(57)【要約】【課題】小型化可能であり、かつ汎用性を高めた光学特性測定装置が提供される。【解決手段】光学特性測定装置は、被測定物からの測定光を平行光に変換する第１の光学素子と、第１の光学素子からの平行光を反射することで収束光に変換する反射型レンズと、反射型レンズからの収束光を受光する受光部と、被測定物に対する第１の光学素子の相対位置を変化させる駆動機構とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物からの測定光を平行光に変換する第１の光学素子と、
前記第１の光学素子からの平行光を反射することで収束光に変換する反射型レンズと、
前記反射型レンズからの収束光を受光する受光部と、
前記被測定物に対する前記第１の光学素子の相対位置を変化させる駆動機構とを備える、光学特性測定装置。
【請求項２】
前記第１の光学素子と前記反射型レンズとの間の光学経路上に配置され、前記第１の光学素子からの平行光を反射することで伝搬方向を変化させる第２の光学素子をさらに備える、請求項１に記載の光学特性測定装置。
【請求項３】
前記第１の光学素子は、各々の中心軸が前記平行光の光軸と一致するように配置された凸面反射ミラーおよび凹面反射ミラーの組を含む、請求項１または２に記載の光学特性測定装置。
【請求項４】
前記第１の光学素子は、前記反射型レンズに対応付けて配置される曲面ミラーと、当該曲面ミラーと組み合わせられる折り曲げミラーとを含む、請求項１または２に記載の光学特性測定装置。
【請求項５】
前記受光部は、前記反射型レンズから受光した光に含まれる波長スペクトルを出力する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項６】
前記被測定物に照射する測定光を発生する第１の光源と、
前記反射型レンズから前記受光部までの光学経路上に配置されるとともに、前記第１の光源と光学的に接続されるビームスプリッタとをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
【請求項７】
少なくとも可視域を波長成分に含む観測光を発生する第２の光源をさらに備え、
前記第１の光源は、前記被測定物から測定すべき光学特性に応じた波長成分を含む前記測定光を発生する、請求項６に記載の光学特性測定装置。
【請求項８】
前記被測定物に照射される測定光の像を観測する観測手段をさらに備える、請求項７に記載の光学特性測定装置。
【請求項９】
前記観測手段により観測された像の鮮鋭度に基づいて前記駆動機構を駆動することで、前記被測定物に対する前記第１の光学素子と相対位置を決定する制御手段をさらに備える、請求項８に記載の光学特性測定装置。
【請求項１０】
被測定物からの測定光を平行光に変換する第１の光学素子と、
前記第１の光学素子からの平行光を反射することで収束光に変換する反射型レンズと、
前記反射型レンズからの収束光を受光する受光部とを備える、光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、被測定物の光学特性を測定するための光学特性測定装置およびそれに用いられる光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定物の光学特性を測定する光学特性測定装置の一例として、顕微分光装置が知られている。顕微分光装置は、任意の被測定物からの光を分光計測することにより、当該被測定物の反射率や屈折率、消衰係数、膜厚といった光学特性を出力する。特開２００８−２８６５８３号公報（特許文献１）は、顕微分光装置の一例として、光学特性の測定精度を向上させるとともに、被測定物に対する焦点合わせをより容易に行なうことのできる光学特性測定装置を開示する。
【０００３】
特許文献１に開示される光学特性測定装置は、有限鏡筒型と称される顕微鏡の構造を有している。これに対して、無限鏡筒型と称される顕微鏡の構造が知られている。このような無限鏡筒型の顕微鏡を採用した構成として、特開平１１−２４９０２７号公報（特許文献２）は、観察試料のピント位置の調整を自動的に行なうことの可能な自動焦点顕微鏡を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８６５８３号公報
【特許文献２】特開平１１−２４９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開平１１−２４９０２７号公報（特許文献２）に開示される自動焦点顕微鏡は、微細な資料の観察または観察像のビデオ撮影などの用途が想定されており、可視域に加えて、赤外域および紫外域における光学特性の測定が必要な、光学特性測定装置にはそのまま利用することはできない。
【０００６】
本技術は、小型化可能であり、かつ汎用性を高めた光学特性測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある局面に従う光学特性測定装置は、被測定物からの測定光を平行光に変換する第１の光学素子と、第１の光学素子からの平行光を反射することで収束光に変換する反射型レンズと、反射型レンズからの収束光を受光する受光部と、被測定物に対する第１の光学素子の相対位置を変化させる駆動機構とを含む。
【０００８】
光学特性測定装置は、第１の光学素子と反射型レンズとの間の光学経路上に配置され、第１の光学素子からの平行光を反射することで伝搬方向を変化させる第２の光学素子をさらに含んでいてもよい。
【０００９】
第１の光学素子は、各々の中心軸が平行光の光軸と一致するように配置された凸面反射ミラーおよび凹面反射ミラーの組を含んでいてもよい。
【００１０】
第１の光学素子は、反射型レンズに対応付けて配置される曲面ミラーと、当該曲面ミラーと組み合わせられる折り曲げミラーとを含んでいてもよい。
【００１１】
受光部は、反射型レンズから受光した光に含まれる波長スペクトルを出力するようにしてもよい。
【００１２】
光学特性測定装置は、被測定物に照射する測定光を発生する第１の光源と、反射型レンズから受光部までの光学経路上に配置されるとともに、第１の光源と光学的に接続されるビームスプリッタとをさらに含んでいてもよい。
【００１３】
光学特性測定装置は、少なくとも可視域を波長成分に含む観測光を発生する第２の光源をさらに含んでいてもよく、第１の光源は、被測定物から測定すべき光学特性に応じた波長成分を含む測定光を発生する。
【００１４】
光学特性測定装置は、被測定物に照射される測定光の像を観測する観測手段をさらに含んでいてもよい。
【００１５】
光学特性測定装置は、観測手段により観測された像の鮮鋭度に基づいて駆動機構を駆動することで、被測定物に対する第１の光学素子と相対位置を決定する制御手段をさらに含んでいてもよい。
【００１６】
本発明の別の面に従う光学系は、被測定物からの測定光を平行光に変換する第１の光学素子と、第１の光学素子からの平行光を反射することで収束光に変換する反射型レンズと、反射型レンズからの収束光を受光する受光部とを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のある実施の形態によれば、小型化可能であり、かつ汎用性を高めた光学特性測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に従う測定装置の装置構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態の変形例１に従う測定装置の装置構成を示す模式図である。
【図３】図２に示す測定装置が採用する反射対物レンズの構成例を示す模式図である。
【図４】実施の形態１の変形例２に従う測定装置の装置構成を示す模式図である。
【図５】実施の形態２に従う測定装置の装置構成を示す模式図である。
【図６】実施の形態２の変形例１に従う測定装置の装置構成を示す模式図である。
【図７】実施の形態２の変形例２に従う測定装置の装置構成を示す模式図である。
【図８】本実施の形態に従う測定装置を用いた測定手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】本実施の形態に従う測定装置からサンプルに照射された測定光の状態の一例を示す図である。
【図１０】本実施の形態に従う測定装置における対物レンズの位置とコントラスト値との関係の一例を示す図である。
【図１１】本実施の形態に従う測定装置におけるフォーカス調整方法（その１）を説明するためのタイムチャートである。
【図１２】本実施の形態に従う測定装置におけるフォーカス調整方法（その１）において取得される経過時間と対物レンズの位置との関係を示す図である。
【図１３】本実施の形態に従う測定装置におけるフォーカス調整方法（その１）の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】本実施の形態に従う測定装置におけるフォーカス調整方法（その２）の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】本実施の形態に従う測定装置における焦点位置の探索手順を説明するための模式図である。
【図１６】本実施の形態に従う測定装置の光学経路の調整手順を示すフローチャートである。
【図１７】本実施の形態に従う測定装置の対物レンズの位置を複数に異ならせて取得された波長ごとの相対反射率の測定結果例を示す。
【図１８】本実施の形態に従う測定装置でのフォーカス調整を実行した後に測定される反射率スペクトルの測定結果例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２０】
＜Ａ．構成の概要＞
まず、本実施の形態に従う光学特性測定装置（以下、「測定装置」とも略称する。）の採用する構成の概要について説明する。
【００２１】
本実施の形態に従う測定装置は、無限鏡筒型の顕微鏡の構造を採用する。有限鏡筒型の顕微鏡では、１つの対物レンズを用いて被測定物（以下、「サンプル」とも称する。）の像を結像するのに対して、無限鏡筒型の顕微鏡は、対物レンズと結像レンズとの一組のレンズを用いてサンプルの像を結像する。結像レンズは、チューブレンズとも称される。対物レンズと結像レンズとの間は、無限遠にフォーカスされた平行光が伝搬することになる。対物レンズと結像レンズとの組は、無限遠補正光学系とも称される。
【００２２】
無限鏡筒型の顕微鏡は、有限鏡筒型の顕微鏡に比較して、一組のレンズ間の距離を自由に設計ができるという利点がある。例えば、レンズ間に、ハーフミラー、フィルタなどの各種の光学素子を挿入することができ、また、軸ズレなどのひずみをレンズ間の位置関係を最適化することで補正ができるといった利点がある。
【００２３】
本実施の形態に従う測定装置は、サンプルからのサンプル光を平行光に変換する光学素子と、当該光学素子からの平行光を反射することで収束光に変換する反射型レンズ（典型的には、曲面ミラー）との組合せからなる光学系を採用することで、小型化可能であって、かつ汎用性を高めた無限鏡筒型の顕微鏡を実現する。本実施の形態に従う測定装置では、平行光と収束光との変換に反射型レンズを用いるため、屈折型レンズを用いた場合の発生し得る色収差を低減または回避でき、広い波長範囲にわたって測定および観測が可能である。
【００２４】
以下、本実施の形態に従ういくつかの具現化例について説明する。以下に説明するいくつかの模式図においては、説明の便宜上、装置構成を２次元的に描くが、現実には３次元的な配置が可能である。構成部材を３次元的に配置することで、測定装置全体の小型化が可能である。
【００２５】
サンプルの代表例としては、半導体基板、ガラス基板、サファイア基板、石英基板、フィルムなどの表面に薄膜が形成（コーティング）されたものが挙げられる。より具体的には、薄膜形成されたガラス基板は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）のディスプレイ部として使用されている。また、薄膜形成されたサファイア基板は、窒化物半導体（ＧａＮ：Gallium Nitride）系のＬ ＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）として使用されている。また、薄 膜形成された石英基板は、各種の光学フィルタや光学部品およびプロジェクション液晶などに使用されている。
【００２６】
＜Ｂ．実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に従う測定装置１００Ａの装置構成を示す模式図である。図１を参照して、測定装置１００Ａは、サンプルＳＭＰからのサンプル光を取得して、サンプルＳＭＰの反射率や屈折率、消衰係数、膜厚といった光学特性を出力する。
【００２７】
測定装置１００Ａは、サンプルＳＭＰからのサンプル光を検出する構成として、対物レンズ１２を含むヘッド部１０と、曲面ミラー２０と、ビームスプリッタ２２，２４と、結像レンズ２６と、カメラ２８と、分光器６０とを含む。
【００２８】
対物レンズ１２は、サンプルＳＭＰからのサンプル光２を平行光４に変換する光学素子に相当する。サンプルＳＭＰから放射されたサンプル光２が対物レンズ１２に入射すると、平行光４として出射される。対物レンズ１２としては、反射型レンズおよび屈折型レンズのいずれをも採用できる。但し、色収差の発生を抑制するためには、反射型レンズが好ましい。対物レンズ１２からの平行光４は光学経路上に配置された曲面ミラー２０に入射する。
【００２９】
曲面ミラー２０は、対物レンズ１２からの平行光４を反射することで収束光６に変換する反射型レンズに相当する。すなわち、曲面ミラー２０は、結像レンズとして機能する。曲面ミラー２０から出射された収束光６の一部は、ビームスプリッタ２２および２４を通過して光学経路上に配置された分光器６０に入射する。曲面ミラー２０で伝搬方向を異ならせることで、入射光の光学経路を構成する光学コンポーネントと、反射光の光学経路を構成する光学コンポーネントとが互いに干渉しないように、光学経路を調整する。平行光に変換する曲面ミラー２０としては、球面ミラーを採用してもよいし、非球面ミラーを採用してもよい。非球面ミラーを採用することで、非点収差を抑制して、像ずれの発生を防止できる。
【００３０】
分光器６０は、曲面ミラー２０からの収束光６（サンプル光）を受光する受光部に相当する。分光器６０は、曲面ミラー２０から受光した光に含まれる波長スペクトルを出力する。より具体的には、分光器６０は、入射した光を各波長成分に分離するための回折格子、および、回折格子により分離されたそれぞれの波長成分を検出するための検出素子（フォトダイオードアレイ、ＣＣＤ（Charged Coupled Device）など）を含む。
【００３１】
曲面ミラー２０から出射された収束光６の別の一部は、ビームスプリッタ２２を通過するとともに、ビームスプリッタ２４により伝搬する光学経路が変更されて、結像レンズ２６を通過してカメラ２８に入射する。
【００３２】
カメラ２８は、サンプルＳＭＰからのサンプル光２によって得られる観測像を取得する撮像部である。サンプルＳＭＰに照射される測定光の像を観測する。より具体的には、カメラ２８は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどから構成される。カメラ２８により取得された観測像を表示するための表示部を設けてもよい。
【００３３】
測定装置１００Ａは、サンプルＳＭＰに対する対物レンズ１２の相対位置を変化させる駆動機構５４をさらに含む。駆動機構５４は、対物レンズ１２を含むヘッド部１０と連結され、平行光４の伝搬方向と平行な方向にヘッド部１０を移動させる。対物レンズ１２と曲面ミラー２０との間を伝搬するサンプル光は平行光であるので、駆動機構５４によりサンプルＳＭＰに対する対物レンズ１２の相対位置が変化したとしても、サンプル光が分光器６０およびカメラ２８に入射する状態への影響は無視できる。一方で、サンプルＳＭＰに対する対物レンズ１２の位置が変化することで、対物レンズ１２の焦点位置（結像位置）を任意の位置に設定できる。
【００３４】
このように、対物レンズ１２と曲面ミラー２０との間を伝搬するのは平行光であるので、この平行光に対して対物レンズ１２の距離を変化させても、光学的な状況を維持したままサンプルＳＭＰと対物レンズ１２との位置を調整することができる。すなわち、実施の形態１に従う測定装置１００Ａでは、サンプルＳＭＰに対するヘッド部１０の相対位置を変化させるだけで、任意の位置に焦点を合わせることができ、比較的大きなサンプルＳＭＰを測定する場合であっても、大がかりな調整機構などを採用する必要がない。
【００３５】
位置コントローラ５２は、カメラ２８により取得された観測像の情報に基づいて、サンプルＳＭＰに対する対物レンズ１２の相対位置を調整する。すなわち、位置コントローラ５２は、カメラ２８からの情報に基づいて、駆動機構５４に対する位置指令を与える。位置の具体的な調整方法については、後述する。
【００３６】
情報処理装置５０は、分光器６０からの検出結果（波長スペクトル）に基づいて各種の数値解析処理（代表的には、フィッティング処理やノイズ除去処理）を行ない、サンプルＳＭＰの反射率、屈折率、消衰係数、膜厚といった光学特性を算出および格納する。
【００３７】
サンプルＳＭＰが発光体などである場合には、サンプルＳＭＰに対して照明光を照射する必要はないが、基板などの光学特性を測定する場合には、所定の波長成分を含む光を照射し、その反射光をサンプル光として取得する必要がある。このようなサンプルＳＭＰに対して光を照射する構成として、測定光源３０，３２と、観測光源３４と、曲面ミラー４０と、ビームスプリッタ４２と、アパーチャ４６とを含む。
【００３８】
測定光源３０および測定光源３２は、サンプルＳＭＰに照射する測定光を発生する。測定光は、サンプルＳＭＰから測定すべき光学特性に応じた波長成分を含む。例えば、測定光源３０は、赤外域の波長成分を含む第１の測定光を発生し、測定光源３２は、紫外域の波長成分を含む第２の測定光を発生するようにしてもよい。測定光源３０および測定光源３２は、例えば、重水素ランプ、キセノンランプ等のアーク発光の光源、ハロゲンランプのようにフィラメント発光の光源、あるいは、それらの組合せから構成される。
【００３９】
但し、２種類の測定光源を用意する必要はなく、単一の測定光源のみを設けるようにしてもよい。単一の測定光源のみを設ける場合には、例えば、測定光源として白色光源を採用するとともに、測定すべき光学特性に応じた波長成分を透過させるような光学フィルタを組み合わせてもよい。
【００４０】
本実施の形態に従う測定装置１００Ａのような顕微分光装置でサンプルＳＭＰからの反射スペクトルを測定する場合には、測定光がサンプルＳＭＰに合焦している状態、または、測定光の合焦位置がサンプルＳＭＰから十分に離れている状態（ピントが十分にボケている状態）のいずれかが好ましい。これらのいずれかの状態において、最もフォーカスの影響を受けずに、好適な計測が可能になるからである。
【００４１】
測定光をサンプルＳＭＰに合焦させる場合には、アーク発光の測定光源を用いるとともに、曲面型の反射レンズを用いてアパーチャに対して結像させる。これに対して、測定光の合焦位置をサンプルＳＭＰから十分に離す場合には、フィラメント発光の光源を用いて、十分にぼかした位置で、平面ミラーまたはハーフミラーで結像をさせる。このような合焦状態を任意の異ならせるために、測定光源３０および測定光源３２の種類を異ならせてもよい。
【００４２】
屈折型レンズを採用する従来の構成では、色収差の影響を受けて、広い波長の全域にわたって特定の状態に結像させることができなかったが、実施の形態１に従う測定装置１００Ａでは、色収差を低減できるので、長波長側および短波長側のいずれにおいても目的の結像状態を実現できる。
【００４３】
測定光源３０が発生する測定光は、曲面ミラー４０で反射して、ビームスプリッタ４２およびアパーチャ４６を通過して、ビームスプリッタ２２に入射する。測定光源３２が発生する測定光は、ビームスプリッタ４２で伝搬する光学経路が変更されて、アパーチャ４６を通過して、ビームスプリッタ２２に入射する。
【００４４】
測定光源３０からの測定光および／または測定光源３２からの測定光は、ビームスプリッタ２２で伝搬する光学経路が変更されて、曲面ミラー２０および対物レンズ１２を通過して、サンプルＳＭＰに入射する。すなわち、測定光は、サンプルＳＭＰからの測定光と同一の光学経路を逆方向に伝搬することになる。なお、測定光源３０および測定光源３２がいずれも測定光を発生する場合には、ビームスプリッタ４２にて、両測定光が混合される。
【００４５】
ビームスプリッタ２２は、反射型レンズである曲面ミラー２０から分光器６０までの光学経路上に配置されるとともに、光源（測定光源３０および３２）と光学的に接続される。
【００４６】
アパーチャ４６は、測定光源３０からの測定光および／または測定光源３２からの測定光のビーム径を調整する。
【００４７】
アパーチャ４６は、サンプルＳＭＰからのサンプル光を取得してスペクトル（反射スペクトル）を測定するのに必要な広さ（径）をもつ測定光が結像するように、測定光源３０からの測定光および／または測定光源３２からの測定光のビームサイズを調整する。一方で、測定光の結像のサイズをスペクトル測定に適したビームサイズに調整すると、顕微鏡として必要な視野を観測することが難しくなる。そこで、測定光に加えて、より広い視野でサンプルＳＭＰを観測するための観測光を照射できる構成を採用する。
【００４８】
具体的には、実施の形態１に従う測定装置１００Ａは、少なくとも可視域を波長成分に含む観測光を発生する観測光源３４を含む。カメラ２８は、観測光についても検出感度を有するように構成されてもよい。さらに、アパーチャ４６からの狭い視野の測定光と、広い視野の観測光とを切り替えるための切り替えミラー４４が設けられてもよい。そして、切り替えミラー４４を、ビームスプリッタ２２とアパーチャ４６との間の光学経路に挿入するか否かを切り替える機構を有する。例えば、ソレノイドアクチュエータなどを用いて、切り替えミラー４４を駆動するようにしてもよい。
【００４９】
ビームスプリッタ２２とアパーチャ４６との間の光学経路に切り替えミラー４４が挿入されると、観測光源３４からの観測光が切り替えミラー４４で光学経路が変更されてビームスプリッタ２２に入射する。そして、観測光は、ビームスプリッタ２２で伝搬する光学経路が変更されて、曲面ミラー２０および対物レンズ１２を通過して、サンプルＳＭＰに入射する。このように、観測光源３４からの観測光についても、サンプルＳＭＰからの測定光と同一の光学経路を逆方向に伝搬することになる。
【００５０】
一般的な使用形態としては、まず、サンプルＳＭＰに対する対物レンズ１２の焦点位置を調整し、続いて、サンプルＳＭＰからの測定光の取得および測定が開始される。最初の焦点位置の調整時において、サンプルＳＭＰに観測光を照射する必要がある。そこで、アパーチャ４６とビームスプリッタ２２との光学経路上に、切り替えミラー４４を配置し、観測光源３４からの観測光をサンプルＳＭＰへ導く。焦点位置の調整が完了すると、切り替えミラー４４を移動させて、測定光源３０および／または測定光源３２からの測定光をサンプルＳＭＰへ導く。このように、切り替えミラー４４は、観測光源３４から照射される観測光の光軸に沿って、その位置を変更可能に構成されている。
【００５１】
切り替えミラー４４に代えて、所定位置に固定されたビームスプリッタあるいはハーフミラーを採用することもできる。但し、切り替えミラー４４を挿入または離脱できるように構成することで、ビームスプリッタあるいはハーフミラーを採用することで、サンプルＳＭＰに照射される測定光の光量を増大させることができる。また、測定時に、観測光源３４を都度オン／オフ制御する必要がなく、かつ、サンプルＳＭＰを観測する際に、測定光が邪魔になることもない。
【００５２】
後述するようにフォーカス調整には測定光が用いられ、サンプルＳＭＰの観測には観測光が用いられるので、観測光による観測像がボケていたとしても、測定光の結像には影響されないので、測定光を用いた測定時には、サンプルＳＭＰをより鮮鋭に検出することができる。
【００５３】
実施の形態１に従う測定装置１００Ａでは、収束光と平行光との間の相互変換に反射型レンズ（曲面ミラー）を採用するため、屈折型レンズを用いる場合に生じる色収差の発生を回避できるので、従来の有限鏡筒型の顕微鏡のように、観測可能な波長域が可視域に制限されるようなこともない。すなわち、本実施の形態に従う測定装置１００Ａは、可視域の他、紫外域および赤外域についても色収差の影響を低減して使用できる。そのため、紫外域、可視域、赤外域を含む広い波長範囲についてのスペクトル（典型的には、反射スペクトル）の測定、および、測定したスペクトル等に対する数値解析による光学特性を計測できる。
【００５４】
＜Ｃ．実施の形態１の変形例１＞
上述の実施の形態１に従う測定装置１００Ａでは、対物レンズ１２として屈折型レンズを用いる構成について例示したが、これに代えて、反射対物レンズを用いるようにしてもよい。
【００５５】
図２は、実施の形態１の変形例１に従う測定装置１００Ｂの装置構成を示す模式図である。図３は、図２に示す測定装置１００Ｂが採用する反射対物レンズの構成例を示す模式図である。
【００５６】
図２を参照して、測定装置１００Ｂは、図１に示す測定装置１００Ａに比較して、反射対物レンズ１３を含むヘッド部１０が採用されている点が異なっている。それ以外の構成については、図１に示す測定装置１００Ａと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００５７】
図２および図３を参照して、実施の形態１の変形例１においては、典型例として、カセグレイン型の反射対物レンズ１３を採用した例を示す。具体的には、反射対物レンズ１３は、互いに組み合わせられた凸面反射鏡１３ａおよび凹面反射鏡１３ｂを含む。カセグレイン型の反射対物レンズ１３を採用することで、対物レンズでの色収差が発生しないばかりか、高倍率、コンパクト、長作動距離などの利点を有する反射光学系を実現できる。
【００５８】
サンプルＳＭＰの種類によっては、サンプルＳＭＰの表面に焦点合わせをしているにもかかわらず、サンプルＳＭＰの裏面からの反射光が迷光として現われて測定精度を悪化させる場合がある。例えば、ナノ単位の厚みしか有していない薄膜などをサンプルＳＭＰとする場合などである。このような場合には、焦点深度の浅いカセグレイン型の反射対物レンズ１３を用いることが好ましい。
【００５９】
凸面反射鏡１３ａおよび凹面反射鏡１３ｂは、いずれもその中心軸が光軸ＡＸ１と一致するように配置される。凸面反射鏡１３ａは、光軸ＡＸ１上を伝搬する測定光および／または観測光の一部を反射して凹面反射鏡１３ｂへ導く。凹面反射鏡１３ｂは同心円状のミラーである。凹面反射鏡１３ｂは、凸面反射鏡１３ａで反射された測定光および／または観測光をサンプルＳＭＰに集光する。また、サンプルＳＭＰからのサンプル光は、入射の光学経路と同じ光学経路を逆方向に伝搬する。
【００６０】
より詳細には、図３を参照して、凸面反射鏡１３ａは、光軸ＡＸ１に沿って入射する光（測定光および／または観測光）のうち、光軸ＡＸ１と直交する断面において光軸ＡＸ１から所定の半径距離ｒ以上離れた領域に入射する光だけを凹面反射鏡１３ｂ導く。これに対して、光軸ＡＸ１から所定の半径距離ｒ未満の領域、言い換えれば光軸ＡＸ１の近傍領域に入射する光は、凹面反射鏡１３ｂへは導かれない。すなわち、凸面反射鏡１３ａの光軸ＡＸ１から所定の半径距離ｒ以上の領域に入射する測定光および／または観測光だけがサンプルＳＭＰへ照射されることになる。そのため、サンプルＳＭＰに入射する途中の光のビーム断面はその中心部がマスクされた同心円状（ドーナツ状）になる。このような同心円状のビーム断面をもつ光を用いることで、サンプルＳＭＰの裏面で反射して生じる裏面反射光（迷光）の影響を回避することができる。
【００６１】
実施の形態１の変形例１に従う測定装置１００Ｂでは、サンプルＳＭＰから分光器６０までの光学経路を反射光学系で実現するため、実質的に色収差の影響を受けることなく、紫外域、可視域、赤外域を含む広い波長範囲についてのスペクトルの測定、および、測定したスペクトル等に対する数値解析による光学特性を計測できる。
【００６２】
＜Ｄ．実施の形態１の変形例２＞
上述の実施の形態１の変形例１に従う測定装置１００Ｂでは、反射対物レンズとしてカセグレイン型を採用した構成について例示したが、他の種類の反射対物レンズを用いるようにしてもよい。
【００６３】
図４は、実施の形態１の変形例２に従う測定装置１００Ｃの装置構成を示す模式図である。図４を参照して、測定装置１００Ｃは、図１に示す測定装置１００Ａに比較して、反射対物レンズ１４を含むヘッド部１０が採用されている点が異なっている。それ以外の構成については、図１に示す測定装置１００Ａと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００６４】
より具体的には、実施の形態１の変形例２に従う測定装置１００Ｃでは、軸ずらし反射対物レンズである反射対物レンズ１４を採用した例を示す。反射対物レンズ１４は、曲面ミラー１４ａと、折り曲げミラー１４ｂとを組み合わせて構成される。曲面ミラー１４ａは、曲面ミラー２０に対応付けて配置されるとともに、サンプルＳＭＰからのサンプル光２を反射することで平行光に変換する反射型レンズとして機能する。折り曲げミラー１４ｂは、曲面ミラー１４ａでの反射前後に存在する光学経路を構成する光学コンポーネントが互いに干渉しないように、光学経路を調整する。このような、軸ずらし反射対物レンズを採用することで、対物レンズでの色収差が発生しないばかりか、低倍率、長作動距離、長焦点深度などの利点を有する、簡素化された構成の反射光学系を実現できる。
【００６５】
軸ずらし反射対物レンズは、焦点深度が深いので、サンプルＳＭＰの表面から裏面の全体に対して焦点を合わせることができる。そのため、ナノ単位からマイクロ単位まで幅広い厚みのサンプルＳＭＰに対応することができる。
【００６６】
＜Ｅ．実施の形態２＞
上述の実施の形態１に従う測定装置１００Ａでは、対物レンズ１２および曲面ミラー２０が同一の光軸上に配置される構成について例示したが、これに代えて、より小型化に適した構成を採用してもよい。
【００６７】
図５は、実施の形態２に従う測定装置１００Ｄの装置構成を示す模式図である。図５を参照して、測定装置１００Ｄは、図１に示す測定装置１００Ａに比較して、対物レンズ１２と曲面ミラー２０との間の光学経路上に折り曲げミラー２１がさらに配置されている点が異なっている。それ以外の構成については、配置位置を除いて、各機能については図１に示す測定装置１００Ａと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
【００６８】
折り曲げミラー２１は、対物レンズ１２からの平行光を反射することで伝搬方向を変化させる。折り曲げミラー２１に入射する平行光は平行光のまま、折り曲げミラー２１で反射される。そのため、無限鏡筒型の構成が維持されることになる。
【００６９】
図５には、１つの折り曲げミラー２１を配置した構成を例示するが、必要に応じて、複数の折り曲げミラーを配置してもよい。特に、対物レンズ１２から曲面ミラー２０までの光学経路において、サンプル光は平行光として伝搬するので、折り曲げミラーでの反射による減衰が許容される限りにおいて、光学経路長の制限などによって、折り曲げミラーの数が制限されることはない。
【００７０】
図５に示すような折り曲げミラー２１を採用することで、対物レンズ１２、曲面ミラー２０、分光器６０の配置位置などをより自由に設計することができる。これによって、測定装置１００Ｄの用途などに応じて、より適切なレイアウトを実現できる。
【００７１】
＜Ｆ．実施の形態２の変形例１＞
上述の実施の形態２に従う測定装置１００Ｄでは、対物レンズ１２として屈折型レンズを用いる構成について例示したが、これに代えて、反射対物レンズを用いるようにしてもよい。図６は、実施の形態２の変形例１に従う測定装置１００Ｅの装置構成を示す模式図である。図６を参照して、測定装置１００Ｅは、図５に示す測定装置１００Ｄに比較して、反射対物レンズ１３を含むヘッド部１０が採用されている点が異なっている。それ以外の構成については、図５に示す測定装置１００Ｄと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。また、反射対物レンズ１３については、図２および図３を参照して説明したので、ここでは、詳細な説明は繰り返さない。
【００７２】
＜Ｇ．実施の形態２の変形例２＞
上述の実施の形態２の変形例１に従う測定装置１００Ｄでは、反射対物レンズとしてカセグレイン型を採用した構成について例示したが、他の種類の反射対物レンズを用いるようにしてもよい。
【００７３】
図７は、実施の形態２の変形例２に従う測定装置１００Ｆの装置構成を示す模式図である。図７を参照して、測定装置１００Ｆは、図５に示す測定装置１００Ｄに比較して、反射対物レンズ１４を含むヘッド部１０が採用されている点が異なっている。それ以外の構成については、図５に示す測定装置１００Ｄと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。また、反射対物レンズ１４については、図４を参照して説明したので、ここでは、詳細な説明は繰り返さない。
【００７４】
＜Ｈ．測定手順＞
次に、本実施の形態に従う測定装置１００Ａ〜１００Ｆ（以下、「測定装置１００」とも総称する。）を用いた測定手順について説明する。図８は、本実施の形態に従う測定装置１００を用いた測定手順の一例を示すフローチャートである。
【００７５】
図８を参照して、まず、ユーザまたはサンプル装填装置などがサンプルＳＭＰをセットする（ステップＳ１）。そして、測定装置１００は、後述するようなフォーカス調整を実行する（ステップＳ２）。このフォーカス調整によって、セットされたサンプルＳＭＰに対する対物レンズ１２の相対位置が決定される。
【００７６】
必要に応じて、観測光源３４からの観測光をサンプルＳＭＰに照射することで、サンプルＳＭＰ内の目的の測定位置が調整される。具体的には、観測光源３４からの観測光のサンプルＳＭＰへの照射がオンされる（ステップＳ３）。そして、ユーザまたは補助装置がサンプルＳＭＰ内の目的の測定位置に測定光が照射されるようにサンプルＳＭＰの位置を調整する（ステップＳ４）。この位置の調整が完了すると、観測光源３４からの観測光のサンプルＳＭＰへの照射がオフされる（ステップＳ５）。そして、測定装置１００は、後述するようなフォーカス調整を再度実行する（ステップＳ６）。このフォーカス調整によって、サンプルＳＭＰ内の目的の測定位置に対する対物レンズ１２の相対位置が決定される。
【００７７】
以上の処理が完了すると、測定装置１００による測定が開始される。具体的には、測定光源３０または測定光源３２からの測定光がサンプルＳＭＰへ照射され、そのサンプル光が分光器６０により検出されることで、サンプルＳＭＰからの反射光についての波長スペクトルが検出される（ステップＳ７）。そして、情報処理装置５０は、分光器６０の検出結果（波長スペクトル）に基づいて各種の数値解析処理を行ない（ステップＳ８）、サンプルＳＭＰの光学特性を出力する（ステップＳ９）。そして、一連の処理は終了する。
【００７８】
なお、同一のサンプルＳＭＰ内の別の測定位置を測定する場合には、ステップＳ４以下の処理が繰り返される。なお、フォーカス調整（ステップＳ２およびＳ６）、ならびに、サンプルＳＭＰの位置調整（ステップＳ３〜Ｓ５）については、必要に応じて適宜実行されるものであり、状況により、その全部または一部を省略してもよい。
【００７９】
＜Ｉ．サンプルに対するフォーカス調整＞
次に、対物レンズのサンプルＳＭＰに対するフォーカス調整について説明する。本実施の形態に従う測定装置では、サンプルＳＭＰに照射される測定光の像に基づいて、フォーカス調整を実施する。すなわち、測定光自体のパターンをフォーカス状態であるか否かの判断に用いる。
【００８０】
（ｉ１：フォーカス調整の概要）
図９は、本実施の形態に従う測定装置からサンプルに照射された測定光の状態の一例を示す図である。図９（Ａ）は、対物レンズがサンプルに対してフォーカスしている状態を示し、図９（Ｂ）は、対物レンズがサンプルに対してフォーカスしている状態からずれている状態を示す。
【００８１】
図９（Ａ）に示す画像では、測定光の照射スポットがはっきり現われているのに対して、図９（Ｂ）に示す画像では、測定光の照射スポットがぼやけて広がっていることがわかる。そこで、本実施の形態に従う測定装置では、この測定光をサンプルに照射している状態をカメラ２８で撮像するとともに、その撮像された画像の鮮鋭度に基づいて、フォーカス調整を実行する。すなわち、本実施の形態に従う測定装置は、カメラ２８により観測された像の鮮鋭度に基づいて駆動機構５４を駆動することで、サンプルＳＭＰに対する対物レンズの相対位置を決定する制御ロジックを含む。本実施の形態においては、画像の鮮鋭度の一例として、コントラストをフォーカスの度合いを示す値（ＦＶ：フォーカスバリュー）とする。
【００８２】
図１０は、本実施の形態に従う測定装置における対物レンズの位置とコントラスト値との関係の一例を示す図である。図１０を参照して、サンプルＳＭＰに対する対物レンズの相対位置を変化させることで、ＦＶ（コントラスト）はある位置でピークとなる。このＦＶがピークとなる位置がフォーカス状態となる位置（焦点位置）に相当する。
【００８３】
本実施の形態に従う測定装置では、フォーカス調整をより短時間で完了するために、対物レンズを移動させつつ、カメラ２８で所定周期ごとに撮像することで画像を取得する。そして、取得した各画像のＦＶを算出することで、図１０に示すような対物レンズの位置に対するＦＶのプロファイルを取得する。取得したプロファイルにおいて、ＦＶがピークとなる位置を特定することで、対物レンズの位置を決定する。
【００８４】
ＦＶのプロファイルにおけるピーク位置は、予め定められた関数（例えば、ローレンツピーク関数など）を用いて、プロファイルをフィッティングすることにより、より正確に決定することができる。あるいは、ピークの近傍だけに注目すれば、二次関数を用いてフィッティングすることにより、より正確に決定することができる。このように、フィッティングを用いることで、カメラ２８による撮像ピッチを細かくすることなく、焦点位置を正確に決定することができる。また、カメラ２８による撮像ピッチが細かい場合であっても、ピーク付近は値の変化が少なく、カメラ２８のＳ／Ｎ（Signal to Noise）比の制約で測定精度を向上できない場合もあり、このような場合にも、フィッティングを用いたピーク位置の決定は有効である。
【００８５】
駆動機構５４による対物レンズを含むヘッド部の移動速度は一定とし、この移動速度に対して十分に撮像速度の高いカメラ２８を採用した。
【００８６】
駆動機構５４による対物レンズの移動速度が高い場合には、カメラ２８の撮像により得られた画像の転送時間、および、駆動機構５４の位置を取得するのに要する転送時間などが無視できないこともある。そのため、フォーカス調整をより高い精度で実現するために、以下に示すようなフォーカス調整方法のうちいずれかを採用してもよい。
【００８７】
（ｉ２：フォーカス調整方法（その１））
フォーカス調整方法（その１）は、情報処理装置５０が位置コントローラ５２およびカメラ２８と遣り取りすることでフォーカス調整を行なう場合の処理手順を示す。
【００８８】
図１１は、本実施の形態に従う測定装置におけるフォーカス調整方法（その１）を説明するためのタイムチャートである。図１２は、本実施の形態に従う測定装置におけるフォーカス調整方法（その１）において取得される経過時間と対物レンズの位置との関係を示す図である。
【００８９】
図１１を参照して、フォーカス調整方法（その１）においては、情報処理装置５０は、位置コントローラ５２およびカメラ２８の両方にスタートトリガーを与える。すなわち、基準時刻（ゼロ）において、情報処理装置５０は、カメラ２８に対して撮像開始指令を与えるとともに、位置コントローラ５２に対して移動開始指令を与える。これにより、カメラ２８の撮像開始のタイミングと、位置コントローラ５２の移動開始のタイミングとが合致することになる。情報処理装置５０は、撮像開始指令を与えた時刻を基準時刻として保持する。
【００９０】
カメラ２８は、撮像開始指令を受けて、所定周期（撮像周期ΔＴＤ）ごとに撮像動作を行なって、取得された画像を情報処理装置５０へ転送する。撮像開始指令に応答して撮像さえた画像を画像０とすると、それ以降の画像ｎは、基準時刻から撮像周期ΔＴＤ×ｎだけ経過したタイミングで取得されることになる。
【００９１】
この画像が取得されたタイミングに対応する対物レンズの位置を取得するために位置コントローラ５２は、カメラ２８での撮像の周期に対応させて、位置コントローラ５２から位置情報を取得する。このとき、取得される位置情報は転送時間などにより遅れ時間が生じるので、情報処理装置５０は、位置情報を要求した時刻（基準時刻からの経過時間）と、取得した位置情報とを関連付けて順次格納する。取得した時刻と位置情報との組に対して１次関数を用いてフィッティングすることにより、時刻と位置情報との関係を決定する。
【００９２】
図１２には、フィッティング結果の一例を示し、基準時刻からの経過時間ｔと、対物レンズの位置ｐとの関係式ｐ＝ｆ（ｔ）を決定できる。
【００９３】
カメラ２８により取得された画像から算出されるＦＶのプロファイル上のピークを探索するとともに、探索されたピークをもつ画像を撮像した時刻（基準時間からの経過時間）を決定する。そして、決定された時刻ｔをフィッティング結果に入力することで、対物レンズの位置を決定することができる。あるいは、時刻ｔに代えて、撮像の枚数（番号）を用いてもよい。言い換えれば、図１２に示すフィッティング後の関係式は、各撮像タイミングにおける対物レンズの位置を示すことになる。
【００９４】
このような手順を経ることで、精度の高いフォーカス調整を実現できる。
図１３は、本実施の形態に従う測定装置におけるフォーカス調整方法（その１）の処理手順を示すフローチャートである。図１３に示す処理手順は、図８に示すステップＳ２およびステップＳ６のより詳細な内容に相当する。
【００９５】
図１３を参照して、フォーカス調整が指示されると、情報処理装置５０は、カメラ２８に対して撮像開始指令を与えるとともに、位置コントローラ５２に対して移動開始指令を与える（ステップＳ１１）。すると、カメラ２８は、所定の撮像周期で繰り返し撮像を実行する。また、駆動機構５４は、対物レンズの所定の移動速度での移動を開始させる。
【００９６】
情報処理装置５０は、カメラ２８の撮像周期と同一の周期で、位置コントローラ５２からの位置情報の取得を繰り返す（ステップＳ１２）。このとき、情報処理装置５０は、位置コントローラ５２に対して位置情報を要求した時刻と対応付けて、取得した位置情報を格納する。この位置コントローラ５２からの位置情報の取得は、対物レンズが移動完了位置に到達するまでの間（ステップＳ１３においてＮＯ）、繰り返される。
【００９７】
対物レンズが移動完了位置に到達すると（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、情報処理装置５０は、カメラ２８に対して撮像終了指令を与えるとともに、位置コントローラ５２に対して移動終了指令を与える（ステップＳ１４）。
【００９８】
情報処理装置５０は、ステップＳ１２において取得した位置情報および対応する時刻に基づいて、図１２に示すような、時刻と位置情報との関係を決定する（ステップＳ１５）。そして、情報処理装置５０は、ステップＳ１２においてカメラ２８により撮像されたそれぞれの画像からＦＶ（コントラスト）をそれぞれ算出し、ＦＶのプロファイルを取得する（ステップＳ１６）。そして、ＦＶのプロファイルに対するフィッティング処理を実行し、ＦＶのピーク位置（ピークを生じた画像番号）を決定する（ステップＳ１７）。さらに、情報処理装置５０は、ステップＳ１５において決定した時刻と位置情報との関係を参照して、ステップＳ１７において決定したＦＶのピーク位置に対応する対物レンズの位置を決定する（ステップＳ１８）。最終的に、情報処理装置５０は、ステップＳ１８において決定した対物レンズの位置に基づいて、駆動機構５４に対して位置指令を与える（ステップＳ１９）。
【００９９】
以上のような処理手順によって、対物レンズのフォーカス調整は完了する。
（ｉ３：フォーカス調整方法（その２））
上述のフォーカス調整方法（その１）では、情報処理装置５０がカメラ２８および位置コントローラ５２に対してそれぞれ指令を与える構成例を示したが、位置コントローラ５２とカメラ２８とを関連付けることで、より正確な撮像位置を制御するようにしてもよい。
【０１００】
フォーカス調整方法（その２）では、位置コントローラ５２からカメラ２８に対して、撮像指令を与えるためのトリガー線が設けられる。位置コントローラ５２は、所定の移動量ごとに、カメラ２８に対して撮像のためのトリガーを与える。これにより、カメラ２８によりそれぞれ撮像された画像と、対応する対物レンズの位置とをより正確に関連付けることができる。これによって、フォーカス精度を向上できる。
【０１０１】
図１４は、本実施の形態に従う測定装置におけるフォーカス調整方法（その２）の処理手順を示すフローチャートである。図１４に示す処理手順は、図８に示すステップＳ２およびステップＳ６のより詳細な内容に相当する。
【０１０２】
図１４を参照して、フォーカス調整が指示されると、情報処理装置５０は、位置コントローラ５２に対してフォーカス調整開始指令を与える（ステップＳ２１）。すると、駆動機構５４は、対物レンズの所定の移動速度での移動を開始させるとともに、所定の移動量ごとにカメラ２８に対して撮像指令を与える。
【０１０３】
対物レンズが移動完了位置に到達すると（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、情報処理装置５０は、位置コントローラ５２に対してフォーカス調整終了指令を与える（ステップＳ２３）。
【０１０４】
情報処理装置５０は、ステップＳ２１においてカメラ２８により撮像されたそれぞれの画像からＦＶ（コントラスト）をそれぞれ算出し、それぞれの画像に対応する位置に関連付けてＦＶのプロファイルを取得する（ステップＳ２４）。そして、ＦＶのプロファイルに対するフィッティング処理を実行し、ＦＶのピーク位置（対物レンズの位置）を決定する（ステップＳ２５）。さらに、情報処理装置５０は、ステップＳ２５において決定した対物レンズの位置に基づいて、駆動機構５４に対して位置指令を与える（ステップＳ２６）。
【０１０５】
以上のような処理手順によって、対物レンズのフォーカス調整は完了する。
（ｉ４：探索手順）
フォーカス調整による焦点位置の探索は、一度で完了してもよいが、より精度を高めるためには、複数回にわたって探索するようにしてもよい。複数回にわたって焦点位置を探索する場合の処理について説明する。
【０１０６】
図１５は、本実施の形態に従う測定装置における焦点位置の探索手順を説明するための模式図である。焦点位置の探索は、サンプルＳＭＰに対する対物レンズ１２の作動距離を考慮すると、サンプルＳＭＰから遠いところから近付くように行なうことが好ましい。図１５を参照して、第１回目の焦点位置の探索においては、対物レンズがサンプルＳＭＰに対して最も遠い位置から近付く方向に移動し、焦点位置が存在すると推定される位置を通過後、十分に移動してから停止する。この１回目の探索によって得られたＦＶのプロファイルに基づいて、２回目の移動範囲が決定される。具体的には、１回目の探索によって決定されたピーク位置を基準にして、サンプルＳＭＰからある程度離れた位置までが探索範囲として決定される。そして、２回目の探索を実行する。２回目の探索では、１回目の探索に比較して、対物レンズの移動速度を低くして、つまり撮像間隔をより短くして撮像を行なう。そして、２回目の探索によって得られたＦＶのプロファイルに基づいて、３回目の移動範囲が決定される。以下、同様の手順を所定回数、または、予め定められた条件が満たされるまで繰り返すことで、焦点位置を決定する。
【０１０７】
＜Ｊ．光学経路の調整方法＞
本実施の形態に従う測定装置は、対物レンズから受光部である分光器までの光学経路を正確に調整する必要がある。以下、この光学経路の調整方法について説明する。
【０１０８】
図１６は、本実施の形態に従う測定装置の光学経路の調整手順を示すフローチャートである。図１６には、図５に示す測定装置１００Ｄを構成する光学コンポーネントの調整手順を示す。
【０１０９】
図１６を参照して、まず、サンプルＳＭＰの平坦度を調整する（ステップＳ１００）。具体的には、ビームスプリッタ２２を初期位置に設定するとともに、調整用レーザからの光をビームスプリッタ２２に入射させ、サンプルＳＭＰが配置される位置に投影する。この投影状態に基づいて、サンプルＳＭＰを配置する位置の平坦度を調整する。
【０１１０】
続いて、投光軸および受光軸を調整する（ステップＳ１０１）。具体的には、初期位置に設定されているビームスプリッタ２２に対して、光源側および分光器側のそれぞれから調整用レーザからの光を入射し、それぞれの光がサンプルＳＭＰの同一の位置に入射するように、それぞれの光学経路を調整する。
【０１１１】
続いて、曲面ミラー２０および折り曲げミラー２１を調整する（ステップＳ１０２）。具体的には、調整用レーザからの光をビームスプリッタ２２に入射させ、サンプルＳＭＰの所定位置に投影されるように、曲面ミラー２０および折り曲げミラー２１の角度および位置を調整する。
【０１１２】
最終的に、対物レンズの位置および移動軸を調整する（ステップＳ１０３）。具体的には、調整用レーザからの光をビームスプリッタ２２に入射させ、対物レンズを移動させても、そのサンプルＳＭＰ上の投影位置が変化しないように、対物レンズの位置および移動軸の角度を調整する。
【０１１３】
以上のような手順によって、測定装置の光学コンポーネントにより適切な光学経路を構成できる。
【０１１４】
＜Ｋ．効果確認＞
本実施の形態に従う測定装置は、対物レンズを含むヘッド部を移動させるだけで、サンプルＳＭＰに対するフォーカス調整が可能である。このヘッド部の移動によるフォーカス調整の効果について、確認した実験結果を以下に示す。以下に示す実験結果は、図５に示す測定装置１００Ｄを用いて測定したものである。
【０１１５】
図１７は、本実施の形態に従う測定装置の対物レンズの位置を複数に異ならせて取得された波長ごとの相対反射率の測定結果例を示す。対物レンズの位置の変化に対応させて、サンプルＳＭＰの高さも変化させて測定を行なった。測定した相対反射率は、３００ｎｍから１００ｎｍごとに８００ｎｍまでの合計６波長を対象とした。
【０１１６】
図１７に示す測定結果例によれば、いずれの波長についても、対物レンズの位置に影響されることなく、略同一の相対反射率を示している。このことは、対物レンズを含むヘッド部を移動させてフォーカス調整を行なう際に、サンプルＳＭＰからの相対距離が変化しても、フォーカス調整および測定結果には影響を受けにくいことが示されている。
【０１１７】
図１８は、本実施の形態に従う測定装置でのフォーカス調整を実行した後に測定される反射率スペクトルの測定結果例を示す。図１８には、５回のフォーカス調整をそれぞれ実行した後に得られた反射率スペクトルを示す。
【０１１８】
図１８に示す測定結果例によれば、いずれのフォーカス調整においても、精度の高いフォーカス調整を実現できているとともに、広い波長範囲にわたって、安定して測定ができていることがわかる。
【０１１９】
＜Ｌ．利点＞
本実施の形態に従う測定装置は、サンプルからの測定光を平行光に変換する対物レンズと、対物レンズからの平行光を反射することで収束光に変換する反射型レンズとの組合せからなる新たな光学系を採用する。平行光の光軸に沿って対物レンズを移動させることで、サンプルに対するフォーカス調整を行なうことができる。
【０１２０】
そのため、比較的大きなサンプルを測定する必要がある場合であっても、サンプルを移動させる必要がない。すなわち、対物レンズのみの移動でフォーカス調整が可能な顕微鏡光学系を実現できる。対物レンズおよびその駆動機構を含むフォーカス機構をヘッド部としてパッケージ化することもできる。このようなヘッド部を採用することで、装置サイズがコンパクト化できる。また、このようなヘッド部は、他の光学ユニットまたは測定ユニットと容易に組み合わせることができ、拡張性を高めることができる。
【０１２１】
本実施の形態に従う測定装置は、対物レンズおよび反射型レンズの両方を反射光学系のみで実現することもでき、この場合には、色収差の影響を実質的に無視できる。また、対物レンズのみ屈折型レンズを採用した場合であっても、従来の構成に比較して、色収差の影響を大幅に抑えることができる。
【０１２２】
そのため、サンプルから受光部までの光学経路を反射光学系で実現するため、実質的に色収差の影響を受けることなく、紫外域、可視域、赤外域を含む広い波長範囲についてのスペクトルの測定、および、測定したスペクトルに対する等に対する数値解析による光学特性を計測できる。そのため、様々な光学特性の測定が可能になり、汎用性を高めることができる。
【０１２３】
本実施の形態に従う測定装置は、反射型レンズを結像レンズに用いるとともに、反射型レンズから結像レンズまでの光学経路上に折り曲げミラーを配置することもできる。このような折り曲げミラーを採用することで、コンポーネントを３次元配置することでき、装置サイズのコンパクト化をより容易に実現できる。
【０１２４】
本実施の形態に従う測定装置は、反射対物レンズを採用することもできる。反射対物レンズは簡単な構成ながら、対物レンズおよび結像レンズの両方において色収差の発生がないので、測定精度をより高めることができる。
【０１２５】
反射対物レンズとして、カセグレイン型の反射対物レンズを採用することで、高倍率、コンパクト、長作動距離などの利点を有する反射光学系を実現できる。あるいは、反射対物レンズとして、曲面ミラーと、折り曲げミラーとを組み合わせて構成される軸ずらし反射対物レンズを採用することで、低倍率、長作動距離、長焦点深度などの利点を有する、簡素化された構成の反射光学系を実現できる。
【０１２６】
本実施の形態に従う測定装置は、測定光自体のパターン（像）に基づいてフォーカス調整を行なうことができるので、実際の測定に用いる測定光の合焦状態を確実に確認することができる。また、従来の構成のように、レチクルパターンを投影する必要がないので、観測時の視野が邪魔されることはない。
【０１２７】
また、測定光自体のパターン（像）の鮮鋭度（コントラスト）に基づいてフォーカス調整を行なうので、比較的簡易な構成を維持しつつ、より精度の高いフォーカス調整を実現できる。
【０１２８】
本実施の形態に従う測定装置は、対物レンズの位置を変化させながら、測定光自体のパターン（像）を順次取得することで、合焦位置を探索することができる。このとき、カメラからの画像転送にある程度の遅延時間が存在しても補正可能なアルゴリズムを採用するため、合焦位置を高精度に決定することができる。また、ＦＶのプロファイルに含まれるピークをフィッティング法により決定するので、何らかの外乱が生じても、正確なピーク位置を特定できる。
【０１２９】
本実施の形態に従う測定装置は、切り替えミラーを設けて、アパーチャから出力される視野の狭い測定光と視野の広い観測光とを切り替えることができる。測定光と観測光との切り替えによって、正確な測定と視野範囲の広い観測像の取得とを両立できる。
【０１３０】
測定光を発生する光源の種類を使い分けることで、測定光がサンプルに合焦している状態、および、測定光の合焦位置がサンプルから十分に離れている状態（ピントが十分にボケている状態）のいずれをも実現することができる。これによって、測定光をサンプルの特性により適した状態で照射することができ、これによって、フォーカス状態に影響を受けることなく、より適切な測定が可能になる。
【０１３１】
上述した説明によって、本実施の形態に従う光学特性測定装置および光学系に係るそれ以外の利点については明らかになるであろう。
【０１３２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３３】
２  サンプル光、４  平行光、６  収束光、１０  ヘッド部、１２  対物レンズ、１３  反射対物レンズ、１３ａ  凸面反射鏡、１３ｂ  凹面反射鏡、２０，４０  曲面ミラー、２１  折り曲げミラー、２２，２４，４２  ビームスプリッタ、２６  結像レンズ、２８  カメラ、３０，３２  測定光源、３４  観測光源、４４  切り替えミラー、４６  アパーチャ、５０  情報処理装置、５２  位置コントローラ、５４  駆動機構、６０  分光器、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ  測定装置、ＳＭＰ  サンプル。
【図１】
2017116459.tif 000003
【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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【図１５】
2017116459.tif 000017
【図１６】
2017116459.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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