観察光学系およびレーザ加工装置
【課題】対象物の位置決め用の印と濃淡パターンの両方を良好に観察する。
【解決手段】照明装置１１７の光源から発せられた照明光は、集光レンズ１１８を透過し、ハーフミラー１２０により反射され、ダイクロイックミラー１１５を透過し、対物レンズ１１６の瞳において結像された後、対物レンズ１１６を介して太陽電池パネル１０２に照射される。太陽電池パネル１０２からの反射光は、対物レンズ１１６、ダイクロイックミラー１１５、ハーフミラー１２０を透過し、結像レンズ１２１により結像される。遮光体１１９は、照明光の波長をλ、太陽電池パネル１０２のアライメントマークの線幅をｗとした場合、対物レンズ１１６の略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する照明光を遮断する。本発明は、例えば、レーザ加工装置に適用できる。
【解決手段】照明装置１１７の光源から発せられた照明光は、集光レンズ１１８を透過し、ハーフミラー１２０により反射され、ダイクロイックミラー１１５を透過し、対物レンズ１１６の瞳において結像された後、対物レンズ１１６を介して太陽電池パネル１０２に照射される。太陽電池パネル１０２からの反射光は、対物レンズ１１６、ダイクロイックミラー１１５、ハーフミラー１２０を透過し、結像レンズ１２１により結像される。遮光体１１９は、照明光の波長をλ、太陽電池パネル１０２のアライメントマークの線幅をｗとした場合、対物レンズ１１６の略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する照明光を遮断する。本発明は、例えば、レーザ加工装置に適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察光学系およびレーザ加工装置に関し、特に、対象物の位置決め用の印と濃淡パターンを良好に観察できるようにした観察光学系およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板等の対象物に設けられている位置決め用のアライメントマークの観察に用いる観察光学系として、明視野光学系が用いられている。しかし、従来の明視野光学系では、対象物からの反射光に含まれるアライメントマークの信号光が、その他の雑音光に比べて小さくて、低いコントラストでしかアライメントマークを観察できないことがあった。
【０００３】
そこで、高いコントラストでアライメントマークを観察できる暗視野光学系が用いられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３０６６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の暗視野光学系では、例えば滑らかな平面など、対象物の散乱光が発生しない領域（以下、非散乱領域と称する）が真っ暗になり、その領域の濃淡パターンを観察することができない。そのため、非散乱領域の濃淡パターンを観察するためには、使用する光学系を暗視野光学系から明視野光学系に切替えなければならなかった。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、対象物のアライメントマークと濃淡パターンの両方を良好に観察できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面の観察光学系は、対象物の位置決め用の印を観察するための観察光学系において、対物レンズと、光源から発せられる照明光を前記対物レンズの瞳において結像させる集光レンズと、前記対物レンズを介して前記照明光が照射された前記対象物からの反射光であって、前記対物レンズを透過した後の反射光を結像する結像レンズと、前記集光レンズと前記対物レンズの間、かつ、前記対物レンズと前記結像レンズの間において、前記照明光と前記反射光の光路を分岐する分岐手段と、前記照明光の波長をλ、前記位置決め用の印の最も狭い部分の幅をｗとした場合、前記集光レンズと前記分岐手段の間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記照明光を遮断する遮光手段、および、前記分岐手段と前記対物レンズの間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記反射光を遮断する遮光手段のうち少なくとも一方とを備える。
【０００８】
本発明の第１の側面の観察光学系においては、照明光が、対物レンズの瞳において結像され、対物レンズを介して対象物に照射され、対象物からの反射光が、対物レンズを透過し、結像レンズにより結像される。また、対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する照明光または反射光が遮断される。
【０００９】
従って、対象物の位置決め用の印と濃淡パターンの両方を良好に観察することができる。また、対象物の位置決め精度が向上するとともに、位置決め時間が短縮される。
【００１０】
この光源は、例えば、ＬＥＤにより構成される。この分岐手段は、例えば、ハーフミラーにより構成される。この遮光手段は、例えば、金属板からなる遮光体、または、ガラス板に遮光膜を成膜した遮光体により構成される。
【００１１】
この遮光手段は、前記照明光の断面と略同じ形状の遮光領域を有するようにすることができる。
【００１２】
これにより、対象物に照射する照明光のムラをなくすることができる。
【００１３】
この照明光は単色光にすることができる。
【００１４】
これにより、位置決め用の印をより鮮明に観察することができる。
【００１５】
本発明の第２の側面のレーザ加工装置は、対象物の位置決め用の印を観察するための観察光学系と、前記対象物に加工用のレーザ光を照射するための加工光学系とを備えるレーザ加工装置において、前記観察光学系は、照明光を発する光源と、対物レンズと、前記照明光を前記対物レンズの瞳において結像させる集光レンズと、前記対物レンズを介して前記照明光が照射された前記対象物からの反射光であって、前記対物レンズを透過した後の反射光を結像する結像レンズと、前記集光レンズと前記対物レンズの間、かつ、前記対物レンズと前記結像レンズの間において、前記照明光と前記反射光の光路を分岐する分岐手段と、前記照明光の波長をλ、前記位置決め用の印の最も狭い部分の幅をｗとした場合、前記集光レンズと前記分岐手段の間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記照明光を遮断する遮光手段、および、前記分岐手段と前記対物レンズの間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記反射光を遮断する遮光手段のうち少なくとも一方とを備える。
【００１６】
従って、対象物の位置決め用の印と濃淡パターンの両方を良好に観察することができる。また、対象物の位置決め精度が向上するとともに、位置決め時間が短縮される。その結果、レーザ加工の加工精度が向上するとともに、加工時間が短縮される。
【００１７】
この光源は、例えば、ＬＥＤにより構成される。この分岐手段は、例えば、ハーフミラーにより構成される。この遮光手段は、例えば、金属板からなる遮光体、または、ガラス板に遮光膜を成膜した遮光体により構成される。
【００１８】
このレーザ光は、前記対物レンズを介して前記対象物に照射されるようにすることができる。
【００１９】
これにより、観察光学系と加工光学系の対物レンズを共通化することができ、部品点数を削減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の側面または第２の側面によれば、観察する対象となる対象物の位置決め用の印と濃淡パターンの両方を良好に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用したレーザ加工装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】遮光体の第１の例を示す図である。
【図３】遮光体の第２の例を示す図である。
【図４】遮光体の第３の例を示す図である。
【図５】遮光体の第４の例を示す図である。
【図６】アライメントマークの例を示す図である。
【図７】アライメントマークを観察可能にする条件を説明するための図である。
【図８】対物レンズのＯＴＦ特性の例を示すグラフである。
【図９】対物レンズの中央の領域を除いたＯＴＦ特性の例を示すグラフである。
【図１０】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１１】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１２】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１３】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１４】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１５】照明光の断面の例を示す図である。
【図１６】集光レンズを透過した後の照明光の断面の例を示す図である。
【図１７】円形の遮光領域を有する遮光体を通過した後の照明光の断面の例を示す図である。
【図１８】矩形の遮光領域を有する遮光体を通過した後の照明光の断面の例を示す図である。
【図１９】遮光体の第５の例を示す図である。
【図２０】遮光体の第６の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００２３】
＜１．実施の形態＞
［レーザ加工装置の構成例］
図１は、本発明を適用したレーザ加工装置１０１の光学系の一実施の形態を示す図である。
【００２４】
レーザ加工装置１０１は、基板等の加工対象物のレーザ加工を行う装置である。なお、以下、加工対象物の一例として、太陽電池パネル１０２を挙げて説明する。
【００２５】
レーザ加工装置１０１の光学系は、レーザ発振器１１１、ビームエキスパンダ１１２、スリット１１３、結像レンズ１１４、ダイクロイックミラー１１５、対物レンズ１１６、照明装置１１７、集光レンズ１１８、遮光体１１９、ハーフミラー１２０、結像レンズ１２１、および、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ１２２を含むように構成される。そのうち、レーザ発振器１１１、ビームエキスパンダ１１２、スリット１１３、結像レンズ１１４、ダイクロイックミラー１１５、および、対物レンズ１１６により、太陽電池パネル１０２に加工用のレーザ光を照射するための加工光学系が構成される。また、対物レンズ１１６、照明装置１１７、集光レンズ１１８、遮光体１１９、ハーフミラー１２０、結像レンズ１２１、および、ＣＣＤカメラ１２２により、太陽電池パネル１０２を観察するための観察光学系が構成される。
【００２６】
まず、加工光学系の作用について説明する。
【００２７】
レーザ発振器１１１から射出されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１１２によりビーム径が広げられるとともにコリメートされ、スリット１１３を通過することにより、ビーム径が所定の大きさに制限される。スリット１１３を通過したレーザ光は、結像レンズ１１４によりコリメートされ、ダイクロイックミラー１１５により対物レンズ１１６の方向に反射され、対物レンズ１１６により、太陽電池パネル１０２の加工面において集光される。また、レーザ光は、ガルバノメータミラーなどの走査手段（不図示）により、太陽電池パネル１０２の加工面上を走査される。そして、このレーザ光により、太陽電池パネル１０２の加工面が加工される。
【００２８】
次に、観察光学系の作用について説明する。
【００２９】
照明装置１１７は、例えば、所定の波長（例えば、０．６μｍ）の単色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる円形の光源を備えている。なお、本発明の光源は面光源と考えることができる。そして、照明装置１１７の光源から射出された断面が円形の照明光は、集光レンズ１１８により集光され、ハーフミラー１２０により対物レンズ１１６の方向に反射され、対物レンズ１１６の瞳において結像される。対物レンズ１１６の瞳において結像した照明光は、対物レンズ１１６によりフーリエ変換されて、太陽電池パネル１０２に照射される。
【００３０】
太陽電池パネル１０２において反射された光（以下、反射光と称する）は、対物レンズ１１６、ダイクロイックミラー１１５、ハーフミラー１２０、および、結像レンズ１２１を透過して、ＣＣＤカメラ１２２に入射する。このとき、反射光は、対物レンズ１１６を透過した後、結像レンズ１２１により、ＣＣＤカメラ１２２のＣＣＤイメージセンサ（不図示）の受光面上で結像され、反射光による像がＣＣＤカメラ１２２により撮像される。
【００３１】
また、集光レンズ１１８と対物レンズ１１６の間において、集光レンズ１１８のハーフミラー１２０側の近傍に遮光体１１９が設けられている。遮光体１１９は、例えば、ステンレス鋼などの金属板を加工したものであり、集光レンズ１１８を透過する照明光のうち、集光レンズ１１８の光軸近傍の光を遮断する。
【００３２】
［遮光体の構成例］
ここで、図２乃至図５を参照して、レーザ加工装置１０１に用いられる遮光体の構成例について説明する。なお、図２乃至図５において、入射する照明光を遮断する遮光領域を網掛けで示している。
【００３３】
図２の遮光体１５１には、円形の遮光領域１５１Ａが中央に設けられている。また、遮光領域１５１Ａを支持するために、遮光領域１５１Ａとリング状の外周部１５１Ｂとが、直線状の接続部１５１Ｃ乃至１５１Ｆを介して接続されている。この遮光体１５１の中心を集光レンズ１１８の光軸と一致するように配置することにより、集光レンズ１１８を透過する照明光のうち、集光レンズ１１８の光軸近傍の円形の遮光領域１５１Ａに入射する光が遮断される。
【００３４】
図３の遮光体１５２には、複数の同じ大きさの円形の開口部が、中央の略円形の遮光領域１５２Ａを取り囲むようにリング状に等間隔に並べられている。この遮光体１５２の中心を集光レンズ１１８の光軸と一致するように配置することにより、集光レンズ１１８を透過する照明光のうち、集光レンズ１１８の光軸近傍の略円形の遮光領域１５２Ａに入射する光が遮断される。
【００３５】
また、図２の遮光体１５１では、接続部１５１Ｃ乃至１５１Ｆに入射する光が遮断されるため、遮光体１５１を通過する光の明るさに、光軸からの方向によるバラツキが生じるが、遮光体１５２を通過する光は、そのような明るさのバラツキが生じず、ほぼ均等な明るさになる。
【００３６】
図４の遮光体１５３および図５の遮光体１５４は、図３の遮光体１５２の変形例である。図４の遮光体１５３では、複数の同じ大きさの円形の開口部が、中央の略円形の遮光領域１５３Ａを取り囲むように二重にリング状に等間隔に並べられている。図５の遮光体１５４では、複数の円形の開口部が、中央の略円形の遮光領域１５４Ａを取り囲むように二重にリング状に等間隔に並べられるとともに、外側の開口部の方が内側の開口部より大きくなっている。このように、円形の開口部の大きさや配列を調整することにより、中央の遮光領域の大きさ等を調整することが可能である。
【００３７】
［遮光体１１９の遮光範囲］
次に、図６乃至図９を参照して、遮光体１１９の遮光範囲について検討する。
【００３８】
図６は、太陽電池パネル１０２に位置決め用の印として設けられているアライメントマーク２０１の例を示している。アライメントマーク２０１は、幅ｗ（例えば、２０μｍ）、長さｌ（例えば、１２０μｍ）、厚さｔ（例えば、２μｍ）の線分を十字に交差させた形状を有している。アライメントマーク２０１は、例えば、アルミニウムの薄膜を太陽電池パネル１０２のガラス基板に蒸着させたり、あるいは、太陽電池パネル１０２の製造工程において、積層された薄膜を一部除去したりすることにより形成される。なお、以下では、主に蒸着によりアライメントマーク２０１を形成した場合について説明する。
【００３９】
この線幅ｗのアライメントマーク２０１を観察するためには、シャノンの情報化定理により、レーザ加工装置１０１の観察光学系が、ピッチｐ≦ｗ／２の凹凸パターンを観察できる能力を有する必要がある。この条件について、図７を参照して簡単に説明する。
【００４０】
図７の回折格子２１１のピッチｐ＝ｗ／２、回折格子２１１の１次の回折光の回折角をα、照明光の波長をλとすると、次式が成り立つ。
【００４１】
sinα＝λ／ｐ＝２λ／ｗ ・・・（１）
【００４２】
従って、対物レンズ１１６の空気中の開口数（ＮＡ）をsinβとすると、sinβ≧sinα＝２λ／ｗとすることにより、ピッチｐ＝ｗ／２の凹凸パターンを観察することが可能になる。なお、角度βは、対物レンズ１１６の最大見込み角である。
【００４３】
また、式（１）より、回折格子２１１の１次の回折角αは、ピッチｐが小さくなるほど大きくなり、ピッチｐが大きくなるほど小さくなる。従って、太陽電池パネル１０２の表面の細かい（空間周波数が高い）凹凸パターンの情報を含む光は、対物レンズ１１６の周辺の領域、すなわち、太陽電池パネル１０２から見て光軸に対する角度（見込み角）が大きな領域を通過する。一方、太陽電池パネル１０２の表面の粗い（空間周波数が低い）凹凸パターンの情報は、対物レンズ１１６の中央の領域、すなわち、見込み角が小さな領域を通過する。
【００４４】
図８は、対物レンズ１１６のOptical Transfer Function（以下、ＯＴＦと称する）の例を示すグラフである。横軸は空間周波数（単位はcycle／mm）を示し、縦軸はＯＴＦを示している。また、曲線２２１は、対物レンズ１１６全体のＯＴＦ曲線を示し、曲線２２２は、見込み角θ＜αとなる対物レンズ１１６の中央の領域（以下、中央領域αと称する）、換言すれば、対物レンズ１１６のsinα（＝２λ／ｗ）未満の開口数の範囲内の領域に対するＯＴＦ曲線を示している。ＯＴＦ曲線２２２は、ＯＴＦ曲線２２１と比較して空間周波数の帯域が狭くなり、具体的には、０から１／ｐ（＝２／ｗ）までの範囲となる。
【００４５】
また、対物レンズ１１６の中央領域αを遮光した場合のＯＴＦ曲線、すなわち、見込み角θ≧αとなる対物レンズ１１６の周辺の領域のＯＴＦ曲線は、曲線２２１から曲線２２２を減算することにより求められ、具体的には、図９に示される曲線２３１となる。このＯＴＦ曲線２３１は、空間周波数が１／ｐ（＝２／ｗ）においてピークとなる特性を有する。
【００４６】
従って、対物レンズ１１６の中央領域αを遮光することにより、空間周波数が２／ｗ未満の凹凸パターンを減衰させ、アライメントマーク２０１の線幅ｗと同じピッチの凹凸パターンを強調して観察することができる。その結果、線幅ｗのアライメントマーク２０１を強調して観察することができる。
【００４７】
そこで、レーザ加工装置１０１では、対物レンズ１１６の中央領域αに照明光が入射しないように、遮光体１１９により照明光の一部を遮断する。すなわち、集光レンズ１１８を透過した照明光は、光軸近傍の範囲が遮光体１１９により遮断され、対物レンズ１１６の瞳において結像された後、対物レンズ１１６の中央領域αより外側の領域に入射し、太陽電池パネル１０２を照射する。従って、遮光体１１９により照明光の一部を遮断しない場合と比較して、太陽電池パネル１０２の観察面（＝加工面）の凹凸パターンのうち、空間周波数が２／ｗ未満の低周波成分が弱く励起され、空間周波数が２／ｗ以上の高周波成分がほぼ同じ強さで励起される。これにより、対物レンズ１１６のＯＴＦ特性が、実質的に図９に示されるものとほぼ同じ特性となり、アライメントマーク２０１を強調して観察することが可能になる。
【００４８】
［レーザ加工装置１０１の作用効果］
ここで、図１０乃至図１４を参照して、レーザ加工装置１０１の作用効果についてさらに詳しく説明する。
【００４９】
図１０に示されるように、対物レンズ１１６から射出された照明光は、太陽電池パネル１０２の観察面においてほぼ平行な波面として集光され、観察面で反射された反射光が、対物レンズ１１６に戻る。
【００５０】
図１１および図１２は、図１０の点線で囲まれる集光点付近の範囲２５１の拡大図である。なお、図１１は、製作途中の太陽電池パネル１０２に照明光が入射する様子を模式的に示し、図１２は、製作途中の太陽電池パネル１０２において照明光が反射される様子を模式的に示している。
【００５１】
図１１および図１２の例において、太陽電池パネル１０２は、下から層１０２Ａ、層１０２Ｂ、層１０２Ｃの３層により構成され、層１０２Ｂおよび層１０２Ｃにより、発電領域が形成される。層１０２Ｂは、層１０２Ｃより反射率が高く、層１０２Ｃが形成されている領域と、層１０２Ｃが形成されずに層１０２Ｂが表面に現れている領域とにより、濃淡パターンが形成される。なお、照明光の波長λは、層１０２Ｂと層１０２Ｃの間の段差Ｌ１（例えば、０．３μｍ）より大きい値に設定される。
【００５２】
また、図内の右端の層１０２Ｂおよび層１０２Ｃが形成されていない領域において、層１０２Ａの上面に、アライメントマーク２０１が形成されている。なお、照明光の波長λは、アライメントマーク２０１と層１０２Ａの間の段差Ｌ２（例えば、２．０μｍ）より小さい値に設定される。
【００５３】
太陽電池パネル１０２の観察面に平行な波面で入射した照明光は、太陽電池パネル１０２の観察面において変調されて反射光となる。反射光のうち、層１０２Ｂと層１０２Ｃによる形成される濃淡パターン上で反射される光には、濃淡情報が重畳される。濃淡情報が重畳された反射光は、段差Ｌ１が波長λ未満なので、図１２の点線で囲まれる範囲２６１内に示されるように、入射角に対して反射角がほとんど変化せずに、振幅だけが変化する。なお、この図では、振幅の変化を線の太さで表している。一方、反射光のうち、アライメントマーク２０１付近で反射される光には、濃淡情報に加えて凹凸情報が重畳される。凹凸情報が重畳された反射光は、段差Ｌ２が波長λより大きいので、図１２の点線で囲まれる範囲２６２内に示されるように、振幅が変化するとともに、入射角に対して反射角が変化する。
【００５４】
これを、集光点近傍のニアフィールドから、対物レンズ１１６近傍のファーフィールドに立ち戻って考え、図１３に示されるように照明光Ａ１の入射角をθｉ、反射光Ｂ１の反射角をθｏとすると、太陽電池パネル１０２の観察面において濃淡情報のみが重畳され、凹凸情報が重畳されない場合、入射角θｉ＝反射角θｏとなる。一方、太陽電池パネル１０２の観察面において凹凸情報が重畳される場合、入射角θｉ≠反射角θｏとなる。
【００５５】
従来の暗視野光学系では、入射角θｉ＝反射角θｏとなる、濃淡情報のみが重畳された反射光は、対物レンズの外側をすり抜けるか、あるいは、途中で遮断され、観察されない。一方、入射角θｉ≠反射角θｏとなる、凹凸情報が重畳された反射光は、その一部が対物レンズに入射し、途中で遮断されずに観察される。従って、従来の暗視野光学系を用いれば、高いＳＮＲで太陽電池パネル１０２の観察面の凹凸パターンを観察することができ、当然、アライメントマーク２０１も高いＳＮＲで観察することができる。一方、太陽電池パネル１０２の観察面の濃淡パターンを観察することはできない。
【００５６】
また、従来の明視野光学系では、濃淡情報のみが重畳された反射光も、凹凸情報が重畳された反射光も、その一部が対物レンズに入射し、観察される。従って、従来の明視野光学系を用いれば、太陽電池パネル１０２の観察面の濃淡パターンと凹凸パターンの両方を観察することができる。その反面、太陽電池パネル１０２の観察面の凹凸パターンのＳＮＲが低下し、暗視野光学系と比較して、アライメントマーク２０１を高いＳＮＲで観察することができない。
【００５７】
一方、レーザ加工装置１０１では、反射角θｏが入射角θｉと異なるか否かに関わらず、α≦θｏ≦βの範囲内であれば、反射光が対物レンズ１１６に入射し、観察することができる。例えば、図１４の例において、入射光Ａ１１に対して反射角θｏが等しい反射光Ｂ１１および反射角θｏが異なる反射光Ｂ１２の両方とも対物レンズ１１６に入射し、観察することができる。従って、太陽電池パネル１０２の観察面の濃淡パターンと凹凸パターンの両方を観察することができる。
【００５８】
なお、図１４の反射角θｏ＞βとなる反射光Ｂ１３のような光は、対物レンズ１１６に入射しないため、従来の暗視野光学系および明視野光学系と同様に、観察することができない。
【００５９】
また、図１４内の斜線で示される中央領域αに照明光が入射しないため、反射角θｏ≦αとなる反射光が実質的に減光される。従って、太陽電池パネル１０２の観察面の凹凸パターンのうち、アライメントマーク２０１の線幅ｗに対応する空間周波数より低い成分を減衰することができる。従って、アライメントマーク２０１を高いＳＮＲで強調して観察することができる。
【００６０】
さらに、例えば、太陽電池パネル１０２の薄膜の一部を除去することによりアライメントマーク２０１を形成した場合、レーザ加工による濃淡パターンがアライメントマーク２０１内に形成されるときがある。レーザ加工装置１０１では、このようなアライメントマーク２０１内の濃淡パターンも観察することができ、その結果、より鮮明にアライメントマーク２０１を観察することができる。
【００６１】
以上のように、レーザ加工装置１０１では、太陽電池パネル１０２のアライメントマーク２０１と濃淡パターンの両方を良好に観察することができる。また、アライメントマーク２０１を良好に観察できることにより、太陽電池パネル１０２の位置決め精度が向上するとともに、位置決めに要する時間を短縮することができる。その結果、太陽電池パネル１０２の加工精度が向上するとともに、加工時間を短縮することが可能になる。
【００６２】
＜２．変形例＞
なお、以上の説明では、集光レンズ１１８とハーフミラー１２０の間に遮光体１１９を設ける例を示したが、ハーフミラー１２０と対物レンズ１１６の間、より厳密には、ハーフミラー１２０とダイクロイックミラー１１５の間に、対物レンズ１１６の中央領域αに入射する照明光を遮断するように遮光体を設けるようにしてもよい。これにより、対物レンズ１１６のＯＴＦ特性が、実質的に図９に示されるものとほぼ同じ特性となる。その結果、上述した実施の形態と同様に、太陽電池パネル１０２の濃淡パターンと凹凸パターンの両方を観察できるとともに、アライメントマーク２０１を強調して観察できるようになる。
【００６３】
また、この場合、中央領域αに入射する照明光だけでなく、太陽電池パネル１０２からの反射光のうち、対物レンズ１１６の光軸付近を通過する光も遮断することができる。従って、太陽電池パネル１０２の観察面の凹凸パターンのうち、アライメントマーク２０１の線幅ｗに対応する空間周波数より低い成分をより多く遮断することができ、アライメントマーク２０１をより強調して観察することが可能になる。
【００６４】
また、以上の説明では、照明装置１１７に円形の光源を設ける例を示したが、他の形状の光源を設けるようにしてもよい。例えば、図１５に示されるように、断面が矩形の照明光を発する光源を設けるようにしてもよい。ただし、この場合、以下に述べるように、遮光体の遮光領域の形状を円形ではなく、矩形にするのが望ましい。
【００６５】
図１６は、断面が図１５に示される形状の照明光が集光レンズ１１８を透過した後の断面の形状の例を示している。集光レンズ１１８を透過した後の照明光の断面は、照明装置１１７における照明光の断面と比較して、角が少し丸くなっている。
【００６６】
図１７は、図１６に示される照明光を、図２乃至図５を参照して上述したような、略円形の遮光領域を有する遮光体を用いて遮光した場合において、遮光される領域と遮光されない領域の例を示している。なお、図中網掛けで示される領域が遮光される領域を示している。この図に示されるように、断面が略矩形の照明光を円形の遮光領域で遮光した場合、遮光体を通過した後の照明光の明るさに、位置によるバラツキが生じる。すなわち、照明光の断面の四隅に近づくほど、遮光体を通過する照明光が増え、四隅から遠ざかるほど、遮光体を通過する照明光が減る。従って、照明光の明るさは、断面の四隅に近づくほど明るくなり、四隅から遠ざかるほど暗くなる。その結果、太陽電池パネル１０２に照射される照明光の明るさにムラが生じる。
【００６７】
従って、図１８に示されるように、照明光の断面に合わせて、照明光の中央の矩形の領域を遮光するようにすることが望ましい。
【００６８】
図１９および図２０は、照明光の中央の矩形の領域を遮光する遮光体の例を示す図である。図１９の遮光体３０１には、矩形の遮光領域３０１Ａが中央に設けられている。また、遮光領域３０１Ａを支持するために、遮光領域３０１Ａの角部とリング状の外周部３０１Ｂとが、直線状の支持部材３０１Ｃ乃至３０１Ｆにより接続されている。図２０の遮光体３１１にも、遮光体３０１と同様に、矩形の遮光領域３１１Ａが中央に設けられている。また、遮光領域３１１Ａを支持するために、遮光領域３１１Ａの各辺の中央部とリング状の外周部３１１Ｂとが、直線状の支持部材３１１Ｃ乃至３１１Ｆにより接続されている。
【００６９】
この遮光体３０１または遮光体３１１の中心を集光レンズ１１８の光軸と一致するように配置することにより、集光レンズ１１８を透過する照明光のうち、集光レンズ１１８の光軸近傍の矩形の遮光領域３０１Ａまたは遮光領域３１１Ａに入射する光が遮断される。
【００７０】
このように、遮光体の遮光領域の形状は、照明光の断面の形状と略同じにするのが望ましい。
【００７１】
また、以上の説明では、遮光体１１９を金属板により構成する例を示したが、例えば、ガラスなどの透明な部材に遮光膜などによる遮光領域を形成した遮光体を用いるようにしてもよい。さらに、対物レンズ１１６または集光レンズ１１８に直接遮光膜を成膜するようにしてもよい。
【００７２】
また、以上の説明では、本発明をレーザ加工装置１０１に適用する例を示したが、本発明は、アライメントマークに基づいて対象物の位置決めを行う装置全般に適用することが可能である。さらに、本発明の観察対象となる対象物も、太陽電池パネル１０２に限定されるものではなく、アライメントマークが設けられる各種の基板等を対象物とすることが可能である。
【００７３】
また、以上の説明では、照明装置１１７の光源にＬＥＤを用いる例を示したが、他の種類の光源を用いることも可能である。
【００７４】
また、以上の説明では、照明光を単色光とする例を示したが、所定の波長幅を持つ照明光を用いるようにしてもよい。この場合、上述した式（１）等に用いる照明光の波長λには、照明光の代表波長、例えば、ピーク波長、中心波長、最大波長などを用いるようにすればよい。例えば、白色光を照明光として用いる場合、中央の緑の波長（５４６．１ｎｍ）を用いることが考えられる。
【００７５】
なお、照明光を単色光とした方が、より鮮明にアライメントマークを観察することができるようになる。一方、照明光を白色光とした場合、対象物の濃淡パターンだけでなく、対象物の色彩も観察することができるようになる。
【００７６】
さらに、以上の説明では、アライメントマークの形状を十字形にする例を示したが、この例に限定されるものではなく、任意の形状を採用することができる。なお、アライメントマークの形状を十字形以外の形状とした場合、上述した式（１）等に用いる幅ｗには、例えば、アライメントマークの最も狭い部分の幅が用いられる。
【００７７】
また、以上の説明では、ハーフミラー１２０により照明光の方向を変えることにより、照明装置１１７からハーフミラー１２０までの照明光の光路と、ハーフミラー１２０からＣＣＤカメラ１２２までの反射光の光路を分岐する例を示したが、反射光の方向を変えたり、照明光と反射光の両方の方向を変えることにより、２つの光路を分岐するようにしてもよい。
【００７８】
また、レーザ発振器１１１、照明装置１１７、および、ＣＣＤカメラ１２２は、レーザ加工装置１０１とは別に、レーザ加工装置１０１の外部に外付けするようにすることも可能である。
【００７９】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０１ レーザ加工装置
１０２ 太陽電池パネル
１１１ レーザ発振器
１１２ ビームエキスパンダ
１１３ スリット
１１４ 結像レンズ
１１５ ダイクロイックミラー
１１６ 対物レンズ
１１７ 照明装置
１１８ 集光レンズ
１１９ 遮光体
１２０ ハーフミラー
１２１ 結像レンズ
１２２ ＣＣＤカメラ
１５１乃至１５４ 遮光体
１５１Ａ乃至１５４Ａ 遮光領域
２０１ アライメントマーク
３０１ 遮光体
３０１Ａ 遮光領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察光学系およびレーザ加工装置に関し、特に、対象物の位置決め用の印と濃淡パターンを良好に観察できるようにした観察光学系およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基板等の対象物に設けられている位置決め用のアライメントマークの観察に用いる観察光学系として、明視野光学系が用いられている。しかし、従来の明視野光学系では、対象物からの反射光に含まれるアライメントマークの信号光が、その他の雑音光に比べて小さくて、低いコントラストでしかアライメントマークを観察できないことがあった。
【０００３】
そこで、高いコントラストでアライメントマークを観察できる暗視野光学系が用いられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３０６６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の暗視野光学系では、例えば滑らかな平面など、対象物の散乱光が発生しない領域（以下、非散乱領域と称する）が真っ暗になり、その領域の濃淡パターンを観察することができない。そのため、非散乱領域の濃淡パターンを観察するためには、使用する光学系を暗視野光学系から明視野光学系に切替えなければならなかった。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、対象物のアライメントマークと濃淡パターンの両方を良好に観察できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面の観察光学系は、対象物の位置決め用の印を観察するための観察光学系において、対物レンズと、光源から発せられる照明光を前記対物レンズの瞳において結像させる集光レンズと、前記対物レンズを介して前記照明光が照射された前記対象物からの反射光であって、前記対物レンズを透過した後の反射光を結像する結像レンズと、前記集光レンズと前記対物レンズの間、かつ、前記対物レンズと前記結像レンズの間において、前記照明光と前記反射光の光路を分岐する分岐手段と、前記照明光の波長をλ、前記位置決め用の印の最も狭い部分の幅をｗとした場合、前記集光レンズと前記分岐手段の間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記照明光を遮断する遮光手段、および、前記分岐手段と前記対物レンズの間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記反射光を遮断する遮光手段のうち少なくとも一方とを備える。
【０００８】
本発明の第１の側面の観察光学系においては、照明光が、対物レンズの瞳において結像され、対物レンズを介して対象物に照射され、対象物からの反射光が、対物レンズを透過し、結像レンズにより結像される。また、対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する照明光または反射光が遮断される。
【０００９】
従って、対象物の位置決め用の印と濃淡パターンの両方を良好に観察することができる。また、対象物の位置決め精度が向上するとともに、位置決め時間が短縮される。
【００１０】
この光源は、例えば、ＬＥＤにより構成される。この分岐手段は、例えば、ハーフミラーにより構成される。この遮光手段は、例えば、金属板からなる遮光体、または、ガラス板に遮光膜を成膜した遮光体により構成される。
【００１１】
この遮光手段は、前記照明光の断面と略同じ形状の遮光領域を有するようにすることができる。
【００１２】
これにより、対象物に照射する照明光のムラをなくすることができる。
【００１３】
この照明光は単色光にすることができる。
【００１４】
これにより、位置決め用の印をより鮮明に観察することができる。
【００１５】
本発明の第２の側面のレーザ加工装置は、対象物の位置決め用の印を観察するための観察光学系と、前記対象物に加工用のレーザ光を照射するための加工光学系とを備えるレーザ加工装置において、前記観察光学系は、照明光を発する光源と、対物レンズと、前記照明光を前記対物レンズの瞳において結像させる集光レンズと、前記対物レンズを介して前記照明光が照射された前記対象物からの反射光であって、前記対物レンズを透過した後の反射光を結像する結像レンズと、前記集光レンズと前記対物レンズの間、かつ、前記対物レンズと前記結像レンズの間において、前記照明光と前記反射光の光路を分岐する分岐手段と、前記照明光の波長をλ、前記位置決め用の印の最も狭い部分の幅をｗとした場合、前記集光レンズと前記分岐手段の間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記照明光を遮断する遮光手段、および、前記分岐手段と前記対物レンズの間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記反射光を遮断する遮光手段のうち少なくとも一方とを備える。
【００１６】
従って、対象物の位置決め用の印と濃淡パターンの両方を良好に観察することができる。また、対象物の位置決め精度が向上するとともに、位置決め時間が短縮される。その結果、レーザ加工の加工精度が向上するとともに、加工時間が短縮される。
【００１７】
この光源は、例えば、ＬＥＤにより構成される。この分岐手段は、例えば、ハーフミラーにより構成される。この遮光手段は、例えば、金属板からなる遮光体、または、ガラス板に遮光膜を成膜した遮光体により構成される。
【００１８】
このレーザ光は、前記対物レンズを介して前記対象物に照射されるようにすることができる。
【００１９】
これにより、観察光学系と加工光学系の対物レンズを共通化することができ、部品点数を削減することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第１の側面または第２の側面によれば、観察する対象となる対象物の位置決め用の印と濃淡パターンの両方を良好に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用したレーザ加工装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】遮光体の第１の例を示す図である。
【図３】遮光体の第２の例を示す図である。
【図４】遮光体の第３の例を示す図である。
【図５】遮光体の第４の例を示す図である。
【図６】アライメントマークの例を示す図である。
【図７】アライメントマークを観察可能にする条件を説明するための図である。
【図８】対物レンズのＯＴＦ特性の例を示すグラフである。
【図９】対物レンズの中央の領域を除いたＯＴＦ特性の例を示すグラフである。
【図１０】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１１】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１２】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１３】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１４】レーザ加工装置の作用効果について説明するための図である。
【図１５】照明光の断面の例を示す図である。
【図１６】集光レンズを透過した後の照明光の断面の例を示す図である。
【図１７】円形の遮光領域を有する遮光体を通過した後の照明光の断面の例を示す図である。
【図１８】矩形の遮光領域を有する遮光体を通過した後の照明光の断面の例を示す図である。
【図１９】遮光体の第５の例を示す図である。
【図２０】遮光体の第６の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００２３】
＜１．実施の形態＞
［レーザ加工装置の構成例］
図１は、本発明を適用したレーザ加工装置１０１の光学系の一実施の形態を示す図である。
【００２４】
レーザ加工装置１０１は、基板等の加工対象物のレーザ加工を行う装置である。なお、以下、加工対象物の一例として、太陽電池パネル１０２を挙げて説明する。
【００２５】
レーザ加工装置１０１の光学系は、レーザ発振器１１１、ビームエキスパンダ１１２、スリット１１３、結像レンズ１１４、ダイクロイックミラー１１５、対物レンズ１１６、照明装置１１７、集光レンズ１１８、遮光体１１９、ハーフミラー１２０、結像レンズ１２１、および、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ１２２を含むように構成される。そのうち、レーザ発振器１１１、ビームエキスパンダ１１２、スリット１１３、結像レンズ１１４、ダイクロイックミラー１１５、および、対物レンズ１１６により、太陽電池パネル１０２に加工用のレーザ光を照射するための加工光学系が構成される。また、対物レンズ１１６、照明装置１１７、集光レンズ１１８、遮光体１１９、ハーフミラー１２０、結像レンズ１２１、および、ＣＣＤカメラ１２２により、太陽電池パネル１０２を観察するための観察光学系が構成される。
【００２６】
まず、加工光学系の作用について説明する。
【００２７】
レーザ発振器１１１から射出されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１１２によりビーム径が広げられるとともにコリメートされ、スリット１１３を通過することにより、ビーム径が所定の大きさに制限される。スリット１１３を通過したレーザ光は、結像レンズ１１４によりコリメートされ、ダイクロイックミラー１１５により対物レンズ１１６の方向に反射され、対物レンズ１１６により、太陽電池パネル１０２の加工面において集光される。また、レーザ光は、ガルバノメータミラーなどの走査手段（不図示）により、太陽電池パネル１０２の加工面上を走査される。そして、このレーザ光により、太陽電池パネル１０２の加工面が加工される。
【００２８】
次に、観察光学系の作用について説明する。
【００２９】
照明装置１１７は、例えば、所定の波長（例えば、０．６μｍ）の単色のＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなる円形の光源を備えている。なお、本発明の光源は面光源と考えることができる。そして、照明装置１１７の光源から射出された断面が円形の照明光は、集光レンズ１１８により集光され、ハーフミラー１２０により対物レンズ１１６の方向に反射され、対物レンズ１１６の瞳において結像される。対物レンズ１１６の瞳において結像した照明光は、対物レンズ１１６によりフーリエ変換されて、太陽電池パネル１０２に照射される。
【００３０】
太陽電池パネル１０２において反射された光（以下、反射光と称する）は、対物レンズ１１６、ダイクロイックミラー１１５、ハーフミラー１２０、および、結像レンズ１２１を透過して、ＣＣＤカメラ１２２に入射する。このとき、反射光は、対物レンズ１１６を透過した後、結像レンズ１２１により、ＣＣＤカメラ１２２のＣＣＤイメージセンサ（不図示）の受光面上で結像され、反射光による像がＣＣＤカメラ１２２により撮像される。
【００３１】
また、集光レンズ１１８と対物レンズ１１６の間において、集光レンズ１１８のハーフミラー１２０側の近傍に遮光体１１９が設けられている。遮光体１１９は、例えば、ステンレス鋼などの金属板を加工したものであり、集光レンズ１１８を透過する照明光のうち、集光レンズ１１８の光軸近傍の光を遮断する。
【００３２】
［遮光体の構成例］
ここで、図２乃至図５を参照して、レーザ加工装置１０１に用いられる遮光体の構成例について説明する。なお、図２乃至図５において、入射する照明光を遮断する遮光領域を網掛けで示している。
【００３３】
図２の遮光体１５１には、円形の遮光領域１５１Ａが中央に設けられている。また、遮光領域１５１Ａを支持するために、遮光領域１５１Ａとリング状の外周部１５１Ｂとが、直線状の接続部１５１Ｃ乃至１５１Ｆを介して接続されている。この遮光体１５１の中心を集光レンズ１１８の光軸と一致するように配置することにより、集光レンズ１１８を透過する照明光のうち、集光レンズ１１８の光軸近傍の円形の遮光領域１５１Ａに入射する光が遮断される。
【００３４】
図３の遮光体１５２には、複数の同じ大きさの円形の開口部が、中央の略円形の遮光領域１５２Ａを取り囲むようにリング状に等間隔に並べられている。この遮光体１５２の中心を集光レンズ１１８の光軸と一致するように配置することにより、集光レンズ１１８を透過する照明光のうち、集光レンズ１１８の光軸近傍の略円形の遮光領域１５２Ａに入射する光が遮断される。
【００３５】
また、図２の遮光体１５１では、接続部１５１Ｃ乃至１５１Ｆに入射する光が遮断されるため、遮光体１５１を通過する光の明るさに、光軸からの方向によるバラツキが生じるが、遮光体１５２を通過する光は、そのような明るさのバラツキが生じず、ほぼ均等な明るさになる。
【００３６】
図４の遮光体１５３および図５の遮光体１５４は、図３の遮光体１５２の変形例である。図４の遮光体１５３では、複数の同じ大きさの円形の開口部が、中央の略円形の遮光領域１５３Ａを取り囲むように二重にリング状に等間隔に並べられている。図５の遮光体１５４では、複数の円形の開口部が、中央の略円形の遮光領域１５４Ａを取り囲むように二重にリング状に等間隔に並べられるとともに、外側の開口部の方が内側の開口部より大きくなっている。このように、円形の開口部の大きさや配列を調整することにより、中央の遮光領域の大きさ等を調整することが可能である。
【００３７】
［遮光体１１９の遮光範囲］
次に、図６乃至図９を参照して、遮光体１１９の遮光範囲について検討する。
【００３８】
図６は、太陽電池パネル１０２に位置決め用の印として設けられているアライメントマーク２０１の例を示している。アライメントマーク２０１は、幅ｗ（例えば、２０μｍ）、長さｌ（例えば、１２０μｍ）、厚さｔ（例えば、２μｍ）の線分を十字に交差させた形状を有している。アライメントマーク２０１は、例えば、アルミニウムの薄膜を太陽電池パネル１０２のガラス基板に蒸着させたり、あるいは、太陽電池パネル１０２の製造工程において、積層された薄膜を一部除去したりすることにより形成される。なお、以下では、主に蒸着によりアライメントマーク２０１を形成した場合について説明する。
【００３９】
この線幅ｗのアライメントマーク２０１を観察するためには、シャノンの情報化定理により、レーザ加工装置１０１の観察光学系が、ピッチｐ≦ｗ／２の凹凸パターンを観察できる能力を有する必要がある。この条件について、図７を参照して簡単に説明する。
【００４０】
図７の回折格子２１１のピッチｐ＝ｗ／２、回折格子２１１の１次の回折光の回折角をα、照明光の波長をλとすると、次式が成り立つ。
【００４１】
sinα＝λ／ｐ＝２λ／ｗ ・・・（１）
【００４２】
従って、対物レンズ１１６の空気中の開口数（ＮＡ）をsinβとすると、sinβ≧sinα＝２λ／ｗとすることにより、ピッチｐ＝ｗ／２の凹凸パターンを観察することが可能になる。なお、角度βは、対物レンズ１１６の最大見込み角である。
【００４３】
また、式（１）より、回折格子２１１の１次の回折角αは、ピッチｐが小さくなるほど大きくなり、ピッチｐが大きくなるほど小さくなる。従って、太陽電池パネル１０２の表面の細かい（空間周波数が高い）凹凸パターンの情報を含む光は、対物レンズ１１６の周辺の領域、すなわち、太陽電池パネル１０２から見て光軸に対する角度（見込み角）が大きな領域を通過する。一方、太陽電池パネル１０２の表面の粗い（空間周波数が低い）凹凸パターンの情報は、対物レンズ１１６の中央の領域、すなわち、見込み角が小さな領域を通過する。
【００４４】
図８は、対物レンズ１１６のOptical Transfer Function（以下、ＯＴＦと称する）の例を示すグラフである。横軸は空間周波数（単位はcycle／mm）を示し、縦軸はＯＴＦを示している。また、曲線２２１は、対物レンズ１１６全体のＯＴＦ曲線を示し、曲線２２２は、見込み角θ＜αとなる対物レンズ１１６の中央の領域（以下、中央領域αと称する）、換言すれば、対物レンズ１１６のsinα（＝２λ／ｗ）未満の開口数の範囲内の領域に対するＯＴＦ曲線を示している。ＯＴＦ曲線２２２は、ＯＴＦ曲線２２１と比較して空間周波数の帯域が狭くなり、具体的には、０から１／ｐ（＝２／ｗ）までの範囲となる。
【００４５】
また、対物レンズ１１６の中央領域αを遮光した場合のＯＴＦ曲線、すなわち、見込み角θ≧αとなる対物レンズ１１６の周辺の領域のＯＴＦ曲線は、曲線２２１から曲線２２２を減算することにより求められ、具体的には、図９に示される曲線２３１となる。このＯＴＦ曲線２３１は、空間周波数が１／ｐ（＝２／ｗ）においてピークとなる特性を有する。
【００４６】
従って、対物レンズ１１６の中央領域αを遮光することにより、空間周波数が２／ｗ未満の凹凸パターンを減衰させ、アライメントマーク２０１の線幅ｗと同じピッチの凹凸パターンを強調して観察することができる。その結果、線幅ｗのアライメントマーク２０１を強調して観察することができる。
【００４７】
そこで、レーザ加工装置１０１では、対物レンズ１１６の中央領域αに照明光が入射しないように、遮光体１１９により照明光の一部を遮断する。すなわち、集光レンズ１１８を透過した照明光は、光軸近傍の範囲が遮光体１１９により遮断され、対物レンズ１１６の瞳において結像された後、対物レンズ１１６の中央領域αより外側の領域に入射し、太陽電池パネル１０２を照射する。従って、遮光体１１９により照明光の一部を遮断しない場合と比較して、太陽電池パネル１０２の観察面（＝加工面）の凹凸パターンのうち、空間周波数が２／ｗ未満の低周波成分が弱く励起され、空間周波数が２／ｗ以上の高周波成分がほぼ同じ強さで励起される。これにより、対物レンズ１１６のＯＴＦ特性が、実質的に図９に示されるものとほぼ同じ特性となり、アライメントマーク２０１を強調して観察することが可能になる。
【００４８】
［レーザ加工装置１０１の作用効果］
ここで、図１０乃至図１４を参照して、レーザ加工装置１０１の作用効果についてさらに詳しく説明する。
【００４９】
図１０に示されるように、対物レンズ１１６から射出された照明光は、太陽電池パネル１０２の観察面においてほぼ平行な波面として集光され、観察面で反射された反射光が、対物レンズ１１６に戻る。
【００５０】
図１１および図１２は、図１０の点線で囲まれる集光点付近の範囲２５１の拡大図である。なお、図１１は、製作途中の太陽電池パネル１０２に照明光が入射する様子を模式的に示し、図１２は、製作途中の太陽電池パネル１０２において照明光が反射される様子を模式的に示している。
【００５１】
図１１および図１２の例において、太陽電池パネル１０２は、下から層１０２Ａ、層１０２Ｂ、層１０２Ｃの３層により構成され、層１０２Ｂおよび層１０２Ｃにより、発電領域が形成される。層１０２Ｂは、層１０２Ｃより反射率が高く、層１０２Ｃが形成されている領域と、層１０２Ｃが形成されずに層１０２Ｂが表面に現れている領域とにより、濃淡パターンが形成される。なお、照明光の波長λは、層１０２Ｂと層１０２Ｃの間の段差Ｌ１（例えば、０．３μｍ）より大きい値に設定される。
【００５２】
また、図内の右端の層１０２Ｂおよび層１０２Ｃが形成されていない領域において、層１０２Ａの上面に、アライメントマーク２０１が形成されている。なお、照明光の波長λは、アライメントマーク２０１と層１０２Ａの間の段差Ｌ２（例えば、２．０μｍ）より小さい値に設定される。
【００５３】
太陽電池パネル１０２の観察面に平行な波面で入射した照明光は、太陽電池パネル１０２の観察面において変調されて反射光となる。反射光のうち、層１０２Ｂと層１０２Ｃによる形成される濃淡パターン上で反射される光には、濃淡情報が重畳される。濃淡情報が重畳された反射光は、段差Ｌ１が波長λ未満なので、図１２の点線で囲まれる範囲２６１内に示されるように、入射角に対して反射角がほとんど変化せずに、振幅だけが変化する。なお、この図では、振幅の変化を線の太さで表している。一方、反射光のうち、アライメントマーク２０１付近で反射される光には、濃淡情報に加えて凹凸情報が重畳される。凹凸情報が重畳された反射光は、段差Ｌ２が波長λより大きいので、図１２の点線で囲まれる範囲２６２内に示されるように、振幅が変化するとともに、入射角に対して反射角が変化する。
【００５４】
これを、集光点近傍のニアフィールドから、対物レンズ１１６近傍のファーフィールドに立ち戻って考え、図１３に示されるように照明光Ａ１の入射角をθｉ、反射光Ｂ１の反射角をθｏとすると、太陽電池パネル１０２の観察面において濃淡情報のみが重畳され、凹凸情報が重畳されない場合、入射角θｉ＝反射角θｏとなる。一方、太陽電池パネル１０２の観察面において凹凸情報が重畳される場合、入射角θｉ≠反射角θｏとなる。
【００５５】
従来の暗視野光学系では、入射角θｉ＝反射角θｏとなる、濃淡情報のみが重畳された反射光は、対物レンズの外側をすり抜けるか、あるいは、途中で遮断され、観察されない。一方、入射角θｉ≠反射角θｏとなる、凹凸情報が重畳された反射光は、その一部が対物レンズに入射し、途中で遮断されずに観察される。従って、従来の暗視野光学系を用いれば、高いＳＮＲで太陽電池パネル１０２の観察面の凹凸パターンを観察することができ、当然、アライメントマーク２０１も高いＳＮＲで観察することができる。一方、太陽電池パネル１０２の観察面の濃淡パターンを観察することはできない。
【００５６】
また、従来の明視野光学系では、濃淡情報のみが重畳された反射光も、凹凸情報が重畳された反射光も、その一部が対物レンズに入射し、観察される。従って、従来の明視野光学系を用いれば、太陽電池パネル１０２の観察面の濃淡パターンと凹凸パターンの両方を観察することができる。その反面、太陽電池パネル１０２の観察面の凹凸パターンのＳＮＲが低下し、暗視野光学系と比較して、アライメントマーク２０１を高いＳＮＲで観察することができない。
【００５７】
一方、レーザ加工装置１０１では、反射角θｏが入射角θｉと異なるか否かに関わらず、α≦θｏ≦βの範囲内であれば、反射光が対物レンズ１１６に入射し、観察することができる。例えば、図１４の例において、入射光Ａ１１に対して反射角θｏが等しい反射光Ｂ１１および反射角θｏが異なる反射光Ｂ１２の両方とも対物レンズ１１６に入射し、観察することができる。従って、太陽電池パネル１０２の観察面の濃淡パターンと凹凸パターンの両方を観察することができる。
【００５８】
なお、図１４の反射角θｏ＞βとなる反射光Ｂ１３のような光は、対物レンズ１１６に入射しないため、従来の暗視野光学系および明視野光学系と同様に、観察することができない。
【００５９】
また、図１４内の斜線で示される中央領域αに照明光が入射しないため、反射角θｏ≦αとなる反射光が実質的に減光される。従って、太陽電池パネル１０２の観察面の凹凸パターンのうち、アライメントマーク２０１の線幅ｗに対応する空間周波数より低い成分を減衰することができる。従って、アライメントマーク２０１を高いＳＮＲで強調して観察することができる。
【００６０】
さらに、例えば、太陽電池パネル１０２の薄膜の一部を除去することによりアライメントマーク２０１を形成した場合、レーザ加工による濃淡パターンがアライメントマーク２０１内に形成されるときがある。レーザ加工装置１０１では、このようなアライメントマーク２０１内の濃淡パターンも観察することができ、その結果、より鮮明にアライメントマーク２０１を観察することができる。
【００６１】
以上のように、レーザ加工装置１０１では、太陽電池パネル１０２のアライメントマーク２０１と濃淡パターンの両方を良好に観察することができる。また、アライメントマーク２０１を良好に観察できることにより、太陽電池パネル１０２の位置決め精度が向上するとともに、位置決めに要する時間を短縮することができる。その結果、太陽電池パネル１０２の加工精度が向上するとともに、加工時間を短縮することが可能になる。
【００６２】
＜２．変形例＞
なお、以上の説明では、集光レンズ１１８とハーフミラー１２０の間に遮光体１１９を設ける例を示したが、ハーフミラー１２０と対物レンズ１１６の間、より厳密には、ハーフミラー１２０とダイクロイックミラー１１５の間に、対物レンズ１１６の中央領域αに入射する照明光を遮断するように遮光体を設けるようにしてもよい。これにより、対物レンズ１１６のＯＴＦ特性が、実質的に図９に示されるものとほぼ同じ特性となる。その結果、上述した実施の形態と同様に、太陽電池パネル１０２の濃淡パターンと凹凸パターンの両方を観察できるとともに、アライメントマーク２０１を強調して観察できるようになる。
【００６３】
また、この場合、中央領域αに入射する照明光だけでなく、太陽電池パネル１０２からの反射光のうち、対物レンズ１１６の光軸付近を通過する光も遮断することができる。従って、太陽電池パネル１０２の観察面の凹凸パターンのうち、アライメントマーク２０１の線幅ｗに対応する空間周波数より低い成分をより多く遮断することができ、アライメントマーク２０１をより強調して観察することが可能になる。
【００６４】
また、以上の説明では、照明装置１１７に円形の光源を設ける例を示したが、他の形状の光源を設けるようにしてもよい。例えば、図１５に示されるように、断面が矩形の照明光を発する光源を設けるようにしてもよい。ただし、この場合、以下に述べるように、遮光体の遮光領域の形状を円形ではなく、矩形にするのが望ましい。
【００６５】
図１６は、断面が図１５に示される形状の照明光が集光レンズ１１８を透過した後の断面の形状の例を示している。集光レンズ１１８を透過した後の照明光の断面は、照明装置１１７における照明光の断面と比較して、角が少し丸くなっている。
【００６６】
図１７は、図１６に示される照明光を、図２乃至図５を参照して上述したような、略円形の遮光領域を有する遮光体を用いて遮光した場合において、遮光される領域と遮光されない領域の例を示している。なお、図中網掛けで示される領域が遮光される領域を示している。この図に示されるように、断面が略矩形の照明光を円形の遮光領域で遮光した場合、遮光体を通過した後の照明光の明るさに、位置によるバラツキが生じる。すなわち、照明光の断面の四隅に近づくほど、遮光体を通過する照明光が増え、四隅から遠ざかるほど、遮光体を通過する照明光が減る。従って、照明光の明るさは、断面の四隅に近づくほど明るくなり、四隅から遠ざかるほど暗くなる。その結果、太陽電池パネル１０２に照射される照明光の明るさにムラが生じる。
【００６７】
従って、図１８に示されるように、照明光の断面に合わせて、照明光の中央の矩形の領域を遮光するようにすることが望ましい。
【００６８】
図１９および図２０は、照明光の中央の矩形の領域を遮光する遮光体の例を示す図である。図１９の遮光体３０１には、矩形の遮光領域３０１Ａが中央に設けられている。また、遮光領域３０１Ａを支持するために、遮光領域３０１Ａの角部とリング状の外周部３０１Ｂとが、直線状の支持部材３０１Ｃ乃至３０１Ｆにより接続されている。図２０の遮光体３１１にも、遮光体３０１と同様に、矩形の遮光領域３１１Ａが中央に設けられている。また、遮光領域３１１Ａを支持するために、遮光領域３１１Ａの各辺の中央部とリング状の外周部３１１Ｂとが、直線状の支持部材３１１Ｃ乃至３１１Ｆにより接続されている。
【００６９】
この遮光体３０１または遮光体３１１の中心を集光レンズ１１８の光軸と一致するように配置することにより、集光レンズ１１８を透過する照明光のうち、集光レンズ１１８の光軸近傍の矩形の遮光領域３０１Ａまたは遮光領域３１１Ａに入射する光が遮断される。
【００７０】
このように、遮光体の遮光領域の形状は、照明光の断面の形状と略同じにするのが望ましい。
【００７１】
また、以上の説明では、遮光体１１９を金属板により構成する例を示したが、例えば、ガラスなどの透明な部材に遮光膜などによる遮光領域を形成した遮光体を用いるようにしてもよい。さらに、対物レンズ１１６または集光レンズ１１８に直接遮光膜を成膜するようにしてもよい。
【００７２】
また、以上の説明では、本発明をレーザ加工装置１０１に適用する例を示したが、本発明は、アライメントマークに基づいて対象物の位置決めを行う装置全般に適用することが可能である。さらに、本発明の観察対象となる対象物も、太陽電池パネル１０２に限定されるものではなく、アライメントマークが設けられる各種の基板等を対象物とすることが可能である。
【００７３】
また、以上の説明では、照明装置１１７の光源にＬＥＤを用いる例を示したが、他の種類の光源を用いることも可能である。
【００７４】
また、以上の説明では、照明光を単色光とする例を示したが、所定の波長幅を持つ照明光を用いるようにしてもよい。この場合、上述した式（１）等に用いる照明光の波長λには、照明光の代表波長、例えば、ピーク波長、中心波長、最大波長などを用いるようにすればよい。例えば、白色光を照明光として用いる場合、中央の緑の波長（５４６．１ｎｍ）を用いることが考えられる。
【００７５】
なお、照明光を単色光とした方が、より鮮明にアライメントマークを観察することができるようになる。一方、照明光を白色光とした場合、対象物の濃淡パターンだけでなく、対象物の色彩も観察することができるようになる。
【００７６】
さらに、以上の説明では、アライメントマークの形状を十字形にする例を示したが、この例に限定されるものではなく、任意の形状を採用することができる。なお、アライメントマークの形状を十字形以外の形状とした場合、上述した式（１）等に用いる幅ｗには、例えば、アライメントマークの最も狭い部分の幅が用いられる。
【００７７】
また、以上の説明では、ハーフミラー１２０により照明光の方向を変えることにより、照明装置１１７からハーフミラー１２０までの照明光の光路と、ハーフミラー１２０からＣＣＤカメラ１２２までの反射光の光路を分岐する例を示したが、反射光の方向を変えたり、照明光と反射光の両方の方向を変えることにより、２つの光路を分岐するようにしてもよい。
【００７８】
また、レーザ発振器１１１、照明装置１１７、および、ＣＣＤカメラ１２２は、レーザ加工装置１０１とは別に、レーザ加工装置１０１の外部に外付けするようにすることも可能である。
【００７９】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０１ レーザ加工装置
１０２ 太陽電池パネル
１１１ レーザ発振器
１１２ ビームエキスパンダ
１１３ スリット
１１４ 結像レンズ
１１５ ダイクロイックミラー
１１６ 対物レンズ
１１７ 照明装置
１１８ 集光レンズ
１１９ 遮光体
１２０ ハーフミラー
１２１ 結像レンズ
１２２ ＣＣＤカメラ
１５１乃至１５４ 遮光体
１５１Ａ乃至１５４Ａ 遮光領域
２０１ アライメントマーク
３０１ 遮光体
３０１Ａ 遮光領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の位置決め用の印を観察するための観察光学系において、
対物レンズと、
光源から発せられる照明光を前記対物レンズの瞳において結像させる集光レンズと、
前記対物レンズを介して前記照明光が照射された前記対象物からの反射光であって、前記対物レンズを透過した後の反射光を結像する結像レンズと、
前記集光レンズと前記対物レンズの間、かつ、前記対物レンズと前記結像レンズの間において、前記照明光と前記反射光の光路を分岐する分岐手段と、
前記照明光の波長をλ、前記位置決め用の印の最も狭い部分の幅をｗとした場合、前記集光レンズと前記分岐手段の間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記照明光を遮断する遮光手段、および、前記分岐手段と前記対物レンズの間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記反射光を遮断する遮光手段のうち少なくとも一方と
を備えることを特徴とする観察光学系。
【請求項２】
前記遮光手段は、前記照明光の断面と略同じ形状の遮光領域を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
【請求項３】
前記照明光は単色光である
ことを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
【請求項４】
対象物の位置決め用の印を観察するための観察光学系と、前記対象物に加工用のレーザ光を照射するための加工光学系とを備えるレーザ加工装置において、
前記観察光学系は、
照明光を発する光源と、
対物レンズと、
前記照明光を前記対物レンズの瞳において結像させる集光レンズと、
前記対物レンズを介して前記照明光が照射された前記対象物からの反射光であって、前記対物レンズを透過した後の反射光を結像する結像レンズと、
前記集光レンズと前記対物レンズの間、かつ、前記対物レンズと前記結像レンズの間において、前記照明光と前記反射光の光路を分岐する分岐手段と、
前記照明光の波長をλ、前記位置決め用の印の最も狭い部分の幅をｗとした場合、前記集光レンズと前記分岐手段の間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記照明光を遮断する遮光手段、および、前記分岐手段と前記対物レンズの間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記反射光を遮断する遮光手段のうち少なくとも一方と
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザ光は、前記対物レンズを介して前記対象物に照射される
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
対象物の位置決め用の印を観察するための観察光学系において、
対物レンズと、
光源から発せられる照明光を前記対物レンズの瞳において結像させる集光レンズと、
前記対物レンズを介して前記照明光が照射された前記対象物からの反射光であって、前記対物レンズを透過した後の反射光を結像する結像レンズと、
前記集光レンズと前記対物レンズの間、かつ、前記対物レンズと前記結像レンズの間において、前記照明光と前記反射光の光路を分岐する分岐手段と、
前記照明光の波長をλ、前記位置決め用の印の最も狭い部分の幅をｗとした場合、前記集光レンズと前記分岐手段の間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記照明光を遮断する遮光手段、および、前記分岐手段と前記対物レンズの間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記反射光を遮断する遮光手段のうち少なくとも一方と
を備えることを特徴とする観察光学系。
【請求項２】
前記遮光手段は、前記照明光の断面と略同じ形状の遮光領域を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
【請求項３】
前記照明光は単色光である
ことを特徴とする請求項１に記載の観察光学系。
【請求項４】
対象物の位置決め用の印を観察するための観察光学系と、前記対象物に加工用のレーザ光を照射するための加工光学系とを備えるレーザ加工装置において、
前記観察光学系は、
照明光を発する光源と、
対物レンズと、
前記照明光を前記対物レンズの瞳において結像させる集光レンズと、
前記対物レンズを介して前記照明光が照射された前記対象物からの反射光であって、前記対物レンズを透過した後の反射光を結像する結像レンズと、
前記集光レンズと前記対物レンズの間、かつ、前記対物レンズと前記結像レンズの間において、前記照明光と前記反射光の光路を分岐する分岐手段と、
前記照明光の波長をλ、前記位置決め用の印の最も狭い部分の幅をｗとした場合、前記集光レンズと前記分岐手段の間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記照明光を遮断する遮光手段、および、前記分岐手段と前記対物レンズの間に設けられ、前記対物レンズの略２λ／ｗ未満の開口数の範囲内に入射する前記反射光を遮断する遮光手段のうち少なくとも一方と
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項５】
前記レーザ光は、前記対物レンズを介して前記対象物に照射される
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−６３３８２（Ｐ２０１２−６３３８２Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０５１４６（Ｐ２０１０−２０５１４６）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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