JP2526191B2

JP2526191B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JP2526191B2
Application number: JP3357132A
Authority: JP
Inventors: 成章藤原; 徳次芝原
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1996-08-21
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JPH05172514A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば各種基板におけ
る膜厚測定や回路パターンの線幅測定などに用いる顕微
鏡においてサンプル面に対するピント合わせや、あるい
は光ディスク装置においてディスク面に対する読み取り
／書き込みヘッドのピント合わせを自動的に行わせるた
めに装備する合焦点検出装置のように、基準位置からの
サンプル面の位置ずれ状態を検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の位置検出装置として、例
えば本出願人による特開平３−３１７１４号公報に開示
されたものがある。以下、図１５を参照して、この装置
の構成を説明する。

【０００３】この位置検出装置は、サンプル面Ｓを照射
するための２つの投光器１１１、１２１を備えている。
第１投光器１１１から出射された光束は、ハーフミラー
１３０を透過した後、対物レンズ１３１で集束されてサ
ンプル面Ｓに入射する。第２投光器１２１から出射され
た光束は、ハーフミラー１３０で反射された後、対物レ
ンズ１３１で集束されてサンプル面Ｓに入射する。

【０００４】第１投光器１１１とハーフミラー１３０と
の間に第１遮蔽板１１２がある。この第１遮蔽板１１２
の端縁１１２ａは、対物レンズ１３１の合焦点位置Ｐ₀
よりも対物レンズ１３１から離れた側に予め設定された
第１設定位置Ｐ₁と共役な位置Ｐ₁’に配置されてい
る。第１遮蔽板１１２の対物レンズ１３１側の面は反射
面で構成され、この面で反射された光の光量は第１光量
検出器１１３で検出される。

【０００５】第２投光器１２１とハーフミラー１３０と
の間に第２遮蔽板１２２がある。この第２遮蔽板１２２
の端縁１２２ａは、対物レンズ１３１の合焦点位置Ｐ₀
よりも対物レンズ１３１に近い側に予め設定された第２
設定位置Ｐ₂と共役な位置Ｐ₂’に配置されている。第
２遮蔽板１２２の対物レンズ１３１側の面は反射面で構
成され、この面で反射された光の光量は第２光量検出器
１２３で検出される。

【０００６】図１６に示すように、第１光量検出器１１
３の出力信号Ｅ₁は、サンプル面Ｓが第１設定位置Ｐ₁
にあるときに極小値をとる。一方、第２光量検出器１２
３の出力信号Ｅ₂は、サンプル面Ｓが第２設定位置Ｐ₂
にあるときに極小値をとる。したがって、出力信号
Ｅ₁，Ｅ₂の差分Ｅ₁−Ｅ₂は、図１６に実線で示すよ
うに変化し、差分Ｅ₁−Ｅ₂の基準値Ｅ_rに対する極性
を調べることにより、サンプル面Ｓが合焦点位置Ｐ₀に
対してどちらの方向に位置ずれを起こしているかを判別
することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、上述した従来例は、サンプル面Ｓの位
置ずれを検出するために、２つの遮蔽板１１２，１２２
をそれぞれ所定の個所に設置しなければならないので、
装置の構成および調整が複雑になるという問題点があ
る。

【０００８】また、遮蔽板１１２，１２２は、合焦点位
置Ｐ₀と共役な位置に対してそれぞれ前後にずれた位置
に配置されているので、サンプル面Ｓが傾斜するとサン
プル面Ｓから反射されて遮蔽板１１２，１２２の各反射
面に入射する光束にバラツキが生じる。その結果、光量
検出器１１３，１２３の出力信号の差分Ｅ₁−Ｅ₂の曲
線が図１６の横軸に沿って左右にシフトすると共に傾き
も変化し、サンプル面Ｓの位置検出に誤差が生じるとい
う難点がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、装置の構成および調整を簡単化するこ
とができる位置検出装置を提供することを目的としてい
る。また、本発明の他の目的は、サンプル面の傾斜の有
無にかかわらず、サンプル面の位置ずれ状態を精度良く
検出することができる位置検出装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、基準位置からのサンプル
面の位置ずれ状態を検出する位置検出装置であって、前
記基準位置に対して特定の関係でピント面を有する対物
レンズと、前記対物レンズの前記基準位置とは反対側に
配置されたハーフミラーと、前記ハーフミラーを透過し
た後、前記対物レンズを経て前記サンプル面に入射し、
かつ前記ハーフミラーから前記対物レンズに至る光路上
の第１集光位置で集光する第１光線束を出射する第１集
束光投光器と、前記ハーフミラーで反射された後、前記
対物レンズを経て前記サンプル面に入射し、かつ前記ハ
ーフミラーから対物レンズに至る光路上の第２集光位置
で集光する第２光線束を出射する第２集束光投光器と、
前記第１集光位置と前記第２集光位置との間に端縁が配
置され、その端縁で前記各投光器から出射された第１お
よび第２光線束の一部を遮る遮光板と、前記サンプル面
で反射された前記第１および第２光線束の内、前記遮光
板の前記対物レンズ側の面に入射する光線束の光量を検
出する光量検出器とを備え、前記光量検出器によって検
出された前記第１光線束の光量と、前記第２光線束の光
量との差分に基づいて、前記サンプル面の位置ずれ状態
を検出するものである。

【００１１】請求項２に記載の発明は、基準位置からの
サンプル面の位置ずれ状態を検出する位置検出装置であ
って、前記基準位置に対して特定の関係でピント面を有
する対物レンズと、前記対物レンズの光軸を含む仮想平
面の一方側に配置され、前記光軸と交差した後、前記対
物レンズを経て前記サンプル面に入射する第１平行光線
束を出射する第１平行光線投光器と、前記仮想平面の他
方側に配置され、前記光軸と交差した後、前記対物レン
ズを経て前記サンプル面に入射する第２平行光線束を出
射する第２平行光線投光器と、前記第１および第２平行
光線束が交差する領域に端縁が配置され、その端縁で前
記各投光器から出射された第１および第２平行光線束の
一部を遮る遮光板と、前記サンプル面で反射された第１
および第２平行光線束の内、前記遮光板の前記対物レン
ズ側の面に入射する光線束の光量を検出する光量検出器
とを備え、前記光量検出器によって検出された前記第１
平行光線束の光量と、前記第２平行光線束の光量との差
分に基づいて、前記サンプル面の位置ずれ状態を検出す
るものである。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の位置検出装置において、前記遮光板の端縁が
基準位置と共役な位置に配置されているものである。

【００１３】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。請求項１に
記載の発明によれば、第１集束光投光器と第２集束光投
光器とからそれぞれ出射された光線束が、ハーフミラー
から対物レンズに至る光路上の異なる位置で集光するの
で、各集光部の間に配置された遮光板の端縁により、前
記各光線束は２つの光線束に分離される。分離された２
つの光線束（分離光線束）は対物レンズを経て、サンプ
ル面にそれぞれ入射する。サンプル面が基準位置にある
とき、サンプル面で各々反射された分離光線束は、共に
遮光板の対物レンズ側の面に最も少なく入射するので、
光量検出手段によって検出される各分離光線束の光量は
極小値をとる。

【００１４】一方、サンプル面が基準位置よりも対物レ
ンズに近い側にある場合は、センプル面が基準位置にあ
る場合に比べて、一方の分離光線束（第１分離光線束）
が遮光板の対物レンズ側の面に入射する量は大きく増加
するが、他方の分離光線束（第２分離光線束）が前記面
に入射する量は少ししか増加しない。逆に、サンプル面
が基準位置よりも対物レンズから離れた側にある場合
は、サンプル面が基準位置にある場合に比べて、第２分
離光線束が遮光板の対物レンズ側の面に入射する量は大
きく増加するが、第１分離光線束が前記面に入射する量
は少ししか増加しない。

【００１５】したがって、遮光板の対物レンズ側の面に
入射する第１分離光線束の光量と、第２分離光線束の光
量との差分をとった場合、前記光量の差分は、サンプル
面が基準位置にある場合を境として、極性（正負）が反
転した信号となる。したがって、前記差分信号の極性を
調べることにより、サンプル面が基準位置に対してどち
らの方向に位置ずれを起こしているかを判断することが
できる。

【００１６】請求項２に記載の発明によれば、対物レン
ズの光軸を含む仮想平面を挟んでそれぞれ異なる側に配
置された第１平行光線投光器と第２平行光線投光器とか
ら出射された各平行光線束が略光軸上で交差するので、
前記平行光線束の交差領域に配置された遮光板の端縁に
より、前記各光線束は光軸に対して左右に分離された２
つの平行光線束に分離される。分離された各平行光線束
（分離平行光線束）は対物レンズを経て、サンプル面に
それぞれ入射する。

【００１７】サンプル面が基準位置よりも対物レンズに
近い側へ変位するに従って、サンプル面で反射された一
方の分離平行光線束（第１分離平行光線束）が遮光板の
対物レンズ側の面に入射する量は増加するが、他方の分
離平行光線束（第２分離平行光線束）は前記面に入射し
ない。一方、サンプル面が基準位置よりも対物レンズか
ら離れる側へ変位するに従って、サンプル面で反射され
た第２分離平行光線束が遮光板の対物レンズ側の面に入
射する量は増加するが、第１分離平行光線束は前記面に
入射しない。

【００１８】したがって、請求項１に記載の発明と同様
に、遮光板の対物レンズ側の面に入射する第１分離平行
光線束の光量と、第２分離平行光線束の光量との差分を
とり、その差分の極性値からサンプル面が基準位置に対
してどちらの方向に位置ずれを起こしているかを判断す
ることができる。

【００１９】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
または２に記載の位置検出装置において、遮光板の端縁
がサンプル面の基準位置と共役な位置に配置されている
ので、サンプル面が傾斜していても、サンプル面から反
射された各分離光線束（分離平行光線束）が遮光板の対
物レンズ側の面に入射する量に変動を生じることがな
い。したがって、前記光量の差分値の極性反転位置がシ
フトすることがなく、サンプル面の基準位置に対する位
置ずれが精度良く検出される。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。＜第１実施例＞図１は本実施例に係る位置検出装置の光
学系の概略構成を示した図である。この位置検出装置
は、それぞれ集束光線束を出射する集束光投光器１およ
び２を備えている。集束光投光器１から出射された光線
束は、ハーフミラー３を透過した後、対物レンズ４を経
てサンプル面Ｓに入射する。一方、集束光投光器２から
出射された光線束は、ハーフミラー３で反射された後、
対物レンズ４を経てサンプル面Ｓに入射する。集束光投
光器１および２からの光線束は、ハーフミラー３から対
物レンズ４に至る光軸上の異なる位置で、それぞれ集光
する。図中の符号Ｃ₁は集束光投光器１から出射された
光線束の集光部、Ｃ₂は集束光投光器２から出射される
光線束の集光部をそれぞれ示している。

【００２１】ハーフミラー３から対物レンズ４に至る光
路上に、前記各光線束の一部を遮蔽する遮光板としての
遮蔽板５が配設されている。遮蔽板５の端縁５ａは、前
記集光部Ｃ_１とＣ_２との間、好ましくは集光部Ｃ_１とＣ
_２との間の光軸上であり、最も好ましくはサンプル面Ｓ
の基準位置Ｐと共役な位置Ｐ’上に配置される。ここ
で、基準位置Ｐは、対物レンズ４の合焦点位置に相当し
ている。遮蔽板５の対物レンズ４側の面（以下「裏面」
という）は鏡面などの光を反射する面で構成されてい
る。遮蔽板５で分離された各光線束（分離光線束）は、
サンプル面Ｓで反射される。遮蔽板５に付設された光量
検出器６は、サンプル面Ｓで反射された分離光線束の
内、遮蔽板５の裏面に入射した光線束、すなわち、前記
裏面で反射された光線束の光量を検出する。

【００２２】次に、図２を参照して、遮蔽板５による各
集束光線束の分離作用を説明する。図中、符号Ｒ₁は集
束光投光器１から出射された集束光線束、Ｒ₂は集束光
投光器２から出射された集束光線束を示している。遮蔽
板５の端縁５ａが、集束光線束Ｒ₁の集光部Ｃ₁と集束
光線束Ｒ₂の集光部Ｃ₂との間に配置されているので、
図２において光軸ＯＡに対して左右に分離された、集束
光線束Ｒ₁の分離光線束Ｒ₁’と、集束光線束Ｒ₂の分
離光線束Ｒ₂’とが得られる。なお、ここでは遮蔽板５
の端縁５ａを光軸ＯＡ上に配置しているが、端縁５ａは
必ずしも光軸ＯＡ上に配置する必要はなく、集束光線束
Ｒ₁，Ｒ₂を概略２方向に分離できるように配置すれば
よい。

【００２３】以下、図３〜図５を参照して、本実施例装
置によるサンプル面Ｓの位置検出動作を説明する。な
お、各図において、符号Ｋ₁は図２に示した分離光線束
Ｒ₁’のうち基準位置Ｐと共役な位置Ｐ’を通過する光
線を、Ｋ₂は分離光線束Ｒ₂’のうち基準位置Ｐと共役
な位置Ｐ’を通過する光線をそれぞれ示している。

【００２４】図３に示すように、サンプル面Ｓが基準位
置Ｐにある場合、サンプル面Ｓからの反射光は、入射光
Ｋ₁，Ｋ₂が入射した共役位置Ｐ’上の点に戻って来る
ので、遮蔽板５の裏面に入射しない。一方、図４に示す
ように、サンプル面Ｓが基準位置Ｐよりも対物レンズ４
から離れた側にある場合、光線Ｋ₁の反射光は遮蔽板５
の裏面に入射しないが、光線Ｋ₂は前記裏面に入射す
る。また、図５に示すように、サンプル面Ｓが基準位置
Ｐよりも対物レンズ４に近い側にある場合、光線Ｋ₁の
反射光は遮蔽板５の裏面に入射するが、光線Ｋ₂は前記
裏面に入射しない。

【００２５】したがって、集束光投光器１，２の各分離
光線束Ｒ₁’，Ｒ₂’の反射光が遮蔽板５の裏面に入射
する光量を、光量検出器６でそれぞれ単独に分離して測
定すると、各検出光量Ｅ₁，Ｅ₂は図６のように変化す
る。図６において、横軸はサンプル面Ｓの基準位置Ｐに
対する位置を示し、その＋方向は基準位置Ｐよりも対物
レンズ４から離れる方向を、−方向は基準位置Ｐよりも
対物レンズ４へ近づく方向をそれぞれ示している。

【００２６】集束光投光器１による検出光量Ｅ₁は、サ
ンプル面Ｓが基準位置Ｐにあるとき極小となり（図３参
照）、サンプル面Ｓが基準位置Ｐよりも対物レンズ４に
近い側にあるときに大きなピークをもつ（図５参照）。
一方、集束光投光器２による検出光量Ｅ₂は、サンプル
面Ｓが基準位置Ｐにあるとき、検出光量Ｅ₁と同様に極
小となり（図３参照）、サンプル面Ｓが基準位置Ｐより
も対物レンズ４から離れた側にあるときに大きなピーク
をもつ（図４参照）。図６で、検出光量Ｅ₁が対物レン
ズ４から離れた側に小さなピークをもち、検出光量Ｅ₂
が対物レンズ４に近い側に小さなピークをもつのは、図
２に示した分離光線束Ｒ₁’，Ｒ₂’がそれぞれ光線Ｋ
₁，Ｋ₂以外にも光軸ＯＡの付近に幾分かの光量分布を
もつため、図４の状態でも分離光線束Ｒ₁’の一部が遮
蔽板５の裏面に入射し、また、図５の状態でも分離光線
束Ｒ₂’の一部が遮蔽板５の裏面に入射するからであ
る。

【００２７】検出光量Ｅ₁，Ｅ₂の差分をとると、図６
に示すように、その差分Ｅ₁−Ｅ₂は、基準位置Ｐを境
として、その極性（正負）が反転した信号になる。した
がって、前記差分信号の極性を調べることにより、サン
プル面Ｓが基準位置Ｐに対してどちらの方向に位置ずれ
を起こしているかを判断することができる。

【００２８】図７は、本実施例装置の制御部の概略構成
を示したブロック図である。ここでは、集束光投光器
１，２の各分離光線束Ｒ₁’，Ｒ₂’の反射光が遮蔽板
５の裏面に入射する光量を、光量検出器６でそれぞれ単
独に分離して測定するために、集束光投光器１，２を時
分割で駆動している。すなわち、図７に示したタイミン
グ制御回路７によって集束光投光器１，２を交互に駆動
し、そのタイミングに同期して、光量検出器６の検出信
号をサンプルホールド回路８₁，８₂で保持することに
より、光量検出器６の検出信号を各投光器１，２ごとに
分離している。差分検出回路９は、サンプルホールド回
路８₁，８₂で保持された検出光量Ｅ₁，Ｅ₂の差分を
検出し、その差分信号Ｅ₁−Ｅ₂をサンプルステージ駆
動回路１０に出力する。サンプルステージ駆動回路１０
は、差分信号Ｅ₁−Ｅ₂の極性に応じて、サンプルステ
ージを駆動する。すなわち、差分信号Ｅ₁−Ｅ₂が負の
ときは、サンプルステージを対物レンズ４に近づけるよ
うに駆動し、差分信号Ｅ₁−Ｅ₂が正のときは、サンプ
ルステージを対物レンズ４から離すように駆動する。以
上の制御により、サンプル面Ｓが基準位置Ｐに位置合わ
せされる。

【００２９】なお、遮蔽板５の裏面に入射する光線束の
光量を各集束光投光器１，２ごとに分離して検出するた
めの手法は、上述の例に限らず、次のように変形実施す
ることも可能である。

【００３０】（１）集束光投光器１，２からそれぞれ異
なる波長の光を同時に出射し、遮蔽板５の裏面で反射さ
れた光を、ダイクロイックミラー等を使って各波長ごと
に分離し、各分離光の光量を２つの光量検出器を使って
それぞれ個別に検出するようにしてもよい。

【００３１】（２）集束光投光器１，２からそれぞれ周
波数の異なるパルス光を同時に出射し、遮蔽板５の裏面
で反射された光の光量を各周波数のタイミングでそれぞ
れ検出する２つの光量検出器を用いてもよい。

【００３２】また、本実施例のように、遮蔽板５の端縁
５ａを基準位置Ｐと共役な位置Ｐ’に配置した場合に
は、サンプル面Ｓが傾斜していても、図６に示した検出
光量Ｅ₁，Ｅ₂が極小値をとる位置が変動しないので、
サンプル面Ｓの位置ずれを精度よく検出することができ
る。

【００３３】＜第２実施例＞図８を参照して、本発明の
第２実施例を説明する。本実施例の特徴は、第１実施例
の集束光投光器１，２に替えて、平行光線束を出射する
平行光線投光器１１および１２を用い、ハーフミラー３
を省いたことにある。平行光線投光器１１，１２は、光
軸ＯＡを含む仮想平面（図８の紙面に垂直な面）を挟ん
で対向配置され、各投光器１１，１２から出射された平
行光線束は光軸ＯＡ上で交わっている。両平行光線束が
交差する領域に、遮蔽板５の端縁５ａが配置されてい
る。好ましくは、遮蔽板５の端縁５ａは光軸ＯＡ上であ
り、最も好ましくは、端縁５ａは基準位置Ｐと共役な位
置Ｐ’に配置される。

【００３４】本実施例によれば、平行光線投光器１１，
１２からそれぞれ出射された平行光線束Ｒ₃，Ｒ₄が、
遮蔽板５によって分離されることにより、光軸ＯＡに対
して左右に分離された２つの分離平行光線束Ｒ₃’，Ｒ
₄’が得られる。

【００３５】本実施例によっても、第１実施例と同様
に、サンプル面Ｓから反射された平行光線束Ｒ₃’，Ｒ
₄’が遮蔽板５の裏面に入射する光量は、サンプル面Ｓ
の位置に応じて変化する。図９に示した符号Ｅ₃は、平
行光線投光器１１による検出光量の変化を示し、Ｅ₄は
平行光線投光器１２による検出光量の変化を示す。共に
サンプル面Ｓが基準位置Ｐにあるときに極小値を示す。
なお、サンプル面Ｓが基準位置Ｐよりも対物レンズ４か
ら離れた側にあるとき検出光量Ｅ₃に、第１実施例のよ
うな小さなピーク（図６参照）が現れず、同様に、サン
プル面Ｓが基準位置Ｐよりも対物レンズ４に近い側にあ
るとき検出光量Ｅ₄に、小さなピークが現れないのは、
分離平行光線束Ｒ₃’，Ｒ₄’が光軸ＯＡの付近に光量
分布をもたいないからである。

【００３６】第１実施例と同様に、上述した検出光量Ｅ
₃，Ｅ₄の差分をとると、その差分Ｅ₃−Ｅ₄は、基準
位置Ｐを境としてその極性（正負）が変化する信号とな
る。したがって、差分信号Ｅ₃−Ｅ₄の極性を調べるこ
とにより、サンプル面Ｓの位置ずれ方向を検出すること
ができる。

【００３７】なお、遮蔽板５の端縁５ａを基準位置Ｐと
共役な位置Ｐ’に配置した場合には、サンプル面Ｓが傾
斜していても、図９に示した検出光量Ｅ₃，Ｅ₄が極小
値をとる位置が変動しないので、サンプル面Ｓの位置ず
れを精度よく検出することは第１実施例と同様である。
図１０および図１１は、基準位置Ｐにあるサンプル面Ｓ
が傾斜しているときの、分離平行光線束Ｒ₃’，Ｒ₄’
の光路を示したものである。いずれの場合にも、遮蔽板
５の裏面に分離平行光線束Ｒ₃’，Ｒ₄’の反射光が入
射されず、したがって、検出光量Ｅ₃，Ｅ₄の極小値の
位置が変動しないことがわかる。

【００３８】＜第３実施例＞上述した第１実施例および
第２実施例では、遮蔽板５の裏面に入射する光線束の光
量の差分の極性から、サンプル面Ｓの位置ずれ方向を検
出することができたが、ずれの程度（距離）を直ちに検
出することができない。なぜなら、前記検出光量の差分
のレベルは、サンプル面Ｓの反射率の影響を受けるの
で、前記レベルとサンプル面Ｓの位置ずれ量との間に正
確な対応関係がないからである。ところで、本発明に係
る位置検出装置を、サンプル面Ｓの高速フィードバック
制御に適用しようとした場合、サンプル面Ｓの位置ずれ
方向ととともに、その位置ずれ量を知ることは重要であ
る。本実施例は、サンプル面Ｓの位置ずれ量をも検出で
きるようにしたものである。

【００３９】第１および第２実施例では、遮蔽板５の裏
面に入射する光線束の光量のみを検出するために、光量
検出器６としてフォトダイオードのような光量検出素子
を用いたが、本実施例では前記検出光量とともに、光線
束の入射位置も検出できる機能をもった光学的位置検出
手段を備えている。すなわち、サンプル面Ｓと基準位置
Ｐとの隔たりが少ない状態では、サンプル面Ｓで反射さ
れた光線束は遮蔽板５の端縁５ａの付近のみに入射し、
サンプル面Ｓと基準位置Ｐとの隔たりが大きくなるに従
って端縁５ａから離れた位置を入射するようになる。し
たがって、サンプル面Ｓで反射された光線束が、遮蔽板
５の裏面に入射する光線束の位置を検出することによ
り、サンプル面Ｓと基準位置Ｐとの隔たり（位置ずれ
量）を知ることができる。なお、本実施例において、投
光器などの構成は第１および第２実施例の何れをも適用
することができる。以下、図１２〜図１４を参照して、
上述した光学的位置検出手段の例を具体的に説明する。

【００４０】図１２に示した例は、光学的位置検出手段
として、ポジション・センシティブ・デバイス（ＰＳ
Ｄ）として知られている光学的位置検出素子６ａを用い
て、遮蔽板５への入射位置を検出している。また、図１
３に示した例は、光学的位置検出手段として、遮蔽板５
で反射された光線束をフォトダイオード・アレイ６ｂ₁
〜６ｂ₄を用いて、遮蔽板５への入射光量と入射位置を
検出している。さらに、図１４に示した例は、フォトダ
イオード・アレイ６ｂ₁〜６ｂ₄を遮蔽板５の裏面に一
体的に取り付けることにより、サンプル面Ｓで反射され
た光線束の光量と入射位置を、前記裏面上で直接的に検
出している。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１および２に記載の発明によれば、２つの投光器から出
射された光線束を、１つの遮光板によって２方向に分離
してサンプル面に入射し、サンプル面からの反射光線束
のうち、前記遮光板の対物レンズ側の面に入射する光線
束の光量を検出することによって、サンプル面の位置ず
れを検出しているので、２つの遮光板を備えていた従来
装置と比較して、位置検出装置の構成および調整を簡単
化することができる。

【００４２】また、請求項３に記載の発明によれば、遮
光板の端縁をサンプル面の基準位置と共役な位置に配置
しているので、サンプル面が傾斜しても遮光板の対物レ
ンズ側の面に入射する光線束の光量に変動が生じること
がなく、サンプル面の基準位置に対する位置ずれ状態を
精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置検出装置の第１実施例の光学
系の概略構成を示した図である。

【図２】遮蔽板の端縁によって２つの集光光線束が分離
される様子を示した図である。

【図３】サンプル面が基準位置にある場合の光路を示し
た図である。

【図４】サンプル面が基準位置よりも対物レンズから離
れた側にある場合の光路を示した図である。

【図５】サンプル面が基準位置よりも対物レンズに近い
側にある場合の光路を示した図である。

【図６】第１実施例において、光量検出器の出力とサン
プル面の位置との関係を示した図である。

【図７】実施例装置の制御部の概略構成を示したブロッ
ク図である。

【図８】第２実施例の光学系の概略構成を示した図であ
る。

【図９】第２実施例において、光量検出器の出力とサン
プル面の位置との関係を示した図である。

【図１０】サンプル面が傾斜している場合の光路を示し
た図である。

【図１１】サンプル面が傾斜している場合の光路を示し
た図である。

【図１２】第３実施例の要部構成を示した図である。

【図１３】第３実施例の変形例の要部構成を示した図で
ある。

【図１４】第３実施例のその他の例の要部構成を示した
図である。

【図１５】従来の位置検出装置の光学系の概略構成を示
した図である。

【図１６】従来装置による位置検出処理の説明に供する
図である。

【符号の説明】

Ｓ…サンプル面Ｐ…基準位置１，２…集束光投光器３…ハーフミラー４…対物レンズ５…遮蔽板５ａ…端縁６…光量検出器１１，１２…平行光線投光器

フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−247203（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−87256（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−66852（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−81408（ＪＰ，Ａ) 特公平８−10140（ＪＰ，Ｂ２) 特公平７−94984（ＪＰ，Ｂ２) 特公平７−94983（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基準位置からのサンプル面の位置ずれ状
態を検出する位置検出装置であって、前記基準位置に対して特定の関係でピント面を有する対
物レンズと、前記対物レンズの前記基準位置とは反対側に配置された
ハーフミラーと、前記ハーフミラーを透過した後、前記対物レンズを経て
前記サンプル面に入射し、かつ前記ハーフミラーから前
記対物レンズに至る光路上の第１集光位置で集光する第
１光線束を出射する第１集束光投光器と、前記ハーフミラーで反射された後、前記対物レンズを経
て前記サンプル面に入射し、かつ前記ハーフミラーから
対物レンズに至る光路上の第２集光位置で集光する第２
光線束を出射する第２集束光投光器と、前記第１集光位置と前記第２集光位置との間に端縁が配
置され、その端縁で前記各投光器から出射された第１お
よび第２光線束の一部を遮る遮光板と、前記サンプル面で反射された前記第１および第２光線束
の内、前記遮光板の前記対物レンズ側の面に入射する光
線束の光量を検出する光量検出器とを備え、前記光量検出器によって検出された前記第１光線束の光
量と、前記第２光線束の光量との差分に基づいて、前記
サンプル面の位置ずれ状態を検出することを特徴とする
位置検出装置。
【請求項２】基準位置からのサンプル面の位置ずれ状
態を検出する位置検出装置であって、前記基準位置に対して特定の関係でピント面を有する対
物レンズと、前記対物レンズの光軸を含む仮想平面の一方側に配置さ
れ、前記光軸と交差した後、前記対物レンズを経て前記
サンプル面に入射する第１平行光線束を出射する第１平
行光線投光器と、前記仮想平面の他方側に配置され、前記光軸と交差した
後、前記対物レンズを経て前記サンプル面に入射する第
２平行光線束を出射する第２平行光線投光器と、前記第１および第２平行光線束が交差する領域に端縁が
配置され、その端縁で前記各投光器から出射された第１
および第２平行光線束の一部を遮る遮光板と、前記サンプル面で反射された第１および第２平行光線束
の内、前記遮光板の前記対物レンズ側の面に入射する光
線束の光量を検出する光量検出器とを備え、前記光量検出器によって検出された前記第１平行光線束
の光量と、前記第２平行光線束の光量との差分に基づい
て、前記サンプル面の位置ずれ状態を検出することを特
徴とする位置検出装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の位置検出装置
において、前記遮光板は、その端縁が基準位置と共役な
位置に配置されている位置検出装置。