用光束を対物レンズ光軸に対して複数
光路を通過させることによ。
上の焦点位置検出用光束を対物レンズ光軸に対して複数
光路を通過させることによ。
・す、試料面上パターンの段差、凹凸による焦点位置検
出の不安定さを低減することのできる効果がある。
出の不安定さを低減することのできる効果がある。
第１図は本発明の第１の実施例の構成プロッり図、第２
図は本発明の第２の実施例の構成ブロック図、第３図は
本発明の第１．第２の実施例に対する信号処理部の構成
ブロック図、第４図は第３図の信号処理部の各部の試料
面が焦点位置からはずれている場合の信号波形の一例の
説明図、第５図は試料面がほぼ焦点位置にある場合の信
号波形の一例の説明図、第６図は第３図に示した信号処
理部の最終出力と焦点位置ズレ量の関係を示す図、第７
図は偏心光束法に対する試料面パターンの段差の影響に
対する説明図である。 記号の説明：３１と３２は受光素子、３３と３４は反転
器、３５〜３７は加算器、３８〜徒 パ、４８と４９はＬＤドライバＡとＢ、１０１は半導体
レーザＡ、１０２はコリメータレンズ。 １０３は半導体レーザＢ、１０４はコリメータレンズ、
１０５はビームスプリッタ、１０６は偏光板、１０７は
２分割受光素子（１／２）、１０８は２分割受光素子（
２／２）、１０９は集光レンズ。 １１０は偏光ビームスプリッタ、１１１はλ／４板、１
１２はダイクロイックミラー、１１３は対物レンズ、１
１４は試料面（ＵＰ方向デフォーカス状態）、１１５は
試料面（フォーカスの合った状態）、１１６は試料面（
ＤＯＷＮ方向デフォーカス状態）、２０３はリニアモー
タ、２０４は振動スリットをそれぞれあられしている。 第１図 第２図 ２０１：半導体し−サ゛ ２０２！コリメータＬンズ
図は本発明の第２の実施例の構成ブロック図、第３図は
本発明の第１．第２の実施例に対する信号処理部の構成
ブロック図、第４図は第３図の信号処理部の各部の試料
面が焦点位置からはずれている場合の信号波形の一例の
説明図、第５図は試料面がほぼ焦点位置にある場合の信
号波形の一例の説明図、第６図は第３図に示した信号処
理部の最終出力と焦点位置ズレ量の関係を示す図、第７
図は偏心光束法に対する試料面パターンの段差の影響に
対する説明図である。 記号の説明：３１と３２は受光素子、３３と３４は反転
器、３５〜３７は加算器、３８〜徒 パ、４８と４９はＬＤドライバＡとＢ、１０１は半導体
レーザＡ、１０２はコリメータレンズ。 １０３は半導体レーザＢ、１０４はコリメータレンズ、
１０５はビームスプリッタ、１０６は偏光板、１０７は
２分割受光素子（１／２）、１０８は２分割受光素子（
２／２）、１０９は集光レンズ。 １１０は偏光ビームスプリッタ、１１１はλ／４板、１
１２はダイクロイックミラー、１１３は対物レンズ、１
１４は試料面（ＵＰ方向デフォーカス状態）、１１５は
試料面（フォーカスの合った状態）、１１６は試料面（
ＤＯＷＮ方向デフォーカス状態）、２０３はリニアモー
タ、２０４は振動スリットをそれぞれあられしている。 第１図 第２図 ２０１：半導体し−サ゛ ２０２！コリメータＬンズ
Claims (1)
- １、１個以上の焦点位置検出用光源と、該光源から出た
光束を試料表面に集光する対物レンズと、該対物レンズ
光軸に対して光束を複数位置に偏心させる手段と、試料
面からの反射光を検出する多分割受光素子と、該受光素
子出力を光束の偏心光路位置に対応させて検出し、信号
処理を行なって焦点位置ずれ量に比例した位置誤差信号
を出力する手段と、前記位置誤差信号により対物レンズ
と試料間隔を変化させ焦点合せを行なう手段とを含むこ
とを特徴とする自動焦点合せ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226683A JPH0275488A (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 自動焦点合せ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63226683A JPH0275488A (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 自動焦点合せ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0275488A true JPH0275488A (ja) | 1990-03-15 |
Family
ID=16849018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63226683A Pending JPH0275488A (ja) | 1988-09-12 | 1988-09-12 | 自動焦点合せ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0275488A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5415553A (en) * | 1992-11-13 | 1995-05-16 | Szmidla; Andrew | Device for identifying an object using an omnidirectional bar code |
| CN110524108A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-03 | 中南大学 | 基于二次谐波的定位激光聚焦点的方法和光路系统 |
-
1988
- 1988-09-12 JP JP63226683A patent/JPH0275488A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5415553A (en) * | 1992-11-13 | 1995-05-16 | Szmidla; Andrew | Device for identifying an object using an omnidirectional bar code |
| CN110524108A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-03 | 中南大学 | 基于二次谐波的定位激光聚焦点的方法和光路系统 |
| CN110524108B (zh) * | 2019-09-12 | 2021-11-30 | 中南大学 | 基于二次谐波的定位激光聚焦点的方法和光路系统 |
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