CMOSビームプロファイラーは
266 nmを直接撮像できるのか

266 nm長時間照射テストが示す「劣化の兆候」と「実務での注意点」

はじめに

深紫外（DUV）〜UV域のビームプロファイル測定では、「センサーが焼ける（劣化する）」という、地味ですが致命的な問題が常につきまといます。
そのため従来の DataRay社 CMOSカメラ型ビームプロファイラーは、短波長側のリスクを見込んで 355〜1350 nm を波長範囲としてきました。

一方で、355 nm未満の測定ニーズは現場で非常に多く、
れまで DataRay社は蛍光結晶などでUVを可視光へ変換する UV波長変換デバイスも提供してきました。
ただし、変換デバイスは便利な反面、

といった理由から、変換なしでUVを直接撮像できることが強く望まれてきました。

そこで近年、大学機関での検証を通じて「CMOSはCCDと構造が違うため、CCDで問題になるUV劣化が同じ形では起きないのでは」という仮説が立て、
DataRay社のCMOSカメラを用いた 266 nm照射耐性テストが実施されました。本稿ではその方法と結果を、図１〜３も踏まえて整理します。

CMOSイメージセンサー表面へ、パルスUVビームを繰り返し照射し、センサー応答の変化を追跡しました。

図1は、入射パルス数（×10⁹）に対する正規化信号（ADC）の散布図です。
全体としてわずかな減衰傾向は見えますが、データ点はばらつきの中に収まっており、報告では測定誤差の範囲内とされています。
つまり、「劣化が進行している」と断定できるほどの一貫した低下は確認されていません。

図１：センサー上のパルス入射数の関数としてのセンサーの基準化されたシグナル応答わずかな減少傾向がみられるものの、データポイントは誤差の範囲内にあり、最少または存在しないセンサー減衰を示しています。

図２(a)は、UVテスト開始時、図2(b)はテスト終了時のセンサー応答画像です。
両者を比較しても、ビーム形状・分布に大きな差は見られないとされています。
実務的には、「測定結果が途中から歪む／崩れる」といった兆候は、この条件では起きにくいことを示唆します。

左：図２(a)： UVテスト最初のセンサー応答の画像　右：図２(b)： UVレーザーテスト終了時のセンサー応答の画像
図２ (a) と比較した時、大きな差は見られません。

図３は、センサーー全体を一定照度で均一に照射した（フラット照明）画像です。
もし、シリコンピクセルの損傷が進んでいれば、
入射ビームが当たっていた領域（中央付近）に明確なムラが出るはずですが、
図3ではそのような決定的な劣化パターンは見られない、というのが報告の結論です。

図３：UVテスト終了後の一定照度でのセンサー画像シリコンピクセルが損傷していれば、画像中央部に非均一部分がみえるはずです；
しかし、劣化は見られず、テストではUV光はCMOSセンサーに対して大きな損傷は与えなかったということを示しています。

以上のテストから、DataRay社では 266 nmのUV照射条件下でも、CMOSセンサーに顕著な劣化は確認されなかったと結論づけています。
そのため、最近のテスト結果に基づく推奨として、DataRayは 266〜1350 nm のビームに対して WinCamD-LCM を推奨しています。

テストが好結果でも、UVは相変わらず気分屋です。運用では次を押さえるのが安全です。