JPH0331713A - 位置ずれ検出機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈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、あるいは光デイスク装置におい
てディスク面に対するヘッド（ＦＡみ取り、書き込みの
いずれか一方または両方）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ずれ検出機構のように、基準
とする所定位置からのサンプル面の位置ずれ状態を検出
する機構に関する。

〈従来の技術〉 特開昭６０−７６０３５号公報に紹介されている合焦ず
れ検出機構を第１の従来例として第３３図に示し、以下
に簡単に説明する。

光源２１から照射された光束はハーフミラ−２２で反射
されレンズ２３．２４を介して光デイスク２５上にスポ
ットを形成する。スポットの反射光束はレンズ２４．２
３およびハーフミラ−２２を透過し、ハーフミラ−２２
と二分割センサＤ、、Ｄ、との間の位置で結像した後、
二分割センサＤ、、Ｄ、に入射す合焦時の反射光束の結
像点Ｐ１０を挟んで対称な位置でかつ反射光軸から離れ
た位置にナイフエ・ンジを置く前側遮光板２６と後側遮
光板２７とが設けられている。光ディスク２５が合焦位
置にあるときは、実線で示すように反射光束は両道光Ｆ
ｉ２６．２７による遮光を受けることなく、各分割セン
サＤ、、Ｄ□に等しい量の光が入射し合焦状態が検出さ
れる。

このときの結像点Ｐ１゜は両遮光板２６．２７の丁度中
央位置にある。

光ディスク２５が合焦位置からレンズ２４から離れる方
向に移動すると、破線で示すように結像点Ｐ１１が前側
遮光板２６Ｎに接近し、後側遮光板２７によって光軸よ
りも上側の光束の一部が遮光され、センサＤ１への入射
光量が減少するため、光ディスク２５がレンズ２４から
離れる方向へ非合焦であると判定され、この検出信号に
基づいてオートフォーカス機構を駆動して合焦状態とな
るように制御する。

逆に、光ディスク２５が合焦位置からレンズ２４に接近
すると、２点鎖線で示すように結像点Ｐｌｚが後側遮光
板２７側に接近し、前側遮光板２６によって光軸よりも
上側の光束の一部が遮光され、センサＤ２への入射光量
が減少するため、光ディスク２５がレンズ２４へ近づく
方向へ非合焦であると判定され、この検出信号に基づい
てオートフォーカス機構を駆動して合焦状態となるよう
に制御する。

次に、特開昭５８−６０４３３号公報に紹介されている
合焦ずれ検出機構を第２の従来例として第３４図に示し
、以下に簡単に説明する。

光源３１から照射した光ビームはビームスプリッタ３２
を透過しレンズ３３を介して光デイスク３４トにスボン
トを形成する。スポットの反射光束はレンズ３３を透過
しビームスプリンタ３２で反射されて平面鏡３５の端縁
に向かう、平面鏡３５は反射光路の光軸に対して４５°
傾斜しており、その端縁は合焦時にビームスプリッタ３
２からの光束の収束位置に配置されている。

上記第２の従来例は、その特開昭５Ｌ−６０４３３号公
報の記載によると、合焦時には、図示のように反射光束
は第１の二分割センサＤ、、Ｄ、に等量ずつ入射し、か
つ、第２の二分割センサＤｔ、Ｄ、に等量ずつ入射する
と説明されている。また、光ディスク３４が合焦位置か
らレンズ３３より翔れる方向に移動すると、第１の一方
のセンサＤ、と第２の一方のセンサＤ、の入射光量が増
加して離れる方向へ非合焦である検出信号を出力し、逆
に、光ディスク３４がレンズ３３に接近すると、第１の
他方のセンサＤｈと第２の他方のセンサＤ、の入射光量
が増加して近すぎる方向へ非合焦である検出信号を出力
し、これらの検出信号に基づいてオートフォーカス機構
を駆動して合焦状態となるようにＩＩＩｒＢすると説明
されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 第１の従来例（第３３図）は、両センサＤｌ。

Ｄ２への入射光量が一致したときに合焦状態と判定する
ものであるから、もし、サンプル面が例えば、白黒スト
ライブパターンのように、コントラストの大きな面であ
る場合には、反射率の高い箇所と低い箇所とでは反射率
が異なるために、サンプル面が合焦位置にあっても、両
センサＤ、、Ｄ８への入射光量が一致せず非合焦である
と誤判定されてしまうおそれがある。

次に、第２の従来例（第３４図）も、二分割センサＤ、
とり、との、または、Ｄ、とり、との入射光の比較によ
って合焦を検出するから、第１の従来技術と同様に、サ
ンプル面がコントラストを有する而である場合に、合焦
検出を誤るおそれがある。

また、第１と第２の従来例は、サンプル面が、例えばガ
ラスのように透明な基板の表面である場合には、基板の
裏面からの反射光（以下、裏面反射光と称する）に怒わ
されて、合焦検出を誤るおそれがある。つまり、サンプ
ル面が合焦位置にあって、サンプル面からの反射光が両
センサに等量ずつ入射していても、裏面反射光は合焦位
置にない面からの反射光であるため一方のセンサに偏っ
て入射する。そのため、サンプル面が合焦位置にあって
も、両センサへの入射光量は等しくならず、両センサ間
での入射光量のバランスからサンプル面の合焦状態を検
出するのは困難である。

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、サンプル面のコントラストの影響を受けない位置ず
れ検出機構を提供することを目的とする。また、サンプ
ル面が透明な基板の表面である場合でも、サンプル面の
基準位置からの前後位置ずれを検出できる位置ずれ検出
機構を提供することを目的とする。

〈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、基準とする所定の位置からのサンプル面の位
置ずれ状態を検出する位置ずれ検出機構において、サン
プル面を照射する光源と、光源とサンプル面の間に配置
された対物レンズと、前記基準位置のサンプル面と共役
な位置に、端縁が一致するように、対物レンズと光源と
の間に配置された遮光板と、サンプル面からの反射光の
うち、遮光板のサンプル面側の面を照射する反射光の光
量を検出する光量検出素子とからなり、光量検出素子か
らの検出信号によって、サンプル面の前記基準位置から
のずれ量を検出することを特徴とする位置ずれ検出機構
である。

〈作用〉 本発明の構成による作用は、次のとおりである。

光源と対物レンズの間に遮光板は配置されている。遮光
板の端縁は、基準とする所定の位置のサンプル面と共役
な位置に配置されている。そのため、サンプル面が前記
所定位置にある場合と、前記所定位置にない場合とで、
遮光板のサンプル面側の面を照射するサンプル面からの
反射光に、次のような違いが生じる。なお、以下の説明
において、光源からの光束をサンプル面に導く投射光路
の光軸に対して直交し、遮光板の端縁を通る仮想線にお
いて、遮光板の端縁を分岐点として、遮光板の側を「遮
光板存在域」と称し、その反対側を「遮光板不在域」と
称する。

光源からサンプル面へ導かれる光束は、前記仮想線にお
ける遮光板不在域を通過した光線である。

そのような光線のサンプル面での反射光は、サンプル面
が前記所定位置にある場合、サンプル面と前記仮想線と
が共役であるから、再度前記仮想線の遮光板不在域を通
過すＳ、したがって、前記所定位置のサンプル面からの
反射光は、遮光板のサンプル面側の面を照射しない。

他方、サンプル面が前記所定位置にない場合、そのよう
な場合でも、光源からサンプル面へ導かれる光は、前記
仮想線における遮光板不在域を通過した光であり、その
ような光線のサンプル面での反射光は、サンプル面と前
記仮想線とが共役で無いため、前記仮恐線上にて遮光板
不在域より広い範囲を通過する。したがって、前記所定
位置にないサンプル面での反射光は、その一部が遮光板
存在域を通過する。そのため、サンプル面が前記所定位
置に無い場合には、遮光板のサンプル面側の面を照射す
る光線が存在する。

以上のように、サンプル面が前記所定位置にある場合、
遮光板のサンプル面側の面を照射する光線が最小となり
、サンプル面が前記所定位置に位置しない、すなわちサ
ンプル面と遮光板の端縁との共役な関係が外れるに伴っ
て、遮光板のサンプル面側の面を照射する光線が増加す
る。

以上の原理に基づいて、遮光板のサンプル面側の面を照
射する光量を検出する光量検出素子の測光量から、基準
とする所定の位置からのサンプル面の位置ずれ量に対応
した信号を得ることができ、サンプル面の位置ずれ状態
を検出できる。なお、光量検出素子は従来例のように二
分割センサの検出信号の大小比較ではなく光量検出素子
自体における光量変化そのものをとらえるものであるか
ら、サンプルにコントラストがあっても、位置ずれ状態
の検出を誤るおそれはない。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

［第１の実施例］ 第１図は第１の実施例の位置ずれ検出機構の概略構成図
である。

第１図において、１は光源、２はサンプル面、５は集光
レンズ、６は対物レンズ、７は遮光板、８は光量検出素
子である。なお、第１図にて破線で囲う範囲は、光ａｔ
から出てサンプル面２を照射する光束を示す。

光源１は、レーザ、ＬＥＤ、タングステンランプ、放電
管等である。なお、第１図および以下の図においては光
源１の発光面１ａが実際よりも大きく図示されている。

サンプル面２は、位置ずれ状態の検出の対象となす面で
あり、半導体ウェハや光ディスク等の表面である。

集光レンズ５は、光源１と対物レンズ６の間に配置され
、光源ｌから照射された光を集光するレンズである。

対物レンズ６は、サンプル面２と光Ｂ１の間に配置され
、光源ｌからの光は対物レンズ６を経てサンプル面２を
照射する。また、対物レンズ６は、像を取り込む手段（
図示せず、例えば各種撮像装置とか観察者の目に該当す
る）へサンプル面２の像を結像する光学系を形成する。

なお、サンプル面２の合焦位置とは、この対物レンズ６
を介するサンプル面２の像が、サンプル面２の像を取り
込む手段に結像する位置関係となるサンプル面２の位置
のことである。したがって、第１の実施例においては、
かかる合焦位置が、本発明の構成に言う［基準とする所
定の位置」に該当する。対物レンズ６は、集光レンズ５
とで、光源１からの光をサンプル面２へ導く投射光路を
形成している。

遮光板７は、その端縁７ａが合焦位置のサンプル面２と
共役なＰ、の位置に配置されている。

光量検出素子８は、後述するように非合焦位置のサンプ
ル面２からの反射光を検出する素子であり、フォトダイ
オードやＰＳＤ等のように少なくとも光量さえ検出でき
る手段であればよく、ＣＯＤ等を使用しても支障はない
。

次に、第１の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。

第２図〜第４図は、第１の実施例において、光源１から
照射されてサンプル面２で反射した後述する特定の光線
を示す図である。なお、第２図はサンプル面２が合焦位
置にあり、第３図はサンプル面２が、２点鎖線で示す合
焦位置を起点として遮光板７から遠ざかる方向へずれた
位置（以下、後ビン方向への非合焦位置と称する）にあ
り、第４図はサンプル面２が２点鎖線で示す合焦位置を
起点として遮光板７へ近づく方向へずれた位置（以下、
前ビン方向への非合焦位置と称する）にある、なお、第
３同と第４図におけるサンプル面２に平行な２点鎖線は
、合焦位置のサンプル面２を図示する仮想線である。

第２図示のように、サンプル面２が合焦位置にある場合
、すなわち、サンプル面２と遮光板７の端縁７ａが共役
位置にある場合、遮光Ｆｉ７の端縁７ａを通り光軸ＬＡ
に直交する線分α−α゛上の任意の点β１を通過する光
線は、実線Ｔ、で示すように、サンプル面２で反射され
た後、再度点β、を通過することになる。したがって、
サンプル面２で反射された光線が遮光板７のサンプル面
２例の面を照射するためには、光源１から出射した光線
が集光レンズ５を通過後、線分α−７ａと交差する必要
がある。しかし、第２図から明らかなように、遮光板７
によって光路が遮られているため当該光線は存在しない
、すなわち、サンプル面２が遮光板７の端縁７ａと共役
な位置にある場合、光ａｔから出射した光線の中に、サ
ンプル面２で反射した後に遮光板７のサンプル面２例の
面を照射する光線は存在しない。

次に、サンプル面２が遮光板７の端縁７ａと共役な位置
に無い場合、例えば、第３図か第４図に示すように、光
源１から出射した実線γ２かγ。

で示す光線が、遮光板７の＃Ａ縁７ａ近傍を通過した後
、サンプル面２で反射し、そして、遮光板７のサンプル
面２側の面を照射することになる。すなわち、サンプル
面２が遮光板７の端縁７ａと共役な位置に無い場合、光
源１から出射した光線の中に、サンプル面２で反射した
後に遮光板７のサンプル面２側の面を照射する光線が存
在することになる。

以上のように、サンプル面２が遮光板７の端縁７ａと共
役な位置にある場合、遮光板７のサンプル面２例の面を
照射する光線が最小となり、遮光仮７の端縁７ａとサン
プル面２の位置が共役な関係から外れるにともなって、
遮光板７のサンプル面２側の面を照射する光線が増加す
る。

以上の原理に基づいて、遮光板７のサンプル面２例の面
を照射する光量を光量検出素子８で検出することにより
、光量検出素子８から、サンプル面２の合焦位置からの
ずれ量に対応した信号を得ることができる。

［第２の実施例］ 第２の実施例は、第１の実施例をさらに特定した実施例
である。なお、第２の実施例、および、第２以降の各実
施例において、前記第１の実施例における構成要素と同
一のものに対しては、説明を省略し、同一の符号を示す
。

第５図に、第２の実施例の概略構成図を示す。

第５図において、破線で囲う範囲は、光源１から出射し
てサンプル面２を照射する光束を示す。

ハーフミラ−３は、対物レンズ６とで観察用の光学系を
構成する。かかる観察用の光学系を介して、サンプル面
２の像が、サンプル面２の像を取り込む手段に該当する
観察面４に結像する。なお、ハーフミラ−３および観察
面４は、本発明の位置ずれ検出機構を構成するものでは
なく、第５図示の構成に限定されない。

集光レンズ５は、サンプル面２と共役な点Ｐ。

の位置に、光源１の発光面１ａの像を形成するように配
置されている。つまり、合焦位置のサンプル面２と発光
面１ａとが共役となるように、集光レンズ５と光源ｌは
配置されている。

次に、第２の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。

第６図は、第２の実施例において、光源ｌから照射され
た光線の光路図である。なお、第６図〜第１Ｏ図におい
て、破線り、とＬ１２は、光源１の発光面１ａの上端位
置から発した光線を示し、２点鎖線ＬｌｆｆとＬ＋４は
、光源ｌの発光面１ａの下端位置から発した光線を示し
、実ｖＡＬ　、ＳとＬｅａは、遮光板７の端縁７ａの直
近をかすめて通過する光線を示す、また、以下の説明に
て「上」ないし「下」と表現するのは各回の紙面におけ
る上下を意味する。

また、第７図は、第６図における遮光板７の端縁７ａを
拡大して示す光路図である。第７図において、光軸ＬＡ
を示す一点鎖線に対して垂直な破線ＬＩ７は、集光レン
ズ５によって形成される光源ｌの発光面１ａの像■、を
示す、また、この垂直な破線Ｌ　１７の上に続く実線Ｌ
１１は、遮光板７に遮光されて形成されない像１１の残
りを示し、垂直な破線Ｌｌ？と垂直な実線■５゜の総和
で、仮に遮光板７を排除した場合に形成される像！、の
全体を示す。

第８図〜第１０図は、第６図におけるサンプル面２を拡
大して、サンプル面２を照射する前記破線ＬｌｌとＬ１
２と実線１−＋ｓとＬ　Ｉ６の光路を示す図である。た
だし、第８図はサンプル面２が合焦位置にあり、第９図
はサンプル面２が後ピン方向への非合焦位置にあり、第
１Ｏ図はサンプル面２が前ビン方向への非合焦位置にあ
る。

サンプル面２が合焦位置にある場合、光源ｌの発光面１
ａの像■、を形成する光のうち、第７図示の実線１−＋
ｓとＬｏのように、遮光ｖｉ、７の端縁７ａの近傍を通
過する光線は、合焦位置のサンプル面２と遮光板７の端
縁７ａが共役であるため、第８図に示すように、サンプ
ル面２において遮光板７の端縁７ａに共役な位置である
Ｐ、の直近の位置に結像する。また、例えば、第７図示
の破線Ｌ１とＬｅｔのように、遮光板７の端縁７ａの直
近より更に下を通過した光線は、前記Ｐ、の直近より更
に上の位置に結像する。一方、遮光板７の端縁７ａに共
役な位置Ｐ１より下の部分は、遮光板７の端縁７ａの上
方と共役であるから、光源ｌからの光が遮光板７に遮ら
れて暗い。

このように、合焦位置のサンプル面２は、遮光板７の端
縁７ａと共役な位置Ｐ、を境界として、それより上の部
分は明るく、それより下の部分は、遮光板７の影となっ
て暗い、したがって、合焦位置のサンプル面２からの反
射光は、遮光＃Ｆｉ７の端縁７ａに共役な位置ＰＩより
上の位置で反射した光であり、かかる、遮光板７の端縁
７ａに共役な位１　ｐ　＋より上の領域内の任意の位置
を点Ａ＋　とする。

第１１図は、遮光板７の端縁７ａの位置において、第８
図に示す合焦位置のサンプル面２の前記ＡＩでの反射光
を実線Ｌａ、とＬａ□で示す光路図である。第１１図に
おいて、実線Ｌａ、とＬａ２は、遮光板７の端縁７ａの
下にＡ８で示すように前記へ、に共役な位置を通過する
。

このように、合焦位置のサンプル面２からの反射光は、
サンプル面２において遮光４Ｊｉ、７の端縁７ａに共役
な位ＩＰ、より上の範囲で反射した光であり、遮光板７
の端縁７ａの下を通過し、遮光板７をかすめて進むので
、遮光板７のサンプル面２の面を照射するしかない。

他方、サンプル面２が後ビン方向への非合焦位置にある
場合、サンプル面２と遮光板７の端縁７ａとが共役でな
いから、第７図示の実線Ｉ７３．と１７、のように、遮
光板７の端縁７ａの直近を通過する光線は、第９図示の
ように、前記点Ｐ、の直近の位置に一旦結像してから、
ぼやけて広がり、薄明るくサンプル面２を照射する。こ
のように後ビン方向への非合焦位置のサンプル面２には
、明るい部分と暗い部分のあいだに、薄明るい部分がで
きる。ここで、薄明るい部分の内、暗い方へ広がった薄
明るい領域内の任意の位置を点Ｂ１とする。

この点Ｂ、は、遮光板７の端縁７ａと共役な位置である
点Ｐ、を起点に光軸ＬＡと平行に延ばした仮想ａ（第９
図では光軸ＬＡに一致）が、後ビン方向への非合焦位置
のサンプル面２に当たる位置であるＳＩより下に位置す
る。（なお、遮光板７の端縁７ａを光軸ＬＡから離して
おいた場合には、前記仮想線は光軸ＬＡから平行に離れ
る）第１２図は、遮光板７の端縁７ａの位置において、
前記点Ｂ、での反射光を実線Ｌｂ、とＬｂｚで示す光路
図である。第１２図にて点Ｂ、は、前記点Ｂ１と共役な
位置であり、実線Ｌｂ、とＬｂ２で示す前記点Ｂ１での
反射光は点Ｂ２を通過する。なお、点Ｂ、の位置は、光
軸方向に関しては、遮光板７の端縁７ａよりサンプル面
２寄りであって、光軸ＬＡに垂直な方向に関しては、遮
光板７の端縁７ａより上である。したがって、後ビン方
向への非合焦位置のサンプル面２からの反射光は、その
幾らかが、遮光板７のサンプル面２側の面を必ず照射す
る。

次に、サンプル面２が前ピン方向への非合焦位置にある
場合も、サンプル面２と遮光板７の端縁７ａとが共役で
なくなる。このため、第７図示の実線ＬＩＳとＬ１６の
ように、遮光板７の端縁７ａの直近をかすめて通過する
光線は、第１Ｏ図示のように、前記点Ｐ、の直近の位置
に結像する手前の、まだ、ぼやけて広がっているうちに
サンプル面２へ届き、薄明るい状態でサンプル面２を照
射する。

このように前ピン方向への非合焦位置のサンプル面２に
も、明るい部分と暗い部分のあいだに、薄明るい部分が
できる。ここで、薄明るい部分の内、暗い方へ広がった
薄明るい領域内の任意の位置を点Ｂ、とする。この点Ｂ
、は、２点鎖線Ｌ　ＩＱで示す前記仮想線が、前ピン方
向への非合焦位置のサンプル面２に当たる位置であるＳ
２より下に位置する。

第１３図は、遮光板７の端縁７ａの位置において、前記
点Ｂ、での反射光を実線Ｌｂ、とＬｂ。

で示す光路図である。第１３図にて点Ｂ４は、前記点Ｂ
、に共役な位置であり、その位置は、光軸方向に関して
は、遮光板７の端１！７ａより光源ｒ寄りであって、光
軸ＬＡに垂直な方向に関しては、遮光板７の端８！７ａ
よりトである。したがって、実線Ｌｂ、とＬｂ、で示す
点Ｂ、での反射光は、点Ｂ４の手前にある遮光板７のサ
ンプル面２例の面を照射する。したがって、前ピン方向
への光合焦位置のサンプル面２からの反射光も、その幾
らかが、遮光板７のサンプル面２例の面を必ず照射する
。

以上のように、遮光板７のサンプル面２側の面を照射す
るサンプル面２からの反射光の光看は、サンプル面２が
合焦位置にある場合には、非合焦位置にある場合より少
ない。

［第３の実施例］ 第３の実施例は、集光レンズ５を配置した位置が前記第
２実施例と異なる。第２の実施例では、合焦位置のサン
プル面２に共役な点Ｐ０の位置に、集光レンズ５による
光源１の発光面１ａの像Ｉが形成されるように、集光レ
ンズ５を配置しているのに対し、第３の実施例は、前記
点Ｐ０よりサンプル面２寄りの位１に、集光レンズ５に
よる光源１の発光面１ａの像Ｉ！が形成されるように、
集光レンズ５を配置している。

次に、第３の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。第１４図は、第３の実施例において、光
源ｌから照射された光線の光路図である。なお、第１４
図〜第１８図において、破線Ｌ１１＋　Ｌｒ１ｌと実線
Ｌ！Ｓは、光源ｌの発光面１ａの上端位置から発した光
線を示し、２点鎖線Ｌ　１２　＋Ｌ２４と実線り。は、
光源Ｉの発光面１ａの下端位置から発した光線を示し、
それらの内、実線ＬｚｓとＬｔｈは、遮光板７の端縁７
ａの近傍を通過する光線を示す。

第１５図は、第１４図における遮光板７の端縁７ａを拡
大して示す光路図である。なお、第１５図において、光
軸ＬＡを示す一点鎖線に対して垂直な波線Ｌ！？は、集
光レンズ５によって形成される光源ｌの発光面１ａの像
■オを示す、なお、この像Ｔｔは、第２の実施例のよう
に遮光板７の端縁７ａの位置に形成されているのでは無
いから、像１□が欠けていない。

第１６図〜第１８図は、第１４図におけるサンプル面２
を拡大して、サンプル面２を照射する前記破線り、＊と
２点ａ線し！４と実線ＬｔｓとＬ！ｔｈの光路を示す図
である。ただし、第１６図はサンプル面２が合焦位置に
あり、第１７図はサンプル面２が後ピン方向への非合焦
位置にあり、第１８図はサンプル面２が前ビン方向への
非合焦位置にある。

第１５図に示すように、破線Ｌ！ｌ＋　　ＬＩＫと実線
ＬｔＳのように、光源１の発光面１ａの上端から発した
光線は、破線Ｌ□のように一部は遮光板７に遮られるが
、破線り、と実線Ｌ！Ｓのように、その他はサンプル面
２へ届く、また、２点鎖線Ｌ　１２　＋Ｌ１４と実線り
。のように、光源１の発光面１ａの下端から発した光線
は、２点鎖線Ｌ！Ｓのように一部は遮光板７に遮られる
が、２点鎖線Ｌ１４や実線Ｌ２にのように、その他はサ
ンプル面２へ届く、これらサンプル面２へ届く光のうち
、実線Ｌ□、Ｌ２、のように、遮光板７の端縁７ａの近
傍を通過した光は、第１６図示のよ・うに、合焦位置の
サンプル面２において、遮光板７の端＄ｉ７ａと共役な
位置である点Ｐ、の近傍に結像する。なお、破線Ｌ２２
や２点鎖線Ｌ！４のように、遮光板７の端縁７ａより下
を通過する光は、合焦位置のサンプル面２において、点
Ｐ１より上に届く。

このように、第３の実施例においても、合焦位置のサン
プル面２は、第２の実施例と同様に、遮光板７の端１ｉ
７ａと共役な位置Ｐ１を境界として、それより上の部分
は明るく、それより下の部分は、遮光板７の影となって
暗い、したがって、合焦位置のサンプル面２からの反射
光は、遮光板７の端縁７ａに共役な位置Ｐ１より上で反
射した光であり、第１１図にて実線Ｌａ、とＬａ！で示
す光線が八〇を通過するのと同様に、遮光板７の端縁７
ａの下を通過し、遮光板７をかすめて進むので、サンプ
ル面２例の面を照射しない。

他方、第１７図示のようにサンプル面２が後ピン方向へ
の非合焦位置にある場合、第１５図示の実線Ｌ！ｓやＬ
ｔｈのように、遮光板７の端縁７ａの近傍を通過する光
線は、前記点Ｐ１の近傍の位置に一旦結像してから、ぼ
やけて広がり、薄明るくサンプル面２を照射する。この
ように後ピン方向への非合焦位置のサンプル面２には、
明るい部分と暗い部分のあいだに、薄明るい部分ができ
る。

ここで、第１７図示の薄明るい部分の内、暗い方へ広が
った薄明るい領域内の任意の位置を点Ｂ。

とすると、点Ｂ、での反射光は、第９図示の前記点Ｂ、
での反射光と同様に、遮光板７のサンプル面２側の面を
照射する。したがって、後ピン方向への非合焦位置のサ
ンプル面２からの反射光は、その幾らかが必ず、遮光Ｆ
ｉ７のサンプル面２例の面を照射する。

また、第１８図示のようにサンプル面２が前ビン方向へ
の非合焦位置にある場合、第１５図示の実線Ｌ！ＳやＬ
ｏのように、遮光板７の端縁７ａの近傍を通過する光線
は、前記点Ｐ１の近傍の位置に結像する手前の、まだ、
ぼやけて広がっているうちにサンプル面２へ届き、サン
プル面２を薄明るく照射する。このように前ピン方向へ
の非合焦位置のサンプル面２にも、明るい部分き暗い部
分のあいだに、薄明るい部分ができる。ここで、第１８
図示の薄明るい部分の内、暗い方へ広がった薄明るい領
域内の任意の位置を点Ｂ、とすると、点Ｂ、での反射光
は、第１０図示の前記点Ｂ、での反射光と同様に、遮光
板７のサンプル面２側の面を照射する。したがって、前
ピン方向への非合焦位置のサンプル面２からの反射光も
、その幾らかが必ず、遮光板７のサンプル而２例の面を
照射する。

以上のように、遮光板７のサンプル面２側の面を照射す
るサンプル面２からの反射光の光量は、サンプル面２が
合焦位置にある場合には、非合焦位置にある場合より少
ない。

［第４の実施例］ 第４の実施例では、集光レンズ５を配置した位置が前記
第２．第３の実施例と異なる。第３の実施例では、合焦
位ｌのサンプル面２に共役な点Ｐ。の位置よりサンプル
面２寄りに、集光レンズ５による光源１の発光面１ａの
像１．が形成されるように、集光レンズ、を配置してい
るのに対し、第４の実施例は、前記点Ｐ０より光ａｔ寄
りの位置に、集光レンズ５による光ｌｆｇｌの発光面１
ａの像Ｉ、が形成されるように、集光レンズ、を配置し
ている。

次に、第４の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。第１９図は、第４の実施例において、光
源ｌから照射された光線の光路図である。なお、第１９
図および第２０図において、破線Ｌ３１＋　　Ｌ３２と
実線Ｌｓｓは、光源１の発光面ｌａの上端位置から発し
た光線を示し、２点鎖線ｌ。

：１３１　１−ａｍと実線ＬＳ＆は、光ａＸの発光面１
ａの下端位置から発した光線を示し、それらの内、実線
Ｌ３Ｓとり。は、遮光板７の端！！７ａの近傍を通過す
る光線を示す。

第２０図は、第１９図における遮光板７の端縁７ａを拡
大して示す光路図である。なお、第２０図において、光
軸ＬＡを示す一点鎖線に対して垂直な波線り。は、集光
レンズ５によって形成される光ｉｆ［１の発光面１ａの
像■、を示す、なお、この像ｌ、は、第２の実施例のよ
うに遮光板７の端縁７ａの位置に形成されているのでは
無いから、像ｌ、が欠けていない。

破線Ｌ　３１．　　Ｌ　Ｉｆと実線Ｌ３Ｓのように、光
源ｌの発光面１ａの上端から発した光は、像■、の下端
を通過し、破線Ｌ３！のように一部は遮光板７に遮られ
、破［、、や実線Ｌｒｆｆ５のように、その他はサンプ
ル面２へ届く、また、２点鎖線Ｌ３３＋　　Ｌ３４と実
線り。のように、光ａｔの発光面１ａの下端から発した
光は、像Ｉ、の」：端をＪｌｌ過し、２点鎖線１４．４
のように一部は遮光Ｆｉ７に遮られるが、２点鎖線Ｌ３
３や実線１，１のように、その他はサンプル面２へ届く
。

これらサンプル面２へ届く光のうち、実線Ｌ　ｆｆｓ　
＊Ｌ３＆のように遮光板７の端縁７ａの直近を通過して
きた光線は、遮光板７の端縁７ａと共役な位置である点
Ｐ１の近傍に結像する。なお、破線Ｌ３１や２点鎖線１
３３のように、遮光板７の端縁７ａより下を通過した光
線は、合焦位置のサンプル面２における点Ｐ１より上に
届く。

このように、第４の実施例においても、合焦位置のサン
プル面２は、前記各実施例と同様に、遮光板７の端縁７
ａと共役な位置Ｐ、を境界として、それより上の部分は
明るく、それより下の部分は、遮光板７の影となって暗
い、したがって、合焦位置のサンプル面２からの反射光
は、遮光板７の端縁７ａに共役な位置Ｐ、より上で反射
した光であり、第１１図にて実線Ｌａ、とＬａｔがＡ２
を通過するのと同様に、遮光板７の端縁７ａの下を通過
し、サンプル面２側の面を照射しない。

他方、サンプル面２が後ビン方向への非合焦位置にある
場合、第２０図示の実線ＬＪＳやＬｊ＆のように、遮光
板７の端縁７ａの近傍を通過する光線は、前記点Ｐ１の
近傍の位置に一旦結像してから、ぼやけて広がり、薄明
るくサンプル面２を照射する。このように後ビン方向へ
の非合焦位置のサンプル面２には、明るい部分と暗い部
分のあいだに、薄明るい部分ができる。この薄明るい部
分の内、暗い方へ広がった薄明るい領域内の任意の位置
での反射光は、第９図示の前記点Ｂ、での反射光と同様
に、遮光板７のサンプル面２例の面を照射する。したが
って、後ピン方向への非合焦位置のサンプル面２からの
反射光は、その幾らかが必ず、遮光板７のサンプル面２
側の面を照射する。

また、サンプル面２が前ピン方向への非合焦位置にある
場合、第２０図示の実線Ｌ２ｓやり。のように、遮光板
７の端縁７ａの近傍を通過する光線は、前記点Ｐ１の近
傍の位置に結像する手前の、まだ、ぼやけて広がってい
るうちにサンプル面２へ届き、サンプル面２を薄明るく
照射する。このように前ピン方向への非合焦位置のサン
プル面２にも、明るい部分と暗い部分のあいだに、薄明
るい部分ができる。この薄明るい部分の内、暗い方へ広
がった薄明るい領域内の任意での反射光は、第１Ｏ図示
の前記点Ｂ、での反射光と同様に、遮光板７のサンプル
面２例の面を照射する。したがって、前ピン方向への非
合焦位置のサンプル面２からの反射光も、その幾らかが
必ず、遮光板７のサンプル面２側の面を照射する。

以上のように、遮光板７のサンプル面２側の面を照射す
るサンプル面２からの反射光の光量は、サンプル面２が
合焦位置にある場合には、非合焦位置にある場合より少
ない。

Ｌ第５の実施例】 第５の実施例は、集光レンズ５を配置した位置が前記第
２．第３．第４の実施例と異なる。第５の実施例では、
対物レンズ６の焦点の位置Ｆに、集光レンズ５による光
源ｌの発光面１ａの像Ｉ４が形成されるように、つまり
対物レンズ６の焦点Ｆと、光源ｌの発光面１ａとが共役
であるように、集光レンズ５を配置する。それにより、
光ｆ１１からの光がサンプル面２を平行光で照明する。

次に、第５の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。第２１図は、第５の実施例において、光
源ｌから照射された光線の光路図である。なお、第２１
図および第２２図において、破線Ｌａ＋＋　　Ｌａｗと
実線Ｌ４Ｓは、光源Ｉの発光面１ａの上端位置から発し
た光線を示し、２点饋ＭＬ４３＋　　Ｌａ４と実線Ｌａ
ｈは、光源１の発光面１ａの下端位置から発した光線を
示し、それらの内で実線Ｌａ５とＬ４ｍは、遮光板７の
端縁７ａの直近をかすめて通過する光線を示す。

第２２図は、第２１図における遮光板７の端縁７ａを拡
大して示す光路図である。なお、第２２図において、光
軸ＬＡを示す一点鎖線に対して垂直な破線Ｌ４？は、集
光レンズ５によって形成される光源ｌの発光面１ａの像
■、を示す、なお、この像Ｉ、は、第２の実施例のよう
に遮光板７の端縁７ａの位置に形成されているのでは無
いから、欠けていない。

光源１の発光面１ａの上端から発した光線は、破線Ｌａ
＋のように一部は遮光板７に遮られるが、その他は破線
Ｌ４□と実ＩＩ　Ｌ　ａ　ｓのように、像■４の下端を
通り、サンプル面２へ届く、また、光源１の発光面１ａ
の下端から発した光線は、２点鎖線Ｌａ３のように一部
は遮光板７に遮られるが、その他は２点鎖線Ｌ　４４と
実線ＬＪ＆のように、像！、の上端を通り、サンプル面
２へ届く。

これらサンプル面２へ届いた光のうち実線Ｌ□。

Ｌｏのように遮光板７の端縁７ａの近傍を通過した光線
は、遮光板７の端縁７ａと共役な位置である点Ｐ１の近
傍の位置に結像する。なお、破線Ｌ４、や２点鎖線Ｌａ
４のように、遮光板７の端縁７ａより下を通過した光は
、合焦位置のサンプル面２における点Ｐ、より上に届く
。

このように、第５の実施例においても、合焦位置のサン
プル面２は、前記各実施例と同様に、遮光板７の端縁７
ａと共役な位置Ｐ、を境界として、それより上の部分は
明るく、それより下の部分は、遮光板７の影となって暗
い、したがって、合焦位置のサンプル面２からの反射光
は、遮光板７の端縁７ａに共役な位置Ｐ、より上で反射
した光であり、第１１図にて実線Ｌａ＋　とＬａ、がＡ
２を通過するのと同様に、遮光板７の端縁７ａの下を通
過し、遮光板７をかすめて進み、サンプル面２例の面を
照射しない。

他方、サンプル面２が後ピン方向への非合・焦位置にあ
る場合、第２２図示の実線Ｌ４Ｓとり。のように、遮光
板７の端縁７ａの近傍を通過する光線は、前記点Ｐ１の
直近の位置に一旦結像してから、ぼやけて広がり、薄明
るくサンプル面２を照射する。このように後ピン方向へ
の非合焦位置のサンプル面２には、明るい部分と暗い部
分のあいだに、薄明るい部分ができる。この薄明るい部
分の内、暗い方へ広がった薄明るい領域内の任意の位置
での反射光は、第９図示の前記点Ｂ、での反射光と同様
に、遮光Ｆｉ７のサンプル面２例の面を照射する。した
がって、後ピン方向への非合焦位置のサンプル面２から
の反射光は、その幾らかが必ず、遮光板７のサンプル面
２側の面を照射する。

また、サンプル面２が前ピン方向への非合焦位置にある
場合、第２１図示の実線ＬａｓやＬＪ＆のように、遮光
板７の端縁７ａの近傍を通過する光線は、前記点Ｐ、の
近傍の位置に結像する手前の、まだ、ぼやけて広がって
いるうちにサンプル面２へ届き、サンプル面２を薄明る
く照射する。このように前ピン方向への非合焦位置のサ
ンプル面２にも、明るい部分と暗い部分のあいだに、薄
明るい部分ができる。この薄明るい部分の内、暗い方へ
広がった薄明るい領域内の任意での反射光は、第１Ｏ図
示の前記点Ｂ、での反射光と同様に、遮光板７のサンプ
ル面２側の面を照射する。したがって、前ピン方向への
非合焦位置のサンプル面２からの反射光も、その幾らが
が必ず、遮光Ｆｉ７のサンプル面２側の面を照射する。

以上のように、遮光ｖｉ７のサンプル面２例の面を照射
するサンプル面２からの反射光の光量は、サンプル面２
が合焦位置にある場合には、非合焦位置にある場合より
少ない。

［第６の実施例］ 第６の実施例は、集光レンズ５を配置しないことが、前
記各実施例と異なる。

次に、第６の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。第２３図は、第６の実施例において、光
源１から照射された光線の光路図である。第２４図は、
第２０図における遮光板７の端縁７ａを拡大して示す光
路図である。なお、第２３図〜第２４図において、破線
ＬＳＩ＋　　ＬＳＺと実線Ｌｓｓは、光源１の発光面１
ａの一ト端位置から発した光線を示し、２点鎖線Ｌ　Ｓ
Ｉ　　Ｌ　％４と実線り、番は、光Ｂ１の発光面１ａの
下端位１から発した光線を示し、それらの内で実線Ｌｓ
ｓとＬ　ｓｈは、遮光板７の端縁７ａの直近をかすめて
通過する光線を示す。

第６の実施例は、前記第４の実施例（第１９図および第
２０図示）における光源１の発光面１ａの像１３の位置
に、光源１の発光面１ａを配πしたのと、光学的に等価
であると考えることができる。

したがって、前記第４の実施例と同様に、第６の実施例
も、遮光板７のサンプル面２側の面を照射するサンプル
面２からの反射光の光量は、サンプル面２が合焦位置に
ある場合には、非合焦位置にある場合よりも少ない。

［第７の実施例］ 第７の実施例は、遮光板７の端縁７ａに、光源１の発光
面１ａが接するように配置したことが、前記各実施例と
異なる。なお、そのようにするには、例えば、光源１の
発光面１ａの端縁と遮光板７の端縁７ａとを隙間なく隣
接すればよい、あるいは、遮光１７の端縁７ａが、光源
１の発光面１ａを一部覆うように、遮光板７の端縁７ａ
のところに光源ｌを配置すればよい。

なお、第７の実施例は、前記第２の実施例（第５図〜第
１３図示）における光Ｒ１の発光面１ａの像■８の位置
に、光源ｌの発光面］、ａを配置したのと、光学的に等
価であると考えることができる。

したがって、前記第２の実施例と同様に、第７の実施例
も、遮光板７のサンプル面２例の面を照射するサンプル
面２からの反射光の光量は、サンプル面２が合焦位置に
ある場合には、非合焦位置にある場合よりも少ない。

［前記実施例に対する補足説明］ ■　サンプル面２に対して、光／Ｉｌや集光レンズ５を
配置する位置は、上記実施例に限定されない、また、対
物レンズ６に対して、光′ａ１や集光レンズ５を配置す
る位置も、上記実施例に限定されない、さらに、集光レ
ンズ５を配置することを必ず要するものでも無い。要す
るに、光源ｌとサンプル面２の間に遮光板７の端縁７ａ
が配置され、光源１から照射された光束の一部が遮光板
７で遮られるように、またはその光束の近傍に、光源１
が配置されていればよい。

■　第２５図示のように、対物レンズ６と遮光板７との
間にハーフミラ−９を付設して、サンプル面２からの反
射光の光路をハーフミラ−９で折り返し、その折り返し
た光路において、遮光板７のサンプル面２側の面と共役
な位置に光量検出素子８を配置してもよい０本発明の構
成にいう「遮光板のサンプル面側の面を照射するサンプ
ル面からの反射光」とは、例えば、第２５図示のように
、遮光板７のサンプル面２側の面と共役な面が受けるサ
ンプル面２からの反射光も含む。

■　第２６図示のように、光量検出素子８を、遮光板７
の端縁７ａに直接取り付けてもよい、光量検出素子８は
、何処に、どのように取り付けようと、遮光板７のサン
プル面２例の面へ入射するサンプル面２からの反射光を
検出できるように配置されていればよい、なお、第２６
図示の場合、光量検出素子８が受ける光は、遮光板７の
サンプル面２例の面を照射する手前の光であって、遮光
板７を照射して遮光板７から光量検出素子８へ反射した
光とは違うが、本発明の構成に言う「遮光板のサンプル
面側の面を照射するサンプル面がらの反射光」とは、例
えば、第２６図示のように、遮光板７のサンプル面２ｔ
Ｑ！の面を実際に照射しなくとも、遮光板７のサンプル
面２側の面を照射する手前の光も含む。

■　光量検出素子８を遮光板７として兼用させてもよい
、すなわち、第２７図に示すように、透明板１５の表面
に半円状（必ずしも半円状でなくてもよい）の光量検出
素子８の裏面（非受光面）を貼り付け、その裏面で光源
ｌからの光ビームを遮光するとともに表面でサンプル面
２からの反射光束を受光するようにしてもよい。

■　遮光板７の端縁７ａの形状は直線である必要はなく
、線状でありさえすれば任意の形状を採用することがで
き、例えば第２８図に示すように曲線にしたり、また、
鋸歯のように折れ線状にしたり、第２９図示のようにリ
ング状にしてもよい。

ところで、遮光板７の端縁７ａを曲線状や折れ線状（以
下、非直線状と総称する）にする場合には、次のような
効果が期待できる。

本発明に係る位置ずれ検出機構は、サンプル面２と遮光
板７の端縁７ａとの共役関係からサンプル面２の基準と
する位置（前記実施例では合焦位置に相当）からの位置
ずれ状態を検出するため、遮光板７の端縁７ａが直線状
であれば、サンプル面２における位置ずれ状態検出の対
象は直線状であり、遮光板７の端縁７ａが非直線状であ
れば、位置ずれ状態検出の対象も非直線状となる。とこ
ろで、サンプル面２が、例えば、フォトマスクのように
、コントラストの大きなパターンを有する場合、パター
ンの暗部での反射光は弱いので、サンプル面２における
位置ずれ状ｎ検出の対象は、光量検出素子８から出力さ
れる信号のＳ／Ｎ向上のため、パターンの暗部をなるべ
（さけるのが望ましい、そこで、パターンの暗部が直線
状である場合に、上記のように遮光板７の端縁７ａを非
直線状にしておけば、位置ずれ状態検出の対象となる線
状部分の全長が線状パターンの暗部に合致することを回
避できる。

なお、非直線状にする場合には、遮光板７の端縁７ａの
全長が前記基準位置のサンプル面２と共役になるように
するには、遮光板７のサンプル面２例の面を前記基準位
置のサンプル面２と面平行になるように配置すればよい
、ただし、そのように面平行にした場合には、遮光板７
のサンプル面２例の面から光量検出素子８へ向けての反
射光の光路は、光軸に対してあまり角度を有しないから
、そのような反射光を受けるに好適な位Ｗに光量検出素
子８を配置するとなると、光量検出素子８によって、光
源ｌから出射されてサンプル面２へ向かう光線が遮られ
る不都合を生じるおそれがあるが、かかる不都合の回避
策としては、例えば、上記■のように、光量検出素子８
を遮光板７として兼用させるようにするとよい。

■　遮光板７の端縁７ａの形状が、直線状である場合に
は、サンプル面２が傾斜していても支障なく前記基準位
置からの位置ずれを検出することができる効果を期待で
きる。サンプル面２において、位置ずれ状態検出の対象
となる線状部分が直線状であれば、サンプル面２におけ
る位置ずれ状態検出の対象が直線状となり、斜面に逆ら
れずに、つまり傾斜方向に対し直角な方向に沿って、位
置ずれ状態検出をできるからである。

なお、先に従来技術として紹介した二分割センサを使用
した合焦ずれ検出機構のように、二分割センサ間での受
光量のバランスから合焦を検出する手法では、検出の対
象域が、光源からの光の照射域の全域、つまり本発明の
ように線状ではなく面状であるから、傾斜したサンプル
面に対する位置ずれ状態検出が困難であった。

■　前記第１〜第６の実施例において、サンプル面２か
らの反射光を光量検出素子８が効率よく受けることがで
きるように、遮光板７と光量検出素子８を配置するには
、例えば、第３０図の（ａ）および（ｂ）に示すように
すればよい。

すなわち、遮光板７を遮光板支持体１０に固設し、光量
検出素子８を光量検出素子支持体１１に固設する。遮光
板支持体】Ｏに螺合されたボルト１２および光量検出素
子支持体１１に螺合されたポルト１３は、基準とする所
定の位置のサンプル面２に共役な点Ｐ、を中心とする円
弧状ガイド溝１４に案内されて動くように、図示しない
固定部材に係合されてあり、そのため、遮光板７や光量
検出素子８が、前記点Ｐゆを中心とした動きで取り付は
位置を調整できる。

なお、第３０図の（ｂ）の要部の拡大図に示すように、
遮光板７のサンプル面２例の面における端縁７ａの近く
は、サンプル面２からの反射光を効率よく光量検出素子
８へ向けて反射するように鏡面７ｂに形成されている。

また、かかる鏡面７ｂからの光を光量検出素子８が効率
よく受けるように、光量検出素子支持体１１に、シリン
ドリカルレンズ１５を付設しているが、レンズを必ずし
も要するものではない。

■　前記各実施例において、光量検出素子８の特性曲線
を図示すると第３１図のようになり、受光光量が最小の
ときのサンプル面２の位置が合焦位置である。

したがって、前記各実施例における合焦検出作業は、例
えば、初期動作として、第３１図の特性曲線の判定領域
Ａ内において、サンプル面２と対物レンズ６とを相対的
に接近させてみる。この相対接近によって光量検出素子
８の受光光量が減少するときは前ピン状態にあるので、
その接近動作を継続して受光光量が最小となった位置で
オートフォーカス動作を停止すると合焦状態となる。

また、その相対接近によって受光光量が増加するときは
後ビン状態にあるので、今度はサンプル面２と対物レン
ズ６とを相対的に離間させる動作に切り換えると受光光
量が減少する。そして、その受光光量が最小となった位
置でオートフォーカス動作を停止すると合焦状態となる
。

■　サンプル面２が、例えば、ガラス板のように透明な
基板の表面である場合、裏面反射光を生じるので、光量
検出素子８の特性曲線を図示すると、第３２図のように
、大小２つの谷が現れる特性曲線となる。大きい谷の底
はサンプル面２すなわち透明基板の表面が基準とする所
定の位置にある状態に対応し、小さい谷は透明基板の裏
面が前記基準位置にある状態に対応する。このように、
本発明では、透明基板に対しても、前記基準位置からの
位置ずれ状態を検出できる。

［相］　前記各実施例では、遮光板７の端縁７ａを、基
準とする所定の位置のサンプル面２と共役に配置したが
、遮光Ｆｉ７の端縁７ａを、前記基準位置のサンプル面
２から前ピン方向あるいは後ビン方向へずれた位置と共
役に配置してもよい、なお、遮光板７の端縁７ａの配置
をそのようにした場合には、第３１図示のような光量検
出素子８の特性曲線における谷の底が前記基準位置に該
当せず、次のようになる０例えば、前記基準位置のサン
プル面２から前ピン方向へずれた位置（仮にｐＨとする
）に対して共役に遮光板７の端縁７ａを配置した場合に
は、光量検出素子８の特性曲線における谷の底に該当す
るのは、前記Ｐ、の位置である。

なお、前記基準位置は、そのような特性曲線において特
性曲線の谷の底より後ピン方向にずれたところに位置す
る。

ところで、このように基準とする所定の位置のサンプル
面２からずれた位置と共役に遮光板７の端縁７ａを配置
することによる特有の効果は、サンプル面２が前記基準
位置から前ビン方向か後ピン方向のどちらの方向へずれ
ているのかを検出することが容易になるからである。つ
まり、前記基準位置のサンプル面２に対して遮光板７の
端縁７ａを共役に配置した場合には、サンプル面２を前
記基準位置から移動した際に、どちらの方向へ移動した
のであっても、光量検出素子８の検出光量は増加するの
で、移動方向を検出するのは容易ではない、前記基準位
置のサンプル面２からずれた位置に対して共役に遮光板
７の端縁７ａを配置すると、どちらの方向へサンプル面
２が移動したのかによって、検出光量が増加または減少
するので、方向が検出できる。ただし、特性曲線の谷の
底を越えない範囲での移動に限定される。特性曲線の谷
の底を越えて移動すると、減少から増加に反転するから
である。

このように、本発明の構成に言う「基準とする所定の位
置」には、合焦位置が該当するだけでなく、上記のよう
に、合焦位置からずれた位１も該当する。

■　遮光板７の端縁７ａを、前記各実施例のように対物
レンズ６の光軸に一致させることは、必須ではない、ま
た、光軸に一致させない場合、例えば、光軸と交わるよ
うに遮光ｗ、７を配置してもよく、あるいは、光軸から
離れるように遮光板７を配置してもよい、いづれにせよ
、遮光板７は、対物レンズ６と光ａ１の間で、サンプル
面２を照射する光束の一部を遮るように、またはその光
束の近傍に配置すればよい。

＠　前記各実施例では、遮光板７を、光軸と適当な角度
で傾斜させて配置しているが、その角度は、基準とする
所定の位置からずれたサンプル面２からの反射光を、受
けるに都合よい向きであり、しかも、その反射光を、光
量検出素子８へ効率よく反射するに都合よい向きであれ
ばよい、また、例えば、前記第２７図示のように光量検
出素子８を遮光板７として兼用させた場合には、遮光板
７を光軸と直交するように配置してもよい、要するに、
遮光板７と光軸がなす角は特定されない。

０　遮光板７の端縁７ａは、端縁の全長が、基準とする
所定の位置のサンプル面２と共役であることを、必ずし
も要するものではない、遮光板７の端縁７ａの全長が前
記基準位置のサンプル面２に共役である場合と比較して
、その一部が前記基準位置のサンプル面２に共役で無い
場合には１．サンプル面２が前記基準位置にある状況下
での検出光量が、幾らか増加するだけであって、サンプ
ル面２が前記基準位置に在れば、前記基準位置にないの
よりも少なくなることに違いないからである。

［相］　サンプル面２は、特に鏡面であることを要しな
い、サンプル面２において、光′ａｌからの光によって
明るく、あるいは幾らかなりにも薄明るく照らされてい
る部分が、遮光板７の端縁７ａに共役であるかと言うこ
とから、基準とする所定の位置からのサンプル面２の位
置ずれ状態を検出するものであるからである。サンプル
面２は、例えば、シリコンウェハの表面のようなシリコ
ン酸化膜は勿論のこと、ポリシリコン膜面や、金属膜面
、レジスト面、塗装面、ガラス板表面、研磨した金属面
その他でもよい。

■　前記実施例は、合焦位置が本発明の構成に言う「基
準とする所定の位置」に相当し、本発明を合焦ずれ検出
機構に使用したものであるが、本発明の用途は、合焦ず
れ検出機構に限定されるものでは無い、例えば、サンプ
ル面を対物レンズの光軸に直交する方向へ移動させる手
段を付設する等によって、サンプル面における凹凸状態
を測定する装置にも使用できる。つまり、サンプル面上
のある特定のｌａｌ所を、本発明の構成に言う「基準と
する所定の位置」とし、サンプル面を光軸に直交する方
向へ移動させれば、かかる移動に伴う光軸方向の位置ず
れ状態を検出することによって、前記サンプル面２上の
その特定箇所に対する他の箇所の高低が測定されるので
、サンプル面における凹凸状態を測定する装置として使
用できる。このように、本発明は、合焦位置に対する位
置ずれ状態の検出に限定せず、何らかの基準とする所定
の位置からのサンプル面の位置ずれ状態の検出に使用で
きる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が発揮される。

光量検出素子は従来例のように２つのセンサ間での検出
信号の大小比較ではなく、その光量検出素子自体におけ
る光量そのものをとらえることによって、基準とする所
定の位置からのサンプル面の位置ずれ状態を検出するも
のであるから、コントラストによる影響を防止すること
ができるとともに、光量検出素子として単一素子の採用
を可能とする。

また、サンプル面が、透明な基板の表面である場合、光
量検出素子の特性曲線には、サンプル面すなわち透明基
板の表面が基準とする所定の位置にある状態に対応した
大きい谷と、透明基板の裏面が前記基準位置にある状態
に対応した小さい谷が現れる特性曲線となり、透明基板
の表と裏を区別して前記基準位置からの位置ずれ状態の
検出ができる。つまり、前記従来技術のように基板の裏
面照射光のために位置ずれ状態の検出が困難となる問題
は解消され、透明な基板の表面の位置ずれ状態の検出が
可能である。また、透明な基板の裏面の位置ずれ状態の
検出も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３０図は本発明の実施例に係り、第１図は
第１の実施例の概略構成図、 第２図は第１の実施例にてサンプル面が台用位置にある
場合のサンプル面で反射する光線を示す図、第３図は第
１の実施例にてサンプル面が後ピン方向への非合焦位置
にある場合のサンプル面で反射する光線を示す図、 第４図は第１の実施例にてサンプル面が前ビン方間への
非合焦位置にある場合のサンプル面で反射する光線を示
す図、 第５図は第２の実施例の概略構成図、 第６図は第２の実施例にて光源からの光線を示す図、 第７図は第２の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示す
光源からの光線を示す図、 第８図は第２の実施例にてサンプル面が合焦位置にある
場合のサンプル面を照射する光線を示す図、第９図は第
２の実施例にてサンプル面が後ピン方向への非合焦位置
にある場合のサンプル面を照射する光線を示す図、 第１０図は第２の実施例にてサンプル面が前ビン方向へ
の非合焦位１にある場合のサンプル面を照射する光線を
示す図、 第１１図は第２の実施例にて遮光板の端縁の位置におけ
る合焦位置のサンプル面で反射した光線を示す図、 第１２図は第２の実施例にて遮光板の端縁の位置におけ
る後ピン方向への非合焦位置のサンプル面で反射した光
線を示す図、 第１３図は第２の実施例にて遮光板の端縁の位置におけ
る前ビン方向への非合焦位置のサンプル面で反射した光
線を示す図、 第１４図は第３の実施例にて光源からの光線を示す図、 第１５図は第３の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示
す光源からの光線を示す図、 第１６図は第３の実施例にてサンプル面が合焦位置にあ
る場合のサンプル面を照射する光線を示す図、 第１７図は第３の実施例にてサンプル面が後ピン方向へ
の非合焦位置にある場合のサンプル面を照射する光線を
示す図、 第１８図は第３の実施例にてサンプル面が前ビン方向へ
の非合焦位置にある場合のサンプル面を照射する光線を
示す図、 第１９図は第４の実施例にて光源からの光線を示す図、 第２０図は第４の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示
す光源からの光線を示す図、 第２１図は第５の実施例にて光源からの光線を示す図、 第２２図は第５の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示
す光源からの光線を示す図、 第２３図は第６の実施例にて光源からの光線を示す図、 第２４図は第６の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示
す光源からの光線を示す図、 第２５図は他の実施例として対物レンズと遮光板の間に
ハーフミラ−を付設して遮光板のサンプル面側の面と共
役な位置に光量検出素子を配置した概略構成図、 第２６図は他の実施例として光量検出素子を遮光板に直
接取り付ける概略構成図、 第２７図は他の実施例として光量検出素子を遮光板に兼
用させる概略構成図、 第２８図は他の実施例として遮光板の端縁の形状を円弧
にする概略構成図、 第２９図は他の実施例として光量検出素子を遮光板に兼
用させ遮光板の端縁の形状がリング状になるようにした
概略構成図、 第３０図の（ａ）は第１の実施例から第５の実施例に好
適な遮光板と光量検出素子との組み付けの概略構成図、 第３０図の（ｂ）は第３０図の（ａ）の要部の拡大図、 第３１図は光量検出素子が検出する光量の特性曲線図で
ある。 第３２図はサンプル面が透明な基板の表面である場合に
おける光量検出素子が検出する光量の特性曲線図である
。 第３３図は第１の従来技術の概略構成図、第３４図は第
２の従来技術の概略構成図である。 ｌ・・・光源 ２・・・サンプル面 ６・・・対物レンズ ７・・・遮光板 ７ａ・・・遮光板の端縁 ８・・・光量検出素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準とする所定の位置からのサンプル面の位置ず
   れ状態を検出する位置ずれ検出機構であって、 サンプル面を照射する光源と、 光源とサンプル面の間に配置された対物レンズと、 前記基準位置のサンプル面と共役な位置に、端縁が一致
   するように、対物レンズと光源との間に配置された遮光
   板と、 サンプル面からの反射光のうち、遮光板のサンプル面側
   の面を照射する反射光の光量を検出する光量検出素子と
   からなり、 光量検出素子からの検出信号によって、サンプル面の前
   記基準位置からのずれ量を検出することを特徴とする位
   置ずれ検出機構。