JPS63188789A - 光学式物体認識装置 - 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） 本発明は、ウェハ等の薄い物体による発光器からの光ビ
ームの遮断を受光器で検出して物体を認識する光学式物
体認識装置に関する。

（従来技術） 従来、半導体露光装置等においては、カセットに収納さ
れた複数枚のウェハの中から１枚を取り出して露光ステ
ージ上にセットする場合、カセット内の取出し対象とな
るウェハを検出するため光学式の物体認識装置を用いる
ようにしている。

第１図は従来の光学式物体認識装置の概略を示したもの
で、発光器１に所定間隔を於いて受光器２を対向配置し
、発光器１より発光された光ビーム３を受光器２に入射
し、ウェハ等の光軸に直交する方向に微小な物体４が光
ビーム３を遮ったときに受光器２に対する光ビーム３の
遮断を検出して物体４を認識するようにしている。

ところで、このＪ：うな従来の光学式物体認識装置にお
ける発光器１の光源としては光ビーム３の径を小ざくで
きることから半導体レーザまたはし−ザを使用すること
が多い。

（発明か解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来のレーザビームによる物
体認識にあっては、レーザビームの径より小ざい物体を
認識する場合に分解能の高い受光量の変化が得られず、
精度の高い微小物体の認識ができないどう問題があった
。

例えば半導体レーザにあっては発光面はだ円形になるこ
とが知られており、このようなレーザビームにあっては
、検出対象とするウェハが光軸に直交する方向でＱ、５
ｍｍ程度と薄い物体であることから、レーザビームの径
より物体が小さくなり、レーザビームを物体が横切って
も受光器に対するレーザビームを完全に遮ることができ
ず、そのためレーザビームに対する物体の光軸に直交す
る方向の変位に対し例えば第６図に示すような受光量の
変化となり、この受光量の変、化からは物体の位置を正
確に割り出すことがことができない。

一方、発光器の光源としてＬＥＤを使用することも考え
られるが、ＬＥＤの発光輝度の分布は光軸方向に最大輝
度をもった放射状の分布となるため、光ビームの平行縮
小化か困難であり、特に発光器と受光器との距離が長い
場合には光ビームが拡散し、光軸に直交する方向に微小
なウェハ等の物体を認識してその位置を正確に割り出す
ことは困難である。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、光軸に直交する方向で微小なウェハ等の物体が光
ビームを横切った時の光旦の変化から高い分解能をもっ
て微小物体を確実に認識することができる光学式物体認
識装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明にあっては、発光器に、
レーザ又はＬＥＤ等の光源に続いて光源からの光束をス
リット状又はスポット状の投影像に変換する投影板、投
影像の光束を物体検出位置又はその近傍に集光して前記
投影像を結像させる第１の結像レンズを設け、一方、受
光器には、物体検出位置又はその近傍に結像された投影
像を受光素子に再結像させる第２の結像レンズを設ける
ようにしたものである。

（作用） このような本発明の構成によれば、レーザ又はＬＥＤ等
の光源からの光束は投影板のスリット開口又はピンホー
ルによる投影像に変換され、第１の結像レンズにより物
体検出位置又はその近傍の空間にスリット像又はピンホ
ール像として結像される。

この物体検出位置またはその近傍に結像された発光器か
らのスリット像又はピンホール像は、ウェハ等の光軸に
直交する方向で微小な物体に対し充分に小さな空間像と
して結像することができるため、物体が光軸を直交する
方向に横切ると、受光器の第２の結合レンズによる受光
素子の再結合像は完全に遮断され、分解能の高い急峻な
受光量の変化を得ることができる。

（実施例） 第１図は本発明の基本構成を示した説明図である。

第１図に於いて、５は発光器であり、発光器５により発
光された光は微小物体８の検出位置又はその近傍となる
像点６に集光され、後の説明で明らかにするように、発
光器５からの例えばスリット像を像点６の空間に結像す
るようになる。発光器５より所定距離離れた位置には受
光器７が対向配置され、受光器７は像点６に結像された
スリット酸を内蔵した受光素子の受光面に再結像させる
ようになる。

第２図は第１図の発光器５及び受光器７の具体的な実施
例を示した説明図である。

第２図に於いて、まず発光器５はＬＥＤ又は半導体レー
デ等の発光素子９を有し、発光素子９からの光はコンデ
ンサレンズ１０で集光されて投影板１１に照射される。

投影板１１は、この実施例にあっては紙面に直交する方
向に長辺をもったスリット開口部１１ａを有し、コンデ
ンサレンズ１０で集光された発光素子９からの光の照明
でスリット間口１１ａて定まる投影スリット像を作り出
す。

投影板１１に続いては開口絞り１２が設けられ、開口絞
り１２で規制された投影板１１からのスリット光束を第
１の結像レンズ１３に入射している。

第１の結像レンズ１３は開口絞り１２を介して得られた
投影板１１からの投影スリット像を焦点距離ｆで定まる
像点６の空間に結像するようになる。

一方、受光器７には発光器５の第１の結像レンズ１３に
より像点６に結像された投影スリット像を受光素子１６
の受光面に再結像させる第２の結像レンズ１４を有し、
第２の結像レンズ１４と受光素子１６との間には微小物
体８が像点６若しくはその近傍に位置したときに生ずる
反射光の受光素子１６への入射を阻止するための反射光
遮蔽スリット１５が配置されている。

次に第２図の実施例の作用を説明する。

まず発光器５にあっては、ＬＥＤ又は半導体レーザ等の
発光素子９からの光をコンデンサレンズ１０で集光して
投影板１１のスリット開口部１１ａを照明しており、こ
のコンデンサレンズ１０による照明で投影板１１のスリ
ット開口部１１ａの透過光束として得られた投影スリッ
ト像は開口絞り１２で光束が規制された後、第１の結像
レンズ１３に入射し、第１の結像レンズ１３によって像
点６に投影スリット像を結像させる。この像点６に結像
される投影スリット像の大きさは、第１の結像レンズ１
３の配置位置、レンズの焦点距離ｆにより決定され、十
分に微小なスリット像、即ち像点６に於いて紙面に直交
する方向に長辺をもち、光軸に直交する方向で例えば２
μ程度と微小な大きさをもった投影スリット像を結像す
ることができる。

このため投影スリット像が結像される像点６若しくはそ
の近傍に対し光軸に直交する方向から微小なウェハ等の
微小物体８が矢印Ａで示すように横切ったとき、像点６
に於けるスリット像は２μ程度と極く小さいことから、
微小物体８が例えばウェハ等のように０．６ｍｍ程度の
微小な厚さであったとしても、像点６又はその近傍を矢
印Ａのように横切ると像点６に結像された投影スリット
像の受光器７への入射は完全に遮られ、第２の結像レン
ズ１４による受光素子１６への投影スリット像の再結像
が遮断されるようになる。

即ち、微小物体８の矢印六方向の変位に対する受光素子
１６の受光出力は、微小物体８の光軸に直交する方向の
大きざをＢとすると、第３図に示すように、微小物体８
の像点６への進入と扱は出しで急峻な光量変化が得られ
、この光量変化を受けた発光素子１６の受光出力から微
小物体８の通過若しくは位置を高い分解能をもって割り
出すことができる。

次に発光器５に設けた開口絞り１２の作用を説明する。

今、第４図に示すように、光軸方向にそれ程長くない微
小物体８を検出する場合には、図示のように開口絞り１
２による投影板１１からの光束の規制を行なっていなく
ても、微小物体８の変位に対し第３図に示したような急
峻な光量変化を１ｑることができる。

これに対し第４図に示すように、光軸方向に長い物体１
７を検出する場合、開口絞り１２による光束の規制を行
っていなかった時には、第１の結像レンズ１３による像
点６に投影スリット像を結像するための光束は、破線１
８で示すようになる。

この破線１８で示す像点６への結像状態で光軸方向に長
い物体１７が矢ｉＩ］へ方向に横切ると、図示のように
物体１７が像点６に近づく段階で光軸方向の長さにより
像点６を通過した受光器への光束を物体１７の端部で遮
り、斜線部１９で示すように受光器への光束は徐々に遮
られることとなる。

このため第３図に示すような急峻な光量変化が得られな
い。

そこで光軸方向に長い物体１７の検出に際しては、図示
のように開口絞り１２を絞ることにより、第１の結像レ
ンズ１３の開口径ＮＡを小さくする。

このように開口絞り１２を絞り込んで第１の結像レンズ
１３の開口径ＮＡを小さくした場合には、実線２０で示
すような光束の集光による投影スリット像が像点６に結
像され、像点６からの光束も開口絞り１２に依存して充
分に挟まり、矢印Ａのように光軸方向に長い物体１７が
像点６に近づいても、斜線部１９で示すような段階的な
光量変化を起こさず、物体１７が像点６若しくはその近
傍に近づいたときの光束の遮断で第３図に示すような急
峻な光量変化を得ることができる。

このため検出物体として、光軸方向に短い物体の代わり
に長い物体を検出するような場合には、第４図に示すよ
うに光軸方向に長い物体１７に合わせて予め開口絞り１
２を適切な絞り状態に調整しておくことが望ましい。

更に発光器５の光源となる発光素子９として、例えば半
導体レーザを使用した場合には、半導体レーザの発光面
は楕円形状を持ち、且つ周囲温度等の影響を受けて発光
面の楕円形状が長袖方向に大きく変動する。そこで、投
影板１１の間口スリット部１１ａの長辺を半導体レーザ
の楕円発光面の短軸方向となるように設定することで、
半導体レーザの楕円発光面が変動しても、この発光面の
形状変更に影響されることなく安定した投影スリット像
を作り出すことができる。

尚、上記の実施例は投影板１１にスリット開口部１１ａ
を設けて像点６に投影スリット像を結像させる場合を例
に取るものでめったが、投影板１１にピンホールを設け
、このピンホールによるスポット像を像点６に結像させ
るようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明してぎたように本発明によれば、レーザ又はＬ
ＥＤ等の光源からの光でスリット状又はスポット状の開
口部を設けた投影板を照明して投影像を作り出し、投影
板からの投影スリット像を第１のレンズにより物体検出
位置又はその近傍に結像し、一方、受光器にあっては、
物体検出位置又はその近傍に結像された発光器による投
影像を′　受光素子に再結像させる第２の結像レンズを
設けるようにしたため、光軸に直交する方向に微小な物
体であっても、発光器による投影像の結像空間若しくは
その近傍を微小物体が横切ることで、結像された投影像
の受光器への入射を確実に遮きって微小物体の変位に対
する急峻な光量変化を得ることができ、ウェハ等の厚み
の薄い物体であっても急峻な光量変化によって得られる
分解能の高い受光出力から正確に物体位置を認識して、
物体の位置は勿論のこと物体の大きさも同時に割り出す
ことができる。

尚、実施例特有の効果として、光軸に直交する方向で微
小であると同時に光軸方向に長い物体であっても、発光
器に設けた開口絞りにより投影板から集光レンズに対す
る光束を規制することで、物体の光軸方向の大きさに影
響されることなく、急峻な光量変化をもって光軸方向に
長い物体であっても正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示した説明図、第２図は本
発明の具体的な実施例を示した説明図、第３図は本発明
で得られる微小物体の光軸を横切る変位に対する光量変
化を示した特性図、第４゜５図は開口絞りの機能を示し
た説明図、第６図は従来例を示した説明図、第７図は従
来例における光量変化を示した特性図である。 ５：発光器 ６：像点（結像位置） ７：受光器 ８：微小物体 ９：発光素子 １０：コンデンサレンズ １１：投影板 １２：開口絞り １３：第１の結像レンズ １４：第２の結像レンズ １５：反射光遮蔽スリット １６：受光素子 １７：光軸方向に長い物体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光器と受光器を所定間隔を置いて対向配置し、該発光
   器と受光器の間に、該発光器が発する光の光軸に直交す
   る方向の寸法が微小な物体を配置し、該物体による発光
   器からの光の遮断を受光器で検出して前記物体を認識す
   る光学式物体認識装置に於いて、 前記発光器に、光源からの光束をスリット状又はスポッ
   ト状の投影像に変換する投影板と、該投影板から得られ
   た投影像の光束を集光して物体検出位置又はその近傍の
   空間に前記投影像を結像させる第１の結像手段とを設け
   、 前記受光器に、前記物体検出位置又はその近傍の空間に
   結像された投影像を受光素子に再結像させる第２の結像
   手段を設けたことを特徴とする光学式物体認識装置。