JPH08254651A - 楕円光を利用した自動焦点調節装置 - Google Patents

楕円光を利用した自動焦点調節装置

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JPH08254651A
JPH08254651A JP8025062A JP2506296A JPH08254651A JP H08254651 A JPH08254651 A JP H08254651A JP 8025062 A JP8025062 A JP 8025062A JP 2506296 A JP2506296 A JP 2506296A JP H08254651 A JPH08254651 A JP H08254651A
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light
elliptical
lens
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position detection
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JP8025062A
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English (en)
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Sang-Cheol Kim
相哲 金
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Hanwha Aerospace Co Ltd
Original Assignee
Samsung Aerospace Industries Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、従来の自動焦点調節方式と
は異なり、簡単な構成で容易に位置検出ができ、楕円光
等の光源から発散される楕円形の光を円形の光に整形し
ないで、楕円形の光をそのまま利用して自動に露光装備
のワークピースまたはＣＤプレイヤのディスクが焦点位
置または焦点芯度範囲内に位置するようにするための楕
円光を利用した自動焦点調節装置を提供することに有
る。 【解決手段】 本発明の構成は、非点収差を有する楕円
形の光を発散する光源と、前記光源から発散される楕円
形の光を集光して位置検出対象に発射させる第１レンズ
と、前記位置検出対象から反射させた光を集光する第２
レンズと、前記第２レンズで集光された光を該当する電
気的信号に変換させて出力する光検出手段と、前記光検
出手段から出力された電気的信号に従って位置検出対象
の位置を調節する制御手段を含めてからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は楕円光すなわち楕円断面
の光を利用した自動焦点調節装置に関し、より詳しく
は、半導体のリソグラフィー方式の露光装置またはコン
パクトディスクやプレーヤーなどの光ピックアップ装置
において、レーザーダイオードのような楕円光光源から
射出される楕円形断面の光を利用する露光装置のガラス
板またはウェーハが投影レンズの焦点深度内に位置する
ようにし、または、光ピックアップ装置においてＣＤが
読み取りビームの焦点位置に置かれるように自動的に焦
点調節する楕円光を利用した自動焦点調節装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体のリソグラフィー方式の露光装置
は、マスク面上の幾何学的な模様のパターンを半導体ウ
ェーハ表面を覆うレジスト（感光物質）の薄い層に写す
装置である。この場合、マスクに記録されたパターンを
ウェーハまたはガラス板すなわちワークピースの上に写
して記録するためには、ガラス板またはウェーハが投影
レンズの焦点深度の範囲内に位置することが必要であ
る。
【０００３】また、ＣＤプレーヤーにおいてディスクに
記録された信号を検出する場合には、ディスクのピット
（信号が記録されている部分）にレーザー光線を当てて
その反射光を電気的な信号に変換させ、それにより記録
された信号を判読するのであるが、この場合、光源から
射出されるレーザー光線すなわち読み取りビームの焦点
位置にディスクが置かれる。
【０００４】前記の如く、半導体露光装置またはＣＤプ
レーヤーのピックアップ装置において、ディスクまたは
ワークピースが正確な焦点位置におかれるようにするた
め、別途に自動焦点調節装置を使用しており、その以外
にも色々な光学機器で自動焦点調節を必要とする場合に
も前記のような自動焦点調節方式の応用が可能である。
【０００５】一般的に、従来の露光装置またはピックア
ップ装置において、自動焦点調節装置には、ほとんどの
場合に円形断面光を利用している。
【０００６】楕円光光源を利用した自動焦点調節装置の
場合にも、先ずは楕円光光源から射出された楕円形断面
の光を円形断面に整形した後、光学系を経て自動焦点調
節を行なうようにしている。
【０００７】例えば、露光装置では、円形断面に整形さ
れた光をレンズによりウェーハまたはガラス板に集光さ
せ、そこから反射された光を、再びレンズを利用して光
検出器に集光させるようにしている。
【０００８】この時、光検出器に集光された光の位置の
変化を検出してウェーハまたはガラス板が焦点深度の範
囲から外れた程度を検出した後、ガラス板またはウェー
ハが焦点深度の範囲内に位置するように調節する。
【０００９】そして、ＣＤプレイヤのピックアップ装置
の場合にも、楕円光から発散された楕円形の光を円形光
に整形した後、また非点収差を発生させて、これを利用
して自動的に焦点位置にディスクが位置するように調節
する。
【００１０】前記のようなレンズの非点を利用した自動
焦点調節装置は既に普遍化された技術であり、カメラレ
ンズの場合には非点収差が非常に小さくなるように設計
しなければならないが、ピックアップの場合には完全に
反対に非点収差を積極的に作ってフォーカスエラーの検
出に利用している。
【００１１】レンズの非点収差を利用した自動焦点調節
装置は、光源から射出された光を円形に整形した後、こ
の円形に整形された光をシリンドリカルレンズを利用し
て楕円形に整形し、球面レンズを利用してワークピース
に集光させ、前記ワークピースで反射された光を４分割
素子で検出し、検出された信号によりワークピースの位
置を検出する。
【００１２】このように、シリンドリカルレンズと球面
レンズを利用して人為的に非点収差を発生させ、これを
利用することにより、ピックアップなどの場合において
も自動焦点調節を行なう。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の自動焦点調節方式とは異なり、簡単な構成で容易に位
置検出ができ、楕円光等の光源から発散される楕円形断
面の光を円形の光に整形しないで、楕円形の光をそのま
ま利用して自動的に露光装置のワークピースまたはＣＤ
プレーヤーのディスクが焦点位置または焦点深度範囲内
に位置するようにするための楕円光を利用した自動焦点
調節装置を提供することに有る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の自動焦点調節装置は、非点収差を有する楕
円形断面の光を発生する光源と、該光源から射出される
楕円形断面の光を集光して位置検出対象に当てる第１レ
ンズと、位置検出対象から反射された光を集光する第２
レンズと、この第２レンズで集光された光を該当する電
気的信号に変換させて出力する光検出手段と、該光検出
手段から出力された電気的信号に従って位置検出対象の
位置を調節する制御手段からなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】前記の構成により、本発明容易に
実施できる本発明の好適な実施の形態を添付した図面を
参照にして詳細に説明する。
【００１６】図１は本発明の実施の形態による楕円光を
利用した自動焦点調節装置の概略図であり、図２は本発
明の実施の形態による楕円光光源から射出される光の様
子を示す図面であり、図３は本発明の実施の形態による
楕円光光源から射出された光が球面レンズにより集光さ
れた時の光点の様子を示す図面であり、図４は本発明の
実施の形態による楕円光光源からの光が光検出器で検出
された場合を示す図である。
【００１７】図１に図示されているように、本発明の実
施の形態による楕円光を利用した自動焦点調節装置は、
ワークピース(3) に記録しようとするパターンが形成さ
れているマスク(1) と、このマスク(1) を透過した光を
投影する投影レンズ(2) とを備える。ワークピース(3)
は、該投影レンズ(2) の焦点深度内に位置してマスク上
のパターンを移すためのもので、ガラス板またはウェー
ハから構成される。ワークピース(3) の位置を検出する
ために、楕円形断面の光を発生する楕円光光源(4) と、
楕円光光源(4) から射出される楕円形断面の光を集光さ
せる第１球面レンズ(5) とが設けられる。第１球面レン
ズ(5) で集光される光は、第１反射鏡(6) により、ワー
クピース(3) に向けて反射される。第１反射鏡(6) で反
射された光は、ワークピース(3) に当って該ワークピー
ス(3) により反射される。この反射光は、第２反射鏡
(7) により反射され、該第２反射鏡(7) から反射される
光は、第２球面レンズ(8) により集光される。第２球面
レンズ(8) を通過した光は、光検出器(9) により検出さ
れる。光検出器(9) は、受光した光に該当する電気的な
信号を出力するもので、この光検出器(9) から出力され
る電気的な信号を増幅して出力する増幅／利得調節器(1
0)と、該増幅／利得調節器(10)から出力される信号をデ
ジタル信号に変換して出力するA/D 変換器(11)と、該A/
D 変換器(11)の出力段に連結されて印加される信号によ
りワークピース(3) の位置を判断した後、ワークピース
(3) が投影レンズ(2) の像点に正確に位置されるように
該当制御信号を出力する制御部(12)と、制御部(12)から
出力される制御信号によりワークピース(3) を該当位置
に移動させる位置調節部(13)とが設けられる。
【００１８】本発明のこの実施例による位置調節部(13)
は、ワークピース(3) が位置しているステージ（図示せ
ず）を投影レンズ(2) の焦点位置に来るように上下に調
節する形式のものである。
【００１９】図１に示されている、本発明の実施例に従
う楕円光を用いた自動焦点装置は半導体生産用として使
用されるものである。
【００２０】上述の構成による、本発明の実施の形態に
よる楕円光を利用した自動焦点調節装置の作用は次のよ
うである。
【００２１】露光装置の光源に使用されるか、またはデ
ィスクの情報を読み取るためのレーザー光線を、常に安
定された光量で発射させるため、レーザーパワー制御装
置（図示せず）から楕円光光源(4) に駆動信号が印加さ
れる。楕円光光源(4) は、この駆動信号に基づいて光を
発生する。
【００２２】楕円光光源(4) で発生される光は、図３に
図示されているように光源自体が非点収差特性を有して
いるので、図２に図示されたように、楕円形断面の形状
を有する。
【００２３】楕円光光源(4) から射出された楕円形断面
の光は、第１球面レンズ(5) を通じて集光された後、第
１反射鏡(6) を経てワークピース(3) に当てられる。
【００２４】図３は、楕円光光源(4) からの光を第１球
面レンズ(5) により集光した時の光ビーム断面の変化の
様子を示す。
【００２５】楕円光光源(4) により発生された光源は非
点収差特性を有するので、第１球面レンズ(5) の水平面
に入射した光はａの位置に集光され、第１球面レンズ
(5) の垂直な部分に通過した光はｃの位置に集光され
る。
【００２６】このように、垂直成分と水平成分の焦点の
差異を非点収差という。
【００２７】しかしながら、ａの位置では水平方向の光
は焦点の位置であるが、垂直方向の光は焦点の内側に位
置してａの位置での光の様子は楕円形になり、特に横方
向に長軸を有する楕円形になる。
【００２８】ｃの位置では、ａの位置とは反対に、垂直
方向の光は焦点の位置であるが、水平方向の光は焦点の
外側に位置して光の断面形状はａの位置におけるように
楕円形になり、特に縦方向に長軸を有する楕円形にな
る。
【００２９】ｂの位置では横方向の光は焦点の内側に位
置し、縦方向の光は焦点の外側に位置して光の断面が円
形になる。
【００３０】前記の如く、第１球面レンズ(5) に集光さ
れた後に第１反射鏡(6) を通じてワークピース(3) で反
射された光は、また第２反射鏡(7) を通じて反射されて
第２球面レンズ(8) を経て光検出器(9) に入射される。
【００３１】本発明の実施の形態による前記光検出器
(9) は、４分割ホトダイオードからなり、図４に図示さ
れているように、入射される光の各分割された面に該当
する電気的な信号を出力する。
【００３２】光検出器(9) から出力される信号は増幅／
利得調節器(10)を通じて適当な値に調節された後、A/D
変換器(11)を通じてデジタル信号に変換されて制御部(1
2)に入力される。
【００３３】制御部(12)は入力される信号によりウェー
ハ又はガラス板、即ちワークピース(3) が置かれている
ステージの位置を判断する。
【００３４】図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、楕円光光
源(4) から射出された光が光検出器(9) で検出される状
態を示す図である。
【００３５】図４（Ａ）はワークピース(3) が投影レン
ズ(2) の像点の外側に位置する場合の光検出器(9) によ
り検出される光の様子と位置であり、図４（Ｂ）はワー
クピース(3) が投影レンズ(2) の像点に位置する場合の
光検出器(9) により検出される光の様子と位置であり、
図４（Ｃ）はワークピース(3) が投影レンズ(2) の像点
の内側に位置する場合の光検出器(9) により検出される
光の様子と位置である。
【００３６】制御部(12)は光検出器(9) を通じて出力さ
れる信号により図４に示したような結果、即ち、ワーク
ピース(3) の位置に関する情報を次の式から求める。 （ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）＝ α ……… 式(1) （ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）＝ β ……… 式(2)
【００３７】制御部(12)は、式(1) の値αと式(2) の値
βが両方とも０である場合には図４（Ｂ）に図示されて
いるようにワークピース(3) が投影レンズ(2) の焦点に
位置することと判断する。また、式(1) の値αが０であ
り、式(2) の値βが任意の値を有する場合には、図４
（Ａ）に示すようにワークピース(3) が投影レンズ(2)
の焦点より外側に位置すると判断する。さらに、式(1)
の値αが任意の値を有し、式(2) の値βが０である場合
には、図４（Ｃ）に図示されているようにワークピース
(3) が投影レンズ(2) の焦点より内側に位置すると判断
する。
【００３８】前述の場合に、制御部(12)は、設定された
式により光検出器(9) を通じて検出される信号により現
在のワークピース(3) の位置を判断した後、判断される
情報によりワークピース(3) の位置を投影レンズ(2) の
像点に正確に位置するように制御信号を出力する。
【００３９】位置調節部(13)は、制御部(12)から出力さ
れる信号により動作状態が変化されてステージ（図示せ
ず）の位置を調節して、ステージ（図示せず）の上に置
かれているワークピース(3) の位置を変化させる。
【００４０】図５は本発明の他の実施の形態による楕円
光を利用した自動焦点調節装置の概略図である。
【００４１】本発明の他の実施の形態による楕円光を利
用した自動焦点調節装置の構成は、前述のような本発明
の実施の形態による楕円光を利用した自動焦点調節装置
の構成とほぼ同一であるが、位置調節部(13)の代わりに
ステージ駆動部(13)と、また光源、即ち、楕円光光源
(4) からの光が有する非点収差特性をもっと大きくする
ために球面レンズの前に別途のシリンドリカルレンズ(1
4)をさらに含んでいる。
【００４２】一般的に、前記シリンドリカルレンズ(14)
は円形光に対して非点収差を発生させるレンズであり、
本発明の他の実施の形態では光源自体が有する非点収差
をシリンドリカルレンズ(14)を利用してもっとその値を
大きくして、それにより光検出器(9) でのワークピース
(3) の位置情報を容易に得られるようにする。その動作
原理は本発明の実施の形態と同一である。
【００４３】しかしながら、前記シリンドリカルレンズ
(14)を通じて発散される光の非点収差がもっと大きくな
るので、図３でのａ，ｂ，ｃの位置の間隔が大きくな
る。従って、光検出器(9) を通じて位置情報を容易に得
られる。
【００４４】
【発明の効果】以上のように、本発明の実施の形態によ
り、楕円光光源から射出される楕円形断面の光を円形断
面の光に整形しないで、楕円形断面の光をそのまま利用
して自動に露光装備のワークピースまたはＣＤプレイヤ
のディスクが焦点位置または焦点深度範囲内に位置する
ように制御することができる。
【００４５】また、楕円形の光を球面形の光に整形させ
た後でさらにシリンドリカルレンズと球面レンズを組合
して非点収差を発生させてこれにより焦点を調節する従
来の自動焦点調節方式場合とは異なり、簡単な構成で容
易に位置情報を検出することができ、それにより生産費
用が節減され、占有面積が減少される効果を有する楕円
光を利用する自動焦点調節装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による楕円光を利
用した自動焦点調節装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態によるレーザーダ
イオードから射出される光の様子を示す図面である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態による楕円光光源
から射出された光が球面レンズにより集光された場合の
光点の様子を示す図面である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は楕円光光源から射出
された光が光検出器で検出される形態をそれぞれ示す図
である。
【図５】図５は、本発明の他の実施の形態による楕円光
を利用した自動焦点調節装置の概略図である。
【符号の説明】
１ マスク ２ 投影レンズ ３ ワークピース ４ 楕円光 ５ 第１球面レンズ ６ 第１反射鏡 ７ 第２反射鏡 ８ 第２球面鏡 ９ 光検出器 １０ 増幅／利得調節器 １１ Ａ／Ｄ変換器 １２ 制御部 １３ 位置調節部 １４ シリンドリカルレンズ

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非点収差を有する楕円形断面の光を発生
    する楕円光光源と、 前記楕円光光源から射出される楕円形断面の光を集光し
    て位置検出対象に当てる第１レンズと、 前記位置検出対象から反射された光を集光する第２レン
    ズと、 前記第２レンズで集光された光を該当する電気的信号に
    変換させて出力する光検出手段と、 前記光検出手段から出力された電気的信号に従って位置
    検出対象の位置を調節する制御手段と、からなることを
    特徴とする楕円光を利用した自動焦点調節装置。
  2. 【請求項２】 前記第１レンズと第２レンズが球面レン
    ズからなることを特徴とする請求項１記載の楕円光を利
    用した自動焦点調節装置。
  3. 【請求項３】 前記第１レンズと位置検出対象の間の光
    路に配置された第１反射鏡と；前記位置検出対象と第２
    レンズとの間の光路に配置された第２反射鏡と、を備え
    ることを特徴とする請求項２記載の楕円光を利用した自
    動焦点調節装置。
  4. 【請求項４】 前記光検出手段は四分割ホトダイオード
    からなることを特徴とする請求項２記載の楕円光を利用
    した自動焦点調節装置。
  5. 【請求項５】 前記制御手段は、 前記光検出手段から出力された信号を増幅する増幅器
    と；前記増幅器から出力された信号をデジタル信号に変
    換するA/D 変換器と；前記A/D 変換器から出力される信
    号にしたがって位置検出対象の位置を求め、該当する制
    御信号を出力する処理部と；前記制御信号に従って位置
    検出対象を移動させる手段からなることを特徴とする請
    求項３記載の楕円光を利用した自動焦点調節装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載された楕円光を利用した
    自動焦点調節装置を含むことを特徴とする光学ディスク
    プレーヤー。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載された楕円光を利用した
    自動焦点調節装置を含むことを特徴とする半導体生産用
    光学系。
  8. 【請求項８】 前記光源はレーザーダイオードからなる
    ことを特徴とする請求項１記載の楕円光を利用した自動
    焦点調節装置。
  9. 【請求項９】 非点収差を有する楕円形断面の光を発生
    する楕円光光源と、 前記楕円光光源から射出される楕円形断面の光を集光し
    て位置検出対象に当てる第１レンズと；前記楕円光光源
    と位置検出対象との間の光路に装着された球面レンズ
    と；前記位置検出対象から反射された光を集光する第２
    レンズと；前記第２レンズで集光された光を該当する電
    気的信号に変換させて出力する光検出手段と；前記光検
    出手段から出力された電気的信号に従って前記位置検出
    対象の位置を調節する制御手段と、からなることを特徴
    とする楕円光を利用した自動焦点調節装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１レンズと第２レンズが球面レ
    ンズからなることを特徴とする請求項９記載の楕円光を
    利用した自動焦点調節装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１レンズと位置検出対象の間の
    光路に配置された第１反射鏡と；前記位置検出対象と第
    ２レンズとの間の光路に配置された第２反射鏡を含むこ
    とを特徴とする請求項10記載の楕円光を利用した自動焦
    点調節装置。
  12. 【請求項１２】 前記光検出手段は四分割ホトダイオー
    ドからなることを特徴とする請求項10記載の楕円光を利
    用した自動焦点調節装置。
  13. 【請求項１３】 前記制御手段は、 前記光検出手段から出力された信号を増幅する増幅器
    と；前記増幅器から出力された信号をデジタル信号に変
    換するA/D 変換器と；前記A/D 変換器から出力される信
    号にしたがって位置検出対象の位置を決定し、該当する
    制御信号を出力する処理部と；前記制御信号に従って位
    置検出対象を移動させる手段からなることを特徴とする
    請求項11記載の楕円光を利用した自動焦点調節装置。
  14. 【請求項１４】 請求項９項に記載された楕円光を利用
    した自動焦点調節装置を含むことを特徴とする光学ディ
    スクプレーヤー。
  15. 【請求項１５】 請求項９項に記載された楕円光を利用
    した自動焦点調節装置を含むことを特徴とする半導体生
    産用光学システム。
  16. 【請求項１６】 前記光源はレーザーダイオードからな
    ることを特徴とする請求項９記載の楕円光を利用した自
    動焦点調節装置。
  17. 【請求項１７】 光の水平成分と垂直成分とが焦点から
    外される位置の平行位置を持つ非点収差光を発生させる
    段階と；前記非点収差光が位置検出対象から反射された
    光を受光してモニタリングする段階と；均衡点を決定す
    る段階と、からなることを特徴とする楕円光を利用した
    自動焦点調節方法。
JP8025062A 1995-02-10 1996-02-13 楕円光を利用した自動焦点調節装置 Pending JPH08254651A (ja)

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