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KR101385013B1 - Observation optical system and laser processing device - Google Patents

Observation optical system and laser processing device Download PDF

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Publication number
KR101385013B1
KR101385013B1 KR1020127024584A KR20127024584A KR101385013B1 KR 101385013 B1 KR101385013 B1 KR 101385013B1 KR 1020127024584 A KR1020127024584 A KR 1020127024584A KR 20127024584 A KR20127024584 A KR 20127024584A KR 101385013 B1 KR101385013 B1 KR 101385013B1
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KR
South Korea
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light
objective lens
illumination light
lens
illumination
Prior art date
Application number
KR1020127024584A
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Korean (ko)
Other versions
KR20120135264A (en
Inventor
츠요시 나가노
Original Assignee
오므론 가부시키가이샤
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Filing date
Publication date
Application filed by 오므론 가부시키가이샤 filed Critical 오므론 가부시키가이샤
Publication of KR20120135264A publication Critical patent/KR20120135264A/en
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Abstract

대상물의 위치 결정용의 마크와 농담 패턴의 양방을 양호하게 관찰한다. 조명 장치(117)의 광원으로부터 발해진 조명광은 집광 렌즈(118)를 투과하고, 하프 미러(120)에 의해 반사되며, 다이크로익 미러(115)를 투과하고, 대물렌즈(116)의 동공에서 결상된 후, 대물렌즈(116)를 통하여 태양 전지 패널(102)에 조사된다. 태양 전지 패널(102)로부터의 반사광은 대물렌즈(116), 다이크로익 미러(115), 하프 미러(120)를 투과하고, 결상 렌즈(121)에 의해 결상된다. 차광체(119)는 조명광의 파장을 λ라 하고 태양 전지 패널(102)의 얼라인먼트 마크의 선폭을 w라고 할 경우, 대물 렌즈(116)의 대략 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 조명광을 차단한다. 본 발명은, 예를 들면, 레이저 가공 장치에 적용할 수 있다.Both the mark for positioning the object and the shade pattern are observed well. Illumination light emitted from the light source of the illumination device 117 passes through the condenser lens 118, is reflected by the half mirror 120, passes through the dichroic mirror 115, and at the pupil of the objective lens 116. After the imaging, the solar panel 102 is irradiated through the objective lens 116. The reflected light from the solar panel 102 passes through the objective lens 116, the dichroic mirror 115, and the half mirror 120, and is formed by the imaging lens 121. When the light shield 119 has a wavelength of the illumination light and λ and a line width of the alignment mark of the solar panel 102 is w, the illumination light is incident within the range of the numerical aperture of less than approximately 2λ / w of the objective lens 116. To block. The present invention can be applied to, for example, a laser processing apparatus.

Description

관찰 광학계 및 레이저 가공 장치{OBSERVATION OPTICAL SYSTEM AND LASER PROCESSING DEVICE}Observation optical system and laser processing device {OBSERVATION OPTICAL SYSTEM AND LASER PROCESSING DEVICE}

본 발명은 관찰 광학계 및 레이저 가공 장치에 관한 것으로서, 특히 대상물의 위치 결정용의 마크와 농담(濃淡) 패턴을 양호하게 관찰할 수 있도록 한 관찰 광학계 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an observation optical system and a laser processing apparatus, and more particularly, to an observation optical system and a laser processing apparatus capable of observing marks and shade patterns for positioning an object satisfactorily.

종래에는, 기판 등의 대상물에 형성되어 있는 위치 결정용의 얼라인먼트(alignment) 마크의 관찰에 이용하는 관찰 광학계로서, 명시야(bright-field) 광학계가 이용되고 있다. 그러나, 종래의 명시야 광학계에 있어서, 대상물로부터의 반사광에 포함되는 얼라인먼트 마크의 신호광이 그 외의 잡음광에 비해 작아, 낮은 콘트라스트로밖에 얼라인먼트 마크를 관찰할 수 없는 경우가 있었다.Conventionally, a bright-field optical system is used as an observation optical system used for observing alignment marks for positioning formed on an object such as a substrate. However, in the conventional bright field optical system, the signal light of the alignment mark included in the reflected light from the object is smaller than the other noise light, so that the alignment mark can only be observed with low contrast.

따라서, 높은 콘트라스트로 얼라인먼트 마크를 관찰할 수 있는 암시야(dark field) 광학계가 이용되는 경우가 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).Therefore, the dark field optical system which can observe an alignment mark with high contrast may be used (for example, refer patent document 1).

선행기술문헌Prior art literature

특허 문헌 1:일본 특허 공개 공보 평8-306609호Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-306609

그러나, 종래의 암시야 광학계에서는, 예를 들면 매끄러운 평면 등의 대상물의 산란광이 발생하지 않는 영역(이하, 비산란 영역이라고 함)이 캄캄해져, 그 영역의 농담 패턴을 관찰할 수 없다. 이 때문에, 비산란 영역의 농담 패턴을 관찰하기 위해서는 사용하는 광학계를 암시야 광학계로부터 명시야 광학계로 전환해야 했다.However, in the conventional dark field optical system, a region (hereinafter, referred to as a non-scattered region) in which scattered light of an object, such as a smooth plane, does not occur, is darkened, and a light pattern of the region cannot be observed. For this reason, in order to observe the light-dark pattern of a non-scattering area | region, it was necessary to switch the optical system to be used from the dark field optical system to the bright field optical system.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 대상물의 얼라인먼트 마크와 농담 패턴의 양방을 양호하게 관찰할 수 있도록 하는 것이다.This invention is made | formed in view of such a situation, and the objective of this invention is to make it possible to observe both the alignment mark of a target and a light and shade pattern favorably.

본 발명의 제1 측면에 따른 관찰 광학계는, 대상물의 위치 결정용의 마크를 관찰하기 위한 관찰 광학계에 있어서, 대물렌즈, 광원으로부터 발해지는 조명광을 상기 대물렌즈의 동공에서 결상시키는 집광 렌즈, 상기 대물렌즈를 통하여 상기 조명광이 조사된 상기 대상물로부터의 반사광으로서 상기 대물렌즈를 투과한 후의 반사광을 결상하는 결상 렌즈, 상기 집광 렌즈와 상기 대물렌즈의 사이 및 상기 대물렌즈와 상기 결상 렌즈의 사이에서 상기 조명광과 상기 반사광의 광로를 분기하는 분기 수단, 그리고 상기 조명광의 파장을 λ라 하고 상기 위치 결정용의 마크의 가장 좁은 부분의 폭을 w라고 할 경우, 상기 집광 렌즈와 상기 분기 수단의 사이에 설치되어 상기 대물렌즈의 대략 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 상기 조명광을 차단하는 차광 수단, 및 상기 분기 수단과 상기 대물렌즈 사이에 설치되어, 상기 대물렌즈의 대략 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 상기 반사광을 차단하는 차광 수단 중에서 적어도 일방을 구비한다.The observation optical system according to the first aspect of the present invention is an observation optical system for observing a mark for positioning an object, wherein the condensing lens forms an illumination light emitted from an objective lens and a light source in the pupil of the objective lens, the objective An imaging lens that forms reflected light after passing through the objective lens as reflected light from the object to which the illumination light is irradiated through the lens, the illumination light between the condenser lens and the objective lens, and between the objective lens and the imaging lens And a branching means for branching the optical path of the reflected light and a wavelength of the illumination light as λ and a width of the narrowest portion of the mark for positioning, w is provided between the condensing lens and the branching means. A difference for blocking the illumination light incident within a range of a numerical aperture of less than approximately 2λ / w of the objective lens Means, and is provided between said branch means and the objective lens, at least comprising a one-way from the light-blocking means for blocking the reflected light that enters the range of the numerical aperture of less than about 2λ / w of the objective lens.

본 발명의 제1 측면에 따른 관찰 광학계에 있어서, 조명광이 대물렌즈의 동공에서 결상되고, 상기 대물렌즈를 통하여 대상물에 조사되며, 상기 대상물로부터의 반사광이 상기 대물렌즈를 투과하여 결상 렌즈에 의해 결상된다. 또한, 상기 대물렌즈의 대략 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 조명광 또는 반사광이 차단된다.In the observation optical system according to the first aspect of the present invention, illumination light is formed in the pupil of the objective lens, irradiated to the object through the objective lens, and reflected light from the object passes through the objective lens and is formed by the imaging lens. do. Further, illumination light or reflected light incident within a range of a numerical aperture of less than approximately 2λ / w of the objective lens is blocked.

따라서, 대상물의 위치 결정용의 마크와 농담 패턴의 양방을 양호하게 관찰할 수 있다. 또한, 대상물의 위치 결정 정밀도가 향상되며, 위치 결정 시간이 단축된다.Therefore, both the mark for positioning the object and the light and shade pattern can be observed satisfactorily. In addition, the positioning accuracy of the object is improved, and the positioning time is shortened.

상기 광원은, 예를 들면, LED에 의해 구성된다. 상기 분기 수단은, 예를 들면, 하프 미러에 의해 구성된다. 상기 차광 수단은, 예를 들면, 금속판으로 이루어진 차광체 또는 글라스판에 차광막을 성막한 차광체에 의해 구성된다.The said light source is comprised by LED, for example. The said branching means is comprised by a half mirror, for example. The said light shielding means is comprised by the light shielding body which formed the light shielding film into the light shielding body or glass plate which consists of metal plates, for example.

상기 차광 수단은 상기 조명광의 단면과 대략 동일한 형상의 차광 영역을 갖도록 할 수 있다.The light blocking means may have a light blocking area having a shape substantially the same as that of the cross section of the illumination light.

이에 따라, 대상물에 조사하는 조명광의 불균일을 없앨 수 있다.Thereby, the nonuniformity of the illumination light irradiated to an object can be eliminated.

상기 조명광은 단색광으로 할 수 있다.The illumination light can be monochromatic light.

이에 따라, 위치 결정용의 마크를 보다 선명하게 관찰할 수 있다.Thereby, the mark for positioning can be observed more clearly.

본 발명의 제2 측면에 따른 레이저 가공 장치는, 대상물의 위치 결정용의 마크를 관찰하기 위한 관찰 광학계, 상기 대상물에 가공용의 레이저광을 조사하기 위한 가공 광학계를 구비하는 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 관찰 광학계는 조명광을 발하는 광원, 대물렌즈, 상기 조명광을 상기 대물렌즈의 동공에서 결상시키는 집광 렌즈, 상기 대물렌즈를 통하여 상기 조명광이 조사된 상기 대상물로부터의 반사광으로서 상기 대물렌즈를 투과한 후의 반사광을 결상하는 결상 렌즈, 상기 집광 렌즈와 상기 대물렌즈 사이 및 상기 대물렌즈와 상기 결상 렌즈 사이에서 상기 조명광과 상기 반사광의 광로를 분기하는 분기 수단, 그리고 상기 조명광의 파장을 λ라 하고 상기 위치 결정용의 마크의 가장 좁은 부분의 폭을 w라고 할 경우, 상기 집광 렌즈와 상기 분기 수단의 사이에 설치되어 상기 대물렌즈의 대략 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 상기 조명광을 차단하는 차광 수단, 및 상기 분기 수단과 상기 대물렌즈의 사이에 설치되어, 상기 대물렌즈의 대략 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 상기 반사광을 차단하는 차광 수단 중에서 적어도 일방을 구비한다.In the laser processing apparatus according to the second aspect of the present invention, the laser processing apparatus includes an observation optical system for observing a mark for positioning an object, and a processing optical system for irradiating a laser beam for processing to the object. The observation optical system includes a light source that emits illumination light, an objective lens, a condenser lens that forms the illumination light at the pupil of the objective lens, and reflected light after passing through the objective lens as reflected light from the object to which the illumination light is irradiated through the objective lens. An imaging lens for forming, a branching means for branching the illumination path between the condensing lens and the objective lens and between the objective lens and the imaging lens and the wavelength of the illumination light, and the wavelength of the illumination light is? When the width of the narrowest part of the mark is w, the condensing lens and the A light shielding means provided between the means and blocking the illumination light incident within a range of a numerical aperture of less than approximately 2λ / w of the objective lens, and between the branching means and the objective lens, At least one of the light shielding means which interrupts the said reflected light which injects in the range of numerical aperture of less than about 2 (lambda) / w is provided.

따라서, 대상물의 위치 결정용의 마크와 농담 패턴의 양방을 양호하게 관찰할 수 있다. 또한, 대상물의 위치 결정 정밀도가 향상되며, 위치 결정 시간이 단축된다. 그 결과, 레이저 가공의 가공 정밀도가 향상되며, 가공 시간이 단축된다.Therefore, both the mark for positioning the object and the light and shade pattern can be observed satisfactorily. In addition, the positioning accuracy of the object is improved, and the positioning time is shortened. As a result, the machining precision of laser processing is improved and the machining time is shortened.

상기 광원은, 예를 들면, LED에 의해 구성된다. 상기 분기 수단은, 예를 들면, 하프 미러에 의해 구성된다. 상기 차광 수단은, 예를 들면, 금속판으로 이루어지는 차광체 또는 글라스판에 차광막을 성막한 차광체에 의해 구성된다.The said light source is comprised by LED, for example. The said branching means is comprised by a half mirror, for example. The said light shielding means is comprised by the light shielding body which formed the light shielding film into the light shielding body or glass plate which consists of metal plates, for example.

상기 레이저광은 상기 대물렌즈를 통하여 상기 대상물에 조사되도록 할 수 있다.The laser light may be irradiated to the object through the objective lens.

이에 따라, 관찰 광학계와 가공 광학계의 대물렌즈를 공통화 할 수 있고, 부품 가짓수를 삭감할 수 있다.Thereby, the objective lens of an observation optical system and a processing optical system can be made common, and the number of component parts can be reduced.

본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면에 따르면, 관찰하는 대상이 되는 대상물의 위치 결정용의 마크와 농담 패턴의 양방을 양호하게 관찰할 수 있다.According to the 1st side or 2nd side of this invention, both the mark for positioning of the target object to be observed, and the light and shade pattern can be observed favorably.

도 1은 본 발명을 적용한 레이저 가공 장치의 일 실시 형태를 도시한 블록도이다.
도 2는 차광체의 제1 예를 도시한 도면이다.
도 3은 차광체의 제2 예를 도시한 도면이다.
도 4는 차광체의 제3 예를 도시한 도면이다.
도 5는 차광체의 제4 예를 도시한 도면이다.
도 6은 얼라인먼트 마크의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 얼라인먼트 마크를 관찰 가능하게 하는 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 대물렌즈의 광학 전달 함수(OTF) 특성의 예를 나타낸 그래프이다.
도 9는 대물렌즈의 중앙 영역을 제외한 광학 전달 함수(OTF) 특성의 예를 나타낸 그래프이다.
도 10은 레이저 가공 장치의 작용 효과에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 레이저 가공 장치의 작용 효과에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 레이저 가공 장치의 작용 효과에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 레이저 가공 장치의 작용 효과에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 레이저 가공 장치의 작용 효과에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 조명광의 단면의 예를 도시한 도면이다.
도 16은 집광 렌즈를 투과한 후의 조명광의 단면의 예를 도시한 도면이다.
도 17은 원형의 차광 영역을 가지는 차광체를 통과한 후의 조명광의 단면의 예를 도시한 도면이다.
도 18은 직사각형의 차광 영역을 가지는 차광체를 통과한 후의 조명광의 단면의 예를 도시한 도면이다.
도 19는 차광체의 제5 예를 도시한 도면이다.
도 20은 차광체의 제6 예를 도시한 도면이다.
1 is a block diagram showing an embodiment of a laser processing apparatus to which the present invention is applied.
2 is a diagram illustrating a first example of a light shielding body.
3 is a diagram illustrating a second example of a light shield.
4 is a diagram illustrating a third example of the light shielding body.
5 is a diagram illustrating a fourth example of the light shielding body.
6 is a diagram illustrating an example of an alignment mark.
It is a figure for demonstrating the conditions which make an alignment mark observable.
8 is a graph showing an example of an optical transfer function (OTF) characteristic of an objective lens.
9 is a graph showing an example of an optical transfer function (OTF) characteristic except for the center region of the objective lens.
It is a figure for demonstrating the effect of a laser processing apparatus.
It is a figure for demonstrating the effect of a laser processing apparatus.
It is a figure for demonstrating the effect of a laser processing apparatus.
It is a figure for demonstrating the effect of a laser processing apparatus.
It is a figure for demonstrating the effect of a laser processing apparatus.
15 is a diagram illustrating an example of a cross section of illumination light.
16 is a diagram illustrating an example of a cross section of illumination light after passing through a condenser lens.
It is a figure which shows the example of the cross section of illumination light after passing through the light shielding body which has a circular light shielding area | region.
18 is a diagram illustrating an example of a cross section of illumination light after passing through a light shielding body having a rectangular light shielding region.
19 is a diagram illustrating a fifth example of the light shielding body.
20 is a diagram illustrating a sixth example of the light shielding body.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시 형태라고 함)에 대하여 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form (henceforth an embodiment) for implementing this invention is demonstrated. The description will be made in the following order.

1. 실시 형태1. Embodiment

2. 변형예
2. Modification

1. 실시 형태1. Embodiment

레이저 가공 장치의 구성예Configuration example of the laser processing device

도 1은 본 발명을 적용한 레이저 가공 장치(101)의 광학계의 일 실시 형태를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing an embodiment of an optical system of the laser processing apparatus 101 to which the present invention is applied.

레이저 가공 장치(101)는 기판 등의 가공 대상물의 레이저 가공을 행하는 장치이다. 또한, 이하, 가공 대상물의 일례로서 태양 전지 패널(102)을 들어 설명한다.The laser processing apparatus 101 is an apparatus which performs the laser processing of objects of processing, such as a board | substrate. In addition, below, the solar cell panel 102 is mentioned and demonstrated as an example of a process object.

레이저 가공 장치(101)의 광학계는, 레이저 발진기(111), 빔 익스팬더(beam expanders, 112), 슬릿(113), 결상 렌즈(114), 다이크로익 미러(dichroic mirror)(115), 대물렌즈(116), 조명 장치(117), 집광 렌즈(118), 차광체(119), 하프 미러(120), 결상 렌즈(121) 및 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(122)를 포함하도록 구성된다. 그 중에서, 레이저 발진기(111), 빔 익스팬더(112), 슬릿(113), 결상 렌즈(114), 다이크로익 미러(115) 및 대물렌즈(116)에 의해, 태양 전지 패널(102)에 가공용의 레이저광을 조사하기 위한 가공 광학계가 구성된다. 또한, 대물렌즈(116), 조명 장치(117), 집광 렌즈(118), 차광체(119), 하프 미러(120), 결상 렌즈(121) 및 CCD 카메라(122)에 의해, 태양 전지 패널(102)을 관찰하기 위한 관찰 광학계가 구성된다.The optical system of the laser processing apparatus 101 includes a laser oscillator 111, beam expanders 112, slits 113, an imaging lens 114, a dichroic mirror 115, an objective lens. 116, an illumination device 117, a condenser lens 118, a light shield 119, a half mirror 120, an imaging lens 121, and a charge coupled device (CCD) camera 122. Among them, the laser oscillator 111, the beam expander 112, the slit 113, the imaging lens 114, the dichroic mirror 115, and the objective lens 116 are used for processing the solar panel 102. A processing optical system for irradiating the laser light is configured. In addition, the solar panel (B) by the objective lens 116, the lighting device 117, the condenser lens 118, the light shield 119, the half mirror 120, the imaging lens 121, and the CCD camera 122. An observation optical system for observing 102 is configured.

먼저, 가공 광학계의 작용에 대하여 설명한다.First, the operation of the processing optical system will be described.

레이저 발진기(111)로부터 사출된 레이저광은 빔 익스팬더(112)에 의해 빔 직경이 넓어지고 또한 콜리메이트(collimated)되어 슬릿(113)을 통과함으로써, 빔 직경이 소정의 크기로 제한된다. 슬릿(113)을 통과한 레이저광은 결상 렌즈(114)에 의해 콜리메이트되고, 다이크로익 미러(115)에 의해 대물 렌즈(116)의 방향으로 반사되며, 대물 렌즈(116)에 의해 태양 전지 패널(102)의 가공면에서 집광된다. 또한, 레이저광은 갈바노미터 미러 등의 주사 수단(도시하지 않음)에 의해 태양 전지 패널(102)의 가공면 상에 주사된다. 그리고, 상기 레이저광에 의해 태양 전지 패널(102)의 가공면이 가공된다.The laser beam emitted from the laser oscillator 111 is widened and collimated by the beam expander 112 and collimated to pass through the slit 113, whereby the beam diameter is limited to a predetermined size. The laser light passing through the slit 113 is collimated by the imaging lens 114, reflected by the dichroic mirror 115 in the direction of the objective lens 116, and by the objective lens 116. The light is collected at the processed surface of the panel 102. In addition, laser light is scanned on the processed surface of the solar cell panel 102 by scanning means (not shown), such as a galvanometer mirror. And the process surface of the solar cell panel 102 is processed by the said laser beam.

이어서, 관찰 광학계의 작용에 대하여 설명한다.Next, the operation of the observation optical system will be described.

조명 장치(117)는, 예를 들면, 소정의 파장(예를 들면, 0.6m)의 단색의 LED(Light Emitting Diode)로 이루어지는 원형의 광원을 구비하고 있다. 또한, 본 발명의 광원은 면광원이라고 생각할 수 있다. 그리고, 조명 장치(117)의 광원으로부터 사출된 단면이 원형인 조명광은 집광 렌즈(118)에 의해 집광 되고, 하프 미러(120)에 의해 대물렌즈(116)의 방향으로 반사되어 대물렌즈(116)의 동공에서 결상된다. 대물렌즈(116)의 동공에서 결상된 조명광은 대물렌즈(116)에 의해 퓨리에 변환(Fourier transform)되어 태양 전지 패널(102)에 조사된다.The lighting apparatus 117 is provided with the circular light source which consists of a monochromatic LED (Light Emitting Diode) of a predetermined | prescribed wavelength (for example, 0.6 m), for example. In addition, the light source of this invention can be considered as a surface light source. In addition, the illumination light having a circular cross section emitted from the light source of the illumination device 117 is collected by the condenser lens 118, and is reflected by the half mirror 120 in the direction of the objective lens 116 to provide the objective lens 116. Is formed in the pupil. Illumination light formed in the pupil of the objective lens 116 is Fourier transformed by the objective lens 116 and irradiated to the solar panel 102.

태양 전지 패널(102)에서 반사된 광(이하, 반사광이라고 함)은 대물렌즈(116), 다이크로익 미러(115), 하프 미러(120) 및 결상 렌즈(121)를 투과하여 CCD 카메라(122)에 입사된다. 이 때, 상기 반사광은 대물렌즈(116)를 투과한 후, 결상 렌즈(121)에 의해 CCD 카메라(122)의 CCD 이미지 센서(도시되지 않음)의 수광면 상에서 결상되어, 상기 반사광에 의한 상이 CCD 카메라(122)에 의해 촬상된다.The light reflected from the solar panel 102 (hereinafter referred to as “reflected light”) passes through the objective lens 116, the dichroic mirror 115, the half mirror 120, and the imaging lens 121 to transmit the CCD camera 122. ) Is incident. At this time, the reflected light is transmitted through the objective lens 116, and then formed on the light receiving surface of the CCD image sensor (not shown) of the CCD camera 122 by the imaging lens 121, the image by the reflected light is CCD It is picked up by the camera 122.

또한, 집광 렌즈(118)와 대물렌즈(116)의 사이에 집광 렌즈(118)의 하프 미러(120)측의 근방에 차광체(119)가 설치되어 있다. 차광체(119)는, 예를 들면, 스테인레스강 등의 금속판을 가공한 것이며, 집광 렌즈(118)를 투과하는 조명광 중에서 집광 렌즈(118)의 광축 근방의 광을 차단한다.
A light shielding body 119 is provided between the condenser lens 118 and the objective lens 116 in the vicinity of the half mirror 120 side of the condenser lens 118. The light shielding body 119 processes the metal plate, such as stainless steel, for example, and interrupts the light of the vicinity of the optical axis of the light condensing lens 118 among the illumination light which permeate | transmits the light condensing lens 118.

차광체의 구성예Structure example of light shield

여기서, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 레이저 가공 장치(101)에 이용되는 차광체의 구성예에 대하여 설명한다. 또한, 도 2 내지 도 5에 있어서는, 입사하는 조명광을 차단하는 차광 영역을 그물 형상으로 나타내고 있다.Here, with reference to FIGS. 2-5, the structural example of the light shielding body used for the laser processing apparatus 101 is demonstrated. In addition, in FIG. 2-5, the light shielding area which interrupts the incident illumination light is shown by the net shape.

도 2의 차광체(151)에는, 원형의 차광 영역(151A)이 중앙에 설치되어 있다. 또한, 차광 영역(151A)을 지지하기 위하여, 차광 영역(151A)과 링 형상의 외주부(151B)가 직선 형상의 접속부(151C 내지 151F)를 개재하여 접속되어 있다. 상기 차광체(151)의 중심을 집광 렌즈(118)의 광축과 일치하도록 배치함으로써, 집광 렌즈(118)를 투과하는 조명광 중에서 집광 렌즈(118)의 광축 근방의 원형의 차광 영역(151A)에 입사하는 광이 차단된다.In the light shielding body 151 of FIG. 2, a circular light shielding region 151A is provided at the center. Moreover, in order to support the light shielding area 151A, the light shielding area 151A and the ring-shaped outer peripheral part 151B are connected through linear connection parts 151C-151F. By arranging the center of the light blocking body 151 to coincide with the optical axis of the condensing lens 118, the light blocking body 151 is incident on the circular light blocking region 151A near the optical axis of the condensing lens 118 among the illumination light passing through the condensing lens 118. Light is blocked.

도 3의 차광체(152)에는 복수의 동일한 크기의 원형의 개구부가 중앙의 대략 원형의 차광 영역(152A)을 둘러싸도록 링 형상으로 등간격으로 배열되어 있다. 이 차광체(152)의 중심을 집광 렌즈(118)의 광축과 일치하도록 배치함으로써, 집광 렌즈(118)를 투과하는 조명광 중에서 집광 렌즈(118)의 광축 근방의 대략 원형의 차광 영역(152A)에 입사하는 광이 차단된다.In the light shielding body 152 of FIG. 3, a plurality of circular openings of the same size are arranged at equal intervals in a ring shape so as to surround a substantially circular light shielding area 152A in the center. By arranging the center of the light shielding body 152 so as to coincide with the optical axis of the light converging lens 118, the light shielding region 152A of the substantially circular shape near the optical axis of the light condensing lens 118 among the illumination light passing through the light condensing lens 118 is provided. The incident light is blocked.

또한, 도 2의 차광체(151)에서는, 접속부(151C 내지 151F)에 입사하는 광이 차단되기 때문에, 차광체(151)를 통과하는 광의 밝기에 광축으로부터의 방향에 따른 편차가 발생하지만, 차광체(152)를 통과하는 광은 그러한 밝기의 편차가 발생하지 않고 거의 균등한 밝기가 된다.In addition, in the light shielding body 151 of FIG. 2, since the light incident on the connecting portions 151C to 151F is blocked, a deviation depending on the direction from the optical axis occurs in the brightness of the light passing through the light shielding body 151. The light passing through the housing 152 is almost uniform in brightness without such variation in brightness.

도 4의 차광체(153) 및 도 5의 차광체(154)는 도 3의 차광체(152)의 변형예이다. 도 4의 차광체(153)에는 복수의 동일한 크기의 원형의 개구부가 중앙의 대략 원형의 차광 영역(153A)을 둘러싸도록 이중으로 링 형상으로 등간격으로 배열되어 있다. 도 5의 차광체(154)에는 복수의 원형의 개구부가 중앙의 대략 원형의 차광 영역(154A)을 둘러싸도록 이중으로 링 형상으로 등간격으로 배열되며, 외측의 개구부가 내측의 개구부보다 커져 있다. 이와 같이, 원형의 개구부의 크기나 배열을 조정함으로써, 중앙의 차광 영역의 크기 등을 조정하는 것이 가능하다.
The light shield 153 of FIG. 4 and the light shield 154 of FIG. 5 are modified examples of the light shield 152 of FIG. 3. In the light shielding body 153 of FIG. 4, a plurality of circular openings having the same size are arranged at equal intervals in a ring shape so as to surround the central substantially circular light shielding area 153A. In the light shielding body 154 of FIG. 5, a plurality of circular openings are arranged at equal intervals in a ring shape so as to surround the central substantially circular light shielding area 154A, and the outer opening is larger than the inner opening. In this way, by adjusting the size and arrangement of the circular openings, it is possible to adjust the size and the like of the central light shielding region.

차광체(119)의 차광 범위Light shielding range of the light shield 119

이어서, 도 6 내지 도 9를 참조하여 차광체(119)의 차광 범위에 대하여 검토한다.Next, with reference to FIGS. 6-9, the light shielding range of the light shielding body 119 is examined.

도 6은 태양 전지 패널(102)에 위치 결정용의 마크로서 형성되어 있는 얼라인먼트 마크(201)의 예를 도시하고 있다. 얼라인먼트 마크(201)는 폭(w)(예를 들면, 20㎛), 길이(I)(예를 들면, 120㎛), 두께(t)(예를 들면, 2㎛)의 선분을 십자로 교차시킨 형상을 가지고 있다. 얼라인먼트 마크(201)는, 예를 들면, 알루미늄 박막을 태양 전지 패널(102)의 글라스 기판에 증착 시키거나, 혹은 태양 전지 패널(102)의 제조 공정에서 적층된 박막을 일부 제거하거나 함으로써 형성된다. 또한 이하에서는, 주로 증착에 의해 얼라인먼트 마크(201)를 형성한 경우에 대하여 설명한다.FIG. 6 shows an example of an alignment mark 201 formed in the solar cell panel 102 as a mark for positioning. The alignment mark 201 crosses a line segment of width w (for example, 20 µm), length I (for example, 120 µm), and thickness t (for example, 2 µm) crosswise. It has a shape. The alignment mark 201 is formed by, for example, depositing an aluminum thin film on a glass substrate of the solar cell panel 102 or by removing a part of the thin film laminated in the manufacturing process of the solar cell panel 102. In addition, below, the case where the alignment mark 201 is formed mainly by vapor deposition is demonstrated.

상기 선폭(w)의 얼라인먼트 마크(201)를 관찰하기 위해서는, 섀넌(Shannon)의 정보화 정리에 따라, 레이저 가공 장치(101)의 관찰 광학계가 피치(p) ≤ w/2의 요철 패턴을 관찰할 수 있는 능력을 가질 필요가 있다. 이러한 조건에 대하여 도 7을 참조하여 간단히 설명한다.In order to observe the alignment mark 201 of the line width w, according to Shannon's informational theorem, the observation optical system of the laser processing apparatus 101 may observe the uneven pattern of pitch p ≤ w / 2. You need to have the ability to do it. Such a condition will be briefly described with reference to FIG. 7.

도 7의 회절격자(211)의 피치(p) = w/2, 회절격자(211)의 1차 회절광의 회절각을 α로 하고, 조명광의 파장을 λ로 하면 다음 식이 성립된다.When the pitch p of the diffraction grating 211 of FIG. 7 = w / 2 and the diffraction angle of the primary diffraction light of the diffraction grating 211 are α and the wavelength of the illumination light is λ, the following equation is established.

[식][expression]

sinα= λ/p = 2λ/wsinα = λ / p = 2λ / w

따라서, 대물렌즈(116)의 공기 중의 개구수(NA)를 sinβ로 하면, sinβ≥ sinα = 2λ/w로 함으로써, 피치(p) = w/2의 요철 패턴을 관찰하는 것이 가능해진다. 또한, 각도(β)는 대물렌즈(116)의 최대 시야각(visual angle)이다.Therefore, when the numerical aperture NA in the air of the objective lens 116 is sin beta, sin beta ≧ sin alpha = 2λ / w makes it possible to observe an uneven pattern of pitch p = w / 2. Also, the angle β is the maximum visual angle of the objective lens 116.

또한, 상기 식으로부터, 회절격자(211)의 1차 회절각(α)은, 피치(p)가 작아질수록 커지고, 피치(p)가 커질수록 작아진다. 따라서, 태양 전지 패널(102)의 표면의 미세한(공간 주파수가 높은) 요철 패턴의 정보를 포함한 광은 대물렌즈(116)의 주변 영역, 즉 태양 전지 패널(102)에서 봤을 때 광축에 대한 각도(시야각)가 큰 영역을 통과한다. 한편, 태양 전지 패널(102)의 표면이 거친(공간 주파수가 낮은) 요철 패턴의 정보는, 대물렌즈(116)의 중앙 영역, 즉 시야각이 작은 영역을 통과한다.From the above equation, the first diffraction angle α of the diffraction grating 211 becomes larger as the pitch p becomes smaller, and becomes smaller as the pitch p becomes larger. Therefore, the light including the information of the fine (high spatial frequency) uneven pattern of the surface of the solar panel 102 is the peripheral region of the objective lens 116, that is, the angle with respect to the optical axis when viewed from the solar panel 102 ( Viewing angle) passes through a large area. On the other hand, the information of the roughness (low spatial frequency) surface of the solar panel 102 passes through the center region of the objective lens 116, that is, the region having a small viewing angle.

도 8은 대물렌즈(116)의 광학 전달 함수(Optical Transfer Function; OTF)의 예를 나타낸 그래프이다. 가로축은 공간 주파수(단위는 cycle/㎜)를 나타내고, 세로축은 광학 전달 함수(OTF)를 나타낸다. 또한, 곡선(221)은 대물렌즈(116) 전체의 광학 전달 함수(OTF) 곡선을 나타내고, 곡선(222)은 시야각(θ)<α가 되는 대물렌즈(116)의 중앙 영역(이하, 중앙 영역(α)이라고 함), 즉, 대물렌즈(116)의 sinα(=2λ/w) 미만의 개구수의 범위 내의 영역에 대한 광학 전달 함수(OTF) 곡선을 나타내고 있다. 광학 전달 함수(OTF) 곡선(222)은, 광학 전달 함수(OTF) 곡선(221)과 비교하여 공간 주파수의 대역이 좁아지고, 구체적으로는 0에서 1/p(=2/w)까지의 범위가 된다.8 is a graph illustrating an example of an optical transfer function (OTF) of the objective lens 116. The horizontal axis represents spatial frequency (unit: cycle / mm) and the vertical axis represents optical transfer function (OTF). Further, the curve 221 represents an optical transfer function (OTF) curve of the entire objective lens 116, and the curve 222 represents a central region (hereinafter, referred to as a central region) of the objective lens 116 such that the viewing angle θ <α. (O), that is, the optical transfer function (OTF) curve for the region within the range of the numerical aperture less than sin α (= 2λ / w) of the objective lens 116 is shown. The optical transfer function (OTF) curve 222 has a narrower frequency band than the optical transfer function (OTF) curve 221, and specifically, ranges from 0 to 1 / p (= 2 / w). Becomes

또한, 대물렌즈(116)의 중앙 영역(α)을 차광한 경우의 광학 전달 함수(OTF) 곡선, 즉 시야각(θ)≥α이 되는 대물렌즈(116)의 주변 영역의 광학 전달 함수(OTF) 곡선은 곡선(221)에서 곡선(222)을 감산함으로써 구해지며, 구체적으로는, 도 9에 나타낸 곡선(231)이 된다. 이러한 광학 전달 함수(OTF) 곡선(231)은 공간 주파수가 1/p(=2/w)에서 피크가 되는 특성을 가진다.Further, the optical transfer function (OTF) curve in the case where the central region α of the objective lens 116 is shielded from light, that is, the optical transfer function (OTF) of the peripheral region of the objective lens 116 such that the viewing angle θ≥α. The curve is obtained by subtracting the curve 222 from the curve 221, and specifically, the curve 231 shown in FIG. 9. This optical transfer function (OTF) curve 231 has the characteristic that the spatial frequency peaks at 1 / p (= 2 / w).

따라서, 대물렌즈(116)의 중앙 영역(α)을 차광함으로써, 공간 주파수가 2/w 미만의 요철 패턴을 감쇠시키고, 얼라인먼트 마크(201)의 선폭(w)과 동일한 피치의 요철 패턴을 강조하여 관찰할 수 있다. 그 결과, 선폭(w)의 얼라인먼트 마크(201)를 강조하여 관찰할 수 있다.Therefore, by shielding the central region α of the objective lens 116, the uneven pattern having a spatial frequency of less than 2 / w is attenuated, and the uneven pattern having the same pitch as the line width w of the alignment mark 201 is emphasized. Can be observed. As a result, the alignment mark 201 of the line width w can be emphasized and observed.

따라서, 레이저 가공 장치(101)에서는, 대물렌즈(116)의 중앙 영역(α)에 조명광이 입사하지 않도록 차광체(119)에 의해 조명광의 일부를 차단한다. 즉, 집광 렌즈(118)를 투과한 조명광은 광축 근방의 범위가 차광체(119)에 의해 차단되고, 대물렌즈(116)의 동공에서 결상된 후, 대물렌즈(116)의 중앙 영역(α)보다 외측의 영역에 입사하여 태양 전지 패널(102)을 조사한다. 따라서, 차광체(119)에 의해 조명광의 일부를 차단하지 않는 경우와 비교하여, 태양 전지 패널(102)의 관찰면(=가공면)의 요철 패턴 중에서, 공간 주파수가 2/w 미만의 저주파 성분이 약하게 여기되고, 공간 주파수가 2/w 이상의 고주파 성분이 거의 동일한 강도로 여기된다. 이에 따라, 대물렌즈(116)의 광학 전달 함수(OTF) 특성이 실질적으로 도 9에 나타낸 바와 거의 동일한 특성이 되고, 얼라인먼트 마크(201)를 강조하여 관찰하는 것이 가능해진다.
Therefore, in the laser processing apparatus 101, a part of illumination light is interrupted by the light shielding body 119 so that illumination light may not inject into the center area | region (alpha) of the objective lens 116. FIG. That is, the illumination light transmitted through the condenser lens 118 is blocked by the light blocking member 119 in the vicinity of the optical axis, and formed in the pupil of the objective lens 116, and then the center region α of the objective lens 116. The solar cell panel 102 is irradiated to the outer region. Therefore, compared with the case where a part of illumination light is not interrupted by the light shielding body 119, the low frequency component whose spatial frequency is less than 2 / w among the uneven | corrugated pattern of the observation surface (= processing surface) of the solar panel 102. This is weakly excited, and high frequency components with spatial frequencies of 2 / w or more are excited with almost the same intensity. As a result, the optical transfer function (OTF) characteristic of the objective lens 116 becomes substantially the same as that shown in FIG. 9, and the alignment mark 201 can be emphasized and observed.

레이저 가공 장치(101)의 작용 효과Effects of the laser processing apparatus 101

이하, 도 10 내지 도 14를 참조하여, 레이저 가공 장치(101)의 작용 효과에 대하여 더욱 상세히 설명한다.10-14, the effect of the laser processing apparatus 101 is demonstrated in more detail.

도 10에 도시한 바와 같이, 대물렌즈(116)로부터 사출된 조명광은, 태양 전지 패널(102)의 관찰면에서 거의 평행한 파면(wave surface)으로서 집광되고, 관찰면에서 반사된 반사광이 대물렌즈(116)로 되돌아간다.As shown in FIG. 10, the illumination light emitted from the objective lens 116 is collected as a wave surface substantially parallel to the observation surface of the solar panel 102, and the reflected light reflected from the observation surface is reflected in the objective lens. Return to (116).

도 11 및 도 12는 도 10의 점선으로 둘러싸인 집광점 부근의 범위(251)의 확대도이다. 또한, 도 11은 제작 도중의 태양 전지 패널(102)에 조명광이 입사하는 모습을 모식적으로 도시한 것이고, 도 12는 제작 도중의 태양 전지 패널(102)에서 조명광이 반사되는 모습을 모식적으로 도시한 것이다.11 and 12 are enlarged views of the range 251 near the condensing point surrounded by the dotted lines in FIG. 10. In addition, FIG. 11 is a diagram schematically showing a state in which illumination light is incident on the solar panel 102 during fabrication, and FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a state in which illumination light is reflected at the solar panel 102 during fabrication. It is shown.

도 11 및 도 12의 예에서, 태양 전지 패널(102)은 아래로부터 층(102A), 층(102B) 및 층(102C)의 3개 층에 의해 구성되고, 층(102B) 및 층(102C)에 의해 발전 영역이 형성된다. 층(102B)은 층(102C)보다 반사율이 높고, 층(102C)이 형성되어 있는 영역과 층(102C)이 형성되지 않고 층(102B)이 표면에 나타나 있는 영역에 의해 농담 패턴이 형성된다. 또한, 조명광의 파장(λ)은 층(102B)과 층(102C)의 사이의 단차(L1)(예를 들면, 0.3m)보다 큰 값으로 설정된다.In the example of FIGS. 11 and 12, solar panel 102 is comprised by three layers of layer 102A, layer 102B and layer 102C from below, and layer 102B and layer 102C. The power generation region is formed by this. The layer 102B has a higher reflectance than the layer 102C, and the shade pattern is formed by the region where the layer 102C is formed and the region where the layer 102C is not formed and the layer 102B appears on the surface. The wavelength? Of the illumination light is set to a value larger than the step L1 (for example, 0.3 m) between the layer 102B and the layer 102C.

또한, 도면 내의 오른쪽 단부의 층(102B) 및 층(102C)이 형성되어 있지 않은 영역에서, 층(102A)의 상면에 얼라인먼트 마크(201)가 형성되어 있다. 또한, 조명광의 파장(λ)은 얼라인먼트 마크(201)와 층(102A)의 사이의 단차(L2)(예를 들면, 2.0m)보다 작은 값으로 설정된다.Moreover, in the area | region where the layer 102B and the layer 102C of the right end part in the figure are not formed, the alignment mark 201 is formed in the upper surface of layer 102A. The wavelength? Of the illumination light is set to a value smaller than the step L2 (for example, 2.0 m) between the alignment mark 201 and the layer 102A.

태양 전지 패널(102)의 관찰면에 평행한 파면에서 입사한 조명광은 태양 전지 패널(102)의 관찰면에서 변조되어 반사광이 된다. 이러한 반사광 중에서 층(102B)과 층(102C)에 의해 형성되는 농담 패턴 상에서 반사되는 광에는 농담 정보가 중첩된다. 농담 정보가 중첩된 반사광은 단차(L1)가 파장(λ) 미만이므로, 도 12의 점선으로 둘러싸인 범위(261) 내에 나타낸 바와 같이 입사각에 대하여 반사각이 거의 변화하지 않고 진폭만이 변화한다. 또한 상기 도면에서는, 진폭의 변화를 선의 굵기로 나타내고 있다. 한편, 상기 반사광 중에서 얼라인먼트 마크(201) 부근에서 반사되는 광에는 농담 정보에 더하여 요철 정보가 중첩된다. 상기 요철 정보가 중첩된 반사광은 단차(L2)가 파장(λ)보다 크기 때문에, 도 12의 점선으로 둘러싸인 범위(262) 내에 나타낸 바와 같이 진폭이 변화되며, 입사각에 대하여 반사각이 변화한다.Illumination light incident on the wavefront parallel to the observation surface of the solar panel 102 is modulated on the observation surface of the solar panel 102 to become reflected light. Among the reflected lights, light information is superimposed on light reflected on the light pattern formed by the layer 102B and the layer 102C. Since the level difference L1 is less than the wavelength?, The reflected light having the light and shade information superimposed thereon changes only the amplitude of the incident angle with little change in the incident angle as shown in the range 261 surrounded by the dotted line in FIG. In addition, in the said figure, the change of amplitude is shown by the thickness of a line. On the other hand, in the reflected light, the light reflected near the alignment mark 201 overlaps the uneven information in addition to the shade information. Since the level difference L2 is larger than the wavelength λ, the reflected light having the uneven information overlaps in amplitude as shown in the range 262 surrounded by the dotted line in FIG. 12, and the reflection angle changes with respect to the incident angle.

이를 집광점 근방의 니어 필드로부터 대물렌즈(116) 근방의 파 필드로 되돌아가서 고려하여, 도 13에 도시한 바와 같이 조명광(A1)의 입사각을 θi, 반사광(B1)의 반사각을 θo로 하면, 태양 전지 패널(102)의 관찰면에서 농담 정보만이 중첩되고 요철 정보가 중첩되지 않을 경우, 입사각(θi) = 반사각(θo)이 된다. 한편, 태양 전지 패널(102)의 관찰면에서 요철 정보가 중첩될 경우, 입사각(θi)≠ 반사각(θo)이 된다.Taking this into consideration from the near field near the focusing point to the far field near the objective lens 116, as shown in Fig. 13, when the incident angle of the illumination light A1 is θi and the reflection angle of the reflected light B1 is θo, When only the shade information is superimposed on the observation surface of the solar panel 102 and the unevenness information does not overlap, the incident angle θ i = the reflection angle θ o. On the other hand, when the uneven information overlaps on the observation surface of the solar panel 102, the incident angle θ i ≠ the reflection angle θ o.

종래의 암시야 광학계에서는, 입사각(θi) = 반사각(θo)이 되는 농담 정보만이 중첩된 반사광은 대물렌즈의 외측을 빠져나가거나, 혹은 도중에 차단되어 관찰되지 않는다. 한편, 입사각(θi) ≠ 반사각(o)이 되는 요철 정보가 중첩된 반사광은 그 일부가 대물렌즈에 입사하고, 도중에 차단되지 않고 관찰된다. 따라서, 종래의 암시야 광학계를 이용하면, 높은 SNR로 태양 전지 패널(102)의 관찰면의 요철 패턴을 관찰할 수 있고, 당연히 얼라인먼트 마크(201)도 높은 SNR로 관찰할 수 있다. 한편, 태양 전지 패널(102)의 관찰면의 농담 패턴을 관찰할 수는 없다.In the conventional dark field optical system, the reflected light in which only the shaded information at which the incidence angle θi = the reflection angle θo is superimposed passes through the outside of the objective lens or is blocked in the middle and is not observed. On the other hand, a part of the reflected light in which the uneven information at which the incident angle θi ≠ the reflection angle o overlaps is incident on the objective lens and is observed without being blocked in the middle. Therefore, by using the conventional dark field optical system, the uneven pattern of the observation surface of the solar panel 102 can be observed at a high SNR, and the alignment mark 201 can be observed at a high SNR as a matter of course. On the other hand, the shade pattern of the observation surface of the solar cell panel 102 cannot be observed.

또한, 종래의 명시야 광학계에서는, 농담 정보만이 중첩된 반사광과 요철 정보가 중첩된 반사광도 그 일부가 대물렌즈에 입사되어 관찰된다. 따라서, 종래의 명시야 광학계를 이용하면, 태양 전지 패널(102)의 관찰면의 농담 패턴과 요철 패턴의 양방을 관찰할 수 있다. 반면에, 태양 전지 패널(102)의 관찰면의 요철 패턴의 SNR이 저하되고, 암시야 광학계와 비교하여 얼라인먼트 마크(201)를 높은 SNR로 관찰할 수 없다.In addition, in the conventional bright field optical system, a part of the reflected light in which only the shade information is superimposed and the reflected light in which the uneven information is superimposed is observed by being incident on the objective lens. Therefore, when the conventional bright field optical system is used, both the light and dark patterns of the observation surface of the solar panel 102 can be observed. On the other hand, the SNR of the concave-convex pattern of the observation surface of the solar cell panel 102 is lowered, and the alignment mark 201 cannot be observed at a high SNR as compared with the dark field optical system.

한편, 레이저 가공 장치(101)에서는, 반사각(o)이 입사각(i)과 상이한지의 여부에 상관없이, α ≤ θo ≤β의 범위 내이면 반사광이 대물렌즈(116)에 입사되어 관찰할 수 있다. 예를 들면, 도 14의 예에서, 입사광(A11)에 대하여 반사각(θo)이 동일한 반사광(B11) 및 반사각(o)이 상이한 반사광(B12)의 양방을 대물렌즈(116)에 입사되어 관찰할 수 있다. 따라서, 태양 전지 패널(102)의 관찰면의 농담 패턴과 요철 패턴의 양방을 관찰할 수 있다.On the other hand, in the laser processing apparatus 101, irrespective of whether or not the reflection angle o is different from the incident angle i, the reflected light is incident on the objective lens 116 and observed when it is within the range of? have. For example, in the example of FIG. 14, both of the reflected light B11 having the same reflected angle θo and the reflected light B12 having the different reflected angle o with respect to the incident light A11 are incident on the objective lens 116 and observed. Can be. Therefore, both the light and shade patterns of the observation surface of the solar cell panel 102 can be observed.

또한, 도 14의 반사각(θo) > β가 되는 반사광(B13)과 같은 광은 대물렌즈(116)에 입사되지 않기 때문에, 종래의 암시야 광학계 및 명시야 광학계와 마찬가지로 관찰할 수 없다.In addition, since light such as reflected light B13 in which the reflection angle θo> β in FIG. 14 is not incident on the objective lens 116, it cannot be observed similarly to the conventional darkfield optical system and brightfield optical system.

또한, 도 14 내의 사선으로 나타낸 중앙 영역(α)에 조명광이 입사하지 않기 때문에, 반사각(θo) ≤α가 되는 반사광이 실질적으로 감광된다. 따라서, 태양 전지 패널(102)의 관찰면의 요철 패턴 중에서 얼라인먼트 마크(201)의 선폭(w)에 대응하는 공간 주파수보다 낮은 성분을 감쇠할 수 있다. 따라서, 얼라인먼트 마크(201)를 높은 SNR로 강조하여 관찰할 수 있다.Further, since no illumination light is incident on the central region α indicated by the diagonal lines in FIG. 14, the reflected light having the reflection angle θo ≦ α is substantially reduced. Therefore, a component lower than the spatial frequency corresponding to the line width w of the alignment mark 201 can be attenuated among the uneven patterns of the observation surface of the solar cell panel 102. Therefore, the alignment mark 201 can be emphasized and observed with high SNR.

또한, 예를 들면, 태양 전지 패널(102)의 박막의 일부를 제거함으로써 얼라인먼트 마크(201)를 형성한 경우, 레이저 가공에 의한 농담 패턴이 얼라인먼트 마크(201) 내에 형성되는 경우가 있다. 레이저 가공 장치(101)에서는 이러한 얼라인먼트 마크(201) 내의 농담 패턴도 관찰할 수 있고, 그 결과 보다 선명하게 얼라인먼트 마크(201)를 관찰할 수 있다.For example, when the alignment mark 201 is formed by removing a part of the thin film of the solar cell panel 102, the shade pattern by laser processing may be formed in the alignment mark 201. In the laser processing apparatus 101, the shade pattern in the alignment mark 201 can also be observed, and as a result, the alignment mark 201 can be observed more clearly.

상술한 바와 같이, 레이저 가공 장치(101)에서는 태양 전지 패널(102)의 얼라인먼트 마크(201)와 농담 패턴의 양방을 양호하게 관찰할 수 있다. 또한, 얼라인먼트 마크(201)를 양호하게 관찰할 수 있음으로써, 태양 전지 패널(102)의 위치 결정 정밀도가 향상되며, 위치 결정에 필요한 시간을 단축할 수 있다. 그 결과, 태양 전지 패널(102)의 가공 정밀도가 향상되고 또한, 가공 시간을 단축하는 것이 가능해진다.
As mentioned above, in the laser processing apparatus 101, both the alignment mark 201 of the solar cell panel 102 and a shade pattern can be observed favorably. In addition, by observing the alignment mark 201 satisfactorily, the positioning accuracy of the solar cell panel 102 is improved, and the time required for positioning can be shortened. As a result, the processing accuracy of the solar cell panel 102 can be improved and the processing time can be shortened.

2. 변형예2. Variations

또한, 전술한 설명에서는, 집광 렌즈(118)와 하프 미러(120)의 사이에 차광체(119)를 설치하는 예를 나타냈지만, 하프 미러(120)와 대물렌즈(116)의 사이, 보다 엄밀하게는 하프 미러(120)와 다이크로익 미러(115)의 사이에, 대물렌즈(116)의 중앙 영역(α)에 입사하는 조명광을 차단하도록 차광체를 설치하도록 해도 좋다. 이에 따라, 대물렌즈(116)의 광학 전달 함수(OTF) 특성이 실질적으로 도 9에 나타낸 것과 거의 동일한 특성이 된다. 그 결과, 상술한 실시 형태와 마찬가지로, 태양 전지 패널(102)의 농담 패턴과 요철 패턴의 양방을 관찰할 수 있으며, 얼라인먼트 마크(201)를 강조하여 관찰할 수 있게 된다.In addition, in the above description, the example in which the light shielding body 119 is provided between the condenser lens 118 and the half mirror 120 has been shown, but more precisely between the half mirror 120 and the objective lens 116. For example, a light shield may be provided between the half mirror 120 and the dichroic mirror 115 so as to block the illumination light incident on the central region α of the objective lens 116. As a result, the optical transfer function (OTF) characteristic of the objective lens 116 becomes substantially the same as that shown in FIG. As a result, similarly to the above-described embodiment, both the light and dark patterns of the solar cell panel 102 can be observed, and the alignment mark 201 can be emphasized and observed.

또한, 이 경우, 중앙 영역(α)에 입사하는 조명광 뿐만 아니라, 태양 전지 패널(102)로부터의 반사광 중에서 대물렌즈(116)의 광축 부근을 통과하는 광도 차단할 수 있다. 따라서, 태양 전지 패널(102)의 관찰면의 요철 패턴 중에서 얼라인먼트 마크(201)의 선폭(w)에 대응하는 공간 주파수보다 낮은 성분을 보다 많이 차단할 수 있고, 얼라인먼트 마크(201)를 보다 강조하여 관찰하는 것이 가능해진다.In this case, not only the illumination light incident on the central region α, but also the light passing near the optical axis of the objective lens 116 among the reflected light from the solar cell panel 102 can be blocked. Therefore, more components lower than the spatial frequency corresponding to the line width w of the alignment mark 201 can be blocked among the uneven patterns of the observation surface of the solar cell panel 102, and the alignment mark 201 is emphasized and observed. It becomes possible.

또한, 상술한 설명에서는, 조명 장치(117)에 원형의 광원을 설치하는 예를 나타냈지만, 다른 형상의 광원을 설치하도록 해도 좋다. 예를 들면, 도 15에 도시한 바와 같이, 단면이 직사각형인 조명광을 발하는 광원을 설치하도록 해도 좋다. 다만, 이 경우에는 이하에 설명하는 바와 같이, 차광체의 차광 영역의 형상을 원형이 아니라 직사각형으로 하는 것이 바람직하다.In addition, although the example which provided the circular light source in the illuminating device 117 was shown in the above-mentioned description, you may make it install the light source of a different shape. For example, as shown in FIG. 15, you may provide the light source which emits illumination light of rectangular cross section. In this case, however, it is preferable that the shape of the light shielding area of the light shielding body be rectangular instead of circular, as described below.

도 16은 단면이 도 15에 도시한 형상의 조명광이 집광 렌즈(118)를 투과한 후의 단면의 형상의 예를 도시하고 있다. 집광 렌즈(118)를 투과한 후의 조명광의 단면은 조명 장치(117)에서의 조명광의 단면과 비교하여, 모서리가 약간 둥글게 되어 있다.FIG. 16 shows an example of the shape of the cross section after the illumination light having the cross section shown in FIG. 15 passes through the condensing lens 118. The cross section of the illumination light after passing through the condensing lens 118 has a slightly rounded corner compared with the cross section of the illumination light in the illumination device 117.

도 17은 도 16에 도시한 조명광을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 대략 원형의 차광 영역을 가지는 차광체를 이용하여 차광한 경우에 있어서, 차광되는 영역과 차광되지 않는 영역의 예를 도시하고 있다. 또한, 도면 중에서 그물 형상으로 도시한 영역이 차광되는 영역을 나타낸다. 상기 도면에 도시한 바와 같이, 단면이 대략 직사각형의 조명광을 원형의 차광 영역으로 차광한 경우, 차광체를 통과한 후의 조명광의 밝기에 위치에 따른 편차가 발생한다. 즉, 조명광의 단면의 4개의 코너들에 가까워질수록 차광체를 통과하는 조명광이 증가하고, 4개의 코너들로부터 멀어질수록 차광체를 통과하는 조명광이 감소한다. 따라서, 조명광의 밝기는 단면의 4개의 코너들에 가까워질수록 밝아지고, 4개의 코너들로부터 멀어질수록 어두워진다. 그 결과, 태양 전지 패널(102)에 조사되는 조명광의 밝기에 불균일이 발생한다.FIG. 17 illustrates an example of an area to be shielded and an area not to be shielded in the case where the illumination light shown in FIG. 16 is shielded using a shielding body having a substantially circular shielding area as described with reference to FIGS. 2 to 5. It is shown. In addition, the area | region shown by the mesh shape in the figure shows the light shielding area | region. As shown in the figure, in the case where the light having a substantially rectangular cross section is shielded by a circular light shielding area, a deviation occurs depending on the position of the brightness of the illumination light after passing through the light shield. That is, closer to four corners of the cross section of the illumination light increases the illumination light passing through the light shielding body, while the illumination light passing through the light shielding body decreases away from the four corners. Thus, the brightness of the illumination light becomes brighter as it approaches the four corners of the cross section, and becomes darker as it moves away from the four corners. As a result, nonuniformity arises in the brightness of the illumination light irradiated to the solar cell panel 102.

따라서, 도 18에 도시한 바와 같이, 조명광의 단면에 맞추어 조명광의 중앙의 직사각형의 영역을 차광하도록 하는 것이 바람직하다.Therefore, as shown in FIG. 18, it is preferable to shield the rectangular area of the center of illumination light according to the cross section of illumination light.

도 19 및 도 20은 조명광의 중앙의 직사각형의 영역을 차광하는 차광체의 예를 도시한 도면들이다. 도 19의 차광체(301)에는 직사각형의 차광 영역(301A)이 중앙에 설치되어 있다. 또한, 차광 영역(301A)을 지지하기 위하여, 차광 영역(301A)의 모서리부와 링 형상의 외주부(301B)가 직선 형상의 지지 부재(301C 내지 301F)에 의해 접속되어 있다. 도 20의 차광체(311)에도, 차광체(301)와 마찬가지로 직사각형의 차광 영역(311A)이 중앙에 설치되어 있다. 또한, 차광 영역(311A)을 지지하기 위하여, 차광 영역(311A)의 각 변의 중앙부와 링 형상의 외주부(311B)가 직선 형상의 지지 부재(311C 내지 311F)에 의해 접속되어 있다.19 and 20 are diagrams illustrating an example of a light shielding body that shields a rectangular area in the center of illumination light. In the light shielding body 301 of FIG. 19, a rectangular light shielding region 301A is provided at the center. In addition, in order to support the light shielding area 301A, the edge part of the light shielding area 301A and the ring-shaped outer peripheral part 301B are connected by linear support members 301C-301F. In the light shielding body 311 of FIG. 20, similar to the light shielding body 301, a rectangular light shielding region 311A is provided at the center. Moreover, in order to support the light shielding area 311A, the center part of each side of the light shielding area 311A, and the ring-shaped outer peripheral part 311B are connected by the linear support members 311C-311F.

상기 차광체(301) 또는 차광체(311)의 중심을 집광 렌즈(118)의 광축과 일치하도록 배치함으로써, 집광 렌즈(118)를 투과하는 조명광 중에서 집광 렌즈(118)의 광축 근방의 직사각형의 차광 영역(301A) 또는 차광 영역(311A)에 입사하는 광이 차단된다.By arranging the center of the light shield 301 or the light shield 311 so as to coincide with the optical axis of the condenser lens 118, rectangular light shielding near the optical axis of the condenser lens 118 among the illumination light passing through the condenser lens 118. Light incident on the region 301A or the light shielding region 311A is blocked.

전술한 바와 같이, 차광체의 차광 영역의 형상은 조명광의 단면의 형상과 대략 동일하게 하는 것이 바람직하다.As described above, the shape of the light shielding area of the light shielding body is preferably made to be substantially the same as the shape of the cross section of the illumination light.

또한, 상술한 설명에서는, 차광체(119)를 금속판에 의해 구성하는 예를 나타냈지만, 예를 들면, 글라스 등의 투명한 부재에 차광막 등에 의한 차광 영역을 형성한 차광체를 이용하도록 해도 된다. 또한, 대물렌즈(116) 또는 집광 렌즈(118)에 직접 차광막을 성막하도록 해도 된다.In addition, in the above-mentioned description, although the example which comprises the light shielding body 119 by the metal plate was shown, you may make it use the light shielding body which formed the light shielding area by the light shielding film etc. in transparent members, such as glass, for example. In addition, a light shielding film may be formed directly on the objective lens 116 or the condenser lens 118.

또한, 이전의 설명에서는, 본 발명을 레이저 가공 장치(101)에 적용하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 얼라인먼트 마크에 기초하여 대상물의 위치 결정을 행하는 장치 전반에 적용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 관찰 대상이 되는 대상물도 태양 전지 패널(102)에 한정되지 않고, 얼라인먼트 마크가 설치되는 각종 기판 등을 대상물로 하는 것이 가능하다.In addition, in the previous description, although the example which applies this invention to the laser processing apparatus 101 was shown, this invention can be applied to the whole apparatus which performs positioning of an object based on the alignment mark. In addition, the object used as the object of observation of the present invention is not limited to the solar cell panel 102, but it is possible to use various substrates or the like on which alignment marks are provided.

또한, 상술한 설명에서는, 조명 장치(117)의 광원에 LED를 이용하는 예를 나타냈지만, 다른 종류의 광원을 이용하는 것도 가능하다.In addition, although the above-mentioned description showed the example which uses LED for the light source of the illuminating device 117, it is also possible to use another kind of light source.

또한, 상술한 설명에서는, 조명광을 단색광으로 하는 예를 나타냈지만, 소정의 파장폭을 가지는 조명광을 이용하도록 해도 된다. 이 경우, 상기 식 등에 이용하는 조명광의 파장(λ)에는 조명광의 대표 파장, 예를 들면, 피크 파장, 중심 파장, 최대 파장 등을 이용하도록 해도 된다. 예를 들면, 백색광을 조명광으로서 이용할 경우, 중앙의 녹색 파장(546.1㎚)을 이용하는 것이 고려된다.In addition, although the above-mentioned description showed the example which makes illumination light monochromatic light, you may make it use the illumination light which has a predetermined wavelength width. In this case, a representative wavelength of the illumination light, for example, a peak wavelength, a center wavelength, a maximum wavelength, or the like may be used for the wavelength λ of the illumination light used in the above equation or the like. For example, when white light is used as illumination light, it is considered to use the central green wavelength (546.1 nm).

또한, 조명광을 단색광으로 하는 편이 보다 선명하게 얼라인먼트 마크를 관찰할 수 있게 된다. 한편, 조명광을 백색광으로 했을 경우, 대상물의 농담 패턴뿐만 아니라 대상물의 색채도 관찰할 수 있게 된다.In addition, it becomes possible to observe the alignment mark more clearly by using illumination light as monochromatic light. On the other hand, when illumination light is made into white light, not only the light and shade pattern of an object, but also the color of an object can be observed.

또한, 상술한 설명에서는, 얼라인먼트 마크의 형상을 십자형으로 하는 예를 나타냈지만, 이와 같은 예에 한정되지 않고 임의의 형상을 채용할 수 있다. 또한,얼라인먼트 마크의 형상을 십자형 이외의 형상으로 했을 경우, 상기 식 등에 이용하는 폭(w)에는 예를 들면 얼라인먼트 마크의 가장 좁은 부분의 폭이 이용된다.In addition, in the above description, although the example which makes the shape of the alignment mark cross shape was shown, it is not limited to such an example, Any shape can be employ | adopted. In addition, when the shape of an alignment mark is made into shapes other than a cross shape, the width of the narrowest part of an alignment mark is used for the width w used for the said formula etc., for example.

또한, 전술한 설명에서는, 하프 미러(120)에 의해 조명광의 방향을 바꿈으로써, 조명 장치(117)로부터 하프 미러(120)까지의 조명광의 광로와 하프 미러(120)로부터 CCD 카메라(122)까지의 반사광의 광로를 분기하는 예를 나타냈지만, 반사광의 방향을 바꾸거나 조명광과 반사광의 양방의 방향을 바꿈으로써 2개의 광로들을 분기하도록 해도 된다.In addition, in the above description, by changing the direction of the illumination light by the half mirror 120, the optical path of the illumination light from the illumination device 117 to the half mirror 120 and from the half mirror 120 to the CCD camera 122. Although the example of splitting the optical paths of the reflected light is shown, the two optical paths may be split by changing the direction of the reflected light or changing both the illumination light and the reflected light.

또한, 레이저 발진기(111), 조명 장치(117) 및 CCD 카메라(122)는 레이저 가공 장치(101)와는 별도로 레이저 가공 장치(101)의 외부에 부착하도록 하는 것도 가능하다.In addition, the laser oscillator 111, the illumination device 117, and the CCD camera 122 may be attached to the outside of the laser processing apparatus 101 separately from the laser processing apparatus 101.

또한, 본 발명의 실시 형태는 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.In addition, embodiment of this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible in the range which does not deviate from the scope of this invention.

101:레이저 가공 장치 102:태양 전지 패널
111:레이저 발진기 112:빔 익스팬더
113:슬릿 114:결상 렌즈
115:다이크로익 미러 116:대물렌즈
117:조명 장치 118:집광 렌즈
119:차광체 120:하프 미러
121:결상 렌즈 122:CCD 카메라
151 내지 154:차광체 151A 내지154A:차광 영역
201:얼라인먼트 마크 301:차광체
301A:차광 영역
101: Laser processing apparatus 102: Solar panel
111: laser oscillator 112: beam expander
113: slit 114: imaging lens
115: dichroic mirror 116: objective lens
117 : Lighting device 118 : Condensing lens
119: Shading body 120: Half mirror
121: Imaging lens 122: CCD camera
151-154: Light shielding bodies 151A-154A: Light shielding area
201: Alignment mark 301: Shading body
301A: Shading area

Claims (5)

대상물의 위치 결정용의 마크를 관찰하기 위한 관찰 광학계에 있어서,
대물렌즈;
광원으로부터 발해지는 조명광을 상기 대물렌즈의 동공에서 결상시키는 집광 렌즈;
상기 대물렌즈를 통하여 상기 조명광이 조사된 상기 대상물로부터의 반사광으로서 상기 대물렌즈를 투과한 후의 반사광을 결상하는 결상 렌즈;
상기 집광 렌즈와 상기 대물렌즈의 사이 및 상기 대물렌즈와 상기 결상 렌즈의 사이에서 상기 조명광과 상기 반사광의 광로를 분기하는 분기 수단; 및
상기 조명광의 파장을 λ라고 하고 상기 위치 결정용의 마크의 가장 좁은 부분의 폭을 w라고 할 경우, 상기 집광 렌즈와 상기 분기 수단의 사이에 설치되고, 상기 대물렌즈의 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 상기 조명광을 차단하는 차광 수단, 및 상기 분기 수단과 상기 대물렌즈 사이에 설치되고, 상기 대물렌즈의 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 상기 반사광을 차단하는 차광 수단 중에서 적어도 일방을 구비하는 것을 특징으로 하는 관찰 광학계.
In the observation optical system for observing the mark for positioning the object,
An objective lens;
A condenser lens for forming illumination light emitted from the light source in the pupil of the objective lens;
An imaging lens for forming reflected light after passing through the objective lens as reflected light from the object to which the illumination light is irradiated through the objective lens;
Branching means for splitting the optical path between the illumination light and the reflected light between the condensing lens and the objective lens and between the objective lens and the imaging lens; And
When the wavelength of the illumination light is λ and the width of the narrowest part of the positioning mark is w, it is provided between the condensing lens and the branching means and has a numerical aperture of less than 2λ / w of the objective lens. Light blocking means for blocking the illumination light incident within a range of; and light shielding means provided between the branching means and the objective lens and blocking the reflected light incident within a range of a numerical aperture of less than 2λ / w of the objective lens. At least one side is provided, The observation optical system characterized by the above-mentioned.
제 1 항에 있어서,
상기 차광 수단은 상기 조명광의 단면과 동일한 형상의 차광 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 관찰 광학계.
The method according to claim 1,
The light shielding means has a light shielding area having the same shape as a cross section of the illumination light.
제 1 항에 있어서,
상기 조명광은 단색광인 것을 특징으로 하는 관찰 광학계.
The method according to claim 1,
The illumination system of the illumination light, characterized in that the monochromatic light.
대상물의 위치 결정용의 마크를 관찰하기 위한 관찰 광학계 및 상기 대상물에 가공용의 레이저광을 조사하기 위한 가공 광학계를 구비하는 레이저 가공 장치에 있어서,
상기 관찰 광학계는,
조명광을 발하는 광원;
대물렌즈;
상기 조명광을 상기 대물렌즈의 동공에서 결상시키는 집광 렌즈;
상기 대물렌즈를 통하여 상기 조명광이 조사된 상기 대상물로부터의 반사광으로서, 상기 대물렌즈를 투과한 후의 반사광을 결상하는 결상 렌즈;
상기 집광 렌즈와 상기 대물렌즈의 사이 및 상기 대물렌즈와 상기 결상 렌즈의 사이에서 상기 조명광과 상기 반사광의 광로를 분기하는 분기 수단; 및
상기 조명광의 파장을 λ라고 하고 상기 위치 결정용의 마크의 가장 좁은 부분의 폭을 w라고 할 경우, 상기 집광 렌즈와 상기 분기 수단의 사이에 설치되고, 상기 대물렌즈의 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 상기 조명광을 차단하는 차광 수단, 및 상기 분기 수단과 상기 대물렌즈의 사이에 설치되고, 상기 대물렌즈의 2λ/w 미만의 개구수의 범위 내로 입사하는 상기 반사광을 차단하는 차광 수단 중에서 적어도 일방을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
In the laser processing apparatus provided with the observation optical system for observing the mark for positioning an object, and the processing optical system for irradiating the laser beam for a process to the said object,
The observation optical system includes:
A light source emitting illumination light;
An objective lens;
A condenser lens for forming the illumination light at the pupil of the objective lens;
An imaging lens for forming reflected light after passing through the objective lens as reflected light from the object to which the illumination light is irradiated through the objective lens;
Branching means for splitting the optical path between the illumination light and the reflected light between the condensing lens and the objective lens and between the objective lens and the imaging lens; And
When the wavelength of the illumination light is λ and the width of the narrowest part of the positioning mark is w, it is provided between the condensing lens and the branching means and has a numerical aperture of less than 2λ / w of the objective lens. Light blocking means for blocking the illumination light incident in the range of; and light shielding means provided between the branching means and the objective lens and blocking the reflected light incident within a range of a numerical aperture of less than 2λ / w of the objective lens. At least one of them is provided, The laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.
제 4 항에 있어서,
상기 레이저광은 상기 대물렌즈를 통하여 상기 대상물에 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
5. The method of claim 4,
And the laser beam is irradiated to the object through the objective lens.
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