JPH06265308A - 位置検出用光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡単、低コストで、検出リニアリティ
が良く、所定の位置検出分解能を有する位置検出用光学
装置を提供する 【構成】 線状光源４からの計測光が、被検出物（基板
１０のエッジＴ）の最大検出範囲内に照射され、結像レ
ンズ３を経てＣＣＤラインセンサ２に入射する構成であ
る。結像レンズ３は、開口径が１mm、ｆ＝１０mm、硝材
がＢＫ７、被検出物側の実効Ｆ数が２０の両凸レンズ１
枚で構成した。線状光源の大きさＫＬは、被検出物の検
出最大範囲ＫＡの境界ＥＲ、ＥＬを通過した光束が、結
像レンズ３の開口内に入射する計測光を出射できるよう
に、１８mm以上で構成した。被検出物が検出範囲内のど
の位置にあっても被検出物を通過する光の実効主光線は
結像レンズ３の開口中心を通過する。

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、近接露光装置
に適用され、液晶表示器用の角型ガラス基板や半導体基
板等のプリアライメントの際に、基板のエッジやアライ
メントマーク等の被検出物の位置を非接触で検出した
り、あるいは所定の基準位置に対する被検出物の変位量
を検出するための位置検出用光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の位置検出用光学装置は、計測光
を被検出物に照射して、被検出物を透過または反射した
光をＣＣＤラインセンサ等の光量検出器で計測し、計測
した光の特性に基づいて、被検出物の位置を検出するも
のであるが、このような装置には、まず、検出リニアリ
ティが良いことが求められる。

【０００３】すなわち、被検出物の位置が検出できる最
大範囲（以下、最大検出範囲という）内における、被検
出物の実際の移動量（例えば、位置Ｐａと位置Ｐｂとの
間の距離）がαであり、光量検出器で計測し、検出した
被検出物の検出位置の移動量（位置Ｐａに被検出物があ
るときに光量検出器で検出した検出位置Ａａと、位置Ｐ
ｂに被検出物があるときに光量検出器で検出した検出位
置Ａｂとの間の距離）がβであったとき、被検出物の移
動量が変動してα×２になったときには、光量検出器で
検出した被検出物の検出位置の移動量もβ×２となるよ
うに、被検出物の実際の移動量と検出による移動量とが
常に比例関係にある（検出リニアリティが良い）ことに
より、光量検出器で検出した位置から、被検出物の最大
検出範囲内の位置を正確に特定することができる。

【０００４】また、位置検出用光学装置には、目的の測
定対象で求められる位置検出分解能を満たすことが要求
される。すなわち、最大検出範囲内における被検出物の
Ｐａ、Ｐｂ間の移動量に対する光量検出器での検出位置
Ａａ、Ａｂにおいて、Ａａ、Ａｂを識別できる最小幅に
対応する被検出物の移動量が位置検出分解能となる。例
えば、Ｐａ、Ｐｂ間の距離（被検出物の移動量）が１μ
ｍのとき、Ａａ、Ａｂ間の距離が、位置検出用光学装置
で識別できる最小幅であれば、位置検出分解能は１μｍ
になり、被検出物のそれ以下の移動量においては、光量
検出器で検出した受光データからは識別できなくなる。
この位置検出分解能が、目的の測定対象に応じて、位置
検出用光学装置に要求される。例えば、目的の測定対象
が近接露光装置のプリアライメントであれば、要求され
る位置検出分解能は２〜３μｍである。

【０００５】このように検出リニアリティが良く、所定
の位置検出分解能を有する従来装置として例えば、以下
のようなものがある。これを、図１１、図１２を参照し
て説明する。この装置は、図１１（ａ）、（ｂ）に示す
ように、投光器１と１次元ＣＣＤラインセンサ２とで構
成されており、高価な光学部材を必要としないため、低
コストで実現される。投光器１からは、幅のある平行光
Ｌ…が基板１０のエッジＴ（被検出物）の斜め上方から
その一部が基板１０に入射するように照射される。その
ように照射された光Ｌの内、基板１０に入射しない光
は、図１１（ｂ）の実線で示すように直進するが、基板
１０に入射した光は、基板１０が透光性であれば、図１
１（ｂ）の点線で示すように基板１０で屈折して進み、
基板１０が非透光性であれば、図１１（ｂ）の一点鎖線
で示すように基板１０で反射される。ＣＣＤラインセン
サ２では、基板１０に入射しない光を受光するように配
置されている。

【０００６】このように構成することにより、ＣＣＤラ
ンセンサ２では、図１１（ｃ）に示すように、光の入射
位置に応じて受光した光量が検出される。図中、横軸は
ＣＣＤラインセンサ２内に１次元に配列された画素に対
応する受光位置であり、ｅ_Lは、図１１（ａ）のＣＣＤ
ライセンサ２の受光面の左端に対応し、ｅ_R は同様に、
ＣＣＤライセンサ２の受光面の右端に対応する。また、
縦軸は受光した光量に対応した電圧値を示す。上述した
ように、基板１０に入射した光は、屈折するか反射され
るので、ＣＣＤラインセンサ２に入射しない。従って、
図１１（ｃ）の受光光量の左側の立ち上がりが、基板１
０のエッジＴ（被対象物）に対応することになる。この
立ち上がり部分の内、所定のレベルＴＨに対応する位置
ｅ_E が基板１０のエッジＴ（被検出物）の位置であると
して検出する。

【０００７】また、図１２（ａ）に一点鎖線で示す基板
１０のエッジＴの位置を基準位置とした場合、その基準
位置に対する被検出物（図１２（ａ）の実線で示す基板
１０のエッジＴ）の変位量は、以下のように検出され
る。

【０００８】被検出物が実線で示す位置にある状態で、
ＣＣＤラインセンサ２により上述のようにして求めた被
検出物の位置が、図１２（ｂ）のｅ_E であり、一方、被
検出物が基準位置にあるときにＣＣＤラインセンサ２に
より検出される位置がｅ_O であるとすると、基準位置に
対する被検出物の変位量は、ｅ_E とｅ_O の間の距離ＬＨ
に相当するので、その距離ＬＨに基づいて求めることが
できる。

【０００９】この装置は、被検出物の位置がＣＣＤライ
ンセンサ２の受光位置にそのまま対応する構成であるの
で、検出リニアリティが良く、また、ＣＣＤラインセン
サ２自身の検出分解能や、受光データのデータ処理等に
より位置検出分解能が決まるが、例えば、近接露光装置
のプリアライメントなどでは充分に対応することができ
る。

【００１０】しかしながら、上述のような構成の装置で
は、基板１０のエッジＴが予め設定された検出面（図示
せず）上に存在することを前提としており、例えば、基
板１０がわずかに傾いて搬入された場合、すなわち、エ
ッジＴ（被検出物）が検出面から離れた場合などでは、
ＣＣＤラインセンサ２で検出される受光位置に対する光
量が変動するので、被検出物の検出が正確に行えないと
いう問題がある。

【００１１】そのような問題が起きにくい装置として、
結像手段を用いたもの、例えば、光源とコンデンサーレ
ンズと対物レンズ、ハーフミラーなどで構成される顕微
鏡光学系と、ＣＣＤラインセンサとを組合わせ、被検出
物とＣＣＤラインセンサとを共役な位置に配置したもの
もある。

【００１２】光源から出射された光は、コンデンサーレ
ンズで集光されて後、ハーフミラーで光路が転換され、
対物レンズを介して被検出物に入射する。入射光は被検
出物で反射され、その反射光は前記対物レンズを介し
て、前記ハーフミラーを透過し、ＣＣＤラインセンサに
入射する。ＣＣＤラインセンサでは、受光した位置に応
じて光量を検出する。

【００１３】被検出物が、例えば、アライメントマーク
であれば、顕微鏡光学系の視野内、すなわち、最大検出
範囲内において、ＣＣＤラインセンサに入射する反射光
の受光光量は、アライメントマークと他の部分との反射
率の違いに応じて変化する。この光量の違う受光位置を
検出することにより被検出物の位置を把握する。また、
所定の基準位置と被検出物の位置との変位量は、基準位
置に対応するＣＣＤラインセンサ２の検出位置と、被検
出物をＣＣＤラインセンサ２で検出した位置との間の距
離に対物レンズの倍率を掛け合わせることにより求めら
れる。

【００１４】このような、顕微鏡光学系を利用した装置
では、基板が傾いて搬入された場合などにも、対物レン
ズの焦点深度内に収まっていれば、被検出物の位置検出
の精度が著しく低下するという問題はない。一般に、近
接露光装置などでプリアライメントを行うために、検出
位置に基板を搬入する場合の基板の傾きは僅かなもので
あり、実用上の問題はない。

【００１５】また、上述のような顕微鏡光学系を利用し
た装置では、対物レンズは複数枚のレンズを組み合わせ
て構成され、その収差は充分に補正されているので、形
成される像の歪みが少ないことからも判るように検出リ
ニアリティは良い。さらに、顕微鏡光学系では、良好な
像が形成されることからも判るように、位置検出分解能
も非常に良い。

【００１６】

【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。上述のような顕微鏡光学系を利用した装置は、上
述したように基板の搬入時の傾き等にも対応し、検出リ
ニアリティも良く、しかも、位置検出分解能も非常に良
いが、対物レンズは、レンズを複数枚組み合わせたレン
ズシステムで構成される等の理由により、構成が複雑
で、かつ、高額である。

【００１７】一方、近接露光装置のプリアライメントな
どにおける被検出物の位置検出などは、ファインアライ
メントのためのおおよその位置合わせを行うことを目的
とすることから考えると、上述の顕微鏡光学系のよう
に、良好な像を形成するほどに位置検出分解能が高いも
のである必要はない。すなわち、近接露光装置のプリア
ライメントなどにおける被検出物の位置検出などでは、
上述のような顕微鏡光学系を利用した位置検出用光学装
置を用いることは、目的に対して、装置が複雑でコスト
がかかり過ぎるという問題がある。

【００１８】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、結像レンズを用いつつ簡単な構成、か
つ、低コストで実現でき、さらに、検出リニアリティの
良い位置検出用光学装置、例えば、近接露光装置のプリ
アライメントなどの測定対象における被検出物の位置検
出や基準位置に対する被検出物の変位量の検出を行なえ
る位置検出用光学装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述のような目的を達成
するために、本願出願人が鋭意研究した結果、以下のよ
うな事実が判明した。

【００２０】被検出物（基板のエッジ）とＣＣＤライン
センサとを結像レンズに対して共役な関係に配置し、光
源から計測光を被検出物に照射し、結像レンズを経てＣ
ＣＤラインセンサで受光するという簡単な構成の装置を
考えてみる。

【００２１】図７に示すように、光源４から出射した計
測光が被検出物（基板１０のエッジＴ）を通過し、結像
レンズ３を経てＣＣＤラインセンサ２に入射するときの
光線をしらべるために、光源４の発光部が小さいものを
使用した場合を考えてみる。

【００２２】例えば、ｆ（焦点距離）が１０mmの結像レ
ンズ３を倍率１対１で用い、光源４を被検出物の後方２
０mmに設定したときの、物高ＲＨと像高ＩＨ、およびそ
れらのずれ率を、被検出物を通過する有効な光束の中心
をなす光線（実効的な主光線）について、光線追跡して
しらべてみると、以下の表１のようになる。なお、物高
ＲＨは光軸Ｊに対する被検出物の位置であり、像高ＩＨ
は前記物高ＲＨに対するＣＣＤラインセンサ２上の結像
位置、ずれ率は物高ＲＨに対する像高ＩＨのずれの割合
であり、（（ＩＨ−ＲＨ）／ＩＨ）で算出される。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１に示すように、物高ＲＨが高くなるに
従って、物高ＲＨに対する像高ＩＨのずれ率が大きくな
り、検出リニアリティを確保できる範囲が極めて狭くな
り、被検出物の位置が検出できる最大範囲（最大検出範
囲）が狭くなる。これは、図７に示すように、物高ＲＨ
が高くなるに従って、前記実効的な主光線が、結像レン
ズ３の開口中心（光軸）から離れていき、結像レンズ３
の周辺を通過することになるので、歪曲収差が大きくな
るためである。

【００２５】次に、上述と同様の結像レンズ３を用い、
光源４を被検出物の後方１００mmに設定したときの、物
高ＲＨと像高ＩＨ、およびそれらのずれ率を、光線追跡
してしらべてみると、以下の表２のようになる。

【００２６】

【表２】

【００２７】表２に示すように、物高ＲＨに対する像高
ＩＨのずれ率は改善されていることが判る。これは、光
源４を被検出物から離すことにより、被検出物を通過し
た光が結像レンズ３に入射する角度が小さくなるため
に、物高ＲＨが高くなる割合に比べて、実効的な主光線
が結像レンズ３の開口中心から離れていく割合が少なく
なるからである。従って、光源４を被検出物からさらに
遠ざけていけば、検出リニアリティが確保できる範囲を
一層拡げることができるが、光源４を無限に遠ざけるこ
とは不可能であり、現実的ではない。

【００２８】以上のような事実から、検出リニアリティ
を確保できる最大検出範囲をある程度確保するために
は、被検出物がかかる最大検出範囲内のどの位置にあっ
ても、その被検出物を通過する実効的な主光線が結像レ
ンズ３の中心を通過するように構成すればよいことが判
る。

【００２９】そこで、図８に示すように、光源４を、最
大検出範囲ＫＡの境界ＥＲ、ＥＬを通過した光束が、結
像レンズ３の開口内に入射する計測光を出射できる大き
さ（長さ）ＫＬを有するように構成する。

【００３０】このように構成すれば、被検出物が最大検
出範囲ＫＡのどの位置（例えば、ＥＬ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ
Ｒ等））にあっても、その被検出物を通過する実効的な
主光線が結像レンズ３の中心を通過することになるの
で、かかる最大検出範囲ＫＡの検出リニアリティが確保
されることになる。

【００３１】なお、図８の位置検出用光学装置では、結
像レンズ３を用いており、被検出物とＣＣＤラインセン
サ２の受光面とが結像関係、すなわち、共役な関係にあ
るので、基板１０が若干傾いて搬入されたような場合で
あっても、被検出物が結像レンズの焦点深度内に収まっ
ていれば、被検出物の位置を誤差なく検出することがで
きる。すなわち、被検出物が結像レンズ３に対して若干
の遠近関係に置かれても被検出物の位置の検出は実用上
問題なく行なえる。

【００３２】また、一般に入手が容易な量凸レンズ（例
えば、ｆ＝１０mm、開口径が５〜１０mm、硝材がＢＫ
７）を倍率１対１で使用した場合、実効Ｆ数は２〜４に
なるが、収差補正が施されてなく、結像レンズ３として
そのまま使用するのは好ましくない。そこで、上記のよ
うなレンズの収差補正を考えると、一般に実効Ｆ数の小
さいレンズを実現しようとした場合、複数枚のレンズを
組み合わせなければならず、構成が複雑で、さらにコス
ト高を招く。これに対して、結像レンズ３の被検出物側
の実効Ｆ数が１５以上であると、収差補正され、かつ、
なるべく少ない枚数のレンズで結像レンズ３を実現でき
る。

【００３３】次に、上述のような構成の光学系における
結像レンズの性能、特に、位置検出分解能について考え
てみる。上述のように構成することにより、位置検出用
光学装置は簡易構成かつ低コストで実現され、さらに最
大検出範囲内の検出リニアリティは確保されるが、位置
検出分解能が低ければ、近接露光装置のプリアライメン
ト等に使用するのは好ましくない。従って、近接露光装
置のプリアライメントなどの位置検出分解能を確保する
ために、結像レンズ３の被検出物側の実効Ｆ数を調整す
る。

【００３４】一般に、結像系で解像できる２点間の最小
間隔は回折限界により決まり、実効Ｆ数が大きくなる
と、解像力が低くなることが知られている。しかし、被
検出物の位置検出をＣＣＤラインセンサ２の受光データ
から特定する場合、前記受光データを適宜データ処理し
てやることにより、回折限界によって決まる解像間隔よ
りも微小な範囲においても、位置の特定を行なうことが
できる。

【００３５】例えば、図８の光学系において、結像レン
ズ３を実効Ｆ数が１５以上の所定のもので構成したと
き、検出される受光データは図９に示すようになる。た
だし、図中、横軸はＣＣＤラインセンサ２内に１次元に
配列された画素に対応する受光位置であり、ｅ_R 、ｅ_L
はそれぞれ、図８の最大検出範囲の境界ＥＲ、ＥＬに対
応している。また、縦軸は受光位置において検出した光
量に対応する電圧値である。図９は、被検出物が図８の
最大検出範囲内のＥ２にあるときの受光データを示して
おり、電圧値が減少している部分が被検出物（基板１０
のエッジＴ）のある位置Ｅ２に対応する。これは、基板
１０のエッジＴを通過する計測光が、エッジＴ部分での
光の散乱などにより、ＣＣＤラインサンセ２で受光され
る光量が、他の部分よりも少なくなるからである。そし
て、例えば、所定の電圧レベルＴＨと受光データの左の
減少部分との交点に相当する受光位置ｅ_E を被検出物の
位置Ｅ２として決めて、被検出物の位置を特定する。ま
た、この電圧値の減少の特性を際立たせる等のデータ処
理を施すことにより、被検出物の位置を精度よく特定す
ることができる。

【００３６】ところが、上述と同じ光学系において、結
像レンズ３の被検出物側の実効Ｆ数を大きくしていき、
そのときの受光データを調べていくと、電圧値が全体的
に下がり、Ｓ／Ｎ比が小さくなる。さらに、被検出物の
位置に対応する電圧値の減少部分も急峻でなくなってく
る。そして、被検出物側の実効Ｆ数が４０を越えると、
図１０に示すようになる。電圧値の減少部分が図９のよ
うに急峻であれば、多少Ｓ／Ｎ比が小さくても、データ
処理を施すことにより被検出物の位置を特定することが
できるが、図１０のように電圧値の減少部分がなだらか
になると、ノイズ部分の増減により電圧レベルＴＨに対
する受光位置が変動するため、正確に被検出物の位置を
特定しにくくなる。従って、結像レンズ３の被検出物側
の実効Ｆ数は４０以下が好ましいことになる。

【００３７】上述のような研究結果から本発明を、次の
ように構成した。すなわち、請求項１に記載の発明は、
被検出物の位置の検出、あるいは所定の基準位置に対す
る前記被検出物の変位量の検出を行うための位置検出用
光学装置であって、前記被検出物に計測光を照射する光
源と、受光面における光の入射位置に応じて入射光の光
量を検出する光量検出器と、前記被検出物の像を前記光
量検出器の受光面上に形成する結像手段と、を備え、か
つ、前記結像手段は、前記被検出物側の実効Ｆ数が１５
以上であり、前記光源は、前記被検出物の位置が検出で
きる最大検出範囲の境界を通過する光束が、前記結像手
段の開口内に入射する計測光を出射する大きさを有する
ものである。

【００３８】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の位置検出用光学装置において、前記結像手段
は、被検出物側の実効Ｆ数が４０以下である。

【００３９】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載の位置検出用光学装置において、前記結像手段
は、単レンズ、または、ダブレットレンズで構成するも
のである。

【００４０】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。光源からの計測光が被検出物に照射されると、結像
手段によって被検出物の像が光量検出器の受光面上に形
成され、光量検出器は、受光面における光の入射位置に
応じて、入射光の光量を検出する。このとき、結像手段
は、少ないレンズ枚数であっても収差補正が可能であ
り、簡単な構成、かつ、低コストで実現される。また、
最大検出範囲内であればどの位置であっても、被検出物
に照射された計測光の実効的な主光線が結像手段の開口
中心を通過するため、検出リニアリティが向上する。

【００４１】また、請求項２に記載の発明によれば、結
像手段の被検出物側の実効Ｆ数が４０以下であるため、
光量検出器からの検出信号レベルが比較的高くなり、さ
らに、被検出物に対応する位置の検出信号が急峻にな
る。この結果、ノイズ成分の影響を受けにくくなる。

【００４２】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
結像手段を、その被検出物側の実効Ｆ数が１５以上かつ
４０以下の単レンズで構成したことにより、構成がより
簡単になり、コストの低減が図れる。また、同様に被検
出物側の実効Ｆ数が１５以上かつ４０以下のダブレット
レンズで結像手段を構成することにより、光源が白色光
源であっても、簡単な構成で色収差を補正する位置検出
用光学装置を構成できる。

【００４３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明の第一実施例装置に係る位置検
出用光学装置の概略構成を示す正面図である。この第一
実施例装置は、図１に示すように、線状の光源４からの
計測光が、被検出物（基板１０のエッジＴ）の位置を検
出できる最大範囲（最大検出範囲）内に照射され、結像
レンズ３を経てＣＣＤラインセンサ２に入射するように
構成されている。また、結像レンズ３の物体面（図示せ
ず）上を被検出物が搬送され、結像レンズ３の像面（図
示せず）にＣＣＤラインセンサ２の受光面が配置されて
いる。

【００４４】像面と結像レンズ３との距離Ｌ１を２０m
m、結像レンズ３と物体面との距離Ｌ２を２０mm、物体
面と線状光源４との距離Ｌ３を２０mmに、また、被検出
物の検出最大範囲ＫＡを光軸Ｊを中心として左右４mmず
つ（合計８mm）にそれぞれ設定した。

【００４５】結像レンズ３は、開口径が１mm、ｆ＝１０
mm、硝材がＢＫ７、被検出物側の実効Ｆ数が２０（開口
径／Ｌ２）の両凸レンズ１枚で構成した。線状光源４
は、色収差の発生を無くすために単色光を安定して照射
できる、例えば、ライン状に配列したＬＥＤアレイで構
成した。なお、物体面での照度むらが問題であれば、Ｌ
ＥＤアレイの前に拡散板やレンチキュラーレンズ等を用
いることにより、照度分布を補正することができる。ま
た、線状光源４としてはＬＥＤアレイ以外にも、ハロゲ
ンランプや蛍光灯等で構成してもよいが、白色光源の場
合は、色収差の発生を無くすために線状光源４の前に単
色フィルターを配設することが好ましい。

【００４６】また、線状光源４の大きさ（長さ）ＫＬ
は、図に示すように、被検出物の検出最大範囲ＫＡの境
界ＥＲ、ＥＬを通過した光束が、結像レンズ３の開口内
に入射する計測光を出射できるように、１８mm以上で構
成した。

【００４７】上述のように構成したときの物高と像高、
およびそれらのずれ率を、先にも述べた光線追跡により
求めると、以下の表３のようになる。

【００４８】

【表３】

【００４９】この結果から明らかなように、最大検出範
囲ＫＡ内においては物高と像高のずれ率が充分に改善さ
れており、検出リニアリティが確保されていることが判
る。

【００５０】また、結像レンズ３の被検出物側の実効Ｆ
数を２０にしたので、単レンズであっても収差の発生は
ほとんどなく、２〜３μｍの移動量の位置検出も可能
（位置検出分解能が２〜３μｍ）であり、近接露光装置
のプリアライメントや、それと同程度の位置検出分解能
が要求される計測対象に用いることができる。

【００５１】上述の構成によるＣＣＤラインセンサ２の
受光データを図２に示す。なお、図の縦軸、横軸、
ｅ_R 、ｅ_L の表記は、図９と同じである。先にも述べた
ように、この受光データに基づいて、被検出物の検出位
置を特定することができる。また、被検出物が所定の基
準位置（例えば、図１の光軸と一致する位置）にあると
きの受光位置をｅ_O とすれば、図１の位置Ｅ２に被検出
物があるときに検出した被検出物の位置ｅ_E とｅ_O との
間の距離ＬＨから、基準位置に対する被検出物の変位量
を検出することができる。

【００５２】次に、本発明の第二実施例装置を図３を参
照して説明する。この第二実施例は、結像レンズ３を、
ｆ＝１０mm、硝材がＢＫ７の両凸レンズ（１枚）３１
と、直径１mmの開口部を有する開口絞り３２とによっ
て、被検出物側の実効Ｆ数２０の結像レンズ３を構成し
たこと以外は、上述した第一実施例と同じである。

【００５３】このように構成することにより、両凸レン
ズ３１を加工することなく、結像レンズ３の開口径を所
望の値、例えば１mmに設定することができる。

【００５４】次に、本発明の第三実施例装置を図４を参
照して説明する。この第三実施例は、結像レンズ３を、
被検出物側の実効Ｆ数が２０のダブレットレンズ（開口
径１mm）３３で構成したこと以外は、上述した第一実施
例と同じである。

【００５５】この第三実施例は、線状光源４を白色光源
で構成したときに、上述した単色フィルターを用いず
に、その白色光源による色収差を補正するように構成し
たものである。

【００５６】次に、本発明の第四実施例装置を図５を参
照して説明する。図５（ａ）は、第四実施例装置の概略
構成を示す側面図、図５（ｂ）は、その正面図である。
この第四実施例は、被検出物からの反射光により被検出
物の位置を検出する実施例である。

【００５７】具体的な構成を述べると、図５に示すよう
に、線状光源４から出射された計測光は、ハーフミラー
５で光路が転換され、基板１０に照射され、基板１０か
らの反射光は、ハーフミラー５を透過し、結像レンズ３
を経てＣＣＤラインセンサ２に入射するように各部を配
置した。

【００５８】線状光源４、結像レンズ３、ＣＣＤライン
センサ２は上述した各実施例と同様の構成であり、像面
と結像レンズ３との間の距離Ｌ１、結像レンズ３と物体
面との間の距離Ｌ２も上述した各実施例と同様にそれぞ
れ２０mmに設定し、結像レンズ３の実効Ｆ数を２０にし
た。そして、線状光源４から出射され、被検出物に至る
までの計測光の光路長が、上述した各実施例と同様に２
０mmとなるように、線状光源４とハーフミラー５との間
の光路長Ｌ４を１０mm、ハーフミラー５と被検出物との
間の光路長Ｌ５を１０mmに設定した。

【００５９】このように構成することにより、基板１０
が最大検出範囲ＫＡの全域にあるときには、光源４から
の計測光は基板１０に全て反射されるが、基板１０のエ
ッジＴが最大検出範囲ＫＡ内にあれば、計測光の一部は
反射光とならず、ＣＣＤラインセンサ２に入射しなくな
る。例えば、基板１０のエッジＴが最大検出範囲ＫＡ内
の位置Ｅ２にあるときの受光データを図６に示す。図に
示すように、Ｅ２とＥＲとの間では、計測光を反射する
基板１０がなく、ＣＣＤラインセンサ２で受光されない
ので、図６の立ち下がりと所定の電圧レベルＴＨとの交
点から被検出物の受光位置ｅ_E を特定できる。

【００６０】また、例えば、アライメントマークを被検
出物として、その被検出物の位置を検出することもでき
る。基板１０のアライメントマークを最大検出範囲ＫＡ
内に配置し、基板１０に計測光を照射すれば、被検出物
とその周辺部との反射率の違いによりＣＣＤラインセン
サ２で受光される光量に違いが発生するので、被検出物
の位置検出を行うことができる。

【００６１】なお、この際の検出リニアリティや位置検
出分解能は上述した各実施例と同様の効果が得られる。

【００６２】なお、上述した各実施例では、結像レンズ
３を基本的に単一レンズかタブレットレンズで構成した
が、本発明はこれに限らず、複数枚のレンズを組み合わ
せて結像レンズ３を構成してもよい。また、構成する結
像レンズ３の被検出物側の実効Ｆ数を４０以下にすれ
ば、位置検出分解能を２〜３μｍ以下にでき、近接露光
装置のプリアライメント等に用いることができるが、被
検出物側の実効Ｆ数が４０を越えても、位置検出分解能
は２〜３μｍ以上に粗くなるが、粗い分解能で充分に対
応できる測定対象の位置検出等に適用することはでき
る。

【００６３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、光源と光量検出器と結像手段
とを用い、結像手段の被検出物側の実効Ｆ数および光源
の大きさを調整することにより、簡単な構成、かつ、低
コストで検出リニアリティの良い位置検出用光学装置を
実現することができる。さらに、結像手段を用いている
ので、被検出物が検出面から多少離れた場合であって
も、正確に検出できる。

【００６４】また、請求項２に記載の発明によれば、上
述の請求項１の発明の結像手段の被検出物側の実効Ｆ数
を４０以下にしたことにより、光量検出器からの検出信
号にノイズ成分が含まれても、その影響を受けにくいた
め、近接露光装置のプリアライメント等で要求される位
置検出分解能を確保することができる。

【００６５】請求項３に記載の発明によれば、上述の請
求項２の結像手段（被検出物側の実効Ｆ数を１５以上か
つ４０以下）を単レンズでまたはダブレットレンズで構
成するので、結像レンズの構成が一層簡単になり、低コ
ストで装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置に係る位置検出用光学
装置の概略構成を示す正面図である。

【図２】第一実施例装置のＣＣＤラインセンサの受光デ
ータの一例を示す図である。

【図３】第二実施例装置の概略構成を示す正面図であ
る。

【図４】第三実施例装置の概略構成を示す正面図であ
る。

【図５】（ａ）：第四実施例装置の概略構成を示す側面
図である。 （ｂ）：第四実施例装置の概略構成を示す正面図であ
る。

【図６】第四実施例装置のＣＣＤラインセンサの受光デ
ータの一例を示す図である。

【図７】被検出物を通過し、結像レンズを経てＣＣＤラ
インセンサに入射する実効的な主光線の光線追跡を行う
ためのモデルの構成を示す図である。

【図８】本発明の概略構成を示す図である。

【図９】本発明のＣＣＤラインセンサの受光データの一
例を示す図である。

【図１０】ＣＣＤラインセンサの受光データの一例を示
す図である。

【図１１】従来例の概略構成と機能を示す図である。

【図１２】従来例の概略構成と機能を示す図である。

【符号の説明】

２ … ＣＣＤラインセンサ（光量検出器） ３ … 結像レンズ（結像手段） ４ … 線状光源（光源） １０ … 基板 Ｔ … 基板のエッジ（被検出物） ＫＡ … 最大検出範囲 ＥＲ、ＥＬ … 最大検出範囲の境界 ＫＬ … 線状光源の大きさ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出物の位置の検出、あるいは所定の
   基準位置に対する前記被検出物の変位量の検出を行うた
   めの位置検出用光学装置であって、 前記被検出物に計測光を照射する光源と、 受光面における光の入射位置に応じて入射光の光量を検
   出する光量検出器と、 前記被検出物の像を前記光量検出器の受光面上に形成す
   る結像手段と、 を備え、かつ、 前記結像手段は、前記被検出物側の実効Ｆ数が１５以上
   であり、 前記光源は、前記被検出物の位置が検出できる最大検出
   範囲の境界を通過する光束が、前記結像手段の開口内に
   入射する計測光を出射する大きさを有することを特徴と
   する位置検出用光学装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の位置検出用光学装置に
   おいて、 前記結像手段は、被検出物側の実効Ｆ数が４０以下であ
   ることを特徴とする位置検出用光学装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の位置検出用光学装置に
   おいて、 前記結像手段は、単レンズ、または、ダブレットレンズ
   で構成することを特徴とする位置検出用光学装置。