WO2017038219A1 - 観察装置 - Google Patents

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optical system
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ellipsometer
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上原　誠
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株式会社目白６７
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/02—Objectives

Definitions

  • the present invention relates to an observation device such as an ellipsometer.
  • 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.
  • Patent Document 1 discloses an example of a conventional ellipsometer.
  • the ellipsometer disclosed in Patent Document 1 is an ellipsometer that can observe an enlarged image of an object to be observed using ellipsometry.
  • This ellipsometer includes a polarizer and a phase compensator arranged on the optical path of the light source.
  • the ellipsometer includes an illumination system, an imaging system, an analyzer, and an image sensor.
  • the illumination system obliquely irradiates the object with parallel light that has passed through a polarizer and a phase compensator. Reflected light from the object enters the imaging system.
  • the imaging system can enlarge the object image and form it on the image sensor.
  • the analyzer is provided in the middle of the optical path of the reflected light in the imaging system.
  • the present inventor has found that the following problems occur when the equal magnification reflection type imaging optical system is applied to an observation device such as an ellipsometer.
  • An optical element such as a polarizer and a phase compensator is disposed 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the observation apparatus wherein the convex secondary mirror is a back mirror.
  • an observation device such as an ellipsometer
  • FIG. 10 is a graph of Example 2.
  • 10 is a graph of Example 3.
  • 10 is a graph of Example 4.
  • 10 is a graph of Example 5.
  • 10 is a graph of Example 6.
  • 10 is a graph of Example 7.
  • 10 is a graph of Example 8.
  • 10 is a graph of Example 9.
  • FIG. 6 is a graph of Comparative Example 1.
  • 10 is a graph of Comparative Example 2.
  • 10 is a graph of Comparative Example 3.
  • 10 is a graph of Comparative Example 4.
  • 10 is a graph of Comparative Example 5.
  • 10 is a graph of Comparative Example 6.
  • 10 is a graph of Comparative Example 7.
  • 10 is a graph of Comparative Example 8.
  • the ellipsometer 100 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.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of the ellipsometer 100.
  • 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.
  • 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.
  • linearly polarized light can be converted into circularly polarized light or elliptically polarized light.
  • the polarization direction can be rotated.
  • the crystal polarizer 18 and the liquid crystal polarizer 20 can convert the illumination light L2 into illumination light L3 having various polarization states.
  • the illumination light L3 is applied to the object plane S from an oblique direction.
  • 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 equipped with such an illumination optical system is known, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-102731.
  • the imaging optical system 30 is configured by an Offner optical system that is one of the equal-magnification reflective imaging optical systems.
  • the imaging optical system 30 includes a primary mirror 32, a secondary mirror 34, and a drawer plane mirror 36.
  • the primary mirror 32 is a concave mirror.
  • the secondary mirror 34 is a convex mirror.
  • 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 flat mirror 36, and then forms an image on the light receiving surface 40 of the image sensor.
  • 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.
  • the light receiving surface 40 is, for example, a light receiving surface of an image sensor such as a two-dimensional CCD.
  • the secondary mirror 34 is a pupil of the optical system.
  • a CCD element having a size of 10 ⁇ m square receives light from a 10 ⁇ m square region of the object plane that has a conjugate relationship with the same magnification.
  • the film thickness and optical constant of the sample placed on the object plane can be measured in units of 10 ⁇ m square.
  • the aberration of the imaging optical system is large, the light beam from the 10 ⁇ m square region of the object surface reaches not only the 10 ⁇ m square CCD element having a conjugate relationship but also the adjacent CCD element.
  • the measurement accuracy of the film thickness per unit area and the optical constant deteriorates.
  • 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.
  • 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.
  • Glass windows 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the secondary mirror 34.
  • the front surface 34a and the back surface 34b of the secondary mirror 34 are spherical and convex.
  • 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.
  • the secondary mirror 34 may be made of a glass material having a high transmittance in a desired wavelength region.
  • the secondary mirror 34 is configured by a back mirror that reflects light at the back surface 34b.
  • An antireflection film for preventing light reflection may be formed on the surface 34a 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. .
  • the back surface 34b of the secondary mirror 34 may be subjected to a process for reflecting light.
  • a metal reflective film typified by aluminum with little wavelength dependency may be deposited on the back surface 34b of the secondary mirror 34.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • thickness means “thickness T” at the center of the secondary mirror 34.
  • 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 out that I can do it.
  • an observation device such as an ellipsometer
  • the imaging optical system 30 for imaging 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 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.
  • 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.
  • the present invention may be applicable to optical observation devices in general.
  • window thickness means the thickness of the entrance window and the exit window.
  • FIGS. 3 to 12 The results of Examples 1 to 10 are shown in FIGS. 3 to 12, respectively.
  • the results of Comparative Examples 1 to 8 are shown in FIGS. 13 to 20, respectively.
  • 3 to 20 ST graphs indicate the sagittal plane theoretical values.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the aberration could be reduced by adjusting the thickness of the secondary mirror according to the thickness of the entrance window and the exit window.
  • 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.

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Abstract

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。　エリプソメータ１００は、物体面Ｓからの反射光の光束を受光面４０に結像させるための結像光学系３０を備えている。結像光学系３０は、凹面主鏡３２、凸面副鏡３４、及び引き出し平面ミラー３６を含む。結像光学系３０は、物体面Ｓからの反射光の光束を、凹面主鏡３２、凸面副鏡３４、凹面主鏡３２の順番で反射させた後、引き出し平面ミラー３６を介して、受光面４０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いる。凸面副鏡３４は、裏面鏡である。

Description

観察装置
　本発明は、エリプソメータ等の観察装置に関する。
　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。
　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である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、光源の光路上に配置された偏光子と位相補償子とを備えている。また、このエリプソメータは、照明系と、結像系と、検光子と、撮像素子とを備えている。照明系は、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。物体からの反射光は、結像系に入射する。結像系は、物体像を拡大して撮像素子に結像させることができる。検光子は、結像系における前記反射光の光路の途中に設けられている。
　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）。
特開２０１１－１０２７３１号公報 特開２０１３－１７４８４４号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
（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。
（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。
（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。
（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。
　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。
エリプソメータの全体構成を示す図である。 副鏡の断面拡大図である。 実施例１のグラフである。 実施例２のグラフである。 実施例３のグラフである。 実施例４のグラフである。 実施例５のグラフである。 実施例６のグラフである。 実施例７のグラフである。 実施例８のグラフである。 実施例９のグラフである。 実施例１０のグラフである。 比較例１のグラフである。 比較例２のグラフである。 比較例３のグラフである。 比較例４のグラフである。 比較例５のグラフである。 比較例６のグラフである。 比較例７のグラフである。 比較例８のグラフである。
　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。
　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。
　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。
　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に変換することができる。また、偏光方向を回転させることもできる。結晶偏光子１８及び液晶偏光子２０によって、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。
　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。
　図１に示すように、結像光学系３０は、主鏡３２、副鏡３４、及び引き出し平面ミラー３６を備えている。主鏡３２は、凹面鏡で構成されている。副鏡３４は、凸面鏡で構成されている。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。
　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る。受光面４０は、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、それと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ける。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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　副鏡３４の裏面３４ｂには、光を反射するための処理が施されてもよい。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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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がある。
［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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
［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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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

Claims (5)

  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。
  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、請求項１に記載の観察装置。
  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、請求項１または請求項２に記載の観察装置。
  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、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。
  5. 　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。
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