JPS5973707A - 光学的位置検出方式 - 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】 〔発明の利用分野） 本発明は、光学的な位置検出方式に係り、特に高精度な
光学的位置検出方式に関する〇〔従来技術） 光学的な検出方式には、位置検出を行うものとして、光
源とフォトトランジスタを用い、光路に光をしゃ断する
エツジを設けたものがあるが、分解能としては０．１１
１１１ｓ位であり、再現性も良くない。

また、高精度な方法として、レーザによる干渉計がある
が、これも基準位置の検出ができないという欠点がある
。

撮像素子を使用する検出方式では、光学系から得られる
像の分解能は、その走査線の幅で決まり、限界がある。

比較的高精度な光学的位置検出方式として光ポジショニ
ングセンサを用いたものがある。

この光ボジショニングセン号を用いた従来の光位置検出
方式を第１図により説明する。

従来方式の光位置検出器は、位置検出部３．光学的ヒッ
クアップ牛およびピックアップ制御部１７より成る。位
置検出部３け、光ボジショニングセンサ凸、Ｘ軸方向信
号変換器２２．Ｙ軸方向信号変換器２３．光ポジショニ
ングセンサ電源２１および位置信号制御器２４により構
成され、光学的ピックアップ４は、レンズ駆動部６．２
／４　波長プレート７、ビームスプリッタ６、コリメー
タレンズ９．光源１０．シリンドリカルレンズ１１およ
び焦点位置検出器１２により構成され、ピックアップ制
御部１７は、光源駆動回路１３．焦点信号増幅器１４．
レンズ駆動回路１５．およびピックアップ制御器１６に
より構成されている。

光ボジショニングセンサ５は、−次元または二次元の位
置を検出できる。竺２図において、Ｘ軸方向の位置信号
は差動アンプ３２により検出され、Ｙ軸方向の位置信号
は差動アンプ３３により検出され、それぞれ、信号変換
器２２．２３に送られる。

光学的ピックアップ４の、構成は、ビデオディスク等に
使用されているものと同じである。光源１゜から発した
光ビームを、絞りレンズ３１を動がすことにより、自動
的に光ボジショニングセンサ５の受光面に結ぶように制
御する。この制御部はピックアップ制御部１ｔにより行
われる。

ピックアップ制御部１７では、ビームスプリッタ８．シ
リンドリカルレンズ１１．焦点位置検出器１２．焦点信
号増幅器１４を介して得られた信号、および主制御部２
０．ピツクアツプ制御器１６から得られた信号によりレ
ンズ駆動回路１５．レンズ駆動部１６を制御する。

基準位置合せは、位置出方３ｏを利用して取付台２５を
動かすことにより自動的に行う。

このように光ポジショニングセンサを用いた従来装置で
は、基準位置を検出でき、分解能も０．０１龍位であり
比較的精度も高いが、半導体シ１造プロセスのマスク位
置合せや、精密機械の位置検出部等の高精度が要求され
るものに対しては不十分な精度である。

従来の光学的位置検出方式の分解能を向上するためには
、光学系で拡大する手段が必要である。

拡大する手段としては顕微鏡、拡大鏡などがあるが、拡
大する倍率が大きいｉ２Ｆど焦点位置制御が雑しくなる
。この制御には多くの調整を行う必要性が律し、溝戊が
非常に複り（トとなり、さらには再現性も良くないとい
う欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の如き従来の欠点を改善し、高分
解能で再現性も良く、しかも調整の不用な光学的位置検
出方式を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は、光学的ピックアッ
プが自動焦点擾構を有することに着目し、光学的ピック
アップと光位置検出器との間に、光学的倍率器を、また
該光学的倍率器の焦点位置にハーフミラ−をそれぞれ設
け、常に光学的倍率器を理想状胛に設定したことを特徴
とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

本発明と従来技術との相違点は、第４図、第５図に示す
如く、光学的ピックアップ４と光ボジショニングセンサ
δ又は受光面３２との間にハーフミラ−１と光学的倍率
器２とを設けた点である。

ハーフミラ−１は光学的倍率器２の焦点位置に設けられ
ているため、常に光学的倍率器２を理葱状態で使用でき
る。なお、前記光学的倍率器２の焦点位置と６Ｊ、光学
系によって光ボジショニングセンサδ上に像を結ぶ位置
のことである。

ハーフミラ−１は、第３図に示すように、基板２６、反
射膜２７．保砕膜２８から成る。本実施例では、基板２
６をガラスとし、反射膜２７を厚さ０．５μｍのクロム
蒸着とし、保護膜２８をつけである。ハーフミラ−の基
板面１ｂが絞り込みレンズに相い対しているのは、絞り
込みレンズ３１との相関で光ビームの収差を取るためで
あるが、光学倍率器２の倍率が低い場合問題とはならな
い。

光学的ピックアップ４は、取付台２５に取付りられてお
り、この取付台２５がハーフミラ−１に対し水平方向に
二次元に動く被測定物に取付けである。

次に、本発明の詳細な説明Ｊる。

光源１０から発した光ビームを、絞り込みレンズ３１に
より絞り込み、その絞り込んだビームがハーフミラ−１
の反射膜２７に結ぶように自動制御する。該自動制御は
ハーフミラ−１から光学的ピックアップ４に向けて反射
した光ビームを用いて行う。すなわち、光源１０から発
せられた光ビームはハーフミラ−１の反射膜２７により
反射され、ビームスプリッタ８によりシリンドリカルレ
ンズ１１に入射する。入射した光ビームは、シリンドリ
カルレンズ１１により焦点位置検出器１２上に集光する
が、その集光状態により焦点位置検出器１２は、絞り込
みレンズ３１の焦点位置のずれを検出する。焦点位置検
出器１２より得られた焦点位置ずれ情報に基づいて、ピ
ックアップ制御部１７のレンズ駆動回路１５は、レンズ
駆動部６を動かして、絞り込みレンズ３１により絞り込
まれた光ビームがハーフミラ−１の反射膜２７上に焦点
するように自動制御する。このようにして、絞り込みレ
ンズ３１の焦点位置合ぜ操作は、自重（１的に行われる
。

一方、ハーフミラ−１を透過した光ビームは、光学倍率
器２により、所定の倍率で光ボジショニングセンサ５の
上に像を結ぶ。光ボジショニングセンサ５からの信号セ
リ出しは竿２閣に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のそ
れぞれの差動アンプ３２．３３により二次元の位１１便
信号として、位置信号制御器２４に送り、主制御部２０
から行う。

本実施例では、位５ｊＬ出力３０を利用し、て取伺台２
５を動かし、基準位置合せを自動的に行っている。さら
に、本実施例では、光学倍率器２の倍率を可変とするた
め、主制御部２０から信号を与え、倍率器駆動部１８に
より光学系の倍率を変えている。これはカメラのズーム
櫻構と同じものである。

光源には半導体レーザな用い、装置の小型化を図ってい
る。反射膜及び光学系の負゛１（けを防１（−するため
、レーザ出力は、ハーフミラ−面で約１ｍＷとしている
。また、絞り込みレンズＮ　Ａ　０．５を用い、光ボジ
ショニングセンサ凸の上に、光学的倍率器の倍率を約４
００倍とした時面径約０．６鰭の像を結ぶようにしであ
る。上記実施例の分屏絆は０．１μｍ以下であり、再現
性も０．１μｍ以下であることが確認されている。

光学的には倍率をさらに向上する事が可能で一桁近い精
度の向上が望める。また振動に強く光学系の微調整も不
用である。更に、４ｄＬの実施例として、光学的ピック
アップ生を固定し、被測定物にハーフミラ−１と光学的
倍率器２と光ポジショニングセンサ５とを取り付けて位
σ１信号を出力することも出来る。まンこ光位置検出器
として、光ボジショニングセンザ以外の受光素子を使用
してもよく、単体にはフォトトランジスタの前にスリッ
トを配置したものでもよい。

第２の実１布例として、本検出方式を光ビーム測定装置
に応用したものを第５図により説明する。

この測定対象は、光学的ピックアップより出力される光
ビームの特１ツ・であり、光学的ピックアップの良否の
判定等にイリｉ用する。

その構成は、光学的ピックアップ４．ピックアップ制御
部１７、ハーフミラ−１，光学的倍率器２、信号検出手
段であるテレビカメラ３９および表示Ｍ１ｑ＋モニタ３
７．オシロスコープ３８゜主ガｉＩｌ　２５１１部２０
からなる。表示器１９．モニタ３７゜オシロスコープ３
８は必要に応じて構成する。

テレビカメラ３９は゛、受光面３２．テレビカメラ電源
３３．水平同期制御器３４．垂直同期制御器３５、映像
信号変換器３６により構成される。

光学的ピックアップ４から出力される光ビームは、ハー
フミラ−１の反射；摸に絞り込まれ、その反射光を光学
的ピックアップ生の自動焦点制御に使用する。

一方、／１−７ミラー１を透過した光ビームは、光学的
倍率器２により所定の倍率でテレビカメラ３９の受光面
に像を結ぶ。この拮けれた像を、映像信号変換器３６に
より映像信号に変換する。こうして得られた映像信号、
すなわち、光学的ピックアップ生から出力される光ビー
ムのバー７ミヲー１上での像をモニタ３７で形状測定し
、オシロスコープ３８でパワー分布を測定する。この信
号は主制御部２０に導かれ光ビームβ否の判定を行う。

光学的倍率器２は収差の小さいものを用い、そ］対物レ
ンズは光学的ピックアップの絞り込みレンズよりＮＡの
大きいものを選ぶ。また、ハーフミラ−１の反射率を所
定の値とすることにより、光学的ピックアップの自動焦
点制御をそのまま用いる事が出来る。／％　−７ミラー
１番」、光学的倍率器２の焦点位置に設定する。この方
法により、光学的ピックアップから出力される光ビーム
の特性が測定出来るだけでなく、光学的ピックアップと
、その自動焦点制御を含めた実使用状陣での光ビームの
特性が測定できる。また、上記自動焦点制御に電気的オ
フセットを与え、光ビームの絞り込み位置を変化させれ
ば、紋り込まれる光ビームの過程も測定することが出来
る。

本実１犯例では光学的倍率器牛の倍率を４００倍とし、
テレビカメラには全固体カメラを使用し、その測定精度
を計測した結呆、最小分解能０．１μｍの結Ｗを得た。

従って、０．１μｍの分解能で光ビームの特性を測定す
る事が出来る。また振動に強く、光学的倍率器を簡単な
スタンドに同定するだけでよく、測定装置全体を大幅に
小形化する事が出来る。

このように、本発明はサブミクロン以下の高精度で位置
検出がで門るため、高精度の要求される半導体製造プロ
セスにも適用できる。

すなわち、半導体集積回路の高準積化が進み現在では、
半導体＄積回路の作製にあたって、数μｍ離ねた２つの
線が完全に識別できなければ電子回路として役に立たな
くなっている。

半導体π′釉回路は、深さや方向で異なった模様を必要
とするため、回路パターンをシリコン基板に転写する場
合、ただ１度の転写では総ての回路パターンを転写でき
ない。そこで回路パターンを複数の工程に分解して、そ
れぞれの工程ごとの図面を作成し、それらを重ね合わせ
て元の回路パターンに復元する。各工程の図面をシリコ
ン基板に転写するには、回路として不必要な部分を覆っ
たマスクを作る必要がある。そこでガラス基板上にホト
レジスト膜（感光性樹脂）を塗布し７、′露光現像し、
これをシリコン基板に転写するさいのマスクとする。こ
のようにして作製した各工程ごとのマスクを重ね合わせ
るわけであるが、前述のように配Ｒ間隔は数μｍである
ので、このマスクの重ね合わせもサブミクロン以下の高
精度が要求される０ 本発明はサブミクロン以下の高ｍ度な分解能を有するた
め、上記のマスク重ね合わせにも適用できる。この場合
、各マスクには、基準位置合わせのために、予め目印を
つけておく。光源］０をマスクに搭載し、そのマスクの
目印と前工程のマスクの目印とを一致させれば、マスク
重ね合わせができる。マスク重ね合わせは二次元的に行
う必要があるので、目印の点を２筒所に設けるが又ｃＡ
。

十の如き形状にする。

なお、ロボットのマニピュレータにｆｆｉ　１０を搭載
してマニピュレータの位置制御を行うこともできる。こ
の場合、本発明では二次元的な位置し。

か検出できないが、もし距離を検出したけねば、光源１
０を２個用いればよい。　　　。

その他、高精度位置決めを！゛するＮＣ等への高精度位
置検出として応用できる。

〔発明の効：ｒ４り 以上説明したように、本発明によれば、高分解能で再現
性も良く、′シかも調整の不用な光学的位置検出方式が
得られ、性能の向上か図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光学的位置検出方式の系統を示す肉、第
２図は光ポジショニングセンサの信号検出の概念を示す
図、第３図はハーフミラ−の構造の一実施例を示す図、
第４図は本発明の笛ｌの実施例の系統を示す図、第５図
は本発明の第２の実施例の系統を示す図である。 １ａ：反射膜面、１ｂ：基板面、１：ハーフミラ−，２
：光学的倍率器、３：位置（リエ出部、４コ光学的ピツ
クアツプ、５：光ボジショニングセンサ、ｌＱ：光源、
１７：ピックアップ制御部、３２：受光面、３４：水平
回期制御器、３５：垂ｎ１同期′Ａ−１穐１’４７　％
　３６　”映像イバ号変１１真器、３７：モニタ、３８
＝オシロスコープ、３９：テレビカメラ。 特許出鵬人　株式会社　日立製作所 代　理　人　弁理士　磯　村　雅　俊 第　　　　　１　　　　図 第　　　３　　　図 第　　　Φ　　　図 第　　　５　　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ビームの焦点位置を変化させる手段と、該光ビームの
   像を拡大する手段と、前記焦点位置を自動的に調整する
   手段と、光、信号変換手段とを有することを特徴とする
   光学的位置検出方式。