JPH0458884B2 - - Google Patents
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- JPH0458884B2 JPH0458884B2 JP9012885A JP9012885A JPH0458884B2 JP H0458884 B2 JPH0458884 B2 JP H0458884B2 JP 9012885 A JP9012885 A JP 9012885A JP 9012885 A JP9012885 A JP 9012885A JP H0458884 B2 JPH0458884 B2 JP H0458884B2
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- signal
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- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
- G03F9/7026—Focusing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 技術分野
本発明は、円環状光束を用いた距離測定装置に
於る測定方法に関する。
於る測定方法に関する。
(2) 従来技術
従来、光学的距離測定装置として本件出願人よ
る特願昭59−242490が有る。ここで提案されてい
る距離測定装置を第１図に示す。図中、１はレー
ザ光源、２はコリメータレンズ、３は第１の円錐
形ミラー、４は第２の円錐形ミラー、５は焦点距
離可変レンズ、６は偏光ビームスプリツター、７
は1/4波長板、８は集光レンズ、９は被測定物、
１０は合焦検知手段、１１は処理装置である。
る特願昭59−242490が有る。ここで提案されてい
る距離測定装置を第１図に示す。図中、１はレー
ザ光源、２はコリメータレンズ、３は第１の円錐
形ミラー、４は第２の円錐形ミラー、５は焦点距
離可変レンズ、６は偏光ビームスプリツター、７
は1/4波長板、８は集光レンズ、９は被測定物、
１０は合焦検知手段、１１は処理装置である。
レーザ光源１から出射したレーザ光は、コリメ
ータレンズ２により平光光束となつて第１の円錐
形ミラー３、第２の円錐形ミラー４を介して中心
部分が暗い円環状光束（以下、リングビームと記
す）となる。このリングビームは焦点距離可変レ
ンズ５、偏光ビームスプリツター６を通り、直線
偏光を円偏光に変換された後集光レンズ８を介し
て被測定物９上に投射される。被測定物９の上面
で反射されたリングビームは、集光レンズ８を通
り1/4波長板７により円偏向を入射時と直交する
直線偏光に変換され、偏光ビームスプリツタ６で
反射して偏向され合焦検知手段１０に投射され
る。
ータレンズ２により平光光束となつて第１の円錐
形ミラー３、第２の円錐形ミラー４を介して中心
部分が暗い円環状光束（以下、リングビームと記
す）となる。このリングビームは焦点距離可変レ
ンズ５、偏光ビームスプリツター６を通り、直線
偏光を円偏光に変換された後集光レンズ８を介し
て被測定物９上に投射される。被測定物９の上面
で反射されたリングビームは、集光レンズ８を通
り1/4波長板７により円偏向を入射時と直交する
直線偏光に変換され、偏光ビームスプリツタ６で
反射して偏向され合焦検知手段１０に投射され
る。
第２図は合焦検知手段１０の受光面を示してお
り、円環状のリングセンサ１２，１３により同心
円を形成している。
り、円環状のリングセンサ１２，１３により同心
円を形成している。
合焦検知手段１０に投射されるリングビーム
は、リングビームの焦点位置と被測定物９との位
置関係に応じてそのビーム径を変化させる為、リ
ングビームの焦点位置が被測定物９の上面と一致
する時にリングセンサ１２と１３の各々から得ら
れる出力が等しくなる様、ビーム径及びリングセ
ンサ１２，１３の径を設定しておけば、被測定物
９の位置に応じた合焦状態の変化をリングセンサ
１２，１３の出力差によつて検出する事が出来
る。尚、第３図に示す如く被測定物９の位置と合
焦状態を示す合焦信号（通常リングセンサ１２，
１３の出力差をその出力和で規格化したもの）と
は所定の測定範囲に於て良好な線型関係を保つて
いる。
は、リングビームの焦点位置と被測定物９との位
置関係に応じてそのビーム径を変化させる為、リ
ングビームの焦点位置が被測定物９の上面と一致
する時にリングセンサ１２と１３の各々から得ら
れる出力が等しくなる様、ビーム径及びリングセ
ンサ１２，１３の径を設定しておけば、被測定物
９の位置に応じた合焦状態の変化をリングセンサ
１２，１３の出力差によつて検出する事が出来
る。尚、第３図に示す如く被測定物９の位置と合
焦状態を示す合焦信号（通常リングセンサ１２，
１３の出力差をその出力和で規格化したもの）と
は所定の測定範囲に於て良好な線型関係を保つて
いる。
従つて、この様な装置を用いて測定を行なう場
合、予め被測定物の略々の位置を知つておくか、
被測定物自体を所定の測定範囲内に配置する必要
が有り、測定時間を短縮できず、自動化も困難で
あつた。又、測定時に最も検出感度の良いリング
ビームの焦点位置が解らない為、事実上、最良の
状態で測定できず、測定精度も十分に信頼できる
ものではなかつた。
合、予め被測定物の略々の位置を知つておくか、
被測定物自体を所定の測定範囲内に配置する必要
が有り、測定時間を短縮できず、自動化も困難で
あつた。又、測定時に最も検出感度の良いリング
ビームの焦点位置が解らない為、事実上、最良の
状態で測定できず、測定精度も十分に信頼できる
ものではなかつた。
(3) 発明の概要
本発明の目的は、上記従来の欠点に鑑み、測定
の自動化及び高速化を達成し得る距離測定方法を
提供する事にある。
の自動化及び高速化を達成し得る距離測定方法を
提供する事にある。
上述目的を達成する為に、本発明に係わる距離
測定方法は、光軸方向の一点に集光する測定用光
束の集光位置を光軸方向の複数位置に順次変化さ
せ、被測定面で反射された前記測定用光束を、被
測定面の光軸方向位置に応じて前記測定用光束の
変位する方向に配列された２つのセンサ部を有す
る合焦検知手段で検知する第一過程と、該合焦検
知手段の前記２つのセンサ部の各出力に基づく差
分の関数として得られる合焦信号の極性が変化す
る前後の２つの集光位置を得る第二過程と、前記
２つの集光位置から、前記被測定面の位置と前記
合焦信号とがほぼ線形な関係を備えた測定範囲内
に前記被測定面を有する集光位置を選別する第三
過程とを有し、該選別された集光位置で得られる
合焦信号から前記被測定面までの距離を測定する
ことを特徴とする。
測定方法は、光軸方向の一点に集光する測定用光
束の集光位置を光軸方向の複数位置に順次変化さ
せ、被測定面で反射された前記測定用光束を、被
測定面の光軸方向位置に応じて前記測定用光束の
変位する方向に配列された２つのセンサ部を有す
る合焦検知手段で検知する第一過程と、該合焦検
知手段の前記２つのセンサ部の各出力に基づく差
分の関数として得られる合焦信号の極性が変化す
る前後の２つの集光位置を得る第二過程と、前記
２つの集光位置から、前記被測定面の位置と前記
合焦信号とがほぼ線形な関係を備えた測定範囲内
に前記被測定面を有する集光位置を選別する第三
過程とを有し、該選別された集光位置で得られる
合焦信号から前記被測定面までの距離を測定する
ことを特徴とする。
好ましくは、前記測定用光束はリングビームで
あり、前記合焦検知手段は、通常内側と外側の２
つに分割されたリングセンサを有し、該リングセ
ンサの外側と内側の出力差、もしくは該出力差を
前記リングセンサの外側と内側の出力和で規格化
した値を合焦信号として用いる。前記リングビー
ムの集光位置の変化に伴ない、前記合焦信号の極
性が変化した時の前記リングセンサの内側の出力
と前記合焦信号の極性が変化する前の前記リング
センサの外側の出力とを比較するか、もしくは、
前記合焦信号の極性が変化した時の前記リングセ
ンサの外側の出力と前記合焦信号の極性が変化す
る前の前記リングセンサの内側の出力とを比較
し、該出力の大きい方の合焦信号により前記被測
定面までの距離を測定する事が出来る。
あり、前記合焦検知手段は、通常内側と外側の２
つに分割されたリングセンサを有し、該リングセ
ンサの外側と内側の出力差、もしくは該出力差を
前記リングセンサの外側と内側の出力和で規格化
した値を合焦信号として用いる。前記リングビー
ムの集光位置の変化に伴ない、前記合焦信号の極
性が変化した時の前記リングセンサの内側の出力
と前記合焦信号の極性が変化する前の前記リング
センサの外側の出力とを比較するか、もしくは、
前記合焦信号の極性が変化した時の前記リングセ
ンサの外側の出力と前記合焦信号の極性が変化す
る前の前記リングセンサの内側の出力とを比較
し、該出力の大きい方の合焦信号により前記被測
定面までの距離を測定する事が出来る。
上記方法に従い測定を行なえば、自動的に最適
な集光位置を検出し、該集光位置で被測定面まで
の距離を測定出来る。
な集光位置を検出し、該集光位置で被測定面まで
の距離を測定出来る。
以下、本発明に係る距離測定方法の基本原理を
説明する。
説明する。
第４図は本発明の基本原理説明図で、第１図と
同じ部材には同番号を符す。尚、１４は集光レン
ズ８により集光されたリングビーム、P1，P2，
P3は光学系の焦点距離を変化させた時のリング
ビーム１４の各集光位置、A1，A2，A3は各集光
位置P1，P2，P3に於る測定範囲を示す。
同じ部材には同番号を符す。尚、１４は集光レン
ズ８により集光されたリングビーム、P1，P2，
P3は光学系の焦点距離を変化させた時のリング
ビーム１４の各集光位置、A1，A2，A3は各集光
位置P1，P2，P3に於る測定範囲を示す。
第１図に示す如き装置に於いては、前述の様に
リングビーム１４の所定の集光位置に対応して、
位置と合焦信号が良好な線型関係にある。従つ
て、焦点距離可変レンズ等を用い集光位置をP1，
P2，P3……と変化させ、前記測定範囲をA1，
A2，A3……とシフトする事により、被測定物９
の位置を検出し得る測定範囲を有する集光位置へ
リングビーム１４を集光させる事が出来る。
リングビーム１４の所定の集光位置に対応して、
位置と合焦信号が良好な線型関係にある。従つ
て、焦点距離可変レンズ等を用い集光位置をP1，
P2，P3……と変化させ、前記測定範囲をA1，
A2，A3……とシフトする事により、被測定物９
の位置を検出し得る測定範囲を有する集光位置へ
リングビーム１４を集光させる事が出来る。
例えば、第２図で示す如きリングセンサ１２，
１３からの出力を各々D1，D2とすると、合焦信
号は差信号D2−D1を強度信号D2＋D1で規格化し
た値Ｆ、即ち Ｆ＝D2−D1／D2＋D1 …(1) で表わす事が出来る。この時、第４図に示す様に
リングビーム１４の集光位置を集光レンズ８側か
ら順次変化させる場合、被測定物９で反射された
リングビーム１４は、集光位置がP1，P2の如く
集光レンズ８と被測定物９の間にある時は、ビー
ム径が拡げられて集光レンズ８へ入射し、集光レ
ンズ８により収斂光となる為、リングセンサ１
２，１３へは合焦時より径が小さくなり投射され
る。従つて、合焦信号Ｆの値は(1)式よりＦ＜０と
なる。次に集光位置がP3の如く被測定物９の集
光レンズ８とは逆側にある時は、ビーム径が小さ
くなつて集光レンズ８へ入射し、集光レンズ８に
より発散光となる為、リングセンサ１２，１３へ
は合焦時より径が大きくなり投射される。従つ
て、合焦信号Ｆの値は(1)式よりＦ＞０となる。即
ち、リングビーム１４の集光位置を順次変化させ
て合焦信号Ｆの極性を判別していけば、被測定物
９を介して集光レンズ８側とその反対側の最も被
測定物９に近接した２つの集光位置の間で極性が
変化する為、該２つの集光位置の少なくとも一方
が測定に於る最適集光位置となる。
１３からの出力を各々D1，D2とすると、合焦信
号は差信号D2−D1を強度信号D2＋D1で規格化し
た値Ｆ、即ち Ｆ＝D2−D1／D2＋D1 …(1) で表わす事が出来る。この時、第４図に示す様に
リングビーム１４の集光位置を集光レンズ８側か
ら順次変化させる場合、被測定物９で反射された
リングビーム１４は、集光位置がP1，P2の如く
集光レンズ８と被測定物９の間にある時は、ビー
ム径が拡げられて集光レンズ８へ入射し、集光レ
ンズ８により収斂光となる為、リングセンサ１
２，１３へは合焦時より径が小さくなり投射され
る。従つて、合焦信号Ｆの値は(1)式よりＦ＜０と
なる。次に集光位置がP3の如く被測定物９の集
光レンズ８とは逆側にある時は、ビーム径が小さ
くなつて集光レンズ８へ入射し、集光レンズ８に
より発散光となる為、リングセンサ１２，１３へ
は合焦時より径が大きくなり投射される。従つ
て、合焦信号Ｆの値は(1)式よりＦ＞０となる。即
ち、リングビーム１４の集光位置を順次変化させ
て合焦信号Ｆの極性を判別していけば、被測定物
９を介して集光レンズ８側とその反対側の最も被
測定物９に近接した２つの集光位置の間で極性が
変化する為、該２つの集光位置の少なくとも一方
が測定に於る最適集光位置となる。
尚、上述の説明では、集光レンズ８側から集光
位置を順次変化させているが、被測定物９を介し
て集光レンズ８とは反対側から順次変化させても
良い。又、集光位置の変化量は各集光位置を中心
にして定まる測定範囲が連続しているのが好まし
く、当然隣接する測定範囲の一部が重複しても構
わない。更に、上述の説明では合焦信号として規
格化した値を使用しているが、単に差信号D2−
D1を合焦信号として用いても良く、差信号とし
てD1−D2の値を用いても当然構わない。但し差
信号としてD1−D2の値を用いる場合、被測定物
と合焦信号との線型関係は、第３図に示すものと
は逆に左上がりの直線となり、又被測定物の前後
に於る合焦信号の変化の仕方も逆になる。
位置を順次変化させているが、被測定物９を介し
て集光レンズ８とは反対側から順次変化させても
良い。又、集光位置の変化量は各集光位置を中心
にして定まる測定範囲が連続しているのが好まし
く、当然隣接する測定範囲の一部が重複しても構
わない。更に、上述の説明では合焦信号として規
格化した値を使用しているが、単に差信号D2−
D1を合焦信号として用いても良く、差信号とし
てD1−D2の値を用いても当然構わない。但し差
信号としてD1−D2の値を用いる場合、被測定物
と合焦信号との線型関係は、第３図に示すものと
は逆に左上がりの直線となり、又被測定物の前後
に於る合焦信号の変化の仕方も逆になる。
以下、実施例により本発明を詳述する。
(4) 実施例
第５図は本発明に係る距離測定方法のフローチ
ヤート図を示す。
ヤート図を示す。
本実施例に示す距離測定方法を適用し、被測定
面までの距離を測定する装置として第１図、第２
図に示した装置を考える。ここで、焦点距離可変
レンズ５により距離Ｎのステツプで集光位置を変
化させる事が出来るものとし、被測定面に最も近
接した２つの集光位置の内、集光レンズ８側の集
光位置に於るリング状センサの内側１２、外側１
３の出力を各々D′1，D′2、又、集光レンズ８とは
反対側の焦点位置に於るリングセンサの内側１
２、外側１３の出力を各々D1，D2とする。更に
合焦信号は前述の様にＦ＝D2−D1／D2＋D1で表わすもの とする。
面までの距離を測定する装置として第１図、第２
図に示した装置を考える。ここで、焦点距離可変
レンズ５により距離Ｎのステツプで集光位置を変
化させる事が出来るものとし、被測定面に最も近
接した２つの集光位置の内、集光レンズ８側の集
光位置に於るリング状センサの内側１２、外側１
３の出力を各々D′1，D′2、又、集光レンズ８とは
反対側の焦点位置に於るリングセンサの内側１
２、外側１３の出力を各々D1，D2とする。更に
合焦信号は前述の様にＦ＝D2−D1／D2＋D1で表わすもの とする。
まず、最も集光レンズ８に近い焦点距離にリン
グビームを集光させて合焦信号Ｆの検出を開始す
る。Ｆ＞０、即ちリングビームの集光位置が被測
定面の集光レンズ８とは逆側になるまで、焦点距
離可変レンズ５により、焦点距離を＋Ｎづつ増加
していき、その都度合焦信号Ｆの極性を判別し、
Ｆ＞０になつた時の集光位置に於るリングセンサ
１２の出力信号D1を記憶する。
グビームを集光させて合焦信号Ｆの検出を開始す
る。Ｆ＞０、即ちリングビームの集光位置が被測
定面の集光レンズ８とは逆側になるまで、焦点距
離可変レンズ５により、焦点距離を＋Ｎづつ増加
していき、その都度合焦信号Ｆの極性を判別し、
Ｆ＞０になつた時の集光位置に於るリングセンサ
１２の出力信号D1を記憶する。
次に、Ｆ＞０になつた時の集光位置から−Ｎ離
れた（Ｎだけ集光レンズに近い）位置、即ち被測
定面に最も近接し且つ集光レンズ８側の集光位置
へ再びリングビームを集光させ、この時のリング
センサ１３の出力信号D′2を記憶する。
れた（Ｎだけ集光レンズに近い）位置、即ち被測
定面に最も近接し且つ集光レンズ８側の集光位置
へ再びリングビームを集光させ、この時のリング
センサ１３の出力信号D′2を記憶する。
ここで、記憶された出力信号D1とD′2の大小比
較を行ない、D1≦D′2であれば現在のＦ＜０であ
る集光位置に於る合焦信号Ｆと焦点距離から得ら
れる被測定面までの距離を測定値とする。又D1
＞D′2であれば再び現在のＦ＜０である集光位置
より＋Ｎだけ離れた位置へリングビームを集光さ
せ、この集光位置に於る合焦信号Ｆと焦点距離か
ら得られる被測定面までの距離を測定値とする。
尚、この様なD1とD′2との比較は、被測定面を介
した２つの集光位置の内、更に被測定面に近接し
ており且つ該集光位置を中心とする測定範囲（第
３図参照）に被測定面を含んでいる最適集光位置
を検知する為に行なう。
較を行ない、D1≦D′2であれば現在のＦ＜０であ
る集光位置に於る合焦信号Ｆと焦点距離から得ら
れる被測定面までの距離を測定値とする。又D1
＞D′2であれば再び現在のＦ＜０である集光位置
より＋Ｎだけ離れた位置へリングビームを集光さ
せ、この集光位置に於る合焦信号Ｆと焦点距離か
ら得られる被測定面までの距離を測定値とする。
尚、この様なD1とD′2との比較は、被測定面を介
した２つの集光位置の内、更に被測定面に近接し
ており且つ該集光位置を中心とする測定範囲（第
３図参照）に被測定面を含んでいる最適集光位置
を検知する為に行なう。
第６図は本発明に係る距離測定方法の別のフロ
ーチヤート図を示す。本方法を適用する装置とし
ては前記実施例同様第１図、第２図に示した装置
を考え、集光位置変化量Ｎ、リングセンサ１２，
１３の出力信号D1，D2，D′1，D′2、及び合焦信
号Ｆ等全て前記実施例同様として取り扱う。
ーチヤート図を示す。本方法を適用する装置とし
ては前記実施例同様第１図、第２図に示した装置
を考え、集光位置変化量Ｎ、リングセンサ１２，
１３の出力信号D1，D2，D′1，D′2、及び合焦信
号Ｆ等全て前記実施例同様として取り扱う。
最初に装置を始動させ、任意の集光位置に於る
リングセンサ１２，１３での合焦信号Ｆを検出す
る。ここで、Ｆの、極性を検出し現在のリングビ
ームの集光位置が、被測定面から見て集光レンズ
８側にあるのか、又は反対側にあるのかを判別す
る。
リングセンサ１２，１３での合焦信号Ｆを検出す
る。ここで、Ｆの、極性を検出し現在のリングビ
ームの集光位置が、被測定面から見て集光レンズ
８側にあるのか、又は反対側にあるのかを判別す
る。
合焦信号Ｆ＞０の時は、リングビームの集光位
置が被測定面から見て集光レンズ８と反対側にあ
る為、現在位置から−Ｎづつ集光位置を変化さ
せ、徐々に集光レンズ８に近づける。この時各集
光位置毎に合焦信号Ｆの極性を判別する。Ｆ＞０
であればこの判別を繰り返し、Ｆ＜０になつた時
の集光位置に於るリングセンサ１３の出力信号
D′2を記憶する。次に、Ｆ＜０である現在位置か
ら再度＋Ｎ離れた集光位置へリングビームを集光
させ、この集光位置に於るリングセンサ１２の出
力信号D1を記憶する。記憶された出力信号D′2，
D1を大小比較し、D1≧D′2であればこの集光位置
に於る合焦信号Ｆと焦点距離から得られる測定値
を被測定面までの距離とする。又、D′2＞D1であ
ればＦ＜０である現在位置から−Ｎ離れた位置へ
リングビームを集光させ、この集光位置に於る合
焦信号Ｆと焦点距離から得られる測定値を被測定
面までの距離とする。
置が被測定面から見て集光レンズ８と反対側にあ
る為、現在位置から−Ｎづつ集光位置を変化さ
せ、徐々に集光レンズ８に近づける。この時各集
光位置毎に合焦信号Ｆの極性を判別する。Ｆ＞０
であればこの判別を繰り返し、Ｆ＜０になつた時
の集光位置に於るリングセンサ１３の出力信号
D′2を記憶する。次に、Ｆ＜０である現在位置か
ら再度＋Ｎ離れた集光位置へリングビームを集光
させ、この集光位置に於るリングセンサ１２の出
力信号D1を記憶する。記憶された出力信号D′2，
D1を大小比較し、D1≧D′2であればこの集光位置
に於る合焦信号Ｆと焦点距離から得られる測定値
を被測定面までの距離とする。又、D′2＞D1であ
ればＦ＜０である現在位置から−Ｎ離れた位置へ
リングビームを集光させ、この集光位置に於る合
焦信号Ｆと焦点距離から得られる測定値を被測定
面までの距離とする。
次に、装置作動直後の合焦信号Ｆの極性がＦ＜
０の場合、リングビームの集光位置は被測定面か
ら見て集光レンズ８側にある為、現在位置から＋
Ｎづつ集光位置を変化させ、徐々に集光レンズ８
から遠ざける。この時各集光位置毎に合焦信号Ｆ
の極性を判別する。
０の場合、リングビームの集光位置は被測定面か
ら見て集光レンズ８側にある為、現在位置から＋
Ｎづつ集光位置を変化させ、徐々に集光レンズ８
から遠ざける。この時各集光位置毎に合焦信号Ｆ
の極性を判別する。
Ｆ＜０であればこの判別を繰り返し、Ｆ＞０に
なつた時の集光位置に於るリングセンサ１２の出
力信号D1を記憶する。続いて、Ｆ＞０である現
在位置から再度−Ｎ離れた集光位置へリングビー
ムを集させ、この集光位置に於るリングセンサ１
３の出力信号D′2、を記憶する。記憶された出力
信号D1，D′2を大小比較し、D′2≧D1であればこ
の集光位置に於る合焦信号Ｆと焦点距離から得ら
れる測定値を被測定面までの距離とする。又、
D1＞D′2であれば現在位置から＋Ｎ離れた位置へ
リングビームを集光させ、この集光位置に於る合
焦信号Ｆと焦点距離から得られる測定値を被測定
面までの距離とする。
なつた時の集光位置に於るリングセンサ１２の出
力信号D1を記憶する。続いて、Ｆ＞０である現
在位置から再度−Ｎ離れた集光位置へリングビー
ムを集させ、この集光位置に於るリングセンサ１
３の出力信号D′2、を記憶する。記憶された出力
信号D1，D′2を大小比較し、D′2≧D1であればこ
の集光位置に於る合焦信号Ｆと焦点距離から得ら
れる測定値を被測定面までの距離とする。又、
D1＞D′2であれば現在位置から＋Ｎ離れた位置へ
リングビームを集光させ、この集光位置に於る合
焦信号Ｆと焦点距離から得られる測定値を被測定
面までの距離とする。
尚、測定中、合焦信号ＦがＦ＝０となつた場合
は、リングビームの集光位置に被測定面が存在し
ている為、即、被測定面位置が検出された事にな
る。
は、リングビームの集光位置に被測定面が存在し
ている為、即、被測定面位置が検出された事にな
る。
又、距離Ｎ毎の集光位置変化に従い連続して得
られる各測定範囲に重複部分があり、その重複部
分に被測定面が存在する場合、各々の測定範囲を
有する集光位置のどちらに於る合焦信号Ｆを用い
て被測定面までの距離を検出しても構わない。
られる各測定範囲に重複部分があり、その重複部
分に被測定面が存在する場合、各々の測定範囲を
有する集光位置のどちらに於る合焦信号Ｆを用い
て被測定面までの距離を検出しても構わない。
以上の如き方法を用いた測定は、例えば第１図
に示される装置に於る処理装置１１等に組み込ま
れたマイコンにより自動的に制御される為、高速
処理が可能で測定結果はすぐに得る事が出来る。
に示される装置に於る処理装置１１等に組み込ま
れたマイコンにより自動的に制御される為、高速
処理が可能で測定結果はすぐに得る事が出来る。
上記２つの実施例では、被測定面に最も近接し
た２つの集光位置を検出し、リングセンサの出力
D1とD′2を比較する事により最適集光位置を検出
した後、合焦信号Ｆから被測定面までの距離を測
定しているが、各集光位置に於る合焦信号Ｆもし
くは測定値を記憶しておき、最適集光位置検出
後、その位置に対応する記憶していた合焦信号Ｆ
もしくは測定値を呼び出す方法もある。従つて、
上記実施例以外にも本発明の思想を逸脱しない限
り各種応用が可能である。
た２つの集光位置を検出し、リングセンサの出力
D1とD′2を比較する事により最適集光位置を検出
した後、合焦信号Ｆから被測定面までの距離を測
定しているが、各集光位置に於る合焦信号Ｆもし
くは測定値を記憶しておき、最適集光位置検出
後、その位置に対応する記憶していた合焦信号Ｆ
もしくは測定値を呼び出す方法もある。従つて、
上記実施例以外にも本発明の思想を逸脱しない限
り各種応用が可能である。
又、本実施例では被測定面までの距離を測定す
る方法に関して述べたが、例えば半導体装置に於
るマスクとウエハーの間隔を測定するギヤツプ測
定装置等に応用可能で、この場合、マスク及びウ
エハー各々の距離を測定しその差を取る事で両者
の間隔を測定出来る。
る方法に関して述べたが、例えば半導体装置に於
るマスクとウエハーの間隔を測定するギヤツプ測
定装置等に応用可能で、この場合、マスク及びウ
エハー各々の距離を測定しその差を取る事で両者
の間隔を測定出来る。
(5) 発明の効果
以上説明した様に、本発明に係る距離測定方法
は自動的に測定時に最適集光位置を検出する事が
可能で、且つ高速に最適集光位置を検出し被測定
面までの距離を測定し得る測定方法である。
は自動的に測定時に最適集光位置を検出する事が
可能で、且つ高速に最適集光位置を検出し被測定
面までの距離を測定し得る測定方法である。
第１図は光学的距離測定装置の一例を示す図。
第２図はリング状センサを示す図。第３図は合焦
信号と被測定位置との関係を示す図。第４図は本
発明に係る距離測定方法の基本原理説明図。第５
図、第６は本発明に係る距離測定方法の一例を示
すフローチヤート図。 １……レーザ光源、２……コリメータレンズ、
３……第１の円錐形ミラー、４……第２の円錐形
ミラー、５……焦点距離可変レンズ、６……偏光
ビームスプリツター、７……1/4波長板、８……
集光レンズ、９……被測定物、１０……合焦検知
手段、１１……処理装置、１２，１３……リング
状センサ、A1，A2，A3……測定範囲、P1，P2，
P3……集光位置。
第２図はリング状センサを示す図。第３図は合焦
信号と被測定位置との関係を示す図。第４図は本
発明に係る距離測定方法の基本原理説明図。第５
図、第６は本発明に係る距離測定方法の一例を示
すフローチヤート図。 １……レーザ光源、２……コリメータレンズ、
３……第１の円錐形ミラー、４……第２の円錐形
ミラー、５……焦点距離可変レンズ、６……偏光
ビームスプリツター、７……1/4波長板、８……
集光レンズ、９……被測定物、１０……合焦検知
手段、１１……処理装置、１２，１３……リング
状センサ、A1，A2，A3……測定範囲、P1，P2，
P3……集光位置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光軸方向の一点に集光する測定用光束の集光
位置を光軸方向の複数位置に順次変化させ、被測
定面で反射された前記測定用光束を、被測定面の
光軸方向位置に応じて前記測定用光束の変位する
方向に配列された２つのセンサ部を有する合焦検
知手段で検知する第一過程と、該合焦検知手段の
前記２つのセンサ部の各出力に基づく差分の関数
として得られる合焦信号の極性が変化する前後の
２つの集光位置を得る第二過程と、前記２つの集
光位置から、前記被測定面の位置と前記合焦信号
とがほぼ線形な関係を備えた測定範囲内に前記被
測定面を有する集光位置を選別する第三過程とを
有し、該選別された集光位置で得られる合焦信号
から前記被測定面までの距離を測定することを特
徴とする距離測定方法。 ２ 前記測定用光束は円環状であり、前記合焦検
知手段が前記２つのセンサ部として内側と外側の
２つに分割された円環状センサを有し、該円環状
センサの外側と内側の出力差、もしくは該出力差
を前記円環状センサの外側と内側の出力和で規格
化した値を前記合焦信号とし、該合焦信号の極性
が変化した時の前記円環状センサの内側の出力
と、該合焦信号の極性が変化する前の前記円環状
センサの外側の出力とを比較し、該出力が大きい
方の合焦信号から前記被測定面までの距離を測定
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の距離測定方法。 ３ 前記測定用光束は円環状であり、前記合焦検
知手段が、前記２つのセンサ部として内側と外側
の２つに分割された円環状センサを有し、該円環
状センサの外側と内側の出力差、もしくは該出力
差を前記円環状センサの外側と内側の出力和で規
格化した値を前記合焦信号とし、該合焦信号の極
性が変化した時の前記円環状センサの外側の出力
と、該合焦信号の極性が変化する前の前記円環状
センサの内側の出力とを比較し、該出力が大きい
方の合焦信号から前記被測定面までの距離を測定
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の距離測定方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9012885A JPS61247910A (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | 距離測定方法 |
| FR8515821A FR2572515B1 (fr) | 1984-10-25 | 1985-10-24 | Dispositif de detection de position |
| GB08526374A GB2167262B (en) | 1984-10-25 | 1985-10-25 | A position detecting device |
| DE3538062A DE3538062C2 (de) | 1984-10-25 | 1985-10-25 | Positionserfassungsgerät |
| US07/218,447 US4830498A (en) | 1984-10-25 | 1988-07-12 | Position detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9012885A JPS61247910A (ja) | 1985-04-26 | 1985-04-26 | 距離測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61247910A JPS61247910A (ja) | 1986-11-05 |
| JPH0458884B2 true JPH0458884B2 (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=13989867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9012885A Granted JPS61247910A (ja) | 1984-10-25 | 1985-04-26 | 距離測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61247910A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0654231B2 (ja) * | 1986-12-18 | 1994-07-20 | 株式会社ミツトヨ | 非接触変位計 |
-
1985
- 1985-04-26 JP JP9012885A patent/JPS61247910A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61247910A (ja) | 1986-11-05 |
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