JPH11248417A

JPH11248417A - 観察装置

Info

Publication number: JPH11248417A
Application number: JP10073149A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】照明光と観察光を分岐する分岐ミラーを照明光
透過にて使用する場合において、使用する照明光の波長
によるｍ方向での照射角差、及びｍ方向とｓ方向での照
射角差が生じず、デフォーカスがあったときでも測定誤
差、位置ズレが発生しない高精度の観察装置を提供す
る。【解決手段】波長の異なる複数の光束又は波長幅を有す
る光束を発する光源１と、分岐ミラー１１と、リレーレ
ンズ系５と、照明光ｊを物体１４に導き且つ物体１４か
ら発した観察光ｋを分岐ミラー１１に導く第１対物レン
ズ１３と、撮像手段１８と、観察光ｋを撮像手段１８に
導く第２対物レンズ１５とを有する観察装置において、
物体１４を照射する各波長毎の主光線の照射角がｍ方向
について互いにほぼ等しくなるようにする補正部材１０
を、光源１と分岐ミラー１１との間に介在させたことを
特徴とする観察装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体を観察する観
察装置に関し、特にウエハのパターンの検査・測定や、
露光装置におけるウエハの位置合わせ等、高精度に物体
の位置を計測する際に用いる観察装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より観察装置は、落射照明系の一部
にビームスプリッタを用いており、これにより照明光の
光路と観察光の光路とを分岐している。ビームスプリッ
タは、非偏光ハーフミラー又は偏光ハーフミラーを用い
るミラー型と、非偏光ハーフプリズム又は偏光プリズム
を用いるプリズム型とに大別される。更に照明光光路と
観察光光路の分岐方法は、照明光を透過にて使用する照
明光透過型と、反射にて使用する照明光反射型との２つ
に分かれる。プリズム型のビームスプリッタにおいて
は、照明光がプリズムの表面で反射し観察系に入射し
て、これがフレアーとして観察されて、物体のコントラ
ストを低下させていた。しかし近年、反射防止膜の性能
向上と、観察系に使用する撮像素子の発達、更には、画
像処理技術の向上により、こういった問題もかなり改善
されており、プリズム型もそれ程高精度の求められない
観察装置等で制限的に用いられるようになっている。

【０００３】一方、分岐方法については、一般に照明光
反射型の方が照明光透過型に比べて、結像の際に分岐ミ
ラーの面精度の影響を受けにくい（約４倍異なる）た
め、照明光反射型が主流であった。しかし、近年の分岐
ミラー研磨技術の向上により、こういった両者の結像の
差異はほとんどなくなっている。よって両者の差異は、
光源やリレーレンズ系や対物レンズ等の構成部材の配置
のみとなっている。このように、高精度の求められる観
察装置においても、その設置スペースとの兼ね合いで、
照明光透過型が選択されるケースが増えている。

【０００４】次に、ミラー型・照明光透過型の観察装置
の従来例を図５にて説明する。光源（不図示）から発せ
られた光束は、ライトガイド４にてリレーレンズ系５に
導かれる。リレーレンズ系５の第１リレーレンズ６と第
２リレーレンズ７を通過した光束は、分岐ミラー１１
（ハーフミラー）を透過して、第１対物レンズ１３を介
して物体１４を照明する。この光束すなわち照明光ｊ
は、物体１４をムラ無く照明するために、いわゆるケー
ラー照明が用いられており、物体１４上でライトガイド
射出部４ｂ（２次光源像）が無限遠になるように、リレ
ーレンズ系５によりライトガイド射出部４ｂの像を第１
対物レンズ１３の後側焦点位置付近に形成している。物
体１４から発した観察光ｋは、第１対物レンズ１３を通
過し、分岐ミラー１１で反射して、第２対物レンズ１５
を介して、撮像素子であるＣＣＤ１８上に結像される。
ここで、パターンの検査や測定、露光装置のウエハの位
置合わせ等の高精度に物体１４の位置を計測する観察装
置では、物体１４のデフォーカスにより倍率が異なった
り、位置ズレが生じることを避けるため、第１対物レン
ズ１３の後側焦点位置近傍に開口絞り１２を配置して、
物体側にテレセントリックとなるようにしている。また
分岐ミラー１１の反射面は、高い面精度で研磨されてお
り、面精度による観察光ｋへの影響を少なくしている。
更に、取り付け等による分岐ミラー１１の変形を避ける
ために、分岐ミラー１１の厚さは充分厚くしてある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の観察装
置を、特に高精度に物体の位置を計測する観察装置とし
て使用する場合、２つの収差上の問題が生じる。１つ
は、波長の異なる複数の光束又は波長幅を有する光束が
照明光として使用された場合に、その照明光が分岐ミラ
ーを透過することにより、物体を照射する主光線の照射
角が、分岐ミラーの法線を物体面に投影した方向（以
下、ｍ方向と呼ぶ。）について、各波長毎で異なってし
まうことである。もう１つは、照明光が分岐ミラーを透
過することにより、ｍ方向での主光線の照射角と、物体
面上でｍ方向と直交する方向（以下、ｓ方向と呼ぶ。）
での主光線の照射角とが異なってしまうことである。ど
ちらにおいても、物体がデフォーカスしたときに測定誤
差、位置ズレを生じることになる。以下に、これらの２
つの問題を詳細に説明する。

【０００６】まず、ｍ方向における各波長（ｄ線、ｇ
線、ｃ線）の主光線Ｒ_d、Ｒ_g、Ｒ_cの照射角の違いを、
図６によって説明する。照明光が分岐ミラーを透過する
際、その波長により、ｍ方向について透過後のシフト量
が異なる。波長の基準をｄ線としたとき、ｇ線、ｃ線の
ｄ線に対するシフト量Δｇ、Δｃは、スネルの式より、但し、ｄ：分岐ミラーの厚さｎ_d、ｎ_g、ｎ_c：分岐ミラーのｄ線、ｇ線、ｃ線に対す
る屈折率 θ：分岐ミラーの傾斜角となる。このシフト量Δｇ、Δｃは、開口絞り１２上で
のｄ線に対するｍ方向の位置ズレであり、これらがその
まま第１対物レンズ１３を介し物体１４を照明する際の
ｄ線に対する角度ズレとなる。基準となるｄ線が垂直入
射（照射角α_d＝０）する場合、物体１４を照明するｇ
線、ｃ線の照射角α_g、α_cは、 α_g＝Δｇ／ｆ₁ （３） α_c＝Δｃ／ｆ₁ （４）但し、ｆ₁：第１対物レンズの焦点距離となる。

【０００７】以下具体的な例を示す。第１対物レンズの
焦点距離をｆ₁＝１０ｍｍ、分岐ミラーの厚さをｄ＝６
ｍｍ、分岐ミラーの傾斜角をθ＝４５°、硝材をＢＫ７
（ｎ_d＝１．５１６８０、ｎ_g＝１．５２６６９，ｎ_c＝
１．５１４３２）として、これらを（１）、（２）、
（３）、（４）式に代入すると、 α_g＝１．８５ｍｒａｄ α_c＝−０．４７ｍｒａｄとなる。よって、ｇ線とｃ線における照射角の差（α_g
−α_c）は、２．３２ｍｒａｄとなる。

【０００８】実際に波長依存性のある物体を観察する場
合、例えば、液晶パネル等に用いられているカラーフィ
ルタを製造する際に用いるカラーレジストや、段差構造
をもつ位相物体等を観察する場合には、ＣＣＤに撮像可
能な光がある波長域に限定される。これらの物体を測
定、観察するとき、複数の波長の照明光を用いることに
なるため、上述したｍ方向における波長毎の照射角差が
生じることになる。その際、物体のデフォーカスが生じ
れば、その計測値は誤差を含んだ値となる。仮に、ｇ線
に対して反射特性をもつ物体と、ｃ線に対して反射特性
をもつ物体とを、同じデフォーカス量Δｚにて計測する
とき、これら２つの物体間に生じる計測差δは、 δ＝（α_g−α_c）・Δｚ（５）となる。

【０００９】次に、照明光が分岐ミラーを透過すること
によるｍ方向とｓ方向の主光線Ｒ_m、Ｒ_sの照射角の違い
を、図７によって説明する。平行平面板の非点収差の式
より、光源の結像位置のｍ方向とｓ方向の非点隔差（ア
ス量）Δ_m-sは、 Δ_m-s＝ｄ・（ｎ²−１）・ｓｉｎ²θ・（ｎ²−ｓｉｎ²θ）^-3/2 （６）但し、θ：分岐ミラーの傾斜角ｎ：分岐ミラーの屈折率ｄ：分岐ミラーの厚さで求められる。第１対物レンズ１３の後側焦点面上に結
ぶ光束は、ｍ方向とｓ方向で、このアス量Δ_m-sずれる
ことになる。ここで、ｓ方向の光束が第１対物レンズ１
３の後側焦点位置になるように配置したとき、ｍ方向の
照射角β_mは、近似的に求めて、 β_m＝〔Δ_m-s・（ｙ′／ｆ₁）〕／ｆ₁ （７）但し、ｆ₁：第１対物レンズの焦点距離ｙ′：像高となる。

【００１０】以下具体的な例を示す。光束はｄ線を使用
して、第１対物レンズの焦点距離をｆ₁＝１０ｍｍ、分
岐ミラーの厚さをｄ＝６ｍｍ、分岐ミラーの傾斜角をθ
＝４５°、硝材をＢＫ７（ｎ_d＝１．５１６８０）と
し、更に、像高をｙ′＝０．２５ｍｍとして、これらを
（６）、（７）式に代入すると、照射角β_mdは、 β_md＝４．０４ｍｒａｄとなる。また、上記具体例と同条件にて、ｇ線（ｎ_g＝
１．５２６６９）を使用したとき、その照射角β_mgは、 β_mg＝４．０３ｍｒａｄとなる。このように、波長差によるｍ方向の照射角β_m
の違いは、極僅かである。第１対物レンズの後側焦点位
置で照明光が、ｍ方向、ｓ方向ともに波長による差が僅
かに生じるが、アス量はほとんどない。すなわち、分岐
ミラー等の平行平面板を照明光透過にて用いた場合、ｍ
方向、ｓ方向とも単に平行平面板を挿入したときに生じ
る軸上色収差分だけ波長ずれが発生する。

【００１１】このように、物体を測定、観察する際、そ
の視野の位置により平行平面板のｍ方向とｓ方向での照
射角が異なるため、デフォーカスが生じればその計測値
に誤差が生じることになる。例えば、ｓ方向の光束が第
１対物レンズの後側焦点位置になるように配置するとす
れば、ｓ方向での照射角β_s＝０、すなわちテレセンで
入射することになるが、ｍ方向の照射角β_mは、像高
ｙ′に応じて、近似的に像高ｙ′に比例して大きくな
る。つまり、デフォーカスが生じた場合には、ｍ方向だ
け倍率が変化した形になる。ここで、像高ｙ′にて、物
体を測定、観察するとき、デフォーカス量Δｚが生じた
ときの計測誤差δ′は、δ′＝β_m・Δｚとなる。但
し、計測誤差δ′は、物体を観察する位置により異な
る。したがって本発明は、照明光と観察光を分岐する分
岐ミラーを照明光透過にて使用する場合において、使用
する照明光の波長によるｍ方向での照射角差、及びｍ方
向とｓ方向での照射角差が生じず、デフォーカスがあっ
たときでも測定誤差、位置ズレが発生しない高精度の観
察装置を提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、添付図面に
付した符号をカッコ内に付記すると、本発明は、波長の
異なる複数の光束又は波長幅を有する光束を発する光源
（１）と、分岐ミラー（１１）と、光源（１）からの光
束を分岐ミラー（１１）に導くリレーレンズ系（５）
と、分岐ミラー（１１）を透過した照明光（ｊ）を物体
（１４）に導き且つ物体（１４）から発した観察光
（ｋ）を分岐ミラー（１１）に導く第１対物レンズ（１
３）と、撮像手段（１８）と、分岐ミラー（１１）で反
射した観察光（ｋ）を撮像手段（１８）に導く第２対物
レンズ（１５）とを有する観察装置において、分岐ミラ
ー（１１）の法線を物体面に投影した方向をｍ方向とし
たとき、物体（１４）を照射する各波長毎の主光線の照
射角がｍ方向について互いにほぼ等しくなるようにする
補正部材（１０、２０）を、光源（１）と分岐ミラー
（１１）との間に介在させたことを特徴とする観察装置
である。

【００１３】また本発明は、光源（１）と、分岐ミラー
（１１）と、光源（１）からの光束を分岐ミラー（１
１）に導くリレーレンズ系（５）と、分岐ミラー（１
１）を透過した照明光（ｊ）を物体（１４）に導き且つ
物体（１４）から発した観察光（ｋ）を分岐ミラー（１
１）に導く第１対物レンズ（１３）と、撮像手段（１
８）と、分岐ミラー（１１）で反射した観察光（ｋ）を
撮像手段（１８）に導く第２対物レンズ（１５）とを有
する観察装置において、分岐ミラー（１１）の法線を物
体面に投影した方向をｍ方向とし、物体面上でｍ方向と
直交する方向をｓ方向としたとき、物体（１４）を照射
する主光線の照射角が前記ｍ方向とｓ方向についてほぼ
等しくなるようにする補正部材（９、２５ａ、２５ｂ）
を、光源（１）と分岐ミラー（１１）との間に介在させ
たことを特徴とする観察装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図１及び図２にて、本発明による観察装置
の第１実施例を示す。図１は、観察装置、特に画像処理
型の測定時に用いる観察装置の光学系の概略図である。
図１（Ａ）に示すように、ハロゲンランプ等の光源１か
ら発せられた光束は、光源部リレーレンズ系２を介して
ライトガイド入射部４ａに入射する。光源部には、ダイ
クロイックフィルタ３が設置されており、これにより複
数の波長、例えばハロゲン光源のｇ線〜ｃ線の照明光ｊ
が選択される。ライトガイド４を射出した照明光ｊは、
第１リレーレンズ６、物体１４とほぼ共役な位置にある
照明領域を制限する視野絞り８、分岐ミラー１１のｍ方
向とｓ方向での物体１４の主光線の照射角を補正するシ
リンドリカルレンズ９、第２リレーレンズ７を順次通過
する。更に照明光ｊは、波長毎のｍ方向の主光線の照射
角差を補正する平行平面板１０を通過して、照明光ｊと
観察光ｋを分岐する分岐ミラー１１（ハーフミラー）を
透過して、第１対物レンズ１３を介して物体１４を照明
する。ここで照明光ｊは、物体１４をムラ無く照明する
ために、ケーラー照明が用いられ、物体１４上でライト
ガイド射出部４ｂ（２次光源像）が無限遠になるよう
に、ライトガイド射出部４ｂの像が対物レンズの後側焦
点位置付近に形成されている。

【００１５】照明された物体１４の像、すなわち物体１
４から発した観察光ｋは、第１対物レンズ１３を介し
て、分岐ミラー１１で反射して、第２対物レンズ１５に
より、物体１４と共役な位置に配置してある指標板１６
上に結像する。更に指標板１６を通過した観察光ｋは、
撮像部リレーレンズ系１７を介して、撮像素子であるＣ
ＣＤ１８上に結像される。ここで、パターンの検査や測
定、露光装置のウエハの位置合わせ等で用いられる高精
度に物体１４の位置を計測する観察装置では、物体１４
のデフォーカスによる倍率差や位置ズレを避けるため、
第１対物レンズ１３の後側焦点位置近傍に開口絞り１２
を配置して、物体側にテレセントリックとなるようにし
てある。また物体１４のコントラストを得るために照明
光ｊの物体面における開口数を、観察光ｋの物体面にお
ける開口数より小さく設定している。ＣＣＤ１８上に投
影された物体像が、指標板１６を基準にして画像処理さ
れることにより、物体１４の位置の測定を行う。ここで
指標板１６は、観察装置が主に測長装置として用いられ
る場合には使用されるが、検査装置として用いる場合等
には、指標板１６の位置する場所に、指標板１６の代わ
りにＣＣＤ１８を配置することが考えられる。なお、照
射角差の微小補正が可能となるように、平行平面板１０
はｍ方向と光軸との双方に直交する回転軸を中心として
回転可能としても良いし、シリンドリカルレンズ９は光
軸を中心として回転可能としても良い。

【００１６】次に、本第１実施例の作用について説明す
る。図１（Ａ）にて、反時計回りを正としたとき、分岐
ミラー１１は、光軸に対して＋４５°傾斜している。前
記課題で述べたように、異なる波長の照明光ｊが、これ
を透過すると、物体１４を照射する照射角差が生じてし
まう。これを補正するために、分岐ミラー１１と同じ硝
材、同じ厚さの平行平面板１０を、光軸に対して−４５
°（分岐ミラー１１とは逆方向）傾斜させて、同図の位
置に配置する。平行平面板１０においても、分岐ミラー
１１同様、波長毎のシフトが生じるが、そのシフト量は
分岐ミラー１１のシフト量に対して、逆方向であって、
その絶対値は等しい。これにより、分岐ミラー１１で生
じるシフト量が、丁度相殺されて、補正されることにな
る。すなわち、使用する照明光ｊの波長によるｍ方向で
の主光線の照射角差が生じることなく、デフォーカスが
あったときでも測定誤差、位置ズレの発生のない高精度
の観察装置を提供することができる。

【００１７】このように本第１実施例では、言うなれ
ば、照明光透過にて使用する傾斜した平行平面板１０、
１１を２個配置していることになる。このため、分岐ミ
ラー１１により発生するｍ方向とｓ方向の照射角差は、
追加された平行平面板１０により、前記課題で述べた照
射角差の２倍となる。この分岐ミラー１１及び平行平面
板１０により生じるｍ方向とｓ方向の照射角差を補正す
るシリンドリカルレンズ９が、視野絞り８付近に配置さ
れている。シリンドリカルレンズ９によって、第１対物
レンズ１３の後側焦点位置に、ｍ方向、ｓ方向ともに光
源像が結像される。光源像のｍ方向とｓ方向での結像位
置は、分岐ミラー１１と平行平面板１０を透過すること
により、ｍ方向に長く延びる。よって、補正部材として
シリンドリカルレンズ９が機能するには、ｍ方向に凸の
パワーをもつレンズ、又は、図１（Ｂ）に示すようにｓ
方向に凹のパワーをもつレンズであれば良い。

【００１８】図２は、第１実施例の観察装置におけるシ
リンドリカルレンズ９を含むリレーレンズ系５の概略図
である。以下、シリンドリカルレンズ９の焦点距離と分
岐ミラー１１、平行平面板１０との関係を説明する。図
の見易さのため、シリンドリカルレンズ９は、ｍ方向に
凸のパワーをもつレンズとした。シリンドリカルレンズ
９の無限遠の像は、パワーがある方向（ｍ方向）では、
シリンドリカルレンズ９の焦点位置ｆ_cに結像して、パ
ワーがない方向（ｓ方向）では、垂直に置かれた平行平
面板と同様に透過する。第１リレーレンズ６を通過した
光束は、コリメートされて、シリンドリカルレンズ９に
入射する。この光束は、ｍ方向ではシリンドリカルレン
ズ９と第２リレーレンズ７を介して点Ａに結像される。
このとき、レンズの公式より、１／〔−（ｆ_c−Ｌ）〕＋１／Ｌ_a＝１／ｆ _R 但し、ｆ _R：第２リレーレンズ７の焦点距離ｆ_c：シリンドリカルレンズ９の焦点距離Ｌ：シリンドリカルレンズ９と第２リレーレンズ７の主
点間隔Ｌ_a：第２リレーレンズ７と点Ａの距離が導かれ、これを展開することで、第２リレーレンズ７
と点Ａの距離Ｌ_aは、Ｌ_a＝ｆ _R・（Ｌ−ｆ_c）／（Ｌ−ｆ_c−ｆ _R）となる。

【００１９】一方、第１リレーレンズ６を通過した光束
は、ｓ方向ではシリンドリカルレンズ９をパワーなく通
過し、第２リレーレンズ７にてｆ _Rの位置に結像され
る。よって、ｍ方向とｓ方向の結像位置の差（アス量）
Δ′は、となる。このアス量Δ′は、分岐ミラー１１で生じるア
ス量Δ_m-sと平行平面板１０で生じるアス量Δ_m-sの双方
を相殺すべきものであるので、次式を満足することが、
補正部材としてのシリンドリカルレンズ９の条件とな
る。 Δ′−２×Δ_m-s＝０よって、上式に（８）式を代入すると、シリンドリカル
レンズ９の焦点距離ｆ_cは、となる。

【００２０】以下具体的な例を示す。分岐ミラー１１、
平行平面板１０の厚さをｄ＝６ｍｍ、分岐ミラー１１の
傾斜角をθ＝＋４５°、平行平面板１０の傾斜角をθ＝
−４５°、硝材をＢＫ７（ｎ_d＝１．５１６８０）と
し、更にシリンドリカルレンズ９は、第２リレーレンズ
７の前側焦点位置に置き、第２リレーレンズ７の焦点距
離をｆ _R＝５０ｍｍとして、これらを（６）、（９）式
に代入すると、シリンドリカルレンズ９の焦点距離ｆ_c
は、ｆ_c≒７７４．１ｍｍとなる。以上のように、分岐ミラー１１及び平行平面板
１０を照明光透過で用いることにより生じるｍ方向とｓ
方向の主光線の照射角差を、シリンドリカルレンズ９を
配置することでなくすことができ、デフォーカスがあっ
たときでも測定誤差、位置ズレの発生のない高精度の観
察装置を提供することができる。ここで、シリンドリカ
ルレンズ９を物体面とほぼ共役な照明視野絞り８近傍に
配置したのは、第１対物レンズ１３の開口絞り１２の面
内で、シリンドリカルレンズ９の効果を同じように出す
ためである。

【００２１】図３は、本発明による観察装置の第２実施
例を示す。本第２実施例は、平行平面板１０をライトガ
イド射出部４ｂとリレーレンズ系５との間に配置した点
が、第１実施例と異なる。そして、第１実施例同様、平
行平面板２０は分岐ミラー１１と同一平面内にて傾斜し
ているが、その方向は分岐ミラー１１と平行、すなわち
光軸に対して＋４５°の傾斜にて配置されている。これ
は、リレーレンズ系５の入射部と射出部とは、倒立の関
係にあるためである。これにより、第１実施例同様、ｍ
方向における異なる波長毎の照射角差をなくすことがで
きる。また、第１リレーレンズ６と第２リレーレンズ７
との間には、分岐ミラー１１と平行平面板２０によるｍ
方向とｓ方向の照射角差を補正する補正部材として、凸
のシリンドリカルレンズ９が、ｍ方向にパワーを有する
方向に配置されている。

【００２２】ここで、分岐ミラー１１と平行平面板２０
の硝材と傾斜角θが等しいとき、分岐ミラー１１の厚さ
ｄと平行平面板２０の厚さｄ′とが、次式を満足すれば
波長毎の照射角を等しくすることができる。ｄ＝γ_R・ｄ′ （１０）但し、γ_R：リレーレンズ系５の倍率このとき、第１対物レンズ１３の開口絞り１２上で生じ
る分岐ミラー１１及び平行平面板２０で発生するｍ方向
とｓ方向とのアス量Δ_m-s′は、但し、Δ_p：平行平面板２０のアス量 Δ_h：分岐ミラー１１のアス量となる。

【００２３】このアス量Δ_m-s′を、第１対物レンズ１
３の開口絞り１２位置で補正するためには、アス量Δ
_m-s′と、第１実施例で求めたシリンドリカルレンズ９
とリレーレンズ系５で生じるアス量Δ′とが、次式を満
足すれば良い。 Δ′−Δ_m-s′＝０上式と（８）、（１１）式より、シリンドリカルレンズ
９の焦点距離ｆ_cは、となる。また、（６）式より、厚さｄ′の平行平面板２
０と、厚さｄの分岐ミラー１１のそれぞれのアス量
Δ_p、Δ_hは、 Δ_p＝ｄ′・（ｎ²−１）・ｓｉｎ²θ・（ｎ²−ｓｉｎ²
θ）^-3/2 Δ_h＝ｄ・（ｎ²−１）・ｓｉｎ²θ・（ｎ²−ｓｉｎ
²θ）^-3/2 で表わすことができる。上記２式と（１０）式より、ア
ス量Δ_p、Δ_hの関係は、 Δ_p＝１／γ_R・Δ_h となる。よって、（１２）式のシリンドリカルレンズ９
の焦点距離ｆ_cは、次式のように表わすことができる。

【００２４】以下具体的な例を示す。第１実施例同様、
分岐ミラー１１の厚さをｄ＝６ｍｍ、分岐ミラー１１と
平行平面板２０の傾斜角をθ＝＋４５°、リレーレンズ
系５の倍率をγ_R＝２倍、硝材をＢＫ７（ｎ_d＝１．５１
６８０）として、更にシリンドリカルレンズ９は、リレ
ーレンズの前側焦点位置に置き、リレーレンズの焦点距
離をｆ _R＝５０ｍｍとして、これらを（６）、（１３）
式に代入すると、シリンドリカルレンズ９の焦点距離ｆ
_cは、ｆ_c≒５１６ｍｍとなる。以上のように、本第２実施例においては、（１
０）、（１３）式の条件を満足すれば、物体１４を照明
する波長毎のｍ方向の照射角差、及び分岐ミラー１１及
び平行平面板１０によるｍ方向とｓ方向の照射角差をな
くすことができる。

【００２５】図４は、本発明による観察装置の第３実施
例を示す。本第３実施例は、シリンドリカルレンズ９の
代わりに、一対のアス補正用平行平面板２５ａ、２５ｂ
を配置した点が、第１実施例と異なる。アス補正用平行
平面板２５ａ、２５ｂは、第１実施例のシリンドリカル
レンズ９同様、分岐ミラー１１及び平行平面板１０で生
じるｍ方向とｓ方向との照射角差を、相殺するためのも
のである。この２枚のアス補正用平行平面板２５ａ、２
５ｂの法線と光軸とを含む平面は、互いに平行であっ
て、光軸に対して正負逆の傾斜（±４５°）にて、対向
するように設置されている。更に、アス補正用平行平面
板２５ａ、２５ｂの法線と光軸とを含む平面は、分岐ミ
ラー１１及び平行平面板１０の法線と光軸とを含む平面
と直交するように配置されている。また、アス補正用平
行平面板２５ａ、２５ｂの厚さと硝材は、分岐ミラー１
１及び平行平面板１０のそれと同等に形成されている。
これにより、分岐ミラー１１及び平行平面板１０で生じ
るアス量と等しいアス量がアス補正用平行平面板２５
ａ、２５ｂにも発生して、各々が相殺され、物体面上ｍ
方向とｓ方向との照射角は等しくなる。

【００２６】ここで、アス補正用平行平面板２５ａ、２
５ｂの厚さと硝材が、分岐ミラー１１及び平行平面板１
０のそれと同等に形成されないとき、例えば、分岐ミラ
ー１１と同一の屈折率をもつが、分散が異なるアス補正
用平行平面板２５ａ、２５ｂであるとき、僅かではある
が異なる波長毎のｍ方向とｓ方向の照射角差が生じるこ
とになる。なお実施例には示さないが、第３実施例のア
ス補正用平行平面板２５ａ、２５ｂは、第２実施例の分
岐ミラー１１と平行平面板２０のように、リレーレンズ
系５を間に挟み、設置しても同等の効果を得ることがで
きる。

【００２７】なお以上の実施例では、ｇ線〜ｃ線のよう
な異なる波長の照明光ｊを用いているが、波長帯域が非
常に狭くて、分散を無視できる光束を照明光ｊとして用
いる場合には、ｍ方向の照明角差は無視できる。このよ
うなとき、平行平面板１０、２０は不要となり、残る分
岐ミラー１１にて生じるｍ方向とｓ方向の照射角のみを
補正すれば良いので、第１、第２実施例の場合であれ
ば、平行平面板１０、２０を除去した構成で充分であ
り、第３実施例の場合であれば、平行平面板１０とこれ
に対応したアス補正用平行平面板２５ａ、２５ｂの１枚
を除去した構成で充分である。また実施例では、本発明
を画像処理型の測定時に用いる観察装置に適用した場合
について説明したが、本発明は露光装置におけるウエハ
等の位置合わせ時に用いるオフアクシスアライメント系
についても当然に適用することができる。

【００２８】また、以上の図１、図３及び図４に示した
各実施例に示した観察光学系を投影露光装置のＴＴＬア
ライメント系に応用することができる。例えば、図１、
図３及び図４において、物体１４上に所定のパターンが
形成されたマスクを配置し、さらに、そのマスクの像を
投影する投影光学系とその投影光学系の像面上に感光性
基板（ウエハ等）とをそれぞれ配置して、マスクのパタ
ーン像を感光性基板（ウエハ等）上に投影する露光装置
を考える。この場合、図１、図３及び図４に示す観察光
学系は、検出光学系（１３、１５、１７又は１３、１
５）を介してマスク上に形成されたマスクマークの像
と、投影光学系及び検出光学系（１３、１５、１７又は
１３、１５）を介して感光性基板上に形成された基板マ
ークの像とを光電検出器としてのＣＣＤ１８にて光電検
出する。その後、不図示の処理系で双方のマーク像の相
対的なずれを検出し、不図示の位置補正装置（感光性基
板（ウエハ等）を保持する基板ステージ）によって感光
性基板の位置を補正することにより、マスクと感光性基
板との相対的なずれを補正することができる。あるい
は、図１、図３及び図４に示す観察光学系は、投影光学
系及び検出光学系（１３、１５、１７又は１３、１５）
を介して感光性基板上に形成された基板マークの像を光
電検出器としてのＣＣＤ１８にて光電検出しても良い。
この場合、不図示の処理系で所定の基準位置に対するウ
エハマーク像のずれを検出し、不図示の位置補正装置
（感光性基板（ウエハ等）を保持する基板ステージ）に
よって感光性基板の位置を補正することにより、感光性
基板の位置ずれを補正することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明では、装置設置上の
制約により分岐ミラーを照明光透過にて用いる場合にお
いて、波長の異なる複数の光束、又は波長幅を有する光
束を発する光源に対して、物体を照明するｍ方向の照射
角を同一にすることが可能である。また、像高をもつ照
明光に対して、分岐ミラーのｍ方向とｓ方向の照射角を
同じにすることも可能である。ひいては、物体がデフォ
ーカスする場合においても、正確に物体の位置、倍率、
更には、物体の波長特性に依らず正確に測定、観察する
ことが可能な観察装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による観察装置を示す
（Ａ）概略図と、（Ｂ）図Ａ中ＸーＸ矢視図である。

【図２】本発明の第１実施例による観察装置のリレーレ
ンズ系を示す概略図である。

【図３】本発明の第２実施例による観察装置を示す概略
図である。

【図４】本発明の第３実施例による観察装置を示す概略
図である。

【図５】従来の観察装置を示す概略図である。

【図６】ｍ方向におけるｇ線〜ｃ線の主光線の照射角差
を示す断面図である。

【図７】主光線の照射角を示す（Ａ）ｓ方向断面図と
（Ｂ）ｍ方向断面図である。

【符号の説明】

１…光源２…光源部リレーレ
ンズ系３…ダイクロイックフィルタ４…ライトガイド４ａ…ライトガイド入射部４ｂ…ライトガイド
射出部５…リレーレンズ系６…第１リレーレン
ズ７…第２リレーレンズ８…視野絞り９…シリンドリカルレンズ１０、２０…平行平
面板１１…分岐ミラー１２…開口絞り１３…第１対物レンズ１４…物体１５…第２対物レンズ１６…指標板１７…撮像部リレーレンズ系１８…ＣＣＤ２５ａ、２５ｂ…アス補正用平行平面板ｊ…照明光ｋ…観察光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】波長の異なる複数の光束又は波長幅を有す
る光束を発する光源と、分岐ミラーと、前記光源からの
光束を前記分岐ミラーに導くリレーレンズ系と、前記分
岐ミラーを透過した照明光を物体に導き且つ該物体から
発した観察光を前記分岐ミラーに導く第１対物レンズ
と、撮像手段と、前記分岐ミラーで反射した観察光を前
記撮像手段に導く第２対物レンズとを有する観察装置に
おいて、前記分岐ミラーの法線を物体面に投影した方向をｍ方向
としたとき、前記物体を照射する各波長毎の主光線の照
射角が前記ｍ方向について互いにほぼ等しくなるように
する補正部材を、前記光源と前記分岐ミラーとの間に介
在させたことを特徴とする観察装置。
【請求項２】前記補正部材は前記分岐ミラーと同等の屈
折率と分散とを有した平行平面板によって形成され、該
平行平面板の法線と光軸とを含む平面と、前記分岐ミラ
ーの法線と光軸とを含む平面とが平行となるように配置
されたことを特徴とする請求項１記載の観察装置。
【請求項３】前記平行平面板と光軸とがなす傾斜角の絶
対値が、前記分岐ミラーと光軸とがなす傾斜角に対して
等しくなるように前記平行平面板を配置したことを特徴
とする請求項２記載の観察装置。
【請求項４】光源と、分岐ミラーと、該光源からの光束
を前記分岐ミラーに導くリレーレンズ系と、前記分岐ミ
ラーを透過した照明光を物体に導き且つ該物体から発し
た観察光を前記分岐ミラーに導く第１対物レンズと、撮
像手段と、前記分岐ミラーで反射した観察光を前記撮像
手段に導く第２対物レンズとを有する観察装置におい
て、前記分岐ミラーの法線を物体面に投影した方向をｍ方向
とし、物体面上で該ｍ方向と直交する方向をｓ方向とし
たとき、前記物体を照射する主光線の照射角が前記ｍ方
向とｓ方向についてほぼ等しくなるようにする補正部材
を、前記光源と分岐ミラーとの間に介在させたことを特
徴とする観察装置。
【請求項５】前記補正部材は前記ｍ方向とｓ方向につい
てパワーの異なる光学部材によって形成されたことを特
徴とする請求項４記載の観測装置。
【請求項６】前記補正部材は少なくとも１つの平行平面
板によって形成され、該平行平面板の法線と光軸とを含
む平面と、前記分岐ミラーの法線と光軸とを含む平面と
が直交するように前記平行平面板を配置したことを特徴
とする請求項４記載の観察装置。