JPS62134502A - 位置検出装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、一対の発光素子と受光素子とから成るフォト
インタラプタを用いた位置検出装置に関するものである
。

（発明の背景） 顕微鏡等の観察装置においては、その解像度をあげるた
め対物レンズを高ＮＡ化した場合、観察すべき試料を載
置して上下動するＺステージの単位移動量を小さくして
合焦させやすくしている。

このため、厚さの異なる種々の試料を同一の顕微鏡で観
察する場合、薄い試料では合焦位置までのＺステージの
総移動量がかなり大きくなり、合焦させるまでに時間が
かかったり、あるいは、Ｚステージ移動装置の仕様から
Ｚステージの総移動量が制限され、薄い試料の観察がで
きない等の問題がある。

そこで、薄い試料の場合には、試料と対物レンズとの間
の相対距離を所定値まで近づけるため、Ｚステージ上の
ホルダの厚みを変えることによって観察している。

ところで、近年、試料を水平Ｘ−Ｙ方向および垂直Ｚ方
向の３軸に移動させるとともに自動焦点調節機構を備え
た顕微鏡等の観察装置が開発されているが、この種の観
察装置において、Ｘ−Ｙステージを駆動して対物レンズ
がステージの隅に位置するように移動させてからステー
ジ中央部の載置台（ホルダ）に試料を乗せ、その後対物
レンズが試料の上方に位置するように移動させて観察す
るものがある。

この種の観察装置において、試料の厚さに対応した正し
いホルダとは異なる誤ったホルダに試料を乗せると、対
物レンズを試料上方に移動させる際に対物レンズが試料
に衝突して試料が破損するおそれがある。

そこで従来は、第９図に示すように、試料ＳＡに対して
一対の発光ダイオード５およびフォトセンサー６を傾斜
して設け、発光ダイオード５から試料ＳＡに照射された
光ビーム束の反射光をフォトセンサー６で受光し、その
受光信号に基づいて高さ位置を検出している。

ところが、試料ＳＡの表面反射率が一様であればよいが
、例えば、ガラス基板上にクロムで所定のパターンが形
成されたレチクルのように表面反射率が一様でない試料
の場合、試料表面での反射角度及び反射率が場所によっ
て異なり、レチクルが所定の高さ位置にあってもフォト
センサーの受光量にばらつきが生じて、高さ位置検出の
精度が芳しくなかった。また、試料表面での反射角度。

反射率の影響をうけない様な光学系にすると、その光学
系が大きなものとなってしまった。

（発明の目的） 本発明の目的は、このような問題点を解消し、対象物が
予定の位置からずれて載置された場合にその異常を検出
するようにした位置検出装置を提供することにある。

（発明の概要） 本発明は、対象物を挟んで一対の発光素子と受光素子と
が配設されるとともに、発光素子に発光信号を供給する
信号供給手段と１発光素子からの光を受光する受光素子
からの信号を検出する信号検出手段と、比較判別手段と
を備え、比較判別手段心、信号検出手段からの信号を、
上限値および示限値で定ゆられた所定範囲の信号値と比
較して対象物の位置を判別し、所定範囲外の信号である
ときに異常信号を出力することを特徴とする。

（実施例） 第１図および第２図は本発明の位置検出装置の一実施例
を備えた検査装置、例えばレチクル検査装置ＲＩの一例
を示し、水平Ｘ−Ｙ方向に移動可能なＸ−Ｙステージ１
上には垂直Ｚ方向に移動可能なＺステージ２が設けられ
、そのＺステージｚ上には回転ステージ３が設けられて
いる。ここでは、回転ステージ３の中央部に、ホルダ４
に乗せられた対象物としてのレチクルＳＡが置かれてい
る。すなわち、回転ステージ３はホルダー（載置台）と
して機能している。Ｚステージ２の立上り部２Ａ　、２
Ｂには、第２図からよくわかるように、レチクルＳＡす
なわち、蔵置台３の中央位置を挟み、レチクルの表面と
水平な面内で一対の発光素子５と受光素子６とがレチク
ルの対角線上に対向して設けられ、フォトインタラプタ
を構成している。７は回転ステージ３に立設された後述
するサーボチェックプレート、８は検査装置ＲＩの対物
レンズを示す。なお便宜上、第１図で＋−ｉステージ１
と２、ステージ２と３、ステージ３とホルダ４、ホルダ
４とレチクルＳＡとの間に隙間をあけている。

第３図はＺステージ２の駆動装置を示し、Ｚステージ？
は駒１１を介して制御部材１２の傾斜面１２１上に保持
されている。制御部材１２は腕１２２および１２３を有
し、腕１２２には雌ねじが刻設されて、Ｚ方向駆動モー
タ１３の出力軸に設けられた送りねじ１４がその雌めじ
に螺合され、腕１２３にはポテンショメータ１５が係合
されている。なお、図示していないが制御部材１２は案
内レールに案内され、駒１１もその両端が所定の部材で
案内されるようになっている。

第４図は第１図〜第３図に示した検査装置ＲＩの制御系
を示し、中央処理装置（ＣＰＵ）１０には、本発明位置
検出装置を構成する対象物の初期位置検出回路２０と、
サーボチェック回路３０と、対象物の作動位置検出回路
４０とから各要素の出力信号が供給される一方、ＣＰＵ
ｌ０からは所定の出力信号が、作動位置検出回路４０と
、Ｚ方向駆動モータ１３と、Ｘ方向駆動モータ６０と、
Ｙ方向駆動モータ７０とに供給されるように各要素が接
続されている。

第５図は初期位置検出回路２０の一例を示し、この回路
２０により、レチクルＳＡのＺ方向の高さ位置がチェッ
クされる０図において、信号供給手段としての発振器２
０１は一定周波数の正弦波を発振し、その高周波信号は
増幅器２０２に入力されて増幅された後、発光ダイオー
ド等、高指向性の発光素子５に入力され、これにより発
光素子５は所定の周波数のパルス光を発光する。このパ
ルス光を受光したフォトトランジスタ等、高指向性の受
光素子６から、パルス光の周波数成分を含んだ正弦波信
号が出力され、その出力信号は、増幅器２０３を介して
フィルタ２０４に入力される。フィルタ２０４からパル
ス光の周波数帯域の信号だけが実効値変換回路２０５に
出力されると、その正弦波信号の実効値すなわち、直流
成分が回路２０５かち得られる。この実施例では。

フィルタ２０４と実効値変換回路２０５とにより信号検
出手段が構成される０回路２０５から得られた直流成分
の電圧値は、発光素子５から出力されるパルス光の遮蔽
量、すなわち、レチクルＳＡの高さ位置に左右される。

実効値変換回路２０５からの電圧は比較判別手段として
の比較判定器２０６に入力されて基準電圧源２０７から
の基準電圧と比較される。

すなわち、比較判定器２０６はウィンドコンパレータか
ら構成され、レチクルＳＡとホルダ４との組み合せが正
しい場合のＺ方向の高さの上限値および下限値に相応し
た２つの基準電圧が比較判定器２０６に入力され、実効
値変換回路２０５からの電圧が、これら上限値および下
限値の範囲外のときに初期位置信号Ｓ１として異常信号
をＣＰＵｌ０に出力するように構成されている。したが
ってこの検出により、ホルダ４に対し、レチクルＳＡが
、厚すぎるか、薄すぎるかも検出される。またこの検出
の際の上限とは、レチクル表面が対物レンズに衝突する
可能性のある高さ位置であり、下限とは焦点合わせのと
きのＺステージ２の上限ストロークが不足する可能性の
ある高さ位置である。

第６図はサーボチェック回路３０の一例を示し、この回
路３０により、エアマイクロ方式、光反射式等を用いた
自動焦点調節機構のサーボ系の良否が判定される。すな
わち、対物レンズ８をサーボチェックプレート７の上方
に位置（この位置をロードポジションと呼ぶ）させて自
動焦点調節機構を働かせ、サーボチェックプレート７と
対物レンズ８との相対的なＺ方向の距離が予め定めた基
準範囲内であればサーボ系が正常、上記距離がその基準
範囲から外れていればサーボ系が異常と判定する。尚、
焦点検出系がエアマイクロ方式のものであればチェック
プレート７は平面が出るような板であればよく、又光反
射方式のものでは不透明な板である必要がある。

第６図において、第３図に示したポテンショメータ１５
と、サーボ系が正常に働いた場合の合焦位置に応じた基
準電圧を出力する基準電圧源３０１とは減算器３０２に
接続され、ポテンショメータ１５で得られた現在のレチ
クル高さ位置に応じた信号と基準電圧との差が求められ
る。減算器３０２からの差信号は比較判定＠３０３に入
力される一方、基準電圧源３０４からの基準電圧も比較
判定器３０３に入力されてそれらの大小関係が比較判定
される０合焦位置での比較結果が異常、すなわち、差信
号が基準電圧より大きければ、比較判定器３０３からサ
ーボチェック信号Ｓ２として異常信号がＣＰＵｌ０に出
力される。

なお、ポテンショメータ１５からの信号を直接基準値と
比較せずに上記のように構成したのは、異なった倍率の
２木の対物レンズを用いる場合に、その合焦位置がそれ
ぞれ異なること、ポテンショメータの再現性等の理由に
よる。

第７図は作動位置検出回路４０の一例を示し、この回路
４０により、レチクル表面の各部を検査している間の対
物レンズ８とレチクルＳＡとの光軸方向の相対距離の異
常を検出する。すなわち、検査に先立ってレチクル中央
部で合焦させたときのポテンショメータ１５の出力信号
を基準として、各検査位置で得られるポテンショメータ
１５の出力信号とその基準値との差がある許容値を越え
たときに異常と判定する。

図において、ポテンショメータ１５の出力信号はメモリ
４０１および減算器４０２に供給される。メモリ４０１
は、ＣＰＵｌ０からの入力信号に応答してポテンショメ
ータ１５からの入力信号を記憶し、その値は減算器４０
２に供給され、その記憶された信号と現在のレチクルＳ
Ａの高さ位置に応じたポテンショメータ１５からの信号
との差が演算される。減算器４０２からの差信号は比較
判定器４０３に供給されて、基準電圧４０４から供給さ
れる予め定めた基準電圧と比較される。

差信号が基準電圧より大きい場合に比較判定器４０３か
ら作動位置信号Ｓ３として異常信号がＣＰＵｌ０に出力
される。なお、基準電圧を定めるにあたっては、レチク
ルＳＡの平面度や各ステージ１，２の平面度等を考慮す
る。

第８図に示した処理手順に従って本発明位置検出装置が
適用されたレチクル検査装置の動作について説明する。

まず手順Ｐ１でＸＹステージをロードポジション（サー
ボチェックプレート７が対物レンズ８の直下にくる位置
）に位置決めして、初期位置信号Ｓ１およびサーボチェ
ック信号Ｓ２を読込む０手順Ｐ２では初期位置信号Ｓ１
が異常信号でないかどうかを判定する。異常信号の場合
手順ＰＬＯに進んで不図示の表示用のＣＲＴ（ブラウン
管）画面にエラーメツセージ、例えば「ホルダチェック
」が表示される０手順Ｐ２が肯定判定されると手順Ｐ３
に進み、サーボチェック信号Ｓ２が異常信号でないかど
うかを判定する。異常信号の場合手順ＰＬＯに進んでＣ
ＲＴ画面に、例えば「サーボ系異常」が表示されるとと
もにＺモータを回転しＺステージをさげる９手順Ｐ３が
肯定判定されると手順Ｐ４に進み、Ｚステージをさげ、
ＸＹステージを動かし、対物レンズ８をレチクルＳＡ中
心位置にする。そして手順Ｐ５に進み、その位置で自動
焦点調節機構を働かせてＺステージの上下動により合焦
させた後、ＣＰＵｌ０からメモリ４０１に信号を供給し
てそのときのポテンショメータ１５の出力信号をメモリ
４０１に格納する。

ここまでの手順がおわると、手順Ｐ６でＸ方向モータ６
０およびＹ方向モータ７０を駆動することにより、Ｘ−
Ｙステージ１を移動し、レチクルＳＡの任意の場所の検
査をする。この時手順Ｐ７も同時に実行され、自動焦点
調節機構を働かせ、Ｚ方向モータ１３を駆動することに
より、検査している任意の場所でいつも、焦点調節がお
こなわれている様にする。この際、同時にＣＰＵｌ０は
手順Ｐ９に示すように、メモリ４０１の信号と、ポテン
ショメータ１５の信号から得られる作動位置信号Ｓ３を
、常に割り込みにより監視している。その信号Ｓ３が異
常信号を表わす場合、すなわち、レチクルＳＡの平面度
などから考えて何らかの異常でＺステージ２が先に覚え
た位置から大きくはずれて焦点調節しようとした場合、
ＣＰＵｌ０は、手順ＰＬＯに進み、ＣＲＴ画面に「ポジ
ションエラー」を表示するとともに、Ｚ方向モータ１３
を停止する。

手順Ｐ９において、異常であるという割り込みが入らな
い限り、手順Ｐ６　、Ｐ７によりレチクルＳＡを対物レ
ンズ８を介して図示していないＣＣＤやＩＴＶなどの撮
像素子または目視などによって検査し、終了となる。

このように本実施例では、レチクルＳＡを間違ったホル
ダ４と組合せた場合、パルス光の遮蔽量が適切でなくな
り、受光素子６での受光量が多すぎたり少なすぎたりし
て初期位置信号Ｓ１が異常信号を示し、これによりＣＰ
Ｕは、ロードポジションからＸ、Ｙステージを移動する
ことがないので対物レンズ８のレチクルＳＡへの衝突が
未然に防止できる。

また、ＸＹステージがロードポジションにあるときに（
対物レンズ８がサーボチェックプレート７の真下に位置
するとき）自動焦点調ｍ機構のサーボ系をチェックし、
異常時には、エラーとなってＸＹステージの移動を中止
するので、いきなりレチクルＳＡで自動焦点機構を働か
せ対物レンズ８がレチクルＳＡに衝突することもない。

また、サーボチェックプレートは、Ｚ軸ステージが上限
までいっても、対物レンズとの間にわずかなすきまがあ
くようになっているので、対物レンズ、サーボチェック
プレートも傷つけない。

更に、レチクル各部の表面検査に先立って、レチクル中
央部での合焦位置をメモリし、その位置を基準として対
物レンズ８とレチクルＳＡとの光軸方向の相対距離を監
視するようにしたので、対物レンズ８がレチクルＳＡの
望域から外れた場合等において、サーボ系がＺステージ
２を上方へ移動させようとしても対物レンズ８とレチク
ルＳＡの間には必ず所定の間隙が残るようにしてＺステ
ージ２が停止されるので、この検査中においても対物レ
ンズ８とレチクルＳＡとの衝突が防止される。

従って、この実施例によれば極めて安全性の高いレチク
ル検査装置が得られる。ところでチェックプレート７は
第１図ではＺステージ上に設けたが、実際にはホルダ４
上にレチクルＳＡと干渉しないように設けておくことが
望ましい。また第２図のような位置にチェックプレート
７を設けた場合、レチクルＳＡの蔵置、ホルダ４の交換
等はＸＹステージを第２図の位置から右下方に移動させ
た位置で行なわれる。

なお、以上の初期位置検査回路２０の説明では、発光素
子に高周波信号を供給してパルス光を得るようにしたが
、外乱光のない暗室内等で用いる場合には、直流信号に
より発光素子を点灯するようにしてもよい。この場合、
フィルタ２０４や実効値変換回路２０５が不要となる。

また、このような条件下において高周波パルス光を用い
る場合、フィルタ２０４は不要となる。

また以上の初期位置検出回路２０の説明では、高さ方向
の位置を検出する場合についで述べたが、これに限定さ
れず水平Ｘ方向、Ｙ方向の位置検出にも適用でき、また
水平以外でも斜め方向に移動する対象物のエッヂの検出
にも適用できる。

さらに受光素子６としてフォトトランジスタを用い、そ
の受光面の前に水平方向に伸びたスリットを配置すると
、レチクルの厚みのちがいが高精度に判別できる。この
場合、そのスリットを通して発光素子５からの光が受光
されれば良とし、受光できないときはレチクルが厚すぎ
るものとして不良と判断する。この場合、発光素子５と
受光素子６とを組み合わせたフォトインタラプタによっ
て検出されるのは、レチクルＳＡの表面がスリットの高
さ位置よりも上にあるか下にあるかの状態、すなわちレ
チクルＳＡの上限リミットだけである。従って例えば厚
いレチクルを載置するための薄いホルダーに、誤って薄
いレチクルを載置した場合、上記フォトインタラプタで
は当然適正として判断されてしまう。しかしながらこの
様な場合は対物レンズ８にレチクルＳＡが衝突すること
はなく、ＸＹステージを移動させても何ら支障はない。

ただしＺステージを機械的な上限リミットまで上昇させ
ても自動焦点調節のサーボが働かないような場合は、ホ
ルダーとレチクルの組み合わせが不適正としてエラー表
示をする。またフォトインタラプタはＺステージｚ上に
設けたがＸＹステージｌ上に固定してもよい。

更にまた、レチクル検査装置に基づいて本発明を説明し
たが、これに限定されることなく、例えば縮小投影露光
装置等のウェハ位置検出にも適用できる。

（発明の効果） 本発明によれば、フォトインタラプタを構成する一対の
発光素子と受光素子とが対象物を挟んで対向配置される
とともに、受光素子の受光量が所定の範囲外の値を示す
ときに、試料の位置が不所望の位置にあるとして異常信
号を出力するようにしたので、対象物の位置が精度よく
検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したレチクル検査装置の一実施例
を示す正面図、第２図は第１図の平面図、第３図は第１
図に示したＺステージ駆動装置の−例を示す概略構成図
、第４図はレチクル検査装置の制御系の一例を示すブロ
ック図、第５図はその初期位置検出回路の一例を示すブ
ロック図、第６図はサーボチェック回路の一例を示すブ
ロック図、第７図は作動位置検出回路の一例を示すブロ
ック図、第８図はレチクル検査装置の制御手順例を示す
フローチャート、第９図は従来の位置検出装置の一例を
示す概略構成図である。 １：Ｘ−Ｙステージ　　　２：Ｚステージ３：回転ステ
ージ　　　　４：ホルダ ５：発光素子　　　　　　６：受光素子７：サーボチェ
ックプレート ８：対物レンズ　　　　　１０：ＣＰＵ１３：Ｚ方向モ
ータ　　　　１５：ボテンショメータ２０：初期位置検
出回路 ３０：サーボチェック回路　４０：作動位置検出回路Ｓ
Ａニレチクル　　　　　　ＲＩニレチクル検査装置特許
出願人　日本光学工業株式会社 代理人弁理士　　永　井　冬　紀 第４図 第５図 第６図 第７図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１の方向および第２の方向に移動可能な載置台に置か
   れた対象物の位置を検出する装置において、 対象物を挟んで対向配置された一対の発光素子および受
   光素子と、 前記発光素子に発光信号を供給する信号供給手段と、 前記受光素子から出力される受光信号を検出する信号検
   出手段と、 その信号検出手段からの信号を上限値および下限値で定
   められた所定範囲の信号値と比較して前記対象物の位置
   を判別し、前記信号検出手段からの信号が所定範囲外で
   あるときに異常信号を出力する比較判別手段と、を具備
   したことを特徴とする位置検出装置。