專利名稱：激光光源裝置及使用該裝置的表面檢查裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用短波長(zhǎng)并且輸出功率低的激光二極管能提高到所希望的功率的激光光源裝置、及使用該激光光源裝置的表面檢查裝置。
背景技術(shù)：
表面檢查裝置中，以前已經(jīng)知道一種表面檢查裝置，是使用激光作為光源裝置的光源(參照特開2001-235429號(hào)公報(bào))。
又知道一種表面檢查裝置，是利用多個(gè)激光作為光源，為了消除照明亮暗不均勻，而使光點(diǎn)部分重疊(參照特開平7-243988號(hào)報(bào))。
還知道一種表面檢查裝置，是讓光源的光射入光纖(導(dǎo)光手段)的射入端面，再?gòu)牧硪欢嗣嫔涑?，照射被檢查面(參照特開平4-259850號(hào)公報(bào))。
然而，近些年來，從降低功耗、減小體積、便于維修等角度出發(fā)，正采用半導(dǎo)體激光器(激光二極管)LD作為激光光源裝置的光源。另外，從提高表面檢查裝置的分辨率的角度出發(fā)，希望使用短波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器LD。
例如，以往的表面檢查裝置以波長(zhǎng)515nm、輸出功率75mW能檢測(cè)直徑55nm的異物(粒子)。
若假設(shè)除光源以外的光學(xué)系統(tǒng)不變的條件下，要檢查比上述直徑更小的異物(例如直徑30nm的異物)。
一般，散射光的強(qiáng)度與粒子大小的6次方成正比并與波長(zhǎng)的4次方成反比，而且與入射功率成正比。
因而，如考慮能夠射入的激光波長(zhǎng)和輸出功率間的關(guān)系，則波長(zhǎng)488nm需要輸出功率2296mW(毫瓦)，波長(zhǎng)405nm需要輸出功率1089mW(毫瓦)，波長(zhǎng)355nm需要輸出功率643mW(毫瓦)，波長(zhǎng)325nm需要輸出功率452mW(毫瓦)，波長(zhǎng)266nm需要輸出功率203mW(毫瓦)，波長(zhǎng)257nm需要輸出功率177mW(毫瓦)。
這樣，若激光波長(zhǎng)較短，則所要求的輸出功率也變小。
但如使用波長(zhǎng)極短的激光，必須大大改變表面檢查裝置的光源裝置使用的光學(xué)材料。若不改變這些光學(xué)材料，并抑制功耗，雖可以用波長(zhǎng)405nm的半導(dǎo)體激光器，但該半導(dǎo)體激光器的輸出功率僅30mW。
本發(fā)明正是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種光源裝置及使用該光源裝置的表面檢查裝置，這種光源裝置即使使用短波長(zhǎng)并輸出功率低的半導(dǎo)體激光器，也能獲得所希望的大功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及的激光光源裝置由光源單元構(gòu)成，該光源單元包括將從一個(gè)半導(dǎo)體激光器射出的激光聚光的一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)、將從其它的半導(dǎo)體激光器射出的激光聚光的其它聚光光學(xué)系統(tǒng)、及將由一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的激光和由其它的聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的激光聚焦射入一個(gè)導(dǎo)光手段的射入端面的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。
該激光光源裝置最好包括聚焦單元，該聚焦單元包括將從多個(gè)光源單元中的一個(gè)光源單元的導(dǎo)光手段射出端面射出的激光聚光的一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)、將從其它的導(dǎo)光手段的射出端面射出的激光聚光的其它聚光光學(xué)系統(tǒng)、及將由一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的激光和由其它聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的激光聚焦射入一個(gè)導(dǎo)光手段的射入端面的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。
更加好的是該聚焦單元設(shè)置多個(gè)，包括將從該多個(gè)聚焦單元的各導(dǎo)光手段的各射出端面射出的激光分別聚光的聚光光學(xué)系統(tǒng)、及將由該各聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的激光聚焦并聚焦射入一個(gè)導(dǎo)光手段的射入端面的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。
另外，最好聚光光學(xué)系統(tǒng)是準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)。
更好的是所述一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)和所述其它聚光光學(xué)系統(tǒng)以所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)的光軸為中心，設(shè)置在近似對(duì)稱的位置。
最好所述導(dǎo)光手段是光纖，該光纖的入射端面設(shè)在所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置。
最好光源單元和聚焦單元光學(xué)上反向級(jí)聯(lián)。
光源單元內(nèi)配置的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)可以分別各異。另外，也可以采用對(duì)配置在光源單元內(nèi)的半導(dǎo)體激光器分別進(jìn)行控制的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的表面檢查裝置使用這些本發(fā)明的激光光源裝置。


圖1為表示使用本發(fā)明的光源裝置的表面檢查裝置光學(xué)系統(tǒng)概要構(gòu)成圖。
圖2為表示本發(fā)明的光源裝置的反向級(jí)聯(lián)的光學(xué)連接狀態(tài)圖。
圖3為圖2所示的光源單元的放大圖。
圖4為圖2所示的最末級(jí)的聚焦單元的放大圖。
圖5為表示本發(fā)明的光源裝置的光源單元具體構(gòu)成例的說明圖，是從箭頭X方向看圖6的光源單元的視圖。
圖6為表示本發(fā)明的光源裝置的光源單元具體構(gòu)成例的說明圖，是從箭頭Y方向看圖5的光源單元的視圖。
圖7為表示將包含4個(gè)半導(dǎo)體激光器的光源單元4個(gè)作為一組，分別與4個(gè)一組的各聚焦單元光學(xué)連接狀態(tài)的示意圖。
圖8為表示將包含2個(gè)半導(dǎo)體激光器的光源單元4個(gè)作為一組，與一個(gè)聚焦單元光學(xué)連接狀態(tài)的平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為采用本發(fā)明的激光光源裝置的表面檢查裝置光學(xué)系統(tǒng)概要構(gòu)成圖。在圖1中，1為表面檢查裝置，該表面檢查裝置1具有激光光源裝置2、將該激光光源裝置2射出的激光照射在作為被檢查對(duì)象的半導(dǎo)體晶片3上的照射光學(xué)系統(tǒng)4、從第1散射方向接受來自半導(dǎo)體晶片3的表面檢查點(diǎn)P的利用照射光學(xué)系統(tǒng)4所照射的激光的散射光的第1受光系統(tǒng)5、從與第1散射方向不同的第2散射方向受光的第2受光系統(tǒng)6、及使半導(dǎo)體晶片3相對(duì)于從照射光學(xué)系統(tǒng)4射出的激光進(jìn)行相對(duì)直線位移及旋轉(zhuǎn)位移的位移裝置7。
照射光學(xué)系統(tǒng)有第1反射鏡8、第1照射透鏡組9、第2反射鏡10，通過這些光學(xué)系統(tǒng)以規(guī)定的照射角度θ照射檢查點(diǎn)P。
在檢查點(diǎn)P上存在異物時(shí)，激光依照規(guī)定的方向性而散射。第1受光系統(tǒng)5從第1散射方向接受來自檢查點(diǎn)P的散射光。第2受光系統(tǒng)6從第2散射方向接受來自檢查點(diǎn)P的散射光。來自第1、第2受光系統(tǒng)5、6的受光輸出，輸入圖中省略的中央運(yùn)算處理系統(tǒng)，以測(cè)量異物的大小、形狀、位置等。
如圖2所示，激光光源裝置2有多個(gè)光源單元11。各光源單元11放大后如圖3所示，由以下部分構(gòu)成，包括將從一個(gè)半導(dǎo)體激光器12射出的激光P1聚光的一個(gè)聚光透鏡14、將從其它的半導(dǎo)體激光器13射出的激光P2聚光的其它聚光透鏡15、及將由一個(gè)聚光透鏡14聚光的激光P1和由其它的聚光透鏡15聚光的激光P2聚焦射入作為一個(gè)導(dǎo)光手段的光纖16的射入端面16a的聚焦透鏡(聚光透鏡)17。這些半導(dǎo)體激光器12、13、聚光透鏡13、14、聚焦透鏡17裝在殼體11A的內(nèi)部。
該半導(dǎo)體激光器12、13使用射出短波長(zhǎng)激光、例如紫色激光(波長(zhǎng)405nm)的器件，它們的波長(zhǎng)和輸出功率大致相同。
本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中，聚光透鏡14、15起到將半導(dǎo)體激光器12、13射出的激光P1、P2準(zhǔn)直的作用，半導(dǎo)體激光器12、13的發(fā)光點(diǎn)設(shè)置在該聚光透鏡14、15的焦點(diǎn)位置f1上。
半導(dǎo)體激光器12及聚光透鏡14、和半導(dǎo)體激光器13及聚光透鏡15設(shè)置在以聚焦透鏡17的光軸O1為中心近似為點(diǎn)對(duì)稱的位置。圖中，將光軸O1夾在當(dāng)中，設(shè)置在對(duì)稱位置。光纖16的射入端面16a設(shè)在聚焦透鏡17的焦點(diǎn)位置f2。
各光源單元11的各條光纖16引導(dǎo)至聚焦單元19。在聚焦單元19的殼體19A內(nèi)設(shè)置有將從一條光纖16的射出端面16b射出的激光P3聚光的一個(gè)聚光透鏡20、將從其它的光纖16的射出端面16b射出的激光P4聚光的聚光透鏡21、及使由一個(gè)聚光透鏡20聚光的激光P3和由其它聚光透鏡21聚光的激光P4聚焦射入一條光纖22的射入端面22a的聚焦透鏡23。
一個(gè)聚光透鏡20和其它聚光透鏡21設(shè)置在以聚焦透鏡23的光軸O2為中心的近似為點(diǎn)對(duì)稱位置。這些聚焦單元19設(shè)置多個(gè)。各聚焦單元19的各條光纖22引導(dǎo)至聚焦單元19’。該聚焦單元19’由將多個(gè)聚焦單元19的光纖22的各射出端面22b射出的激光分別聚光的聚光透鏡24、及使由各聚光透鏡24聚光的激光P5聚焦并聚焦射入1條光纖25的射入端面25a的聚焦透鏡26構(gòu)成。該聚光透鏡24及聚焦透鏡26設(shè)在聚焦單元19’的殼體19’A的內(nèi)部。射入該光纖25的激光如圖4所示，從光纖25的射出端面25b射出。從該射出端面25b射出的激光作為檢查光，引導(dǎo)至照射光學(xué)系統(tǒng)4。
在該照射光學(xué)系統(tǒng)4中，因從光纖25射出的激光為呈橢圓偏振光，所以可設(shè)置變換成直線偏振光的光學(xué)元件。即在光纖25的射出端面25b的前方設(shè)置準(zhǔn)直透鏡(圖中未示出)。該準(zhǔn)直透鏡利用準(zhǔn)直透鏡將從射出端面25b射出的激光變換成平行光束。在該準(zhǔn)直透鏡的前方設(shè)置偏振光分束鏡(圖中未示出)。利用該偏振光分束鏡(圖中未示出)將該平行光束分解成P偏振光分量和S偏振光分量。而且，在一偏振光分量的平行光束的途中設(shè)置1/2波片(圖中未示出)。利用該1/2波片使該偏振光分量的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度。采用這樣的構(gòu)成，能夠利用聚光透鏡將該偏振方向旋轉(zhuǎn)90度的平行光束和另一偏振光分量的平行光束合成，作為直線偏振光聚焦照射在半導(dǎo)體晶片3上。
這樣，激光光源裝置2的光源單元11、聚焦單元19、19’在光學(xué)上反向級(jí)聯(lián)，就能提高激光的功率。
本實(shí)施例中，如圖5所示，一個(gè)光源單元11中采用4個(gè)半導(dǎo)體激光器12a、12b、13a、13b。各半導(dǎo)體激光器12a、12b、13a、13b將光軸O1夾在當(dāng)中，設(shè)置在對(duì)稱位置。各光源單元11如圖7所示，分別與4個(gè)聚焦單元19光學(xué)連接。該各半導(dǎo)體激光器12a、12b、13a、13b的輸出功率約30mW(毫瓦)。但是，半導(dǎo)體晶片3表面檢查所需的輸出功率如檢測(cè)粒子直徑30nm的異物，則約為1W。
該半導(dǎo)體激光器12a、12b、13a、13b的孔徑角NA1(參照?qǐng)D6)為0.45，聚光透鏡14a、14b、15a、15b的焦距f1為6.5mm，各聚焦透鏡14a、14b、15a、15b射出的激光光束直徑S為5.85mm，主光線間隔H為9.1mm，聚焦透鏡17的光束直徑Φ為14.95mm，聚焦透鏡17的焦距f2為41.5mm，聚焦透鏡17的倍率為6.39，各光束的聚光角θ1為0.07，主光線的孔徑角NA2為0.11，聚焦透鏡17的全聚光孔徑角NA3為0.18，光纖16的射入端面16上的聚光光束直徑Φ’為10.98μ。
各光纖16使用芯徑50μm、包層直徑140μm的GI型光纖(緩變折射率型光纖)。該光纖16的數(shù)值孔徑NA4約為0.2。該數(shù)值孔徑NA4只要比全聚光孔徑角NA3大即可。
這種型式的光纖16對(duì)于紫色波長(zhǎng)的光的透射率約為80％，所以從一個(gè)光源單元11的光纖16的射出端面16b射出的激光的輸出功率約96(30×4×0.8)mW。
用4個(gè)該光源單元11，使該光源單元11的光纖16射出的激光匯集在1個(gè)聚焦單元19的光纖22的射入端面22a上射入。
采用這樣的構(gòu)成，則從該1個(gè)聚焦單元19的光纖22的射出端面22b射出的激光的輸出功率約307mW。因此，若用4個(gè)這種聚焦單元19，射入聚焦單元19’的1條光纖25的射入端面25a，再利用該光纖25將激光引導(dǎo)至照射光學(xué)系統(tǒng)14，則光纖25的射出端面25b射出的激光的輸出功率變成982mW，可得到約1W的輸出功率。
該具體的實(shí)施例中，設(shè)光源單元11中放入的半導(dǎo)體激光器的個(gè)數(shù)為4個(gè)，但放入光源單元11的半導(dǎo)體激光器的個(gè)數(shù)并不限于4個(gè)，2個(gè)或3個(gè)都可以，可以根據(jù)表面檢查裝置1的空間余量選定適當(dāng)?shù)膫€(gè)數(shù)。另外，與聚焦單元19光學(xué)連接的光源單元11的個(gè)數(shù)也不限于4個(gè)。
例如，也可以采用如圖8所示的結(jié)構(gòu)，對(duì)于有2個(gè)半導(dǎo)體激光器12、13的4個(gè)光源單元11，使它與1個(gè)聚焦單元19對(duì)應(yīng)。還有，在圖8中，符號(hào)23’為準(zhǔn)直透鏡。
本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中，說明的是將各光源單元11作為都有相同波長(zhǎng)的情況，但也可以構(gòu)成為使從一個(gè)光源單元射出的激光的波長(zhǎng)和從其它的光源單元射出的激光的波長(zhǎng)不同的情況。
采用這樣的構(gòu)成，能利用不同波長(zhǎng)進(jìn)行異物的檢查。
在利用多個(gè)光源單元與聚焦單元光學(xué)連接的情形下，配置在各光源單元11內(nèi)的半導(dǎo)體激光器12a、12b和半導(dǎo)體激光器13a、13b其激光波長(zhǎng)可分別各異。
如采用將這些半導(dǎo)體激光器12a、12b、13a、13b利用已知的獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)控制電路(圖示未示出)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制這樣的結(jié)構(gòu)，則通過只驅(qū)動(dòng)該光源單元11內(nèi)的半導(dǎo)體激光器12a、12b或13a、13b，就能作為產(chǎn)生不同短波長(zhǎng)的激光的光源使用。
另外，若同時(shí)驅(qū)動(dòng)這些半導(dǎo)體激光器12a、12b、13a、13b，則能將不同波長(zhǎng)的激光混合，作為產(chǎn)生這種混合的激光的光源使用。還可以利用能多通道控制的驅(qū)動(dòng)電路統(tǒng)一控制各半導(dǎo)體激光器12a、12b、13a、13b。這些驅(qū)動(dòng)控制電路在考慮到該激光光源裝置的大小、根據(jù)測(cè)定對(duì)象決定的激光光束的波長(zhǎng)后進(jìn)行選擇。
根據(jù)該光源單元11，在進(jìn)行波長(zhǎng)切換及波長(zhǎng)混合時(shí)，不必追加專用的光學(xué)系統(tǒng)，也不必進(jìn)行機(jī)械切換。
因此，能提供可靠性高的產(chǎn)生多種波長(zhǎng)用的光源單元11。對(duì)該光源單元11的控制由于能應(yīng)用公知的驅(qū)動(dòng)控制電路，所以對(duì)其控制也容易。
在滿足半導(dǎo)體激光器(激光二極管)12a、12b、13a、13b各輸出要求的激光強(qiáng)度的場(chǎng)合，僅用一個(gè)光源單元11就能構(gòu)成能進(jìn)行波長(zhǎng)切換、混合的光源。
另外，本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中，以使用GI型的光纖為例進(jìn)行說明，但也可用多模光纖即SI型光纖，也可用單模型光纖。在使用這種單模型光纖的場(chǎng)合，半導(dǎo)體激光器和該光纖要一一對(duì)應(yīng)。另外，本實(shí)施例中，是設(shè)光纖芯徑為50μm進(jìn)行說明的，但也可用62.5μm、100μm的，光纖的芯徑、模式并不限于此。
還有，本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中，是利用聚光透鏡、聚焦透鏡進(jìn)行說明的，但透鏡的構(gòu)成不限于1片，例如也可以為3片的結(jié)構(gòu)，按照這一含意，在權(quán)利要求范圍內(nèi)，使用聚光光學(xué)系統(tǒng)、聚焦光學(xué)系統(tǒng)的術(shù)語。
根據(jù)本發(fā)明的激光光源裝置，能得到一種利用波長(zhǎng)短、功率小的半導(dǎo)體激光器可增大其輸出功率的激光光源裝置。
尤其是利用光源單元的個(gè)數(shù)能調(diào)整所要求的功率。又在光源單元故障時(shí)，由于通過只調(diào)換該光源單元就能修復(fù)，所以修理方便、維護(hù)容易。
再有，根據(jù)本發(fā)明，和將光纖捆扎成束的情形不同，不僅單單使輸出功率增大，而且能得到一根同軸的激光光束，因此，所得到的激光光束能任意成形。
根據(jù)本發(fā)明的激光光源裝置，還能利用簡(jiǎn)單的構(gòu)成，產(chǎn)生多種波長(zhǎng)的光。
權(quán)利要求
1.一種激光光源裝置，其特征在于，這種激光光源裝置由光源單元構(gòu)成，光源單元包括將從一個(gè)半導(dǎo)體激光器射出的激光聚光的一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)、將從其它的半導(dǎo)體激光器射出的激光聚光的其它聚光光學(xué)系統(tǒng)、及將由一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的激光和由其它聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的激光聚焦射入一個(gè)導(dǎo)光手段的射入端面的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的激光光源裝置，其特征在于，這種激光光源裝置由聚焦單元構(gòu)成，聚焦單元包括將從多個(gè)光源單元中的一個(gè)光學(xué)單元的導(dǎo)光手段的射出端面射出的激光聚光的一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)、將從其它的光學(xué)單元的導(dǎo)光手段的射出端面射出的激光聚光的其它聚光光學(xué)系統(tǒng)、及將由一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的激光和由其它的導(dǎo)光手段聚光的激光聚焦射入一個(gè)導(dǎo)光手段的射入端面的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的激光光源裝置，其特征在于，所述聚焦單元設(shè)置多個(gè)，包括將從該多個(gè)聚焦單元的各導(dǎo)光手段的各射出端面射出的激光分別聚光的聚光光學(xué)系統(tǒng)、及將由該各聚光光學(xué)系統(tǒng)聚光的激光聚焦并聚焦射入一個(gè)導(dǎo)光手段的射入端面的聚焦光學(xué)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的激光光源裝置，其特征在于，所述聚光光學(xué)系統(tǒng)為準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的激光光源裝置，其特征在于，所述一個(gè)聚光光學(xué)系統(tǒng)和其它聚光光學(xué)系統(tǒng)以所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)的光軸為中心，設(shè)置在近似呈對(duì)稱位置上。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的激光光源裝置，其特征在于，所述導(dǎo)光手段為光纖，該光纖的射入端面設(shè)在所述聚焦光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置。
7.如權(quán)利要求3所述的激光光源裝置，其特征在于，所述光源單元和所述聚焦單元光學(xué)上反向級(jí)聯(lián)。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的激光光源裝置，其特征在于，配置在所述光源單元內(nèi)的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光的波長(zhǎng)各不相同。
9.如權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的激光光源裝置，其特征在于，配置在所述光源單元內(nèi)的半導(dǎo)體激光器能分別控制。
10.一種表面檢查裝置，其特征在于，這種表面檢查裝置采用權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的激光光源裝置。
全文摘要
激光光源裝置2由光源單元11構(gòu)成，光源單元11包括將從一個(gè)半導(dǎo)體激光器12射出的激光聚光的一個(gè)聚光透鏡14、將從其它半導(dǎo)體激光器13射出的激光聚光的其它聚光透鏡15、及使由一個(gè)聚光透鏡聚光的激光和由其它的聚光透鏡聚光的激光聚焦射入一個(gè)導(dǎo)光手段16的射入端面16a的聚焦透鏡17。
文檔編號(hào)G02B6/32GK1497291SQ03125499
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
發(fā)明者巖陽一郎, 關(guān)根膽彥, 宮川一宏, 磯崎久, 宏, 彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康