(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光で照明された試料を観察する接眼レンズを含む可視光観察系と、紫外光で照明された試料を観察するための紫外光観察系とを備える顕微鏡装置において、
照明光として前記可視光が選択されたとき、前記可視光を反射させて前記試料に導くとともに、前記試料からの反射光を前記可視光観察系へ導く第１の光学部材と、
照明光として前記紫外光が選択されたとき、前記紫外光を反射させて前記試料に導くとともに、前記試料からの反射光を前記紫外光観察系へ導く第２の光学部材と、
照明光として前記可視光が選択されたとき、前記紫外光の前記可視光観察系への入射を遮断する照明光選択部材とを備え、
前記第２の光学部材及び前記照明光選択部材が、それぞれ前記紫外光の照明光路に選択的に配置可能であることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
可視光で試料を照明する可視光照明系と、紫外光で前記試料を照明する紫外光照明系と、前記可視光照明系によって照明された前記試料を観察する接眼レンズを含む可視光観察系と、前記紫外光照明系によって照明された前記試料を観察するための紫外光観察系とを備える顕微鏡装置において、
照明光として前記可視光が選択されたとき、前記可視光を反射させて前記試料に導くとともに、前記試料からの反射光を前記可視光観察系へ導く第１の光学部材と、
照明光として前記紫外光が選択されたとき、前記可視光の前記紫外光観察系への入射を遮断する第１の照明光選択部材と、
照明光として前記紫外光が選択されたとき、前記紫外光を反射させて前記試料に導くとともに、前記試料からの反射光を前記紫外光観察系へ導く第２の光学部材と、
照明光として前記可視光が選択されたとき、前記紫外光の前記可視光観察系への入射を遮断する第２の照明光選択部材とを備え、
前記第１の光学部材及び前記第１の照明光選択部材が、それぞれ前記可視光照明系光路に選択的に配置可能であり、
前記第２の光学部材及び前記第２の照明光選択部材が、それぞれ前記紫外光照明系光路に選択的に配置可能であることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項３】
第１の光学部材が可視光照明系光路に配置されたとき、前記第２の照明光選択部材が紫外光照明系光路に移動し、
前記第２の光学部材が紫外光照明系光路に配置されたとき、前記第１の照明光選択部材が可視光照明系光路に移動することを特徴とする請求項２記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記第１の光学部材と前記第２の照明光選択部材とが一体に形成され、
前記第２の光学部材と前記第１の照明光選択部材とが一体に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は顕微鏡装置に関し、特に紫外光と可視光とを照明光として選択的に使用することができる顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの構造は微細化しており、例えば１６ＭダイナミックＲＡＭの場合、線幅が０．５μｍ程度となっている。
【０００３】
このような微細構造の半導体デバイスを検査するためには、分解能の高い顕微鏡装置が要求される。
【０００４】
分解能を高めるための手法の１つとしては、短い波長の光源を使用することが有用である。
【０００５】
ところで、従来の顕微鏡装置の光源としては、タングステンランプやハロゲンランプ等の可視光源が一般的に知られているが、これらの光源は紫外光をあまり出射せず、特に波長が３００ｎｍ以下の極紫外光（ＤＵＶ）になると、観察に必要な光量を確保することができない。
【０００６】
紫外光が必要な場合には水銀ランプ等の光源が用いられているが、得られる画像はモノクロ画像だけであり、検査に重要な項目の１つである色の情報を得ることができないので、紫外光による観察が可能な顕微鏡装置においても、可視光による観察をできる顕微鏡装置が要求されている。
【０００７】
しかし、紫外光（特に極紫外光）と可視光とを共通の照明系とすることは困難である。そこで、共通の観察系に対して可視光照明系と紫外光照明系とを積層構造とし、観察系光路に配置したダイクロイックミラーによって可視光と紫外光とを分離するようにした顕微鏡装置が本発明者によって案出され、本件出願人によって出願された（特願平９−２２４３２３号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特に極紫外光は人体に対して有害であるので、極紫外光の光源を使用する顕微鏡装置には、万が一にも接眼レンズを通して極紫外光が目に入射しない構成が必要である。
【０００９】
しかし、ダイクロイックミラーは所定の波長選択特性によって光を分離するものであるので、紫外光と可視光とを完全に分離することは難しい。
【００１０】
例えば、レーザ等を紫外光の光源とした場合には、紫外光がダイクロイックミラーを通して可視光観察系に漏れてしまうおそれがある。
【００１１】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は紫外光と可視光との一方を照明光として選択可能であって、可視光選択時に紫外光が可視光観察系に入射するのを確実に防ぐことができる顕微鏡装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明の顕微鏡装置は、可視光で照明された試料を観察する接眼レンズを含む可視光観察系と、紫外光で照明された試料を観察するための紫外光観察系とを備える顕微鏡装置において、照明光として前記可視光が選択されたとき、前記可視光を反射させて前記試料に導くとともに、前記試料からの反射光を前記可視光観察系へ導く第１の光学部材と、照明光として前記紫外光が選択されたとき、前記紫外光を反射させて前記試料に導くとともに、前記試料からの反射光を前記紫外光観察系へ導く第２の光学部材と、照明光として前記可視光が選択されたとき、前記紫外光の前記可視光観察系への入射を遮断する照明光選択部材とを備え、前記第２の光学部材及び前記照明光選択部材が、それぞれ前記紫外光の照明光路に選択的に配置可能であることを特徴とする。
また、請求項２記載の発明の顕微鏡装置は、可視光で試料を照明する可視光照明系と、紫外光で前記試料を照明する紫外光照明系と、前記可視光照明系によって照明された前記試料を観察する接眼レンズを含む可視光観察系と、前記紫外光照明系によって照明された前記試料を観察するための紫外光観察系とを備える顕微鏡装置において、照明光として前記可視光が選択されたとき、前記可視光を反射させて前記試料に導くとともに、前記試料からの反射光を前記可視光観察系へ導く第１の光学部材と、照明光として前記紫外光が選択されたとき、前記可視光の前記紫外光観察系への入射を遮断する第１の照明光選択部材と、照明光として前記紫外光が選択されたとき、前記紫外光を反射させて前記試料に導くとともに、前記試料からの反射光を前記紫外光観察系へ導く第２の光学部材と、照明光として前記可視光が選択されたとき、前記紫外光の前記可視光観察系への入射を遮断する第２の照明光選択部材とを備え、前記第１の光学部材及び前記第１の照明光選択部材が、それぞれ前記可視光照明系光路に選択的に配置可能であり、前記第２の光学部材及び前記第２の照明光選択部材が、それぞれ前記紫外光照明系光路に選択的に配置可能であることを特徴とする。
【００１３】
第１の光学部材を可視光照明系光路に配置したとき、第２の照明光選択部材（照明光選択部材）を紫外光照明系光路に配置でき、第２の光学部材を紫外光照明系光路に配置したとき、第１の照明光選択部材を可視光照明系光路に配置することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明の顕微鏡装置は、請求項２に記載の顕微鏡装置において、前記第１の光学部材が可視光照明系光路に配置されたとき、前記第２の照明光選択部材が紫外光照明系光路に移動し、前記第２の光学部材が紫外光照明系光路に配置されたとき、前記第１の照明光選択部材が可視光照明系光路に移動することを特徴とする。
【００１５】
選択した第１の光学部材に対応した第２の照明光選択部材を選択でき、選択した第２の光学部材に対応した第１の照明光選択部材を選択できる。
【００１６】
請求項４に記載の発明の顕微鏡装置は、請求項２に記載の顕微鏡装置において、前記第１の光学部材と前記第２の照明光選択部材とが一体に形成され、前記第２の光学部材と前記第１の照明光選択部材とが一体に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
第１の光学部材と第２の照明光選択部材とを、第２の光学部材と第１の照明光選択部材とをそれぞれ個別に駆動する必要がなくなり、駆動機構やガイド等を少なくでき、また電動の場合には駆動モータの数を少なくできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１及び図２はこの発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置を示す破断面図、図３は紫外光照明系光路中に配置された第２の中空ブロックの斜視図である。
【００２０】
なお、図１は照明光として可視光照明系を選択したときの状態を示し、図２は照明光として紫外光照明系を選択したときの状態を示す図である。
【００２１】
この顕微鏡装置は、顕微鏡本体１０と、鏡筒３０と、電動レボルバ４０と、ステージ５０と、紫外光用ディテクタ６０とを備える。
【００２２】
顕微鏡本体１０は、ベース１０Ａと、支柱１０Ｂと、アーム１０Ｄとで構成される。
【００２３】
アーム１０Ｄの背面側には、ハロゲンランプ２２を内蔵するランプハウスが設けられている。また、アーム１０Ｄの上部には、紫外像検出ユニット１０Ｃが載置されている。この紫外像検出ユニット１０Ｃは、顕微鏡本体１０に対して着脱可能に構成されている。
【００２４】
鏡筒３０は紫外像検出ユニット１０Ｃの上部に取り付けられ、接眼レンズ３１を有する。
【００２５】
紫外光用ディテクタ６０は紫外像検出ユニット１０Ｃの上部に取り付けられ、紫外光用ＣＣＤを備えている。
【００２６】
電動レボルバ４０はアーム１０Ｄの下面に取り付けられ、電動レボルバ４０には複数の対物レンズ４１，４２が保持されている。対物レンズ４１は可視光用を、対物レンズ４２は紫外光用をそれぞれ示す。
【００２７】
なお、紫外光用対物レンズは、可視光と紫外光の両方において適正な収差補正をすることが困難なために使用されている。
【００２８】
ステージ５０はベース１０Ａ上に設けられ、対物レンズ４１，４２の光軸に沿って上下動する。
【００２９】
紫外像検出ユニット１０Ｃ内には水銀ランプ１２、ＵＶフィルタ１３、紫外光用リレー光学系を構成するリレーレンズ１４，１５、シャッタ１６、ハーフミラー１７、及び第２の中空ブロック１８が配置されている。
【００３０】
シャッタ１６はソレノイド１６Ａによって駆動され、可視光観察を行うとき、紫外光が観察系光路に入射しないように紫外光照明系光路に挿入される。
【００３１】
第２の中空ブロック１８は全反射ミラー（第２の光学部材）１８Ａと貫通孔１８Ｃを有する遮光体（第２の照明光選択部材、照明光選択部材）１８Ｂとを備えている（図３参照）。
【００３２】
この第２の中空ブロック１８は、水銀ランプ１２の光路に対して直交する方向（図面を貫通する方向）へ移動できる。
【００３３】
したがって、紫外光照明光路に対して全反射ミラー１８Ａ及び遮光体１８Ｂのいずれか一方を配置することができる。
【００３４】
遮光体１８Ｂを紫外光照明系光路に配置したとき、貫通孔１８Ｃの中心軸は可視光観察系の光路上に位置する。
【００３５】
第２の中空ブロック１８は、複数のボール１８ａを転動可能に支持するボールレース機構を介して固定ガイド部１９に取り付けられ、固定ガイド部１９に対して移動可能である。
【００３６】
第２の中空ブロック１８の上部にはラック１８Ｄが形成され、このラック１８Ｄはモータ（例えばＤＣモータ）２０の回転軸に固着されたピニオン２０Ａと噛み合っている。モータ２０は固定ガイド部１９に固着される。
【００３７】
アーム１０Ｄ内にはハロゲンランプ２２、可視光用リレー光学系を構成するリレーレンズ２４，２５、及び第１の中空ブロック２８が配置されている。
【００３８】
第１の中空ブロック２８はハーフミラー（第１の光学部材）２８Ａと貫通孔２８Ｃを有する遮光体（第１の照明光選択部材）２８Ｂとを備えている。
【００３９】
この第１の中空ブロック２８は、ハロゲンランプ２２の光路に対して直交する方向（図面を貫通する方向）へ移動できる。
【００４０】
したがって、可視光照明系光路に対してハーフミラー２８Ａ及び遮光体２８Ｂのいずれか一方を配置することができる。
【００４１】
遮光体２８Ｂを可視光照明系光路に配置したとき、貫通孔２８Ｃの中心軸は紫外光観察系の光路上に位置する。
【００４２】
第１の中空ブロック２８は、複数のボール２８ａを転動可能に支持するボールレース機構を介して固定ガイド部２９に取り付けられ、固定ガイド部２９に対して移動可能である。
【００４３】
第１の中空ブロック２８の上部にはラック（図示せず）が形成され、このラックはモータ（例えばＤＣモータ）２６の回転軸に固着されたピニオン２６Ａと噛み合っている。モータ２６は固定ガイド部２９に固着される。
【００４４】
紫外像検出ユニット１０Ｃの下面に形成されたありはアーム１０Ｄの上面に形成されたあり溝に係合している。また、紫外像検出ユニット１０Ｃの内部空間とアーム１０Ｄの内部空間とは開口Ｓを介して連通しており、この開口Ｓによって第１の中空ブロック２８と第２の中空ブロック１８との間の光路が形成される。
【００４５】
照明光として可視光が選択されたとき、モータ２６が作動してハーフミラー２８Ａが可視光照明系光路に配置されるとともに、モータ２０が作動して遮光体１８Ｂが紫外光照明系光路に移動する。このとき、貫通孔１８Ｃが可視光観察系光路に配置される。
【００４６】
ハロゲンランプ２２から出射された照明光は、ハーフミラー２８Ａによって反射され、可視光用対物レンズ４１を介して試料５１上の所定領域に照射される。この照明光学系は試料５１に対してケーラー照明を達成するように構成されている。
【００４７】
試料５１からの反射光はハーフミラー２８Ａを透過した後、開口Ｓ及び貫通孔１８Ｃを通り、鏡筒３０内の結像レンズ２３により結像され、接眼レンズ３１により可視光観察される。
【００４８】
このとき、水銀ランプ１２からの照明光は第２の照明光選択部材１８Ｂによって遮断されるとともに、シャッタ１６によっても遮断されるので、紫外光が試料５１や可視光観察系に照射されることはない（図１参照）。
【００４９】
また、照明光として紫外光が選択されたとき、モータ２０が作動して全反射ミラー１８Ａが紫外光照明系光路に配置されるとともに、モータ２６が作動して遮光体２８Ｂが可視光照明系光路に移動する。このとき、貫通孔２８Ｃが紫外光観察系光路に配置される。
【００５０】
水銀ランプ１２から出射された照明光は、ＵＶフィルタ１３を通過することにより、可視光を含まない紫外光だけの照明光となる。
【００５１】
照明光は紫外光用のリレーレンズ１４，１５を通りハーフミラー１７を透過し、全反射ミラー１８Ａによって開口Ｓ、貫通孔２８Ｃ及び紫外光用対物レンズ４２へと偏光され、試料５１上の所定領域に照射される。
【００５２】
この照明光学系は試料５１に対してケーラー照明を達成するように構成されている。
【００５３】
試料５１からの反射光は貫通孔２８Ｃ及び開口Ｓを通り、全反射ミラー１８Ａで反射され、更にハーフミラー１７により紫外光用ディテクタ６０に導かれる。
【００５４】
ハーフミラー１７によって反射された光は紫外光用結像レンズ２１により結像され、紫外光用ディテクタ６０の紫外光用ＣＣＤによって受光される。
【００５５】
紫外光用ＣＣＤによって受光された紫外光は電気信号に変換され、モニタ（図示せず）によって可視化され、観察される。
【００５６】
このとき、ハロゲンランプ２２からの照明光は第１の照明光選択部材２８Ｂによって遮断されるので、可視光が試料５１や紫外光観察系に照射されることはない（図２参照）。
【００５７】
この実施形態によれば、可視光による観察と紫外光による観察とを切り換えて行う場合であっても、紫外光と可視光とを確実に分離することができる。その結果、極紫外光の光源を使用する場合であっても、接眼レンズを通して極紫外光が目に入射するおそれがない。
【００５８】
また、紫外光観察の場合でも、可視光が紫外光観察系に入射してフレアやゴーストの原因となるのを防ぐことができる。
【００５９】
図４及び図５はこの発明の第２実施形態に係る顕微鏡装置を示す破断面図であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
なお、図４は照明光として可視光を選択したときの状態を示し、図５は照明光として紫外光を選択したときの状態を示す図である。
【００６１】
この実施形態は、ハーフミラー２８Ａの上部に第２の照明光選択部材（照明光選択部材）１８Ｂが、第１の照明光選択部材２８Ｂの上部に全反射ミラー１８Ａがそれぞれ一体に形成されるように、第１の中空ブロック２８と第２の中空ブロック１８とを一体化して２階建て構造のブロック１０８を形成し、このブロック１０８をアーム１０Ｄのモータ２６だけで駆動するようにした点で第１実施形態と相違する。
【００６２】
この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００６３】
また、第１の中空ブロック２８と第２の中空ブロック１８とを個別に駆動する必要がないので、電動の場合でもモータやラック、ガイド等が１つずつでよいので、構成が簡単な、しかも安価な装置とすることができる。
【００６４】
なお、上記各実施形態では第１の中空ブロックと第２の中空ブロックとをモータ駆動したが、手動で移動させるようにしてもよい。
【００６５】
また、第１の中空ブロック２８はハーフミラー２８Ａと遮光体２８Ｂとを一体に形成しているが、ハーフミラー２８Ａと遮光体２８Ｂとを別体としてもよい。
【００６６】
更に、第２の中空ブロック１８は全反射ミラー１８Ａと遮光体１８Ｂとを一体に形成しているが、全反射ミラー１８Ａと遮光体１８Ｂとを別体としてもよい。
【００６７】
また、上記各実施形態では紫外光照明系を可視光照明系の上部に配置したが、可視光照明系を紫外光照明系の上部に配置するようにしてもよい。このときには、紫外光用ディテクタ６０はアーム１０Ｄの側面に取り付けられる。
【００６８】
更に、上記各実施形態では紫外光の光源として水銀ランプを使用したが、水銀ランプでは紫外光、特に極紫外光の場合、観察に必要かつ十分な光量を得難いので、水銀ランプの代わりに紫外光又は極紫外光を照射するレーザ光を光源としてもよい。
【００６９】
また、紫外像検出ユニット１０Ｃとアーム１０Ｄとは分離可能な構成としたが、可視光と紫外光とが完全に分離されていれば、各ユニットを一体構造としてもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上に説明したように請求項１に記載の発明の顕微鏡装置によれば、照明光として可視光を選択したときに紫外光が可視光観察系光路に入射するのを確実に防ぐことができる。
【００７１】
請求項２に記載の発明の顕微鏡装置によれば、照明光の切換作業が容易になるとともに、誤操作を防ぐことができる。
【００７２】
請求項３に記載の発明の顕微鏡装置によれば、照明光の切換作業が容易になるとともに、誤操作や誤動作を防ぐことができる。また、構成の簡素化を図ることができ、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置を示す破断面図であり、照明光として可視光照明系を選択したときの状態を示す図である。
【図２】図２はこの発明の第１実施形態に係る顕微鏡装置を示す破断面図であり、照明光として紫外光照明系を選択したときの状態を示す図である。
【図３】図３は第２の中空ブロックの斜視図である。
【図４】図４はこの発明の第２実施形態に係る顕微鏡装置を示す破断面図であり、照明光として可視光を選択したときの状態を示す図である。
【図５】図５はこの発明の第２実施形態に係る顕微鏡装置を示す破断面図であり、照明光として紫外光を選択したときの状態を示す図である。
【符号の説明】
１８Ａ  全反射ミラー（第２の光学部材）
１８Ｂ  遮光体（第２の照明光選択部材、照明光選択部材）
２８Ａ  ハーフミラー（第１の光学部材）
２８Ｂ  遮光体（第１の照明光選択部材）
５１  試料
【図１】
0004487324.tif 000002
【図２】
0004487324.tif 000003
【図３】
0004487324.tif 000004
【図４】
0004487324.tif 000005
【図５】
0004487324.tif 000006