(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発する光源と、
前記光源からのレーザ光を試料上の所定領域に一括照射する対物レンズを含む照明光学系と、
前記対物レンズを介して前記試料からの反射光を得るとともに前記試料の像を結像する結像レンズ及び前記結像レンズにより前記試料の像を撮像するCCDカメラを含む観察系と、
前記光源と前記対物レンズとの前記照明光学系の光路中に配置され、前記レーザ光の入射側の平面及び射出側の平面を有し、前記光源からのレーザ光が前記入射側及び射出側の平面を順に通過し前記試料上に照射され、また、前記試料からの反射光が前記射出側の平面で反射して前記照明光学系の光路から分離され前記CCDカメラへ導くよう構成された光路分割素子とを有し、
前記光路分割素子の前記２つの平面が、非平行の関係となるように構成されている
ことを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項２】
レーザ光を発する光源と、
前記光源からのレーザ光を試料上の所定領域に一括照射する対物レンズを含む照明光学系と、
前記対物レンズを介して前記試料からの反射光を得るとともに前記試料の像を結像する結像レンズ及び前記結像レンズにより前記試料の像を撮像するCCDカメラを含む観察系と、
前記光源と前記対物レンズとの前記照明光学系の光路中に配置され、前記レーザ光の入射側の平面及び射出側の平面を有し、前記光源からのレーザ光が前記入射側の平面で反射され前記試料上に照射され、また、前記試料からの反射光が前記入射側及び射出側の平面を順に通過し前記照明光学系の光路から分離され前記CCDカメラへ導くよう構成された光路分割素子とを有し、
前記光路分割素子の前記２つの平面が、非平行の関係となるように構成されている
ことを特徴とするレーザ顕微鏡。
【請求項３】
前記光路分割素子によって生じる光軸の傾きを補正する補正部材が前記照明光学系または前記観察系の少なくとも一方の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ顕微鏡。
【請求項４】
前記補正部材は、照明光学系中に配置されるとともに、互いに透過率の異なる複数の領域を有し、それぞれの領域が選択的に照明光路に挿入可能となっていることを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高輝度なレーザを照明用光源として使用する顕微鏡に関し、特に近年微細化の進む半導体を検査するのに有効な高解像度のレーザ顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の顕微鏡用の光源としては、タングステンランプやハロゲンランプが一般的に知られている。タングステンランプやハロゲンランプは通常ケーラー照明と呼ばれる照明系の光源として使用されており、試料に対して全体にムラなく一括で照明できるような構成となっている（以降上記のような照明を一括照明と呼ぶ）。
【０００３】
上記照明系にて半導体のように不透明な試料を検査する際には、反射照明あるいは落射照明と呼ばれるような照明系を構成し、照明光路と観察光路とを分岐するために試料と像との間にハーフミラーやハーフプリズムなどの光学部材を挿入し照明光が試料の上からあたるように構成する。
またコンフォーカル顕微鏡のように光源としてレーザを使用するタイプも存在するが、このようなレーザを光源とするような顕微鏡は照明光学系と観察光学系とを一部共用し、また試料への照明も一括に照明するのでなく一点のみを照明し、それをスキャンする事により像を形成するので、上記一括照明とは全く異なった光学システムである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の顕微鏡用光源としては上記のようにケーラー照明のように一括で照明する場合はタングステンランプやハロゲンランプが使用されている。
しかしながら、より高輝度な照明光が要求される場合や半値幅の非常に狭い単一波長が照明光として要求される場合などはタングステンランプやハロゲンランプでは明るさが足りず不十分であった。
【０００５】
そこで一括に照明する顕微鏡の照明用光源としてレーザが考えられるが、レーザには可干渉性があるため干渉縞が生じやすく、特に光学部材の中に互いに平行な面が存在すると干渉縞を防ぐことは非常に困難である。
干渉縞を防ぐためには互いに干渉し合っている光学部材の面上に高性能な反射防止コートを施すことが考えられるが、干渉縞を完全になくすまでに反射率の低い反射防止コートを蒸着することが非常に困難かつ高価となる。
【０００６】
特に反射照明系で一括に照明する場合には、必ず照明光路と観察光路を分岐するハーフミラーあるいはハーフプリズムを使用する必要があるが、実はこれらの光学部材で干渉縞が生じることが多い。そのため高輝度で半値幅の狭い照明光が必要な場合でも、一括照明において光源にレーザを使用することは今まで存在しなかった。
【０００７】
またコンフォーカル顕微鏡のような光学システムを構成し、光源としてレーザ光を使用すれば高輝度で半値幅の狭い照明光が欲しいという要求には答えられるが、システム自体が大がかりな物になってしまい、かつ非常に高価な物になってしまう。
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、顕微鏡の光源として高輝度で、かつ半値幅の非常に狭いレーザを反射照明で一括に照明した場合でも、試料の像に干渉縞が発生しないような安価な顕微鏡のシステムを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のレーザ顕微鏡は、レーザ光を発する光源と、前記光源からのレーザ光を試料上の所定領域に一括照射する対物レンズを含む照明光学系と、前記対物レンズを介して前記試料からの反射光を得るとともに前記試料の像を結像する結像レンズ及び前記結像レンズにより前記試料の像を撮像するCCDカメラを含む観察系と、前記光源と前記対物レンズとの前記照明光学系の光路中に配置され、前記レーザ光の入射側の平面及び射出側の平面を有し、前記光源からのレーザ光が前記２つの平面を通過し前記試料上に照射され、また、前記試料からの反射光が前記射出側の平面で反射して前記照明光学系の光路から分離され前記CCDカメラへ導くよう構成された光路分割素子とを有し、前記光路分割素子の前記２つの平面が、非平行の関係となるように構成されていることを特徴とする。
請求項２記載の本発明のレーザ顕微鏡は、レーザ光を発する光源と、前記光源からのレーザ光を試料上の所定領域に一括照射する対物レンズを含む照明光学系と、前記対物レンズを介して前記試料からの反射光を得るとともに前記試料の像を結像する結像レンズ及び前記結像レンズにより前記試料の像を撮像するCCDカメラを含む観察系と、前記光源と前記対物レンズとの前記照明光学系の光路中に配置され、前記レーザ光の入射側の平面及び射出側の平面を有し、前記光源からのレーザ光が前記入射側の平面で反射され前記試料上に照射され、また、前記試料からの反射光が前記入射側及び射出側の平面を通過し前記照明光学系の光路から分離され前記CCDカメラへ導くよう構成された光路分割素子とを有し、前記光路分割素子の前記２つの平面が、非平行の関係となるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
顕微鏡光路中に配置される光路分割素子の少なくとも２つの平面が非平行の関係である。この光路分割素子としては、たとえば、くさび形状のハーフミラーやハーフプリズムが挙げられる。
このような構成により、可干渉性の強いレーザを用いて試料を一括照明したとしても、光路分割素子において干渉が発生しないため、観察光学系によって得られた試料像に干渉縞が生じない。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、請求項１または２に記載のレーザ顕微鏡において、前記光路分割素子によって生じる光軸の傾きを補正する補正部材が前記照明光学系または前記観察系の少なくとも一方の光路中に配置されていることを特徴とする。
光路分割素子がたとえばくさび形状のハーフミラーであった場合、光が光路分割素子を通過することによって、通過前後の各々の光の光軸に傾きが生じてしまう。この傾きに合わせて観察系または照明光学系を構成する光学部材を配置することは製造上、手間とコストを有するため、現実的ではない。上述のごとき構成により、光は光路分割素子と補正部材とを通過するため、通過前後の各々の光の光軸の傾きを補正することができる。これにより、観察系または照明光学系を構成する光学部材を傾きに合わせて配置する必要がなくなり、製造コストを抑えることが出来る。
【００１１】
請求項４記載の本発明は、請求項２または３に記載のレーザ顕微鏡において、前記補正部材は、照明光学系中に配置されるとともに、互いに透過率の異なる複数の領域を有し、それぞれの領域が選択的に照明光路に挿入可能となっていることを特徴とする。
このような構成により、試料像に干渉縞が生じることを抑えることができるとともに、照明光の光量を変更することができ、照明光学系の光路内のスペースを有効に活用することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のレーザ顕微鏡における第１実施形態の概略構成を示す図である。以下、図１を用いて第１実施形態を説明する。
レーザ光源１からのレーザ光は、たとえば光ファイバを介して顕微鏡本体２に導入される。顕微鏡本体内に導入されたレーザ光は、開口絞り３、リレーレンズ系４、視野絞り５、補正ガラス６、ハーフミラー７を通過して全反射ミラー８によって直角に反射される。全反射ミラー８で反射したレーザ光は、対物レンズ９を通過して試料上の所定領域に一括照射される。開口絞り３、リレーレンズ系４、視野絞り５、補正ガラス６、ハーフミラー７、全反射ミラー８、及び対物レンズ９により照明光学系が構成される。
【００１３】
試料からの反射光は、再び対物レンズ９にもどり全反射ミラー８によって直角に反射され、ハーフミラー７によって直角に反射され、照明光学系の光路から分離される。その後、結像レンズ１０によって集光され、観察系としてのＣＣＤカメラの撮像面上に試料像が結像される。ＣＣＤカメラ１１によって撮像された試料像は、不図示の表示装置に表示される。
【００１４】
本実施形態において、ハーフミラー７はくさび形状をしている。すなわち、照明光の入射側の平面７ａと、射出側の平面７ｂとは非平行の関係になっている。このような形状によって、ハーフミラー７の内部においてレーザ光の干渉が発生せず、このため、ＣＣＤカメラ１１に撮像される試料像に干渉縞が生じることがない。
【００１５】
また、ハーフミラー７はくさび形状をしているため、照明光学系の光軸がハーフミラー７の前後において傾いてしまう。補正ガラス６は、この傾きを補正するような角度を有するくさび形状のガラスである。すなわち、照明光の入射側の平面６ａと、射出側の平面６ｂとは非平行の関係になっている。この補正ガラス６により、補正ガラス６に入射する側の照明光路と、ハーフミラー７から射出する側の照明光路との各々の光軸が平行となり、通常の顕微鏡のごとく照明光学系を構成する光学部材を直線上に配置することができる。
【００１６】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、本発明のレーザ顕微鏡における第２実施形態の概略構成を示す図である。先の第１実施形態と同じ機能を果たす部材については、同じ符号を付している。
本実施形態は、ＣＣＤカメラ１１を対物レンズ９の光軸上に配置したところが先の第１実施形態と異なる。
【００１７】
レーザ光源１からのレーザ光は、開口絞り３、リレーレンズ系４、視野絞り５を介してハーフミラー７によって直角に反射される。ハーフミラー７で反射したレーザ光は、対物レンズ９を介して試料上の所定領域に一括照射される。
試料からの反射光は、再び対物レンズ９を介してハーフミラー７に導かれ、このハーフミラー７を透過する。その後、補正ガラス６を介して結像レンズ１０によって集光され、試料像がＣＣＤカメラ１１の撮像面上に試料像が結像される。
【００１８】
本実施形態におけるハーフミラー７も先の第１実施形態と同様に、くさび形状をしている。すなわち、試料からの光の入射側の平面と、射出側の平面とは非平行の関係になっている。このような形状によって、ハーフミラー７の内部においてレーザ光の干渉が発生せず、このため、ＣＣＤカメラ１１に撮像される試料像に干渉縞が生じることがない。
【００１９】
また、ハーフミラー７はくさび形状をしているため、照明光学系の光軸がハーフミラー７の前後において傾いてしまう。補正ガラス６は、この傾きを補正するような角度を有するくさび形状のガラスである。この補正ガラス６により、試料からの光がハーフミラー７に入射する側の観察光路と、補正ガラスから射出する側の観察光路との各々の光軸が平行となり、通常の顕微鏡のごとく観察光路中に配置される光学部材を直線上に配置することができる。
【００２０】
上述の第１及び第２実施形態においては、光路分割素子としてくさび形状のハーフミラーを用いたが、くさび形状のハーフプリズムを用いても良い。
また、照明光路や観察光路中に、光路を通過する光の光量を調整するためのＮＤフィルタを配置しても良い。このとき、ＮＤフィルタは、フィルタ表面が光路の光軸に対して垂直ではなく、ある傾きをもって配置されていることが望ましい。これは、ＮＤフィルタによっても試料像に干渉縞が生じる可能性があるからである。
【００２１】
また、第１、第２実施形態において、補正ガラス６をＮＤフィルタと兼用しても良い。具体的には、補正ガラス６に所定の透過率を有する薄膜を蒸着することによって達成される。このとき、補正ガラス６に蒸着される薄膜は、顕微鏡光路に配置される2つの面のうち、顕微鏡光路の光軸に対して傾斜した面（たとえば、図１における面６ａ）に蒸着する方が望ましい。
【００２２】
さらに、透過率の異なる複数の補正ガラス６をスライド切換部材等に並べて配置し、これを照明光路中に選択的に配置できるように構成しても良い。
また、上述の実施形態では観察系としてＣＣＤカメラを用いたが、本発明はこれに限らず、２次元センサや接眼レンズを備えた観察鏡筒等であってもよい。
尚、本発明はレーザ顕微鏡に関して述べているが、顕微鏡機能を備えた光学機器、例えば試料の拡大画像を取得して画像処理等により寸法測定や欠陥検査等を行なう装置にも適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、顕微鏡の光源として高輝度でかつ半値幅の非常に狭いレーザを反射照明で一括に照明した場合でも、簡単な構成で試料の像に干渉縞が発生しない安価な顕微鏡システムを得ることができる。
また、請求項２記載の本発明によれば、光は光路分割素子と補正部材とを通過するため、通過前後の各々の光の光軸の傾きを補正することができる。これにより、観察系または照明光学系を構成する光学部材を傾きに合わせて配置する必要がなくなり、製造コストを抑えることが出来る。
【００２４】
さらに、請求項３記載の本発明によれば、試料像に干渉縞が生じることを抑えることができるとともに、照明光の光量を変更することができ、照明光学系の光路内のスペースを有効に活用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・レーザ光源
２・・・顕微鏡本体
３・・・開口絞り
４・・・リレーレンズ系
５・・・視野絞り
６・・・補正ガラス
７・・・ハーフミラー
８・・・全反射ミラー
９・・・対物レンズ
１０・・・結像レンズ
１１・・・ＣＣＤカメラ
【図１】
0004196030.tif 000002
【図２】
0004196030.tif 000003