JPH0576039U - レーザ光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザとレンズ筒とを取付けケース内に収容
した構成のレーザ光源装置において、レーザの光軸調整
を簡単にかつ短時間で行なえるようにする。 【構成】 半導体レーザ20を保持ケース22内に収納し、
その保持ケースを取付けケース28内にレンズ筒26と共に
収容する。保持ケースの外周面及び取付けケースの内周
面にそれぞれ円周方向の溝34、38を形成し、それら両溝
間に跨がるようにＯ−リング40を配設する。取付けケー
スの溝の両側にそれぞれ、複数個のねじ孔42を円周方向
に等配して形成し、各ねじ孔に調整ねじ44を螺合させ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、レーザ光を放射するレーザ光源装置に関し、このレーザ光源装置 は、例えば、半導体装置の製造工程において、基板上に形成されたフォトレジス ト膜やシリコン酸化膜等の膜厚を膜厚測定装置によって測定する場合に、被測定 点に対する光学レンズ系の焦点合せを自動的に行なうオートフォーカス装置の光 源に使用されたり、基板が光線を遮断や反射することで基板の存在を光学的に検 出する機構における光源に使用されたりするなど、レーザ光の特性を利用した各 種装置の光源として使用される。

【０００２】

【従来の技術】

例えば、特公平３−５２８８５号公報に開示されているような顕微分光装置を 用いた光干渉式膜厚測定装置には、特に薄い膜の膜厚測定の精度を向上させるた めに、被測定点に対する光学レンズ系の焦点合せを自動的に行なうためのオート フォーカス機構が併設される。このオートフォーカス機構は、その概略構成を模 式的に図３に示すように、半導体レーザ２及びコリメートレンズ３を１つのケー スに組み込んだレーザ光源装置１、対物レンズ５とで結像光学系を構成するレン ズ６、レーザ検出器７、差動増幅器８、モータ制御回路９並びにパルスモータ10 などから構成されている。尚、ビームスプリッタ４及び対物レンズ５は、膜厚測 定装置の構成要素であるが、オートフォーカス機構において共用される。そして 、ステージ11の被測定点Ｐが合焦位置にあるときは、レーザ光源装置１から放射 されビームスプリッタ４及び対物レンズ５を経たレーザ光Ｌは、ステージ11の被 測定点Ｐで反射し、その反射レーザ光Ｌ’は、対物レンズ５、ビームスプリッタ ４及びレンズ６を経て、レーザ検出器７の中心部に入射する。このように、レー ザ検出器７の中心部に反射レーザ光Ｌ’が入射したときは、差動増幅器８からの 出力が無く、モータ制御回路９からパルスモータ10へ制御信号は出力されない。 これに対し、ステージ11が二点鎖線で示した位置にあるときは、レーザ光Ｌは、 被測定点Ｐから僅かに外れた位置で反射し、その反射レーザ光Ｌ”は、対物レン ズ５、ビームスプリッタ４及びレンズ６を経て、レーザ検出器７の上部に入射す る。このときは、レーザ検出器７への反射レーザ光Ｌ”の入射位置に応じた信号 が差動増幅器８から出力され、その出力に基づいてモータ制御回路９からパルス モータ10へ制御信号が送られ、そのパルスモータ10により差動増幅器８の出力が ０になるまでステージ11が矢印方向へ移動させられ、最終的にステージ11が実線 位置に到達した時点、すなわち被測定点Ｐが合焦位置に達した時点でステージ11 は停止する。以上のような動作により、焦点合せが自動的に行なわれ、その後に 、薄膜の膜厚測定が行なわれることになる。

【０００３】 上記したオートフォーカス機構による焦点合せが正確に行なわれないと、薄膜 の膜厚測定精度も低下することとなる。そして、オートフォーカス機構による焦 点合せが正確に行なわれるためには、レーザ光源装置１からレーザ光Ｌが所望通 りの方向に正確に放射されることが、最も重要な要件の１つとなる。

【０００４】 ここで、レーザ光源装置１は、図２に縦断面図を示すように、半導体レーザ２ とコリメートレンズが収納されたレンズ筒12とを円筒状の取付けケース13内に、 取付けケース13の軸心線と半導体レーザ２の軸心線及びレンズ筒12の光軸とがそ れぞれ一致するように収容して構成されている。そして、半導体レーザ２及びレ ンズ筒12は、取付けケース13に押しねじ14及び固定ねじ15によってそれぞれ固定 されている。このような構成のレーザ光源装置１において、レンズ筒12（コリメ ートレンズ）の光軸に対して半導体レーザ２の軸心線がずれていたり、半導体レ ーザ２の軸心線が傾いていたりすると、レーザ光源装置１から放射されるレーザ 光の方向が取付けケース13の軸線方向に対して傾斜を生じることになる。この結 果、レーザ光源装置１を膜厚測定装置の所定位置に正確に固定したとしても、レ ーザ光Ｌは、膜厚測定装置の光軸から外れてステージ11上に入射することになり 、正確な焦点合せを行なえなくなる。

【０００５】 以上は、レーザ光源装置を膜厚測定装置のオートフォーカス機構に使用する場 合についての説明であるが、このようなレーザ光源装置を基板が光線を遮断や反 射することで基板の存在を光学的に検出する機構における光源など、各種装置の 光源に使用するときでも、何れにしても、レーザ光源装置から放射されるレーザ 光の方向を取付けケースの軸線方向に対し正確に平行となるように調整すること が必要である。このため、従来のレーザ光源装置では、図２に示すように、複数 本、例えば４本の押しねじ14を、取付けケース13の光軸方向に垂直な円周上に等 角度間隔でそれぞれ半径方向に貫通して形成された４個のねじ孔に螺合させ、そ れら４本の押しねじ14のねじ込み量を調節することにより、レンズ筒12内のコリ メートレンズの光軸（取付けケース13の軸心線）に対して半導体レーザ２の軸心 線を一致させる芯出し調整を行なっていた。一方、半導体レーザ２の傾きの修正 を行なうための調整用部品は、従来のレーザ光源装置には特に設けられておらず 、このため、仕様に合った精度を有する良品を選別して使用するようにしていた 。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

従来のレーザ光源装置のように、複数本の押しねじ14のねじ込み量を調節して 半導体レーザ２の軸心線をレンズ筒12の光軸に一致させるのは、その調整が難し く、手間と時間とがかかる。また、芯出し調整をしているうちに、半導体レーザ ２に傾きを生じたりすることもあり、そのような場合には調整が一層困難となっ て、調整にさらに多くの時間を要することになる。一方、取付けケース13に取り 付けたときに取付けケース13の軸線方向に対して軸心線の傾きが出ない半導体レ ーザ２を選別して使用するのは、その良品の選別作業に多くの手間と時間とがか かり、また、特に膜厚測定装置に使用する場合にあっては、測定されるべき半導 体の最近における回路パターンの高精細化などに伴ってレーザ光源装置にも益々 高い精度が要求される現況下では、良品率が低くなる、といった問題点もある。

【０００７】 この考案は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、取付けケースに 取り付けられた半導体レーザの軸心線調整を簡単にかつ短時間で、要求される精 度内に収まるように行なうことができ、また、良品の選別作業といったことを行 なわなくても済むような構成を備えたレーザ光源装置を提供することを技術的課 題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この考案では、まず、半導体レーザを筒状の保持ケース内に互いの軸線方向が 一致するように収納し、その保持ケースを筒状の取付けケース内にレンズ筒と共 に収容するようにし、保持ケースの外周面及び取付けケースの内周面にそれぞれ 円周方向の溝を形成した。さらに、取付けケースには、保持ケースの収容位置で あって、前記溝の両側で軸線方向に距離を隔てた２つの円周上に、半径方向に貫 通するねじ孔をそれぞれ複数個円周方向に形成し、それら各ねじ孔に調整ねじを それぞれ螺合させた。そして、取付けケースの内周面及び保持ケースの外周面の 前記両溝の間に跨がるように弾性リングを配設し、その弾性リングを介在させて 取付けケースに保持ケースを圧接状態で固定するようにした。

【０００９】 保持ケースの外周面の上記溝は、その保持ケース内に収納された半導体レーザ の基準面に対応する位置もしくはその近傍位置に形成することが好ましい。

【００１０】 上記のように構成されたレーザ光源装置では、取付けケースの内周面及び保持 ケースの外周面にそれぞれ形成される各溝を高精度に加工しておけば、取付けケ ースの筒内部へ保持ケースを挿入し、弾性リングを介在させて保持ケースを取付 けケースに保持すると、弾性リングの配設面内において保持ケースの軸心位置が 取付けケースの軸心位置と自動的に一致することになる。また、その保持ケース の軸心線が取付けケースの軸心線に対して傾斜していて、半導体レーザの軸心線 が傾いているときは、前記取付けケースにおいて、その内周面に形成の溝を間に して取付けケースの軸線方向に距離を隔てた円周上の位置に、ねじ孔を形成して いるので、調整ねじのねじ込み量を調節して、その調整ねじのねじ軸の先端面で 保持ケースの外周面を押圧すると、弾性リングの配設位置を支点として保持ケー スを微少揺動させることにより、弾性リングの配設面内における保持ケース及び 取付けケースの両軸心位置にずれを生じさせることなく、半導体レーザの傾きを 修正することができる。

【００１１】 また、保持ケースの外周面の溝を半導体レーザの基準面に対応する位置に形成 したときは、半導体レーザの基準面において保持ケースの軸心位置が取付けケー スの軸心位置と自動的に一致することになり、半導体レーザの取付けケースに対 する芯出しが自動的に行なわれる。そして、その芯出しの後に、調整ねじのねじ 込み量を調節して半導体レーザの傾き調整を行なっても、半導体レーザの基準面 を支点として保持ケースが微少揺動されるので、半導体レーザの取付けケースに 対する芯出しがずれることはない。

【００１２】

【実施例】

以下、この考案の好適な実施例について図１を参照しながら説明する。

【００１３】 図１は、この考案の１実施例を示すレーザ光源装置の縦断面図である。このレ ーザ光源装置は、半導体レーザ20を円筒状の保持ケース22内に互いに軸心線が一 致するように収納し、その保持ケース22とコリメートレンズ24が収納されたレン ズ筒26とを軸線方向に配置し取付けケース28内に収容して構成されている。取付 けケース28の筒内周面は、軸線方向における中間部分で径が変化しており、その 段付き面46に保持ケース22の前端面が当接するようになっている。また、半導体 レーザ20は、保持ケース22の筒内周面に形設された段付き面48に基準面36が当接 するように固定されている。

【００１４】 レンズ筒26は、取付けケース28の半径方向に貫通して形成されたねじ孔30に固 定ねじ32を螺入させ、その固定ねじ32のねじ軸の先端面で筒外周面を押圧するこ とにより、取付けケース28に互いの軸心線を一致させて固定されている。また、 保持ケース22の外周面には、円周方向に浅底の外周溝34が形成されている。この 外周溝34は、図１に示すように内部に収納されている半導体レーザ20の基準面36 に対応する位置に形成することが好ましい。一方、取付けケース28の内周面には 、円周方向に深底の内周溝38が形成されている。これらの外周溝34及び内周溝38 は、保持ケース22及び取付けケース28の各軸心線に対しそれぞれ直交しかつ同心 円状となるように高精度に形成されている。そして、取付けケース28の内周溝38 と保持ケース22の外周溝34との間に跨がるように、ニトリルゴム、シリコンゴム 等の弾性材料で環状に形成されたＯ−リング40を配設している。このＯ−リング 40は、その周面を取付けケース28の内周溝38の溝底面及び両溝側面と保持ケース 22の外周溝34の溝底面とにそれぞれ圧接して収納されており、このＯ−リング40 を介在させて取付けケース28に保持ケース22が保持されている。また、取付けケ ース28には、保持ケース22が収容される位置で、内周溝38の、軸線方向における 両側にそれぞれ、半径方向に貫通するねじ孔42が形成されている。ねじ孔42は、 内周溝38を挾んだ両側の各円周上に複数個、例えば４個、円周方向に９０度の角 度間隔で等配してそれぞれ螺刻されている。そして、８個のねじ孔42にそれぞれ 調整ねじ44が螺合されており、各調整ねじ44のねじ軸の先端面によって保持ケー ス22の外周面を押圧することにより、保持ケース22を取付けケース28に固定して いる。尚、取付けケース28の段付き面46に当接する保持ケース22の前端面の外周 縁部は、Ｏ−リング40の配設位置を支点として保持ケース22を微少揺動させるこ とができるように、曲面状に成形されており、また保持ケース22を収納している 部分の取付けケース28の筒内周面の内径は、保持ケース22の外径よりも若干大径 となっている。

【００１５】 次に、上記構成のレーザ光源装置の組付け及び調整作業の手順について説明す る。

【００１６】 まず、保持ケース22及びレンズ筒26が装着されていない状態において、取付け ケース28の内周溝38にＯ−リング40を収納し、各調整ねじ44を後退させてそのね じ軸の先端面が取付けケース28のねじ孔42の内周面開口付近に位置するように調 節する。この状態で、半導体レーザ20が装着された保持ケース22を取付けケース 28内へＯ−リング40の弾発力に抗しながら強制的に挿入し、保持ケース22の前端 面が取付けケース28の段付き面46に当接するとともに、Ｏ−リング40の一部が保 持ケース22の外周溝34に収まりＯ−リング40を介在させて保持ケース22が取付け ケース28に保持されるまで、保持ケース22を押し込む。このとき、取付けケース 28の内周溝38及び保持ケース22の外周溝34は、上記した通り高精度に加工形成さ れているため、Ｏ−リング40の配設面、従ってこの実施例では半導体レーザ20の 基準面36内において保持ケース22の軸心位置即ち半導体レーザ20の軸心位置が取 付けケース28の軸心位置と一致することになり、自動的に半導体レーザ20の芯出 しが行なわれる。そして、８本の調整ねじ44をそれぞれねじ込むことにより、各 ねじ軸の先端面で保持ケース22の外周面を押圧し、保持ケース22を取付けケース 28に固定する。

【００１７】 次に、レンズ筒26を取付けケース28内へその前面側開口から挿入し、レンズ筒 26を取付けケース28の内周面に摺接させ軸線方向に沿って移動させることにより 、フォーカシングの調整を行なう。フォーカシング調整が済むと、半導体レーザ 20からレーザ光を発射し、レーザ光源装置から所定距離だけ離れた位置に配置さ れた投影板等にレーザ光を実際に投影して、その投影像を観察しながら、各調整 ねじ44のねじ込み量を調節し、調整ねじ44のねじ軸の先端面で保持ケース22の外 周面を押圧して、Ｏ−リング40の配設位置、従って半導体レーザ20の基準面36の 位置を支点として保持ケース22を微少揺動させることにより、取付けケース28の 軸心線上の位置とレーザ光のスポットの中心位置とが完全に一致するように、半 導体レーザ20の傾きを修正する。このとき、半導体レーザ20の基準面の位置を支 点として保持ケース22が微少揺動されるので、半導体レーザ20の取付けケース28 に対する芯出しがずれることはない。最後に、レンズ筒26の位置の微調整を行な って所望のビームスポットが得られるようにし、固定ねじ32によってレンズ筒26 を取付けケース28に固定する。

【００１８】 この考案のレーザ光源装置は上記したように構成されているが、この考案の範 囲は上記説明並びに図面の内容によって限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種 々の変形例を包含し得る。例えば、上記実施例では、取付けケースの内周面に深 い溝を形成し、保持ケースの外周面に浅い溝を形成するようにしたが、それとは 逆に、保持ケース側に深い溝を形成し、取付けケース側に浅い溝を形成するよう にしてもよい。また、上記実施例装置では、取付けケース及び保持ケースの両溝 にＯ−リングを収納するようにしたが、Ｏ−リングに代えて、例えば板ばね式の リングを使用するようにしてもよい。

【００１９】 尚、この考案のレーザ光源装置は、膜厚測定装置のオートフォーカス機構にお ける平行ビームの光源に使用すると顕著な効果を発揮するが、レーザ光源装置か ら放射されるレーザ光のスポット径を絞るようにレンズ位置を調整し、露光装置 の光源として使用するなど、種々の装置の光源に使用し得るものである。

【００２０】

【考案の効果】

この考案は以上説明したように構成されかつ作用するので、この考案に係るレ ーザ光源装置は、半導体レーザの光軸の芯出しと傾きの調整作業を、要求される 精度内に収まるように簡単に行なうことができ、作業者の手間を少なくするとと もに、調整に要する時間の短縮化を図ることができる。また、従来のように、良 品の選別作業といったことを行なう必要が全く無くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の１実施例を示すレーザ光源装置の縦
断面図である。

【図２】従来のレーザ光源装置の構成の１例を示す縦断
面図である。

【図３】膜厚測定装置のオートフォーカス機構の概略構
成を模式的に示す図である。

【符号の説明】

20 半導体レーザ 22 保持ケース 24 コリメートレンズ 26 レンズ筒 28 取付けケース 32 固定ねじ 34 内周溝 36 半導体レーザの基準面 38 外周溝 40 Ｏ−リング 42 ねじ孔 44 調整ねじ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の取付けケース内に半導体レーザ
   と、レンズが収納されたレンズ筒とを、半導体レーザ軸
   心線とレンズ光軸を一致させて保持してなるレーザ光源
   装置において、前記半導体レーザを筒状の保持ケース内
   にて、半導体レーザの軸心線の方向と保持ケースの軸心
   線の方向とが一致するように収納して、その保持ケース
   を前記取付けケース内に収容するようにし、その取付け
   ケースの、前記保持ケースの収容位置であって、軸線方
   向に距離を隔てた２つの円周上に、半径方向に貫通する
   ねじ孔をそれぞれ複数個円周方向に形成し、それら各ね
   じ孔に調整ねじをそれぞれ螺合させるとともに、前記取
   付けケースの内周面の、前記２つの円周位置の間に円周
   方向の溝を形成し、前記保持ケースの外周面に円周方向
   の溝を形成して、前記取付けケースの内周面及び保持ケ
   ースの外周面の前記両溝の間に跨がって弾性リングを配
   設し、その弾性リングを介在させて取付けケースに保持
   ケースを圧接状態で固定したことを特徴とするレーザ光
   源装置。
2. 【請求項２】 保持ケースの外周面に形成される溝が、
   保持ケース内に収納された半導体レーザの基準面に対応
   する位置に配設された請求項１記載のレーザ光源装置。