JP2671915B2 - 表面検査装置用の位置検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、検査対象の表面に照射された光スポットを
往復移動させ光スポットの反射光に基いて検査対象の表
面状態をチェックするようにした表面検査装置に用いら
れ、検査対象に照射される光スポットの位置を検出する
表面検査装置用の位置検出器に関するものである。

［従来の技術］ まず、この種の位置検出器を用いた表面検査装置につ
いて説明する。表面検査装置は、第１図に示すように、
レーザ１にて発光された光をレンズ２によって集光し、
この光ビームを振動ミラーよりなる走査手段３よって所
定方向（Ｘ方向）に往復移動させて矢印Ｙ方向に搬送さ
れる検査対象Ａに照射し、検査対象Ａに照射された光ス
ポットの反射光を図示していない受光素子で受光し、そ
の受光出力に基づいて検査対象Ａの表面状態をチェック
する。この種の表面検査装置では、走査手段３によって
検査対象Ａの表面を光スポットＳが走査されるから、検
査対象Ａの表面上のＸ方向の位置を特定するには、光ス
ポットＳの照射位置を検出する必要がある。そこで、図
示例では、走査手段３と検査対象Ａとの間に配置したビ
ームスプリッタ４によって光ビームを分岐し、分岐され
た光ビームが位置検出器５上に照射されるようにして光
スポットＳの位置を検出するようになっている。ところ
で、従来、位置検出器としてポジションセンシティブデ
ィテクタ（以下PSDと略称する）よりなる位置検出素子
５により光スポットＳの重心位置を検出していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、位置検出器として用いられるPSDに
は、以下の問題がある。すなわち、PSDはpin構造の受光
素子であって、ｐ層とｎ層との間にｉ層が介在するから
両端に設けた電極間の容量成分が比較的大きいことが知
られており、素子自身の有効長の短いPSDでは高速な応
答が得られるものの、PSDの素子自身の有効長を大きく
すると容量成分が増加して応答性が低下することにな
る。つまり、PSDでは有効長をあまり大きくとることは
できないものである。したがって、検出幅が比較的小さ
い場合には、特開昭59−24202号公報の第１図に記載さ
れているような構成を採用し、光学系を設けることなく
位置検出にPSDを用いることができるが、検出幅を広げ
ようとすれば、レンズなどの光学系をPSDの前方に配置
しなければならない。ところが、光学系を用いると、構
成が複雑になり、また検出幅を有効長の範囲に圧縮して
いるから分解能（検出精度）が低くなるという問題が生
じる。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その
目的とするところは、応答性を低下させることなく有効
長を大きくとることが可能な表面検査装置用の位置検出
器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の位置検出器は、光ビームを振動ミラーなどの
走査手段により所定方向に移動させて検査対象の表面に
照射することによって、検査対象の表面上で光スポット
を走査し、この光スポットの反射光に基づいて検査対象
の表面状態を検査する表面検査装置に用いられ、走査手
段から検査対象の表面に照射される光を走査位置の情報
が保存されるように分岐して得たタイミング用の光スポ
ットが照射されタイミング用の光スポットの走査位置の
情報を含んだタイミング信号を発生する位置検出器にお
いて、直線状の複数本の櫛歯を略平行に列設するととも
に長手方向の一端側で共通に結合した櫛歯状の受光面を
有し受光面での受光量のみを反映した出力値が得られる
フォトデイテクタよりなる位置検出素子と、フォトデイ
テクタの櫛歯の配列方向における位置検出素子の両側方
に配置した一対の基点検出用受光素子とを備え、両基点
検出用受光素子を結び位置検出素子の櫛歯を横切る直線
上でタイミング用の光スポットを走査するときに、各基
点検出用受光素子を光スポットが通過した時点の基点検
出用受光素子の出力を基点の位置を示すタイミング信号
とし、位置検出素子の櫛歯をタイミング用の光スポット
が次々に横切るときの位置検出素子の出力をタイミング
用の光スポットの走査位置を示すタイミング信号とする
ことを特徴とする。

［作用］ 上記構成によれば、直線状の複数本の櫛歯を略平行に
列設するとともに長手方向の一端側で共通に結合した櫛
歯状の受光面を有し受光面での受光量のみを反映した出
力値が得られるフォトデイテクタよりなる位置検出素子
を２つの基点検出用受光素子の間に設け、基点検出用受
光素子にタイミング用の光スポットを通過させて基点の
位置を示すタイミング信号を得るとともに、位置検出素
子の櫛歯をタイミング用の光スポットが横切ることによ
って得られる位置検出素子の出力をタイミング用の光ス
ポットの走査位置を示すタイミング信号に用いるのであ
る。したがって、タイミング用の光スポットの走査範囲
で基点検出用受光素子によって基点の位置に相当するタ
イミング信号が得らえ、かつ位置検出素子からのタイミ
ング信号によって基点の位置を基準としたタイミング用
の光スポットの位置を知ることができる。

また、位置検出素子は受光面の受光量のみを反映した
出力値が得られるものであり、PSDのように出力値自身
が受光面上での光スポットの位置を表すものではないか
ら、SPDに比較すると容量成分の少ない素子を構成する
ことが可能であり、結果的に応答性がPSDよりも優れて
いることになる。その結果、応答性を損なうことなく有
効長（検出幅）の大きい位置検出器を製造することが可
能になり、表面検査装置に用いる場合でも視野を拡大す
るための光学系が不要になり、ひいては分解能ないし測
定精度の向上に寄与するものである。

［実施例］ 本発明は、表面検査装置に用いるための位置検出器で
あって、第１図に示した表面検査装置における位置検出
素子５に代えて用いられるものである。すなわち、振動
ミラーなどの走査手段３により移動される光スポットＳ
の位置を、走査手段３と検査対象Ａとの間に配置された
ビームスプリッタ４により分岐された光ビームにより形
成されるタイミング用の光スポットＳの位置により検出
するものである。以下ではタイミング用の光スポットＳ
を単に光スポットＳと呼ぶ。

この位置検出器は、第２図に示すように、位置検出素
子５と、光スポットＳの移動方向における位置検出素子
５の両側方に配置した一対の基点検出用受光素子6a,6b
とからなる。位置検出素子５は、光スポットＳの移動方
向に等間隔にかつ互いに略平行に列設した複数列の直線
状の櫛歯5aを長手方向の一端側で共通に結合した櫛歯状
の受光面を有したフォトデイテクタであって、PSDのよ
うに光スポットＳが照射された位置に応じて出力値が変
化するものではなく、櫛歯状の受光面での受光量のみを
反映した出力値を得るものである。同様に、基点検出用
受光素子6a,6bも受光面での受光量のみを反映した出力
値を得るものである。

なお、本実施例では、ビームスプリッタ４から位置検
出素子５までの距離と、ビームスプリッタ４から検査対
象Ａまでの距離とを同一にし、位置検出素子５上の光ス
ポットＳの径が最小となるように光学系（レンズ２、ビ
ームスプリッタ４および位置検出素子５）が調整され
る。また、表面検査装置の他の構成は従来例と同様であ
るので説明を省略する。

以下、実施例の動作について説明する。第３図は第２
図に矢印Ｘで示されている直線上を光スポットＳが右向
きに移動したときの基点検出用受光素子6a,6bと位置検
出素子５との出力値の変化を示し、第３図（ａ）は基点
検出用受光素子6a、第３図（ｂ）は位置検出素子５、第
３図（ｃ）は基点検出用受光素子6bにそれぞれ対応す
る。つまり、光スポットＳが基点検出用受光素子6aを通
った後に位置検出素子５の櫛歯5aを次々に横切り、さら
に基点検出用受光素子6bを通るのである。第３図より明
らかなように、それぞれ検出光量の変化に基いて光スポ
ットＳの左右の基点および有効走査範囲の走査位置を示
すタイミング信号が得られるようになっている。なお、
光スポットＳと櫛歯5aのピッチとは光スポットＳが櫛歯
5aを順次横切る様に第３図（ｂ）のような出力が得られ
るような関係に設定される。一般には光スポットＳの径
は櫛歯5aのピッチ以下に設定される。

この構成では、いずれかの基点検出用受光素子6a,6b
を光スポットＳが通過した時点で、第３図（ａ）または
第３図（ｃ）のようなタイミング信号が発生するから、
このタイミング信号によって光スポットＳの左右の基点
を求めることができる。また、位置検出素子５に列設さ
れた櫛歯5aの上を光スポットＳが次々に通過すると、櫛
歯5aの上を光スポットＳが通過しているか否かに応じて
位置検出素子５の出力値が第３図（ｂ）のように山部と
谷部とを繰り返すように変化するから、この出力値をタ
イミング信号として用いる。つまり、基点検出用受光素
子6a,6bから出力されるタイミング信号によって基点の
位置を決め、位置検出素子５の出力値の山部または谷部
の基点からの個数によって、基点から何番目の櫛歯5aを
光スポットＳが通過しているかを知ることができるか
ら、両方のタイミング信号を合わせて用いれば光スポッ
トＳの走査位置を含むタイミング信号を得ることができ
る。

しかして、位置検出素子５は受光量のみを反映した出
力値の得られる櫛歯状の受光面を有するものであって、
PSDのように受光面上での光スポットＳの照射位置に応
じて出力値を変化させるものではないから、PSDに比較
すると容量成分を小さくすることができ、結果的にPSD
よりも応答性が高くなる。つまり、櫛歯5aの列設されて
いる方向における位置検出素子５の長さ寸法を大きくと
ることが可能になり、有効長の大きい大型の位置検出素
子５を作成することが可能になる。そして、有効長の大
きい位置検出素子５を用いれば、走査幅が長い場合にも
従来例のようにレンズなどの光学系を付加する必要がな
く構成が簡単で低コスト化および高精度化を図ることが
できる。

また、一般に、振動ミラーを用いた場合には、移動速
度は一定ではないので、光スポットＳが一定間隔だけ移
動するタイミングを時間で設定するのは難しく、振動ミ
ラーの応答性の変動、駆動信号の変動などによって精度
が悪くなるが、本発明の位置検出素子５は、所定ピッチ
で櫛歯5aが配置されているので、櫛歯5aのピッチの管理
のみでタイミング用光スポットＳの移動に正確に対応し
たタイミング信号が得られ、振動ミラーと光スポットＳ
のタイミング合わせが精度良く行えることになる。さら
に、タイミング検出用の位置検出素子５の両側方に基点
検出用受光素子6a,6bを設けてあるので、光スポットＳ
の位置検出に際して、基点検出を独立させて行うことが
でき、基点が明確になるという利点もある。

第４図は左側の基点検出用受光素子6a出力に基づいて
光スポットＳの往路を有効走査範囲SEとしたものであ
り、基点検出用受光素子6b出力に基づいて光スポットＳ
の有効走査範囲SEを復路とすることもできる。

第５図は他の実施例の動作説明図であり、櫛歯状のフ
ィトディテクタ５のピッチを粗密にし、高精度が必要な
部分の櫛歯5aが密になるようにして部分的に高い精度の
タイミング信号が得られるようにしたものであり、情報
量を低減することができる。

［発明の効果］ 本発明は、直線状の複数本の櫛歯を略平行に列設する
とともに長手方向の一端側で共通に結合した櫛歯状の受
光面を有し受光面での受光量のみを反映した出力値が得
られるフォトデイテクタよりなる位置検出素子を２つの
基点検出用受光素子の間に設け、基点検出用受光素子に
タイミング用の光スポットを通過させて基点の位置を示
すタイミング信号を得るとともに、位置検出素子の櫛歯
をタイミング用の光スポットが横切ることによって得ら
れる位置検出素子の出力をタイミング用の光スポットの
走査位置を示すタイミング信号に用いるものであり、タ
イミング用の光スポットの走査範囲で基点検出用受光素
子によって基点の位置に相当するタイミング信号が得ら
れ、かつ位置検出素子からのタイミング信号によって基
点の位置を基準としたタイミング用の光スポットの位置
を知ることができ、２個の基点検出用受光素子と１個の
位置検出素子との３素子の出力に基づいてタイミング用
の光スポットの走査位置を知ることができるのである。
また、位置検出素子は受光面の受光量のみを反映した出
力値が得られるものであり、PSDのように出力値自身が
受光面上での光スポットの位置を表すものではないか
ら、PSDに比較すると容量成分の少ない素子を構成する
ことが可能であり、結果的に応答性がPSDよりも優れて
いることになる。その結果、応答性を損なうことなく有
効長（検出幅）の大きい位置検出器を製造することが可
能になり、表面検査装置に用いる場合でも視野を拡大す
るための光学系が不要になり、ひいては分解能ないし測
定精度の向上に寄与するという利点を有するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略構成図、第２図は同上の
要部正面図、第３図および第４図は同上の動作説明図、
第５図は他の実施例の要部正面図である。 ３は走査手段、４はビームスプリッタ、５は位置検出素
子、5aは櫛歯、6a,6bは基点検出用受光素子である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−4123（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−64105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−24202（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−121304（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−54212（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを振動ミラーなどの走査手段によ
   り所定方向に移動させて検査対象の表面に照射すること
   によって、検査対象の表面上で光スポットを走査し、こ
   の光スポットの反射光に基づいて検査対象の表面状態を
   検査する表面検査装置に用いられ、走査手段から検査対
   象の表面に照射される光を走査位置の情報が保存される
   ように分岐して得たタイミング用の光スポットが照射さ
   れタイミング用の光スポットの走査位置の情報を含んだ
   タイミング信号を発生する位置検出器において、直線状
   の複数本の櫛歯を略平行に列設するとともに長手方向の
   一端側で共通に結合した櫛歯状の受光面を有し受光面で
   の受光量のみを反映した出力値が得られるフォトデイテ
   クタよりなる位置検出素子と、フォトデイテクタの櫛歯
   の配列方向における位置検出素子の両側方に配置した一
   対の基点検出用受光素子とを備え、両基点検出用受光素
   子を結び位置検出素子の櫛歯を横切る直線上でタイミン
   グ用の光スポットを走査するときに、各基点検出用受光
   素子を光スポットが通過した時点の基点検出用受光素子
   の出力を基点の位置を示すタイミング信号とし、位置検
   出素子の櫛歯をタイミング用の光スポットが次々に横切
   るときの位置検出素子の出力をタイミング用の光スポッ
   トの走査位置を示すタイミング信号とすることを特徴と
   する表面検査装置用の位置検出器。