JPH10103915A - Apparatus for detecting position of face - Google Patents

Apparatus for detecting position of face

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JPH10103915A
JPH10103915A JP8254152A JP25415296A JPH10103915A JP H10103915 A JPH10103915 A JP H10103915A JP 8254152 A JP8254152 A JP 8254152A JP 25415296 A JP25415296 A JP 25415296A JP H10103915 A JPH10103915 A JP H10103915A
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JP
Japan
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light
light receiving
photoelectric conversion
optical system
inspected
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Application number
JP8254152A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Naganuma
義広 長沼
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate highly accurate inspections even when a light quantity distribution of a light point image is irregular, by obtaining a distance in accordance with electric signals from first and second photoelectric conversion elements projecting the light point image through first and second photodetecting routes. SOLUTION: A light point image 16 from a face to be inspected is projected to photoelectric conversion elements PD1 , PD2 located in front of photodetecting optical systems 20, 22 through a first and a second photodetecting routes 24, 26 formed symmetrically to each other with respect to a projection route 14. The light point image 16 is projected with a center of gravity of the light amount shifted in opposite directions at both sensors of the elements PD1 , PD2 . Therefore, light point images 161 , 162 when the face to be inspected is at a position K0 are projected between sensors A1 and B1 , A2 and B2 . If the light point image 16 has an ideal light amount distribution, a position where a different of electric signals (A1 -B1 ) to the light amount from the sensors A1 , B1 is zero is detected as the position K0 . The same applies to the sensors A2 , B2 . Even when the light amount distribution of the light point image 16 is not uniform, the center of gravity of the light amount is shifted in opposite directions between the photoelectric conversion elements PD1 and PD2 , and therefore the shift is offset by utilizing signals from both elements.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査面の位置検
査装置にかかり、特に顕微鏡等の光学機器のオートフォ
ーカスや被検査物の表面の高さや段差測定に用いる非接
触式の面位置検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for inspecting the position of a surface to be inspected, and more particularly to a non-contact type surface position detection used for autofocusing of optical equipment such as a microscope and measuring the height and level difference of the surface of an inspected object. Related to the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】被検査物の表面に対して、例えば顕微鏡
の鏡筒をそのピント位置に位置決めするオートフォーカ
ス装置や、複数の表面に対して鏡筒を移動させてそれぞ
れのピント位置に位置決めしてその駆動量から表面の段
差や形状を求める測定器等の面位置検査装置では、三角
測量方式やナイフエッジ方式を用いたものが知られてい
る。
2. Description of the Related Art For example, an autofocus device for positioning a microscope lens barrel at a focus position with respect to the surface of an object to be inspected, and moving and positioning the lens barrel with respect to a plurality of surfaces at respective focus positions. As a surface position inspection device such as a measuring device for obtaining a step or a shape of a surface from a driving amount thereof, a device using a triangulation method or a knife edge method is known.

【0003】図7は、三角測量方式による面位置検査装
置である。例えばレーザーダイオード等の光源LDから
の光を投影レンズL1を介して検査面K0〜K2に光点
像として投影し、その光点像を受光レンズL2を介して
例えばフォトダイオード等の光電変換素子PDに投影す
る。そして、被検査面K0〜K2の位置に応じて光電変
換素子の受光面上の光点像の投影位置が変位することを
利用して、光電変換素子からの電気信号を処理して被検
査面が焦点位置になる等の相対位置を検出する。
FIG. 7 shows a surface position inspection apparatus using a triangulation method. For example, light from a light source LD such as a laser diode is projected as a light spot image on a test surface K0 to K2 via a projection lens L1, and the light spot image is photoelectrically converted through a light receiving lens L2 into a photoelectric conversion element PD such as a photodiode Projected onto The electric signal from the photoelectric conversion element is processed by utilizing the fact that the projection position of the light spot image on the light receiving surface of the photoelectric conversion element is displaced in accordance with the position of the inspection surface K0 to K2, and Is detected as a relative position, for example.

【0004】即ち、図7中に示される通り、被検査面が
例えば焦点位置にあるK0の場合と、その上下のK1,
K2の位置にある場合とでは、光電変換素子PD上の位
置が異なる。
That is, as shown in FIG. 7, a case where the surface to be inspected is, for example, K0 at the focal position, and the upper and lower K1,
The position on the photoelectric conversion element PD is different from that at the position of K2.

【0005】この光電変換素子PDとしては、2分割セ
ンサやラインセンサ等が利用される。図7中に示したの
は、2分割センサの例である。この2分割センサの例で
は、2つの領域A,Bに狭いギャップを介して配置した
フォトダイオードからの信号の差信号A−Bを取り、こ
の信号が0になる時の被検査面の位置がK0であること
を検出する。従って、例えば位置K0に投影レンズL1
の焦点位置をあわせておけば、2つのフォトダイオード
A,Bの差信号が0になる様に被検査面の位置を移動さ
せることで、被検査面を自動的にピントが合った位置K
0に位置決めすることができる。
[0005] As the photoelectric conversion element PD, a two-division sensor, a line sensor, or the like is used. FIG. 7 shows an example of a two-divided sensor. In this example of the two-divided sensor, a difference signal AB between signals from photodiodes arranged through a narrow gap in the two regions A and B is taken, and the position of the inspection surface when this signal becomes 0 is determined. It is detected that it is K0. Therefore, for example, the projection lens L1 is located at the position K0.
Is adjusted, the position of the surface to be inspected is moved so that the difference signal between the two photodiodes A and B becomes 0, and the position K at which the surface to be inspected is automatically focused is obtained.
It can be positioned at zero.

【0006】また、光電変換素子PDとして、PSD
(半導体位置検出素子、Position Sensitive Detector)
やCCDラインセンサ等を利用すると、それらのセンサ
の受光面上の光点像の位置そのものを検出することがで
き、位置K0を中心とする上下の一定範囲内での高さ変
位を検出することができる。
The photoelectric conversion element PD is a PSD.
(Position Sensitive Detector)
And the use of CCD line sensors, it is possible to detect the position of the light spot image itself on the light receiving surface of those sensors, and to detect the height displacement within a certain range up and down around the position K0. Can be.

【0007】図8は、ナイフエッジ法を用いた面位置検
査装置の例である。この場合はレンズL1が、光源LD
を被検査面K0〜2に投影する投影レンズとそれを光電
変換素子PDに投影させる受光レンズの両方の機能を有
する。従って、光学系が簡単になる。M1はミラーであ
り、この例でも2分割センサPDを設けている。従っ
て、被検査面がK0,K1,K2と上下するのに伴いセ
ンサPD上の光点像の位置は、A、B領域の中心、A領
域上、B領域上と変位する。
FIG. 8 shows an example of a surface position inspection apparatus using the knife edge method. In this case, the lens L1 is
Has a function of both a projection lens for projecting the light onto the inspection surfaces K0 to K2 and a light receiving lens for projecting the light onto the photoelectric conversion element PD. Therefore, the optical system is simplified. M1 is a mirror, which is also provided with a two-divided sensor PD in this example. Therefore, as the surface to be inspected moves up and down to K0, K1, and K2, the position of the light spot image on the sensor PD is displaced to the center of the A and B regions, the A region, and the B region.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記の原理は、被検査
面上で反射した光点が理想的な光量分布で光電変換素子
PD上に投影されることを前提にしている。図9の
(1)は、その様な理想的な光量分布の光点像の光強度
のグラフである。
The principle described above is based on the premise that the light spot reflected on the surface to be inspected is projected onto the photoelectric conversion element PD with an ideal light quantity distribution. FIG. 9A is a graph of the light intensity of a light spot image having such an ideal light amount distribution.

【0009】しかしながら、実際の被検査物の表面は、
傷、シミ、模様、金属機械加工面、金属とプラスチック
が混合した面、段差面など光学的に不均一な面である場
合が多い。従って、光電変換素子上に投影する光点像の
光量分布は不均一になる。図9の(2)はその様な不均
一な場合の例である。この例では、光点像の右側が欠け
ている為に、その光量重心は本来の中心位置からeだけ
ずれてしまう。
However, the actual surface of the object to be inspected is
It is often an optically non-uniform surface such as a scratch, a stain, a pattern, a metal machined surface, a mixed metal and plastic surface, or a step surface. Therefore, the light amount distribution of the light spot image projected on the photoelectric conversion element becomes non-uniform. FIG. 9B shows an example of such a non-uniform case. In this example, since the right side of the light spot image is missing, the center of gravity of the light amount is shifted by e from the original center position.

【0010】上記した被検査面の位置の検出方法では、
被検査面の高さ方向の変位を光点像の横方向のずれとし
て検出するため、図9(2)の様な光量重心のずれは、
見かけ上高さが変位したかの様に検出され、測定誤差と
なるという問題点を招く。
In the above method for detecting the position of the surface to be inspected,
Since the displacement of the surface to be inspected in the height direction is detected as a lateral displacement of the light spot image, the displacement of the center of gravity of the light amount as shown in FIG.
The apparent height is detected as if displaced, which causes a problem that a measurement error occurs.

【0011】この点を、図10に示した簡単なモデルで
考えると、表面位置K0に投影させた時に、光量重心の
ずれeに対して受光角度θの場合の高さ誤差heは、 he = e/tanθ で表される。従って、表面位置K0からheずれた表面
位置K2’と検出され、光量重心のずれeが大きくなる
と高さ誤差heも大きくなる。この高さ誤差を小さくし
て検出精度を高める為には、受光角度θを大きくすれば
良いが、かかる方法では被検査物に段差がある場合は受
光光路が遮られるので、被検査物に広く対応する為には
適切ではない。
Considering this point with a simple model shown in FIG. 10, when the light is projected onto the surface position K0, the height error he for the light receiving angle θ with respect to the shift e of the light quantity center of gravity is given by: e / tan θ. Therefore, the surface position K2 ', which is deviated from the surface position K0 by he, is detected, and the height error he increases as the deviation e of the light amount centroid increases. In order to reduce the height error and increase the detection accuracy, the light receiving angle θ may be increased. However, in such a method, the light receiving optical path is interrupted when the object to be inspected has a step. Not appropriate to respond.

【0012】そこで、本発明の目的は、被検査物の表面
の不均一さの影響を受けにくく高精度な表面位置検出を
行うことができる面位置検査装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a surface position inspection apparatus which is not easily affected by the unevenness of the surface of an object to be inspected and can detect the surface position with high accuracy.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、光源像を投影光学系を介して被検査面に投影
し、該被検査面上の光点像を受光光学系を介して光電変
換素子に投影し、該投影及び、又は受光光学系と被検査
面との距離に応じて該光電変化素子の受光面上を変位す
る当該光点像の位置から該距離を検出する面位置検査装
置において、前記光源像の投影経路の両側の略対称な位
置に設けられた第一の受光経路と第二の受光経路と、該
第一の受光経路を経由して前記光点像が投影される第一
の光電変換素子と、該第二の受光経路を経由して前記光
点像が投影される第二の光電変換素子と、該第一、第二
の光電変換素子からの電気信号に従って前記距離を求め
る信号処理部とを有することを特徴とする面位置検査装
置を提供することにより達成される。
According to the present invention, a light source image is projected onto a surface to be inspected via a projection optical system, and a light spot image on the surface to be inspected is transmitted to a light receiving optical system. And the distance is detected from the position of the light spot image displaced on the light receiving surface of the photoelectric conversion element according to the distance between the projection and / or light receiving optical system and the surface to be inspected. In the surface position inspection device, a first light receiving path and a second light receiving path provided at substantially symmetrical positions on both sides of a projection path of the light source image, and the light spot image via the first light receiving path. Is projected, the second photoelectric conversion element on which the light spot image is projected via the second light receiving path, and the first and second photoelectric conversion elements A signal processing unit for obtaining the distance in accordance with an electric signal. Ri is achieved.

【0014】投影経路の両側に対称に光電変換素子を配
置することで、光点像の不均一性による検出位置ずれを
打ち消す信号を取り出すことができる。
By symmetrically arranging the photoelectric conversion elements on both sides of the projection path, it is possible to extract a signal for canceling the detection position shift due to the nonuniformity of the light spot image.

【0015】本発明によれば、上記の面位置検査装置に
おいて、前記第一、第二の光電変換素子がそれぞれ、該
光点像の移動方向に配置された2つの素子を有し、前記
信号処理部は、該第一の光電変換素子の2つの素子から
の電気信号の差信号と該第二の光電変換素子の2つの素
子からの電気信号の差信号との和信号のゼロクロス点を
検出することを特徴とする。
According to the present invention, in the above-described surface position inspection apparatus, the first and second photoelectric conversion elements each include two elements arranged in a moving direction of the light spot image, and The processing unit detects a zero-cross point of a sum signal of a difference signal between the electric signals from the two elements of the first photoelectric conversion element and a difference signal between the electric signals from the two elements of the second photoelectric conversion element. It is characterized by doing.

【0016】或いは、本発明によれば、上記の面位置検
査装置において、前記第一、第二の光電変換素子がそれ
ぞれ、該光点像の移動方向に配置された2つの素子を有
し、前記信号処理部は、該第一の光電変換素子の2つの
素子からの電気信号の差信号と和信号の第一の光量比
と、該第二の光電変換素子の2つの素子からの電気信号
の差信号と和信号の第二の光量比との和信号のゼロクロ
ス点を検出することを特徴とする。
Alternatively, according to the present invention, in the above-described surface position inspection apparatus, each of the first and second photoelectric conversion elements has two elements arranged in a moving direction of the light spot image, The signal processing unit includes: a first light amount ratio of a difference signal and a sum signal of electric signals from two elements of the first photoelectric conversion element; and an electric signal from two elements of the second photoelectric conversion element. A zero-cross point of a sum signal of the difference signal of the sum and the second light amount ratio of the sum signal is detected.

【0017】或いは、本発明によれば、上記の面位置検
査装置において、前記第一、第二の光電変換素子がそれ
ぞれ、前記変位方向の光点像の位置を検出する受光位置
検出手段を有し、前記信号処理部は、該受光位置検出手
段から出力される第一及び第二の位置データの平均値を
求めることを特徴とする。
Alternatively, according to the present invention, in the above-described surface position inspecting apparatus, each of the first and second photoelectric conversion elements has light receiving position detecting means for detecting a position of a light spot image in the displacement direction. The signal processing unit calculates an average value of the first and second position data output from the light receiving position detecting unit.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術
的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to the embodiment.

【0019】図1は、三角測量法に本発明を適用した場
合の面位置検出装置の例の構成図である。この面位置検
出装置1は、図示しないステージ上に被検査物が置か
れ、光学系と被検査物の表面との間の相対距離が変位す
るように所定の駆動装置が設けられている。図1中では
簡単の為に表面K0〜K2が変位する様に示されている
が、光学系が上下しても良い。
FIG. 1 is a block diagram of an example of a surface position detecting device when the present invention is applied to a triangulation method. The surface position detecting device 1 is provided with a predetermined driving device such that an object to be inspected is placed on a stage (not shown) and a relative distance between the optical system and the surface of the object to be inspected is displaced. Although the surfaces K0 to K2 are shown as being displaced for simplicity in FIG. 1, the optical system may be moved up and down.

【0020】図1の例では、例えば表面検査装置や顕微
鏡などの様に被検査物の表面を合焦位置K0に位置決め
し、その時に観察される表面を所望の目的の検査に使用
するものである。そして、表面位置を検出する為に、補
助光源として例えばレーザーダイオード等の光源LDを
レンズL10、ダイクロイックミラー等のミラー12、
対物レンズL12を介して表面に投射する。この結果、
被検査表面には図中16の様な光点像が投影される。こ
の例では、図9(2)の様な不均一な光量分布の例であ
る。
In the example of FIG. 1, the surface of the object to be inspected is positioned at a focus position K0, for example, using a surface inspection device or a microscope, and the surface observed at that time is used for inspection for a desired purpose. is there. In order to detect the surface position, a light source LD such as a laser diode is used as an auxiliary light source, such as a lens L10, a mirror 12 such as a dichroic mirror,
The light is projected on the surface via the objective lens L12. As a result,
A light spot image as shown in FIG. 16 is projected on the surface to be inspected. This example is an example of an uneven light amount distribution as shown in FIG.

【0021】図1の面位置検査装置では、この投影経路
14の両側に略対称な位置に第一の受光路24と第二の
受光路26とが形成されるように構成される。即ち、対
物レンズL12の両側に、第一、第二の受光光学系2
0、22が形成され、それぞれの光学系には受光レンズ
L14,L16が設けられる。そして、それぞれの受光
経路24、26を経由して受光光学系20、22の先に
設けた光電変換素子PD1,PD2に、被検査面からの
光点像16が投影される。
In the surface position inspection apparatus shown in FIG. 1, a first light receiving path 24 and a second light receiving path 26 are formed at substantially symmetric positions on both sides of the projection path 14. That is, the first and second light receiving optical systems 2 are provided on both sides of the objective lens L12.
0 and 22 are formed, and light receiving lenses L14 and L16 are provided in the respective optical systems. Then, the light spot image 16 from the surface to be inspected is projected onto the photoelectric conversion elements PD1 and PD2 provided before the light receiving optical systems 20 and 22 via the respective light receiving paths 24 and 26.

【0022】この光電変換素子PD1、2は、従来例で
説明した様に、2分割されたフォトダイオードからなる
センサやPSD、CCDラインセンサ等のラインセンサ
を利用することができる。いずれのセンサを利用して
も、それらの光電変換素子の受光面上に投影される光点
像16は、両側のセンサにおいてその光量重心が反対方
向にずれる様に投影される。図1中は、2分割センサの
例で示されているが、被検査面がK0の位置にある時、
光点像161、162が2つのセンサA1及びB1、A
2及びB2の間に投影している状態を示している。
As described in the conventional example, the photoelectric conversion elements PD1 and PD2 can use a line sensor such as a sensor composed of two divided photodiodes or a PSD or CCD line sensor. Regardless of which sensor is used, the light spot image 16 projected on the light receiving surface of each of the photoelectric conversion elements is projected so that the center of the light amount shifts in the opposite direction in the sensors on both sides. FIG. 1 shows an example of a two-split sensor, but when the surface to be inspected is at the position K0,
The light spot images 161 and 162 are composed of two sensors A1 and B1, A
2 shows a state where projection is performed between B2 and B2.

【0023】光点像16が、図9(1)の様に理想的な
光量分布を有する場合は、図1のセンサA1,B1から
の光量に対応する電気信号の差(A1−B1)が0にな
る位置を検出することで、位置K0を検出することがで
きる。センサA2,B2を利用しても同様に検出でき
る。そして更に、図中に示される様に光点像16が不均
一な光量分布を有する場合でも、両光電変換素子PD
1,PD2には反対方向に光量重心がずれるので、両素
子からの信号を利用すことで、かかる光量重心のずれを
打ち消し合う様にすることができる。
When the light spot image 16 has an ideal light amount distribution as shown in FIG. 9A, the difference (A1-B1) between the electric signals corresponding to the light amounts from the sensors A1 and B1 in FIG. The position K0 can be detected by detecting the position where the value becomes zero. The same detection can be performed by using the sensors A2 and B2. Further, even when the light spot image 16 has a non-uniform light amount distribution as shown in FIG.
Since the light amount center of gravity is displaced in the opposite direction to 1 and PD2, it is possible to cancel out such shift of the light amount center of gravity by using signals from both elements.

【0024】図2は、2分割センサを光電変換素子に利
用した時の信号処理部の例の構成図である。また、図3
は被検査面が高さ方向に変位したときの各信号の変化を
示す図である。図2中の信号処理部2には、各フォトダ
イオードA1,B1,A2,B2からの光量に応じたレ
ベルの電流を電圧に変換して増幅する増幅器30〜3
3、加算回路34、37、39、減算回路35、36、
比較回路38、40、46等を有する。そして、センサ
A1,B1の差信号S1(=A1−B1)と、センサA
2,B2の差信号S2(=A2−B2)との和信号を加
算器39で生成し、その和信号S(S1+S2)が0に
なるのを比較回路40で検出している。
FIG. 2 is a configuration diagram of an example of a signal processing unit when a two-divided sensor is used for a photoelectric conversion element. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing changes in signals when the surface to be inspected is displaced in the height direction. The signal processing unit 2 shown in FIG. 2 includes amplifiers 30 to 3 which convert a current of a level corresponding to the amount of light from each of the photodiodes A1, B1, A2, and B2 into a voltage and amplify the voltage.
3, addition circuits 34, 37, 39, subtraction circuits 35, 36,
It has comparison circuits 38, 40, 46 and the like. Then, the difference signal S1 (= A1-B1) between the sensors A1 and B1 and the sensor A
An adder 39 generates a sum signal of the difference signal S2 (= A2−B2) between 2 and B2, and the comparison circuit 40 detects that the sum signal S (S1 + S2) becomes 0.

【0025】図3を参照しながら、光点像に不均一があ
っても、被検査面の位置K0を検出できる点を説明す
る。図3では、横軸方向を被検査面の高さ方向にして、
図1中に示した表面の位置K0〜K3に加えて更に高い
位置K3と低い位置K4を追加している。今仮に、図1
中の被検査面が上側から下側に移動したとする。その場
合、光点像は光電変換素子PD1,PD2のセンサB
1,B2上からセンサA1,A2上に変位していく。そ
して、被検査面がK0にある時に光点像が2分割センサ
の間に位置する。
With reference to FIG. 3, the point that the position K0 of the inspection surface can be detected even when the light spot image has non-uniformity will be described. In FIG. 3, the horizontal axis direction is the height direction of the surface to be inspected,
A higher position K3 and a lower position K4 are added in addition to the surface positions K0 to K3 shown in FIG. Now, temporarily, Figure 1
It is assumed that the surface to be inspected moves from the upper side to the lower side. In that case, the light spot image is the sensor B of the photoelectric conversion elements PD1 and PD2.
Displaced from above the sensors A1 and A2 from above the sensors 1 and B2. Then, when the surface to be inspected is at K0, the light spot image is located between the two-divided sensors.

【0026】図3では、光量分布が不均一な光点像が移
動していく様子が示されている。先ず、位置K3では光
点像がセンサB1,B2上に投影され始める。従って、
信号A1、A2は何れもレベル0であるが、信号B1,
B2は対応するレベルが発生する。但し、素子PD1と
PD2では光点像の不均一性が逆方向になっているの
で、位置K3ではセンサB1の信号のほうがセンサB2
の信号よりも高いレベルである。従って、その後は信号
B1のピークがより上側(図中左側)で発生し、信号B
2はより下側(図中右側)でピークが発生する。
FIG. 3 shows how a light spot image having a non-uniform light amount distribution moves. First, at the position K3, a light spot image starts to be projected on the sensors B1 and B2. Therefore,
Although the signals A1 and A2 are both at the level 0, the signals B1 and A2
B2 has a corresponding level. However, since the nonuniformity of the light spot images is opposite in the elements PD1 and PD2, the signal of the sensor B1 is smaller than the signal of the sensor B2 at the position K3.
Level is higher than the signal of Therefore, after that, the peak of the signal B1 occurs at a higher position (left side in the figure), and the signal B1
In No. 2, a peak occurs on the lower side (right side in the figure).

【0027】やがて、位置K1からK0に移動すると、
光点像の不均一性から信号A1のレベルが立ち上がり、
信号B1のレベルが立ち下がる。更に、位置K0からK
2に移動すると、信号A2の立ち上がりと信号B2の立
ち下がりが遅れて現れる。
Eventually, when moving from position K1 to K0,
The level of the signal A1 rises due to the nonuniformity of the light spot image,
The level of the signal B1 falls. Further, from position K0 to K
Moving to 2, the rise of the signal A2 and the fall of the signal B2 appear with a delay.

【0028】その結果、信号A1とB1との差信号S1
は、そのゼロクロス点が位置K0よりも上側(図中左
側)にh1分ずれて発生し、信号A2とB2との差信号
S2は、そのゼロクロス点が位置K0よりも下側(図中
右側)にh2分ずれて発生する。従って、両差信号S1
とS2の和信号Sを監視すると、ゼロクロス点はちょう
ど位置K0に合致する。即ち、光点像の不均一性(欠
け)によるずれを打ち消し合った信号が和信号Sとして
得られることになる。
As a result, a difference signal S1 between the signals A1 and B1 is obtained.
Is generated with its zero-crossing point shifted above the position K0 (left side in the figure) by h1. The difference signal S2 between the signals A2 and B2 is that the zero-crossing point is below the position K0 (right side in the figure). At h2. Therefore, the difference signal S1
When the sum signal S of S2 and S2 is monitored, the zero cross point exactly matches the position K0. That is, a signal that cancels out the deviation due to the nonuniformity (deletion) of the light spot image is obtained as the sum signal S.

【0029】図2中でAND回路41で比較回路38と
40の論理和を取ることにより、駆動装置45で光学系
またはステージを上下方向に移動して、位置K0に来た
時を検出して、位置読み取り装置44からのカウント値
をトリガすることができる。即ち、図3の(8)に示し
た様に、光点像が光電変換素子の受光領域上に投影され
ると、信号A1とB1との和が或る閾値Tを越える。そ
の時に、信号Sが0になった時がゼロクロス点となる。
従って、和信号A1+B1が閾値T以上の時にHレベル
を出力する比較回路38の出力と、信号Sが0の時にH
レベルになる比較回路40の出力との論理和により、駆
動装置45による移動時に変化するカウンタにトリガを
与えることで、位置K0の時のカウンタ値をラッチする
ことができる。和信号A1+B1はA2+B2でも良
い。
In FIG. 2, the AND circuit 41 calculates the logical sum of the comparison circuits 38 and 40, so that the optical system or stage is moved up and down by the driving device 45 to detect when it reaches the position K0. , The count value from the position reading device 44 can be triggered. That is, as shown in (8) of FIG. 3, when the light spot image is projected on the light receiving area of the photoelectric conversion element, the sum of the signals A1 and B1 exceeds a certain threshold T. At that time, the time when the signal S becomes 0 is the zero cross point.
Therefore, when the sum signal A1 + B1 is equal to or larger than the threshold value T, the output of the comparison circuit 38 that outputs the H level, and when the signal S is 0, the output level of the H
By applying a trigger to the counter that changes when the driving device 45 moves by the logical sum with the output of the comparison circuit 40 that becomes the level, the counter value at the position K0 can be latched. The sum signal A1 + B1 may be A2 + B2.

【0030】上記の信号Sは、S=(A1−B1)+
(A2−B2)であり、光電変換素子PD1,PD2が
同等の光量を受光することを前提にしている。しかしな
がら、光電変換素子PD1とPD2の受光光量の差が、
被検査面の光学的な方向性や検査装置内の光学系や信号
処理系等そのもののばらつき等によって大きくなると、
図3の(6)(7)に一点鎖線で示した様に、信号Sの
ゼロクロス点がdの様にずれてしまう。即ち、この例で
は光電変換素子PD2の受光光量が少ない例である。
The signal S is given by S = (A1-B1) +
(A2-B2), on the premise that the photoelectric conversion elements PD1 and PD2 receive the same amount of light. However, the difference in the amount of received light between the photoelectric conversion elements PD1 and PD2 is
If it becomes large due to the optical directionality of the surface to be inspected or the variation of the optical system or signal processing system in the inspection device itself,
As indicated by the alternate long and short dash line in (6) and (7) of FIG. 3, the zero cross point of the signal S is shifted like d. That is, in this example, the amount of light received by the photoelectric conversion element PD2 is small.

【0031】そこで、信号処理部2にて、図2中に点線
で示した様に和回路39にて、 S1=(A1−B1)/(A1+B1) S2=(A2−B2)/(A2+B2) S=S1+S2 を生成する。信号S1,S2は、差信号と和信号との比
であり、+1〜−1の範囲に正規化されているので、そ
れぞれの素子PD1,PD2での受光光量の差の影響を
なくすことができる。そして、それらの正規化した信号
S1とS2の和を取ることで、そのゼロクロス点が表面
の位置K0と一致することになる。
Therefore, in the signal processing unit 2, as shown by the dotted line in FIG. 2, the sum circuit 39 calculates: S1 = (A1-B1) / (A1 + B1) S2 = (A2-B2) / (A2 + B2) Generate S = S1 + S2. The signals S1 and S2 are ratios of the difference signal and the sum signal, and are normalized in the range of +1 to −1, so that the influence of the difference in the amount of received light between the respective elements PD1 and PD2 can be eliminated. . Then, by taking the sum of the normalized signals S1 and S2, the zero-cross point coincides with the surface position K0.

【0032】図4は、図1の光電変換素子PD1,PD
2を、光点像の受光位置を位置データとして検出するこ
とができる受光位置検出手段によって構成した例であ
る。この受光位置検出手段としては、例えばCCDライ
ンセンサやPSD(Position Sensitive Detector)素子
等が使用可能である。何れの素子も、受光面が光点像の
変位方向に延びる形状をしており、その受光位置0〜N
に対応した位置データN1,N2が出力されるものであ
る。従って、2分割センサの様に光電変換した電気信号
を図2に示した様な信号処理を行うことなく、ある程度
の範囲であれば被検出面の位置のデータをそのまま出力
することができる。
FIG. 4 shows the photoelectric conversion elements PD1, PD of FIG.
2 is an example in which the light receiving position of the light spot image is detected as position data by light receiving position detecting means. As the light receiving position detecting means, for example, a CCD line sensor, a PSD (Position Sensitive Detector) element or the like can be used. In each element, the light receiving surface has a shape extending in the direction of displacement of the light spot image.
Is output. Therefore, the data of the position of the surface to be detected can be output as it is within a certain range without performing the signal processing as shown in FIG.

【0033】しかしながら、図4に示される通り、光点
像161、162に欠けが生じて均一性が失われた場合
は、その光量重心がずれてしまい、出力される位置デー
タN1,N2もずれた値になる。そこで、この様な受光
位置検出手段を利用する場合は、左右の光学系で検出さ
れた位置データN1,N2を信号処理部2で平均値Lを
演算することで、その誤差を打ち消し合うことができ
る。
However, as shown in FIG. 4, when the light spot images 161 and 162 are chipped and lose uniformity, the center of gravity of the light quantity is shifted, and the output position data N1 and N2 are also shifted. Value. Therefore, when such a light receiving position detecting means is used, the position data N1 and N2 detected by the left and right optical systems may be averaged by the signal processing unit 2 to cancel the error. it can.

【0034】図5は、ナイフエッジ法で本発明を実現し
た場合の実施の形態例である面位置検査装置の構造図で
ある。前述した通りナイフエッジ法の場合は、投影光学
系の一部を受光光学系に利用することで構造をコンパク
トにすることができる。図5に示された装置では、観察
系10の光軸上に形成された対物レンズL12を有する
鏡筒に、補助光源としてレーザーダイオードLDの様な
光源からの光像をレンズL12、反射鏡12を介して供
給し、被測定面K0〜2に光像16を投影する。そし
て、その投影光路14の両側であって投影光学系がある
鏡筒内に形成される受光光路24、26を介して、2つ
のフォトダイオードPD1,PD2に光点像16を投影
する。
FIG. 5 is a structural diagram of a surface position inspection apparatus according to an embodiment when the present invention is realized by the knife edge method. As described above, in the case of the knife edge method, the structure can be made compact by using a part of the projection optical system for the light receiving optical system. In the apparatus shown in FIG. 5, an optical image from a light source such as a laser diode LD is used as an auxiliary light source in a lens barrel having an objective lens L12 formed on the optical axis of the observation system 10, and a lens L12 and a reflecting mirror 12 are provided. To project the light image 16 on the surfaces K0 to K2 to be measured. Then, the light spot image 16 is projected onto the two photodiodes PD1 and PD2 via light receiving optical paths 24 and 26 formed in a lens barrel having a projection optical system on both sides of the projection optical path 14.

【0035】この例では、両受光光路をダイクロイック
ミラー12により同一方向に取り出し、レンズL15と
プリズムL17によって上下方向に分離している。更
に、2分割センサにより投影された光点像161、16
2の位置を検出している。但し、図4に示した通り受光
位置検出手段により位置データを検出するものであって
もよい。
In this example, both light receiving optical paths are taken out in the same direction by the dichroic mirror 12, and are vertically separated by the lens L15 and the prism L17. Further, the light spot images 161 and 16 projected by the two-split sensor
2 is detected. However, the position data may be detected by the light receiving position detecting means as shown in FIG.

【0036】図6は、更にナイフエッジ法に本発明を適
用した場合の別の例の面位置検査装置の構造図である。
この例では、図5の場合と同様に投影光路14とその両
側の受光光路24、26が共通の鏡筒内を通っている。
従って対物レンズL12を光源光が通過し、被検査面で
反射した反射光もそのレンズを通過する。そして、対物
レンズL12の上側に設けた反射ミラー18、19によ
り左右に分岐され受光レンズL18,L19を介してそ
れぞれの光電変換素子PD1,PD2に光点像161、
162が投影される。
FIG. 6 is a structural diagram of another example of the surface position inspection apparatus when the present invention is applied to the knife edge method.
In this example, as in the case of FIG. 5, the projection optical path 14 and the light receiving optical paths 24 and 26 on both sides thereof pass through a common lens barrel.
Therefore, light from the light source passes through the objective lens L12, and light reflected on the surface to be inspected also passes through the lens. Then, the light is split right and left by reflection mirrors 18 and 19 provided above the objective lens L12, and the light spot images 161 and 161 are formed on the respective photoelectric conversion elements PD1 and PD2 via the light receiving lenses L18 and L19.
162 is projected.

【0037】この例でも2分割センサの例が示されてい
るが、同様に受光位置検出手段により位置データを検出
するものであっても良い。2分割センサ、受光位置検出
手段いずれでも信号処理は前述したのと同じである。
In this example, an example of a two-divided sensor is also shown, but the position data may be similarly detected by the light receiving position detecting means. The signal processing in both the two-divided sensor and the light receiving position detecting means is the same as described above.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、被
検査物の表面位置を検出する装置において、投影される
光点像の光量分布が均一でない場合でも、それに起因す
る光量重心のずれによる誤差を除去することができ、よ
り精度の高い面位置検査を行うことができる。従って、
被検査面の状態を選ばずに種々の検査物の表面を測定す
ることができる。
As described above, according to the present invention, in the apparatus for detecting the surface position of the object to be inspected, even if the light quantity distribution of the projected light spot image is not uniform, the displacement of the light quantity centroid caused by the unevenness is caused. Can be removed, and a more accurate surface position inspection can be performed. Therefore,
The surface of various inspection objects can be measured regardless of the state of the inspection surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】三角測量法に本発明を適用した場合の面位置検
出装置の例の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an example of a surface position detection device when the present invention is applied to a triangulation method.

【図2】信号処理部の例の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of an example of a signal processing unit.

【図3】被検査面が高さ方向に変位したときの各信号の
変化を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a change in each signal when a surface to be inspected is displaced in a height direction.

【図4】図1の光電変換素子PD1,PD2を、光点像
の受光位置を位置データとして検出することができる受
光位置検出手段によって構成した例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the photoelectric conversion elements PD1 and PD2 of FIG. 1 are configured by a light receiving position detecting means capable of detecting a light receiving position of a light spot image as position data.

【図5】ナイフエッジ法で本発明を実現した場合の実施
の形態例である面位置検査装置の構造図である。
FIG. 5 is a structural diagram of a surface position inspection apparatus according to an embodiment when the present invention is realized by the knife edge method.

【図6】ナイフエッジ法に本発明を適用した場合の別の
例の面位置検査装置の構造図である。
FIG. 6 is a structural diagram of another example of the surface position inspection apparatus when the present invention is applied to the knife edge method.

【図7】三角測量方式による面位置検査装置である。FIG. 7 shows a surface position inspection apparatus using a triangulation method.

【図8】ナイフエッジ法を用いた面位置検査装置であ
る。
FIG. 8 shows a surface position inspection apparatus using a knife edge method.

【図9】光量分布の光点像の光強度のグラフである。FIG. 9 is a graph of light intensity of a light spot image of a light amount distribution.

【図10】光量重心のずれeに対して高さ誤差heを示
す簡単なモデル図である。
FIG. 10 is a simple model diagram showing a height error he with respect to a shift e of a light quantity center of gravity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 面位置検査装置 2 信号処理部 14 投影光路 16 光点像 20、22 受光光学系 24、26 受光光路 L12 対物レンズ LD 光源 PD1,PD2 光電変換素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface position inspection apparatus 2 Signal processing part 14 Projection optical path 16 Light spot image 20, 22 Light receiving optical system 24, 26 Light receiving optical path L12 Objective lens LD Light source PD1, PD2 Photoelectric conversion element

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光源像を投影光学系を介して被検査面に投
影し、該被検査面上の光点像を受光光学系を介して光電
変換素子に投影し、該投影及び、又は受光光学系と被検
査面との距離に応じて該光電変化素子の受光面上を変位
する当該光点像の位置から該距離を検出する面位置検査
装置において、 前記光源像の投影経路の両側の略対称な位置に設けられ
た第一の受光経路と第二の受光経路と、 該第一の受光経路を経由して前記光点像が投影される第
一の光電変換素子と、 該第二の受光経路を経由して前記光点像が投影される第
二の光電変換素子と、 該第一、第二の光電変換素子からの電気信号に従って前
記距離を求める信号処理部とを有することを特徴とする
面位置検査装置。
An image of a light source is projected onto a surface to be inspected via a projection optical system, and a light spot image on the surface to be inspected is projected onto a photoelectric conversion element via a light receiving optical system. In a surface position inspection device that detects the distance from the position of the light spot image displaced on the light receiving surface of the photoelectric conversion element according to the distance between the optical system and the surface to be inspected, A first light receiving path and a second light receiving path provided at substantially symmetric positions; a first photoelectric conversion element onto which the light spot image is projected via the first light receiving path; A second photoelectric conversion element onto which the light point image is projected via the light receiving path, and a signal processing unit for obtaining the distance in accordance with an electric signal from the first and second photoelectric conversion elements. Characteristic surface position inspection device.
【請求項2】請求項1において、 前記投影光学系が、該被検査面上に位置する対物レンズ
を有し、 前記受光光学系が、前記第一の受光経路内に設けられた
第一の受光光学系と前記第二の受光経路内に設けられた
第二の受光光学系とを有することを特徴とする面位置検
査装置。
2. The first optical system according to claim 1, wherein the projection optical system has an objective lens located on the surface to be inspected, and the light receiving optical system is provided in the first light receiving path. A surface position inspection apparatus comprising: a light receiving optical system; and a second light receiving optical system provided in the second light receiving path.
【請求項3】請求項1において、 前記投影光学系が、該被検査面上に位置する対物レンズ
を有し、 前記第一、第二の受光経路が該対物レンズを経由して形
成されていることを特徴とする面位置検査装置。
3. The projection optical system according to claim 1, wherein the projection optical system has an objective lens located on the surface to be inspected, and wherein the first and second light receiving paths are formed via the objective lens. A surface position inspection apparatus characterized in that:
【請求項4】請求項3において、 前記第一、第二の受光経路が、前記対物レンズの該被検
査面と反対側に配置された反射手段により前記投影光学
系から分離されていることを特徴とする面位置検査装
置。
4. The apparatus according to claim 3, wherein the first and second light receiving paths are separated from the projection optical system by a reflection means disposed on a side of the objective lens opposite to the surface to be inspected. Characteristic surface position inspection device.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれかにおいて、 前記第一、第二の光電変換素子がそれぞれ、該光点像の
移動方向に配置された2つの素子を有し、 前記信号処理部は、該第一の光電変換素子の2つの素子
からの電気信号の差信号と該第二の光電変換素子の2つ
の素子からの電気信号の差信号との和信号のゼロクロス
点を検出することを特徴とする面位置検査装置。
5. The signal processing unit according to claim 1, wherein the first and second photoelectric conversion elements each include two elements arranged in a moving direction of the light spot image. Detecting a zero-cross point of a sum signal of a difference signal between electric signals from two elements of the first photoelectric conversion element and a difference signal between electric signals from two elements of the second photoelectric conversion element. Surface position inspection device characterized by the above-mentioned.
【請求項6】請求項1乃至4のいずれかにおいて、 前記第一、第二の光電変換素子がそれぞれ、該光点像の
移動方向に配置された2つの素子を有し、 前記信号処理部は、該第一の光電変換素子の2つの素子
からの電気信号の差信号と和信号の第一の光量比と、該
第二の光電変換素子の2つの素子からの電気信号の差信
号と和信号の第二の光量比との和信号のゼロクロス点を
検出することを特徴とする面位置検査装置。
6. The signal processing unit according to claim 1, wherein the first and second photoelectric conversion elements each include two elements arranged in a moving direction of the light spot image. Is a first light amount ratio of a difference signal and a sum signal of an electric signal from two elements of the first photoelectric conversion element, and a difference signal of an electric signal from two elements of the second photoelectric conversion element. A surface position inspection apparatus for detecting a zero cross point of a sum signal with a second light amount ratio of the sum signal.
【請求項7】請求項1乃至4のいずれかにおいて、 前記第一、第二の光電変換素子がそれぞれ、前記変位方
向の光点像の位置を検出する受光位置検出手段を有し、 前記信号処理部は、該受光位置検出手段から出力される
第一及び第二の位置データの平均値を求めることを特徴
とする面位置検査装置。
7. The device according to claim 1, wherein each of the first and second photoelectric conversion elements has a light receiving position detecting unit for detecting a position of a light spot image in the displacement direction. The surface position inspection apparatus, wherein the processing unit obtains an average value of the first and second position data output from the light receiving position detection unit.
【請求項8】請求項7において、 前記受光位置検出手段が、CCDラインセンサまたはP
SDからなることを特徴とする面位置検査装置。
8. The device according to claim 7, wherein the light receiving position detecting means is a CCD line sensor or a P-line sensor.
A surface position inspection device comprising SD.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005201672A (en) * 2004-01-13 2005-07-28 Nikon Corp Face position detector, device and exposing method
JP2008309532A (en) * 2007-06-13 2008-12-25 Lasertec Corp Three-dimensional measuring apparatus and inspection apparatus
JP2013200506A (en) * 2012-03-26 2013-10-03 Nikon Corp Exposure apparatus, exposure method and device manufacturing method
WO2015122060A1 (en) * 2014-02-13 2015-08-20 Dmg森精機株式会社 Surface shape measurement device, machine tool provided with same, and surface shape measurement method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005201672A (en) * 2004-01-13 2005-07-28 Nikon Corp Face position detector, device and exposing method
JP2008309532A (en) * 2007-06-13 2008-12-25 Lasertec Corp Three-dimensional measuring apparatus and inspection apparatus
JP2013200506A (en) * 2012-03-26 2013-10-03 Nikon Corp Exposure apparatus, exposure method and device manufacturing method
WO2015122060A1 (en) * 2014-02-13 2015-08-20 Dmg森精機株式会社 Surface shape measurement device, machine tool provided with same, and surface shape measurement method
GB2544134A (en) * 2014-02-13 2017-05-10 Dmg Mori Co Ltd Surface shape measurement device, machine tool provided with same, and surface shape measurement method

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