(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被観察面上に形成される対物光学系の視野内に存在する所定の観察領域を所定の波長を有する観察用の照明光で照明する第１照明工程と；
前記対物光学系の視野内において前記所定の観察領域に隣接する焦点検出領域を、前記所定の波長との波長差が１００ｎｍ以下である焦点検出用の照明光で照明する第２照明工程と；
前記第１照明工程によって照明された前記所定の観察領域からの観察用の光と、前記第２照明工程によって照明された前記焦点検出領域からの焦点検出用の光とを、前記対物光学系を介した後でそれぞれに分割する分割工程と；
前記分割工程によって分割された焦点検出用の光を用いて、前記対物光学系の焦点面に前記観察面を合わせる合焦工程と；
前記分割工程によって分割された観察用の光を用いて、前記観察領域を観察する観察工程とを備えることを特徴とする；
観察方法。
【請求項２】
前記所定の波長は、２６０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の観察方法。
【請求項３】
被観察面の像を形成する対物光学系と；
前記被観察面上に形成される前記対物光学系の視野内に存在する所定の観察領域へ所定の波長を有する観察用の照明光を導くとともに、前記対物光学系の視野内において前記観察領域に隣接する焦点検出領域へ前記所定の波長との波長差が１００ｎｍ以下である焦点検出用の照明光を導く照明光学系と；
前記照明光学系によって照明された前記所定の観察領域からの観察用の光と、前記照明光学系によって照明された前記焦点検出領域からの焦点検出用の光とを、前記対物光学系を介して、それぞれに分割する分割部材と；
前記分割部材によって分割された焦点検出用の光に基づいて前記対物光学系の焦点面と前記観察面との整合状態を検出する焦点検出系と；
前記分割部材によって分割された観察用の光に基づいて前記観察領域を観察する観察光学系とを備えることを特徴とする；
観察装置。
【請求項４】
前記照明光学系は、前記観察用の照明光を前記対物光学系へ導く観察用照明部と、前記焦点検出用の照明光を前記対物光学系に向けて導く焦点検出用照明部と、前記対物光学系の結像面またはその近傍の位置において前記観察用照明部からの前記観察用の照明光と前記焦点検出用照明部からの前記焦点検出用の照明光とを合成する合成部材とを有し；
前記観察用照明部は、前記観察面上に前記観察領域を形成するための観察用視野絞りと、該観察用視野絞りの像を前記対物光学系の像面に形成する観察用リレー光学系とを有し；
前記焦点検出用照明部は、前記被観察面上に前記焦点検出領域を形成するための焦点検出用視野絞りと、該焦点検出用視野絞りの像を前記対物光学系の像面に形成する焦点検出用リレー光学系とを有し；
前記合成部材は、前記分割部材を兼用させるために、前記合成部材及び前記分割部材の機能を共に有する光学部材で構成されていることを特徴とする；
請求項３に記載の観察装置。
【請求項５】
前記照明光学系は、前記観察面上に前記観察領域を形成するための観察用開口部と、前記観察面上に前記焦点検出領域を形成するための焦点検出用開口部とを有する投光用パターン板と、該投光用パターン板の像を前記対物光学系の像面に形成するリレー光学系とを備えることを特徴とする、請求項３に記載の観察装置。
【請求項６】
前記所定の波長は、２６０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の観察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察方法及び観察装置に関し、特に微細回路パターンをウエハ、ガラス等の基板に焼き付け転写する際に使用するレチクル、マスク原版の表面を光学的に調べる観察方法及び観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｒＦエキシマレーザ（入＝１９３ｎｍ）のような遠紫外光光源を観察用照明光源に使用する検査装置あるいは観察装置における対物レンズでは、上記波長領域においては使用可能な透過光学材料の選択肢が少なく、色収差補正の難度が非常に高いので、光学系で発生する色分散を実質的に考慮不要となる程度まで使用波長を狭帯域に絞り込み、対物光学系は透過率の良好な単一硝種を用いて構成する設計手法が取られる。またＡＦ（オートフォーカス）用光源に可視光又は観察光より波長の長い光を使用する場合、対物光学系の後方に光路分岐のためダイクロイックミラーを配置する。ダイクロイックミラーは観察光を透過、ＡＦ光を反射する。（透過と反射は逆であってもよい。）このような装置では、ＡＦ光は対物光学系を通過すると大きな色収差が生じるので分岐後の光路にはそれを補正するようなリレー光学系を配置する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の観察装置あるいは観察方法によれば、使用する光が、ＡｒＦエキシマレーザのように短い波長の光になると、発生する色収差が非常に大きくなり、後段のＡＦリレー光学系で補正するのが難しくなる。また観察光とＡＦ光の波長差が大きいと対物光学系の屈折力が大きく異なってくる。通常ＡＦ光はＡｒＦ光のような観察光より長波長であるため、硝材の屈折率はＡＦ光に対する場合の方が観察光に対する場合よりも小さい。この傾向により、凸レンズとしての屈折力不足を生じるので、ＡＦ光に必要なＮＡを焦点面で確保するために、観察光で必要な有効径よりもレンズ口径を大きくする必要が生じる。また同一光学系内に異なる波長の光を通すため、光学要素には複数波長に対応した反射防止膜を施す必要があり、技術的な問題となっていた。
【０００４】
そこで本発明は、観察光とＡＦ光とで色収差が問題とならない、また反射防止膜の選定に関する問題も生じない観察方法及び観察装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による観察方法は、被観察面１３上に形成される対物光学系１、２の視野内に存在する所定の観察領域を所定の波長を有する観察用の照明光で照明する第１照明工程と；対物光学系１、２の視野内において前記所定の観察領域に隣接する焦点検出領域を、前記所定の波長との波長差が１００ｎｍ以下である焦点検出用の照明光で照明する第２照明工程と；前記第１照明工程によって照明された前記所定の観察領域からの観察用の光と、前記第２照明工程によって照明された前記焦点検出領域からの焦点検出用の光とを、前記対物光学系を介した後でそれぞれに分割する分割工程と；前記分割工程によって分割された焦点検出用の光を用いて、前記対物光学系の焦点面に前記観察面を合わせる合焦工程と；前記分割工程によって分割された観察用の光を用いて、前記観察領域を観察する観察工程とを備える。ここで、観察領域に隣接する焦点検出領域とは、焦点検出領域が観察領域とは異なる領域であり、且つ両者が互いの近傍に配置されていることである。
【０００６】
このように構成すると、第１照明工程の照明光の波長と第２照明工程の照明光の波長との波長差が１００ｎｍ以下であるので、対物光学系の色収差による問題を抑えることができる。
【０００７】
さらに請求項２に記載のように、前記観察方法では、前記所定の波長は、２６０ｎｍ以下とするのが好ましい。このときは、２６０ｎｍ以下の波長の光を観察用に用いるので、例えば微細なパターンの観察に適している。
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項３に係る発明による観察装置は、例えば図１に示すように、被観察面１３の像を形成する対物光学系１、２と；被観察面１３上に形成される対物光学系１、２の視野内に存在する所定の観察領域へ所定の波長を有する観察用の照明光を導くとともに、対物光学系１、２の視野内において前記観察領域に隣接する焦点検出領域へ前記所定の波長との波長差が１００ｎｍ以下である焦点検出用の照明光を導く照明光学系と；照明光学系によって照明された前記所定の観察領域からの観察用の光と、照明光学系によって照明された前記焦点検出領域からの焦点検出用の光とを、対物光学系１、２を介して、それぞれに分割する分割部材３と；分割部材３によって分割された焦点検出用の光に基づいて対物光学系１、２の焦点面と前記観察面との整合状態を検出する焦点検出系と；分割部材３によって分割された観察用の光に基づいて前記観察領域を観察する観察光学系とを備える。
【０００９】
さらに請求項４に記載のように、請求項３に記載の観察装置では、照明光学系１、２は、前記観察用の照明光を対物光学系１、２へ導く観察用照明部と、前記焦点検出用の照明光を対物光学系１、２に向けて導く焦点検出用照明部と、対物光学系１、２の結像面またはその近傍の位置において前記観察用照明部からの前記観察用の照明光と前記焦点検出用照明部からの前記焦点検出用の照明光とを合成する合成部材とを有し；前記観察用照明部は、前記観察面上に前記観察領域を形成するための観察用視野絞り８と、観察用視野絞り８の像を対物光学系１、２の像面に形成する観察用リレー光学系７とを有し；前記焦点検出用照明部は、被観察面１３上に前記焦点検出領域を形成するための焦点検出用視野絞り１２と、焦点検出用視野絞り１２の像を対物光学系１、２の像面に形成する焦点検出用リレー光学系１１とを有し；合成部材は、分割部材を兼用させるために、前記合成部材及び前記分割部材の機能を共に有する光学部材３で構成されているものとしてもよい。
【００１０】
さらに請求項５に記載のように、また例えば図４に示すように、請求項３に記載の観察装置では、前記照明光学系は、前記観察面上に前記観察領域を形成するための観察用開口部と、前記観察面上に前記焦点検出領域を形成するための焦点検出用開口部とを有する投光用パターン板１９と、投光用パターン板１９の像を対物光学系１、２の像面に形成するリレー光学系１８とを備えるものとしてもよく、さらに、請求項６に記載のように、前記所定の波長は、２６０ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明による第１の実施の形態による、半導体製造において、微細回路パターンをウエハ、ガラス等の基板に焼き付け転写する際に使用するレチクル、マスク原版の表面を光学的に調べる面観察装置の模式的側面図である。
【００１３】
図中、被観察物（被検物）１３を載置するステージ１６の上方に、第１対物レンズ１、さらにその上方に第２対物レンズ２が配置され、第１、第２対物レンズ１、２に関して、被検物１３とほぼ共役な位置に、分割部材としての視野分割ミラー３が配置されている。視野分割ミラー３は、断面形状がほぼ直角二等辺三角形で、その頂点に対応する稜線が、分割すべき２系統の光の間に位置するように配置されている。前記第１対物レンズ１と第２対物レンズ２から成る対物レンズを含んで、観察光学系が構成されている。
【００１４】
対物レンズ２からの光が、視野分割ミラー３で分割される２つの方向には、それぞれハーフミラー４、４’が配置され、さらにその先にはそれぞれ観察視野結像光学系５、ＡＦ受光光学系９とが配置されている。観察視野結像光学系５の結像面には、観察像受光素子６が、ＡＦ受光光学系９の結像面には、ＡＦ信号光受光素子１０が配置されている。
【００１５】
一方、視野分割ミラー３からの光がハーフミラー４で反射される方向には照野投光光学系７と照野絞り８とがこの順番で配置されており、照野絞り８と視野分割ミラー３の稜線部分とは、照野投光光学系７に関して共役関係にある。
【００１６】
同様に、視野分割ミラー３からの光がハーフミラー４’で反射される方向にはＡＦ投光光学系１１とＡＦ用のスリットの設けられたスリット板１２とがこの順番で配置されており、スリット板１２のスリットと視野分割ミラー３の稜線部分とは、ＡＦ投光光学系１１に関して共役関係にある。
【００１７】
さらに、観察像受光素子６は観察信号処理装置１７と電気的に接続されており、ＡＦ信号光受光素子１０はＡＦ処理回路１４と電気的に接続されており、さらにＡＦ処理回路１４は、ステージ制御装置１５に電気的に接続されている。ステージ制御装置１５はステージ１６を駆動するように、これに機械的に接続されている。
【００１８】
引き続き図１を参照して、以上のような構成の面観察装置の作用、及びそのような面観察装置を使用して面を観察する方法を説明する。光源系（図１には不図示、図７に一例を示す）によって、ステージ１６上に載置された被検物１３を照明するために、照野を規定する照野絞り８を照明する。照野絞り８を通過した照明光は、照野投光光学系７を介して、ハーフミラー４で反射され視野分割ミラー３へ向かう。
【００１９】
一方スリット板１２上のスリットも不図示の光源系によって照明されており、同様に該スリットを介した光束はＡＦ投光光学系１１を介して、ハーフミラー４’で反射され視野分割ミラー３へ向かう。
【００２０】
上記２つの光束は、視野分割ミラー３の稜線上若しくはその近傍にて一旦結像し照野像とＡＦ用スリット像は一つの視野上に融合される。この融合像は第２対物レンズ２の方向に向かい、さらに第１対物レンズ１を経て被検物１３上に投光される。
【００２１】
このようにして照明された被検物１３にＡＦを施し観察する場合の作用を説明する。照明された被検物１３からの光は、第１対物レンズ１と第２対物レンズ２を介して、第２対物レンズ２の後方、視野分割ミラー３の稜線上若しくはその近傍に被検物（被観察物）１３の拡大像を形成する。その拡大像は、視野分割ミラー３で反射された後、ハーフミラー４を透過し、観察視野結像光学系５を介して、図中右方向の観察像受光素子６に結像する。観察像受光素子６で発生された受光信号は、観察信号処理装置１７に送られる。観察信号処理装置１７で、得られた信号を処理して、被検査物１３に形成されたパターンの観察あるいは検査を行うことができる。
【００２２】
一方、拡大されたＡＦスリット像は、視野分割ミラー３で被検物（被観察物）１３の像から分割され、ハーフミラー４’を透過し、ＡＦ受光光学系９によってＡＦ信号光受光素子１０上に結像する。ＡＦ信号光受光素子１０が発生するＡＦ信号は、ＡＦ処理回路１４により処理された後フイードバック信号としてステージ制御装置１５に送られ、ステージ制御装置１５はそのフイードバック信号に基づいてステージ１６を制御しＡＦが実現される。
【００２３】
図２を参照して、第２の実施の形態である面観察装置を説明する。図１の第１の実施の形態と異なるのは、視野分割ミラー３’が観察領域と焦点検出領域であるＡＦ投光領域との一方からの光を反射、他方からの光を透過させて、各々の光学系に光束を導く点である。図２の例は、観察領域からの光を反射させ、ＡＦ投光領域からの光を透過させる場合である。視野分割ミラー３’は、図１の断面が直角三角形をした視野分割ミラー３の、一辺に相当する反射面を切り出して配置した構造をしている。その他の構造は図１の場合と同様であり、作用も第１の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。
【００２４】
図３に、第１、第２の実施の形態で使用する照野絞り８及びスリット板１２の具体例の平面図を示す。図３（ａ）は照野絞り８の例である。この照野絞り８は、円板の中央部にほぼ正方形の開口部または透光部が形成されている。図３（ｂ）は、ＡＦスリット板１２の例である。このＡＦスリット板１２は、円板の中央部に細長い帯状のスリット状開口部または透光部が形成されている。これらのパターンが、図３（ｃ）に示されるように、各々照野投光光学系７、ＡＦ投光光学系１１によって、視野選択（視野分割）ミラー３の稜線またはその近傍若しくは視野選択ミラー３′の端部またはその近傍上でひとつに融合される。このときほぼ正方形の観察視野とスリット状のＡＦ実施領域は互いに領域を共有することがない。図中両パターンの間に、両者を分離するように描かれている破線が、視野選択ミラー３の稜線あるいは視野選択（視野分割）ミラー３′の端部に相当する。
【００２５】
以上、視野分離の方法として考えられる２通りの方法のうち、対物レンズで形成される像面近傍に視野を分割するミラーを配置する方法の例を説明した。
【００２６】
もう一つの方法はハーフミラーを光路中に挿入し光を半分に分けた後、観察用、ＡＦ用の再結像光学系で各々形成された像面上で視野絞りを使って観察視野、ＡＦ投光視野を選択する方式である。
【００２７】
いずれの方式においても、観察光とＡＦ光の波長をそろえ、波長差を小さく或いは同一とするので、波長毎に光束を分離するダイクロイックミラーは必要なく、代わりに観察領域とＡＦ投光領域に分離する視野分離機能を有する光学系を配置すればよい。このようにして、対物光学系の色収差を問題とせず、正確なＡＦを行った上で、被検査物の検査あるいは観察を行うことができる。
【００２８】
図４を参照して、上記の第２の方法の例として、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００２９】
被検物１３を載置するステージ１６の上方に第１対物レンズ１、ハーフミラー４、第２対物レンズ２がこの順番に配置されている。第１対物レンズ方向からの光がハーフミラー４で反射される方向には、投光光学系１８、その先に投光系パターン１９が配置されている。投光系パターン１９には照野を規定する照野絞り窓とＡＦのためのスリットパターンが同一基板上に設けられている（図５を参照して後述）。
【００３０】
なお、投光系パターン１９は、不図示の光源系によって照明され、この光源系は、例えば、１９３ｎｍの波長のレーザ光を発振するＡｒＦエキシマレーザを光源として含む光源部と、その光源部からのレーザ光を投光系パターン１９へ導く導光光学系とを有している。
【００３１】
ここで、エキシマレーザを光源として含む光源部は、エキシマレーザからのレーザ光を所定の波長幅（所定の半値幅）となるように狭幅化する狭幅化手段（プリズム、回折格子等）を有しており、光源系は、光源部から所定の波長幅（所定の半値幅）に狭帯化されたレーザ光が導光光学系を介して投光系パターン１９を照明するように構成されている。このように、光源系により投光系パターン１９が照明されると、投光系パターン１９の視野分割の作用によって観察光およびＡＦ光とが生成される。
【００３２】
一方、第１対物レンズ１と第２対物レンズ２に関して被検物１３と共役な位置には、視野選択絞り２１が配置されている。視野選択絞り２１に関して、第２対物レンズと反対側には、観察視野結像光学系５が配置されている。観察視野結像光学系５に関して視野選択絞り２１と共役な位置、即ち観察視野結像光学系５の結像面には、観察像受光素子６が配置されている。観察像受光素子６は観察信号処理装置１７と電気的に接続されている点は第１、第２の実施の形態と同様である。第１、第２の実施の形態と同様に、第１対物レンズ１、ハーフミラー４、第２対物レンズ２から成る対物レンズを有して、観察光学系が構成されている。
【００３３】
また、第１対物レンズ１と第２対物レンズ２の間にはハーフミラー４’が配置されており、第２対物レンズからの光がハーフミラー４’で反射される方向には、第１対物レンズ１と第２対物レンズ２に関して被検物１３と共役な位置に、視野選択絞り２２が配置されている。視野選択絞り２２に関して、ハーフミラー４’と反対の側には、ＡＦ受光光学系９が配置されている。ＡＦ受光光学系９に関して視野選択絞り２２と共役な位置、即ちＡＦ受光光学系９の結像面には、ＡＦ信号光受光素子１０が配置されている。ＡＦ信号光受光素子１０はＡＦ処理回路１４と電気的に接続されており、さらにステージ制御装置１５に電気的に接続されている。ステージ制御装置１５はステージ１６を駆動するように、これに機械的に接続されている点は、第１、第２の実施の形態と同様である。
【００３４】
図５は、第３の実施の形態に使用する投光パターン及び視野選択絞り１９の具体例の平面図である。図５（ａ）に示すように、視野絞り１９は円板でありそのほぼ中心部に観察視野に相当するほぼ正方形の開口部または透光部が設けられている。その正方形の開口部の正方形の一つの対角線の延長上に、他方の対角線に平行に配置されたスリット状の開口部が、正方形の開口部の両側に、且つ正方形の開口部に関してほぼ対称に開けられている。これらの開口部が投光パターンを形成している。正方形の開口部が観察視野に、スリット状の開口部がＡＦ実施領域に対応する。
【００３５】
このような投光パターンの例から判るとおり、観察視野とＡＦ実施領域は互いに領域を共有することがない。図５（ｂ）に視野選択絞り２１の平面図を、（ｃ）に視野選択絞り２２の平面図を示す。視野選択絞り２１は、（ａ）のスリット状開口部を遮蔽する遮蔽部を有するので、観察視野に対応する光のみを通過させ、視野選択絞り２２は、（ａ）の観察視野を遮蔽する遮蔽部を有するので、ＡＦ実施領域に対応する光のみを通過させる。即ち、視野選択絞り２１は図５（ｂ）に示されるような遮光部に限らず、観察視野に対応する光を通過させ、ＡＦ実施領域に対応する光を遮断するのに十分な遮光部を有していればよく、視野選択絞り２２は、図５（ｃ）に示されるような遮光部に限らず、ＡＦ実施領域に対応する光を通過させ、観察視野に対応する光を遮断するのに十分な遮光部を有していればよい。
【００３６】
図４に戻り、第３の実施の形態の作用を説明する。前述した不図示の光源系によって照野を規定する投光系パターン１９を照明し、その照明光は投光光学系１８を介して、ハーフミラー４へ向かう。ハーフミラー４で反射された照明光は、第１対物レンズ１を経て被検物１３上に投光される。
【００３７】
照明された被検物１３からの光は、第１対物レンズ１、ハーフミラー４’を透過し、第２対物レンズ２の後方に被観察物の拡大像を形成する。拡大像はハーフミラー４’を透過して観察光学系へ、反射光はＡＦ光学系へ送られる。観察光学系では、拡大像は視野選択絞り２１の位置に結像し、ここで観察光のみが選択される。選択された光束は観察視野結像光学系５によって観察像受光素子６上に結像される。観察像受光素子６からの受光信号は観察信号処理装置１７に送られる。
【００３８】
一方ＡＦ光学系では、拡大像は視野選択絞り２２の位置に結像し、ここでＡＦ光のみが選択される。選択された光束はＡＦ受光光学系９によってＡＦ信号光受光素子１０上に結像される。続いて、第１、第２の実施の形態と同様に、ＡＦ信号はＡＦ処理回路１４により処理された後、フイードバック信号としてステージ制御装置１５に送られ、ステージ制御装置１５はそのフイードバック信号に基づいてステージ１６を制御しＡＦが実現される。
【００３９】
図６は、ＡＦ方式の一例を説明するための観念図である。図中、被ＡＦ対象物３０、対物レンズ３１、ＡＦ系レンズ３２、バイプリズム３３、スリット像受光用ＣＣＤ３４の順に配列されている。（ａ）はピントがあっている状態である。バイプリズム３３によってＡＦスリットの像は２重像となってＣＣＤ撮像面上に結像している。（ｂ）はδだけピントがずれている状態である。このとき（ｃ）に示すようにスリット投光光の反射面がずれることにより、スリット像がＣＣＤ撮像面上で横ずれを生じる。
【００４０】
バイプリズム３３で２つに分けられる光束で片方の重心に相当する線の入射角をθ、被検物−ＣＣＤ間の結像倍率をβとすると、ＣＣＤ撮像面上でのスリット二重像間距離の変化量は４δβｔａｎθと表せる。この量を検知することで被検物に対するフォーカスずれを測定し、その結果をステージ制御系へフイードバックすることで被検物である被ＡＦ対象物３０を光軸方向に再位置決めしてオートフォーカスを実現する。
【００４１】
なお、第３の実施の形態においては、前述した不図示の光源系によって、投光系パターン１９を狭帯化された光で照明して、投光系パターン１９の視野分割の作用によって観察光およびＡＦ光とを生成している例を示した。しかしながら、波長差が１００ｎｍ以下となる観察光とＡＦ光とをそれぞれ供給する２つの独立した光源系を用いて、投光系パターン１９でのＡＦスリット（ＡＦ用開口部）をＡＦ光で照明し、投光系パターン１９での観察視野（観察用開口部）を観察光で照明しても良い。但し、対物光学系の色収差の問題をより一層十分に解消するためには、独立の光源系を用いたとしても、観察光とＡＦ光の波長を同一波長の光とし、しかもその同一波長の光（観察光及びＡＦ光）の波長幅（半値幅）がプリズムや回折格子等の狭幅化手段によって１ｐｍ以下となるように狭幅化されることがより一層望ましい。
【００４２】
図７を参照して、第１と第２の実施の形態に適する光源系の例を説明する。光源系は、図示のように、例えばＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）のような短波長の光を発生する光源部５１、ビーム整形光学系５２、フライアイレンズのようなオプティカルインテグレータ５４、コンデンサー光学系５５の順番に配置されており、照明光が照野絞り８を一様に照明するように構成されている。なお、光源部５１は、エキシマレーザ等を含む光源と、この光源からの光を所定の波長幅（半値幅）の光に狭幅化するプリズムや回折格子等の狭幅化手段とを含み、光源部５１からは、波長幅（半値幅）が１ｐｍ以下となる狭幅化されたレーザ光が供給される。
【００４３】
一方、ビーム整形光学系５２とフライアイレンズ５４との間には、ハーフミラーのようなビーム分割部５３が配置されている。さらにビーム分割部５３の反射方向には、ミラー５６が配置されており、ミラー５６で反射された光が、それを透過した光と平行になり、スリット板１２のスリットを照明するように構成されている。
【００４４】
ここで、ミラー５６とスリット板１２との間にも、照野絞り８の照明系と同様に、フライアイレンズとコンデンサー光学系とを配置してもよい。しかしながら、スリット板１２のスリットは幅が狭く、観察系ほどの良質の照明が不要であるので、その代わりにコンデンサーレンズを挿入配置してもよい。
【００４５】
このようにして、照野絞り８とスリット板１２とは、同一波長の短波長光で照明できる。所定の波長である観察用の照明光の波長を、２６０ｎｍ以下とすることによって、微細な回路パターンを基板に焼き付け転写するためのレチクルやマスク等の原版を検査観察するのに適する観察装置を得ることができる。特に、ＡｒＦエキシマレーザーに代表されるような短波長レーザー光が適している。
【００４６】
また観察用の照明光と焦点検出用の照明光との、波長の差は１００ｎｍとするのが好ましい。これは、図７に示したように同一光源を用いた光源系を用いれば実現できる。このとき照明光の波長帯域は狭ければ狭いほどよく、特に１ｐｍ（ピコメートル）以下とするのが好ましい。このときは、前記波長差は実質的に零である。波長の差が１００ｎｍ以下であり、さらには波長帯域が１ｐｍ以下であれば、対物光学系の色収差が殆ど、あるいは全く問題とならない。
【００４７】
なお、第１及び第２の実施の形態に係る光源系としては、狭帯化された観察光を２分割して、一方の光を観察用の視野絞り８へ、他方の光をＡＦ用のスリット板１２へそれぞれ照明する例を示した。しかしながら、波長差が１００ｎｍ以下となる観察光とＡＦ光とをそれぞれ供給する２つの独立した光源系を用いて、観察用の視野絞り８を観察光で照明し、ＡＦ用のスリット板１２をＡＦ光で照明する構成としても良い。但し、対物光学系の色収差の問題をより一層十分に解消するためには、独立の光源系を用いたとしても、観察光とＡＦ光の波長を同一波長の光とし、しかもその同一波長の光（観察光及びＡＦ光）の波長幅（半値幅）がプリズムや回折格子等の狭幅化手段によって１ｐｍ以下となるように狭幅化されることがより一層望ましい。
【００４８】
第３の実施の形態では、図７に示す光源系において、ハーフミラー５３、ミラー５６を省いた、光源系を用いればよい。
【００４９】
以上の各実施の形態では、光源系における光源として、１９３ｎｍの光を発振するＡｒＦエキシマレーザを用いた例を示したが、これに限ることはなく、例えば、２４８ｎｍの光を発振するＫｒＦエキシマレーザ、１５７ｎｍの光を発振するＦ2 レーザ、さらには、レーザと非線型光学素子とを組み合わせた高調波により形成される短波長の光を光源として用いることも可能である。
【００５０】
また、以上にて述べたように、対物光学系の色収差の問題をより一層十分に解消するためには、上記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の観察方法および照明方法においては、前記観察用の照明光と前記焦点検出用の照明光とは、波長幅（半値幅）が１ｐｍ以下となるように狭帯化された同一波長の光とすることが好ましい。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、第１照明工程の照明光の波長と第２照明工程の照明光の波長との波長差が１００ｎｍ以下であるので、観察とＡＦとで色収差を問題とせず、高い精度で自動焦点検出を行い、ひいては高い精度で合焦し、被検査面を観察することが可能となる。
【００５２】
また、対物光学系の視野内において観察領域に隣接する焦点検出領域へ観察用の波長との波長差が１００ｎｍ以下である焦点検出用の照明光を導く照明光学系を備えるので、色収差を問題とせず、高い精度で自動焦点検出を行い、ひいては高い精度で合焦し、被検査面を観察することができる高性能な観察装置を提供することが可能となる。
また、装置内における反射防止膜の選定に関する問題も最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である面観察装置を示す模式的側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である面観察装置を示す模式的側面図である。
【図３】第１、第２の実施の形態で使用する照野選択絞り及びスリット板の具体例の平面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態である面観察装置を示す模式的側面図である。
【図５】第３の実施の形態で使用する照野選択絞りの具体例の平面図である。
【図６】ＡＦ方式の一例を説明するための観念図である。
【図７】第１と第２の実施の形態に適する光源系の例を示す模式的側面図である。
【符号の説明】
１  第１対物レンズ
２  第２対物レンズ
３  視野分割ミラー
４、４’  ハーフミラー
５  観察視野結像光学系
６  観察像受光素子
７  照野投光光学系
８  照野絞り
９  ＡＦ受光光学系
１０  ＡＦ信号光受光素子
１１  ＡＦ投光光学系
１２  スリット板
１３  被観察物（被検物）
１４  ＡＦ処理回路
１５  ステージ制御装置
１６  ステージ
１７  観察信号処理装置
１８  投光光学系
１９  投光系パターン
２１、２２  視野選択絞り
３０  被ＡＦ対象物
３１  対物レンズ
３２  ＡＦ系レンズ
３３  バイプリズム
３４  スリット像受光用ＣＣＤ
５０  光源系
５１  光源
５２  ビーム整形光学系
５３  ハーフミラー
５４  フライアイレンズ
５５  コンデンサー光学系
５６  ミラー
【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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