(57)【要約】  対物レンズの光軸に直交する基準平面に対するサンプルの観察面の傾斜を調整する構造を備えた測定装置等に関する。当該測定装置は、光源からサンプルへ向かう照射光の伝搬経路上に配置された、照射光の出射角を変更するスキャナを備え、スキャナにより照射光の出射角を変更しながら、サンプルからの反射光の検出信号の信号値と照射光の出射角と信号値を対応付けることにより、サンプルの傾斜情報を得る。
2017154895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの光照射領域に照射光を導くリレーレンズ系を有し、前記リレーレンズ系の光軸に直交する基準平面に対する前記光照射領域の傾斜を測定する測定装置において、
前記照射光を出力する光源と、
前記サンプルを保持した状態で、前記基準平面に対する前記光照射領域の傾斜角を変えるサンプルホルダと、
前記サンプルホルダに対面するよう配置された前記リレーレンズ系と、
前記光源と前記リレーレンズ系との間の光路上に配置され、前記リレーレンズ系から出射される前記照射光の出射角を変化させるスキャナと、
前記リレーレンズ系および前記スキャナを通過した、前記光照射領域からの反射光を受光し、前記反射光に応じた検出信号を出力する光検出器と、
前記スキャナから出力された前記照射光の出射角に関する情報と前記検出信号の信号値に関する情報とを対応付けることにより、前記サンプルにおける前記光照射領域の傾斜情報を得る解析部と、
を備える測定装置。
【請求項２】
前記傾斜情報に基づいて、前記光照射領域で垂直反射される反射光の伝搬方向が前記リレーレンズ系の光軸に対して平行となるように、前記サンプルホルダの姿勢を調整する制御部を更に備える、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記解析部は、前記傾斜情報として、前記スキャナから出力された前記照射光の出射角に関する情報を二次元座標に変換し、前記二次元座標に対応する前記検出信号の情報をプロットしていくことにより、二次元のスキャン像を生成する、
請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記光検出器は、シングルポイントの光検出器を含む、
請求項１〜３の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記スキャナは、前記反射光を前記照射光の光線に一致させる、
請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記スキャナと前記光検出器との間の光路上に配置され、前記光検出器が受光する前記反射光のビームサイズを制限する第１の絞りを更に備える、
請求項１〜５の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記スキャナと前記光検出器との間の光路上に配置されるとともに、前記反射光を取り込むための入射端と、その内部を伝搬した前記反射光が前記光検出器へ向けて出射される出射端と、を有する光ファイバを更に備える、
請求項１〜５の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記スキャナと前記リレーレンズ系との間の光路上に配置され、前記リレーレンズ系に入射する前記照射光のビームサイズを制限する第２の絞りを更に備える、
請求項１〜７の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記サンプルに前記照射光を集光する対物レンズ系と、
少なくとも前記リレーレンズ系および前記対物レンズ系を保持した状態で、前記リレーレンズ系および前記対物レンズ系のうち何れかを前記サンプルに対面するように配置するレンズ選択部と、
を更に備える請求項１〜８の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記リレーレンズ系は、前記サンプルに対面するように配置された対物レンズ系と、前記対物レンズ系と前記スキャナとの間の光路上に配置された、前記対物レンズ系とリレー光学系を形成するレンズ系と、を含む、
請求項１〜８の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項１１】
固浸レンズを更に備える、
請求項１〜１０の何れか一項に記載の測定装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか一項に記載の測定装置を含む観察装置。
【請求項１３】
レンズ系を介してサンプルの光照射領域に照射光を導き、前記レンズ系の光軸に直交する基準平面に対する前記光照射領域の傾斜を測定する測定方法において、
前記基準平面に対する前記光照射領域の傾斜を変えるサンプルホルダに、前記サンプルを保持させる保持ステップと、
前記レンズ系のフォーカス位置を前記光照射領域上に調整するフォーカス調整ステップと、
前記レンズ系としてリレーレンズ系を前記サンプルに対面するよう配置するリレーレンズ系配置ステップと、
前記照射光の伝搬経路上に配置されたスキャナから出射角を変えながら前記照射光を出力させることにより、前記リレーレンズ系から前記光照射領域へ出射される前記照射光の入射角を変えながら、前記照射光を前記サンプルへ照射する照射ステップと、
前記光照射領域で反射された反射光を受光し、前記反射光に応じた検出信号を出力する検出ステップと、
前記スキャナから出力された前記照射光の出射角の情報と前記検出信号の情報とを対応付けることにより、前記サンプルにおける前記光照射領域の傾斜情報を得る傾斜測定ステップと、
を備える測定方法。
【請求項１４】
前記傾斜情報に基づいて、前記光照射領域で垂直反射される反射光の伝搬方向が前記リレーレンズ系の光軸に対して平行となるように、前記サンプルホルダの姿勢を調整する傾斜調整ステップを更に備える、
請求項１３に記載の測定方法。
【請求項１５】
前記リレーレンズ系から前記光照射領域に出射される前記照射光の入射角の変化幅を縮小しながら、前記傾斜測定ステップおよび前記傾斜調整ステップを繰り返して行う、
請求項１４に記載の測定方法。
【請求項１６】
前記フォーカス調整ステップの前に、前記光照射領域で垂直に反射された前記反射光の伝搬方向と前記リレーレンズ系の光軸とのズレを得る事前傾斜測定ステップを更に備え、
前記傾斜調整ステップは、前記ズレが低減されるよう、前記基準平面に対する前記サンプルホルダの姿勢を調整することを含む、
請求項１４に記載の測定方法。
【請求項１７】
前記フォーカス調整ステップは、前記レンズ系として対物レンズが配置されている状態で、前記対物レンズのフォーカス位置を前記光照射領域上に調整することを含む、
請求項１３〜１６の何れか一項に記載の測定方法。
【請求項１８】
前記傾斜測定ステップは、前記傾斜情報として、前記照射光の出射角に関する情報を二次元座標に変換し、前記二次元座標に対応する前記検出信号の信号値をプロットしていくことにより、二次元のスキャン像を生成する、
請求項１３〜１７の何れか一項に記載の測定方法。
【請求項１９】
前記フォーカス調整ステップの前に、前記光照射領域で垂直に反射された前記反射光の伝搬方向と前記リレーレンズ系の光軸とを互いに一致させる事前調整ステップを更に備える、
請求項１３〜１８の何れか一項に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルの姿勢を規定する指標として該サンプルの一部の傾斜を測定するための測定装置、該測定装置を含む観察装置および測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光源から出力される照射光の照射位置を走査させながら該照射光をサンプルに照射し、サンプルで生じた光を受光した光検出器からの検出信号と照射光の照射位置に関する情報に基づいて、サンプル表面の二次元画像（観察面画像）を取得する測定装置が記載されている。【０００３】
このような測定装置では、シェーディングが抑制された良好な観察面画像を取得するため、サンプルに対面するよう配置される対物レンズの光軸に対してサンプルの観察面は垂直であることが重要である。【０００４】
また、固浸レンズ（solid immersion lens）固定された対物レンズを用いる場合、固浸レンズとサンプルとの間の密着を良好な状態とするためには、固浸レンズの密着面とサンプルの表面とを互いに平行にすることが重要である。この点でも、対物レンズの光軸に対してサンプルの観察面は垂直であることが重要である。【０００５】
特許文献１に開示された測定装置は、光源から出力される照射光をサンプルに照射したときに生じる反射光を二次元光撮像部の受光面上に結像させ、この二次元光撮像部により得られた画像を解析することで、対物レンズの光軸に垂直な面に対するサンプルの観察面の傾斜を求め、そして、対物レンズの光軸に対してサンプルの観察面が垂直になるようにサンプルの傾斜を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００２８６４１号
【特許文献２】米国特許第５，７０５，８２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明者は、上記従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記特許文献１に開示された発明は、二次元撮像部を追加して備える必要があり、また、サンプルから反射光を二次元撮像部へ導くための光学系をも追加的に備える必要がある。そのため、測定装置自体の製造コストが高くなるとともに、追加された光学系の調整に要するコストも必要になる。【０００８】
本発明の一側面は、上述の課題を解消するためになされたものであり、簡易な装置構成で対物レンズの光軸に対してサンプルの観察面（光照射領域）が垂直になるようにサンプルの観察面の傾斜を容易に調整するための構造を備えた測定装置、該測定装置を含む観察装置および測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態に係る測定装置は、サンプルの観察面内の光照射領域に照射光を導くリレーレンズ系を有し、リレーレンズ系の光軸に直交する基準平面に対する該光照射領域の傾斜を測定する。一例として、当該測定装置は、光源と、サンプルホルダと、リレーレンズ系と、スキャナと、光検出器と、解析部と、を少なくとも備える。光源は、照射光を出力する。サンプルホルダは、サンプルを保持した状態で、基準平面に対する光照射領域の傾斜角を変える。リレーレンズ系は、サンプルホルダに対面するよう配置される。スキャナは、光源とリレーレンズ系との間の光路上に配置される。また、スキャナは、リレーレンズ系から光照射領域へ出射される照射光の出射角を変化させる。光検出器は、リレーレンズ系およびスキャナを通過した反射光を受光し、反射光に応じた検出信号を出力する。解析部は、スキャナから出力された照射光の出射角に関する情報と検出信号の信号値に関する情報とを対応付けることにより、サンプルにおける光照射領域の傾斜情報を得る。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態によれば、簡易な装置構成で対物レンズの光軸に対してサンプルの面が垂直となるようにサンプルの傾斜を容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】は、第１実施形態に係る測定装置１（本実施形態に係る観察装置に含まれる）において、リレーレンズ系３１が照射光の光路上に配置された構成例を示す図である。
【図２】は、第１実施形態に係る測定装置１において、対物レンズ系３２が照射光の光路上に配置された構成例を示す図である。
【図３】は、第１実施形態に係る測定装置１において、固浸レンズ付き対物レンズ系３３が照射光の光路上に配置された構成例を示す図である。
【図４】は、第１実施形態に係る測定装置１において、リレーレンズ系３１が照射光の光路上に配置されたときの、該照射光Ｌ１の伝搬の様子を説明するための図である。
【図５】は、第１および第２実施形態の一部を構成する光学ユニットＡ１および補助ユニットＢ１それぞれの変形例の構成を示す図である。
【図６】は、本実施形態に係る測定方法を説明するフローチャートである。
【図７】は、傾斜情報の生成を説明するための概念図である。
【図８】は、本実施形態に係る測定方法における傾斜測定ステップＳ３を説明するための図である。
【図９】は、本実施形態に係る測定方法における傾斜測定ステップＳ３を説明するための図である。
【図１０】は、本実施形態に係る測定方法におけるサンプル傾斜角度調整処理（フォーカス調整ステップＳ２、傾斜測定ステップＳ３および傾斜調整ステップＳ４を含む）を説明するためのフローチャートである。
【図１１】は、他の実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】は、傾斜測定ステップＳ３の際にリレーレンズ系３１を用いる場合と用いない場合との相違について説明するための図である。
【図１３】は、リレーレンズ系３１、固浸レンズ付き対物レンズ系３３およびレボルバ３４の構成例を示す図である。
【図１４】は、第２実施形態に係る測定装置２（本実施形態に係る観察装置に含まれる）の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
【００１３】
（１）  本実施形態に係る測定装置は、その一態様として、対物レンズ系を介してサンプル表面を観察する観察装置に含まれてもよく、サンプルの観察面内の光照射領域に照射光を導くリレーレンズ系を有し、リレーレンズ系の光軸に直交する基準平面に対する該光照射領域の傾斜を測定する。本実施形態の一態様として、当該測定装置は、少なくとも、光源と、サンプルホルダと、リレーレンズ系と、スキャナと、光検出器と、解析部と、を少なくとも備える。光源は、照射光を出力する。サンプルホルダは、サンプルを保持した状態で、基準平面に対する光照射領域の傾斜角を変える。リレーレンズ系は、サンプルに対面するよう配置される。スキャナは、光源とリレーレンズ系との間の光路上に配置される。また、スキャナは、リレーレンズ系から光照射領域へ出射される照射光の出射角（スキャン角）を変化させる。光検出器は、リレーレンズ系およびスキャナを通過した反射光を受光し、反射光に応じた検出信号を出力する。解析部は、スキャナから出力された照射光の出射角に関する情報と検出信号の信号値に関する情報とを対応付けることにより、サンプルにおける光照射領域の傾斜情報を得る。
【００１４】
（２）上述のように、光源からサンプルへ向かう照射光の伝搬経路上に、照射光の出射角を変更するスキャナが配置された構成において、照射光の出射角変更は、サンプルに対面したレンズ系を動かすことなくサンプルに到達する照射光の入射角変更を可能にする。サンプルからの反射光の検出信号の信号値は、照射光の入射角に依存しているため、入射角を決定するスキャナによる照射光の出射角と信号値を対応付けることにより、簡易な装置構成でサンプルの傾斜情報が得られる。
【００１５】
（３）本実施形態の一態様として、当該測定装置は、制御部を備えてもよい。制御部は、傾斜情報に基づいて、光照射領域で垂直反射される反射光の伝搬方向がリレーレンズ系の光軸に対して平行となるように、サンプルホルダの姿勢を調整する。なお、傾斜情報から反射光の伝搬方向が特定できるため、該傾斜情報が得られた時のサンプルホルダの姿勢を基準に、サンプルホルダの姿勢調整が可能になる。
【００１６】
（４）本実施形態の一態様として、解析部は、傾斜情報として、スキャナから出力された照射光の出射角に関する情報を二次元座標に変換し、該二次元座標に対応する検出信号の情報をプロットしていくことにより、サンプルの傾斜情報を含む二次元画像（レーザスキャン像）を生成してもよい。
【００１７】
（５）本実施形態の一態様として、光検出器は、シングルポイント光検出器（single-point photodetector）を含んでもよい。なお、シングルポイント光検出器は、一度に１画素分のデータを収集するポイントデバイスである（例えば、上記特許文献２参照）。また、本実施形態の一態様として、スキャナは、反射光を照射光の光線に一致させてもよい。
【００１８】
（６）本実施形態の一態様として、当該測定装置は、スキャナと光検出器との間の光路上に配置された第１の絞りを備えてもよい。この第１の絞りは、光検出器が受光する反射光のビームサイズを制限する。また、本実施形態の一態様として、当該測定装置は、スキャナと前記光検出器との間の光路上に配置された光ファイバを備えてもよい。この光ファイバは、反射光を取り込むための入射端と、その内部を伝搬した反射光が光検出器へ向けて出射される出射端と、を有する。更に、本実施形態の一態様として、当該測定装置は、スキャナとリレーレンズ系との間の光路上に配置された第２の絞りを備えてもよい。この第２の絞りは、リレーレンズ系に入射する照射光のビームサイズを制限する。
【００１９】
（７）本実施形態の一態様として、当該測定装置は、対物レンズ系と、少なくともリレーレンズ系および対物レンズ系を保持するレンズ選択部と、を備えるのが好ましい。この構成において、対物レンズは、サンプルに照射光を集光する。レンズ選択部は、少なくともリレーレンズ系および対物レンズ系を保持した状態で、リレーレンズ系および対物レンズ系のうち何れかをサンプルに対面するように配置する。
【００２０】
（８）本実施形態の一態様として、リレーレンズ系は、サンプルに対面するように配置された対物レンズ系と、該対物レンズ系とリレー光学系を形成するレンズ系と、で構成されてもよい。この場合、該レンズ系は、対物レンズ系とスキャナとの間の光路上に配置される。また、本実施形態の一態様として、当該測定装置は、固浸レンズを備えてもよい。
【００２１】
（９）本実施形態に係る観察装置は、その一態様として、上述のような構造を有する測定装置を含み、該測定装置により、傾斜が修正されたサンプルの観察面を、リレーレンズ系とは異なる対物レンズ、または、該リレーレンズ系の一部を構成する対物レンズを介して観察する。
【００２２】
（１０）本実施形態に係る観察方法は、レンズ系を介してサンプルの光照射領域に照射光を導き、レンズ系の光軸に直交する基準平面に対する該光照射領域の傾斜を測定する。本実施形態の一態様として、当該測定方法は、少なくとも、保持ステップと、フォーカス調整ステップと、リレーレンズ系配置ステップと、照射ステップと、検出ステップと、傾斜測定ステップと、を備える。保持ステップは、サンプルを保持した状態で、基準平面に対する光照射領域の傾斜を変えるサンプルホルダに、サンプルを保持させる。フォーカス調整ステップは、レンズ系のフォーカス位置を光照射領域上に調整する。リレーレンズ系配置ステップは、レンズ系としてリレーレンズ系をサンプルに対面するよう配置する。照射ステップは、リレーレンズ系から光照射領域に向かって照射光をサンプルへ照射する。具体的に照射ステップは、照射光の伝搬経路上に配置されたスキャナから出射角（スキャン角）を変えながら照射光を出力させることにより、リレーレンズ系から光照射領域へ出射される照射光の入射角を変えながら、照射光をサンプルへ照射する。検出ステップは、光照射領域で反射された反射光を受光し、反射光に応じた検出信号を出力する。傾斜測定ステップは、スキャナから出力された照射光の出射角の情報と検出信号の情報とを対応付けることにより、サンプルにおける光照射領域の傾斜情報を得る。
【００２３】
（１１）本実施形態の一態様として、当該測定方法は、傾斜調整ステップを更に備えてもよい。傾斜調整ステップは、傾斜情報（反射光の伝搬方向に関する情報を含む）に基づいて、光照射領域で垂直反射される反射光の伝搬方向がリレーレンズ系の光軸に対して平行となるように、サンプルホルダの姿勢を調整する。また、本実施形態の一態様として、傾斜測定ステップおよび傾斜調整ステップは、リレーレンズ系から光照射領域に到達する照射光の入射角の変化幅を縮小しながら、繰り返し行われてもよい。更に、本実施形態の一態様として、当該測定方法は、事前傾斜測定ステップを備えてもよい。事前傾斜測定ステップは、フォーカス調整ステップの前に、光照射領域で垂直に反射された反射光の伝搬方向とリレーレンズ系の光軸とのズレを得るステップであって、このような構成において、傾斜調整ステップは、得られたズレが低減されるよう、基準平面に対するサンプルホルダの姿勢を調整する。
【００２４】
（１２）本実施形態の一態様として、フォーカス調整ステップは、レンズ系として対物レンズが配置されている状態で、該対物レンズのフォーカス位置を光照射領域上に調整するのが好ましい。また、本実施形態の一態様として、傾斜測定ステップは、傾斜情報として、照射光の出射角に関する情報を二次元座標に変換し、該二次元座標に対応する検出信号の情報をプロットしていくことにより、サンプルの傾斜情報を含む二次元画像（レーザスキャン像）を生成してもよい。
【００２５】
（１３）更に、本実施形態の一態様として、当該測定方法は、フォーカス調整ステップの前に、光照射領域で垂直に反射された反射光の伝搬方向とリレーレンズ系の光軸とを互いに一致させる事前調整ステップを備えてもよい。
【００２６】
以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
【００２７】
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る測定装置、観察装置および測定方法の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２８】
（第１実施形態）
図１〜図３は、第１実施形態に係る測定装置（本実施形態に係る観察装置に含まれる）１の構成を示す図である。図１は、測定装置１において、リレーレンズ系３１が照射光の光路上に配置された構成を示す図である。図２は、測定装置１において、対物レンズ系３２が照射光の光路上に配置された構成を示す図である。図３は、測定装置１において、固浸レンズ付き対物レンズ系（固浸レンズ３３Ａを有する対物レンズ系）３３が照射光の光路上に配置された構成を示す図である。
【００２９】
測定装置１は、光源１１、光ファイバ１２、コリメートレンズ１３、偏光ビームスプリッタ２１、λ／４板２２、スキャナ２３、レンズ２４、２５、ミラー２６、リレーレンズ系３１、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３、固浸レンズ３３Ａ、レボルバ３４、レンズ４１、第１の絞り４２、光検出器（第１の光検出器）４４、サンプルホルダ５１、アクチュエータ５２、５３、制御部６１、解析部６２、入力部６３および表示部６４を備える。なお、図１〜図３に示された構成例では、レボルバ３４に保持されたリレーレンズ系３１、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３とともに、ミラー２６により、光学ユニットＡ１が構成されている。また、光学ユニットＡ１は、ミラー２６により構成される補助ユニットＢ１を含む。また、アクチュエータ５２、５３は、互いに直交する方向（傾斜制御方向）に沿ったサンプルホルダ５１の傾斜をそれぞれ変更する。
【００３０】
光源１１から出力された照射光Ｌ１をサンプルＳまで導く照射光学系として、光源１１からサンプルＳに向かう照射光Ｌ１の光路上に、光ファイバ１２、コリメートレンズ１３、偏光ビームスプリッタ２１、λ／４板２２、スキャナ２３、レンズ２４、２５およびミラー２６が順に配置されている。これらは互いに光学的に接続(coupling)されている。サンプルＳで反射された反射光Ｌ２を検出位置すなわち光検出器４４まで導く検出光学系として、サンプルＳから光検出器４４に向かう反射光の反射の光路上に、ミラー２６、レンズ２５、２４、スキャナ２３、λ／４板２２、偏光ビームスプリッタ２１、レンズ４１および第１の絞り４２が順に配置されている。なお、λ／４板２２の代わりに、入射された光の偏光面を例えば２２.５度又は４５度回転して出力するファラデーローテータが配置されてもよい。また、λ／４板２２を除いて、偏光ビームスプリッタ２１の代わりにハーフミラーが配置されてもよい。
【００３１】
サンプルＳは、例えば半導体デバイスであり、該半導体デバイスとしては、トランジスタ等のＰＮジャンクションを有する集積回路、大電流用／高圧用ＭＯＳトランジスタ及びバイポーラトランジスタ、電力用半導体素子（パワーデバイス）等がある。加えて、サンプルＳは、半導体デバイスを含むパッケージ、複合基板等であってもよい。なお、トランジスタ等のＰＮジャンクションを有する集積回路には、例えば、小規模集積回路（ＳＳＩ：Small Scale Integration）、中規模集積回路（ＭＳＩ：Medium Scale Integration）、大規模集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ：Very Large Scale Integration）、超々大規模集積回路（ＵＬＳＩ：Ultra Large Scale Integration）、ギガ・スケール集積回路（ＧＳＩ：Giga Scale Integration）が含まれる。また、半導体デバイスには、デバイス制御ケーブルを介してテスタユニット（不図示）が電気的に接続され、所定の変調電流信号（刺激信号）が印加されてもよい。
【００３２】
サンプルＳに対向するよう配置されるレンズ系として、リレーレンズ系３１、対物レンズ系３２および対物レンズ系３３は、レンズ選択部であるレボルバ３４に保持され、これらのうちから該レボルバ３４により選択されたレンズ系がミラー２６とサンプルＳとの間に配置される。サンプルＳに対向するよう配置された何れかのレンズ系はミラー２６と光学的に接続(coupling)されている。サンプルホルダ５１は、サンプルＳを保持するとともに該サンプルＳの姿勢を調整する構造を備えたデバイスであり、例えばサンプルＳを載置するステージである。サンプルホルダ５１のサンプル搭載面の傾斜は可変である。サンプルホルダ５１のサンプル搭載面の傾斜は、制御部６１により駆動されるアクチュエータ５２、５３により調整されてもよいし、マニュアル操作により調整されてもよい。このサンプルホルダ５１における傾斜制御により、サンプルＳの観察面（照射光Ｌ１が到達する光照射領域）の傾斜が調整可能になる。
【００３３】
光源１１は、サンプルホルダ５１により保持されたサンプルＳへ照射すべき照射光Ｌ１を出力する。光源１１は、電源（図示せず）によって駆動し、サンプルＳに照射されるＣＷ光またはパルス光を出力する。光源１１から出力される光は、インコヒーレント（非コヒーレント）な光 でもよいし、レーザ光のようなコヒーレントな光であってもよい。インコヒーレントな光を出力する光源１１としては、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が適用可能である。コヒーレントな光を出力する光源１１としては、固体レーザ光源や半導体レーザ光源等が適用可能である。
【００３４】
光ファイバ１２は、光源１１から出力された照射光Ｌ１を入射端に入力し、当該光ファイバ１２内を伝搬した照射光Ｌ１を、その出射端を介してコリメートレンズ１３へ出力する。コリメートレンズ１３は、光ファイバ１２の出射端から発散光として出力された照射光Ｌ１を入力し、この照射光Ｌ１を平行光（コリメート光）として出力する。偏光ビームスプリッタ２１は、コリメートレンズ１３から出力された照射光Ｌ１を入力し、この照射光Ｌ１のうちＳ偏光成分を反射させてλ／４板２２へ出力する。λ／４板２２は、偏光ビームスプリッタ２１から出力された直線偏光の照射光Ｌ１を入力し、この照射光Ｌ１を円偏光としてスキャナ２３へ出力する。
【００３５】
スキャナ２３は、λ／４板２２から出力された照射光Ｌ１を入力し、その照射光Ｌ１をレンズ２４へ出力する。スキャナ２３は、照射光Ｌ１の出力方向（出射角）を変化させることができる。なお、スキャナ２３からの照射光Ｌ１の出射角は、該スキャナ２３に対面配置されたレンズ２４の光軸と該照射光Ｌ１の出射方向とのなす角により規定され、スキャナ２３から出力される照射光Ｌ１の出力方向は、該レンズ２４の光軸を中心に振られる。この構成により、スキャナ２３からサンプルＳへ向かう照射光Ｌ１の光路の途中の所定位置（スキャン照射光学系を構成する対物レンズ系３２、３３が光路上に配置されたときの各対物レンズ系の瞳位置Ｐ１）において、照射光Ｌ１の伝搬方向の変化が可能になる。スキャナ２３は例えばガルバノミラーやポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）ミラーを含む。レンズ２４、２５およびミラー２６は、スキャナ２３内のミラーの位置を所定位置（瞳位置Ｐ１）に投影する。したがって、瞳位置Ｐ１において、照射光Ｌ１は、主光線の位置を変更することなく、伝搬方向が変化する。瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向は、スキャナ２３の作用により変化する。このように、スキャナ２３は、対物レンズ系を移動させることなくサンプルＳ上において照射光Ｌ１を走査させることが可能になる。例えば、スキャナ２３によって伝搬方向が変化した照射光Ｌ１は、対物レンズ系３２または対物レンズ系３３を通過することによって、サンプルＳ上においてスポット光として走査される。
【００３６】
リレーレンズ系３１、対物レンズ系３２および対物レンズ系３３は、レボルバ３４に保持され、これらのうちから選択されたレンズ系がレボルバ３４によりミラー２６とサンプルＳとの間の光路上に、サンプルＳと対向するように配置される。スキャナ２３から出力された照射光Ｌ１は、レンズ２４、２５を通過した後、ミラー２６で反射され、瞳位置Ｐ１を経て、選択された何れかのレンズ系を通過し、最終的にサンプルＳの観察位置Ｐ２に照射される。対物レンズ系３３は、先端に固定された固浸レンズ３３Ａを含む構成であってもよい。
【００３７】
照射光Ｌ１の照射に応じてサンプルＳで生じた反射光Ｌ２は、照射光Ｌ１の経路と同じ経路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタ２１まで到達する。スキャナ２３によるデスキャン作用により、偏光ビームスプリッタ２１とスキャナ２３との間において照射光Ｌ１および反射光Ｌ２それぞれの主光線は互いに一致している。λ／４板２２は、スキャナ２３から出力された円偏光の反射光Ｌ２を入力すると、その反射光Ｌ２をＰ偏光として偏光ビームスプリッタ２１へ出力する。偏光ビームスプリッタ２１は、λ／４板２２から出力された反射光Ｌ２を入力し、その反射光Ｌ２のうちＰ偏光成分を透過させ、該透過したＰ偏光成分をレンズ４１へ出力する。
【００３８】
レンズ４１は、偏光ビームスプリッタ２１から出力される反射光Ｌ２を集光する。第１の絞り４２は、レンズ４１による集光の位置に開口を有しており、レンズ４１により集光された反射光Ｌ２のうち開口部分に到達した成分を通過させる。光検出器４４は、第１の絞り４２の開口を通過した反射光Ｌ２を受光し、その光パワー（光強度）に相当する検出信号を出力する。光検出器４４は、シングルポイント光検出器（上記特許文献２参照）であってもよく、例えばフォトダイオードやアバランシェ・フォトダイオード、光電子増倍管等が好適である。偏光ビームスプリッタ２１、レンズ４１、第１の絞り４２および光検出器４４は光学的に接続(coupling)されている。
【００３９】
制御部６１は、センサケーブル７１を介して光検出器４４と電気的に接続され、光検出器４４から出力された検出信号を入力する。制御部６１は、制御ケーブル７２を介して解析部６２と電気的に接続され、解析部６２との間で各種の信号を送受信し、また、解析部６２からの指示を入力する。制御部６１は、制御ケーブル７３を介してアクチュエータ５２、５３と接続され、アクチュエータ５２、５３を制御することで、サンプルホルダ５１の傾斜、すなわち、該サンプルホルダ５１に保持されたサンプルＳの傾斜を調整する。また、制御部６１は、制御ケーブル７４を介してスキャナ２３と接続され、スキャナ２３による照射光Ｌ１のスキャン動作を制御する。なお、制御部６１により制御されるスキャナ２３のスキャン動作は、レンズ２４の光軸に一致した照射光Ｌ１の出力方向を中心として、照射光Ｌ１の出射角（スキャン角）を周期的に変動させる動作を意味する。また、制御部６１は、光検出器４４やテスタユニットと電気的に接続されている電気計測部（不図示）として、例えば、ロックインアンプやスペクトラムアナライザ、デジタイザ、クロス・ドメイン・アナライザ（登録商標）、ネットワークアナライザを備えていてもよい。
【００４０】
解析部６２は、例えばコンピュータであり、入力部６３および表示部６４とともに用いられる。解析部６２は、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記録媒体であるＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）、及び入出力モジュールを含む。解析部６２は、入出力モジュールによって入力部６３および表示部６４と電気的に接続されている。解析部６２は、ＣＰＵ及びＲＡＭ等のハードウェア上にプログラム等を読み込ませることにより、ＣＰＵによってスキャナ２３による瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向（スキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角に依存）と、光検出器４４から出力された検出信号（受光された反射光Ｌ２の光パワー）とに基づいて、サンプルＳの傾斜情報を含む二次元画像（レーザスキャン像）を生成する機能など、サンプルＳの傾斜情報を求める機能等を実行するとともに、ＲＡＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行う。入力部６３は、例えば、キーボードやマウスであり、計測開始の指示や計測条件に関する指示等を入力する。表示部６４は、例えば、ディスプレイであり、計測条件を表示したり、サンプルＳの観察面画像（二次元画像）を表示したりする。
【００４１】
図１に示された構成では、レボルバ３４により選択されたリレーレンズ系３１が、ミラー２６とサンプルＳとの間に、サンプルＳと対向するように配置されている。図２に示された構成では、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２が、ミラー２６とサンプルＳとの間に、サンプルＳと対向するように配置されている。図３に示された構成では、レボルバ３４により選択された固浸レンズ付き対物レンズ系３３が、ミラー２６とサンプルＳとの間に、サンプルＳと対向するように配置されている。
【００４２】
対物レンズ系３２または固浸レンズ付き対物レンズ系３３が照射光Ｌ１の光路上に配置されている構成（図２、図３）では、対物レンズ系３２、３３は、照射光学系により瞳位置Ｐ１まで平行光として到達した照射光Ｌ１を、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向に応じたサンプルＳ上の位置に集光する。サンプルＳにおける照射光Ｌ１の集光位置（光照射位置）は、スキャナ２３の作用により走査される。その集光位置で反射された反射光Ｌ２の一部は、検出光学系を経て第１の絞り４２の開口部分を通過して光検出器４４により受光される。サンプルＳにおける照射光Ｌ１の集光位置と第１の絞り４２の開口との間の光学系は共焦点光学系を構成している。解析部６２は、制御部６１を介して、光検出器４４から出力される検出信号を入力し、この検出信号値とスキャナ２３によるサンプルＳへの照射光Ｌ１の集光位置（スキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角に依存）とに基づいて、サンプルＳの傾斜情報を含む二次元のレーザスキャン像を生成することができる。
【００４３】
リレーレンズ系３１が光路上に配置されている構成（図１）では、リレーレンズ系３１は、照射光学系により瞳位置Ｐ１まで平行光として到達した照射光Ｌ１を、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向に応じた方向に沿って平行光としてサンプルＳに照射する。サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射方向は、スキャナ２３により走査される。なお、サンプルＳへの照射光Ｌ１の入射角は、サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射方向とサンプルＳ上における光照射領域の法線とのなす角により規定される。この照射方向が変化しても、サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射範囲は不変である。サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射に応じて、サンプルＳで反射された反射光Ｌ２は、検出光学系を経て第１の絞り４２まで到達したとしても、その到達した反射光Ｌ２のうち第１の絞り４２の開口部分に到達した光のみが開口を通過して光検出器４４により受光される。解析部６２は、光検出器４４から出力される検出信号を入力し、この検出信号値とスキャナ２３によるサンプルＳへの照射光Ｌ１の照射方向（スキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角に依存）とに基づいて、サンプルSの傾斜情報を含むレーザスキャン像を生成することができる。このとき生成されるレーザスキャン像は、サンプルＳの観察面画像ではなく、サンプルＳへの照射光Ｌ１の入射角（スキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角に依存）を表す二次元画像、すなわち、サンプルＳの傾斜情報を含む画像である。
【００４４】
図４は、第１実施形態に係る測定装置１において、リレーレンズ系３１が照射光Ｌ１の光路上に配置されたときの照射光Ｌ１の伝搬の様子を説明するための図である。図４（ａ）に示されたように、照射光学系により瞳位置Ｐ１まで平行光として到達した照射光Ｌ１は、リレーレンズ系３１により、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向に応じた方向に沿って平行光として観察位置Ｐ２に照射される。スキャナ２３により、サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射方向は変化するが、サンプルＳにおいて照射光Ｌ１が照射される観察位置Ｐ２は不変である。
【００４５】
サンプルＳの観察位置Ｐ２に照射される照射光Ｌ１のスポットサイズは、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１のビームサイズにリレーレンズ系３１のリレー倍率を乗じたサイズとなる。通常のレーザスキャン顕微鏡では、瞳位置Ｐ１に到達する照射光Ｌ１のビームサイズは、サンプルＳにおいて対物レンズ系３２、３３により観察したい視野サイズより大きい。瞳位置Ｐ１に到達する照射光Ｌ１がそのままリレーレンズ系３１により観察位置Ｐ２に照射されると、サンプルＳの観察位置Ｐ２に照射される照射光Ｌ１のスポットサイズは、サンプルＳにおいて観察したい視野サイズより大きくなる。その結果、視野外で生じた光が計測結果に影響を与えることがある。
【００４６】
そこで、図４（ｂ）に示されたように、瞳位置Ｐ１において照射光Ｌ１のビームサイズを制限する第２の絞り３５を設けるのが好ましい。これにより、第２の絞り３５を通過する照射光Ｌ１のビームサイズを小さくすることができ、サンプルＳの観察位置Ｐ２に照射される照射光Ｌ１のスポットサイズを小さくすることができる。観察位置Ｐ２に照射される照射光Ｌ１のスポットサイズを、対物レンズ系３２、３３により観察したい視野サイズ（例えば１〜２ｍｍ）と同程度とすることができ、または、これより小さくすることもできる。
【００４７】
第２の絞り３５は、挿抜が自在であるのが好適である。図４（ｃ）に示されるように、第２の絞り３５は、径が異なる複数の開口を有するのが好適である。この場合、複数の開口のうちから何れかの開口を選択することで、第２の絞り３５を通過する照射光Ｌ１のビームサイズを変更することができる。
【００４８】
サンプルＳの観察位置Ｐ２で反射された反射光Ｌ２とは別に第２の絞り３５の表面で反射光が生じると、解析部６２によるレーザスキャン像（サンプルSの傾斜情報を含む）の生成やサンプルＳの傾斜の解析の際に障害となる可能性がある。そこで、第２の絞り３５は、リレーレンズ系３１の光軸に垂直な面に対し傾斜しているのが好適である。或いは、第２の絞り３５の表面は無反射処理が施されているのが好適である。
【００４９】
また、観察位置Ｐ２への照射光Ｌ１の入射角の変更範囲の大きさは、リレーレンズ系３１のリレー倍率に反比例する。したがって、観察位置Ｐ２への照射光Ｌ１の入射角の調整可能な範囲の大きさに応じて、リレーレンズ系３１のリレー倍率は選択されるのが好適である。
【００５０】
ここで、図１〜図３に示された光学ユニットＡ１は、リレーレンズ系３１、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３がレボルバ３４により保持した構成と、補助ユニットＢ１を備えているが、リレーレンズ系は、対物レンズ系３２を利用して構成されてもよい。すなわち、図１〜図３に示された測定装置１に、光学ユニットＡ１に替えて、図５（ａ）に示された光学ユニットＡ２が採用されてもよい。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）は、第１および第２実施形態の一部を構成する光学ユニットＡ１および補助ユニットＢ１それぞれの変形例の構成を示す図である。
【００５１】
図５（ａ）に示された光学ユニットＡ２は、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３がレボルバ３４により保持された構成と、ミラー２６により構成された補助ユニットＢ１に代わる補助ユニットＢ２を備える。補助ユニットＢ２は、レンズ２５からの照射光Ｌ１の一部を通過させる第３の絞り２６０と、ミラー２６と、対物レンズ系３２とリレー光学系を構成するレンズ系２６１（例えば対物レンズ系３２と共役な共役レンズ系）により構成されている。この補助ユニットＢ２に含まれるレンズ系２６１と、対物レンズ系３２により、リレーレンズ系３１Ａが構成される。なお、図５（ｂ）に示された補助ユニットＢ３については後述する。
【００５２】
次に、本実施形態に係る測定装置１の動作について説明するとともに、本実施形態に係る測定方法について説明する。図６は、本実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態に係る測定方法は、測定装置１を用いてサンプルＳの観察面画像を生成する方法である。本実施形態に係る測定方法は、事前調整ステップＳ１Ａ、フォーカス調整ステップＳ２、傾斜測定ステップＳ３、傾斜調整ステップＳ４および画像取得ステップＳ５を有する。
【００５３】
先ず、サンプルＳが、搭載面の傾斜が可変であるサンプルホルダ５１によって保持される（保持ステップ）。そして、事前調整ステップＳ１Ａでは、スキャナ２３による瞳位置Ｐ１おける照射光Ｌ１の伝搬方向変化の中心と対物レンズ（サンプルＳに対向するレンズ系）の光軸とを互いに一致させる。具体的は、スキャナ２３によるスキャン範囲の調整や、照射光学系の調整により、スキャナ２３から出力される照射光Ｌ１のスキャン範囲の中心をレンズ（スキャナ２３の出射側に直接対面するレンズ）２４の光軸に一致させる。すなわち、瞳位置Ｐ１おける照射光Ｌ１の伝搬方向の変化範囲（スキャン範囲に依存）の中心に対物レンズの光軸が位置するように調整されているので、その場合、この事前調整ステップＳ１Ａを行う必要はない。照射光学系が調整誤差等を有する場合には、この事前調整ステップＳ１Ａを行うのが好ましい。
【００５４】
フォーカス調整ステップＳ２では、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２または対物レンズ系３３が、照射光Ｌ１の光路上に配置された状態で、光源１１から照射光Ｌ１を出力させ、選択された対物レンズのフォーカス位置がサンプルＳ上に一致するよう調整される。このようなフォーカス位置の調整は、対物レンズの光軸に平行な方向にサンプルホルダ５１またはレボルバ３４を移動させることにより行われる。
【００５５】
次に、サンプルＳに対面させるレンズ系としてレボルバ３４により選択されたリレーレンズ系３１が、照射光Ｌ１の光路上に配置される（リレーレンズ配置ステップ）。そして、レボルバ３４により照射光Ｌ１の光路上に配置されたリレーレンズ系３１から、光源１１から出力された照射光Ｌ１がサンプルＳに出力される（照射ステップ）。サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射に応じて生じる反射光Ｌ２は、光検出器４４で検出される（検出ステップ）。そして、光検出器４４から出力される検出信号（反射光Ｌ２の光パワー）とスキャナ２３から出力される照射光Ｌ１の出射角（レンズ２４の光軸に一致したスキャン中心と照射光Ｌ１の出射方向とのなす角で規定されるスキャン角）に基づいて、解析部６２がサンプルSの傾斜情報を含むレーザスキャン像を生成し、このレーザスキャン像に基づいてサンプルＳの観察面（照射光Ｌ１が到達する光照射領域）の傾斜が求められる（傾斜測定ステップＳ３）。
【００５６】
傾斜調整ステップＳ４では、傾斜測定ステップＳ３において求められたサンプルＳの傾斜情報に基づいて、リレーレンズ系３１からサンプルＳの観察面へ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。サンプルホルダ５１の傾斜は、制御部６１により駆動されるアクチュエータ５２、５３により調整されてもよいし、マニュアル操作により調整されてもよい。
【００５７】
画像取得ステップＳ５では、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２または対物レンズ系３３が照射光Ｌ１の光路上に配置された状態で、光源１１から照射光Ｌ１が出力され、サンプルＳからの反射光Ｌ２が光検出器４４で受光される。そして、光検出器４４から出力される検出信号とスキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角情報に基づいて、解析部６２によりサンプルＳの観察面画像が生成される。
【００５８】
また、傾斜調整ステップＳ４後に、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２または固浸レンズ３３Ａを有する対物レンズ系３３が照射光Ｌ１の光路上に配置されている状態で、例えばＥＯＰ(Electro Optical Probing)やＥＯＦＭ（Electro-Optical  Frequency  Mapping）と称される光プロービング技術によって、サンプルＳの検査ステップが行われてもよい。この場合、サンプルＳへテスタユニットから変調電流信号が印加されている状態で、光源１１から照射光Ｌ１が出力され、サンプルＳからの反射光Ｌ２が光検出器４４で受光される。そして、光検出器４４から出力される検出信号、及び、テスタユニットから出力される変調電流信信号に応じた信号に基づいて、電気計測部が計測を行い、その計測結果である計測信号を出力する。さらに、解析部６２によって計測信号を解析することで、サンプルＳの検査が行われる。この検査ステップは、対物レンズ系３２または対物レンズ系３３を介してサンプルＳの観察面画像を取得する画像取得ステップＳ５の前に行われてもよく、また、画像取得ステップＳ５の後に行われてもよい。この光プロービング技術は傾斜測定や画像取得とほぼ同一の光学系で行えるため、装置構成を複雑化することなくサンプルＳの角度調整から検査まで行うことができる。
【００５９】
なお、図７は、傾斜測定ステップＳ３における傾斜情報の生成を説明するための概念図である。図７の例では、解析部６２が、制御ケーブル７２を介して制御部６１に、スキャナ２３に対するスキャン制御として、レンズ２４の光軸を中心にスキャン範囲を設定する。制御部６１は、制御ケーブル７４を介して出力される照射光Ｌ１の出射角（スキャン角）ρを制御する制御信号をスキャナ２３へ出力する。具体的に出射角ρは、スキャン範囲の中心に位置するレンズ２４の光軸に直交する平面上にあり、かつ、該光軸が通過する位置を原点とするＨ−Ｖ直交座標系で規定される。このとき、スキャナ２３から出射角ρ（ρＨ，ρＶ）を変えながら照射光Ｌ１が出力されるとともに、対面するレンズ系の光軸に対して観察面が垂直に設定されたサンプルの場合を考える。なお、図７では、照射光Ｌ１は、出射角ρの異なる複数の光束（それぞれが照射光Ｌ１）が丸で囲まれた記号１〜３（以下、単に記号１〜３と記す）で表示され、また、サンプルＳからの反射光Ｌ２も、異なる方向に反射される複数の光束（それぞれが反射光Ｌ２）が丸で囲まれた記号１’〜３’（以下、単に記号１’〜３’と記す）で表示されている。この場合、サンプルＳの観察面において反射された反射光Ｌ２は、記号１’（記号１で示された照射光Ｌ１の反射成分）、記号２’（記号２で示された照射光Ｌ１の反射成分）、３’（記号２で示された照射光Ｌ１の反射成分）で示されている。光検出器４４は、記号１’〜３’で示される反射光Ｌ２を受光し、該反射光Ｌ２の光パワーに相当する検出信号Ｐｓを制御部６１へ出力する。具体的に、スキャナ２３から出力される照射光Ｌ１の出射角ρは、時間経過とともに変化するため、記号１’〜３’で示される反射光Ｌ２の検出信号Ｐｓは、出射角ρの時間変化に対応したサンプリング時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３それぞれにおける反射光Ｌ２の光パワーとなる。制御部６１は、このように時間関数として与えられる出射角ρに関する情報ρ（Ｔ）および検出信号Ｐｓ（Ｔ）を、制御ケーブル７２を介して解析部６２に出力する。解析部６２は、Ｈ−Ｖ直交座標系に対応する二次元マトリクスを用意し、用意された二次元マトリクスの、情報ρ（Ｔ）に対応する座標に光検出器４４からの検出信号Ｐｓ（Ｔ）の信号値をプロットしていくことにより、サンプルＳの傾斜情報を含む二次元のレーザスキャン像６２０を生成する。
【００６０】
図８および図９は、本実施形態に係る測定方法における傾斜測定ステップＳ３を説明する図である。
【００６１】
図８（ａ）に示された例では、観察面が基準平面ＲＳに一致しているサンプルＳに対して、リレーレンズ系３１の光軸ＡＸに平行な方向Ｄ１に沿って照射光Ｌ１がリレーレンズ系３１から出力されている。このとき、リレーレンズ系３１から出力された照射光Ｌ１がサンプルＳの表面（観察面）へ垂直に入射する。サンプルＳで垂直反射された反射光（正反射光）Ｌ２は、光軸ＡＸに平行な方向Ｄ２に沿って伝搬し、検出光学系を経て光検出器４４により受光される。リレーレンズ系３１からサンプルＳの表面へ照射光Ｌ１が垂直に入射するのは、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向がスキャン範囲の中心に位置するときである。したがって、図８（ｂ）に示されるように、解析部６２により生成される二次元のレーザスキャン像６２０の中心位置（Ｈ−Ｖ直交座標系の原点に対応する位置）で最も強度が大きくなり、反射光Ｌ２によるスポット６２１ができる。
【００６２】
図９（ａ）に示された例では、観察面が基準平面ＲＳに対して角度θだけ傾斜しているサンプルＳに対して、リレーレンズ系３１の光軸に対して平行でない方向Ｄ１に沿って照射光Ｌ１がリレーレンズ系３１から出力される。このとき、リレーレンズ系３１から出力された照射光Ｌ１がサンプルＳの表面（観察面）へ垂直に入射する。サンプルＳで垂直反射された反射光（正反射光）Ｌ２は、光軸ＡＸに対して平行でない方向Ｄ２に沿って伝搬し、検出光学系を経て第１の絞り４２に到達する。そして、第１の絞り４２の開口を通過した反射光Ｌ２が光検出器４４により受光される。リレーレンズ系３１からサンプルＳの表面へ照射光Ｌ１が垂直に入射するのは、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向がスキャン範囲の中心と異なるときである。したがって、図９（ｂ）に示されるように、解析部６２により生成される二次元のレーザスキャン像６２０の中心位置とは異なる位置で最も強度が大きくなり、反射光Ｌ２によるスポット６２２ができる。傾斜調整ステップＳ４では、このレーザスキャン像６２０内に現れたスポット６２２を該レーザスキャン像６２０の中心位置（スポット６２１の位置）に移動させるよう、サンプルホルダ５１の傾斜調整が行われる。
【００６３】
傾斜測定ステップＳ３で解析部６２により生成される二次元のレーザスキャン像６２０において、最も光パワーが大きいスポット位置が該レーザスキャン像６２０の中心位置（Ｈ−Ｖ直交座標系の原点に対応）であれば、リレーレンズ系３１の光軸に垂直な面に対してサンプルＳにおける観察面が一致していることになる。そのレーザスキャン像６２０においてスポット位置が中心位置から遠いほど、サンプルＳにおける観察面の傾斜が大きいことになる。そのレーザスキャン像６２０におけるスポットに基づいて、サンプルＳの傾斜（傾斜情報）を求めることができる。
【００６４】
したがって、傾斜調整ステップＳ４では、解析部６２により生成される二次元のレーザスキャン像６２０（サンプルＳの傾斜情報を含む）においてスポット位置が中心位置になるように、サンプルホルダ５１の傾斜が調整される。または、レーザスキャン像６２０におけるスポット位置に基づいてサンプルホルダ５１の傾斜調整量（傾斜情報）が算出され、その算出された傾斜調整量だけサンプルホルダ５１が傾斜させられる。例えば、図９（ａ）に示されたように、リレーレンズ系３１の光軸ＡＸとサンプルＳの観察面との交点（対物レンズのフォーカス位置）を含み、かつ、該リレーレンズ系３１の光軸ＡＸに直交する基準平面ＲＳとサンプルＳの観察面とのなす角（傾斜角θ）は、上記交点を原点とする、該基準平面ＲＳ上のＸ−Ｙ直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸それぞれは、アクチュエータ５２、５３の傾斜制御方向が基準平面ＲＳ上へ投影された軸に平行）で規定する場合、（θＸ，θＹ）で与えられる。同時に、傾斜角θ（θＸ，θＹ）からは、基準平面ＲＳの法線方向に対する、サンプルＳの観察面の法線方向（該観察面で垂直反射される反射光の伝搬方向）の傾斜情報も得られる。したがって、調整されるべき傾斜量（θＸ，θＹ）は、（θＸ，θＹ）＝Ｆ（ρＨ，ρＶ）の関係を満たす変換関数Ｆを予め決定しておけば、レーザスキャン像６２０におけるスポット位置（ρＨ，ρＶ）を利用して、解析部６２が容易に算出できる。制御部６１は、傾斜角成分θＸ、θＹそれぞれが０に近づくように、アクチュエータ５２、５３を制御する（サンプルホルダ５１を傾斜させる）。このように、制御部６１は、傾斜情報に基づいて、サンプルＳの観察面で垂直反射される反射光の伝搬方向がリレーレンズ系３１の光軸ＡＸに対して平行となるように、サンプルホルダ５１の姿勢を調整する。
【００６５】
なお、フォーカス調整ステップＳ２、傾斜測定ステップＳ３および傾斜調整ステップＳ４を含む処理（サンプル傾斜角度調整）については、より詳細には図１０に示されるフローチャートに従うのが好適である。なお、このフローチャート中のステップＳ１２、Ｓ１６は、傾斜測定ステップＳ３と同様に、解析部６２により生成されたレーザスキャン像に基づいてサンプルＳの傾斜（傾斜情報）を求めるステップである。
【００６６】
フォーカス調整ステップＳ２および傾斜測定ステップＳ３の後、ステップＳ１１において、傾斜測定ステップＳ３で生成された二次元のレーザスキャン像内にスポットの有無が判定される。ステップＳ１１でスポットが確認された場合、傾斜調整ステップＳ４に進み、リレーレンズ系３１からサンプルＳへ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。
【００６７】
ステップＳ１１でスポットが確認されなかった場合、ステップＳ１２でスキャナ２３のスキャン範囲を広げてレーザスキャン像を取得し、続くステップＳ１３で該レーザスキャン像においてスポットの有無が判定される。ステップＳ１２でスポットが確認された場合、傾斜調整ステップＳ４に進んで、リレーレンズ系３１からサンプルＳへ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。ステップＳ１３でスポットが確認されなかった場合、ステップＳ１４でサンプルＳの設置角度を再調整した後、フォーカス調整ステップＳ２が再び実行される。
【００６８】
傾斜調整ステップＳ４の後のステップＳ１５で、サンプルＳの観察面の傾斜角θが所定角度（例えば、θＸ、θＹとも０.０１度）以下となったか否かが判定される。ステップＳ１５でサンプルＳの傾斜角が所定角度以下でないと判定された場合、ステップＳ１６でスキャナ２３のスキャン範囲（瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向の変化幅）を狭くすることにより、サンプルＳに対する照射光Ｌ１の入射角の変化範囲を狭くしながらレーザスキャン像を取得する。その後、傾斜調整ステップＳ４に進んで、リレーレンズ系３１からサンプルＳへ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。このとき、照射光Ｌ１の伝搬方向の変化幅を狭くする前後でレーザスキャン像の計測点数を同じにしておくことが好ましい。
【００６９】
図１１は、他の実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャートである。この実施形態に係る測定方法も、測定装置１を用いてサンプルＳの二次元の観察面画像を生成する方法である。ただし、図６に示されたフローチャートと比較すると、図１１に示されたフローチャートは、事前調整ステップＳ１Ａに替えて事前傾斜測定ステップＳ１Ｂを有する点、および、傾斜調整ステップＳ４の処理内容の点で相違する。
【００７０】
事前傾斜測定ステップＳ１Ｂでは、スキャナ２３による瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向の変化範囲の中心と対物レンズ（サンプルＳに対向するレンズ）の光軸との間の関係を求める。瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向のうち、変化範囲の中心となる伝搬方向と対物レンズの光軸とが互いに一致しない構成である場合、その一致しない程度（誤差）を求めておく。
【００７１】
傾斜調整ステップＳ４では、事前傾斜測定ステップＳ１Ｂで求められた上記関係（誤差）に基づいて、リレーレンズ系３１からサンプルＳへ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。
【００７２】
図１２は、傾斜測定ステップＳ３の際にサンプルＳに対向するレンズ系としてリレーレンズ系３１を用いる場合と、サンプルＳに対向するレンズ系を何も用いない場合との相違について説明するための図である。本実施形態のように傾斜測定ステップＳ３の際にリレーレンズ系３１を用いる場合（図１２（ａ））、リレーレンズ系３１から出力された照射光Ｌ１は、サンプルＳへの入射方向が変化しても、サンプルＳにおける共通の位置に入射する。これに対して、リレーレンズ系３１を用いない場合（図１２（ｂ））、リレーレンズ系３１から出力された照射光Ｌ１は、サンプルＳへの入射方向が変化すると、サンプルＳにおける入射位置も変化する。
【００７３】
このように、本実施形態ではリレーレンズ系３１を用いることで、サンプルＳのうちでも対物レンズ系３２，３３により観察すべき位置での傾斜を測定し調整することができる。本実施形態では、レボルバ３４にリレーレンズ系３１を装着するだけの簡易かつ安価な構成で、対物レンズ系３２、３３の光軸に対してサンプルＳの面が垂直となるようにサンプルＳの傾斜を容易に調整することができる。なお、図５（ａ）に示された構成のように、対物レンズ系３２と、該対物レンズ系３２とレンズ系２６１でリレーレンズ系が構成された場合も同様である。
【００７４】
図１３は、リレーレンズ系３１、固浸レンズ付き対物レンズ系３３およびレボルバ３４の構成例を示す図である。一般に固浸レンズ付き対物レンズ系３３の径は大きいが、リレーレンズ系３１の構成は簡単であり、リレーレンズ系３１の径を小さくすることができる。したがって、リレーレンズ系３１および固浸レンズ付き対物レンズ系３３は、互いに干渉することなく、レボルバ３４の隣接したソケットに取り付けることができる。
【００７５】
（第２実施形態）
図１４は、第２実施形態に係る測定装置（本実施形態に係る観察装置に含まれる）２の構成を示す図である。図１〜図３に示された第１実施形態の測定装置１の構成（図５に示された変形例の構成を含む）と比較すると、図１４に示される第２実施形態の測定装置２は、第１の絞り４２に替えて光ファイバ４３を備える点で相違する。
【００７６】
本実施形態では、サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射により生じる反射光Ｌ２は、検出光学系を経て光ファイバ４３の入射端に到達する。入射端から入力された反射光Ｌ２は、光ファイバ４３内を伝搬し、出射端から光検出器４４へ出力される。光検出器４４は、光ファイバ４３の出射端から出力される反射光Ｌ２を受光し、反射光Ｌ２の光パワーに相当する検出信号を制御部６１へ出力する。サンプルＳにおける照射光Ｌ１の照射位置と光ファイバ４３の入射端との間に位置する光学系は共焦点光学系を構成している。本実施形態においても、第１実施形態（図１〜図３）と同様に、補助ユニットＢ１を含む光学ユニットＡ１を備え、第１実施形態の場合と同様の効果を奏する。なお、光学ユニットＡ１は、レボルバ３４に保持されたリレーレンズ系３１、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３とともに、ミラー２６により構成される補助ユニットＢ１により構成されている。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７８】
上述のフォーカス調整ステップＳ２では、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２または対物レンズ系３３が照射光Ｌ１の光路上に配置された状態で、光源１１から出力される照射光Ｌ１を出力させ、対物レンズのフォーカス位置がサンプルＳ上になるよう調整される。しかしながら、フォーカス調整動作は上記以外の方法で可能である。例えば、予めリレーレンズ系３１のフォーカス位置がサンプルＳ上となるような位置関係を求めておく。更に、レボルバ３４によりリレーレンズ系３１が選択された状態で、当該位置関係に基づいてサンプルホルダ５１またはレボルバ３４を移動させることにより、フォーカス調整が可能になる。
【００７９】
また、上述の傾斜測定ステップＳ３は、サンプルＳからの反射光を検出し、解析部６２で生成された二次元のレーザスキャン像に基づいてサンプルＳの傾斜を求めている。しかしながら、他の手順によってサンプルＳの傾斜を求めてもよい。例えば、光検出器４４で検出される光パワーとスキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角をモニタリングすることによって、レーザスキャン像を作ることなく直接サンプルＳの傾斜（傾斜情報）を求めてもよい。
【００８０】
また、第１実施形態の変形例として例えば、サンプルＳとして半導体を保持し、傾斜が可変であるサンプルホルダ５１と、スキャナ２３及びリレーレンズ系３１を有する光学系と、当該光学系を通して半導体を照明する光源１１と、半導体で反射された光を検出するシングルポイントの光検出器４４と、半導体で発生したエミッション光を検出して、第２の検出信号を生成する第２の光検出器と、を備える半導体を検査する半導体検査装置を構成してもよい。このような変形例は、第１および第２実施形態の構成において、光学ユニットＡ１に、補助ユニットＢ１に替えて図５（ｂ）に示された補助ユニットＢ３が適用されることに実現可能である。この補助ユニットＢ３は、サンプルＳとして用いた半導体から発生したエミッション光を検出可能な第２の光検出器４４０を備えるとともに、ミラー２６を例えば光路切り替え可能な可動ミラー（矢印Ｒで示された方向に沿って回転可能なミラー）２７に置き換えることで、半導体検査装置として構成される。可動ミラー２７を切り替えることで、対物レンズ系３２や固浸レンズ３３Ａを有する対物レンズ系３３を通過したサンプルＳで発生したエミッション光が第２の光検出器４４０で検出可能になり、半導体の検査を行うことができる。第２の光検出器４４０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを搭載したカメラや、ＩｎＧａＡｓカメラ又はＭＣＴ（Mercury Cadmium Telluride）カメラである。第２の光検出器４４０は、光検出器（第１の光検出器）４４と同様に、制御部６１に電気的に接続され、半導体で発生したエミッション光を検出した際の検出信号を制御部６１に出力する。解析部６２は、制御部６１からの信号に基づいてエミッション画像を求め、ユーザーは半導体の検査を行うことができる。
【符号の説明】
【００８１】
１，２…測定装置（観察装置に含まれる）、１１…光源、１２…光ファイバ、１３…コリメートレンズ、２１…偏光ビームスプリッタ、２２…λ／４板、２３…スキャナ、２４，２５…レンズ、２６…ミラー、２７…可動ミラー、３１、３１Ａ…リレーレンズ系、３２…対物レンズ系、３３…対物レンズ系、３３Ａ…固浸レンズ、３４…レボルバ（レンズ選択部）、３５…第２の絞り、４１…レンズ、４２…第１の絞り、４３…光ファイバ、４４…光検出器（第１の光検出器）、５１…サンプルホルダ、５２，５３…アクチュエータ、６１…制御部、６２…解析部、６３…入力部、６４…表示部、７１…センサケーブル、７２〜７４…制御ケーブル、２６０…第３の絞り、２６１…レンズ系、４４０…第２の光検出器、６２０…レーザスキャン像、６２１、６２２…スポット、Ｌ１…照射光、Ｌ２…反射光、Ｐ１…瞳位置、Ｐ２…観察位置、Ｓ…サンプル、Ａ１、Ａ２…光学ユニット、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…補助ユニット。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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