(57)【要約】【課題】結像光学系の調整や性能評価を簡易に行える結像光学系の調整方法および評価方法を提供する。【解決手段】３つ以上のライン状のマーク３１が該マークの短手方向（Ｂ方向）に沿って配列され、かつマークの反射特性がマークの間のスペース部３２とは異なるマーク領域３０に、照明光を照射する工程と、マーク領域からの反射光を集光する結像光学系により該結像光学系の像面に形成されたマーク領域の反射像を撮像し、該反射像の画像信号を出力する工程と、画像信号の輝度情報に基づいて、結像光学系を構成する光学要素の位置調整を行う工程とを備え、マーク領域の中で隣り合うマークどうしのピッチＰは、照明光の波長をλ、結像光学系のマーク領域側の開口数をＮＡとするとき、条件式（Ｐ≦λ／ＮＡ）を満足する。【選択図】      図３
2005017728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つ以上のライン状のマークが該マークの短手方向に沿って配列され、かつ前記マークの反射特性が前記マークの間のスペース部とは異なるマーク領域に、照明光を照射する照明工程と、
前記マーク領域からの反射光を集光する結像光学系により該結像光学系の像面に形成された前記マーク領域の反射像を撮像し、該反射像の画像信号を出力する撮像工程と、
前記画像信号の輝度情報に基づいて、前記結像光学系を構成する光学要素の位置調整を行う調整工程とを備え、
前記マーク領域の中で隣り合う前記マークどうしのピッチＰは、前記照明光の波長をλ、前記結像光学系の前記マーク領域側の開口数をＮＡとするとき、次の条件式
Ｐ≦λ／ＮＡ
を満足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、
前記調整工程では、前記画像信号の輝度情報のうち前記マークに対応する部分と前記スペース部に対応する部分とのコントラストを指標として、前記光学要素の位置調整を行う
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２に記載の結像光学系の調整方法において、
前記隣り合うマークどうしの前記ピッチＰは一定であり、
前記調整工程では、前記３つ以上のマークのうち一端部のマークに関わる前記コントラストと他端部のマークに関わる前記コントラストとの差を指標として、前記光学要素の位置調整を行う
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２に記載の結像光学系の調整方法において、
前記隣り合うマークどうしの前記ピッチＰは一定であり、
前記調整工程では、前記３つ以上のマークのうち一端部のマークまたは他端部のマークに関わる前記コントラストと中央部のマークに関わる前記コントラストとの差を指標として、前記光学要素の位置調整を行う
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２に記載の結像光学系の調整方法において、
前記隣り合うマークどうしの前記ピッチＰは一定であり、
前記調整工程では、前記３つ以上のマークのうち一端部のマークと他端部のマークに関わる前記コントラストの平均値と中央部のマークに関わる前記コントラストとの差を指標として、前記光学要素の位置調整を行う
ことを特徴とする結像光学系の調整方法。
【請求項６】
３つ以上のライン状のマークが該マークの短手方向に沿って配列され、かつ前記マークの反射特性が前記マークの間のスペース部とは異なるマーク領域に、照明光を照射する照明工程と、
前記マーク領域からの反射光を集光する結像光学系により該結像光学系の像面に形成された前記マーク領域の反射像を撮像し、該反射像の画像信号を出力する撮像工程と、
前記画像信号の輝度情報に基づいて、前記結像光学系の結像性能を評価する評価工程とを備え、
前記マーク領域の中で隣り合う前記マークどうしのピッチＰは、前記照明光の波長をλ、前記結像光学系の前記マーク領域側の開口数をＮＡとするとき、次の条件式
Ｐ≦λ／ＮＡ
を満足し、
前記評価工程では、前記画像信号の輝度情報のうち前記マークに対応する部分と前記スペース部に対応する部分とのコントラストを指標として、前記結像性能の評価を行う
ことを特徴とする結像光学系の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の像を形成する結像光学系の調整方法および評価方法に関し、特に、紫外線の波長領域での使用に好適な結像光学系の調整方法および評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、物体の像を形成する結像光学系は、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）に組み込まれている。光学装置には、撮像素子や接眼レンズが設けられ、物体から発生した光が撮像素子などに到達するまでの観察光路に多数の光学部材（つまり結像光学系）が配置される。また、結像光学系の調整や性能評価のために、結像光学系の透過波面収差の測定が干渉計により行われている（例えば特許文献１を参照）。結像光学系の調整や性能評価は、通常、結像光学系の製造時に行われる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２０２４４９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、干渉計は非常に高価なため、干渉計を用いて調整などが行われた結像光学系では、その製造原価を下げることが難しい。さらに、紫外線の波長領域で使用される結像光学系の場合には、使用可能な波長領域が非常に狭いため、その波長領域に適合した専用の干渉計が必要であり、設備投資が増大するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、結像光学系の調整や性能評価を簡易に行える結像光学系の調整方法および評価方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の結像光学系の調整方法は、３つ以上のライン状のマークが該マークの短手方向に沿って配列され、かつ前記マークの反射特性が前記マークの間のスペース部とは異なるマーク領域に、照明光を照射する照明工程と、前記マーク領域からの反射光を集光する結像光学系により該結像光学系の像面に形成された前記マーク領域の反射像を撮像し、該反射像の画像信号を出力する撮像工程と、前記画像信号の輝度情報に基づいて、前記結像光学系を構成する光学要素の位置調整を行う調整工程とを備え、前記マーク領域の中で隣り合う前記マークどうしのピッチＰは、前記照明光の波長をλ、前記結像光学系の前記マーク領域側の開口数をＮＡとするとき、次の条件式を満足するものである。
【０００７】
Ｐ≦λ／ＮＡ
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、前記調整工程では、前記画像信号の輝度情報のうち前記マークに対応する部分と前記スペース部に対応する部分とのコントラストを指標として、前記光学要素の位置調整を行うものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の結像光学系の調整方法において、前記隣り合うマークどうしの前記ピッチＰは一定であり、前記調整工程では、前記３つ以上のマークのうち一端部のマークに関わる前記コントラストと他端部のマークに関わる前記コントラストとの差を指標として、前記光学要素の位置調整を行うものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の結像光学系の調整方法において、前記隣り合うマークどうしの前記ピッチＰは一定であり、前記調整工程では、前記３つ以上のマークのうち一端部のマークまたは他端部のマークに関わる前記コントラストと中央部のマークに関わる前記コントラストとの差を指標として、前記光学要素の位置調整を行うものである。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の結像光学系の調整方法において、前記隣り合うマークどうしの前記ピッチＰは一定であり、前記調整工程では、前記３つ以上のマークのうち一端部のマークと他端部のマークに関わる前記コントラストの平均値と中央部のマークに関わる前記コントラストとの差を指標として、前記光学要素の位置調整を行うものである。
【００１１】
請求項６に記載の結像光学系の評価方法は、３つ以上のライン状のマークが該マークの短手方向に沿って配列され、かつ前記マークの反射特性が前記マークの間のスペース部とは異なるマーク領域に、照明光を照射する照明工程と、前記マーク領域からの反射光を集光する結像光学系により該結像光学系の像面に形成された前記マーク領域の反射像を撮像し、該反射像の画像信号を出力する撮像工程と、前記画像信号の輝度情報に基づいて、前記結像光学系の結像性能を評価する評価工程とを備え、前記マーク領域の中で隣り合う前記マークどうしのピッチＰは、前記照明光の波長をλ、前記結像光学系の前記マーク領域側の開口数をＮＡとするとき、次の条件式を満足し、
Ｐ≦λ／ＮＡ
前記評価工程では、前記画像信号の輝度情報のうち前記マークに対応する部分と前記スペース部に対応する部分とのコントラストを指標として、前記結像性能の評価を行うものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態は、請求項１，請求項２，請求項３，請求項５に対応する。ここでは、紫外線の波長領域（例えば３００ｎｍ以下の深紫外領域）での使用に好適な結像光学系の調整方法について説明する。
【００１３】
また、調整対象の結像光学系は、図１に示す外観検査装置１０に組み込まれた結像光学系（１８〜２０）とする。結像光学系（１８〜２０）の調整は、外観検査装置１０に組み込まれた状態で行われる。
まず初めに、外観検査装置１０と結像光学系（１８〜２０）の説明を行い、その後で、本実施形態の調整方法について説明する。
【００１４】
外観検査装置１０は、半導体素子や液晶表示素子の製造工程において、半導体ウエハなどに形成された回路パターンを観察する（つまり回路パターンの欠陥や異物などをミクロ的に観察する）ための光学装置である。また、外観検査装置１０の照明波長は例えば深紫外領域であり、半導体素子などの高集積化に伴う回路パターンの微細化（例えば線幅０．１μｍ以下）にも対応可能となっている。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、外観検査装置１０は、ウエハ１１を支持するステージ１２と、照明光Ｌ１を射出する照明光学系（１３〜１９）と、第１対物レンズ１９と、第２対物レンズ２０と、ＣＣＤ撮像素子２１と、画像処理部２２と、モニタ２３とで構成される。
ステージ１２は、図示省略したが、ウエハ１１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。ホルダのＺ方向の駆動は手動または自動で行われる。ウエハ１１は、回路パターンが形成された製品基板である。
【００１６】
照明光学系（１３〜１９）は、光軸Ｏ１に沿って順に配置された光源１３と照明開口絞り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１８ａが光軸Ｏ１に対して略４５度に傾けられ、第１対物レンズ１９の光軸Ｏ２上にも配置されている。光軸Ｏ１と光軸Ｏ２とは垂直である。光軸Ｏ２は、Ｚ方向に平行である。
【００１７】
光源１３は、水銀キセノンランプであり、深紫外領域（例えば２４８ｎｍ）の光を射出する。照明開口絞り１４は、その中心が光軸Ｏ１上に位置し、光源１３から射出された深紫外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からの深紫外光を集光する。視野絞り１６は、外観検査装置１０の視野領域を制限する光学部材であり、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からの深紫外光をコリメートする。
【００１８】
上記の構成において、光源１３から射出された深紫外光は、照明開口絞り１４とコンデンサーレンズ１５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を通過した深紫外光は、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１８ａで反射した後（照明光Ｌ１）、光軸Ｏ２上に導かれる。
【００１９】
光軸Ｏ２上には、ビームスプリッタ１８とステージ１２（ウエハ１１）との間に第１対物レンズ１９が配置され、ビームスプリッタ１８を挟んで第１対物レンズ１９とは反対側に第２対物レンズ２０が配置されている。
第１対物レンズ１９は、照明光学系（１３〜１９）のビームスプリッタ１８からの照明光Ｌ１を入射して集光する。ステージ１２上のウエハ１１は、第１対物レンズ１９を通過した後の深紫外領域（例えば２４８ｎｍ）の照明光Ｌ１によって垂直に照明される。
【００２０】
なお、照明光Ｌ１の入射角度は、照明光学系（１３〜１９）の照明開口絞り１４の中心と光軸Ｏ１との位置関係によって決まる。また、ウエハ１１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は、第１対物レンズ１９の瞳と共役な面に配置されているからである。さらに、視野絞り１６とウエハ１１とは共役な位置関係にあるため、ウエハ１１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、ウエハ１１の表面には、スリット１６ａの像が投影される。
【００２１】
そして、照明光Ｌ１が照射されたウエハ１１の領域から、反射光Ｌ２が発生する。反射光Ｌ２は、第１対物レンズ１９に導かれ、第１対物レンズ１９でコリメートされた後、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からの反射光Ｌ２をＣＣＤ撮像素子２１の撮像面上に集光する。
【００２２】
このように、ウエハ１１からの反射光Ｌ２は、光軸Ｏ２に沿って進行し、第１対物レンズ１９とビームスプリッタ１８と第２対物レンズ２０を介して、ＣＣＤ撮像素子２１の撮像面に到達する。その結果、ＣＣＤ撮像素子２１の撮像面には、ウエハ１１の反射像（拡大像）が形成される。
本実施形態では、ウエハ１１の反射像の形成に関わる光学部材（つまり第１対物レンズ１９とビームスプリッタ１８と第２対物レンズ２０）を総じて「結像光学系（１８〜２０）」という。結像光学系（１８〜２０）は、ウエハ１１からの反射光Ｌ２を集光し、その像面にウエハ１１の反射像（拡大像）を形成する光学系である。なお反射光Ｌ２も、深紫外領域の光である。結像光学系（１８〜２０）の像面には、ＣＣＤ撮像素子２１の撮像面が配置されている。
【００２３】
ここで、外観検査装置１０の照明波長λを２４８ｎｍとし、結像光学系（１８〜２０）の物体側（ステージ１２側）の開口数ＮＡを０．９とすると、結像光学系（１８〜２０）の解像限界（＝λ／（２・ＮＡ））は、約０．１４μｍとなる。これは、後述する結像光学系（１８〜２０）の調整後、良好に収差補正された状態のときに、ウエハ１１の微細な回路パターン（例えば線幅０．１μｍ以下）を観察可能であることを意味する。
【００２４】
ＣＣＤ撮像素子２１は、複数の画素が２次元配列されたエリアセンサであり、ウエハ１１からの反射光Ｌ２に基づいて結像光学系（１８〜２０）により形成された反射像を撮像する。そして、反射像の画像信号を画像処理部２２に出力する。画像信号は、ＣＣＤ撮像素子２１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。
【００２５】
画像処理部２２は、ステージ１２のホルダ上にウエハ１１が載置されているとき、ＣＣＤ撮像素子２１から得られる画像信号の輝度分布に基づいて、ウエハ１１の反射画像をモニタ２３に表示する。このため、ウエハ１１の微細な回路パターン（例えば線幅０．１μｍ以下）のモニタ２３よる目視観察が可能となる。
【００２６】
次に、結像光学系（１８〜２０）の調整方法について説明する。
本実施形態では、結像光学系（１８〜２０）を構成する３つの光学部材のうち第１対物レンズ１９の具体的な構成が、図２に示す９群１８枚の構成である例を挙げて、結像光学系（１８〜２０）の調整方法について説明する。
図２の第１対物レンズ１９では、不図示の鏡筒により、各々の光学要素（Ｇ１〜Ｇ９）が位置調整可能に支持されている。このため、第１対物レンズ１９の光学要素（Ｇ１〜Ｇ９）のうち少なくとも１つを位置調整することにより、結像光学系（１８〜２０）の調整を行うことができる。
【００２７】
光学要素（Ｇ１〜Ｇ９）の位置調整とは、光軸Ｏ２に平行な方向へのシフト調整と、光軸Ｏ２に垂直な方向へのシフト調整とである。光軸Ｏ２に平行な方向へのシフト調整は、光学要素（Ｇ１〜Ｇ９）の間の空気間隔（Ａ１〜Ａ８）の調整に対応する。光軸Ｏ２に垂直な方向へのシフト調整を「偏心調整」という。
さらに、図２の第１対物レンズ１９の場合、第２群（光学要素Ｇ２）を偏心調整することにより、各群（Ｇ１〜Ｇ９）の偏心製造誤差（シフト誤差やチルト誤差）を補正し、その結果として、結像光学系（１８〜２０）の偏心コマ収差を補正することができる。
【００２８】
また、図２の第１対物レンズ１９の場合、第２，第４，第５空気間隔（Ａ２，Ａ４，Ａ５）のうち少なくとも１つを調整することにより、各群（Ｇ１〜Ｇ９）のレンズ中心厚および各空気間隔（Ａ１〜Ａ８）の製造誤差を補正し、結果として、結像光学系（１８〜２０）の球面収差を補正することができる。
なお、解像限界以下の微細構造（例えば線幅０．１μｍ以下の微細な回路パターン）を観察する場合には、結像光学系（１８〜２０）の高次の球面収差も、ウエハ１１の反射画像の品質を低下させる要因となり得る。このため、高次の球面収差も補正することが好ましい。そして、低次と高次の球面収差を補正するには、複数の空気間隔を調整することが好ましい。各空気間隔に同一の変化量を与えた場合、各空気間隔ごとに、低次の球面収差と高次の球面収差に対する影響度が異なるからである。
【００２９】
さて、結像光学系（１８〜２０）の調整は、外観検査装置１０に組み込まれた状態で行われる。また、この調整時、ステージ１２のホルダ上には、ウエハ１１に代えて図３の調整用基板２５（後述）が載置される。そして、この調整用基板２５に設けられたマーク領域３０（後述）に上記の照明光Ｌ１が照射され、マーク領域３０からの反射光Ｌ２が調整対象の結像光学系（１８〜２０）に導かれる。
【００３０】
このとき、結像光学系（１８〜２０）は、マーク領域３０からの反射光Ｌ２を集光し、その像面にマーク領域３０の反射像（拡大像）を形成する。ＣＣＤ撮像素子２１は、マーク領域３０の反射像を撮像して画像信号を出力する。画像処理部２２は、ＣＣＤ撮像素子２１からの画像信号の輝度分布に基づいてコントラスト（後述）を計測する。コントラストは、結像光学系（１８〜２０）を調整するための指標であり、指標信号としてモニタ２３に表示される。
【００３１】
ここで、図３（ａ），（ｂ）を参照し、調整用基板２５とマーク領域３０について説明する。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は断面図である。
調整用基板２５は、板状の石英ガラス２６の上にクロム膜２７がパターニングされたものである。クロム膜２７の膜厚ｈは０．０８０μｍである。マーク領域３０には、５本のライン状のマーク（以下「バーマーク３１」という）が、バーマーク３１の短手方向（図中Ｂ方向）に沿って一定のピッチＰで配列されている。
【００３２】
個々のバーマーク３１は、クロム膜２７を除去して、石英ガラス２６を露出させた部分である。逆に、バーマーク３１の間のスペース部３２は、クロム膜２７を残した部分である。このため、バーマーク３１の反射特性は、スペース部３２とは異なり、スペース部３２より反射率が低い。
また、個々のバーマーク３１の線幅Ｗは０．１μｍであり、隣り合うバーマーク３１どうしのピッチＰは０．２μｍである。つまり、マーク領域３０の５本のバーマーク３１は、０．１μｍのライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）を構成する。ピッチＰ（＝０．２μｍ）は、照明光Ｌ１の波長λ＝２４８ｎｍ、結像光学系（１８〜２０）の物体側の開口数ＮＡ＝０．９とするとき、次の条件式［１］を満足する。
【００３３】
Ｐ≦λ／ＮＡ（≒０．２８μｍ）  …［１］
条件式［１］の右辺は、結像光学系（１８〜２０）の解像限界（＝λ／（２・ＮＡ））の２倍に相当する。すなわち、マーク領域３０の５本のバーマーク３１は、解像限界の２倍（≒０．２８μｍ）以下のピッチＰで、解像限界（≒０．１４μｍ）以下の線幅Ｗからなる周期的な微細構造である。
【００３４】
そして、上記構成の調整用基板２５が外観検査装置１０のステージ１２のホルダ上に載置され、外観検査装置１０の視野領域内にマーク領域３０が位置決めされると、結像光学系（１８〜２０）の調整作業が開始される。結像光学系（１８〜２０）の調整は、図４に示すフローチャートの手順（ステップＳ１〜Ｓ５）にしたがって行われる。
【００３５】
まずステップＳ１において、画像処理部２２は、ＣＣＤ撮像素子２１から画像信号を取り込む。この画像信号の輝度情報は、マーク領域３０の反射像の光強度（明るさ）に応じて、例えば図５〜図７に示すようなプロファイルとなる。図５〜図７の横軸はサンプル点（画素）の位置を表し、縦軸は信号強度Ｉ（輝度値）を表している。
【００３６】
図５〜図７のプロファイルのうち、信号強度Ｉが極小となる５つの点（ボトムＤ１〜Ｄ５）は、マーク領域３０の中のバーマーク３１（石英ガラス２６の露出箇所）に対応する低輝度の部分である。また、信号強度Ｉが極大となる４つの点（ピークＥ１〜Ｅ４）は、マーク領域３０の中のスペース部３２（クロム膜２７の残留箇所）に対応する高輝度の部分である。
【００３７】
さらに、図５〜図７のプロファイルは、その形状が互いに異なっている。
図５のプロファイルでは、ボトムＤ１〜Ｄ５の信号強度Ｉが互いに等しく、ピークＥ１〜Ｅ４の信号強度Ｉも互いに等しい。このようなプロファイルは、結像光学系（１８〜２０）が良好に収差補正された理想的な状態のときに得られるものである。
【００３８】
図６のプロファイルでは、ボトムＤ１〜Ｄ５の信号強度Ｉが左から右へ増加する傾向を示し、ピークＥ１〜Ｅ４の信号強度Ｉも左から右へ増加する傾向を示している。ただし、ボトムＤ１〜Ｄ５の方がピークＥ１〜Ｅ４よりも大きな変化を示す。このようなプロファイルは、結像光学系（１８〜２０）に偏心コマ収差が残存しているときに得られるものである。
【００３９】
図７のプロファイルでは、ボトムＤ１〜Ｄ５の信号強度Ｉが両端部ほど増加する傾向を示し、ピークＥ１〜Ｅ４の信号強度Ｉも両端部ほど増加する傾向を示している。ただし、ボトムＤ１〜Ｄ５の方がピークＥ１〜Ｅ４よりも大きな変化を示す。このようなプロファイルは、結像光学系（１８〜２０）に球面収差が残存しているときに得られる。
【００４０】
画像処理部２２は、図４のステップＳ１でＣＣＤ撮像素子２１からの画像信号（例えば図５〜図７の何れか）を取り込むと、ステップＳ２の処理を行う。つまり、画像信号のプロファイルを信号処理して、ボトムＤ１〜Ｄ５の各々の信号強度Ｉ（極小値ＩＭＩＮ（１）〜ＩＭＩＮ（５））と、ピークＥ１〜Ｅ４の各々の信号強度Ｉ（極大値ＩＭＡＸ（１）〜ＩＭＡＸ（４））を抽出する。
【００４１】
そして次のステップＳ３では、ステップＳ２で抽出した極小値ＩＭＩＮ（１）〜ＩＭＩＮ（５）と極大値ＩＭＡＸ（１）〜ＩＭＡＸ（４）を用い、次の計算式［２］にしたがって、コントラストＣｉを計測する（ｉ＝１〜５）。
2005017728.tif 000003
ここで、コントラストＣ１は、ボトムＤ１（図５〜図７の左から１番目のバーマーク３１に対応する部分）とピークＥ１とのコントラストである。コントラストＣ２は、ボトムＤ２（左から２番目のバーマーク３１に対応する部分）とピークＥ１，Ｅ２とのコントラストである。コントラストＣ３は、ボトムＤ３（左から３番目のバーマーク３１に対応する部分）とピークＥ２，Ｅ３とのコントラストである。コントラストＣ４は、ボトムＤ４（左から４番目のバーマーク３１に対応する部分）とピークＥ３，Ｅ４とのコントラストである。コントラストＣ５は、ボトムＤ５（左から５番目のバーマーク３１に対応する部分）とピークＥ４とのコントラストである。
【００４２】
画像処理部２２は、コントラストＣｉの計測を終えると、ステップＳ４の処理を行う。つまり、次の計算式［３］にしたがって、コントラストＣｉの平均値ＣＡＶＥを計測する。この平均値ＣＡＶＥは、調整用基板２５のＺ位置を調整するための指標であり、指標信号としてモニタ２３に表示される。
ＣＡＶＥ＝（ΣＣｉ）／５  …［３］
このため、結像光学系（１８〜２０）の調整作業者は、平均値ＣＡＶＥを指標としてステージ１２をＺ方向に駆動し、平均値ＣＡＶＥが最大となるＺ位置（つまりフォーカス位置）に向けて調整用基板２５を移動させる。この間、画像処理部２２では、ステージ１２が移動するごとに、ステップＳ１〜Ｓ５の処理を繰り返す。そして、平均値ＣＡＶＥが最大になり、調整用基板２５がフォーカス位置に設定されると（Ｓ５がＹｅｓ）、次のステップＳ６に進む。
【００４３】
ステップＳ６では、ステップＳ３で計測したコントラストＣ１〜Ｃ５のうち、ボトムＤ１（図５〜図７の最左端部のバーマーク３１）に関わるコントラストＣ１と、ボトムＤ５（最右端部のバーマーク３１）に関わるコントラストＣ５とを用い、次の計算式［４］にしたがって、コントラスト差ＣＣＯを計測する。コントラスト差ＣＣＯは、両端部のコントラストＣ１，Ｃ５の差の絶対値に相当する。
【００４４】
ＣＣＯ＝｜Ｃ１−Ｃ５｜  …［４］
コントラスト差ＣＣＯは、結像光学系（１８〜２０）の偏心コマ収差を調整するための指標であり、指標信号としてモニタ２３に表示される。なお、結像光学系（１８〜２０）に偏心コマ収差が残存しているときの画像信号のプロファイルは、図６の通りであり、両端部のコントラストＣ１，Ｃ５の差が大きくなる。
【００４５】
そこで結像光学系（１８〜２０）の調整作業者は、コントラスト差ＣＣＯを指標として、結像光学系（１８〜２０）の第１対物レンズ１９（図２）の第２群（光学要素Ｇ２）を偏心調整する。つまり、コントラスト差ＣＣＯが小さくなるように、光学要素Ｇ２を光軸Ｏ２と垂直な方向に動かす。
この間、画像処理部２２では、第２群（光学要素Ｇ２）が動かされるごとに、ステップＳ１〜Ｓ７の処理を繰り返す。そして、コントラスト差ＣＣＯが予め定めた規格値より小さくなり、結像光学系（１８〜２０）の偏心コマ収差が良好に補正されると（Ｓ７がＹｅｓ）、次のステップＳ８に進む。
【００４６】
ステップＳ８では、ステップＳ３で計測したコントラストＣ１〜Ｃ５のうち、ボトムＤ１（図５〜図７の最左端部のバーマーク３１）に関わるコントラストＣ１と、ボトムＤ３（中央部のバーマーク３１）に関わるコントラストＣ３と、ボトムＤ５（最右端部のバーマーク３１）に関わるコントラストＣ５とを用い、次の計算式［５］にしたがって、コントラスト差ＣＳＡを計測する。コントラスト差ＣＳＡは、両端部のコントラストＣ１，Ｃ５の平均値と中央部のコントラストＣ３との差の絶対値に相当する。
【００４７】
ＣＳＡ＝｜Ｃ３−（Ｃ１＋Ｃ５）／２｜  …［５］
コントラスト差ＣＳＡは、結像光学系（１８〜２０）の球面収差を調整するための指標であり、指標信号としてモニタ２３に表示される。なお、結像光学系（１８〜２０）に球面収差が残存しているときの画像信号のプロファイルは、図７の通りであり、両端部のコントラストＣ１，Ｃ５と中央部のコントラストＣ３との差が大きくなる。
【００４８】
そこで結像光学系（１８〜２０）の調整作業者は、コントラスト差ＣＳＡを指標として、結像光学系（１８〜２０）の第１対物レンズ１９（図２）の第２，第４，第５空気間隔（Ａ２，Ａ４，Ａ５）のうち少なくとも１つを調整する。つまり、コントラスト差ＣＳＡが小さくなるように、上記空気間隔を調整する。
この間、画像処理部２２では、光学要素（Ｇ１〜Ｇ９）が動かされるごとに、ステップＳ１〜Ｓ９の処理を繰り返す。そして、コントラスト差ＣＳＡが予め定めた規格値より小さくなり、結像光学系（１８〜２０）の球面収差が良好に補正されると（Ｓ９がＹｅｓ）、処理を終了する。
【００４９】
このようにして結像光学系（１８〜２０）の調整が終了し、偏心コマ収差および球面収差が良好に補正された状態（画像信号のプロファイルは図５に示す通り）で、ステージ１２のホルダ上にウエハ１１を載置すると、ウエハ１１の鮮明な反射画像を取り込むことができ、微細な回路パターン（例えば線幅０．１μｍ以下）の観察を最適な条件で行うことができる。
【００５０】
本実施形態の調整方法によれば、調整対象の結像光学系（１８〜２０）を外観検査装置１０に組み込み、外観検査装置１０の設備を使用するため、ステージ１２のホルダ上に調整用基板２５を載置するだけで、簡易に結像光学系（１８〜２０）を調整することができる。さらに、結像光学系（１８〜２０）は既に外観検査装置１０に組み込まれているため、実際の観察時と同じ状態で適切な調整を行うことができる。その結果、製造原価を低減しつつ、安定した品質を保証できる製造が可能となる。
【００５１】
また、本実施形態の調整方法によれば、調整用基板２５のマーク領域３０に、スペース部３２より反射率が低いバーマーク３１を奇数個（例えば５個）設けたため、結像光学系（１８〜２０）を調整するための指標（例えばコントラスト差ＣＣＯやコントラスト差ＣＳＡ）を正確に得ることができる。
さらに、本実施形態の調整方法では、結像光学系（１８〜２０）の偏心コマ収差の調整を行った後に球面収差の調整を行うため、各々の調整時に適切な指標を得ることができる。
【００５２】
（変形例）
なお、上記した実施形態では、調整用基板２５のマーク領域３０に５本のバーマーク３１を設けたが、本発明はこれに限定されない。バーマーク３１の数は３本以上であれば何本でも構わない。ただし、バーマーク３１の数を偶数とすると、得られるコントラスト値の数はバーマーク数よりも１つ少ない数になるため、バーマーク３１の数を奇数とすることが好ましい。
【００５３】
また、上記した実施形態では、バーマーク３１の反射率がスペース部３２より低い例を説明したが、バーマークの反射率をスペース部より高くした場合にも、本発明を適用することができる。この場合のバーマークの数も３本以上であれば何本でも構わない。この場合、マークの中央部がピークに対応するので、式［２］に対応する式は、以下（式［６］）のようになる。
【００５４】
2005017728.tif 000004
さらに、上記した実施形態では、結像光学系（１８〜２０）の球面収差を調整するための指標として式［５］のコントラスト差ＣＳＡを用いたが、本発明はこれに限定されない。コントラスト差ＣＳＡの代わりに、一端部のコントラストＣ１と中央部のコントラストＣ３との差の絶対値（＝｜Ｃ３−Ｃ１｜）や、他端部のコントラストＣ５と中央部のコントラストＣ３との差の絶対値（＝｜Ｃ３−Ｃ５｜）を、指標として用いてもよい。プロファイルの対称性を指標にしてもよい。
【００５５】
また、上記した実施形態では、ＣＣＤ撮像素子２２から出力される画像信号の輝度情報のコントラストを指標として結像光学系（１８〜２０）の調整を行ったが、本発明はこれに限定されない。画像信号の輝度情報（プロファイル）に基づいて相関係数を計測し、これを指標として用いてもよい。
【００５６】
さらに、上記した実施形態では、調整用基板２５のマーク領域３０に線幅Ｗ＝０．１μｍのバーマーク３１をピッチＰ＝０．２μｍで配列したが、本発明はこれに限定されない。結像光学系（１８〜２０）の解像限界と同程度または解像限界以下の線幅Ｗからなり、解像限界の２倍と同程度または解像限界の２倍以下のピッチＰからなる周期的な微細構造であれば、本発明の調整方法に用いることで同様の効果が得られる。
【００５７】
また、上記した実施形態では、バーマーク３１を一定のピッチＰで配列したが、本発明はこれに限定されない。マーク領域３０の中で隣り合うバーマーク３１どうしのピッチが互いに異なる場合でも、本発明の調整方法に用いることで同様の効果が得られる。
さらに、上記した実施形態では、図２に示す第１対物レンズ１９の第２群（光学要素Ｇ２）と第２，第４，第５空気間隔（Ａ２，Ａ４，Ａ５）を調整することで、偏心コマ収差と球面収差を補正したが、調整箇所を変えても構わない。レンズ構成が異なる場合には、レンズ構成に応じた適切な箇所を調整すればよい。
【００５８】
また、上記した実施形態では、第１対物レンズ１９の光学要素（Ｇ１〜Ｇ９）の位置調整によって結像光学系（１８〜２０）の行ったが、本発明はこれに限定されない。結像光学系（１８〜２０）を構成する他の光学部材（例えば第２対物レンズ２０）の光学要素を位置調整してもよい。
さらに、上記した実施形態では、物体の拡大像を形成可能な結像光学系（１８〜２０）の調整について説明したが、本発明はこれに限定されない。物体の縮小像を形成可能な結像光学系の調整にも適用できる。
【００５９】
また、上記した実施形態では、紫外線の波長領域（例えば３００ｎｍ以下の深紫外領域）での使用に好適な結像光学系（１８〜２０）の調整について説明したが、本発明はこれに限定されない。可視光域で使用される結像光学系の調整にも適用できる。
【００６０】
さらに、上記した実施形態では、外観検査装置１０に組み込まれた結像光学系（１８〜２０）の調整について説明したが、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（光学顕微鏡など）に組み込まれた結像光学系であれば、その調整に本発明を適用できる。
また、物体の観察用に撮像素子を備えた光学装置に限らず、接眼レンズを備えた光学装置でも、本発明を適用できる。この場合、結像光学系の調整時に、結像光学系の像面に撮像素子を配置することで、同様の調整を行うことができる。
【００６１】
さらに、上記した実施形態では、結像光学系の調整について説明したが、結像光学系の結像性能（例えば偏心コマ収差や球面収差など）を評価する場合にも、本発明を適用できる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、結像光学系の調整や性能評価を簡易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】外観検査装置１０の全体構成図である。
【図２】第１対物レンズ１９の構成例を示す図である。
【図３】調整用基板２５とマーク領域３０の説明図である。
【図４】本実施形態の調整方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】結像光学系が良好に収差補正された状態のときに得られる画像信号のプロファイルである。
【図６】結像光学系に偏心コマ収差が残存しているときに得られる画像信号のプロファイルである。
【図７】結像光学系に球面収差が残存しているときに得られる画像信号のプロファイルである。
【符号の説明】
１０  外観検査装置
１１  ウエハ
１２  ステージ
１３  光源
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  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  ＣＣＤ撮像素子
２２  画像処理部
２３  モニタ
２５  調整用基板
２６  石英ガラス
２７  クロム膜
３０  マーク領域
３１  バーマーク
３２  スペース部
【図１】
2005017728.tif 000005
【図２】
2005017728.tif 000006
【図３】
2005017728.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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