JPH0794983B2 - 位置ずれ検出機構 - Google Patents

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。

＜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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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。

＜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。

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。

＜作用＞ 本発明の構成による作用は、次のとおりである。

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。

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。

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。

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。

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。

＜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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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β_１を通過する光線は、
実線γ_１で示すように、サンプル面２で反射された後、
再度点β_１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。

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γ_２かγ_３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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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P_X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P_X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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、次の効果が発揮される。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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。