JPH0794983B2 - Position shift detection mechanism - Google Patents
Position shift detection mechanismInfo
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- JPH0794983B2 JPH0794983B2 JP1166462A JP16646289A JPH0794983B2 JP H0794983 B2 JPH0794983 B2 JP H0794983B2 JP 1166462 A JP1166462 A JP 1166462A JP 16646289 A JP16646289 A JP 16646289A JP H0794983 B2 JPH0794983 B2 JP H0794983B2
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Description
【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、例えば各種基板における膜厚測定や回路パタ
ーンの線幅測定などに用いる顕微鏡においてサンプル面
に対するピント合わせ、あるいは光ディスク装置におい
てディスク面に対するヘッド(読み取り,書き込みのい
ずれか一方または両方)のピント合わせを自動的に行わ
せるために装備する合焦ずれ検出機構のように、基準と
する所定位置からのサンプル面の位置ずれ状態を検出す
る機構に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention is, for example, for focusing on a sample surface in a microscope used for film thickness measurement or circuit pattern line width measurement on various substrates, or for a disk surface in an optical disk device. Like a focus shift detection mechanism equipped to automatically adjust the focus of the head (either reading or writing, or both), it detects the position shift state of the sample surface from a predetermined reference position. Regarding the mechanism.
<従来の技術> 特開昭60−76035号公報に紹介されている合焦ずれ検出
機構を第1の従来例として第33図に示し、以下に簡単に
説明する。<Prior Art> The focusing deviation detecting mechanism introduced in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-76035 is shown in FIG. 33 as a first conventional example and briefly described below.
光源21から照射された光束はハーフミラー22で反射され
レンズ23,24を介して光ディスク25上にスポットを形成
する。スポットの反射光束はレンズ24,23およびハーフ
ミラー22を透過し、ハーフミラー22と二分割センサD1,D
2との間の位置で結像した後、二分割センサD1,D2に入射
する。The light beam emitted from the light source 21 is reflected by the half mirror 22 and forms a spot on the optical disc 25 via the lenses 23 and 24. The reflected light flux of the spot passes through the lenses 24 and 23 and the half mirror 22, and the half mirror 22 and the two-divided sensor D 1 , D
After forming an image at a position between 2 and 2, it is incident on the two-divided sensors D 1 and D 2 .
合焦時の反射光束の結像点P10を挟んで対称な位置でか
つ反射光軸から離れた位置にナイフエッジを置く前側遮
光板26と後側遮光板27とが設けられている。光ディスク
25が合焦位置にあるときは、実線で示すように反射光束
は両遮光板26,27による遮光を受けることなく、各分割
センサD1,D2に等しい量の光が入射し合焦状態が検出さ
れる。このときの結像点P10は両遮光板26,27の丁度中央
位置にある。A front light-shielding plate 26 and a rear light-shielding plate 27 are provided at positions symmetrical with respect to the image forming point P 10 of the reflected light flux at the time of focusing and at a position apart from the reflected light axis. optical disk
When 25 is in the in-focus position, the reflected light beam is not shielded by both the light-shielding plates 26 and 27 as shown by the solid line, and an equal amount of light is incident on each of the divided sensors D 1 and D 2 and is in the in-focus state. Is detected. The image forming point P 10 at this time is located exactly at the center position of both the light shielding plates 26, 27.
光ディスク25が合焦位置からレンズ24から離れる方向に
移動すると、破線で示すように結像点P11が前側遮光板2
6側に接近し、後側遮光板27によって光軸よりも上側の
光束の一部が遮光され、センサD1への入射光量が減少す
るため、光ディスク25がレンズ24から離れる方向へ非合
焦であると判定され、この検出信号に基づいてオートフ
ォーカス機構を駆動して合焦状態となるように制御す
る。When the optical disc 25 moves in the direction away from the lens 24 from the in-focus position, the image formation point P 11 becomes the front light-shielding plate 2 as shown by the broken line.
6 side, the rear side light shield plate 27 shields a part of the light flux above the optical axis, and the amount of light incident on the sensor D 1 decreases, so that the optical disc 25 is defocused in the direction away from the lens 24. Is determined, and the autofocus mechanism is driven based on this detection signal to control the in-focus state.
逆に、光ディスク25が合焦位置からレンズ24に接近する
と、2点鎖線で示すように結像点P12が後側遮光板27側
に接近し、前側遮光板26によって光軸よりも上側の光束
の一部が遮光され、センサD2への入射光量が減少するた
め、光ディスク25がレンズ24へ近づく方向へ非合焦であ
ると判定され、この検出信号に基づいてオートフォーカ
ス機構を駆動して合焦状態となるように制御する。Conversely, when the optical disc 25 approaches the lens 24 from the in-focus position, the image formation point P 12 approaches the rear light-shielding plate 27 side as indicated by the chain double-dashed line, and the front light-shielding plate 26 causes the image to be formed above the optical axis. Since a part of the light flux is shielded and the amount of light incident on the sensor D 2 is reduced, it is determined that the optical disc 25 is out of focus in the direction approaching the lens 24, and the autofocus mechanism is driven based on this detection signal. Control is performed so that the in-focus state is achieved.
次に、特開昭58−60433号公報に紹介されている合焦ず
れ検出機構を第2の従来例として第34図に示し、以下に
簡単に説明する。Next, a focusing deviation detecting mechanism introduced in Japanese Patent Laid-Open No. 58-60433 is shown in FIG. 34 as a second conventional example and briefly described below.
光源31から照射した光ビームはビームスプリッタ32を透
過しレンズ33を介して光ディスク34上にスポットを形成
する。スポットの反射光束はレンズ33を透過しビームス
プリッタ32で反射されて平面鏡35の端縁に向かう。平面
鏡35は反射光路の光軸に対して45゜傾斜しており、その
端縁は合焦時にビームスプリッタ32からの光束の収束位
置に配置されている。The light beam emitted from the light source 31 passes through the beam splitter 32 and forms a spot on the optical disc 34 via the lens 33. The reflected light flux of the spot passes through the lens 33, is reflected by the beam splitter 32, and goes toward the edge of the plane mirror 35. The plane mirror 35 is inclined by 45 ° with respect to the optical axis of the reflection optical path, and its edge is arranged at the position where the light beam from the beam splitter 32 converges when focusing.
上記第2の従来例は、その特開昭58−60433号公報の記
載によると、合焦時には、図示のように反射光束は第1
の二分割センサD5,D6に等量ずつ入射し、かつ、第2の
二分割センサD7,D8に等量ずつ入射すると説明されてい
る。また、光ディスク34が合焦位置からレンズ33より離
れる方向に移動すると、第1の一方のセンサD5と第2の
一方のセンサD8の入射光量が増加して離れる方向へ非合
焦である検出信号を出力し、逆に、光ディスク34がレン
ズ33に接近すると、第1の他方のセンサD6と第2の他方
のセンサD7の入射光量が増加して近すぎる方向へ非合焦
である検出信号を出力し、これらの検出信号に基づいて
オートフォーカス機構を駆動して合焦状態となるように
制御すると説明されている。According to the description of Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-60433, the second conventional example described above shows that the reflected light flux is the first as shown in FIG.
It is described that the two-divided sensors D 5 and D 6 are made to enter the same amount at a time, and the second two-divided sensors D 7 and D 8 are made to enter at a same amount. Further, when the optical disc 34 moves from the in-focus position in the direction away from the lens 33, the amount of incident light of the first one sensor D 5 and the second one sensor D 8 increases, and the optical disc 34 is out of focus in the direction away from the lens 33. When a detection signal is output, and conversely, when the optical disk 34 approaches the lens 33, the amount of incident light on the first other sensor D 6 and the second other sensor D 7 increases, and the light is not focused in a direction too close. It is described that a certain detection signal is output, and the autofocus mechanism is driven based on these detection signals to perform control so that the in-focus state is achieved.
<発明が解決しようとする課題> 第1の従来例(第33図)は、両センサD1,D2への入射光
量が一致したときに合焦状態と判定するものであるか
ら、もし、サンプル面が例えば、白黒ストライプパター
ンのように、コントラストの大きな面である場合には、
反射率の高い箇所と低い箇所とでは反射率が異なるため
に、サンプル面が合焦位置にあっても、両センサD1,D2
への入射光量が一致せず非合焦であると誤判定されてし
まうおそれがある。<Problems to be Solved by the Invention> Since the first conventional example (FIG. 33) is to determine the in-focus state when the amounts of light incident on both sensors D 1 and D 2 are the same, If the sample surface has a high contrast, such as a black and white stripe pattern,
Even if the sample surface is at the in-focus position, both sensors D 1 and D 2
There is a risk that the amounts of light incident on the light beams do not match and that the light beam is erroneously determined to be out of focus.
次に、第2の従来例(第34図)も、二分割センサD5とD6
との、または、D7とD8との入射光の比較によって合焦を
検出するから、第1の従来技術と同様に、サンプル面が
コントラストを有する面である場合に、合焦検出を誤る
おそれがある。Next, in the second conventional example (FIG. 34), the two-divided sensors D 5 and D 6 are also used.
Since the focus is detected by comparing the incident light of D 7 with that of D 7 or D 8 , the focus detection is erroneous when the sample surface is a surface having contrast, as in the first conventional technique. There is a risk.
また、第1と第2の従来例は、サンプル面が、例えばガ
ラスのように透明な基板の表面である場合には、基板の
裏面からの反射光(以下、裏面反射光と称する)に惑わ
されて、合焦検出を誤るおそれがある。つまり、サンプ
ル面が合焦位置にあって、サンプル面からの反射光が両
センサに等量ずつ入射していても、裏面反射光は合焦位
置にない面からの反射光であるため一方のセンサに偏っ
て入射する。そのため、サンプル面が合焦位置にあって
も、両センサへの入射光量は等しくならず、両センサ間
での入射光量のバランスからサンプル面の合焦状態を検
出するのは困難である。Further, in the first and second conventional examples, when the sample surface is the surface of a transparent substrate such as glass, the light reflected from the back surface of the substrate (hereinafter referred to as back surface reflected light) is confused. Therefore, the focus detection may be erroneous. In other words, even if the sample surface is at the in-focus position and the reflected light from the sample surface is incident on both sensors in equal amounts, the back-surface reflected light is the reflected light from the surface that is not in the in-focus position. Incidently incident on the sensor. Therefore, even if the sample surface is at the in-focus position, the amounts of incident light on both sensors are not equal, and it is difficult to detect the focused state of the sample surface from the balance of the amounts of incident light between both sensors.
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、サンプル面のコントラストの影響を受けない位置ず
れ検出機構を提供することを目的とする。また、サンプ
ル面が透明な基板の表面である場合でも、サンプル面の
基準位置からの前後位置ずれを検出できる位置ずれ検出
機構を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a position shift detection mechanism that is not affected by the contrast of the sample surface. It is another object of the present invention to provide a positional deviation detection mechanism capable of detecting the positional deviation of the sample surface from the reference position even when the sample surface is the surface of a transparent substrate.
<課題を解決するための手段> 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。<Means for Solving the Problems> The present invention has the following configuration in order to achieve such an object.
すなわち、基準とする基準位置からのサンプル面の位置
ずれ状態を検出する位置ずれ検出機構であって、サンプ
ル面を照射する光源と、光源とサンプル面の間に配置さ
れた対物レンズと、前記基準位置と共役な位置に、端縁
が一致するように、対物レンズと光源との間に配置さ
れ、前記光源からサンプル面への照射光束の一部を遮光
する遮光板と、前記光源から前記対物レンズの光軸を含
んで照射され、前記遮光板で遮光されずに前記対物レン
ズを経て前記サンプル面に照射された光束に対するサン
プル面からの反射光のうち、前記対物レンズを経て遮光
板のサンプル面側の面を照射する反射光の光量を検出す
る光量検出素子とからなり、光量検出素子からの検出信
号によって、サンプル面の前記基準位置からのずれ量を
検出することを特徴とする位置ずれ検出機構である。That is, a position deviation detecting mechanism for detecting a position deviation state of the sample surface from a reference position as a reference, a light source for irradiating the sample surface, an objective lens arranged between the light source and the sample surface, and the reference A light-shielding plate which is arranged between the objective lens and the light source so that the edge coincides with a position conjugate with the position, and which shields a part of the light beam emitted from the light source to the sample surface; Of the reflected light from the sample surface with respect to the light flux that is irradiated including the optical axis of the lens and is not shielded by the light shielding plate and is irradiated onto the sample surface through the objective lens, the sample of the light shielding plate through the objective lens It is composed of a light amount detecting element for detecting the light amount of the reflected light irradiating the surface on the side of the surface, and detects the deviation amount of the sample surface from the reference position by a detection signal from the light amount detecting element. A displacement detection mechanism.
<作用> 本発明の構成による作用は、次のとおりである。<Operation> The operation of the configuration of the present invention is as follows.
光源と対物レンズの間に遮光板は配置されている。遮光
板の端縁は、サンプル面の基準位置と共役な位置に配置
されている。光源から照射される光束は、対物レンズの
光軸を含んでおり、その一部が遮光板に遮光される。そ
して、遮光板に遮光されなかった光束は対物レンズを経
て、サンプル面に照射される。このサンプル面からの反
射光は対物レンズを経て、遮光板や光源の配置側に進
む。したがって、サンプル面が基準位置にある場合と、
基準位置にない場合とで、遮光板のサンプル面側の面を
照射するサンプル面からの反射光に、次のような違いが
生じる。なお、以下の説明において、光源からの光束を
サンプル面に導く投射光路の光軸(対物レンズの光軸)
に対して直交し、遮光板の端縁を通る仮想線において、
遮光板の端縁を分岐点として、遮光板の側を「遮光板存
在域」と称し、その反対側を「遮光板不在域」と称す
る。A light shielding plate is arranged between the light source and the objective lens. The edge of the light shielding plate is arranged at a position conjugate with the reference position of the sample surface. The light beam emitted from the light source includes the optical axis of the objective lens, and a part of the light beam is blocked by the light blocking plate. Then, the light flux not shielded by the light shield plate passes through the objective lens and is irradiated on the sample surface. The reflected light from the sample surface passes through the objective lens and proceeds to the side where the light shielding plate and the light source are arranged. Therefore, when the sample surface is at the reference position,
The following difference occurs in the reflected light from the sample surface that irradiates the sample surface side of the light shielding plate with that when it is not at the reference position. In the following description, the optical axis of the projection optical path that guides the light flux from the light source to the sample surface (optical axis of the objective lens)
In an imaginary line that is orthogonal to and passes through the edge of the light shield,
With the edge of the shading plate as a branch point, the side of the shading plate is referred to as a "shading plate existing region" and the opposite side is referred to as a "shading plate absent region".
光源からサンプル面へ導かれる光束は、前記仮想線にお
ける遮光板不在域を通過した光線である。そのような光
線のサンプル面での反射光は、サンプル面が基準位置に
ある場合、サンプル面と前記仮想線とが共役であるか
ら、再度前記仮想線の遮光板不在域を通過する。すなわ
ち、前記仮想線の遮光板存在域を通過する反射光となる
べき光源からの照射光束は、前記仮想線における遮光板
存在域を通過しサンプル面に照射される光線であるが、
この光線は遮光板で遮光されるので、係る光線に対する
サンプル面からの反射光は存在しない。したがって、基
準位置のサンプル面からの反射光は、遮光板のサンプル
面側の面を照射しない。The light flux guided from the light source to the sample surface is a light ray that has passed through the light-shielding plate absent region in the virtual line. When the sample surface is at the reference position, the reflected light of such a light ray passes through the light shielding plate absent region of the virtual line again because the sample surface and the virtual line are conjugate. That is, the irradiation light flux from the light source to be the reflected light passing through the light shielding plate existing area of the virtual line is a light beam that passes through the light shielding plate existing area in the virtual line and is irradiated to the sample surface,
Since this light beam is blocked by the light blocking plate, there is no reflected light from the sample surface for this light beam. Therefore, the reflected light from the sample surface at the reference position does not illuminate the surface of the light shielding plate on the sample surface side.
他方、サンプル面が基準位置にない場合、そのような場
合でも、光源からサンプル面へ導かれる光は、前記仮想
線における遮光板不在域を通過した光であるが、係る光
線のサンプル面での反射光は、サンプル面と前記仮想線
とが共役でないため、前記仮想線上にて遮光板不在域よ
り広い範囲を通過する。したがって、基準位置にないサ
ンプル面からの反射光は、その一部が遮光板存在域を通
過する。そのため、サンプル面が基準位置にない場合に
は、遮光板のサンプル面側の面を照射する光線が存在す
る。On the other hand, when the sample surface is not at the reference position, even in such a case, the light guided from the light source to the sample surface is the light that has passed through the light-shielding plate absent region in the imaginary line. Since the sample surface and the imaginary line are not conjugate, the reflected light passes through a range wider than the light-shielding plate absent region on the imaginary line. Therefore, a part of the reflected light from the sample surface not at the reference position passes through the light-shielding plate existing area. Therefore, when the sample surface is not at the reference position, there is a light ray that illuminates the surface of the light shielding plate on the sample surface side.
以上のように、サンプル面が基準位置にある場合、遮光
板のサンプル面側の面を照射する光線が最小となり、サ
ンプル面が基準位置に位置しない、すなわち、サンプル
面と遮光板の端縁との共役な関係が外れるに伴って、遮
光板のサンプル面側の面を照射する光線が増加する。As described above, when the sample surface is at the reference position, the light rays that irradiate the surface of the light shielding plate on the sample surface side are minimum, and the sample surface is not located at the reference position, that is, the sample surface and the edge of the light shielding plate. The number of light rays that irradiate the surface of the light shield plate on the sample surface side increases as the conjugate relationship of (3) is removed.
以上の原理に基づいて、遮光板のサンプル面側の面を照
射する光量を検出する光量検出素子の測光量から、基準
位置からのサンプル面の位置ずれ量に対応した信号を得
ることができ、サンプル面の位置ずれ状態を検出するこ
とができる。なお、光量検出素子は従来例のように二分
割センサの検出信号の大小比較ではなく光量検出素子自
体における光量変化そのものをとらえるものであるか
ら、サンプルにコントラストがあっても、位置ずれ状態
の検出を誤るおそれはない。Based on the above principle, from the photometric amount of the light amount detection element that detects the amount of light that illuminates the sample surface side of the light shielding plate, it is possible to obtain a signal corresponding to the amount of displacement of the sample surface from the reference position, It is possible to detect the position shift state of the sample surface. It should be noted that since the light amount detection element does not compare the magnitude of the detection signals of the two-divided sensor as in the conventional example but captures the light amount change itself in the light amount detection element itself, even if there is contrast in the sample, the detection of the misalignment state There is no risk of making a mistake.
<実施例> 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。<Example> Hereinafter, an example of the present invention is described in detail based on a drawing.
[第1の実施例] 第1図は第1の実施例の位置ずれ検出機構の概略構成図
である。[First Embodiment] FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a positional deviation detecting mechanism of a first embodiment.
第1図において、1は光源、2はサンプル面、5は集光
レンズ、6は対物レンズ、7は遮光板、8は光量検出素
子である。なお、第1図にて破線で囲う範囲は、光源1
から出てサンプル面2を照射する光束を示す。In FIG. 1, 1 is a light source, 2 is a sample surface, 5 is a condenser lens, 6 is an objective lens, 7 is a light shielding plate, and 8 is a light amount detection element. The range enclosed by the broken line in FIG.
2 shows the luminous flux that exits and illuminates the sample surface 2.
光源1は、レーザ、LED,タングステンランプ、放電管等
である。なお、第1図および以下の図においては光源1
の発光面1aが実際よりも大きく図示されている。The light source 1 is a laser, an LED, a tungsten lamp, a discharge tube, or the like. In addition, in FIG. 1 and the following drawings, the light source 1
The light-emitting surface 1a of is shown larger than it actually is.
サンプル面2は、位置ずれ状態の検出の対象となす面で
あり、半導体ウエハや光ディスク等の表面である。The sample surface 2 is a surface which is a target for detecting a positional deviation state, and is a surface of a semiconductor wafer, an optical disk, or the like.
集光レンズ5は、光源1と対物レンズ6の間に配置さ
れ、光源1から照射された光を集光するレンズである。The condenser lens 5 is a lens that is arranged between the light source 1 and the objective lens 6 and that condenses the light emitted from the light source 1.
対物レンズ6は、サンプル面2と光源1の間に配置さ
れ、光源1からの光は対物レンズ6を経てサンプル面2
を照射する。また、対物レンズ6は、像を取り込む手段
(図示せず、例えば各種撮像装置とか観察者の目に該当
する)へサンプル面2の像を結像する光学系を形成す
る。なお、サンプル面2の合焦位置とは、この対物レン
ズ6を介するサンプル面2の像が、サンプル面2の像を
取り込む手段に結像する位置関係となるサンプル面2の
位置のことである。したがって、第1の実施例において
は、かかる合焦位置が、発明の構成に言う「基準位置」
に該当する。対物レンズ6は、集光レンズ5とで、光源
1からの光をサンプル面2へ導く投射光路を形成してい
る。The objective lens 6 is disposed between the sample surface 2 and the light source 1, and the light from the light source 1 passes through the objective lens 6 and the sample surface 2
Irradiate. Further, the objective lens 6 forms an optical system for forming an image of the sample surface 2 on a means for capturing an image (not shown, for example, corresponding to various imaging devices or the eyes of an observer). The in-focus position of the sample surface 2 is the position of the sample surface 2 in which the image of the sample surface 2 through the objective lens 6 is in a positional relationship of being formed on the means for capturing the image of the sample surface 2. . Therefore, in the first embodiment, the in-focus position is the "reference position" referred to in the configuration of the invention.
Corresponds to. The objective lens 6 and the condenser lens 5 form a projection optical path that guides the light from the light source 1 to the sample surface 2.
遮光板7は、その端縁7aが合焦位置のサンプル面2と共
役なP0の位置に配置されている。The light-shielding plate 7 has its edge 7a arranged at a position P 0 which is conjugate with the sample surface 2 at the in-focus position.
光量検出素子8は、後述するように非合焦位置のサンプ
ル面2から反射光を検出する素子であり、フォトダイオ
ードやPSD等のように少なくとも光量さえ検出できる手
段であればよく、CCD等を使用しても支障はない。The light amount detection element 8 is an element that detects reflected light from the sample surface 2 at the out-of-focus position, as will be described later, and may be any means that can detect at least the light amount, such as a photodiode or PSD. There is no problem even if it is used.
次に、第1の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。Next, the operation of the focus shift detection mechanism according to the first embodiment will be described.
第2図〜第4図は、第1の実施例において、光源1から
照射されてサンプル面2で反射した後述する特定の光線
を示す図である。なお、第2図はサンプル面2が合焦位
置にあり、第3図はサンプル面2が、2点鎖線で示す合
焦位置を起点として遮光板7から遠ざかる方向へずれた
位置(以下、後ピン方向への非合焦位置と称する)にあ
り、第4図はサンプル面2が2点鎖線で示す合焦位置を
起点として遮光板7へ近づく方向へずれた位置(以下、
前ピン方向への非合焦位置と称する)にある。なお、第
3図と第4図におけるサンプル面2に平行な2点鎖線
は、合焦位置のサンプル面2を図示する仮想線である。FIG. 2 to FIG. 4 are diagrams showing a specific light ray, which will be described later, emitted from the light source 1 and reflected by the sample surface 2 in the first embodiment. In FIG. 2, the sample surface 2 is at the in-focus position, and in FIG. 3, the sample surface 2 is displaced from the light-shielding plate 7 in the direction away from the light-shielding plate 7 from the in-focus position indicated by the chain double-dashed line. It is located at the non-focus position in the pin direction), and in FIG. 4, the sample surface 2 is displaced from the focus position shown by the chain double-dashed line toward the light shielding plate 7 (hereinafter,
It is in a non-focus position in the front focus direction). The two-dot chain line parallel to the sample surface 2 in FIGS. 3 and 4 is an imaginary line showing the sample surface 2 at the in-focus position.
第2図示のように、サンプル面2が合焦位置にある場
合、すなわち、サンプル面2と遮光板7の端縁7aが共役
位置にある場合、遮光板7の端縁7aを通り光軸LAに直交
する線分α−α′上の任意の点β1を通過する光線は、
実線γ1で示すように、サンプル面2で反射された後、
再度点β1を通過することになる。したがって、サンプ
ル面2で反射された光線が遮光板7のサンプル面2側の
面を照射するためには、光源1から出射した光線が集光
レンズ5を通過後、線分α−7aと交差する必要がある。
しかし、第2図から明らかなように、遮光板7によって
光路が遮られているため当該光線は存在しない。すなわ
ち、サンプル面2が遮光板7の端縁7aと共役な位置にあ
る場合、光源1から出射した光線の中に、サンプル面2
で反射した後に遮光板7のサンプル面2側の面を照射す
る光線は存在しない。As shown in the second diagram, when the sample surface 2 is in the in-focus position, that is, when the sample surface 2 and the edge 7a of the light shielding plate 7 are in the conjugate position, the optical axis LA passes through the edge 7a of the light shielding plate 7. A ray passing through an arbitrary point β 1 on a line segment α-α ′ orthogonal to
After being reflected by the sample surface 2 as shown by the solid line γ 1 ,
It will pass the point β 1 again. Therefore, in order for the light rays reflected by the sample surface 2 to illuminate the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side, the light rays emitted from the light source 1 pass through the condenser lens 5 and then intersect with the line segment α-7a. There is a need to.
However, as is clear from FIG. 2, the light path does not exist because the light path is blocked by the light shielding plate 7. That is, when the sample surface 2 is at a position conjugate with the edge 7a of the light shielding plate 7, the sample surface 2 is included in the light beam emitted from the light source 1.
There is no light beam that irradiates the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side after being reflected by.
次に、サンプル面2が遮光板7の端縁7aと共役な位置に
無い場合、例えば、第3図か第4図に示すように、光源
1から出射した実線γ2かγ3で示す光線が、遮光板7
の端縁7a近傍を通過した後、サンプル面2で反射し、そ
して、遮光板7のサンプル面2側の面を照射することに
なる。すなわち、サンプル面2が遮光板7の端縁7aと共
役な位置に無い場合、光源1から出射した光線の中に、
サンプル面2で反射した後に遮光板7のサンプル面2側
の面を照射する光線が存在することになる。Next, when the sample surface 2 is not in a position conjugate with the edge 7a of the light shielding plate 7, for example, as shown in FIG. 3 or 4, the light rays shown by the solid lines γ 2 or γ 3 emitted from the light source 1 But the light shield 7
After passing through the vicinity of the edge 7a, the light is reflected by the sample surface 2 and the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side is irradiated. That is, when the sample surface 2 is not in a position conjugate with the edge 7a of the light shielding plate 7, in the light beam emitted from the light source 1,
There is a light ray that irradiates the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side after being reflected by the sample surface 2.
以上のように、サンプル面2が遮光板7の端縁7aと共役
な位置にある場合、遮光板7のサンプル面2側の面を照
射する光線が最小となり、遮光板7の端縁7aとサンプル
面2の位置が共役な関係から外れるにともなって、遮光
板7のサンプル面2側の面を照射する光線が増加する。As described above, when the sample surface 2 is at a position conjugate with the edge 7a of the light shielding plate 7, the light rays that irradiate the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side are minimized, and the edge 7a of the light shielding plate 7 is As the position of the sample surface 2 deviates from the conjugate relationship, the number of light rays that illuminate the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side increases.
以上の原理に基づいて、遮光板7のサンプル面2側の面
を照射する光量を光量検出素子8で検出することによ
り、光量検出素子8から、サンプル面2の合焦位置から
のずれ量に対応した信号を得ることができる。Based on the above principle, the amount of light that illuminates the surface of the light shield plate 7 on the side of the sample surface 2 is detected by the light amount detection element 8, so that the amount of deviation from the focus position of the sample surface 2 is determined from the light amount detection element 8. A corresponding signal can be obtained.
[第2の実施例] 第2の実施例は、第1の実施例をさらに特定した実施例
である。なお、第2の実施例、および、第2以降の各実
施例において、前記第1の実施例における構成要素と同
一のものに対しては、説明を省略し、同一の符号を示
す。[Second Embodiment] The second embodiment is an embodiment in which the first embodiment is further specified. In the second embodiment and each of the second and subsequent embodiments, the same components as those in the first embodiment will not be described and the same reference numerals will be given.
第5図に、第2の実施例の概略構成図を示す。第5図に
おいて、破線で囲う範囲は、光源1から出射してサンプ
ル面2を照射する光束を示す。FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the second embodiment. In FIG. 5, a range surrounded by a broken line shows a light flux emitted from the light source 1 and irradiating the sample surface 2.
ハーフミラー3は、対物レンズ6とで観察用の光学系を
構成する。かかる観察用の光学系を介して、サンプル面
2の像が、サンプル面2の像を取り込む手段に該当する
観察面4に結像する。なお、ハーフミラー3および観察
面4は、本発明の位置ずれ検出機構を構成するものでは
なく、第5図示の構成に限定されない。The half mirror 3 constitutes an optical system for observation together with the objective lens 6. The image of the sample surface 2 is imaged on the observation surface 4 corresponding to a means for capturing the image of the sample surface 2 through the optical system for observation. The half mirror 3 and the observation surface 4 do not constitute the positional deviation detection mechanism of the present invention and are not limited to the configuration shown in the fifth illustration.
集光レンズ5は、サンプル面2と共役な点P0の位置に、
光源1の発光面1aの像を形成するように配置されてい
る。つまり、合焦位置のサンプル面2と発光面1aの像と
が共役となるように、集光レンズ5と光源1は配置され
ている。The condenser lens 5 is located at a point P 0 which is conjugate with the sample surface 2,
It is arranged so as to form an image of the light emitting surface 1a of the light source 1. That is, the condenser lens 5 and the light source 1 are arranged such that the sample surface 2 at the focus position and the image of the light emitting surface 1a are conjugated.
次に、第2の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。Next, the operation of the focus shift detection mechanism according to the second embodiment will be described.
第6図は、第2の実施例において、光源1から照射され
た光線の光路図である。なお、第6図〜第10図におい
て、破線L11とL12は、光源1の発光面1aの上端位置から
発した光線を示し、2点鎖線L13とL14は、光源1の発光
面1aの下端位置から発した光線を示し、実線L15とL
16は、遮光板7の端縁7aの直近をかすめて通過する光線
を示す。また、以下の説明にて「上」ないし「下」と表
現するのは各図の紙面における上下を意味する。FIG. 6 is an optical path diagram of a light beam emitted from the light source 1 in the second embodiment. 6 to 10, broken lines L 11 and L 12 indicate light rays emitted from the upper end position of the light emitting surface 1a of the light source 1, and two-dot chain lines L 13 and L 14 indicate light emitting surface of the light source 1. Shows rays emanating from the lower end of 1a, indicated by the solid lines L 15 and L
Reference numeral 16 denotes a light beam that passes through the edge 7a of the light-shielding plate 7 in the immediate vicinity thereof. Further, in the following description, the expression “upper” or “lower” means the upper and lower sides of the paper of each drawing.
また、第7図は、第6図における遮光板7の端縁7aを拡
大して示す光路図である。第7図において、光軸LAを示
す一点鎖線に対して垂直な破線L17は、集光レンズ5に
よって形成される光源1の発光面1aの像I1を示す。ま
た、この垂直な破線L17の上に続く実線L18は、遮光板7
に遮光されて形成されない像I1の残りを示し、垂直な破
線L17と垂直な実線L18の総和で、仮に遮光板7を排除し
た場合に形成される像I1の全体を示す。Further, FIG. 7 is an enlarged optical path diagram showing the edge 7a of the light shielding plate 7 in FIG. In FIG. 7, a broken line L 17 perpendicular to the alternate long and short dash line showing the optical axis LA shows the image I 1 of the light emitting surface 1 a of the light source 1 formed by the condenser lens 5. The solid line L 18 following the vertical broken line L 17 is the light shield plate 7.
The rest of the image I 1 that is not formed due to light shielding is shown, and the total of the vertical broken line L 17 and the vertical solid line L 18 indicates the entire image I 1 that would be formed if the light shielding plate 7 were excluded.
第8図〜第10図は、第6図におけるサンプル面2を拡大
して、サンプル面2を照射する前記破線L11とL12と実線
L15とL16の光路を示す図である。ただし、第8図はサン
プル面2が合焦位置にあり、第9図はサンプル面2が後
ピン方向への非合焦位置にあり、第10図はサンプル面2
が前ピン方向への非合焦位置にある。8 to 10 are enlarged views of the sample surface 2 in FIG. 6 to irradiate the sample surface 2 with the broken lines L 11 and L 12 and the solid line.
Is a diagram showing an optical path of L 15 and L 16. However, in FIG. 8, the sample surface 2 is in the in-focus position, in FIG. 9, the sample surface 2 is in the out-of-focus position in the rear pin direction, and in FIG.
Is in the out-of-focus position in the front focus direction.
サンプル面2が合焦位置にある場合、光源1の発光面1a
の像I1を形成する光のうち、第7図示の実線L15とL16の
ように、遮光板7の端縁7aの近傍を通過する光線は、合
焦位置のサンプル面2と遮光板7の端縁7aが共役である
ため、第8図に示すように、サンプル面2において遮光
板7の端縁7aに共役な位置であるP1の直近の位置に結像
する。また、例えば、第7図示の破線L11とL12のよう
に、遮光板7の端縁7aの直近より更に下を通過した光線
は、前記P1の直近より更に上の位置に結像する。一方、
遮光板7の端縁7aに共役な位置P1より下の部分は、遮光
板7の端縁7aの上方と共役であるから、光源1からの光
が遮光板7に遮られて暗い。When the sample surface 2 is in the focus position, the light emitting surface 1a of the light source 1
Of the light forming the image I 1 of FIG. 7, the light rays passing near the edge 7a of the light shielding plate 7 as shown by the solid lines L 15 and L 16 in the seventh illustration are the sample surface 2 at the in-focus position and the light shielding plate. Since the edge 7a of 7 is conjugated, as shown in FIG. 8, an image is formed on the sample surface 2 at a position immediately adjacent to P 1 which is a position conjugate with the edge 7a of the light shielding plate 7. Further, for example, as indicated by broken lines L 11 and L 12 in the seventh illustration, a light ray that has passed below the immediate vicinity of the edge 7a of the light shielding plate 7 is imaged at a position above the immediate vicinity of the P 1. . on the other hand,
Since the portion below the position P 1 that is conjugate with the edge 7a of the light shield 7 is conjugate with the upper edge 7a of the light shield 7, the light from the light source 1 is blocked by the light shield 7 and is dark.
このように、合焦位置のサンプル面2は、遮光板7の端
縁7aと共役な位置P1を境界として、それより上の部分は
明るく、それより下の部分は、遮光板7の影となって暗
い。したがって、合焦位置のサンプル面2からの反射光
は、遮光板7の端縁7aに共役な位置P1より上の位置で反
射した光であり、かかる、遮光板7の端縁7aに共役な位
置P1より上の領域内の任意の位置を点A1とする。In this way, the sample surface 2 at the in-focus position is bright at the upper part and the shadow of the light-shielding plate 7 below the boundary with the position P 1 conjugate with the edge 7a of the light-shielding plate 7 as the boundary. And it's dark. Therefore, the reflected light from the sample surface 2 at the in-focus position is the light reflected at a position above the position P 1 which is conjugate to the edge 7a of the light shield plate 7, and is conjugated to the edge 7a of the light shield plate 7 as described above. An arbitrary position in the area above the unique position P 1 is defined as a point A 1 .
第11図は、遮光板7の端縁7aの位置において、第8図に
示す合焦位置のサンプル面2の前記A1での反射光を実線
La1とLa2で示す光路図である。第11図において、実線La
1とLa2は、遮光板7の端縁7aの下にA2で示すように前記
A1に共役な位置を通過する。11 shows a solid line of the reflected light at A 1 on the sample surface 2 at the in-focus position shown in FIG. 8 at the position of the edge 7a of the light shielding plate 7.
It is an optical path diagram showing in La 1 and La 2. In Fig. 11, the solid line La
1 and La 2 are, as shown by A 2 below the edge 7a of the light shield plate 7,
It passes through the position conjugate to A 1 .
このように、合焦位置のサンプル面2からの反射光は、
サンプル面2において遮光板7の端縁7aに共役な位置P1
より上の範囲で反射した光であり、遮光板7の端縁7aの
下を通過し、遮光板7をかすめて進むので、遮光板7の
サンプル面2側の面を照射しない。In this way, the reflected light from the sample surface 2 at the focus position is
Position P 1 conjugate with edge 7a of light shield 7 on sample surface 2
The light is reflected in the upper range, passes under the end edge 7a of the light shield plate 7, and travels while hiding the light shield plate 7. Therefore, the surface of the light shield plate 7 on the sample surface 2 side is not irradiated.
他方、サンプル面2が後ピン方向への非合焦位置にある
場合、サンプル面2と遮光板7の端縁7aとが共役でない
から、第7図示の実線L15とL16のように、遮光板7の端
縁7aの直近を通過する光線は、第9図示のように、前記
点P1の直近の位置に一旦結像してから、ぼやけて広が
り、薄明るくサンプル面2を照射する。このように後ピ
ン方向への非合焦位置のサンプル面2には、明るい部分
と暗い部分のあいだに、薄明るい部分ができる。ここ
で、薄明るい部分の内、暗い方へ広がった薄明るい領域
内の任意の位置を点B1とする。この点B1は、遮光板7の
端縁7aと共役な位置である点P1を起点に光軸LAと平行に
延ばした仮想線(第9図では光軸LAに一致)が、後ピン
方向への非合焦位置のサンプル面2に当たる位置である
S1より下に位置する。(なお、遮光板7の端縁7aを光軸
LAから離しておいた場合には、前記仮想線は光軸LAから
平行に離れる) 第12図は、遮光板7の端縁7aの位置において、前記点B1
での反射光を実線Lb1とLb2で示す光路図である。第12図
にて点B2は、前記点B1と共役な位置であり、実線Lb1とL
b2で示す前記点B1での反射光は点B2を通過する。なお、
点B2の位置は、光軸方向に関しては、遮光板7の端縁7a
よりサンプル面2寄りであって、光軸LAに垂直な方向に
関しては、遮光板7の端縁7aより上である。したがっ
て、後ピン方向への非合焦位置のサンプル面2からの反
射光は、その幾らかが、遮光板7のサンプル面2側の面
を必ず照射する。On the other hand, when the sample surface 2 is at the non-focused position in the rear pin direction, the sample surface 2 and the edge 7a of the light shielding plate 7 are not conjugate, and therefore, as indicated by solid lines L 15 and L 16 in FIG. The light ray passing near the edge 7a of the light shielding plate 7 is once imaged at a position near the point P 1 as shown in FIG. . As described above, the sample surface 2 at the non-focused position in the rear focus direction has a thin bright portion between the bright portion and the dark portion. Here, an arbitrary position in the light and bright area that spreads to the dark side in the light and bright portion is defined as a point B 1 . At this point B 1 , an imaginary line (which coincides with the optical axis LA in FIG. 9) extending parallel to the optical axis LA from the point P 1 which is a position conjugate with the edge 7a of the light shielding plate 7 as a starting point This is a position that hits the sample surface 2 at a non-focused position in the direction.
Located below S 1 . (Note that the edge 7a of the light-shielding plate 7 is the optical axis.
When separated from LA, the imaginary line separates from the optical axis LA in parallel.) FIG. 12 shows the point B 1 at the position of the edge 7a of the light shielding plate 7.
FIG. 3 is an optical path diagram showing reflected light at solid lines Lb 1 and Lb 2 . In FIG. 12, a point B 2 is a position conjugate with the point B 1, and solid lines Lb 1 and L
The reflected light at the point B 1 indicated by b 2 passes through the point B 2 . In addition,
The position of the point B 2 is the edge 7a of the light shielding plate 7 in the optical axis direction.
It is closer to the sample surface 2 and above the end edge 7a of the light shielding plate 7 in the direction perpendicular to the optical axis LA. Therefore, some of the reflected light from the sample surface 2 at the non-focused position in the rear focus direction always illuminates the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side.
次に、サンプル面2が前ピン方向への非合焦位置にある
場合も、サンプル面2と遮光板7の端縁7aとが共役でな
くなる。このため、第7図示の実線L15とL16のように、
遮光板7の端縁7aの直近をかすめて通過する光線は、第
10図示のように、前記点P1の直近の位置に結像する手前
の、まだ、ぼやけて広がっているうちにサンプル面2へ
届き、薄明るい状態でサンプル面2を照射する。このよ
うに前ピン方向への非合焦位置のサンプル面2にも、明
るい部分と暗い部分のあいだに、薄明るい部分ができ
る。ここで、薄明るい部分の内、暗い方へ広がった薄明
るい領域内の任意の位置を点B3とする。この点B3は、2
点鎖線L19で示す前記仮想線が、前ピン方向への非合焦
位置のサンプル面2に当たる位置であるS2より下に位置
する。Next, even when the sample surface 2 is at the non-focused position in the front focus direction, the sample surface 2 and the edge 7a of the light shielding plate 7 are not conjugated. Therefore, as shown by the solid lines L 15 and L 16 in the seventh illustration,
The light beam that passes through the vicinity of the edge 7a of the light shielding plate 7 by passing
As shown in the figure, the image reaches the sample surface 2 before the image is formed near the point P 1 while the image is still being blurred, and the sample surface 2 is illuminated in a dimly lit state. In this way, a thin bright portion is formed between the bright portion and the dark portion on the sample surface 2 at the non-focused position in the front focus direction. Here, an arbitrary position in the light and bright area that spreads to the dark side in the light and bright portion is defined as a point B 3 . This point B 3 is 2
The imaginary line indicated by the dotted chain line L 19 is located below S 2, which is the position that hits the sample surface 2 at the non-focused position in the front focus direction.
第13図は、遮光板7の端縁7aの位置において、前記点B3
での反射光を実線Lb3とLb4で示す光路図である。第13図
にて点B4は、前記点B3に共役な位置であり、その位置
は、光軸方向に関しては、遮光板7の端縁7aより光源1
寄りであって、光軸LAに垂直な方向に関しては、遮光板
7の端縁7aより上である。したがって、実線Lb3とLb4で
示す点B3での反射光は、点B4の手前にある遮光板7のサ
ンプル面2側の面を照射する。したがって、前ピン方向
への光合焦位置のサンプル面2からの反射光も、その幾
らかが、遮光板7のサンプル面2側の面を必ず照射す
る。FIG. 13 shows the point B 3 at the position of the edge 7a of the shading plate 7.
FIG. 7 is an optical path diagram showing reflected light at the solid lines Lb 3 and Lb 4 . In FIG. 13, a point B 4 is a position conjugate with the point B 3 , and the position is the light source 1 from the edge 7a of the light shielding plate 7 in the optical axis direction.
In the direction close to and perpendicular to the optical axis LA, it is above the edge 7a of the light shield plate 7. Therefore, the reflected light at the point B 3 indicated by the solid lines Lb 3 and Lb 4 illuminates the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side, which is in front of the point B 4 . Therefore, some of the reflected light from the sample surface 2 at the light focusing position in the front focus direction always irradiates the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side.
以上のように、遮光板7のサンプル面2側の面を照射す
るサンプル面2からの反射光の光量は、サンプル面2が
合焦位置にある場合には、非合焦位置にある場合より少
ない。As described above, when the sample surface 2 is in the in-focus position, the amount of light reflected from the sample surface 2 that illuminates the surface of the light-shielding plate 7 on the sample surface 2 side is larger than that in the non-in-focus position. Few.
[第3の実施例] 第3の実施例は、集光レンズ5を配置した位置が前記第
2実施例と異なる。第2の実施例では、合焦位置のサン
プル面2に共役な点P0の位置に、集光レンズ5による光
源1の発光面1aの像I1が形成されるように、集光レンズ
5を配置しているのに対し、第3の実施例は、前記点P0
よりサンプル面2寄りの位置に、集光レンズ5による光
源1の発光面1aの像I2が形成されるように、集光レンズ
5を配置している。Third Example The third example is different from the second example in the position where the condenser lens 5 is arranged. In the second embodiment, the condenser lens 5 is formed so that the image I 1 of the light emitting surface 1a of the light source 1 formed by the condenser lens 5 is formed at the position of the point P 0 conjugate with the sample surface 2 at the focus position. In contrast to the above-mentioned point P 0,
The condenser lens 5 is arranged at a position closer to the sample surface 2 so that the image I 2 of the light emitting surface 1a of the light source 1 formed by the condenser lens 5 is formed.
次に、第3の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。第14図は、第3の実施例において、光源
1から照射された光線の光路図である。なお、第14図〜
第18図において、破線L21,L22と実線L25は、光源1の発
光面1aの上端位置から発した光線を示し、2点鎖線L23,
L24と実線L26は、光源1の発光面1aの下端位置から発し
た光線を示し、それらの内、実線L25とL26は、遮光板7
の端縁7aの近傍を通過する光線を示す。Next, the operation of the focus shift detection mechanism according to the third embodiment will be described. FIG. 14 is an optical path diagram of a light beam emitted from the light source 1 in the third embodiment. In addition, from FIG.
In FIG. 18, broken lines L 21 and L 22 and a solid line L 25 represent light rays emitted from the upper end position of the light emitting surface 1a of the light source 1, and are indicated by a two-dot chain line L 23 ,
L 24 and the solid line L 26 show the light rays emitted from the lower end position of the light emitting surface 1a of the light source 1, and among them, the solid lines L 25 and L 26 are the light shielding plate 7
Shows a ray passing near the edge 7a.
第15図は、第14図における遮光板7の端縁7aを拡大して
示す光路図である。なお、第15図において、光軸LAを示
す一点鎖線に対して垂直な波線L27は、集光レンズ5に
よって形成される光源1の発光面1aの像I2を示す。な
お、この像I2は、第2の実施例のように遮光板7の端縁
7aの位置に形成されているのでは無いから、像I2が欠け
ていない。FIG. 15 is an enlarged optical path diagram showing the edge 7a of the light shielding plate 7 in FIG. In FIG. 15, a wavy line L 27 perpendicular to the one-dot chain line showing the optical axis LA shows the image I 2 of the light emitting surface 1 a of the light source 1 formed by the condenser lens 5. It should be noted that this image I 2 is an edge of the light shielding plate 7 as in the second embodiment.
Since it is not formed at the position of 7a, the image I 2 is not missing.
第16図〜第18図は、第14図におけるサンプル面2を拡大
して、サンプル面2を照射する前記破線L22と2点鎖線L
24と実線L25とL26の光路を示す図である。ただし、第16
図はサンプル面2が合焦位置にあり、第17図はサンプル
面2が後ピン方向への非合焦位置にあり、第18図はサン
プル面2が前ピン方向への非合焦位置にある。16 to 18 are enlarged views of the sample surface 2 in FIG. 14 to irradiate the sample surface 2 with the broken line L 22 and the chain double-dashed line L.
Is a diagram showing an optical path of 24 and a solid line L 25 and L 26. However, the 16th
In the figure, the sample surface 2 is in the in-focus position, in FIG. 17, the sample surface 2 is in the out-of-focus position in the rear pin direction, and in FIG. 18, the sample surface 2 is in the out-of-focus position in the front pin direction. is there.
第15図に示すように、破線L21,L22と実線L25のように、
光源1の発光面1aの上端から発した光線は、破線L21の
ように一部は遮光板7に遮られるが、破線L22と実線L25
のように、その他はサンプル面2へ届く。また、2点鎖
線L23,L24と実線L26のように、光源1の発光面1aの下端
から発した光線は、2点鎖線L23のように一部は遮光板
7に遮られるが、2点鎖線L24や実線L26のように、その
他はサンプル面2へ届く。これらサンプル面2へ届く光
のうち、実線L25,L26のように、遮光板7の端縁7aの近
傍を通過した光は、第16図示のように、合焦位置のサン
プル面2において、遮光板7の端縁7aと共役な位置であ
る点P1の近傍に結像する。なお、破線L22や2点鎖線L24
のように、遮光板7の端縁7aより下を通過する光は、合
焦位置のサンプル面2において、点P1より上に届く。As shown in FIG. 15, as indicated by the broken lines L 21 and L 22 and the solid line L 25 ,
A part of the light beam emitted from the upper end of the light emitting surface 1a of the light source 1 is blocked by the light shielding plate 7 as shown by a broken line L 21 , but a broken line L 22 and a solid line L 25
Others reach the sample surface 2 like. Also, like the two-dot chain lines L 23 , L 24 and the solid line L 26 , the light rays emitted from the lower end of the light emitting surface 1a of the light source 1 are partially blocked by the light shielding plate 7 as the two-dot chain line L 23. Others reach the sample surface 2, such as the two-dot chain line L 24 and the solid line L 26 . Of the light that reaches the sample surface 2, the light that has passed near the edge 7a of the light shielding plate 7 as indicated by the solid lines L 25 and L 26 is at the in-focus sample surface 2 as shown in FIG. An image is formed in the vicinity of the point P 1 which is a position conjugate with the edge 7a of the light shielding plate 7. The broken line L 22 and the chain double-dashed line L 24
As described above, the light passing below the edge 7a of the light shielding plate 7 reaches above the point P 1 on the sample surface 2 at the in-focus position.
このように、第3の実施例においても、合焦位置のサン
プル面2は、第2の実施例と同様に、遮光板7の端縁7a
と共役な位置P1を境界として、それより上の部分は明る
く、それより下の部分は、遮光板7の影となって暗い。
したがって、合焦位置のサンプル面2からの反射光は、
遮光板7の端縁7aに共役な位置P1より上で反射した光で
あり、第11図にて実線La1とLa2で示す光線がA2を通過す
るのと同様に、遮光板7の端縁7aの下を通過し、遮光板
7をかすめて進むので、サンプル面2側の面を照射しな
い。As described above, also in the third embodiment, the sample surface 2 at the in-focus position has the edge 7a of the light shielding plate 7 as in the second embodiment.
With the position P 1 conjugate with the boundary as the boundary, the upper part is bright, and the lower part is shaded by the light shielding plate 7 and dark.
Therefore, the reflected light from the sample surface 2 at the focus position is
Light that is reflected above the position P 1 that is conjugate to the edge 7a of the shading plate 7, and is the same as the light rays shown by solid lines La 1 and La 2 in FIG. 11 passing through A 2. Since it passes under the end edge 7a of the substrate and advances by shading the light shielding plate 7, the surface on the sample surface 2 side is not irradiated.
他方、第17図示のようにサンプル面2が後ピン方向への
非合焦位置にある場合、第15図示の実線L25やL26のよう
に、遮光板7の端縁7aの近傍を通過する光線は、前記点
P1の近傍の位置に一旦結像してから、ぼやけて広がり、
薄明るくサンプル面2を照射する。このように後ピン方
向への非合焦位置のサンプル面2には、明るい部分と暗
い部分のあいだに、薄明るい部分ができる。ここで、第
17図示の薄明るい部分の内、暗い方へ広がった薄明るい
領域内の任意の位置を点B5とすると、点B5での反射光
は、第9図示の前記点B1での反射光と同様に、遮光板7
のサンプル面2側の面を照射する。したがって、後ピン
方向への非合焦位置のサンプル面2からの反射光は、そ
の幾らかが必ず、遮光板7のサンプル面2側の面を照射
する。On the other hand, if the sample surface 2 as 17 shown is in-focus position of the rear focus direction, as in the fifteenth solid line shown L 25 and L 26, passes near the edge 7a of the light shielding plate 7 Do the light rays
Once it forms an image at a position near P 1 , it blurs and spreads,
Illuminate the sample surface 2 lightly and brightly. As described above, the sample surface 2 at the non-focused position in the rear focus direction has a thin bright portion between the bright portion and the dark portion. Where the
17 If the point B 5 is an arbitrary position in the thin bright area that spreads to the dark side in the thin bright portion shown in the figure, the reflected light at the point B 5 is the reflected light at the point B 1 shown in FIG. Similarly to 7
The surface on the sample surface 2 side of is irradiated. Therefore, some of the reflected light from the sample surface 2 at the non-focused position in the rear focus direction always illuminates the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side.
また、第18図示のようにサンプル面2が前ピン方向への
非合焦位置にある場合、第15図示の実線L25やL26のよう
に、遮光板7の端縁7aの近傍を通過する光線は、前記点
P1の近傍の位置に結像する手前の、まだ、ぼやけて広が
っているうちにサンプル面2へ届き、サンプル面2を薄
明るく照射する。このように前ピン方向への非合焦位置
のサンプル面2にも、明るい部分と暗い部分のあいだ
に、薄明るい部分ができる。ここで、第18図示の薄明る
い部分の内、暗い方へ広がった薄明るい領域内の任意の
位置を点B6とすると、点B6での反射光は、第10図示の前
記点B3での反射光と同様に、遮光板7のサンプル面2側
の面を照射する。したがって、前ピン方向への非合焦位
置のサンプル面2からの反射光も、その幾らかが必ず、
遮光板7のサンプル面2側の面を照射する。Further, if the sample surface 2, as 18 shown is in the non-focus position of the front focus direction, as in the fifteenth solid line shown L 25 and L 26, passes near the edge 7a of the light shielding plate 7 Do the light rays
Before the image is formed in the vicinity of P 1 , it reaches the sample surface 2 while it is still blurry and illuminates the sample surface 2 in a dim light. In this way, a thin bright portion is formed between the bright portion and the dark portion on the sample surface 2 at the non-focused position in the front focus direction. Here, if the point B 6 is an arbitrary position within the thin bright area that spreads to the dark side in the thin bright portion shown in FIG. 18, the reflected light at the point B 6 is the point B 3 shown in FIG. The surface of the light shield plate 7 on the side of the sample surface 2 is illuminated in the same manner as the reflected light. Therefore, some of the reflected light from the sample surface 2 at the non-focused position in the front focus direction is always
The surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side is irradiated.
以上のように、遮光板7のサンプル面2側の面を照射す
るサンプル面2からの反射光の光量は、サンプル面2が
合焦位置にある場合には、非合焦位置にある場合より少
ない。As described above, when the sample surface 2 is in the in-focus position, the amount of light reflected from the sample surface 2 that illuminates the surface of the light-shielding plate 7 on the sample surface 2 side is larger than that in the non-in-focus position. Few.
[第4の実施例] 第4の実施例では、集光レンズ5を配置した位置が前記
第2,第3の実施例と異なる。第3の実施例では、合焦位
置のサンプル面2に共役な点P0の位置よりサンプル面2
寄りに、集光レンズ5による光源1の発光面1aの像I3が
形成されるように、集光レンズ5を配置しているのに対
し、第4の実施例は、前記点P0より光源1寄りの位置
に、集光レンズ5による光源1の発光面1aの像I3が形成
されるように、集光レンズ5を配置している。[Fourth Embodiment] In the fourth embodiment, the position where the condenser lens 5 is arranged is different from the second and third embodiments. In the third embodiment, the sample plane 2 is moved from the position of the point P 0 conjugate to the sample plane 2 at the focus position.
The condensing lens 5 is arranged so that the image I 3 of the light emitting surface 1a of the light source 1 is formed by the condensing lens 5 , whereas in the fourth embodiment, the point P 0 is different from the point P 0 . The condenser lens 5 is arranged at a position near the light source 1 so that the image I 3 of the light emitting surface 1a of the light source 1 formed by the condenser lens 5 is formed.
次に、第4の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。第19図は、第4の実施例において、光源
1から照射された光線の光路図である。なお、第19図お
よび第20図において、破線L31,L32と実線L35は、光源1
の発光面1aの上端位置から発した光線を示し、2点鎖線
L33,L34と実線L36は、光源1の発光面1aの下端位置から
発した光線を示し、それらの内、実線L35とL36は、遮光
板7の端縁7aの近傍を通過する光線を示す。Next, the operation of the focus shift detection mechanism according to the fourth embodiment will be described. FIG. 19 is an optical path diagram of a light beam emitted from the light source 1 in the fourth embodiment. 19 and 20, the broken lines L 31 , L 32 and the solid line L 35 indicate the light source 1
2 shows the light beam emitted from the upper end of the light emitting surface 1a of
L 33 and L 34 and the solid line L 36 indicate light rays emitted from the lower end position of the light emitting surface 1a of the light source 1, and among them, the solid lines L 35 and L 36 pass near the end edge 7a of the light shielding plate 7. The rays of light to be shown.
第20図は、第19図における遮光板7の端縁7aを拡大して
示す光路図である。なお、第20図において、光軸LAを示
す一点鎖線に対して垂直な破線L37は、集光レンズ5に
よって形成される光源1の発光面1aの像I3を示す。な
お、この像I3は、第2の実施例のように遮光板7の端縁
7aの位置に形成されているのでは無いから、像I3が欠け
ていない。FIG. 20 is an optical path diagram showing an enlarged end edge 7a of the light shielding plate 7 in FIG. Note that, in FIG. 20, a broken line L 37 perpendicular to the alternate long and short dash line showing the optical axis LA shows the image I 3 of the light emitting surface 1 a of the light source 1 formed by the condenser lens 5. It should be noted that this image I 3 is the edge of the light shielding plate 7 as in the second embodiment.
The image I 3 is not missing because it is not formed at the position of 7a.
破線L31,L32と実線L35のように、光源1の発光面1aの上
端から発した光は、像I3の下端を通過し、破線L32のよ
うに一部は遮光板7に遮られ、破線L31や実線L35のよう
に、その他はサンプル面2へ届く。また、2点鎖線L33,
L34と実線L36のように、光源1の発光面1aの下端から発
した光は、像I3の上端を通過し、2点鎖線L34のように
一部は遮光板7に遮られるが、2点鎖線L33や実線L36の
ように、その他はサンプル面2へ届く。As indicated by the broken lines L 31 and L 32 and the solid line L 35 , the light emitted from the upper end of the light emitting surface 1a of the light source 1 passes through the lower end of the image I 3 , and part of the light is directed to the light shielding plate 7 as indicated by the broken line L 32. Others reach the sample surface 2 as shown by the broken line L 31 and the solid line L 35 . Also, the two-dot chain line L 33 ,
The light emitted from the lower end of the light emitting surface 1a of the light source 1 as shown by L 34 and the solid line L 36 passes through the upper end of the image I 3 and is partially blocked by the light shielding plate 7 as shown by the chain double-dashed line L 34. However, like the two-dot chain line L 33 and the solid line L 36 , others reach the sample surface 2.
これらサンプル面2へ届く光のうち、実線L35,L36のよ
うに遮光板7の端縁7aの直近を通過してきた光線は、遮
光板7の端縁7aと共役な位置である点P1の近傍に結像す
る。なお、破線L31や2点鎖線L33のように、遮光板7の
端縁7aより下を通過した光線は、合焦位置のサンプル面
2における点P1より上に届く。Of the light reaching the sample surface 2, the light rays that have passed near the edge 7a of the light shielding plate 7 as shown by the solid lines L 35 and L 36 are at a position conjugate with the edge 7a of the light shielding plate P. Image near 1 . It should be noted that, as indicated by the broken line L 31 and the chain double-dashed line L 33 , the light rays that have passed below the edge 7 a of the light shielding plate 7 reach above the point P 1 on the sample surface 2 at the in-focus position.
このように、第4の実施例においても、合焦位置のサン
プル面2は、前記各実施例と同様に、遮光板7の端縁7a
と共役な位置P1を境界として、それより上の部分は明る
く、それより下の部分は、遮光板7の影となって暗い。
したがって、合焦位置のサンプル面2からの反射光は、
遮光板7の端縁7aに共役な位置P1より上で反射した光で
あり、第11図にて実線La1とLa2がA2を通過するのと同様
に、遮光板7の端縁7aの下を通過し、サンプル面2側の
面を照射しない。As described above, also in the fourth embodiment, the sample surface 2 at the in-focus position has the edge 7a of the light shielding plate 7 as in the above embodiments.
With the position P 1 conjugate with the boundary as the boundary, the upper part is bright, and the lower part is shaded by the light shielding plate 7 and dark.
Therefore, the reflected light from the sample surface 2 at the focus position is
It is the light reflected above the position P 1 which is conjugate to the edge 7a of the shading plate 7 and is similar to the solid lines La 1 and La 2 passing through A 2 in FIG. It passes under 7a, and the surface on the sample surface 2 side is not irradiated.
他方、サンプル面2が後ピン方向への非合焦位置にある
場合、第20図示の実線L35やL36のように、遮光板7の端
縁7aの近傍を通過する光線は、前記点P1の近傍に位置に
一旦結像してから、ぼやけて広がり、薄明るくサンプル
面2を照射する。このように後ピン方向への非合焦位置
のサンプル面2には、明るい部分と暗い部分のあいだ
に、薄明るい部分ができる。この薄明るい部分の内、暗
い方へ広がった薄明るい領域内の任意の位置での反射光
は、第9図示の前記点B1での反射光と同様に、遮光板7
のサンプル面2側の面を照射する。したがって、後ピン
方向への非合焦位置のサンプル面2からの反射光は、そ
の幾らかが必ず、遮光板7のサンプル面2側の面を照射
する。On the other hand, when the sample surface 2 is at the out-of-focus position in the rear focus direction, the light rays passing near the end edge 7a of the light shielding plate 7 as shown by the solid lines L 35 and L 36 in FIG. The image is once formed in the vicinity of P 1 and then spreads out in a blurry manner to illuminate the sample surface 2 in a thin and bright manner. As described above, the sample surface 2 at the non-focused position in the rear focus direction has a thin bright portion between the bright portion and the dark portion. The reflected light at an arbitrary position within the thin bright area that spreads to the dark side in the thin bright portion is the same as the reflected light at the point B 1 shown in FIG.
The surface on the sample surface 2 side of is irradiated. Therefore, some of the reflected light from the sample surface 2 at the non-focused position in the rear focus direction always illuminates the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side.
また、サンプル面2が前ピン方向への非合焦位置にある
場合、第20図示の実線L35やL36のように、遮光板7の端
縁7aの近傍を通過する光線は、前記点P1の近傍に位置に
結像する手前の、まだ、ぼやけて広がっているうちにサ
ンプル面2へ届き、サンプル面2を薄明るく照射する。
このように前ピン方向への非合焦位置のサンプル面2に
も、明るい部分と暗い部分のあいだに、薄明るい部分が
できる。この薄明るい部分の内、暗い方へ広がった薄明
るい領域内の任意での反射光は、第10図示の前記点B3で
の反射光と同様に、遮光板7のサンプル面2側の面を照
射する。したがって、前ピン方向への非合焦位置のサン
プル面2からの反射光も、その幾らかが必ず、遮光板7
のサンプル面2側の面を照射する。Further, when the sample surface 2 is at the out-of-focus position in the front focus direction, the light rays passing near the end edge 7a of the light shielding plate 7 as shown by the solid lines L 35 and L 36 in the twentieth illustration are Before the image is formed in the vicinity of P 1 , it reaches the sample surface 2 while it is still blurred and spreads, and the sample surface 2 is illuminated with a bright light.
In this way, a thin bright portion is formed between the bright portion and the dark portion on the sample surface 2 at the non-focused position in the front focus direction. The arbitrary reflected light in the thin bright area that spreads to the dark side in this thin bright portion is the same as the reflected light at the point B 3 shown in FIG. Irradiate. Therefore, some of the reflected light from the sample surface 2 at the non-focused position in the front focus direction is always inevitable.
The surface on the sample surface 2 side of is irradiated.
以上のように、遮光板7のサンプル面2側の面を照射す
るサンプル面2からの反射光の光量は、サンプル面2が
合焦位置にある場合には、非合焦位置にある場合より少
ない。As described above, when the sample surface 2 is in the in-focus position, the amount of light reflected from the sample surface 2 that illuminates the surface of the light-shielding plate 7 on the sample surface 2 side is larger than that in the non-in-focus position. Few.
[第5の実施例] 第5の実施例は、集光レンズ5を配置した位置が前記第
2,第3,第4の実施例と異なる。第5の実施例では、対物
レンズ6の焦点の位置Fに、集光レンズ5による光源1
の発光面1aの像I4が形成されるように、つまり対物レン
ズ6の焦点Fと、光源1の発光面1aとが共役であるよう
に、集光レンズ5を配置する。それにより、光源1から
の光がサンプル面2を平行光で照明する。[Fifth Embodiment] In the fifth embodiment, the position where the condenser lens 5 is arranged is the same as the first embodiment.
Different from the second, third and fourth embodiments. In the fifth embodiment, the light source 1 formed by the condenser lens 5 is located at the focus position F of the objective lens 6.
The condensing lens 5 is arranged so that the image I 4 of the light emitting surface 1a is formed, that is, the focus F of the objective lens 6 and the light emitting surface 1a of the light source 1 are conjugated. Thereby, the light from the light source 1 illuminates the sample surface 2 with parallel light.
次に、第5の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に関
して説明する。第21図は、第5の実施例において、光源
1から照射された光線の光路図である。なお、第21図お
よび第22図において、破線L41,L42と実線L45は、光源1
の発光面1aの上端位置から発した光線を示し、2点鎖線
L43,L44と実線L46は、光源1の発光面1aの下端位置から
発した光線を示し、それらの内で実線L45とL46は、遮光
板7の端縁7aの直近をかすめて通過する光線を示す。Next, the operation of the focus shift detection mechanism according to the fifth embodiment will be described. FIG. 21 is an optical path diagram of a light beam emitted from the light source 1 in the fifth embodiment. 21 and 22, broken lines L 41 and L 42 and a solid line L 45 indicate the light source 1
2 shows the light beam emitted from the upper end of the light emitting surface 1a of
L 43 and L 44 and the solid line L 46 indicate the light rays emitted from the lower end position of the light emitting surface 1a of the light source 1, and among them, the solid lines L 45 and L 46 are close to the edge 7a of the light shielding plate 7 The rays of light passing through.
第22図は、第21図における遮光板7の端縁7aを拡大して
示す光路図である。なお、第22図において、光軸LAを示
す一点鎖線に対して垂直な破線L47は、集光レンズ5に
よって形成される光源1の発光面1aの像I4を示す。な
お、この像I4は、第2の実施例のように遮光板7の端縁
7aの位置に形成されているのでは無いから、欠けていな
い。FIG. 22 is an enlarged optical path diagram showing the edge 7a of the light shielding plate 7 in FIG. Note that, in FIG. 22, a broken line L 47 perpendicular to the alternate long and short dash line showing the optical axis LA shows an image I 4 of the light emitting surface 1a of the light source 1 formed by the condenser lens 5. It should be noted that this image I 4 is the edge of the light-shielding plate 7 as in the second embodiment.
Since it is not formed at the position of 7a, it is not chipped.
光源1の発光面1aの上端から発した光線は、破線L41の
ように一部は遮光板7に遮られるが、その他は破線L42
と実線L45のように、像I4の下端を通り、サンプル面2
へ届く。また、光源1の発光面1aの下端から発した光線
は、2点鎖線L43のように一部は遮光板7に遮られる
が、その他は2点鎖線L44と実線L46のように、像I4の上
端を通り、サンプル面2へ届く。A part of the light beam emitted from the upper end of the light emitting surface 1a of the light source 1 is blocked by the light shielding plate 7 as shown by a broken line L 41 , but the other part is broken by a broken line L 42.
And like a solid line L 45, through the lower end of the image I 4, the sample surface 2
Reach. Further, light emitted from the lower end of the light emitting surface 1a of the light source 1, a part like a two-dot chain line L 43 is blocked by the light shielding plate 7, and the other as the two-dot chain line L 44 and solid L 46, It reaches the sample surface 2 through the upper edge of the image I 4 .
これらサンプル面2へ届いた光のうち実線L45,L46のよ
うに遮光板7の端縁7aの近傍を通過した光線は、遮光板
7の端縁7aと共役な位置である点P1の近傍の位置に結像
する。なお、破線L42や2点鎖線L44のように、遮光板7
の端縁7aより下を通過した光は、合焦位置のサンプル面
2における点P1より上に届く。Of the light reaching the sample surface 2, light rays that have passed near the edge 7a of the light shielding plate 7 as indicated by solid lines L 45 and L 46 are points that are conjugate with the edge 7a of the light shielding plate P 1 The image is formed at a position near. As indicated by the broken line L 42 and the chain double-dashed line L 44 ,
The light that has passed below the edge 7a reaches the point P 1 on the sample surface 2 at the focus position.
このように、第5の実施例においても、合焦位置のサン
プル面2は、前記各実施例と同様に、遮光板7の端縁7a
と共役な位置P1を境界として、それより上の部分は明る
く、それより下の部分は、遮光板7の影となって暗い。
したがって、合焦位置のサンプル面2からの反射光は、
遮光板7の端縁7aに共役な位置P1より上で反射した光で
あり、第11図にて実線La1とLa2がA2を通過するのと同様
に、遮光板7の端縁7aの下を通過し、遮光板7をかすめ
て進み、サンプル面2側の面を照射しない。As described above, also in the fifth embodiment, the sample surface 2 at the in-focus position has the edge 7a of the light shielding plate 7 as in the above-described embodiments.
With the position P 1 conjugate with the boundary as the boundary, the upper part is bright, and the lower part is shaded by the light shielding plate 7 and dark.
Therefore, the reflected light from the sample surface 2 at the focus position is
It is the light reflected above the position P 1 which is conjugate to the edge 7a of the shading plate 7 and is similar to the solid lines La 1 and La 2 passing through A 2 in FIG. After passing under 7a, the shading plate 7 is scratched and advanced, and the surface on the sample surface 2 side is not irradiated.
他方、サンプル面2が後ピン方向への非合焦位置にある
場合、第22図示の実線L45とL46のように、遮光板7の端
縁7aの近傍を通過する光線は、前記点P1の直近の位置に
一旦結像してから、ぼやけて広がり、薄明るくサンプル
面2を照射する。このように後ピン方向への非合焦位置
のサンプル面2には、明るい部分と暗い部分のあいだ
に、薄明るい部分ができる。この薄明るい部分の内、暗
い方へ広がった薄明るい領域内の任意の位置での反射光
は、第9図示の前記点B1での反射光と同様に、遮光板7
のサンプル面2側の面を照射する。したがって、後ピン
方向への非合焦位置のサンプル面2からの反射光は、そ
の幾らかが必ず、遮光板7のサンプル面2側の面を照射
する。On the other hand, when the sample surface 2 is at the out-of-focus position in the rear focus direction, the light rays passing near the end edge 7a of the light shielding plate 7 as shown by solid lines L 45 and L 46 in FIG. The image is once formed in the position closest to P 1 , then blurred and spread, and the sample surface 2 is illuminated brightly. As described above, the sample surface 2 at the non-focused position in the rear focus direction has a thin bright portion between the bright portion and the dark portion. The reflected light at an arbitrary position within the thin bright area that spreads to the dark side in the thin bright portion is the same as the reflected light at the point B 1 shown in FIG.
The surface on the sample surface 2 side of is irradiated. Therefore, some of the reflected light from the sample surface 2 at the non-focused position in the rear focus direction always illuminates the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side.
また、サンプル面2が前ピン方向への非合焦位置にある
場合、第21図示の実線L45やL46のように、遮光板7の端
縁7aの近傍を通過する光線は、前記P1の近傍の位置に結
像する手前の、まだ、ぼやけて広がっているうちにサン
プル面2へ届き、サンプル面2を薄明るく照射する。こ
のように前ピン方向への非合焦位置のサンプル面2に
も、明るい部分と暗い部分のあいだに、薄明るい部分が
できる。この薄明るい部分の内、暗い方へ広がった薄明
るい領域内の任意での反射光は、第10図示の前記点B3で
の反射光と同様に、遮光板7のサンプル面2側の面を照
射する。したがって、前ピン方向への非合焦位置のサン
プル面2からの反射光も、その幾らかが必ず、遮光板7
のサンプル面2側の面を照射する。Further, when the sample surface 2 is at the out-of-focus position in the front focus direction, the light rays passing near the end edge 7a of the light shielding plate 7 as shown by the solid lines L 45 and L 46 in the 21st drawing are the same as those in the P Before the image is formed in the vicinity of 1 , the sample surface 2 reaches the sample surface 2 while it is still blurry, and the sample surface 2 is irradiated with light. In this way, a thin bright portion is formed between the bright portion and the dark portion on the sample surface 2 at the non-focused position in the front focus direction. The arbitrary reflected light in the thin bright area that spreads to the dark side in this thin bright portion is the same as the reflected light at the point B 3 shown in FIG. Irradiate. Therefore, some of the reflected light from the sample surface 2 at the non-focused position in the front focus direction is always inevitable.
The surface on the sample surface 2 side of is irradiated.
以上のように、遮光板7のサンプル面2側の面を照射す
るサンプル面2からの反射光の光量は、サンプル面2が
合焦位置にある場合には、非合焦位置にある場合より少
ない。As described above, when the sample surface 2 is in the in-focus position, the amount of light reflected from the sample surface 2 that illuminates the surface of the light-shielding plate 7 on the sample surface 2 side is larger than that in the non-in-focus position. Few.
[第6の実施例] 第6の実施例は、集光レンズ5を配置しないことが、前
記各実施例と異なる。[Sixth Embodiment] The sixth embodiment differs from the above-described embodiments in that the condenser lens 5 is not arranged.
次に、第6図の実施例に係る合焦ずれ検出機構の動作に
関して説明する。第23図は、第6の実施例において、光
源1から照射された光線の光路図である。第24図は、第
20図における遮光板7の端縁7aを拡大して示す光路図で
ある。なお、第23図〜第24図において、破線L51,L52と
実線L55は、光源1の発光面1aの上端位置から発した光
線を示し、2点鎖線L53,L54と実線L56は、光源1の発光
面1aの下端位置から発した光線を示し、それらの内で実
線L55とL56は、遮光板7の端縁7aの直近をかすめて通過
する光線を示す。Next, the operation of the focus shift detection mechanism according to the embodiment of FIG. 6 will be described. FIG. 23 is an optical path diagram of a light beam emitted from the light source 1 in the sixth embodiment. Figure 24 shows
FIG. 20 is an optical path diagram showing an enlarged end edge 7a of the light shielding plate 7 in FIG. 23 to 24, broken lines L 51 , L 52 and a solid line L 55 represent light rays emitted from the upper end position of the light emitting surface 1a of the light source 1, and are indicated by two-dot chain lines L 53 , L 54 and a solid line L 55. Reference numeral 56 denotes light rays emitted from the lower end position of the light emitting surface 1a of the light source 1, and solid lines L 55 and L 56 among them indicate light rays that pass while grazing the vicinity of the edge 7a of the light shielding plate 7.
第6の実施例は、前記第4の実施例(第19図および第20
図示)における光源1の発光面1aの像I3の位置に、光源
1の発光面1aを配置したのと、光学的に等価であると考
えることができる。The sixth embodiment is the same as the fourth embodiment (FIGS. 19 and 20).
It can be considered to be optically equivalent to disposing the light emitting surface 1a of the light source 1 at the position of the image I 3 of the light emitting surface 1a of the light source 1 in the drawing).
したがって、前記第4の実施例と同様に、第6の実施例
も、遮光板7のサンプル面2側の面を照射するサンプル
面2からの反射光の光量は、サンプル面2が合焦位置に
ある場合には、非合焦位置にある場合よりも少ない。Therefore, similarly to the fourth embodiment, also in the sixth embodiment, the light amount of the reflected light from the sample surface 2 that illuminates the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side is the focus position of the sample surface 2. In the case of, it is less than in the case of being out of focus.
[第7の実施例] 第7の実施例は、遮光板7の端縁7aに、光源1の発光面
1aが接するように配置したことが、前記各実施例と異な
る。なお、そのようにするには、例えば、光源1の発光
面1aの端縁と遮光板7の端縁7aとを隙間なく隣接すれば
よい。あるいは、遮光板7の端縁7aが、光源1の発光面
1aを一部覆うように、遮光板7の端縁7aのところに光源
1を配置すればよい。[Seventh Embodiment] In the seventh embodiment, the light emitting surface of the light source 1 is attached to the edge 7a of the light shielding plate 7.
The arrangement is different from that in each of the above-described examples, in that they are arranged so that 1a is in contact therewith. In order to do so, for example, the edge of the light emitting surface 1a of the light source 1 and the edge 7a of the light shielding plate 7 may be adjacent to each other without a gap. Alternatively, the edge 7a of the light shielding plate 7 is the light emitting surface of the light source 1.
The light source 1 may be arranged at the end edge 7a of the light shielding plate 7 so as to partially cover 1a.
なお、第7の実施例は、前記第2の実施例(第5図〜第
13図示)における光源1の発光面1aの像I1の位置に、光
源1の発光面1aを配置したのと、光学的に等価であると
考えることができる。The seventh embodiment is the same as the second embodiment (FIGS. 5 to 5).
It can be considered that it is optically equivalent to disposing the light emitting surface 1a of the light source 1 at the position of the image I 1 of the light emitting surface 1a of the light source 1 in FIG. 13).
したがって、前記第2の実施例と同様に、第7の実施例
も、遮光板7のサンプル面2側の面を照射するサンプル
面2からの反射光の光量は、サンプル面2が合焦位置に
ある場合には、非合焦位置にある場合よりも少ない。Therefore, similarly to the second embodiment, also in the seventh embodiment, the light amount of the reflected light from the sample surface 2 that irradiates the surface of the light shield plate 7 on the sample surface 2 side is the focus position of the sample surface 2. In the case of, it is less than in the case of being out of focus.
[前記実施例に対する補足説明] サンプル面2に対して、光源1や集光レンズ5を配
置する位置は、上記実施例に限定されない。また、対物
レンズ6に対して、光源1や集光レンズ5を配置する位
置も、上記実施例に限定されない。さらに、集光レンズ
5を配置することを必ず要するものでも無い。要する
に、光源1とサンプル面2の間に遮光板7の端縁7aが配
置され、光源1から照射された光束の一部が遮光板7で
遮られるように、またはその光束の近傍に、光源1が配
置されていればよい。[Supplementary Explanation to the Embodiments] The positions where the light source 1 and the condenser lens 5 are arranged with respect to the sample surface 2 are not limited to the above-mentioned embodiments. Further, the position where the light source 1 and the condenser lens 5 are arranged with respect to the objective lens 6 is not limited to the above embodiment. Further, it is not always necessary to arrange the condenser lens 5. In short, the edge 7a of the light shielding plate 7 is arranged between the light source 1 and the sample surface 2, and a part of the light beam emitted from the light source 1 is blocked by the light shielding plate 7 or in the vicinity of the light beam. 1 may be arranged.
第25図示のように、対物レンズ6と遮光板7との間
にハーフミラー9を付設して、サンプル面2からの反射
光の光路をハーフミラー9で折り返し、その折り返した
光路において、遮光板7のサンプル面2側の面と共役な
位置に光量検出素子8を配置してもよい。本発明の構成
にいう「遮光板のサンプル面側の面を照射するサンプル
面からの反射光」とは、例えば、第25図示のように、遮
光板7のサンプル面2側の面と共役な面が受けるサンプ
ル面2からの反射光も含む。As shown in the twenty-fifth figure, a half mirror 9 is attached between the objective lens 6 and the light shield plate 7, the optical path of the reflected light from the sample surface 2 is folded back by the half mirror 9, and the light shield plate is formed in the folded optical path. The light amount detecting element 8 may be arranged at a position conjugate with the surface of the sample surface 2 on the sample surface 2 side. The “reflected light from the sample surface that illuminates the surface of the light shield plate on the sample surface side” in the configuration of the present invention is, for example, as shown in FIG. 25, not conjugate with the surface of the light shield plate 7 on the sample surface 2 side. The reflected light from the sample surface 2 received by the surface is also included.
第26図示のように、光量検出素子8を、遮光板7の
端縁7aに直接取り付けてもよい。光量検出素子8は、何
処に、どのように取り付けようと、遮光板7のサンプル
面2側の面へ入射するサンプル面2からの反射光を検出
できるように配置されていればよい。なお、第26図示の
場合、光量検出素子8が受ける光は、遮光板7のサンプ
ル面2側の面を照射する手前の光であって、遮光板7を
照射して遮光板7から光量検出素子8へ反射した光とは
違うが、本発明の構成に言う「遮光板のサンプル面側の
面を照射するサンプル面からの反射光」とは、例えば、
第26図示のように、遮光板7のサンプル面2側の面を実
際に照射しなくとも、遮光板7のサンプル面2側の面を
照射する手前の光も含む。As shown in FIG. 26, the light amount detection element 8 may be directly attached to the edge 7a of the light shield plate 7. The light amount detection element 8 may be arranged so as to detect reflected light from the sample surface 2 that is incident on the surface of the light shield plate 7 on the sample surface 2 side regardless of how and where it is attached. In the case of the 26th illustration, the light received by the light amount detecting element 8 is the light before the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side is irradiated, and the light amount is detected from the light shielding plate 7 by irradiating the light shielding plate 7. Although it is different from the light reflected to the element 8, the “reflected light from the sample surface that irradiates the sample surface side of the light shielding plate” in the configuration of the present invention is, for example,
As shown in FIG. 26, the light before the surface of the shading plate 7 on the sample surface 2 side is also irradiated without actually irradiating the surface of the shading plate 7 on the sample surface 2 side.
光量検出素子8を遮光板7として兼用させてもよ
い。すなわち、第27図に示すように、透明板15の表面に
半円状(必ずしも半円状でなくてもよい)の光量検出素
子8の裏面(非受光面)を貼り付け、その裏面で光源1
からの光ビームを遮光するとともに表面でサンプル面2
からの反射光束を受光するようにしてもよい。The light amount detection element 8 may also be used as the light shield plate 7. That is, as shown in FIG. 27, the back surface (non-light-receiving surface) of the semi-circular (not necessarily semi-circular) light amount detecting element 8 is attached to the front surface of the transparent plate 15, and the light source is attached to the back surface. 1
Blocks the light beam from the sample surface 2
You may make it receive the reflected light flux from.
遮光板7の端縁7aの形状は直線である必要はなく、
線状でありさえすれば任意の形状を採用することがで
き、例えば第28図に示すように曲線にしたり、また、鋸
歯のように折れ線状にしたり、第29図示のようにリング
状にしてもよい。The shape of the edge 7a of the light shielding plate 7 does not need to be a straight line,
Any shape can be adopted as long as it is linear, for example, it can be curved as shown in FIG. 28, bent like a saw tooth, or ring-shaped as shown in FIG. 29. Good.
ところで、遮光板7の端縁7aを曲線状や折れ線状(以
下、非直線状と総称する)にする場合には、次のような
効果が期待できる。By the way, when the end edge 7a of the light shielding plate 7 is formed into a curved shape or a polygonal line shape (hereinafter collectively referred to as a non-linear shape), the following effects can be expected.
本発明に係る位置ずれ検出機構は、サンプル面2と遮光
板7の端縁7aとの共役関係からサンプル面2の基準位置
(前記実施例では合焦位置に相当)からの位置ずれ状態
を検出するため、遮光板7の端縁7aが直線状であれば、
サンプル面2における位置ずれ状態検出の対象は直線状
であり、遮光板7の端縁7aが非直線状であれば、位置ず
れ状態検出の対象も非直線状となる。ところで、サンプ
ル面2が、例えば、フォトマスクのように、コントラス
トの大きなパターンを有する場合、パターンの暗部での
反射光は弱いので、サンプル面2における位置ずれ状態
検出の対象は、光量検出素子8から出力される信号のS/
N向上のため、パターンの暗部をなるべくさけるのが望
ましい。そこで、パターンの暗部の直線状である場合
に、上記のように遮光板7の端縁7aを非直線状にしてお
けば、位置ずれ状態検出の対象となる線状部分の全長が
線状パターンの暗部に合致することを回避できる。The position shift detecting mechanism according to the present invention detects a position shift state from the reference position of the sample surface 2 (corresponding to the in-focus position in the above embodiment) from the conjugate relationship between the sample surface 2 and the edge 7a of the light shielding plate 7. Therefore, if the edge 7a of the light shielding plate 7 is linear,
The object for detecting the positional deviation state on the sample surface 2 is linear, and if the edge 7a of the light shielding plate 7 is non-linear, the object for detecting the positional deviation state is also non-linear. By the way, when the sample surface 2 has a pattern with a large contrast like a photomask, for example, the reflected light at the dark portion of the pattern is weak, and therefore the object of position shift state detection on the sample surface 2 is the light amount detection element 8. S / of the signal output from
To improve N, it is desirable to avoid the dark part of the pattern as much as possible. Therefore, in the case where the dark portion of the pattern is linear, if the edge 7a of the light shielding plate 7 is made non-linear as described above, the entire length of the linear portion that is the target of the positional deviation detection is the linear pattern. It is possible to avoid matching with the dark part of.
なお、非直線状にする場合には、遮光板7の端縁7aの全
長が前記基準位置のサンプル面2と共役になるようにす
るには、遮光板7のサンプル面2側の面を前記基準位置
のサンプル面2と面平行になるように配置すればよい。
ただし、そのように面平行にした場合には、遮光板7の
サンプル面2側の面から光量検出素子8へ向けての反射
光の光路は、光軸に対してあまり角度を有しないから、
そのような反射光を受けるに好適な位置に光量検出素子
8を配置するとなると、光量検出素子8によって、光源
1から出射されてサンプル面2へ向かう光線が遮られる
不都合を生じるおそれがあるが、かかる不都合の回避策
としては、例えば、上記のように、光量検出素子8を
遮光板7として兼用させるようにするとよい。In the case of making it non-linear, in order to make the entire length of the edge 7a of the shading plate 7 conjugate with the sample surface 2 at the reference position, the surface of the shading plate 7 on the sample surface 2 side is It may be arranged so as to be parallel to the sample surface 2 at the reference position.
However, in the case of such plane parallelization, the optical path of the reflected light from the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side toward the light amount detection element 8 does not have an angle with the optical axis,
If the light amount detection element 8 is arranged at a position suitable for receiving such reflected light, there is a possibility that the light amount detection element 8 may block the light beam emitted from the light source 1 and traveling toward the sample surface 2. As a measure for avoiding such inconvenience, for example, as described above, the light amount detection element 8 may be used also as the light shielding plate 7.
遮光板7の端縁7aの形状が、直線状である場合に
は、サンプル面2が傾斜していても支障なく前記基準位
置からの位置ずれを検出することができる効果を期待で
きる。サンプル面2において、位置ずれ状態検出の対象
となる線状部分が直線状であれば、サンプル面2におけ
る位置ずれ状態検出の対象が直線状となり、斜面に逆ら
わずに、つまり傾斜方向に対し直角な方向に沿って、位
置ずれ状態検出をできるからである。When the shape of the edge 7a of the light-shielding plate 7 is linear, it is expected that the displacement from the reference position can be detected without any trouble even if the sample surface 2 is inclined. On the sample surface 2, if the linear portion that is the object of the positional deviation state detection is linear, the object of the positional deviation state detection on the sample surface 2 is linear, that is, it does not oppose the slope, that is, at a right angle to the tilt direction. This is because the misregistration state can be detected along this direction.
なお、先に従来技術として紹介した二分割センサを使用
した合焦ずれ検出機構のように、二分割センサ間での受
光量のバランスから合焦を検出する手法では、検出の対
象域が、光源からの光の照射域の全域、つまり本発明の
ように線状ではなく面状であるから、傾斜したサンプル
面に対する位置ずれ状態検出が困難であった。In the method of detecting the focus from the balance of the amount of received light between the two split sensors, like the focus shift detection mechanism using the two split sensors introduced as the prior art, the detection target area is the light source. It is difficult to detect the misalignment state with respect to the inclined sample surface because the entire irradiation area of the light from, that is, the surface is not linear like the present invention.
前記第1〜第6の実施例において、サンプル面2か
らの反射光を光量検出素子8が効率よく受けることがで
きるように、遮光板7と光量検出素子8を配置するに
は、例えば、第30図の(a)および(b)に示すように
すればよい。In the first to sixth embodiments, in order to arrange the light shielding plate 7 and the light amount detecting element 8 so that the light amount detecting element 8 can efficiently receive the reflected light from the sample surface 2, for example, It may be done as shown in FIGS. 30 (a) and 30 (b).
すなわち、遮光板7を遮光板支持体10に固設し、光量検
出素子8を光量検出素子支持体11に固設する。遮光板支
持体10に螺合されたボルト12および光量検出素子支持体
11に螺合されたボルト13は、基準位置のサンプル面2に
共役な点P0を中心とする円弧状ガイド溝14に案内されて
動くように、図示しない固定部材に係合されてあり、そ
のため、遮光板7や光量検出素子8が、前記点P0を中心
とした動きで取り付け位置を調整できる。That is, the light blocking plate 7 is fixed to the light blocking plate support 10, and the light amount detecting element 8 is fixed to the light amount detecting element support 11. A bolt 12 and a light amount detection element support screwed to the light shield support 10
The bolt 13 screwed to 11 is engaged with a fixing member (not shown) so as to be guided and moved in an arcuate guide groove 14 centered on a point P 0 conjugate with the sample surface 2 at the reference position, Therefore, the light-shielding plate 7 and the light amount detecting element 8 can adjust the mounting position by moving around the point P 0 .
なお、第30図の(b)の要部の拡大図に示すように、遮
光板7のサンプル面2側の面における端縁7aの近くは、
サンプル面2からの反射光を効率よく光量検出素子8へ
向けて反射するように鏡面7bに形成されている。また、
かかる鏡面7bからの光を光量検出素子8が効率よく受け
るように、光量検出素子支持体11に、シリンドリカルレ
ンズ15を付設しているが、レンズを必ずしも要するもの
ではない。As shown in the enlarged view of the main part of FIG. 30 (b), the vicinity of the edge 7a on the surface of the light shielding plate 7 on the sample surface 2 side is
The mirror surface 7b is formed so as to efficiently reflect the reflected light from the sample surface 2 toward the light amount detection element 8. Also,
The light amount detecting element support 11 is provided with the cylindrical lens 15 so that the light amount detecting element 8 can efficiently receive the light from the mirror surface 7b, but the lens is not necessarily required.
前記各実施例において、光量検出素子8の特性曲線
を図示すると第31図のようになり、受光光量が最小のと
きのサンプル面2の位置が合焦位置である。In each of the above-mentioned embodiments, the characteristic curve of the light amount detecting element 8 is shown in FIG. 31, and the position of the sample surface 2 when the amount of received light is the minimum is the in-focus position.
したがって、前記各実施例における合焦検出作業は、例
えば、初期動作として、第31図の特性曲線の判定領域A
内において、サンプル面2と対物レンズ6とを相対的に
接近させてみる。この相対接近によって光量検出素子8
の受光光量が減少するときは前ピン状態にあるので、そ
の接近動作を継続して受光光量が最小となった位置でオ
ートフォーカス動作を停止すると合焦状態となる。Therefore, the focus detection work in each of the above-described embodiments is performed, for example, as the initial operation in the determination area A of the characteristic curve of FIG.
Inside, try to bring the sample surface 2 and the objective lens 6 relatively close to each other. Due to this relative approach, the light amount detection element 8
When the amount of received light decreases in the front focus state, if the autofocus operation is stopped at the position where the amount of received light is minimized by continuing the approaching operation, the focus state is achieved.
また、その相対接近によって受光光量が増加するときは
後ピン状態にあるので、今度はサンプル面2と対物レン
ズ6とを相対的に離間させる動作に切り換えると受光光
量が減少する。そして、その受光光量が最小となった位
置でオートフォーカス動作を停止すると合焦状態とな
る。Further, when the amount of received light increases due to the relative approach, it is in the back focus state, so that the amount of received light decreases when switching to the operation of relatively separating the sample surface 2 and the objective lens 6 this time. Then, if the autofocus operation is stopped at the position where the amount of received light is minimized, the in-focus state is achieved.
サンプル面2が、例えば、ガラス板のように透明な
基板の表面である場合、裏面反射光を生じるので、光量
検出素子8の特性曲線を図示すると、第32図のように、
大小2つの谷が現れる特性曲線となる。大きい谷の底は
サンプル面2すなわち透明基板の表面が基準位置にある
状態に対応し、小さい谷は透明基板の裏面が前記基準位
置にある状態に対応する。このように、本発明では、透
明基板に対しても、前記基準位置からの位置ずれ状態を
検出できる。When the sample surface 2 is, for example, the surface of a transparent substrate such as a glass plate, back surface reflected light is generated. Therefore, when the characteristic curve of the light amount detection element 8 is illustrated, as shown in FIG.
It is a characteristic curve where two valleys, large and small, appear. The bottom of the large valley corresponds to the state where the sample surface 2, that is, the front surface of the transparent substrate is in the reference position, and the small valley corresponds to the state where the back surface of the transparent substrate is in the reference position. As described above, according to the present invention, it is possible to detect the displacement of the transparent substrate from the reference position.
前記各実施例では、遮光板7の端縁7aを、基準位置
のサンプル面2と共役に配置したが、遮光板7の端縁7a
を、前記基準位置のサンプル面2から前ピン方向あるい
は後ピン方向へずれた位置と共役に配置してもよい。な
お、遮光板7の端縁7aの配置をそのようにした場合に
は、第31図示のような光量検出素子8の特性曲線におけ
る谷の底が前記基準位置に該当せず、次のようになる。
例えば、前記基準位置のサンプル面2から前ピン方向へ
ずれた位置(仮にPXとする)に対して共役に遮光板7の
端縁7aを配置した場合には、光量検出素子8の特性曲線
における谷の底に該当するのは、前記PXの位置である。
なお、前記基準位置は、そのような特性曲線において特
性曲線の谷の底より後ピン方向にずれたところに位置す
る。In each of the above-described embodiments, the edge 7a of the light shield plate 7 is arranged so as to be conjugate with the sample surface 2 at the reference position.
May be arranged conjugate with a position displaced from the sample surface 2 at the reference position in the front pin direction or the rear pin direction. When the edge 7a of the light shielding plate 7 is arranged in such a manner, the bottom of the valley in the characteristic curve of the light amount detecting element 8 as shown in FIG. 31 does not correspond to the reference position, and Become.
For example, when the edge 7a of the light shielding plate 7 is arranged in a conjugate position with respect to the reference position, which is deviated from the sample surface 2 in the front pin direction (tentatively, P X ), the characteristic curve of the light amount detection element 8 is shown. It is the position of P X that corresponds to the bottom of the valley in.
It should be noted that the reference position is located at a position displaced from the bottom of the valley of the characteristic curve in the rear pin direction in such a characteristic curve.
ところで、このように基準位置のサンプル面2からずれ
た位置と共役に遮光板7の端縁7aを配置することによる
特有の効果は、サンプル面2が前記基準位置から前ピン
方向か後ピン方向のどちらの方向へずれているのかを検
出することが容易になるからである。つまり、前記基準
位置のサンプル面2に対して遮光板7の端縁7aを共役に
配置した場合には、サンプル面2を前記基準位置から移
動した際に、どちらの方向へ移動したのであっても、光
量検出素子8の検出光量は増加するので、移動方向を検
出するのは容易ではない。前記基準位置のサンプル面2
からずれた位置に対して共役に遮光板7の端縁7aを配置
すると、どちらの方向へサンプル面2が移動したのかに
よって、検出光量が増加または減少するので、方向が検
出できる。ただし、特性曲線の谷の底を越えない範囲で
の移動に限定される。特性曲線の谷の底を越えて移動す
ると、減少から増加に反転するからである。By the way, the peculiar effect of arranging the edge 7a of the light shielding plate 7 in a conjugate position with the position displaced from the sample surface 2 at the reference position is that the sample surface 2 is moved from the reference position to the front pin direction or the rear pin direction. This is because it becomes easy to detect in which direction the deviation has occurred. That is, in the case where the edge 7a of the light shielding plate 7 is arranged conjugate with the sample surface 2 at the reference position, in which direction the sample surface 2 moves when the sample surface 2 is moved from the reference position. However, since the amount of light detected by the light amount detecting element 8 increases, it is not easy to detect the moving direction. Sample surface 2 at the reference position
When the end edge 7a of the light shield plate 7 is arranged in a conjugate position with respect to the position deviated from the position, the detected light amount increases or decreases depending on in which direction the sample surface 2 is moved, so that the direction can be detected. However, the movement is limited to the range that does not exceed the bottom of the valley of the characteristic curve. This is because, when moving beyond the bottom of the valley of the characteristic curve, the decrease is reversed to the increase.
このように、本発明の構成に言う「基準位置」には、合
焦位置が該当するだけでなく、上記のように、合焦位置
からずれた位置も該当する。As described above, the “reference position” referred to in the configuration of the present invention corresponds not only to the in-focus position, but also to the position deviated from the in-focus position as described above.
遮光板7の端縁7aを、前記各実施例のように対物レ
ンズ6の光軸に一致させることは、必須ではない。ま
た、光軸に一致させない場合、例えば、光軸と交わるよ
うに遮光板7を配置してもよく、あるいは、光軸から離
れるように遮光板7を配置してもよい。いづれにせよ、
遮光板7は、対物レンズ6と光源1の間で、サンプル面
2を照射する光束の一部を越えるように、またはその光
束の近傍に配置すればよい。It is not essential that the edge 7a of the light shielding plate 7 be aligned with the optical axis of the objective lens 6 as in each of the above-mentioned embodiments. Further, when the optical axis is not matched, for example, the light shielding plate 7 may be arranged so as to intersect with the optical axis, or the light shielding plate 7 may be arranged so as to be away from the optical axis. Either way,
The light blocking plate 7 may be arranged between the objective lens 6 and the light source 1 so as to exceed a part of the light beam irradiating the sample surface 2 or in the vicinity of the light beam.
前記各実施例では、遮光板7を、光軸と適当な角度
で傾斜させて配置しているが、その角度は、基準位置か
らずれたサンプル面2からの反射光を、受けるに都合よ
い向きであり、しかも、その反射光を、光量検出素子8
へ効率よく反射するに都合よい向きであればよい。ま
た、例えば、前記第27図示のように光量検出素子8を遮
光板7として兼用させた場合には、遮光板7を光軸と直
交するように配置してもよい。要するに、遮光板7と光
軸がなす角は特定されない。In each of the above-mentioned embodiments, the light shielding plate 7 is arranged so as to be tilted at an appropriate angle with respect to the optical axis, but the angle is a direction that is convenient for receiving the reflected light from the sample surface 2 which is deviated from the reference position. In addition, the reflected light is detected by the light amount detection element 8
Any orientation is suitable for efficient reflection. Further, for example, when the light amount detecting element 8 is also used as the light shielding plate 7 as shown in the above-mentioned 27th drawing, the light shielding plate 7 may be arranged so as to be orthogonal to the optical axis. In short, the angle formed by the light shield 7 and the optical axis is not specified.
遮光板7の端縁7aは、端縁の全長が、基準位置のサ
ンプル面2と共役であることを、必ずしも要するもので
はない。遮光板7の端縁7aの全長が前記基準位置のサン
プル面2に共役である場合と比較して、その一部が前記
基準位置のサンプル面2に共役で無い場合には、サンプ
ル面2が前記基準位置にある状況下での検出光量が、幾
らか増加するだけであって、サンプル面2が前記基準位
置に在れば、前記基準位置にないのよりも少なくなるこ
とに違いないからである。The edge 7a of the light shielding plate 7 does not necessarily need to have the entire length of the edge conjugate with the sample surface 2 at the reference position. Compared with the case where the entire length of the edge 7a of the light shielding plate 7 is conjugate with the sample surface 2 at the reference position, when part of the edge 7a is not conjugated with the sample surface 2 at the reference position, the sample surface 2 is The amount of light detected under the condition of the reference position is only slightly increased, and if the sample surface 2 is at the reference position, it must be smaller than that at the reference position. is there.
サンプル面2は、特に鏡面であることを要しない。
サンプル面2において、光源1からの光によって明る
く、あるいは幾らかなりにも薄明るく照らされている部
分が、遮光板7の端縁7aに共役であるかと言うことか
ら、基準位置からのサンプル面2の位置ずれ状態を検出
するものであるからである。サンプル面2は、例えば、
シリコンウエハの表面のようなシリコン酸化膜は勿論の
こと、ポリシリコン膜面や、金属膜面、レジスト面、塗
装面、ガラス板表面、研磨した金属面その他でもよい。The sample surface 2 does not need to be a mirror surface.
Since it is said that the portion of the sample surface 2 that is illuminated by the light from the light source 1 brightly or to some extent faintly is conjugate to the edge 7a of the light shielding plate 7, the sample surface 2 from the reference position This is because the position shift state of is detected. The sample surface 2 is, for example,
Not only a silicon oxide film such as the surface of a silicon wafer, but also a polysilicon film surface, a metal film surface, a resist surface, a coated surface, a glass plate surface, a polished metal surface or the like may be used.
前記実施例は、合焦位置が本発明の構成に言う「基
準位置」に相当し、本発明の合焦ずれ検出機構に使用し
たものであるが、本発明の用途は、合焦ずれ検出機構に
限定されるものでは無い、例えば、サンプル面を対物レ
ンズの光軸に直交する方向へ移動させる手段を付設する
等によって、サンプル面における凹凸状態を測定する装
置にも使用できる。つまり、サンプル面上のある特定の
1箇所を、本発明の構成に言う「基準位置」とし、サン
プル面を光軸に直交する方向へ移動させれば、かかる移
動に伴う光軸方向の位置ずれ状態を検出することによっ
て、前記サンプル面2上のその特定箇所に対する他の箇
所の高低が測定されるので、サンプル面における凹凸状
態を測定する装置として使用できる。このように、本発
明は、合焦位置に対する位置ずれ状態の検出に限定せ
ず、何らかの基準位置からのサンプル面の位置ずれ状態
の検出に使用できる。In the above embodiment, the focus position corresponds to the "reference position" referred to in the configuration of the present invention, and it is used for the focus shift detection mechanism of the present invention, but the application of the present invention is the focus shift detection mechanism. The present invention is not limited to the above, but it can also be used in an apparatus for measuring the unevenness on the sample surface by, for example, providing a means for moving the sample surface in the direction orthogonal to the optical axis of the objective lens. That is, if a specific one point on the sample surface is referred to as the “reference position” in the configuration of the present invention and the sample surface is moved in the direction orthogonal to the optical axis, the positional deviation in the optical axis direction due to the movement is caused. By detecting the state, the height of the other portion of the sample surface 2 with respect to the specific portion can be measured, and thus the device can be used as a device for measuring the uneven state of the sample surface. As described above, the present invention is not limited to the detection of the position shift state with respect to the in-focus position, and can be used for the detection of the position shift state of the sample surface from some reference position.
<発明の効果> 本発明によれば、次の効果が発揮される。<Effects of the Invention> According to the present invention, the following effects are exhibited.
光量検出素子は従来例のように2つのセンサ間での検出
信号の大小比較ではなく、その光量検出素子自体におけ
る光量そのものをとらえることによって、基準位置から
のサンプル面の位置ずれ状態を検出するものであるか
ら、コントラストによる影響を防止することができると
ともに、光量検出素子として単一素子の採用を可能とす
る。The light amount detecting element detects the positional deviation state of the sample surface from the reference position by capturing the light amount itself in the light amount detecting element itself, not by comparing the magnitude of the detection signal between the two sensors as in the conventional example. Therefore, the influence of the contrast can be prevented, and a single element can be adopted as the light amount detecting element.
また、サンプル面が、透明な基板の表面である場合、光
量検出素子の特性曲線には、サンプル面すなわち透明基
板の表面が基準位置にある状態に対応した大きい谷と、
透明基板の裏面が前記基準位置にある状態に対応した小
さい谷が現れる特性曲線となり、透明基板の表と裏を区
別して前記基準位置からの位置ずれ状態の検出ができ
る。つまり、前記従来技術のように基板の裏面照射光の
ために位置ずれ状態の検出が困難となる問題は解消さ
れ、透明な基板の表面の位置ずれ状態の検出が可能であ
る。また、透明な基板の裏面の位置ずれ状態の検出も可
能である。When the sample surface is the surface of the transparent substrate, the characteristic curve of the light amount detection element has a large valley corresponding to the state where the sample surface, that is, the surface of the transparent substrate is at the reference position,
This is a characteristic curve in which a small valley corresponding to the state where the back surface of the transparent substrate is at the reference position appears, and the state of displacement from the reference position can be detected by distinguishing the front side and the back side of the transparent substrate. In other words, the problem that it is difficult to detect the misalignment state due to the irradiation light on the back surface of the substrate as in the above-described prior art is solved, and the misalignment state of the transparent substrate surface can be detected. It is also possible to detect the position shift state of the back surface of the transparent substrate.
第1図から第30図は本発明の実施例に係り、第1図は第
1の実施例の概略構成図、 第2図は第1の実施例にてサンプル面が合焦位置にある
場合のサンプル面で反射する光線を示す図、 第3図は第1の実施例にてサンプル面が後ピン方向への
非合焦位置にある場合のサンプル面で反射する光線を示
す図、 第4図は第1の実施例にてサンプル面が前ピン方向への
非合焦位置にある場合のサンプル面で反射する光線を示
す図、 第5図は第2の実施例の概略構成図、 第6図は第2の実施例にて光源からの光線を示す図、 第7図は第2の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示す
光源からの光線を示す図、 第8図は第2の実施例にてサンプル面が合焦位置にある
場合のサンプル面を照射する光線を示す図、 第9図は第2の実施例にてサンプル面が後ピン方向への
非合焦位置にある場合のサンプル面を照射する光線を示
す図、 第10図は第2の実施例にてサンプル面が前ピン方向への
非合焦位置にある場合のサンプル面を照射する光線を示
す図、 第11図は第2の実施例にて遮光板の端縁の位置における
合焦位置のサンプル面で反射した光線を示す図、 第12図は第2の実施例にて遮光板の端縁の位置における
後ピン方向への非合焦位置のサンプル面で反射した光線
を示す図、 第13図は第2の実施例にて遮光板の端縁の位置における
前ピン方向への非合焦位置のサンプル面で反射した光線
を示す図、 第14図は第3の実施例にて光源からの光線を示す図、 第15図は第3の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示す
光源からの光線を示す図、、第16図は第3の実施例にて
サンプル面が合焦位置にある場合のサンプル面を照射す
る光線を示す図、 第17図は第3の実施例にてサンプル面が後ピン方向への
非合焦位置にある場合のサンプル面を照射する光線を示
す図、 第18図は第3の実施例にてサンプル面が前ピン方向への
非合焦位置にある場合のサンプル面を照射する光線を示
す図、 第19図は第4の実施例にて光源からの光線を示す図、 第20図は第4の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示す
光源からの光線を示す図、 第21図は第5の実施例にて光源からの光線を示す図、 第22図は第5の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示す
光源からの光線を示す図、 第23図は第6の実施例にて光源からの光線を示す図、 第24図は第6の実施例にて遮光板の端縁を拡大して示す
光源からの光線を示す図、 第25図は他の実施例として対物レンズと遮光板の間にハ
ーフミラーを付設して遮光板のサンプル面側の面と共役
な位置に光量検出素子を配置した概略構成図、 第26図は他の実施例として光量検出素子を遮光板に直接
取り付ける概略構成図、 第27図は他の実施例として光量検出素子を遮光板に兼用
させる概略構成図、 第28図は他の実施例として遮光板の端縁の形状を円弧に
する概略構成図、 第29図は他の実施例として光量検出素子を遮光板に兼用
させ遮光板の端縁の形状がリング状になるようにした概
略構成図、 第30図の(a)は第1の実施例から第5の実施例に好適
な遮光板と光量検出素子との組み付けの概略構成図、 第30図の(b)は第30図の(a)の要部の拡大図、 第31図は光量検出素子が検出する光量の特性曲線図であ
る。 第32図はサンプル面が透明な基板の表面である場合にお
ける光量検出素子が検出する光量の特性曲線図である。 第33図は第1の従来技術の概略構成図、 第34図は第2の従来技術の概略構成図である。 1……光源 2……サンプル面 6……対物レンズ 7……遮光板 7a……遮光板の端縁 8……光量検出素子FIGS. 1 to 30 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the first embodiment, and FIG. 2 is a case where the sample surface is at the in-focus position in the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing light rays reflected by the sample surface of FIG. 4, FIG. 3 is a diagram showing light rays reflected by the sample surface when the sample surface is in a non-focused position in the rear pin direction in the first embodiment, FIG. FIG. 5 is a diagram showing light rays reflected by the sample surface when the sample surface is at a non-focused position in the front focus direction in the first embodiment, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the second embodiment. FIG. 6 is a diagram showing rays of light from a light source in the second embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing rays of light from a light source in which an edge of a light shielding plate is enlarged in the second embodiment. FIG. 9 is a diagram showing a light beam that illuminates the sample surface when the sample surface is at the in-focus position in the second embodiment. FIG. 9 shows the rear surface of the sample surface in the second embodiment. FIG. 10 is a diagram showing light rays irradiating the sample surface when the sample surface is in the non-focused position in the front direction, and FIG. 10 is a sample when the sample surface is in the non-focused position in the front pin direction in the second embodiment. FIG. 11 is a diagram showing light rays illuminating the surface, FIG. 11 is a diagram showing light rays reflected by the sample surface at the in-focus position at the position of the edge of the light shielding plate in the second embodiment, and FIG. 12 is the second embodiment. FIG. 13 is a diagram showing a light ray reflected by a sample surface at a non-focused position in the rear-pin direction at the edge position of the light shielding plate in the example, and FIG. 13 is a diagram showing the light beam at the edge position of the light shielding plate in the second embodiment. The figure which shows the light ray reflected by the sample surface of the non-focus position to the front focus direction, FIG. 14 is the figure which shows the light ray from the light source in the 3rd Example, FIG. 15 is the 3rd Example. The figure which shows the light beam from the light source which expands and shows the edge of a light-shielding plate, and FIG. 16 shows the sample surface in a focus position in the 3rd Example. FIG. 17 is a diagram showing light rays irradiating the sample surface, FIG. 17 is a diagram showing light rays irradiating the sample surface when the sample surface is at a non-focused position in the rear pin direction in the third embodiment, FIG. FIG. 19 is a diagram showing light rays irradiating the sample surface when the sample surface is in a non-focused position in the front focus direction in the third embodiment, and FIG. 19 shows light rays from the light source in the fourth embodiment. Fig. 20 is a diagram showing light rays from a light source showing the edge of the light shielding plate in an enlarged manner in the fourth embodiment, and Fig. 21 is a diagram showing light rays from the light source in the fifth embodiment. FIG. 22 is a diagram showing a light beam from a light source showing an end edge of a light shielding plate in an enlarged manner in a fifth embodiment, and FIG. 23 is a diagram showing a light beam from a light source in a sixth embodiment. FIG. 24 is a diagram showing a light beam from a light source showing an end edge of a light-shielding plate in an enlarged manner in the sixth embodiment, and FIG. 25 is another embodiment showing a half-beam between the objective lens and the light-shielding plate. Is a schematic configuration diagram in which the light amount detection element is arranged at a position conjugate with the sample surface side of the light shielding plate by attaching a light beam, and FIG. 26 is a schematic configuration diagram in which the light amount detection element is directly attached to the light shielding plate as another embodiment, FIG. 27 is a schematic configuration diagram in which the light amount detecting element is also used as a light shielding plate as another embodiment, FIG. 28 is a schematic configuration diagram in which the shape of the edge of the light shielding plate is an arc as another embodiment, and FIG. 29 is As another embodiment, a schematic configuration diagram in which the light amount detecting element is also used as a light shielding plate so that the edge of the light shielding plate has a ring shape, FIG. 30 (a) shows the first embodiment to the fifth embodiment. FIG. 30 (b) is an enlarged view of the main part of FIG. 30 (a), and FIG. 31 is a diagram showing the detection of the light amount detecting element by the light amount detecting element. It is a characteristic curve figure of the amount of light to do. FIG. 32 is a characteristic curve diagram of the light amount detected by the light amount detection element when the sample surface is the surface of a transparent substrate. FIG. 33 is a schematic configuration diagram of the first conventional technique, and FIG. 34 is a schematic configuration diagram of the second conventional technique. 1 ... Light source 2 ... Sample surface 6 ... Objective lens 7 ... Shading plate 7a ... Edge of shading plate 8 ... Light amount detection element
Claims (1)
置ずれ状態を検出する位置ずれ検出機構であって、 サンプル面を照射する光源と、 光源とサンプル面の間に配置された対物レンズと、 前記基準位置と共役な位置に、端縁が一致するように、
対物レンズと光源との間に配置され、前記光源からサン
プル面への照射光束の一部を遮光する遮光板と、 前記光源から前記対物レンズの光軸を含んで照射され、
前記遮光板で遮光されずに前記対物レンズを経て前記サ
ンプル面に照射された光束に対するサンプル面からの反
射光のうち、前記対物レンズを経て遮光板のサンプル面
側の面を照射する反射光の光量を検出する光量検出素子
とからなり、 光量検出素子からの検出信号によって、サンプル面の前
記基準位置からのずれ量を検出することを特徴とする位
置ずれ検出機構。1. A position deviation detecting mechanism for detecting a position deviation state of a sample surface from a reference position as a reference, comprising a light source for irradiating the sample surface, and an objective lens arranged between the light source and the sample surface. , So that the edge matches the position conjugate with the reference position,
A light-shielding plate that is disposed between the objective lens and the light source and shields a part of the light flux emitted from the light source to the sample surface, and is irradiated from the light source including the optical axis of the objective lens,
Of the reflected light from the sample surface with respect to the light flux that is not shielded by the light shielding plate and is irradiated onto the sample surface through the objective lens, the reflected light that irradiates the sample surface side surface of the light shielding plate through the objective lens. A position deviation detecting mechanism comprising a light quantity detecting element for detecting a light quantity, and detecting a deviation amount of the sample surface from the reference position by a detection signal from the light quantity detecting element.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1166462A JPH0794983B2 (en) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | Position shift detection mechanism |
| DE69014439T DE69014439T2 (en) | 1989-06-28 | 1990-06-27 | Displacement detection system. |
| EP19900112265 EP0405507B1 (en) | 1989-06-28 | 1990-06-27 | Displacement detection system |
| US07/927,872 US5251011A (en) | 1989-06-28 | 1992-08-10 | Displacement detection system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1166462A JPH0794983B2 (en) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | Position shift detection mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0331713A JPH0331713A (en) | 1991-02-12 |
| JPH0794983B2 true JPH0794983B2 (en) | 1995-10-11 |
Family
ID=15831851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1166462A Expired - Lifetime JPH0794983B2 (en) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | Position shift detection mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794983B2 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6247016A (en) * | 1985-08-26 | 1987-02-28 | Masaki Fujimaki | Focal length detection |
| JPS6275308A (en) * | 1985-09-30 | 1987-04-07 | Yokogawa Electric Corp | Displacement convertor |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP1166462A patent/JPH0794983B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0331713A (en) | 1991-02-12 |
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