JP2017049438A - Observation device - Google Patents

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Makoto Uehara
誠 上原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an observation device such as an ellipsometer preventing enlargement of aberration of an image to be imaged by a life-size reflection type imaging optical system.SOLUTION: An ellipsometer 100 includes an imaging optical system 30 for imaging a light flux of reflection light from an object surface on a light-receiving surface 40. The imaging optical system 30 includes a concave primary mirror 32, a convex secondary mirror 34, and a drawing plane mirror 36. The imaging optical system 30 consists of a life-size reflex type imaging optical system capable of reflecting the light flux of the reflection light from the object surface in order of the concave primary mirror 32, the convex secondary mirror 34, and the concave primary mirror 32 and then imaging it via the drawing plane mirror 36 on the light receiving surface 40. The convex secondary mirror 34 is a backside mirror.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、エリプソメータ等の観察装置に関する。   The present invention relates to an observation device such as an ellipsometer.

エリプソメータは、試料の表面で光が反射又は透過する際の偏光状態の変化を観測して、その試料の光学定数(屈折率、消衰係数、等)を測定することのできる装置である。例えば、試料の表面に薄膜が存在する場合は、その薄膜の厚みや光学定数を測定することができる。   An ellipsometer is an apparatus that can measure the optical constants (refractive index, extinction coefficient, etc.) of a sample by observing changes in the polarization state when light is reflected or transmitted on the surface of the sample. For example, when a thin film exists on the surface of the sample, the thickness and optical constant of the thin film can be measured.

特許文献1には、従来のエリプソメータの一例が開示されている。特許文献1に開示されたエリプソメータは、偏光解析法を用いて観察対象の物体の像を拡大して観察可能なエリプソメトリー装置である。このエリプソメータは、光源の光路上に偏光子と位相補償子とを有し、当該偏光子及び位相補償子を通った平行光を前記物体に斜めに照射する照明系と、物体からの反射光が入射して、物体像を拡大して結像させる結像系と、前記結像系における前記反射光の光路の途中に設けられた検光子と、前記結像系により結像された像を撮像する撮像素子と、を備えている。   Patent Document 1 discloses an example of a conventional ellipsometer. The ellipsometer disclosed in Patent Document 1 is an ellipsometer capable of magnifying and observing an image of an object to be observed using ellipsometry. This ellipsometer has a polarizer and a phase compensator on the optical path of a light source, and illuminates the object obliquely with parallel light that passes through the polarizer and the phase compensator, and reflected light from the object. An imaging system that enters and enlarges an object image to form an image, an analyzer provided in the optical path of the reflected light in the imaging system, and an image formed by the imaging system An image pickup device.

また、本発明者は、物体からの反射光を結像させるための結像光学系に、等倍反射型結像光学系の一つであるオフナー光学系を適用したエリプソメータに関する発明について特許出願を行っている(特許文献2を参照)。   The present inventor has also filed a patent application regarding an invention relating to an ellipsometer in which an Offner optical system, which is one of the equal-magnification reflective imaging optical systems, is applied to an imaging optical system for imaging reflected light from an object. (See Patent Document 2).

特開2011−102731号公報JP 2011-102731 A 特開2013−174844号公報JP 2013-174844 A

本発明者は、例えばエリプソメータ等の観察装置に等倍反射型結像光学系を適用した場合に、次のような問題があることを発見した。   The present inventor has found that the following problem occurs when the equal magnification reflection type imaging optical system is applied to an observation device such as an ellipsometer.

エリプソメータにおける照明光学系の光路上には、偏光子や位相補償子などの光学素子が配置される。また、物体からの反射光を結像させる結像光学系の光路上にも、検光子などの光学素子が配置される。さらに、光路上に配置されたレンズや鏡を格納するための鏡筒の入口部及び出口部には、鏡筒の内部に埃等が入り込まないようにするためのガラス窓(入射窓及び出射窓)が設置される。これらの光学素子は、少なくとも一対の平行な平面を有している。このような平行平面を備えた光学素子が収斂光路上に配置されると、結像光学系によって結像される像の収差が大きくなってしまうという問題がある。   Optical elements such as a polarizer and a phase compensator are arranged on the optical path of the illumination optical system in the ellipsometer. An optical element such as an analyzer is also disposed on the optical path of an imaging optical system that forms an image of reflected light from the object. Furthermore, a glass window (an entrance window and an exit window) for preventing dust and the like from entering the interior of the lens barrel is provided at the entrance and exit of the lens barrel for storing a lens or mirror disposed on the optical path. ) Is installed. These optical elements have at least a pair of parallel planes. When an optical element having such a parallel plane is arranged on the convergent optical path, there is a problem that aberration of an image formed by the imaging optical system becomes large.

そこで、本発明は、エリプソメータ等の観察装置において、等倍反射型結像光学系によって結像される像の収差が大きくなる問題を解決することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to solve the problem that an aberration of an image formed by an equal magnification reflection type imaging optical system becomes large in an observation device such as an ellipsometer.

上記課題を解決するための手段は、以下の発明である。
(1)物体の表面からの反射光の光束を受光面に結像させるための結像光学系を備えた観察装置であって、
前記結像光学系は、凹面主鏡、凸面副鏡、及び引き出し平面ミラーを含み、前記物体の表面からの反射光の光束を、前記凹面主鏡、前記凸面副鏡、前記凹面主鏡の順番で反射させた後、前記引き出し平面ミラーを介して、前記受光面に結像させることのできる等倍反射型結像光学系で構成されており、
前記凸面副鏡は裏面鏡であることを特徴とする、観察装置。
Means for solving the above problems are the following inventions.
(1) An observation apparatus including an imaging optical system for forming an image of a reflected light beam from the surface of an object on a light receiving surface,
The imaging optical system includes a concave primary mirror, a convex secondary mirror, and an extraction flat mirror, and the reflected light beam from the surface of the object is converted into the order of the concave primary mirror, the convex secondary mirror, and the concave primary mirror. And is composed of a 1 × -magnification type imaging optical system that can form an image on the light receiving surface via the extraction flat mirror,
The observation apparatus, wherein the convex secondary mirror is a back mirror.

(2)前記凸面副鏡の表面の曲率と裏面の曲率が異なっている、上記(1)に記載の観察装置。 (2) The observation device according to (1), wherein the curvature of the front surface and the curvature of the back surface of the convex secondary mirror are different.

(3)前記凸面副鏡の表面の曲率が、前記凸面副鏡の裏面の曲率よりも小さい、上記(1)または(2)に記載の観察装置。 (3) The observation device according to (1) or (2), wherein the curvature of the surface of the convex secondary mirror is smaller than the curvature of the back surface of the convex secondary mirror.

(4)前記物体の表面から前記受光面までの光路上に、平行な平面を有する少なくとも1つの光学素子が配置されている、上記(1)から(3)のうちいずれかに記載の観察装置。 (4) The observation apparatus according to any one of (1) to (3), wherein at least one optical element having a parallel plane is disposed on an optical path from the surface of the object to the light receiving surface. .

(5)エリプソメータである、上記(1)から(4)のうちいずれかに記載の観察装置。 (5) The observation apparatus according to any one of (1) to (4), wherein the observation apparatus is an ellipsometer.

本発明によれば、エリプソメータ等の観察装置において、等倍反射型結像光学系によって結像される像の収差が大きくなる問題を解決することができる。   According to the present invention, in an observation device such as an ellipsometer, it is possible to solve the problem that the aberration of an image formed by the equal magnification reflection type imaging optical system becomes large.

エリプソメータの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of an ellipsometer. 副鏡の断面拡大図である。It is a cross-sectional enlarged view of a secondary mirror. 実施例1のグラフである。2 is a graph of Example 1. FIG. 実施例2のグラフである。10 is a graph of Example 2. 実施例3のグラフである。10 is a graph of Example 3. 実施例4のグラフである。10 is a graph of Example 4. 実施例5のグラフである。10 is a graph of Example 5. 実施例6のグラフである。10 is a graph of Example 6. 実施例7のグラフである。10 is a graph of Example 7. 実施例8のグラフである。10 is a graph of Example 8. 実施例9のグラフである。10 is a graph of Example 9. FIG. 実施例10のグラフである。It is a graph of Example 10. FIG. 比較例1のグラフである。6 is a graph of Comparative Example 1. 比較例2のグラフである。10 is a graph of Comparative Example 2. 比較例3のグラフである。10 is a graph of Comparative Example 3. 比較例4のグラフである。10 is a graph of Comparative Example 4. 比較例5のグラフである。10 is a graph of Comparative Example 5. 比較例6のグラフである。10 is a graph of Comparative Example 6. 比較例7のグラフである。10 is a graph of Comparative Example 7. 比較例8のグラフである。10 is a graph of Comparative Example 8.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
以下では、本発明をエリプソメータに適用した例について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Below, the example which applied this invention to the ellipsometer is demonstrated.

本実施形態にかかるエリプソメータ100は、試料の表面で光が反射する際の偏光状態の変化を観測して、その試料の特性である膜厚や光学定数(屈折率、消衰係数)等を測定することのできる装置である。   The ellipsometer 100 according to the present embodiment observes changes in the polarization state when light is reflected on the surface of the sample, and measures the film thickness, optical constant (refractive index, extinction coefficient), etc., which are the characteristics of the sample. It is a device that can do.

図1は、エリプソメータ100の全体構成を示している。
図1に示すように、エリプソメータ100は、照明光学系10と結像光学系30を備えている。観察対象である試料の表面は、物体面Sとして表されている。
FIG. 1 shows the overall configuration of the ellipsometer 100.
As shown in FIG. 1, the ellipsometer 100 includes an illumination optical system 10 and an imaging optical system 30. The surface of the sample to be observed is represented as the object plane S.

照明光学系10は、光源12、コリメータレンズ14、集光レンズ16、結晶偏光子18、及び液晶偏光子20を備えている。光源12から発せられた照明光L1は、コリメータレンズ14によって平行光である照明光L2に変換される。この照明光L2は、虹彩絞り15によって光の量が調整された後、集光レンズ16によって物体面Sに集光される。集光レンズ16を通った照明光L2は、結晶偏光子18により、直線偏光となる。液晶偏光子20を電気的にコントロールすることにより、直線偏光を円偏光あるいは楕円偏光としたり、偏光方向を回転させることができる。これにより、照明光L2を、さまざまな偏光状態の照明光L3に変換することができる。この照明光L3は、斜め方向から物体面Sに照射される。例えば、照明光L3は、物体面Sから延びる垂線Nに対して約70度の方向から照射される。このような照明光学系を備えたエリプソメータは公知であり、例えば特開2011−102731号公報に開示されている。   The illumination optical system 10 includes a light source 12, a collimator lens 14, a condenser lens 16, a crystal polarizer 18, and a liquid crystal polarizer 20. The illumination light L1 emitted from the light source 12 is converted by the collimator lens 14 into illumination light L2 that is parallel light. The illumination light L 2 is condensed on the object plane S by the condenser lens 16 after the amount of light is adjusted by the iris diaphragm 15. The illumination light L2 that has passed through the condenser lens 16 becomes linearly polarized light by the crystal polarizer 18. By electrically controlling the liquid crystal polarizer 20, linearly polarized light can be made circularly or elliptically polarized, or the direction of polarization can be rotated. Thereby, the illumination light L2 can be converted into illumination light L3 having various polarization states. The illumination light L3 is applied to the object plane S from an oblique direction. For example, the illumination light L3 is emitted from a direction of about 70 degrees with respect to the normal N extending from the object plane S. An ellipsometer provided with such an illumination optical system is known and disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-102731.

次に、結像光学系30について説明する。
本実施形態のエリプソメータ100は、結像光学系30が、等倍反射型結像光学系の一つであるオフナー光学系によって構成されている。
Next, the imaging optical system 30 will be described.
In the ellipsometer 100 of this embodiment, the imaging optical system 30 is configured by an Offner optical system that is one of the equal-magnification reflective imaging optical systems.

図1に示すように、結像光学系30は、凹面鏡で構成された主鏡32、凸面鏡で構成された副鏡34、及び引き出し平面ミラー36を備えている。物体面Sと主鏡32の間の光路上には、検光子38が配置されている。物体面Sからの反射光の光束は、検光子38に入射する。検光子38を通過した反射光の光束は、主鏡32、副鏡34、主鏡32、引き出し平面ミラー36の順番で反射された後、撮像素子の受光面40に結像するようになっている。   As shown in FIG. 1, the imaging optical system 30 includes a primary mirror 32 configured by a concave mirror, a secondary mirror 34 configured by a convex mirror, and a lead flat mirror 36. An analyzer 38 is disposed on the optical path between the object plane S and the primary mirror 32. The reflected light beam from the object surface S enters the analyzer 38. The reflected light beam that has passed through the analyzer 38 is reflected in the order of the primary mirror 32, the secondary mirror 34, the primary mirror 32, and the extraction plane mirror 36, and then forms an image on the light receiving surface 40 of the image sensor. Yes.

物体面Sと受光面40とは、オフナー光学系において、等倍の共役の関係となっている。
物体面Sは、観察対象となる物体の表面であり、例えば、薄膜が形成された基板の表面である。
受光面40は、物体面Sで反射した光の光束が結像する面であり、例えば、2次元CCD等の撮像素子の受光面である。
副鏡34は、光学系の瞳となっている。
例えば、10μm角の大きさのCCD素子は、等倍の共役な関係にある物体面の10μm角の領域からの光を受光する。これにより、物体面上に置かれた試料の膜厚や光学定数を、10μm角単位で測定することができる。
結像光学系の収差が大きいと、物体面の10μm角の領域からの光束は、共役な関係にある10μm角のCCD素子だけではなく、それに隣接するCCD素子にも至る。その結果、単位面積当たりの膜厚や光学定数の計測精度が悪くなる。
The object surface S and the light receiving surface 40 are in a conjugate relationship of equal magnification in the Offner optical system.
The object surface S is the surface of an object to be observed, for example, the surface of a substrate on which a thin film is formed.
The light receiving surface 40 is a surface on which a light flux of light reflected by the object surface S forms an image, and is, for example, a light receiving surface of an imaging element such as a two-dimensional CCD.
The secondary mirror 34 is a pupil of the optical system.
For example, a CCD element having a size of 10 μm square receives light from a 10 μm square region of the object plane having a 1 × conjugate relationship. Thereby, the film thickness and optical constant of the sample placed on the object plane can be measured in units of 10 μm square.
When the aberration of the imaging optical system is large, the light beam from the 10 μm square region of the object surface reaches not only the 10 μm square CCD element having a conjugate relationship but also the adjacent CCD element. As a result, the measurement accuracy of the film thickness per unit area and the optical constant deteriorates.

図1に示すように、物体面Sから凹面主鏡32に向かう光の光束は、テレセントリックとなっている。主鏡32で反射した光は、絞りを兼ねる凸面副鏡34で反射する。副鏡34で反射した光は、再び凹面主鏡32で反射してテレセントリックとなる。主鏡32で反射してテレセントリックとなった光は、引出し平面ミラー36で反射して、等倍で受光面40に結像する。   As shown in FIG. 1, the light flux from the object surface S toward the concave primary mirror 32 is telecentric. The light reflected by the primary mirror 32 is reflected by the convex secondary mirror 34 that also serves as a stop. The light reflected by the secondary mirror 34 is reflected again by the concave primary mirror 32 and becomes telecentric. The light reflected by the main mirror 32 and made telecentric is reflected by the extraction plane mirror 36 and forms an image on the light receiving surface 40 at the same magnification.

結晶偏光子18及び検光子38は、グラントムソンプリズム(方解石プリズム)によって構成されている。なお、結晶偏光子18及び検光子38は、グラントムソンプリズム以外の他の偏光子によって構成されてもよい。   The crystal polarizer 18 and the analyzer 38 are constituted by a Glan-Thompson prism (calcite prism). Note that the crystal polarizer 18 and the analyzer 38 may be configured by a polarizer other than the Glan-Thompson prism.

主鏡32及び副鏡34を格納するための鏡筒の入口部及び出口部には、鏡筒の内部に埃等が入り込まないようにするためのガラス窓(入射窓42及び出射窓44)が設置されている。入射窓42及び出射窓44は、例えば、所定の厚みを有するガラス板によって構成されている。   Glass windows (an entrance window 42 and an exit window 44) for preventing dust and the like from entering the interior of the barrel are provided at the entrance and exit of the barrel for storing the primary mirror 32 and the secondary mirror 34. is set up. The entrance window 42 and the exit window 44 are made of, for example, a glass plate having a predetermined thickness.

図1に示すエリプソメータ100の光路上には、少なくとも一対の平行な平面を持つ複数の光学素子が配置されている。例えば、照明光学系10の光路上に配置された結晶偏光子18は、少なくとも一対の平行な平面(光の入射面及び出射面)を有している。結像光学系30の光路上に配置された検光子38も、少なくとも一対の平行な平面(光の入射面及び出射面)を有している。さらに、鏡筒の入口部及び出口部に配置された入射窓42及び出射窓44は、少なくとも一対の平行な平面をもつガラス板によって構成されている。このような平行平面を備えた光学素子が収斂光路上に配置されると、結像光学系によって結像される像の収差が大きくなってしまうという問題がある。   A plurality of optical elements having at least a pair of parallel planes are arranged on the optical path of the ellipsometer 100 shown in FIG. For example, the crystal polarizer 18 disposed on the optical path of the illumination optical system 10 has at least a pair of parallel planes (light incident surface and light exit surface). The analyzer 38 disposed on the optical path of the imaging optical system 30 also has at least a pair of parallel planes (light incident surface and light exit surface). Further, the entrance window 42 and the exit window 44 arranged at the entrance and exit of the lens barrel are constituted by a glass plate having at least a pair of parallel planes. When an optical element having such a parallel plane is arranged on the convergent optical path, there is a problem that aberration of an image formed by the imaging optical system becomes large.

図2は、副鏡34の断面拡大図である。
図2に示すように、副鏡34の表面34a及び裏面34bは、球面状であり、かつ、凸状である。副鏡34は、例えば、所定の厚みを有する合成石英ガラスによって構成されてもよい。副鏡34は、石英ガラス以外の材料によって構成されてもよい。例えば、副鏡34は、所望の波長域において高い透過率を有するガラス材料によって構成されてもよい。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the secondary mirror 34.
As shown in FIG. 2, the front surface 34a and the back surface 34b of the secondary mirror 34 are spherical and convex. For example, the secondary mirror 34 may be made of synthetic quartz glass having a predetermined thickness. The secondary mirror 34 may be made of a material other than quartz glass. For example, the secondary mirror 34 may be made of a glass material having a high transmittance in a desired wavelength region.

本実施形態のエリプソメータ100において、副鏡34は、裏面34bで光を反射する裏面鏡によって構成されている。   In the ellipsometer 100 of the present embodiment, the secondary mirror 34 is constituted by a back mirror that reflects light at the back surface 34b.

副鏡34の表面34aには、光の反射を防止するための反射防止膜が形成されてもよい。この反射防止膜は、公知の反射防止膜であればよく、例えば、波長依存性の少ない単層反射防止膜、あるいは、所望の波長域において高い透過率を有する多層反射防止膜であってもよい。   An antireflection film for preventing reflection of light may be formed on the surface 34 a of the secondary mirror 34. The antireflection film may be a known antireflection film, and may be, for example, a single-layer antireflection film with little wavelength dependency, or a multilayer antireflection film having high transmittance in a desired wavelength region. .

副鏡34の裏面34bには、光を反射するための処理が施される。例えば、副鏡34の裏面34bには、波長依存性の少ないアルミニウムに代表される金属反射膜が蒸着されてもよい。または、副鏡34の裏面34bには、所望の波長域において高い反射率を有する多層誘電体反射膜が蒸着されてもよい。   The back surface 34b of the secondary mirror 34 is subjected to a process for reflecting light. For example, a metal reflective film typified by aluminum with little wavelength dependency may be deposited on the back surface 34b of the secondary mirror 34. Alternatively, a multilayer dielectric reflection film having a high reflectance in a desired wavelength region may be deposited on the back surface 34b of the sub mirror 34.

本発明者は、等倍反射型結像光学系を適用したエリプソメータにおいて、平行平面を備えた光学素子が光路上に配置されたことに起因する収差の問題を解決するための技術について研究を行った。その結果、意外なことに、凸面副鏡34として裏面鏡を用いることにより、このような問題を解決できることを見出した。   The present inventor conducted research on a technique for solving an aberration problem caused by an optical element having a parallel plane arranged on an optical path in an ellipsometer to which an equal magnification reflection type imaging optical system is applied. It was. As a result, it has been surprisingly found that such a problem can be solved by using a back mirror as the convex secondary mirror 34.

また、本発明者は、副鏡34の厚みを調整することによって、結像光学系30によって結像される像の収差を小さくできることを見出した。ここでいう「厚み」とは、副鏡34の中心部における「厚みT」を意味する。   The inventor has also found that the aberration of the image formed by the imaging optical system 30 can be reduced by adjusting the thickness of the sub mirror 34. Here, “thickness” means “thickness T” at the center of the secondary mirror 34.

さらに、本発明者は、副鏡34の表面34aの曲率R1と、副鏡34の裏面34bの曲率R2を互いに異ならせることにより、結像光学系30によって結像される像の収差をより小さくできることを見出した。   Furthermore, the present inventor makes the aberration R of the image formed by the imaging optical system 30 smaller by making the curvature R1 of the front surface 34a of the secondary mirror 34 different from the curvature R2 of the back surface 34b of the secondary mirror 34. I found what I can do.

本発明によれば、エリプソメータ等の観察装置において、等倍反射型結像光学系によって結像される像の収差が大きくなるという問題を解決することができる。   According to the present invention, in an observation device such as an ellipsometer, it is possible to solve the problem that the aberration of an image formed by the equal magnification reflection type imaging optical system becomes large.

上述したように、物体面Sからの光を受光面40に結像させるための結像光学系30は、等倍反射型結像光学系の一つであるオフナー光学系によって構成されている。このような反射光学系は、屈折レンズと異なり、物体面Sの観察に用いる光の波長が制限されないという利点を有している。このため、本発明は、観察に用いる光の波長が制限されないため、半導体、バイオ等の様々な分野に適用できる可能性がある。   As described above, the imaging optical system 30 for imaging the light from the object plane S on the light receiving surface 40 is constituted by an Offner optical system which is one of the equal magnification reflection type imaging optical systems. Such a reflective optical system has an advantage that the wavelength of light used for observation of the object plane S is not limited, unlike a refractive lens. For this reason, since the wavelength of light used for observation is not limited, the present invention may be applicable to various fields such as semiconductors and biotechnology.

本発明は、エリプソメータ以外の観察装置にも適用できる。
本発明は、例えば、物体面を観察するための顕微鏡に適用できる。
本発明は、例えば、物体面の欠陥を検出するための装置に適用できる。
本発明は、例えば、物体面の反射率を測定するための装置に適用することができる。
本発明は、これらの装置以外にも、光学観察装置全般に適用できる可能性を有している。
The present invention can also be applied to observation devices other than ellipsometers.
The present invention can be applied to, for example, a microscope for observing an object plane.
The present invention can be applied, for example, to an apparatus for detecting an object plane defect.
The present invention can be applied to an apparatus for measuring the reflectance of an object surface, for example.
In addition to these devices, the present invention has the possibility of being applicable to optical observation devices in general.

[実施例]
図1に示すエリプソメータ100によって物体面Sを観察したときの解像度(MTF)の理論値及び設計値を、シミュレーションによって求めた。なお、照明光の入射角は、物体面の垂線に対して60度に設定した。
[Example]
The theoretical value and design value of the resolution (MTF) when the object plane S is observed with the ellipsometer 100 shown in FIG. 1 were obtained by simulation. The incident angle of the illumination light was set to 60 degrees with respect to the normal of the object surface.

実施例1〜10のシミュレーションの条件は、以下の表1の通りである。
なお、表1において、「窓の厚み」とは、入射窓及び出射窓の厚みを意味する。
The simulation conditions of Examples 1 to 10 are as shown in Table 1 below.
In Table 1, “window thickness” means the thickness of the entrance window and the exit window.

Figure 2017049438
Figure 2017049438

[比較例]
実施例と同様に、図1に示すエリプソメータ100によって物体面Sを観察したときの解像度(MTF)の理論値及び設計値を、シミュレーションによって求めた。ただし、比較例では、副鏡の厚みを0mmに設定し、副鏡が裏面鏡ではなく表面鏡であるという条件を反映させた。
[Comparative example]
Similar to the example, the theoretical value and design value of the resolution (MTF) when the object plane S was observed with the ellipsometer 100 shown in FIG. 1 were obtained by simulation. However, in the comparative example, the thickness of the secondary mirror was set to 0 mm, and the condition that the secondary mirror was not a back mirror but a front mirror was reflected.

Figure 2017049438
Figure 2017049438

実施例1〜実施例10の結果を、図3〜図12にそれぞれ示す。
比較例1〜比較例8の結果を、図13〜図20にそれぞれ示す。
図3〜図20において、STのグラフは、サジタル面の理論値を示している。SDのグラフは、サジタル面の設計値を示している。TTのグラフは、タンジェンシャル面の理論値を示している。TDのグラフは、タンジェンシャル面の設計値を示している。
The results of Examples 1 to 10 are shown in FIGS.
The results of Comparative Examples 1 to 8 are shown in FIGS.
3 to 20, the ST graph indicates the theoretical value of the sagittal plane. The SD graph shows the design value of the sagittal plane. The graph of TT shows the theoretical value of the tangential surface. The TD graph shows the design value of the tangential surface.

図3〜図20において、解像度(MTF)の理論値と設計値との差が大きい場合には、収差が大きいことを意味する。解像度(MTF)の理論値と設計値との差が小さい場合には、収差が小さいことを意味する。   3 to 20, when the difference between the theoretical value of the resolution (MTF) and the design value is large, it means that the aberration is large. When the difference between the theoretical value of the resolution (MTF) and the design value is small, it means that the aberration is small.

実施例1〜4と比較例1〜4をそれぞれ比較すれば分かる通り、等倍反射型結像光学系における副鏡として裏面鏡を用いることによって、収差が小さくなった。   As can be seen from comparison between Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, the use of a back mirror as a secondary mirror in the equal magnification reflection type imaging optical system reduced the aberration.

実施例6〜8と比較例5〜7をそれぞれ比較すれば分かる通り、等倍反射型結像光学系における副鏡として裏面鏡を用いることによって、収差が小さくなった。   As can be seen from comparison between Examples 6 to 8 and Comparative Examples 5 to 7, the use of a back mirror as a secondary mirror in the equal magnification reflection type imaging optical system reduced the aberration.

実施例4と実施例5を比較すれば分かる通り、副鏡の表面の曲率R1と、副鏡の裏面の曲率R2とを異ならせることにより、収差がさらに小さくなった。特に、副鏡の表面の曲率R1を、副鏡の裏面の曲率R2よりも小さくすることにより、収差がより小さくなることが判明した。   As can be seen from a comparison between Example 4 and Example 5, the aberration was further reduced by making the curvature R1 of the surface of the secondary mirror different from the curvature R2 of the back surface of the secondary mirror. In particular, it has been found that the aberration becomes smaller by making the curvature R1 of the surface of the secondary mirror smaller than the curvature R2 of the back surface of the secondary mirror.

実施例1〜10を見れば分かる通り、入射窓及び出射窓の厚みに応じて副鏡の厚みを調整することにより、収差を小さくすることができた。例えば、入射窓及び出射窓の厚みにほぼ比例するように副鏡の厚みを調整することにより、収差をより小さくすることができた。   As can be seen from Examples 1 to 10, the aberration can be reduced by adjusting the thickness of the sub-mirror according to the thickness of the entrance window and the exit window. For example, the aberration can be further reduced by adjusting the thickness of the secondary mirror so that it is substantially proportional to the thickness of the entrance window and the exit window.

10 照明光学系
12 光源
14 コリメータレンズ
16 集光レンズ
18 結晶偏光子
20 液晶偏光子
30 結像光学系
32 主鏡
34 副鏡
36 引き出し平面ミラー
38 検光子
40 受光面
42 入射窓
44 出射窓
100 エリプソメータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Illumination optical system 12 Light source 14 Collimator lens 16 Condensing lens 18 Crystal polarizer 20 Liquid crystal polarizer 30 Imaging optical system 32 Primary mirror 34 Secondary mirror 36 Extraction plane mirror 38 Analyzer 40 Light-receiving surface 42 Entrance window 44 Output window 100 Ellipsometer

Claims (5)

物体の表面からの反射光の光束を受光面に結像させるための結像光学系を備えた観察装置であって、
前記結像光学系は、凹面主鏡、凸面副鏡、及び引き出し平面ミラーを含み、前記物体の表面からの反射光の光束を、前記凹面主鏡、前記凸面副鏡、前記凹面主鏡の順番で反射させた後、前記引き出し平面ミラーを介して、前記受光面に結像させることのできる等倍反射型結像光学系で構成されており、
前記凸面副鏡は裏面鏡であることを特徴とする、観察装置。
An observation apparatus provided with an imaging optical system for imaging a light flux of reflected light from the surface of an object on a light receiving surface,
The imaging optical system includes a concave primary mirror, a convex secondary mirror, and an extraction flat mirror, and the reflected light beam from the surface of the object is converted into the order of the concave primary mirror, the convex secondary mirror, and the concave primary mirror. And is composed of a 1 × -magnification type imaging optical system that can form an image on the light receiving surface via the extraction flat mirror,
The observation apparatus, wherein the convex secondary mirror is a back mirror.
前記凸面副鏡の表面の曲率と裏面の曲率が異なっている、請求項1に記載の観察装置。   The observation apparatus according to claim 1, wherein the curvature of the surface of the convex secondary mirror is different from the curvature of the back surface. 前記凸面副鏡の表面の曲率が、前記凸面副鏡の裏面の曲率よりも小さい、請求項1または請求項2に記載の観察装置。   The observation apparatus according to claim 1, wherein a curvature of a surface of the convex secondary mirror is smaller than a curvature of a back surface of the convex secondary mirror. 前記物体の表面から前記受光面までの光路上に、平行な平面を有する少なくとも1つの光学素子が配置されている、請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の観察装置。   The observation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one optical element having a parallel plane is disposed on an optical path from the surface of the object to the light receiving surface. エリプソメータである、請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の観察装置。   The observation apparatus according to claim 1, wherein the observation apparatus is an ellipsometer.
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