受光装置
【課題】ラインイメージセンサーと同等の機能を有する比較的安価な受光装置を提供する。
【解決手段】検出領域における光を検出するための受光装置であって、ホトデテクターと、ホトデテクターに入光する光を規制する開孔を有するマスクを備えた受光手段と、受光手段を検出領域に渡り移送せしめる移動手段と、受光手段の移動位置を検出する位置検出手段とを具備している。
【解決手段】検出領域における光を検出するための受光装置であって、ホトデテクターと、ホトデテクターに入光する光を規制する開孔を有するマスクを備えた受光手段と、受光手段を検出領域に渡り移送せしめる移動手段と、受光手段の移動位置を検出する位置検出手段とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出領域における光を検出するための受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。
【０００３】
上述した半導体ウエーハ等のストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。このように被加工物に形成されたストリートに沿って内部に変質層を形成する場合、被加工物の上面から所定の深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００４】
また、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線をウエーハに形成されたストリートに沿って照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。このようにウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にも、ウエーハの所定高さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００５】
しかるに、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚さにバラツキがあるため、均一なレーザー加工を施すことが難しい。即ち、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成する場合、ウエーハの厚さにバラツキがあるとレーザー光線を照射する際に屈折率の関係で所定の深さ位置に均一に変質層を形成することができない。また、ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にもその厚さにバラツキがあると、均一な深さのレーザー加工溝を形成することができない。
【０００６】
上述した問題を解消するために、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さを計測することができる高さ計測装置が下記特許文献１に開示されている。下記特許文献１に開示された高さ計測装置は、色収差レンズからなる回折手段を通過した白色光が波長によって異なる焦点距離を有することを利用して、被加工物に照射された光の反射光の波長を特定することにより焦点距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を正確に計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−３３３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載された高さ計測装置は、被加工物に照射された光の反射光の波長を検出するためにラインイメージセンサーが用いられている。しかるに、ラインイメージセンサーは高価であり、計測装置全体のコストアップの要因となっている。
【０００９】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ラインイメージセンサーと同等の機能を有する比較的安価な受光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、検出領域における光を検出するための受光装置であって、
ホトデテクターと、該ホトデテクターに入光する光を規制する開孔を有するマスクを備えた受光手段と、
該受光手段を検出領域に渡り移動せしめる移動手段と、
該受光手段の移動位置を検出する位置検出手段と、を具備している、
ことを特徴とする受光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による受光装置は、ラインイメージセンサーと比較して安価なホトデテクターおよびホトデテクターに入光する光を規制する開孔を有するマスクを備えた受光手段と、受光手段を検出領域に渡り移動せしめる移動手段と、受光手段の移動位置を検出する位置検出手段とからなっているので、比較的安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従って構成された受光装置を装備した高さ計測装置のブロック構成図。
【図２】図１に示す高さ計測装置を構成するマスク手段の平面図。
【図３】図１に示す高さ計測装置を構成する対物レンズによって集光される光における各波長の集光点を示す説明図。
【図４】本発明に従って構成された受光装置の斜視図。
【図５】図１に示す高さ計測装置に装備される制御手段のメモリに格納される制御マップを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に従って構成された受光装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明に従って構成された受光装置を装備した高さ計測装置のブロック構成図が示されている。図１に示す高さ計測装置１は、白色光を発光する白色光源２と、該白色光源２が発光した光が有する各波長を回折する回折手段３と、該回折手段３によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段４と、該マスク手段４によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズ５と、該リレーレンズ５によって伝達された環状の光を集光して例えばレーザー加工装置のチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wに照射する対物レンズ６と、上記マスク手段４とリレーレンズ５との間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッター７を具備している。
【００１５】
上記白色光源２は、白色灯や発光ダイオード（LED）等を用いることができる。上記回折手段３は、第１の色収差レンズ３１と、該第１の色収差レンズ３１と光軸上に所定の間隔を置いて配設された第２の色収差レンズ３２とによって構成されている。回折手段３を構成する第１の色収差レンズ３１および第２の色収差レンズ３２は、それぞれグラディウムレンズ等の色収差を有するレンズからなり、光の波長によって屈折率が異なる。回折手段３を構成する第１の色収差レンズ３１は、光軸上に上記白色光源２から入光する白色光の各波長に対する焦点を形成する。回折手段３を構成する第２の色収差レンズ３２は、第１の色収差レンズ３１によって各波長に対する焦点を通過し拡がった光を略平行（波長によって拡がり角が異なる）な光束に形成する。このように第１の色収差レンズ３１と第２の色収差レンズ３２とによって構成された回折手段３は、白色光源２が発光した白色光の波長を光軸側から外側に向けて順次短くなるように回折する。
【００１６】
上記マスク手段４は、図１および図２に示すようにガラス板等の透明坂４１からなり、その表面中央部に光を遮蔽する円形の遮蔽マスク４１１が形成されている。なお、光を遮蔽する円形の遮蔽マスク４１１は、例えば、８００nmより長い波長の光を遮蔽する大きさに設定されている。このように構成されたマスク手段４は、円形の遮蔽マスク４１１が回折手段３を通過する光の光軸上に配設される。従って、回折手段３を通過した光は、８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク４１１によって遮断され、８００nm以下の波長の光がマスク手段４を通過することにより環状の光に形成される。
【００１７】
上記リレーレンズ５は、上述したようにマスク手段４によって形成された環状の光の像を対物レンズ６までリレーする。上記対物レンズ６は、該リレーレンズ５によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wに照射する。この対物レンズ６によって集光される環状の光は、図３に示すように８００nmより長い波長の光が上述したように円形の遮蔽マスク４１１によって遮断されているので、８００nm以下の波長の光が集光される。この８００nm以下の波長の光は、回折手段３によって波長の短い光が外側に回折されているので光軸に近い長い波長の光の集光距離が短く、光軸から遠い短い波長の光の集光距離が長くなる。なお、上記マスク手段４とリレーレンズ５および対物レンズ６の位置関係は、図１に示すようにマスク手段４からリレーレンズ５までの距離を(a)、リレーレンズ５から対物レンズ６までの距離を(b)、リレーレンズ５の焦点距離を(f)とすると、(1／a)＋(1／b)＝(1／f)の関係を満たす位置に設定される。
【００１８】
上記ビームスプリッター７は、上記マスク手段４を通過した環状の光を実線で示すようにリレーレンズ５に向けて透過せしめるとともに、チャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wで反射した反射光を破線で示すように９０度の角度で反射し分光せしめる。
【００１９】
上記ビームスプリッター７によって分光された反射光は、光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段８、回折格子９を介して受光装置１０に至る。光分別手段８は、第１の集光レンズ８１とマスク８２および第２の集光レンズ８３とからなっている。第１の集光レンズ８１はアクロマテックレンズ等の色収差のないレンズからなり、ビームスプリッター７によって分光された反射光を集光せしめる。マスク８２は、第１の集光レンズ８１の集光点位置に配設され第１の集光レンズ８１によって集光された反射光が通過するピンホール８２１を備えている。なお、ピンホール８２１は、直径が１０〜１００μmでよい。第２の集光レンズ８３はアクロマテックレンズ等の色収差のないレンズからなり、マスク８２のピンホール８２１を通過した反射光を集光する。回折格子９は、第２の集光レンズ８３によって集光された反射光を回折光に変換し、波長毎に分光する。この回折格子９によって変換された回折光は、受光装置１０に向けて照射される。受光装置１０について、図１および図４を参照して説明する。
【００２０】
図１および図４に示す受光装置１０は、受光手段１１と、該受光手段１１を検出領域に渡り移送せしめる移動手段１２と、受光手段１１の移動位置を検出する位置検出手段１３を具備している。受光手段１１は、移動基台１１１と、該移動基台１１１上に配設されたホトデテクター収容ケース１１２と、該ホトデテクター収容ケース１１２内に配設されたホトデテクター１１３と、該ホトデテクター１１３に入光する光を規制する開孔１１４aを有するマスク１１４とからなっている。
【００２１】
受光手段１１を検出領域に渡り移送せしめる移動手段１２は、静止基台１２１と、該静止基台１２１上に上記回折格子９によって回折された回折光の分光方向に沿って配設された一対の案内レール１２２、１２２と、一対の案内レール１２２と１２２の間に平行に配設された雄ネジロッド１２３と、該雄ネジロッド１２３を回転駆動するためのパルスモータ１２４等の駆動源を含んでいる。この移動手段１２を構成する一対の案内レール１２２、１２２上に上記受光手段１１の移動基台１１１が案内レール１２２、１２２に沿って移動可能に支持される。即ち、移動基台１１１の下面には上記一対の案内レール１２２、１２２と嵌合する一対の被案内溝１１１a、１１１aが設けられており、この一対の被案内溝１１１a、１１１aを一対の案内レール１２２、１２２に嵌合することにより、移動基台１１１は案内レール１２２、１２２に沿って移動可能に支持される。上記雄ネジロッド１２３は、その一端が上記静止基台１２１に固定された軸受ブロック１２５に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ１２４の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド１２３は、移動基台１１１の中央部下面に突出して設けられた雌ネジブロック１１１bに形成された貫通雌ネジ穴１１１cに螺合されている。従って、パルスモータ１２４によって雄ネジロッド１２３を正転および逆転駆動することにより、受光手段１１が配設された移動基台１１１は案内レール１２２、１２２に沿って移動せしめられる。
【００２２】
上記受光手段１１の移動位置を検出する位置検出手段１３は、上記静止基台１２１に一対の案内レール１２２、１２２に沿って配設されたリニアスケール１３１と、上記移動基台１１１に配設され移動基台１１１とともにリニアスケール１３１に沿って移動する読み取りヘッド１３２とからなっている。この位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２は、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を制御手段２０に送る。そして制御手段２０は、入力したパルス信号をカウントすることにより、基準位置からのパルス数に対応して設定された回折光の波長を求める。なお、上記移動手段１２の駆動源としてパルスモータ１２４を用いた場合には、パルスモータ１２４に駆動信号を出力する制御手段２０の駆動パルスをカウントすることにより、受光手段１１の移動位置を検出することもできる。
【００２３】
上述した高さ計測装置１の作用について説明する。
上記白色光源２が発光した白色光(R)は、図１において実線で示すように回折手段３を構成する第１の色収差レンズ３１に入光する。第１の色収差レンズ３１は、光軸上に白色光源２から入光した白色光の各波長に対する焦点を形成する。このようにして光軸上に各波長に対応した焦点が形成された光は第２の色収差レンズ３２に入光し、第２の色収差レンズ３２は第１の色収差レンズ３１によって各波長に対する焦点を通過し拡がった光を略平行（波長によって拡がり角が異なる）な光束に形成する。このように第１の色収差レンズ３１と第２の色収差レンズ３２とによって構成された回折手段３は、白色光源２が発光した白色光の波長を光軸側（内側)から外側に向けて順次短くなるように回折する。このようにして回折手段３によって回折された白色光は、マスク手段４によって例えば８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク４１１によって遮断され、８００nm以下の波長の光が環状の光に形成される。
【００２４】
上述したようにマスク手段４によって例えば８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク４１１によって遮断され、８００nm以下の波長の光が環状に形成された光はビームスプリッター７を透過してリレーレンズ５に入光し、リレーレンズ５は環状の光の像を対物レンズ６までリレーする。対物レンズ６は、リレーレンズ５によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wに照射する。この対物レンズ６によって集光される環状の光は、図３に示すように８００nmより長い波長の光が上述したように円形の遮蔽マスク４１１によって遮断されているので、８００nm以下の波長の光が集光される。この８００nm以下の波長の光は、光軸に近い長い波長の光程集光距離が短く、光軸から遠い短い波長の光程集光距離が長い。従って、被加工物Wに照射された白色光(R)は被加工物Wの上面で反射するが、このうち被加工物Wの上面に集光点が合致した波長の光が最も小さい直径で反射する。
【００２５】
被加工物Wの上面で反射した集光点が合致した波長の反射光(R1)は、破線で示すように対物レンズ６およびリレーレンズ５を通り、ビームスプリッター７によって分光され、光分別手段８を構成する第１の集光レンズ８１に入光する。第１の集光レンズ８１に入光した反射光(R1)は、集光されマスク８２のピンホール８２１を通過し、更に第２の集光レンズ８３によって再度集光されて回折格子９に至る。なお、被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光は直径が大きいため、第１の集光レンズ８１によって集光されてもマスク８２によって遮断されピンホール８２１を通過する量はほんの僅かとなる。回折格子９に到達した反射光は、波長に対応した回折光に変換され受光装置１０に照射する。図１に示す実施形態においては、５００nmの波長は破線で示すように受光装置１０を構成するマスク１１４の開孔１１４aが実線で示す位置（受光装置１０におけるリニアスケール１３１の５００nmに対応して設定された位置）に照射される。また、３００nmの波長は１点鎖線で示すように受光装置１０を構成するマスク１１４の開孔１１４aが１点鎖線で示す位置（受光装置１０におけるリニアスケール１３１の３００nmに対応して設定された位置）に照射される。そして、７００nmの波長は２点鎖線で示すように受光装置１０を構成するマスク１１４の開孔１１４aが２点鎖線で示す位置（受光装置１０におけるリニアスケール１３１の７００nmに対応して設定された位置）に照射される。受光装置１０は、マスク１１４の開孔１１４aを通してホトデテクター１１３が受光した時点における受光手段１１の移動位置を位置検出手段１３によって検出し、検出信号を後述する制御手段に送る。即ち、位置検出手段１３は、リニアスケール１３１上を移動する読み取りヘッド１３２から制御手段２０にパルス信号を出力する。制御手段２０は、位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２から送られてくる基準位置からホトデテクター１１３が受光した時点における受光手段１１の移動位置までのパルス数に基づいて上記反射光の波長を求める。そして、制御手段２０は、反射光の波長に基いて対物レンズ６から照射される光の波長に対する焦点距離を求めることにより、チャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置を求める。
【００２６】
制御手段２０は、図５に示すように対物レンズ６によって集光される光の波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを格納するメモリを備えている。そして、制御手段２０は、メモリに格納された図５に示す制御マップを参照して上記受光装置１０を構成する位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２から送られるパルス数に基づいて求められる上記反射光の波長に対応した焦点距離を求める。従って、対物レンズ６から焦点距離に対応する位置がチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置となる。例えば、図５に示す制御マップにおいては上記受光装置１０を構成する位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が５００nmである場合に対物レンズ６の焦点距離（例えば、２９．４mm）であり、チャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．４mm下方位置となる。図示の実施形態においては、白色光の３００nm〜７００nmまでの波長においては例えば１００nm毎の集光点の間隔が５μmとなっており、上記読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が４００nmである場合にはチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．３９５mm下方位置となり、上記受光装置１０を構成する位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が３００nmである場合にはチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．３９０mm下方位置となる。一方、上記読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が６００nmである場合にはチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．４０５mm下方位置となり、上記読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が７００nmである場合には、チャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．４１０mm下方位置となる。このように、図示の実施形態における高さ計測装置１においては、対物レンズ６によって集光される白色光の各波長の集光点は一次直線的に変化するので、対物レンズ６からチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面までの距離、即ちチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置を正確に計測することができる。
【００２７】
上述した高さ計測装置１に装備される受光装置１０は、ラインイメージセンサーと比較して安価なホトデテクター１１３およびホトデテクター１１３に入光する光を規制する開孔１１４aを有するマスク１１４を備えた受光手段１１と、該受光手段１１を検出領域に渡り移送せしめる移動手段１２と、受光手段１１の移動位置を検出する位置検出手段１３とからなっているので、比較的安価に構成することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１：高さ計測装置
２：白色光源
３：回折手段
３１：第１の色収差レンズ
３２：第２の色収差レンズ
４：マスク手段
４１：透明坂
４１１：円形の遮蔽マスク
５：リレーレンズ
６：対物レンズ
７：ビームスプリッター
８：光分別手段
９：回折格子
１０：受光装置
１１：受光手段
１１１：移動基台
１１２：ホトデテクター収容ケース
１１３：ホトデテクター
１１４：マスク
１２：移動手段
１２１：静止基台
１２２、１２２：一対の案内レール
１２３：雄ネジロッド
１２４：パルスモータ
１３：位置検出手段
１３１：リニアスケール
１３２：読み取りヘッド
２０：制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出領域における光を検出するための受光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。
【０００３】
上述した半導体ウエーハ等のストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。このように被加工物に形成されたストリートに沿って内部に変質層を形成する場合、被加工物の上面から所定の深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００４】
また、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線をウエーハに形成されたストリートに沿って照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。このようにウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にも、ウエーハの所定高さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００５】
しかるに、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚さにバラツキがあるため、均一なレーザー加工を施すことが難しい。即ち、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成する場合、ウエーハの厚さにバラツキがあるとレーザー光線を照射する際に屈折率の関係で所定の深さ位置に均一に変質層を形成することができない。また、ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にもその厚さにバラツキがあると、均一な深さのレーザー加工溝を形成することができない。
【０００６】
上述した問題を解消するために、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さを計測することができる高さ計測装置が下記特許文献１に開示されている。下記特許文献１に開示された高さ計測装置は、色収差レンズからなる回折手段を通過した白色光が波長によって異なる焦点距離を有することを利用して、被加工物に照射された光の反射光の波長を特定することにより焦点距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を正確に計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−３３３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に記載された高さ計測装置は、被加工物に照射された光の反射光の波長を検出するためにラインイメージセンサーが用いられている。しかるに、ラインイメージセンサーは高価であり、計測装置全体のコストアップの要因となっている。
【０００９】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ラインイメージセンサーと同等の機能を有する比較的安価な受光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、検出領域における光を検出するための受光装置であって、
ホトデテクターと、該ホトデテクターに入光する光を規制する開孔を有するマスクを備えた受光手段と、
該受光手段を検出領域に渡り移動せしめる移動手段と、
該受光手段の移動位置を検出する位置検出手段と、を具備している、
ことを特徴とする受光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による受光装置は、ラインイメージセンサーと比較して安価なホトデテクターおよびホトデテクターに入光する光を規制する開孔を有するマスクを備えた受光手段と、受光手段を検出領域に渡り移動せしめる移動手段と、受光手段の移動位置を検出する位置検出手段とからなっているので、比較的安価に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に従って構成された受光装置を装備した高さ計測装置のブロック構成図。
【図２】図１に示す高さ計測装置を構成するマスク手段の平面図。
【図３】図１に示す高さ計測装置を構成する対物レンズによって集光される光における各波長の集光点を示す説明図。
【図４】本発明に従って構成された受光装置の斜視図。
【図５】図１に示す高さ計測装置に装備される制御手段のメモリに格納される制御マップを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に従って構成された受光装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明に従って構成された受光装置を装備した高さ計測装置のブロック構成図が示されている。図１に示す高さ計測装置１は、白色光を発光する白色光源２と、該白色光源２が発光した光が有する各波長を回折する回折手段３と、該回折手段３によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段４と、該マスク手段４によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズ５と、該リレーレンズ５によって伝達された環状の光を集光して例えばレーザー加工装置のチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wに照射する対物レンズ６と、上記マスク手段４とリレーレンズ５との間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッター７を具備している。
【００１５】
上記白色光源２は、白色灯や発光ダイオード（LED）等を用いることができる。上記回折手段３は、第１の色収差レンズ３１と、該第１の色収差レンズ３１と光軸上に所定の間隔を置いて配設された第２の色収差レンズ３２とによって構成されている。回折手段３を構成する第１の色収差レンズ３１および第２の色収差レンズ３２は、それぞれグラディウムレンズ等の色収差を有するレンズからなり、光の波長によって屈折率が異なる。回折手段３を構成する第１の色収差レンズ３１は、光軸上に上記白色光源２から入光する白色光の各波長に対する焦点を形成する。回折手段３を構成する第２の色収差レンズ３２は、第１の色収差レンズ３１によって各波長に対する焦点を通過し拡がった光を略平行（波長によって拡がり角が異なる）な光束に形成する。このように第１の色収差レンズ３１と第２の色収差レンズ３２とによって構成された回折手段３は、白色光源２が発光した白色光の波長を光軸側から外側に向けて順次短くなるように回折する。
【００１６】
上記マスク手段４は、図１および図２に示すようにガラス板等の透明坂４１からなり、その表面中央部に光を遮蔽する円形の遮蔽マスク４１１が形成されている。なお、光を遮蔽する円形の遮蔽マスク４１１は、例えば、８００nmより長い波長の光を遮蔽する大きさに設定されている。このように構成されたマスク手段４は、円形の遮蔽マスク４１１が回折手段３を通過する光の光軸上に配設される。従って、回折手段３を通過した光は、８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク４１１によって遮断され、８００nm以下の波長の光がマスク手段４を通過することにより環状の光に形成される。
【００１７】
上記リレーレンズ５は、上述したようにマスク手段４によって形成された環状の光の像を対物レンズ６までリレーする。上記対物レンズ６は、該リレーレンズ５によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wに照射する。この対物レンズ６によって集光される環状の光は、図３に示すように８００nmより長い波長の光が上述したように円形の遮蔽マスク４１１によって遮断されているので、８００nm以下の波長の光が集光される。この８００nm以下の波長の光は、回折手段３によって波長の短い光が外側に回折されているので光軸に近い長い波長の光の集光距離が短く、光軸から遠い短い波長の光の集光距離が長くなる。なお、上記マスク手段４とリレーレンズ５および対物レンズ６の位置関係は、図１に示すようにマスク手段４からリレーレンズ５までの距離を(a)、リレーレンズ５から対物レンズ６までの距離を(b)、リレーレンズ５の焦点距離を(f)とすると、(1／a)＋(1／b)＝(1／f)の関係を満たす位置に設定される。
【００１８】
上記ビームスプリッター７は、上記マスク手段４を通過した環状の光を実線で示すようにリレーレンズ５に向けて透過せしめるとともに、チャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wで反射した反射光を破線で示すように９０度の角度で反射し分光せしめる。
【００１９】
上記ビームスプリッター７によって分光された反射光は、光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段８、回折格子９を介して受光装置１０に至る。光分別手段８は、第１の集光レンズ８１とマスク８２および第２の集光レンズ８３とからなっている。第１の集光レンズ８１はアクロマテックレンズ等の色収差のないレンズからなり、ビームスプリッター７によって分光された反射光を集光せしめる。マスク８２は、第１の集光レンズ８１の集光点位置に配設され第１の集光レンズ８１によって集光された反射光が通過するピンホール８２１を備えている。なお、ピンホール８２１は、直径が１０〜１００μmでよい。第２の集光レンズ８３はアクロマテックレンズ等の色収差のないレンズからなり、マスク８２のピンホール８２１を通過した反射光を集光する。回折格子９は、第２の集光レンズ８３によって集光された反射光を回折光に変換し、波長毎に分光する。この回折格子９によって変換された回折光は、受光装置１０に向けて照射される。受光装置１０について、図１および図４を参照して説明する。
【００２０】
図１および図４に示す受光装置１０は、受光手段１１と、該受光手段１１を検出領域に渡り移送せしめる移動手段１２と、受光手段１１の移動位置を検出する位置検出手段１３を具備している。受光手段１１は、移動基台１１１と、該移動基台１１１上に配設されたホトデテクター収容ケース１１２と、該ホトデテクター収容ケース１１２内に配設されたホトデテクター１１３と、該ホトデテクター１１３に入光する光を規制する開孔１１４aを有するマスク１１４とからなっている。
【００２１】
受光手段１１を検出領域に渡り移送せしめる移動手段１２は、静止基台１２１と、該静止基台１２１上に上記回折格子９によって回折された回折光の分光方向に沿って配設された一対の案内レール１２２、１２２と、一対の案内レール１２２と１２２の間に平行に配設された雄ネジロッド１２３と、該雄ネジロッド１２３を回転駆動するためのパルスモータ１２４等の駆動源を含んでいる。この移動手段１２を構成する一対の案内レール１２２、１２２上に上記受光手段１１の移動基台１１１が案内レール１２２、１２２に沿って移動可能に支持される。即ち、移動基台１１１の下面には上記一対の案内レール１２２、１２２と嵌合する一対の被案内溝１１１a、１１１aが設けられており、この一対の被案内溝１１１a、１１１aを一対の案内レール１２２、１２２に嵌合することにより、移動基台１１１は案内レール１２２、１２２に沿って移動可能に支持される。上記雄ネジロッド１２３は、その一端が上記静止基台１２１に固定された軸受ブロック１２５に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ１２４の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド１２３は、移動基台１１１の中央部下面に突出して設けられた雌ネジブロック１１１bに形成された貫通雌ネジ穴１１１cに螺合されている。従って、パルスモータ１２４によって雄ネジロッド１２３を正転および逆転駆動することにより、受光手段１１が配設された移動基台１１１は案内レール１２２、１２２に沿って移動せしめられる。
【００２２】
上記受光手段１１の移動位置を検出する位置検出手段１３は、上記静止基台１２１に一対の案内レール１２２、１２２に沿って配設されたリニアスケール１３１と、上記移動基台１１１に配設され移動基台１１１とともにリニアスケール１３１に沿って移動する読み取りヘッド１３２とからなっている。この位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２は、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を制御手段２０に送る。そして制御手段２０は、入力したパルス信号をカウントすることにより、基準位置からのパルス数に対応して設定された回折光の波長を求める。なお、上記移動手段１２の駆動源としてパルスモータ１２４を用いた場合には、パルスモータ１２４に駆動信号を出力する制御手段２０の駆動パルスをカウントすることにより、受光手段１１の移動位置を検出することもできる。
【００２３】
上述した高さ計測装置１の作用について説明する。
上記白色光源２が発光した白色光(R)は、図１において実線で示すように回折手段３を構成する第１の色収差レンズ３１に入光する。第１の色収差レンズ３１は、光軸上に白色光源２から入光した白色光の各波長に対する焦点を形成する。このようにして光軸上に各波長に対応した焦点が形成された光は第２の色収差レンズ３２に入光し、第２の色収差レンズ３２は第１の色収差レンズ３１によって各波長に対する焦点を通過し拡がった光を略平行（波長によって拡がり角が異なる）な光束に形成する。このように第１の色収差レンズ３１と第２の色収差レンズ３２とによって構成された回折手段３は、白色光源２が発光した白色光の波長を光軸側（内側)から外側に向けて順次短くなるように回折する。このようにして回折手段３によって回折された白色光は、マスク手段４によって例えば８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク４１１によって遮断され、８００nm以下の波長の光が環状の光に形成される。
【００２４】
上述したようにマスク手段４によって例えば８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク４１１によって遮断され、８００nm以下の波長の光が環状に形成された光はビームスプリッター７を透過してリレーレンズ５に入光し、リレーレンズ５は環状の光の像を対物レンズ６までリレーする。対物レンズ６は、リレーレンズ５によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wに照射する。この対物レンズ６によって集光される環状の光は、図３に示すように８００nmより長い波長の光が上述したように円形の遮蔽マスク４１１によって遮断されているので、８００nm以下の波長の光が集光される。この８００nm以下の波長の光は、光軸に近い長い波長の光程集光距離が短く、光軸から遠い短い波長の光程集光距離が長い。従って、被加工物Wに照射された白色光(R)は被加工物Wの上面で反射するが、このうち被加工物Wの上面に集光点が合致した波長の光が最も小さい直径で反射する。
【００２５】
被加工物Wの上面で反射した集光点が合致した波長の反射光(R1)は、破線で示すように対物レンズ６およびリレーレンズ５を通り、ビームスプリッター７によって分光され、光分別手段８を構成する第１の集光レンズ８１に入光する。第１の集光レンズ８１に入光した反射光(R1)は、集光されマスク８２のピンホール８２１を通過し、更に第２の集光レンズ８３によって再度集光されて回折格子９に至る。なお、被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光は直径が大きいため、第１の集光レンズ８１によって集光されてもマスク８２によって遮断されピンホール８２１を通過する量はほんの僅かとなる。回折格子９に到達した反射光は、波長に対応した回折光に変換され受光装置１０に照射する。図１に示す実施形態においては、５００nmの波長は破線で示すように受光装置１０を構成するマスク１１４の開孔１１４aが実線で示す位置（受光装置１０におけるリニアスケール１３１の５００nmに対応して設定された位置）に照射される。また、３００nmの波長は１点鎖線で示すように受光装置１０を構成するマスク１１４の開孔１１４aが１点鎖線で示す位置（受光装置１０におけるリニアスケール１３１の３００nmに対応して設定された位置）に照射される。そして、７００nmの波長は２点鎖線で示すように受光装置１０を構成するマスク１１４の開孔１１４aが２点鎖線で示す位置（受光装置１０におけるリニアスケール１３１の７００nmに対応して設定された位置）に照射される。受光装置１０は、マスク１１４の開孔１１４aを通してホトデテクター１１３が受光した時点における受光手段１１の移動位置を位置検出手段１３によって検出し、検出信号を後述する制御手段に送る。即ち、位置検出手段１３は、リニアスケール１３１上を移動する読み取りヘッド１３２から制御手段２０にパルス信号を出力する。制御手段２０は、位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２から送られてくる基準位置からホトデテクター１１３が受光した時点における受光手段１１の移動位置までのパルス数に基づいて上記反射光の波長を求める。そして、制御手段２０は、反射光の波長に基いて対物レンズ６から照射される光の波長に対する焦点距離を求めることにより、チャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置を求める。
【００２６】
制御手段２０は、図５に示すように対物レンズ６によって集光される光の波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを格納するメモリを備えている。そして、制御手段２０は、メモリに格納された図５に示す制御マップを参照して上記受光装置１０を構成する位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２から送られるパルス数に基づいて求められる上記反射光の波長に対応した焦点距離を求める。従って、対物レンズ６から焦点距離に対応する位置がチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置となる。例えば、図５に示す制御マップにおいては上記受光装置１０を構成する位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が５００nmである場合に対物レンズ６の焦点距離（例えば、２９．４mm）であり、チャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．４mm下方位置となる。図示の実施形態においては、白色光の３００nm〜７００nmまでの波長においては例えば１００nm毎の集光点の間隔が５μmとなっており、上記読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が４００nmである場合にはチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．３９５mm下方位置となり、上記受光装置１０を構成する位置検出手段１３の読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が３００nmである場合にはチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．３９０mm下方位置となる。一方、上記読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が６００nmである場合にはチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．４０５mm下方位置となり、上記読み取りヘッド１３２から送られたパルス信号に基づいて求められた上記反射光の波長が７００nmである場合には、チャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６から２９．４１０mm下方位置となる。このように、図示の実施形態における高さ計測装置１においては、対物レンズ６によって集光される白色光の各波長の集光点は一次直線的に変化するので、対物レンズ６からチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面までの距離、即ちチャックテーブルC／Tに保持された被加工物Wの上面の高さ位置を正確に計測することができる。
【００２７】
上述した高さ計測装置１に装備される受光装置１０は、ラインイメージセンサーと比較して安価なホトデテクター１１３およびホトデテクター１１３に入光する光を規制する開孔１１４aを有するマスク１１４を備えた受光手段１１と、該受光手段１１を検出領域に渡り移送せしめる移動手段１２と、受光手段１１の移動位置を検出する位置検出手段１３とからなっているので、比較的安価に構成することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１：高さ計測装置
２：白色光源
３：回折手段
３１：第１の色収差レンズ
３２：第２の色収差レンズ
４：マスク手段
４１：透明坂
４１１：円形の遮蔽マスク
５：リレーレンズ
６：対物レンズ
７：ビームスプリッター
８：光分別手段
９：回折格子
１０：受光装置
１１：受光手段
１１１：移動基台
１１２：ホトデテクター収容ケース
１１３：ホトデテクター
１１４：マスク
１２：移動手段
１２１：静止基台
１２２、１２２：一対の案内レール
１２３：雄ネジロッド
１２４：パルスモータ
１３：位置検出手段
１３１：リニアスケール
１３２：読み取りヘッド
２０：制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出領域における光を検出するための受光装置であって、
ホトデテクターと、該ホトデテクターに入光する光を規制する開孔を有するマスクを備えた受光手段と、
該受光手段を検出領域に渡り移送せしめる移動手段と、
該受光手段の移動位置を検出する位置検出手段と、を具備している、
ことを特徴とする受光装置。
【請求項１】
検出領域における光を検出するための受光装置であって、
ホトデテクターと、該ホトデテクターに入光する光を規制する開孔を有するマスクを備えた受光手段と、
該受光手段を検出領域に渡り移送せしめる移動手段と、
該受光手段の移動位置を検出する位置検出手段と、を具備している、
ことを特徴とする受光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３７６７６（Ｐ２０１２−２３７６７６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７４９１（Ｐ２０１１−１０７４９１）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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