JPH10242042A - 表面位置検出装置 - Google Patents
表面位置検出装置Info
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- JPH10242042A JPH10242042A JP9063746A JP6374697A JPH10242042A JP H10242042 A JPH10242042 A JP H10242042A JP 9063746 A JP9063746 A JP 9063746A JP 6374697 A JP6374697 A JP 6374697A JP H10242042 A JPH10242042 A JP H10242042A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 受光側対物光学系のディストーション量Ｄの
影響を抑えて、表面変位を検出する。 【解決手段】 第１群の焦点距離をｆ１、第２群の焦点
距離をｆ２、受光側対物光学系の瞳の球面収差量をＳ
Ａ、第２面上でのスリット像の受光側対物光学系の光軸
からその直角方向への距離をＹ、あおりによる像面の位
置ずれとして、第２面上に形成されるスリット像のあお
り角度が零となる仮想像面からの受光側対物光学系の光
軸方向のずれをｄとし、受光側対物光学系のディストー
ション量Ｄを、Ｄ＝Ｙ｛１−（ｆ２−ＳＡ）／（ｆ１＋
ＳＡ）｝ｄ／ｆ２と定義するとき、受光側対物光学系
は、被検面と第２面でのあおりの角度を零とした仮想の
結像関係では、仮想像面にて発生するディストーション
量Ｄをほぼ零とし、被検面及び第２面が受光側対物光学
系の主平面に関してシャインプルーフの条件を満足する
実際の結像関係では、第２面に発生する受光側対物光学
系のディストーション量Ｄが受光スリットの幅の１／４
よりも小さくなるように構成される。
影響を抑えて、表面変位を検出する。 【解決手段】 第１群の焦点距離をｆ１、第２群の焦点
距離をｆ２、受光側対物光学系の瞳の球面収差量をＳ
Ａ、第２面上でのスリット像の受光側対物光学系の光軸
からその直角方向への距離をＹ、あおりによる像面の位
置ずれとして、第２面上に形成されるスリット像のあお
り角度が零となる仮想像面からの受光側対物光学系の光
軸方向のずれをｄとし、受光側対物光学系のディストー
ション量Ｄを、Ｄ＝Ｙ｛１−（ｆ２−ＳＡ）／（ｆ１＋
ＳＡ）｝ｄ／ｆ２と定義するとき、受光側対物光学系
は、被検面と第２面でのあおりの角度を零とした仮想の
結像関係では、仮想像面にて発生するディストーション
量Ｄをほぼ零とし、被検面及び第２面が受光側対物光学
系の主平面に関してシャインプルーフの条件を満足する
実際の結像関係では、第２面に発生する受光側対物光学
系のディストーション量Ｄが受光スリットの幅の１／４
よりも小さくなるように構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面位置検出装置
に関し、特に斜め入射の焦点位置計測装置に用いる表面
位置検出装置に関するものである。
に関し、特に斜め入射の焦点位置計測装置に用いる表面
位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、像高によって倍率が変化しないテ
レセントリックな光学系は、図２に示すように、物体側
のレンズ群Ｌ１と像側のレンズ群Ｌ２からなっており、
物体面からレンズ群Ｌ１の主平面までの距離をｄ１、レ
ンズ群Ｌ１の主平面から瞳までの距離をｄ２、瞳からレ
ンズ群Ｌ２の主平面までの距離をｄ３、レンズ群Ｌ２の
主平面から像面までの距離をｄ４、レンズ群Ｌ１の焦点
距離をｆ１、レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とすると
き、 ｄ１＝ｄ２＝ｆ１、ｄ３＝ｄ４＝ｆ２、 なる関係を持った光学系がよく知られている。
レセントリックな光学系は、図２に示すように、物体側
のレンズ群Ｌ１と像側のレンズ群Ｌ２からなっており、
物体面からレンズ群Ｌ１の主平面までの距離をｄ１、レ
ンズ群Ｌ１の主平面から瞳までの距離をｄ２、瞳からレ
ンズ群Ｌ２の主平面までの距離をｄ３、レンズ群Ｌ２の
主平面から像面までの距離をｄ４、レンズ群Ｌ１の焦点
距離をｆ１、レンズ群Ｌ２の焦点距離をｆ２とすると
き、 ｄ１＝ｄ２＝ｆ１、ｄ３＝ｄ４＝ｆ２、 なる関係を持った光学系がよく知られている。
【０００３】このような光学系では、図３に示すよう
に、物体面５Ａからの像高の違う主光線１Ａ、２Ａ、３
Ａ、４Ａは、レンズ群Ｌ１による瞳の球面収差があって
も、レンズ群Ｌ２の球面収差により打消し合って、像面
６Ａ上ではディストーションを発生しない。
に、物体面５Ａからの像高の違う主光線１Ａ、２Ａ、３
Ａ、４Ａは、レンズ群Ｌ１による瞳の球面収差があって
も、レンズ群Ｌ２の球面収差により打消し合って、像面
６Ａ上ではディストーションを発生しない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなテレセントリック光学系では、前記有限の物体面
５、及び有限な像面６があおりの関係にあるときには、
図１に示すように像高の大きい主光線１、２に瞳の球面
収差７があるとき、前述のようにあおりのない仮想的な
面８ではディストーションがないが、面８と主光線１、
２が交わる点９、１０から水平に、即ち光軸と平行に、
直線１１、１２を引くと、前記あおりのある像面６上で
は、図から明らかなように、ディストーション１４ある
いは１５が発生する。このディストーションにより、表
面変位の検出精度が低下してしまうという問題があっ
た。
ようなテレセントリック光学系では、前記有限の物体面
５、及び有限な像面６があおりの関係にあるときには、
図１に示すように像高の大きい主光線１、２に瞳の球面
収差７があるとき、前述のようにあおりのない仮想的な
面８ではディストーションがないが、面８と主光線１、
２が交わる点９、１０から水平に、即ち光軸と平行に、
直線１１、１２を引くと、前記あおりのある像面６上で
は、図から明らかなように、ディストーション１４ある
いは１５が発生する。このディストーションにより、表
面変位の検出精度が低下してしまうという問題があっ
た。
【０００５】そこで本発明は、斜め入射の焦点位置計測
装置に用いる表面変位検出装置等におけるように、あお
りの角度を有する面の表面変位を検出する際にも、瞳の
球面収差の影響を抑え、表面変位（表面位置）を正確に
検出することのできる表面位置検出装置を提供すること
を目的としている。
装置に用いる表面変位検出装置等におけるように、あお
りの角度を有する面の表面変位を検出する際にも、瞳の
球面収差の影響を抑え、表面変位（表面位置）を正確に
検出することのできる表面位置検出装置を提供すること
を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による表面位置検出装置は、図
５に示されるように、所定の第１面２７上に所定の第１
スリットＳ１が形成された送光側スリット部材２６と；
該送光側スリット部材のスリットを被検面２２に投射す
る投射側対物光学系５１と；該投射側対物光学系により
被検面に投射されたスリットからの反射光を所定の第２
面３２上に結像する受光側対物光学系５２と；前記第２
面上に所定の第２スリットＳ２が形成された受光側スリ
ット部材３３と；該受光側スリット部材を介して前記受
光側対物光学系により結像されたスリット像を光電的に
検出する検出器４０とを備え；前記第１面及び前記被検
面は、前記投射側対物光学系の主平面に関してシャイン
プルーフの条件を満足するように構成されるとともに、
前記被検面及び第２面は、受光側対物光学系の主平面に
関してシャインプルーフの条件を満足するように構成さ
れて、前記被検面の上面位置を検出する表面位置検出装
置において；前記受光側対物光学系は、前記被検面側に
配置される第１群３０と、前記第２面側に配置される第
２群３１とを有する両側テレセントリックな光学系で構
成されて；前記第１群の焦点距離をｆ１、前記第２群の
焦点距離をｆ２、前記受光側対物光学系の瞳の球面収差
量をＳＡ、前記第２面上でのスリット像の前記受光側対
物光学系の光軸からその直角方向への距離をＹ、あおり
による像面の位置ずれとして、前記第２面上に形成され
るスリット像のあおり角度が零となる仮想像面からの前
記受光側対物光学系の光軸方向のずれをｄとし、前記受
光側対物光学系のディストーション量Ｄを次式で定義す
るとき、 Ｄ＝Ｙ｛１−（ｆ２−ＳＡ）／（ｆ１＋ＳＡ）｝ｄ／ｆ２ 前記受光側対物光学系は、前記被検面と前記第２面での
あおりの角度を零とした仮想の結像関係では、前記仮想
像面にて発生するディストーション量Ｄをほぼ零とし、
前記被検面及び第２面が受光側対物光学系の主平面に関
してシャインプルーフの条件を満足する実際の結像関係
では、前記第２面に発生する前記受光側対物光学系のデ
ィストーション量Ｄが前記受光スリットの幅の１／４よ
りも小さくなるように構成される。
に、請求項１に係る発明による表面位置検出装置は、図
５に示されるように、所定の第１面２７上に所定の第１
スリットＳ１が形成された送光側スリット部材２６と；
該送光側スリット部材のスリットを被検面２２に投射す
る投射側対物光学系５１と；該投射側対物光学系により
被検面に投射されたスリットからの反射光を所定の第２
面３２上に結像する受光側対物光学系５２と；前記第２
面上に所定の第２スリットＳ２が形成された受光側スリ
ット部材３３と；該受光側スリット部材を介して前記受
光側対物光学系により結像されたスリット像を光電的に
検出する検出器４０とを備え；前記第１面及び前記被検
面は、前記投射側対物光学系の主平面に関してシャイン
プルーフの条件を満足するように構成されるとともに、
前記被検面及び第２面は、受光側対物光学系の主平面に
関してシャインプルーフの条件を満足するように構成さ
れて、前記被検面の上面位置を検出する表面位置検出装
置において；前記受光側対物光学系は、前記被検面側に
配置される第１群３０と、前記第２面側に配置される第
２群３１とを有する両側テレセントリックな光学系で構
成されて；前記第１群の焦点距離をｆ１、前記第２群の
焦点距離をｆ２、前記受光側対物光学系の瞳の球面収差
量をＳＡ、前記第２面上でのスリット像の前記受光側対
物光学系の光軸からその直角方向への距離をＹ、あおり
による像面の位置ずれとして、前記第２面上に形成され
るスリット像のあおり角度が零となる仮想像面からの前
記受光側対物光学系の光軸方向のずれをｄとし、前記受
光側対物光学系のディストーション量Ｄを次式で定義す
るとき、 Ｄ＝Ｙ｛１−（ｆ２−ＳＡ）／（ｆ１＋ＳＡ）｝ｄ／ｆ２ 前記受光側対物光学系は、前記被検面と前記第２面での
あおりの角度を零とした仮想の結像関係では、前記仮想
像面にて発生するディストーション量Ｄをほぼ零とし、
前記被検面及び第２面が受光側対物光学系の主平面に関
してシャインプルーフの条件を満足する実際の結像関係
では、前記第２面に発生する前記受光側対物光学系のデ
ィストーション量Ｄが前記受光スリットの幅の１／４よ
りも小さくなるように構成される。
【０００７】このように構成すると、受光側対物光学系
のディストーション量Ｄが前記受光スリットの幅の１／
４よりも小さくなるように構成されるので、ダイナミッ
クレンジの観点から、第２面上でのスリット像の検出器
による検出が可能である。
のディストーション量Ｄが前記受光スリットの幅の１／
４よりも小さくなるように構成されるので、ダイナミッ
クレンジの観点から、第２面上でのスリット像の検出器
による検出が可能である。
【０００８】ここで請求項２に記載の装置のように、請
求項１記載の表面位置検出装置では、前記受光側対物光
学系は、前記第１群と第２群との間にアフォーカルな中
間レンズ群を配置し、該中間レンズ群は、光軸方向に沿
って移動可能に設けられた少なくとも１つの移動レンズ
群を有してもよい（図６参照）。
求項１記載の表面位置検出装置では、前記受光側対物光
学系は、前記第１群と第２群との間にアフォーカルな中
間レンズ群を配置し、該中間レンズ群は、光軸方向に沿
って移動可能に設けられた少なくとも１つの移動レンズ
群を有してもよい（図６参照）。
【０００９】このように構成すると、第１群と第２群と
の間にアフォーカルな中間レンズ群を配置し、該中間レ
ンズ群は、光軸方向に沿って移動可能に設けられた少な
くとも１つの移動レンズ群を有しているので、テレセン
トリック性を維持しつつ受光側対物光学系の倍率を変更
することができる。
の間にアフォーカルな中間レンズ群を配置し、該中間レ
ンズ群は、光軸方向に沿って移動可能に設けられた少な
くとも１つの移動レンズ群を有しているので、テレセン
トリック性を維持しつつ受光側対物光学系の倍率を変更
することができる。
【００１０】請求項３に係る発明による観察装置は、被
検面２２からの反射光を所定面３２上に結像する対物光
学系５２と；前記対物光学系により結像されたスリット
像を光電的に検出するために複数の画素をもつ検出器３
５とを備え；前記被検面及び前記所定面は、前記対物光
学系の主平面に関してシャインプルーフの条件を満足す
るように構成されて、前記被検面を観察する観察装置に
おいて；前記対物光学系は、前記被検面側に配置される
第１群３０と、前記所定の面側に配置される第２群３１
とを有する両側テレセントリックな光学系で構成され；
前記第１群の焦点距離をｆ１、前記第２群の焦点距離を
ｆ２、前記対物光学系の瞳の球面収差量をＳＡ、前記所
定の面上での被検物像の前記対物光学系の光軸からその
直角方向への距離をＹ、あおりによる像面の位置ずれと
して、前記所定の面上に形成される被検物像のあおり角
度が零となる仮想像面からの前記対物光学系の光軸方向
のずれをｄとし、前記対物光学系のディストーション量
Ｄを次式で定義するとき、 Ｄ＝Ｙ｛１−（ｆ２−ＳＡ）／（ｆ１＋ＳＡ）｝ｄ／ｆ２ 前記対物光学系は、前記被検面と前記所定の面でのあお
りの角度を零とした仮想の結像関係では、前記仮想面上
にて発生するディストーション量Ｄをほぼ零とし、前記
被検面及び前記所定の面が対物光学系の主平面に関して
シャインプルーフの条件を満足する実際の結像関係で
は、前記所定の面にて発生する前記対物光学系のディス
トーション量Ｄが前記検出器３５の画素の幅よりも小さ
くなるように構成される。
検面２２からの反射光を所定面３２上に結像する対物光
学系５２と；前記対物光学系により結像されたスリット
像を光電的に検出するために複数の画素をもつ検出器３
５とを備え；前記被検面及び前記所定面は、前記対物光
学系の主平面に関してシャインプルーフの条件を満足す
るように構成されて、前記被検面を観察する観察装置に
おいて；前記対物光学系は、前記被検面側に配置される
第１群３０と、前記所定の面側に配置される第２群３１
とを有する両側テレセントリックな光学系で構成され；
前記第１群の焦点距離をｆ１、前記第２群の焦点距離を
ｆ２、前記対物光学系の瞳の球面収差量をＳＡ、前記所
定の面上での被検物像の前記対物光学系の光軸からその
直角方向への距離をＹ、あおりによる像面の位置ずれと
して、前記所定の面上に形成される被検物像のあおり角
度が零となる仮想像面からの前記対物光学系の光軸方向
のずれをｄとし、前記対物光学系のディストーション量
Ｄを次式で定義するとき、 Ｄ＝Ｙ｛１−（ｆ２−ＳＡ）／（ｆ１＋ＳＡ）｝ｄ／ｆ２ 前記対物光学系は、前記被検面と前記所定の面でのあお
りの角度を零とした仮想の結像関係では、前記仮想面上
にて発生するディストーション量Ｄをほぼ零とし、前記
被検面及び前記所定の面が対物光学系の主平面に関して
シャインプルーフの条件を満足する実際の結像関係で
は、前記所定の面にて発生する前記対物光学系のディス
トーション量Ｄが前記検出器３５の画素の幅よりも小さ
くなるように構成される。
【００１１】このように構成すると、受光側対物光学系
のディストーション量Ｄが検出器３５の画素の幅よりも
小さくなるように構成されるので、測定精度の観点か
ら、第２面上でのスリット像の検出器による検出が可能
である。
のディストーション量Ｄが検出器３５の画素の幅よりも
小さくなるように構成されるので、測定精度の観点か
ら、第２面上でのスリット像の検出器による検出が可能
である。
【００１２】ここで請求項４に記載されるように、請求
項３に記載の観察装置では、前記対物光学系は、前記第
１群と第２群との間にアフォーカルな中間レンズ群を配
置し、該中間レンズ群は、光軸方向に沿って移動可能に
設けられた少なくとも１つの移動レンズ群を有してもよ
く、この場合は、第１群と第２群との間にアフォーカル
な中間レンズ群を配置し、該中間レンズ群は、光軸方向
に沿って移動可能に設けられた少なくとも１つの移動レ
ンズ群を有しているので、テレセントリック性を維持し
つつ前記対物光学系の倍率を変更することができる。
項３に記載の観察装置では、前記対物光学系は、前記第
１群と第２群との間にアフォーカルな中間レンズ群を配
置し、該中間レンズ群は、光軸方向に沿って移動可能に
設けられた少なくとも１つの移動レンズ群を有してもよ
く、この場合は、第１群と第２群との間にアフォーカル
な中間レンズ群を配置し、該中間レンズ群は、光軸方向
に沿って移動可能に設けられた少なくとも１つの移動レ
ンズ群を有しているので、テレセントリック性を維持し
つつ前記対物光学系の倍率を変更することができる。
【００１３】請求項５に係る発明による表面位置検出装
置は、前記被検面を被検物体の表面とする請求項３また
は請求項４に記載の観察装置を有する。このように構成
されると、測定精度の観点から、光学系のディストーシ
ョンにも拘わらず、表面変位の検出が可能であり、また
テレセントリック性を維持しつつ対物光学系の倍率を変
更し、表面変位を検出できる。
置は、前記被検面を被検物体の表面とする請求項３また
は請求項４に記載の観察装置を有する。このように構成
されると、測定精度の観点から、光学系のディストーシ
ョンにも拘わらず、表面変位の検出が可能であり、また
テレセントリック性を維持しつつ対物光学系の倍率を変
更し、表面変位を検出できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複
した説明は省略する。
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複
した説明は省略する。
【００１５】まず、図１〜図３を用いて本発明の概念を
説明する。図２で既に説明したように、物体側の光学系
Ｌ１と像側の光学系Ｌ２からなる、あおりのある光学系
において、光軸上では、ｄ１＝ｄ２＝ｆ１、ｄ３＝ｄ４
＝ｆ２、なる関係があるとする。ここで、ｄ１は物体面
から光学系Ｌ１の主平面までの距離、ｄ２は光学系Ｌ１
の主平面から瞳までの距離、ｄ３は瞳から光学系Ｌ２の
主平面までの距離、ｄ４は光学系Ｌ２の主平面から像面
までの距離、ｆ１は光学系Ｌ１の焦点距離、ｆ２は光学
系Ｌ２の焦点距離である。
説明する。図２で既に説明したように、物体側の光学系
Ｌ１と像側の光学系Ｌ２からなる、あおりのある光学系
において、光軸上では、ｄ１＝ｄ２＝ｆ１、ｄ３＝ｄ４
＝ｆ２、なる関係があるとする。ここで、ｄ１は物体面
から光学系Ｌ１の主平面までの距離、ｄ２は光学系Ｌ１
の主平面から瞳までの距離、ｄ３は瞳から光学系Ｌ２の
主平面までの距離、ｄ４は光学系Ｌ２の主平面から像面
までの距離、ｆ１は光学系Ｌ１の焦点距離、ｆ２は光学
系Ｌ２の焦点距離である。
【００１６】この光学系全体では、物体側の瞳、像側の
瞳ともに無限遠にあり、いわゆる両側テレセントリック
な光学系を構成している。物体側の光軸に垂直な面１
３、像側の光軸に垂直な面８とではディストーションが
補正されている場合でも、前述のようにあおり角度を有
する像面６上ではディストーション１４、１５が発生し
てしまう（図１参照）。
瞳ともに無限遠にあり、いわゆる両側テレセントリック
な光学系を構成している。物体側の光軸に垂直な面１
３、像側の光軸に垂直な面８とではディストーションが
補正されている場合でも、前述のようにあおり角度を有
する像面６上ではディストーション１４、１５が発生し
てしまう（図１参照）。
【００１７】図１で、物体面５と像面（受光面）６と
は、物体面５側のレンズ群Ｌ１と像面６側のレンズ群Ｌ
２からなるテレセントリックな光学系について、あおり
の角度を有しシャインプルーフの条件を満たしていると
する。また、物体面５からの像高の違う主光線を、１、
２、３、４、とする。主光線１はあおりの角度により、
光軸と物体面５との交点よりレンズ群Ｌ１から近い物体
面上の点からの光線、主光線２は主光線１と光軸に関し
て対称な光線であるが、レンズ群Ｌ１から遠い物体面上
の点からの光線、主光線３、４は、それぞれ主光線１、
２に対応する、より像高の低い主光線である。
は、物体面５側のレンズ群Ｌ１と像面６側のレンズ群Ｌ
２からなるテレセントリックな光学系について、あおり
の角度を有しシャインプルーフの条件を満たしていると
する。また、物体面５からの像高の違う主光線を、１、
２、３、４、とする。主光線１はあおりの角度により、
光軸と物体面５との交点よりレンズ群Ｌ１から近い物体
面上の点からの光線、主光線２は主光線１と光軸に関し
て対称な光線であるが、レンズ群Ｌ１から遠い物体面上
の点からの光線、主光線３、４は、それぞれ主光線１、
２に対応する、より像高の低い主光線である。
【００１８】また、物体面５と光軸の交点で光軸に直交
する仮想面を１３、像面６と光軸の交点で光軸に直交す
る仮想面を８とし、主光線１と仮想面８の交点を９、主
光線２と仮想面８との交点を１０、主光線１と像面６と
の交点を９Ａ、主光線２と像面６の交点を１０Ａ、点９
を通り光軸に平行な直線を１１、点１０を通り光軸に平
行な直線を１２とする。さらに、点１０と点１０Ａの光
軸方向の距離をｄ５、点９と点９Ａとの光軸方向の距離
をｄ６とする。なお、点９Ａ周辺の拡大図を（ａ）、点
１０Ａ周辺の拡大図を（ｂ）として示す。
する仮想面を１３、像面６と光軸の交点で光軸に直交す
る仮想面を８とし、主光線１と仮想面８の交点を９、主
光線２と仮想面８との交点を１０、主光線１と像面６と
の交点を９Ａ、主光線２と像面６の交点を１０Ａ、点９
を通り光軸に平行な直線を１１、点１０を通り光軸に平
行な直線を１２とする。さらに、点１０と点１０Ａの光
軸方向の距離をｄ５、点９と点９Ａとの光軸方向の距離
をｄ６とする。なお、点９Ａ周辺の拡大図を（ａ）、点
１０Ａ周辺の拡大図を（ｂ）として示す。
【００１９】ここで例えば、ｆ１＝ｆ２＝１００ｍｍ、
Ｙ１＝５ｍｍ、Ｙ２＝−５ｍｍ、ｄ５＝ｄ６＝５ｍｍと
したとき、球面収差７が１ｍｍのとき、ディストーショ
ンは４．９５μｍになる。なお、距離ｄ５とｄ６につい
ては、厳密にはｄ５＜ｄ６であるが、ほぼ等しいとみて
よい。
Ｙ１＝５ｍｍ、Ｙ２＝−５ｍｍ、ｄ５＝ｄ６＝５ｍｍと
したとき、球面収差７が１ｍｍのとき、ディストーショ
ンは４．９５μｍになる。なお、距離ｄ５とｄ６につい
ては、厳密にはｄ５＜ｄ６であるが、ほぼ等しいとみて
よい。
【００２０】一般的に物体高をＹ、球面収差７をＳＡと
し、前記光学系Ｌ２の主平面と主光線１とが交わる点と
前記直線１１の距離（又は、前記光学系Ｌ２の主平面と
主光線２とが交わる点と前記直線１２の距離）をΔ、デ
ィストーションをＤとすれば、次の式（１）、（２）が
なりたつ。
し、前記光学系Ｌ２の主平面と主光線１とが交わる点と
前記直線１１の距離（又は、前記光学系Ｌ２の主平面と
主光線２とが交わる点と前記直線１２の距離）をΔ、デ
ィストーションをＤとすれば、次の式（１）、（２）が
なりたつ。
【００２１】 Δ＝Ｙ｛１−（ｆ２−ＳＡ）／（ｆ１＋ＳＡ）｝ （１） Ｄ＝Δｄ６／ｆ２ （２） もちろん瞳の球面収差７がゼロの場合には、あおりの光
学系であることによるディストーションは発生しない。
学系であることによるディストーションは発生しない。
【００２２】また、球面収差は波長が異なれば、異なっ
た値を持つが 、基準波長と異なった波長での瞳の球面
収差も補正しなければならない。
た値を持つが 、基準波長と異なった波長での瞳の球面
収差も補正しなければならない。
【００２３】図４を参照して、本発明の第１の実施の形
態を説明する。これは、半導体露光装置の焦点位置計測
装置である。レチクル２１と投影光学レンズ２３につい
て共役な位置に基板（ウエハ）２２が配置されている。
図示しない照明系からの光が、レチクル２１に形成され
たパターンの像を、投影光学レンズ２３を介してウエハ
２２の表面上に結像する。
態を説明する。これは、半導体露光装置の焦点位置計測
装置である。レチクル２１と投影光学レンズ２３につい
て共役な位置に基板（ウエハ）２２が配置されている。
図示しない照明系からの光が、レチクル２１に形成され
たパターンの像を、投影光学レンズ２３を介してウエハ
２２の表面上に結像する。
【００２４】一方、光源である光ファイバー２４、コン
デンサレンズ２５、プリズムで形成された送光側スリッ
ト部材２６がこの順に配置されており、プリズム２６の
斜面はスリット面２７を構成しており、スリット面２７
にはスリットＳ１が形成されている。
デンサレンズ２５、プリズムで形成された送光側スリッ
ト部材２６がこの順に配置されており、プリズム２６の
斜面はスリット面２７を構成しており、スリット面２７
にはスリットＳ１が形成されている。
【００２５】光ファイバー２４の端面から射出された光
は、コンデンサレンズ２５を介してプリズム２６の直角
を挟む面の一つから入射し、スリット面２７を照明す
る。このスリット面２７は、ウエハ２２の面とあおりの
角度をもって、かつこれら２つの面はお互いに投射側対
物光学系５１について共役に配置されている。また投射
側対物光学系５１は、スリット側レンズ系２８とウエハ
側レンズ系２９とからなっており、両側テレセントリッ
ク系を構成している。プリズム２６はスリット面２７上
でのあおり角度を低減することができる。
は、コンデンサレンズ２５を介してプリズム２６の直角
を挟む面の一つから入射し、スリット面２７を照明す
る。このスリット面２７は、ウエハ２２の面とあおりの
角度をもって、かつこれら２つの面はお互いに投射側対
物光学系５１について共役に配置されている。また投射
側対物光学系５１は、スリット側レンズ系２８とウエハ
側レンズ系２９とからなっており、両側テレセントリッ
ク系を構成している。プリズム２６はスリット面２７上
でのあおり角度を低減することができる。
【００２６】照明されたスリット面２７上のスリットＳ
１からの光は、投射側対物光学系５１を介してウエハ２
２の面に斜めに入射し、ウエハ２２の面上にスリットＳ
１の像を結像し、この面で反射される。
１からの光は、投射側対物光学系５１を介してウエハ２
２の面に斜めに入射し、ウエハ２２の面上にスリットＳ
１の像を結像し、この面で反射される。
【００２７】この反射光の進行方向には、受光側対物光
学系５２、受光側スリット部材である直角プリズム３３
が、この順に配置されている。受光スリット部材３３の
斜面３２は本発明の第２面を構成しており、ウエハ２２
の面と受光側対物光学系５２について共役に配置されて
いる。ここで受光側対物光学系５２は、物体側レンズ系
３０と像側レンズ系３１とからなっており、両側テレセ
ントリック系を構成している。
学系５２、受光側スリット部材である直角プリズム３３
が、この順に配置されている。受光スリット部材３３の
斜面３２は本発明の第２面を構成しており、ウエハ２２
の面と受光側対物光学系５２について共役に配置されて
いる。ここで受光側対物光学系５２は、物体側レンズ系
３０と像側レンズ系３１とからなっており、両側テレセ
ントリック系を構成している。
【００２８】先のウエハ２２の面上に結像されたスリッ
トＳ１の像は、受光側対物光学系５２を介して第２の面
であるプリズム３３の斜面（受光面）３２に結像され、
プリズム３３により、あおりの角度を低減され、プリズ
ム３３の直角を挟む１つの端面から射出する。射出光の
進行方向には、結像レンズ３４と光電検出器であるＣＣ
Ｄ３５が配置されており、プリズム３３から射出した光
は結像レンズ３４を介して、スリットの像をＣＣＤ３５
上に結像する。
トＳ１の像は、受光側対物光学系５２を介して第２の面
であるプリズム３３の斜面（受光面）３２に結像され、
プリズム３３により、あおりの角度を低減され、プリズ
ム３３の直角を挟む１つの端面から射出する。射出光の
進行方向には、結像レンズ３４と光電検出器であるＣＣ
Ｄ３５が配置されており、プリズム３３から射出した光
は結像レンズ３４を介して、スリットの像をＣＣＤ３５
上に結像する。
【００２９】このＣＣＤ３５により、スリットＳ１の像
の位置ずれを検出することにより、ウエハ２２面の合焦
状態を検出する。
の位置ずれを検出することにより、ウエハ２２面の合焦
状態を検出する。
【００３０】ここで、両側テレセントリック系を構成す
る投射側対物光学系５１、受光側対物光学系５２は、で
きるだけディストーションが少ないことが求められる。
そのディストーション量は、ＣＣＤ３５の画素の幅以下
とする。
る投射側対物光学系５１、受光側対物光学系５２は、で
きるだけディストーションが少ないことが求められる。
そのディストーション量は、ＣＣＤ３５の画素の幅以下
とする。
【００３１】図７を参照して、図４に示されるように受
光検出器がＣＣＤである場合の数値を使った実例を説明
する。図７の（ａ）で、受光面３２のあおり角度θ1を
７０度、物体高Ｙを３．４ｍｍ、距離ｄ６を９．３４ｍ
ｍ（図１参照）、焦点距離ｆ１、ｆ２を等しく１００ｍ
ｍ、球面収差７（ＳＡ）を１ｍｍとすれば、式（１）、
（２）から、距離Δは０．０６７３ｍｍとなり、ディス
トーションＤは６．３μｍとなる。
光検出器がＣＣＤである場合の数値を使った実例を説明
する。図７の（ａ）で、受光面３２のあおり角度θ1を
７０度、物体高Ｙを３．４ｍｍ、距離ｄ６を９．３４ｍ
ｍ（図１参照）、焦点距離ｆ１、ｆ２を等しく１００ｍ
ｍ、球面収差７（ＳＡ）を１ｍｍとすれば、式（１）、
（２）から、距離Δは０．０６７３ｍｍとなり、ディス
トーションＤは６．３μｍとなる。
【００３２】ここで、図７を参照してプリスムのあおり
の低減を説明する。図７の（ａ）において、プリズム３
３を構成する光学ガラスの屈折率をｎとし、プリズム３
３にあおりの角度θ1をもって光線１００が入射する面
を面３２、これと角度θ2をなす面で、光線１００が射
出する面を３２Ａとする。光線１００は面３２Ａに直角
をなして射出するとする。この場合、角度θ1と角度
θ2、屈折率ｎには、スネルの法則から次の関係が成り
立つ。
の低減を説明する。図７の（ａ）において、プリズム３
３を構成する光学ガラスの屈折率をｎとし、プリズム３
３にあおりの角度θ1をもって光線１００が入射する面
を面３２、これと角度θ2をなす面で、光線１００が射
出する面を３２Ａとする。光線１００は面３２Ａに直角
をなして射出するとする。この場合、角度θ1と角度
θ2、屈折率ｎには、スネルの法則から次の関係が成り
立つ。
【００３３】 ｓｉｎθ1＝ｎ・ｓｉｎθ2 （３） 屈折率ｎを１．５、θ1を７０度とすれば、式（３）か
ら、θ2＝３８．７８９６度となる。
ら、θ2＝３８．７８９６度となる。
【００３４】次に図７の（ｂ）を参照して、あおり角度
の低減を説明する。図中、面３２Ｂは結像レンズ３４が
見る（図４参照）、面３２の空気中換算のあおり面を示
す。面３２Ｂは、面３２と面３２Ａとの間のプリズム３
３内の面である。面３２Ｂと面３２Ａとがなす角度、即
ち低減されたあおり角度をθ3とする。また、入射する
主光線１００の面３２への入射点を３２１、射出する主
光線１００の面３２Ａからの射出点を３２１Ａ、点３２
１と点３２１Ａとの中間に位置する、主光線１００と面
３２Ｂとの交点を３２０とし、点３２１と点３２１Ａと
の距離をｄｐ、点３２１と点３２０との距離、即ちあお
り面の浮き上がり量をδとすれば次の関係が成り立つ。
の低減を説明する。図中、面３２Ｂは結像レンズ３４が
見る（図４参照）、面３２の空気中換算のあおり面を示
す。面３２Ｂは、面３２と面３２Ａとの間のプリズム３
３内の面である。面３２Ｂと面３２Ａとがなす角度、即
ち低減されたあおり角度をθ3とする。また、入射する
主光線１００の面３２への入射点を３２１、射出する主
光線１００の面３２Ａからの射出点を３２１Ａ、点３２
１と点３２１Ａとの中間に位置する、主光線１００と面
３２Ｂとの交点を３２０とし、点３２１と点３２１Ａと
の距離をｄｐ、点３２１と点３２０との距離、即ちあお
り面の浮き上がり量をδとすれば次の関係が成り立つ。
【００３５】 δ＝ｄｐ（１−１／ｎ） （ｔａｎθ2）／ｎ＝ｔａｎθ3 上式に、θ2＝３８．７８９６度、ｎ＝１．５を代入す
れば、θ3＝２８．１８３となる。
れば、θ3＝２８．１８３となる。
【００３６】次に、図７の（ｃ）を参照して、ＣＣＤ面
３５上でのディストーションを求める。図中、プリズム
３３の面３２Ａから射出した主光線１００が、結像レン
ズ３４を介してＣＣＤ面３５上に像を結ぶ。主光線１０
０と面３５の法線とのなす角度、即ち面３５でのあおり
角度をθ4、結像レンズ３４の倍率をβとすれば、シャ
インプルーフの定理より、次の関係が成り立つ。
３５上でのディストーションを求める。図中、プリズム
３３の面３２Ａから射出した主光線１００が、結像レン
ズ３４を介してＣＣＤ面３５上に像を結ぶ。主光線１０
０と面３５の法線とのなす角度、即ち面３５でのあおり
角度をθ4、結像レンズ３４の倍率をβとすれば、シャ
インプルーフの定理より、次の関係が成り立つ。
【００３７】β・ｔａｎθ3＝ｔａｎθ4 ここで、倍率β＝０．５とすれば、θ4＝１４．９９８
度となる。
度となる。
【００３８】また、面３２から面３５への倍率をβ2と
すれば、次の関係がある。
すれば、次の関係がある。
【００３９】β2＝β・ｃｏｓθ2／ｃｏｓθ4 この式に、β＝０．５、θ2＝３８．７８９６度、θ4＝
１４．９９８度を代入すれば、β2＝０．４０３とな
る。
１４．９９８度を代入すれば、β2＝０．４０３とな
る。
【００４０】ここで、ＣＣＤ面３５上でのディストーシ
ョンＤ2は、次のように表せる。
ョンＤ2は、次のように表せる。
【００４１】Ｄ2＝Ｄ／ｃｏｓθ1・β2 上式に、Ｄ＝６．３μｍ、β2＝０．４０３、θ1＝７０
度を代入すれば、Ｄ2＝７．４μｍが得られる。即ち、
本実施例では、ディストーションは、７．４μｍ即ち、
画素の幅１０μｍ以下であり、合焦状態の検出が可能で
ある。
度を代入すれば、Ｄ2＝７．４μｍが得られる。即ち、
本実施例では、ディストーションは、７．４μｍ即ち、
画素の幅１０μｍ以下であり、合焦状態の検出が可能で
ある。
【００４２】次に図５を参照して第２の実施の形態を説
明する。これは、光電顕微鏡の原理を用いた焦点位置検
出装置である。レチクル２１、投影光学系２３、光源２
４〜投射側対物光学系５１、及びウエハ２２の配置は、
図４の実施の形態と同様であるので詳述しない。
明する。これは、光電顕微鏡の原理を用いた焦点位置検
出装置である。レチクル２１、投影光学系２３、光源２
４〜投射側対物光学系５１、及びウエハ２２の配置は、
図４の実施の形態と同様であるので詳述しない。
【００４３】図５においては、物体側レンズ系３０と像
側レンズ系３１の間に、新たに振動ミラー４１が追加さ
れている。したがって、像側レンズ３１から先の光学部
材は、振動ミラー４１の光の反射方向に配置されてい
る。また、ＣＣＤ３５の代わりに、フォトダイオードな
どのセンサ４０が置かれている。さらに、受光面３２上
には、受光スリットＳ２が形成されている。送光スリッ
ト面２７上の送光スリットＳ１と受光スリットＳ２は、
ほぼ等しい幅を有している。
側レンズ系３１の間に、新たに振動ミラー４１が追加さ
れている。したがって、像側レンズ３１から先の光学部
材は、振動ミラー４１の光の反射方向に配置されてい
る。また、ＣＣＤ３５の代わりに、フォトダイオードな
どのセンサ４０が置かれている。さらに、受光面３２上
には、受光スリットＳ２が形成されている。送光スリッ
ト面２７上の送光スリットＳ１と受光スリットＳ２は、
ほぼ等しい幅を有している。
【００４４】振動ミラー４１により、受光面３２上の受
光スリットＳ２を横切ってビームを振動させる他は、前
記第１の実施の形態と基本的に作用は同じである。受光
スリットＳ２上でビームを振動させる幅は、そのスリッ
トの幅と同じ値が基本であるため、ダイナミックレンジ
の観点から前記ディストーションＤはスリット幅よりも
小さくし、望ましくはその３／８以下、さらに望ましく
はその１／４以下とする。
光スリットＳ２を横切ってビームを振動させる他は、前
記第１の実施の形態と基本的に作用は同じである。受光
スリットＳ２上でビームを振動させる幅は、そのスリッ
トの幅と同じ値が基本であるため、ダイナミックレンジ
の観点から前記ディストーションＤはスリット幅よりも
小さくし、望ましくはその３／８以下、さらに望ましく
はその１／４以下とする。
【００４５】その数値例を説明する。スリット巾は、ウ
エハ空間へ投影される巾で考える。実際のスリット巾は
ウエハ２２−スリットＳ２間での倍率、あおり角度によ
り比例拡大、縮小されるが、ウエハ２２上へ投影される
スリットＳ１の像の光軸に垂直な巾を考えれば光学系２
８、２９、３０、３１に左右されない。実際のウエハ２
２の上下と前記ウエハ２２上へ投影されるスリットＳ１
の像の光軸に垂直な巾（ウエハ空間でのスリット巾とす
る）との関係で、光電顕微鏡の波形（図８）が決定され
る。
エハ空間へ投影される巾で考える。実際のスリット巾は
ウエハ２２−スリットＳ２間での倍率、あおり角度によ
り比例拡大、縮小されるが、ウエハ２２上へ投影される
スリットＳ１の像の光軸に垂直な巾を考えれば光学系２
８、２９、３０、３１に左右されない。実際のウエハ２
２の上下と前記ウエハ２２上へ投影されるスリットＳ１
の像の光軸に垂直な巾（ウエハ空間でのスリット巾とす
る）との関係で、光電顕微鏡の波形（図８）が決定され
る。
【００４６】入射角５５を８０゜、前記ウエハ空間での
スリット巾を３０μｍとする。ウエハ２２の上下ΔＺに
伴うウエハ空間でのスリットＳ１の像の光軸に垂直な方
向への横ずれをΔとすると、 Δ＝２・ｓｉｎθ・ΔＺ ＝１．９７ΔＺ となる。
スリット巾を３０μｍとする。ウエハ２２の上下ΔＺに
伴うウエハ空間でのスリットＳ１の像の光軸に垂直な方
向への横ずれをΔとすると、 Δ＝２・ｓｉｎθ・ΔＺ ＝１．９７ΔＺ となる。
【００４７】信号波形が基本波のみとなるとき、前記光
電顕微鏡の波形は、図８中で、最大値９１（あるいは最
小値９２）をとる。そのとき前記スリットＳ１の像は前
記スリットの１／２だけずれる。その値はΔＺ＝７．６
μｍで、これが理論的なダイナミックレンジである。ス
リットを多数配置したときは、前記ディストーションが
存在すると、中心のスリットで前記ダイナミックレンジ
が±７．６μｍであっても、前記ディストーションＤに
より中心でないスリット像は面３２上で横ずれしている
ため、ダイナミックレンジは減少してしまう。前記ウエ
ハ空間でのスリット巾の１／４、あるいは３／８のディ
ストーションがあると、投影レンズ２３のピントが合っ
た状態でも、ΔＺ＝３．８μｍ、５．７μｍだけオフセ
ットをもつスリットが存在することになる。前記±７．
６μｍのダイナミックレンジから該オフセットを減じた
値が計測範囲になってしまう。そのため、前記ディスト
ーションＤはスリット巾の３／８さらに望ましくはその
１／４以下とする。
電顕微鏡の波形は、図８中で、最大値９１（あるいは最
小値９２）をとる。そのとき前記スリットＳ１の像は前
記スリットの１／２だけずれる。その値はΔＺ＝７．６
μｍで、これが理論的なダイナミックレンジである。ス
リットを多数配置したときは、前記ディストーションが
存在すると、中心のスリットで前記ダイナミックレンジ
が±７．６μｍであっても、前記ディストーションＤに
より中心でないスリット像は面３２上で横ずれしている
ため、ダイナミックレンジは減少してしまう。前記ウエ
ハ空間でのスリット巾の１／４、あるいは３／８のディ
ストーションがあると、投影レンズ２３のピントが合っ
た状態でも、ΔＺ＝３．８μｍ、５．７μｍだけオフセ
ットをもつスリットが存在することになる。前記±７．
６μｍのダイナミックレンジから該オフセットを減じた
値が計測範囲になってしまう。そのため、前記ディスト
ーションＤはスリット巾の３／８さらに望ましくはその
１／４以下とする。
【００４８】次に図６を参照して、本発明の第３の実施
の形態を説明する。これはレンズの製造誤差等により変
化する瞳の球面収差の調整機構を備える、テレセントリ
ック光学系である。
の形態を説明する。これはレンズの製造誤差等により変
化する瞳の球面収差の調整機構を備える、テレセントリ
ック光学系である。
【００４９】物体面２２と受光面３２との間に、物体面
２２側から、物体側レンズ群Ｌ１’、倍率調整機構であ
るアフォーカル系のレンズ群Ｌ３’、光路長補正ガラス
板Ｇ３、像側のレンズ群Ｌ２’がこの順に配置されてい
る。物体面２２と受光面３２とはシャインプルーフの条
件を満たして、あおりの角度をもって配置されている。
レンズ群Ｌ１’は、物体面２２側から凸レンズＧ１と凹
レンズＧ２で構成され、レンズ群Ｌ２’は凸レンズで構
成され、これらレンズ群Ｌ１’とレンズ群Ｌ２’は、テ
レセントリック光学系を構成している。
２２側から、物体側レンズ群Ｌ１’、倍率調整機構であ
るアフォーカル系のレンズ群Ｌ３’、光路長補正ガラス
板Ｇ３、像側のレンズ群Ｌ２’がこの順に配置されてい
る。物体面２２と受光面３２とはシャインプルーフの条
件を満たして、あおりの角度をもって配置されている。
レンズ群Ｌ１’は、物体面２２側から凸レンズＧ１と凹
レンズＧ２で構成され、レンズ群Ｌ２’は凸レンズで構
成され、これらレンズ群Ｌ１’とレンズ群Ｌ２’は、テ
レセントリック光学系を構成している。
【００５０】レンズ群Ｌ３’は特願平７−３５２９８４
号に記載の倍率調整機構であり、凸凹凸の３群のレンズ
系よりなり、全体ではアフォーカル系を構成し、各レン
ズを光軸方向に移動させることにより全長固定で、テレ
セントリック性を維持しつつ倍率を調整できる。
号に記載の倍率調整機構であり、凸凹凸の３群のレンズ
系よりなり、全体ではアフォーカル系を構成し、各レン
ズを光軸方向に移動させることにより全長固定で、テレ
セントリック性を維持しつつ倍率を調整できる。
【００５１】光路長補正ガラス板Ｇ３は、特開平７−２
９４８１１号に記載の光路長補正ガラスであり、複数の
平行平面ガラス板からなる。
９４８１１号に記載の光路長補正ガラスであり、複数の
平行平面ガラス板からなる。
【００５２】前記焦点位置検出機構等では、作動距離を
大きくするためにＬ１’は正のパワーを備えたレンズ群
Ｇ１と負のパワーを備えたレンズ群Ｇ２の間隔をおいた
構成とすることが望ましい。一般的に凸レンズと凹レン
ズの間隔を変化させることにより球面収差が変化するこ
とはよく知られているので、レンズ群Ｇ２を光軸方向に
移動させることによってレンズ群Ｇ１とレンズ群Ｇ２の
間隔を変化させると、瞳の球面収差は変化する。これに
伴い、倍率と焦点位置とレンズ群Ｌ１’、レンズ群Ｌ
３’間の距離が変化する。
大きくするためにＬ１’は正のパワーを備えたレンズ群
Ｇ１と負のパワーを備えたレンズ群Ｇ２の間隔をおいた
構成とすることが望ましい。一般的に凸レンズと凹レン
ズの間隔を変化させることにより球面収差が変化するこ
とはよく知られているので、レンズ群Ｇ２を光軸方向に
移動させることによってレンズ群Ｇ１とレンズ群Ｇ２の
間隔を変化させると、瞳の球面収差は変化する。これに
伴い、倍率と焦点位置とレンズ群Ｌ１’、レンズ群Ｌ
３’間の距離が変化する。
【００５３】倍率はレンズ群Ｌ２’で調整し、焦点位置
はレンズ群Ｌ１’、レンズ群Ｌ３’を光軸方向に移動さ
せて調整する。レンズ群Ｌ１’、レンズ群Ｌ３’間の距
離は、ガラス板Ｇ３を構成する平行平面ガラス板の枚数
を変化させることによって調整し、テレセントリック性
を維持する。
はレンズ群Ｌ１’、レンズ群Ｌ３’を光軸方向に移動さ
せて調整する。レンズ群Ｌ１’、レンズ群Ｌ３’間の距
離は、ガラス板Ｇ３を構成する平行平面ガラス板の枚数
を変化させることによって調整し、テレセントリック性
を維持する。
【００５４】以上のように本発明は、前記有限な物体の
面を斜めから光学系を用いて観察するあおりの光学系に
おいて、像高によって倍率が変化しないテレセントリッ
ク光学系、特に大きなあおり角度を有する半導体露光装
置のオートフォーカス光学系を含む表面変位検出装置に
関するものである。
面を斜めから光学系を用いて観察するあおりの光学系に
おいて、像高によって倍率が変化しないテレセントリッ
ク光学系、特に大きなあおり角度を有する半導体露光装
置のオートフォーカス光学系を含む表面変位検出装置に
関するものである。
【００５５】
【発明による効果】以上のように本発明によれば、あお
りの光学系であることに起因するディストーションを受
光スリットの幅の１／４よりも小さくし、あるいは画素
の幅よりも小さく構成するので、瞳の球面収差の影響を
抑え、表面変位を正確に検出することができる。
りの光学系であることに起因するディストーションを受
光スリットの幅の１／４よりも小さくし、あるいは画素
の幅よりも小さく構成するので、瞳の球面収差の影響を
抑え、表面変位を正確に検出することができる。
【図１】瞳の球面収差のあるテレセントリック光学系に
あおりの角度がある場合の説明図である。
あおりの角度がある場合の説明図である。
【図２】テレセントリック光学系の説明図である。
【図３】瞳の球面収差のあるテレセントリック光学系に
あおりの角度がない場合の説明図である。
あおりの角度がない場合の説明図である。
【図４】受光面がＣＣＤである、本発明の第１の実施の
形態の概略図である。
形態の概略図である。
【図５】受光面がフォトダイオードである、本発明の第
２の実施の形態の概略図である。
２の実施の形態の概略図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態、瞳の球面収差の調
整機構を備えるテレセントリック光学系の構成を示す概
略図である。
整機構を備えるテレセントリック光学系の構成を示す概
略図である。
【図７】あおりの角度の低減を説明する図である。
【図８】光電顕微鏡の波形を示す図である。
２２ ウエハ ２４ 光源 ２５ コンデンサレンズ ２６ 送光側スリット部材 ２７ スリット面 ２８ スリット側レンズ系 ２９ ウエハ側レンズ系 ３０ 物体側レンズ系 ３１ 像側レンズ系 ３２ 受光面 ３３ 受光側スリット部材（プリズム） ３４ 結像レンズ ３５、４０ 光電検出器 ４１ 振動ミラー ５１ 投射側対物光学系 ５２ 受光側対物光学系 Ｌ１、Ｌ１’ 物体側レンズ群（光学系） Ｌ２、Ｌ２’ 像側レンズ群（光学系） Ｌ３’ 倍率調整機構 Ｇ３ 光路長補正ガラス Ｓ１ 送光側スリット Ｓ２ 受光側スリット
Claims (5)
- 【請求項１】 所定の第１面上に所定の第１スリットが
形成された送光側スリット部材と；該送光側スリット部
材のスリットを被検面に投射する投射側対物光学系と；
該投射側対物光学系により被検面に投射されたスリット
からの反射光を所定の第２面上に結像する受光側対物光
学系と；前記第２面上に所定の第２スリットが形成され
た受光側スリット部材と；該受光側スリット部材を介し
て前記受光側対物光学系により結像されたスリット像を
光電的に検出する検出器とを備え；前記第１面及び前記
被検面は、前記投射側対物光学系の主平面に関してシャ
インプルーフの条件を満足するように構成されるととも
に、前記被検面及び第２面は、受光側対物光学系の主平
面に関してシャインプルーフの条件を満足するように構
成されて、 前記被検面の上面位置を検出する表面位置検出装置にお
いて；前記受光側対物光学系は、前記被検面側に配置さ
れる第１群と、前記第２面側に配置される第２群とを有
する両側テレセントリックな光学系で構成されて；前記
第１群の焦点距離をｆ１、前記第２群の焦点距離をｆ
２、前記受光側対物光学系の瞳の球面収差量をＳＡ、前
記第２面上でのスリット像の前記受光側対物光学系の光
軸からその直角方向への距離をＹ、あおりによる像面の
位置ずれとして、前記第２面上に形成されるスリット像
のあおり角度が零となる仮想像面からの前記受光側対物
光学系の光軸方向のずれをｄとし、前記受光側対物光学
系のディストーション量Ｄを次式で定義するとき、 Ｄ＝Ｙ｛１−（ｆ２−ＳＡ）／（ｆ１＋ＳＡ）｝ｄ／ｆ２ 前記受光側対物光学系は、前記被検面と前記第２面での
あおりの角度を零とした仮想の結像関係では、前記仮想
像面にて発生するディストーション量Ｄをほぼ零とし、
前記被検面及び第２面が受光側対物光学系の主平面に関
してシャインプルーフの条件を満足する実際の結像関係
では、前記第２面に発生する前記受光側対物光学系のデ
ィストーション量Ｄが前記受光スリットの幅の１／４よ
りも小さくなるように構成されることを特徴とする；表
面位置検出装置。 - 【請求項２】 前記受光側対物光学系は、前記第１群と
第２群との間にアフォーカルな中間レンズ群を配置し、
該中間レンズ群は、光軸方向に沿って移動可能に設けら
れた少なくとも１つの移動レンズ群を有することを特徴
とする請求項１記載の表面位置検出装置。 - 【請求項３】 被検面からの反射光を所定面上に結像す
る対物光学系と；前記対物光学系により結像されたスリ
ット像を光電的に検出するために複数の画素をもつ検出
器とを備え；前記被検面及び前記所定面は、前記対物光
学系の主平面に関してシャインプルーフの条件を満足す
るように構成されて、 前記被検面を観察する観察装置において；前記対物光学
系は、前記被検面側に配置される第１群と、前記所定の
面側に配置される第２群とを有する両側テレセントリッ
クな光学系で構成され；前記第１群の焦点距離をｆ１、
前記第２群の焦点距離をｆ２、前記対物光学系の瞳の球
面収差量をＳＡ、前記所定の面上での被検物像の前記対
物光学系の光軸からその直角方向への距離をＹ、あおり
による像面の位置ずれとして、前記所定の面上に形成さ
れる被検物像のあおり角度が零となる仮想像面からの前
記対物光学系の光軸方向のずれをｄとし、前記対物光学
系のディストーション量Ｄを次式で定義するとき、 Ｄ＝Ｙ｛１−（ｆ２−ＳＡ）／（ｆ１＋ＳＡ）｝ｄ／ｆ２ 前記対物光学系は、前記被検面と前記所定の面でのあお
りの角度を零とした仮想の結像関係では、前記仮想面上
にて発生するディストーション量Ｄをほぼ零とし、前記
被検面及び前記所定の面が対物光学系の主平面に関して
シャインプルーフの条件を満足する実際の結像関係で
は、前記所定の面にて発生する前記対物光学系のディス
トーション量Ｄが前記検出器の画素の幅よりも小さくな
るように構成されることを特徴とする；観察装置。 - 【請求項４】 前記対物光学系は、前記第１群と第２群
との間にアフォーカルな中間レンズ群を配置し、該中間
レンズ群は、光軸方向に沿って移動可能に設けられた少
なくとも１つの移動レンズ群を有することを特徴とす
る；請求項３に記載の観察装置。 - 【請求項５】 前記被検面を被検物体の表面とする請求
項３または請求項４に記載の観察装置を有する；表面位
置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9063746A JPH10242042A (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 表面位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9063746A JPH10242042A (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 表面位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242042A true JPH10242042A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=13238285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9063746A Pending JPH10242042A (ja) | 1997-03-03 | 1997-03-03 | 表面位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242042A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008256483A (ja) * | 2007-04-04 | 2008-10-23 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
-
1997
- 1997-03-03 JP JP9063746A patent/JPH10242042A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008256483A (ja) * | 2007-04-04 | 2008-10-23 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
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