JPH0359410A - パターン検出装置 - 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］ この発明はパターン検出装置、とくに、一枚もしくはほ
ぼ平行に配設された複数枚の透明板上に形成された複数
の透明パターンを検出するパターン検出装置に間するも
のである。

［従来の技術］ 従来、複数の透明板、例えはガラス板上の透明パターン
を検出する場合のパターン検出装置においては、反射照
明光学系よりもコントラストの高い画像が得られる、透
過胆明光学系を備えたものが使われていたが、これによ
るとパターンの検出は複数の透明板を通過した光を用い
て行なわなけれはならず、鮮明にパターン画像を検出で
きないという問題点があった。

第４図は、この問題を解決した、特開昭５９−６５７０
８号公報に示された位置合わせ装置に、合焦判定回路（
２２）と駆動機構（！２）からなる焦点合わせ手段を付
設した、従来のパターン検出装置を示す構成図である。

第４図に示す従来のパターン検出装置は、ガラス板（１
）とガラス板（２）を所定間隔をもって保持し、前記ガ
ラス板（１）とガラス板（２）の空間内に、プリズムブ
ロック（２３）、撮像装置り９）、図示しない対物レン
ズを備えた鏡筒（７）を配置し・、外側に照明装置（８
ａ）及び（８ｂ）を配置して、前記ガラス板（１）及び
（２）上のパターン（３）及び（４）の透過像をプリズ
ムブロック（２３）を経由して撮像装置（９）で検出を
行なうものである。これによりパターン（３）及び（４
）を個別に照明し、鮮明なパターン画像を得ていた。ま
た、鮮明な画像を得るためには高精度な焦点合わせが必
要であるが、従来のパターン検出装置では、図示しない
表示装置でパターン画像を見ながら、作業者が手動で焦
点合わせを行なうか、第４図に示すように、駆動機構（
１２）を走査しながらパターンの映像信号にもとづいて
合焦判定回路（２２）で合焦状態の是非を判断して焦点
合わせを行なっていた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のパターン検出装置は以上のように構成されていた
ので、照明装置（８ａ）及び（８ｈ）と撮像装置（９）
が分離しているため、装置が大型化するとともに、照明
装置（８ａ）及び（８ｂ）がガラス板（１）及び（２）
上のパターン（３）及び（４）のそれぞれに分離して必
要であるという欠点があった。また、駆動機構（１２）
を走査しながら合焦状態を判断する焦点合わせ手段は、
光軸方向に順次走査して行なうが、１回の走査ごとに画
像を取り込み、合焦点か否かを判定する必要があるので
、焦点合わせにおいて高速化が困難であるという問題点
があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たものであり、迅速に鮮明なパターン画像を検出するこ
とのできる小型のパターン検出装置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］ この発明におけるパターン検出装置は、一枚もしくはほ
ぼ平行に配設された複数枚の透明板上に形成された複数
のパターンを照明する照明装置、上記パターンを拡大す
る対物レンズ、及び上記パターンの投影像を撮像する撮
像手段よりなるパターン検出光学系、このパターン検出
光学系に付設され、集束平行光をＬ記動物レンズの軸に
対して偏心させて入射させる焦点合わせ光学系、この焦
点合わせ光学系により、上記透明板上に形成された複数
のスポットの投影像より、上記透明板上に形成された各
パターンの光軸方向の位置情報を得、焦点ズレ量を求め
る焦点ズレ量検出手段、並びに上記焦点ズレ量より、上
記パターン検出光学系の焦点合わせを行なう駆動手段を
備えたものである。

なお、上記パターン検出光学系を反射微分干渉光学系で
構成し、かつ焦点合わせ光学系とパターン検出光学系と
を切り換える手段を設けるとよい。

［作用］ この発明におけるパターン検出装置では、焦点合わせ時
に、明視野の反射照明光学系により、集束平行光を光学
系の対物レンズ軸に対して偏心させて入射させ、撮像素
子に投影された複数のスポットを利用して、透明板の位
置及び焦点ずれ量を求め、パターン検出光学系の焦点合
わせを行なう。

また、パターンを検出するパターン検出光学系を、反射
微分干渉光学系で構成し、光路切り替え手段により焦点
合わせ時と、パターン検出時とで光路を切り換えること
により、パターン輪郭を強調し、コントラストの高い鮮
明なパターンを検出することができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例によるパターン検出装置を図
について説明する。第１図はこの発明の一実施例による
パターン検出装置を示す断面構成図である。図において
、ガラス板（１）はパターン（３）を下方に向け、例え
ば真空チャック（５）によって保持され、ガラス板（２
）はパターン（４）を上方に向け、同様に真空チャック
（６）によって保持されている。真空チャック（５）に
はパターン検出用の穴が設けてあり、その上方には鏡Ｗ
（７）が対物レンズ（１０）に必要な作動距離を保ち、
駆動機構（１２〉により上下移動可能に支持されている
。鏡筒（７）は、スポット位Ｉｔ険出回＃！（１８）か
ら得られる焦点ズレ情報をもとに移動量を計算し、モー
タ駆動回路（１２２）を介してモータ（１２１）を駆動
することによって移動される。また、このパターン検出
装置の光学系は、パターン（３）（４）を照明するため
の照明装置（８）、照明光を直線偏光に変えるポラライ
ザ（１４）、結晶方向によって光路を分割するため、光
軸の異なった２枚の薄い楔板を重ね合わせて平行平面板
としたノマルスキプリズム（１５）、振動方向の異なっ
た光の偏向方向を一致させ、干渉させるアナライザ（１
６）、照明光及び集束平行光の光路を変え、パターン（
３）（４）からの反射光を通過させるハーフミラ−（１
１）、照明光や集束平行光の集光、及び像の拡大を行な
う対物レンズ（ｌＯ）、焦点合わせに必要なスポットを
パターン形成面とに投光する、例えば半導体レーザ等の
集束平行光光源（１３）、撮像素子（９１）に投影され
たスポット像やパターン像を映像信号に変換する撮像装
置（９）、光源を切り替えるための可動ミラー（１７〉
、並びに以上の光学部品を支持し、外部の光を遮光する
鏡筒（７）によって構成されている。また、反射微分干
渉光学系を構成する光学部品、例えばポラライザ（１４
）、ノマルスキプリズム（１５）、アナライザ（１６）
は図示しない駆動機構によって光路から退避可能となっ
ている。

次に、上記の如く構成されたパターン検出装置の動作に
ついて説明する。

まず、検出対象のパターンに焦点合わせをするため、第
１図の点線の位置に示すように、ポラライザ（１４〉、
ノマルスキプリズム（１５）、アナライザ０６）を退避
させて明視野光学系とし、さらに照明装置（８）から発
する照明光を遮断し、集束平行光光＃（１３）から発す
る集束平行光（１３１）が光学系の対物レンズ（１０）
の軸に対して偏心して入射するよう、可動ミラー（１７
）を配置する。この時、集束平行光光源（１３）を発し
た集束平行光（１３１）は、可動ミラー（１７）で反射
され、ハーフミラ−（ｉｔ）で再び反射され、対物レン
ズ（１０）で集光され、その一部はガラス板（１）の上
面Ｐ、ガラス板（１）のパターン（３）の形成面Ｑ、ガ
ラス板（２）のパターン（０の形成面Ｒ１およびガラス
板（２）の下面Ｓでスポットを形成する。各面Ｐ、　　
Ｑ、　　Ｒ，Ｓからの反射光は対物レンズ（１０）、お
よびハーフミラ・−（１１）を通過し、撮像素子（９１
）上りこスポット像を結像する。

焦点ズレ量検出の原理を第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示
す。第２図（ａ）はこの発明の一実施例によるパターン
検出装置を一部省略して示した概略構成図、第２図（ｂ
）はパターン形成面の位置Ｅ、　　Ｆ、　　Ｇにおいて
、撮像素子（９１）に投影されたスポット像の位置を、
光軸方向から見た平面図であり、点Ｃは撮像素子（９１
〉の中心点を示す。第２図（ｃ）はパターン形成面の位
置Ｅ、　　Ｆ、　　Ｇにおいて、集束平行光（１３１）
に照射されてスポットが形成される位置を、光軸方向か
ら見た部分拡大平面図であり、（ｅ〉（ｆＸｇ）は、そ
れぞれパターン形成面の位置Ｅ、　　Ｆ、Ｇに対応して
いる。また、（１０１）は対物レンズ（１０）の軸であ
る。集束平行光（１３１）が対物レンズ（１０）に対し
、対物レンズ（１０）の軸（１０１）と平行に入射すれ
ば、光軸上の焦点位置Ｆにパターン形成面がある時、ス
ポット像は撮像素子（９１）の中央Ｃに投影される。第
２図におけるＥ、　　０面のようにパターン形成面が焦
点位置から離れるに従ってスポット像は撮像素子の中央
Ｃから遠ざかるので、撮像素子上のスポット位置を計測
することによって、パターン形成面の焦点ズレ量を検出
することができる。即ち、第２図に示すような複数のガ
ラス板（１）（２）がある場合、撮像素子（９１）また
はその延長面上には、ガラス板の枚数の２倍のスポット
が投影されるが、これはガラス板（１）（２）の各面Ｐ
、　　Ｑ、Ｒ，Ｓから反射した集束平行光（１３１）の
スポット投影像である。検出すべきパターン（３）、ま
たはパターン（４）の形成されている面Ｑ、またはＲ上
のスポットを選択し、撮像素子中央からの位置を、例え
ば素子上のスポットの輝度重心を求めることによって計
測し、これより透明板上のパターンの光軸方向の位置を
求める。この値と焦点位置との差より、焦点ズレ量を求
め、この焦点ズレ量を補正するよう、モータ（１２１）
に指令を与え、焦点合わせを行なう。

このように、この発明の一実施例によるパターン検出装
置によれば、従来のように駆動系（１２）を走査し、走
査の度ごとにコントラストを調べて、合焦の判断をする
必要がなく、複数の面上のパターンの位置を、中心位置
からのズレとして同時に知ることができ、−度の映像信
号処理で各パターンの焦点合わせが可能であるため、高
速化が可能となる。また、パターン画像の質によらず、
高精度な焦点合わせができるため、透明板上の透明パタ
ーンのようにコントラストの低い対象の焦点合わせに適
する。

このようにして、検出対象パターン形成面に焦点合わせ
が完了した後、第１図の実線に示すように、ポラライザ
（１４）、ノマルスキプリズム（１５）、及びアナライ
ザ（１６）を光路中に挿入して、パターン検出光学系を
反射微分干渉光学系とし、さらに、集束平行光源（１３
）から発する集束平行光（１３１）を遮断し、照明装置
（８）から発する照明光のみがパターン（３）（４）に
入射するよう、可動ミラー（１７）を配置する。まず、
照明装置（８〉から発した光がポラライザ（１４）を通
過することによって、直線偏光化され、ハーフミラ−（
１１）で反射され、ノマルスキプリズム（１５）を通過
することにより、横方向にずれた２つの光に分割され、
この２つの光は対物レンズ（１０）で各々集光され、焦
点の合ったパターン形成面で各々反射し、対物レンズ（
１０）、ハーフプリズム（１１）を通過し、アナライザ
（１６）を通過する。アナライザ（１６）を通過するこ
とによって、分割した光が干渉し、撮像素子（９１）に
到達する。その結果、パターン輪郭の微小な凹凸が光の
干渉によって強調され、鮮明なパターン画像が得られる
。

なお、上記実施例で焦点合わせの手段として集束平行光
（１３１）が対物レンズ（１０）の軸（１０１）と平行
に入射する例を示したが、集束平行光（１３１）の軸が
対物レンズの軸（ｌｏｔ）に対して傾斜していてもよく
、この場合、合焦位置において撮像素子（９１）に投影
されるスポット像の位置を基準として、焦点ずれ量を計
測すれば、同様に焦点合わせが可能である。

また、上記実施例では、焦点合わせ時とパターン検出時
で光源を切り替える手段として、可動ミラー（１７）を
用いた例を示したが、例えば第３図に示すようにシャッ
タ（１９Ｘ２０）とハーフミラ−（２１）によって実現
することができろ。すなわち焦点合わせ時には、シャッ
タ（２０）を閉じて、照明光を遮断するとともに、シャ
ッタ（１９〉を開くことによって、集束平行光（１３１
）をハーフミラ−（２１）で反射さぜ、パターン形成面
Ｑ、　　Ｒに照射する。また、パターン検出時には、シ
ャッタ（１９）を閉じて、集束平行光（１３１）を遮断
するとともに、シャッタ（２０）を開くことによって、
照明光をハーフミラ−（２１）を透過させ、パターン形
成面Ｑ、　　Ｈに照射する。

また、第３図の例において、集束平行光光［（１３）と
して特定の波長を持つものを用い、ハーフミラ−（２１
）の代わりに、例えばダイクロイックミラーなどの前記
波長を選択して反射するものを用いてもよい。これによ
れば集束平行光（１３１）の光路を決定する光学部品を
固定できるため、集束平行光（１３１）の光路のばらつ
きによる焦点ずれ量の検出誤差が生じないという利点が
ある。

また、第１図による実施例では焦点合わせ時とパターン
検出時の光学系の切り替え手段として、ポラライザ（１
４）、ノマルスキプリズム（１５）、アナライ＋ｆ　（
１６）の、退避と挿入を行なう例を示したが、ポラライ
ザ（１４）・　ノマルスキプリズム（１５）を光路中に
固定し、アナライザ（１６）を図示しない駆動機構で回
転させ、焦点合わせ時に干渉をおこさないようにしても
同様の効果が得られる。

さらに、上記実施例ではパターン検出光学系として、反
射微分干渉光学系をもちいたが、焦点合わせ光学系と同
様、明視野光学系であってもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば一枚もしくはほぼ平行
に配設された複数枚の透明板上に形成された複数のパタ
ーンを照明する照明装置、上記パターンを拡大する対物
レンズ、及び上記パターンの投影像を撮像する撮像手段
よりなるパターン検出光学系、このパターン検出光学系
に付設され、集束平行光を上記対物レンズの軸に対して
偏心させて入射させる焦点合わせ光学系、この焦点合わ
せ光学系により、上記透明板上に形成された複数のスポ
ットの投影像より、上記透明板上に形成された各パター
ンの光軸方向の位置情報を得、焦点ズレ量を求める焦点
ズレ量検出手段、並びに上記焦点ズレ量より、上記パタ
ーン検出光学系の焦点合わせを行なう駆動手段により、
パターン検出装置を構成したので、検出対象が、例えば
透明板上の透明パターンのようにコントラストの低いパ
ターンでも、高速かつ高精度に焦点合わせができる、小
型のパターン検出装置が得られる効果がある。

また、パターン検出光学系を反射微分干渉光学系で構成
し、かつ焦点合わせ光学系とパターン検出光学系とを切
り換える手段を設ければ、輪郭の強調された鮮明なパタ
ーンを検出できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるパターン検出装置を
示す断面構成図、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は各々この
発明の一実施例によるパターン検出装置を示す概略構成
図及び焦点ずれ量検出の原理を示す平面図、第３図はこ
の発明の他の実施例によるパターン検出装置を示す断面
構成図、並びに第４図は従来のパターン検出装置を示す
構成図である。 図において、（１）（２）はガラス板、（３）（４）は
透明パターン、（８）は照明装置、（９）は撮像装置、
（１０）は対物レンズ、（１１）はハーフミラ−（１２
）は駆動機構、（１３）は集束平行光光源、（１３１）
は集束平行光、（１４）はポラライザ、（１５）はノマ
ルスキプリズム、〈１６）はアナライザ、（１７）は可
動ミラー　（１８）はスポット検出回路、（１９）（２
０）はシャッタ、（２１）はハーフミラ−である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一枚もしくはほぼ平行に配設された複数枚の透明
   板上に形成された複数のパターンを照明する照明装置、
   上記パターンを拡大する対物レンズ、及び上記パターン
   の投影像を撮像する撮像手段よりなるパターン検出光学
   系、このパターン検出光学系に付設され、集束平行光を
   上記対物レンズの軸に対して偏心させて入射させる焦点
   合わせ光学系、この焦点合わせ光学系により、上記透明
   板上に形成された複数のスポットの投影像より、上記透
   明板上に形成された各パターンの光軸方向の位置情報を
   得、焦点ズレ量を求める焦点ズレ量検出手段、並びに上
   記焦点ズレ量より、上記パターン検出光学系の焦点合わ
   せを行なう駆動手段を備えたパターン検出装置。
2. （２）パターン検出光学系は反射微分干渉光学系て構成
   され、かつ焦点合わせ光学系とパターン検出光学系とを
   切り換える手段を有する請求項１記載のパターン検出装
   置。