JP3494148B2 - フォーカス検出装置及びレーザ検査加工装置 - Google Patents
フォーカス検出装置及びレーザ検査加工装置Info
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- JP3494148B2 JP3494148B2 JP2001013805A JP2001013805A JP3494148B2 JP 3494148 B2 JP3494148 B2 JP 3494148B2 JP 2001013805 A JP2001013805 A JP 2001013805A JP 2001013805 A JP2001013805 A JP 2001013805A JP 3494148 B2 JP3494148 B2 JP 3494148B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、遮光層、位相シフ
ト層、液晶層又は相変化物質層等について厚さ、屈折率
又は反射率等の変化によりパターンが形成された基板、
例えば、フォトマスク、レチクル、液晶基板又は相変化
光ディスク等を、レーザ光により検査若しくは加工又は
検査しながら加工するレーザ検査加工装置及びこのレー
ザ検査加工装置等に組み込まれるフォーカス検出装置に
関する。
ト層、液晶層又は相変化物質層等について厚さ、屈折率
又は反射率等の変化によりパターンが形成された基板、
例えば、フォトマスク、レチクル、液晶基板又は相変化
光ディスク等を、レーザ光により検査若しくは加工又は
検査しながら加工するレーザ検査加工装置及びこのレー
ザ検査加工装置等に組み込まれるフォーカス検出装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、フォトマスク、レチクル、液
晶基板又は相変化光ディスク等の表面にパターンが形成
された基板を加工し検査するために、レーザ光を利用す
るレーザ検査加工装置が使用されている。このレーザ検
査加工装置には、加工及び検査の精度を向上させ効率を
高めるために、自動的にレーザ光の焦点を調節するフォ
ーカス検出装置が組み込まれている。
晶基板又は相変化光ディスク等の表面にパターンが形成
された基板を加工し検査するために、レーザ光を利用す
るレーザ検査加工装置が使用されている。このレーザ検
査加工装置には、加工及び検査の精度を向上させ効率を
高めるために、自動的にレーザ光の焦点を調節するフォ
ーカス検出装置が組み込まれている。
【０００３】特開昭５９−８７６２８号公報には、従来
のフォーカス検出装置（自動焦点装置）の１例が開示さ
れている。このフォーカス検出装置においては、光源
と、ハーフミラー又はビームスプリッタと、レンズと、
同心円状に分割された光検出器が設けられている。光源
から出力された光はハーフミラー又はビームスプリッタ
により測定対象物に向かって方向を変えられ、レンズに
より集束されて測定対象物の表面に照射される。測定対
象物の表面で反射された反射光は前記レンズを通過し、
前記ハーフミラー又はビームスプリッタを透過して光検
出器に入射する。この光検出器における前記反射光のビ
ームスポットの大きさは前記測定対象物の表面と前記レ
ンズとの間の距離により変化するため、同心円状に分割
された光検出器により前記ビームスポットの大きさを検
出することにより、焦点誤差信号を得ることができ、こ
の焦点誤差信号に基づいて自動的に前記レンズの位置を
調節し、焦点を合わせることができる。
のフォーカス検出装置（自動焦点装置）の１例が開示さ
れている。このフォーカス検出装置においては、光源
と、ハーフミラー又はビームスプリッタと、レンズと、
同心円状に分割された光検出器が設けられている。光源
から出力された光はハーフミラー又はビームスプリッタ
により測定対象物に向かって方向を変えられ、レンズに
より集束されて測定対象物の表面に照射される。測定対
象物の表面で反射された反射光は前記レンズを通過し、
前記ハーフミラー又はビームスプリッタを透過して光検
出器に入射する。この光検出器における前記反射光のビ
ームスポットの大きさは前記測定対象物の表面と前記レ
ンズとの間の距離により変化するため、同心円状に分割
された光検出器により前記ビームスポットの大きさを検
出することにより、焦点誤差信号を得ることができ、こ
の焦点誤差信号に基づいて自動的に前記レンズの位置を
調節し、焦点を合わせることができる。
【０００４】また、特開昭５９−２２２４３号公報及び
特開昭５９−３３６３６号公報には、記録媒体に記録さ
れた情報を光学的に読み取るピックアップ装置に組み込
まれたフォーカス検出装置が開示されている。特開昭５
９−２２２４３号公報に記載されたフォーカス検出装置
においては、レーザ光源と記録媒体との間に第１及び第
２のゾーンからなる同心円状回折格子、ビームスプリッ
タ並びに集光レンズを設け、レーザ光源から出射された
レーザ光を前記同心円状回折格子の第１のゾーンにより
平行光束に変換すると共に、第２のゾーンにより集束性
円環状光束に変換する。前記平行光束及び集束性円環状
光束を前記集光レンズにより前記記録媒体上に集光さ
せ、前記記録媒体により反射された反射光を前記ビーム
スプリッタにより反射させ光検出器に入力させ、前記平
行光束の反射光により情報を読み取ると共に、前記集束
性円環状光束の反射光の環径から焦点誤差信号を得る。
また、特開昭５９−３３６３６号公報に記載されたフォ
ーカス検出装置においては、集光レンズを省略し同心円
状回折格子によりレーザ光を集束させ、特開昭５９−２
２２４３号公報に記載された技術と同様な方法により情
報を読み取ると共に焦点誤差信号を得る。
特開昭５９−３３６３６号公報には、記録媒体に記録さ
れた情報を光学的に読み取るピックアップ装置に組み込
まれたフォーカス検出装置が開示されている。特開昭５
９−２２２４３号公報に記載されたフォーカス検出装置
においては、レーザ光源と記録媒体との間に第１及び第
２のゾーンからなる同心円状回折格子、ビームスプリッ
タ並びに集光レンズを設け、レーザ光源から出射された
レーザ光を前記同心円状回折格子の第１のゾーンにより
平行光束に変換すると共に、第２のゾーンにより集束性
円環状光束に変換する。前記平行光束及び集束性円環状
光束を前記集光レンズにより前記記録媒体上に集光さ
せ、前記記録媒体により反射された反射光を前記ビーム
スプリッタにより反射させ光検出器に入力させ、前記平
行光束の反射光により情報を読み取ると共に、前記集束
性円環状光束の反射光の環径から焦点誤差信号を得る。
また、特開昭５９−３３６３６号公報に記載されたフォ
ーカス検出装置においては、集光レンズを省略し同心円
状回折格子によりレーザ光を集束させ、特開昭５９−２
２２４３号公報に記載された技術と同様な方法により情
報を読み取ると共に焦点誤差信号を得る。
【０００５】更に、実開平１−１６５９２３号公報に
は、情報信号、焦点誤差信号、トラッキング誤差信号を
１個の光検出器で検出することを目的として、記録媒体
からの反射光を円環状のビームに変換する円錐形レンズ
と、この円環状ビームが入力される同心円状に２分割さ
れ円周方向に４分割された光検出器とが設けられたピッ
クアップ装置が記載されている。
は、情報信号、焦点誤差信号、トラッキング誤差信号を
１個の光検出器で検出することを目的として、記録媒体
からの反射光を円環状のビームに変換する円錐形レンズ
と、この円環状ビームが入力される同心円状に２分割さ
れ円周方向に４分割された光検出器とが設けられたピッ
クアップ装置が記載されている。
【０００６】更にまた、特開平６−２９４７５０号公報
には２本のビームを使用して焦点誤差信号を得るレーザ
検査装置（光学式基板検査装置）が開示されている。図
２０は、特開平６−２９４７５０号公報に記載されてい
るレーザ検査装置の構成を示すブロック図である。図２
０に示すように、このレーザ検査装置においては、光源
９９が設けられ、光源９９から出射されるレーザ光の光
路６２に沿ってビームスプリッタ６０、振動鏡６５、プ
リズム６７、拡大鏡６８及び７０が取り付けられた回転
タレット台７２、鏡７４、ビームスプリッタ７６、対物
レンズ８２が設けられ、対物レンズ８２の後方には検査
対象物であるフォトマスク９７がステージ９６上に載置
されている。ステージ９６の後方には集光レンズ８４、
集束レンズ８６及び透過光検出器８７が設けられてい
る。また、ビームスプリッタ７６を起点として、光路６
２と直角をなす方向に光路７８が延び、光路７８の終点
にはレーザ光８８の強度変化を監視する検出器８０が設
けられている。
には２本のビームを使用して焦点誤差信号を得るレーザ
検査装置（光学式基板検査装置）が開示されている。図
２０は、特開平６−２９４７５０号公報に記載されてい
るレーザ検査装置の構成を示すブロック図である。図２
０に示すように、このレーザ検査装置においては、光源
９９が設けられ、光源９９から出射されるレーザ光の光
路６２に沿ってビームスプリッタ６０、振動鏡６５、プ
リズム６７、拡大鏡６８及び７０が取り付けられた回転
タレット台７２、鏡７４、ビームスプリッタ７６、対物
レンズ８２が設けられ、対物レンズ８２の後方には検査
対象物であるフォトマスク９７がステージ９６上に載置
されている。ステージ９６の後方には集光レンズ８４、
集束レンズ８６及び透過光検出器８７が設けられてい
る。また、ビームスプリッタ７６を起点として、光路６
２と直角をなす方向に光路７８が延び、光路７８の終点
にはレーザ光８８の強度変化を監視する検出器８０が設
けられている。
【０００７】一方、ビームスプリッタ６０を起点として
光路６２と直角をなす方向に光路９３が延び、光路９３
に沿って、ビームスプリッタ９４、集光レンズ３５及び
反射光検出器３６が設けられている。また、ビームスプ
リッタ９４を起点として光路９３と直角をなす方向に焦
点誤差信号を得るための光路９５が延び、光路９５に沿
ってビームスプリッタ９６が設けられている。光路９５
はビームスプリッタ９６により相互に直角をなす２つの
光路９８及び１００に分割され、光路９８に沿って円筒
状レンズ１０４、球状レンズ１０６及び光検出器である
四分割型複合ダイオード９０が設けられている。また、
光路１００に沿って円筒状レンズ１０２及び光検出器で
ある四分割型複合ダイオード９２が設けられている。四
分割型複合ダイオード９０及び９２には、円周方向に４
分割された光検出部が設けられている。
光路６２と直角をなす方向に光路９３が延び、光路９３
に沿って、ビームスプリッタ９４、集光レンズ３５及び
反射光検出器３６が設けられている。また、ビームスプ
リッタ９４を起点として光路９３と直角をなす方向に焦
点誤差信号を得るための光路９５が延び、光路９５に沿
ってビームスプリッタ９６が設けられている。光路９５
はビームスプリッタ９６により相互に直角をなす２つの
光路９８及び１００に分割され、光路９８に沿って円筒
状レンズ１０４、球状レンズ１０６及び光検出器である
四分割型複合ダイオード９０が設けられている。また、
光路１００に沿って円筒状レンズ１０２及び光検出器で
ある四分割型複合ダイオード９２が設けられている。四
分割型複合ダイオード９０及び９２には、円周方向に４
分割された光検出部が設けられている。
【０００８】図２１（ａ）及び（ｂ）は、このレーザ検
査装置におけるフォトマスク及び四分割型複合ダイオー
ドの構成及び動作を示す図であり、（ａ）はレーザ光が
フォトマスクのパターンの境界に照射されている場合を
示し、（ｂ）はそのときの四分割複合ダイオードに形成
されるビームスポットの形状を示す図である。図２１
（ｂ）に示すように、四分割複合ダイオード９０及び９
２には円周方向に４分割された光検出部が設けられてい
る。即ち、四分割複合ダイオード９０には中心角が９０
°の扇形の光検出部Ａ１及びＢ１が各２枚設けられ、光
検出部Ａ１はｘ軸を含み光検出部Ｂ１はｙ軸を含んでい
る。同様に、四分割複合ダイオード９２には中心角が９
０°の扇形の光検出部Ａ２及びＢ２が各２枚設けられ、
光検出部Ａ２はｘ軸を含み光検出部Ｂ２はｙ軸を含んで
いる。
査装置におけるフォトマスク及び四分割型複合ダイオー
ドの構成及び動作を示す図であり、（ａ）はレーザ光が
フォトマスクのパターンの境界に照射されている場合を
示し、（ｂ）はそのときの四分割複合ダイオードに形成
されるビームスポットの形状を示す図である。図２１
（ｂ）に示すように、四分割複合ダイオード９０及び９
２には円周方向に４分割された光検出部が設けられてい
る。即ち、四分割複合ダイオード９０には中心角が９０
°の扇形の光検出部Ａ１及びＢ１が各２枚設けられ、光
検出部Ａ１はｘ軸を含み光検出部Ｂ１はｙ軸を含んでい
る。同様に、四分割複合ダイオード９２には中心角が９
０°の扇形の光検出部Ａ２及びＢ２が各２枚設けられ、
光検出部Ａ２はｘ軸を含み光検出部Ｂ２はｙ軸を含んで
いる。
【０００９】図２０に示すように、このレーザ検査装置
においては、光源９９から出射したレーザ光８８が光路
６２に沿って進み、ビームスプリッタ６０を透過し、振
動鏡６５により方向を変えられると共に走査され、ドー
フェのプリズム６７によって走査方向が光軸の周囲で回
転させられ、拡大鏡６８又は７０に入射し、鏡７４によ
り方向を変えられ、ビームスプリッタ７６により２つに
分割される。ビームスプリッタ７６により反射されたレ
ーザ光８８は検出器８０に入射し、レーザ光８８の強度
が測定される。一方、ビームスプリッタ７６を透過した
レーザ光８８は、対物レンズ８２によりフォトマスク９
７の表面に集束される。
においては、光源９９から出射したレーザ光８８が光路
６２に沿って進み、ビームスプリッタ６０を透過し、振
動鏡６５により方向を変えられると共に走査され、ドー
フェのプリズム６７によって走査方向が光軸の周囲で回
転させられ、拡大鏡６８又は７０に入射し、鏡７４によ
り方向を変えられ、ビームスプリッタ７６により２つに
分割される。ビームスプリッタ７６により反射されたレ
ーザ光８８は検出器８０に入射し、レーザ光８８の強度
が測定される。一方、ビームスプリッタ７６を透過した
レーザ光８８は、対物レンズ８２によりフォトマスク９
７の表面に集束される。
【００１０】フォトマスク９７に照射されたレーザ光８
８は、一部がフォトマスク９７を透過し集光レンズ８４
により集光され、集束レンズ８６により集束され透過光
検出器８７に入射され、透過光によるフォトマスク９７
の検査が行われる。一方、フォトマスク９７により反射
されたレーザ光８８は光路６２を逆行し、ビームスプリ
ッタ６０により反射され、ビームスプリッタ９４により
２つに分割される。ビームスプリッタ９４を透過した光
は集光レンズ３５により集光され、反射光検出器３６に
入射し、反射光によるフォトマスク９７の検査が行われ
る。
８は、一部がフォトマスク９７を透過し集光レンズ８４
により集光され、集束レンズ８６により集束され透過光
検出器８７に入射され、透過光によるフォトマスク９７
の検査が行われる。一方、フォトマスク９７により反射
されたレーザ光８８は光路６２を逆行し、ビームスプリ
ッタ６０により反射され、ビームスプリッタ９４により
２つに分割される。ビームスプリッタ９４を透過した光
は集光レンズ３５により集光され、反射光検出器３６に
入射し、反射光によるフォトマスク９７の検査が行われ
る。
【００１１】ビームスプリッタ９４により反射された光
はビームスプリッタ９６により２つの光に分割される。
この２つの光は、夫々、円筒状レンズ１０２によりｘ方
向に収束する光と、円筒状レンズ１０４及び球状レンズ
１０６によりｘ方向に発散する光に変換され、夫々四分
割複合ダイオード９２及び９０で受光される。円筒状レ
ンズ１０２及び１０４では非点収差が生じるため、四分
割複合ダイオード９２に形成されるビームスポットは、
フォトマスク９７が対物レンズ８２の集光点よりも、遠
いとｘ方向に小さく、近いとｘ方向に大きくなる。逆
に、四分割複合ダイオード９０に形成されるビームスポ
ットは、フォトマスク９７が対物レンズ８２の集光点よ
りも、遠いとｘ方向に大きく、近いとｘ方向に小さくな
る。
はビームスプリッタ９６により２つの光に分割される。
この２つの光は、夫々、円筒状レンズ１０２によりｘ方
向に収束する光と、円筒状レンズ１０４及び球状レンズ
１０６によりｘ方向に発散する光に変換され、夫々四分
割複合ダイオード９２及び９０で受光される。円筒状レ
ンズ１０２及び１０４では非点収差が生じるため、四分
割複合ダイオード９２に形成されるビームスポットは、
フォトマスク９７が対物レンズ８２の集光点よりも、遠
いとｘ方向に小さく、近いとｘ方向に大きくなる。逆
に、四分割複合ダイオード９０に形成されるビームスポ
ットは、フォトマスク９７が対物レンズ８２の集光点よ
りも、遠いとｘ方向に大きく、近いとｘ方向に小さくな
る。
【００１２】従って、四分割複合ダイオード９０のｘ軸
を含む光検出部及びｙ軸を含む光検出部から得られる信
号を夫々Ａ１及びＢ1、四分割複合ダイオード９２のｘ
軸を含む光検出部及びｙ軸を含む光検出部から得られる
信号を夫々Ａ２及びＢ２とするとき、焦点誤差信号Ｆｃ
は下記数式１により得られる。
を含む光検出部及びｙ軸を含む光検出部から得られる信
号を夫々Ａ１及びＢ1、四分割複合ダイオード９２のｘ
軸を含む光検出部及びｙ軸を含む光検出部から得られる
信号を夫々Ａ２及びＢ２とするとき、焦点誤差信号Ｆｃ
は下記数式１により得られる。
【００１３】
【数１】Ｆｃ＝{（Ａ１−Ｂ１）−（Ａ２−Ｂ２）}／
{（Ａ１＋Ｂ１）＋（Ａ２＋Ｂ２）}
{（Ａ１＋Ｂ１）＋（Ａ２＋Ｂ２）}
【００１４】このとき、焦点誤差信号は、下記数式２に
示すＦ１又は下記数式３に示すＦ２のどちらか一方から
でも得ることができる。
示すＦ１又は下記数式３に示すＦ２のどちらか一方から
でも得ることができる。
【００１５】
【数２】Ｆ１＝（Ａ１−Ｂ１）／（Ａ１＋Ｂ１）
【００１６】
【数３】Ｆ２＝（Ａ２−Ｂ２）／（Ａ２＋Ｂ２）
【００１７】しかし、数式２及び数式３をわざわざ合成
している理由は、フォトマスク９７により反射された光
がフォトマスク９７に形成されたパターンで受けた変調
の影響を相殺するためである。
している理由は、フォトマスク９７により反射された光
がフォトマスク９７に形成されたパターンで受けた変調
の影響を相殺するためである。
【００１８】図２１（ａ）に示すように、フォトマスク
９７の表面にはパターン８９が形成されており、対物レ
ンズ８２により集光されたレーザ光８８はビームスポッ
ト９１ａを形成している。また、このとき、四分割複合
ダイオード９０及び９２には、レーザ光８８のビームス
ポット９１ｂが形成されている。
９７の表面にはパターン８９が形成されており、対物レ
ンズ８２により集光されたレーザ光８８はビームスポッ
ト９１ａを形成している。また、このとき、四分割複合
ダイオード９０及び９２には、レーザ光８８のビームス
ポット９１ｂが形成されている。
【００１９】フォトマスク９７の表面が対物レンズ８２
の集光点にあれば、四分割複合ダイオード９２及び９０
に形成されるビームスポット９１は円形になり、前記数
式２及び３に示したＦ１及びＦ２が零になると考えられ
る。ところが、例えば、図２１（ａ）に示すように、対
物レンズ８２の集光ビームスポット９１がフォトマスク
９７のパターンの境界８９ａに掛かると、図２１（ｂ）
に示すように、四分割複合ダイオード９０及び９２に形
成されるビームスポット９１ｂは、ビームスポット９１
ａの強度分布を反映して、明るい部分９１ｃ及び暗い部
分９１ｄを含むような強度分布を持つ。このため、Ｆ１
及びＦ２は単独では正の値になり、零にならない。しか
し、フォトマスク９７が対物レンズ８２の集光点にある
とき、Ａ１＝Ａ２およびＢ１＝Ｂ２なる対称性が成り立
つため、前記数式１に示すＦ１とＦ２を合成したＦｃは
零になる。
の集光点にあれば、四分割複合ダイオード９２及び９０
に形成されるビームスポット９１は円形になり、前記数
式２及び３に示したＦ１及びＦ２が零になると考えられ
る。ところが、例えば、図２１（ａ）に示すように、対
物レンズ８２の集光ビームスポット９１がフォトマスク
９７のパターンの境界８９ａに掛かると、図２１（ｂ）
に示すように、四分割複合ダイオード９０及び９２に形
成されるビームスポット９１ｂは、ビームスポット９１
ａの強度分布を反映して、明るい部分９１ｃ及び暗い部
分９１ｄを含むような強度分布を持つ。このため、Ｆ１
及びＦ２は単独では正の値になり、零にならない。しか
し、フォトマスク９７が対物レンズ８２の集光点にある
とき、Ａ１＝Ａ２およびＢ１＝Ｂ２なる対称性が成り立
つため、前記数式１に示すＦ１とＦ２を合成したＦｃは
零になる。
【００２０】更にまた、特開平９−２０３６１０号公報
には、光ファイバを使用したフォーカス検出装置が開示
されている。特開平９−２０３６１０号公報に開示され
ているフォーカス検出装置においては、レーザ光源と、
このレーザ光源から出射されるレーザ光を光ディスク上
に集光する対物レンズと、光ディスクにより反射された
光束を２分岐する光路分岐回路と、一方の端面が前記２
分岐された各光束と同一光路上に配置された２本の光フ
ァイバと、これらの光ファイバの他の端面に夫々接続さ
れた２個の非分割タイプの光検出器とが設けられ、前記
２本の光ファイバのうち１本はその一方の端面が光ディ
スクにより反射された光束の焦点位置の前方に配置さ
れ、他の１本の光ファイバはその一方の端面が前記光束
の焦点位置の後方に配置されている。これにより、前記
レーザ光源から出射されたレーザ光は前記対物レンズに
より集光されて光ディスクの表面に照射され、この光デ
ィスクにより反射された反射光が前記光路分岐回路によ
り２つに分けられて夫々前記光ファイバに入射し、この
光ファイバに入射した光がこの光ファイバ内を伝わり前
記光検出器に入力される。
には、光ファイバを使用したフォーカス検出装置が開示
されている。特開平９−２０３６１０号公報に開示され
ているフォーカス検出装置においては、レーザ光源と、
このレーザ光源から出射されるレーザ光を光ディスク上
に集光する対物レンズと、光ディスクにより反射された
光束を２分岐する光路分岐回路と、一方の端面が前記２
分岐された各光束と同一光路上に配置された２本の光フ
ァイバと、これらの光ファイバの他の端面に夫々接続さ
れた２個の非分割タイプの光検出器とが設けられ、前記
２本の光ファイバのうち１本はその一方の端面が光ディ
スクにより反射された光束の焦点位置の前方に配置さ
れ、他の１本の光ファイバはその一方の端面が前記光束
の焦点位置の後方に配置されている。これにより、前記
レーザ光源から出射されたレーザ光は前記対物レンズに
より集光されて光ディスクの表面に照射され、この光デ
ィスクにより反射された反射光が前記光路分岐回路によ
り２つに分けられて夫々前記光ファイバに入射し、この
光ファイバに入射した光がこの光ファイバ内を伝わり前
記光検出器に入力される。
【００２１】このフォーカス検出装置においては、前記
光ディスクが前記対物レンズの焦点位置にあるとき、前
記２本の光ファイバの入射端面上に形成されるビームス
ポット径が相互に等しくなるように予め調節することに
より、光ディスクの位置が焦点位置からずれると、光フ
ァイバに入射する光の入射角が変化することにより、２
個の光検出器における測定値が変化し、これらの測定値
の差を求めることにより、ジャストフォーカスを中心に
対称な焦点誤差信号を得ることができると記載されてい
る。
光ディスクが前記対物レンズの焦点位置にあるとき、前
記２本の光ファイバの入射端面上に形成されるビームス
ポット径が相互に等しくなるように予め調節することに
より、光ディスクの位置が焦点位置からずれると、光フ
ァイバに入射する光の入射角が変化することにより、２
個の光検出器における測定値が変化し、これらの測定値
の差を求めることにより、ジャストフォーカスを中心に
対称な焦点誤差信号を得ることができると記載されてい
る。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の技術においては、以下に示すような問題点があ
る。特開昭５９−８７６２８号公報、特開昭５９−２２
２４３号公報、特開昭５９−３３６３６号公報及び実開
平１−１６５９２３号公報に開示されている技術におい
ては、焦点誤差信号を検出するレーザ光のビームが１本
であるため、焦点誤差信号がジャストフォーカスを中心
に対称にならず、零クロス付近におけるフォーカス位置
に対する焦点誤差信号の変化も直線状又は階段状ではな
く曲線状になるため、焦点誤差信号の感度が低いという
問題点がある。特に、特開昭５９−２２２４３号公報及
び特開昭５９−３３６３６号公報に開示されたフォーカ
ス検出装置においては、平行光束と集束性円環状光束と
の照射角度が異なるため、記録媒体に記録された情報を
検出するビームがジャストフォーカスするときに焦点誤
差信号を検出するビームがジャストフォーカスしないた
め、焦点誤差信号の感度が低いという問題点もある。
従来の技術においては、以下に示すような問題点があ
る。特開昭５９−８７６２８号公報、特開昭５９−２２
２４３号公報、特開昭５９−３３６３６号公報及び実開
平１−１６５９２３号公報に開示されている技術におい
ては、焦点誤差信号を検出するレーザ光のビームが１本
であるため、焦点誤差信号がジャストフォーカスを中心
に対称にならず、零クロス付近におけるフォーカス位置
に対する焦点誤差信号の変化も直線状又は階段状ではな
く曲線状になるため、焦点誤差信号の感度が低いという
問題点がある。特に、特開昭５９−２２２４３号公報及
び特開昭５９−３３６３６号公報に開示されたフォーカ
ス検出装置においては、平行光束と集束性円環状光束と
の照射角度が異なるため、記録媒体に記録された情報を
検出するビームがジャストフォーカスするときに焦点誤
差信号を検出するビームがジャストフォーカスしないた
め、焦点誤差信号の感度が低いという問題点もある。
【００２３】また、特開平６−２９４７５０号公報に開
示されているレーザ検査装置は、ビームスプリッタ９６
で分割した２つの光の内、一方を収束させ、一方を発散
させている。このため、対称性が崩れており、パターン
による変調の影響がうまく相殺されにくいという問題点
がある。また、このレーザ検査装置においては、光学素
子の製造誤差又は光学系の組立誤差があると光軸方向の
位置が微妙に狂い、フォトマスク９７が対物レンズ８２
の集光点に配置されている場合においても、四分割複合
ダイオード９０及び９２に形成されるビームスポットの
強度分布が一方が縦長に他方が横長になり、パターンに
よる変調の影響が相殺されなくなる。しかも、従来のレ
ーザ検査加工装置は、光学素子の製造誤差又は光学系の
組立誤差があると、四分割複合ダイオード９０及び９２
に形成されるビームスポットの強度分布が回転し、パタ
ーンによる変調の影響が相殺されなくなるという問題点
もある。
示されているレーザ検査装置は、ビームスプリッタ９６
で分割した２つの光の内、一方を収束させ、一方を発散
させている。このため、対称性が崩れており、パターン
による変調の影響がうまく相殺されにくいという問題点
がある。また、このレーザ検査装置においては、光学素
子の製造誤差又は光学系の組立誤差があると光軸方向の
位置が微妙に狂い、フォトマスク９７が対物レンズ８２
の集光点に配置されている場合においても、四分割複合
ダイオード９０及び９２に形成されるビームスポットの
強度分布が一方が縦長に他方が横長になり、パターンに
よる変調の影響が相殺されなくなる。しかも、従来のレ
ーザ検査加工装置は、光学素子の製造誤差又は光学系の
組立誤差があると、四分割複合ダイオード９０及び９２
に形成されるビームスポットの強度分布が回転し、パタ
ーンによる変調の影響が相殺されなくなるという問題点
もある。
【００２４】更に、特開平９−２０３６１０号公報に開
示されたフォーカス検出装置においては、光ディスクの
位置が対物レンズの焦点位置からずれることにより光フ
ァイバに入射するビームの入射角度が変化しビームの強
度が変化することを利用しているが、この入射角度の変
化量は極めて小さいため、光検出器に入射する光の強度
変化に与える影響も小さく、焦点誤差信号の感度が低い
という問題点がある。
示されたフォーカス検出装置においては、光ディスクの
位置が対物レンズの焦点位置からずれることにより光フ
ァイバに入射するビームの入射角度が変化しビームの強
度が変化することを利用しているが、この入射角度の変
化量は極めて小さいため、光検出器に入射する光の強度
変化に与える影響も小さく、焦点誤差信号の感度が低い
という問題点がある。
【００２５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、焦点誤差信号が測定対象物のパターンに影
響されず、且つ、焦点誤差信号の感度が高いフォーカス
検出装置及びこれを使用したレーザ検査加工装置を提供
することを目的とする。
のであって、焦点誤差信号が測定対象物のパターンに影
響されず、且つ、焦点誤差信号の感度が高いフォーカス
検出装置及びこれを使用したレーザ検査加工装置を提供
することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明に係るフォーカス
検出装置は、光発生手段と、前記光発生手段から出射し
た光を対象物に集光させるレンズと、前記光発生手段と
前記レンズとの間に設けられ前記光発生手段から出射し
た光の光路から前記対象物で反射した光を分離する光分
離手段と、前記光分離手段で分離された光を第１の反射
光及び第２の反射光に配分する光配分手段と、中心軸に
沿って設けられたコアとこのコアの周囲に設けられたク
ラッドからなり前記第１の反射光が入射されこれを導波
する第１の光ファイバと、中心軸に沿って設けられたコ
アとこのコアの周囲に設けられたクラッドからなり前記
第２の反射光が入射されこれを導波する第２の光ファイ
バと、前記第１の光ファイバにより導波された光を検出
する第１の光検出手段と、前記第２の光ファイバにより
導波された光を検出する第２の光検出手段と、を有し、
前記第１及び第２の光ファイバに結合された導波モード
数を夫々Ｎ α 及びＮ β 、前記第１及び第２の反射光の空
気中における波長をλ、前記第１及び第２の光ファイバ
のコアの半径を夫々ａ α 及びａ β とするとき、前記光分
離手段から前記第１の光ファイバにおける前記第１の反
射光が入射する端面までの光路が前記光発生手段から前
記光分離手段までの光路よりも４ａ α ２ ／λ（Ｎ α ＋
１）だけ短く、前記光分離手段から前記第２の光ファイ
バにおける前記第２の反射光が入射する端面までの光路
が前記光発生手段から前記光分離手段までの光路よりも
４ａ β ２ ／λ（Ｎ β ＋１）だけ長く、前記第１の光検出
手段により光を検出して得られる信号をＣ１、前記第２
の光検出手段により光を検出して得られる信号をＣ２と
するとき、焦点誤差信号Ｃ１−Ｃ２により前記対象物が
前記レンズの集光点に位置しているかどうかを検出する
ことを特徴とする。
検出装置は、光発生手段と、前記光発生手段から出射し
た光を対象物に集光させるレンズと、前記光発生手段と
前記レンズとの間に設けられ前記光発生手段から出射し
た光の光路から前記対象物で反射した光を分離する光分
離手段と、前記光分離手段で分離された光を第１の反射
光及び第２の反射光に配分する光配分手段と、中心軸に
沿って設けられたコアとこのコアの周囲に設けられたク
ラッドからなり前記第１の反射光が入射されこれを導波
する第１の光ファイバと、中心軸に沿って設けられたコ
アとこのコアの周囲に設けられたクラッドからなり前記
第２の反射光が入射されこれを導波する第２の光ファイ
バと、前記第１の光ファイバにより導波された光を検出
する第１の光検出手段と、前記第２の光ファイバにより
導波された光を検出する第２の光検出手段と、を有し、
前記第１及び第２の光ファイバに結合された導波モード
数を夫々Ｎ α 及びＮ β 、前記第１及び第２の反射光の空
気中における波長をλ、前記第１及び第２の光ファイバ
のコアの半径を夫々ａ α 及びａ β とするとき、前記光分
離手段から前記第１の光ファイバにおける前記第１の反
射光が入射する端面までの光路が前記光発生手段から前
記光分離手段までの光路よりも４ａ α ２ ／λ（Ｎ α ＋
１）だけ短く、前記光分離手段から前記第２の光ファイ
バにおける前記第２の反射光が入射する端面までの光路
が前記光発生手段から前記光分離手段までの光路よりも
４ａ β ２ ／λ（Ｎ β ＋１）だけ長く、前記第１の光検出
手段により光を検出して得られる信号をＣ１、前記第２
の光検出手段により光を検出して得られる信号をＣ２と
するとき、焦点誤差信号Ｃ１−Ｃ２により前記対象物が
前記レンズの集光点に位置しているかどうかを検出する
ことを特徴とする。
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】本発明においては、前記光分離手段から前
記第１の光ファイバにおける前記第１の反射光が入射す
る端面までの光路を前記光発生手段から前記光分離手段
までの光路よりも４ａα ２／λ（Ｎα＋１）だけ短く
し、前記光分離手段から前記第２の光ファイバにおける
前記第２の反射光が入射する端面までの光路を前記光発
生手段から前記光分離手段までの光路よりも４ａβ ２／
λ（Ｎβ＋１）だけ長くすることにより、前記対象物の
表面が前記レンズの集光点にあるときに、前記第１の光
ファイバの端面が前記第１の反射光の集光点から４ａα
２／λ（Ｎα＋１）だけ前方に配置され、前記第２の光
ファイバの端面が前記第２の反射光の集光点から４ａβ
２／λ（Ｎβ＋１）後方に配置される。このとき、前記
第１の光ファイバの端面に形成されるビームスポットの
強度分布は、前記第２の光ファイバの端面に形成される
ビームスポットの強度分布に対して反転する。従って、
両者のビームスポットの強度分布は、光軸を中心に相互
に完全に点対称となる。ゆえに、反射光が対象物の表面
に形成されたパターンにより変調を受けていても、前記
第１及び第２の光ファイバのコアに入射する光の強度は
実質的に等しくなり、前記対象物の表面が前記レンズの
集光点にあるとき、常にＣ１＝Ｃ２なる対称性が成り立
つため誤差検出信号は零になる。また、両者の間で対称
性が保たれ、パターンによる変調の影響がうまく相殺さ
れる。このため、光学素子の製造誤差又は光学系の組立
誤差の影響を受けにくく、焦点誤差信号の感度が向上す
る。
記第１の光ファイバにおける前記第１の反射光が入射す
る端面までの光路を前記光発生手段から前記光分離手段
までの光路よりも４ａα ２／λ（Ｎα＋１）だけ短く
し、前記光分離手段から前記第２の光ファイバにおける
前記第２の反射光が入射する端面までの光路を前記光発
生手段から前記光分離手段までの光路よりも４ａβ ２／
λ（Ｎβ＋１）だけ長くすることにより、前記対象物の
表面が前記レンズの集光点にあるときに、前記第１の光
ファイバの端面が前記第１の反射光の集光点から４ａα
２／λ（Ｎα＋１）だけ前方に配置され、前記第２の光
ファイバの端面が前記第２の反射光の集光点から４ａβ
２／λ（Ｎβ＋１）後方に配置される。このとき、前記
第１の光ファイバの端面に形成されるビームスポットの
強度分布は、前記第２の光ファイバの端面に形成される
ビームスポットの強度分布に対して反転する。従って、
両者のビームスポットの強度分布は、光軸を中心に相互
に完全に点対称となる。ゆえに、反射光が対象物の表面
に形成されたパターンにより変調を受けていても、前記
第１及び第２の光ファイバのコアに入射する光の強度は
実質的に等しくなり、前記対象物の表面が前記レンズの
集光点にあるとき、常にＣ１＝Ｃ２なる対称性が成り立
つため誤差検出信号は零になる。また、両者の間で対称
性が保たれ、パターンによる変調の影響がうまく相殺さ
れる。このため、光学素子の製造誤差又は光学系の組立
誤差の影響を受けにくく、焦点誤差信号の感度が向上す
る。
【００３５】 また、本発明においては、光検出手段の
分割線の代わりに、第１及び第２の光ファイバにおける
コアとクラッドとの境界によりビームスポットを分割し
ている。このため、第１及び第２の光検出手段に分割線
を設ける必要がなく、安価な汎用の光検出手段を使用で
きる。また、光検出手段がフォトダイオードである場
合、円形の分割線を設けると、内側の受光部で検出され
た光電流を取り出す配線が外側の受光部を分断し、不感
帯が生じる。対象物がレンズの集光点にあるときに光検
出手段に形成されるビームスポットのサイズが大きくな
るような設計ならば大きな問題はないが、対象物の位置
が光軸方向にずれたときに光検出手段に形成されるビー
ムスポットのサイズの変化量が大きいほど焦点誤差信号
の感度は高くなるため、対象物がレンズの集光点にある
ときに光検出手段に形成されるビームスポットのサイズ
は可及的に小さい方が好ましく、不感帯の発生が大きな
問題となる。本発明においては第１及び第２の光検出手
段に分割線を設ける必要がないため、焦点誤差信号の感
度をより向上させることができる。
分割線の代わりに、第１及び第２の光ファイバにおける
コアとクラッドとの境界によりビームスポットを分割し
ている。このため、第１及び第２の光検出手段に分割線
を設ける必要がなく、安価な汎用の光検出手段を使用で
きる。また、光検出手段がフォトダイオードである場
合、円形の分割線を設けると、内側の受光部で検出され
た光電流を取り出す配線が外側の受光部を分断し、不感
帯が生じる。対象物がレンズの集光点にあるときに光検
出手段に形成されるビームスポットのサイズが大きくな
るような設計ならば大きな問題はないが、対象物の位置
が光軸方向にずれたときに光検出手段に形成されるビー
ムスポットのサイズの変化量が大きいほど焦点誤差信号
の感度は高くなるため、対象物がレンズの集光点にある
ときに光検出手段に形成されるビームスポットのサイズ
は可及的に小さい方が好ましく、不感帯の発生が大きな
問題となる。本発明においては第１及び第２の光検出手
段に分割線を設ける必要がないため、焦点誤差信号の感
度をより向上させることができる。
【００３６】更に、従来はノイズ対策として、光検出手
段の近傍にプリアンプを配置し、マザーボードにメイン
アンプを実装していたが、本発明においては、第１及び
第２の光ファイバにより光の強度の情報を離れた場所に
伝達できるため、光検出手段を任意の場所に設置でき、
これらを１箇所にまとめることでコストを低減できる。
段の近傍にプリアンプを配置し、マザーボードにメイン
アンプを実装していたが、本発明においては、第１及び
第２の光ファイバにより光の強度の情報を離れた場所に
伝達できるため、光検出手段を任意の場所に設置でき、
これらを１箇所にまとめることでコストを低減できる。
【００３７】 更にまた、本発明においては、前記第１
及び第２の光ファイバに結合された導波モード数を夫々
Ｎα及びＮβ、空気中の光の波長をλ、前記第１及び第
２の光ファイバのコアの半径を夫々ａα及びａβとする
とき、前記第１の光ファイバの一端と前記第１の反射光
の集光点との間の距離を４ａα ２／λ（Ｎα＋１）と
し、前記第２の光ファイバの一端と前記第２の反射光の
集光点との間の距離を４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）とする
ことにより、レンズの焦点位置からの対象物の位置のず
れに対する前記第１及び第２の光ファイバによる光の伝
達効率の変化を急峻にし、焦点誤差信号の感度をより向
上させることができる。
及び第２の光ファイバに結合された導波モード数を夫々
Ｎα及びＮβ、空気中の光の波長をλ、前記第１及び第
２の光ファイバのコアの半径を夫々ａα及びａβとする
とき、前記第１の光ファイバの一端と前記第１の反射光
の集光点との間の距離を４ａα ２／λ（Ｎα＋１）と
し、前記第２の光ファイバの一端と前記第２の反射光の
集光点との間の距離を４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）とする
ことにより、レンズの焦点位置からの対象物の位置のず
れに対する前記第１及び第２の光ファイバによる光の伝
達効率の変化を急峻にし、焦点誤差信号の感度をより向
上させることができる。
【００３８】以下、前記第１及び第２の光ファイバを特
定の位置に設置する理由について説明する。光ファイバ
の半径が大きい場合は、導波モード数が１０本を超える
ようになり、光ファイバのコアを照らす光は、すべて導
波するため、光ファイバは光の強度の情報を空間的に切
り取り伝達する手段にすぎなくなり、導波モード数を論
じることが無意味になる。しかし、光ファイバの半径が
小さい場合には、導波モード数が数本になり、光ファイ
バのコアを照らす光は入射角により導波したりしなかっ
たりするため、導波モード数を論じることが必要にな
る。
定の位置に設置する理由について説明する。光ファイバ
の半径が大きい場合は、導波モード数が１０本を超える
ようになり、光ファイバのコアを照らす光は、すべて導
波するため、光ファイバは光の強度の情報を空間的に切
り取り伝達する手段にすぎなくなり、導波モード数を論
じることが無意味になる。しかし、光ファイバの半径が
小さい場合には、導波モード数が数本になり、光ファイ
バのコアを照らす光は入射角により導波したりしなかっ
たりするため、導波モード数を論じることが必要にな
る。
【００３９】「末松安晴・伊賀健一共著 光ファイバ通
信入門（改訂２版）（オーム社発行）第２４頁」によれ
ば、光ファイバを導波する光がコアとクラッドの境界に
対してなす角θＮは、円周率をπ、コアの屈折率をｎ、
コアの半径をａ、零以上の整数である導波モード数を
Ｎ、空気中における光の波数をｋとするとき、 となる。空気中における光の波数ｋは、空気中における
光の波長をλとするとき、以下のように定義される。
信入門（改訂２版）（オーム社発行）第２４頁」によれ
ば、光ファイバを導波する光がコアとクラッドの境界に
対してなす角θＮは、円周率をπ、コアの屈折率をｎ、
コアの半径をａ、零以上の整数である導波モード数を
Ｎ、空気中における光の波数をｋとするとき、 となる。空気中における光の波数ｋは、空気中における
光の波長をλとするとき、以下のように定義される。
【００４０】 光ファイバの端面においては、スネルの
法則が成り立つため、光ファイバを導波する光がコアと
クラッドの境界に対してなす角θＮと光ファイバの出射
角θ０とは、 で表される関係を有する。ゆえに、光ファイバの出射角
θ０［rad］は、下記数式４で与えられる。
法則が成り立つため、光ファイバを導波する光がコアと
クラッドの境界に対してなす角θＮと光ファイバの出射
角θ０とは、 で表される関係を有する。ゆえに、光ファイバの出射角
θ０［rad］は、下記数式４で与えられる。
【００４１】
【数式４】
【００４２】 光ファイバを特徴づけるパラメータに比
屈折率差Δがある。クラッドの屈折率をｎｃとすると、
比屈折率差Δは下記数式５で定義される。
屈折率差Δがある。クラッドの屈折率をｎｃとすると、
比屈折率差Δは下記数式５で定義される。
【００４３】
【数式５】
【００４４】 また、光ファイバの開口数ＮＡは、比屈
折率差Δにより、下記数式６で与えられる。
折率差Δにより、下記数式６で与えられる。
【００４５】
【数式６】
【００４６】 光ファイバの開口数ＮＡは、光ファイバ
を導波できる最大の導波モード数Ｎｍａｘで光ファイバ
を導波した光が光ファイバを出射する角度の正弦であ
る。即ち、光ファイバの開口数ＮＡは、 で定義される。ゆえに、 なる関係を有する。つまり、光ファイバを導波できる最
大の導波モード数Ｎｍａｘは、前記数式４より、 となる。但し、光ファイバに結合させる光の入射角をθ
ｉとするとき、ｓｉｎθｉ≧ＮＡである場合は、光ファ
イバを導波する最大の導波モード数Ｎｅｆｆは光ファイ
バを導波できる最大の導波モード数Ｎｍａｘになるが、
ｓｉｎθｉ≦ＮＡである場合は、前記数式４より、 を満たす最大の導波モード数Ｎが、光ファイバを導波す
る最大の導波モード数Ｎｅｆｆになる。
を導波できる最大の導波モード数Ｎｍａｘで光ファイバ
を導波した光が光ファイバを出射する角度の正弦であ
る。即ち、光ファイバの開口数ＮＡは、 で定義される。ゆえに、 なる関係を有する。つまり、光ファイバを導波できる最
大の導波モード数Ｎｍａｘは、前記数式４より、 となる。但し、光ファイバに結合させる光の入射角をθ
ｉとするとき、ｓｉｎθｉ≧ＮＡである場合は、光ファ
イバを導波する最大の導波モード数Ｎｅｆｆは光ファイ
バを導波できる最大の導波モード数Ｎｍａｘになるが、
ｓｉｎθｉ≦ＮＡである場合は、前記数式４より、 を満たす最大の導波モード数Ｎが、光ファイバを導波す
る最大の導波モード数Ｎｅｆｆになる。
【００４７】 一方、光ファイバに光を入射させる際
に、クラッドに反射されずにコアに入射させられる集光
点の前後ずれの範囲±ｄｍａｘは、 と求められる。ゆえに、光ファイバに光を結合させる際
に、クラッドに反射されずにコアに入射させられる集光
点の前後ずれの範囲±ｄｍａｘは、前記数式４より、 となる近似を使用して、下記数式７で表される。
に、クラッドに反射されずにコアに入射させられる集光
点の前後ずれの範囲±ｄｍａｘは、 と求められる。ゆえに、光ファイバに光を結合させる際
に、クラッドに反射されずにコアに入射させられる集光
点の前後ずれの範囲±ｄｍａｘは、前記数式４より、 となる近似を使用して、下記数式７で表される。
【００４８】
【数式７】
【００４９】 図１は、数式７により導かれる光ファイ
バに光を入射させるときの集光点の前後ずれｄと結合効
率χとの関係を示すグラフ図である。光ファイバが十分
長く形状に全く誤差がなければ、図１に実線で示すよう
な階段状のグラフになるが、実際の光ファイバは長さが
有限であり、また、製作誤差等により特定のモードの光
の入射角に幅が発生するため、入射角が少しずれた光で
も導波する。このため、実際には図１に破線で示すよう
な角がとれたグラフになる。
バに光を入射させるときの集光点の前後ずれｄと結合効
率χとの関係を示すグラフ図である。光ファイバが十分
長く形状に全く誤差がなければ、図１に実線で示すよう
な階段状のグラフになるが、実際の光ファイバは長さが
有限であり、また、製作誤差等により特定のモードの光
の入射角に幅が発生するため、入射角が少しずれた光で
も導波する。このため、実際には図１に破線で示すよう
な角がとれたグラフになる。
【００５０】例として、Ｎｅｆｆ＝２の光ファイバにつ
いて、集光点の前後ずれｄと光ファイバに結合するモー
ドとの関係について説明する。図２（ａ）及び（ｂ）並
びに図３（ａ）及び（ｂ）は、Ｎｅｆｆ＝２の光ファイ
バにおける集光点の前後ずれｄと光ファイバに結合する
モードとの関係を示す図である。なお、Ｎｅｆｆ＝２の
光ファイバとは、Ｎ＝０、１、２の３つのモードの光が
導波できる光ファイバをいう。
いて、集光点の前後ずれｄと光ファイバに結合するモー
ドとの関係について説明する。図２（ａ）及び（ｂ）並
びに図３（ａ）及び（ｂ）は、Ｎｅｆｆ＝２の光ファイ
バにおける集光点の前後ずれｄと光ファイバに結合する
モードとの関係を示す図である。なお、Ｎｅｆｆ＝２の
光ファイバとは、Ｎ＝０、１、２の３つのモードの光が
導波できる光ファイバをいう。
【００５１】図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、集光
点の前後ずれｄが を満たすと（これを条件１とする）、Ｎ＝０、１、２の
３つのモード全ての光５３が光ファイバ５０のコア５１
に入射し、この３つのモード全ての光が光ファイバ５０
のコア５１に結合される。このときの結合効率χをχ
ｍａｘとする。なお、図２（ａ）及び（ｂ）並びに図３
（ａ）及び（ｂ）においては、ｄが正の値の場合のみを
示す。
点の前後ずれｄが を満たすと（これを条件１とする）、Ｎ＝０、１、２の
３つのモード全ての光５３が光ファイバ５０のコア５１
に入射し、この３つのモード全ての光が光ファイバ５０
のコア５１に結合される。このときの結合効率χをχ
ｍａｘとする。なお、図２（ａ）及び（ｂ）並びに図３
（ａ）及び（ｂ）においては、ｄが正の値の場合のみを
示す。
【００５２】また、図２（ａ）に示すように、更に集光
点の前後ずれｄが を満たすとき、Ｎ≧３のモードの光もコア５１に入射す
るが、Ｎ≧３のモードの光は、コア５１とクラッド５２
の界面における全反射条件を満たさないため、コア５１
に入射した光５３はコア５１とクラッド５２の界面を透
過してコアの外部に漏洩するため、コア５１に結合され
ない。つまり、Ｎｅｆｆを超えるモードの光は、光ファ
イバのコアに入射しても、光ファイバのコアに結合され
ない。
点の前後ずれｄが を満たすとき、Ｎ≧３のモードの光もコア５１に入射す
るが、Ｎ≧３のモードの光は、コア５１とクラッド５２
の界面における全反射条件を満たさないため、コア５１
に入射した光５３はコア５１とクラッド５２の界面を透
過してコアの外部に漏洩するため、コア５１に結合され
ない。つまり、Ｎｅｆｆを超えるモードの光は、光ファ
イバのコアに入射しても、光ファイバのコアに結合され
ない。
【００５３】更に、図３（ａ）に示すように、集光点の
前後ずれｄが 又は を満たすとき（これを条件２とする）、Ｎ＝０のモード
の光及びＮ＝１のモードの光が光ファイバ５０のコア５
１に入射し、この２つのモードの光５３がコア５１に結
合される。一方、Ｎ＝２のモードの光５３はクラッド５
２で反射され、コア５１に入射しない。結合効率χは、
Ｎ＝０、１、２の３つのモードの光がいずれも同じ光量
を有しているとし、前記条件１における結合効率χを最
大結合効率χｍａｘとすると、条件２においては、３つ
のモードの光のうち２つのモードの光が結合するため、
χ＝２χｍａｘ／３となる。
前後ずれｄが 又は を満たすとき（これを条件２とする）、Ｎ＝０のモード
の光及びＮ＝１のモードの光が光ファイバ５０のコア５
１に入射し、この２つのモードの光５３がコア５１に結
合される。一方、Ｎ＝２のモードの光５３はクラッド５
２で反射され、コア５１に入射しない。結合効率χは、
Ｎ＝０、１、２の３つのモードの光がいずれも同じ光量
を有しているとし、前記条件１における結合効率χを最
大結合効率χｍａｘとすると、条件２においては、３つ
のモードの光のうち２つのモードの光が結合するため、
χ＝２χｍａｘ／３となる。
【００５４】更にまた、図３（ｂ）に示すように、集光
点の前後ずれｄが 又は を満たすとき（これを条件３とする）は、Ｎ＝０のモー
ドの光５３のみが光ファイバ５０のコア５１に入射し、
この１つのモードの光５３が光ファイバ５０のコア５１
に結合される。一方、Ｎ＝１及び２のモードの光５３は
クラッド５２で反射され、コア５１に入射しない。従っ
てこのとき、結合効率χはχ＝χｍａｘ／３となる。
点の前後ずれｄが 又は を満たすとき（これを条件３とする）は、Ｎ＝０のモー
ドの光５３のみが光ファイバ５０のコア５１に入射し、
この１つのモードの光５３が光ファイバ５０のコア５１
に結合される。一方、Ｎ＝１及び２のモードの光５３は
クラッド５２で反射され、コア５１に入射しない。従っ
てこのとき、結合効率χはχ＝χｍａｘ／３となる。
【００５５】更にまた、集光点の前後ずれｄが
又は
を満たすとき（これを条件４する）、光ファイバ５０の
コア５１に結合されるモードがないため、光は光ファイ
バ５０のコア５１に結合されない。従ってこのとき、結
合効率χはχ＝０となる。
コア５１に結合されるモードがないため、光は光ファイ
バ５０のコア５１に結合されない。従ってこのとき、結
合効率χはχ＝０となる。
【００５６】 なお、上述の条件１乃至条件４に対応す
るｄの範囲は、前記数式７にＮ＝２、１、０を代入する
ことにより求めることができる。上述の説明は、Ｎ
ｅｆｆ＝２の光ファイバの例について説明しているが、
前記数式７はＮｅｆｆ＝２以外の場合についても成立す
る。
るｄの範囲は、前記数式７にＮ＝２、１、０を代入する
ことにより求めることができる。上述の説明は、Ｎ
ｅｆｆ＝２の光ファイバの例について説明しているが、
前記数式７はＮｅｆｆ＝２以外の場合についても成立す
る。
【００５７】また、図１は、Ｎｅｆｆ＝２の場合に限ら
ず、一般の場合に関して集光点の前後ずれｄと結合効率
χの関係を示した図である。なお、図１には、５段以上
の段差を持つグラフが示されているが、Ｎｅｆｆ＝２の
場合は、上述のように、結合効率χはχｍａｘ（条件
１）、２χｍａｘ／３（条件２）、χｍａｘ／３（条件
３）、０（条件４）の４通りの値をとるため、図１に相
当する集光点の前後ずれｄと結合効率χとの関係を示す
グラフは３段の段差を持つグラフになる（図４（ａ）参
照）。
ず、一般の場合に関して集光点の前後ずれｄと結合効率
χの関係を示した図である。なお、図１には、５段以上
の段差を持つグラフが示されているが、Ｎｅｆｆ＝２の
場合は、上述のように、結合効率χはχｍａｘ（条件
１）、２χｍａｘ／３（条件２）、χｍａｘ／３（条件
３）、０（条件４）の４通りの値をとるため、図１に相
当する集光点の前後ずれｄと結合効率χとの関係を示す
グラフは３段の段差を持つグラフになる（図４（ａ）参
照）。
【００５８】図１に示すように、光ファイバに光を結合
させる際の結合効率χは、集光点の前後ずれｄに関し
て、離散的に急激な変化を示す箇所がある。ゆえに、ａ
＝ａα、且つ、Ｎｅｆｆ＝Ｎｅｆｆαである第１の光フ
ァイバと、ａ＝ａβ、且つ、Ｎ ｅｆｆ＝Ｎｅｆｆβであ
る第２の光ファイバを用意し、 及び を満たす特定のＮα及びＮβに関して、第１の光ファイ
バを集光点の前方 の位置に設置し、第２の光ファイバを集光点の後方 の位置に設置し、第１及び第２の光ファイバの導波光を
夫々第１及び第２の光検出手段によって検出すれば、そ
れぞれが検出する信号Ｃ１及び信号Ｃ２の差を求めるこ
とにより極めて感度が高い焦点誤差信号を得ることがで
きる。
させる際の結合効率χは、集光点の前後ずれｄに関し
て、離散的に急激な変化を示す箇所がある。ゆえに、ａ
＝ａα、且つ、Ｎｅｆｆ＝Ｎｅｆｆαである第１の光フ
ァイバと、ａ＝ａβ、且つ、Ｎ ｅｆｆ＝Ｎｅｆｆβであ
る第２の光ファイバを用意し、 及び を満たす特定のＮα及びＮβに関して、第１の光ファイ
バを集光点の前方 の位置に設置し、第２の光ファイバを集光点の後方 の位置に設置し、第１及び第２の光ファイバの導波光を
夫々第１及び第２の光検出手段によって検出すれば、そ
れぞれが検出する信号Ｃ１及び信号Ｃ２の差を求めるこ
とにより極めて感度が高い焦点誤差信号を得ることがで
きる。
【００５９】図４（ａ）及び（ｂ）は、Ｎｅｆｆ＝２の
場合において第１の光ファイバを集光点の前４ａα ２／
λ（Ｎα＋１）の位置に設置し、第２の光ファイバを集
光点の後４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）の位置に設置したと
き、レンズの集光点に対する対象物の位置のずれｄと各
導波光を検出した信号との関係を示すグラフ図であり、
（ａ）は信号χと信号δ、（ｂ）は信号χから信号δを
減じた信号χ−δを示す。Ｎｅｆｆが小さいほど階段の
段差は大きくなり、集光点の前後ずれｄに対する結合効
率χの変化が急峻になり、焦点誤差信号の感度が高くな
る。従って、Ｎ ｅｆｆが０乃至２程度になるような光学
系が望ましい。
場合において第１の光ファイバを集光点の前４ａα ２／
λ（Ｎα＋１）の位置に設置し、第２の光ファイバを集
光点の後４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）の位置に設置したと
き、レンズの集光点に対する対象物の位置のずれｄと各
導波光を検出した信号との関係を示すグラフ図であり、
（ａ）は信号χと信号δ、（ｂ）は信号χから信号δを
減じた信号χ−δを示す。Ｎｅｆｆが小さいほど階段の
段差は大きくなり、集光点の前後ずれｄに対する結合効
率χの変化が急峻になり、焦点誤差信号の感度が高くな
る。従って、Ｎ ｅｆｆが０乃至２程度になるような光学
系が望ましい。
【００６０】回折素子は、フォトリソグラフィーによる
精度が高い方法によっても、格子間隔として数μｍ以上
のものしか製造できない。しかも、回折素子はビームス
ポット中に少なくとも数本の格子が含まれないと光を回
折させられない。ゆえに、ビームスポットの分割手段と
して回折素子を使用すると、円形の分割線の直径は１０
μｍ以上でなければならない。しかし、マスクが光軸方
向にずれた際に光検出手段に形成されるビームスポット
のサイズが大きく変化するほど、焦点誤差信号の感度が
高くなるため、フォーカス検出装置は、マスクがレンズ
の集光点にあるときに光検出手段に形成されるビームス
ポットのサイズは可及的に小さくなるように設計される
ことが好ましい。光ファイバは、シングルモードファイ
バであればコアの直径が数μｍであるため、焦点誤差信
号の感度を向上させることができる。
精度が高い方法によっても、格子間隔として数μｍ以上
のものしか製造できない。しかも、回折素子はビームス
ポット中に少なくとも数本の格子が含まれないと光を回
折させられない。ゆえに、ビームスポットの分割手段と
して回折素子を使用すると、円形の分割線の直径は１０
μｍ以上でなければならない。しかし、マスクが光軸方
向にずれた際に光検出手段に形成されるビームスポット
のサイズが大きく変化するほど、焦点誤差信号の感度が
高くなるため、フォーカス検出装置は、マスクがレンズ
の集光点にあるときに光検出手段に形成されるビームス
ポットのサイズは可及的に小さくなるように設計される
ことが好ましい。光ファイバは、シングルモードファイ
バであればコアの直径が数μｍであるため、焦点誤差信
号の感度を向上させることができる。
【００６１】 本発明に係る他のフォーカス検出装置
は、光発生手段と、前記光発生手段から出射した光を対
象物に集光させるレンズと、前記光発生手段と前記レン
ズとの間に設けられ前記光発生手段から出射した光の光
路から前記対象物で反射した光を分離する光分離手段
と、透明物質からなり前記光分離手段で分離された光の
経路上に配置され、この分離された光が入射する表面に
形成され円形の分割線で区画された第１の内側領域及び
第１の外側領域からなり前記分離された光のビームスポ
ットが前記第１の内側領域及び前記第１の外側領域上に
前記分割線と同心に形成され前記反射光の実質的な半量
を透過させ残部を回折させる第１の回折面及び前記反射
光が出射する表面に形成され円形の分割線で区画された
第２の内側領域及び第２の外側領域からなり前記第１の
回折面を透過した光のビームスポットが前記第２の内側
領域及び前記第２の外側領域上に前記分割線と同心に形
成され前記第１の回折面を透過した光を回折又は透過さ
せる第２の回折面を備える回折素子と、複数の受光部を
備え前記第１及び第２の回折面で透過又は回折された光
を検出する光検出手段と、を有し、前記光分離手段から
前記第１の回折面までの光路は前記光発生手段から前記
光分離手段までの光路よりも短く、前記光分離手段から
前記第２の回折面までの光路は前記光発生手段から前記
光分離手段までの光路よりも長く、前記第１の内側領域
で回折した光を検出して得られる信号をＣ１、前記第１
の外側領域で回折した光を検出して得られる信号をＤ
１、前記第１の回折面を透過し前記第２の内側領域で回
折した光を検出して得られる信号をＣ２、前記第１の回
折面を透過し前記第２の外側領域で回折した光を検出し
て得られる信号をＤ２とするとき、焦点誤差信号（Ｃ１
−Ｄ１）−（Ｃ２−Ｄ２）により前記対象物が前記レン
ズの集光点に位置しているかどうかを検出することを特
徴とする。
は、光発生手段と、前記光発生手段から出射した光を対
象物に集光させるレンズと、前記光発生手段と前記レン
ズとの間に設けられ前記光発生手段から出射した光の光
路から前記対象物で反射した光を分離する光分離手段
と、透明物質からなり前記光分離手段で分離された光の
経路上に配置され、この分離された光が入射する表面に
形成され円形の分割線で区画された第１の内側領域及び
第１の外側領域からなり前記分離された光のビームスポ
ットが前記第１の内側領域及び前記第１の外側領域上に
前記分割線と同心に形成され前記反射光の実質的な半量
を透過させ残部を回折させる第１の回折面及び前記反射
光が出射する表面に形成され円形の分割線で区画された
第２の内側領域及び第２の外側領域からなり前記第１の
回折面を透過した光のビームスポットが前記第２の内側
領域及び前記第２の外側領域上に前記分割線と同心に形
成され前記第１の回折面を透過した光を回折又は透過さ
せる第２の回折面を備える回折素子と、複数の受光部を
備え前記第１及び第２の回折面で透過又は回折された光
を検出する光検出手段と、を有し、前記光分離手段から
前記第１の回折面までの光路は前記光発生手段から前記
光分離手段までの光路よりも短く、前記光分離手段から
前記第２の回折面までの光路は前記光発生手段から前記
光分離手段までの光路よりも長く、前記第１の内側領域
で回折した光を検出して得られる信号をＣ１、前記第１
の外側領域で回折した光を検出して得られる信号をＤ
１、前記第１の回折面を透過し前記第２の内側領域で回
折した光を検出して得られる信号をＣ２、前記第１の回
折面を透過し前記第２の外側領域で回折した光を検出し
て得られる信号をＤ２とするとき、焦点誤差信号（Ｃ１
−Ｄ１）−（Ｃ２−Ｄ２）により前記対象物が前記レン
ズの集光点に位置しているかどうかを検出することを特
徴とする。
【００６２】本発明においては、前記対象物の表面が前
記レンズの集光点にあるとき、前記第１の回折面が集光
点の前方に配置され、前記第２の回折面が集光点の後方
に配置されるため、前記第１の回折面に形成されるビー
ムスポットの強度分布は、前記第２の回折面に形成され
るビームスポットの強度分布に対して反転する。従っ
て、両者のビームスポットの強度分布は、光軸を中心に
相互に完全に点対称となる。ゆえに、反射光が対象物の
表面に形成されたパターンにより変調を受けていても、
前記対象物の表面が前記レンズの集光点にあるとき、常
にＣ１＝Ｃ２及びＤ１＝Ｄ２なる対称性が成り立つため
焦点誤差信号は零になる。また、両者の間で対称性が保
たれ、パターンによる変調の影響がうまく相殺される。
このため、光学素子の製造誤差又は光学系の組立誤差の
影響を受けにくく、焦点誤差信号の感度が向上する。
記レンズの集光点にあるとき、前記第１の回折面が集光
点の前方に配置され、前記第２の回折面が集光点の後方
に配置されるため、前記第１の回折面に形成されるビー
ムスポットの強度分布は、前記第２の回折面に形成され
るビームスポットの強度分布に対して反転する。従っ
て、両者のビームスポットの強度分布は、光軸を中心に
相互に完全に点対称となる。ゆえに、反射光が対象物の
表面に形成されたパターンにより変調を受けていても、
前記対象物の表面が前記レンズの集光点にあるとき、常
にＣ１＝Ｃ２及びＤ１＝Ｄ２なる対称性が成り立つため
焦点誤差信号は零になる。また、両者の間で対称性が保
たれ、パターンによる変調の影響がうまく相殺される。
このため、光学素子の製造誤差又は光学系の組立誤差の
影響を受けにくく、焦点誤差信号の感度が向上する。
【００６３】また、本発明においては、第１の回折面の
透過光を第２の回折面により回折又は透過させるため、
光配分手段が不要となり資材費及び組立工数を低減でき
る。更に、回折素子をアライメントすることことによ
り、第１及び第２の回折面を同時に調整できるため、組
立工数を低減できる。なお、焦点誤差信号として、前記
Ｆａの値をＣ１、Ｄ１、Ｃ２及びＤ２の合計値で除した
値Ｆａ ＊ を使用してもよい。Ｆａ ＊ は下記数式８で与え
られる。これにより、焦点誤差信号から反射光の強度の
影響を除外し、常に同じ範囲の焦点誤差信号を得ること
ができる。
透過光を第２の回折面により回折又は透過させるため、
光配分手段が不要となり資材費及び組立工数を低減でき
る。更に、回折素子をアライメントすることことによ
り、第１及び第２の回折面を同時に調整できるため、組
立工数を低減できる。なお、焦点誤差信号として、前記
Ｆａの値をＣ１、Ｄ１、Ｃ２及びＤ２の合計値で除した
値Ｆａ ＊ を使用してもよい。Ｆａ ＊ は下記数式８で与え
られる。これにより、焦点誤差信号から反射光の強度の
影響を除外し、常に同じ範囲の焦点誤差信号を得ること
ができる。
【数８】Ｆａ
＊
＝
{
（Ｃ１−Ｄ１）−（Ｃ２−Ｄ２）
}
／
{ （Ｃ１＋Ｄ１）＋（Ｃ２＋Ｄ２） }
{ （Ｃ１＋Ｄ１）＋（Ｃ２＋Ｄ２） }
【００６４】また、前記フォーカス検出装置において、
前記光発生手段と前記光分離手段との間に配置され前記
光の光軸の近傍を遮光する遮光手段を設けることができ
る。
前記光発生手段と前記光分離手段との間に配置され前記
光の光軸の近傍を遮光する遮光手段を設けることができ
る。
【００６５】光軸の近傍の光は、焦点誤差信号において
バイアスにあたるため、これを除去することにより、焦
点誤差信号の感度を向上させることができる。また、光
軸の近傍を遮光すると、前記レンズにおいて特定の半径
の領域のみを使用することになるため、球面収差の影響
が少なくなる。
バイアスにあたるため、これを除去することにより、焦
点誤差信号の感度を向上させることができる。また、光
軸の近傍を遮光すると、前記レンズにおいて特定の半径
の領域のみを使用することになるため、球面収差の影響
が少なくなる。
【００６６】更に、前記フォーカス検出装置において、
前記光発生手段と前記光分離手段との間に円錐プリズム
を設けることができる。
前記光発生手段と前記光分離手段との間に円錐プリズム
を設けることができる。
【００６７】円錐プリズムを設けることにより、光発生
手段から出射した円形断面を持つビームをドーナツ形断
面を持つビームに変換して、光分離手段に供給すること
ができる。これにより、光軸の近傍の光を除去し、焦点
誤差信号の感度を向上させることができる。また、円形
断面のビームをドーナツ形断面のビームに変換すると、
前記レンズにおいて特定の半径の領域のみを使用するこ
とになるため、球面収差の影響が少なくなる。このよう
に、ビームの形状を変換することにより、遮光と同様に
光軸近傍の光を除去することができるが、遮光する場合
と比較して光の損失が少ないため、光源の効率の低下を
防止することができる。
手段から出射した円形断面を持つビームをドーナツ形断
面を持つビームに変換して、光分離手段に供給すること
ができる。これにより、光軸の近傍の光を除去し、焦点
誤差信号の感度を向上させることができる。また、円形
断面のビームをドーナツ形断面のビームに変換すると、
前記レンズにおいて特定の半径の領域のみを使用するこ
とになるため、球面収差の影響が少なくなる。このよう
に、ビームの形状を変換することにより、遮光と同様に
光軸近傍の光を除去することができるが、遮光する場合
と比較して光の損失が少ないため、光源の効率の低下を
防止することができる。
【００６８】本発明に係るレーザ検査加工装置は、前述
のいずれかのフォーカス検出装置と、レーザ光を発生す
る検査加工用レーザ光発生手段と、前記光分離手段と前
記レンズとの間に配置され前記光発生手段が発生する光
を前記対象物へ導きこの光が前記対象物により反射され
た反射光を前記光分離手段へ導くと共に前記検査加工用
レーザ光発生手段が発生するレーザ光を前記対象物へ導
きこのレーザ光が前記対象物により反射された反射レー
ザ光を前記検査加工用レーザ光発生手段の方向へ導く光
入出手段と、前記検査加工用レーザ光発生手段と前記光
入出手段との間に配置され前記検査加工用レーザ光発生
手段が発生するレーザ光の光路から前記光入出手段によ
り導かれた反射レーザ光を分離する検査加工用レーザ光
分離手段と、この検査加工用レーザ光分離手段で分離し
た反射レーザ光を検出するレーザ光検出手段と、を有す
ることを特徴とする。
のいずれかのフォーカス検出装置と、レーザ光を発生す
る検査加工用レーザ光発生手段と、前記光分離手段と前
記レンズとの間に配置され前記光発生手段が発生する光
を前記対象物へ導きこの光が前記対象物により反射され
た反射光を前記光分離手段へ導くと共に前記検査加工用
レーザ光発生手段が発生するレーザ光を前記対象物へ導
きこのレーザ光が前記対象物により反射された反射レー
ザ光を前記検査加工用レーザ光発生手段の方向へ導く光
入出手段と、前記検査加工用レーザ光発生手段と前記光
入出手段との間に配置され前記検査加工用レーザ光発生
手段が発生するレーザ光の光路から前記光入出手段によ
り導かれた反射レーザ光を分離する検査加工用レーザ光
分離手段と、この検査加工用レーザ光分離手段で分離し
た反射レーザ光を検出するレーザ光検出手段と、を有す
ることを特徴とする。
【００６９】本発明においては、光発生手段が発生させ
る光により焦点誤差信号を検出し、検査加工用レーザ光
発生手段が発生させるレーザ光により検査若しくは加工
又は検査しながら加工する。これにより、対象物がレン
ズの集光点に位置しているかどうかを検出しながら、レ
ーザ光により検査若しくは加工又は検査しながら加工を
行うことができる。
る光により焦点誤差信号を検出し、検査加工用レーザ光
発生手段が発生させるレーザ光により検査若しくは加工
又は検査しながら加工する。これにより、対象物がレン
ズの集光点に位置しているかどうかを検出しながら、レ
ーザ光により検査若しくは加工又は検査しながら加工を
行うことができる。
【００７０】また、レーザ検査加工装置においては、前
記前記光分離手段と前記光入出手段との間にコリメート
レンズを設けることができ、更に、前記検査加工用レー
ザ光発生手段は前記光発生装置が発生する光の波長と異
なる波長を持つレーザ光を発生し、前記コリメートレン
ズは前記光発生手段が発生する光をほぼ平行にすること
ができる。
記前記光分離手段と前記光入出手段との間にコリメート
レンズを設けることができ、更に、前記検査加工用レー
ザ光発生手段は前記光発生装置が発生する光の波長と異
なる波長を持つレーザ光を発生し、前記コリメートレン
ズは前記光発生手段が発生する光をほぼ平行にすること
ができる。
【００７１】前記光発生装置が発生する光及び前記レー
ザ光の双方が対象物の表面において一点に集光しない
と、焦点誤差信号の感度が低くなる。本発明において
は、コリメートレンズが光発生手段が発生させる光を完
全にはコリメートせず、少しずらしてコリメートするこ
とにより、この光の波長が前記レーザ光の波長と異なっ
ていても、両者の集光点を互いに一致させることができ
る。これにより、焦点誤差信号を検出する光には、光検
出手段としてシリコンフォトダイオードが使用可能な可
視光が使用でき、対象物を検査及び加工する光には、対
象物の微細なパターンを検査可能な紫外光又は対象物を
きれいな形状に加工可能な赤外光が使用できるため、良
好なフォーカス検出性能と良好な検査性能又は加工性能
を両立させることができる。
ザ光の双方が対象物の表面において一点に集光しない
と、焦点誤差信号の感度が低くなる。本発明において
は、コリメートレンズが光発生手段が発生させる光を完
全にはコリメートせず、少しずらしてコリメートするこ
とにより、この光の波長が前記レーザ光の波長と異なっ
ていても、両者の集光点を互いに一致させることができ
る。これにより、焦点誤差信号を検出する光には、光検
出手段としてシリコンフォトダイオードが使用可能な可
視光が使用でき、対象物を検査及び加工する光には、対
象物の微細なパターンを検査可能な紫外光又は対象物を
きれいな形状に加工可能な赤外光が使用できるため、良
好なフォーカス検出性能と良好な検査性能又は加工性能
を両立させることができる。
【００７２】また、前記レーザ検査加工装置において、
前記レンズを前記レーザ光に対して色消しし、前記光分
離手段と前記光入出手段との間に球面収差補正板を設け
ることが好ましい。
前記レンズを前記レーザ光に対して色消しし、前記光分
離手段と前記光入出手段との間に球面収差補正板を設け
ることが好ましい。
【００７３】前記レンズを検査加工用のレーザ光に対し
て色消しすることにより、検査及び加工の精度を向上さ
せることができる。このとき、前記レンズは焦点誤差信
号を検出する光に対しては必ずしも色消しされない。色
消しされないと球面収差が生じるが、この球面収差は、
前記光分離手段と前記光入出手段との間に球面収差補正
板を設けることにより補正することができる。換言すれ
ば、焦点誤差信号を検出する光及び検査加工用レーザ光
で１枚のレンズを共用する場合において、焦点誤差信号
の検出よりも対象物の検査及び加工を優先し、その結果
生じる焦点誤差信号を検出する光の球面収差を、球面収
差補正板により補正する。なお、球面収差補正板には、
光発生手段の発光点及びレンズの集光点の両方に点光源
を置いたとき、光分離手段と光入出手段との間の位置で
生じる干渉縞を記録したホログラムを使用することがで
きる。
て色消しすることにより、検査及び加工の精度を向上さ
せることができる。このとき、前記レンズは焦点誤差信
号を検出する光に対しては必ずしも色消しされない。色
消しされないと球面収差が生じるが、この球面収差は、
前記光分離手段と前記光入出手段との間に球面収差補正
板を設けることにより補正することができる。換言すれ
ば、焦点誤差信号を検出する光及び検査加工用レーザ光
で１枚のレンズを共用する場合において、焦点誤差信号
の検出よりも対象物の検査及び加工を優先し、その結果
生じる焦点誤差信号を検出する光の球面収差を、球面収
差補正板により補正する。なお、球面収差補正板には、
光発生手段の発光点及びレンズの集光点の両方に点光源
を置いたとき、光分離手段と光入出手段との間の位置で
生じる干渉縞を記録したホログラムを使用することがで
きる。
【００７４】更に、前記レーザ検査加工装置において、
検査加工用レーザ光発生手段と検査加工用レーザ光分離
手段との間にスリットを設けることができる。
検査加工用レーザ光発生手段と検査加工用レーザ光分離
手段との間にスリットを設けることができる。
【００７５】これにより、検査加工用レーザ光発生手段
から出射したレーザ光によりスリットを照射し、このス
リットの像を対象物上に結像することで、前記対象物を
スリットの形状と相似な形状に加工することができる。
から出射したレーザ光によりスリットを照射し、このス
リットの像を対象物上に結像することで、前記対象物を
スリットの形状と相似な形状に加工することができる。
【００７６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の
第１の実施例について説明する。図５は本実施例に係る
レーザ検査加工装置の構成を示すブロック図である。図
５に示すように、本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、光発生手段１が設けられ、光発生手段から出
射されるレーザ光４０の光路に沿って、光発生手段１と
検査加工対象物であるマスク９との間に、光発生手段１
から出射するレーザ光４０の大部分を透過させると共に
マスク９により反射した光を反射する光分離手段２、レ
ーザ光４０をほぼ平行にするコリメートレンズ３、直線
偏光を円偏光に変換し円偏光を直線偏光に変換する１／
４波長板５、球面収差補正板６、光入出手段７及びマス
ク９に対向するように配置され入射した光をマスク９の
表面に集光させるオブジェクトレンズ８がこの順に直線
状に配置されている。
付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の
第１の実施例について説明する。図５は本実施例に係る
レーザ検査加工装置の構成を示すブロック図である。図
５に示すように、本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、光発生手段１が設けられ、光発生手段から出
射されるレーザ光４０の光路に沿って、光発生手段１と
検査加工対象物であるマスク９との間に、光発生手段１
から出射するレーザ光４０の大部分を透過させると共に
マスク９により反射した光を反射する光分離手段２、レ
ーザ光４０をほぼ平行にするコリメートレンズ３、直線
偏光を円偏光に変換し円偏光を直線偏光に変換する１／
４波長板５、球面収差補正板６、光入出手段７及びマス
ク９に対向するように配置され入射した光をマスク９の
表面に集光させるオブジェクトレンズ８がこの順に直線
状に配置されている。
【００７７】また、マスク９の反射光が光分離手段２に
より反射される方向に沿って、光分離手段２で反射され
た反射光を光１１及び光１２の２つの光に配分する光配
分手段１０が設けられ、光１１の進行方向に光検出手段
１３が設けられ、光１２の進行方向に光検出手段１４が
設けられている。更に、光分離手段２から見て光配分手
段１０の反対側には、モニター光検出手段４が設けられ
ている。光発生手段１、光分離手段２、コリメートレン
ズ３、１／４波長板５、球面収差補正板６、光入出手段
７、光配分手段１０、光検出手段１３及び１４、モニタ
ー光検出手段４により、フォーカス検出装置が構成され
ている。
より反射される方向に沿って、光分離手段２で反射され
た反射光を光１１及び光１２の２つの光に配分する光配
分手段１０が設けられ、光１１の進行方向に光検出手段
１３が設けられ、光１２の進行方向に光検出手段１４が
設けられている。更に、光分離手段２から見て光配分手
段１０の反対側には、モニター光検出手段４が設けられ
ている。光発生手段１、光分離手段２、コリメートレン
ズ３、１／４波長板５、球面収差補正板６、光入出手段
７、光配分手段１０、光検出手段１３及び１４、モニタ
ー光検出手段４により、フォーカス検出装置が構成され
ている。
【００７８】図６（ａ）乃至（ｃ）は、光検出手段１３
及び１４の構成を示す正面図である。図６（ｂ）に示す
ように、光検出手段１３は円形の分割線１３ａで区画さ
れ、分割線１３ａの内側には内側受光部１３ｂが設けら
れ、分割線１３ａの外側には外側受光部１３ｃが設けら
れ、分割線１３ａは光検出手段１３における光１１のビ
ームスポット１１ａと同心になるように配置されてい
る。同様に、光検出手段１４は円形の分割線１４ａで区
画され、分割線１４ａの内側には内側受光部１４ｂが設
けられ、分割線１４ａの外側には外側受光部１４ｃが設
けられ、分割線１４ａは光１２のビームスポット１２ａ
と同心になるように配置されている。
及び１４の構成を示す正面図である。図６（ｂ）に示す
ように、光検出手段１３は円形の分割線１３ａで区画さ
れ、分割線１３ａの内側には内側受光部１３ｂが設けら
れ、分割線１３ａの外側には外側受光部１３ｃが設けら
れ、分割線１３ａは光検出手段１３における光１１のビ
ームスポット１１ａと同心になるように配置されてい
る。同様に、光検出手段１４は円形の分割線１４ａで区
画され、分割線１４ａの内側には内側受光部１４ｂが設
けられ、分割線１４ａの外側には外側受光部１４ｃが設
けられ、分割線１４ａは光１２のビームスポット１２ａ
と同心になるように配置されている。
【００７９】また、図５に示すように、光検出手段１３
は、光分離手段２から光検出手段１３までの光路の長さ
が光発生手段１から光分離手段２までの光路の長さより
も短くなるように配置され、光検出手段１４は、光分離
手段２から光検出手段１４までの光路の長さが光発生手
段１から光分離手段２までの光路の長さよりも長くなる
ように配置され、光発生手段１から光分離手段２までの
光路の長さと光分離手段２から光検出手段１３までの光
路の長さとの差は、光分離手段２から光検出手段１４ま
での光路の長さと光発生手段１から光分離手段２までの
光路の長さとの差に実質的に等しくなっている。また、
このとき、分割線１３ａの大きさはビームスポット１１
ａの大きさとほぼ等しく、分割線１４ａの大きさはビー
ムスポット１２ａの大きさとほぼ等しい。
は、光分離手段２から光検出手段１３までの光路の長さ
が光発生手段１から光分離手段２までの光路の長さより
も短くなるように配置され、光検出手段１４は、光分離
手段２から光検出手段１４までの光路の長さが光発生手
段１から光分離手段２までの光路の長さよりも長くなる
ように配置され、光発生手段１から光分離手段２までの
光路の長さと光分離手段２から光検出手段１３までの光
路の長さとの差は、光分離手段２から光検出手段１４ま
での光路の長さと光発生手段１から光分離手段２までの
光路の長さとの差に実質的に等しくなっている。また、
このとき、分割線１３ａの大きさはビームスポット１１
ａの大きさとほぼ等しく、分割線１４ａの大きさはビー
ムスポット１２ａの大きさとほぼ等しい。
【００８０】更にまた、光入出手段７から見てレーザ光
４０の光路と直角をなす方向には、レーザ光４０の波長
と異なる波長を持つレーザ光４１を発生する光発生手段
１５（検査加工用レーザ光発生手段）が設けられ、光発
生手段１５と光入出手段７との間には、光発生手段１５
から出射されるレーザ光４１をコリメートするコリメー
トレンズ１６及びコリメートレンズ１６によりコリメー
トされたレーザ光４１を透過させると共に光入出手段７
から出射される反射レーザ光を反射する光分離手段１７
（検査加工用レーザ光分離手段）が設けられ、光分離手
段１７から見てレーザ光４１の光路と直角をなす方向に
は、光分離手段１７により反射された反射レーザ光を集
光する集光レンズ１８及び集光レンズ１８により集光さ
れた反射レーザ光を検出する光検出手段１９が設けられ
ている。なお、光入出手段７は、光発生手段１から出射
されたレーザ光４０及びマスク９により反射されたレー
ザ光４０の反射光を透過させると共に、光発生手段１５
から出射されたレーザ光４１を反射してオブジェクティ
ブレンズ８を介してマスク９に導き、マスク９により反
射されたレーザ光４１の反射光を反射させて光分離手段
１７に導くものである。
４０の光路と直角をなす方向には、レーザ光４０の波長
と異なる波長を持つレーザ光４１を発生する光発生手段
１５（検査加工用レーザ光発生手段）が設けられ、光発
生手段１５と光入出手段７との間には、光発生手段１５
から出射されるレーザ光４１をコリメートするコリメー
トレンズ１６及びコリメートレンズ１６によりコリメー
トされたレーザ光４１を透過させると共に光入出手段７
から出射される反射レーザ光を反射する光分離手段１７
（検査加工用レーザ光分離手段）が設けられ、光分離手
段１７から見てレーザ光４１の光路と直角をなす方向に
は、光分離手段１７により反射された反射レーザ光を集
光する集光レンズ１８及び集光レンズ１８により集光さ
れた反射レーザ光を検出する光検出手段１９が設けられ
ている。なお、光入出手段７は、光発生手段１から出射
されたレーザ光４０及びマスク９により反射されたレー
ザ光４０の反射光を透過させると共に、光発生手段１５
から出射されたレーザ光４１を反射してオブジェクティ
ブレンズ８を介してマスク９に導き、マスク９により反
射されたレーザ光４１の反射光を反射させて光分離手段
１７に導くものである。
【００８１】なお、光発生手段１には、レーザダイオー
ド、ヘリウムネオンレーザ、アルゴンイオンレーザ、Ｓ
ＨＧ（第二次高調波発生）レーザ又はローダミン６Ｇ色
素レーザ等が使用され、焦点誤差信号を検出するレーザ
光４０は、例えば可視光である。光分離手段２には、偏
光ビームスプリッタ等が使用される。モニター光検出手
段４には、シリコンフォトダイオード又はガリウム砒素
フォトダイオード等が使用される。１／４波長板５に
は、石英結晶を張り合わせたもの等が使用される。球面
収差補正板６には、樹脂を旋盤で切削したもの、樹脂若
しくはガラスを加熱しながら金型に押し当てて複製した
もの又はガラスに溶融石英を堆積させたもの等が使用さ
れる。光入出手段７には、波長分離誘電体ミラー等が使
用される。光配分手段１０には、ビームスプリッタ等が
使用される。光検出手段１３及び１４には、シリコンフ
ォトダイオード又はガリウム砒素フォトダイオード等が
使用される。光発生手段１５には、ＹＡＧレーザ又はＴ
ＨＧ（第三次高調波発生）レーザ等が使用され、マスク
９を検査及び加工するレーザ光４１は例えば紫外光又は
赤外光である。光分離手段１７には、ビームスプリッタ
等が使用される。光検出手段１９には、シリコンフォト
ダイオード又は光電子増倍管等が使用される。
ド、ヘリウムネオンレーザ、アルゴンイオンレーザ、Ｓ
ＨＧ（第二次高調波発生）レーザ又はローダミン６Ｇ色
素レーザ等が使用され、焦点誤差信号を検出するレーザ
光４０は、例えば可視光である。光分離手段２には、偏
光ビームスプリッタ等が使用される。モニター光検出手
段４には、シリコンフォトダイオード又はガリウム砒素
フォトダイオード等が使用される。１／４波長板５に
は、石英結晶を張り合わせたもの等が使用される。球面
収差補正板６には、樹脂を旋盤で切削したもの、樹脂若
しくはガラスを加熱しながら金型に押し当てて複製した
もの又はガラスに溶融石英を堆積させたもの等が使用さ
れる。光入出手段７には、波長分離誘電体ミラー等が使
用される。光配分手段１０には、ビームスプリッタ等が
使用される。光検出手段１３及び１４には、シリコンフ
ォトダイオード又はガリウム砒素フォトダイオード等が
使用される。光発生手段１５には、ＹＡＧレーザ又はＴ
ＨＧ（第三次高調波発生）レーザ等が使用され、マスク
９を検査及び加工するレーザ光４１は例えば紫外光又は
赤外光である。光分離手段１７には、ビームスプリッタ
等が使用される。光検出手段１９には、シリコンフォト
ダイオード又は光電子増倍管等が使用される。
【００８２】以下、本実施例に係るレーザ検査加工装置
の動作について説明する。光発生手段１から出射された
レーザ光４０は、大部分が光分離手段２を透過し、コリ
メートレンズ３でほぼコリメートされるが、レーザ光４
０の一部は光分離手段２で反射され、モニター光検出手
段４で検出され、光発生手段１の出射光（レーザ光４
０）の出力の監視に使用される。コリメートレンズ３で
ほぼコリメートされたレーザ光４０は、１／４波長板
５、球面収差補正板６及び光入出手段７を通過し、オブ
ジェクティブレンズ８によりマスク９上に集光される。
光発生手段１から出射されたレーザ光４０は図５の紙面
に平行な方向の直線偏光であるが、１／４波長板５で円
偏光に変換される。
の動作について説明する。光発生手段１から出射された
レーザ光４０は、大部分が光分離手段２を透過し、コリ
メートレンズ３でほぼコリメートされるが、レーザ光４
０の一部は光分離手段２で反射され、モニター光検出手
段４で検出され、光発生手段１の出射光（レーザ光４
０）の出力の監視に使用される。コリメートレンズ３で
ほぼコリメートされたレーザ光４０は、１／４波長板
５、球面収差補正板６及び光入出手段７を通過し、オブ
ジェクティブレンズ８によりマスク９上に集光される。
光発生手段１から出射されたレーザ光４０は図５の紙面
に平行な方向の直線偏光であるが、１／４波長板５で円
偏光に変換される。
【００８３】マスク９により反射されたレーザ光４０の
反射光は、レーザ光４０の光路を逆向きに進み、オブジ
ェクティブレンズ８によりほぼコリメートされ、光入出
手段７を透過し、球面収差補正板６により球面収差が補
正され、１／４波長板５により図５の紙面に直角な方向
の直線偏光に変換され、コリメートレンズ３により集光
され、光分離手段２により反射される。光分離手段２に
より反射された光は、光配分手段１０により光１１及び
光１２に光量がほぼ二等分され、夫々光検出手段１３及
び光検出手段１４により検出される。マスク９がオブジ
ェクティブレンズ８の集光点にあるとき、光検出手段１
３は光１１の集光点の前方に配置され、光検出手段１４
は光１２の集光点の後方に配置される。
反射光は、レーザ光４０の光路を逆向きに進み、オブジ
ェクティブレンズ８によりほぼコリメートされ、光入出
手段７を透過し、球面収差補正板６により球面収差が補
正され、１／４波長板５により図５の紙面に直角な方向
の直線偏光に変換され、コリメートレンズ３により集光
され、光分離手段２により反射される。光分離手段２に
より反射された光は、光配分手段１０により光１１及び
光１２に光量がほぼ二等分され、夫々光検出手段１３及
び光検出手段１４により検出される。マスク９がオブジ
ェクティブレンズ８の集光点にあるとき、光検出手段１
３は光１１の集光点の前方に配置され、光検出手段１４
は光１２の集光点の後方に配置される。
【００８４】図６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、光１
１は光検出手段１３上にビームスポット１１ａを形成
し、光１２は光検出手段１４上にビームスポット１２ａ
を形成する。光検出手段１３はビームスポット１１ａを
ビームスポット１１ａと同心な円形の分割線１３ａによ
り分割して内側受光部１３ｂ及び外側受光部１３ｃによ
り検出する。同様に、光検出手段１４はビームスポット
１２ａをビームスポット１２ａと同心な円形の分割線１
４ａにより分割して内側受光部１４ｂ及び外側受光部１
４ｃにより検出する。内側受光部１３ｂ、外側受光部１
３ｃ、内側受光部１４ｂ及び外側受光部１４ｃで検出さ
れる信号を夫々信号Ｃ1、信号Ｄ１、信号Ｃ２及び信号
Ｄ２とすると、焦点誤差信号ＦａはＦａ＝（Ｃ１−Ｄ
１）−（Ｃ２−Ｄ２）の演算から得られる。
１は光検出手段１３上にビームスポット１１ａを形成
し、光１２は光検出手段１４上にビームスポット１２ａ
を形成する。光検出手段１３はビームスポット１１ａを
ビームスポット１１ａと同心な円形の分割線１３ａによ
り分割して内側受光部１３ｂ及び外側受光部１３ｃによ
り検出する。同様に、光検出手段１４はビームスポット
１２ａをビームスポット１２ａと同心な円形の分割線１
４ａにより分割して内側受光部１４ｂ及び外側受光部１
４ｃにより検出する。内側受光部１３ｂ、外側受光部１
３ｃ、内側受光部１４ｂ及び外側受光部１４ｃで検出さ
れる信号を夫々信号Ｃ1、信号Ｄ１、信号Ｃ２及び信号
Ｄ２とすると、焦点誤差信号ＦａはＦａ＝（Ｃ１−Ｄ
１）−（Ｃ２−Ｄ２）の演算から得られる。
【００８５】即ち、マスク９がオブジェクティブレンズ
８の集光点にあるとき、図６（ｂ）に示すように、ビー
ムスポット１１ａの大きさはビームスポット１２ａの大
きさと実質的に等しくなり、Ｃ１−Ｄ１＝Ｃ２−Ｄ２と
なる。これに対して、マスク９がオブジェクティブレン
ズ８の集光点の後方にあるとき、即ち、オブジェクティ
ブレンズ８から見てマスク９がオブジェクティブレンズ
８の集光点よりも遠くにあるときは、図６（ａ）に示す
ように、ビームスポット１１ａの大きさはビームスポッ
ト１２ａの大きさよりも小さくなり、Ｃ１−Ｄ１＞Ｃ２
−Ｄ２となる。逆に、マスク９がオブジェクティブレン
ズ８の集光点の前方にあるとき、即ち、オブジェクティ
ブレンズ８から見てマスク９がオブジェクティブレンズ
８の集光点よりも近くにあるときは、図６（ｃ）に示す
ように、ビームスポット１１ａの大きさはビームスポッ
ト１２ａの大きさよりも大きくなり、Ｃ１−Ｄ１＜Ｃ２
−Ｄ２となる。
８の集光点にあるとき、図６（ｂ）に示すように、ビー
ムスポット１１ａの大きさはビームスポット１２ａの大
きさと実質的に等しくなり、Ｃ１−Ｄ１＝Ｃ２−Ｄ２と
なる。これに対して、マスク９がオブジェクティブレン
ズ８の集光点の後方にあるとき、即ち、オブジェクティ
ブレンズ８から見てマスク９がオブジェクティブレンズ
８の集光点よりも遠くにあるときは、図６（ａ）に示す
ように、ビームスポット１１ａの大きさはビームスポッ
ト１２ａの大きさよりも小さくなり、Ｃ１−Ｄ１＞Ｃ２
−Ｄ２となる。逆に、マスク９がオブジェクティブレン
ズ８の集光点の前方にあるとき、即ち、オブジェクティ
ブレンズ８から見てマスク９がオブジェクティブレンズ
８の集光点よりも近くにあるときは、図６（ｃ）に示す
ように、ビームスポット１１ａの大きさはビームスポッ
ト１２ａの大きさよりも大きくなり、Ｃ１−Ｄ１＜Ｃ２
−Ｄ２となる。
【００８６】一方、光発生手段１５を出射した光発生手
段１と異なる波長を持つレーザ光４１は、コリメートレ
ンズ１６でコリメートされ、光分離手段１７を透過し、
光入出手段７で反射され、オブジェクティブレンズ８に
よりマスク９に集光される。マスク９で反射されたレー
ザ光４１の反射光は、同じ光路を逆向きに進み、光入出
手段７で反射される。その後、光分離手段１７で反射さ
れ、集光レンズ１８で集光され、光検出手段１９により
検出される。これにより、マスク９の加工及び検査が行
われる
段１と異なる波長を持つレーザ光４１は、コリメートレ
ンズ１６でコリメートされ、光分離手段１７を透過し、
光入出手段７で反射され、オブジェクティブレンズ８に
よりマスク９に集光される。マスク９で反射されたレー
ザ光４１の反射光は、同じ光路を逆向きに進み、光入出
手段７で反射される。その後、光分離手段１７で反射さ
れ、集光レンズ１８で集光され、光検出手段１９により
検出される。これにより、マスク９の加工及び検査が行
われる
【００８７】オブジェクティブレンズ８においては、光
発生手段１及び光発生手段１５が相互に異なる波長の
光、即ちレーザ光４０及びレーザ光４１を発生させるた
め、夫々の光に対する焦点距離が異なる。しかしなが
ら、レーザ光４０及び４１の双方がマスク９で一点に集
光しないと、焦点誤差信号の感度が低くなる。そこで、
コリメートレンズ３は、レーザ光４０を完全にはコリメ
ートせず、少しずらしてコリメートすることにより、即
ち、レーザ光４０を完全に平行光線にはせず、少し発散
又は集束させることにより、レーザ光４０及びレーザ光
４１の集光点を一致させている。
発生手段１及び光発生手段１５が相互に異なる波長の
光、即ちレーザ光４０及びレーザ光４１を発生させるた
め、夫々の光に対する焦点距離が異なる。しかしなが
ら、レーザ光４０及び４１の双方がマスク９で一点に集
光しないと、焦点誤差信号の感度が低くなる。そこで、
コリメートレンズ３は、レーザ光４０を完全にはコリメ
ートせず、少しずらしてコリメートすることにより、即
ち、レーザ光４０を完全に平行光線にはせず、少し発散
又は集束させることにより、レーザ光４０及びレーザ光
４１の集光点を一致させている。
【００８８】なお、オブジェクティブレンズ８は無限系
レンズであるが、有限系レンズに代えることにより、コ
リメートレンズ３、コリメートレンズ１６及び集光レン
ズ１８のうち少なくとも１つを省略できる。
レンズであるが、有限系レンズに代えることにより、コ
リメートレンズ３、コリメートレンズ１６及び集光レン
ズ１８のうち少なくとも１つを省略できる。
【００８９】このように、本実施例のレーザ検査加工装
置においては、マスク９の表面がオブジェクティブレン
ズ８の集光点にあるとき、光検出手段１３は光１１の集
光点の前方にあり、光検出手段１４は光１２の集光点の
後方にあり、光検出手段１３と光１１の集光点との間の
距離は光検出手段１４と光１２の集光点との間の距離と
実質的に等しいため、ビームスポット１１ａの大きさは
ビームスポット１２ａの大きさと実質的に等しく、且
つ、ビームスポット１１ａ強度分布はビームスポット１
２ａの強度分布に対して反転する。このため、レーザ光
４０の反射光がマスク９の表面に形成されたパターンに
より変調を受けていても、常にＣ１＝Ｃ２及びＤ１＝Ｄ
２なる対称性が成り立つため、パターンによる変調の影
響がうまく相殺される。このため、マスク９の表面がオ
ブジェクティブレンズ８の集光点にあるとき、焦点誤差
信号Ｆａは零になり、マスク９の表面がオブジェクティ
ブレンズ８の集光点からずれたとき、Ｆａの値は零を中
心に対象に変化する。また、光学系の製造誤差及び組立
誤差により、ビームスポット１１ａ及び１２ａの強度分
布が回転しても焦点誤差信号には影響を与えないため、
光学系の製造誤差及び組立誤差の影響を受けず、焦点誤
差信号の感度が向上する。
置においては、マスク９の表面がオブジェクティブレン
ズ８の集光点にあるとき、光検出手段１３は光１１の集
光点の前方にあり、光検出手段１４は光１２の集光点の
後方にあり、光検出手段１３と光１１の集光点との間の
距離は光検出手段１４と光１２の集光点との間の距離と
実質的に等しいため、ビームスポット１１ａの大きさは
ビームスポット１２ａの大きさと実質的に等しく、且
つ、ビームスポット１１ａ強度分布はビームスポット１
２ａの強度分布に対して反転する。このため、レーザ光
４０の反射光がマスク９の表面に形成されたパターンに
より変調を受けていても、常にＣ１＝Ｃ２及びＤ１＝Ｄ
２なる対称性が成り立つため、パターンによる変調の影
響がうまく相殺される。このため、マスク９の表面がオ
ブジェクティブレンズ８の集光点にあるとき、焦点誤差
信号Ｆａは零になり、マスク９の表面がオブジェクティ
ブレンズ８の集光点からずれたとき、Ｆａの値は零を中
心に対象に変化する。また、光学系の製造誤差及び組立
誤差により、ビームスポット１１ａ及び１２ａの強度分
布が回転しても焦点誤差信号には影響を与えないため、
光学系の製造誤差及び組立誤差の影響を受けず、焦点誤
差信号の感度が向上する。
【００９０】また、コリメートレンズ３がレーザ光４０
を完全にはコリメートしないように設定されていること
により、レーザ光４０の波長とレーザ光４１の波長とを
互いに異ならせることができ、例えば、焦点誤差信号を
検出するレーザ光４０には可視光を使用すると共に、レ
ーザ光４１には紫外線又は赤外線を使用することができ
る。レーザ光４０に可視光を使用することにより、光検
出手段１３及び１４にシリコンフォトダイオードが使用
でき、レーザ光４１に紫外線を使用することにより、マ
スク９の微細なパターンが検査可能になり、レーザ光４
１に赤外線を使用することにより、マスク９をきれいな
形状に加工できる。これにより、良好なフォーカス検出
性能と良好な検査性能又は加工性能とを両立させること
ができる。
を完全にはコリメートしないように設定されていること
により、レーザ光４０の波長とレーザ光４１の波長とを
互いに異ならせることができ、例えば、焦点誤差信号を
検出するレーザ光４０には可視光を使用すると共に、レ
ーザ光４１には紫外線又は赤外線を使用することができ
る。レーザ光４０に可視光を使用することにより、光検
出手段１３及び１４にシリコンフォトダイオードが使用
でき、レーザ光４１に紫外線を使用することにより、マ
スク９の微細なパターンが検査可能になり、レーザ光４
１に赤外線を使用することにより、マスク９をきれいな
形状に加工できる。これにより、良好なフォーカス検出
性能と良好な検査性能又は加工性能とを両立させること
ができる。
【００９１】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図７は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構成
を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と同
じ構成要素で同じ機能のものには同じ符号を付与し、説
明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置にお
いては、図７に示すように、前記第１の実施例に係るレ
ーザ検査加工装置における光検出手段１３及び１４（図
５参照）が配置されている位置に、光検出手段１３及び
１４の代わりに夫々回折素子２０及び２１が配置されて
いる。回折素子２０及び２１の後方には夫々光検出手段
２２及び２３が配置されている。
する。図７は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構成
を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と同
じ構成要素で同じ機能のものには同じ符号を付与し、説
明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置にお
いては、図７に示すように、前記第１の実施例に係るレ
ーザ検査加工装置における光検出手段１３及び１４（図
５参照）が配置されている位置に、光検出手段１３及び
１４の代わりに夫々回折素子２０及び２１が配置されて
いる。回折素子２０及び２１の後方には夫々光検出手段
２２及び２３が配置されている。
【００９２】図８（ａ）乃至（ｃ）は、回折素子２０及
び２１並びに光検出手段２２及び２３の構成を示す平面
図である。図８（ｂ）に示すように、回折素子２０は、
円形の分割線２０ａで分割された内側領域２０ｂと外側
領域２０ｃとを備え、回折素子２１は、円形の分割線２
１ａで分割された内側領域２１ｂと外側領域２１ｃとを
備えている。回折素子２０は、マスク９がオブジェクテ
ィブレンズ８の集光点にあるときに光１１が集光する点
の前方に設置され、形成されるビームスポット１１ａを
ビームスポット１１ａと同心な円形の分割線２０ａで分
割して回折する。また、回折素子２１は、マスク９がオ
ブジェクティブレンズ８の集光点にあるときに光１２が
集光する点の後方に設置され、形成されるビームスポッ
ト１２ａを、ビームスポット１２ａと同心な円形の分割
線２１ａで分割して回折する。更に、光検出手段２２及
び２３は、夫々４つの受光部２２ａ乃至２２ｄ及び２３
ａ乃至２３ｄを備え、受光部２２ａ乃至２２ｄ及び２３
ａ乃至２３ｄは、夫々２行２列のマトリックス状に配置
されている。本実施例に係るレーザ検査加工装置におい
て、上記以外の構成は前記第１の実施例に係るレーザ検
査加工装置の構成と同一である。
び２１並びに光検出手段２２及び２３の構成を示す平面
図である。図８（ｂ）に示すように、回折素子２０は、
円形の分割線２０ａで分割された内側領域２０ｂと外側
領域２０ｃとを備え、回折素子２１は、円形の分割線２
１ａで分割された内側領域２１ｂと外側領域２１ｃとを
備えている。回折素子２０は、マスク９がオブジェクテ
ィブレンズ８の集光点にあるときに光１１が集光する点
の前方に設置され、形成されるビームスポット１１ａを
ビームスポット１１ａと同心な円形の分割線２０ａで分
割して回折する。また、回折素子２１は、マスク９がオ
ブジェクティブレンズ８の集光点にあるときに光１２が
集光する点の後方に設置され、形成されるビームスポッ
ト１２ａを、ビームスポット１２ａと同心な円形の分割
線２１ａで分割して回折する。更に、光検出手段２２及
び２３は、夫々４つの受光部２２ａ乃至２２ｄ及び２３
ａ乃至２３ｄを備え、受光部２２ａ乃至２２ｄ及び２３
ａ乃至２３ｄは、夫々２行２列のマトリックス状に配置
されている。本実施例に係るレーザ検査加工装置におい
て、上記以外の構成は前記第１の実施例に係るレーザ検
査加工装置の構成と同一である。
【００９３】本実施例に係るレーザ検査加工装置におい
ては、光配分手段１０によりほぼ２等分に分配された光
１１及び光１２は、夫々回折素子２０及び回折素子２１
により回折され、夫々光検出手段２２及び光検出手段２
３により検出される。図８（ｂ）に示すように、光１１
は回折素子２０においてビームスポット１１ａを形成
し、光１１のうち回折素子２０の内側領域２０ｂで回折
された光は、光検出手段２２の受光部２２ａ及び２２ｄ
に円状のビームスポット１１ｂを形成し、受光部２２ａ
及び２２ｄにより検出される。光１１のうち回折素子２
０の外側領域２０ｃで回折された光は、光検出手段２２
の受光部２２ｂ及び２２ｃに円環状のビームスポット１
１ｃを形成し、受光部２２ｂ及び２２ｃにより検出され
る。また、光１２は回折素子２１においてビームスポッ
ト１２ａを形成し、光１２のうち回折素子２１の内側領
域２１ｂで回折された光は、光検出手段２３の受光部２
３ｂ及び２３ｃに円状のビームスポット１２ｂを形成
し、受光部２３ｂ及び２３ｃにより検出される。光１２
のうち回折素子２１の外側領域２１ｃで回折された光
は、光検出手段２３の受光部２３ａ及び２３ｄに円環状
のビームスポット１２ｃを形成し、受光部２３ａ及び２
３ｄにより検出される。受光部２２ａ及び２２ｄで検出
される信号の和信号を信号Ｃ1、受光部２２ｂ及び２２
ｃで検出される信号の和信号を信号Ｄ１、受光部２３ｂ
及び２３ｃで検出される信号の和信号を信号Ｃ２、受光
部２３ａ及び２３ｄで検出される信号の和信号を信号Ｄ
２とするとき、焦点誤差信号Ｆａは、Ｆａ＝（Ｃ１−Ｄ
１）−（Ｃ２−Ｄ２）の演算で得られる。
ては、光配分手段１０によりほぼ２等分に分配された光
１１及び光１２は、夫々回折素子２０及び回折素子２１
により回折され、夫々光検出手段２２及び光検出手段２
３により検出される。図８（ｂ）に示すように、光１１
は回折素子２０においてビームスポット１１ａを形成
し、光１１のうち回折素子２０の内側領域２０ｂで回折
された光は、光検出手段２２の受光部２２ａ及び２２ｄ
に円状のビームスポット１１ｂを形成し、受光部２２ａ
及び２２ｄにより検出される。光１１のうち回折素子２
０の外側領域２０ｃで回折された光は、光検出手段２２
の受光部２２ｂ及び２２ｃに円環状のビームスポット１
１ｃを形成し、受光部２２ｂ及び２２ｃにより検出され
る。また、光１２は回折素子２１においてビームスポッ
ト１２ａを形成し、光１２のうち回折素子２１の内側領
域２１ｂで回折された光は、光検出手段２３の受光部２
３ｂ及び２３ｃに円状のビームスポット１２ｂを形成
し、受光部２３ｂ及び２３ｃにより検出される。光１２
のうち回折素子２１の外側領域２１ｃで回折された光
は、光検出手段２３の受光部２３ａ及び２３ｄに円環状
のビームスポット１２ｃを形成し、受光部２３ａ及び２
３ｄにより検出される。受光部２２ａ及び２２ｄで検出
される信号の和信号を信号Ｃ1、受光部２２ｂ及び２２
ｃで検出される信号の和信号を信号Ｄ１、受光部２３ｂ
及び２３ｃで検出される信号の和信号を信号Ｃ２、受光
部２３ａ及び２３ｄで検出される信号の和信号を信号Ｄ
２とするとき、焦点誤差信号Ｆａは、Ｆａ＝（Ｃ１−Ｄ
１）−（Ｃ２−Ｄ２）の演算で得られる。
【００９４】即ち、マスク９がオブジェクティブレンズ
８の集光点にあるとき、図８（ｂ）に示すように、ビー
ムスポット１１ｂの大きさはビームスポット１２ｂの大
きさと実質的に等しくなり、ビームスポット１１ｃの大
きさはビームスポット１２ｃの大きさと実質的に等しく
なるため、Ｃ１−Ｄ１＝Ｃ２−Ｄ２となる。これに対し
て、マスク９がオブジェクティブレンズ８の集光点の後
方にあるとき、即ち、オブジェクティブレンズ８から見
てマスク９がオブジェクティブレンズ８の集光点よりも
遠くにあるときは、図８（ａ）に示すように、ビームス
ポット１１ｂの大きさはビームスポット１２ｂの大きさ
よりも大きくなり、ビームスポット１１ｃはビームスポ
ット１２ｃより小さくなるか又は消滅するため、Ｃ１−
Ｄ１＞Ｃ２−Ｄ２となる。逆に、マスク９がオブジェク
ティブレンズ８の集光点の前方にあるとき、即ち、オブ
ジェクティブレンズ８から見てマスク９がオブジェクテ
ィブレンズ８の集光点よりも近くにあるときは、図８
（ｃ）に示すように、ビームスポット１１ｂの大きさは
ビームスポット１２ｂの大きさよりも小さくなり、ビー
ムスポット１１ｃはビームスポット１２ｃより大きくな
り場合によってはビームスポット１２ｃが消滅するた
め、Ｃ１−Ｄ１＜Ｃ２−Ｄ２となる。本実施例のレーザ
検査加工装置における上記以外の動作は、前記第１の実
施例のレーザ検査加工装置の動作と同じである。
８の集光点にあるとき、図８（ｂ）に示すように、ビー
ムスポット１１ｂの大きさはビームスポット１２ｂの大
きさと実質的に等しくなり、ビームスポット１１ｃの大
きさはビームスポット１２ｃの大きさと実質的に等しく
なるため、Ｃ１−Ｄ１＝Ｃ２−Ｄ２となる。これに対し
て、マスク９がオブジェクティブレンズ８の集光点の後
方にあるとき、即ち、オブジェクティブレンズ８から見
てマスク９がオブジェクティブレンズ８の集光点よりも
遠くにあるときは、図８（ａ）に示すように、ビームス
ポット１１ｂの大きさはビームスポット１２ｂの大きさ
よりも大きくなり、ビームスポット１１ｃはビームスポ
ット１２ｃより小さくなるか又は消滅するため、Ｃ１−
Ｄ１＞Ｃ２−Ｄ２となる。逆に、マスク９がオブジェク
ティブレンズ８の集光点の前方にあるとき、即ち、オブ
ジェクティブレンズ８から見てマスク９がオブジェクテ
ィブレンズ８の集光点よりも近くにあるときは、図８
（ｃ）に示すように、ビームスポット１１ｂの大きさは
ビームスポット１２ｂの大きさよりも小さくなり、ビー
ムスポット１１ｃはビームスポット１２ｃより大きくな
り場合によってはビームスポット１２ｃが消滅するた
め、Ｃ１−Ｄ１＜Ｃ２−Ｄ２となる。本実施例のレーザ
検査加工装置における上記以外の動作は、前記第１の実
施例のレーザ検査加工装置の動作と同じである。
【００９５】本実施例のレーザ検査加工装置において
は、マスク９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光
点にあるとき、回折素子２０は光１１の集光点の前方に
あり、回折素子２１は光１２の集光点の後方にあり、回
折素子２０と光１１の集光点との間の距離は回折素子２
１と光１２の集光点との間の距離と実質的に等しいた
め、レーザ光４０の反射光がマスク９の表面に形成され
たパターンにより変調を受けていても、常にＣ１＝Ｃ２
及びＤ１＝Ｄ２なる対称性が成り立つため、パターンに
よる変調の影響がうまく相殺される。このため、マスク
９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光点にあると
き、焦点誤差信号Ｆａは零になり、マスク９の表面がオ
ブジェクティブレンズ８の集光点からずれたとき、Ｆａ
の値は零を中心に対象に変化する。このため、光学系の
製造誤差及び組立誤差の影響を受けず、焦点誤差信号の
感度が向上する。
は、マスク９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光
点にあるとき、回折素子２０は光１１の集光点の前方に
あり、回折素子２１は光１２の集光点の後方にあり、回
折素子２０と光１１の集光点との間の距離は回折素子２
１と光１２の集光点との間の距離と実質的に等しいた
め、レーザ光４０の反射光がマスク９の表面に形成され
たパターンにより変調を受けていても、常にＣ１＝Ｃ２
及びＤ１＝Ｄ２なる対称性が成り立つため、パターンに
よる変調の影響がうまく相殺される。このため、マスク
９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光点にあると
き、焦点誤差信号Ｆａは零になり、マスク９の表面がオ
ブジェクティブレンズ８の集光点からずれたとき、Ｆａ
の値は零を中心に対象に変化する。このため、光学系の
製造誤差及び組立誤差の影響を受けず、焦点誤差信号の
感度が向上する。
【００９６】また、回折素子２０及び２１によりビーム
スポットを分割することに、光検出手段２２及び２３に
分割線を設ける必要がなく、安価な汎用の光検出手段を
使用することができる。更に、光検出手段２２及び２３
に分割線を設ける必要がないため、焦点誤差信号の感度
をより向上させることができる。
スポットを分割することに、光検出手段２２及び２３に
分割線を設ける必要がなく、安価な汎用の光検出手段を
使用することができる。更に、光検出手段２２及び２３
に分割線を設ける必要がないため、焦点誤差信号の感度
をより向上させることができる。
【００９７】更にまた、前記第１の実施例と同様に、レ
ーザ光４０に可視光を使用することにより、光検出手段
１３及び１４にシリコンフォトダイオードが使用でき、
レーザ光４１に紫外線を使用することにより、マスク９
の微細なパターンが検査可能になり、レーザ光４１に赤
外線を使用することにより、マスク９をきれいな形状に
加工できる。これにより、良好なフォーカス検出性能と
良好な検査性能又は加工性能とを両立させることができ
る。
ーザ光４０に可視光を使用することにより、光検出手段
１３及び１４にシリコンフォトダイオードが使用でき、
レーザ光４１に紫外線を使用することにより、マスク９
の微細なパターンが検査可能になり、レーザ光４１に赤
外線を使用することにより、マスク９をきれいな形状に
加工できる。これにより、良好なフォーカス検出性能と
良好な検査性能又は加工性能とを両立させることができ
る。
【００９８】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図９は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構成
を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と同
じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、説
明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置にお
いては、図９に示すように、前記第１の実施例に係るレ
ーザ検査加工装置における光検出手段１３及び１４（図
５参照）が配置されている位置に、光検出手段１３及び
１４の代わりに夫々光ファイバ２４及び２５の端面が配
置されている。光ファイバ２４及び２５の他の端面に
は、夫々光検出手段２６及び２７が結合されている。夫
々光検出手段２６及び２７は非分割タイプの光検出手段
である。
する。図９は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構成
を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と同
じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、説
明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置にお
いては、図９に示すように、前記第１の実施例に係るレ
ーザ検査加工装置における光検出手段１３及び１４（図
５参照）が配置されている位置に、光検出手段１３及び
１４の代わりに夫々光ファイバ２４及び２５の端面が配
置されている。光ファイバ２４及び２５の他の端面に
は、夫々光検出手段２６及び２７が結合されている。夫
々光検出手段２６及び２７は非分割タイプの光検出手段
である。
【００９９】図１０（ａ）乃至（ｃ）は、光ファイバ２
４及び２５の端面の構成を示す正面図である。図１０
（ｂ）に示すように、光ファイバ２４は、光ファイバ２
４の中心に形成され円形状の断面形状を持つコア２４ａ
及びコア２４ａの周囲を覆う円環状の断面形状を持つク
ラッド２４ｂにより構成されている。同様に、光ファイ
バ２５は、光ファイバ２５の中心に形成され円形状の断
面形状を持つコア２５ａ及びコア２５ａの周囲を覆う円
環状の断面形状を持つクラッド２５ｂにより構成されて
いる。
４及び２５の端面の構成を示す正面図である。図１０
（ｂ）に示すように、光ファイバ２４は、光ファイバ２
４の中心に形成され円形状の断面形状を持つコア２４ａ
及びコア２４ａの周囲を覆う円環状の断面形状を持つク
ラッド２４ｂにより構成されている。同様に、光ファイ
バ２５は、光ファイバ２５の中心に形成され円形状の断
面形状を持つコア２５ａ及びコア２５ａの周囲を覆う円
環状の断面形状を持つクラッド２５ｂにより構成されて
いる。
【０１００】 光ファイバ２４の端面は、光ファイバ２
４に結合される導波モード数Ｎαに関して、マスク９が
オブジェクティブレンズ８の集光点にあるときに光１１
が集光する点の前方４ａα ２／λ（Ｎα＋１）の位置に
設置され、この端面に形成されるビームスポット１１ａ
を、ビームスポット１１ａと同心な円形のコア２４ａと
クラッド２４ｂとの境界で分割して結合する。また、光
ファイバ２５の端面は、光ファイバ２５に結合される導
波モード数Ｎβに関して、マスク９がオブジェクティブ
レンズ８の集光点にあるときに光１２が集光する点の後
方４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）の位置に設置され、この端
面に形成されるビームスポット１２ａを、ビームスポッ
ト１２ａと同心な円形のコア２５ａとクラッド２５ｂと
の境界で分割して結合する。このとき、λは空気中にお
ける光１１及び１２の波長であり、ａαは光ファイバ２
４のコア２４ａの半径、ａβは光ファイバ２５のコア２
５ａの半径である。光検出手段２６の受光部で検出され
る信号を信号Ｃ1、光検出手段２７の受光部で検出され
る信号を信号Ｃ２とするとき、焦点誤差信号Ｆａは、図
１０に明らかなようにＦａ＝Ｃ１−Ｃ２の演算で得られ
る。
４に結合される導波モード数Ｎαに関して、マスク９が
オブジェクティブレンズ８の集光点にあるときに光１１
が集光する点の前方４ａα ２／λ（Ｎα＋１）の位置に
設置され、この端面に形成されるビームスポット１１ａ
を、ビームスポット１１ａと同心な円形のコア２４ａと
クラッド２４ｂとの境界で分割して結合する。また、光
ファイバ２５の端面は、光ファイバ２５に結合される導
波モード数Ｎβに関して、マスク９がオブジェクティブ
レンズ８の集光点にあるときに光１２が集光する点の後
方４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）の位置に設置され、この端
面に形成されるビームスポット１２ａを、ビームスポッ
ト１２ａと同心な円形のコア２５ａとクラッド２５ｂと
の境界で分割して結合する。このとき、λは空気中にお
ける光１１及び１２の波長であり、ａαは光ファイバ２
４のコア２４ａの半径、ａβは光ファイバ２５のコア２
５ａの半径である。光検出手段２６の受光部で検出され
る信号を信号Ｃ1、光検出手段２７の受光部で検出され
る信号を信号Ｃ２とするとき、焦点誤差信号Ｆａは、図
１０に明らかなようにＦａ＝Ｃ１−Ｃ２の演算で得られ
る。
【０１０１】コアの屈折率ｎが１.５００でクラッドの
屈折率ｎｃが１.４８５である光ファイバを使用する場
合を考えると、数式６より、光ファイバの比屈折率差Δ
は１％となり、数式７より、光ファイバの開口数ＮＡは
０.２１２となる。このとき、コリメートレンズ３の焦
点距離ｆが４１ｍｍで、マスク９で反射されオブジェク
ティブレンズ８でほぼ平行光に変換されコリメートレン
ズ３に入射するビームの直径が４ｍｍの光学系を考える
と、光ファイバ２４及び２５に結合させる光の入射角θ
ｉの正弦は、 の関係より、０.０４８７となる。ゆえに、発明を解決
するための手段の項で述べたように、ｓｉｎθｉ≦ＮＡ
であるため、 を満たす最大の導波モード数Ｎが、光ファイバ２４及び
２５を導波する最大の導波モード数Ｎｅｆｆになる。即
ち、光ファイバ２４及び２５のコアの直径２ａが８μｍ
で、光の波長λが０.２６６μｍの場合は、Ｎｅｆｆ＝
１となる。
屈折率ｎｃが１.４８５である光ファイバを使用する場
合を考えると、数式６より、光ファイバの比屈折率差Δ
は１％となり、数式７より、光ファイバの開口数ＮＡは
０.２１２となる。このとき、コリメートレンズ３の焦
点距離ｆが４１ｍｍで、マスク９で反射されオブジェク
ティブレンズ８でほぼ平行光に変換されコリメートレン
ズ３に入射するビームの直径が４ｍｍの光学系を考える
と、光ファイバ２４及び２５に結合させる光の入射角θ
ｉの正弦は、 の関係より、０.０４８７となる。ゆえに、発明を解決
するための手段の項で述べたように、ｓｉｎθｉ≦ＮＡ
であるため、 を満たす最大の導波モード数Ｎが、光ファイバ２４及び
２５を導波する最大の導波モード数Ｎｅｆｆになる。即
ち、光ファイバ２４及び２５のコアの直径２ａが８μｍ
で、光の波長λが０.２６６μｍの場合は、Ｎｅｆｆ＝
１となる。
【０１０２】光ファイバ２４と光ファイバ２５とで同じ
光ファイバを使用するとすれば、０又は１なるＮに対し
て光ファイバの端面をコリメートレンズの集光点の前後
４ａ ２／λ（Ｎ＋１）の位置に、即ち、光ファイバの端
面をコリメートレンズの集光点の前後２４１μｍ又は１
２０μｍの位置に設置したときに、感度が高い焦点誤差
信号が検出される。
光ファイバを使用するとすれば、０又は１なるＮに対し
て光ファイバの端面をコリメートレンズの集光点の前後
４ａ ２／λ（Ｎ＋１）の位置に、即ち、光ファイバの端
面をコリメートレンズの集光点の前後２４１μｍ又は１
２０μｍの位置に設置したときに、感度が高い焦点誤差
信号が検出される。
【０１０３】光ファイバに結合させる光が光ファイバの
端面に形成するビームスポットの直径２γ０は、「末松
安晴・伊賀健一共著 光ファイバ通信入門（改訂２版）
（オーム社発行）」によれば、 で与えられる。ゆえに、ビームスポットの直径２γ０は
７μｍとなり、光ファイバのコアの直径２ａは８μｍで
あるため、光ファイバの端面がコリメートレンズの集光
点にあるとき、コリメートレンズで集光された光は、損
失なく光ファイバに結合される。本実施例に係るレーザ
検査加工装置において、上記以外の構成は前記第１の実
施例に係るレーザ検査加工装置の構成と同一である。
端面に形成するビームスポットの直径２γ０は、「末松
安晴・伊賀健一共著 光ファイバ通信入門（改訂２版）
（オーム社発行）」によれば、 で与えられる。ゆえに、ビームスポットの直径２γ０は
７μｍとなり、光ファイバのコアの直径２ａは８μｍで
あるため、光ファイバの端面がコリメートレンズの集光
点にあるとき、コリメートレンズで集光された光は、損
失なく光ファイバに結合される。本実施例に係るレーザ
検査加工装置において、上記以外の構成は前記第１の実
施例に係るレーザ検査加工装置の構成と同一である。
【０１０４】本実施例に係るレーザ検査加工装置におい
ては、光配分手段１０により光量が二等分された光１１
及び光１２は、夫々光ファイバ２４及び光ファイバ２５
に入射し、夫々光検出手段２６及び２７により検出され
る。このとき、コア２４ａ及び２５ｂに入射した光は夫
々光ファイバ２４及び２５内を導波するが、クラッド２
４ｂ及び２５ｂに入射した光は導波しない。従って、ビ
ームスポット１１ａ及び１２ａの大きさにより、夫々光
検出手段２６及び２７により検出される光の強度が変化
する。即ち、ビームスポットのサイズが大きくなると、
コアに入射する光量の割合が減少するため、光検出手段
により検出される光の強度が小さくなる。本実施例のレ
ーザ検査加工装置における上記以外の動作は、前記第１
の実施例のレーザ検査加工装置の動作と同じである。
ては、光配分手段１０により光量が二等分された光１１
及び光１２は、夫々光ファイバ２４及び光ファイバ２５
に入射し、夫々光検出手段２６及び２７により検出され
る。このとき、コア２４ａ及び２５ｂに入射した光は夫
々光ファイバ２４及び２５内を導波するが、クラッド２
４ｂ及び２５ｂに入射した光は導波しない。従って、ビ
ームスポット１１ａ及び１２ａの大きさにより、夫々光
検出手段２６及び２７により検出される光の強度が変化
する。即ち、ビームスポットのサイズが大きくなると、
コアに入射する光量の割合が減少するため、光検出手段
により検出される光の強度が小さくなる。本実施例のレ
ーザ検査加工装置における上記以外の動作は、前記第１
の実施例のレーザ検査加工装置の動作と同じである。
【０１０５】本実施例のレーザ検査加工装置において
は、マスク９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光
点にあるとき、光ファイバ２４の端面は光１１の集光点
の前方に配置され、光ファイバ２５の端面は光１２の集
光点の後方に配置されるため、レーザ光４０の反射光が
マスク９の表面に形成されたパターンにより変調を受け
ていても、コア２４ａ及び２５ａに入射する光の強度は
相互に実質的に等しくなり、常にＣ１＝Ｃ２なる対称性
が成り立ち、パターンによる変調の影響がうまく相殺さ
れる。このため、マスク９の表面がオブジェクティブレ
ンズ８の集光点にあるとき、焦点誤差信号Ｆａは零にな
り、マスク９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光
点からずれたとき、Ｆａの値は零を中心に対象に変化す
る。このため、光学系の製造誤差及び組立誤差の影響を
受けず、焦点誤差信号の感度が向上する。
は、マスク９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光
点にあるとき、光ファイバ２４の端面は光１１の集光点
の前方に配置され、光ファイバ２５の端面は光１２の集
光点の後方に配置されるため、レーザ光４０の反射光が
マスク９の表面に形成されたパターンにより変調を受け
ていても、コア２４ａ及び２５ａに入射する光の強度は
相互に実質的に等しくなり、常にＣ１＝Ｃ２なる対称性
が成り立ち、パターンによる変調の影響がうまく相殺さ
れる。このため、マスク９の表面がオブジェクティブレ
ンズ８の集光点にあるとき、焦点誤差信号Ｆａは零にな
り、マスク９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光
点からずれたとき、Ｆａの値は零を中心に対象に変化す
る。このため、光学系の製造誤差及び組立誤差の影響を
受けず、焦点誤差信号の感度が向上する。
【０１０６】また、本実施例においては、前記第１の実
施例における光検出手段の分割線１３ａ及び１４ａ（図
５参照）の代わりに、光ファイバ２４及び２５における
コアとクラッドとの境界によりビームスポットを分割し
ている。このため、光検出手段２６及び２６に分割線を
設ける必要がなく、安価な汎用の光検出手段を使用でき
る。また、分割線を設けないことにより、焦点誤差信号
の感度をより向上させることができる。
施例における光検出手段の分割線１３ａ及び１４ａ（図
５参照）の代わりに、光ファイバ２４及び２５における
コアとクラッドとの境界によりビームスポットを分割し
ている。このため、光検出手段２６及び２６に分割線を
設ける必要がなく、安価な汎用の光検出手段を使用でき
る。また、分割線を設けないことにより、焦点誤差信号
の感度をより向上させることができる。
【０１０７】更に、従来はノイズ対策として、光検出手
段の近傍にプリアンプを配置し、マザーボードにメイン
アンプを実装していたが、本実施例においては、光ファ
イバ２４及び２５により光の強度の情報を離れた場所に
伝達できるため、光検出手段を任意の場所に設置でき、
これらを１箇所にまとめることでコストを低減できる。
段の近傍にプリアンプを配置し、マザーボードにメイン
アンプを実装していたが、本実施例においては、光ファ
イバ２４及び２５により光の強度の情報を離れた場所に
伝達できるため、光検出手段を任意の場所に設置でき、
これらを１箇所にまとめることでコストを低減できる。
【０１０８】更にまた、本実施例においては、光ファイ
バ２４の一端と光１１の集光点との間の距離を４ａα ２
／λ（Ｎα＋１）とし、光ファイバ２５の一端と光１２
の集光点との間の距離を４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）とす
ることにより、マスク９の表面がオブジェクティブレン
ズ８の集光点からずれたときに、光ファイバ２４及び２
５による光の伝達効率を急峻に変化させることができ
る。これにより、焦点誤差信号の感度をより向上させる
ことができる。
バ２４の一端と光１１の集光点との間の距離を４ａα ２
／λ（Ｎα＋１）とし、光ファイバ２５の一端と光１２
の集光点との間の距離を４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）とす
ることにより、マスク９の表面がオブジェクティブレン
ズ８の集光点からずれたときに、光ファイバ２４及び２
５による光の伝達効率を急峻に変化させることができ
る。これにより、焦点誤差信号の感度をより向上させる
ことができる。
【０１０９】更にまた、コア２４ａ及び２５ａの直径を
数μｍと小さくすることができるため、焦点誤差信号の
感度をより向上させることができる。
数μｍと小さくすることができるため、焦点誤差信号の
感度をより向上させることができる。
【０１１０】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図１１は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構
成を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と
同じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、
説明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、図１１に示すように、前記第１の実施例に係
るレーザ検査加工装置における光配分手段１０、光検出
手段１３及び１４（図５参照）の代わりに、光分離手段
２により反射された光４０ａの光路に沿って、回折素子
２８、集光レンズ２９及び光検出手段３０が配置されて
いる。回折素子２８には回折面２８ａ及び回折面２８ｂ
が透明基板の表裏に各々形成されている。回折面２８ａ
は、光分離手段２から回折面２８ａまでの光路が光発生
手段１から光分離手段２までの光路よりも短くなるよう
に配置され、回折面２８ｂは、光分離手段２から回折面
２８ｂまでの光路が光発生手段１から光分離手段２まで
の光路よりも長くなるように配置されている。集光レン
ズ２９は、回折素子２８を通過又は回折した光が発散光
になるため、これを収束光に変換することで、光検出手
段３０の面積を縮小する作用があるが、省略することも
できる。
する。図１１は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構
成を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と
同じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、
説明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、図１１に示すように、前記第１の実施例に係
るレーザ検査加工装置における光配分手段１０、光検出
手段１３及び１４（図５参照）の代わりに、光分離手段
２により反射された光４０ａの光路に沿って、回折素子
２８、集光レンズ２９及び光検出手段３０が配置されて
いる。回折素子２８には回折面２８ａ及び回折面２８ｂ
が透明基板の表裏に各々形成されている。回折面２８ａ
は、光分離手段２から回折面２８ａまでの光路が光発生
手段１から光分離手段２までの光路よりも短くなるよう
に配置され、回折面２８ｂは、光分離手段２から回折面
２８ｂまでの光路が光発生手段１から光分離手段２まで
の光路よりも長くなるように配置されている。集光レン
ズ２９は、回折素子２８を通過又は回折した光が発散光
になるため、これを収束光に変換することで、光検出手
段３０の面積を縮小する作用があるが、省略することも
できる。
【０１１１】図１２（ａ）乃至（ｃ）は、回折素子２８
の回折面２８ａ及び回折面２８ｂ並びに光検出手段３０
の構成を示す平面図である。図１２（ｂ）に示すよう
に、回折面２８ａは、円形の分割線２８ａａで分割され
た内側領域２８ａｂと外側領域２８ａｃとを備え、回折
面２８ｂは、円形の分割線２８ｂａで分割された内側領
域２８ｂｂと外側領域２８ｂｃとを備えている。また、
光検出手段３０は受光部３０ａ乃至３０ｇを備えてお
り、受光部３０ａ乃至３０ｇは受光部３０ｄを中心にし
てＨ形に配置され、受光部３０ｄを基準として受光部３
０ａは左上、受光部３０ｂは左、受光部３０ｃは左下、
受光部３０ｅは右上、受光部３０ｆは右及び受光部３０
ｇは右下に夫々配置されている。本実施例に係るレーザ
検査加工装置において、上記以外の構成は前記第１の実
施例に係るレーザ検査加工装置の構成と同一である。
の回折面２８ａ及び回折面２８ｂ並びに光検出手段３０
の構成を示す平面図である。図１２（ｂ）に示すよう
に、回折面２８ａは、円形の分割線２８ａａで分割され
た内側領域２８ａｂと外側領域２８ａｃとを備え、回折
面２８ｂは、円形の分割線２８ｂａで分割された内側領
域２８ｂｂと外側領域２８ｂｃとを備えている。また、
光検出手段３０は受光部３０ａ乃至３０ｇを備えてお
り、受光部３０ａ乃至３０ｇは受光部３０ｄを中心にし
てＨ形に配置され、受光部３０ｄを基準として受光部３
０ａは左上、受光部３０ｂは左、受光部３０ｃは左下、
受光部３０ｅは右上、受光部３０ｆは右及び受光部３０
ｇは右下に夫々配置されている。本実施例に係るレーザ
検査加工装置において、上記以外の構成は前記第１の実
施例に係るレーザ検査加工装置の構成と同一である。
【０１１２】次に、本実施例に係るレーザ検査加工装置
の動作について説明する。光分離手段２で反射された光
４０ａは回折素子２８に入射する。回折素子２８の回折
面２８ａ及び回折面２８ｂにおいて透過又は回折した光
４０ａは、集光レンズ２９で集光され、光検出手段３０
で検出される。このとき、回折面２８ａにおいては光４
０ａのビームスポット４０ｂが形成され、光４０ａの光
量の約半分を透過させると共に、残りをビームスポット
４０ｂと同心な円形の分割線２８ａａで分割して回折さ
せる。回折面２８ｂにおいては、回折面２８ａを透過し
た光によりビームスポット４０ｃが形成され、回折面２
８ａを透過した光をビームスポット４０ｃと同心な円形
の分割線２８ｂａで分割して回折又は透過させると共
に、回折面２８ａの内側領域２８ａｂで回折した光によ
りビームスポット４０ｄが形成され、回折面２８ａの外
側領域２８ａｃで回折した光によりビームスポット４０
ｅが形成され、ビームスポット４０ｄ及び４０ｅを形成
した光を透過させる。
の動作について説明する。光分離手段２で反射された光
４０ａは回折素子２８に入射する。回折素子２８の回折
面２８ａ及び回折面２８ｂにおいて透過又は回折した光
４０ａは、集光レンズ２９で集光され、光検出手段３０
で検出される。このとき、回折面２８ａにおいては光４
０ａのビームスポット４０ｂが形成され、光４０ａの光
量の約半分を透過させると共に、残りをビームスポット
４０ｂと同心な円形の分割線２８ａａで分割して回折さ
せる。回折面２８ｂにおいては、回折面２８ａを透過し
た光によりビームスポット４０ｃが形成され、回折面２
８ａを透過した光をビームスポット４０ｃと同心な円形
の分割線２８ｂａで分割して回折又は透過させると共
に、回折面２８ａの内側領域２８ａｂで回折した光によ
りビームスポット４０ｄが形成され、回折面２８ａの外
側領域２８ａｃで回折した光によりビームスポット４０
ｅが形成され、ビームスポット４０ｄ及び４０ｅを形成
した光を透過させる。
【０１１３】即ち、光４０ａは回折面２８ａにおいては
ビームスポット４０ｂを形成し、回折面２８ａの内側領
域２８ａｂで回折された光は、回折面２８ｂにおいてビ
ームスポット４０ｄを形成すると共に回折面２８ｂを透
過し、光検出手段３０の受光部３０ａ及び３０ｇで検出
される。回折面２８ａの外側領域２８ａｃで回折された
光は、回折面２８ｂにおいてビームスポット４０ｅを形
成すると共に回折面２８ｂを透過し、光検出手段３０の
受光部３０ｃ及び３０ｅで検出される。また、回折面２
８ａを透過した光は回折面２８ｂにてビームスポット４
０ｃを形成する。ビームスポット４０ｃを形成する光の
うち、回折面２８ｂの内側領域２８ｂｂで回折された光
は、光検出手段３０の受光部３０ｂ及び３０ｆで検出さ
れ、回折面２８ａを透過して回折面２８ｂの外側領域２
８ｂｃを透過した光は、光検出手段３０の受光部３０ｄ
で検出される。受光部３０ａ及び３０ｇで検出される信
号の和信号を信号Ｃ１、受光部３０ｃ及び３０ｅで検出
される信号の和信号を信号Ｄ１、受光部３０ｂ及び３０
ｆで検出される信号の和信号を信号Ｃ２、受光部３０ｄ
で検出される信号を信号Ｄ２とするとき、焦点誤差信号
Ｆａは、図１２に明らかなように、Ｆａ＝（Ｃ１−Ｄ
１）−（Ｃ２−Ｄ２）の演算で得られる。本実施例のレ
ーザ検査加工装置における上記以外の動作は、前記第１
の実施例のレーザ検査加工装置の動作と同じである。
ビームスポット４０ｂを形成し、回折面２８ａの内側領
域２８ａｂで回折された光は、回折面２８ｂにおいてビ
ームスポット４０ｄを形成すると共に回折面２８ｂを透
過し、光検出手段３０の受光部３０ａ及び３０ｇで検出
される。回折面２８ａの外側領域２８ａｃで回折された
光は、回折面２８ｂにおいてビームスポット４０ｅを形
成すると共に回折面２８ｂを透過し、光検出手段３０の
受光部３０ｃ及び３０ｅで検出される。また、回折面２
８ａを透過した光は回折面２８ｂにてビームスポット４
０ｃを形成する。ビームスポット４０ｃを形成する光の
うち、回折面２８ｂの内側領域２８ｂｂで回折された光
は、光検出手段３０の受光部３０ｂ及び３０ｆで検出さ
れ、回折面２８ａを透過して回折面２８ｂの外側領域２
８ｂｃを透過した光は、光検出手段３０の受光部３０ｄ
で検出される。受光部３０ａ及び３０ｇで検出される信
号の和信号を信号Ｃ１、受光部３０ｃ及び３０ｅで検出
される信号の和信号を信号Ｄ１、受光部３０ｂ及び３０
ｆで検出される信号の和信号を信号Ｃ２、受光部３０ｄ
で検出される信号を信号Ｄ２とするとき、焦点誤差信号
Ｆａは、図１２に明らかなように、Ｆａ＝（Ｃ１−Ｄ
１）−（Ｃ２−Ｄ２）の演算で得られる。本実施例のレ
ーザ検査加工装置における上記以外の動作は、前記第１
の実施例のレーザ検査加工装置の動作と同じである。
【０１１４】本実施例のレーザ検査加工装置において
は、マスク９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光
点にあるとき、回折面２８ａは光４０ａの集光点の前方
に配置され、回折面２８ｂは光４０ａの集光点の後方に
配置されるため、レーザ光４０の反射光がマスク９の表
面に形成されたパターンにより変調を受けていても、ビ
ームスポット４０ｂの強度分布はビームスポット４０ｃ
の強度分布に対して反転する。このため、常にＣ１＝Ｃ
２及びＤ１＝Ｄ２なる対称性が成り立ち、パターンによ
る変調の影響がうまく相殺される。これにより、マスク
９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光点にあると
き、焦点誤差信号Ｆａは零になり、マスク９の表面がオ
ブジェクティブレンズ８の集光点からずれたとき、Ｆａ
の値は零を中心に対象に変化する。このため、光学系の
製造誤差及び組立誤差の影響を受けず、焦点誤差信号の
感度が向上する。
は、マスク９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光
点にあるとき、回折面２８ａは光４０ａの集光点の前方
に配置され、回折面２８ｂは光４０ａの集光点の後方に
配置されるため、レーザ光４０の反射光がマスク９の表
面に形成されたパターンにより変調を受けていても、ビ
ームスポット４０ｂの強度分布はビームスポット４０ｃ
の強度分布に対して反転する。このため、常にＣ１＝Ｃ
２及びＤ１＝Ｄ２なる対称性が成り立ち、パターンによ
る変調の影響がうまく相殺される。これにより、マスク
９の表面がオブジェクティブレンズ８の集光点にあると
き、焦点誤差信号Ｆａは零になり、マスク９の表面がオ
ブジェクティブレンズ８の集光点からずれたとき、Ｆａ
の値は零を中心に対象に変化する。このため、光学系の
製造誤差及び組立誤差の影響を受けず、焦点誤差信号の
感度が向上する。
【０１１５】また、本実施例においては、回折面２８ａ
の透過光を回折面２８ｂにより回折又は透過させるた
め、光配分手段が不要となり資材費及び組立工数を低減
できる。更に、回折素子２８をアライメントすることこ
とにより、回折面２８ａ及び２８ｂを同時に調整できる
ため、組立工数を低減できる。
の透過光を回折面２８ｂにより回折又は透過させるた
め、光配分手段が不要となり資材費及び組立工数を低減
できる。更に、回折素子２８をアライメントすることこ
とにより、回折面２８ａ及び２８ｂを同時に調整できる
ため、組立工数を低減できる。
【０１１６】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。図１３は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構
成を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と
同じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、
説明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、図１３に示すように、光発生手段１と光分離
手段２との間に遮光手段３１を設けている。
する。図１３は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構
成を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と
同じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、
説明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、図１３に示すように、光発生手段１と光分離
手段２との間に遮光手段３１を設けている。
【０１１７】図１４は遮光手段３１の構成を示す斜視図
である。遮光手段３１においては、透明基板３１ａが設
けられ、透明基板３１ａの表面に円形の遮光帯３１ｂが
形成されている。遮光手段３１はフォトリソグラフィー
等の方法により製作される。本実施例に係るレーザ検査
加工装置において、上記以外の構成は前記第１の実施例
に係るレーザ検査加工装置の構成と同一である。
である。遮光手段３１においては、透明基板３１ａが設
けられ、透明基板３１ａの表面に円形の遮光帯３１ｂが
形成されている。遮光手段３１はフォトリソグラフィー
等の方法により製作される。本実施例に係るレーザ検査
加工装置において、上記以外の構成は前記第１の実施例
に係るレーザ検査加工装置の構成と同一である。
【０１１８】光発生手段１から出射された光４０は、遮
光手段３１の遮光部分３１ａにより光軸の近傍が遮光さ
れ、円形断面ビームがドーナツ形断面ビームに変換さ
れ、光分離手段２に供給される。
光手段３１の遮光部分３１ａにより光軸の近傍が遮光さ
れ、円形断面ビームがドーナツ形断面ビームに変換さ
れ、光分離手段２に供給される。
【０１１９】図１５（ａ）乃至（ｃ）は、光検出手段１
３及び１４におけるビームスポット１１ａ及び１２ａの
形状を示す正面図である。図１５（ａ）はオブジェクテ
ィブレンズ８から見てマスク９がオブジェクティブレン
ズ８の集光点よりも遠くにある場合を示し、図１５
（ｂ）はマスク９がオブジェクティブレンズ８の集光点
にある場合を示し、図１５（ｃ）はオブジェクティブレ
ンズ８から見てマスク９がオブジェクティブレンズ８の
集光点よりも近くにある場合を示す。図１５（ａ）乃至
（ｃ）に示すように、本実施例においてはビームスポッ
ト１１ａ及び１２ａは全てドーナツ形になる。但し、オ
ブジェクティブレンズ８の集光点に対するマスク９の位
置とビームスポット１１ａ及び１２ａの大きさの相対的
関係との関係は、前記第１の実施例と同じである。本実
施例のレーザ検査加工装置における上記以外の動作は、
前記第１の実施例のレーザ検査加工装置の動作と同じで
ある。
３及び１４におけるビームスポット１１ａ及び１２ａの
形状を示す正面図である。図１５（ａ）はオブジェクテ
ィブレンズ８から見てマスク９がオブジェクティブレン
ズ８の集光点よりも遠くにある場合を示し、図１５
（ｂ）はマスク９がオブジェクティブレンズ８の集光点
にある場合を示し、図１５（ｃ）はオブジェクティブレ
ンズ８から見てマスク９がオブジェクティブレンズ８の
集光点よりも近くにある場合を示す。図１５（ａ）乃至
（ｃ）に示すように、本実施例においてはビームスポッ
ト１１ａ及び１２ａは全てドーナツ形になる。但し、オ
ブジェクティブレンズ８の集光点に対するマスク９の位
置とビームスポット１１ａ及び１２ａの大きさの相対的
関係との関係は、前記第１の実施例と同じである。本実
施例のレーザ検査加工装置における上記以外の動作は、
前記第１の実施例のレーザ検査加工装置の動作と同じで
ある。
【０１２０】前記第１乃至第４の実施例において、マス
ク９の位置がオブジェクティブレンズ８の集光点の位置
に対して変化すると、ビームスポット１１ａ及び１２ａ
の大きさが変化するが、光４０における光軸の近傍の光
は常に存在する。このため、光４０における光軸の近傍
の光は焦点誤差信号においてバイアスになる。本実施例
のレーザ検査加工装置においては、この光軸の近傍の光
を除去することにより、焦点誤差信号の感度を向上させ
ることができる。
ク９の位置がオブジェクティブレンズ８の集光点の位置
に対して変化すると、ビームスポット１１ａ及び１２ａ
の大きさが変化するが、光４０における光軸の近傍の光
は常に存在する。このため、光４０における光軸の近傍
の光は焦点誤差信号においてバイアスになる。本実施例
のレーザ検査加工装置においては、この光軸の近傍の光
を除去することにより、焦点誤差信号の感度を向上させ
ることができる。
【０１２１】また、円形断面ビームをドーナツ形断面ビ
ームに変換すると、オブジェクティブレンズ８における
特定の半径の領域のみを使用することになるため、球面
収差の影響が少なくなる。
ームに変換すると、オブジェクティブレンズ８における
特定の半径の領域のみを使用することになるため、球面
収差の影響が少なくなる。
【０１２２】次に、本発明の第６の実施例について説明
する。図１６は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構
成を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と
同じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、
説明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、図１６に示すように、光発生手段１と光分離
手段２との間に円錐プリズム３２を設けている。図１７
は円錐プリズム３２の形状を示す斜視図である。本実施
例に係るレーザ検査加工装置において、上記以外の構成
は前記第１の実施例に係るレーザ検査加工装置の構成と
同一である。
する。図１６は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構
成を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と
同じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、
説明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、図１６に示すように、光発生手段１と光分離
手段２との間に円錐プリズム３２を設けている。図１７
は円錐プリズム３２の形状を示す斜視図である。本実施
例に係るレーザ検査加工装置において、上記以外の構成
は前記第１の実施例に係るレーザ検査加工装置の構成と
同一である。
【０１２３】光発生手段１から出射された光４０は、円
錐プリズム３２で屈折され、円形断面ビームがドーナツ
形断面ビームに変換され、光分離手段２に供給される。
その結果、光検出手段１３及び１４に形成されるビーム
スポット１１ａ及び１２ａの形状は、前記第５実施例に
おける図１５（ａ）乃至（ｃ）に示す形状と同じにな
る。本実施例のレーザ検査加工装置における上記以外の
動作は、前記第１の実施例のレーザ検査加工装置の動作
と同じである。
錐プリズム３２で屈折され、円形断面ビームがドーナツ
形断面ビームに変換され、光分離手段２に供給される。
その結果、光検出手段１３及び１４に形成されるビーム
スポット１１ａ及び１２ａの形状は、前記第５実施例に
おける図１５（ａ）乃至（ｃ）に示す形状と同じにな
る。本実施例のレーザ検査加工装置における上記以外の
動作は、前記第１の実施例のレーザ検査加工装置の動作
と同じである。
【０１２４】本実施例においては、前記第５の実施例と
同様に、光４０における光軸の近傍の光を除去すること
により、焦点誤差信号の感度を向上させることができ
る。また、円形断面ビームをドーナツ形断面ビームに変
換すると、オブジェクティブレンズ８の特定の半径の領
域のみを使用することになるため、球面収差の影響を低
減することができる。本実施例においては、光４０のビ
ーム形状を変換することにより、前記第５の実施例で示
した遮光と同様に光軸の近傍の光を除去することができ
るが、遮光と比較して光の損失が少ないため、光源の効
率の低下を防止することができる。
同様に、光４０における光軸の近傍の光を除去すること
により、焦点誤差信号の感度を向上させることができ
る。また、円形断面ビームをドーナツ形断面ビームに変
換すると、オブジェクティブレンズ８の特定の半径の領
域のみを使用することになるため、球面収差の影響を低
減することができる。本実施例においては、光４０のビ
ーム形状を変換することにより、前記第５の実施例で示
した遮光と同様に光軸の近傍の光を除去することができ
るが、遮光と比較して光の損失が少ないため、光源の効
率の低下を防止することができる。
【０１２５】次に、本発明の第７の実施例について説明
する。図１８は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構
成を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と
同じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、
説明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、図１８に示すように、コリメートレンズ１６
と光分離手段１７との間にスリット３３及び結像レンズ
３４が設けられており、スリット３３は結像レンズ３４
よりもコリメートレンズ１６に近い側に配置されてい
る。
する。図１８は本実施例に係るレーザ検査加工装置の構
成を示すブロック図である。なお、前記第１の実施例と
同じ構成要素で同じ機能のものは、同じ符号を付与し、
説明を省略する。本実施例に係るレーザ検査加工装置に
おいては、図１８に示すように、コリメートレンズ１６
と光分離手段１７との間にスリット３３及び結像レンズ
３４が設けられており、スリット３３は結像レンズ３４
よりもコリメートレンズ１６に近い側に配置されてい
る。
【０１２６】図１９はスリット３３の構成を示す斜視図
である。スリット３３においては、透明基板３３ａと、
透明基板３３ａ上に形成された遮光帯３３ｂとから構成
されており、遮光帯３３ｂには例えば矩形の穴３３ｃが
設けられている。スリット３３は、フォトリソグラフィ
ー等の方法により製作することができる。本実施例に係
るレーザ検査加工装置において、上記以外の構成は前記
第１の実施例に係るレーザ検査加工装置の構成と同一で
ある。
である。スリット３３においては、透明基板３３ａと、
透明基板３３ａ上に形成された遮光帯３３ｂとから構成
されており、遮光帯３３ｂには例えば矩形の穴３３ｃが
設けられている。スリット３３は、フォトリソグラフィ
ー等の方法により製作することができる。本実施例に係
るレーザ検査加工装置において、上記以外の構成は前記
第１の実施例に係るレーザ検査加工装置の構成と同一で
ある。
【０１２７】光発生手段１５から出射されたレーザ光４
１は、コリメートレンズ１６でコリメートされ、スリッ
ト３３を照明する。このとき、レーザ光４１の波長は光
発生手段１から出射されるレーザ光４０の波長と異なっ
ており、レーザ光４１の出力はマスク９を加工できる程
度に高く設定されている。レーザ光４１に照射されたス
リット３３の像は、結像レンズ３４及び光分離手段１７
を透過し、光入出手段７で反射され、オブジェクティブ
レンズ８によりマスク９上に結像される。これにより、
スリット３３の形状と相似な形状にマスク９を加工す
る。なお、オブジェクティブレンズ８は無限系レンズで
あるが、有限系レンズに代えれば、結像レンズ３４を省
略可能である。マスク９により反射された光は、同じ光
路を逆向きに進み、光分離手段１７で反射し、集光レン
ズ１８で集光され、光検出手段１９で検出される。本実
施例のレーザ検査加工装置における上記以外の動作は、
前記第１の実施例のレーザ検査加工装置の動作と同じで
ある。
１は、コリメートレンズ１６でコリメートされ、スリッ
ト３３を照明する。このとき、レーザ光４１の波長は光
発生手段１から出射されるレーザ光４０の波長と異なっ
ており、レーザ光４１の出力はマスク９を加工できる程
度に高く設定されている。レーザ光４１に照射されたス
リット３３の像は、結像レンズ３４及び光分離手段１７
を透過し、光入出手段７で反射され、オブジェクティブ
レンズ８によりマスク９上に結像される。これにより、
スリット３３の形状と相似な形状にマスク９を加工す
る。なお、オブジェクティブレンズ８は無限系レンズで
あるが、有限系レンズに代えれば、結像レンズ３４を省
略可能である。マスク９により反射された光は、同じ光
路を逆向きに進み、光分離手段１７で反射し、集光レン
ズ１８で集光され、光検出手段１９で検出される。本実
施例のレーザ検査加工装置における上記以外の動作は、
前記第１の実施例のレーザ検査加工装置の動作と同じで
ある。
【０１２８】本実施例においては、前記第１の実施例と
同様に、感度が良好な焦点誤差信号及び良好な検査性能
又は加工性能が得られると共に、スリット３３を設ける
ことにより、光発生手段１５から出射したレーザ光４１
によりスリット３３を照射し、スリット３３の像をマス
ク９上に結像することで、簡便にマスク９をスリット３
３の形状と相似な形状に加工することができる。
同様に、感度が良好な焦点誤差信号及び良好な検査性能
又は加工性能が得られると共に、スリット３３を設ける
ことにより、光発生手段１５から出射したレーザ光４１
によりスリット３３を照射し、スリット３３の像をマス
ク９上に結像することで、簡便にマスク９をスリット３
３の形状と相似な形状に加工することができる。
【０１２９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
焦点誤差信号が測定対象物のパターンに影響されず、且
つ、焦点誤差信号の感度が高いフォーカス検出装置を得
ることができる。また、このフォーカス検出装置を使用
したレーザ検査加工装置を得ることができる。
焦点誤差信号が測定対象物のパターンに影響されず、且
つ、焦点誤差信号の感度が高いフォーカス検出装置を得
ることができる。また、このフォーカス検出装置を使用
したレーザ検査加工装置を得ることができる。
【図１】 光ファイバに光を入射させるときの集光点の
前後ずれｄと結合効率χとの関係を示すグラフ図であ
る。
前後ずれｄと結合効率χとの関係を示すグラフ図であ
る。
【図２】 （ａ）及び（ｂ）は、Ｎｅｆｆ＝２の光ファ
イバにおける集光点の前後ずれｄと光ファイバに結合す
るモードとの関係を示す図である。
イバにおける集光点の前後ずれｄと光ファイバに結合す
るモードとの関係を示す図である。
【図３】 （ａ）及び（ｂ）は、Ｎｅｆｆ＝２の光ファ
イバにおける集光点の前後ずれｄと光ファイバに結合す
るモードとの関係を示す図である。
イバにおける集光点の前後ずれｄと光ファイバに結合す
るモードとの関係を示す図である。
【図４】 （ａ）及び（ｂ）は、Ｎｅｆｆ＝２の場合に
おいて第１の光ファイバを集光点の前４ａα ２／λ（Ｎ
α＋１）の位置に設置し、第２の光ファイバを集光点の
後４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）の位置に設置したとき、レ
ンズの集光点に対する対象物の位置のずれｄと各導波光
を検出した信号との関係を示すグラフ図であり、（ａ）
は信号χと信号δ、（ｂ）は信号χと信号δを引き算し
た信号χ−δを示す。
おいて第１の光ファイバを集光点の前４ａα ２／λ（Ｎ
α＋１）の位置に設置し、第２の光ファイバを集光点の
後４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）の位置に設置したとき、レ
ンズの集光点に対する対象物の位置のずれｄと各導波光
を検出した信号との関係を示すグラフ図であり、（ａ）
は信号χと信号δ、（ｂ）は信号χと信号δを引き算し
た信号χ−δを示す。
【図５】 本発明の第１の実施例に係るレーザ検査加工
装置の構成を示すブロック図である。
装置の構成を示すブロック図である。
【図６】 （ａ）乃至（ｃ）は、本実施例における光検
出手段１３及び１４の構成を示す正面図である。
出手段１３及び１４の構成を示す正面図である。
【図７】 本発明の第２の実施例に係るレーザ検査加工
装置の構成を示すブロック図である。
装置の構成を示すブロック図である。
【図８】 （ａ）乃至（ｃ）は、回折素子２０及び２１
並びに光検出手段２２及び２３の構成を示す平面図であ
る。
並びに光検出手段２２及び２３の構成を示す平面図であ
る。
【図９】 本発明の第３の実施例に係るレーザ検査加工
装置の構成を示すブロック図である。
装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】 （ａ）乃至（ｃ）は、本実施例における光
ファイバ２４及び２５の端面の構成を示す正面図であ
る。
ファイバ２４及び２５の端面の構成を示す正面図であ
る。
【図１１】 本発明の第４の実施例に係るレーザ検査加
工装置の構成を示すブロック図である。
工装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 （ａ）乃至（ｃ）は、本実施例における回
折素子２８の回折面２８ａ及び回折面２８ｂ並びに光検
出手段３０の構成を示す平面図である。
折素子２８の回折面２８ａ及び回折面２８ｂ並びに光検
出手段３０の構成を示す平面図である。
【図１３】 本発明の第５の実施例に係るレーザ検査加
工装置の構成を示すブロック図である。
工装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】 本実施例における遮光手段３１の構成を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図１５】 （ａ）乃至（ｃ）は、本実施例における光
検出手段１３及び１４におけるビームスポット１１ａ及
び１２ａの形状を示す正面図である。
検出手段１３及び１４におけるビームスポット１１ａ及
び１２ａの形状を示す正面図である。
【図１６】 本発明の第６の実施例に係るレーザ検査加
工装置の構成を示すブロック図である。
工装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】 本実施例における円錐プリズム３２の形状
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図１８】 本発明の第７の実施例に係るレーザ検査加
工装置の構成を示すブロック図である。
工装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】 本実施例におけるスリット３３の構成を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２０】 特開平６−２９４７５０号公報に記載され
ているレーザ検査装置の構成を示すブロック図である。
ているレーザ検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】 （ａ）及び（ｂ）は、このレーザ検査装置
におけるフォトマスク及び四分割型複合ダイオードの構
成及び動作を示す図であり、（ａ）はレーザ光がフォト
マスクのパターンの境界に照射されている場合を示し、
（ｂ）はそのときの四分割複合ダイオードに形成される
ビームスポットの形状を示す図である。
におけるフォトマスク及び四分割型複合ダイオードの構
成及び動作を示す図であり、（ａ）はレーザ光がフォト
マスクのパターンの境界に照射されている場合を示し、
（ｂ）はそのときの四分割複合ダイオードに形成される
ビームスポットの形状を示す図である。
１；光発生手段
２；光分離手段
３；コリメートレンズ
４；モニター光検出手段
５；１／４波長板
６；球面収差補正板
７；光入出手段
８；オブジェクトレンズ
９；マスク
１０；光配分手段
１１、１２；光
１１ａ、１２ａ；ビームスポット
１３、１４；光検出手段
１３ａ、１４ａ；分割線
１３ｂ、１４ｂ；内側受光部
１３ｃ、１４ｃ；外側受光部
１５；光発生手段
１６；コリメートレンズ
１７；光分離手段
１８；集光レンズ
１９；光検出手段
２０、２１；回折素子
２０ａ、２１ａ；分割線
２０ｂ、２１ｂ；内側領域
２０ｃ、２１ｃ；外側領域
２２、２３；光検出手段
２２ａ乃至２２ｄ、２３ａ乃至２３ｄ；受光部
２４、２５；光ファイバ
２４ａ、２５ａ；コア
２４ｂ、２５ｂ；クラッド
２６、２７；光検出手段
２８；回折素子
２８ａ、２８ｂ；回折面
２９；集光レンズ
３０；光検出手段
３０ａ乃至３０ｇ；受光部
３１；遮光手段
３１ａ透明基板
３１ｂ；遮光帯
３２；円錐プリズム
３３；スリット
３３ａ；透明基板
３３ｂ；遮光帯
３３ｃ；穴
３４；結像レンズ
３５；集光レンズ
３６；反射光検出器
４０、４１；レーザ光
４０ａ；光
４０ｂ乃至４０ｅ；ビームスポット
５０；光ファイバ
５１；コア
５２；クラッド
５３；光
６０；ビームスプリッタ
６２；光路
６５；振動鏡
６７；プリズム
６８、７０；拡大鏡
７２；回転タレット台
７４；鏡
７６；ビームスプリッタ
７８；光路
８０；検出器
８２；対物レンズ
８４；集光レンズ
８６；集束レンズ
８７；透過光検出器
８８；レーザ光
８９；パターン
８９ａ；パターン８９の境界
９０、９２；四分割型複合ダイオード
９１ａ、９１ｂ；ビームスポット
９１ｃ；ビームスポット９１ｂの明るい部分
９１ｄ；ビームスポット９１ｂの暗い部分
９３、９５、９８、１００；光路
９４；ビームスプリッタ
９６；ステージ
９７；フォトマスク
９９；光源
１０２；円筒状レンズ
１０４；円筒状レンズ
１０６；球状レンズ
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｌ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 7/28 - 7/40
Claims (9)
- 【請求項１】 光発生手段と、前記光発生手段から出射
した光を対象物に集光させるレンズと、前記光発生手段
と前記レンズとの間に設けられ前記光発生手段から出射
した光の光路から前記対象物で反射した光を分離する光
分離手段と、前記光分離手段で分離された光を第１の反
射光及び第２の反射光に配分する光配分手段と、中心軸
に沿って設けられたコアとこのコアの周囲に設けられた
クラッドからなり前記第１の反射光が入射されこれを導
波する第１の光ファイバと、中心軸に沿って設けられた
コアとこのコアの周囲に設けられたクラッドからなり前
記第２の反射光が入射されこれを導波する第２の光ファ
イバと、前記第１の光ファイバにより導波された光を検
出する第１の光検出手段と、前記第２の光ファイバによ
り導波された光を検出する第２の光検出手段と、を有
し、前記第１及び第２の光ファイバに結合された導波モ
ード数を夫々Ｎα及びＮβ、前記第１及び第２の反射光
の空気中における波長をλ、前記第１及び第２の光ファ
イバのコアの半径を夫々ａα及びａβとするとき、前記
光分離手段から前記第１の光ファイバにおける前記第１
の反射光が入射する端面までの光路が前記光発生手段か
ら前記光分離手段までの光路よりも４ａα２／λ（Ｎα
＋１）だけ短く、前記光分離手段から前記第２の光ファ
イバにおける前記第２の反射光が入射する端面までの光
路が前記光発生手段から前記光分離手段までの光路より
も４ａβ ２／λ（Ｎβ＋１）だけ長く、前記第１の光検
出手段により光を検出して得られる信号をＣ１、前記第
２の光検出手段により光を検出して得られる信号をＣ２
とするとき、焦点誤差信号Ｃ１−Ｃ２により前記対象物
が前記レンズの集光点に位置しているかどうかを検出す
ることを特徴とするフォーカス検出装置。 - 【請求項２】 光発生手段と、前記光発生手段から出射
した光を対象物に集光させるレンズと、前記光発生手段
と前記レンズとの間に設けられ前記光発生手段から出射
した光の光路から前記対象物で反射した光を分離する光
分離手段と、透明物質からなり前記光分離手段で分離さ
れた光の経路上に配置され、この分離された光が入射す
る表面に形成され円形の分割線で区画された第１の内側
領域及び第１の外側領域からなり前記分離された光のビ
ームスポットが前記第１の内側領域及び前記第１の外側
領域上に前記分割線と同心に形成され前記反射光の実質
的な半量を透過させ残部を回折させる第１の回折面及び
前記反射光が出射する表面に形成され円形の分割線で区
画された第２の内側領域及び第２の外側領域からなり前
記第１の回折面を透過した光のビームスポットが前記第
２の内側領域及び前記第２の外側領域上に前記分割線と
同心に形成され前記第１の回折面を透過した光を回折又
は透過させる第２の回折面を備える回折素子と、複数の
受光部を備え前記第１及び第２の回折面で透過又は回折
された光を検出する光検出手段と、を有し、前記光分離
手段から前記第１の回折面までの光路は前記光発生手段
から前記光分離手段までの光路よりも短く、前記光分離
手段から前記第２の回折面までの光路は前記光発生手段
から前記光分離手段までの光路よりも長く、前記第１の
内側領域で回折した光を検出して得られる信号をＣ１、
前記第１の外側領域で回折した光を検出して得られる信
号をＤ１、前記第１の回折面を透過し前記第２の内側領
域で回折した光を検出して得られる信号をＣ２、前記第
１の回折面を透過し前記第２の外側領域で回折した光を
検出して得られる信号をＤ２とするとき、焦点誤差信号
（Ｃ１−Ｄ１）−（Ｃ２−Ｄ２）により前記対象物が前
記レンズの集光点に位置しているかどうかを検出するこ
とを特徴とするフォーカス検出装置。 - 【請求項３】 前記光発生手段と前記光分離手段との間
に配置され前記光の光軸の近傍を遮光する遮光手段を有
することを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカ
ス検出装置。 - 【請求項４】 前記光発生手段と前記光分離手段との間
に配置された円錐プリズムを有することを特徴とする請
求項１又は２に記載のフォーカス検出装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
フォーカス検出装置と、レーザ光を発生する検査加工用
レーザ光発生手段と、前記光分離手段と前記レンズとの
間に配置され前記光発生手段が発生する光を前記対象物
へ導きこの光が前記対象物により反射された反射光を前
記光分離手段へ導くと共に前記検査加工用レーザ光発生
手段が発生するレーザ光を前記対象物へ導きこのレーザ
光が前記対象物により反射された反射レーザ光を前記検
査加工用レーザ光発生手段の方向へ導く光入出手段と、
前記検査加工用レーザ光発生手段と前記光入出手段との
間に配置され前記検査加工用レーザ光発生手段が発生す
るレーザ光の光路から前記光入出手段により導かれた反
射レーザ光を分離する検査加工用レーザ光分離手段と、
この検査加工用レーザ光分離手段で分離した反射レーザ
光を検出するレーザ光検出手段と、を有することを特徴
とするレーザ検査加工装置。 - 【請求項６】 前記光分離手段と前記光入出手段との間
にコリメートレンズが設けられていることを特徴とする
請求項５に記載のレーザ検査加工装置。 - 【請求項７】 前記検査加工用レーザ光発生手段は前記
光発生装置が発生する光の波長と異なる波長を持つレー
ザ光を発生し、前記コリメートレンズは前記光発生手段
が発生する光をほぼ平行にすることを特徴とする請求項
６に記載のレーザ検査加工装置。 - 【請求項８】 前記レンズが前記レーザ光に対して色消
しされており、前記光分離手段と前記光入出手段との間
に球面収差補正板が設けられていることを特徴とする請
求項５乃至７のいずれか１項に記載のレーザ検査加工装
置。 - 【請求項９】 前記検査加工用レーザ光発生手段と前記
検査加工用レーザ光分離手段との間にスリットが設けら
れていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１
項に記載のレーザ検査加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001013805A JP3494148B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | フォーカス検出装置及びレーザ検査加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001013805A JP3494148B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | フォーカス検出装置及びレーザ検査加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002214519A JP2002214519A (ja) | 2002-07-31 |
| JP3494148B2 true JP3494148B2 (ja) | 2004-02-03 |
Family
ID=18880599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001013805A Expired - Fee Related JP3494148B2 (ja) | 2001-01-22 | 2001-01-22 | フォーカス検出装置及びレーザ検査加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3494148B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI428654B (zh) * | 2010-11-23 | 2014-03-01 | Ind Tech Res Inst | 自動聚焦模組與其方法 |
| CN113698093B (zh) * | 2021-07-29 | 2023-03-10 | 杭州富通通信技术股份有限公司 | 光纤的加工工艺 |
-
2001
- 2001-01-22 JP JP2001013805A patent/JP3494148B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002214519A (ja) | 2002-07-31 |
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