(57)【要約】【課題】  調整用の光学素子の配置を感度良く微調整する。【解決手段】  第１ピッチで配列された複数の第１マークと、第１ピッチとは異なる第２ピッチで配列された複数の第２マークとを含む調整用マークに対し、所定の波長帯域の照明光を照射する(Ｓ５,Ｓ６)。調整用マークから発生する回折光のうち、開口絞りを通過して結像光学系の像面に到達した光に基づいて、画像を取り込む(Ｓ５,Ｓ６)。調整用マークの画像の輝度情報のうち、第１マークと第２マークに関わる輝度情報の対称/非対称性を加味し、第１マークと第２マークとの位置ずれ量を算出する(Ｓ５,Ｓ６)。照明光の波長帯域を変更する(Ｓ５,Ｓ６)。照明光の波長帯域が異なるときに算出した各々の位置ずれ量に基づいて、結像光学系の瞳面と開口絞り面との間に配置された調整用の光学素子を微調整し、開口絞り面における瞳像の結像位置ずれを補正する(Ｓ８,Ｓ９)。【選択図】      図１０
2006041389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系の物体面に、所定の波長帯の落射照明光による±１次回折光束が前記結像光学系の瞳領域に内接するようなピッチ以上の第１のピッチで配列された第１のマークと、前記第１のピッチより小さい第２のピッチを有して配列された第２のマークとを、それぞれ前記結像光学系の視野中心に対して対称に配設し、
前記結像光学系で形成された前記第１のマークの像と前記第２のマークの像との相対位置に基づいて、前記結像光学系の瞳面と開口絞り面との間に配設された光学素子の位置を調整する
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。
【請求項２】
請求項１に記載の結像光学系の調整方法において、
前記第１のピッチをＰ１(μｍ)、前記第２のピッチをＰ２(μｍ)、前記結像光学系の開口数をＮＡima、前記照明光の照射に用いた光学系の開口数をＮＡill、前記照明光の中心波長をλ(μｍ)とするとき、次の条件式を満足する
ＮＡima ＞ ＮＡill
ＮＡima−ＮＡill ＞ λ/Ｐ１
ＮＡima＋ＮＡill/２ ≦ λ/Ｐ２
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の結像光学系の調整方法において、
前記調整用マークを前記視野中心に対して１８０°回転させる前後の状態の各々で前記結像光学系で形成された像における前記第１のマークと前記第２のマークとの距離を測定し、測定された２つの距離から装置起因の誤差成分量を算出して、前記誤差成分量に基づいて前記光学素子の位置を調整する
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の結像光学系の調整方法において、
前記照明光の波長帯域を変えて、波長ごとに前記第１のマークと前記第２のマークとの相対位置を求め、波長帯域ごとに求められた前記相対位置に基づいて、前記光学素子の位置を調整する
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。
【請求項５】
請求項４に記載の結像光学系の調整方法において、
前記照明光の波長帯域ごとに算出した前記第１のマークと前記第２のマークとの距離同１士の差分、または前記照明光の波長帯域ごとに算出した前記装置起因の誤差成分量同士の差分を指標として、前記光学素子の位置を調整する
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の結像光学系の調整方法において、
前記光学素子は平行平面板であり、
前記光学素子の配置の調整は、前記平行平面板の位置を傾ける方向に調整する
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の像を形成する結像光学系の調整方法に関し、特に、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において基板（半導体ウエハや液晶基板など）に形成されたマークの位置を高精度に検出する装置に好適な結像光学系の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶表示素子などの製造工程では、周知のリソグラフィ工程を経てレジスト層に回路パターンが転写され、このレジストパターンを介してエッチングなどの加工処理を行うことにより、所定の材料膜に回路パターンが転写される(パターン形成工程)。そして、このパターン形成工程を何回も繰り返し実行することにより、様々な材料膜の回路パターンが基板（半導体ウエハや液晶基板）の上に積層され、半導体素子や液晶表示素子の回路が形成される。
【０００３】
さらに、上記の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度よく重ね合わせるため（製品の歩留まり向上を図るため）、各々のパターン形成工程のうち、リソグラフィ工程の前に、基板のアライメントを行い、リソグラフィ工程の後でかつ加工工程の前に、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行っている。なお、基板のアライメントには、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成されたアライメントマークが用いられる。レジストパターンの重ね合わせ検査には、現在のパターン形成工程でレジスト層に形成された重ね合わせマークと、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成された重ね合わせマークとが用いられる。
【０００４】
また、基板のアライメントを行う装置や、基板上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置には、上記のアライメントマークや重ね合わせマーク（総じて単に「マーク」という）の位置を検出する装置が組み込まれている。位置検出装置では、検出対象のマークに対して照明光を照射し、マークからの光（例えば反射光）に基づく画像をＣＣＤカメラなどの撮像素子によって取り込み、その画像に対して所定の画像処理を施すことにより、マークの位置検出を行う。照明光の波長帯域は、多種多様なマークの構造に対して安定した反射強度を得るため、可視光帯域から赤外光近傍帯域までの広帯域な範囲とすることが多い。
【０００５】
さらに、位置検出装置では、その検出精度を高めるために、例えば特許文献１に開示されている方法を利用して、結像光学系(マークの像を形成する光学系)の開口絞りや対物レンズの配置をシフト方向に微調整し、装置起因の誤差成分（ＴＩＳ値：Tool Induced Shift）を低減するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−７７２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した結像光学系の調整方法では、結像光学系の各光学部品を配置する際の製造誤差（光学部品の偏心誤差）などに起因して、結像光学系の開口絞り面における瞳像の結像位置が波長帯域に応じて異なった場合、装置起因の誤差成分(ＴＩＳ値)を良好に低減することができない。
そこで、本発明者は、結像光学系の瞳面と開口絞り面との間に調整用の光学素子を新たに配置して、この光学素子の配置を上記の特許文献１に開示した方法を利用して微調整し、開口絞り面における瞳像の波長帯域に応じた結像位置ずれを補正することを提案した（特願２００３−５４０５８号）。しかし、上記の特許文献１に開示した方法では、光学素子の配置を微調整する際の感度が低く、その調整誤差を小さくすることが難しかった。このため、装置起因の誤差成分(ＴＩＳ値)を十分に低減できるとは限らず、検出精度の向上にも限界があった。
【０００７】
本発明の目的は、調整用の光学素子の配置を感度良く微調整することが可能な結像光学系の調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、結像光学系の物体面に、所定の波長帯の落射照明光による±１次回折光束が前記結像光学系の瞳領域に内接するようなピッチ以上の第１のピッチで配列された第１のマークと、前記第１のピッチより小さい第２のピッチを有して配列された第２のマークとを、それぞれ前記結像光学系の視野中心に対して対称に配設し、
前記結像光学系で形成された前記第１のマークの像と前記第２のマークの像との相対位置に基づいて、前記結像光学系の瞳面と開口絞り面との間に配設された光学素子の位置を調整するものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の結像光学系の調整方法において、前記第１のピッチをＰ１(μｍ)、前記第２のピッチをＰ２(μｍ)、前記結像光学系の開口数をＮＡima、前記照明光の照射に用いた光学系の開口数をＮＡill、前記照明光の中心波長をλ(μｍ)とするとき、次の条件式を満足するものである。
ＮＡima ＞ ＮＡill
ＮＡima−ＮＡill ＞ λ/Ｐ１
ＮＡima＋ＮＡill/２ ≦ λ/Ｐ２
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の結像光学系の調整方法において、前記調整用マークを前記視野中心に対して１８０°回転させる前後の状態の各々で前記結像光学系で形成された像における前記第１のマークと前記第２のマークとの距離を測定し、測定された２つの距離から装置起因の誤差成分量を算出して、前記誤差成分量に基づいて前記光学素子の位置を調整するものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の結像光学系の調整方法において、前記照明光の波長帯域を変えて、波長ごとに前記第１のマークと前記第２のマークとの相対位置を求め、波長帯域ごとに求められた前記相対位置に基づいて、前記光学素子の位置を調整するものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の結像光学系の調整方法において、前記照明光の波長帯域ごとに算出した前記第１のマークと前記第２のマークとの距離同１士の差分、または前記照明光の波長帯域ごとに算出した前記装置起因の誤差成分量同士の差分を指標として、前記光学素子の位置を調整するものである。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の結像光学系の調整方法において、前記光学素子は平行平面板であり、前記光学素子の配置の調整は、前記平行平面板の位置を傾ける方向に調整するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の結像光学系の調整方法によれば、調整用の光学素子の配置を感度良く微調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
ここでは、本実施形態の結像光学系の調整方法について、図１に示す重ね合わせ測定装置１０を例に説明する。重ね合わせ測定装置１０は、半導体素子や液晶表示素子などの製造工程において、基板１１のレジストパターン(不図示)の重ね合わせ検査を行う装置である。重ね合わせ検査では、基板１１の下地層に形成された回路パターン（以下「下地パターン」という）に対するレジストパターンの位置ずれ量の測定が行われる。
【００１４】
重ね合わせ測定装置１０には、図１(ａ)に示す通り、基板１１または後述の調整用基板３０（図２）を支持するステージ１２と、照明光学系(１３〜１９)と、結像光学系(１９〜２４)と、ＣＣＤ撮像素子２５と、画像処理部２６と、焦点検出部(４１〜４８)と、ステージ制御部２７とが設けられる。
ステージ１２は、図示省略したが、基板１１または後述の調整用基板３０（図２）を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向(ＸＹ方向)に駆動するＸＹ駆動部と、ホルダを鉛直方向(Ｚ方向)に駆動するＺ駆動部とで構成されている。そして、ＸＹ駆動部とＺ駆動部は、ステージ制御部２７に接続されている。
【００１５】
ここで、基板１１は、半導体ウエハや液晶基板などの一般的な製品基板であり、レジスト層に対する露光・現像後で、所定の材料膜に対する加工前の状態にある。製品基板には、重ね合わせ検査のために多数の測定点が用意されている。測定点の位置は、各ショット領域の四隅などである。各測定点には、レジストパターンの基準位置を示すレジストマークと下地パターンの基準位置を示す下地マークとが形成されている。以下の説明では、レジストマークと下地マークとを総じて「重ね合わせマーク１１Ａ」という。
【００１６】
また、調整用基板３０（図２）は、結像光学系(１９〜２４)を調整する際の指標を求めるために設計されたものである。この調整用基板３０には、外マーク３１と内マーク３２とを含む調整用マーク３０Ａが設けられている。調整用マーク３０Ａは、BAR in BAR タイプの２重マークであり、シリコンウエハなどをエッチング処理することにより作成される。調整用マーク３０Ａの段差ｈは、例えば８３ｎｍである。図２(ａ)は平面図、図２(ｂ)は断面図である。
【００１７】
外マーク３１は、Ｘ方向に細長い４本のバーマーク１Ａと、Ｙ方向に細長い４本のバーマーク１Ｂとで構成され、２本ずつが１組となって内マーク３２の周囲に四辺状に配置されている。また、４本のバーマーク１Ａは、各組ごとに、ピッチＰ１で配列されている。同様に、４本のバーマーク１Ｂも、各組ごとに、ピッチＰ１で配列されている。ピッチＰ１は、例えば３.８μｍであり、請求項の「第１ピッチ」に対応する。
【００１８】
内マーク３２は、Ｘ方向に細長い４本のバーマーク２Ａと、Ｙ方向に細長い４本のバーマーク２Ｂとで構成され、２本ずつが１組となって外マーク３１の内側に四辺状に配置されている。また、４本のバーマーク２Ａは、各組ごとに、上記ピッチＰ１とは異なるピッチＰ２で配列されている。同様に、４本のバーマーク２Ｂも、各組ごとに、ピッチＰ２で配列されている。ピッチＰ２は、例えば１μｍであり、請求項の「第２ピッチ」に対応する。
【００１９】
上記の基板１１（または調整用基板３０）がステージ１２のホルダに支持された状態で、ステージ制御部２７は、ステージ１２のＸＹ駆動部を制御し、ホルダをＸＹ方向に移動させて、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または調整用基板３０上の調整用マーク３０Ａ）を視野領域内に位置決めする。また、焦点検出部(４１〜４８)から出力される後述のフォーカス信号に基づいて、ステージ１２のＺ駆動部を制御し、ホルダをＺ方向に上下移動させる。このフォーカス調整により、基板１１（または調整用基板３０）をＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に対して合焦させることができる。このとき、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または調整用基板３０上の調整用マーク３０Ａ）は、結像光学系(１９〜２４)の物体面に配置される。
【００２０】
照明光学系(１３〜１９)は、光源部１３と、光軸Ｏ１に沿って順に配置された照明開口絞り１４とコンデンサーレンズ１５と視野絞り１６と照明リレーレンズ１７とビームスプリッタ１８と、光軸Ｏ２上に配置された第１対物レンズ１９とで構成されている。ビームスプリッタ１８は、反射透過面が光軸Ｏ１に対して略４５°傾けられ、光軸Ｏ２上にも配置されている。照明光学系(１３〜１９)の光軸Ｏ１は、結像光学系(１９〜２４)の光軸Ｏ２に垂直である。
【００２１】
また、光源部１３は、光源３Ａとコレクタレンズ３Ｂと光学リレーレンズ３Ｃと波長切替機構３Ｄとライトガイドファイバ３Ｅとで構成される。光源３Ａは、波長帯域の広い光（例えば白色光）を射出する。波長切替機構３Ｄには、透過特性の異なる複数の光学フィルタが設けられる。光学フィルタを切り替えて照明光路に挿入することで、光源３Ａから射出された光の波長帯域のうち、広帯域（例えば本実施形態では波長幅が２７０ｎｍ程度）、長波長帯域、短波長帯域の何れかを選択することができる。
【００２２】
上記の光源部１３において、光源３Ａから射出された広帯域波長の光は、コレクタレンズ３Ｂを介して波長切替機構３Ｄの光学フィルタに入射し、その透過特性に応じた波長帯域（つまり広帯域または長波長帯域または短波長帯域）の光となる。その後、光学リレーレンズ３Ｃとライトガイドファイバ３Ｅとを介して、照明開口絞り１４に導かれる。
照明開口絞り１４は、その中心が光軸Ｏ１上に位置し、光源部１３から射出された光の径を特定の径に制限する。コンデンサーレンズ１５は、照明開口絞り１４からの光を集光する。視野絞り１６は、重ね合わせ測定装置１０の視野領域を制限する光学素子であり、図１(ｂ)に示すように、矩形状の開口である１つのスリット１６ａを有する。照明リレーレンズ１７は、視野絞り１６のスリット１６ａからの光をコリメートする。ビームスプリッタ１８は、照明リレーレンズ１７からの光を下向きに反射する。
【００２３】
上記の構成において、光源部１３から射出された光は、照明開口絞り１４とコンデンサーレンズ１５とを介して、視野絞り１６を均一に照明する。そして、視野絞り１６のスリット１６ａを通過した光は、照明リレーレンズ１７を介してビームスプリッタ１８に導かれ、その反射透過面で反射した後（照明光Ｌ１）、光軸Ｏ２上の第１対物レンズ１９に導かれる。
【００２４】
第１対物レンズ１９は、ビームスプリッタ１８からの照明光Ｌ１を入射して集光する。これにより、ステージ１２上の基板１１（または調整用基板３０）は、第１対物レンズ１９を透過した所定の波長帯域の照明光Ｌ１によって垂直に照明される（落射照明）。
なお、基板１１（または調整用基板３０）に入射するときの照明光Ｌ１の入射角度は、照明開口絞り１４の中心と光軸Ｏ１との位置関係によって決まる。また、基板１１（または調整用基板３０）の各点における照明光Ｌ１の入射角度範囲は、照明開口絞り１４の絞り径によって決まる。照明開口絞り１４が第１対物レンズ１９の仮想瞳面１９Ａと共役な位置関係にあるからである。
【００２５】
さらに、視野絞り１６と基板１１（または調整用基板３０）とは共役な位置関係にあるため、基板１１（または調整用基板３０）の表面のうち、視野絞り１６のスリット１６ａに対応する領域が照明光Ｌ１によって照明される。つまり、基板１１（または調整用基板３０）の表面には、照明リレーレンズ１７と第１対物レンズ１９の作用によって、スリット１６ａの像が投影される。
【００２６】
そして、上記した所定の波長帯域の照明光Ｌ１が照射された基板１１（または調整用基板３０）の領域から、回折光Ｌ２が発生する。回折光Ｌ２には、０次回折光（つまり反射光）や、±１次回折光などが含まれる。回折光Ｌ２の波長特性は、調整用基板３０の場合、調整用マーク３０Ａの外マーク３１と内マーク３２とで等しく、照明光Ｌ１の波長特性とも略等しい。また、基板１１（一般的な製品基板）の場合、重ね合わせマーク１１Ａのレジストマークと下地マークの構造や物性に応じて異なる。これは、マークの反射特性が、マークの構造や物性に応じて変化するからである。基板１１（または調整用基板３０）からの回折光Ｌ２は、後述の結像光学系(１９〜２４)に導かれる。
【００２７】
結像光学系(１９〜２４)は、光軸Ｏ２に沿って順に配置された第１対物レンズ１９と第２対物レンズ２０と第１結像リレーレンズ２１と平行平面板２２と結像開口絞り２３と第２結像リレーレンズ２４とで構成されている。結像光学系(１９〜２４)の光軸Ｏ２は、Ｚ方向に平行である。なお、第１対物レンズ１９と第２対物レンズ２０との間には、照明光学系(１３〜１９)のビームスプリッタ１８が配置され、第２対物レンズ２０と第１結像リレーレンズ２１との間には、焦点検出部(４１〜４８)のビームスプリッタ４１が配置されている。ビームスプリッタ１８,４１は、光の振幅分離を行うハーフプリズムである。
【００２８】
そして、第１対物レンズ１９は、基板１１（または調整用基板３０）からの回折光Ｌ２をコリメートする。第１対物レンズ１９でコリメートされた回折光Ｌ２は、上記のビームスプリッタ１８を透過して第２対物レンズ２０に入射する。第２対物レンズ２０は、ビームスプリッタ１８からの回折光Ｌ２を１次結像面１０ａ上に集光する。
１次結像面１０ａの後段に配置された焦点検出部(４１〜４８)のビームスプリッタ４１は、焦点検出部(４１〜４８)の光軸Ｏ３と結像光学系(１８〜２４)の光軸Ｏ２に対して、反射透過面が略４５°傾けられている。そして、ビームスプリッタ４１は、第２対物レンズ２０からの回折光Ｌ２の一部（Ｌ３）を透過すると共に、残りの一部（Ｌ４）を反射する。ビームスプリッタ４１を透過した一部の光Ｌ３は、結像光学系(１８〜２４)の第１結像リレーレンズ２１に導かれる。第１結像リレーレンズ２１は、ビームスプリッタ４１からの光Ｌ３をコリメートする。
【００２９】
平行平面板２２は、光軸Ｏ２に垂直な２つの軸（それぞれＸ軸とＹ軸に平行）を中心として、数度程度の範囲内でチルト可能である。つまり、平行平面板２２の配置は、チルト方向に微調整可能である。Ｘ軸と平行な軸を中心としたチルト方向の微調整について示すと図３のようになる。図３に示す通り、平行平面板２２の光軸２２ａ（厚さ方向に平行な軸）を光軸Ｏ２に対して傾斜させる方向が「チルト方向」に対応する。平行平面板２２の配置のチルト方向の微調整とは、平行平面板２２のチルト角θの微調整に対応する。
【００３０】
上記のように、平行平面板２２は、その配置をチルト方向に微調整可能であり（詳細は後述）、第１結像リレーレンズ２１からの光を透過する。結像開口絞り２３は、第１対物レンズ１９の仮想瞳面１９Ａと共役な面に配置され、平行平面板２２からの光の径を特定の径に制限する。第２結像リレーレンズ２４は、結像開口絞り２３からの光をＣＣＤ撮像素子２５の撮像面(２次結像面)上に再結像する。
【００３１】
上記の結像光学系(１８〜２４)では、視野領域内に基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または調整用基板３０上の調整用マーク３０Ａ）が位置決めされているとき、そのマークの像をＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に形成する。さらに、第１対物レンズ１９の仮想瞳面１９Ａと、結像開口絞り２３の配置面（以下「開口絞り面２３Ａ」）との間に配置された平行平面板２２は、その配置をチルト方向に微調整可能であり、平行平面板２２を用いて結像光学系(１８〜２４)の調整が行われる（詳細は後述）。平行平面板２２は、請求項の「調整用の光学素子」に対応する。
【００３２】
ＣＣＤ撮像素子２５は、その撮像面が結像光学系(１８〜２４)の像面と一致するように配置される。ＣＣＤ撮像素子２５は、複数の画素が２次元配列されたエリアセンサであり、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または調整用基板３０上の調整用マーク３０Ａ）の像を撮像して、画像信号を画像処理部２６に出力する。画像信号は、ＣＣＤ撮像素子２５の撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布（輝度分布）を表している。
【００３３】
画像処理部２６は、ＣＣＤ撮像素子２５からの画像信号に基づいて、基板１１上の重ね合わせマーク１１Ａ（または調整用基板３０上の調整用マーク３０Ａ）の画像を取り込み、その画像に対して所定の画像処理を施す。ちなみに、重ね合わせマーク１１Ａの画像に対しては、重ね合わせ検査用の画像処理を施す。調整用マーク３０Ａの画像に対しては、平行平面板２２の配置をチルト方向に微調整する際の指標を求めるために、所定の画像処理（後述）を施す。なお、画像処理部２６を介して、不図示のテレビモニタよる目視観察も可能である。
【００３４】
次に、焦点検出部(４１〜４８)の説明を行う。焦点検出部(４１〜４８)は、ステージ１２上の基板１１（または調整用基板３０）がＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に対して合焦状態にあるか否かを検出するものである。
焦点検出部(４１〜４８)は、光軸Ｏ３に沿って順に配置されたビームスプリッタ４１とＡＦ第１リレーレンズ４２と平行平面板４３と瞳分割ミラー４４とＡＦ第２リレーレンズ４５とシリンドリカルレンズ４６とからなる光学系と、ＡＦセンサ４７と、信号処理部４８とで構成されている。ＡＦセンサ４７はラインセンサであり、その撮像面４７ａには複数の画素が１次元配列されている。シリンドリカルレンズ４６は、ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａにおける画素の配列方向（図中Ａ方向）に対して垂直な方向の屈折力を持つ。
【００３５】
焦点検出部(４１〜４８)において、ビームスプリッタ４１で反射した一部の光Ｌ４（以下「ＡＦ光」という）は、ＡＦ第１リレーレンズ４２によってコリメートされ、平行平面板４３を透過して、瞳分割ミラー４４に入射する。瞳分割ミラー４４上には、照明光学系(１３〜１９)の照明開口絞り１４の像が形成される。平行平面板４３は、照明開口絞り１４の像を瞳分割ミラー４４の中心に位置調整するための光学素子であり、チルト調整が可能な機構になっている。
【００３６】
瞳分割ミラー４４に入射したＡＦ光は、そこで２方向の光に振幅分離された後、ＡＦ第２リレーレンズ４５とシリンドリカルレンズ４６を介して、ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａの近傍に集光される。このとき、撮像面４７ａには、画素の配列方向（図中Ａ方向）に沿って離れた位置に、計測方向に対して２つの視野絞り１６の像が形成される。
そして、ＡＦセンサ４７は、撮像面４７ａに形成された２つの像の結像中心に関する受光信号を信号処理部４８に出力する。信号処理部４８は、ＡＦセンサ４７からの出力に基づいて、計測方向について２つの視野絞り１６の像の結像中心の距離を算出し、予め記憶している合焦状態での距離との差を求め、フォーカス信号をステージ制御部２７に出力する。このような瞳分割方式のＡＦ動作の詳細は、例えば特開２００２−４０３２２号公報に記載されている。
【００３７】
ところで、上記のように構成された重ね合わせ測定装置１０（図１）において、結像光学系(１８〜２４)の各光学部品を配置する際には、各光学部品を金物で固定し、そのブロックをコリメータなどの器具により調整しながら光軸Ｏ２に対して平行に配置していく。しかし、ブロックの加工精度や調整誤差などに起因して、各光学部品が偏心誤差を持つことがある。
【００３８】
光学部品の偏心誤差が、結像光学系(１８〜２４)の仮想瞳面１９Ａと開口絞り面２３Ａとの間に発生した場合、その偏心誤差に起因して、開口絞り面２３Ａにおける瞳像の結像位置が波長帯域に応じて異なってしまう。このような場合の瞳像の位置関係を模式的に示すと、図４のようになる。図４には、照明光Ｌ１の中心波長帯域に相当する瞳像ＨGと、短波長帯域に相当する瞳像ＨBと、長波長帯域に相当する瞳像ＨRとの位置関係を示す。図４の瞳像ＨR,ＨG,ＨBは、結像開口絞り２３Ａに入射する回折光Ｌ３のうち、同じ回折次数の成分（例えば０次回折成分）である。
【００３９】
また、開口絞り面２３Ａにおける瞳像ＨR,ＨG,ＨBの結像位置ずれ（図４）を引き起こす場合の一例として、図５に示すようなビームスプリッタ１８の偏心誤差（チルト誤差）が考えられる。図５では、光軸Ｏ２上の光学部品のうちビームスプリッタ４１の図示を省略し、平行平面板２２のチルト角θ＝０（図３(ａ)と同様）とした。また、図５には、回折光Ｌ３のうち、短波長帯域の回折光ＬBの光路と、長波長帯域の回折光ＬRの光路とを分けて示した。
【００４０】
図５から分かるように、例えばビームスプリッタ１８が偏心誤差を持つ場合、平行平面板２２の微調整を行わないと（つまりチルト角θ＝０に設定すると）、短波長帯域の回折光ＬBと長波長帯域の回折光ＬRとが位置ずれした状態のまま開口絞り面２３Ａに入射し、開口絞り面２３Ａにおける瞳像ＨR,ＨG,ＨBの結像位置ずれ（図４）が起きる。なお、ビームスプリッタ１８に限らず、第２対物レンズ２０やビームスプリッタ４１や第１結像リレーレンズ２１が偏心誤差を持つ場合も同様である。
【００４１】
そして、開口絞り面２３Ａにおける瞳像ＨR,ＨG,ＨBの結像位置が波長帯域に応じて異なると（図４）、そこに配置されている結像開口絞り２３を各波長帯域の回折光Ｌ３が通過する際、波長帯域ごとにケラレの対称/非対称性が異なることになる。例えば、中心波長帯域のケラレが対称な場合には、短波長帯域のケラレも長波長帯域のケラレも非対称となってしまう。
【００４２】
ケラレが非対称な場合とは、図６(ａ)に示す通り、結像開口絞り２３の中心Ｃ23に対して、瞳像Ｈの中心ＣHの位置がずれている場合である。図６(ａ)では、瞳像Ｈの０次回折成分と±１次回折成分とを例示した。図６(ａ)の場合、瞳像Ｈのうち、＋１次回折成分の一部（点ハッチング部）は、結像開口絞り２３により遮られてケラレとなっているが、−１次回折成分は、結像開口絞り２３による制限を受けない。このため、瞳像Ｈの中心ＣHに関して、ケラレが非対称となる。
【００４３】
これに対し、ケラレが対称な場合とは、図７(ａ)に示す通り、瞳像Ｈの中心ＣHの位置が結像開口絞り２３の中心Ｃ23に一致している場合である。図７(ａ)でも、瞳像Ｈの０次回折成分と±１次回折成分とを例示した。図７(ａ)の場合には、瞳像Ｈのうち、＋１次回折成分と−１次回折成分の一部（点ハッチング部）が、同じ量だけ、結像開口絞り２３により遮られてケラレとなっている。このため、瞳像Ｈの中心ＣHに関して、ケラレが対称となる。
【００４４】
また、ケラレが非対称な場合（図６(ａ)）、結像開口絞り２３を通過した後の回折光Ｌ３を考えると、０次回折成分と−１次回折成分の光量は変化しないが、＋１次回折成分の光量は低下することになる。すなわち、−１次回折成分と比べて＋１次回折成分の光量が少なくなる。これは、そもそも、結像光学系(１９〜２４)の物体面に配置された図６(ｂ)のような凹凸構造のマークから回折光Ｌ２が発生するとき、−１次回折成分よりも＋１次回折成分の光量が少なくなり、左右のエッジ像に関する結像状態に差が現れる。
【００４５】
さらに、上記のような回折光Ｌ２の非対称性が起きると、図６(ｂ)に示すマークの２つのエッジＥ１,Ｅ２の見え方が異なってしまう。そのため、結像光学系(１８〜２４)を介してＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に形成されたエッジＥ１,Ｅ２の像の強度プロファイルは、図６(ｃ)のような歪み（左右のアンバランス）を含むことになる。この場合、ＣＣＤ撮像素子２５からの画像信号に基づいて、図６(ｂ)に示すマークの位置を検出すると、検出結果には、左右のエッジ像のアンバランスに応じた誤差成分（ＴＩＳ値）が含まれてしまう。
【００４６】
一方、ケラレが対称な場合（図７(ａ)）、結像開口絞り２３を通過した後の回折光Ｌ３を考えると、０次回折成分の光量は変化しないが、−１次回折成分と＋１次回折成分の光量は同じ量だけ低下する。
さらに、上記のような回折光Ｌ２の対称性が保たれると、図７(ｂ)に示すマークの２つのエッジＥ１,Ｅ２の見え方が同じになる。つまり、一方のエッジＥ１は−１次回折成分の光量確保によって良く見え、他方のエッジＥ２は＋１次回折成分の光量確保によって良く見えることになる。そのため、結像光学系(１８〜２４)を介してＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に形成されたエッジＥ１,Ｅ２の像の強度プロファイルは、図７(ｃ)のように、左右で等しくなる（バランスする）ことになる。この場合、ＣＣＤ撮像素子２５からの画像信号に基づいて、図７(ｂ)に示すマークの位置を検出すると、誤差成分（ＴＩＳ値）を含まない正確な検出結果を得ることができる。
【００４７】
したがって、既に説明した通り、開口絞り面２３Ａにおける瞳像ＨR,ＨG,ＨBの結像位置が波長帯域に応じて異なると（図４）、波長帯域ごとにケラレの対称/非対称性が異なるため（図６(ａ),図７(ａ)）、同じマーク（図６(ｂ),図７(ｂ)）のエッジＥ１,Ｅ２の像であっても、その強度プロファイル（図６(ｃ),図７(ｃ)）は波長帯域ごとに左右のバランス/アンバランスが異なってしまう。例えば、中心波長帯域のケラレが対称で、長波長帯域や短波長帯域のケラレが非対称な場合、前者のエッジ像の強度プロファイルは図７(ｃ)のようになり、後者のエッジ像の強度プロファイルは図６(ｃ)のようになる。
【００４８】
その結果、ケラレの対称な中心波長帯域では、マーク位置の正確な検出結果を得ることができるのに対し、ケラレの非対称な長波長帯域や短波長帯域では、マーク位置の検出結果が誤差成分（ＴＩＳ値）を含む不正確なものとなってしまう。
ちなみに、長波長帯域におけるケラレの非対称性が図６(ａ)のような方向特性を持つ場合、短波長帯域におけるケラレの非対称性は、図８(ａ)のような反転した方向特性を持つことになる。そして、マークから発生する回折光Ｌ２の各成分の光量と、エッジＥ１,Ｅ２の像の強度プロファイルは、図８(ｂ),(ｃ)のようになる。このため、短波長帯域におけるマーク位置の検出結果の誤差成分（ＴＩＳ値）は、長波長帯域におけるマーク位置の検出結果の誤差成分（ＴＩＳ値）とは反転した方向特性を持つことになる。
【００４９】
次に、本実施形態の結像光学系(１８〜２４)の調整方法について説明する。結像光学系(１８〜２４)の調整は、開口絞り面２３Ａにおける瞳像ＨR,ＨG,ＨBの波長帯域に応じた結像位置ずれ（図４）を補正し、波長帯域に拘わらず同一の結像位置（例えば図７の位置）に瞳像ＨR,ＨG,ＨBを形成するために行われる。この調整には、図２に示す調整用基板３０と、結像光学系(１８〜２４)の仮想瞳面１９Ａと開口絞り面２３Ａとの間に配置された平行平面板２２とが用いられる。
【００５０】
調整用基板３０（図２）に設けられている調整用マーク３０Ａは、既に説明した通り、外マーク３１と内マーク３２とで構成され、外マーク３１のピッチＰ１が例えば３.８μｍであり、内マーク３２のピッチＰ２が例えば１μｍである。このようなピッチＰ１,Ｐ２は、照明光学系(１３〜１９)の開口数をＮＡill、結像光学系(１９〜２４)の開口数をＮＡima、照明光Ｌ１の中心波長をλ(μｍ)とするとき、次の条件式(１)〜(３)を満足する。
【００５１】
ＮＡima ＞ ＮＡill  …(１)
ＮＡima−１.２×ＮＡill ＝ λ/Ｐ１  …(２)
ＮＡima＋ＮＡill/２ ＝ λ/Ｐ２  …(３)
条件式(１)を満足する場合、結像光学系(１９〜２４)の開口絞り面２３Ａにおける瞳像Ｈ（図６〜図８参照）の大きさは、各成分ごとに結像開口絞り２３より小さくなる。
【００５２】
条件式(２)は、調整用マーク３０Ａの外マーク３１に関する。条件式(２)を満足する場合、開口絞り面２３Ａにおける外マーク３１の波長λの瞳像Ｈ31は、図９(ａ)に示す通り、０次回折成分と±１次回折成分との全てが結像開口絞り２３の内側に余裕を持って入射する。図９(ａ)には、瞳像Ｈ31の中心ＣHの位置が結像開口絞り２３の中心Ｃ23に一致しているときの位置関係を示した。
【００５３】
また、条件式(２)を満足する場合、図４に示す波長帯域ごとの瞳像ＨR,ＨG,ＨBの結像位置ずれがあっても、波長帯域に拘わらず０次回折成分と±１次回折成分との全てを結像開口絞り２３の内側に入射させることができる。つまり、外マーク３１では、照明光Ｌ１の中心波長λだけでなく、長波長帯域と短波長帯域との何れにおいても、ケラレの対称性を保つことができる（図７参照）。
【００５４】
一方、条件式(３)は、調整用マーク３０Ａの内マーク３２に関する。条件式(３)を満足する場合、開口絞り面２３Ａにおける内マーク３２の波長λの瞳像Ｈ32は、図９(ｂ)に示す通り、０次回折成分が結像開口絞り２３の内側に入射し、±１次回折成分が結像開口絞り２３の外側に入射する。図９(ｂ)には、瞳像Ｈ32の中心ＣHの位置が結像開口絞り２３の中心Ｃ23に一致しているときの位置関係を示した。この場合、ケラレの対称性が保たれている。
【００５５】
また、条件式(３)を満足する場合、図４に示す波長帯域ごとの瞳像ＨR,ＨG,ＨBの結像位置ずれがあると、長波長帯域では瞳像Ｈ32の中心ＣHが結像開口絞り２３の中心Ｃ23よりも図中左方にシフトし（図６参照）、短波長帯域では反対に瞳像Ｈ32の中心ＣHが結像開口絞り２３の中心Ｃ23よりも図中右方にシフトする（図８参照）ため、ケラレの対称性が崩れて非対称となる。
【００５６】
本実施形態の結像光学系(１８〜２４)の調整方法では、上記のような内マーク３２における波長帯域ごとのケラレの対称/非対称性を加味して、結像光学系(１９〜２４)を調整する際の指標を求め、その指標に基づいて平行平面板２２の配置をチルト方向に微調整する（図３参照）。結像光学系(１８〜２４)の調整は、図１０のフローチャートの手順にしたがって行われる。
【００５７】
ステップＳ１では、ステージ１２のホルダに調整用基板３０を載置し、重ね合わせ測定装置１０の視野領域内に調整用マーク３０Ａを位置決めする。この位置決め後、焦点検出部(４１〜４８)からのフォーカス信号に基づいてＡＦ動作を行い、調整用マーク３０ＡをＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に対して合焦させる。つまり、結像光学系(１９〜２４)の物体面に調整用マーク３０Ａを配置する。
【００５８】
ステップＳ２では、調整用マーク３０Ａに対して広帯域の照明光Ｌ１（例えば波長幅が２７０ｎｍ程度）を照射し、このとき調整用マーク３０Ａから発生する広帯域の回折光Ｌ２に基づいて、マーク画像を取り込む。マーク画像の取り込みは、調整用マーク３０Ａを１８０度回転させる前後の状態の各々で行う。そして、２つのマーク画像の輝度情報に基づいて、各々、外マーク３１と内マーク３２との位置ずれ量を算出する。
【００５９】
さらに、次の式(４)にしたがって、０度方向（初期状態）での位置ずれ量Ｌ0と、１８０度方向での位置ずれ量Ｌ180との平均値を、ＴＩＳ値として算出する。このＴＩＳ値は、開口絞り面２３Ａにおける広帯域の瞳像（図９に示す中心波長λの瞳像Ｈ31や瞳像Ｈ32の他、長波長帯域や短波長帯域の瞳像を含む）の中心波長λの中心ＣHと、結像開口絞り２３の中心Ｃ23との位置ずれを表している。
【００６０】
ＴＩＳ＝（Ｌ0＋Ｌ180）/２  …(４)
ステップＳ３では、ステップＳ２で算出したＴＩＳ値（つまり瞳像の中心波長λの中心ＣHの位置ずれ）を、予め定めた閾値と比較する。閾値は、十分に小さい規格値である。そして、ＴＩＳ値が閾値より大きい場合（Ｓ３がＮｏ）、このＴＩＳ値を指標として、結像開口絞り２３の配置をシフト方向に微調整する（ステップＳ４）。その後、ステップＳ２の処理に戻る。上記したステップＳ２〜Ｓ４の処理は、ＴＩＳ値（つまり瞳像の中心波長λの中心ＣHの位置ずれ）が閾値より小さくなる（Ｓ３がＹｅｓとなる）まで繰り返し行われる。
【００６１】
ステップＳ２で算出したＴＩＳ値が閾値より小さくなったとき、瞳像の中心波長λの中心ＣHと結像開口絞り２３の中心Ｃ23とは、図９(ａ),(ｂ)に示す通り、互いに略一致したことになる。この場合、中心波長λにおけるケラレは、調整用マーク３０Ａの外マーク３も内マーク３２も対称となる。外マーク３１のケラレの対称性は、瞳像Ｈ31の±１次回折成分の全てが結像開口絞り２３の内側に入射したことによる。また、内マーク３２のケラレの対称性は、瞳像Ｈ32の±１次回折成分の全てが結像開口絞り２３の外側に入射したことによる。
【００６２】
次のステップＳ５では、照明光Ｌ１の波長帯域を変更し、調整用マーク３０Ａに対して短波長帯域の照明光Ｌ１を照射し、このとき調整用マーク３０Ａから発生する短波長帯域の回折光Ｌ２に基づいて、マーク画像を取り込む。短波長帯域の回折光Ｌ２には、外マーク３１のピッチＰ１に応じた広がり角で発生した光と、内マーク３２のピッチＰ２に応じた広がり角で発生した光とが含まれる。そして、この回折光Ｌ２のうち、結像開口絞り２３を通過して結像光学系(１９〜２４)の像面に到達した光に基づいて、マーク画像の取り込みが行われる。
【００６３】
図４に示す波長帯域ごとの瞳像ＨR,ＨG,ＨBの結像位置ずれがある場合、短波長帯域の回折光Ｌ２による外マーク３１の瞳像は、図９(ａ)に示す中心波長λの瞳像Ｈ31よりも図中右方にシフトするが、上記の条件式(２)を満足するため、−１次回折成分が結像開口絞り２３の外側にはみ出すことはない。したがって、外マーク３１では、短波長帯域でもケラレの対称性を保つことができる。この場合、マーク画像の外マーク３１の輝度情報は、その強度プロファイルが左右で等しくなる（図７(ｃ)参照）。
【００６４】
一方、内マーク３２の場合には上記の条件式(３)を満足するため、短波長帯域の回折光Ｌ２による瞳像は、図９(ｂ)に示す中心波長λの瞳像Ｈ32よりも図中右方にシフトして、＋１次回折成分の一部が結像開口絞り２３の内側に入射する。つまり、＋１次回折成分のケラレ量が減少し、−１次回折成分のケラレ量は変化しない。したがって、内マーク３２では、短波長帯域においてケラレが非対称となってしまう。この場合、マーク画像の内マーク３２の輝度情報は、その強度プロファイルが歪み（左右のアンバランス）を含むことになる（図６(ｃ)参照）。
【００６５】
短波長帯域の照明光Ｌ１を用いたマーク画像の取り込みも、調整用マーク３０Ａを１８０度回転させる前後の状態の各々で行う。そして、２つのマーク画像の輝度情報に基づいて、外マーク３１に関わる輝度情報の対称/非対称性を加味すると共に、内マーク３２に関わる輝度情報の対称/非対称性を加味して、各々、外マーク３１と内マーク３２との位置ずれ量を算出する。さらに、上記式(４)にしたがって、０度方向での位置ずれ量Ｌ0と、１８０度方向での位置ずれ量Ｌ180との平均値を、ＴＩＳ値として算出する。このＴＩＳ値は、開口絞り面２３Ａにおける短波長帯域の瞳像の中心ＣHと、結像開口絞り２３の中心Ｃ23との位置ずれを表している。
【００６６】
さらに、ステップＳ６では、照明光Ｌ１の波長帯域を変更し、調整用マーク３０Ａに対して長波長帯域の照明光Ｌ１を照射し、このとき調整用マーク３０Ａから発生する長波長帯域の回折光Ｌ２に基づいて、マーク画像を取り込む。長波長帯域の回折光Ｌ２には、外マーク３１のピッチＰ１に応じた広がり角で発生した光と、内マーク３２のピッチＰ２に応じた広がり角で発生した光とが含まれる。そして、この回折光Ｌ２のうち、結像開口絞り２３を通過して結像光学系(１９〜２４)の像面に到達した光に基づいて、マーク画像の取り込みが行われる。
【００６７】
図４に示す波長帯域ごとの瞳像ＨR,ＨG,ＨBの結像位置ずれがある場合、長波長帯域の回折光Ｌ２による外マーク３１の瞳像は、図９(ａ)に示す中心波長λの瞳像Ｈ31よりも図中左方にシフトするが、上記の条件式(２)を満足するため、＋１次回折成分が結像開口絞り２３の外側にはみ出すことはない。したがって、外マーク３１では、長波長帯域でもケラレの対称性を保つことができる。この場合、マーク画像の外マーク３１の輝度情報は、その強度プロファイルが左右で等しくなる（図７(ｃ)参照）。
【００６８】
一方、内マーク３２の場合には上記の条件式(３)を満足するため、長波長帯域の回折光Ｌ２による瞳像は、図９(ｂ)に示す中心波長λの瞳像Ｈ32よりも図中左方にシフトして、−１次回折成分の一部が結像開口絞り２３の内側に入射する。つまり、−１次回折成分のケラレ量が減少し、＋１次回折成分のケラレ量は変化しない。したがって、内マーク３２では、長波長帯域においてケラレが非対称となってしまう。この場合、マーク画像の内マーク３２の輝度情報は、その強度プロファイルが歪み（左右のアンバランス）を含むことになる（図８(ｃ)参照）。
【００６９】
長波長帯域の照明光Ｌ１を用いたマーク画像の取り込みも、調整用マーク３０Ａを１８０度回転させる前後の状態の各々で行う。そして、２つのマーク画像の輝度情報に基づいて、外マーク３１に関わる輝度情報の対称/非対称性を加味すると共に、内マーク３２に関わる輝度情報の対称/非対称性を加味して、各々、外マーク３１と内マーク３２との位置ずれ量を算出する。さらに、上記式(４)にしたがって、０度方向での位置ずれ量Ｌ0と、１８０度方向での位置ずれ量Ｌ180との平均値を、ＴＩＳ値として算出する。このＴＩＳ値は、開口絞り面２３Ａにおける長波長帯域の瞳像の中心ＣHと、結像開口絞り２３の中心Ｃ23との位置ずれを表している。
【００７０】
上記したステップＳ５,Ｓ６の説明から分かるように、短波長帯域におけるケラレの非対称性と長波長帯域におけるケラレの非対称性とは反転した方向特性を持つ。このため、ステップＳ５で算出したＴＩＳ値（短波長帯域の瞳像の中心ＣHの位置ずれ）と、ステップＳ６で算出したＴＩＳ値（長波長帯域の瞳像の中心ＣHの位置ずれ）も、互いに反転した方向特性を持つことになる。
【００７１】
そして、ステップＳ７では、ステップＳ５で算出したＴＩＳ値（短波長帯域の瞳像の中心ＣHの位置ずれ）と、ステップＳ６で算出したＴＩＳ値（長波長帯域の瞳像の中心ＣHの位置ずれ）との差を求める。「ＴＩＳ値の差」は、開口絞り面２３Ａにおける短波長帯域の瞳像の中心ＣHと長波長帯域の瞳像の中心ＣHと位置ずれを表している。
ステップＳ８では、ステップＳ７で算出した「ＴＩＳ値の差」を、予め定めた閾値（十分に小さい規格値）と比較する。そして、「ＴＩＳ値の差」が閾値より大きい場合（Ｓ８がＮｏ）、「ＴＩＳ値の差」を指標として、平行平面板２２の配置をチルト方向に微調整する（ステップＳ４）。その後、ステップＳ５の処理に戻る。上記したステップＳ５〜Ｓ９の処理は、「ＴＩＳ値の差」が閾値より小さくなる（Ｓ８がＹｅｓとなる）まで繰り返し行われる。
【００７２】
なお、調整用マーク３０Ａの外マーク３１と内マーク３２との位置ずれ量（０度方向での位置ずれ量Ｌ0と１８０度方向での位置ずれ量Ｌ180）は、結像開口絞り２３と瞳像Ｈとの相対的な位置関係によって敏感に変化する。また、調整用マーク３０ＡのＴＩＳ値を測定した場合、波長帯域ごとに、内マーク３２の特性が反転するため、ＴＩＳ値の変化が大きい。これは「ＴＩＳ値の差」が波長帯域によって感度良く変化する指標となることを意味している。
【００７３】
ステップＳ７で算出した「ＴＩＳ値の差」が閾値より小さくなったとき（Ｓ８がＹｅｓのとき）、開口絞り面２３Ａにおける短波長帯域の瞳像の中心ＣHと長波長帯域の瞳像の中心ＣHとは、互いに略一致したことになる。この場合、中心波長λの瞳像Ｈ31の中心ＣHも、短波長帯域や長波長帯域の中心ＣHと略一致する。ただし、この時点でステップＳ２のＴＩＳ値を再び算出すると、閾値から外れている（Ｓ３がＮｏとなる）可能性がある。
【００７４】
したがって、ステップＳ２〜Ｓ９の処理を繰り返し行い、ステップＳ２のＴＩＳ値と、ステップＳ７の「ＴＩＳ値の差」とが、各々の閾値より小さくなるように追い込む。ステップＳ２のＴＩＳ値とステップＳ７の「ＴＩＳ値の差」との双方が規格値以内（ステップＳ１０がＮｏ）となった時点で、本実施形態の結像光学系(１９〜２４)の調整処理を終了する。
【００７５】
このとき、開口絞り面２３Ａにおける瞳像ＨR,ＨG,ＨBの波長帯域に応じた結像位置ずれ（図４）が補正され、波長帯域に拘わらず同一の結像位置（例えば図７の位置）に瞳像ＨR,ＨG,ＨBを形成することができる。また、波長帯域に拘わらず、開口絞り面２３Ａにおけるケラレを対称な状態（図７）に保つことができる。
上記したように、本実施形態の結像光学系(１９〜２４)の調整方法では、調整用基板３０の調整用マーク３０Ａの画像から指標（ＴＩＳ値の差）を求め、この指標に基づいて平行平面板２２の配置をチルト方向に微調整するため、平行平面板２２の配置を感度良く微調整することができる。したがって、平行平面板２２の調整誤差（チルト角θの誤差）を確実に小さくすることができ、装置起因の誤差成分（ＴＩＳ値）を良好に低減できる。
【００７６】
さらに、ステップＳ５における照明波長の設定を光源３Ａの最も短波側とし、ステップＳ６における照明波長の設定を光源３Ｂの最も長波側とすることにより、可視光帯域から赤外光近傍帯域までの広帯域な範囲（例えば波長幅が２７０ｎｍ程度の範囲）で、装置起因の誤差成分（ＴＩＳ値）を良好に低減できる。
その結果、重ね合わせ測定装置１０における基板１１（一般的な製品基板）の重ね合わせ検査の際に、重ね合わせマーク１１Ａのレジストマークと下地マークの構造や物性に応じて回折光Ｌ２の波長特性が異なる場合でも、それぞれのマーク位置の検出結果として誤差成分（ＴＩＳ値）を含まない正確な値を求めることができ、検出精度が向上する。さらに、レジストマークと下地マークとの位置ずれ量も正確に求めることができ、高精度な重ね合わせ検査が可能となる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、調整用マーク３０Ａの外マーク３１のピッチＰ１が条件式(２)を満足する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。次の条件式(４)を満足する場合にも、本発明を適用できる。
【００７７】
ＮＡima−ＮＡill ＞ λ/Ｐ１  …(４)
さらに、上記した実施形態では、調整用マーク３０Ａの内マーク３２のピッチＰ２が条件式(３)を満足する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。次の条件式(５)を満足する場合にも、本発明を適用できる。
ＮＡima＋ＮＡill/２ ≦ λ/Ｐ２  …(５)
また、上記した実施形態では、外マーク３１のピッチＰ１を内マーク３２のピッチＰ２より大きくしたが、本発明はこれに限定されない。外マーク３１と内マーク３２のピッチＰ１,Ｐ２が異なっていれば、ピッチＰ１,Ｐ２の大小関係が逆であっても、本発明を適用できる。
【００７８】
さらに、上記した実施形態では、条件式(２),(３)や条件式(４),(５)のように、開口絞り面２３Ａにおける瞳像Ｈの±１次回折成分と結像開口絞り２３との位置関係により、調整用マーク３０ＡのピッチＰ１,Ｐ２を定めたが、本発明はこれに限定されない。±１次回折成分に代えて、±２次回折成分やそれ以上の高次成分と結像開口絞り２３との位置関係を用い、ピッチＰ１,Ｐ２を定めても構わない。
【００７９】
また、上記した実施形態では、２種類のマーク（外マーク３１と内マーク３２）により構成された調整用マーク３０Ａの例を説明したが、本発明はこれに限定されない。調整用マーク３０Ａが、ピッチの異なる３種類以上のマークからなる場合にも、本発明を適用できる。
さらに、上記した実施形態では、調整用マーク３０Ａを構成する複数のマーク（例えば外マーク３１と内マーク３２）をバーマークにより構成したが、本発明はこれに限定されない。他の形状（例えばドット状）とする場合にも、本発明を適用できる。また、調整用マーク３０Ａは、複数のマークを中心が一致するように重ねて配置した２重マーク（設計上の位置ずれ量が０のマーク）に限らず、複数のマークを予め定めた間隔（設計上の位置ずれ量≠０）をあけて並べて配置することもできる。
【００８０】
また、上記した実施形態では、照明光Ｌ１の波長帯域が異なるときの誤差成分（ＴＩＳ値）の差を指標として平行平面板２２の配置を微調整する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。照明光Ｌ１の波長帯域が異なるときの位置ずれ量に基づいて、平行平面板２２の配置を微調整する場合にも、本発明を適用できる。このとき、例えば位置ずれ量の差を指標とすればよい。
【００８１】
さらに、上記した実施形態では、平行平面板２２を用いて結像光学系(１９〜２４)を調整する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。調整用の光学素子としては、他に、屈折率の異なる２個の楔形プリズムを用いることが考えられる。この場合、２個の楔形プリズムの斜面どうしを対向させ、光軸Ｏ２に垂直な方向に沿ってスライドさせる（相対位置を変更する）ことによって、平行平面板２２のチルト調整と同等の効果を得ることができる。
【００８２】
また、上記した実施形態では、重ね合わせ測定装置１０に組み込まれた結像光学系(１９〜２４)を例にその調整方法を説明したが、本発明はこれに限定されない。物体を観察するための光学装置（例えば光学顕微鏡や外観検査装置など）の結像光学系を調整する場合にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】重ね合わせ測定装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】調整用基板３０の調整用マーク３０Ａの構成を示す図である。
【図３】平行平面板２２の配置の微調整を説明する図である。
【図４】開口絞り面２３Ａにおける瞳像ＨR,ＨG,ＨBの波長帯域に応じた結像位置ずれを説明する図である。
【図５】ビームスプリッタ１８の偏心誤差（チルト誤差）による開口絞り面２３Ａでの結像位置ずれを説明する図である。
【図６】ケラレが非対称な場合（＋１次回折成分のみ光量低下）を説明する図である。
【図７】ケラレが対称な場合を説明する図である。
【図８】ケラレが非対称な場合（−１次回折成分のみ光量低下）を説明する図である。
【図９】結像開口絞り２３と外マーク３１の瞳像Ｈ31との位置関係(ａ)、結像開口絞り２３と内マーク３２の瞳像Ｈ32との位置関係(ｂ)を示す図である。
【図１０】本実施形態の結像光学系(１９〜２４)の調整手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８４】
１０  重ね合わせ測定装置
１１  基板
１２  ステージ
１３  光源部
１４  照明開口絞り
１５  コンデンサーレンズ
１６  視野絞り
１７  照明リレーレンズ
１８，４１  ビームスプリッタ
１９  第１対物レンズ
２０  第２対物レンズ
２１  第１結像リレーレンズ
２２，４３  平行平面板
２３  結像開口絞り
２４  第２結像リレーレンズ
２５  ＣＣＤ撮像素子
２６  画像処理装置
２７  ステージ制御装置
３０  調整用基板
３０Ａ  調整用マーク
３１  外マーク
３２  内マーク
４２  ＡＦ第１リレーレンズ
４４  瞳分割ミラー
４５  ＡＦ第２リレーレンズ
４６  シリンドリカルレンズ
４７  ＡＦセンサ
４８  信号処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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