JPH04107217U - 微分干渉顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価で、しかも、簡単な操作で測定範囲を拡
大できる微分干渉顕微鏡を提供する。 【構成】 光源２１、ポラライザ２２、１／４波長板２
３、ハーフミラー２４、ノマルスキープリズム、対物レ
ンズ３４Ａ、アナライザ２６から構成される微分干渉顕
微鏡において、前記ノマルスキープリズムを取り付けた
スライドプレート４２Ａを段階的にスライドさせるスラ
イド手段を有する微分干渉ユニット３３Ａを設ける。高
価な鋭敏色板を用いなることなく、簡単な操作で多くの
干渉色を選択できるから、測定範囲を拡大できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、微分干渉顕微鏡に関する。詳しくは、光源から出射される照明光を 偏光素子を介して二光束に分光して被測定物に照射するとともに、ポラライザの 回転により背景色を変化させながら被測定物の微小傾斜面の角度などを干渉色の 違いにより測定する微分干渉顕微鏡に関する。

【０００２】

【背景技術】

高集積化された半導体基板などには、一般にマイクロメータオーダの微小傾斜 面を有する溝や孔などが存在する。これらの微小傾斜面の角度、微小段差や凹凸 の高さなどを測定する光学装置として、背景色を変化させながらその微小傾斜面 などを色の違いにより求める微分干渉顕微鏡が利用されている。

【０００３】 この種の微分干渉顕微鏡の中には、光源と、この光源から出射される照明光を 二光束に分光して被測定物に照射する偏光素子、例えば、ノマルスキープリズム と、前記光源から出射された照明光の波長を回転子の回転によって正、負それぞ れ１／４波長ずつ計１／２波長ずらして背景色を変化させるポラライザと、測定 の倍率を変更させる対物レンズとを含んで構成されるものが知られている。

【０００４】 この微分干渉顕微鏡によって例えば被測定物の微小傾斜面の角度を微分干渉測 定するには、所定の倍率の対物レンズを選択した後、ポラライザの回転子を回転 させて背景色を変化させる。すると、この場合には、背景色が黒色から灰色に変 化するから、背景色（被測定物の平坦面の色）と被測定物の微小傾斜面の色とが 明瞭に色分けできる段階でその色に基づいて傾斜角度を演算で求めることができ る。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の微分干渉顕微鏡では、ポラライザの回転子の回転によっ て背景色を変化させているものの、ポラライザの回転子の回転では１／２波長し かずれないので、選択できる干渉色の色幅が狭いという問題がある。つまり、色 の選択に基づく測定範囲が狭いという問題がある。

【０００６】 そこで、この色幅を広げる方法としては、例えば、測定ポイントを１波長ずら すことができる鋭敏色板を挿入する方法が知られている。しかし、この方法では 、鋭敏色板自体が高価であるから、微分干渉顕微鏡のコストを上昇させる。しか も、鋭敏色板を挿入すると、測定ポイントが１波長ずれるので、ポラライザの回 転によって視認できる範囲は３／４〜５／４波長となり、１／４〜３／４波長の 間は視認不能（０〜１／４波長の範囲はポラライザの回転子を回転させることに よって得られる。）となる不都合が生じる。

【０００７】 また、測定ポイントを１／２波長ずらすことができる鋭敏色板を挿入し、ポラ ライザの回転と組み合わせても、０〜３／４波長までしか視認することができず 、結局、０〜５／４波長の範囲を視認可能とするためには１／２波長の鋭敏色板 と１波長の鋭敏色板との２つが必要となる。これは、上述したように鋭敏色板自 体が高価であるから、これを２つも使用することは実用的でなく、また、測定作 業も煩雑となる欠点がある。

【０００８】 ここに、本考案の目的は、従来の欠点を解決すべくなされたもので、高価な鋭 敏色板を用いることなく、簡単な操作で多くの干渉色を選択できる微分干渉顕微 鏡を提供することにある。つまり、安価で、しかも、簡単な操作で、測定範囲を 拡大できる微分干渉顕微鏡を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

そのため、本考案の微分干渉顕微鏡は、光源、ポラライザおよび偏光素子を含 み、前記光源から出射される照明光を前記偏向素子を介して二光束に分光して被 測定物に照射するとともに、前記ポラライザの回転により背景色を変化させなが ら被測定物の微小傾斜面の角度などを干渉色の違いにより測定する微分干渉顕微 鏡において、前記偏光素子を段階的に変位させるスライド手段を有する微分干渉 ユニットを設けたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】

微分干渉ユニットのスライド手段をスライドさせると、偏光素子が段階的に変 位されるため、光の波長が変化される。例えば、光の波長が１／４波長ずつ０波 長から１波長まで変化するとすれば、スライド手段によって偏光素子を段階的に 変位させ、その各段階において、ポラライザを回転（例えば、１／２波長変化） させれば、測定ポイントを０〜５／４波長まで連続的に変化させることができる 。従って、鋭敏色板を用いることなく、簡単な操作で多くの干渉色を選択できる から、安価で、しかも、簡単な操作で、測定範囲を拡大できる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案に係る微分干渉顕微鏡について好適な実施例を挙げ、添付の図面 を参照しながら詳細に説明する。

【００１２】 図１は本実施例の微分干渉顕微鏡を示している。同図において、１１は本体で 、側面から見てコ字形形状に形成されている。つまり、側面から見てベース部１ １Ａ、コラム部１１Ｂおよびアーム部１１Ｃを有するコ字形形状に形成されてい る。ベース部１１Ａには、載物台１２がＺ方向へ昇降自在に設けられている。載 物台１２は、ベース部１１Ａの一側に設けられた昇降つまみ１３の回動操作に基 づきＺ方向へ昇降されるとともに、ＸおよびＹ方向へそれぞれ移動可能に設けら れたＸテーブル１４ＡおよびＹテーブル１４Ｂから構成されている。

【００１３】 これらＸテーブル１４ＡおよびＹテーブル１４Ｂにはそれぞれ粗動ピン１５Ａ ，１５Ｂが突設されている。また、Ｙテーブル１４Ｂの下方一側には、各テーブ ル１４Ａ，１４Ｂをそれぞれの方向へ微動させる微動つまみ１６Ａ，１６Ｂが設 けられている。従って、各粗動ピン１５Ａ，１５Ｂを指で持って操作すれば、各 テーブル１４Ａ，１４ＢをＸ方向およびＹ方向へそれぞれ大きく移動させること ができ、かつ、各微動つまみ１６Ａ，１６Ｂを回動操作すれば、各テーブル１４ Ａ，１４ＢをＸ方向およびＹ方向へそれぞれ微動させることができる。なお、Ｘ テーブル１４Ａ上には、微小傾斜面を有す被測定物Ｗが載置される。

【００１４】 前記アーム部１１Ｃには、その基端部側に照明光Ｌを出射する光源２１が、先 端部側にレボルバ２５および載物台１２上の被測定物Ｗの像を視認する接眼レン ズ鏡筒２７などがそれぞれ設けられているとともに、内部に明暗視野観察や微分 干渉観察に必要な光学系が内蔵されている。レボルバ２５は、アーム部１１Ｃの 先端部下面側に図示しないねじなどを介して着脱自在に取り付けられている。接 眼レンズ鏡筒２７の近傍には、必要に応じてＣＣＤカメラ２８が取り付けられる 。ＣＣＤカメラ２８は、図示しないＣＲＴディスプレイなどに接続される。

【００１５】 次に、前記光学系の内部構造について図２〜図４を参照しながら説明する。図 ２において、前記光源２１の前方には、回転子２２Ａを矢印方向へ回動操作する ことによって光源２１からの照明光Ｌの波長を正および負方向へ１／４波長ずつ 計１／２波長変位させるポラライザ２２と、光の波長を垂直ニコルにする１／４ 波長板２３と、光源２１からの照明光Ｌを下方へ反射させるとともに下方からの 反射光を上方へ透過させるハーフミラー２４とが光軸上に順次設けられている。 ハーフミラー２４によって上方へ透過された反射光は、アナライザ２６を通って 前記接眼レンズ鏡筒２７へ到達される。

【００１６】 前記ハーフミラー２４によって下方へ反射された照明光Ｌは、レボルバ２５に 入射される。レボルバ２５は、図３に示す如く、前記本体１１のアーム部１１Ｃ 下面に取り付けるための取付部３１と、この取付部３１に対して回動自在に設け られた回動体３２と、この回動体３２の軸線Ｏに対して所定角度、好適には略４ ５度傾いた位置に取り付けられた複数の微分干渉ユニット３３Ａ，３３Ｂ，３３ Ｃ，３３Ｄと、各微分干渉ユニット３３Ａ〜３３Ｄに螺合固定されそれぞれ倍率 が異なる対物レンズ３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ（図１参照）とを含んで構 成されている。

【００１７】 ここで、微分干渉ユニット３３Ａは、図４の（Ａ）（Ｂ）に示す如く、前記レ ボルバ２５の回動体３２に螺合固定されるケース４１Ａと、このケース４１Ａ内 にスライド自在に設けられたスライドプレート４２Ａと、このスライドプレート ４２Ａに所定の角度で傾斜して取り付けられ照明光Ｌを二光束に分光する水晶、 方解石などよりなる偏光素子としてのノマルスキープリズム４３Ａと、このノマ ルスキープリズム４３Ａを取り付けたスライドプレート４２Ａを光軸に対して直 交する方向へ段階的にスライドさせるスライド手段４４Ａとを含み構成されてい る。

【００１８】 前記ケース４１Ａの上面側には、前記レボルバ２５の回動体３２に螺合固定さ れる嵌合筒４５Ａが回動自在に設けられているとともに、その嵌合筒４５Ａとケ ース４１Ａとを所定角度（４５度）で固定するクランプねじ４６Ａが設けられて いる。また、下面側には、前記対物レンズ３４Ａを螺合固定するためのねじ部４ ７Ａが形成されている。前記スライドプレート４２Ａには、その中間部上面側に そのスライドプレート４２ＡをＺ方向下方へ押圧する板ばね４８Ａが設けられて いるとともに、先端部両側に脱落防止用切欠４９Ａ，５０Ａが、基端部に押込防 止用ねじ５１Ａがそれぞれ設けられている。

【００１９】 前記スライド手段４４Ａは、前記スライドプレート４２Ａの両側に交互にかつ スライドプレート４２Ａのスライド方向に沿って一定ピッチ間隔で設けられたＶ 字状の複数のクリック溝６１Ａ，６２Ａ，６３Ａ，６４Ａ，６５Ａと、前記ケー ス４１Ａに前記スライドプレート４２Ａのスライド方向に対して直交する方向へ 形成された収納孔６６Ａ，６７Ａと、この各収納孔６６Ａ，６７Ａ内に進退自在 に収納され前記いずれかのクリック溝６１Ａ〜６５Ａに係合可能なボール６８Ａ ，６９Ａと、この各ボール６８Ａ，６９Ａを前記クリック溝６１Ａ〜６５Ａに係 合する方向へ押圧するコイルスプリング７０Ａ，７１Ａと、このコイルスプリン グ７０Ａ，７１Ａを固定する押えねじ７２Ａ，７３Ａとを含んで構成されている 。

【００２０】 ここで、前記クリック溝６１Ａ〜６５Ａの数や間隔は、測定ポイントが１／４ 波長ずつ０波長から１波長まで変化するように、対物レンズ３４Ａの開口数、焦 点距離などに応じて予め設計されている。また、スライドプレート４２Ａを押し 込み、押込防止用ねじ５１Ａがケース４１Ａに当接するまで押し込むと、ボール ６８Ａがクリック溝６５Ａに係合した状態となるように設定されている。また、 スライドプレート４２Ａを引き出し、両側の脱落防止用切欠４９Ａ，５０Ａがボ ール６８Ａ，６９Ａに係合した状態では、明視野測定ができるように設定されて いる。つまり、微分干渉測定を行う必要のない場合には、ノマルスキープリズム ４３Ａが有効光路をケラない位置まで引き出されるようになっている。

【００２１】 なお、他の微分干渉ユニット３３Ｂ〜３３Ｄについては、前記微分干渉ユニッ ト３３Ａに対して、クリック溝の数と間隔が異なるほかは略同一であるから、こ れらの同一構成要件については参照符号「Ｂ」〜「Ｄ」を付し、その詳細な説明 を省略する。ちなみに、クリック溝の数と間隔は対物レンズ３４Ｂ〜３４Ｄの開 口数、焦点距離などによって決定されるものであるから、それぞれの対物レンズ ３４Ｂ〜３４Ｄに応じて予め設計されている。

【００２２】 次に、本実施例の微分干渉顕微鏡の作用を説明する。 まず、微小傾斜面を有する被測定物Ｗを載物台１２上に載置した後、電源スイ ッチ（図示省略）をオンする。ここで、レボルバ２５を回転させて対物レンズ３ ４Ａを被測定物Ｗの真上に位置させてから、まず、微分干渉ユニット３３Ａ内の スライドプレート４２Ａをスライドさせ、クリック溝６１Ａがボール６８Ａに係 合した位置にセットする。この段階では、背景色が黒色になっている。ここで、 ポラライザ２２の回転子２２Ａを矢印方向へ回転させると、正および負方向へ１ ／４波長ずれるので、背景色は黒色から灰色まで変化する。

【００２３】 そこで、スライドプレート４２Ａを矢印Ｆ方向へ押し込んでいくと、まず、ボ ール６８Ａがコイルスプリング７０Ａに抗して収納孔６６Ａ内に押し込まれる。 やがて、クリック溝６２Ａがボール６９Ａと対向する位置まで押し込まれると、 ボール６９Ａがコイルスプリング７１Ａによって押し出されクリック溝６２Ａ内 に係合する。この段階では、前回に対して測定ポイントが１／４波長ずれるので 、背景色が灰色になる。ここで、ポラライザ２２の回転子２２Ａを矢印方向へ回 転させると、正および負方向へ１／４波長ずつずれるので、背景色は前回の黒色 から１／２波長ずれた黄色まで変化する。このとき、背景色（被測定物Ｗの平坦 面の色）と被測定物Ｗの微小傾斜面の色がはっきりと色分けできるならば、その 色に基づいてその傾斜角度を演算で測定することができる。

【００２４】 また、これ以外の色彩分布をさせたい場合には、ポラライザ２２の回転子２２ Ａを回転させて背景色を灰色に戻してから前記と同様にしてスライドプレート４ ２ＡをＦ方向へ押し込んでいくと、各ボール６８Ａ，６９Ａが交互に残りのクリ ック溝６３Ａ〜６５Ａに順番に係合して、１／４波長ずつ測定ポイントがずれて いくので、背景色を黄色、赤色、青色と段階的に変化させることができる。従っ て、各段階ごとに、ポラライザ２２の回転子２２Ａを回転させれば、０〜５／４ 波長までの一連の色彩分布で測定することができる。

【００２５】 以上述べた実施例によれば、ノマルスキープリズム４３Ａ〜４３Ｄを段階的に スライドさせるスライド手段４４Ａ〜４４Ｄを有する微分干渉ユニット３３Ａ〜 ３３Ｄを各対物レンズ３４Ａ〜３４Ｄごとに設けたので、対物レンズ３４Ａ〜３ ４Ｄを変更するごとに、その都度、背景色を所望の色にするための作業を不要に することができる。

【００２６】 また、スライド手段４４Ａをスライドさせると、ノマルスキープリズム４３Ａ を取り付けたスライドプレート４２Ａが段階的に変位され、測定ポイントが１／ ４波長ずつ０波長から１波長まで変化されるため、このスライド手段４４Ａとポ ラライザ２２とを組み合わせることにより、測定ポイントを０〜５／４波長まで 連続的に変化させることができる。従って、鋭敏色板を用いなくても済むので安 価に構成することができ、また、スライド手段４４Ａのスライド操作とポラライ ザ２２の回転操作とによる操作で済むので、簡単な操作で測定範囲を拡大するこ とができる。

【００２７】 また、スライド手段４４Ａは、前記スライドプレート４２Ａの両側に交互にか つスライドプレート４２Ａのスライド方向に沿って一定ピッチ間隔で設けられた Ｖ字状の複数クリック溝６１Ａ〜６５Ａと、前記ケース４１Ａに前記スライドプ レート４２Ａのスライド方向に対して直交する方向へ形成された収納孔６６Ａ， ６７Ａと、この各収納孔６６Ａ，６７Ａ内に進退自在に収納され前記いずれかの クリック溝６１Ａ〜６５Ａに係合可能なボール６８Ａ，６９Ａおよびこの各ボー ル６８Ａ，６９Ａを前記クリック溝６１Ａ〜６５Ａに係合する方向へ押圧するコ イルスプリング７０Ａ，７１Ａとを含んで構成したので、スライドプレート４２ Ａを各段階位置に略1/4 波長ずつ正確にかつ簡単に節度をもって位置決めするこ とができる。

【００２８】 また、微分干渉測定を行う必要のない場合には、ノマルスキープリズム４３Ａ が有効光路をケラない位置までスライドプレート４２Ａを引き出せば、明視野測 定ができる。この際、スライドプレート４２Ａの先端部両側には脱落防止用切欠 ４９Ａ，５０Ａを設けてあるから、スライドプレート４２Ａを引き出すと脱落防 止用切欠４９Ａ，５０Ａがボール６８Ａ，６９Ａに係合するから、スライドプレ ート４２Ａの脱落を防止できる。

【００２９】 以上、本考案について好適な実施例を挙げて説明したが、本考案はこの実施例 に限定されるものでなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並 びに設計の変更が可能なことは勿論である。

【００３０】 例えば、スライドプレート４２Ａを自動的に変位させることもできる。これに は、ケース４１Ａ側に送りねじとこれを回転させるモータとを設け、スライドプ レート４２Ａ側に送りねじに螺合する部材を設けることによって達成できる。同 時に、ポラライザ２２の回転子２２Ａをモータによって回転させれば、総てを電 動化できる。

【００３１】 また、偏光素子としては、上記実施例で述べたノマルスキープリズム４３Ａの ほかに、例えば、サバール板やウォラストンプリズムなどを用いてもよい。

【００３２】 更に、載物台１２やレボルバ２５についても、自動的に駆動させるようにする こともできる。つまり、載物台１２については、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の駆動源を設け 、これによって各方向へ移動させるようにすればよい。また、レボルバ２５につ いては、オートフォーカス（自動焦点合わせ）機能を備えさせることもできる。

【００３３】

【考案の効果】

以上の通り、本考案によれば、高価な鋭敏色板を用いることなく、偏光素子の スライドとポラライザの回転とによる操作によって多くの干渉色を選択できるか ら、安価で、しかも、簡単な操作により測定範囲を拡大できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の微分干渉顕微鏡の一実施例を示す斜視
図である。

【図２】図１の光学系の内部構成を示す分解斜視図であ
る。

【図３】図１のレボルバ２５を示す平面図である。

【図４】図３の微分干渉ユニット３３Ａを示す図であ
る。

【符号の説明】

２１ 光源 ２２ ポラライザ ３３Ａ〜３３Ｄ 微分干渉ユニット ４１Ａ ケース ４２Ａ スライドプレート ４３Ａ ノマルスキープリズム（偏光素子） ４４Ａ スライド手段 ６１Ａ〜６５Ａ クリック溝 ６８Ａ，６９Ａ ボール ７０Ａ，７１Ａ コイルスプリング Ｗ 被測定物

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源、ポラライザおよび偏光素子を含
   み、前記光源から出射される照明光を前記偏光素子を介
   して二光束に分光して被測定物に照射するとともに、前
   記ポラライザの回転により背景色を変化させながら被測
   定物の微小傾斜面の角度などを干渉色の違いにより測定
   する微分干渉顕微鏡において、前記偏光素子を段階的に
   変位させるスライド手段を有する微分干渉ユニットを設
   けたことを特徴とする微分干渉顕微鏡。
2. 【請求項２】 請求項１記載の微分干渉顕微鏡におい
   て、前記スライド手段は、ケースおよびこのケースにス
   ライド自在に設けられかつ前記偏光素子を有するスライ
   ドプレートのいずれか一方にスライドプレートのスライ
   ド方向に沿って設けられた複数のクリック溝と、前記ケ
   ースおよびスライドプレートのいずれか他方に前記スラ
   イドプレートのスライド方向に対して直交する方向へ進
   退自在に設けられ前記いずれかのクリック溝に係合可能
   なボールと、このボールを前記クリック溝に係合する方
   向へ押圧するコイルスプリングとを含んで構成されてい
   ることを特徴とする微分干渉顕微鏡。