JPH1022221A

JPH1022221A - 照明観察装置

Info

Publication number: JPH1022221A
Application number: JP8197029A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shima; 伸一島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】物体の照明状態が最適となる照明用光源の傾
き角を調整する。【構成】ハロゲンランプ１１からの光束は、レンズ１
４、絞り１５、レンズ１６を通り、ハーフミラー１７で
下方に反射され、レンズ１８を介して観察対象物体Ｍに
照射される。観察対象物体Ｍからの反射光は、レンズ１
８、ハーフミラー１７、レンズ１９を通ってＣＣＤ２０
に結像し、制御部２１に入力される。制御部２１はラン
プ駆動部２２を駆動して、ＣＣＤ２０上に結像する観察
面の照度むら又は照度が最適となり、かつ楕円集光ミラ
ー１３からの集光光束中のハロゲン電極１２の陰影光束
Ｌが、視野絞り１５でけられて照明に必要な光束外に退
避するように、ハロゲンランプ１１を集光焦点Ｆを中心
として傾ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体デバ
イスを製造するための投影露光装置であるステッパのア
ライメント用顕微鏡等の照明観察装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、微小物体を拡大像で観察する
場合には、レーザーやハロゲンランプから成る照明用光
源から出射された光束を、光学系によって対称物体に導
光する光学顕微鏡が使用されている。反射型顕微鏡を使
用する場合には、対象物体からの反射光及び回折光を光
学系により導光し、対象物体を目視モニタ又はＣＣＤ上
に結像させて観察している。また、透過型顕微鏡を使用
する場合には、対象物体からの透過光及び回折光を用い
て同様に観察している。

【０００３】一般に光学顕微鏡では、照明用光源として
白色光源である通常のハロゲンランプが使用されてお
り、照明方法としては、光源像を観察対象物体及び照明
光学系を介してその共役面の位置に導くクリティカル照
明や、光源像を照明光学系の瞳面の位置に導くケーラー
照明などが知られているが、光源像のむらが観察対象物
体の照明むらとなるクリティカル照明よりも、ケラー照
明の方が広く使用されている。

【０００４】図１５は従来例の反射型顕微鏡の構成図を
示し、ハロゲンランプ１はハロゲン電極２と楕円集光ミ
ラー３から成り、楕円集光ミラー３の一方の焦点にハロ
ゲン電極２が配置され、他方の焦点にハロゲン電極２の
結像集光点Ｆが位置するようになっている。ハロゲンラ
ンプ１の前方の光路上には、レンズ４、視野絞り５、レ
ンズ６、ハーフミラー７が順次に配列され、ハーフミラ
ー７の下方反射方向には、レンズ８、観察対象物体Ｍが
配置され、ハーフミラー７の上方には、レンズ９、ＣＣ
Ｄ１０が配置されている。

【０００５】ハロゲンランプ１を点灯すると、楕円集光
ミラー３による集光光束は、レンズ４を介して視野絞り
５で必要光束に制限されて、レンズ６を介しハーフミラ
ー７で下方に反射され、レンズ８により観察対象物体Ｍ
を照明する。観察対象物体Ｍで反射及び回折した光は、
レンズ８、ハーフミラー７、レンズ９を通ってＣＣＤ１
０上に結像し、観察対象物体Ｍの像を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ハロゲンランプ１の楕
円集光ミラー３は、周辺部に近い程中央部に対して収差
量が多くなるので、均一な照明光を得るためには、楕円
集光ミラー３のより中央に近い部分を使用することが望
ましい。

【０００７】しかし、このようなハロゲンランプ１で
は、図１５の斜線で示すように集光焦点Ｆにおいて、ハ
ロゲン電極２による楕円集光ミラー３からの集光光束が
遮ぎられ、集光角度の中央部にハロゲン電極２の陰影光
束Ｌが生じ易い。この陰影光束Ｌは、ケーラー照明によ
る光学系で観察対象物体Ｍを照明した場合には、観察対
象物体Ｍの観察領域中心付近を照明する光束となり、こ
の陰影光束Ｌのために観察領域中心付近の照度が低下す
るという問題が発生する。

【０００８】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
物体の照明状態が最適となるように照明用光源を位置決
めする照明観察装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る照明観察装置は、物体に光を照射しその
反射光又は透過光を光学系で結像させて物体を観察する
照明観察装置において、前記物体の照明状態を判断基準
として観察しながら照明用光源の位置或いは角度又は該
照明用光源からの出射光束の出射角度を調節する制御手
段を有することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜図１４に図示の実
施例に基づいて詳細に説明する。図１は第１の実施例に
係る例えば半導体露光装置のアライメント用光学顕微鏡
の構成図を示し、ハロゲンランプ１１はハロゲン電極１
２と楕円集光ミラー１３とから成り、ハロゲンランプ１
１の前方の光路上には、レンズ１４、視野絞り１５、レ
ンズ１６、ハーフミラー１７が順次に配列されており、
視野絞り１５は２種類の径が異なる絞り１５ａ、１５ｂ
を有し、観察像のコントラストを最適化するために切換
え可能となっている。ハーフミラー１７の下方には、レ
ンズ１８、観察対象物体Ｍが配置され、ハーフミラーの
上方反射方向には、レンズ１９、ＣＣＤ２０が配置され
ている。

【００１１】ＣＣＤ２０の出力は制御部２１に接続さ
れ、制御部２１の出力はランプ駆動部２２を介してハロ
ゲンランプ１１に接続され、また視野絞り１５を切換え
る絞り切換部２３に接続されている。

【００１２】ハロゲンランプ１１からの光束は、レンズ
１４、絞り１５、レンズ１６を通り、ハーフミラー１７
で下方に反射され、レンズ１８を介して観察対象物体Ｍ
に照射される。観察対象物体Ｍからの反射光は、レンズ
１８、ハーフミラー１７、レンズ１９を通ってＣＣＤ２
０に結像し、制御部２１に入力される。制御部２１はラ
ンプ駆動部２２を駆動してハロゲンランプ１１の傾斜角
度を制御し、絞り切換部２３を制御して視野絞り１５の
絞り１５ａ、１６ｂを切換えるようにされている。

【００１３】また、ハロゲンランプ１１の傾動制御はＣ
ＣＤ２０上に結像する観察面の照度むら又は照度が最適
となるように、ハロゲンランプ１１を集光焦点Ｆを中心
として傾けることによりなされる。このときの傾斜角度
は、楕円集光ミラー１３からの集光光束中のハロゲン電
極１２の陰影光束Ｌが、視野絞り１５でけられて照明に
必要な光束外に位置するようになる角度であり、観察面
の照度むらが規定値以下となる角度又は観察面の照度が
規定値以上となる角度である。

【００１４】図２は集光焦点Ｆでの集光光束の角度によ
る光強度特性のグラフ図である。ハロゲン電極１２の陰
影光束Ｌが影響する角度０°付近では光強度が低下して
おり、従来例ではハロゲンランプ１１と照明光学系の光
路を一致させているので、角度０°近傍の光束がケーラ
ー照明に用いられているが、本実施例ではケーラー照明
に光強度が高い領域を用いてより明るい照度とし、また
より照度むらが少ない照明状態で観察対象物体Ｍを観察
している。

【００１５】従って、ＣＣＤ２０により得られる観察面
の照度むらや照度情報に基づいて、ハロゲンランプ１１
自体を照明光学系の光路に対し傾斜させているので、観
察面は照度むらや照度が観察に適した状態で照明される
ことになり、ハロゲンランプ１１の性能を充分に利用す
ることができる。なお、従来例に示すハロゲン電極の陰
影光束Ｌは他の光束と分離したように描いているが、実
際には出力は或る領域で不連続に変化するのではなく、
図２に示すように連続性的に低下している。

【００１６】図３はＣＣＤ２０上の観察面の照度むら又
は照度を示し、横軸がＣＣＤ２０上の位置、縦軸はＣＣ
Ｄ２０の光出力を表している。このとき、ハロゲンラン
プ１１は任意の傾斜角度で傾いているものとし、出力の
最大値をＡ、最小値をＢとすると、Ｃ＝{(Ａ−Ｂ）／
（Ａ＋Ｂ)}・１００（％）の式から求まる値Ｃを照度む
らと定義し、照度むらＣが例えば１０％の規定値以下と
なるようにハロゲンランプ１１を傾ける。そして、最大
値Ａ又は最小値Ｂが規定値以上となるようにハロゲンラ
ンプ１１を傾動することにより、照度の高い状態で観察
対象物体Ｍを観察することができる。

【００１７】ハロゲンランプ１１を交換した時又は視野
絞り１５を切換えた時には、制御部２１はＣＣＤ２０の
出力を取り込み、最大値Ａ及び最小値Ｂから照度むらＣ
を算出し、この結果からハロゲンランプ１１の傾斜角度
を計算し、ランプ駆動部２２によりハロゲンランプ１１
を集光焦点Ｆを中心にして傾動させる。

【００１８】これにより、ＣＣＤ２０の観察面は照度む
らＣ又は照度が観察に適した状態で照明されることにな
り、ハロゲンランプ１１の性能を充分に活かすことがで
きる。なお、ハロゲンランプ１１の傾斜方向を問題とせ
ずに、ハロゲンランプ１１の光路を照明光学系の光路か
ら傾斜角度θだけずらす場合は、立体的な楕円集光ミラ
ー１３の何れの方向に傾斜させてもよい。

【００１９】図４は第２の実施例の構成図を示し、ハロ
ゲンランプ１１の照明光路の角度調節は手動で行うよう
になっており、図１と同じ符号は同じ部材を表してい
る。ＣＣＤ２０の出力は制御部２１に接続され、制御部
２１の出力はテレビモニタ２４と絞り切換部２３に接続
され、ハロゲンランプ１１は手動で矢印Ｐ方向に調整で
きるようになっている。

【００２０】ＣＣＤ２０の出力は制御部２１に取り込ま
れ、制御部２１において照度状態が算出され、その結果
がテレビモニタ２４上に表示される。この表示情報を基
に、照明状態が最適となるようにハロゲンランプ１１を
傾動させ、これによって観察面は観察に適した状態で照
明されることになる。

【００２１】図５〜図１０は第３の実施例を示し、図５
において光源部にはレーザー光源２５が使用され、温度
環境に厳しい使用条件に対処するために、熱源となるレ
ーザー光源２５は光学顕微鏡本体から分離され、この間
を光ファイバ２６で接続されている。照明用光源として
レーザー光源２５を使用した場合でも照度むらＣは存在
するので、照明光束内で照度むらＣが規定値以下となる
ようにするために、光学系内に平行平面板２７が配置さ
れている。この平行平面板２７を傾斜させることによ
り、レーザー光源２５から出射したレーザー光の出射角
度を調整し、これにより照明光束内で照度むらＣが規定
値以下となる部分の光を使用するようになっている。な
お、ハロゲンランプ１１についても、光ファイバ２６を
介して光学顕微鏡本体と接続することもできる。

【００２２】ＣＣＤ２０の出力は制御部２１に接続さ
れ、制御部２１の出力は平行平面板駆動部２８を介して
平行平面板２７、レーザー光源２５に接続されている。
その他の構成は図１と同様で、同じ符号は同じ部材を表
している。

【００２３】図６は光源部の平面図、図７は側面図を示
し、レーザー光源２５はホルダ３０にねじ３１で固定さ
れており、ホルダ３０はねじ３２によりベース３３に固
定されている。レーザー光源２５の前方には、レンズ３
４、平行平面板２７を備えた平行平面板部３５、レンズ
３６、光ファイバ２６が順次に配列されている。レンズ
３４、３６は押え環３７により鏡筒３８に固定され、鏡
筒３８はボルト３９によりアングル４０に固定され、ア
ングル４０はボルト４１により鏡台に固定されている。
光ファイバ２６の一部はボルト４２によりアングル４３
に固定され、光ファイバ２６の他端はレーザー光源２５
に導かれている。

【００２４】図８は平行平面板部３５の平面図、図９は
正面図、図１０は側面図を示している。平行平面板部３
５のベース４５には駆動モータ４６がモータ取付板４７
を介して固定され、駆動モータ４６の出力軸にはギヤ４
８が止めねじ４９により固定されている。また、ギヤ５
０は止めねじ５１により軸５２に固定され、ギヤ４８は
ギヤ５０を介し軸５２に回転力を伝達し、軸５２はベア
リング５３に支持されている。ベアリング５３はホルダ
５４に支持され、ホルダ５４はボルト５５によりベース
４５に固定され、軸５２には平行平面板ベース５６が固
定され、平行平面板ベース５６には平行平面板２７を保
持した平行平面板ホルダ５７がボルト５８により固定さ
れている。ベース４５にはスイッチ板５９を介してフォ
トスイッチ６０が固定され、平行平面板ホルダ５７には
スイッチ遮光板６１が取り付けられている。

【００２５】レーザー光源２５からのレーザー光は、レ
ンズ３４、平行平面板２７、レンズ３６を通り、光ファ
イバ２６の一端に至る。スイッチ遮光板６１がフォトス
イッチ６０を遮光する位置を原点とすると、制御部２１
の指令に基づいて、駆動モータ４６が原点位置を基準と
して回転し、これにより平行平面板２７が回転する。

【００２６】照度むらＣの計測は平行平面板２７を回転
しながら第１の実施例と同様に行い、これによって観察
面は照度むらＣが観察に適した状態で照明されることに
なり、レーザー光の性能を充分に活用することができ
る。なお、本実施例では平行平面板２７のシフト方向を
１方向としたが、２方向としても同様の効果が得られ
る。また、平行平面板２７は手動で回転させるようにし
てもよい。

【００２７】また、ハロゲン電極１２の陰影光束の問題
を解決するために第４の実施例として、図１１に示すよ
うにハロゲンランプ１１自体を傾けて、ハロゲン電極１
２の陰影が観察対象物体Ｍを照射しないようにしたり、
図１２に示すようにハロゲンランプ１１の電極１２自体
を傾けて、ハロゲン電極１２の陰影が観察対象物体Ｍを
照射しないようにして、斜線で示す陰影光束Ｌが絞り１
５を通らずに光路から分離することもできる。

【００２８】また、観察対象物体Ｍによる観察像のコン
トラストを最適にするために第５の実施例として、照明
光学系内の視野やレンズの開口を切換える場合があり、
このときハロゲンランプ１１の傾斜角度は図１３に示す
ような角度θ1 の場合から、図１４に示すようにランプ
電極１２の陰影が観察物体Ｍを照射しない範囲で、より
小さくした角度θ2 となるように調節し、この状態で視
野を絞って陰影光束Ｌを除去するようにすれば、ハロゲ
ンランプ１１の傾斜は角度（θ1 −θ2 ）だけ小さくな
り、楕円集光ミラー１３の中央部により近い部分を使用
することができる。

【００２９】一方、例えばハロゲンランプ１１を交換す
る場合などでは、ハロゲンランプ１１の取付誤差や製作
誤差を考慮すると、予めハロゲンランプ１１を大きな傾
斜角度に傾けて取り付け、その後にできるだけ均一な照
明光が得られるように調節しながら確認を行う方が作業
が容易である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る照明観
察装置は、物体の照明状態を基準に照明用光源の位置或
いは角度又は出射光束の出射角度を調整することによ
り、照明状態が観察に最も適した状態とすることがで
き、照明用光源の性能を充分に活用することができる。

【００３１】また、光源の交換時に最適な照明状態にで
きるので、交換作業のためにラインを停止する時間を短
縮することができ、照明視野やレンズの開口を可変する
場合でも、常に最適な照明状態で観察することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の光学顕微鏡の構成図である。

【図２】ハロゲンランプの集光角度による光出力特性の
グラフ図である。

【図３】ＣＣＤ上の光出力特性のグラフ図である。

【図４】第２の実施例の構成図である。

【図５】第３の実施例の構成図である。

【図６】光源部の平面図である。

【図７】側面図である。

【図８】平行平面板部の平面図である。

【図９】正面図である。

【図１０】側面図である。

【図１１】第４の実施例の構成図である。

【図１２】照明用光源を傾斜させたときの説明図であ
る。

【図１３】第５の実施例の構成図である。

【図１４】照明用光源を傾斜させたときの説明図であ
る。

【図１５】従来例の光学顕微鏡の構成図である。

【符号の説明】１１ハロゲンランプ１２ハロゲン電極１３楕円集光ミラー１５視野絞り１７ハーフミラー２０ＣＣＤ２１制御部２２ランプ駆動部２４テレビモニタ２５レーザー光源２６光ファイバ２７平行平面板２８平行平面板駆動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体に光を照射しその反射光又は透過光
を光学系で結像させて物体を観察する照明観察装置にお
いて、前記物体の照明状態を判断基準として観察しなが
ら照明用光源の位置或いは角度又は該照明用光源からの
出射光束の出射角度を調節する制御手段を有することを
特徴とする照明観察装置。
【請求項２】前記判断基準となる照明状態は照度むら
とした請求項１に記載の照明観察装置。
【請求項３】前記判断基準となる照明状態は照度とし
た請求項１に記載の照明観察装置。
【請求項４】前記光学系は拡大光学系とした請求項１
に記載の照明観察装置。
【請求項５】前記光学系の結像位置にＣＣＤを配置し
た請求項４に記載の照明観察装置。
【請求項６】前記照明用光源はレーザー光源とした請
求項１に記載の照明観察装置。
【請求項７】前記レーザー光源からの光束は光ファイ
バを介して出射するようにした請求項６に記載の照明観
察装置。
【請求項８】前記照明用光源はハロゲンランプとした
請求項１に記載の照明観察装置。
【請求項９】前記ハロゲンランプからの光束は光ファ
イバを介して出射するようにした請求項８に記載の照明
観察装置。
【請求項１０】前記ハロゲンランプ又はその電極を傾
けて、前記電極の陰影が観察対象物体を照射しないよう
にした請求項８に記載の照明観察装置。
【請求項１１】前記出射角度の調整は光路に可動の平
行平面板を配置することにより行う請求項１に記載の照
明観察装置。
【請求項１２】前記平行平面板はレーザー光源と光フ
ァイバの間に配置した請求項１１に記載の照明観察装
置。
【請求項１３】半導体露光装置のアライメント用光学
顕微鏡として使用する請求項５に記載の照明観察装置。
【請求項１４】請求項１〜１３の何れかの照明観察装
置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】請求項１４の露光装置によりデバイス
を製造するデバイス製造方法。