KR20170077026A - 광학 특성 측정 장치 및 광학계 - Google Patents
광학 특성 측정 장치 및 광학계 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170077026A KR20170077026A KR1020160164305A KR20160164305A KR20170077026A KR 20170077026 A KR20170077026 A KR 20170077026A KR 1020160164305 A KR1020160164305 A KR 1020160164305A KR 20160164305 A KR20160164305 A KR 20160164305A KR 20170077026 A KR20170077026 A KR 20170077026A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light
- measurement
- objective lens
- optical
- optical element
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 146
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 134
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 51
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 18
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 16
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 25
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 22
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 16
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 7
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 4
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 3
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 201000009310 astigmatism Diseases 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 235000021329 brown rice Nutrition 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
- G02B21/0032—Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/24—Base structure
- G02B21/241—Devices for focusing
- G02B21/244—Devices for focusing using image analysis techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0237—Adjustable, e.g. focussing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/0004—Microscopes specially adapted for specific applications
- G02B21/002—Scanning microscopes
- G02B21/0024—Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
- G02B21/0052—Optical details of the image generation
- G02B21/0056—Optical details of the image generation based on optical coherence, e.g. phase-contrast arrangements, interference arrangements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/06—Means for illuminating specimens
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/06—Means for illuminating specimens
- G02B21/08—Condensers
- G02B21/12—Condensers affording bright-field illumination
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B21/00—Microscopes
- G02B21/36—Microscopes arranged for photographic purposes or projection purposes or digital imaging or video purposes including associated control and data processing arrangements
- G02B21/361—Optical details, e.g. image relay to the camera or image sensor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
소형화 가능하고, 또한 범용성을 높인 광학 특성 측정 장치가 제공된다. 광학 특성 측정 장치는 피측정물로부터의 측정광을 평행광으로 변환하는 제1 광학 소자와, 제1 광학 소자로부터의 평행광을 반사함으로써 수렴광으로 변환하는 반사형 렌즈와, 반사형 렌즈로부터의 수렴광을 수광하는 수광부와, 피측정물에 대한 제1 광학 소자의 상대 위치를 변화시키는 구동 기구를 포함한다.
Description
본 기술은, 피측정물의 광학 특성을 측정하기 위한 광학 특성 측정 장치 및 그것에 사용되는 광학계에 관한 것이다.
피측정물의 광학 특성을 측정하는 광학 특성 측정 장치의 일례로서, 현미 분광 장치가 알려져 있다. 현미 분광 장치는 임의의 피측정물로부터의 광을 분광 계측함으로써, 당해 피측정물의 반사율이나 굴절률, 소쇠 계수, 막 두께와 같은 광학 특성을 출력한다. 일본특허공개 제2008-286583호 공보는, 현미 분광 장치의 일례로서, 광학 특성의 측정 정밀도를 향상시킴과 함께, 피측정물에 대한 포커싱을 보다 용이하게 행할 수 있는 광학 특성 측정 장치를 개시한다.
일본특허공개 제2008-286583호 공보에 개시되는 광학 특성 측정 장치는 유한 경통형이라 불리는 현미경의 구조를 갖고 있다. 이에 반해, 무한 경통형이라 불리는 현미경의 구조가 알려져 있다. 이러한 무한 경통형의 현미경을 채용한 구성으로서, 일본특허공개 평11-249027호 공보는, 관찰 시료의 핀트 위치의 조정을 자동으로 행하는 것이 가능한 자동 초점 현미경을 개시한다.
일본특허공개 평11-249027호 공보에 개시되는 자동 초점 현미경은, 미세한 자료의 관찰 또는 관찰상의 비디오 촬영 등의 용도가 상정되어 있고, 가시 영역에 더하여, 적외 영역 및 자외 영역에 있어서의 광학 특성의 측정이 필요한, 광학 특성 측정 장치에는 그대로 이용할 수는 없다.
본 기술은, 소형화 가능하고, 또한 범용성을 높인 광학 특성 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 어떤 국면에 따른 광학 특성 측정 장치는, 피측정물로부터의 측정광을 평행광으로 변환하는 제1 광학 소자와, 제1 광학 소자로부터의 평행광을 반사함으로써 수렴광으로 변환하는 반사형 렌즈와, 반사형 렌즈로부터의 수렴광을 수광하는 수광부와, 피측정물에 대한 제1 광학 소자의 상대 위치를 변화시키는 구동 기구를 포함한다.
광학 특성 측정 장치는, 제1 광학 소자와 반사형 렌즈 사이의 광학 경로 상에 배치되며, 제1 광학 소자로부터의 평행광을 반사함으로써 전반 방향을 변화시키는 제2 광학 소자를 더 포함하고 있어도 된다.
제1 광학 소자는, 각각의 중심축이 평행광의 광축과 일치하도록 배치된 볼록면 반사 미러 및 오목면 반사 미러의 조를 포함하고 있어도 된다.
제1 광학 소자는, 반사형 렌즈에 대응지어 배치되는 곡면 미러와, 당해 곡면 미러와 조합되는 절곡 미러를 포함하고 있어도 된다.
수광부는, 반사형 렌즈로부터 수광한 광에 포함되는 파장 스펙트럼을 출력하도록 해도 된다.
광학 특성 측정 장치는, 피측정물에 조사하는 측정광을 발생시키는 제1 광원과, 반사형 렌즈로부터 수광부까지의 광학 경로 상에 배치됨과 함께, 제1 광원과 광학적으로 접속되는 빔 스플리터를 더 포함하고 있어도 된다.
광학 특성 측정 장치는, 적어도 가시 영역을 파장 성분에 포함하는 관측광을 발생시키는 제2 광원을 더 포함하고 있어도 되고, 제1 광원은, 피측정물로부터 측정해야 할 광학 특성에 따른 파장 성분을 포함하는 측정광을 발생시킨다.
광학 특성 측정 장치는, 피측정물에 조사되는 측정광의 상을 관측하는 관측 수단을 더 포함하고 있어도 된다.
광학 특성 측정 장치는, 관측 수단에 의해 관측된 상의 선예도에 기초하여 구동 기구를 구동함으로써, 피측정물에 대한 제1 광학 소자와 상대 위치를 결정하는 제어 수단을 더 포함하고 있어도 된다.
본 발명의 다른 면에 따른 광학계는, 피측정물로부터의 측정광을 평행광으로 변환하는 제1 광학 소자와, 제1 광학 소자로부터의 평행광을 반사함으로써 수렴광으로 변환하는 반사형 렌즈와, 반사형 렌즈로부터의 수렴광을 수광하는 수광부를 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부 도면과 관련해서 이해되는 본 발명에 따른 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 실시 형태에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 실시 형태의 변형예 1에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 측정 장치가 채용하는 반사 대물 렌즈의 구성예를 도시하는 모식도이다.
도 4는 실시 형태 1의 변형예 2에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 5는 실시 형태 2에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 6은 실시 형태 2의 변형예 1에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 7은 실시 형태 2의 변형예 2에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 측정 장치를 사용한 측정 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 측정 장치부터 샘플에 조사된 측정광의 상태의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 대물 렌즈의 위치와 콘트라스트값의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 1)을 설명하기 위한 타임차트이다.
도 12는 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 1)에 있어서 취득되는 경과 시간과 대물 렌즈의 위치의 관계를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 1)의 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 2)의 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 초점 위치의 탐색 수순을 설명하기 위한 모식도이다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 측정 장치의 광학 경로의 조정 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 측정 장치의 대물 렌즈의 위치를 복수로 다르게 해서 취득된 파장마다의 상대 반사율의 측정 결과예를 나타낸다.
도 18은 본 실시 형태에 따른 측정 장치에서의 포커스 조정을 실행한 후에 측정되는 반사율 스펙트럼의 측정 결과예를 나타낸다.
도 2는 실시 형태의 변형예 1에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 측정 장치가 채용하는 반사 대물 렌즈의 구성예를 도시하는 모식도이다.
도 4는 실시 형태 1의 변형예 2에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 5는 실시 형태 2에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 6은 실시 형태 2의 변형예 1에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 7은 실시 형태 2의 변형예 2에 따른 측정 장치의 장치 구성을 도시하는 모식도이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 측정 장치를 사용한 측정 수순의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 측정 장치부터 샘플에 조사된 측정광의 상태의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 대물 렌즈의 위치와 콘트라스트값의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 1)을 설명하기 위한 타임차트이다.
도 12는 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 1)에 있어서 취득되는 경과 시간과 대물 렌즈의 위치의 관계를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 1)의 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 2)의 처리 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 초점 위치의 탐색 수순을 설명하기 위한 모식도이다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 측정 장치의 광학 경로의 조정 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 측정 장치의 대물 렌즈의 위치를 복수로 다르게 해서 취득된 파장마다의 상대 반사율의 측정 결과예를 나타낸다.
도 18은 본 실시 형태에 따른 측정 장치에서의 포커스 조정을 실행한 후에 측정되는 반사율 스펙트럼의 측정 결과예를 나타낸다.
본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에 대해서는, 동일 부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
<A. 구성의 개요>
먼저, 본 실시 형태에 따른 광학 특성 측정 장치(이하, 「측정 장치」라고도 약칭한다)를 채용하는 구성의 개요에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 무한 경통형의 현미경의 구조를 채용한다. 유한 경통형의 현미경에서는, 1개의 대물 렌즈를 사용해서 피측정물(이하, 「샘플」이라고도 부른다)의 상을 결상하는 데 반해, 무한 경통형의 현미경은, 대물 렌즈와 결상 렌즈의 한 조의 렌즈를 사용해서 샘플의 상을 결상한다. 결상 렌즈는, 튜브 렌즈라고도 불린다. 대물 렌즈와 결상 렌즈 사이는, 무한원으로 포커스된 평행광이 전반하게 된다. 대물 렌즈와 결상 렌즈의 조는, 무한원 보정 광학계라고도 불린다.
무한 경통형의 현미경은, 유한 경통형의 현미경에 비교해서 한 조의 렌즈간의 거리를 자유롭게 설계할 수 있다는 이점이 있다. 예를 들어, 렌즈간에, 하프 미러, 필터 등의 각종 광학 소자를 삽입할 수 있고, 또한 축 어긋남 등의 변형을 렌즈간의 위치 관계를 최적화함으로써 보정할 수 있다고 하는 이점이 있다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 샘플로부터의 샘플광을 평행광으로 변환하는 광학 소자와, 당해 광학 소자로부터의 평행광을 반사함으로써 수렴광으로 변환하는 반사형 렌즈(전형적으로는, 곡면 미러)와의 조합으로 이루어지는 광학계를 채용함으로써, 소형화 가능하며, 또한 범용성을 높인 무한 경통형의 현미경을 실현한다. 본 실시 형태에 따른 측정 장치에서는, 평행광과 수렴광의 변환에 반사형 렌즈를 사용하기 때문에, 굴절형 렌즈를 사용한 경우의 발생할 수 있는 색수차를 저감 또는 피할 수 있어, 넓은 파장 범위에 걸쳐 측정 및 관측이 가능하다.
이하, 본 실시 형태에 따른 몇 가지 구현화예에 대해서 설명한다. 이하에 설명하는 몇 가지 모식도에 있어서는, 설명의 편의상, 장치 구성을 2차원적으로 그리지만, 현실적으로는 3차원적인 배치가 가능하다. 구성 부재를 3차원적으로 배치함으로써, 측정 장치 전체의 소형화가 가능하다.
샘플의 대표예로서는, 반도체 기판, 유리 기판, 사파이어 기판, 석영 기판, 필름 등의 표면에 박막이 형성(코팅)된 것을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 박막 형성된 유리 기판은, 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display)나 플라즈마 디스플레이(PDP: Plasma Display Panel) 등의 플랫 패널 디스플레이(FPD: Flat Panel Display)의 일부로서 사용되고 있다. 또한, 박막 형성된 사파이어 기판은, 질화물 반도체(GaN: Gallium Nitride)계의 LED(Light Emitting Diode)나 LD(Laser Diode)로서 사용되고 있다. 또한, 박막 형성된 석영 기판은, 각종 광학 필터나 광학 부품 및 프로젝션 액정 등에 사용되고 있다.
<B. 실시 형태 1>
도 1을 참조하여, 실시 형태 1에 따른 측정 장치(100A)의 장치 구성에 대해서 설명한다. 측정 장치(100A)는 샘플(SMP)로부터의 샘플광을 취득하여, 샘플(SMP)의 반사율이나 굴절률, 소쇠 계수, 막 두께와 같은 광학 특성을 출력한다.
측정 장치(100A)는 샘플(SMP)로부터의 샘플광을 검출하는 구성으로서, 대물 렌즈(12)를 포함하는 헤드부(10)와, 곡면 미러(20)와, 빔 스플리터(22, 24)와, 결상 렌즈(26)와, 카메라(28)와, 분광기(60)를 포함한다.
대물 렌즈(12)는, 샘플(SMP)로부터의 샘플광(2)을 평행광(4)으로 변환하는 광학 소자에 상당한다. 샘플(SMP)로부터 방사된 샘플광(2)이 대물 렌즈(12)에 입사하면, 평행광(4)으로서 출사된다. 대물 렌즈(12)로서는, 반사형 렌즈 및 굴절형 렌즈를 모두 채용할 수 있다. 단, 색수차의 발생을 억제하기 위해서는, 반사형 렌즈가 바람직하다. 대물 렌즈(12)로부터의 평행광(4)은 광학 경로 상에 배치된 곡면 미러(20)에 입사한다.
곡면 미러(20)는 대물 렌즈(12)로부터의 평행광(4)을 반사함으로써 수렴광(6)으로 변환하는 반사형 렌즈에 상당한다. 즉, 곡면 미러(20)는 결상 렌즈로서 기능한다. 곡면 미러(20)로부터 출사된 수렴광(6)의 일부는 빔 스플리터(22 및 24)를 통과해서 광학 경로 상에 배치된 분광기(60)에 입사한다. 곡면 미러(20)에서 전반 방향을 다르게 함으로써, 입사광의 광학 경로를 구성하는 광학 컴포넌트와, 반사광의 광학 경로를 구성하는 광학 컴포넌트가 서로 간섭하지 않도록, 광학 경로를 조정한다. 평행광으로 변환하는 곡면 미러(20)로서는, 구면 미러를 채용해도 되고, 비구면 미러를 채용해도 된다. 비구면 미러를 채용함으로써, 비점 수차를 억제해서, 상 어긋남의 발생을 방지할 수 있다.
분광기(60)는 곡면 미러(20)로부터의 수렴광(6)(샘플광)을 수광하는 수광부에 상당한다. 분광기(60)는 곡면 미러(20)로부터 수광한 광에 포함되는 파장 스펙트럼을 출력한다. 보다 구체적으로는, 분광기(60)는 입사한 광을 각 파장 성분으로 분리하기 위한 회절격자 및 회절격자에 의해 분리된 각각의 파장 성분을 검출하기 위한 검출 소자(포토다이오드 어레이, CCD(Charged Coupled Device) 등)를 포함한다.
곡면 미러(20)로부터 출사된 수렴광(6)의 다른 일부는, 빔 스플리터(22)를 통과함과 함께, 빔 스플리터(24)에 의해 전반하는 광학 경로가 변경되어, 결상 렌즈(26)를 통과해서 카메라(28)에 입사한다.
카메라(28)는 샘플(SMP)로부터의 샘플광(2)에 의해 얻어지는 관측상을 취득하는 촬상부이다. 샘플(SMP)에 조사되는 측정광의 상을 관측한다. 보다 구체적으로는, 카메라(28)는 CCD 이미지 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등으로 구성된다. 카메라(28)에 의해 취득된 관측상을 표시하기 위한 표시부를 설치해도 된다.
측정 장치(100A)는 샘플(SMP)에 대한 대물 렌즈(12)의 상대 위치를 변화시키는 구동 기구(54)를 더 포함한다. 구동 기구(54)는 대물 렌즈(12)를 포함하는 헤드부(10)와 연결되어, 평행광(4)의 전반 방향과 평행한 방향으로 헤드부(10)를 이동시킨다. 대물 렌즈(12)와 곡면 미러(20) 사이를 전반하는 샘플광은 평행광이므로, 구동 기구(54)에 의해 샘플(SMP)에 대한 대물 렌즈(12)의 상대 위치가 변화되었다 하더라도, 샘플광이 분광기(60) 및 카메라(28)에 입사하는 상태에의 영향은 무시할 수 있다. 한편, 샘플(SMP)에 대한 대물 렌즈(12)의 위치가 변화됨으로써, 대물 렌즈(12)의 초점 위치(결상 위치)를 임의의 위치에 설정할 수 있다.
이와 같이, 대물 렌즈(12)와 곡면 미러(20) 사이를 전반하는 것은 평행광이므로, 이 평행광에 대하여 대물 렌즈(12)의 거리를 변화시켜도, 광학적인 상황을 유지한 채 샘플(SMP)과 대물 렌즈(12)의 위치를 조정할 수 있다. 즉, 실시 형태 1에 따른 측정 장치(100A)에서는, 샘플(SMP)에 대한 헤드부(10)의 상대 위치를 변화시키는 것만으로, 임의의 위치에 초점을 맞출 수 있어, 비교적 큰 샘플(SMP)을 측정하는 경우에도, 대규모의 조정 기구 등을 채용할 필요가 없다.
위치 컨트롤러(52)는 카메라(28)에 의해 취득된 관측상의 정보에 기초하여, 샘플(SMP)에 대한 대물 렌즈(12)의 상대 위치를 조정한다. 즉, 위치 컨트롤러(52)는 카메라(28)로부터의 정보에 기초하여, 구동 기구(54)에 대한 위치 명령을 부여한다. 위치의 구체적인 조정 방법에 대해서는 후술한다.
정보 처리 장치(50)는 분광기(60)로부터의 검출 결과(파장 스펙트럼)에 기초하여 각종 수치 해석 처리(대표적으로는, 피팅 처리나 노이즈 제거 처리)를 행하여, 샘플(SMP)의 반사율, 굴절률, 소쇠 계수, 막 두께와 같은 광학 특성을 산출 및 저장한다.
샘플(SMP)이 발광체 등인 경우에는, 샘플(SMP)에 대하여 조명광을 조사할 필요는 없지만, 기판 등의 광학 특성을 측정하는 경우에는, 소정의 파장 성분을 포함하는 광을 조사하고, 그 반사광을 샘플광으로서 취득할 필요가 있다. 이러한 샘플(SMP)에 대하여 광을 조사하는 구성으로서, 측정광원(30, 32)과, 관측광원(34)과, 곡면 미러(40)와, 빔 스플리터(42)와, 애퍼쳐(46)를 포함한다.
측정광원(30) 및 측정광원(32)은 샘플(SMP)에 조사하는 측정광을 발생시킨다. 측정광은 샘플(SMP)로부터 측정해야 할 광학 특성에 따른 파장 성분을 포함한다. 예를 들어, 측정광원(30)은 적외 영역의 파장 성분을 포함하는 제1 측정광을 발생시키고, 측정광원(32)은 자외 영역의 파장 성분을 포함하는 제2 측정광을 발생시키도록 해도 된다. 측정광원(30) 및 측정광원(32)은, 예를 들어 중수소 램프, 크세논 램프 등의 아크 발광의 광원, 할로겐 램프와 같이 필라멘트 발광의 광원, 혹은 그들의 조합으로 구성된다.
단, 2종류의 측정광원을 준비할 필요는 없으며, 단일의 측정광원만을 설치하도록 해도 된다. 단일의 측정광원만을 설치하는 경우에는, 예를 들어 측정광원으로서 백색광원을 채용함과 함께, 측정해야 할 광학 특성에 따른 파장 성분을 투과시키는 광학 필터를 조합해도 된다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치(100A)와 같은 현미 분광 장치에서 샘플(SMP)로부터의 반사 스펙트럼을 측정하는 경우에는, 측정광이 샘플(SMP)에 포커싱하고 있는 상태, 또는 측정광의 포커싱 위치가 샘플(SMP)로부터 충분히 이격되어 있는 상태(핀트가 충분히 흐릿하게 되어 있는 상태) 중 어느 하나가 바람직하다. 이들 의 어느 상태에 있어서도, 가장 포커스의 영향을 받지 않아, 적합한 계측이 가능해지기 때문이다.
측정광을 샘플(SMP)에 포커싱시키는 경우에는, 아크 발광의 측정광원을 사용함과 함께, 곡면형의 반사 렌즈를 사용해서 애퍼쳐에 대하여 결상시킨다. 이에 반해, 측정광의 포커싱 위치를 샘플(SMP)로부터 충분히 이격하는 경우에는, 필라멘트 발광의 광원을 사용해서, 충분히 바림한 위치에서, 평면 미러 또는 하프 미러로 결상시킨다. 이와 같이 포커싱 상태를 임의로 다르게 하기 위해, 측정광원(30) 및 측정광원(32)의 종류를 다르게 해도 된다.
굴절형 렌즈를 채용하는 종래의 구성에서는, 색수차의 영향을 받아, 넓은 파장의 전역에 걸쳐서 특정한 상태로 결상시킬 수 없었지만, 실시 형태 1에 따른 측정 장치(100A)에서는, 색수차를 저감할 수 있으므로, 장파장측 및 단파장측의 어느 쪽에 있어서도 목적의 결상 상태를 실현할 수 있다.
측정광원(30)이 발생되는 측정광은, 곡면 미러(40)에서 반사되어, 빔 스플리터(42) 및 애퍼쳐(46)를 통과하여, 빔 스플리터(22)에 입사한다. 측정광원(32)이 발생시키는 측정광은 빔 스플리터(42)에서 전반하는 광학 경로가 변경되어, 애퍼쳐(46)를 통과하여, 빔 스플리터(22)에 입사한다.
측정광원(30)으로부터의 측정광 및/또는 측정광원(32)으로부터의 측정광은, 빔 스플리터(22)에서 전반하는 광학 경로가 변경되어, 곡면 미러(20) 및 대물 렌즈(12)를 통과하여, 샘플(SMP)에 입사한다. 즉, 측정광은 샘플(SMP)로부터의 측정광과 동일한 광학 경로를 역방향으로 전반하게 된다. 또한, 측정광원(30) 및 측정광원(32)이 모두 측정광을 발생시키는 경우에는, 빔 스플리터(42)에서, 양 측정광이 혼합된다.
빔 스플리터(22)는 반사형 렌즈인 곡면 미러(20)로부터 분광기(60)까지의 광학 경로 상에 배치됨과 함께, 광원(측정광원(30 및 32))과 광학적으로 접속된다.
애퍼쳐(46)는 측정광원(30)으로부터의 측정광 및/또는 측정광원(32)으로부터의 측정광의 빔 직경을 조정한다.
애퍼쳐(46)는 샘플(SMP)로부터의 샘플광을 취득해서 스펙트럼(반사 스펙트럼)을 측정하는 데 필요한 넓이(직경)를 갖는 측정광이 결상하도록, 측정광원(30)으로부터의 측정광 및/또는 측정광원(32)으로부터의 측정광의 빔 사이즈를 조정한다. 한편, 측정광의 결상의 사이즈를 스펙트럼 측정에 적합한 빔 사이즈로 조정하면, 현미경으로서 필요한 시야를 관측하는 것이 어려워진다. 따라서, 측정광에 더하여, 보다 넓은 시야에서 샘플(SMP)을 관측하기 위한 관측광을 조사할 수 있는 구성을 채용한다.
구체적으로는, 실시 형태 1에 따른 측정 장치(100A)는, 적어도 가시 영역을 파장 성분에 포함하는 관측광을 발생시키는 관측광원(34)을 포함한다. 카메라(28)는 관측광에 대해서도 검출 감도를 갖도록 구성되어도 된다. 또한, 애퍼쳐(46)로부터의 좁은 시야의 측정광과, 넓은 시야의 관측광을 전환하기 위한 전환 미러(44)가 설치되어도 된다. 그리고, 전환 미러(44)를, 빔 스플리터(22)와 애퍼쳐(46) 사이의 광학 경로에 삽입할지 여부를 전환하는 기구를 갖는다. 예를 들어, 솔레노이드 액추에이터 등을 사용해서, 전환 미러(44)를 구동하도록 해도 된다.
빔 스플리터(22)와 애퍼쳐(46) 사이의 광학 경로에 전환 미러(44)가 삽입되면, 관측광원(34)으로부터의 관측광이 전환 미러(44)에서 광학 경로가 변경되어 빔 스플리터(22)에 입사한다. 그리고, 관측광은, 빔 스플리터(22)에서 전반하는 광학 경로가 변경되어, 곡면 미러(20) 및 대물 렌즈(12)를 통과하여, 샘플(SMP)에 입사한다. 이와 같이, 관측광원(34)으로부터의 관측광에 대해서도, 샘플(SMP)로부터의 측정광과 동일한 광학 경로를 역방향으로 전반하게 된다.
일반적인 사용 형태로서는, 먼저 샘플(SMP)에 대한 대물 렌즈(12)의 초점 위치를 조정하고, 계속해서 샘플(SMP)로부터의 측정광의 취득 및 측정이 개시된다. 최초의 초점 위치의 조정 시에 있어서, 샘플(SMP)에 관측광을 조사할 필요가 있다. 따라서, 애퍼쳐(46)와 빔 스플리터(22)의 광학 경로 상에 전환 미러(44)를 배치하여, 관측광원(34)으로부터의 관측광을 샘플(SMP)로 유도한다. 초점 위치의 조정이 완료되면, 전환 미러(44)를 이동시켜서, 측정광원(30) 및/또는 측정광원(32)으로부터의 측정광을 샘플(SMP)로 유도한다. 이와 같이, 전환 미러(44)는 관측광원(34)으로부터 조사되는 관측광의 광축을 따라, 그 위치를 변경 가능하게 구성되어 있다.
전환 미러(44) 대신에, 소정 위치에 고정된 빔 스플리터 혹은 하프 미러를 채용할 수도 있다. 단, 전환 미러(44)를 삽입 또는 이탈할 수 있도록 구성함으로써, 빔 스플리터 혹은 하프 미러를 채용함으로써, 샘플(SMP)에 조사되는 측정광의 광량을 증대시킬 수 있다. 또한, 측정 시에, 관측광원(34)을 매번 온/오프 제어할 필요가 없고, 또한 샘플(SMP)을 관측할 때, 측정광이 방해가 되는 일도 없다.
후술하는 바와 같이 포커스 조정에는 측정광이 사용되고, 샘플(SMP)의 관측에는 관측광이 사용되므로, 관측광에 의한 관측상이 흐릿하게 되었다 하더라도, 측정광의 결상에는 영향을 받지 않으므로, 측정광을 사용한 측정 시에는, 샘플(SMP)을 보다 선예하게 검출할 수 있다.
실시 형태 1에 따른 측정 장치(100A)에서는, 수렴광과 평행광 사이의 상호 변환에 반사형 렌즈(곡면 미러)를 채용하기 때문에, 굴절형 렌즈를 사용하는 경우에 발생하는 색수차의 발생을 피할 수 있으므로, 종래의 유한 경통형의 현미경과 같이, 관측 가능한 파장 영역이 가시 영역으로 제한되는 일도 없다. 즉, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(100A)는 가시 영역 외에, 자외 영역 및 적외 영역에 대해서도 색수차의 영향을 저감해서 사용할 수 있다. 그로 인해, 자외 영역, 가시 영역, 적외 영역을 포함하는 넓은 파장 범위에 대한 스펙트럼(전형적으로는, 반사 스펙트럼)의 측정, 및 측정한 스펙트럼 등에 대한 수치 해석에 의한 광학 특성을 계측할 수 있다.
<C. 실시 형태 1의 변형예 1>
상술한 실시 형태 1에 따른 측정 장치(100A)에서는, 대물 렌즈(12)로서 굴절형 렌즈를 사용하는 구성에 대해서 예시했지만, 그 대신에, 반사 대물 렌즈를 사용하도록 해도 된다.
도 2를 참조하여, 실시 형태 1의 변형예 1에 따른 측정 장치(100B)의 장치 구성에 대해서 설명한다. 도 3에는, 도 2에 도시하는 측정 장치(100B)가 채용하는 반사 대물 렌즈의 구성예를 나타낸다.
도 2에 도시하는 측정 장치(100B)는, 도 1에 도시하는 측정 장치(100A)에 비교해서 반사 대물 렌즈(13)를 포함하는 헤드부(10)가 채용되고 있는 점이 다르다. 그 이외의 구성에 대해서는, 도 1에 도시하는 측정 장치(100A)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 실시 형태 1의 변형예 1에 있어서는, 전형예로서, 카세그레인형 반사 대물 렌즈(13)를 채용한 예를 나타낸다. 구체적으로는, 반사 대물 렌즈(13)는, 서로 조합된 볼록면 반사경(13a) 및 오목면 반사경(13b)을 포함한다. 카세그레인형 반사 대물 렌즈(13)를 채용함으로써, 대물 렌즈에서의 색수차가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 고배율, 컴팩트, 긴 작동 거리 등의 이점을 갖는 반사 광학계를 실현할 수 있다.
샘플(SMP)의 종류에 따라서는, 샘플(SMP)의 표면에 포커싱을 하고 있음에도 불구하고, 샘플(SMP)의 이면으로부터의 반사광이 미광으로서 나타나 측정 정밀도를 악화시키는 경우가 있다. 예를 들어, 나노 단위의 두께밖에 갖고 있지 않은 박막 등을 샘플(SMP)로 하는 경우 등이다. 이러한 경우에는, 초점 심도가 얕은 카세그레인형 반사 대물 렌즈(13)를 사용하는 것이 바람직하다.
볼록면 반사경(13a) 및 오목면 반사경(13b)은, 모두 그 중심축이 광축 AX1과 일치하도록 배치된다. 볼록면 반사경(13a)은 광축 AX1 상을 전반하는 측정광 및/또는 관측광의 일부를 반사해서 오목면 반사경(13b)으로 유도한다. 오목면 반사경(13b)은 동심원 형상의 미러이다. 오목면 반사경(13b)은 볼록면 반사경(13a)에서 반사된 측정광 및/또는 관측광을 샘플(SMP)에 집광시킨다. 또한, 샘플(SMP)로부터의 샘플광은, 입사의 광학 경로와 같은 광학 경로를 역방향으로 전반한다.
보다 상세하게는, 도 3을 참조하여, 볼록면 반사경(13a)은, 광축 AX1을 따라 입사하는 광(측정광 및/또는 관측광) 중 광축 AX1과 직교하는 단면에 있어서 광축 AX1로부터 소정의 반경 거리 r 이상 이격된 영역에 입사하는 광만을 오목면 반사경(13b)으로 유도한다. 이에 반해, 광축 AX1로부터 소정의 반경 거리 r 미만의 영역, 바꿔 말하면 광축 AX1의 근방 영역에 입사하는 광은, 오목면 반사경(13b)으로는 유도되지 않는다. 즉, 볼록면 반사경(13a)의 광축 AX1로부터 소정의 반경 거리r 이상의 영역에 입사하는 측정광 및/또는 관측광만이 샘플(SMP)에 조사되게 된다. 그로 인해, 샘플(SMP)에 입사하는 도중의 광의 빔 단면은 그 중심부가 마스크된 동심원 형상(도넛 형상)이 된다. 이러한 동심원 형상의 빔 단면을 갖는 광을 사용함으로써 샘플(SMP)의 이면에서 반사해서 발생하는 이면 반사광(미광)의 영향을 피할 수 있다.
실시 형태 1의 변형예 1에 따른 측정 장치(100B)에서는, 샘플(SMP)로부터 분광기(60)까지의 광학 경로를 반사 광학계에서 실현하기 때문에, 실질적으로 색수차의 영향을 받지 않아, 자외 영역, 가시 영역, 적외 영역을 포함하는 넓은 파장 범위에 대한 스펙트럼의 측정 및 측정한 스펙트럼 등에 대한 수치 해석에 의한 광학 특성을 계측할 수 있다.
<D. 실시 형태 1의 변형예 2>
상술한 실시 형태 1의 변형예 1에 따른 측정 장치(100B)에서는, 반사 대물 렌즈로서 카세그레인형을 채용한 구성에 대해서 예시했지만, 다른 종류의 반사 대물 렌즈를 사용하도록 해도 된다.
도 4를 참조하여, 실시 형태 1의 변형예 2에 따른 측정 장치(100C)의 장치 구성에 대해서 설명한다. 도 4에 도시하는 측정 장치(100C)는, 도 1에 도시하는 측정 장치(100A)에 비교해서 반사 대물 렌즈(14)를 포함하는 헤드부(10)가 채용되고 있는 점이 다르다. 그 이외의 구성에 대해서는, 도 1에 도시하는 측정 장치(100A)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
보다 구체적으로는, 실시 형태 1의 변형예 2에 따른 측정 장치(100C)에서는, 축 어긋남 반사 대물 렌즈인 반사 대물 렌즈(14)를 채용한 예를 나타낸다. 반사 대물 렌즈(14)는, 곡면 미러(14a)와, 절곡 미러(14b)를 조합해서 구성된다. 곡면 미러(14a)는, 곡면 미러(20)에 대응지어 배치됨과 함께, 샘플(SMP)로부터의 샘플광(2)을 반사함으로써 평행광으로 변환하는 반사형 렌즈로서 기능한다. 절곡 미러(14b)는 곡면 미러(14a)에서의 반사 전후에 존재하는 광학 경로를 구성하는 광학 컴포넌트가 서로 간섭하지 않도록 광학 경로를 조정한다. 이러한 축 어긋남 반사 대물 렌즈를 채용함으로써, 대물 렌즈에서의 색수차가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 저배율, 긴 작동 거리, 긴 초점 심도 등의 이점을 갖는 간소화된 구성의 반사 광학계를 실현할 수 있다.
축 어긋남 반사 대물 렌즈는, 초점 심도가 깊으므로, 샘플(SMP)의 표면으로부터 이면 전체에 대하여 초점을 맞출 수 있다. 그로 인해, 나노 단위로부터 마이크로 단위까지 폭넓은 두께의 샘플(SMP)에 대응할 수 있다.
<E. 실시 형태 2>
상술한 실시 형태 1에 따른 측정 장치(100A)에서는, 대물 렌즈(12) 및 곡면 미러(20)가 동일한 광축 상에 배치되는 구성에 대해서 예시했지만, 이 대신에, 보다 소형화에 적합한 구성을 채용해도 된다.
도 5를 참조하여, 실시 형태 2에 따른 측정 장치(100D)의 장치 구성에 대해서 설명한다. 도 5에 도시하는 측정 장치(100D)는, 도 1에 도시하는 측정 장치(100A)에 비교해서 대물 렌즈(12)와 곡면 미러(20) 사이의 광학 경로 상에 절곡 미러(21)가 더 배치되어 있는 점이 다르다. 그 이외의 구성에 대해서는, 배치 위치를 제외하고, 각 기능에 대해서는 도 1에 도시하는 측정 장치(100A)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
절곡 미러(21)는 대물 렌즈(12)로부터의 평행광을 반사함으로써 전반 방향을 변화시킨다. 절곡 미러(21)에 입사하는 평행광은 평행광인 채, 절곡 미러(21)에서 반사된다. 그로 인해, 무한 경통형의 구성이 유지되게 된다.
도 5에는, 1개의 절곡 미러(21)를 배치한 구성을 예시하지만, 필요에 따라서, 복수의 절곡 미러를 배치해도 된다. 특히, 대물 렌즈(12)로부터 곡면 미러(20)까지의 광학 경로에 있어서, 샘플광은 평행광으로서 전반하므로, 절곡 미러에서의 반사에 의한 감쇠가 허용되는 한에 있어서, 광학 경로 길이의 제한 등에 의해, 절곡 미러의 수가 제한되는 일은 없다.
도 5에 도시한 바와 같은 절곡 미러(21)를 채용함으로써, 대물 렌즈(12), 곡면 미러(20), 분광기(60)의 배치 위치 등을 보다 자유롭게 설계할 수 있다. 이에 의해, 측정 장치(100D)의 용도 등에 따라서, 보다 적절한 레이아웃을 실현할 수 있다.
<F. 실시 형태 2의 변형예 1>
상술한 실시 형태 2에 따른 측정 장치(100D)에서는, 대물 렌즈(12)로서 굴절형 렌즈를 사용하는 구성에 대해서 예시했지만, 이 대신에, 반사 대물 렌즈를 사용하도록 해도 된다. 도 6을 참조하여, 실시 형태 2의 변형예 1에 따른 측정 장치(100E)의 장치 구성에 대해서 설명한다. 도 6에 나타내는 측정 장치(100E)는, 도 5에 도시하는 측정 장치(100D)에 비교해서 반사 대물 렌즈(13)를 포함하는 헤드부(10)가 채용되고 있는 점이 다르다. 그 이외의 구성에 대해서는, 도 5에 도시하는 측정 장치(100D)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 또한, 반사 대물 렌즈(13)에 대해서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명했으므로, 여기에서는, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
<G. 실시 형태 2의 변형예 2>
상술한 실시 형태 2의 변형예 1에 따른 측정 장치(100D)에서는, 반사 대물 렌즈로서 카세그레인형을 채용한 구성에 대해서 예시했지만, 다른 종류의 반사 대물 렌즈를 사용하도록 해도 된다.
도 7을 참조하여, 실시 형태 2의 변형예 2에 따른 측정 장치(100F)의 장치 구성에 대해서 설명한다. 도 7에 나타내는 측정 장치(100F)는, 도 5에 도시하는 측정 장치(100D)에 비교해서 반사 대물 렌즈(14)를 포함하는 헤드부(10)가 채용되고 있는 점이 다르다. 그 이외의 구성에 대해서는, 도 5에 도시하는 측정 장치(100D)와 마찬가지이므로, 상세한 설명은 반복하지 않는다. 또한, 반사 대물 렌즈(14)에 대해서는, 도 4를 참조하여 설명했으므로, 여기에서는, 상세한 설명은 반복하지 않는다.
<H. 측정 수순>
이어서, 도 8을 참조하여, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(100A 내지 100F)(이하, 「측정 장치(100)」라고도 총칭한다)를 사용한 측정 수순에 대해서 설명한다.
먼저, 유저 또는 샘플 장전 장치 등이 샘플(SMP)을 세트한다(스텝 S1). 그리고, 측정 장치(100)는, 후술하는 바와 같은 포커스 조정을 실행한다(스텝 S2). 이 포커스 조정에 의해, 세트된 샘플(SMP)에 대한 대물 렌즈(12)의 상대 위치가 결정된다.
필요에 따라서, 관측광원(34)으로부터의 관측광을 샘플(SMP)에 조사함으로써, 샘플(SMP) 내의 목적의 측정 위치가 조정된다. 구체적으로는, 관측광원(34)으로부터의 관측광의 샘플(SMP)에의 조사가 온된다(스텝 S3). 그리고, 유저 또는 보조 장치가 샘플(SMP) 내의 목적의 측정 위치에 측정광이 조사되도록 샘플(SMP)의 위치를 조정한다(스텝 S4). 이 위치의 조정이 완료되면, 관측광원(34)으로부터의 관측광의 샘플(SMP)에의 조사가 오프된다(스텝 S5). 그리고, 측정 장치(100)는 후술하는 바와 같은 포커스 조정을 다시 실행한다(스텝 S6). 이 포커스 조정에 의해, 샘플(SMP) 내의 목적의 측정 위치에 대한 대물 렌즈(12)의 상대 위치가 결정된다.
이상의 처리가 완료되면, 측정 장치(100)에 의한 측정이 개시된다. 구체적으로는, 측정광원(30) 또는 측정광원(32)으로부터의 측정광이 샘플(SMP)에 조사되고, 그 샘플광이 분광기(60)에 의해 검출됨으로써, 샘플(SMP)로부터의 반사광에 대한 파장 스펙트럼이 검출된다(스텝 S7). 그리고, 정보 처리 장치(50)는 분광기(60)의 검출 결과(파장 스펙트럼)에 기초하여 각종 수치 해석 처리를 행하여(스텝 S8), 샘플(SMP)의 광학 특성을 출력한다(스텝 S9). 그리고, 일련의 처리는 종료된다.
또한, 동일한 샘플(SMP) 내의 다른 측정 위치를 측정하는 경우에는, 스텝 S4 이하의 처리가 반복된다. 또한, 포커스 조정(스텝 S2 및 S6), 및 샘플(SMP)의 위치 조정(스텝 S3 내지 S5)에 대해서는, 필요에 따라서 적절히 실행되는 것이며, 상황에 따라, 그 전부 또는 일부를 생략해도 된다.
<I. 샘플에 대한 포커스 조정>
이어서, 대물 렌즈의 샘플(SMP)에 대한 포커스 조정에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 측정 장치에서는, 샘플(SMP)에 조사되는 측정광의 상에 기초하여, 포커스 조정을 실시한다. 즉, 측정광 자체의 패턴을 포커스 상태인지 여부의 판단에 사용한다.
(i1: 포커스 조정의 개요)
도 9는 본 실시 형태에 따른 측정 장치부터 샘플에 조사된 측정광의 상태의 일례를 도시하는 도면이다. 도 9에는, 대물 렌즈가 샘플에 대하여 포커스되어 있는 상태에 대응하는 화상(200A) 및 대물 렌즈가 샘플에 대하여 포커스되어 있는 상태로부터 어긋나 있는 상태에 대응하는 화상(200B)을 나타낸다.
화상(200A)에서는, 측정광의 조사 스폿이 분명히 나타나 있는 데 반해, 화상(200B)에서는, 측정광의 조사 스폿이 흐릿하게 퍼져 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 측정 장치에서는, 이 측정광을 샘플에 조사하고 있는 상태를 카메라(28)로 촬상함과 함께, 그 촬상된 화상의 선예도에 기초하여, 포커스 조정을 실행한다. 즉, 본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 카메라(28)에 의해 관측된 상의 선예도에 기초하여 구동 기구(54)를 구동함으로써, 샘플(SMP)에 대한 대물 렌즈의 상대 위치를 결정하는 제어 로직을 포함한다. 본 실시 형태에 있어서는, 화상의 선예도의 일례로서, 콘트라스트를 포커스의 정도를 나타내는 값(FV: 포커스 밸류)으로 한다.
도 10에는, 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 대물 렌즈의 위치와 콘트라스트값의 관계의 일례를 나타낸다. 도 10을 참조하여, 샘플(SMP)에 대한 대물 렌즈의 상대 위치를 변화시킴으로써, FV(콘트라스트)는 어느 위치에서 피크로 된다. 이 FV가 피크로 되는 위치가 포커스 상태로 되는 위치(초점 위치)에 상당한다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치에서는, 포커스 조정을 보다 단시간에 완료하기 위해, 대물 렌즈를 이동시키면서, 카메라(28)로 소정 주기마다 촬상함으로써 화상을 취득한다. 그리고, 취득한 각 화상의 FV를 산출함으로써, 도 10에 도시하는 대물 렌즈의 위치에 대한 FV의 프로파일을 취득한다. 취득한 프로파일에 있어서, FV가 피크로 되는 위치를 특정함으로써, 대물 렌즈의 위치를 결정한다.
FV의 프로파일에 있어서의 피크 위치는, 미리 정해진 함수(예를 들어, 로렌츠 피크 함수 등)를 사용해서, 프로파일을 피팅함으로써, 보다 정확하게 결정할 수 있다. 혹은, 피크의 근방에만 주목하면, 이차함수를 사용해서 피팅함으로써, 보다 정확하게 결정할 수 있다. 이와 같이, 피팅을 사용함으로써 카메라(28)에 의한 촬상 피치를 촘촘하게 하지 않고, 초점 위치를 정확하게 결정할 수 있다. 또한, 카메라(28)에 의한 촬상 피치가 촘촘한 경우에도, 피크 부근은 값의 변화가 적어, 카메라(28)의 S/N(Signal to Noise)비의 제약으로 측정 정밀도를 향상시킬 수 없는 경우도 있으며, 이러한 경우에도, 피팅을 사용한 피크 위치의 결정은 유효하다.
구동 기구(54)에 의한 대물 렌즈를 포함하는 헤드부의 이동 속도는 일정하게 하고, 이 이동 속도에 대하여 충분히 촬상 속도가 높은 카메라(28)를 채용했다.
구동 기구(54)에 의한 대물 렌즈의 이동 속도가 높은 경우에는, 카메라(28)의 촬상에 의해 얻어진 화상의 전송 시간 및 구동 기구(54)의 위치를 취득하는 데 요하는 전송 시간 등을 무시할 수 없는 경우도 있다. 그로 인해, 포커스 조정을 더욱 높은 정밀도로 실현하기 위해서, 이하에 나타낸 바와 같은 포커스 조정 방법 중 어느 하나를 채용해도 된다.
(i2: 포커스 조정 방법(그 1))
포커스 조정 방법(그 1)은, 정보 처리 장치(50)가 위치 컨트롤러(52) 및 카메라(28)와 주고 받음으로써 포커스 조정을 행하는 경우의 처리 수순을 나타낸다.
도 11에는, 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 1)을 설명하기 위한 타임차트를 나타낸다. 도 12에는, 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 1)에 있어서 취득되는 경과 시간과 대물 렌즈의 위치의 관계를 나타낸다.
도 11을 참조하여, 포커스 조정 방법(그 1)에 있어서는, 정보 처리 장치(50)는 위치 컨트롤러(52) 및 카메라(28)의 양쪽에 스타트 트리거를 부여한다. 즉, 기준 시각(제로)에 있어서, 정보 처리 장치(50)는 카메라(28)에 대하여 촬상 개시 명령을 부여함과 함께, 위치 컨트롤러(52)에 대하여 이동 개시 명령을 부여한다. 이에 의해, 카메라(28)의 촬상 개시의 타이밍과, 위치 컨트롤러(52)의 이동 개시의 타이밍이 합치하게 된다. 정보 처리 장치(50)는 촬상 개시 명령을 부여한 시각을 기준 시각으로 해서 유지한다.
카메라(28)는 촬상 개시 명령을 받아, 소정 주기(촬상 주기 ΔTD)마다 촬상 동작을 행하여, 취득된 화상을 정보 처리 장치(50)로 전송한다. 촬상 개시 명령에 응답해서 촬상된 화상을 화상 0이라 하면, 그 이후의 화상 n은 기준 시각으로부터 촬상 주기 ΔTD×n만큼 경과한 타이밍에 취득되게 된다.
이 화상이 취득된 타이밍에 대응하는 대물 렌즈의 위치를 취득하기 위해서 위치 컨트롤러(52)는 카메라(28)에서의 촬상의 주기에 대응시켜서, 위치 컨트롤러(52)로부터 위치 정보를 취득한다. 이때, 취득되는 위치 정보는 전송 시간 등에 의해 지연 시간이 발생하므로, 정보 처리 장치(50)는 위치 정보를 요구한 시각(기준 시각으로부터의 경과 시간)과, 취득한 위치 정보를 관련지어 순차 저장한다. 취득한 시각과 위치 정보의 조에 대하여 1차 함수를 사용해서 피팅함으로써, 시각과 위치 정보의 관계를 결정한다.
도 12에는, 피팅 결과의 일례를 나타내며, 기준 시각으로부터의 경과 시간 t와, 대물 렌즈의 위치 p의 관계식 p=f(t)를 결정할 수 있다.
카메라(28)에 의해 취득된 화상으로부터 산출되는 FV의 프로파일 상의 피크를 탐색함과 함께, 탐색된 피크를 갖는 화상을 촬상한 시각(기준 시간으로부터의 경과 시간)을 결정한다. 그리고, 결정된 시각 t를 피팅 결과에 입력함으로써, 대물 렌즈의 위치를 결정할 수 있다. 혹은, 시각 t 대신에, 촬상의 매수(번호)를 사용해도 된다. 바꿔 말하면, 도 12에 나타내는 피팅 후의 관계식은, 각 촬상 타이밍에 있어서의 대물 렌즈의 위치를 나타내게 된다.
이러한 수순을 거침으로써, 정밀도가 높은 포커스 조정을 실현할 수 있다.
도 13에는, 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 1)의 처리 수순을 나타내는 흐름도를 나타낸다. 도 13에 나타내는 처리 수순은, 도 8에 나타내는 스텝 S2 및 스텝 S6의 보다 상세한 내용에 상당한다.
도 13을 참조하여, 포커스 조정이 지시되면, 정보 처리 장치(50)는 카메라(28)에 대하여 촬상 개시 명령을 부여함과 함께, 위치 컨트롤러(52)에 대하여 이동 개시 명령을 부여한다(스텝 S11). 그러면, 카메라(28)는 소정의 촬상 주기로 반복 촬상을 실행한다. 또한, 구동 기구(54)는 대물 렌즈의 소정의 이동 속도로의 이동을 개시시킨다.
정보 처리 장치(50)는 카메라(28)의 촬상 주기와 동일한 주기로, 위치 컨트롤러(52)로부터의 위치 정보의 취득을 반복한다(스텝 S12). 이때, 정보 처리 장치(50)는 위치 컨트롤러(52)에 대하여 위치 정보를 요구한 시각과 대응지어, 취득한 위치 정보를 저장한다. 이 위치 컨트롤러(52)로부터의 위치 정보의 취득은, 대물 렌즈가 이동 완료 위치에 도달될 때까지의 동안(스텝 S13에 있어서 아니오), 반복된다.
대물 렌즈가 이동 완료 위치에 도달하면(스텝 S13에 있어서 예), 정보 처리 장치(50)는 카메라(28)에 대하여 촬상 종료 명령을 부여함과 함께, 위치 컨트롤러(52)에 대하여 이동 종료 명령을 부여한다(스텝 S14).
정보 처리 장치(50)는 스텝 S12에 있어서 취득한 위치 정보 및 대응하는 시각에 기초하여, 도 12에 도시한 바와 같은, 시각과 위치 정보의 관계를 결정한다(스텝 S15). 그리고, 정보 처리 장치(50)는 스텝 S12에 있어서 카메라(28)에 의해 촬상된 각각의 화상으로부터 FV(콘트라스트)를 각각 산출하고, FV의 프로파일을 취득한다(스텝 S16). 그리고, FV의 프로파일에 대한 피팅 처리를 실행하여, FV의 피크 위치(피크를 발생시킨 화상 번호)를 결정한다(스텝 S17). 또한, 정보 처리 장치(50)는 스텝 S15에 있어서 결정한 시각과 위치 정보의 관계를 참조하여, 스텝 S17에 있어서 결정한 FV의 피크 위치에 대응하는 대물 렌즈의 위치를 결정한다(스텝 S18). 최종적으로, 정보 처리 장치(50)는 스텝 S18에 있어서 결정한 대물 렌즈의 위치에 기초하여, 구동 기구(54)에 대하여 위치 명령을 부여한다(스텝 S19).
이상과 같은 처리 수순에 의해, 대물 렌즈의 포커스 조정은 완료된다.
(i3: 포커스 조정 방법(그 2))
상술한 포커스 조정 방법(그 1)에서는, 정보 처리 장치(50)가 카메라(28) 및 위치 컨트롤러(52)에 대하여 각각 명령을 부여하는 구성예를 나타냈지만, 위치 컨트롤러(52)와 카메라(28)를 관련지음으로써, 보다 정확한 촬상 위치를 제어하도록 해도 된다.
포커스 조정 방법(그 2)에서는, 위치 컨트롤러(52)로부터 카메라(28)에 대하여, 촬상 명령을 부여하기 위한 트리거 선이 설치된다. 위치 컨트롤러(52)는 소정의 이동량마다, 카메라(28)에 대하여 촬상을 위한 트리거를 부여한다. 이에 의해, 카메라(28)에 의해 각각 촬상된 화상과, 대응하는 대물 렌즈의 위치를 보다 정확하게 관련지을 수 있다. 이에 의해, 포커스 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 14에는, 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 포커스 조정 방법(그 2)의 처리 수순을 나타내는 흐름도를 나타낸다. 도 14에 도시하는 처리 수순은, 도 8에 나타내는 스텝 S2 및 스텝 S6의 보다 상세한 내용에 상당한다.
도 14를 참조하여, 포커스 조정이 지시되면, 정보 처리 장치(50)는 위치 컨트롤러(52)에 대하여 포커스 조정 개시 명령을 부여한다(스텝 S21). 그러면, 구동 기구(54)는 대물 렌즈의 소정의 이동 속도로의 이동을 개시시킴과 함께, 소정의 이동량마다 카메라(28)에 대하여 촬상 명령을 부여한다.
대물 렌즈가 이동 완료 위치에 도달하면(스텝 S22에 있어서 예), 정보 처리 장치(50)는 위치 컨트롤러(52)에 대하여 포커스 조정 종료 명령을 부여한다(스텝 S23).
정보 처리 장치(50)는 스텝 S21에 있어서 카메라(28)에 의해 촬상된 각각의 화상으로부터 FV(콘트라스트)를 각각 산출하고, 각각의 화상에 대응하는 위치에 관련지어 FV의 프로파일을 취득한다(스텝 S24). 그리고, FV의 프로파일에 대한 피팅 처리를 실행하여, FV의 피크 위치(대물 렌즈의 위치)를 결정한다(스텝 S25). 또한, 정보 처리 장치(50)는 스텝 S25에 있어서 결정한 대물 렌즈의 위치에 기초하여, 구동 기구(54)에 대하여 위치 명령을 부여한다(스텝 S26).
이상과 같은 처리 수순에 의해, 대물 렌즈의 포커스 조정은 완료된다.
(i4: 탐색 수순)
포커스 조정에 의한 초점 위치의 탐색은, 한번에 완료해도 되지만, 보다 정밀도를 높이기 위해서는, 복수회에 걸쳐 탐색하도록 해도 된다. 복수회에 걸쳐 초점 위치를 탐색하는 경우의 처리에 대해서 설명한다.
도 15에는, 본 실시 형태에 따른 측정 장치에 있어서의 초점 위치의 탐색 수순을 설명하기 위한 모식도를 나타낸다. 초점 위치의 탐색은, 샘플(SMP)에 대한 대물 렌즈(12)의 작동 거리를 고려하면, 샘플(SMP)로부터 먼 곳으로부터 접근하도록 행하는 것이 바람직하다. 도 15를 참조하여, 제1회째의 초점 위치의 탐색에 있어서는, 대물 렌즈가 샘플(SMP)에 대하여 가장 먼 위치로부터 접근하는 방향으로 이동하여, 초점 위치가 존재한다고 추정되는 위치를 통과 후, 충분히 이동하고 나서 정지한다. 이 1회째의 탐색에 의해 얻어진 FV의 프로파일에 기초하여, 2회째의 이동 범위가 결정된다. 구체적으로는, 1회째의 탐색에 의해 결정된 피크 위치를 기준으로 해서, 샘플(SMP)로부터 어느 정도 떨어진 위치까지가 탐색 범위로서 결정된다. 그리고, 2회째의 탐색을 실행한다. 2회째의 탐색에서는, 1회째의 탐색에 비교해서 대물 렌즈의 이동 속도를 낮게 하여, 즉 촬상 간격을 보다 짧게 해서 촬상을 행한다. 그리고, 2회째의 탐색에 의해 얻어진 FV의 프로파일에 기초하여, 3회째의 이동 범위가 결정된다. 이하, 마찬가지 수순을 소정 횟수, 또는 미리 정해진 조건이 만족될 때까지 반복함으로써 초점 위치를 결정한다.
<J. 광학 경로의 조정 방법>
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 대물 렌즈로부터 수광부인 분광기까지의 광학 경로를 정확하게 조정할 필요가 있다. 이하, 이 광학 경로의 조정 방법에 대해서 설명한다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 측정 장치의 광학 경로의 조정 수순을 나타내는 흐름도이다. 도 16에는, 도 5에 도시하는 측정 장치(100D)를 구성하는 광학 컴포넌트의 조정 수순을 나타낸다.
도 16을 참조하여, 먼저, 샘플(SMP)의 평탄도를 조정한다(스텝 S100). 구체적으로는, 빔 스플리터(22)를 초기 위치에 설정함과 함께, 조정용 레이저로부터의 광을 빔 스플리터(22)에 입사시켜서, 샘플(SMP)이 배치되는 위치에 투영한다. 이 투영 상태에 기초하여, 샘플(SMP)을 배치하는 위치의 평탄도를 조정한다.
계속해서, 투광축 및 수광축을 조정한다(스텝 S101). 구체적으로는, 초기 위치에 설정되어 있는 빔 스플리터(22)에 대하여, 광원측 및 분광기측 각각으로부터 조정용 레이저로부터의 광을 입사시키고, 각각의 광이 샘플(SMP)의 동일한 위치에 입사되도록, 각각의 광학 경로를 조정한다.
계속해서, 곡면 미러(20) 및 절곡 미러(21)를 조정한다(스텝 S102). 구체적으로는, 조정용 레이저로부터의 광을 빔 스플리터(22)에 입사시켜서, 샘플(SMP)의 소정 위치에 투영되도록, 곡면 미러(20) 및 절곡 미러(21)의 각도 및 위치를 조정한다.
최종적으로, 대물 렌즈의 위치 및 이동축을 조정한다(스텝 S103). 구체적으로는, 조정용 레이저로부터의 광을 빔 스플리터(22)에 입사시켜서, 대물 렌즈를 이동시켜도, 그 샘플(SMP) 상의 투영 위치가 변화되지 않도록, 대물 렌즈의 위치 및 이동축의 각도를 조정한다.
이상과 같은 수순에 의해, 측정 장치의 광학 컴포넌트에 의해 적절한 광학 경로를 구성할 수 있다.
<K. 효과 확인>
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 대물 렌즈를 포함하는 헤드부를 이동시키기만 하면, 샘플(SMP)에 대한 포커스 조정이 가능하다. 이 헤드부의 이동에 의한 포커스 조정의 효과에 대해서, 확인한 실험 결과를 이하에 나타낸다. 이하에 나타내는 실험 결과는, 도 5에 도시하는 측정 장치(100D)를 사용하여 측정한 것이다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 측정 장치의 대물 렌즈의 위치를 복수로 다르게 해서 취득된 파장마다의 상대 반사율의 측정 결과예를 나타낸다. 대물 렌즈의 위치의 변화에 대응시켜서, 샘플(SMP)의 높이도 변화시켜서 측정을 행하였다. 측정한 상대 반사율은, 300㎚부터 100㎚마다 800㎚까지의 합계 6 파장을 대상으로 했다.
도 17에 나타내는 측정 결과예에 따르면, 어느 파장에 대해서도, 대물 렌즈의 위치에 영향을 받지 않고, 대략 동일한 상대 반사율을 나타내고 있다. 이것은, 대물 렌즈를 포함하는 헤드부를 이동시켜서 포커스 조정을 행할 때에, 샘플(SMP)로부터의 상대 거리가 변화되어도, 포커스 조정 및 측정 결과에는 영향을 받기 어려운 것이 나타나 있다.
도 18은 본 실시 형태에 따른 측정 장치에서의 포커스 조정을 실행한 후에 측정되는 반사율 스펙트럼의 측정 결과예를 나타낸다. 도 18에는, 5회의 포커스 조정을 각각 실행한 후에 얻어진 반사율 스펙트럼을 나타낸다.
도 18에 나타내는 측정 결과예에 따르면, 어느 포커스 조정에 있어서도, 정밀도가 높은 포커스 조정을 실현할 수 있음과 함께, 넓은 파장 범위에 걸쳐서, 안정되게 측정이 가능한 것을 알 수 있다.
<L. 이점>
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 샘플로부터의 측정광을 평행광으로 변환하는 대물 렌즈와, 대물 렌즈로부터의 평행광을 반사함으로써 수렴광으로 변환하는 반사형 렌즈의 조합으로 이루어지는 새로운 광학계를 채용한다. 평행광의 광축을 따라 대물 렌즈를 이동시킴으로써, 샘플에 대한 포커스 조정을 행할 수 있다.
그로 인해, 비교적 큰 샘플을 측정할 필요가 있는 경우에도, 샘플을 이동시킬 필요가 없다. 즉, 대물 렌즈만의 이동으로 포커스 조정이 가능한 현미경 광학계를 실현할 수 있다. 대물 렌즈 및 그 구동 기구를 포함하는 포커스 기구를 헤드부로서 패키지화할 수도 있다. 이러한 헤드부를 채용함으로써, 장치 크기가 콤팩트화될 수 있다. 또한, 이러한 헤드부는 다른 광학 유닛 또는 측정 유닛과 용이하게 조합할 수 있어, 확장성을 높일 수 있다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 대물 렌즈 및 반사형 렌즈의 양쪽을 반사 광학계만으로 실현할 수도 있고, 이 경우에는, 색수차의 영향을 실질적으로 무시할 수 있다. 또한, 대물 렌즈만 굴절형 렌즈를 채용한 경우에도, 종래의 구성에 비교해서, 색수차의 영향을 대폭으로 억제할 수 있다.
그로 인해, 샘플로부터 수광부까지의 광학 경로를 반사 광학계에서 실현하기 위해, 실질적으로 색수차의 영향을 받지 않고, 자외 영역, 가시 영역, 적외 영역을 포함하는 넓은 파장 범위에 관한 스펙트럼의 측정 및 측정한 스펙트럼 등에 대한 수치 해석에 의한 광학 특성을 계측할 수 있다. 그로 인해, 여러가지 광학 특성의 측정이 가능해져서, 범용성을 높일 수 있다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 반사형 렌즈를 결상 렌즈에 사용함과 함께, 반사형 렌즈로부터 결상 렌즈까지의 광학 경로 상에 절곡 미러를 배치할 수도 있다. 이러한 절곡 미러를 채용함으로써, 컴포넌트를 3차원 배치할 수 있어, 장치 크기의 콤팩트화를 보다 용이하게 실현할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 반사 대물 렌즈를 채용할 수도 있다. 반사 대물 렌즈는 간단한 구성이면서, 대물 렌즈 및 결상 렌즈의 양쪽에 있어서 색수차의 발생이 없으므로, 측정 정밀도를 더욱 높일 수 있다.
반사 대물 렌즈로서, 카세그레인형 반사 대물 렌즈를 채용함으로써, 고배율, 컴팩트, 긴 작동 거리 등의 이점을 갖는 반사 광학계를 실현할 수 있다. 혹은, 반사 대물 렌즈로서, 곡면 미러와, 절곡 미러를 조합해서 구성되는 축 어긋남 반사 대물 렌즈를 채용함으로써, 저배율, 긴 작동 거리, 긴 초점 심도 등의 이점을 갖는 간소화된 구성의 반사 광학계를 실현할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 측정광 자체의 패턴(상)에 기초하여 포커스 조정을 행할 수 있으므로, 실제의 측정에 사용하는 측정광의 포커싱 상태를 확실하게 확인할 수 있다. 또한, 종래의 구성과 같이, 레티클 패턴을 투영할 필요가 없으므로, 관측 시의 시야가 방해받는 일은 없다.
또한, 측정광 자체의 패턴(상)의 선예도(콘트라스트)에 기초하여 포커스 조정을 행하므로, 비교적 간이한 구성을 유지하면서, 보다 정밀도가 높은 포커스 조정을 실현할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 대물 렌즈의 위치를 변화시키면서, 측정광 자체의 패턴(상)을 순차 취득함으로써, 포커싱 위치를 탐색할 수 있다. 이때, 카메라로부터의 화상 전송에 어느 정도의 지연 시간이 존재하더라도 보정 가능한 알고리즘을 채용하기 때문에, 포커싱 위치를 고정밀도로 결정할 수 있다. 또한, FV의 프로파일에 포함되는 피크를 피팅법에 의해 결정하므로, 어떠한 외란이 발생해도, 정확한 피크 위치를 특정할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 전환 미러를 설치하여, 애퍼쳐로부터 출력되는 시야가 좁은 측정광과 시야가 넓은 관측광을 전환할 수 있다. 측정광과 관측광의 전환에 의해, 정확한 측정과 시야 범위가 넓은 관측상의 취득을 양립시킬 수 있다.
측정광을 발생시키는 광원의 종류를 구분지어 사용함으로써, 측정광이 샘플에 포커싱하고 있는 상태 및 측정광의 포커싱 위치가 샘플로부터 충분히 이격되어 있는 상태(핀트가 충분히 흐릿하게 되어 있는 상태)를 모두 실현할 수 있다. 이에 의해, 측정광을 샘플의 특성에 따라 적합한 상태에서 조사할 수 있고, 이에 의해, 포커스 상태에 영향을 받지 않고, 보다 적절한 측정이 가능해진다.
상술한 설명에 의해, 본 실시 형태에 따른 광학 특성 측정 장치 및 광학계에 관한 그 이외의 이점에 대해서는 명백해질 것이다.
본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적이지 않다고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
2 : 샘플광
4 : 평행광
6 : 수렴광
10 : 헤드부
12 : 대물 렌즈
13 : 반사 대물 렌즈
13a : 볼록면 반사경
13b : 오목면 반사경
20, 40 : 곡면 미러
21 : 절곡 미러
22, 24, 42 : 빔 스플리터
26 : 결상 렌즈
28 : 카메라
30, 32 : 측정광원
34 : 관측광원
44 : 전환 미러
46 : 애퍼쳐
50 : 정보 처리 장치
52 : 위치 컨트롤러
54 : 구동 기구
60 : 분광기
100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F : 측정 장치
200A, 200B : 화상
SMP : 샘플
4 : 평행광
6 : 수렴광
10 : 헤드부
12 : 대물 렌즈
13 : 반사 대물 렌즈
13a : 볼록면 반사경
13b : 오목면 반사경
20, 40 : 곡면 미러
21 : 절곡 미러
22, 24, 42 : 빔 스플리터
26 : 결상 렌즈
28 : 카메라
30, 32 : 측정광원
34 : 관측광원
44 : 전환 미러
46 : 애퍼쳐
50 : 정보 처리 장치
52 : 위치 컨트롤러
54 : 구동 기구
60 : 분광기
100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F : 측정 장치
200A, 200B : 화상
SMP : 샘플
Claims (10)
- 피측정물로부터의 측정광을 평행광으로 변환하는 제1 광학 소자와,
상기 제1 광학 소자로부터의 평행광을 반사함으로써 수렴광으로 변환하는 반사형 렌즈와,
상기 반사형 렌즈로부터의 수렴광을 수광하는 수광부와,
상기 피측정물에 대한 상기 제1 광학 소자의 상대 위치를 변화시키는 구동 기구를 구비하는, 광학 특성 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 광학 소자와 상기 반사형 렌즈 사이의 광학 경로 상에 배치되며, 상기 제1 광학 소자로부터의 평행광을 반사함으로써 전반 방향을 변화시키는 제2 광학 소자를 더 구비하는, 광학 특성 측정 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 광학 소자는 각각의 중심축이 상기 평행광의 광축과 일치하도록 배치된 볼록면 반사 미러 및 오목면 반사 미러의 조를 포함하는, 광학 특성 측정 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 광학 소자는 상기 반사형 렌즈에 대응지어 배치되는 곡면 미러와, 당해 곡면 미러와 조합되는 절곡 미러를 포함하는, 광학 특성 측정 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수광부는 상기 반사형 렌즈로부터 수광한 광에 포함되는 파장 스펙트럼을 출력하는, 광학 특성 측정 장치. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 피측정물에 조사하는 측정광을 발생시키는 제1 광원과,
상기 반사형 렌즈로부터 상기 수광부까지의 광학 경로 상에 배치됨과 함께, 상기 제1 광원과 광학적으로 접속되는 빔 스플리터를 더 구비하는, 광학 특성 측정 장치. - 제6항에 있어서,
적어도 가시 영역을 파장 성분에 포함하는 관측광을 발생시키는 제2 광원을 더 구비하고,
상기 제1 광원은, 상기 피측정물로부터 측정해야 할 광학 특성에 따른 파장 성분을 포함하는 상기 측정광을 발생시키는, 광학 특성 측정 장치. - 제7항에 있어서,
상기 피측정물에 조사되는 측정광의 상을 관측하는 관측 수단을 더 구비하는, 광학 특성 측정 장치. - 제8항에 있어서,
상기 관측 수단에 의해 관측된 상의 선예도에 기초하여 상기 구동 기구를 구동함으로써, 상기 피측정물에 대한 상기 제1 광학 소자와 상대 위치를 결정하는 제어 수단을 더 구비하는, 광학 특성 측정 장치. - 피측정물로부터의 측정광을 평행광으로 변환하는 제1 광학 소자와,
상기 제1 광학 소자로부터의 평행광을 반사함으로써 수렴광으로 변환하는 반사형 렌즈와,
상기 반사형 렌즈로부터의 수렴광을 수광하는 수광부를 구비하는, 광학계.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2015-253670 | 2015-12-25 | ||
| JP2015253670A JP6887751B2 (ja) | 2015-12-25 | 2015-12-25 | 光学特性測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170077026A true KR20170077026A (ko) | 2017-07-05 |
| KR102088650B1 KR102088650B1 (ko) | 2020-03-16 |
Family
ID=59010686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160164305A KR102088650B1 (ko) | 2015-12-25 | 2016-12-05 | 광학 특성 측정 장치 및 광학계 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10120177B2 (ko) |
| JP (1) | JP6887751B2 (ko) |
| KR (1) | KR102088650B1 (ko) |
| CN (1) | CN106990052B (ko) |
| DE (1) | DE102016124191B4 (ko) |
| TW (1) | TWI699523B (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101938110B1 (ko) * | 2018-06-05 | 2019-04-11 | 한국기초과학지원연구원 | 다중 모드 열영상 측정 장치 및 이의 동작 방법 |
| KR102527870B1 (ko) * | 2022-11-07 | 2023-05-02 | 국방과학연구소 | 위성체 기준 좌표계 설정 방법 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019074361A1 (en) * | 2017-10-09 | 2019-04-18 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepastnatuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | REFOCUSING DEVICE |
| US10782515B2 (en) * | 2017-10-24 | 2020-09-22 | Olympus Corporation | Microscope system, observation method, and computer-readable recording medium |
| CN107966424B (zh) * | 2017-11-02 | 2020-06-30 | 浙江大学 | 一种基于反望远***和自由曲面反射的侧向成像方法及装置 |
| CN111656222A (zh) * | 2018-01-26 | 2020-09-11 | 深圳源光科技有限公司 | 光检测器 |
| US10247910B1 (en) | 2018-03-14 | 2019-04-02 | Nanotronics Imaging, Inc. | Systems, devices and methods for automatic microscopic focus |
| US10146041B1 (en) | 2018-05-01 | 2018-12-04 | Nanotronics Imaging, Inc. | Systems, devices and methods for automatic microscope focus |
| JP2020086152A (ja) * | 2018-11-27 | 2020-06-04 | オムロン株式会社 | 検査システム、検査方法およびプログラム |
| JP7265248B2 (ja) * | 2019-02-15 | 2023-04-26 | 日本分光株式会社 | 自動サンプル検出機能を有する顕微分光装置 |
| JP7492881B2 (ja) * | 2020-08-03 | 2024-05-30 | 株式会社日本マイクロニクス | 測定システムおよび測定方法 |
| US20220137380A1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Kla Corporation | Reflective compact lens for magneto-optic kerr effect metrology system |
| JP2023160428A (ja) * | 2022-04-22 | 2023-11-02 | 横河電機株式会社 | 情報処理装置、情報処理システム、情報処理方法および情報処理プログラム |
| CN117348225A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-01-05 | 成都丹诺迪医疗科技有限公司 | 显微装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050270611A1 (en) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Hamamatsu Photonics K.K. | Microscope system |
| US20080285026A1 (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-20 | Otsuka Electronics Co., Ltd. | Optical characteristic measuring apparatus and measuring method using light reflected from object to be measured |
| US20120281516A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-08 | Jin-Ho Jung | Optical pickup and optical information storage medium system using the same |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58200209A (ja) * | 1982-05-19 | 1983-11-21 | Olympus Optical Co Ltd | 走査型分光分析顕微鏡 |
| CN2219496Y (zh) * | 1994-04-07 | 1996-02-07 | 浙江大学 | 透反射集光式漫反射光谱分析测量仪 |
| US5581085A (en) * | 1995-03-06 | 1996-12-03 | Spectra-Tech, Inc. | Infrared microspectrometer accessory |
| JPH1138299A (ja) * | 1997-07-18 | 1999-02-12 | Komatsu Ltd | 共焦点光学系の調整方法 |
| JP4097761B2 (ja) | 1998-03-02 | 2008-06-11 | オリンパス株式会社 | 自動焦点顕微鏡及び自動合焦検出装置 |
| WO2001020252A1 (en) | 1999-09-16 | 2001-03-22 | On-Line Technologies, Inc. | Method and apparatus for performing optical measurements of layers and surface properties |
| JP4013868B2 (ja) * | 2003-04-11 | 2007-11-28 | 株式会社島津製作所 | 蛍光検出装置 |
| EP2722702A3 (en) * | 2003-05-06 | 2014-07-23 | Nikon Corporation | Projection optical system, and exposure apparatus and exposure method |
| US20050067061A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-03-31 | General Electric Company | Nickel-based braze alloy compositions and related processes and articles |
| JP4654003B2 (ja) * | 2004-11-09 | 2011-03-16 | 株式会社栃木ニコン | 測定装置 |
| CN101672801B (zh) * | 2009-09-23 | 2011-04-06 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 具有缺陷分类能力的硅片表面缺陷检测仪及缺陷分类方法 |
| JPWO2013146365A1 (ja) * | 2012-03-29 | 2015-12-10 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 蛍光検出装置 |
| JP2013224892A (ja) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | Olympus Corp | 顕微分光反射率測定機 |
| JP2013228328A (ja) * | 2012-04-26 | 2013-11-07 | Jfe Steel Corp | 表面検査装置および表面検査方法 |
| WO2014117782A1 (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-07 | Danmarks Tekniske Universitet | Infrared up-conversion microscope |
| JP6123460B2 (ja) * | 2013-04-26 | 2017-05-10 | 株式会社ジェイテクト | 光学非破壊検査装置及び光学非破壊検査方法 |
| US9804029B2 (en) * | 2014-03-05 | 2017-10-31 | Hitachi High-Technologies Corporation | Microspectroscopy device |
-
2015
- 2015-12-25 JP JP2015253670A patent/JP6887751B2/ja active Active
-
2016
- 2016-11-15 TW TW105137195A patent/TWI699523B/zh active
- 2016-11-29 US US15/363,473 patent/US10120177B2/en active Active
- 2016-12-05 KR KR1020160164305A patent/KR102088650B1/ko active IP Right Grant
- 2016-12-13 DE DE102016124191.1A patent/DE102016124191B4/de active Active
- 2016-12-15 CN CN201611160666.9A patent/CN106990052B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050270611A1 (en) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Hamamatsu Photonics K.K. | Microscope system |
| US20080285026A1 (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-20 | Otsuka Electronics Co., Ltd. | Optical characteristic measuring apparatus and measuring method using light reflected from object to be measured |
| US20120281516A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-08 | Jin-Ho Jung | Optical pickup and optical information storage medium system using the same |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101938110B1 (ko) * | 2018-06-05 | 2019-04-11 | 한국기초과학지원연구원 | 다중 모드 열영상 측정 장치 및 이의 동작 방법 |
| WO2019235908A1 (ko) * | 2018-06-05 | 2019-12-12 | 한국기초과학지원연구원 | 다중 모드 열영상 측정 장치 및 이의 동작 방법 |
| US11300454B2 (en) | 2018-06-05 | 2022-04-12 | Korea Basic Science Institute | Multi-mode thermal imaging device and operation method thereof |
| KR102527870B1 (ko) * | 2022-11-07 | 2023-05-02 | 국방과학연구소 | 위성체 기준 좌표계 설정 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102016124191A1 (de) | 2017-06-29 |
| TW201732261A (zh) | 2017-09-16 |
| US20170184833A1 (en) | 2017-06-29 |
| KR102088650B1 (ko) | 2020-03-16 |
| TWI699523B (zh) | 2020-07-21 |
| CN106990052B (zh) | 2021-07-27 |
| JP2017116459A (ja) | 2017-06-29 |
| JP6887751B2 (ja) | 2021-06-16 |
| CN106990052A (zh) | 2017-07-28 |
| DE102016124191B4 (de) | 2023-05-04 |
| US10120177B2 (en) | 2018-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102088650B1 (ko) | 광학 특성 측정 장치 및 광학계 | |
| KR101982363B1 (ko) | 조명 제어 | |
| US6992779B2 (en) | Interferometer apparatus for both low and high coherence measurement and method thereof | |
| KR101423338B1 (ko) | 피측정물로부터의 반사광을 이용하는 광학 특성 측정 장치 및 광학 특성 측정 방법 | |
| CN108604005B (zh) | 光片显微镜和用于样品的光学显微成像的方法 | |
| JP5172204B2 (ja) | 光学特性測定装置およびフォーカス調整方法 | |
| EP2315065B1 (en) | Microscope | |
| JP7044272B2 (ja) | レンズ屈折率測定装置およびその測定方法 | |
| KR20170021925A (ko) | 계측을 위한 광학계 대칭화 | |
| JP5820729B2 (ja) | 光束分岐素子、およびマスク欠陥検査装置 | |
| TWI574072B (zh) | 自動對焦系統及其對焦方法 | |
| JP2009180554A (ja) | 干渉計、測定方法及び光学素子の製造方法 | |
| JP2022518950A (ja) | 顕微鏡用の光学システム | |
| JP6751830B1 (ja) | フォーカスとアライメントのために２つの動作をするレチクルプロジェクタを備えたビデオ測定システム | |
| JP2010091468A (ja) | 収差測定装置 | |
| JP2007327904A (ja) | 反射率測定装置 | |
| US8108942B2 (en) | Probe microscope | |
| JP2008107274A (ja) | 焦点位置測定装置 | |
| JP2012141452A (ja) | 自動合焦機構および顕微鏡装置 | |
| JP2010145161A (ja) | 形状測定装置 | |
| CN116107074A (zh) | 基于声光调制器的过焦扫描显微***及测量方法 | |
| JP2005009977A (ja) | 光学系偏心測定装置及び光学系偏心測定方法 | |
| JP5858680B2 (ja) | 眼科装置 | |
| JP2006243273A (ja) | 自動焦点顕微鏡 | |
| JP2006154098A (ja) | 観察光学装置及び顕微鏡 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |