JPH10335240A

JPH10335240A - 表面位置検出装置

Info

Publication number: JPH10335240A
Application number: JP9158140A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nishimura; 宏西村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】全体として横の色収差とディストーションを
含む収差を残さない表面位置検出装置を提供する。【解決手段】所定の基準面に対する被検面位置を検出
する表面位置検出装置であって、前記基準面に対してシ
ャインプルーフの条件を充足する第１の面からの光束を
集光して、前記被検面に第１の面の像を結ぶ第１の光学
系を備え、前記第１の光学系は正の屈折力を有する第１
のレンズ群と、正の屈折力を有する第２のレンズ群とを
有し、前記第１のレンズ群と第２のレンズ群は各々独立
に横の色収差とディストーションを含む収差を補正され
ている表面位置検出装置。第１の光学系により第１の面
の像が被検面に結像され、第１のレンズ群と第２のレン
ズ群は各々独立に横の色収差とディストーションを含む
収差を補正されているので、これらレンズ群が偏心して
も収差が発生しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、特に被検面をレンズ光学系を用いて斜めから観
察する斜め入射の焦点位置計測装置に用いて好適な表面
位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、表面位置検出装置は２つの正
レンズ群、第１の正レンズ群と第２の正レンズ群とから
なっており、第１の正レンズ群が発生する各種収差が第
２の正レンズ群の収差により打ち消されることにより、
全体として収差が補正される結果として、その表面位置
検出装置全体のレンズ枚数を少なくすることができた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の表
面位置検出装置によれば、第１の正レンズ群及び第２の
正レンズ群がそれぞれ倍率色収差またはディストーショ
ンを含む収差を有しているので、第１の正レンズ群また
は第２の正レンズ群のうち少なくとも一方が偏心した場
合、表面位置検出装置全体を通してみるとそれぞれ横の
色収差またはディストーションが発生してしまう。

【０００４】そこで本発明は、全体として横の色収差と
ディストーションを含む収差を残さない、あるいは検出
するにあたって問題とならない程度に抑えた、表面位置
検出装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【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、所
定の基準面に対する被検面位置を検出する表面位置検出
装置であって；前記基準面に対してシャインプルーフの
条件を充足する第１の面からの光束を集光して、前記被
検面に第１の面の像を結ぶ第１の光学系を備え；前記第
１の光学系は正の屈折力を有する第１のレンズ群と、正
の屈折力を有する第２のレンズ群とを有し；前記第１の
レンズ群と第２のレンズ群は各々独立に横の色収差とデ
ィストーションを含む収差を補正されている。

【０００６】このように構成すると、第１の光学系によ
り第１の面の像が被検面に結像され、第１のレンズ群と
第２のレンズ群は各々独立に横の色収差とディストーシ
ョンを含む収差を補正されているので、これらレンズ群
が偏心しても収差が発生しない。

【０００７】ここで、請求項２に記載のように、前記第
１の面上に形成された第１のスリットと；前記第１のス
リットを介した光束に基づき前記第１の光学系により前
記被検面に形成された前記第１のスリットの像からの光
束を集光して、前記基準面に対してシャインプルーフの
条件を充足する第２の面に前記第１のスリットの像を再
結像する第２の光学系と；前記被検面に形成された第１
のスリットの像の幅方向に前記被検面からの光束を振動
させる振動装置と；前記振動装置を介して振動する光束
を受光する、前記第２の面上に形成された第２のスリッ
トをさらに備え；前記第２の光学系は、正の屈折力を有
する第３のレンズ群と、正の屈折力を有する第４のレン
ズ群とを有し；前記第３のレンズ群と第４のレンズ群は
各々独立に横の色収差とディストーションを含む収差を
補正されており；前記第１と第２と第３と第４のレンズ
群の全体残存収差が、前記第２のスリットの幅の１／４
以下であるようにしてもよい。

【０００８】このように構成すると、第１のスリットの
像が第１の光学系により被検面に形成され、その像が第
２の光学系により第２の面上の第２のスリットに重ねて
に再結像され、その像は振動装置によりスリット像の幅
方向に振動する。このようにして、この系は全体として
いわゆる光電顕微鏡を構成することになる。さらに第２
の光学系の第３のレンズ群と第４のレンズ群とが各々独
立に横の色収差とディストーションを含む収差を補正さ
れているので、これらレンズ群が偏心しても収差が発生
しないし、たとえ発生しても、結局第１と第２と第３と
第４のレンズ群の全体残存収差が、前記第２のスリット
の幅の１／４以下であるので、ダイナミックレンジの観
点から、第２の面上でのスリット像の検出器による検出
が可能である。

【０００９】請求項１に記載の装置において、請求項３
に記載のように、前記被検面に形成された前記第１の面
の像からの光束を集光して、前記基準面に対してシャイ
ンプルーフの条件を充足する第３の面に前記第１の面の
像を再結像する第２の光学系と；前記第３の面に再結像
された前記第１の面の像を光電的に検出する複数の画素
を有する光電検出器とをさらに備え；前記第２の光学系
は、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折力
を有する第４のレンズ群とを有し；前記第３のレンズ群
と第４のレンズ群は各々独立に横の色収差とディストー
ションを含む収差を補正されており；前記第１と第２と
第３と第４のレンズ群の全体残存収差が、前記検出器の
画素の幅以下の大きさであるようにしてもよい。

【００１０】このように構成すると、被検面の位置を複
数の画素を有する光電検出器で検出できるし、全体残存
収差が、前記検出器の画素の幅以下の大きさであるの
で、測定精度の観点から、第２の面上でのスリット像の
検出器による検出が可能である。

【００１１】請求項４に係る発明による表面位置検出装
置は、所定の基準面に対する被検面位置を検出する表面
位置検出装置であって；前記基準面に対してシャインプ
ルーフの条件を充足する第１の面からの光束を集光し
て、前記被検面に第１の面の像を結ぶ第１の光学系を備
え；前記第１の光学系は正の屈折力を有する第１のレン
ズ群と、正の屈折力を有する第２のレンズ群とを有し；
前記第１のレンズ群と第２のレンズ群の一方が横の色収
差とディストーションを含む収差を補正されており；前
記第１のレンズ群と第２のレンズ群の他方によって生じ
る偏心誤差を調整する偏心調整機構を備えている。

【００１２】このように構成すると、第１の光学系によ
り第１の面の像が被検面に結像され、第１のレンズ群と
第２のレンズ群のうち収差が補正されている一方のレン
ズ群が偏心しても収差が発生しないし、収差補正されて
いない他方によって生じる偏心誤差を調整する偏心調整
機構を備えているので、レンズ系全体の収差を抑えるこ
とができる。

【００１３】ここで、請求項５に記載のように、前記第
１の面上に形成された第１のスリットと；前記第１のス
リットを介した光束に基づき前記第１の光学系により前
記被検面に形成された前記第１のスリットの像からの光
束を集光して、前記基準面に対してシャインプルーフの
条件を充足する第２の面に前記第１のスリットの像を再
結像する第２の光学系と；前記被検面に形成された第１
のスリットの像の幅方向に前記被検面からの光束を振動
させる振動装置と；前記振動装置を介して振動する光束
を受光する、前記第２の面上に形成された第２のスリッ
トをさらに備え；前記第２の光学系は、正の屈折力を有
する第３のレンズ群と、正の屈折力を有する第４のレン
ズ群とを有し；前記第３のレンズ群と第４のレンズ群の
一方が横の色収差とディストーションを含む収差を補正
されており；前記第３のレンズ群と第４のレンズ群の他
方によって生じる偏心誤差を調整する偏心調整機構を備
えており；前記第１と第２と第３と第４のレンズ群の全
体残存収差が、前記第２のスリットの幅の１／４以下で
あるように構成してもよい。

【００１４】このように構成すると、第３のレンズ群と
第４のレンズ群の他方によって生じる偏心誤差を調整す
る偏心調整機構を備えているので、レンズ系全体の収差
を抑えることができ、収差が残ったとしても、第１と第
２と第３と第４のレンズ群の全体残存収差が、前記第２
のスリットの幅の１／４以下であるので、ダイナミック
レンジの観点から、第２の面上でのスリット像の検出器
による検出が可能である。

【００１５】請求項４に記載の装置において、請求項６
に記載のように、前記被検面に形成された前記第１の面
の像からの光束を集光して、前記基準面に対してシャイ
ンプルーフの条件を充足する第３の面に前記第１の面の
像を再結像する第２の光学系と；前記第３の面に再結像
された前記第１の面の像を光電的に検出する複数の画素
を有する光電検出器とをさらに備え；前記第２の光学系
は、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折力
を有する第４のレンズ群とを有し；前記第３のレンズ群
と第４のレンズ群の一方が横の色収差とディストーショ
ンを含む収差を補正されており；前記第３のレンズ群と
第４のレンズ群の他方によって生じる偏心誤差を調整す
る偏心調整機構を備えており；前記第１と第２と第３と
第４のレンズ群の全体残存収差が、前記検出器の画素の
幅以下の大きさであるように構成してもよい。

【００１６】このように構成すると、被検面の位置を複
数の画素を有する光電検出器で検出できるし、全体残存
収差が、前記検出器の画素の幅以下の大きさであるの
で、測定精度の観点から、第２の面上でのスリット像の
検出器による検出が可能である。

【００１７】

【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。

【００１８】図３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
置のうち光電顕微鏡の原理を用いたものである。図中、
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。このウエハ２２の表面が、本発明の被検面
に相当する。また、このウエハの表面が投影光学レンズ
２３に対して合焦した位置が、本発明の所定の基準面で
ある。

【００１９】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
斜面は本発明の第１の面であるスリット面２７を構成し
ており、スリット面２７には本発明の第１のスリットで
あるスリットＳ１が形成されている。

【００２０】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つの面はお互いに本発明の
第１の光学系である投射側対物光学系５１についてシャ
インプルーフの条件を充足して配置されており、共役で
ある。また投射側対物光学系５１は、本発明の第１のレ
ンズ群であるスリット側レンズ系２８と本発明の第２の
レンズ群であるウエハ側レンズ系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。

【００２１】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。

【００２２】この反射光の進行方向には、本発明の第２
の光学系である受光側対物光学系５２、本発明の第２の
スリットである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３
３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についてシャインプル
ーフの条件を充足して配置されており、共役である。こ
こで受光側対物光学系５２は、本発明の第３のレンズ群
である物体側レンズ系３０と本発明の第４のレンズ群で
ある像側レンズ系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。

【００２３】物体側レンズ系３０と像側レンズ系３１の
間には、振動ミラー４１が配置されており、像側レンズ
系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。

【００２４】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を介してプリズム
３３の斜面（受光面）３２上に結像され、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とフォトダイオードなどのセンサ４
０が配置されている。さらに、受光面３２上には、本発
明の第２のスリットである受光スリット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。

【００２５】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。以上説
明した部材が光電顕微鏡を構成し、スリットＳ１の像の
位置ずれを検出する。このようにして、ウエハ２２面の
合焦状態を検出する。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１
／４以下、さらに望ましくは１／８以下とする。

【００２６】以上のように、図３に示されるような半導
体の露光装置でのオートフォーカスでは、レチクル２１
上のパターンを投影レンズ２３を介してウエハ２２上へ
結像する。この際、光ファイバ２４からの白色光で照明
系のコンデンサレンズ２５を介して低減プリズム２６の
送光スリット面２７上の送光スリットＳ１を照明する。
送光スリットＳ１の透過光を投射側対物光学系５１のス
リット側レンズ系２８とウエハ側レンズ系２９を介して
ウエハ２２上へ結像する。その反射光を、物体側レンズ
系３０と振動ミラー４１と像側レンズ系３１を介して、
受光側のアオリ低減プリズム３３上の受光面３２上の受
光スリットＳ２に重ねて結像する。振動ミラー４１は光
電顕微鏡の振動ミラーとして作用する。そして結像レン
ズ３４を介しセンサ４０へ導かれる。

【００２７】図１に、検出領域の倍率色収差（横の色収
差）の状態を示す。ここで、受光面３２側からウエハ２
２をみると（図３参照）、例えば露光領域２０ｍｍ□を
検出する場合、入射角３６を８０゜としたとき、受光側
のレンズ系３０、３１が等倍なら、アオリにより、検出
領域は３．４７ｍｍ×２０ｍｍの長方形１になる（図１
参照）。この長方形は、光軸と受光面３２との交点にお
いて、光束を光軸に直角に断面してみたときの形状であ
る。このことは図２も同様である。なお、収差の量とス
リット幅を比較するときは、あおり角度を考慮して両者
を同じ面に換算して比べる。

【００２８】レンズ系２８、２９、３０、３１のいずれ
もが、偏心していない場合、第４の正レンズ群である像
側レンズ系３１の倍率色収差２、３（実線のベクトルで
表示）は、他の光学系２８、２９、３０の倍率色収差
４、５（破線のベクトルで表示）と打ち消し合って全体
で０となっている（図１の（ａ）参照）。

【００２９】一般に、倍率色収差の量は光の波長によっ
て異なる。ここでは、光束として上限と下限を有する波
長帯域を用い、中心波長と上限波長と下限波長において
求めた収差の平均値を比較されるべき収差の量とする。
しかしながら、本発明の実施にあたっては、例えば等間
隔で３以上の波長を選び、それらの収差を求め、それら
の平均値としてもよいし、中心波長での値を用いてもよ
い。

【００３０】倍率色収差２、４は、長方形１の中心を原
点Ｏとした座標系において、座標（１０ｍｍ，１．７４
ｍｍ）で１０．１５μｍのときベクトル表示するとそれ
ぞれ（１０μｍ，１．７４μｍ）（−１０μｍ，−１．
７４μｍ）である。ここで、正レンズ群である像側レン
ズ系３１が上下（計測方向）に０．５ｍｍ偏心した場合
を、図１の（ｂ）に示す。像側レンズ系３１のみる計測
領域は１、他の光学系２８、２９、３０のみる計測領域
は６である。倍率色収差は像高にほぼ比例するので、倍
率色収差２'はベクトル表示で（１０μｍ，２．２４μ
ｍ）になる。倍率色収差４をシフトさせベクトルを合成
すると、倍率色収差７（０，０．５μｍ）になる。

【００３１】同様に倍率色収差３、５は、座標（５ｍ
ｍ，１．７４ｍｍ）で５．２９μｍのときベクトル表示
するとそれぞれ（５μｍ，１．７４μｍ）、（−５μ
ｍ，−１．７４μｍ）、３’は（５μｍ，２．２４μ
ｍ）、合成された横の色収差は８（０，０．５μｍ）で
ある。以上のように受光面、即ち像面３２上で一様な倍
率色収差となる。

【００３２】次に図２に、検出領域のディストーション
（歪曲収差）の状態を示す。レンズ系２８、２９、３
０、３１のいずれもが偏心していない場合、第４の正レ
ンズ群である像側レンズ系３１のディストーション１
２、１３は、他の光学系２８、２９、３０のディストー
ション１４、１５と打ち消し合って全体で０となってい
る（図２の（ａ））。ディストーション１２、１４は、
座標（１０ｍｍ，１．７４ｍｍ）で２８．２４μｍのと
きベクトル表示するとそれぞれ（２７．８２，４．８４
μｍ）、（−２７．８２μｍ，−４．８４μｍ）であ
る。

【００３３】ここで、前記像側レンズ系３１が上下（計
測方向）に０．５ｍｍ偏心した場合を、図２の（ｂ）に
示す。像側レンズ系３１のみる計測領域は１、他の光学
系２８、２９、３０のみる計測領域は６である。ディス
トーションは、ほぼ像高の３乗に比例するので、ディス
トーション１２'は２９．０６μｍ、ベクトル表示で
（２８．３６μｍ，６．３５μｍ）になる。ディストー
ション１４をシフトさせ、ベクトルを合成すると、１７
（０．５４μｍ，１．５１μｍ）になる。同様にディス
トーション１３、１５は、座標（５ｍｍ，１．７４ｍ
ｍ）で４μｍのときベクトル表示するとそれぞれ（３．
７８μｍ，１．３１μｍ）、（−３．７８μｍ，−１．
３１μｍ）、１３’は４．４４μｍで（４．０５μｍ，
１．８２μｍ）、合成されたディストーションは１８
（０．２７μｍ，０．５１μｍ）である。

【００３４】以上のように端の方ほど大きいディストー
ションが現れる。実際は、像側レンズ系３１以外のレン
ズ系でも偏心が発生するので、ディストーション、横の
色収差は大きくなる。本発明では、各々独立に倍率色収
差、ディストーションを補正することにより前記偏心に
よるディストーション、横の色収差の発生をおさえる。

【００３５】図３を参照して、光電顕微鏡の場合の第１
の実施例を説明する。ウエハ２２が、投影光学レンズ２
３の光軸方向にΔＺだけ上下すると、ウエハ２２側で受
光側対物光学系５２の光軸に垂直な像の横ずれΔは、入
射角θを８０゜とすると、 Δ＝２・ｓｉｎθ・ΔＺ＝１．９７・ΔＺである。

【００３６】ウエハ２２側で受光側対物光学系５２の光
軸に垂直な方向でのスリット幅を１５μｍとする。スリ
ット幅だけスリット像を振動させる場合、ΔＺ＝３．８
μｍのときΔ＝７．５μｍとなりスリットの１／２だけ
像が横ずれする。このとき信号波形は基本波のみとな
る。

【００３７】図７に、光電顕微鏡のいわゆるＳカーブを
示す。前記のように信号波形が基本波のみとなるとき、
光電顕微鏡の波形は、Ｓカーブ上で最大値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Ｓ２の１／２だけずれる。その値はΔＺ
＝３．８μｍで、これが理論的なダイナミックレンジで
ある。

【００３８】送光、受光スリットＳ１、Ｓ２を多数配置
して面を測定する場合、受光面３２上の複数の受光スリ
ットＳ２のうちの中心のスリットにスリット像が横ずれ
なしに結像したとき、端のスリットで該スリットの１／
４（Δ＝３．７５μｍ）の前記ディストーションがある
とそこでΔＺ＝１．９μｍのオフセットがのってしまう
ことになる。したがってダイナミックレンジが１．９μ
ｍになってしまう。そのような観点から前記ディストー
ションは受光スリットＳ２の１／４以下におさえる。望
ましくは受光スリットの幅の１／８程度に抑える。

【００３９】図４を参照して、第２の実施の形態、さら
には具体的な数値を含む第２の実施例を説明する。図３
に示される実施の形態と異なる点は振動ミラー４１がな
くなり、センサ４０に代えてＣＣＤ３５が設けられてい
ることである。像面である受光面３２上には、図３の実
施の形態ではスリットが形成されていたのに対し、指標
が形成されておりほとんどの部分は透過するようになっ
ており、ＣＣＤ３５でスリットまたは縞Ｓ１の像の移動
を検出する。この場合もレンズ群２８、２９、３０、３
１を各々独立に倍率色収差、ディストーションを補正す
ることにより前記偏心によるディストーション、横の色
収差の発生をおさえる。

【００４０】図５は、図４に示される受光部の拡大図で
ある。入射角θ１＝８０゜、ガラスの屈折率ｎ＝１．５
とすると、スネルの法則により、ｓｉｎθ１＝ｎ・ｓｉ
ｎθ２であるから、θ２＝４１．０３６゜となる。

【００４１】水中の物が浮かび上がって見えるように、
アオリ面が浮かび上がり、その結果低減されたアオリ角
度θ３は、ｔａｎθ２／ｎ＝ｔａｎθ３の関係から、
θ３＝３０．１２５゜となる。

【００４２】次に、シャインプルーフの定理から、β・
ｔａｎθ３＝ｔａｎθ４であるから、結像レンズ３４
の倍率をβ＝０．５とするとＣＣＤ３５のアオリ角度
は、θ４＝１６．１７９゜となる。受光面３２からＣＣ
Ｄ面３５への倍率β’は、β’＝β・ｃｏｓθ２／ｃｏ
ｓθ４＝０．３９となる。

【００４３】ウエハ２２からプリズムの受光面３２まで
を等倍とすると、前記ディストーションはＤ＝１．５１
μｍとして、ＣＣＤ３５上でのディストーションＤ’
は、Ｄ’＝Ｄ・β’／ｃｏｓθ１＝３．４μｍとな
る。このディストーションは第４正レンズ群である像側
レンズ系３１のみを偏心させた値で、実際はもっと大き
くなる。ＣＣＤ３５の１画素の大きさを７μｍ程度とし
て、それ以下のディストーションとする。

【００４４】次に図６の（ａ）と（ｂ）を参照して、第
３の実施の形態の構成を説明する。本発明が第１と第２
の実施の形態と異なるところは、第１の正レンズ群２８
と第４の正レンズ群３１は独立に倍率色収差とディスト
ーションが補正されているが、第２の正レンズ群２９と
第３の正レンズ群３０は単体では収差が補正されていな
い点である。

【００４５】図６の（ａ）に示される装置の光学部材の
基本的な配列は、図３に示される第１の実施例と同様で
ある。異なる点は、ウエハ側レンズ系２９とウエハ２２
との間に、本発明の偏心調整機構である、ミラー４２
が、ウエハ２２と物体側レンズ系３０との間に、同じく
ミラー４３が配置されていることである。当然のことな
がら、各ミラーによる光軸の偏向に応じて、各光学部材
は再配置されている。図６では、レンズ系２８、２９の
光軸、レンズ系３０の光軸が、投影光学系２３の光軸と
平行な方向に偏向されている。

【００４６】ミラー４２、４３は可動となっており、偏
心を調整できる。例えば図６の（ａ）中、矢印で示され
ているように、ミラー４２はミラー４２とウエハ２２と
の間の光軸方向に、ミラー４３はウエハ２２とミラー４
３との間の光軸方向に移動できるように構成されてい
る。但し、ミラー４２、４３の移動方向はこれに限ら
ず、反射面の向きを一定に保ちつつ、どの方向に移動し
てもよい。要は、光軸を光軸直角方向に偏心できればよ
い。

【００４７】なお図６の（ａ）では偏向ミラー４２、４
３を用いたが、それらの代わりに、あるいはそれらの一
方の代わりに、図６の（ｂ）に示されるように、図３の
配列の中、レンズ２９とウエハ２２との間に、傾斜を調
整できるように構成した平行平面板４６を、ウエハ２２
とレンズ３０との間に同じく平行平面板４７を挿入し
て、これらの傾斜角度を適切に設定することにより光軸
を偏心調整できるようにしてもよい。図６の（ｂ）にお
いては、投影光学レンズ２３は上半の図示を省略し、ま
た、レンズ２９系よりレンズ系２８側、及び振動ミラー
４１よりレンズ系３１側は図示を省略してある。

【００４８】また図６は、レンズ系２９、３０が収差補
正されていない場合であるが、収差補正されていないレ
ンズがどれであるかに応じて、ミラー４２、４３あるい
は平行平面板４６、４７は、送光スリット面２７とレン
ズ系２８の間、レンズ系３１と受光面３２の間、あるい
はレンズ系２８とレンズ系２９との間、レンズ系３０と
レンズ系３１との間に挿入してもよい。

【００４９】また、収差補正されていないレンズを光軸
に直角な方向に移動し、偏心調整する不図示のレンズ駆
動装置を設けてもよい。このときは、該レンズ駆動装置
が、本発明の偏心調整機構ということになる。例えばレ
ンズ２９が収差補正されていないレンズであれば、レン
ズ２９をその光軸に直角な方向に移動調整するレンズ２
９用レンズ駆動装置（不図示）を設ける。

【００５０】図６中、正レンズ群２８、３１は収差補正
されているので、これらが偏心しても、横の色収差とデ
ィストーションは発生しない。ところが、正レンズ群２
９、３０は、収差補正されていないので、これらが偏心
すると、横の色収差、ディストーションが発生する。こ
のとき、前記可動のミラー４２、４３を矢印４４、４５
の方向に移動することにより、あるいは平行平面板４
６、４７をレンズ系２９、３０の光軸に対して適切に傾
斜させることにより偏心を調整できる。

【００５１】この方法では、レンズ１枚ごとのレンズの
偏心、正レンズ群２９、３０内での組み立て作業での偏
心なども、全体として受光面３２上での横の色収差及び
ディストーションを調整することができる。

【００５２】本発明では、正レンズ群２８、３１に収差
が残存している場合に可動のミラー４２、４３で偏心を
調整する場合と比較して、ディストーションを補正した
ときに、正レンズ群２９、３０と正レンズ群２８、３１
の色収差の中心波長と異なる両端での収差量の違いによ
る横の色収差の発生量がきわめて少ない。

【００５３】正レンズ群２９、３０と正レンズ群２８、
３１に倍率色収差とディストーションが残存している場
合、正レンズ群２９、３０の偏心による受光面３２上の
ディストーション量と横の色収差との比が正レンズ群２
８、３１の値と異なる場合、ミラー４２、４３を移動す
ると、ディストーションを補正しても横の色収差は残っ
てしまう。この問題は、正レンズ群２８、３１を独立に
収差補正を行えば解決できる。

【００５４】図６には、図３の実施例に偏心調整機構を
設けた場合を示したが、全く同様に、図４の実施例に偏
心調整機構を設けることもできる。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、レンズ
が偏心することによって発生する横の色収差やディスト
ーションを抑えて、表面位置を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】検出領域の倍率色収差の状態を示す図である。

【図２】検出領域のディストーションの状態を示す図で
ある。

【図３】本発明の第１の実施の形態の説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の説明図である。

【図５】図４の受光部の拡大図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態の説明図である。

【図７】光電顕微鏡の波形を示す図である。

【符号の説明】

１像側レンズ系３１の見る計測領域２、２’、３、３’ 像側レンズ系３１の倍率色収差４、４’、５、５’ 像側レンズ系３１以外のレンズ系
の倍率色収差７、８合成された倍率色収差１２、１２’、１３、１３’ 像側レンズ系３１のディ
ストーション１４、１４’、１５、１５’ 像側レンズ系３１以外の
レンズ系のディストーション２１レチクル２２ウエハ２３投影光学レンズ２４光ファイバー２５コンデンサーレンズ２６プリズム２７送光スリット面２８スリット側レンズ系（第１のレンズ群）２９ウエハ側レンズ系（第２のレンズ群）３０物体側レンズ系（第３のレンズ群）３１像側レンズ系（第４のレンズ群）３２受光面（第２の面）３３プリズム（受光スリット部材）３４結像レンズ３５ＣＣＤ４０フォトダイオード（センサ）４１振動ミラー４２、４３偏向ミラー５１投射側対物光学系５２受光側対物光学系Ｓ１送光スリットＳ２受光スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の基準面に対する被検面位置を検出
する表面位置検出装置であって；前記基準面に対してシ
ャインプルーフの条件を充足する第１の面からの光束を
集光して、前記被検面に第１の面の像を結ぶ第１の光学
系を備え；前記第１の光学系は正の屈折力を有する第１
のレンズ群と、正の屈折力を有する第２のレンズ群とを
有し；前記第１のレンズ群と第２のレンズ群は各々独立
に横の色収差とディストーションを含む収差を補正され
ていることを特徴とする；表面位置検出装置。
【請求項２】前記第１の面上に形成された第１のスリ
ットと；前記第１のスリットを介した光束に基づき前記
第１の光学系により前記被検面に形成された前記第１の
スリットの像からの光束を集光して、前記基準面に対し
てシャインプルーフの条件を充足する第２の面に前記第
１のスリットの像を再結像する第２の光学系と；前記被
検面に形成された第１のスリットの像の幅方向に前記被
検面からの光束を振動させる振動装置と；前記振動装置
を介して振動する光束を受光する、前記第２の面上に形
成された第２のスリットをさらに備え；前記第２の光学
系は、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折
力を有する第４のレンズ群とを有し；前記第３のレンズ
群と第４のレンズ群は各々独立に横の色収差とディスト
ーションを含む収差を補正されており；前記第１と第２
と第３と第４のレンズ群の全体残存収差が、前記第２の
スリットの幅の１／４以下であることを特徴とする、請
求項１に記載の表面位置検出装置。
【請求項３】前記被検面に形成された前記第１の面の
像からの光束を集光して、前記基準面に対してシャイン
プルーフの条件を充足する第３の面に前記第１の面の像
を再結像する第２の光学系と；前記第３の面に再結像さ
れた前記第１の面の像を光電的に検出する複数の画素を
有する光電検出器とをさらに備え；前記第２の光学系
は、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折力
を有する第４のレンズ群とを有し；前記第３のレンズ群
と第４のレンズ群は各々独立に横の色収差とディストー
ションを含む収差を補正されており；前記第１と第２と
第３と第４のレンズ群の全体残存収差が、前記検出器の
画素の幅以下の大きさであることを特徴とする、請求項
１に記載の表面位置検出装置。
【請求項４】所定の基準面に対する被検面位置を検出
する表面位置検出装置であって；前記基準面に対してシ
ャインプルーフの条件を充足する第１の面からの光束を
集光して、前記被検面に第１の面の像を結ぶ第１の光学
系を備え；前記第１の光学系は正の屈折力を有する第１
のレンズ群と、正の屈折力を有する第２のレンズ群とを
有し；前記第１のレンズ群と第２のレンズ群の一方が横
の色収差とディストーションを含む収差を補正されてお
り；前記第１のレンズ群と第２のレンズ群の他方によっ
て生じる偏心誤差を調整する偏心調整機構を備えている
ことを特徴とする；表面位置検出装置。
【請求項５】前記第１の面上に形成された第１のスリ
ットと；前記第１のスリットを介した光束に基づき前記
第１の光学系により前記被検面に形成された前記第１の
スリットの像からの光束を集光して、前記基準面に対し
てシャインプルーフの条件を充足する第２の面に前記第
１のスリットの像を再結像する第２の光学系と；前記被
検面に形成された第１のスリットの像の幅方向に前記被
検面からの光束を振動させる振動装置と；前記振動装置
を介して振動する光束を受光する、前記第２の面上に形
成された第２のスリットをさらに備え；前記第２の光学
系は、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折
力を有する第４のレンズ群とを有し；前記第３のレンズ
群と第４のレンズ群の一方が横の色収差とディストーシ
ョンを含む収差を補正されており；前記第３のレンズ群
と第４のレンズ群の他方によって生じる偏心誤差を調整
する偏心調整機構を備えており、；前記第１と第２と第
３と第４のレンズ群の全体残存収差が、前記第２のスリ
ットの幅の１／４以下であることを特徴とする、請求項
４に記載の表面位置検出装置。
【請求項６】前記被検面に形成された前記第１の面の
像からの光束を集光して、前記基準面に対してシャイン
プルーフの条件を充足する第３の面に前記第１の面の像
を再結像する第２の光学系と；前記第３の面に再結像さ
れた前記第１の面の像を光電的に検出する複数の画素を
有する光電検出器とをさらに備え；前記第２の光学系
は、正の屈折力を有する第３のレンズ群と、正の屈折力
を有する第４のレンズ群とを有し；前記第３のレンズ群
と第４のレンズ群の一方が横の色収差とディストーショ
ンを含む収差を補正されており；前記第３のレンズ群と
第４のレンズ群の他方によって生じる偏心誤差を調整す
る偏心調整機構を備えており、；前記第１と第２と第３
と第４のレンズ群の全体残存収差が、前記検出器の画素
の幅以下の大きさであることを特徴とする、請求項４に
記載の表面位置検出装置。