DE102016124191B4

DE102016124191B4 - Messvorrichtung optischer Eigenschaften und optisches System

Info

Publication number: DE102016124191B4
Application number: DE102016124191.1A
Authority: DE
Inventors: Sota Okamoto; Sano Hiroyuki
Original assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Current assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: TWI699523B; US20170184833A1; CN106990052A; CN106990052B; TW201732261A; JP2017116459A; US10120177B2; DE102016124191A1; KR102088650B1; JP6887751B2; KR20170077026A

Abstract

Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100A; 100B; 100C; 100D; 100E; 100F), die aufweist:
ein erstes optisches Element (12; 13; 14), das eingerichtet ist, um Messlicht (2) von einem Messzielobjekt (SMP) in paralleles Licht (4) umzuwandeln;
eine reflektierende Linse (20), die eingerichtet ist, um das parallele Licht (4) von dem ersten optischen Element (12; 13; 14) zu reflektieren, um das parallele Licht (4) in konvergierendes Licht (6) umzuwandeln;
einen Lichtempfangsabschnitt (60), der eingerichtet ist, um das konvergierende Licht (6) von der reflektierenden Linse (20) zu empfangen; und
einen Antriebsmechanismus (54), der eingerichtet ist, um eine Position des ersten optischen Elements (12; 13; 14) relativ zum Messzielobjekt (SMP) zu variieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung optischer Eigenschaften ferner aufweist:
eine erste Lichtquelle (30, 32), die eingerichtet ist, um Messlicht (2) zur Bestrahlung des Messzielobjekts (SMP) zu erzeugen; und
einen Strahlteiler (22), der auf einem optischen Weg von der reflektierenden Linse (20) zum Lichtempfangsabschnitt (60) angeordnet ist und mit der ersten Lichtquelle (30, 32) optisch verbunden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gattungsgemäße Messvorrichtung optischer Eigenschaften, die optische Eigenschaften eines Messzielobjekts misst, und ein gattungsgemäßes optisches System, das in dieser vorgesehen ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Als ein Beispiel einer Messvorrichtung optischer Eigenschaften, die optische Eigenschaften eines Messzielobjekts misst, ist ein Mikrospektroskop bekannt. Das Mikrospektroskop gibt optische Eigenschaften, wie etwa einen Reflexionsgrad, einen Brechungsindex, einen Extinktionskoeffizienten und eine Dicke des Messzielobjekts aus, indem Licht von einem Messzielobjekt der Spektroskopie unterzogen wird. Die JP 2008 – 286 583 A offenbart als ein Beispiel für ein Mikrospektroskop eine Messvorrichtung optischer Eigenschaften mit einer verbesserten Genauigkeit bei der Messung der optischen Eigenschaften, mit der eine Fokussierung auf ein Messzielobjekt auf einfachere Weise erzielt werden kann.
Die Messvorrichtung optischer Eigenschaften, die offenbart ist, weist eine Struktur eines Mikroskops eines Typs auf, der als „endlicher Tubus“ bzw. „finite tube“ bezeichnet wird. Auf der anderen Seite ist eine Struktur eines Mikroskops bekannt, die als Typ des „unendlichen Tubus“ bzw. „infinite tube“ bezeichnet wird. Die JP H11 – 249 027 A offenbart ein Autofokus-Mikroskop, das eine Fokusposition auf einer betrachteten Probe automatisch einstellen kann, als einen Aufbau, der ein solches Mikroskop des Typs des „unendlichen Tubus“ anwendet. Eine gattungsgemäße Messvorrichtung sowie ein gattungsgemäßes dafür vorgesehenes optisches System sind aus der EP 1 212 580 B1 bekannt. Eine vergleichbare Messvorrichtung sowie ein dafür vorgesehenes optisches System sind in der JP 2013 - 228 328 A beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mögliche Anwendungen des Autofokus-Mikroskops, das in der JP H11 – 249 027 A offenbart ist, umfassen die Betrachtung bzw. Untersuchung eines kleinen Materials oder die Aufnahme eines Videos eines betrachteten Bilds, wobei das Autofokus-Mikroskop so wie es ist nicht als eine Messvorrichtung optischer Eigenschaften verwendet werden kann, die geeignet ist zur Messung optischer Eigenschaften in einem Infrarotband und einem Ultraviolettband, zusätzlich zu einem Band des sichtbaren Lichts.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Messvorrichtung optischer Eigenschaften bereitzustellen, deren Größe verringert werden kann und die eine verbesserte Vielseitigkeit erzielen kann.
Eine Messvorrichtung optischer Eigenschaften gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Merkmale in Patentanspruch 1 auf.
Die Messvorrichtung optischer Eigenschaften kann ferner ein zweites optisches Element aufweisen, das auf einem optischen Weg zwischen dem ersten optischen Element und der reflektierenden Linse angeordnet ist und das parallele Licht vom ersten optischen Element reflektiert, um eine Ausbreitungsrichtung des parallelen Lichts zu variieren.
Das erste optische Element kann eine Gruppe aus einem konvexen Reflektor und einem konkaven Reflektor aufweisen, die so angeordnet sind, dass Mittelachsen der Reflektoren mit einer optischen Achse des parallelen Lichts übereinstimmen.
Das erste optische Element kann einen gekrümmten Spiegel, der in Übereinstimmung mit der reflektierenden Linse angeordnet ist, und einen Biegespiegel aufweisen, der mit dem gekrümmten Spiegel kombiniert ist.
Der Lichtempfangsabschnitt kann ein Wellenlängenspektrum ausgeben, das in dem Licht, das von der reflektierenden Linse empfangen wird, enthalten ist.
Die Messvorrichtung optischer Eigenschaften kann ferner eine zweite Lichtquelle aufweisen, die Betrachtungslicht erzeugt, das zumindest ein Band des sichtbaren Lichts in einer Wellenlängenkomponente umfasst, und wobei die erste Lichtquelle das Messlicht erzeugt, das eine Wellenlängenkomponente gemäß zu messender optischer Eigenschaften des Messzielobjekts umfasst.
Die Messvorrichtung optischer Eigenschaften kann ferner einen Betrachtungsabschnitt aufweisen, mit dem ein Bild des Messlichts, das zum Messzielobjekt emittiert wird, betrachtet wird.
Die Messvorrichtung optischer Eigenschaften kann ferner eine Steuereinheit aufweisen, die eine Position des ersten optischen Elements relativ zum Messzielobjekt bestimmt, durch Betätigen des Antriebsmechanismus basierend auf der Schärfe des Bilds, das mit dem Betrachtungsabschnitt betrachtet wird.
Ein optisches System gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Merkmale in Patentanspruch 9 auf.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlicher, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische graphische Darstellung, die den Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine schematische graphische Darstellung, die den Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Beispiel des Aufbaus einer reflektierenden Objektivlinse zeigt, die in der Messvorrichtung, gezeigt in 2, angewendet wird.
4 ist eine schematische graphische Darstellung, die den Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation einer ersten Ausführungsform zeigt.
5 ist eine schematische graphische Darstellung, die den Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
6 ist eine schematische graphische Darstellung, die den Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine schematische graphische Darstellung, die den Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Ablaufs zum Messen unter Verwendung einer Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
9 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Beispiel eines Zustands des Messlichts zeigt, das von der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf eine Probe abgestrahlt wird.
10 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Relation zwischen einer Position einer Objektivlinse der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und einem Kontrastwert zeigt.
11 ist ein Zeitdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens (Nr. 1) zum Einstellen eines Fokus in der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
12 ist ein Diagramm, das eine Relation zwischen einer abgelaufenen Zeit und einer Position einer Objektivlinse zeigt, die gemäß dem Verfahren (Nr. 1) zum Einstellen eines Fokus in der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhalten wird.
13 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf gemäß dem Verfahren (Nr. 1) zum Einstellen eines Fokus in der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
14 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf gemäß einem Verfahren (Nr. 2) zum Einstellen eines Fokus in der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
15 ist eine schematische graphische Darstellung, um einen Ablauf zum Suchen einer Fokusposition in der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darzustellen.
16 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf zum Einstellen eines optischen Wegs in der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
17 zeigt ein Beispiel eines Messresultats eines relativen Reflexionsgrads für jede Wellenlänge, das erhalten wird, indem die Position der Objektivlinse der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mehrmals variiert wird.
18 zeigt ein Beispiel eines Messresultats eines Reflexionsspektrums, das nach dem Einstellen des Fokus in der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform gemessen wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen oder entsprechende Elemente in den Zeichnungen tragen dieselben zugewiesenen Bezugszeichen, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt.
<A. Überblick über den Aufbau>
Es wird zunächst ein Überblick über einen Aufbau gegeben, der bei einer Messvorrichtung optischer Eigenschaften (im Folgenden auch als eine „Messvorrichtung“ abgekürzt) gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewendet wird.
Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wendet eine Struktur eines Mikroskops des Typs des „unendlichen Tubus“ an. Ein Mikroskop des Typs des „unendlichen Tubus“ bildet ein Bild des Messzielobjekts (im Folgenden auch als eine „Probe“ bezeichnet) unter Verwendung einer Objektivlinse aus, wobei ein Mikroskop des Typs des „unendlichen Tubus“ ein Bild einer Probe unter Verwendung einer Gruppe aus einer Objektivlinse und einer Abbildungslinse ausbildet. Die Abbildungslinse wird auch als Tubuslinse bezeichnet. Paralleles Licht, das sich im Unendlichen schneidet, breitet sich zwischen der Objektivlinse und der Abbildungslinse aus. Der Satz aus der Objektivlinse und der Abbildungslinse wird auch als ein „optisches System, das auf das Unendliche korrigiert ist“ bezeichnet.
Das Mikroskop des Typs des „unendlichen Tubus“ ist insofern vorteilhaft gegenüber einem Mikroskop des Typs des „endlichen Tubus“, dass ein Abstand zwischen einem Satz von Linsen frei gestaltet werden kann. Beispielsweise ist das Mikroskop des Typs des „unendlichen Tubus“ insofern vorteilhaft, dass verschiedene optische Elemente, wie etwa ein halbdurchlässiger Spiegel und ein Filter, zwischen den Linsen angeordnet werden können und Verzerrungen, wie etwa eine Achsenfehlausrichtung, durch Optimieren der Positionsbeziehung zwischen den Linsen korrigiert werden können.
Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform implementiert ein Mikroskop des Typs des „unendlichen Tubus“, dessen Größe verringert werden kann und das eine verbesserte Vielseitigkeit erzielen kann, durch Anwenden eines optischen Systems, das aus einer Kombination aus einem optischen Element, das Probenlicht von einer Probe in paralleles Licht umwandelt, und einer reflektierenden Linse (typischerweise einer gekrümmten Linse), die das parallele Licht vom optischen Element reflektiert, um das parallele Licht in konvergierendes Licht umzuwandeln, aufgebaut ist. Da die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die reflektierende Linse zum Umwandeln zwischen dem parallelen Licht und dem konvergierenden Licht aufweist, kann eine chromatische Aberration verringert oder vermieden werden, die bei Anwendung einer reflektierenden Linse verursacht werden kann, und wobei Messungen und Untersuchungen bzw. Betrachtungen über einen großen Wellenlängenbereich durchgeführt werden können.
Im Folgenden werden einige Implementierungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wenngleich der Vorrichtungsaufbau zum Zweck der Vereinfachung der Darstellung in einigen schematischen graphischen Darstellungen, die unten dargelegt sind, zweidimensional gezeigt ist, kann die Anordnung dreidimensional sein. Durch eine dreidimensionale Anordnung von Komponenten kann die Größe der gesamten Messvorrichtung verringert werden.
Beispielhafte Vertreter einer Probe umfassen ein Halbleitersubstrat, ein Glassubstrat, ein Saphirsubstrat, ein Quarzsubstrat und einen Film, auf denen jeweils ein dünner Film ausgebildet ist (sie sind jeweils mit einem dünnen Film beschichtet). Insbesondere ist ein Glassubstrat, auf dem ein dünner Film ausgebildet ist, als ein Teil eines flachen Displayfelds (FPD), wie etwa eines Flüssigkristalldisplays (LCD) oder eines Plasmadisplayfelds (PDP), anwendbar. Ein Saphirsubstrat, auf dem ein dünner Film ausgebildet ist, ist für eine Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode (LD) anwendbar, basierend auf einem Nitrid-Halbleiter (Galliumnitrid GaN). Ein Quarzsubstrat, auf dem ein dünner Film ausgebildet ist, ist für verschiedene optische Filter, optische Komponenten und Projektionsflüssigkristalle anwendbar.
<B. Erste Ausführungsform>
Es wird ein Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung 100A gemäß einer ersten Ausführungsform mit Bezug auf 1 beschrieben. Die Messvorrichtung 100A empfängt Probenlicht von einer Probe SMP und gibt optische Eigenschaften aus, wie etwa einen Reflexionsgrad, einen Brechungsindex, einen Extinktionskoeffizienten und eine Dicke der Probe SMP.
Die Messvorrichtung 100A weist, als Einrichtungen zur Detektion des Probenlichts von der Probe SMP, einen Kopfabschnitt 10, der eine Objektivlinse 12 aufweist, einen gekrümmten Spiegel 20, Strahlteiler 22 und 24, eine Abbildungslinse 26, eine Kamera 28 und eine Spektroskop 60 auf.
Die Objektivlinse 12 entspricht einem optischen Element, das Probenlicht 2 von der Probe SMP in paralleles Licht 4 umwandelt. Wenn das Probenlicht 2, das von der Probe SMP abgestrahlt wird, auf die Objektivlinse 12 fällt, wird das Probenlicht 2 als paralleles Licht 4 abgestrahlt. Eine reflektierende Linse oder Brechungslinse kann als Objektivlinse 12 angewendet werden. Um das Auftreten chromatischer Aberration zu vermindern, ist eine reflektierende Linse bevorzugt. Paralleles Licht 4 von der Objektivlinse 12 fällt auf den gekrümmten Spiegel 20, der auf einem optischen Weg angeordnet ist.
Der gekrümmte Spiegel 20 entspricht einer reflektierenden Linse, die paralleles Licht 4 von der Objektivlinse 12 reflektiert, um das parallele Licht 4 in konvergierendes bzw. gebündeltes Licht 6 umzuwandeln. Der gekrümmte Spiegel 20 fungiert als eine Abbildungslinse. Ein Teil des konvergierenden Lichts 6, das von dem gekrümmten Spiegel 20 emittiert wird, tritt durch Strahlteiler 22 und 24 und fällt auf ein Spektroskop 60, das auf dem optischen Weg angeordnet ist. Durch Ändern einer Ausbreitungsrichtung an dem gekrümmten Spiegel 20 wird der optische Weg eingestellt, so dass eine optische Komponente, die einen optischen Weg für einfallendes Licht ausbildet, und eine optische Komponente, die einen optischen Weg für reflektiertes Licht ausbildet, einander nicht stören. Ein sphärischer Spiegel oder ein asphärischer Spiegel können als gekrümmter Spiegel 20 zur Umwandlung in paralleles Licht angewendet werden. Durch Anwenden eines asphärischen Spiegels kann Astigmatismus vermindert werden, und das Auftreten einer Bildfehlausrichtung kann unterbunden werden.
Das Spektroskop 60 entspricht einem Lichtempfangsabschnitt, das konvergierendes Licht 6 (Probenlicht) vom gekrümmten Spiegel 20 empfängt. Das Spektroskop 60 gibt ein Wellenlängenspektrum aus, das in dem Licht enthalten ist, das vom gekrümmten Spiegel 20 empfangen wird. Insbesondere weist das Spektroskop 60 ein Beugungsgitter, zum Aufspalten des einfallenden Lichts in Wellenlängenkomponenten, und ein Detektionselement (ein Gitter bzw. Array von Fotodioden und eine ladungsgekoppelte Einrichtung, d.h. „charged coupled device“ (CCD)) auf, zum Detektieren aller Wellenlängenkomponente, die von dem Beugungsgitter aufgespaltet wurden.
Ein weiterer Teil des konvergierenden Lichts 6, das von dem gekrümmten Spiegel 20 abgestrahlt wird, tritt durch den Strahlteiler 22, und ein optischer Weg, durch den das konvergierende Licht sich ausbreitet, wird durch den Strahlteiler 24 geändert. Anschließend tritt das konvergierende Licht durch die Abbildungslinse 26 und fällt auf die Kamera 28.
Die Kamera 28 ist ein Bildaufnahmeabschnitt, der ein betrachtetes Bild empfängt, das vom Probenlicht 2 von der Probe SMP herrührt. Ein Bild des Messlichts, das zur Probe SMP abgestrahlt wird, wird betrachtet. Insbesondere ist die Kamera 2 mit einem CCD-Bildsensor oder einem Komplementär-Metalloxidhalbleiter-(CMOS)-Bildsensor aufgebaut. Eine Anzeige zum Anzeigen des zu betrachtenden Bilds, das von der Kamera 28 empfangen wird, kann bereitgestellt werden.
Die Messvorrichtung 100A weist ferner einen Antriebsmechanismus 54 auf, der eine Position der Objektivlinse 12 relativ zur Probe SMP variiert. Der Antriebsmechanismus 54 ist mit dem Kopfabschnitt 10 gekoppelt, der die Objektivlinse 12 aufweist, und bewegt den Kopfabschnitt 10 in einer Richtung parallel zur Ausbreitungsrichtung des parallelen Lichts 4. Probenlicht, das sich zwischen der Objektivlinse 12 und dem gekrümmten Spiegel 20 ausbreitet ist paralleles Licht. Somit kann ein Einfluss dadurch bezüglich eines Zustands des Einfalls des Probenlichts auf das Spektroskop 60 und die Kamera 28 vernachlässigt werden, wenngleich eine Position der Objektivlinse 12 relativ zur Probe SMP mit dem Antriebsmechanismus 54 variiert wird. Durch Änderung der Position der Objektivlinse 12 relativ zur Probe SMP kann eine Fokusposition (eine Position der Bildgebung) der Objektivlinse 12 auf eine beliebige Position eingestellt werden.
Da es somit paralleles Licht ist, das sich zwischen der Objektivlinse 12 und dem gekrümmten Spiegel 20 ausbreitet, können die Positionen der Probe SMP und der Objektivlinse 12 eingestellt werden, während eine optische Vorgabe beibehalten wird, selbst wenn ein Abstand der Objektivlinse 12 entlang des parallelen Lichts variiert wird. Die Messvorrichtung 100A gemäß der ersten Ausführungsform kann auf jede beliebige Position fokussiert werden, einfach indem eine Position des Kopfabschnitts 10 relativ zur Probe SMP variiert wird, und es ist nicht nötig, einen großformatigen Einstellmechanismus anzuwenden, selbst wenn vergleichsweise große Proben SMP gemessen werden.
Eine Positionssteuereinheit 52 stellt eine Position der Objektivlinse 12 relativ zur Probe SMP basierend auf Informationen über ein betrachtetes Bild, das mit der Kamera 28 aufgenommen wird, ein. Die Positionssteuereinheit 52 gibt einen Positionsbefehl an den Antriebsmechanismus 54 basierend auf den Informationen von der Kamera 28 aus. Ein spezifisches Verfahren zur Einstellung einer Position wird später beschrieben.
Eine Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 führt verschiedene Arten numerischer Analyseverarbeitungen durch (beispielsweise eine Verarbeitung zum Fitten oder eine Rauschunterdrückungsverarbeitung), basierend auf einem Detektionsresultat durch das Spektroskop 60 (ein Wellenlängenspektrum), und berechnet und speichert optische Eigenschaften, etwa als einen Reflexionsgrad, einen Brechungsindex, einen Extinktionskoeffizienten und eine Dicke der Probe SMP.
Es ist nicht nötig, die Probe SMP mit Beleuchtungslicht zu bestrahlen, wenn die Probe SMP ein lichtemittierendes Element ist. Wenn allerdings optische Eigenschaften eines Substrats oder dergleichen gemessen werden, sollte das Substrat oder dergleichen mit Licht bestrahlt werden, das eine bestimmte Wellenlängenkomponente aufweist, und das von diesem reflektierte Licht sollte als Probenlicht empfangen werden. Messlichtquellen 30 und 32, eine Betrachtungslichtquelle 34, ein gekrümmter Spiegel 40, ein Strahlteiler 42 und eine Blende 46 sind als Einrichtungen zum Bestrahlen der Probe SMP mit Licht vorgesehen.
Die Messlichtquelle 30 und die Messlichtquelle 32 erzeugen Messlicht, mit dem die Probe SMP bestrahlt wird. Das Messlicht umfasst eine Wellenlängenkomponente gemäß optischer Eigenschaften, die von der Probe SMP zu messen sind. Beispielsweise kann die Messlichtquelle 30 erstes Messlicht erzeugen, das eine Wellenlängenkomponente in einem Infrarotband umfasst, und die Messlichtquelle 32 kann zweites Messlicht erzeugen, das eine Wellenlängenkomponente in einem Ultraviolettband umfasst. Die Messlichtquelle 30 und die Messlichtquelle 32 werden beispielsweise durch eine Bogenemissionslichtquelle verwirklicht, wie etwa eine Deuteriumleuchte oder eine Xenonleuchte, eine Fadenemissionslichtquelle, wie etwa eine Halogenleuchte, oder eine Kombination derselben.
Es ist nicht nötig, zwei Arten von Messlichtquellen bereitzustellen, sondern es kann auch nur eine einzige Messlichtquelle bereitgestellt werden. Wenn lediglich eine einzige Messlichtquelle bereitgestellt wird, kann beispielsweise eine Weißlichtquelle als Messlichtquelle verwendet werden, und es kann ein optischer Filter, der den Durchgang einer Wellenlängenkomponente gemäß zu messender optischer Eigenschaften erlaubt, mit dieser kombiniert werden.
Wenn ein Reflexionsspektrum von der Probe SMP mit einem Mikrospektroskop, wie etwa der Messvorrichtung 100A gemäß der vorliegenden Ausführungsform gemessen wird, ist ein beliebiger Zustand, in dem Messlicht auf die Probe SMP fokussiert ist, oder ein Zustand bevorzugt, in dem eine Fokusposition des Messlichts von der Probe SMP hinreichend beabstandet ist (ein Zustand, hinreichend außerhalb des Fokus), da in jedem dieser Zustände eine Messung unter dem geringsten Einfluss durch den Fokus geeignet durchgeführt werden kann.
Wenn Messlicht auf die Probe SMP fokussiert wird, wird etwa eine Bogenemissionsmesslichtquelle angewendet, und es wird ein Bild auf der Blende ausgebildet, unter Verwendung einer gekrümmten reflektierenden Linse. Wenn demgegenüber eine Fokusposition des Messlichts von der Probe SMP hinreichend beabstandet ist, wird etwa eine Fadenemissionsmesslichtquelle angewendet, und ein Bild wird unter Verwendung eines ebenen Spiegels oder eines halbdurchlässigen Spiegels an einer Position ausgebildet, die hinreichend außerhalb des Fokus liegt. Um solche Fokuszustände auf unterschiedliche Weise vorzusehen, können sich die Arten der Messlichtquelle 30 und der Messlichtquelle 32 voneinander unterscheiden.
Mit einem herkömmlichen Aufbau, in dem eine Brechungslinse angewendet wird, wurden die Bilder nicht in einem spezifischen Zustand über dem gesamten Band, das große Wellenlängenbereiche abdeckt, ausgebildet, aufgrund des Einflusses durch chromatische Aberration. Mit der Messvorrichtung 100A gemäß der ersten Ausführungsform, allerdings, kann die chromatische Aberration verringert werden, und folglich kann ein anvisierter Zustand der Bildausbildung sowohl für große Wellenlängen als auch für kleine Wellenlängen realisiert werden.
Das Messlicht, das von der Messlichtquelle 30 erzeugt wird, wird von dem gekrümmten Spiegel 40 reflektiert, tritt durch den Strahlteiler 42 und die Blende 46 und fällt auf den Strahlteiler 22. Ein optischer Weg, durch den sich das Messlicht, das von der Messlichtquelle 32 erzeugt wird, ausbreitet, wird durch den Strahlteiler 42 geändert, und das Messlicht tritt durch die Blende 46 und fällt auf einen Strahlteiler 22.
Ein optischer Weg, durch den das Messlicht von der Messlichtquelle 30 und/oder das Messlicht von der Messlichtquelle 32 sich ausbreitet, wird von dem Strahlteiler 22 geändert, und das Messlicht tritt durch den gekrümmten Spiegel 20, tritt durch die Objektivlinse 12 und fällt auf die Probe SMP. Das Messlicht breitet sich entlang eines optischen Wegs, der gleich dem optischen Weg des Messlichts von der Probe SMP ist, in umgekehrter Richtung aus. Wenn sowohl die Messlichtquelle 30 als auch die Messlichtquelle 32 Messlicht erzeugen, mischen die Strahlteiler 42 das Licht.
Der Strahlteiler 22 ist auf dem optischen Weg vom gekrümmten Spiegel 20, der als reflektierende Linse dient, zum Spektroskop 60 angeordnet und ist optisch mit der Lichtquelle (den Messlichtquellen 30 und 32) verbunden.
Die Blende 46 stellt einen Strahldurchmesser des Messlichts von der Messlichtquelle 30 und/oder des Messlichts von der Messlichtquelle 32 ein.
Die Blende 46 stelle eine Strahlgröße des Messlichts von der Messlichtquelle 30 und/oder des Messlichts von der Messlichtquelle 32 ein, so dass ein Bild des Messlichts ausgebildet wird, das eine Breite (einen Durchmesser) aufweist, der zum Erhalten von Probenlicht von der Probe SMP und eines Messspektrums (eines Reflexionsspektrums) nötig ist. Wenn eine Größe eines ausgebildeten Bilds des Messlichts auf eine Strahlgröße eingestellt wird, die zum Messen eines Spektrums geeignet ist, wird es schwierig, ein Sichtfeld zu erhalten, das für ein Mikroskop erforderlich ist. Folglich wird ein Aufbau angewendet, der zusätzlich zum Messlicht Betrachtungslicht zum Betrachten der Probe SMP in einem größeren Sichtfeld emittieren kann.
Insbesondere weist die Messvorrichtung 100A gemäß der ersten Ausführungsform eine Betrachtungslichtquelle 34 auf, die Betrachtungslicht erzeugt, das zumindest ein Band des sichtbaren Lichts als eine Wellenlängenkomponente aufweist. Die Kamera 28 kann eingerichtet sein, um eine Detektionsempfindlichkeit auch bezüglich des Betrachtungslichts aufzuweisen. Ein Schaltspiegel 44 zum Umschalten zwischen dem Messlicht, das aufgrund der Blende 46 ein schmales Sichtfeld aufweist, und dem Betrachtungslicht, das ein großes Sichtfeld aufweist, kann vorgesehen sein. Es ist ein Mechanismus vorgesehen, der das Umschalten durchführt, je nachdem ob oder ob nicht der Schaltspiegel 44 in einem optischen Weg zwischen dem Strahlteiler 22 und der Blende 46 anzuordnen ist. Der Schaltspiegel 44 kann beispielsweise mittels eines Solenoid-Aktuators betätigt werden.
Wenn der Schaltspiegel 44 auf dem optischen Weg zwischen dem Strahlteiler 22 und der Blende 46 angeordnet ist, wird ein optischer Weg des Betrachtungslichts von der Betrachtungslichtquelle 34 mit dem Schaltspiegel 44 geändert, so dass das Betrachtungslicht auf den Strahlteiler 22 fällt. Dann wird ein optischer Weg, auf dem sich das Betrachtungslicht ausbreitet, mit dem Strahlteiler 22 geändert, und das Betrachtungslicht tritt zum gekrümmten Spiegel 20, tritt durch die Objektivlinse 12 und fällt auf die Probe SMP. Somit breitet sich das Betrachtungslicht von der Betrachtungslichtquelle 34 auch auf dem optischen Weg, der gleich dem optischen Weg es Messlichts von der Probe SMP ist, in der umgekehrten Richtung aus.
Gemäß einer üblichen Form der Verwendung wird zunächst eine Fokusposition der Objektivlinse 12 auf der Probe SMP eingestellt. Danach wird mit der Erzeugung und Messung des Messlichts von der Probe SMP begonnen. Zu der Zeit, in der zunächst die Fokusposition eingestellt wird, sollte die Probe SMP mit Betrachtungslicht bestrahlt werden. Anschließend wird der Schaltspiegel 44 auf dem optischen Weg zwischen der Blende 46 und dem Strahlteiler 22 angeordnet, um das Betrachtungslicht von der Betrachtungslichtquelle 34 zur Probe SMP zu führen. Wenn die Einstellung der Fokusposition abgeschlossen ist, wird der Schaltspiegel 44 bewegt, um das Messlicht von der Messlichtquelle 30 und/oder der Messlichtquelle 32 zur Probe SMP zu führen. Der Schaltspiegel 44 ist folglich so eingerichtet, dass seine Position entlang einer optischen Achse des Betrachtungslichts, das von der Betrachtungslichtquelle 34 emittiert wird, einstellbar ist.
Anstelle eines Schaltspiegels 44 kann auch ein Strahlteiler oder ein halbdurchlässiger Spiegel, der an einer bestimmten Position befestigt ist, angewendet werden. Durch Anwenden eines Strahlteilers oder eines halbdurchlässigen Spiegels, wobei der Schaltspiegel 44 eingerichtet ist, um zwischenschaltbar oder entfernbar zu sein, kann die Menge des Messlichts, das zur Probe SMP abgestrahlt wird, erhöht werden. Es ist nicht nötig, die Betrachtungslichtquelle 34 jedes Mal an/aus zu schalten, wenn eine Messung durchgeführt wird, und wobei das Messlicht die Betrachtung der Probe SMP nicht stört.
Wie es weiter unten beschrieben ist, wird Messlicht zur Fokuseinstellung und Betrachtungslicht zur Betrachtung der Probe SMP verwendet. Selbst wenn ein betrachtetes Bild, das vom Betrachtungslicht herrührt, sich außerhalb des Fokus befindet, wird somit die Bildausbildung des Messlichts nicht beeinflusst. Somit kann beim Messen mit Messlicht die Probe SMP schärfer detektiert werden.
Da in der Messvorrichtung 100A gemäß der ersten Ausführungsform eine reflektierende Linse (gekrümmter Spiegel) zur Umwandlung zwischen dem konvergierenden Licht und dem parallelen Licht angewendet wird, kann chromatische Aberration, die verursacht wird, wenn eine Brechungslinse verwendet wird, vermieden werden. Somit ist ein Wellenlängenband, in dem die Betrachtung durchgeführt werden kann, nicht auf das Band des sichtbaren Lichts beschränkt, wie bei einem herkömmlichen Mikroskop des Typs eines „endlichen Tubus“. Die Messvorrichtung 100A gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann mit einem verringerten Einfluss chromatischer Aberration auch im Ultraviolettband und Infrarotband zusätzlich zum Band des sichtbaren Lichts verwendet werden. Somit können optische Eigenschaften durch Messung eines Spektrums (typischerweise eines Reflexionsspektrums) über einen großen Wellenlängenbereich, der das Ultraviolettband, das Band des sichtbaren Lichts und das Infrarotband enthält, und eine numerische Analyse des gemessenen Spektrums gemessen werden.
<C. Erste Modifikation der ersten Ausführungsform>
Wenngleich ein Aufbau, in dem eine Brechungslinse als Objektivlinse 12 in der Messvorrichtung 100A gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform angewendet wird, beispielhaft beschrieben wurde, kann stattdessen eine reflektierende Objektivlinse angewendet werden.
Ein Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung 100B gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf 2 beschrieben. 3 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer reflektierenden Objektivlinse, die in der Messvorrichtung 100B, gezeigt in 2, angewendet wird.
Die Messvorrichtung 100B, die in 2 gezeigt ist, unterscheidet sich von der Messvorrichtung 100A, die in 1 gezeigt ist, darin, dass ein Kopfabschnitt 10, der eine reflektierende Objektivlinse 13 aufweist, angewendet wird. Da der übrige Aufbau gleich dem der Messvorrichtung 100A, gezeigt in 1, ist, wird eine detaillierte Beschreibung diesbezüglich nicht wiederholt.
Mit Bezug auf die 2 und 3 wird gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform ein Beispiel als ein typisches Beispiel gezeigt, in dem eine reflektierende Cassegrain-Objektivlinse 13 angewendet wird. Insbesondere weist die reflektierende Objektivlinse 13 einen konvexen Reflektor 13a und einen konkaven Reflektor 13b auf, die miteinander kombiniert sind. Durch Anwenden der reflektierenden Cassegrain-Objektivlinse 13 tritt nicht nur keine chromatische Aberration in der Objektivlinse auf, sondern es kann auch ein reflektierendes optisches System realisiert werden, das vorteilhaft bezüglich einer starken Vergrößerung, Kompaktheit und eines langen Arbeitsabstands ist.
In Abhängigkeit der Art der Probe SMP kann trotz der Fokussierung auf eine Oberfläche der Probe SMP reflektiertes Licht von einer Rückfläche der Probe SMP als Streulicht erscheinen, wodurch die Messgenauigkeit verringert werden kann, wie etwa bei einem Beispiel, in dem ein dünner Film, der nur eine Dicke in der Größenordnung von Nanometer aufweist, als Probe SMP angewendet wird. In einem solchen Fall wird vorzugsweise eine reflektierende Cassegrain-Objektivlinse angewendet, die eine geringe Schärfentiefe hat.
Der konvexe Reflektor 13a und der konkave Reflektor 13b sind beide so angeordnet, dass Mittelachsen derselben mit einer optischen Achse AX1 übereinstimmen. Der konvexe Reflektor 13a reflektiert einen Teil des Messlichts und/oder Betrachtungslichts, das sich entlang der optischen Achse AX1 ausbreitet, und führt das reflektierte Licht zum konkaven Reflektor 13b. Der konkave Reflektor 13b ist ein konzentrischer Spiegel. Der konkave Reflektor 13b bündelt das Messlicht und/oder Betrachtungslicht, das von dem konvexen Reflektor 13a reflektiert wird, auf die Probe SMP.
Probenlicht von der Probe SMP breitet sich auf einem optischen Weg, der gleich einem optischen Weg des Einfalls ist, in einer umgekehrten Richtung aus.
Mit Bezug auf 3 führt der konvexe Reflektor 13a, in einem Querschnitt senkrecht zur optischen Achse AX1, lediglich Licht zum konkaven Reflektor 13b, das auf einen Bereich fällt, der von der optischen Achse AX1 um wenigstens einen bestimmten radialen Abstand r beabstandet ist, bezüglich des Lichts (des Messlichts und/oder Betrachtungslichts), das entlang der optischen Achse AX1 einfällt. Demgegenüber wird kein Licht zum konkaven Reflektor 13b geführt, das auf einen Bereich fällt, der sich von der optischen Achse AX1 um weniger als den bestimmten radialen Abstand r erstreckt, in anderen Worten, einen Bereich in der Umgebung der optischen Achse AX1. Die Proben SMP wird lediglich mit Messlicht und/oder Betrachtungslicht bestrahlt, das auf einen Bereich fällt, der von der optischen Achse AX1 des konvexen Reflektors 13a um wenigstens den bestimmten radialen Abstand r beabstandet ist. Somit befindet sich der Querschnitt der Lichtstrahlen, die auf die Probe SMP fallen, in einer konzentrischen Form (einer Ringform), dessen mittlerer Abschnitt maskiert bzw. verdeckt ist. Unter Verwendung von Licht, das einen solchen konzentrischen Strahlquerschnitt aufweist, kann der Einfluss durch rückflächig reflektiertes Licht (Streulicht), das als Folge der Reflexion an der Rückfläche der Probe SMP erzeugt wird, vermieden werden.
Bei der Messvorrichtung 100B gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform wird der optische Weg von der Probe SMP zum Spektroskop 60 von einem reflektierenden optischen System aufgebaut. Somit können optische Eigenschaften durch Messen eines Spektrums über einen großen Wellenlängenbereich, der das Ultraviolettband, das Band des sichtbaren Lichts und das Infrarotband umfasst, und eine numerische Analyse des gemessenen Spektrums gemessen werden, im Wesentlichen ohne Einfluss durch chromatische Aberration.
<D. Zweite Modifikation der ersten Ausführungsform>
Wenngleich oben ein Aufbau beispielhaft beschrieben wurde, in dem eine reflektierende Cassegrain-Objektivlinse in der Messvorrichtung 100B gemäß der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform angewendet wird, kann auch eine reflektierende Objektivlinse eines anderen Typs angewendet werden.
Ein Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung 100C gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf 4 beschrieben. Die Messvorrichtung 100C, die in 4 gezeigt ist, unterscheidet sich von der Messvorrichtung 100A, die in 1 gezeigt ist, darin, dass ein Kopfabschnitt 10 angewendet wird, der eine reflektierende Objektivlinse 14 aufweist. Da der übrige Aufbau gleich dem der Messvorrichtung 100A, gezeigt in 1, ist, wird eine detaillierte Beschreibung diesbezüglich nicht wiederholt.
Insbesondere wendet die Messvorrichtung 100C gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform eine reflektierende Objektivlinse 14 an, die eine achsenverschobene reflektierende Objektivlinse (off-axis reflective objective lens) ist. Die reflektierende Objektivlinse 14 ist durch eine Kombination aus einem gekrümmten Spiegel 14a und einem Biegespiegel 14b aufgebaut. Der gekrümmte Spiegel 14a ist in Übereinstimmung mit dem gekrümmten Spiegel 20 angeordnet und fungiert als reflektierende Linse, die Probenlicht 2 von der Probe SMP durch Reflektieren des Probenlichts in paralleles Licht umwandelt. Der Biegespiegel 14b stellt einen optischen Weg ein, so dass optische Komponenten, die den optischen Weg aufbauen, die vor und nach der Reflexion an dem gekrümmten Spiegel 14a vorhanden sind, sich nicht gegenseitig stören.
Durch Anwenden einer solchen achsenverschobenen reflektierenden Objektivlinse kann ein reflektierendes optisches System mit einem vereinfachten Aufbau realisiert werden, das nicht nur keine chromatische Aberration an der Objektivlinse aufweist, sondern ferner vorteilhaft bezüglich einer schwachen Vergrößerung, eines großen Arbeitswegs und einer hohen Schärfentiefe ist.
Da die achsenverschobene reflektierende Objektivlinse eine hohe Schärfentiefe aufweist, kann die gesamte Probe SMP von einer Vorderfläche zur Rückfläche derselben fokussiert werden. Somit kann die achsenverschobene reflektierende Objektivlinse für eine Probe SMP angewendet werden, die eine Dicke innerhalb eines großen Bereichs in der Größenordnung von Nanometer bis Mikrometer aufweist.
<E. Zweite Ausführungsform>
Wenngleich ein Aufbau, bei dem die Objektivlinse 12 und der gekrümmte Spiegel 20 auf derselben optischen Achse der Messvorrichtung 100A angeordnet sind, gemäß der oben dargelegten Ausführungsform beispielhaft beschrieben wurde, kann stattdessen ein Aufbau angewendet werden, der im Hinblick auf die Verringerung der Größe geeigneter ist.
Ein Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung 100D gemäß einer zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Die Messvorrichtung 100D, gezeigt in 5, unterscheidet sich von der Messvorrichtung 100A, gezeigt in 1, darin, dass ferner ein Biegespiegel 21 auf dem optischen Weg zwischen der Objektivlinse 12 und dem gekrümmten Spiegel 20 angeordnet ist. Da die Funktion des übrigen Aufbaus gleich der der Messvorrichtung 100A, gezeigt in 1, ist, mit Ausnahme von Positionen in der Anordnung, wird eine detaillierte Beschreibung diesbezüglich nicht wiederholt.
Der Biegespiegel 21 reflektiert das parallele Licht, um eine Ausbreitungsrichtung des parallelen Lichts von der Objektivlinse 12 zu ändern. Das parallele Licht, das auf den Biegespiegel 21 fällt, wird von dem Biegespiegel 21 reflektiert, wobei es parallel bleibt. Folglich wird ein Aufbau des Typs eines „unendlichen Tubus“ beibehalten.
Wenngleich die 5 einen beispielhaften Aufbau darstellt, in dem ein einziger Biegespiegel 21 angeordnet ist, können mehrere Biegespiegel angeordnet werden, je nach Bedarf. Insbesondere ist die Anzahl der Biegespiegel nicht durch eine Beschränkung der Länge des optischen Wegs begrenzt, solange eine Dämpfung durch Reflexion an dem Biegespiegel erlaubt ist, da das Probenlicht sich als paralleles Licht auf dem optischen Weg von der Objektivlinse 12 zum gekrümmten Spiegel 20 ausbreitet.
Durch Anwenden eines Biegespiegels 21, wie es in 5 gezeigt ist, können die Positionen der Objektivlinse 12, des gekrümmten Spiegels 20 und des Spektroskops 60 in der Anordnung freier gestaltet werden. Somit kann ein geeigneteres Layout realisiert werden, in Abhängigkeit der Anwendungen der Messvorrichtung 100D.
<F. Erste Modifikation der zweiten Ausführungsform>
Wenngleich ein Aufbau gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform beispielhaft dargelegt wurde, der eine Brechungslinse als Objektivlinse 12 in der Messvorrichtung 100D aufweist, kann stattdessen eine reflektierende Objektivlinse angewendet werden. Ein Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung 100E gemäß einer ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf 6 beschrieben. Die Messvorrichtung 100E, die in 6 gezeigt ist, unterscheidet sich von der Messvorrichtung 100D, die in 5 gezeigt ist, darin, dass ein Kopfabschnitt 10, der eine reflektierende Objektivlinse 13 aufweist, angewendet wird. Da der übrige Aufbau gleich dem der Messvorrichtung 100D, gezeigt in 5, ist, wird eine detaillierte Beschreibung diesbezüglich nicht wiederholt. Da eine reflektierende Objektivlinse 13 mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben wurde, wird ein detaillierte Beschreibung diesbezüglich nicht wiederholt.
<G. Zweite Modifikation der zweiten Ausführungsform>
Wenngleich ein Aufbau gemäß der oben beschriebenen ersten Modifikation der zweiten Ausführungsform beispielhaft beschrieben wurde, in dem eine reflektierende Cassegrain-Objektivlinse in der Messvorrichtung 100D angewendet wird, kann auch eine reflektierende Objektivlinse eines anderen Typs angewendet werden.
Es wird ein Vorrichtungsaufbau einer Messvorrichtung 100F gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 7 beschrieben. Die Messvorrichtung 100F, die in 7 gezeigt ist, unterscheidet sich von der Messvorrichtung 100D, gezeigt in 5, darin, dass ein Kopfabschnitt 10, der eine reflektierende Objektivlinse 14 aufweist, angewendet wird. Da der übrige Aufbau gleich dem der Messvorrichtung 100D, gezeigt in 5, ist, wird eine detaillierte Beschreibung diesbezüglich nicht wiederholt. Da die reflektierende Objektivlinse 14 mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, wird eine detaillierte Beschreibung diesbezüglich nicht wiederholt.
<H. Messablauf>
Es wird im Folgenden ein Messablauf unter Verwendung der Messvorrichtungen 100A bis 100F (im Folgenden auch gemeinsam als „Messvorrichtung 100“ bezeichnet) gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 8 beschrieben.
Zunächst richtet ein Benutzer oder eine Probenladevorrichtung eine Probe SMP her (Schritt S1). Anschließend stellt die Messvorrichtung 100 einen Fokus ein, wie es weiter unten beschrieben ist (Schritt S2). Als Folge der Fokuseinstellung wird eine Position der Objektivlinse 12 relativ zur hergerichteten Probe SMP bestimmt.
Durch Bestrahlen der Probe SMP mit Betrachtungslicht von der Betrachtungslichtquelle 34 wird, sofern erforderlich, eine Zielmessposition auf der Probe SMP eingestellt. Insbesondere wird die Bestrahlung der Probe SMP mit Betrachtungslicht von der Betrachtungslichtquelle 34 eingeschaltet (Schritt S3). Anschließend stellt der Benutzer oder eine Hilfsvorrichtung eine Position der Probe SMP ein, so dass die Zielmessposition auf der Probe SMP mit Messlicht bestrahlt wird (Schritt S4). Wenn die Einstellung der Position abgeschlossen ist, wird die Bestrahlung der Probe SMP mit Betrachtungslicht von der Betrachtungslichtquelle 34 beendet (Schritt S5). Anschließend stellt die Messvorrichtung 100 abermals den Fokus ein, wie es weiter unten beschrieben ist (Schritt S6). Als Folge der Fokuseinstellung wird eine Position der Objektivlinse 12 relativ zur Zielmessposition der Probe SMP bestimmt.
Wenn der obige Prozess abgeschlossen ist, beginnt die Messung mit der Messvorrichtung 100. Insbesondere wird die Probe SMP mit Messlicht von der Messlichtquelle 30 oder der Messlichtquelle 32 bestrahlt, und das Probenlicht wird vom Spektroskop 60 detektiert, so dass ein Wellenlängenspektrum des reflektierten Lichts von der Probe SMP detektiert wird (Schritt S7). Anschließend führt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 verschiedene Arten von numerischen Analyseverarbeitungen durch, basierend auf einem Detektionsresultat vom Spektroskop 60 (Wellenlängenspektrum) (Schritt S8), und gibt optische Eigenschaften der Probe SMP aus (Schritt S9). Anschließend wird eine Reihe von Prozessen beendet.
Wenn die Messung an einer andere Messposition derselben Probe SMP durchgeführt wird, wird die Verarbeitung im Schritt S4 und/oder nachfolgender Schritte wiederholt. Der Fokus wird eingestellt (Schritte S2 und S6) und eine Position der Probe SMP wird eingestellt (Schritte S3 bis S5), sofern erforderlich, wobei es in Abhängigkeit einer Situation vorkommen kann, dass dies gänzlich oder ein Teil davon nicht ausgeführt werden muss.
<I. Fokuseinstellung auf der Probe>
Die Fokuseinstellung einer Objektivlinse auf die Probe SMP wird im Folgenden beschrieben. Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt einen Fokus basierend auf einem Bild des Messlichts ein, das auf die Probe SMP abgestrahlt wird. Ein Muster des Messlichts selbst wird zur Ermittlung, ob oder ob nicht eine Fokus erzielt ist, verwendet.
(i1: Überblick über die Fokuseinstellung)
9 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel eines Zustands zeigt, in dem Messlicht von einer Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf eine Probe abgestrahlt wird. 9 zeigt ein Bild 200A, das einem Zustand entspricht, in dem eine Objektivlinse auf die Probe fokussiert ist, und ein Bild 200B, das einem Zustand entspricht, in dem die Objektivlinse sich bezüglich der Probe außerhalb des Fokus befindet.
Es ist ersichtlich, dass im Bild 200A ein Emissionspunkt durch Messlicht klar erscheint, wohingegen der Emissionspunkt im Bild 200B durch das Messlicht verschwommen bzw. verwaschen ist und streut. Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform nimmt ein Bild in einem Zustand auf, in dem die Probe mit Messlicht bestrahlt wird, unter Verwendung der Kamera 28, und stellt den Fokus basierend auf der Schärfe des aufgenommenen Bilds ein. Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Steuerlogik auf, die eine Position der Objektivlinse relativ zur Probe SMP ermittelt, durch Betätigen eines Antriebsmechanismus 54 basierend auf der Schärfe des Bilds, das mit der Kamera 28 betrachtet wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kontrast als ein Wert angewendet, der beispielhaft den Grad des Fokus (einen Fokuswert (FW)) als Schärfe eines Bildes kennzeichnet.
10 zeigt ein Beispiel für die Beziehung einer Position der Objektivlinse der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und eines Kontrastwerts. Mit Bezug auf 10 nimmt ein FW (ein Kontrast) an einer bestimmten Position einen Peak an, indem eine Position der Objektivlinse relativ zur Probe SMP variiert wird. Die Position, an dem der FW einen Peak annimmt, entspricht einer Position, an der ein Fokus erzielt wird (eine Fokusposition).
Um bei der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Fokuseinstellung innerhalb einer kürzeren Zeit abzuschließen, wird ein Bild durch Aufnehmen des Bilds für jede vorgeschriebene Zeitdauer unter Verwendung der Kamera 28 erhalten, während die Objektivlinse bewegt wird. Durch Berechnen eines FW für jedes erhaltene Bild wird ein Profil der FW gemäß den Positionen der Objektivlinse erhalten, wie es in 10 gezeigt ist. Durch Spezifizieren einer Position, an welcher der FW in dem erhaltenen Profil den Peak annimmt, wird eine Position der Objektivlinse ermittelt.
Die Peakposition des Profils der FW kann genauer bestimmt werden, indem das Profil unter Verwendung einer bestimmten Funktion (beispielsweise einer Lorenz-Peakposition) gefittet wird. Alternativ kann die Peakposition durch Fitten unter Verwendung einer quadratischen Funktion noch genauer bestimmt werden, wobei lediglich die Umgebung des Peaks betrachtet wird. Indem gefittet wird, kann die Fokusposition genau bestimmt werden, ohne dass ein kurzes bzw. feines Intervall bei der Bildaufnahme durch die Kamera 28 festgelegt werden muss. Selbst wenn das Intervall der Bildaufnahme durch die Kamera 28 kurz ist, ist die Variation des Werts um den Peak herum gering, und es ist nicht gesagt, dass sich die Messgenauigkeit verbessert, aufgrund der Einschränkungen bezüglich des Signal/Geräusch-(S/N)-Verhältnisses der Kamera 28. Selbst in einem solchen Fall ist die Bestimmung einer Peakposition durch Fitten nützlich.
Eine Geschwindigkeit, mit welcher der Kopfabschnitt, der die Objektivlinse aufweist, vom Antriebsmechanismus 54 bewegt wird, ist auf einen konstanten Wert festgelegt, und es wird eine Kamera 28 angewendet, die eine hinreichend hohe Geschwindigkeit der Bildaufnahme relativ zur Bewegungsgeschwindigkeit aufweist.
Wenn eine Geschwindigkeit, mit der die Objektivlinse vom Antriebsmechanismus 54 bewegt wird, groß ist, kann es sein, dass die Zeitdauer für die Übertragung des Bilds, das als Resultat der Bildaufnahme von der Karte 28 erhalten wird, und die Zeitdauer der Übertragung, um eine Position des Antriebsmechanismus 54 zu ermitteln, nicht zu vernachlässigen sind. Um eine hochgenaue Fokuseinstellung zu erzielen, kann somit ein Fokuseinstellverfahren, wie unten dargelegt, angewendet werden.
(i2: Fokuseinstellverfahren (Nr. 1))
Ein Fokuseinstellverfahren (Nr. 1) zeigt einen Verarbeitungsablauf zur Fokuseinstellung basierend auf einem Austausch der Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 mit der Positionssteuereinheit 52 und der Kamera 28.
11 zeigt ein Zeitdiagramm zur Darstellung des Fokuseinstellverfahrens (Nr. 1) der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 12 zeigt eine Beziehung zwischen einer abgelaufenen bzw. vergangenen Zeit und einer Position der Objektivlinse, die gemäß dem Fokuseinstellverfahren (Nr. 1) der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhalten wird.
Mit Bezug auf 11 gibt im Fokuseinstellverfahren (Nr. 1) die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 einen Startauslöser sowohl an die Positionssteuereinheit 52 als auch die Kamera 28 aus. Zur Bezugszeit (Null) gibt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 einen Befehl zum Start der Bildaufnahme an die Kamera 28 aus und gibt einen Befehl zum Start der Bewegung an die Positionssteuereinheit 52 aus. Die Zeit des Starts der Bildaufnahme durch die Kamera 28 und die Zeit des Starts der Bewegung unter der Steuerung von der Positionssteuereinheit 52 stimmen somit überein. Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 hält die Zeit, zu der sie den Befehl zum Start der Bildaufnahme ausgegeben hat, als Bezugszeit fest.
Beim Empfang des Befehls zum Start der Bildaufnahme führt die Kamera 28 eine Bildaufnahmefunktion zu jeder vorgeschriebenen Zeitdauer durch (Bildaufnahmedauer bzw. Bildaufnahmeintervall ΔTD) und überträgt das aufgenommene Bild zur Informationsverarbeitungsvorrichtung 50. Indem ein Bild, das als Antwort auf den Befehl zum Start der Bildaufnahme aufgenommen wurde, als ein Bild 0 definiert wird, werden nachfolgende Bilder n erhalten, zu den Zeitpunkten nach Ablauf der Bildaufnahmedauer ΔTD×n seit der Bezugszeit.
Um eine Position der Objektivlinse zu erhalten, die dem Zeitpunkt entspricht, an dem das Bild aufgenommen ist, ermittelt die Positionssteuereinheit 52 Positionsinformationen von der Positionssteuereinheit 52 entsprechend einer Dauer der Bildaufnahme durch die Kamera 28. Da beim Ermitteln der Positionsinformationen eine Verzögerung bewirkt wird, aufgrund der Zeitdauer für die Übertragung, speichert die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 sukzessive die Zeit, zu der Positionsinformationen angefordert werden (abgelaufene Zeitdauer seit der Bezugszeit) und die ermittelten Positionsinformationen auf eine miteinander assoziierte Weise. Die Relation zwischen der Zeit und den Positionsinformationen wird durch Fitten eines Satzes aus erhaltener Zeit und Positionsinformation unter Verwendung einer linearen Funktion ermittelt.
12 zeigt ein Beispiel eines Resultats des Fittens, und wobei ein Relationsausdruck p = f(t) zwischen einer abgelaufenen Zeit t seit der Bezugszeit und einer Position p der Objektivlinse bestimmt werden kann.
Es wird ein Peak in dem Profil der FW gesucht, die aus den Bildern berechnet wurden, die mit der Kamera 28 erhalten wurden, und es wird die Zeit der Bildaufnahme des Bilds ermittelt, das den gefundenen Peak enthält (Zeitdauer, die seit der Bezugszeit abgelaufen bzw. vergangen ist). Eine Position der Objektivlinse kann durch Eingeben der ermittelten Zeit t in das Resultat des Fittens bestimmt werden. Alternativ kann die Nummer der aufgenommenen Bilder (Nummer) anstelle der Zeit t verwendet werden. In anderen Worten, der Relationsausdruck nach dem Fitten, gezeigt in 12, kennzeichnet die Position der Objektivlinse zu jedem Bildaufnahmezeitpunkt.
Durch einen solchen Ablauf kann eine hochgenaue Fokuseinstellung erzielt werden.
13 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf des Fokuseinstellverfahren (Nr. 1) der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Verarbeitungsablauf, der in 13 gezeigt ist, entspricht den Inhalten im Schritt S2 und Schritt S6, gezeigt in 8, auf eine detailliertere Weise.
Wenn, mit Bezug auf 13, die Fokuseinstellung durchzuführen ist, gibt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 einen Befehl zum Start der Bildaufnahme an die Kamera 28 und einen Befehl zum Start der Bewegung an die Positionssteuereinheit 52 aus (Schritt S11). Anschließend nimmt die Kamera 28 mehrere Bilder auf, gemäß einer bestimmten bzw. vorgeschriebenen Zeitdauer der Bildaufnahme. Der Antriebsmechanismus 54 beginnt mit der Bewegung der Objektivlinse in einer bestimmten bzw. vorgeschriebenen Bewegungsgeschwindigkeit.
Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 wiederholt die Ermittlung von Positionsinformationen von der Positionssteuereinheit 52 gemäß einer Zeitdauer, die gleich der Zeitdauer der Bildaufnahme durch die Kamera 28 ist (Schritt S12). Hierbei speichert die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 die ermittelten Positionsinformationen entsprechend der Zeit, für die sie von der Positionssteuereinheit 52 Positionsinformationen angefragt hat. Die Ermittlung von Positionsinformationen von der Positionssteuereinheit 52 wird wiederholt (NEIN im Schritt S13), bis die Objektivlinse eine Bewegungsendposition erreicht.
Wenn die Objektivlinse die Bewegungsendposition erreicht (JA im Schritt S13), gibt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 einen Befehl zur Beendigung der Bildaufnahme an die Kamera 28 und einen Befehl zur Beendigung der Bewegung an die Positionssteuereinheit 52 aus (Schritt S14).
Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 bestimmt eine Relation zwischen der Zeit und den Positionsinformationen, wie in 12 gezeigt, basierend auf den Positionsinformationen, die im Schritt S12 erhalten wurden, und der entsprechenden Zeit (Schritt S15). Anschließend berechnet die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 FW (Kontraste) der entsprechenden Bilder, die von der Kamera 28 im Schritt S12 aufgenommen wurden, und ermittelt das Profil der FW (Schritt S16). Anschließend führt die Informationsverarbeitungsvorrichtung eine Verarbeitung zum Fitten des Profils der FW aus und bestimmt eine Peakposition des FW (Bildnummer, die dem Peak entspricht) (Schritt S17). Ferner ermittelt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 eine Position der Objektivlinse gemäß der Peakposition des FW, der im Schritt S17 ermittelt wurde, durch Bezugnahme auf die Relation zwischen der Zeit und den Positionsinformationen, die im Schritt S15 ermittelt wurde (Schritt S18). Schließlich gibt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 einen Positionsbefehl an den Antriebsmechanismus 54 aus, basierend auf der Position der Objektivlinse, die im Schritt S18 ermittelt wurde (Schritt S19).
Die Fokuseinstellung der Objektivlinse wird nach dem obigen Verarbeitungsablauf abgeschlossen.
(i3: Fokuseinstellverfahren (Nr. 2))
Wenngleich ein beispielhafter Aufbau, in dem die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 entsprechende Befehle an die Kamera 28 und die Positionssteuereinheit 52 ausgibt, in Verbindung mit dem oben beschriebenen Fokuseinstellverfahren (Nr. 1) gezeigt wurde, kann eine genauere Bildaufnahmeposition angesteuert werden, indem die Positionssteuereinheit 52 und die Kamera 28 miteinander in Verbindung gebracht werden.
Beim Fokuseinstellverfahren (Nr. 2) wird eine Auslöselinie zum Bereitstellen eines Bildaufnahmebefehls von der Positionssteuereinheit 52 zur Kamera 28 bereitgestellt. Die Positionssteuereinheit 52 gibt einen Auslöser für die Bildaufnahme an die Kamera 28 für jeden bestimmten bzw. vorgeschriebenen Bewegungsbetrag aus. Die Bildaufnahme durch die Kamera 28 und die Position der entsprechenden Objektivlinse können somit genauer miteinander in Verbindung gebracht werden. Die Fokusgenauigkeit kann somit verbessert werden.
14 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf des Fokuseinstellverfahrens (Nr. 2) der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Der Verarbeitungsablauf, der in 14 gezeigt ist, entspricht den Inhalten im Schritt S2 und im Schritt S6, gezeigt in 8, auf eine detailliertere Weise.
Wenn mit Bezug auf 14 eine Fokuseinstellung durchzuführen ist, gibt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 einen Befehl zum Start der Fokuseinstellung an die Positionssteuereinheit 52 aus (Schritt S21). Anschließend startet der Bewegungsmechanismus 54 mit der Bewegung der Objektivlinse in einer bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit und gibt einen Bildaufnahmebefehl an die Kamera 28 für jeden bestimmten bzw. vorgeschriebenen Bewegungsbetrag aus.
Wenn die Objektivlinse eine Bewegungsendposition erreicht (JA im Schritt S22), gibt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 einen Befehl zur Beendigung der Fokuseinstellung an die Positionssteuereinheit 52 aus (Schritt S23).
Die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 berechnet FW (Kontraste) der entsprechenden Bilder, die von der Kamera 28 im Schritt S21 aufgenommen wurden, und ermittelt ein Profil der FW zusammen mit Positionen, die den jeweiligen Bildern entsprechen (Schritt S24). Anschließend führt die Informationsverarbeitungsvorrichtung eine Verarbeitung zum Fitten des Profils der FW aus und bestimmt eine Peakposition der FW (Position der Objektivlinse) (Schritt S25). Ferner gibt die Informationsverarbeitungsvorrichtung 50 einen Positionsbefehl an den Antriebsmechanismus 54 aus, basierend auf der Position der Objektivlinse, die im Schritt S25 ermittelt wurde (Schritt S26).
Die Fokuseinstellung der Objektivlinse wird nach dem obigen Verarbeitungsablauf abgeschlossen.
(i4: Suchablauf)
Die Suche nach einer Fokusposition durch die Fokuseinstellung kann durch einmaliges Durchführen des Suchens fertiggestellt werden. Zur Verbesserung der Genauigkeit, allerdings, kann die Suche mehrere Male durchgeführt werden. Es wird die Verarbeitung zur mehrmaligen Suche einer Fokusposition beschrieben.
15 ist eine schematische graphische Darstellung, um einen Ablauf zum Suchen einer Fokusposition in der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darzustellen. Eine Fokusposition wird vorzugsweise von einem Bereich entfernt von der Probe SMP zur Probe gesucht, unter Berücksichtigung eines Arbeitswegs der Objektivlinse 12 relativ zur Probe SMP. Mit Bezug auf 15 bewegt sich bei der ersten Suche nach einer Fokusposition die Objektivlinse von einer Position, die von der Probe SMP am weitesten entfernt ist, in einer Richtung zur Probe, wobei die Objektivlinse durch eine Position tritt, an der die Anwesenheit einer Fokusposition vermutet wird, und wobei die Objektivlinse stoppt, nachdem die Objektivlinse sich nach dem Durchgang hinreichend weit bewegt hat. Ein Bereich der zweiten Bewegung wird basierend auf dem Profil der FW bestimmt, die bei der ersten Suche erhalten wurden. Insbesondere wird ein Bereich bis zu einer Position, die von der Probe SMP um ein bestimmtes Maß beabstandet ist, als ein Suchbereich bestimmt, wobei die Peakposition, die bei der ersten Suche ermittelt wurde, als Bezug definiert wird.
Anschließend wird die zweite Suche durchgeführt. Bei der zweiten Suche werden Bilder aufgenommen, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Objektivlinse kleiner ist, das heißt, ein Intervall der Bildaufnahme kürzer ist, als bei der ersten Suche. Ein Bereich der dritten Suche wird anschließend basierend auf dem Profil der FW ermittelt, die bei der zweiten Suche erhalten wurden. Die Fokusposition wird ermittelt durch Wiederholen dieses Ablaufs mehrere Male gemäß einer bestimmten Anzahl oder bis eine bestimmte Bedingung erfüllt ist.
<J. Verfahren zur Einstellung des optischen Wegs>
Bei der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform sollte ein optischer Weg von der Objektivlinse zum Spektroskop, das als Lichtempfangsabschnitt dient, genau eingestellt werden. Ein Verfahren zur Einstellung des optischen Wegs wird im Folgenden beschrieben.
16 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf zum Einstellen des optischen Wegs in der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 16 zeigt einen Ablauf zum Einstellen einer Messvorrichtung 100D, gezeigt in 5, die optische Komponenten aufweist.
Mit Bezug auf 16 wird zunächst die Lage bzw. Planheit (flatness) der Probe SMP eingestellt (Schritt S100). Insbesondere wird der Strahlteiler 22 an eine Ausgangsposition gebracht, wobei dann Licht vom Laser zur Einstellung auf den Strahlteiler 22 fällt und das Licht an eine Position projiziert wird, an der die Probe SMP angeordnet ist. Die Planlage der Position, an der die Probe SMP angeordnet ist, wird basierend auf diesem Projektionszustand eingestellt.
Danach werden die Lichtprojektionsachse und die Lichtempfangsachse eingestellt (Schritt S101). Insbesondere fällt Licht von einem Laser zur Einstellung von der Lichtquellenseite und der Spektroskopseite auf den Strahlteiler 22, der an die Ausgangsposition gebracht ist, und jeder optische Weg wird so eingestellt, dass das Licht auf dieselbe Position der Probe SMP fällt.
Danach werden der gekrümmte Spiegel 20 und der Biegespiegel 21 eingestellt (Schritt S102). Insbesondere fällt Licht vom Laser für die Einstellung auf den Strahlteiler 22, und ein Winkel und eine Position des gekrümmten Spiegels 20 und des Biegespiegels 21 werden so eingestellt, dass das Licht auf eine bestimmte Position der Probe SMP projiziert wird.
Schließlich werden eine Position und eine Bewegungsachse der Objektivlinse eingestellt (Schritt S103). Insbesondere fällt Licht vom Laser für die Einstellung auf den Strahlteiler 22, und die Position und der Winkel der Bewegungsachse der Objektivlinse werden so eingestellt, dass die Projektionsposition des Lichts auf die Probe SMP sich nicht ändert, trotz Bewegung der Objektivlinse.
Durch den obigen Ablauf kann der optische Weg für die optische Komponente der Messvorrichtung genauer eingestellt werden.
<K. Nachweis der Wirkung>
Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann den Fokus auf die Probe SMP einfach durch Bewegen des Kopfabschnitts, der die Objektivlinse aufweist, einstellen. Im Folgenden wird ein Resultat, das durch Experimente bestätigt wurde, einer Wirkung der Fokuseinstellung durch Bewegung des Kopfabschnitts dargelegt. Das unten dargelegte Resultat der Experimente wurde unter Verwendung der Messvorrichtung 100D, gezeigt in 5, erhalten.
17 zeigt ein Beispiel eines Messresultats eines relativen Reflexionsgrads für mehrere Wellenlängen, der für mehrere Positionen der Objektivlinse der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhalten wurde. Die Messung wurde auch für mehrere Höhen der Probe SMP durchgeführt, entsprechend der Variation der Position der Objektivlinse. Der relative Reflexionsgrad wurde für insgesamt sechs Wellenlängen gemessen, von 300 nm bis 800 nm im Abstand von 100 nm.
Gemäß dem Messresultat, das beispielhaft in 17 gezeigt ist, zeigte sich im Wesentlichen derselbe Reflexionsgrad für alle Wellenlängen, ohne dass dieser von der Position der Objektivlinse beeinflusst wurde. Dies zeigt, dass die Fokuseinstellung und das Resultat der Messung weniger wahrscheinlich beeinflusst werden, selbst wenn der relative Abstand der Probe SMP bei der Fokuseinstellung basierend auf der Bewegung des Kopfabschnitts, der die Objektivlinse aufweist, variiert wird.
18 zeigt ein Beispiel eines Messresultats eines Reflexionsspektrums, das nach der Fokuseinstellung mit der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform gemessen wurde. 18 zeigt ein Reflexionsspektrum, das jedes Mal nach Einstellung des Fokus ermittelt wurde, wobei der Fokus fünf Mal eingestellt wurde.
Aus dem Beispiel des Messresultats, das in 18 gezeigt ist, ist ersichtlich, dass eine hochgenaue Fokuseinstellung für jede Einstellung des Fokus erzielt wurde und die Messung über einen großen Wellenlängenbereich stabil war.
<L. Vorteile>
Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wendet ein neues optisches System an, das aus einer Kombination aus einer Objektivlinse, die Messlicht von einer Probe in paralleles Licht umwandelt, und einer reflektierenden Linse aufgebaut ist, die das parallele Licht von der Objektivlinse reflektiert, um das parallele Licht in konvergierendes Licht umzuwandeln. Durch Bewegen der Objektivlinse entlang der optischen Achse des parallelen Lichts kann der Fokus auf die Probe eingestellt werden.
Selbst wenn eine relativ große Probe gemessen werden soll, ist es somit nicht nötig, die Probe zu bewegen. Es kann ein mikroskopisches optisches System, das den Fokus einfach durch Bewegen der Objektivlinse einstellen kann, realisiert werden. Ferner kann ein Fokusmechanismus, der eine Objektivlinse und einen Antriebsmechanismus aufweist, als Kopfabschnitt kompakt zusammengefasst werden. Durch Anwenden eines solchen Kopfabschnitts kann die Größe der Vorrichtung verringert werden. Ein solcher Kopfabschnitt kann einfach mit einer anderen optischen Einheit oder Messeinheit kombiniert werden, und somit kann die Erweiterbarkeit verbessert werden.
Bei der Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann sowohl die Objektivlinse als auch die reflektierende Linse durch ein reflektierendes optisches System implementiert werden, und in diesem Fall kann der Einfluss chromatischer Aberration im Wesentlichen vernachlässigt werden. Selbst wenn eine Brechungslinse für die Objektivlinse angewendet wird, kann der Einfluss chromatischer Aberration deutlich verringert werden, verglichen mit einem herkömmlichen Aufbau.
Da ein optischer Weg von der Probe zum Lichtempfangsabschnitt von einem reflektierenden optischen System aufgebaut wird, können die optischen Eigenschaften durch Messung eines Spektrums über einen großen Wellenlängenbereich, der das Ultraviolettband, das Band des sichtbaren Lichts und das Infrarotband umfasst, und numerische Analyse des gemessenen Spektrums gemessen werden, im Wesentlichen ohne Einfluss durch chromatische Aberration. Folglich können verschiedene optische Eigenschaften gemessen werden und kann die Vielseitigkeit verbessert werden.
Die Messvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform weist eine reflektierende Linse als eine Bildgebungslinse auf und kann einen Biegespiegel auf einem optischen Weg von der reflektierenden Linse zur Bildgebungslinse aufweisen. Durch Anwenden eines solchen Biegespiegels können Komponenten dreidimensional angeordnet werden, wodurch die Größe der Vorrichtung auf einfache Weise weiter verringert werden kann.
Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ferner eine reflektierende Objektivlinse aufweisen. Da die reflektierende Objektivlinse frei von chromatischer Aberration ist, sowohl bei der Objektivlinse als auch der Bildgebungslinse, kann die Messgenauigkeit trotz des vereinfachten Aufbaus weiter verbessert werden.
Durch Anwenden einer reflektierenden Cassegrain-Objektivlinse als reflektierende Objektivlinse kann ein reflektierendes optisches System realisiert werden, das vorteilhaft bezüglich einer starken Vergrößerung, Kompaktheit und eines großen Arbeitswegs ist. Alternativ kann durch Anwenden einer achsenverschobenen reflektierenden Objektivlinse, die aus einer Kombination aus einem gekrümmten Spiegel und einem Biegespiegel als reflektierende Objektivlinse aufgebaut ist, ein reflektierendes optisches System mit einem vereinfachten Aufbau realisiert werden, das vorteilhaft bezüglich einer schwachen Vergrößerung, eines großen Arbeitswegs und einer hohen Schärfentiefe ist.
Da die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Fokus basierend auf einem Muster (einem Bild) des Messlichts selbst einstellen kann, kann ein fokussierter Zustand des Messlichts, das für die tatsächliche Messung verwendet wird, zuverlässig hergestellt bzw. nachgewiesen werden. Da es nicht nötig ist, ein Gittermuster zu projizieren, wie beim herkömmlichen Aufbau, wird das Sichtfeld bei der Betrachtung nicht blockiert.
Da der Fokus basierend auf der Schärfe (des Kontrasts) eines Musters (eines Bilds) des Messlichts selbst eingestellt wird, kann eine genauere Fokuseinstellung erzielt werden, während ein vergleichsweise einfacher Aufbau beibehalten wird.
Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann nach einer Fokusposition suchen, indem sukzessive Muster (Bilder) des Messlichts selbst erhalten bzw. aufgenommen werden, während die Position der Objektivlinse variiert wird. Da ein Algorithmus angewendet wird, der eine gewisse Verzögerung, sofern vorhanden, bei der Übertragung eines Bilds von der Kamera korrigieren kann, kann die Fokusposition mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Da ein Peak, der in einem Profil von FW enthalten ist, durch Fitten bestimmt wird, kann eine genaue Peakposition ermittelt werden, selbst wenn eine Störung vorliegt.
Die Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zwischen dem Messlicht, das ein schmales Sichtfeld aufweist, und dem Betrachtungslicht, das ein breites Sichtfeld aufweist, die durch eine Blende ausgegeben werden, umschalten, indem ein Schaltspiegel bereitgestellt wird. Durch Umschalten zwischen dem Messlicht und dem Betrachtungslicht können sowohl eine genaue Messung als auch die Aufnahme eines Bilds, das einen großen Bereich bezüglich des Sichtfelds abdeckt, erzielt werden.
Durch selektives Verwenden von Lichtquellen, die Messlicht erzeugen, kann sowohl ein Zustand, in dem das Messlicht auf die Probe fokussiert ist, als auch ein Zustand, in dem eine Fokusposition des Messlichts von der Probe hinreichend beabstandet ist (hinreichend außerhalb des Fokus) realisiert werden. Somit kann das Messlicht in einem Zustand abgestrahlt werden, der für die Eigenschaften der Probe besser geeignet ist, und folglich kann eine bessere Messung durchgeführt werden, ohne dass diese vom Zustand des Fokus beeinflusst wird.
In der obigen Beschreibung wurden weitere Vorteile der Messvorrichtung optischer Eigenschaften und des optischen Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform dargelegt.
Bezugszeichenliste

2: Probenlicht;
4: paralleles Licht;
6: konvergierendes Licht;
10: Kopfabschnitt;
12: Objektivlinse;
13: reflektierende Objektivlinse;
13a: konvexer Reflektor;
13b: konkaverReflektor;
20, 40: gekrümmter Spiegel;
21: Biegespiegel;
22, 24, 42: Strahlteiler;
26: Bildgebungslinse;
28: Kamera;
30, 32: Messlichtquelle;
34: Betrachtungslichtquelle;
44: Schaltspiegel;
46: Blende;
50: Informationsverarbeitungsvorrichtung;
52: Positionssteuereinheit;
54: Antriebsmechanismus;
60: Spektroskop;
100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F: Messvorrichtung; und
SMP: Probe.

Claims

Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100A; 100B; 100C; 100D; 100E; 100F), die aufweist: ein erstes optisches Element (12; 13; 14), das eingerichtet ist, um Messlicht (2) von einem Messzielobjekt (SMP) in paralleles Licht (4) umzuwandeln; eine reflektierende Linse (20), die eingerichtet ist, um das parallele Licht (4) von dem ersten optischen Element (12; 13; 14) zu reflektieren, um das parallele Licht (4) in konvergierendes Licht (6) umzuwandeln; einen Lichtempfangsabschnitt (60), der eingerichtet ist, um das konvergierende Licht (6) von der reflektierenden Linse (20) zu empfangen; und einen Antriebsmechanismus (54), der eingerichtet ist, um eine Position des ersten optischen Elements (12; 13; 14) relativ zum Messzielobjekt (SMP) zu variieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung optischer Eigenschaften ferner aufweist: eine erste Lichtquelle (30, 32), die eingerichtet ist, um Messlicht (2) zur Bestrahlung des Messzielobjekts (SMP) zu erzeugen; und einen Strahlteiler (22), der auf einem optischen Weg von der reflektierenden Linse (20) zum Lichtempfangsabschnitt (60) angeordnet ist und mit der ersten Lichtquelle (30, 32) optisch verbunden ist.
Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100D; 100E) nach Anspruch 1, wobei die Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100D; 100E) ferner ein zweites optisches Element (21) aufweist, das auf einem optischen Weg zwischen dem ersten optischen Element (12; 13; 14) und der reflektierenden Linse (20) angeordnet ist, wobei es eingerichtet ist, um das parallele Licht (4) von dem ersten optischen Element (12; 13; 14) zu reflektieren, um eine Ausbreitungsrichtung des parallelen Lichts (4) zu ändern.
Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100B; 100E) nach Anspruch 1 oder 2, bei der das erste optische Element (13) eine Gruppe aus einem konvexen Reflektor (13a) und einem konkaven Reflektor (13) aufweist, die so angeordnet sind, dass Mittelachsen der Reflektoren mit einer optischen Achse (AX1) des parallelen Lichts übereinstimmen.
Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100C; 100F) nach Anspruch 1 oder 2, bei der das erste optische Element (14) einen gekrümmten Spiegel (14a), der in Übereinstimmung mit der reflektierenden Linse (20) angeordnet ist, und einen Biegespiegel (14b) aufweist, der mit dem gekrümmten Spiegel kombiniert ist.
Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100A; 100B; 100C; 100D; 100E; 100F) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der Lichtempfangsabschnitt (60) eingerichtet ist, um ein Wellenlängenspektrum auszugeben, das in dem Licht enthalten ist, das von der reflektierenden Linse (20) empfangen wird.
Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100A; 100B; 100C; 100D; 100E; 100F) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100A; 100B; 100C; 100D; 100E; 100F) ferner eine zweite Lichtquelle (34) aufweist, die eingerichtet ist, um Betrachtungslicht zu erzeugen, das in einer Wellenkomponente wenigstens ein Band des sichtbaren Lichts umfasst, wobei die erste Lichtquelle (30, 32) das Messlicht (2) erzeugt, das eine Wellenlängenkomponente gemäß zu messender optischer Eigenschaften des Messzielobjekts (SMP) umfasst.
Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100A; 100B; 100C; 100D; 100E; 100F) nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100A; 100B; 100C; 100D; 100E; 100F) ferner einen Betrachtungsabschnitt (28) aufweist, der eingerichtet ist, um ein Bild des Messlichts (2), das auf das Messzielobjekt (SMP) abgestrahlt wird, zu betrachten.
Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100A; 100B; 100C; 100D; 100E; 100F) nach Anspruch 7, wobei die Messvorrichtung optischer Eigenschaften (100A; 100B; 100C; 100D; 100E; 100F) ferner eine Steuereinheit (52) aufweist, die eingerichtet ist, um eine Position des ersten optischen Elements (12; 13; 14) relativ zum Messzielobjekt (SMP) durch Betätigen des Antriebsmechanismus (54) basierend auf der Schärfe des von dem Betrachtungsabschnitt (28) betrachteten Bilds zu bestimmen.
Optisches System für eine Messvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, das aufweist: ein erstes optisches Element (12; 13; 14), das eingerichtet ist, um Messlicht (2) von einem Messzielobjekt (SMP) in paralleles Licht (4) umzuwandeln; eine reflektierende Linse (20), die eingerichtet ist, um das parallele Licht (4) von dem ersten optischen Element (12; 13; 14) zu reflektieren, um das parallele Licht (4) in konvergierendes Licht (6) umzuwandeln; und einen Lichtempfangsabschnitt (60), der eingerichtet ist, um das konvergierende Licht (6) von der reflektierenden Linse (20) zu empfangen; gekennzeichnet durch einen Strahlteiler (22), der auf einem optischen Weg von der reflektierenden Linse (20) zum Lichtempfangsabschnitt (60) angeordnet ist und zur optischen Verbindung mit der ersten Lichtquelle (30, 32) der Messvorrichtung ausgestaltet ist.