KR20230135505A - 광 검출 장치, 광 조사 장치 및 광 검출 방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 레이저광을 카메라로 촬상할 때에, 커버 유리에 있어서의 이면 반사에 의한 간섭 무늬의 발생을 경감할 수 있는 기술을 제공한다.
[해결 수단] 광 검출부 (60a) 는, 레이저광을 검출 가능하다. 광 검출부 (60a) 는, 확산판 (61) 과, 카메라 (63) 를 구비한다. 확산판 (61) 은, 입사되는 레이저광 L1 의 강도 분포의 형상을 유지하면서 레이저광 L1 을 확산시킨다. 카메라 (63) 는, 이미지 센서 (631) 와, 커버 유리 (633) 를 갖는다. 이미지 센서 (631) 는, 확산광 (61) 에 있어서 확산된 레이저광을 촬상한다. 커버 유리 (633) 는, 확산판 (61) 과 이미지 센서 (631) 사이에 위치한다.

Description

광 검출 장치, 광 조사 장치 및 광 검출 방법{LIGHT DETECTING APPARATUS, LIGHT IRRADIATING APPARATUS AND LIGHT DETECTING METHOD}

본 명세서에서 개시되는 주제는 광 검출 장치, 광 조사 장치 및 광 검출 방법에 관한 것이다.

종래, 레이저광을 카메라로 촬상하고, 그 레이저광의 이미지로부터 빔 직경이나 평행도를 측정하여, 레이저광을 조정하는 광 조사 장치가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1).

일본 공개특허공보 2021-089383호

그러나, 레이저광을 카메라로 촬상했을 경우, CMOS 또는 CCD 등의 이미지 센서를 봉지하기 위한 커버 유리에서 이면 반사된 레이저광과, 원래의 레이저광이 간섭하여 간섭 무늬가 발생되는 경우가 있었다. 이와 같은 간섭 무늬가 발생되면, 레이저광의 중심을 양호한 정밀도로 검출하기가 곤란해진다.

본 발명의 목적은, 레이저광을 카메라로 촬상할 때에, 커버 유리에 있어서의 이면 반사에 의한 간섭 무늬의 발생을 경감할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 제 1 양태는, 레이저광을 검출하는 광 검출 장치로서, 입사되는 레이저광의 강도 분포의 형상을 유지하면서 상기 레이저광을 확산시키는 확산부와, 상기 확산부에 있어서 확산된 상기 레이저광을 촬상하는 이미지 센서, 및, 상기 확산부와 상기 이미지 센서 사이에 위치하는 커버 유리를 갖는 카메라를 구비한다.

제 2 양태는, 제 1 양태의 광 검출 장치로서, 상기 이미지 센서가, 이차원 이미지 센서이다.

제 3 양태는, 제 2 양태의 광 검출 장치로서, 상기 이미지 센서에 의해서 취득되는 화상에 기초하여, 상기 레이저광의 중심 위치를 산출하는 중심 위치 산출부를 추가로 구비한다.

제 4 양태는, 제 1 양태 내지 제 3 양태 중 어느 1 개의 광 검출 장치로서, 상기 카메라는, 상기 레이저광이 통과하는 개구가 형성된 케이싱을 추가로 갖고, 상기 이미지 센서는 상기 케이싱 내에 위치하며, 상기 커버 유리는, 상기 개구를 막는다.

제 5 양태는, 제 4 양태의 광 검출 장치로서, 상기 확산부가, 상기 케이싱에 장착되어 있다.

제 6 양태는, 제 1 양태 내지 제 5 양태 중 어느 1 개의 광 검출 장치로서, 상기 확산부는, 불투명 유리를 포함한다.

제 7 양태는, 제 1 양태 내지 제 5 양태 중 어느 1 개의 광 검출 장치로서, 상기 확산부는, 마이크로 렌즈 어레이를 포함한다.

제 8 양태는, 광 조사 장치로서, 기재를 유지하는 유지부와, 레이저광을 출력하는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원으로부터 출력된 상기 레이저광을 상기 기재에 유지된 상기 기재로 유도하는 광학계와, 상기 레이저광을 검출하는 적어도 1 개의 광 검출부를 구비하고, 상기 적어도 1 개의 광 검출부는, 입사되는 레이저광의 강도 분포의 형상을 유지하면서 상기 레이저광을 확산시키는 확산부와, 상기 확산부에 있어서 확산된 상기 레이저광을 촬상하는 이미지 센서, 및, 상기 확산부와 상기 이미지 센서 사이에 위치하는 커버 유리를 갖는 카메라를 갖는다.

제 9 양태는, 제 8 양태의 광 조사 장치로서, 상기 광학계는, 상기 레이저 광원으로부터 출력된 상기 레이저광을 분기시키는 제 1 빔 스플리터와, 상기 제 1 빔 스플리터에 의해서 분기된 상기 레이저광을 분기시키는 제 2 빔 스플리터를 포함하고, 상기 적어도 1 개의 광 검출부는, 상기 제 1 빔 스플리터에서 분기된 상기 레이저광을 검출하는 제 1 광 검출부와, 상기 제 2 빔 스플리터에서 분기된 상기 레이저광을 검출하는 제 2 광 검출부를 포함한다.

제 10 양태는, 레이저광을 검출하는 광 검출 방법으로서, a) 레이저광의 강도 분포의 형상을 유지하면서 상기 레이저광을 확산시키는 공정과, b) 상기 공정 a) 에 의해서 확산된 후, 커버 유리를 투과한 레이저광을 이미지 센서로 촬상하는 공정을 포함한다.

제 1 양태 내지 제 7 양태의 광 검출 장치에 의하면, 레이저광을 확산시킴으로써, 커버 유리에서 이면 반사가 일어나도, 간섭 무늬의 발생을 경감할 수 있다. 또, 확산 전의 강도 분포의 형상이 유지되기 때문에, 강도 분포로부터 레이저광의 위치를 양호한 정밀도로 특정할 수 있다.

제 2 양태의 광 검출 장치에 의하면, 레이저광의 강도 분포를 이차원으로 검출할 수 있다.

제 3 양태의 광 검출 장치에 의하면, 레이저광의 광축의 위치를 검출할 수 있다.

제 6 양태의 광 검출 장치에 의하면, 불투명 유리에 의해서, 용이하게 광을 균일하게 확산시킬 수 있다.

제 7 양태의 광 검출 장치에 의하면, 마이크로 렌즈 어레이에 의해서 레이저광이 확산각 및 형상을 제어할 수 있다.

제 8 양태의 광 조사 장치에 의하면, 레이저광을 확산시킴으로써, 커버 유리에서 이면 반사가 일어나도, 간섭 무늬의 발생을 경감할 수 있다. 또, 확산 전의 강도 분포의 형상이 유지되기 때문에, 강도 분포로부터 레이저광의 위치를 양호한 정밀도로 특정할 수 있다.

제 9 양태의 광 조사 장치에 의하면, 제 1 광 검출부 및 제 2 광 검출부에 의해서 검출되는 레이저광의 위치에 기초하여, 레이저광의 평행도를 측정할 수 있다.

제 10 양태의 광 검출 방법에 의하면, 레이저광을 확산시킴으로써, 커버 유리에서 이면 반사가 일어나도, 간섭 무늬의 발생을 경감할 수 있다. 또, 확산 전의 강도 분포의 형상이 유지되기 때문에, 강도 분포로부터 레이저광의 위치를 양호한 정밀도로 특정할 수 있다.

도 1 은, 실시형태에 관련된 광 조사 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 광 조사 장치가 구비하는 진공 챔버의 내부 구성 및 주변 구성을 나타내는 단면도이다.
도 3 은, 도 1 및 도 2 에 나타내는 광 조사부의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4 는, 광 검출부의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5 는, 광 검출부에 의해서 취득되는 레이저광의 화상과, 당해 화상의 파선으로 나타내는 위치에 있어서의 휘도 분포를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 비교예에 관련된 광 검출부를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 비교예에 관련된 광 검출부에 의해서 취득되는 레이저광의 화상과, 당해 화상의 파선으로 나타내는 위치에 있어서의 휘도 분포를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 이 실시형태에 기재되어 있는 구성 요소는 어디까지나 예시이고, 본 발명의 범위를 그것들에만 한정하는 취지의 것은 아니다. 도면에 있어서는, 이해를 용이하게 하기 위해서, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수가 과장 또는 간략화되어 도시되어 있는 경우가 있다.

도 1 및 이후의 각 도면에는, 서로 교차하는 X 축, Y 축 및 Z 축을 각각 나타내는 화살표가 도시되어 있는 경우가 있다. X 축, Y 축 및 Z 축은, 적절히 직교한다. 또, 각 화살표의 끝이 향하는 쪽을 ＋ (플러스) 측으로 하고, ＋ 측의 반대측을 -(마이너스) 측으로 한다.

아래의 설명에서는, Z 축을 따르는 방향을 연직 방향으로 하고, X 축 및 Y 축을 따르는 각 방향을, 수평면과 평행한 수평 방향으로 한다. 또, ＋ Z 측을「상측」으로 하고, -Z 측을「하측」으로 하여 설명한다. 단, 이들 각 방향은 장치 구성의 위치 관계를 한정하는 것은 아니다.

＜1. 실시형태＞

도 1 은, 실시형태에 관련된 광 조사 장치 (1) 의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1 에 있어서는, 진공 챔버 (12) 를 지지하는 챔버 프레임, 또는, 실제로 접속되는 배선 등은 편의를 위해서 도시가 생략되어 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 광 조사 장치 (1) 는, 진공 챔버 (12) 와, 외부 고정부 (14) 와, 벨로우즈 (16A) 와, 광 조사부 (18) 와, 진공 펌프 (21) 와, 제어부 (22) 를 구비한다.

진공 챔버 (12) 는, 내부에 기재 (W) 가 수용되는 공간을 갖는다. 기재 (W) 는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼, 액정 표시 장치용 유리 기판, 유기 EL (Electroluminescence) 표시 장치 등의 FPD (Flat ㎩nel Display) 용 기판, 광 디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광 자기 디스크용 기판, 포토마스크용 유리 기판, 세라믹 기판, 전계 방출 디스플레이 (FED : Field Emission Display) 용 기판, 또는, 태양 전지용 기판이다. 또한, 당해 기재 (W) 는, 예를 들어, 상면에 박막이 형성된 상태의 기판이다.

또, 진공 챔버 (12) 의 측면은, 기재 (W) 를 반입 및 반출할 때에 기재 (W) 가 통과하기 위한 개구부 (12A)를 갖는다. 개구부 (12A) 는, 진공 챔버 (12) 내가 진공 상태로 될 때에 적절히 닫힌다.

외부 고정부 (14) 는, 예를 들어 돌 정반이다. 벨로우즈 (16A) 는, 진공 챔버 (12) 와 외부 고정부 (14) 를 접속한다. 벨로우즈 (16A) 는, 예를 들어 스테인리스 등으로 형성된 신축성 부재이다. 신축성 부재로서의 벨로우즈 (16A) 는, 스테인리스 이외의 금속 또는 수지로 형성되어 있어도 된다. 또, 신축성 부재는, 사복 (蛇腹) 형상인 것은 필수는 아니다.

광 조사부 (18) 는, 진공 챔버 (12) 내에 레이저광을 조사한다. 광 조사부 (18) 는, 진공 챔버 (12) 내에 수용된 기재 (W) 의 상면을 향하여 레이저광을 조사한다. 광 조사부 (18) 는, 예를 들어 레이저광을 조사함으로써 기재 (W) 의 어블레이션 가공을 행한다.

광 조사부 (18) 는, 도시되지 않은 조사창 (예를 들어, 석영 등으로 형성되는 투명판) 을 개재하여, 진공 챔버 (12) 의 외부로부터 진공 챔버 (12) 내에 수용된 기재 (W) 의 상면에 광을 조사한다. 또, 진공 챔버 (12) 내의 기재 (W) 가 광 조사부 (18) 에 대해서 상대적으로 이동함으로써, 또는, 광 조사부 (18) 에 있어서의 광학계의 제어에 의해서, 광이 기재 (W) 의 상면을 주사한다. 광 조사부 (18) 는, 외부 고정부 (14) 에 장착된 가대 (架臺) (24) 의 상면에 위치한다.

진공 펌프 (21) 는, 진공 챔버 (12) 내를 진공 상태로 한다. 본 개시에 있어서,「진공」이란, 기재 (W) 의 특성 열화를 방지하기 위해서 고진공 (예를 들어, 0.00001 ㎩) 인 것이 바람직하지만, 당해 고진공에 도달하지 않을 정도의 진공도도 포함하는 것으로 한다. 예를 들어, 진공 챔버 (12) 내의 진공도는, 진공 챔버 (12) 외의 대기압보다 낮은 정도의 진공도여도 된다.

제어부 (22) 는, 기억 장치와, 처리 회로와, 입력 장치와, 출력 장치를 갖는다. 기억 장치는, 예를 들어, 하드 디스크 드라이브 (HDD), 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 리드 온리 메모리 (ROM), 플래시 메모리, 휘발성 또는 불휘발성의 반도체 메모리, 자기 디스크, 플렉시블 디스크, 광 디스크, 콤팩트 디스크, 미니 디스크 또는 DVD 등을 포함하는 메모리 (기억 매체) 로 구성된다. 처리 회로는, 예를 들어, 기억 장치에 격납된 프로그램을 실행하는 중앙 연산 처리 장치 (CPU) 로 구성된다. 입력 장치는, 예를 들어, 마우스, 키보드, 터치 패널 또는 각종 스위치 등의, 정보를 입력 가능한 장치로 구성된다. 출력 장치는, 예를 들어 디스플레이, 액정 표시 장치 또는 램프 등의, 정보를 출력 가능한 장치로 구성된다.

제어부 (22) 는, 광 조사 장치 (1) 가 구비하는 각 구동부를 제어한다. 제어부 (22) 는, 예를 들어, 광 조사부 (18) 의 구동 제어, 진공 펌프 (21) 의 구동 제어, 후술하는 리니어 모터 기구 (50) 의 구동 제어 등을 행한다. 또, 제어부 (22) 는, 후술하는 바와 같이, 광 검출부 (60a, 60b) 에 의해서 취득되는 화상에 기초하여, 레이저광의 중심 위치를 산출하는 처리를 행한다.

도 2 는, 도 1 에 나타내는 광 조사 장치 (1) 가 구비하는 진공 챔버 (12) 의 내부 구성 및 주변 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 진공 챔버 (12) 내에는, 스테이지 (42) 와, 슬라이더 (44) 와, 베이스 (46) 와, 리니어 가이드 (48) 와, 리니어 모터 기구 (50) 와, 리프트 핀 기구 (52) 가 배치된다.

스테이지 (42) 는, 기재 (W) 가 배치되는 상면을 갖는다. 슬라이더 (44) 는, Y 축 방향으로 이동 가능하며, 또한, 스테이지 (42) 를 하방으로부터 지지한다. 베이스 (46) 는, 진공 챔버 (12) 와는 독립적으로 외부 고정부 (14) 에 장착되어 있다. 리니어 가이드 (48) 는, 베이스 (46) 에 장착되어 있으며, 또한, Y 축 방향으로 연장된다. 리니어 모터 기구 (50) 는, 슬라이더 (44) 를 리니어 가이드 (48) 를 따라서 Y 축 방향으로 이동시킨다. 리프트 핀 기구 (52) 는, 스테이지 (42) 에 형성된 관통공 (도시 생략) 을 관통하여 기재 (W) 를 지지하는 리프트 핀 (52A) 을 갖는다. 리프트 핀 기구 (52) 는, 예를 들어 베이스 (46) 에 장착된다.

스테이지 (42) 는, 기재 (W) 의 가공면을 상방을 향하게 하면서, 기재 (W) 를 대략 수평으로 유지한다. 슬라이더 (44) 가 리니어 모터 기구 (50) 에 의해서 Y 축 방향으로 이동하며, 또한, 광 조사부 (18) 로부터의 광이 X 축 방향으로 이동함으로써, 평면에서 보았을 때 기재 (W) 의 가공 영역의 전체면이 광으로 주사된다.

리니어 모터 기구 (50) 는, 진공 챔버 (12) 의 -X 측면에 형성된 개구부 (12B) 를 개재하여, 진공 챔버 (12) 의 ＋X 측 및 -X 측에 위치하는 외부 고정부 (14) 에 장착된다. 구체적으로는, 리니어 모터 기구 (50) 는, 개구부 (12B) 에 용접되는 벨로우즈 (16A) 속을 통과하는 중공의 주상 부재 (14A) 의 단부에 장착된다. 리니어 모터 기구 (50) 에 접속되는 배선 등은, 주상 부재 (14A) 의 내부를 통과하여 진공 챔버 (12) 의 외부로 적절히 도출된다. 주상 부재 (14A) 는, 벨로우즈 (16A) 로부터 떨어져 위치한다.

베이스 (46) 는, 진공 챔버 (12) 의 바닥면에 형성된 개구부 (12C) 를 개재하여, 진공 챔버 (12) 의 -Z 측에 위치하는 외부 고정부 (14) 에 고정된다. 구체적으로는, 베이스 (46) 는, 개구부 (12C) 에 용접되는 벨로우즈 (16B) 속을 통과하는 주상 부재 (14C) 의 단부에 장착된다. 주상 부재 (14C) 는, 외부 고정부 (14) 에 포함되는 외부 부재 (14B) 에 장착된다. 주상 부재 (14C) 는, 진공 챔버 (12) 의 바닥면에 접속된 벨로우즈 (16B) 로부터 떨어져 위치한다.

또한, 도 2 에 나타내는 예에서는, 외부 고정부 (14) 가, 진공 챔버 (12) 의 ＋X 측, -X 측 및 -Z 측의 각 위치에 걸쳐서 위치하지만, 이들 위치에 있어서 외부 고정부 (14) 가 연속되어 있는 것은 필수가 아니고, 이들 위치에 분산되어 배치되어 있어도 된다. 또, 외부 고정부 (14) 는, 진공 챔버 (12) 의 ＋X 측, -X 측 및 -Z 측의 각 위치 중, 일부에 배치되어 있어도 된다. 또, 진공 챔버 (12) 는, 벨로우즈 (16B) 와는 별도로 챔버 프레임 (도시 생략) 에 의해서 연직 방향 하방으로부터 지지되어 고정되지만, 당해 챔버 프레임은, 외부 고정부 (14) 와는 독립적으로 배치되어 있어도 된다.

도 3 은, 도 1 및 도 2 에 나타내는 광 조사부 (18) 의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 광 조사부 (18) 는, 레이저 광원 (31) 과, 광학계 (35) 와, 2 개의 광 검출부 (60a, 60b) (광 검출 장치) 를 갖는다.

레이저 광원 (31) 은, 레이저광을 출력한다. 레이저 광원 (31) 이 출력하는 레이저광은, 연속광이어도 되고 펄스광이어도 된다. 광학계 (35) 는, 레이저 광원으로부터 출력된 광을 스테이지 (42) 에 유지된 기재 (W) 로 유도한다. 광학계 (35) 는, 2 개의 빔 스플리터 (350a, 350b) 와, 웨지판 (351) 과, 음향 광학 소자 (353) 와, 빔 익스팬더 (355) 와, 갈바노 스캐너 (357) 와, fθ 렌즈 (359) 를 갖는다.

빔 스플리터 (350a) (제 1 빔 스플리터) 는, 레이저 광원 (31) 으로부터 출력된 레이저광을 2 개로 분기시킨다. 빔 스플리터 (350a) 에서 분기된 2 개의 레이저광 중, 일방은 광 검출부 (60a) (제 1 광 검출부) 에 입사되고, 타방은 빔 스플리터 (350b) 에 입사된다. 즉, 광 검출부 (60a) 는, 빔 스플리터 (350a) 에 의해서 분기된 레이저광을 검출한다. 빔 스플리터 (350b) 에 입사된 레이저광은, 다시 2 개로 분기되어, 일방은 광 검출부 (60b) (제 2 광 검출부) 에 입사되고, 타방은 웨지판 (351) 에 입사된다. 즉, 광 검출부 (60b) 는, 빔 스플리터 (350b) 에서 분기된 레이저광을 검출한다.

웨지판 (351) 은, 음향 광학 소자 (353) 의 바로 앞 (레이저 광원 (31) 측) 에 위치한다. 웨지판 (351) 은, 음향 광학 소자 (353) 에 있어서의 1 차 광의 광로가, 음향 광학 소자 (353) 에 입사되는 광과 평행이 되도록 레이저광을 편향시킨다.

광학계 (35) 에 입력된 레이저광은, 웨지판 (351) 을 통과한 후, 음향 광학 소자 (353) 에 입력된다. 음향 광학 소자 (353) 는, 회절형 편향 소자의 일례이다. 음향 광학 소자 (353) 는, 레이저광이 투과 가능한 결정을 압전 소자에서 진동시킴으로써, 결정 내에 굴절률의 주기적 변동 (소밀파) 을 형성하고, 당해 소밀파를 회절 격자로서 이용하는 광학 소자이다.

음향 광학 소자 (353) 에 있어서의 회절 격자의 격자 폭은, 결정에 인가되는 진동 주파수에 의해서 조정된다. 이 격자 폭의 조정에 의해서, 레이저광의 회절각 (회절 방향) 이 브래그의 법칙에 따라서 임의의 각도로 변경된다. 결정에 형성되는 회절 격자의 격자면에 대한 각도 (즉, 브래그각) 가 θ 인 경우, 회절각은 2θ 가 된다. 음향 광학 소자 (353) 의 결정에 부여되는 진동 주파수는, 제어부 (22) 의 제어 신호에 기초하여 변경된다. 즉, 음향 광학 소자 (353) 의 회절각은, 제어부 (22) 의 지령에 기초하여 변경된다.

빔 익스팬더 (355) 는, 음향 광학 소자 (353) 로부터 출력된 레이저광의 빔 직경을 필요한 직경으로 확대한다. 빔 익스팬더 (355) 는, 복수의 렌즈로 구성된다.

갈바노 스캐너 (357) 는, 빔 익스팬더 (355) 로부터 출력되는 레이저광을 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 돌리는 기구이다. 갈바노 스캐너 (357) 는, 제 1 갈바노 미러 (357a) 와 제 2 갈바노 미러 (357b) 를 갖는다. 제 1 갈바노 미러 (357a) 는, Y 축과 평행한 반사면을 가짐과 함께, Y 축 방향으로 연장되는 축을 중심으로 소정 각도의 범위 내에서 회전 구동된다. 제 2 갈바노 미러 (357b) 는, Z 축과 평행한 반사면을 갖고 있고, Z 축 방향으로 연장되는 축을 중심으로 소정 각도의 범위 내에서 회전 구동된다. 빔 익스팬더 (355) 로부터 출력된 레이저광은, 먼저, 제 2 갈바노 미러 (357b) 에서 반사된 후, 제 1 갈바노 미러 (357a) 에서 반사된다. 제 1 갈바노 미러 (357a) 및 제 2 갈바노 미러 (357b) 의 구동은, 제어부 (22) 에 의해서 제어된다.

제어부 (22) 는, 제 1 갈바노 미러 (357a) 를 구동시킴으로써, 레이저광으로 기재 (W) 상을 X 축 방향으로 주사한다. 또, 제어부 (22) 는, 제 2 갈바노 미러 (357b) 를 구동시킴으로써, 기재 (W) 상에 있어서의 레이저광의 위치를 Y 축 방향으로 이동시킬 수 있다. 갈바노 스캐너 (357) 는, 주사부의 일례이다. 또한, 주사부는 갈바노 스캐너 (357) 대신에, 폴리곤 미러를 구비하고 있어도 된다. 또, 레이저광에 대해서 기재 (W) 를 X 축 방향으로 이동시킴으로써, X 축 방향의 주사가 행해져도 된다.

fθ 렌즈 (359) 는, 레이저광의 광로 상에 있어서, 갈바노 스캐너 (357) 와 기재 (W) 사이에 위치한다. fθ 렌즈 (359) 는, 갈바노 스캐너 (357) 로부터 출력되는 레이저광의 빔 직경을, 원하는 빔 직경으로 좁힌다. 또, fθ 렌즈 (359) 는, 갈바노 스캐너 (357) 의 등각 속도 운동을, 기재 (W) 의 평면 상에 있어서의 레이저광의 등속 주사로 변환한다.

도 4 는, 광 검출부 (60a, 60b) 의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 광 검출부 (60a, 60b) 는, 확산판 (61) (확산부) 과, 확산판 (61) 에 의해서 확산된 레이저광 L1 을 촬상하는 카메라 (63) 를 각각 갖는다.

확산판 (61) 은, 레이저광 L1 의 강도 분포의 형상을 유지하면서, 레이저광 L1 을 확산시킨다. 확산판 (61) 은, 예를 들어 샌드 블라스트 가공에 의해서 표면에 균일한 요철이 형성된 불투명 유리로 구성된다. 확산판 (61) 을 불투명 유리로 구성함으로써, 레이저광 L1 을 균일하게 확산시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 확산판 (61) 은, 확산제가 배합된 투광판이어도 된다. 또, 확산판 (61) 은, 레이저광 L1 의 확산각 및 형상을 제어할 수 있도록, 마이크로 렌즈 어레이를 갖고 있어도 된다.

카메라 (63) 는, 이미지 센서 (631) 와, 커버 유리 (633) 를 갖는다. 이미지 센서 (631) 는, 확산판 (61) 에 있어서 확산된 레이저광 L1 을 촬상한다. 이미지 센서 (631) 는, 바람직하게는 CMOS 센서 또는 CCD 센서 등으로 구성되는 이차원 이미지 센서이다. 단, 이미지 센서 (631) 는, 일차원 이미지 센서여도 된다. 커버 유리 (633) 는, 이미지 센서 (631) 의 바로 앞에 위치한다. 즉, 커버 유리 (633) 는, 확산판 (61) 과 이미지 센서 (631) 사이에 위치한다.

카메라 (63) 는, 케이싱 (635) 을 갖는다. 케이싱 (635) 은, 레이저광 L1 이 통과하는 개구 (636) 를 갖는다. 이미지 센서 (631) 는, 케이싱 (635) 내에 위치한다. 커버 유리 (633) 는, 케이싱 (635) 의 개구 (636) 를 막고 있다. 커버 유리 (633) 는, 개구 (636) 를 막음으로써, 이미지 센서 (631) 를 케이싱 (635) 내에 봉지한다.

케이싱 (635) 은, 통부 (637) 를 갖는다. 통부 (637) 는, 레이저광 L1 이 통과하는 통상이다. 확산판 (61) 은, 통부 (637) 내에 장착되어 있다. 즉, 확산판 (61) 은, 카메라 (63) 의 케이싱 (635) 에 장착되어 있다. 이로써, 확산판 (61) 과 카메라 (63) 를 일체로 취급할 수 있다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 확산판 (61) 에 입사된 레이저광 L1 은, 확산판 (61) 에 의해서 확산된 후, 통부 (637) 내를 통과하여, 커버 유리 (633) 를 투과하고, 이미지 센서 (631) 에 입사된다. 즉, 이미지 센서 (631) 는, 커버 유리 (633) 를 투과한 레이저광 L1 을 촬상한다.

도 5 는, 광 검출부 (60a) 에 의해서 취득되는 레이저광의 화상 IM1 과, 당해 화상 IM1 의 파선으로 나타내는 위치에 있어서의 휘도 분포를 나타내는 도면이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 레이저광 L1 은, 확산판 (61) 에 의해서 확산되기 때문에, 확산 전에 대해서 확산을 갖는다. 제어부 (22) 는, 이 화상 IM1 에 있어서의 휘도 분포로부터, 레이저광 L1 의 중심 위치를 산출한다. 구체적으로는, 휘도의 피크의 위치, 위치 휘도의 무게 중심 위치, 또는, 화상 IM1 에 있어서의 레이저광 L1 의 확산의 중심 위치가, 레이저광 L1 의 중심 위치로서 산출되어도 된다.

본 실시형태에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광원 (31) 으로부터 출력된 레이저광은, 2 개의 광 검출부 (60a, 60b) 에 의해서 검출된다. 이와 같이, 2 개 지점의 광 검출부 (60a, 60b) 에서 검출되는 레이저광의 위치에 기초하여, 레이저광의 평행도를 측정할 수 있다.

도 6 은, 비교예에 관련된 광 검출부 (60c) 를 나타내는 도면이다. 도 7 은, 비교예에 관련된 광 검출부 (60c) 에 의해서 취득되는 레이저광의 화상 IM2 와, 당해 화상 IM2 의 파선으로 나타내는 위치에 있어서의 휘도 분포를 나타내는 도면이다. 광 검출부 (60c) 는, 광 검출부 (60a, 60b) 와 동일하게, 카메라 (63) 를 구비하고 있지만, 확산판 (61) 이 생략되어 있다. 광 검출부 (60c) 에서 레이저광 L1 을 검출했을 경우, 레이저광 L1 이 커버 유리 (633) 에 있어서의 이면 반사에서 발생된 반사 레이저광 L2 가, 원래의 레이저광 L1 과 간섭함으로써, 화상 IM2 에 나타내는 간섭 무늬가 발생되는 경우가 있다. 간섭 무늬가 발생되었을 경우, 화상 IM2 에 있어서의 휘도 분포에서는, 간섭 무늬의 명암에 수반한 복수의 피크가 나타난다. 이 간섭 무늬의 형태는, 레이저광 L1 의 입사 위치나 입사 각도에 따라서 변동될 수 있다. 이 때문에, 레이저광 L1 의 중심 위치를 양호한 정밀도로 구하기가 곤란하다.

본 실시형태의 광 검출부 (60a, 60b) 에서는, 확산판 (61) 에 의해서 레이저광 L1 이 균일하게 확산된다. 이 때문에, 확산판 (61) 이 없는 경우보다, 간섭 무늬의 원인이 될 수 있는 반사 레이저광 L2 의 강도가 저하된다. 이 때문에, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 간섭 무늬의 발생이 억제된다. 또, 도 5 와 도 7 의 비교로부터 명확한 바와 같이, 확산판 (61) 에 의해서, 가우시안의 피크는 저하되지만, 가우시안의 형상을 유지한 분포가 된다. 이 때문에, 피크의 검출이 용이하기 때문에, 레이저광의 중심 위치를 양호한 정밀도로 구할 수 있다.

또, 확산판 (61) 에 의한 레이저광 L1 의 확산에 따라서, 이미지 센서 (631) 에 조사되는 레이저광 L1 의 파워 밀도도 저하된다. 이 때문에, 이미지 센서 (631) 가 손상될 우려가 있는 임계치 Th1 을 초과하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 보다 고강도의 레이저의 조정도 가능해진다.

또한, 레이저광의 강도를 감쇠시키기 위한 다른 방법으로서, ND 필터를 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, ND 필터를 사용한 것에 의해서 간섭 무늬 또는 광축 시프트가 발생될 우려가 있다. 이 때문에, 확산판 (61) 을 사용함으로써, ND 필터를 사용했을 때보다, 레이저광의 위치를 양호한 정밀도로 특정할 수 있다.

＜2. 변형예＞

이상, 실시형태에 대해서 설명해 왔지만, 본 발명은 상기와 같은 것에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형이 가능하다.

상기 실시형태에서는, 광 검출부 (60a, 60b) 는, 광학계 (35) 내에 있어서, 레이저광을 검출하고 있다. 그러나, 광 검출부는, 광학계 (35) 로부터 출력된 레이저광을 검출하도록 해도 된다. 예를 들어, 광 검출부가, 스테이지 (42) 상이나 그 부근에 배치되어 있어도 된다.

제어부 (22) 는, 화상 IM1 로부터 확산 전의 레이저광 L1 의 빔 직경을 산출하도록 해도 된다. 예를 들어, 확산판 (61) 에 의한 확산율이 이미 알려진 경우, 그 확산율과, 화상 IM1 로부터 취득되는 빔 직경에 기초하여, 확산 전의 빔 직경이 구해져도 된다.

광 조사 장치 (1) 는, 레이저 광원 (31) 으로부터 출력되는 레이저광의 광축 위치, 광축의 방향 또는 빔 직경 등을 조정하는 조정부를 구비하고 있어도 된다. 조정부는, 예를 들어 복수의 렌즈 또는 미러 등으로 구성될 수 있다. 제어부 (22) 는, 광 검출부 (60a, 60b) 에 의한 검출 결과에 기초하여 조정부를 제어함으로써, 레이저광이 자동으로 조정되도록 해도 된다.

이 발명은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은 모든 국면에 있어서 예시이고, 이 발명이 그것에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 이 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 상정될 수 있을 것으로 이해된다. 상기 각 실시형태 및 각 변형예에서 설명한 각 구성은, 서로 모순되지 않는 한 적절히 조합하거나 생략할 수 있다.

1 : 광 조사 장치
18 : 광 조사부
22 : 제어부 (중심 위치 산출부)
31 : 레이저 광원
35 : 광학계
42 : 스테이지 (유지부)
60a : 광 검출부 (제 1 광 검출부)
60b : 광 검출부 (제 2 광 검출부)
61 : 확산판 (확산부)
63 : 카메라
350a : 빔 스플리터 (제 1 빔 스플리터)
350b : 빔 스플리터 (제 2 빔 스플리터)
631 : 이미지 센서
633 : 커버 유리
635 : 케이싱
636 : 개구

Claims (10)

1. 레이저광을 검출하는 광 검출 장치로서,
   입사되는 레이저광의 강도 분포의 형상을 유지하면서 상기 레이저광을 확산시키는 확산부와,
   상기 확산부에 있어서 확산된 상기 레이저광을 촬상하는 이미지 센서, 및, 상기 확산부와 상기 이미지 센서 사이에 위치하는 커버 유리를 갖는 카메라
   를 구비하는, 광 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이미지 센서가, 이차원 이미지 센서인, 광 검출 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 이미지 센서에 의해서 취득되는 화상에 기초하여, 상기 레이저광의 중심 위치를 산출하는 중심 위치 산출부
   를 추가로 구비하는, 광 검출 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 카메라는, 상기 레이저광이 통과하는 개구가 형성된 케이싱을 추가로 갖고,
   상기 이미지 센서는 상기 케이싱 내에 위치하며,
   상기 커버 유리는, 상기 개구를 막는, 광 검출 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 확산부가, 상기 케이싱에 장착되어 있는, 광 검출 장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 확산부는, 불투명 유리를 포함하는, 광 검출 장치.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 확산부는, 마이크로 렌즈 어레이를 포함하는, 광 검출 장치.
8. 광 조사 장치로서,
   기재를 유지하는 유지부와,
   레이저광을 출력하는 레이저 광원과,
   상기 레이저 광원으로부터 출력된 상기 레이저광을 상기 유지부에 유지된 상기 기재로 유도하는 광학계와,
   상기 레이저광을 검출하는 적어도 1 개의 광 검출부
   를 구비하고,
   상기 적어도 1 개의 광 검출부는,
   입사되는 레이저광의 강도 분포의 형상을 유지하면서 상기 레이저광을 확산시키는 확산부와,
   상기 확산부에 있어서 확산된 상기 레이저광을 촬상하는 이미지 센서, 및, 상기 확산부와 상기 이미지 센서 사이에 위치하는 커버 유리를 갖는 카메라
   를 갖는, 광 조사 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 광학계는,
   상기 레이저 광원으로부터 출력된 상기 레이저광을 분기시키는 제 1 빔 스플리터와,
   상기 제 1 빔 스플리터에 의해서 분기된 상기 레이저광을 분기시키는 제 2 빔 스플리터,
   를 포함하고,
   상기 적어도 1 개의 광 검출부는,
   상기 제 1 빔 스플리터에서 분기된 상기 레이저광을 검출하는 제 1 광 검출부와,
   상기 제 2 빔 스플리터에서 분기된 상기 레이저광을 검출하는 제 2 광 검출부
   를 포함하는, 광 조사 장치.
10. 레이저광을 검출하는 광 검출 방법으로서,
    a) 레이저광의 강도 분포의 형상을 유지하면서 상기 레이저광을 확산시키는 공정과,
    b) 상기 공정 a) 에 의해서 확산된 후, 커버 유리를 투과한 레이저광을 이미지 센서로 촬상하는 공정
    을 포함하는, 광 검출 방법.