JPH02187604A - 受光位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、被測定物からの反射光の受光位置を検出する
受光位置検出装置に係わり、特に、反射光を透過率自動
可変フィルタを介して受光素子で検出する二とにより、
精度の高い測定を行うことのできる受光位置検出装置に
関するものである、「従来の技術」 従来、光学的に被計測物体の空間的な位置座標を計測す
る装置としては、電子的な走査による固体撮像素子を利
用したものや、ミラー、レティクル等の機械的走査によ
る計測装置か存在していた。

しかしながら、これらの走査方式は、検出速度が走査速
度により決定してしまうという問題点がありな７そこて
゛画像の走査を行わずに、照射された入射光の位置を検
出することのできる半導体装置検出器が開発された。そ
して被検面に対して光を照射させ、二の反射光を半導体
装置検出器で受光することにより、位置を検出すること
ができる受光位置検出装置が実現しな、二の受光位置検
出装置は、ｆ？ＩＩＬば第７図（ａ）に示す様な光テコ
方式や、第７図（ｂ）に示す様な非点収差方式が存在し
ていた、第７図（ａ）に示す光テコ方式は、し−ザーダ
イオードやヘリウム−ネオンレーザ−ＬＥＤ等の発光素
子からレーザー光、赤外線光等を放射させ、このレーザ
ー光線等を適宜の反射部材で反射させ、被測定物の被検
面に対して斜めに照射させる９この被検面で反射された
反射光は、適宜の反射部材で反射され、コンデンサレン
ズ等で平行光束にされた後、半導体装置検出器（ＰＳＤ
）等の受光素子に導かれる様になっている５この半導体
装置検出器（ＰＳＤ）が反射光の位置を検出し、被検面
の位置を測定することができる。

更に第７図（ｂ）に示す非点収差方式は、発光素子から
放射されたレーザー光等を、透過反射面とコンデンサレ
ンズとを介して、被測定物の被検面に対して鉛直に照射
させる。この被検面で反射された反射光は、透過反射面
で反射され、４分割の受光素子を有する半導体装置検出
器に導かれる様に構成されている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記従来の受光位置検出装置は、被検面
が均一な反射率を有するか、或は、被検面か一定のパタ
ーンを持つことが粂件とされており。

反射率の異なる境界面等では、精度よく測定することが
できないという問題点があった９例えば、種々の材料か
らｆｌｌｆｌｉｌＭされている半導体ウェハが被検物で
ある場合には、高精度の測定が期待できないといつ深刻
な問題があった　即ち、半導体ウェハは、内部導線には
主にアルミニュムが使用されており、外部との接続線に
は金が用いられている。

そして、ウェハ上の半導体も複数種類の材料から形成さ
れているので、ウェハ上の反射率は部分的に異なってお
り、特に、境界面では精度のよい測定ができないという
問題点があった、 「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、光の透過又
は反射率が部分的に異なる被測定物を測定するための測
定装置であって、被測定物に向けて光を照射する投光光
学部と、前記被測定物からの光を受光面上に導くための
受光光学系と、この受光光学系により導かれた光の受光
位置に応じて被測定物の位置を示す信号を出力するため
の受光素子とからなる受光位置検出装置において、前記
受光光学系には、被測定物からの光の強弱に応じて該当
の変化を減少させる様に補正するための補正手段が備え
られており、前記受光素子の出力信号により、受光位置
が検出されることを特徴としている９ 「作用」 以上の様に構成された本実施例は、投光光学部が被測定
物に向けて光を照射し、受光光学系が被測定物からの光
を受光面に導き、受光素子が受光光学系により導かれた
光の受光位置に応じて、被検査面の位置を示す信号を出
力する７この際、受光光学系に備えられて補正手段が、
被測定物からの光の強弱に応じて、光の変化を減少させ
る様に補正する。この結果、被測定物の光の透過又は反
射率の部分的相違に影響を受けることなく、受光位置を
検出することができる。

「実施例」 本発明の実施例を図面に基いて説明する１本実施例では
光テコ方式の受光位置検出装置１を例に説明すイ、こと
にする。第１図は受光位置検出装置１の構成を示す図で
あり、受光位置検出装置１は、赤外ＬＥＤ２と、反射部
材３と、コンデンサレンズ４と、透過率自動可変フィル
タ５と、半導体装置検出器（ＰＳＤ）６と、前置増幅器
７と、演算器８と、演算器９と、演算器１００とからな
っている５赤外Ｌ　Ｅ　Ｉ）　２は発光素子に該当する
ものであり、赤外線を放射することができる一第１の反
射部材３１と第２の反射部材３２は、赤外ＬＥＤ２から
の赤外線を被検物２００の被検面に導くものである９赤
外ＬＥＤ２と第１の反射部材３１と第２の反射部材３２
とが、投光光学系に該当している９この投光光学系によ
り、赤外光線を被検物２００の被検面に対して斜めに照
射することができる。コンデンサレンズ４は、被検物２
００から力反射光を平行光束にさせるものである。透過
率自動可変フィルタ５は、入射光の光強度に応じて光透
過度を自動的に変化させ、透過光強度の変化の幅を減少
させるものである。この透過率自動可変フィルタ５は、
透過率自動可変ガラスから構成されており、第３図に示
す棟な透過率特性を有している２即ち入射光強度が高ま
るに従い、透過率が減少する様になっており、透過光の
強弱差を減少させる二とができる７この透過率自動可変
カラスとしては、例えば近紫外線や短波長可視光線の刺
激で光電子を放出する元素がドープされると共に、強い
還元条件で作られた高純度のけい酸塩ガラス等から構成
されている９なお、この透過率自動可変フィルタ５は、
補正手段に該当するものである。なお、この補正手段は
透過率自動可変フィルタ５に限ることなく、ＴＮ液晶セ
ル等の液晶素子を採用し、この液晶セルの透過率を制御
させる手段等、同様の働きをする材料が利用できる７第
３の反射部材３３、第４の反射部材３４は被検物２００
の反射光を反射させ、半導体装置検出器６に導くもので
ある。ここで、第３の反射部材３３とコンデンサレンズ
４と第４の反射部材３４とが受光光学系を構成している
９半導体装置検出器（ＰＳＤ）６は、受光素子に該当す
るものであり。

二の半導体装置検出器表面における光スギ・・Ｉトの輝
度重心を出力するものである７ −こで、半導体装置検出器（Ｐｓｉ’））６の構造を第
４図に基いて説明する、半導体装置検出器６は、高抵抗
半導体表面の片面、或は両面に均一な抵抗＠６１が形成
されており、この抵抗層６１の両端に信号取り出し用の
一対の電極６２．６３が設けん・れている７表面層はＰ
Ｎ接合を形成しており、光電効果により光電流を生成す
る様に構成されている、 ＰＳＤの電極Ａ６２と電％８６３との距離をし、抵抗を
Ｒ１−とし、電極Ａ６２から光の入射位置をまでの距離
をＸ、その部分の抵抗をＲ＼とする。

光の入射位置で発生した光生成電荷は、光の入射エネル
ギに比例する光電流（Ｉｏ）として抵抗層６１に到達す
る、そして光電流は、それぞれの電極６２．６３までの
抵抗値に逆比例する様に分割される。したがって、電ｆ
ｉＡ　６２＆び電［！Ｂ６３から収り出せる電流ＩＡ　
ＩＰ、は次の様に計算される５ＬＲＸ ■Ａ　−Ｉ［ｌ　　　　　　　２Ｘ となり、抵抗層６１は均一で、長さと抵抗値は比例する
と仮定すれば、 Ａ Ｉｏ　・ ・　・　・　（３） ｕ Ｉｏ　・ ・　（４） と表すことができる。そして位置信号をＰとし、■いと
１８の和と差を計算し、これらを除すれは、となり、受
光位置を計算する二とができる、本実施例では、これら
の原理の検出器を２個装備した２次元ＰＳＤを採用して
いるが、１次元ＰＳＤを採用し、−次元の位置を計測す
ることもできる。

前置増幅器７は、ＰＳＤ６の出力信号を増幅するための
ものである９第１の前置増幅器７１と第２の前置増幅器
７２とが、Ｙ軸方向の位置を検出する出力信号を増幅し
、第３の増幅器７３と第４の増幅器７４とか、Ｘ軸方向
の位置を検出する出力信号を増幅する様に構成されてい
る５第１の加算用演算器８１は、Ｙ軸方向検出用の出力
信号であるＹｌｌ、Ｙ２の加算を行うものである９更に
、第１の減算用演算器９１は、Ｙ軸方向検出用の出力信
号であるＹｌ、￥２の減算を行うものである。

第１の除算用演算器１０１は、第１の減算用演算器９１
の出力信号を、第１の加算用演算器８１の出力信号で除
算するものである。この第１の除算用演算器１０１の出
力は、上記（５）式を演算した結果と等価であり、Ｙ軸
方向の位置信号を得ることができる。同様に、第２の加
算用演算器８２と第２の減算用演算器９２と第２の除算
用演算器１０２とを接続すれば、Ｘ軸方向の位置信号を
得ることができる。

次に、第５図に示す被検物２００を用いて計測する場合
を説明する。この被検物２００は反射率の異なる材料か
ら構成されており、黒色部分が反射率の低い材料であり
、白色部分は反射率の高い材料から構成されている９赤
外ＬＥＤから放射された赤外光線は、第１．２の反射部
材３１．３２で反射され、被検物２００の被検面に斜め
に照射される。この赤外光線は被検面で反射されるが、
■の場所での被検物２００の反射率分布を第２図（ａ）
に示す９そして１反射光は第３の反射部材３３で反射さ
れる。この■の位置での反射光分布を第２図（ｂ）に示
す。この反射光強度は、被検物２００の反射率分布と同
様な傾向を示し、反射率の高い部分の反射光は、光強度
も高くなっている９更に反射率の高低に差が大きければ
、光強度の差も大きくなっている７そして、コンデンサ
レンズ４で平行光束にされた反射光は、第４の反射部材
３４で反射され、透過率自動可変フィルタ５に入射する
、この透過率自動可変フィルタ５は第３図に示す透過率
特性を有するので、この透過率自動可変フィルタ５を透
過しな■の位置での光強度は、第２図（Ｃ）に示す様に
光強度の強弱の差が少なくなっている９この透過率自動
可変フィルタを透過した反射光は、半導体装置検出器６
に入射する。この半導体装置検出器（ＰＳＤ）６の出力
信号は、前置増幅器７で増幅され、アナログ演算器８．
９，１００で上記（５）式が演算され、Ｘ、ｌびＹ軸の
受光位置に対応する位置信号が生成される２ 以上の様に構成された本実施例は、受光光学系に透過率
自動可変フィルタ５を挿入しているので、反射光の光分
布が均一化し、この均一化された反射光を半導体装置検
出器６に投影する様に構成されているので、被検面の反
射率が一様でない場合にも精度よく測定を行うことがで
きるという効果がある。

特にステ・ソバ−のマスク等は、パターンが大きく影響
し、本実施例の応用には好適である。

なお１以上の実施例は第６図（ａ）に示すテコ方式の受
光位置検出装置１であるが、第６図（ｂ）に示す非点収
差方式の受光位置検出装９１に応用することもできる、 「効果」 以上の様に構成された本発明は、投光光宇部が被測定物
に向けて光を照射し、受光光学系が被測定物からの光を
受光面に導き、受光素子が受光光学系により導かれた光
の受光位置に応じて、被検査面の位置を示す信号を出力
する様になっている。

この際、受光光学系に備えられて補正手段が、被測定物
からの光の強弱に応じて、光の変化を減少させる様に補
正するので、被測定物の光の透過又は反射率の部分的相
違に影響を受けることなく、受光位置を検出することが
できるという卓越した効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すもので、第１図は本実施例の
構成を説明する図であり、第２図（ａ）は反射率分布を
表した図、第２図（ｂ）は反射光分布を表した図、第２
図（Ｃ）はフィルタ通過後の光の分布を表した図、第３
図は透過率自動可変フィルタの特性を示した図、第４図
は半導体装置検出器の構成を示した図、第５図は非検物
の被検面を示した図、第６図＜ａ＞は光テコ方式の構成
を説明する図、第６図（ｂ）は非点収差方式の構成を説
明した図であり、第７図は従来技術を説明し。 た図である９ １・・・・受光位置検出装置 ２・・・・赤外ＬＥＤ ３・・・・反射部材 ４・・・・コンデンサレンズ ５　・　・ ・透過率自動可変フィルタ ６　・ ・半導体装置検出器（ＰＳＤ） ・被検物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光の透過又は反射率が部分的に異なる被測定物を
   測定するための測定装置であって、被測定物に向けて光
   を照射する投光光学部と、前記被測定物からの光を受光
   面上に導くための受光光学系と、この受光光学系により
   導かれた光の受光位置に応じて被測定物の位置を示す信
   号を出力するための受光素子とからなる受光位置検出装
   置において、前記受光光学系には、被測定物からの光の
   強弱に応じて該光の変化を減少させる様に補正するため
   の補正手段が備えられており、前記受光素子の出力信号
   により受光位置が検出されることを特徴とする受光位置
   検出装置。