JPH09146007A - Optical system - Google Patents
Optical systemInfo
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- JPH09146007A JPH09146007A JP7299718A JP29971895A JPH09146007A JP H09146007 A JPH09146007 A JP H09146007A JP 7299718 A JP7299718 A JP 7299718A JP 29971895 A JP29971895 A JP 29971895A JP H09146007 A JPH09146007 A JP H09146007A
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- JP
- Japan
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- lens
- light
- optical system
- diffractive lens
- mask
- Prior art date
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Links
Landscapes
- Lenses (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、回折光学素子を
利用した光学系、とりわけ顕微鏡の光学系に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical system using a diffractive optical element, and more particularly to a microscope optical system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体やマイクロマシン等の分野では、
フォトリソグラフィを用いて素子を製造する場合が多
い。このフォトリソグラフィを用いる素子の製造におい
ては、基板に塗布したフォトレジストをフォトマスクを
介して露光して、レジストにパターンを形成した後、エ
ッチングによって基板に所望の形状を形成するという方
法がよく用いられる。2. Description of the Related Art In the fields of semiconductors and micromachines,
Devices are often manufactured using photolithography. In the production of elements using this photolithography, a method of exposing a photoresist applied on a substrate through a photomask to form a pattern on the resist, and then forming a desired shape on the substrate by etching is often used. To be
【０００３】ここで、フォトマスクを用いて露光を行う
際には、基板とマスクとを正確に位置合わせする必要が
ある。このため、この種の露光装置には、通常、光学顕
微鏡が設けられている。また、特開平２−５１２１７号
公報に開示されているように、マスクと基板とにそれぞ
れアライメントマークとしてフレネルゾーンプレートを
形成して、両者を位置合わせする方法もある。この方法
は、各フレネルゾーンプレートを複数の波長を含む光で
照明し、その際に発生する波長毎の複数の焦点にあうよ
うな色収差を有する対物レンズを組み合わせて、フレネ
ルゾーンプレートと基板とを位置合わせするものであ
る。Here, when performing exposure using a photomask, it is necessary to accurately align the substrate and the mask. Therefore, an exposure apparatus of this type is usually provided with an optical microscope. Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-51217, there is also a method of forming Fresnel zone plates as alignment marks on the mask and the substrate respectively and aligning them. This method illuminates each Fresnel zone plate with light containing a plurality of wavelengths, combines objective lenses having chromatic aberrations that occur at a plurality of focal points for each wavelength generated at that time, and combines the Fresnel zone plate and the substrate. It is for alignment.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】以上のように、基板の
片面にパターンを形成する場合には、光学顕微鏡で観察
することによって、基板とマスクとの位置合わせを行う
ことが可能である。しかしながら、この位置合わせにお
いては、一般に、フォトレジストを保護するために、基
板とマスクとを僅かに、例えば数μｍ程度離している。
このため、高解像度の画像を得るために、高ＮＡの対物
レンズを用いて観察しようとすると、被写界深度が浅く
なって、基板とマスクとを同時に結像状態で見ることが
困難になってしまう。また、既にパターンを形成した
後、その上に更にフォトレジストを塗布し、パターンに
合わせてマスクの位置を決めて露光する場合には、フォ
トレジスト層が非常に厚いと、同様に既存のパターンと
マスクとを同時に観察することが困難になる。As described above, when the pattern is formed on one surface of the substrate, it is possible to align the substrate and the mask by observing with an optical microscope. However, in this alignment, in order to protect the photoresist, the substrate and the mask are generally slightly apart from each other, for example, about several μm.
For this reason, if an attempt is made to observe using a high NA objective lens in order to obtain a high resolution image, the depth of field becomes shallow and it becomes difficult to view the substrate and the mask simultaneously in an imaged state. Will end up. In addition, after forming a pattern already, if a photoresist is further applied on the pattern, and the position of the mask is determined in accordance with the pattern for exposure, if the photoresist layer is very thick, it is also possible that the existing pattern It becomes difficult to observe the mask and the mask at the same time.
【０００５】さらに、基板の片面だけでなく、両面にパ
ターンを形成する場合、例えば、既にパターンが形成さ
れている基板の裏面に、表面のパターンに合わせて更に
パターンを形成する場合には、表面のパターンと裏面の
マスクとを同時に観察する必要があるため、従来の光学
顕微鏡では観察できないという問題がある。この問題
は、基板の両面にそれぞれマスクを置き、マスク同士を
位置を合わせて露光する場合にも、両マスクを同時に観
察する必要があることから、同様に生じるものである。
このような問題を解決する方法として、基板の両側に顕
微鏡光学系を装着することが考えられるが、このような
構成は、両光学系の光軸を合わせることが極めて難し
く、また装置がおおがかりになるという問題が生じるこ
とになる。Further, in the case of forming a pattern not only on one side of the substrate but also on both sides thereof, for example, in the case of further forming a pattern on the back surface of the substrate on which the pattern is already formed in conformity with the pattern on the front surface, Since it is necessary to observe the pattern and the mask on the back surface at the same time, there is a problem that the conventional optical microscope cannot observe. This problem similarly occurs because it is necessary to observe both masks at the same time when the masks are placed on both sides of the substrate and the masks are aligned and exposed.
As a method of solving such a problem, it is conceivable to mount a microscope optical system on both sides of the substrate, but with such a configuration, it is extremely difficult to align the optical axes of both optical systems, and the device is large. The problem arises that
【０００６】また、上記の特開平２−５１２１７公報に
開示されているように、フレネルゾーンプレートを基板
およびマスクにそれぞれ形成して位置合わせする場合に
は、事前に特別なパターンを基板に形成する必要があ
る。さらに、ここで用いられる対物レンズには、極めて
高度な設計、製作技術が要求されることから、実現には
膨大な時間と費用を要するという問題がある。また、フ
ルネルゾーンプレートおよび対物レンズは、それぞれあ
る特定の状態に対応したもので、他の状態の場合には、
その状態に対応する別のフルネルゾーンプレートおよび
対物レンズを用意しなければならないため、汎用性がな
いという問題もある。Further, as disclosed in JP-A-2-51217, when a Fresnel zone plate is formed on a substrate and a mask for alignment, a special pattern is formed on the substrate in advance. There is a need. Furthermore, the objective lens used here requires extremely advanced design and manufacturing techniques, and therefore, there is a problem that enormous time and cost are required to realize the objective lens. In addition, the Fresnel zone plate and the objective lens correspond to certain specific states, and in other states,
Since another Fresnel zone plate and an objective lens corresponding to the state must be prepared, there is also a problem that it is not versatile.
【０００７】この発明は、上述した従来の問題点に着目
してなされたもので、光軸上の複数の点を同時に重ねて
観察することができ、露光装置の位置合わせ用光学顕微
鏡に適用した場合には、マスクと基板、既存のパターン
とマスク、マスクとマスクなど離れた複数の素子を同時
に重ねて観察することができ、したがって容易に位置合
わせを行うことができるよう適切に構成した光学系を提
供することを目的とするものである。The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned conventional problems, and it is possible to observe a plurality of points on the optical axis by superimposing them at the same time, and applied to an optical microscope for alignment of an exposure apparatus. In this case, it is possible to observe a plurality of elements such as a mask and a substrate, an existing pattern and a mask, a mask and a mask, which are separated from each other, at the same time. Therefore, an optical system appropriately configured so that alignment can be easily performed. It is intended to provide.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、回折光学素子を含まない照明光学系
と、回折型レンズ、正パワーを有する少なくとも一つの
屈折レンズ素子、および負パワーを有する少なくとも一
つの屈折レンズ素子を含む屈折レンズ系からなる観察光
学系とを有する光学系であって、前記回折型レンズを、
該回折型レンズで生成される強度が最も強い回折次数の
回折光の強度に対して、７０％以上の強度を有する別の
回折次数の回折光を生成するよう構成したことを特徴と
するものである。To achieve the above object, the present invention provides an illumination optical system that does not include a diffractive optical element, a diffractive lens, at least one refractive lens element having a positive power, and a negative power. An optical system having an observation optical system including a refraction lens system including at least one refraction lens element having the diffraction lens,
The diffractive lens is configured to generate diffracted light of another diffraction order having an intensity of 70% or more with respect to the intensity of diffracted light of the strongest diffraction order generated by the diffractive lens. is there.
【０００９】前記回折型レンズは、レリーフ格子を有す
るのが、明るい像を得ると共に、所望の回折効率を有す
る回折型レンズを容易に得る点で好ましい。It is preferable that the diffractive lens has a relief grating in order to obtain a bright image and easily obtain a diffractive lens having a desired diffraction efficiency.
【００１０】前記観察光学系を構成する前記回折型レン
ズおよび前記屈折レンズ系は、それらの間隔を変更し得
るように、光軸方向に相対的に移動可能に構成するの
が、複数の焦点の間隔を変更する点で好ましい。The diffractive lens and the refraction lens system that form the observation optical system are configured to be relatively movable in the optical axis direction so that the distance between them can be changed. It is preferable in that the interval is changed.
【００１１】なお、この明細書において、回折型レンズ
とは、例えば、後藤顕也：“回折を利用した光学素子
（１）”、「光学」第２２巻、第１０号、１９９３年１
０月、第６３５〜６４２頁、および、後藤顕也：“回折
を利用した光学素子（２）”、「光学」第２２巻、第１
１号、１９９３年１１月、第７３０〜７３７頁に記載さ
れているように、同心円状のパターンを有し、レンズ作
用を有する回折光学素子のことをいう。また、光源から
の照明光が試料に達するまでの光路を照明用光路とい
い、その光路上の光学系を照明光学系という。さらに、
試料から観察者の目、あるいはＣＣＤカメラ、写真フィ
ルムなどの受光面までの光路を観察用光路といい、その
光路上の光学系を観察光学系という。In this specification, the diffractive lens means, for example, Kenya Goto: "Optical Element (1) Utilizing Diffraction", "Optics" Vol. 22, No. 10, 1993 1
Jan, pp.635-642, and Akiya Goto: "Optical element using diffraction (2)", "Optics" Vol. 22, Vol.
No. 1, November 1993, pp. 730-737, it refers to a diffractive optical element having a concentric pattern and a lens function. In addition, an optical path through which the illumination light from the light source reaches the sample is called an illumination optical path, and an optical system on the optical path is called an illumination optical system. further,
The optical path from the sample to the observer's eyes or the light receiving surface of the CCD camera, photographic film, etc. is called the observation optical path, and the optical system on the optical path is called the observation optical system.
【００１２】また、図１ＡおよびＢに示すように、断面
がブレーズ形状のレリーフ格子の回折次数ｍは、Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, the diffraction order m of the relief grating having a blazed cross section is
【数１】ｄ（ sinθ− sinθ′）＝ｍλ ｄ ：回折格子のピッチ θ ：入射光と光軸のなす角度 θ′：回折光と光軸のなす角度 λ ：光の波長 により定義する。ここで、角度θおよびθ′は、左回り
を正とし、ピッチｄは、レリーフ格子の厚さが薄い部分
から厚い部分への向きを正とする。したがって、図１Ａ
に示す回折光は、＋ｍ次光であり、図１Ｂに示す回折光
も、＋ｍ次光である。## EQU1 ## d (sin θ-sin θ ') = mλ d: Diffraction grating pitch θ: Angle between incident light and optical axis θ': Angle between diffracted light and optical axis λ: Wavelength of light Here, the angles θ and θ ′ are positive in the counterclockwise direction, and the pitch d is positive in the direction from the thin portion to the thick portion of the relief grating. Therefore, FIG.
The diffracted light shown in (1) is + m-order light, and the diffracted light shown in FIG. 1B is also + m-order light.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】この発明においては、観察光学系
を構成する回折型レンズを、最も強度が強い回折光と、
その回折光の強度に対して７０％以上の強度を有する別
の回折次数の回折光との、少なくとも２つの回折光を生
成するよう構成する。このように構成すると、回折型レ
ンズに、ある波長の光が入射すると、強度が略等しい複
数の回折次数の回折光が発生することになる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, a diffractive lens forming an observation optical system is provided with diffracted light having the strongest intensity.
It is configured to generate at least two diffracted lights with another diffracted light having a diffraction order of 70% or more with respect to the intensity of the diffracted light. According to this structure, when light of a certain wavelength is incident on the diffractive lens, diffracted light of a plurality of diffraction orders with substantially equal intensities is generated.
【００１４】説明を簡単にするために、図２に示すよう
に、回折型レンズ１に平行光を入射し、２つの回折光、
例えば０次光２と＋１次光３が発生し、＋１次光３に対
して回折型レンズ１が凸レンズの作用をする場合を考え
る。回折光が屈折レンズ４に入射すると、０次光２は平
行光のため、屈折レンズ４の焦点位置５に集光する。こ
れに対し、＋１次光３は収束光のため、焦点位置５より
も手前の点６に集光する。つまり、０次光２と＋１次光
３とで２つの集光点ができることになる。したがって、
回折型レンズ１に光を入射するのではなく、この回折型
レンズ１側から見ると、２点にピントが合うことになる
ので、２点を同時に重ねて観察することが可能となる。In order to simplify the explanation, as shown in FIG. 2, parallel light is made incident on the diffractive lens 1, and two diffracted lights are
Consider, for example, the case where the 0th-order light 2 and the + 1st-order light 3 are generated, and the diffractive lens 1 acts as a convex lens on the + 1st-order light 3. When the diffracted light enters the refracting lens 4, the 0th-order light 2 is a parallel light and is condensed at the focal position 5 of the refracting lens 4. On the other hand, the + 1st-order light 3 is a convergent light, and therefore is condensed at a point 6 before the focus position 5. That is, two converging points are formed by the 0th order light 2 and the + 1st order light 3. Therefore,
When the light is not incident on the diffractive lens 1 but is viewed from the diffractive lens 1 side, the two points are in focus, so that it is possible to observe the two points at the same time.
【００１５】なお、この発明においては、照明光学系中
には、回折型レンズを含まない。したがって、照明光は
一度も回折型レンズを透過することなく、すなわち回折
によって複数の光束に分割されることなく試料に達する
ことになるので、無駄のない照明ができる。また、この
発明において、屈折レンズ系は、正パワーを有する少な
くとも一つの屈折レンズ素子と、負パワーを有する少な
くとも一つの屈折レンズ素子とを含む。In the present invention, the illumination optical system does not include a diffractive lens. Therefore, the illumination light reaches the sample without being transmitted through the diffractive lens even once, that is, without being divided into a plurality of light beams by diffraction, and thus illumination can be performed without waste. Further, in the present invention, the refractive lens system includes at least one refractive lens element having positive power and at least one refractive lens element having negative power.
【００１６】また、この発明においては、回折型レンズ
をレリーフ格子とする。このように構成すると、レリー
フ格子は、表面に深さ方向の構造を有するパターンによ
って光を回折するので、遮光部がなく、したがってレリ
ーフ格子に入射する光は、レリーフ格子のどの部分に入
射してもほぼ全てが透過し、明るい像を得ることが可能
となる。しかも、各回折次数の回折効率は、表面のパタ
ーンの深さに依存するので、その深さを適切に設定する
ことにより、所望の回折効率を有する回折型レンズを容
易に得ることが可能となる。Further, in the present invention, the diffraction type lens is a relief grating. According to this structure, since the relief grating diffracts light by the pattern having the structure in the depth direction on the surface, there is no light shielding portion, and therefore the light incident on the relief grating is incident on which part of the relief grating. Almost all of the light can be transmitted and a bright image can be obtained. Moreover, since the diffraction efficiency of each diffraction order depends on the depth of the pattern on the surface, it is possible to easily obtain a diffractive lens having a desired diffraction efficiency by setting the depth appropriately. .
【００１７】さらに、この発明においては、観察光学系
を構成する回折型レンズおよび屈折レンズ系を、それら
の間隔が変化するように、相対的に光軸方向に移動可能
に構成する。ここで、回折型レンズは、一般に、複数の
回折光を発生するので、回折型レンズに、例えば平行光
を入射すると、それぞれの回折光が屈折レンズでそれぞ
れ屈折して、それぞれ異なる場所で集光することにな
る。つまり、発生する回折光の数だけ焦点ができること
になる。したがって、回折型レンズおよび屈折レンズ系
を相対的に光軸方向に移動して、それらの間隔を変化さ
せると、各焦点の間隔も変わることになる。Further, in the present invention, the diffractive lens and the refraction lens system constituting the observation optical system are configured to be relatively movable in the optical axis direction so that the distance between them changes. Here, since the diffractive lens generally generates a plurality of diffracted light, when parallel light is incident on the diffractive lens, each diffracted light is refracted by the refraction lens and condensed at different places. Will be done. In other words, it is possible to focus as many diffracted lights as possible. Therefore, when the diffractive lens system and the refraction lens system are relatively moved in the optical axis direction to change the distance between them, the distance between the focal points also changes.
【００１８】例えば、図２において、回折型レンズ１を
光軸方向に動かすか、屈折レンズ４を光軸方向に動かす
か、あるいは両者を光軸方向に動かして、両者の間隔を
変えたとする。このとき、回折型レンズ１による像（無
限遠像、虚像を含む）が屈折レンズ４にとっての物点と
なり、その屈折レンズ４による像が最終像になると考え
ると、回折型レンズ１による像の位置は、回折次数によ
って異なるので、間接型レンズ１と屈折レンズ４との間
隔が変わると、屈折レンズ４の縦倍率が変わって、最終
像の間隔が変わる。For example, in FIG. 2, it is assumed that the diffractive lens 1 is moved in the optical axis direction, the refractive lens 4 is moved in the optical axis direction, or both are moved in the optical axis direction to change the distance between the two. At this time, assuming that the image (including an infinite image and a virtual image) formed by the diffractive lens 1 becomes an object point for the refraction lens 4 and the image formed by the refraction lens 4 becomes the final image, the position of the image formed by the diffractive lens 1 is considered. Varies depending on the diffraction order, and therefore, if the distance between the indirect lens 1 and the refracting lens 4 changes, the longitudinal magnification of the refracting lens 4 changes and the distance between the final images also changes.
【００１９】また、回折型レンズ１による像（無限遠
像、虚像を含む）が屈折レンズ４にとっての物点にな
り、その屈折レンズ４による像が最終像になると考える
と、回折型レンズ１による像の位置は、回折次数によっ
て異なるので、回折型レンズ１と屈折レンズ４との間隔
が変わると、屈折レンズ４の縦倍率が変わって、最終像
の間隔が変わると考えることもできる。Considering that an image (including an infinite image and a virtual image) by the diffractive lens 1 becomes an object point for the refracting lens 4 and the image by the refracting lens 4 becomes a final image, the diffractive lens 1 causes Since the position of the image differs depending on the diffraction order, it can be considered that if the distance between the diffractive lens 1 and the refracting lens 4 changes, the vertical magnification of the refracting lens 4 changes and the interval of the final image changes.
【００２０】以下、図面を参照して、この発明の実施の
形態について説明する。図３は、この発明の一実施形態
における光学系の概略図である。照明系７は、光源８、
コレクターレンズ９、絞り１０およびコンデンサーレン
ズ１１を有し、この照明系７で透明な試料１２を照明し
て、試料１２を透過した光を屈折レンズ４を経て回折型
レンズ１に入射させる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic diagram of an optical system according to an embodiment of the present invention. The illumination system 7 includes a light source 8,
A transparent sample 12 having a collector lens 9, a diaphragm 10 and a condenser lens 11 is illuminated by the illumination system 7, and the light transmitted through the sample 12 is made incident on the diffractive lens 1 via the refracting lens 4.
【００２１】回折型レンズ１は、最も強度が強い回折光
と、その回折光の強度に対して７０％以上の強度を有す
る別の回折次数の回折光との、少なくとも２つの回折光
を生成するよう構成する。ここで、上記の少なくとも２
つの回折光の強度が、他の回折次数光の強度のほぼ５倍
以上であれば、他の回折次数光はその影響が相対的に小
さくなり、観察に影響を与えない。このように回折型レ
ンズ１を構成すれば、図２において説明したように、例
えば回折型レンズ１に平行光を入射すると、複数の回折
光、例えば０次光２と１次光３とが発生し、０次光は直
進して屈折レンズ４に入射し、１次光３は中心方向に収
束して屈折レンズ４に入射して、屈折レンズ４を透過し
た後、それぞれ点５および点６に結像する。つまり、焦
点が２つできることになる。このような原理に基づき、
以下説明するように、試料１２の照明系側の面上の一点
５と、観察系側の面上の一点６は、同一の像点１３に結
像する。The diffractive lens 1 generates at least two diffracted lights, that is, the diffracted light having the highest intensity and the diffracted light of another diffraction order having an intensity of 70% or more with respect to the intensity of the diffracted light. Configure as follows. Where at least 2 above
If the intensity of one diffracted light is approximately 5 times or more the intensity of another diffracted order light, the effect of the other diffracted order light is relatively small and does not affect the observation. If the diffractive lens 1 is configured in this way, as described with reference to FIG. 2, when parallel light is incident on the diffractive lens 1, for example, a plurality of diffracted lights, for example, 0th order light 2 and 1st order light 3 are generated. Then, the 0th-order light travels straight and enters the refracting lens 4, the first-order light 3 converges in the central direction, enters the refracting lens 4, passes through the refracting lens 4, and then passes to the points 5 and 6, respectively. Form an image. In other words, there are two focal points. Based on this principle,
As described below, a point 5 on the surface of the sample 12 on the illumination system side and a point 6 on the surface of the observation system side form an image at the same image point 13.
【００２２】回折型レンズ１に入射した点５からの光
は、０次光として直進して、結像レンズ１４で屈折さ
れ、点１３に集光する。したがって、点１３は、点５の
像点となる。また、回折型レンズ１に入射した点６から
の光は、１次光の方向に強く回折されて、点５からの光
と同方向に進む。したがって、結像レンズ１４で点５か
らの光と同じ方向に屈折され、同じ点、つまり点１３に
集光する。したがって、点１３は、点６の像点ともな
る。このように、点１３は、点５および点６の像点とな
るので、離れた２カ所の点５および点６の像は同時に重
なって見えることになる。同様に、３つ以上の回折次数
光を発生する回折型レンズを用いれば、離れた３点以上
の像を重ねて見ることができるようになる。The light incident on the diffractive lens 1 from the point 5 goes straight as the 0th order light, is refracted by the imaging lens 14, and is condensed on the point 13. Therefore, the point 13 becomes the image point of the point 5. In addition, the light from point 6 incident on the diffractive lens 1 is strongly diffracted in the direction of the primary light and travels in the same direction as the light from point 5. Therefore, it is refracted by the imaging lens 14 in the same direction as the light from the point 5, and is condensed at the same point, that is, the point 13. Therefore, the point 13 also becomes the image point of the point 6. In this way, the point 13 becomes the image points of the points 5 and 6, so that the images of the two points 5 and 6 which are separated from each other appear to be overlapped at the same time. Similarly, if a diffractive lens that generates light of three or more diffraction orders is used, it is possible to superimpose images of three or more points apart from each other.
【００２３】なお、図３において、屈折レンズ４、結像
レンズ１４は、収差補正上、正パワーを有する少なくと
も一つの屈折レンズ素子と、負パワーを有する少なくと
も一つの屈折レンズ素子とを含む複数枚のレンズ素子で
構成する。このように、屈折レンズ４および結像レンズ
１４は、それぞれレンズ全系では正パワーであるが、負
パワーの素子を含ませることにより、収差、とりわけ像
面湾曲収差、色収差を補正することができる。In FIG. 3, a plurality of refracting lenses 4 and imaging lenses 14 include at least one refracting lens element having positive power and at least one refracting lens element having negative power for aberration correction. It is composed of a lens element. As described above, the refraction lens 4 and the imaging lens 14 each have positive power in the entire lens system, but by including an element of negative power, aberrations, particularly field curvature aberration and chromatic aberration can be corrected. .
【００２４】観察光学系および照明光学系７は、試料１
２を介して対向させる。また、照明光学系７の光路上に
回折型レンズを配置すると、照明光は試料１２に達する
以前に回折型レンズで回折され、一部が光路から外れ
て、試料１２を照射する光の強度が低下すると共に、光
路から外れた光や、回折型レンズでの反射光等によりフ
レアーが発生するおそれがある。このため、この実施形
態では、照明光学系７中に回折型レンズを含ませること
なく、光源８からの照明光を、屈折レンズ系のみを通し
て試料１２に導くようにする。このようにすれば、不用
な回折を受けることなく、試料１２を照明することがで
きるので、照明光の回折による強度低下や、フレアーの
発生を有効に抑えることができ、明るく鮮明な像を得る
ことができる。The observation optical system and the illumination optical system 7 are the sample 1
The two are opposed to each other. Further, when a diffractive lens is arranged on the optical path of the illumination optical system 7, the illumination light is diffracted by the diffractive lens before reaching the sample 12 and a part of the illumination light is deviated from the optical path, so that the intensity of the light irradiating the sample 12 is increased. At the same time, there is a possibility that flare may occur due to light that has deviated from the optical path, reflected light from the diffractive lens, or the like. Therefore, in this embodiment, the illumination light from the light source 8 is guided to the sample 12 only through the refractive lens system without including the diffractive lens in the illumination optical system 7. In this way, the sample 12 can be illuminated without being subjected to unnecessary diffraction, so that it is possible to effectively suppress the intensity reduction due to the diffraction of the illumination light and the occurrence of flare, and obtain a bright and clear image. be able to.
【００２５】図３に示す構成の光学系を、露光装置の観
察用光学顕微鏡に用いれば、照明光の波長域で透明な基
板の裏面に形成したパターンに合わせて表面のフォトレ
ジストを露光する場合や、両面同時にマスクを介して露
光する場合などに、既存のパターンとマスク、あるいは
マスクとマスクなどを同時に重ねて観察することができ
るので、容易に位置合わせを行うことができる。したが
って、事前に基板やマスクに位置合わせのための特別な
回折パターンやマークを形成する必要がないので、その
ための時間や費用を要せず、より容易で安価に素子を製
造することができる。When the optical system having the structure shown in FIG. 3 is used in an observation optical microscope of an exposure apparatus, when the photoresist on the surface is exposed according to the pattern formed on the back surface of the transparent substrate in the wavelength range of the illumination light. Alternatively, when both surfaces are exposed through the mask at the same time, the existing pattern and the mask, or the mask and the mask can be observed at the same time so that the alignment can be easily performed. Therefore, since it is not necessary to previously form a special diffraction pattern or mark for alignment on the substrate or the mask, it is possible to manufacture the element more easily and cheaply without requiring time and cost for that.
【００２６】また、単焦点の顕微鏡を用いる場合、両面
を同時に見るためには、基板の両側に観察光学系を置く
必要があるが、図３に示す光学系を用いれば、観察光学
系は片側にあればよいので、両側に観察光学系を配置す
る場合に比べ、装置を小型にできる。ここで、基板が、
例えばガラスなど可視光を透過する材料からなる場合に
は、照明光として可視光を用いることができる。また、
基板が、例えばＳｉなどのように、可視域で不透明で、
赤外域で透明な場合には、赤外光を照明光として用いる
ことにより観察することができる。Further, when a monofocal microscope is used, it is necessary to place observation optical systems on both sides of the substrate in order to see both sides at the same time. However, if the optical system shown in FIG. Therefore, the device can be downsized as compared with the case where the observation optical systems are arranged on both sides. Where the substrate is
For example, when it is made of a material such as glass that transmits visible light, visible light can be used as the illumination light. Also,
The substrate is opaque in the visible, such as Si,
When it is transparent in the infrared region, it can be observed by using infrared light as illumination light.
【００２７】以上、２重焦点の光学系の場合について説
明したが、回折型レンズ１として３つの回折次数光を発
生するものを用いた場合には、３重焦点の光学系を実現
することができ、例えば、マスクと基板とマスク、とい
うように３つの要素を同時に重ねて、容易に位置を合わ
せることができる。また、回折型レンズ１で発生する回
折光の数は４つ以上でもよく、この場合には焦点の数が
４つ以上になり、さらに多くの点を同時に重ねて見るこ
とのできる光学系を実現することができる。The case of the double focus optical system has been described above. However, when the diffractive lens 1 that generates three diffraction order lights is used, a triple focus optical system can be realized. It is possible to align the three elements at the same time, for example, a mask, a substrate, and a mask so that they can be easily aligned. Further, the number of diffracted lights generated by the diffractive lens 1 may be four or more, and in this case, the number of focal points is four or more, and an optical system capable of seeing more points at the same time is realized. can do.
【００２８】この発明の好適実施形態では、図３に示す
回折型レンズ１を、レリーフ格子をもって構成する。レ
リーフ格子は、その表面に深さ方向に構造をもつパター
ンを有し、そのパターンで光を回折するもので、遮光部
がなく、全面を光が通り、僅かに反射する以外、入射光
は全て透過する。したがって、明るい像を得ることがで
きる。なお、他の回折素子として、遮光部と透過部とを
交互に並べたパターンで光を回折するゾーンプレートレ
ンズがあるが、これは遮光部があるために、入射光が半
分しか透過せず、像が暗くなってしまう。In the preferred embodiment of the present invention, the diffractive lens 1 shown in FIG. 3 is constructed with a relief grating. The relief grating has a pattern with a structure in the depth direction on its surface and diffracts light with that pattern.There is no light-shielding portion, light passes through the entire surface, and there is little reflection of all incident light. To Penetrate. Therefore, a bright image can be obtained. As another diffractive element, there is a zone plate lens that diffracts light in a pattern in which light-shielding portions and light-transmitting portions are alternately arranged. However, since this has a light-shielding portion, only half of the incident light is transmitted, The image becomes dark.
【００２９】また、ゾーンプレートレンズは回折効率が
一定であるが、レリーフ格子はパターンの上部と下部の
位相差、すなわちパターンの深さで回折効率が決まる。
したがって、パターンの深さを適切に設定することによ
り、回折効率を容易に設定することができるので、容易
に望みの回折効率を有する回折型レンズを得ることがで
きる。The zone plate lens has a constant diffraction efficiency, but the relief grating determines the diffraction efficiency by the phase difference between the upper and lower portions of the pattern, that is, the depth of the pattern.
Therefore, since the diffraction efficiency can be easily set by appropriately setting the pattern depth, it is possible to easily obtain the diffractive lens having the desired diffraction efficiency.
【００３０】ここで、レリーフ格子としては、図４Ａ〜
Ｃに示すように、断面が左右対称な凸部を連続的に配列
したもの、あるいは図４Ｄに示すように、断面がブレー
ズ形状のものが特に適している。図４Ａに示すレリーフ
格子は、凸部の断面形状が矩形のものであり、図４Ｂの
ものは二等辺三角形であり、図４Ｃのものは台形であ
る。これらのような形状のレリーフ格子は、パターンの
深さに関係なく、±ｍ次光の回折効率が等しくなる。し
たがって、多焦点光学系に±ｍ次光を用いて、常に強度
が等しい±ｍ次光による像を得ることができる。また、
強度が等しいことから、両方の像を見比べ易くなり、位
置合わせが容易になる。Here, the relief grating is shown in FIGS.
It is particularly suitable that the convex portions having a symmetrical cross section are continuously arranged as shown in C, or that the sectional shape is blazed as shown in FIG. 4D. In the relief grating shown in FIG. 4A, the cross-sectional shape of the convex portion is rectangular, that of FIG. 4B is an isosceles triangle, and that of FIG. 4C is trapezoidal. The relief grating having such a shape has the same diffraction efficiency of ± m-order light regardless of the depth of the pattern. Therefore, by using ± m-order light in the multifocal optical system, it is possible to always obtain an image with ± m-order light having the same intensity. Also,
Since the intensities are equal, it is easy to compare both images, and alignment is facilitated.
【００３１】図５は、回折型レンズ１として、図４Ａ〜
Ｃに示すように、断面が左右対称な凸部を連続的に配列
したものを用いた場合の光学系の構成を示すものであ
る。図５において、点１５は、＋ｍ次光に対応する物点
であり、点１６は、−ｍ次光に対応する物点である。そ
の他の構成および作用は、図３と同様である。FIG. 5 shows the diffractive lens 1 as shown in FIGS.
As shown in C, the configuration of the optical system is shown in the case where convex portions whose cross sections are bilaterally symmetrical are continuously used. In FIG. 5, a point 15 is an object point corresponding to + m-order light, and a point 16 is an object point corresponding to −m-order light. Other configurations and operations are similar to those in FIG.
【００３２】また、図４Ａ〜Ｃに示すレリーフ格子の中
でも、特に、図４Ａに示す断面形状が矩形のものが望ま
しい。すなわち、矩形のレリーフ格子は、±１次光の回
折効率が最大で４０．５％であり、凸部の断面形状が左
右対称な他の形状のレリーフ格子、例えば図４Ｂおよび
Ｃに示すものに比べて大きい。したがって、他のレリー
フ格子を用いた場合に比べて、±１次光による像の光強
度が強くなり、より明るく、見やすい像を得ることがで
きる。また、回折効率についても、矩形状の凸部の深さ
と、凸部の幅および凸部に挟まれた凹部の幅の比とに依
存するため、凸部の深さと、凸部および凹部の幅の比と
を変えれば、容易に最適化することができる。Among the relief gratings shown in FIGS. 4A to 4C, the one having a rectangular sectional shape shown in FIG. 4A is particularly desirable. That is, the rectangular relief grating has a maximum diffraction efficiency of ± 1st-order light of 40.5%, and has a relief cross-section with another shape in which the cross-sectional shape of the convex portion is bilaterally symmetric, such as those shown in FIGS. 4B and 4C. Big compared to. Therefore, as compared with the case where another relief grating is used, the light intensity of the image by the ± first-order light becomes stronger, and a brighter and easier-to-see image can be obtained. The diffraction efficiency also depends on the depth of the rectangular convex portion and the ratio of the width of the convex portion and the width of the concave portion sandwiched between the convex portions, so the depth of the convex portion and the width of the convex portion and the concave portion It is possible to easily optimize by changing the ratio of.
【００３３】この発明の好適実施形態においては、矩形
のレリーフ格子のパターンの凸部の幅と、ピッチとの比
βを、 ０．４１＜β＜０．５９ （１） とし、凸部の上部と下部との位相差φを、 （ｍ−０．４）π＜φ＜（ｍ＋０．４）π （２） 但し、ｍ＝１，２，３，・・・ とする。ここで、比βは、図６に示すように、凸部の幅
をａ、ピッチをｂとするとき、 β＝ａ／ｂ と定義する。In a preferred embodiment of the present invention, the ratio β of the width of the convex portion of the pattern of the rectangular relief grating to the pitch is 0.41 <β <0.59 (1), and the upper portion of the convex portion is The phase difference φ between the lower part and the lower part is (m−0.4) π <φ <(m + 0.4) π (2) where m = 1, 2, 3 ,. Here, the ratio β is defined as β = a / b, where a is the width of the convex portions and b is the pitch, as shown in FIG.
【００３４】図７は、矩形のレリーフ格子のパターン凸
部の上部と下部との位相差がｍπのときの回折効率のβ
依存特性を示すものである。上記（１）式の範囲は、図
７の（ａ）で示す範囲であり、この範囲では±１次光の
回折効率が高い。したがって、±１次光を用いることに
より、より明るい像を得ることができる。FIG. 7 shows the diffraction efficiency β when the phase difference between the upper and lower portions of the convex portion of the pattern of the rectangular relief grating is mπ.
It shows dependence characteristics. The range of the above formula (1) is the range shown in (a) of FIG. 7, and the diffraction efficiency of the ± first-order light is high in this range. Therefore, a brighter image can be obtained by using the ± 1st order lights.
【００３５】図８は、βが０．５で、ｍが１の場合の回
折効率のφ依存特性を示すものである。上記（２）式の
範囲は、図８の（ａ）で示す範囲であり、この範囲では
±１次光の回折効率が高い。特に、φ＝π近辺では、±
１次光の回折効率が高く、他の回折光の回折効率が十分
低いので、±１次光を用いて２重焦点を得ることがで
き、これにより２点の明るい像を同時に重ねて見ること
ができる。また、上記（２）式の範囲内の両端の領域で
は、０次光の回折効率も高く、±１次光の回折効率に近
いので、±１次光と０次光とを用いて３重焦点を得るこ
とができ、これにより３点の明るい像を同時に重ねて見
ることができる。FIG. 8 shows the φ-dependent characteristic of the diffraction efficiency when β is 0.5 and m is 1. The range of the above formula (2) is the range shown in FIG. 8A, and the diffraction efficiency of the ± first-order light is high in this range. Especially, in the vicinity of φ = π, ±
Since the diffraction efficiency of the first-order light is high and the diffraction efficiency of other diffracted light is sufficiently low, it is possible to obtain a double focal point by using ± 1st-order light, which allows two bright images to be viewed at the same time. You can Further, in the regions at both ends within the range of the above formula (2), the diffraction efficiency of the 0th order light is also high and close to the diffraction efficiency of the ± 1st order light. A focus can be obtained, which allows three bright images to be viewed simultaneously.
【００３６】なお、±１次光を用いて２重焦点光学系を
得る場合には、位相差φを、 （ｍ−０．１２）π＜φ＜（ｍ＋０．１２）π 但し、ｍ＝１，２，３，・・・ とするのが望ましい。この範囲は、図８の（ｂ）で示す
範囲であり、この範囲では、±１次光の回折効率が高
く、０次光の回折効率は、±１次光の回折効率の１０％
以下で、十分小さい。また、±２次光の回折効率は０で
あり、±３次光の回折効率は、±１次光の１１％程度と
十分小さい。したがって、この範囲では、より強度の強
い±１次光を用いて２重焦点を得ることができるので、
より明るい像を得ることができる。When a double focus optical system is obtained by using ± first-order light, the phase difference φ is (m−0.12) π <φ <(m + 0.12) π, where m = 1 , 2, 3, ... are desirable. This range is the range shown in FIG. 8B, in which the ± 1st-order light diffraction efficiency is high, and the 0th-order light diffraction efficiency is 10% of the ± 1st-order light diffraction efficiency.
Below is small enough. Further, the diffraction efficiency of the ± 2nd order light is 0, and the diffraction efficiency of the ± 3rd order light is about 11% of the ± 1st order light, which is sufficiently small. Therefore, in this range, it is possible to obtain a double focus by using ± 1st order light with higher intensity.
A brighter image can be obtained.
【００３７】また、０次光と±１次光とを用いて３重焦
点光学系を得る場合には、位相差φは、 （ｍ−０．３８）π＜φ＜（ｍ−０．３４）π あるいは、 （ｍ＋０．３４）π＜φ＜（ｍ＋０．３８）π 但し、ｍ＝１，２，３，・・・ とするのが望ましい。これらの範囲は、図８の（ｃ）で
示す範囲であり、その各範囲では、０次光および±１次
光の回折効率が特に近く、０次光の回折効率は、±１次
光の回折効率に対して±１５％の範囲内で一致する。ま
た、±２次光の回折効率は０で、±３次光の回折効率は
±１次光の１１％程度と十分に小さい。このように、図
８の（ｃ）で示す範囲では、±１次光および０次光は、
他の次数光に比べて強度が強く、しかもほぼ等しいの
で、±１次光と０次光とを用いて像の強度がより等しい
３重焦点光学系を得ることができる。When a triple focus optical system is obtained by using 0th order light and ± 1st order light, the phase difference φ is (m−0.38) π <φ <(m−0.34) ) Π or (m + 0.34) π <φ <(m + 0.38) π However, it is desirable that m = 1, 2, 3 ,. These ranges are the ranges shown in (c) of FIG. 8, and in each range, the diffraction efficiencies of 0th-order light and ± 1st-order light are particularly close, and the diffraction efficiency of 0th-order light is ± 1st-order light. The diffraction efficiency agrees within ± 15%. Further, the diffraction efficiency of the ± 2nd-order light is 0, and the diffraction efficiency of the ± 3rd-order light is about 11% of the ± 1st-order light, which is sufficiently small. Thus, in the range shown in FIG. 8C, the ± first-order light and the zero-order light are
Since the intensity of light is stronger than that of the other order lights and is almost equal to that of the other orders, it is possible to obtain a triple focus optical system in which the intensities of the images are more uniform by using the ± first order light and the zero order light.
【００３８】上述した凸部の断面が矩形のレリーフ格子
においては、その回折効率は、パターンの深さの変化に
対して周期性があり、位相差φがπだけ変わると、回折
効率はもとに戻る。したがって、ｍは自然数であれば何
でもよいが、ｍが大きくなるほどパターンの深さが深く
なって、製作が困難になるので、ｍは３以下とするのが
望ましい。In the above relief grating having a rectangular cross section, the diffraction efficiency has a periodicity with respect to the change of the pattern depth, and when the phase difference φ changes by π, the diffraction efficiency becomes higher. Return to. Therefore, m may be any natural number, but the larger m becomes, the deeper the pattern becomes and the more difficult it is to manufacture. Therefore, m is preferably 3 or less.
【００３９】次に、レリーフ格子の断面を、図４Ｄに示
すようなブレーズ形状とする場合について説明する。こ
の場合には、パターンの凸部の上部と下部との位相差φ
を、 ｛（２ｍ−１）／２−０．０２｝π＜φ＜｛（２ｍ−
１）／２＋０．０２｝π 但し、ｍ＝１，２，３，・・・ とするのが、特に望ましい。この範囲は、図９の（ａ）
で示す範囲である。なお、図９は、断面が図４Ｄに示す
ようなブレーズ形状のレリーフ格子における回折効率φ
依存特性を示すもので、ここでは、０＜φ＜π、ｍ＝１
の場合を示している。Next, a case where the cross section of the relief grating has a blazed shape as shown in FIG. 4D will be described. In this case, the phase difference φ between the top and bottom of the convex part of the pattern
{(2m−1) /2−0.02} π <φ <{(2m−
1) /2+0.02} π However, it is particularly preferable that m = 1, 2, 3, ... This range is (a) in FIG.
The range is indicated by. Note that FIG. 9 shows the diffraction efficiency φ in a relief grating having a blazed cross section as shown in FIG. 4D.
It shows dependence characteristics, and here 0 <φ <π, m = 1.
Shows the case.
【００４０】図９の（ａ）で示す範囲では、＋１次光と
０次光の回折効率が±１５％の範囲で一致する。また、
＋２次光および＋３次光の回折効率は、それぞれ＋１次
光の１２％および４％程度で、＋１次光に比べて十分小
さい。したがって、＋１次光および０次光は、他の次数
光に比べて強度が強く、しかもほぼ等しいので、これら
＋１次光と０次光とを用いて、像の強度がより等しい２
重焦点光学系を得ることができる。同様に、あるｍに対
しては、＋ｍ次光と＋（ｍ−１）次光の強度が、他の次
数光に比べて強くなるので、これらの回折光を用いる２
重焦点光学系を得ることができる。なお、この場合も、
ｍは自然数であれば何でもいいが、凸部が矩形の場合と
同様に、ｍが大きくなるとパターンの深さが深くなり、
製作が困難になるので、ｍは３以下であるのが望まし
い。In the range shown in FIG. 9A, the diffraction efficiencies of the + 1st order light and the 0th order light coincide with each other within a range of ± 15%. Also,
The diffraction efficiencies of the + 2nd-order light and the + 3rd-order light are about 12% and 4% of the + 1st-order light, respectively, which is sufficiently smaller than that of the + 1st-order light. Therefore, the + 1st-order light and the 0th-order light have higher intensities than the other-order lights and are almost equal to each other.
A double focus optical system can be obtained. Similarly, for a certain m, the intensities of the + mth-order light and the + (m-1) th-order light become stronger than those of the other-order lights, so that these diffracted lights are used.
A double focus optical system can be obtained. In this case,
m may be any natural number, but as in the case where the convex portion is rectangular, the depth of the pattern increases as m increases,
Since it is difficult to manufacture, m is preferably 3 or less.
【００４１】この発明の他の実施形態においては、観察
光学系を構成する回折型レンズ１および屈折レンズ４
は、それらの間隔を変更し得るように、光軸方向に相対
的に移動可能に構成する。例えば、図１０に示すよう
に、回折型レンズ１および屈折レンズ４を、それぞれ移
動手段１７ａおよび１７ｂにより光軸方向に移動可能に
構成する。In another embodiment of the present invention, the diffractive lens 1 and the refraction lens 4 which constitute the observation optical system.
Are configured to be relatively movable in the optical axis direction so that their distance can be changed. For example, as shown in FIG. 10, the diffractive lens 1 and the refracting lens 4 are configured to be movable in the optical axis direction by moving means 17a and 17b, respectively.
【００４２】以下、かかる構成により回折型レンズ１と
屈折レンズ４との間隔を変えた場合について、図２を用
いて説明する。図２において、回折型レンズ１、あるい
は屈折レンズ４を光軸方向に動かして、回折型レンズ１
と屈折レンズ４との間隔を変えたとする。このとき、回
折型レンズ１による像（無限遠像、虚像を含む）が屈折
レンズ４にとっての物点になり、その屈折レンズ４によ
る像が最終像になると考えると、回折型レンズ１による
像の位置は、回折次数によって異なるので、回折型レン
ズ１と屈折レンズ４との間隔が変わると、屈折レンズ４
の縦倍率が変わって、最終像の間隔が変わる。Hereinafter, a case where the distance between the diffractive lens 1 and the refracting lens 4 is changed by such a structure will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the diffractive lens 1 or the refracting lens 4 is moved in the optical axis direction to
It is assumed that the distance between the refracting lens 4 and the refracting lens 4 is changed. At this time, considering that an image (including an infinite image and a virtual image) by the diffractive lens 1 becomes an object point for the refraction lens 4, and the image by the refraction lens 4 becomes a final image, Since the position differs depending on the diffraction order, when the distance between the diffractive lens 1 and the refraction lens 4 changes, the refraction lens 4
The vertical magnification of changes and the interval of the final image changes.
【００４３】このように、図２の光学系の回折型レンズ
１および／または屈折レンズ４を光軸方向に動かして、
回折型レンズ１と屈折レンズ４の間隔を変えられるよう
にすれば、焦点間隔を変えることができる。したがっ
て、図１０においては、例えば移動手段１７ａを用いて
回折型レンズ１を、屈折レンズ４との間隔が広がる方向
に移動すると、点５の位置は変わらず、点６の位置が、
屈折レンズ４に近い方向に移動する。したがって、点５
と点６との間隔が広がるので、より離れた２カ所の像を
同時に重ねて見ることができるようになる。In this way, the diffractive lens 1 and / or the refraction lens 4 of the optical system of FIG. 2 are moved in the optical axis direction,
If the distance between the diffractive lens 1 and the refracting lens 4 can be changed, the focal distance can be changed. Therefore, in FIG. 10, for example, when the diffractive lens 1 is moved in the direction in which the distance between the diffractive lens 1 and the refracting lens 4 is widened using the moving means 17a, the position of the point 5 does not change and the position of the point 6 changes.
It moves in a direction close to the refraction lens 4. Therefore, point 5
Since the distance between the point and the point 6 becomes wider, it becomes possible to view the images at two more distant places at the same time.
【００４４】また、逆に、移動手段１７ａにより回折型
レンズ１を、屈折レンズ４との間隔が狭まる方向に移動
させると、点５の位置は変わらず、点６の位置が、屈折
レンズ４から離れる方向に移動する。したがって、点５
と点６との間隔が狭まるので、より接近した２カ所の像
を同時に重ねて見ることができるようになる。On the contrary, when the diffractive lens 1 is moved by the moving means 17a in the direction in which the distance between the diffractive lens 1 and the refracting lens 4 is narrowed, the position of the point 5 does not change and the position of the point 6 moves from the refracting lens 4 to the other position. Move away. Therefore, point 5
Since the distance between the point and the point 6 becomes narrower, it becomes possible to view the images of two closer points at the same time.
【００４５】以上は、回折型レンズ１を光軸方向に移動
させた場合であるが、屈折レンズ４を移動手段１７ｂを
用いて光軸方向に移動させても、あるいは回折型レンズ
１および屈折レンズ４の双方をそれぞれの移動手段１７
ａおよび１７ｂを用いて移動させても、同様の効果を得
ることができる。The above is the case where the diffractive lens 1 is moved in the optical axis direction. However, even if the refractive lens 4 is moved in the optical axis direction by using the moving means 17b, or the diffractive lens 1 and the refractive lens are used. 4 both of the respective moving means 17
The same effect can be obtained by using a and 17b to move.
【００４６】図１０に示す観察光学系を有するこの発明
にかかる光学系を、露光装置の観察用光学顕微鏡に用い
れば、マスクと基板との間隔を変えても、焦点間隔を変
えることにより、マスクと基板とを同時に重ねて見るこ
とができるので、マスクと基板との間隔にかかわらず容
易に位置合わせを行うことができる。また、厚さの異な
る基板に変えても、焦点間隔を変えることで容易に対応
できるので、種々の試料を観察することができ、汎用性
を高めることができる。When the optical system according to the present invention having the observation optical system shown in FIG. 10 is used for an observation optical microscope of an exposure apparatus, even if the distance between the mask and the substrate is changed, the mask distance can be changed by changing the focal distance. Since the substrate and the substrate can be viewed at the same time, the alignment can be easily performed regardless of the distance between the mask and the substrate. Further, even if the substrate is changed to a different thickness, it can be easily dealt with by changing the focal distance, so that various samples can be observed and versatility can be enhanced.
【００４７】なお、図１０において、回折型レンズ１
は、断面形状がブレーズ形状のレリーフ格子で、パター
ンの上部と下部との位相差φは、 ０．４８π＜φ＜０．５２π とするのが、特に望ましく、この範囲で、０次光と＋１
次光とを用いて２重焦点光学系を得ることができる。In FIG. 10, the diffractive lens 1
Is a relief grating having a blazed cross section, and it is particularly desirable that the phase difference φ between the upper part and the lower part of the pattern is 0.48π <φ <0.52π. In this range, 0-order light and +1
A double focus optical system can be obtained by using the following light.
【００４８】このような回折型レンズ１を用いた場合に
は、先ず、移動手段１７ｂで屈折レンズ４を光軸方向に
動かす。例えば、屈折レンズ４を図示しない試料に近づ
く方向に動かすと、回折型レンズ１と屈折レンズ４との
間隔が広がるため、２焦点の間隔は広がり、０次光の焦
点５は試料に近づく方向に動くので、これにより０次光
の焦点５を観察したい２点のうち下側の点に合うように
することができる。When such a diffractive lens 1 is used, first, the refracting lens 4 is moved in the optical axis direction by the moving means 17b. For example, when the refracting lens 4 is moved toward the sample (not shown), the distance between the diffractive lens 1 and the refracting lens 4 increases, so the distance between the two focal points increases, and the focus 5 of the 0th order light approaches the sample. Since it moves, the focus 5 of the 0th-order light can be made to match the lower point of the two points to be observed.
【００４９】次に、移動手段１７ａで回折型レンズ１を
光軸方向に動かす。ここで、０次光は、回折型レンズ１
への入射光が回折されずに、入射方向と同じ方向に透過
したものであるから、回折型レンズ１を光軸方向に動か
しても、０次光の焦点５の試料に対する位置は変わらな
い。これに対し、＋１次光の焦点６の試料に対する位置
は、例えば、回折型レンズ１を試料に近づく方向に動か
すと、試料に近づく方向に移動するので、これにより＋
１次光の焦点６を観察したい２点のうち上側の点に在る
ようにすることができる。Next, the diffractive lens 1 is moved in the optical axis direction by the moving means 17a. Here, the 0th-order light is the diffractive lens 1
Since the incident light on is not diffracted and is transmitted in the same direction as the incident direction, even if the diffractive lens 1 is moved in the optical axis direction, the position of the focus 5 of the 0th-order light with respect to the sample does not change. On the other hand, the position of the focal point 6 of the + 1st-order light with respect to the sample moves toward the sample when the diffractive lens 1 is moved toward the sample.
The focal point 6 of the primary light can be located at the upper point of the two points to be observed.
【００５０】このように、断面形状がブレーズ形状のレ
リーフ格子で、パターンの上部と下部との位相差φが、 ０．４８π＜φ＜０．５２π の回折型レンズ１を用いれば、移動手段１７ｂで屈折レ
ンズ４を光軸方向に動かして、０次光による像のピント
を合わせ、次に、移動手段１７ａで回折型レンズ１を光
軸方向に動かして、０次光に像のピントを合わせたまま
＋１次光による像のピントを合わせることができるの
で、容易に観察したい２点の像のピントを合わせること
ができる。As described above, if the relief grating having the blazed cross section is used and the phase difference φ between the upper portion and the lower portion of the pattern is 0.48π <φ <0.52π, the moving means 17b is used. Is used to move the refracting lens 4 in the optical axis direction to focus the image by the 0th order light, and then the moving means 17a is used to move the diffractive lens 1 in the optical axis direction to focus the image on the 0th order light. Since the image of the + 1st order light can be focused as it is, the image of two points to be observed can be easily focused.
【００５１】以上説明したように、回折型レンズと屈折
レンズとを組み合わせれば、多焦点の光学系を得ること
ができ、また、回折型レンズと屈折レンズとの間隔を変
えるようにすれば、多焦点の間隔を変えることができ
る。ここで、一例として、表１に示す回折型レンズおよ
び屈折レンズの８種類の組み合わせを用いた場合の２焦
点間の間隔の数値例を表２に示す。ただし、表１におい
て、回折型レンズの焦点距離は、１次光の焦点距離を示
す。また、表２では、表１の８種類の組み合わせについ
て、回折型レンズと屈折レンズとの間隔を、５０ｍｍか
ら９５ｍｍまで変化させた場合の２焦点の間隔を示す。
なお、表２において、回折型レンズと屈折レンズとの間
隔は、回折型レンズの後側主点と屈折レンズの前側主点
との間隔であり、２焦点間の間隔は、近軸の計算値であ
る。As described above, a multifocal optical system can be obtained by combining a diffractive lens and a refraction lens, and if the distance between the diffractive lens and the refraction lens is changed, The multifocal distance can be changed. Here, as an example, Table 2 shows numerical examples of intervals between two focal points in the case of using eight kinds of combinations of the diffractive lens and the refractive lens shown in Table 1. However, in Table 1, the focal length of the diffractive lens indicates the focal length of the primary light. Further, Table 2 shows the distance between two focal points when the distance between the diffractive lens and the refractive lens is changed from 50 mm to 95 mm for the eight combinations in Table 1.
In Table 2, the distance between the diffractive lens and the refractive lens is the distance between the rear principal point of the diffractive lens and the front principal point of the refractive lens, and the distance between the two focal points is the paraxial calculated value. Is.
【００５２】[0052]
【表１】 [Table 1]
【００５３】[0053]
【表２】 [Table 2]
【００５４】この発明の他の実施形態では、観察光学系
を構成する回折型レンズを着脱自在に構成する。このよ
うに構成すれば、回折型レンズを光路中にを挿入するこ
とにより、既に述べたように複数の焦点を有する光学系
を構成することができ、また回折型レンズを光路中から
外すことにより、単焦点を有する光学系を構成すること
ができる。In another embodiment of the present invention, the diffractive lens forming the observation optical system is detachable. According to this structure, by inserting the diffractive lens in the optical path, it is possible to configure an optical system having a plurality of focal points as described above, and by removing the diffractive lens from the optical path. , An optical system having a single focus can be configured.
【００５５】このように、回折型レンズを着脱可能にし
た光学系を、露光装置の観察用顕微鏡に用いれば、回折
型レンズを外し、普通の単焦点の顕微鏡にして、大まか
な位置合わせをし、その後、回折型レンズを挿入して多
焦点顕微鏡として、マスクと基板、既存のパターンとマ
スク、マスクとマスクなどに焦点を合わせて、厳密に位
置合わせを行うことができる。また、マスクと基板、既
存のパターンとマスク、マスクとマスクなどの間隔が非
常に狭く、従来の光学系で十分に観察できる場合や、必
要とする位置合わせの精度が低く、低倍率で観察しても
位置合わせが十分できる場合などには、回折型レンズを
外して、従来通りに位置合わせを行うことができる。さ
らに、種々のパワーの回折型レンズを用意すれば、各焦
点の位置や間隔などを容易に変えることができる。As described above, when the optical system with the detachable diffractive lens is used for the observation microscope of the exposure apparatus, the diffractive lens is removed and the microscope is used as a normal single-focus microscope for rough alignment. Then, after that, a diffractive lens is inserted, and as a multifocal microscope, the mask and the substrate, the existing pattern and the mask, the mask and the mask, and the like can be focused and strict alignment can be performed. In addition, when the distance between the mask and the substrate, the existing pattern and the mask, the mask and the mask, etc. is very narrow and sufficient observation is possible with the conventional optical system, or the required alignment accuracy is low, observation at low magnification is required. However, if the alignment is sufficient, the diffractive lens can be removed and alignment can be performed as usual. Furthermore, if diffractive lenses with various powers are prepared, the position and interval of each focus can be easily changed.
【００５６】また、上記のように、回折型レンズを着脱
可能に構成する場合には、回折型レンズの着脱に対応さ
せて、入射光の波長域を限定する波長制限手段を設け、
これにより回折型レンズを挿入した場合には、入射光の
波長域をある領域に制限し、回折型レンズを外した場合
には、入射光の波長域を制限しないようにして、試料を
透過、あるいは反射した光を、それが含む全波長域で観
察用光路を透過させるようにするのが好ましい。When the diffractive lens is detachably attached as described above, wavelength limiting means for limiting the wavelength range of incident light is provided in correspondence with the attachment and detachment of the diffractive lens,
With this, when the diffractive lens is inserted, the wavelength range of the incident light is limited to a certain region, and when the diffractive lens is removed, the wavelength range of the incident light is not restricted and the sample is transmitted. Alternatively, it is preferable that the reflected light is transmitted through the observation optical path in the entire wavelength range included in the reflected light.
【００５７】ここで、制限する波長域は、用途に応じて
決定する。例えば、±１次光を用いて２重焦点光学系を
構成している場合には、入射光の波長域を、±１次光の
回折効率が他の次数光の回折効率に比べて十分高くなる
波長領域に制限する。このようにすれば、観察に用いる
光の波長は、±１次光の回折効率が高くなる波長域とな
るので、±１次光を用いた明るい像を得ることができ
る。また、±１次光の回折効率が低くなり、他の次数光
が強くなる波長域の光は遮られるので、他の次数光によ
る像が除去され、必要な像のみを鮮明に得ることができ
る。したがって、光源として、白色光源を用いることが
でき、回折型レンズを外して単焦点にしたときに、白色
光で観察することができる。Here, the wavelength range to be limited is determined according to the application. For example, when a double focus optical system is configured by using ± 1st order light, the diffraction efficiency of ± 1st order light is sufficiently higher than that of other order light in the wavelength range of incident light. It is limited to the wavelength region. By doing so, the wavelength of the light used for observation is in the wavelength range in which the diffraction efficiency of the ± first-order light becomes high, and thus a bright image using the ± first-order light can be obtained. Further, since the diffraction efficiency of the ± 1st order light becomes low and the light in the wavelength range in which the other order light becomes strong is blocked, the image due to the other order light is removed and only the necessary image can be obtained clearly. . Therefore, a white light source can be used as the light source, and white light can be observed when the diffractive lens is removed to obtain a single focal point.
【００５８】また、波長域を制限することにより、以下
に説明するような効果も得られる。すなわち、回折型レ
ンズを外した状態で、光学系全体の色収差を補正してあ
る場合には、回折型レンズを挿入することによって色収
差が発生する場合がある。この場合、回折型レンズの挿
入に応じて、入射光の波長域を適当な波長域に制限すれ
ば、狭い波長域の光のみ用いて像を得ることができるの
で、色収差の影響を少なくできる。なお、この場合、制
限する波長域は、例えば、多重焦点を得るために使用す
る回折光の回折効率が高くなる波長域とするのが好まし
い。このようにすれば、不要な回折光の回折効率が高く
なる波長域の光は遮られ、必要な回折光のみ使用して像
を得ることができるので、光源が白色光源であっても、
明るく、鮮明な像を得ることができる。By limiting the wavelength range, the following effects can be obtained. That is, when the chromatic aberration of the entire optical system is corrected with the diffractive lens removed, chromatic aberration may occur by inserting the diffractive lens. In this case, if the wavelength range of the incident light is limited to an appropriate wavelength range according to the insertion of the diffractive lens, an image can be obtained using only the light in the narrow wavelength range, so that the influence of chromatic aberration can be reduced. In this case, it is preferable that the limited wavelength range is, for example, a wavelength range in which the diffraction efficiency of the diffracted light used to obtain the multiple focus becomes high. In this way, light in the wavelength range where the diffraction efficiency of unnecessary diffracted light is increased is blocked, and an image can be obtained using only the necessary diffracted light, so even if the light source is a white light source,
A bright and clear image can be obtained.
【００５９】上記の波長制限手段は、回折型レンズと一
体に形成したバンドパスフィルターをもって構成するの
が好ましい。このように構成すれば、回折型レンズを光
路中に挿入するだけで、回折型レンズと一体に形成され
たバンドパスフィルターによって、入射光の波長を限定
することができる。この場合、バンドパスフィルターの
透過率が最大になる波長は、多重焦点を得るために使用
する回折光の強度が、最も強い回折光の強度に対して７
０％以上となるような波長域内に存在することが望まし
い。It is preferable that the wavelength limiting means is constituted by a bandpass filter formed integrally with the diffractive lens. According to this structure, only by inserting the diffractive lens in the optical path, the wavelength of the incident light can be limited by the bandpass filter formed integrally with the diffractive lens. In this case, the wavelength at which the transmittance of the bandpass filter is maximum is 7 when the intensity of the diffracted light used to obtain the multiple focus is greater than the intensity of the strongest diffracted light.
It is desirable that it exists within a wavelength range that is 0% or more.
【００６０】すなわち、回折格子の回折効率には、波長
依存性がある。図１１は、ｄ線で０次光と＋１次光の回
折効率がほぼ等しくなる回折格子の、回折効率の波長依
存性を示すものである。この回折格子は、凸部の断面形
状が鋸歯形状のもので、図１１から明らかなように、０
次光と＋１次光の回折効率が±３０％の範囲で一致する
のは、図中の（ａ）の範囲で、この範囲を外れると、０
次光と＋１次光との強度差が大きくなって、見にくくな
る。したがって、観察に用いる光の波長域は、図１１の
（ａ）の範囲に含まれることが望ましい。That is, the diffraction efficiency of the diffraction grating has wavelength dependence. FIG. 11 shows the wavelength dependence of the diffraction efficiency of the diffraction grating in which the diffraction efficiencies of the 0th-order light and the + 1st-order light are substantially equal on the d-line. In this diffraction grating, the cross-sectional shape of the convex portion is a sawtooth shape, and as is clear from FIG.
The diffraction efficiencies of the second-order light and the + 1st-order light match within a range of ± 30% in the range (a) in the figure.
The intensity difference between the next light and the + 1st light becomes large, making it difficult to see. Therefore, it is desirable that the wavelength range of the light used for observation be included in the range of FIG.
【００６１】そこで、上述したように、バンドパスフィ
ルターの透過率がピークとなる波長を、強度が最も強い
回折光の強度に対して７０％以上の強度を有する別の回
折光が生成される波長域内に存在させるようにすれば、
バンドパスフィルターを透過する波長域は、多重焦点を
得るために必要な回折光の回折効率が互いにほぼ等しく
なる波長域付近となり、回折効率が互いに大きく異なる
波長域の光や、不要な回折次数光の回折効率が大きくな
る波長域の光が遮断される。例えば、回折型レンズが上
記のような０次光と＋１次光を生成するものである場合
には、観察に用いる光の強度が最大となる波長域が図１
１の（ａ）の範囲内となって、０次光と＋１次光との強
度が大きく異なる波長域の光はカットされる。したがっ
て、光源が白色光源であっても、強度がほぼ等しい明る
い像を得ることができる。Therefore, as described above, the wavelength at which the transmittance of the bandpass filter reaches a peak is the wavelength at which another diffracted light having an intensity of 70% or more with respect to the intensity of the diffracted light having the highest intensity is generated. If it is made to exist in the area,
The wavelength range that passes through the bandpass filter is near the wavelength range where the diffraction efficiencies of the diffracted light necessary to obtain the multiple focus are almost equal to each other, and the light in the wavelength range where the diffraction efficiencies differ greatly from each other and unnecessary diffraction order light The light in the wavelength range where the diffraction efficiency of is increased is blocked. For example, when the diffractive lens generates the 0th order light and the + 1st order light as described above, the wavelength range where the intensity of the light used for observation is maximum is shown in FIG.
Within the range of 1 (a), light in a wavelength range in which the intensities of the 0th-order light and the + 1st-order light greatly differ is cut. Therefore, even if the light source is a white light source, a bright image having almost the same intensity can be obtained.
【００６２】この発明の他の実施形態においては、図１
２に示すように、回折型レンズ１と屈折レンズ４とを図
示しない１つの鏡枠で一体に結合して、対物レンズ１８
を構成する。このように構成すれば、回折型レンズ１と
屈折レンズ４とが同じ対物レンズ１８中に含まれるの
で、対物レンズ１８を通常の単焦点の対物レンズに取り
替えれば、簡単に単焦点の光学系にすることができる。
また、回折型レンズ１や屈折レンズ４の異なる対物レン
ズ１８を何種類か用意すれば、対物レンズ１８を取り替
えることにより、倍率や焦点間隔などの異なる光学系を
簡単に得ることができ、様々な試料に簡単に対応するこ
とができる。In another embodiment of the invention, FIG.
As shown in FIG. 2, the diffractive lens 1 and the refracting lens 4 are integrally coupled by a single lens frame (not shown), and the objective lens 18
Is configured. According to this structure, since the diffractive lens 1 and the refraction lens 4 are included in the same objective lens 18, if the objective lens 18 is replaced with a normal single-focus objective lens, the single-focus optical system can be easily used. Can be
Further, if several kinds of objective lenses 18 having different diffractive lenses 1 and refracting lenses 4 are prepared, by exchanging the objective lenses 18, it is possible to easily obtain optical systems having different magnifications and focal distances. It is possible to easily handle samples.
【００６３】ここで、好ましくは、回折型レンズ１を光
軸方向に移動可能に構成する。この場合の移動手段１７
ａは、例えば、鏡枠から突出した突起部を鏡枠のまわり
に形成したガイド穴に沿って回動することにより、回折
型レンズ１を光軸方向に移動させるよう構成することが
できる。このように構成すれば、回折型レンズ１と屈折
レンズ４との間隔を変えることができるので、既に述べ
たように、焦点５と焦点６との間隔を変えることがで
き、したがって観察したい場所の間隔が種々変わって
も、容易にピントを合わせて見ることができる。Here, preferably, the diffractive lens 1 is constructed so as to be movable in the optical axis direction. Moving means 17 in this case
The a can be configured to move the diffractive lens 1 in the optical axis direction, for example, by rotating a protrusion protruding from the lens frame along a guide hole formed around the lens frame. According to this structure, the distance between the diffractive lens 1 and the refracting lens 4 can be changed, so that the distance between the focal point 5 and the focal point 6 can be changed as described above, and therefore, the position of the place to be observed can be changed. Even if the distance changes, it is easy to focus and see.
【００６４】以上、照明が透過照明の場合について説明
したが、この発明は、落射照明の場合でも有効に適用で
き、同様の効果を得ることができる。図１３は、落射照
明の場合の光学系の概略図を示すもので、光源８、コレ
クターレンズ９、絞り１０、リレーレンズ２２を含む照
明系７からの照明光を、ハーフミラー１９で試料１２の
方に折り曲げ、屈折レンズ４を通して試料１２を照射す
るようにしている。Although the case where the illumination is transmitted illumination has been described above, the present invention can be effectively applied to the case of epi-illumination and the same effect can be obtained. FIG. 13 is a schematic diagram of an optical system in the case of epi-illumination, in which the illumination light from the illumination system 7 including the light source 8, the collector lens 9, the diaphragm 10 and the relay lens 22 is reflected by the half mirror 19 from the sample 12. It is bent in one direction and the sample 12 is irradiated through the refractive lens 4.
【００６５】試料１２からの反射光のうち、点５からの
光は、屈折レンズ４で屈折され、ハーフミラー１９を透
過したのち、回折型レンズ１に垂直に入射する。回折型
レンズ１に入射した光は、０次光として直進し、結像レ
ンズ１４で屈折されて、点１３に集光する。したがっ
て、点１３は点５の像点となる。また、点６からの光
は、屈折レンズ４で屈折され、ハーフミラー１９を透過
したのち、回折型レンズ１に入射し、ここで１次光の方
向に強く回折されて、点５からの光と同じ方向に進み、
点５からの光と同様に、結像レンズ１４で屈折されて、
同じ点１３に集光する。したがって、点１３は点６の像
点ともなり、点５および点６の像を同時に重ねて見るこ
とができる。Of the reflected light from the sample 12, the light from the point 5 is refracted by the refracting lens 4, passes through the half mirror 19, and then enters the diffractive lens 1 vertically. The light incident on the diffractive lens 1 travels straight as 0th-order light, is refracted by the imaging lens 14, and is condensed at a point 13. Therefore, the point 13 becomes the image point of the point 5. Further, the light from the point 6 is refracted by the refraction lens 4, transmitted through the half mirror 19, and then enters the diffractive lens 1, where it is strongly diffracted in the direction of the primary light, and the light from the point 5 is emitted. Go in the same direction as
Like the light from point 5, it is refracted by the imaging lens 14,
Focus on the same point 13. Therefore, the point 13 also serves as the image point of the point 6, and the images of the points 5 and 6 can be simultaneously viewed.
【００６６】図１３に示す光学系においては、回折型レ
ンズ１を、ハーフミラー１９と結像レンズ１４との間に
配置している。このように配置すれば、光源８からの照
明光は、回折型レンズ１を通らずに試料１２に達し、照
明用光路上には回折型レンズ１が存在しないことにな
る。ここで、もし、回折型レンズ１が照明用光路上にあ
ると、照明光は試料１２に達する前に回折型レンズ１で
回折され、回折型レンズ１に入射した光の一部が光路か
ら外れ、試料１２を照明する光の強度が低下することに
なる。また、その光路から外れた光や回折型レンズ１で
の反射光などのために、フレアーが発生する可能性もあ
る。しかし、図１３に示すように、回折型レンズ１を照
明用光路外に配置すれば、照明光は不要な回折を受けず
に済むので、照明光の回折による強度低下や、フレアー
の発生を有効に抑えることができ、明るく鮮明な像を得
ることができる。In the optical system shown in FIG. 13, the diffractive lens 1 is arranged between the half mirror 19 and the imaging lens 14. With this arrangement, the illumination light from the light source 8 reaches the sample 12 without passing through the diffractive lens 1, and the diffractive lens 1 does not exist on the illumination optical path. Here, if the diffractive lens 1 is on the optical path for illumination, the illumination light is diffracted by the diffractive lens 1 before reaching the sample 12, and a part of the light incident on the diffractive lens 1 is deviated from the optical path. Therefore, the intensity of the light that illuminates the sample 12 is reduced. Further, flare may occur due to light that has deviated from the optical path, reflected light from the diffractive lens 1, or the like. However, as shown in FIG. 13, if the diffractive lens 1 is arranged outside the illumination optical path, the illumination light does not undergo unnecessary diffraction, so that the intensity of the illumination light is reduced by diffraction and flare is effectively generated. Therefore, a bright and clear image can be obtained.
【００６７】図１３に示す光学系を、露光装置の観察用
光学顕微鏡に用いれば、マスクと基板を少し離して位置
合わせを行う場合に、高倍率で観察してもマスクと基板
とを同時に重ねて見ることができるので、両者を容易に
精度良く位置合わせすることができる。また、既に形成
したパターンの上に塗布したフォトレジストを露光する
場合にも、既存のパターンとマスクとを同時に重ねて見
ることができるので、容易にマスクの位置合わせを行う
ことができる。さらに、マスクや基板からの反射光を観
察するので、照明光は基板を透過する必要がなく、した
がって基板がＳｉなどの場合にも、可視光用いて観察す
ることができる。When the optical system shown in FIG. 13 is used in an optical microscope for observation of an exposure apparatus, when the mask and the substrate are aligned slightly apart from each other and aligned with each other, the mask and the substrate are simultaneously superposed even when observed at a high magnification. It is possible to easily align the both with high accuracy. Further, even when the photoresist applied on the already formed pattern is exposed, the existing pattern and the mask can be seen at the same time so that the mask can be easily aligned. Further, since the reflected light from the mask or the substrate is observed, it is not necessary for the illumination light to pass through the substrate. Therefore, even when the substrate is Si, it can be observed using visible light.
【００６８】なお、結像レンズ１４により結像される像
は、接眼レンズ（図示せず）を通して直接観察するよう
にしてもよいが、図１４に示すように、結像位置にＣＣ
Ｄカメラなどの受光素子２０を配置して、モニター２１
で観察することもできる。このようにすれば、特に、照
明光として赤外光など可視域外の光を用いた場合などに
有効となる。The image formed by the image forming lens 14 may be directly observed through an eyepiece lens (not shown), but as shown in FIG.
A light receiving element 20 such as a D camera is arranged, and a monitor 21
You can also observe at. This is particularly effective when light outside the visible range such as infrared light is used as the illumination light.
【００６９】以上説明した実施形態によれば、光軸上の
複数の点を同時に重ねて見ることができる。したがっ
て、露光装置の位置合わせ用光学顕微鏡に用いれば、マ
スクと基板、既存のパターンとマスク、マスクとマスク
など離れた複数の素子を同時に重ねて見ることができ、
容易に位置合わせを行うことができるようになる。ま
た、観察光学系を構成する回折型レンズ１あるいは屈折
レンズ４を光軸方向に動かして、それらの間隔を変える
ようにすれば、焦点の間隔を変えることができ、容易に
様々な試料を見ることができる。According to the embodiment described above, a plurality of points on the optical axis can be seen at the same time in an overlapping manner. Therefore, if it is used for an optical microscope for alignment of an exposure apparatus, it is possible to simultaneously see multiple elements such as a mask and a substrate, an existing pattern and a mask, and a mask and a mask, which are separated from each other.
The alignment can be easily performed. Further, if the diffractive lens 1 or the refraction lens 4 forming the observation optical system is moved in the optical axis direction to change the distance between them, the distance between the focal points can be changed and various samples can be easily viewed. be able to.
【００７０】付記 １．回折光学素子を含まない照明光学系と、回折型レン
ズ、正パワーを有する少なくとも一つの屈折レンズ素
子、および負パワーを有する少なくとも一つの屈折レン
ズ素子を含む屈折レンズ系からなる観察光学系とを有す
る光学系であって、前記回折型レンズを、該回折型レン
ズで生成される強度が最も強い回折次数の回折光の強度
に対して、７０％以上の強度を有する別の回折次数の回
折光を生成するよう構成したことを特徴とする光学系。 ２．付記項１記載の光学系において、前記回折型レンズ
は、レリーフ格子を有することを特徴とする光学系。 ３．付記項２記載の光学系において、前記レリーフ格子
は、断面が左右対称な凸部を連続的に配列したレリーフ
格子であることを特徴とする光学系。 ４．付記項３記載の光学系において、前記凸部の断面形
状が矩形であることを特徴とする光学系。 ５．付記項４記載の光学系において、前記凸部の幅と、
レリーフ格子のピッチとの比βが、 ０．４１＜β＜０．５９ であり、前記凸部の上部と下部とでの位相差φが、 （ｍ−０．４）π＜φ＜（ｍ＋０．４）π 但し、ｍ＝１，２，３，・・・ であることを特徴とする光学系。 ６．付記項５記載の光学系において、前記凸部の上部と
下部とでの位相差φが、 （ｍ−０．１２）π＜φ＜（ｍ＋０．１２）π 但し、ｍ＝１，２，３，・・・ であることを特徴とする光学系。 ７．付記項５記載の光学系において、前記凸部の上部と
下部とでの位相差φが、 （ｍ−０．３８）π＜φ＜（ｍ−０．３４）π あるいは、 （ｍ＋０．３４）π＜φ＜（ｍ＋０．３８）π 但し、ｍ＝１，２，３，・・・ であることを特徴とする光学系。 ８．付記項２記載の光学系において、前記レリーフ格子
の断面形状がブレーズ形状で、パターンの上部と下部と
での位相差φが、 ｛（２ｍ−１）／２−０．０２｝π＜φ＜｛（２ｍ−
１）／２＋０．０２｝π 但し、ｍ＝１，２，３，・・・ であることを特徴とする光学系。 ９．付記項１記載の光学系において、前記観察光学系を
構成する前記回折型レンズおよび前記屈折レンズ系を、
それらの間隔を変更し得るように、光軸方向に相対的に
移動可能に構成したことを特徴とする光学系。 １０．付記項９記載の光学系において、前記回折型レン
ズは、断面形状がブレーズ形状のレリーフ格子で、パタ
ーンの上部と下部とでの位相差φが、 ０．４８π＜φ＜０．５２π であることを特徴とする光学系。 １１．観察用光路中に回折型レンズと屈折レンズ系とを
含む光学系において、前記回折型レンズが観察光路中に
着脱可能であることを特徴とする光学系。 １２．付記項１記載の光学系において、前記回折型レン
ズが観察用光路中に着脱可能であることを特徴とする光
学系。 １３．付記項１１または１２記載の光学系において、前
記回折型レンズの着脱に応じて、入射光の波長域を限定
する波長制限手段を設けたことを特徴とする光学系。 １４．付記項１３記載の光学系において、前記波長制限
手段は、前記回折型レンズと一体に形成したバンドパス
フィルターで、該バンドパスフィルターの透過率がピー
クとなる波長域が、強度が最も強い回折光の強度に対し
て７０％以上の強度を有する別の回折光が生成される波
長域にあることを特徴とする光学系。Appendix 1. An illumination optical system that does not include a diffractive optical element, an observation optical system that includes a diffractive lens, at least one refractive lens element having positive power, and a refractive lens system including at least one refractive lens element having negative power An optical system, wherein the diffractive lens is used to generate diffracted light of another diffractive order having an intensity of 70% or more with respect to the diffracted light of the diffractive order having the strongest intensity generated by the diffractive lens. An optical system characterized by being configured to generate. 2. The optical system according to appendix 1, wherein the diffractive lens has a relief grating. 3. The optical system according to appendix 2, wherein the relief grating is a relief grating in which convex portions whose cross sections are bilaterally symmetrical are continuously arranged. 4. The optical system according to appendix 3, wherein the convex portion has a rectangular cross-sectional shape. 5. In the optical system according to appendix 4, the width of the convex portion and
The ratio β to the pitch of the relief grating is 0.41 <β <0.59, and the phase difference φ between the upper portion and the lower portion of the convex portion is (m−0.4) π <φ <(m + 0 .4) π, where m = 1, 2, 3, ... 6. In the optical system according to attachment 5, the phase difference φ between the upper portion and the lower portion of the convex portion is (m-0.12) π <φ <(m + 0.12) π, where m = 1, 2, 3 , ... An optical system characterized by the following. 7. In the optical system according to attachment 5, the phase difference φ between the upper portion and the lower portion of the convex portion is (m−0.38) π <φ <(m−0.34) π or (m + 0.34) π <φ <(m + 0.38) π However, m = 1, 2, 3, ... 8. In the optical system according to appendix 2, the relief grating has a blazed cross-sectional shape and a phase difference φ between an upper portion and a lower portion of the pattern is {(2m−1) /2−0.02} π <φ < {(2m-
1) /2+0.02} π where m = 1, 2, 3, ... 9. In the optical system according to appendix 1, the diffractive lens and the refraction lens system forming the observation optical system are
An optical system characterized by being configured to be relatively movable in the optical axis direction so that the distance between them can be changed. 10. In the optical system according to appendix 9, the diffraction type lens is a relief grating having a blazed cross-sectional shape, and a phase difference φ between an upper portion and a lower portion of the pattern is 0.48π <φ <0.52π. Optical system characterized by. 11. An optical system including a diffractive lens and a refraction lens system in an observation optical path, wherein the diffractive lens is detachable in the observation optical path. 12. The optical system according to appendix 1, wherein the diffractive lens is attachable to and detachable from an optical path for observation. 13. 13. The optical system according to appendix 11 or 12, further comprising wavelength limiting means for limiting a wavelength range of incident light according to attachment / detachment of the diffractive lens. 14． 14. In the optical system according to appendix 13, the wavelength limiting means is a bandpass filter formed integrally with the diffractive lens, and the wavelength region where the transmittance of the bandpass filter has a peak has a strongest intensity. The optical system is in a wavelength range where another diffracted light having an intensity of 70% or more with respect to the intensity of is generated.
【００７１】[0071]
【発明の効果】請求項１記載の光学系によれば、複数の
焦点を有するので、同時に複数の点を重ねて見ることが
できる。したがって、この光学系を露光装置の位置合わ
せ用光学顕微鏡に用いれば、同時に複数の点を重ねて見
ることのできる顕微鏡を得ることができるので、マスク
と基板とが少し離れている場合でも、マスクおよび基板
の両方にピントを合わせて、両方を同時に観察しなが
ら、両者の位置合わせを容易に行うことができる。ま
た、高倍率で焦点深度が浅くなっても、マスクと基板と
を同時に重ねて見ることができるので、容易に精密な位
置合わせができる。According to the optical system of the first aspect, since it has a plurality of focal points, a plurality of points can be seen at the same time. Therefore, if this optical system is used in an optical microscope for alignment of an exposure apparatus, it is possible to obtain a microscope in which a plurality of points can be seen at the same time. Therefore, even when the mask and the substrate are slightly separated, It is possible to focus on both the substrate and the substrate, and observe them both at the same time while easily aligning them. Further, even if the depth of focus becomes shallow at a high magnification, the mask and the substrate can be viewed at the same time, so that precise alignment can be easily performed.
【００７２】さらに、既に形成してあるパターンとマス
クとを位置合わせしてパターン上のフォトレジストを露
光する場合でも、パターンとマスクとを同時に重ねて見
ることができるので、容易に位置を合わせて、精度よく
露光することができる。さらにまた、裏面に形成したパ
ターンに合わせて表面のレジストをマスクを介して露光
する場合や、基板の両面のレジストを両面にあるマスク
を介して露光する場合にも、裏面のパターンとマスク、
基板の両側のマスクとマスクを同時に重ねて見ることが
できる。また、一方向から両側を見ることができるの
で、光学系は基板の片側にのみあればよく、したがって
両側に光学系を配置する場合に比べて、装置を小型にで
きる。Furthermore, even when the pattern and the mask which have already been formed are aligned and the photoresist on the pattern is exposed, the pattern and the mask can be seen at the same time so that they can be aligned easily. The exposure can be performed accurately. Furthermore, when the resist on the front surface is exposed through a mask in accordance with the pattern formed on the back surface, or when the resist on both surfaces of the substrate is exposed through the masks on both surfaces, the pattern and mask on the back surface,
The mask on both sides of the substrate and the mask can be seen at the same time. Also, since both sides can be seen from one direction, the optical system only needs to be on one side of the substrate, and therefore the device can be made smaller than in the case where the optical systems are arranged on both sides.
【００７３】また、位置合わせのために、事前に基板や
マスクに特別な回折パターンやマークなどを形成しなく
てもよいので、そのための時間や費用がかからないとい
う利点もある。さらに、回折型レンズが照明光学系の光
路上に存在しないので、照明光が試料に達する前に不要
な回折を受けることがなく、回折による照明光の光量の
低下や不要次数光などによるフレアーの発生を有効に抑
えることができ、したがって明るく鮮明な像を得ること
ができる。Further, since it is not necessary to previously form a special diffraction pattern or mark on the substrate or mask for alignment, there is an advantage that it does not take time or cost. Furthermore, since the diffractive lens does not exist in the optical path of the illumination optical system, the illumination light is not subjected to unnecessary diffraction before reaching the sample, and the reduction in the light amount of the illumination light due to diffraction and the flare due to unnecessary order light occur. It is possible to effectively suppress the occurrence, and thus to obtain a bright and clear image.
【００７４】請求項２記載の光学系によれば、回折型レ
ンズがレリーフ格子であるので、回折型レンズに入射し
た光をほぼ全て透過させることができ、したがって明る
い像を得ることができる。また、レリーフ格子の回折効
率は表面のパターンの深さで決まるので、パターンの深
さを適切に設定することにより容易に回折効率を設定す
ることができ、所望の回折効率を有する回折型レンズを
容易に得ることができる。According to the optical system of the second aspect, since the diffractive lens is a relief grating, almost all the light incident on the diffractive lens can be transmitted, so that a bright image can be obtained. Further, since the diffraction efficiency of the relief grating is determined by the depth of the pattern on the surface, it is possible to easily set the diffraction efficiency by appropriately setting the depth of the pattern, and to obtain a diffractive lens having a desired diffraction efficiency. Can be easily obtained.
【００７５】請求項３記載の光学系によれば、強度がほ
ぼ等しい複数の回折光を生成する回折型レンズを用い
て、複数の焦点の間隔を変えることができるので、見た
い場所の間隔が変わっても焦点の間隔を変えて、再びそ
の場所にピントを合わせることができる。したがって、
マスクと基板との間隔を変えても、基板自体の厚さが変
わっても、容易に見たい場所を重ねて見ることができ、
様々な状況で容易に位置合わせを行うことができる。ま
た、様々な試料に対応できるので、装置の汎用性を高め
ることができる。また、強度が等しく、不要な回折光に
よる像より強度が強い像で観察することができるので、
観察し易く、位置合わせがし易くなる。According to the optical system of the third aspect, it is possible to change the intervals between the plurality of focal points by using the diffractive lens that generates a plurality of diffracted lights having substantially equal intensities. Even if it changes, you can change the focus interval and focus on that place again. Therefore,
Even if the distance between the mask and the substrate is changed, or the thickness of the substrate itself is changed, you can easily see the place you want to see,
Alignment can be easily performed in various situations. Further, since it can be applied to various samples, the versatility of the device can be enhanced. Also, because the images are of equal intensity and stronger than the image of the unwanted diffracted light,
It is easy to observe and align.
【図１】回折次数について説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a diffraction order.
【図２】多重焦点について説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining multifocal points.
【図３】この発明の一実施形態における光学系の概略図
である。FIG. 3 is a schematic diagram of an optical system according to an embodiment of the present invention.
【図４】レリーフ格子の断面形状の４つの例を示す図で
ある。FIG. 4 is a diagram showing four examples of cross-sectional shapes of a relief grating.
【図５】この発明の他の実施形態における光学系の概略
図である。FIG. 5 is a schematic diagram of an optical system according to another embodiment of the present invention.
【図６】矩形状レリーフ格子の断面形状を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional shape of a rectangular relief grating.
【図７】矩形状レリーフ格子の回折効率のβ依存性を示
す図である。FIG. 7 is a diagram showing β dependence of diffraction efficiency of a rectangular relief grating.
【図８】矩形状レリーフ格子の回折効率のφ依存性を示
す図である。FIG. 8 is a diagram showing φ dependence of diffraction efficiency of a rectangular relief grating.
【図９】ブレーズ形状レリーフ格子の回折効率のφ依存
性を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing φ dependence of diffraction efficiency of a blazed relief grating.
【図１０】この発明のさらに他の実施形態における光学
系の概略図である。FIG. 10 is a schematic view of an optical system according to still another embodiment of the present invention.
【図１１】ブレーズ形状レリーフ格子の回折効率の波長
依存性を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing wavelength dependence of diffraction efficiency of a blazed relief grating.
【図１２】この発明のさらに他の実施形態における光学
系の概略図である。FIG. 12 is a schematic view of an optical system according to still another embodiment of the present invention.
【図１３】同じく、さらに他の実施形態における光学系
の概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram of an optical system according to still another embodiment.
【図１４】同じく、さらに他の実施形態における光学系
の概略図である。FIG. 14 is a schematic diagram of an optical system according to still another embodiment.
１ 回折型レンズ ２ ０次光 ３ ＋１次光 ４ 屈折レンズ ５ ０次光の焦点 ６ ＋１次光の焦点 ７ 照明光学系 ８ 光源 ９ コレクターレンズ １０ 絞り １１ コンデンサーレンズ １２ 試料 １３ 像点 １４ 結像レンズ １５ ＋ｍ次光の焦点 １６ −ｍ次光の焦点 １７ａ，１７ｂ 移動手段 １８ 対物レンズ １９ ハーフミラー ２０ 受光素子 ２１ モニター ２２ リレーレンズ 1 Diffractive Lens 2 0th Order Light 3 + 1st Order Light 4 Refraction Lens 5 0th Order Light Focus 6 + 1st Order Light Focus 7 Illumination Optical System 8 Light Source 9 Collector Lens 10 Aperture 11 Condenser Lens 12 Sample 13 Image Point 14 Imaging Lens 15 + m-order light focus 16-m-order light focus 17a, 17b moving means 18 objective lens 19 half mirror 20 light receiving element 21 monitor 22 relay lens
Claims (3)
回折型レンズ、正パワーを有する少なくとも一つの屈折
レンズ素子、および負パワーを有する少なくとも一つの
屈折レンズ素子を含む屈折レンズ系からなる観察光学系
とを有する光学系であって、 前記回折型レンズを、該回折型レンズで生成される強度
が最も強い回折次数の回折光の強度に対して、７０％以
上の強度を有する別の回折次数の回折光を生成するよう
構成したことを特徴とする光学系。1. An illumination optical system not including a diffractive optical element,
An optical system comprising a diffractive lens, at least one refractive lens element having positive power, and an observation optical system including a refractive lens system including at least one refractive lens element having negative power, wherein the diffractive lens is An optical system configured to generate diffracted light of another diffraction order having an intensity of 70% or more with respect to the intensity of the diffracted light of the strongest diffraction order generated by the diffractive lens. system.
とする光学系。2. The optical system according to claim 1, wherein the diffractive lens has a relief grating.
屈折レンズ系を、それらの間隔を変更し得るように、光
軸方向に相対的に移動可能に構成したことを特徴とする
光学系。3. The optical system according to claim 1, wherein the diffractive lens and the refraction lens system forming the observation optical system are relatively moved in the optical axis direction so that the distance between them can be changed. An optical system characterized by being configured as possible.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7299718A JPH09146007A (en) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | Optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7299718A JPH09146007A (en) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | Optical system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09146007A true JPH09146007A (en) | 1997-06-06 |
Family
ID=17876136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7299718A Withdrawn JPH09146007A (en) | 1995-11-17 | 1995-11-17 | Optical system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09146007A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107218577A (en) * | 2017-07-07 | 2017-09-29 | 北京东方风光新能源技术有限公司 | A kind of optical collector with light humidification |
-
1995
- 1995-11-17 JP JP7299718A patent/JPH09146007A/en not_active Withdrawn
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