JP2828145B2 - 光切断顕微鏡装置及びその光学手段の位置合わせ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光切断顕微鏡装置、特に被測定対象の観測に先立つ、
入射側光学手段の焦点と反射側光学手段の焦点とを位置
合わせする装置に関し、 該光学手段の位置合わせについて、観測者の判断基準
に左右されることなく、物理的電気的な数値に基づいて
それを判断し、短時間でしかも再現性良く両光学手段の
焦点位置合わせをすることを目的とし、 その装置は、第１の光源と、前記第１の光源からの光
を試料上のマークで焦点を結ぶ第１の光学手段と、前記
試料上のマークで反射した第１の反射光を拡大する第２
の光学手段と、前記第２の光学手段によって拡大された
前記第１の反射光を受光する第１の受光手段と、前記第
２の光学手段を通して前記試料上のマークに光を照射す
る第２の光源と、前記試料上のマークから反射された第
２の反射光を第１の光学手段を通して受光する第２の受
光手段とを備えていることを含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光切断顕微鏡装置及びその光学手段の位置
合わせ方法に関するものであり、更に詳しく言えば被測
定対象の観測に先立ち、入射側光学手段の焦点と反射側
光学手段の焦点とを位置合わせするための装置とその方
法に関するものである。

近年、半導体装置の配線パターン等の微細形状測定や
その検査に、線状レーザー光を測定光とする光切断顕微
鏡が用いられている。

この光切断顕微鏡の観測に先立つ入射側対物レンズの
焦点と、反射側の対物レンズの焦点との位置合わせは、
観測者の技能に依存されている。

このため、位置合わせ精度が劣る。そこで、高精度の
位置合わせをすることができる装置とその方法が要求さ
れている。

〔従来の技術〕

第11,12図は、従来例に係る説明図である。

第11図は、従来例の光切断顕微鏡装置に係る構成図を
示している。

図において、光切断顕微鏡装置はレーザー光発生源1,
ミラー2a,2b,スリット3,入射側対物レンズ4,反射側対物
レンズ5,カメラ6,結像レンズ7,ステージ８から成る。

その装置機能は、まず、レーザー光発生源１からミラ
ー2aにレーザー光ｌが照射変向され、該レーザー光ｌが
スリット３により線状（光切断線）レーザー光にされ
る。次いで、線状レーザー光が入射側対物レンズ４を介
して、ステージ８が載置した被測定対象に照射される。
次に被測定対象からの反射光が反射側対物レンズ５によ
り取り込まれ、該反射光がミラー2bにより変向されて、
それが結像レンズ７を介して、カメラ６に入射される。
これにより、半導体装置の配線パターン等の光切断画像
を取得して被測定対象の微細形状測定やその検査等が行
われるものである。

第12図（ａ）〜（ｃ）は、従来例に係る光学手段の焦
点位置合わせ方法の経過説明図である。

図において、まず、当該光切断顕微鏡装置の観測に先
立って、入射側対物レンズ４と反射側対物レンズ５の焦
点位置合わせをする場合、焦点位置Ａが試料表面に対し
て、何らかの原因で反射側対物レンズ５に偏倚している
と仮定する（同図（ａ））。

次に、スリット３を取り外した状態でレーザー光ｌを
試料面に照射し、観測者は入射側対物レンズ４や反射側
対物レンズ５を光軸に沿って移動操作する。この際に、
カメラ６に取得される画像が鮮明になることや、試料表
面に現れる光スポットを確認することによって焦点位置
合わせを行なうことがある。しかし、反射対物レンズ５
に比べて入射側対物レンズ４を大きく移動したため、焦
点位置Ｂが試料表面に対して入射側対物レンズ４の方に
偏倚している（同図（ｂ））。

次いで、入射側対物レンズ４と反射側対物レンズ５と
を光軸に沿って観測者が移動操作を繰り返した結果、試
料表面の焦点位置ｃにおいて、レーザー光ｌが集光して
重なり合い、両対物レンズ4,5の焦点位置合わせが完了
する（同図（ｃ））。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、第12図（ｃ）において、試料表面の焦点位
置ｃにレーザー光が集光したか、否かは、観測者の勘等
により判断していた。

このため、次のような問題を生ずる。

観測者により両対物レンズの焦点の一致、不一致の
判断基準は、その個人差等により異なり、これが焦点位
置合わせ精度にバラツキを招来する。

焦点位置合わせに長く時間を要する。

焦点位置合わせの再現性が悪い。

本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創作されたも
のであり、光学手段の位置合わせについて、観測者の判
断基準に左右されることなく、物理的電気的な数値情報
に基づいてそれを判断し、短時間で、しかも再現性良く
両光学手段の焦点位置合わせをすることを可能とする光
切断顕微鏡装置及びその光学手段の位置合わせ方法の提
供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１及び２図は、本発明の光切断顕微鏡装置に係る原
理図を示している。

その第１の装置は、試料台13の上に載置された被測定
対象19に斜めから線状光を照射し、前記被測定対象19で
反射された光を検出して前記被測定対象19の光断面画像
を取得する光切断顕微鏡装置において、表面に焦点位置
合わせ用マークを有し、焦点位置合わせ時に前記試料台
13上に載置される焦点位置合わせ用試料16と、前記試料
台13上に載置された前記被測定対象19又は前記焦点位置
合わせ用試料16の表面を斜めから照射する光を発生する
第１の光源11と、前記第１の光源11と前記試料台13との
間に前記第１の光源11の光軸方向に移動可能に配置さ
れ、前記第１の光源11から出射された光を前記被測定対
象19又は前記焦点位置合わせ用試料16の表面に集光する
第１の光学手段12と、前記第１の光学手段12と前記第１
の光源11との間に取外し可能に配置され、前記光断面画
像取得時に前記第１の光源11から出射された光を前記線
状光に成形するスリットと、前記被測定対象19又は前記
焦点位置合わせ用試料16の表面で反射された光の光軸方
向に移動可能に配置され、前記被測定対象19又は前記焦
点位置合わせ用試料16の表面で反射された光を集光する
第２の光学手段14と、前記第２の光学手段14で集光され
た光を受光して光強度を検出する第１の光検出手段15
と、前記焦点位置合わせ時に前記第２の光学手段14を介
して前記試料台13上に載置された前記焦点位置合わせ用
試料16の表面に照射する光を出射する第２の光源17と、
前記焦点位置合わせ用試料16の表面で反射された前記第
２の光源17の光を前記第１の光学手段12を介し受光して
光強度を検出する第２の光検出手段18とを有することを
特徴し、上記目的を達成する。この場合、焦点位置合わ
せ用試料16に替えて、試料台13の表面に直接焦点位置合
わせ用マークを設けてもよい。

また、その第２の装置は、試料台23の上に載置された
被測定対象28に斜めから線状光を照射し、前記被測定対
象28で反射された光を検出して前記被測定対象28の光断
面画像を取得する光切断顕微鏡装置において、表面に焦
点位置合わせ用マークを有し、焦点位置合わせ時に前記
試料台23上に載置される焦点位置合わせ用試料26と、前
記試料台23上に載置された前記被測定対象28又は前記焦
点位置合わせ用試料26の表面を斜めから照射する光を発
生する第１の光源21と、前記第１の光源21と前記試料台
23との間に前記第１の光源21の光軸方向に移動可能に配
置され、前記第１の光源21から出射された光を前記被測
定対象28又は前記焦点位置合わせ用試料26の表面に集光
する第１の光学手段22と、前記第１の光学手段22と前記
第１の光源21との間に取外し可能に配置され、前記光断
面画像取得時に前記第１の光源21から出射された光を前
記線状光に成形するスリットと、前記被測定対象28又は
前記焦点位置合わせ用試料26の表面で反射された光の光
軸方向に移動可能に配置され、前記被測定対象28又は前
記焦点位置合わせ用試料26の表面で反射された光を集光
する第２の光学手段24と、前記第２の光学手段24で集光
された光を受光して光強度を検出する光検出手段25と、
前記焦点位置合わせ時に前記第１の光学手段22を介して
前記試料台23上に載置された前記焦点位置合わせ用試料
26の表面に光を照射する第２の光源27とを有することを
特徴し、上記目的を達成する。この場合も、焦点位置合
わせ用試料26に替えて、試料台23の表面に焦点位置合わ
せ用マークを設けてもよい。

更に、その第１の方法は、第１の光源11から出力され
た光をスリットを通して線状光に成形し、第１の光学手
段を12介して試料台13上に載置された被測定対象19に照
射し、前記被測定対象19で反射された光を第２の光学手
段14を介して第１の光検出手段15に入力して前記被測定
対象19の光断面画像を取得する光切断顕微鏡装置の光学
手段の焦点位置合わせ方法において、表面に焦点位置合
わせマークを有する焦点位置合わせ用試料16を前記試料
台13上に載置し、前記スリットを取外して、第２の光源
17から出力された光を前記第２の光学手段14を介して前
記焦点位置合わせ用試料16の表面に照射し、前記焦点位
置合わせ用試料16の表面で反射された光を前記第１の光
学手段12を介して第２の光検出手段18に入力し、前記第
１の光学手段12を光軸方向に移動させて前記第２の光検
出手段18で検出した光強度が最大になる位置で前記第１
の光学手段12を固定し、前記第１の光源11から前記第１
の光学手段12を介して前記焦点位置合わせ用試料16の表
面に光を照射し、前記焦点位置合わせ用試料16の表面で
反射された光を前記第２の光学手段14を介して前記第１
の光検出手段15に入力し、前記第２の光学手段14を光軸
方向に移動させて前記第１の光検出手段15で検出した光
強度が最大になる位置で前記第２の光学手段14を固定す
ることを特徴し、上記目的を達成する。

更にまた、その第２の方法は、第１の光源21から出力
された光をスリットを通して線状光に成形し、第１の光
学手段22を介して試料台23上に載置された被測定対象28
に照射し、前記被測定対象28で反射された光を第２の光
学手段24を介して光検出手段25に入力して前記被測定対
象28の光断面画像を取得する光切断顕微鏡装置の光学手
段の焦点位置合わせ方法において、表面に焦点位置合わ
せマークを有する焦点位置合わせ用試料26は前記試料台
23上に載置し、前記スリットを取外して、第２の光源27
から出力された光を前記第１の光学手段22を介して前記
焦点位置合わせ用試料26の表面に照射し、前記焦点位置
合わせ用試料26の表面で反射された光を前記第２の光学
手段24を介して前記光検出手段25に入力し、前記第２の
光学手段24を光軸方向に移動させて前記光検出手段25で
検出した光強度が最大になる位置で前記第２の光学手段
24を固定し、前記第１の光源21から前記第１の光学手段
22を介して前記焦点位置合わせ用試料26の表面に光を照
射し、前記焦点位置合わせ用試料26の表面で反射された
光を前記第２の光学手段24を介して前記光検出手段25に
入力し、前記第１の光学手段22を光軸方向に移動させて
前記光検出手段25で検出した光強度が最大になる位置で
前記第１の光学手段22を固定することを特徴し、上記目
的を達成する。

〔作用〕

本発明の第１の装置によれば、焦点位置合わせ時に、
焦点位置合わせ用試料16を試料台13上に載置し、第２の
光源17から出射された光により焦点位置合わせ用試料16
のマークを照射する。そして、第１の光学手段12を光軸
方向に移動させて、第２の光検出手段18で受光する光強
度が最大になる位置に第１の光学手段12を固定する。こ
の位置が、第１の光学手段12の焦点位置と焦点位置合わ
せ用試料16のマークの位置とが一致する位置である。

次に、第１の光源11から出射された光により焦点位置
合わせ用試料16を照射する。そして、第２の光学手段14
を光軸方向に移動させて、第１の光検出手段15で受光す
る光強度が最大になる位置に第２の光学手段14を固定す
る。この位置が、第２の光学手段14の焦点位置と焦点位
置合わせ用試料16のマークの位置が一致する位置であ
る。

このようにして、第１の光検出手段15及び第２の光検
出手段18の出力に基づいて、第１の光学手段12及び第２
の光学手段14の焦点位置を決めることができる。なお、
焦点位置合わせ用試料16に替えて、試料台13の表面に焦
点位置合わせ用マークを設けてもよい。この場合は、試
料台13を上下方向に移動させるための試料台駆動手段が
必要である。

また、本発明の第２の装置によれば、焦点位置合わせ
時に、焦点位置合わせ用試料26を試料台23上に載置し、
第２の光源27から出射された光により焦点位置合わせ用
試料のマークを照射する。そして、第２の光学手段24を
光軸方向に移動させて、光検出手段25で受光する光強度
が最大になる位置に第２の光学手段24を固定する。この
位置が、第２の光学手段24の焦点位置と焦点位置合わせ
用試料26のマークの位置とが一致する位置である。

その後、第１の光源21から出射された光により焦点位
置合わせ用試料26を照射する。この第１の光源21は被測
定対象28の光断面画像を取得するときに使用する光源で
あり、通常、レーザー光発生源が使用される。そして、
第１の光学手段22を光軸方向に移動させて、光検出手段
25で受光する光強度が最大になる位置に第１の光学手段
22を固定する。レーザー光発生源の場合、光が収束して
いるので、第１の光学手段22の焦点が焦点位置合わせ用
試料のマーク位置からずれているときはマークを照射す
る光の強度が低くなり、逆に第１の光学手段22の焦点が
焦点位置合わせ用試料のマーク位置からずれているとき
はマークを照射する光の強度が強くなる。従って、光検
出手段25で受光する光強度が最大になる位置が、第１の
光学手段22の焦点位置と焦点位置合わせ用試料26のマー
クの位置とが一致する位置である。

このようにして、第１の光学手段22及び第２の光学手
段24の焦点位置を決めることができる。なお、焦点位置
合わせ用試料26に替えて、試料台23の表面に焦点位置合
わせ用マークを設けてもよい。この場合は、試料台23を
上下方向に移動させるための試料台駆動手段が必要であ
る。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施例について説明を
する。

第３〜10図は、本発明の実施例に係る光切断顕微鏡装
置及びその光学手段の位置合わせ方法を説明する図であ
る。

（ｉ）本発明の第１の実施例の説明 第３図は、本発明の第１の実施例の光切断顕微鏡装置
に係る構成図を示している。

図において、31は第１の光源11の一実施例となるレー
ザー光発生源であり、ビームスプリッタ32a方向にレー
ザー光L1を発生するものである。

32は第１の光学手段12の一実施例となる入射側対物レ
ンズであり、レーザー光L1や反射光l2を集光して、それ
を通過させる機能を有している。32aはビームスプリッ
タであり、レーザー光L1を入射側対物レンズ32方向に変
向したり、入射側対物レンズ32方向からの反射光l2を結
像レンズ38a方向に通過させるものである。

また、32bは光切断線用スリットであり、レーザー光L
1を線状レーザー光にするものである。なお、これは入
射側対物レンズ32と反射側対物レンズ34との焦点位置合
わせの際には、取り外すことができるものである。33は
ステージ（試料台）であり、半導体装置等の被測定対象
や焦点位置合わせプレート36を載置するものである。

34は、第２の光学手段14の一実施例となる反射側対物
レンズであり、被測定対象や焦点位置合わせ用プレート
36からの反射光L2や位置合わせ用の光l1を集光して、そ
れを通過させる機能を有している。

34aはビームスプリッタであり、反射光L2を結像レン
ズ35a方向に変向したり、位置決め用の光l1を反射側対
物レンズ34方向に通過させるものである。

35は第１の光検出手段15の一実施例となるカメラであ
り、被測定対象や焦点位置合わせ用プレート36からの反
射光L2を取り込む機能を有している。カメラ35は固定撮
像素子等の画像取得装置であり、取り込んだ反射光L2の
光強度を検出する機能を有している。例えば、観測者が
一目で確認できるように、反射光L2の光強度を逐次表示
するデジタル表示装置等を設けても良い。35aは結像レ
ンズであり、カメラ35の前に設けられている。

これまでは、従来の光切断顕微鏡装置とビームスプリ
ッタ32a,34aを除いて同様な構成であり、先に述べたよ
うに半導体装置の配線パターン等の光切断画像を取得し
て、被測定対象29の微細形状測定やその検査を行うもの
である。

ところで、本発明に係る光切断顕微鏡装置では、光学
手段の位置合わせを容易にするため、次の構成物が付加
されている。すなわち、36は焦点位置決め手段16の一実
施例となる焦点位置合わせ用プレートであり、第４図に
示すような黒色のプレートに、白色のラインが描かれて
いるものである。

37は第２の光源17の一実施例となる白色光源であり、
位置合わせ用の光l1を発生するものである。該光源17は
適当な照度が得られるものであれば良い。

38は第２の光検出手段18の一実施例となるカメラであ
り、焦点位置合わせ用プレート36からの反射光l2を取り
込む機能を有している。カメラ38はカメラ35と同様に固
定撮像素子等の画像取得装置であり、取り込んだ反射光
l2の光強度を検出する機能を有している。38aは結像レ
ンズであり、カメラ38の前に設けられている。

第４図は、本発明の実施例に係る焦点位置合わせ用プ
レートの説明図である。

図において、焦点位置合わせ用プレート36は黒色のプ
レートに、幅数〔μｍ〕程度の白色のラインが描かれた
ものであり、白色のライン幅が狭くなる程、焦点位置合
わせ精度を高くすることができる。なお、焦点位置決め
手段16は、焦点位置合わせ用プレート36として単体でス
テージ33に載置しても良いし、ステージ33の表面を黒色
に塗装して、そこに直接白色のラインを描画しても良
い。直接ステージ33に白色のラインを描いた場合には、
ステージ33のX,Y,Z方向の駆動装置が必須となる。

第５図（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例に係る取得
画像と光強度との関係図であり、同図（ａ）はカメラ38
で取り込んだ反射光l2の画像とその光強度を示してい
る。

図において、Ａはカメラ38で取り込んだ画像であり、
白色光源37から位置合わせ用の光l1をビームスプリッタ
34a,反射側対物レンズ34を通過させて、焦点位置合わせ
用プレート36に照射した場合、該焦点位置合わせ用プレ
ート36からの反射光l2を入射側対物レンズ32,ビームス
プリッタ32a,結像レンズ38aを通過させて、カメラ38に
より取得したものである。Iaは反射光l2の光強度であ
り、焦点位置合わせ用プレート36の白色ラインによるも
のである。この反射光l2の光強度は、入射側対物レンズ
32の焦点がその白色ラインに一致すると最大となる。

同図（ｂ）は、カメラ35で取り込んだ反射光L2とその
光強度を示している。

図において、Ｂはカメラ35で取り込んだ画像であり、
白色光源37を消灯して、レーザー光発生源31からレーザ
ー光L1をビームスプリッタ32a,入射側対物レンズ32を通
過させて、焦点位置合わせ用プレート36に照射した場
合、該焦点位置合わせ用プレート36からの反射光L2を反
射側対物レンズ34,ビームスプリッタ34aを通過させて、
カメラ35により取得したものである。

Ibは反射光L2の光強度であり、焦点位置合わせ用プレ
ート36の白色ラインと入射側対物レンズ32の焦点とが一
致した光学系によるものである。この反射光L2の光強度
は、反射側対物レンズ34の焦点が入射側対物レンズ32の
焦点と一致すると最大となる。

これ等の関係を利用して後述する入射側対物レンズ32
と反射側対物レンズ34の焦点位置合わせを行う。

このようにして、焦点位置合わせ用プレート36,位置
決め用の光l1を発生する白色光源37及びその反射光l2の
光強度を検出するカメラ38が設けられている。

このため、白色光源37から反射側対物レンズ34を通し
て位置合わせ用の光l1が焦点位置合わせ用プレート36に
照射されると、該焦点位置合わせ用プレート36からの反
射光l2が入射側対物レンズ32を通して、カメラ38に取り
込まれる。この反射光l2の光強度をカメラ38により検出
することによって、入射側対物レンズ32の焦点と焦点位
置合わせ用プレート36との一致の判断について、反射光
l2の最大値情報に基づいて行うことが可能となる。

これにより、従来のような観測者の勘等に依存されな
い高精度の焦点位置合わせをすることが可能となる。

第６図は、本発明の第１の実施例の光学手段の位置合
わせ方法に係るフローチャートであり、被測定対象の観
測に先立つ、入射側対物レンズ32の焦点と反射側対物レ
ンズ34の焦点を位置合わせをする処理フローを示してい
る。

図において、まず位置合わせに先立って、光切断線用
スリット32bは取り外して置く。その後ステップP1で白
色光源37を点灯して、位置合わせ用の光l1を光軸方向に
照射する。この際、位置合わせ用の光l1は、ビームスプ
リッタ34a、反射側対物レンズ34を通過して、ステージ3
3に載置された焦点位置合わせ用プレート36に達する。

次いで、ステップP2で入射側対物レンズ32を光軸に沿
って移動する。これにより、焦点位置合わせ用プレート
36からの反射光l2の集光状態が変化する。

次に、ステップ3Pで焦点位置合わせ用プレート36から
の反射光l2をカメラ38で検出する。この際に、反射光l2
は入射側対物レンズ32,ビームスプリッタ32a及び結像レ
ンズ38aを通過して、カメラ38に達する。この時の取得
画像は、第５図（ａ）のようになる。

さらに、ステップP4で、反射光l2の光強度の最大値を
検出した位置に入射側対物レンズ32を固定する。この最
大値を検出した位置が、入射側対物レンズ32の焦点と焦
点位置合わせ用プレート36の白色ラインが一致した状態
である。

その後、ステップP5で白色光源37を消灯し、ステップ
P6でレーザー光L1をビームスプリッタ32aを介して、光
軸方向に照射する。この際に、レーザー光L1は固定され
た入射側対物レンズ32を通過して、ステージ33上の焦点
位置合わせ用プレート36に達する。

その後、ステップP7で反射側対物レンズ34を光軸に沿
って移動する。これにより、焦点位置合わせ用プレート
36からの反射光L2の集光状態が変化する。

次に、ステップP8で、焦点位置合わせ用プレート36か
らの反射光L2をカメラ35で検出する。この際に、反射光
L2は反射側対物レンズ32,ビームスプリッタ34a及び結像
レンズ35aを通過して、カメラ35に達する。この時の取
得画像は、第５図（ｂ）のようになる。

次いで、ステップP9で反射光L2の光強度の最大値を検
出した位置に反射側対物レンズ34を固定する。これによ
り、入射側対物レンズ32の焦点と反射側対物レンズ34の
焦点とが焦点位置合わせ用プレート36の白色ラインに
て、一致する。

このようにして、第１の実施例に係る光学手段の位置
合わせ方法では、入射側対物レンズ32を光軸に沿って移
動し、反射光l2の光強度が最大となる位置にその入射側
対物レンズ32を先に固定している。

このため、反射光l2の光強度が最大となる位置、すな
わち、入射側対物レンズ32の焦点と焦点位置合わせ用プ
レート36とが一致した状態に、反射光L2の光強度が最大
となる位置を以て、反射側対物レンズ34の焦点を一致さ
せることが可能となる。

これにより、従来の両対物レンズの位置合わせに長時
間を要していたのに比べて、短時間に、かつ再現性良
く、両対物レンズ32,34の焦点位置合わせを行うことが
可能となる。

（ii）本発明の第２の実施例の説明 第７図は、本発明の第２の実施例の光切断顕微鏡装置
に係る構成図である。

図において、第１の実施例と異なるのは第２の実施例
では、入射側対物レンズ42の光軸に設けられていたカメ
ラ38に変えて、白色光源47が設けられ、さらにビームス
プリッタ34aに変えて、ミラー44aが設けられるものであ
る。

従って、第２の実施例に係る光切断顕微鏡装置は、レ
ーザー光発生源41,入射側対物レンズ42,ビームスプリッ
タ42a,光切断線用スリット42b,ステージ43,反射側対物
レンズ44,ミラー44a,カメラ45,結像レンズ45a,焦点位置
合わせ用プレート46及び白色光源47から成る。なお、各
々の機能は第１の実施例と同様であるので説明を省略す
る。

このようにして、第２の実施例の光切断顕微鏡装置に
よれば、焦点位置合わせ用プレート46及び位置決め用の
光l3を発生する白色光源47が設けられている。

このため、白色光源47から入射側対物レンズ42を通し
て、位置合わせ用の光l3が焦点位置合わせ用プレート46
に照射されると、該焦点位置合わせ用プレート46からの
反射光l4が反射側対物レンズ44を通して、カメラ45に取
り込まれる。この反射光l4の光強度を第１の実施例と同
様にカメラ45により検出することによって、反射側対物
レンズ44の焦点と焦点位置合わせプレート46との一致の
判断について、反射光l4の光強度の最大値情報に基づい
て行うことが可能となる。

これにより、第１の実施例では、カメラ35,38が２台
必要としたのに対して、第２の実施例では、カメラ38を
省略しても第１の実施例と同様に、高精度の焦点位置合
わせをすることができる。

第８図は、本発明の第２の実施例の光学手段の位置合
わせ方法に係るフローチャートであり、被測定対象の観
測に先立つ、入射側対物レンズ42の焦点と反射側対物レ
ンズ44の焦点を位置合わせをする処理フローを示してい
る。

図において、まず、位置合わせに先立って、光切断線
用スリット42bは取り外して置く。その後ステップP1
で、白色光源47を点灯して、位置合わせ用の光l3を光軸
方向に照射する。この際、位置合わせ用の光l3は、ビー
ムスプリッタ42a,入射側対物レンズ42を通過して、ステ
ージ33に載置された焦点合わせ用プレート46に達する。

次いで、ステップP2で反射側対物レンズ44を光軸に沿
って移動する。これにより、焦点位置合わせ用プレート
46からの反射光l4の集光状態が変化する。

次に、ステップP3で焦点位置合わせ用プレート46から
の反射光l4をカメラ45で検出する。この際に、反射光l4
は反射側対物レンズ44,ミラー44a及び結像レンズ45aを
通過して、カメラ35に達する。この時の取得画像は、カ
メラ38の取得画像と同様である（第５図（ａ）参照）。

さらに、ステップP4で、反射光l4の光強度の最大値を
検出した位置に反射対物レンズ44を固定する。この最大
値を検出した位置が、反射側対物レンズ44の焦点と焦点
位置合わせ用プレート46の白色ラインが一致した状態で
ある。

その後、ステップP5で白色光源47を消灯し、ステップ
P6でレーザー光L3をビームスプリッタ42aを介して、光
軸方向に照射する。この際に、レーザー光L3は入射側対
物レンズ42を通過してステージ43上の焦点位置合わせ用
プレート46に達する。

その後、ステップP7で入射側対物レンズ42を光軸に沿
って移動する。これにより、焦点位置合わせ用プレート
46からの反射光L4の集光状態が変化する。

次に、ステップP8で、焦点位置合わせ用プレート46か
らの反射光L4をカメラ35で検出する。この際に、反射光
L4は反射側対物レンズ44,ミラー44a及び結像45aを通過
して、カメラ45に達する。この時の取得画像は、カメラ
35の取得画像と同様である（第５図（ｂ）参照）。

次いで、ステップP9で反射光L4の光強度の最大値を検
出した位置に入射側対物レンズ42を固定する。これによ
り、入射側対物レンズ42の焦点と反射側対物レンズ44の
焦点とが、焦点位置合わせ用プレート46の白色ラインを
以て一致する。

このようにして、第２の実施例に係る光学手段の位置
合わせ方法では、反射側対物レンズ44を光軸に沿って移
動し、反射光l4の光強度が最大となる位置にその反射側
対物レンズ44を先に固定している。

このため、反射光l4の光強度が最大となる位置、すな
わち、反射側対物レンズ44の焦点と焦点位置合わせ用プ
レート46とが一致した状態に、反射光L4の光強度が最大
となる位置を以て、入射側対物レンズ42を一致させるこ
とが可能となる。

これにより、第１の実施例と同様に、従来に比べて短
時間、かつ再現性良く、両対物レンズ42,44の焦点位置
合わせを行うことが可能となる。

（iii）本発明の第３の実施例の説明 第９図は、本発明の第３の実施例に係る光切断顕微鏡
装置の構成図であり、第１の実施例に係る装置の光学手
段の自動焦点位置合わせ装置に係る構成図を示してい
る。

図において、第３の実施例では第１の実施例と異な
り、第１の光学手段12を駆動する第１の駆動手段12a
と、第２の光学手段14を駆動する第２の駆動手段14a
と、試料台13を駆動するステージ駆動手段（X,Y,Z）19
と、これらの駆動手段12a,14a及び19の入出力を制御す
る位置合わせ手段20とが設けられるものである。

また、第１の実施例の焦点位置合わせ用プレート36
は、焦点位置検出マーク16aとして、試料台13に描かれ
ている。

これにより、位置合わせ制御手段20は、第1,第２の光
検出手段15,18からの光強度情報やステージ座標系情報
に基づいて、第１の光源11,第１の駆動手段12a,第２の
光源18,第２の駆動手段14a及びステージ駆動手段（X,Y,
Z）19の制御をして、第１の光学手段12と第２の光学手
段14との自動焦点位置合わせをすることができる。

（iv）本発明の第４の実施例の説明 第10図は、本発明の第４の実施例に係る光切断顕微鏡
装置の構成図であり、第２の実施例に係る装置の光学手
段の自動焦点位置合わせ装置に係る構成図を示してい
る。

図において、第４の実施例では第２の実施例と異な
り、第１の光学手段22を駆動する第１の駆動手段22a
と、第２の光学手段24を駆動する第２の駆動手段24a
と、試料台23を駆動するステージ駆動手段（X,Y,Z）28
と、これらの駆動手段22a,24a及び28の入出力を制御す
る位置合わせ手段29とが設けられるものである。

また、第２の実施例の焦点位置合わせ用プレート46
は、焦点位置検出マーク26aとして試料台23に描かれて
いる。

これにより、位置合わせ制御手段29は、光検出手段25
からの光強度情報やステージ座標系情報に基づいて、第
１の光源21,第１の駆動手段22a,第２の光源27,第２の駆
動手段24a及びステージ駆動手段（X,Y,Z）28の制御をし
て、第３の実施例と同様に第１の光学手段22と第２の光
学手段24との自動焦点位置合わせをすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の光切断顕微鏡装置によれ
ば、第１の光学手段を通して試料上のマークに光を照射
する第１の光源と、試料上のマークから反射された第１
の反射光を第２の光学手段を通して受光する第１の受光
手段と、第２の光学手段を通して試料上のマークに光を
照射する第２の光源と、試料上のマークから反射された
第２の反射光を第１の光学手段を通して受光する第２の
受光手段とを備えている。

このため、観測者の勘に依存することなく、試料上の
マークから反射された第１および第２の反射光に基づい
て、第１および第２の光学手段の焦点を試料上のマーク
に再現性良く位置合わせすることができる。

これにより、光切断像を高い精度で観測できる。

また、本発明によれば、自動焦点位置合わせをするこ
とができる。これにより、光切断顕微鏡装置の品質の向
上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の光切断顕微鏡装置に係る原理
図、 第２図は、本発明の第２の光切断顕微鏡装置に係る原理
図、 第３図は、本発明の第１の実施例の光切断顕微鏡装置に
係る構成図、 第４図は、本発明の実施例に係る焦点位置合わせ用プレ
ートの説明図、 第５図（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例に係る取得画
像と光強度との関係図、 第６図は、本発明の第１の実施例の光学手段の位置合わ
せ方法に係るフローチャート、 第７図は、本発明の第２の実施例の光切断顕微鏡装置に
係る構成図、 第８図は、本発明の第２の実施例の光学手段の位置合わ
せ方法に係るフローチャート、 第９図は、本発明の第３の実施例に係る光切断顕微鏡装
置の構成図、 第10図は、本発明の第４の実施例に係る光切断顕微鏡装
置の構成図、 第11図は、従来例の光切断顕微鏡装置に係る構成図、 第12図（ａ）〜（ｃ）は、従来例の光学手段の位置合わ
せ方法に係る経過説明図である。 （符号の説明） 11,21……第１の光源、 12,22……第１の光学手段、 13,23……試料台、 14,24……第２の光学手段、 15,25……第１の光検出手段、光検出手段、 16,26……焦点位置決め手段、 17,27……第２の光源、 18……第２の光検出手段、 L1,L3……測定光、 L2,L4……第１の反射光、 l1,l3……位置決め用の光、 l2,l4……第２の反射光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 21/00 - 21/36

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料台の上に載置された被測定対象に斜め
   から線状光を照射し、前記被測定対象で反射された光を
   検出して前記被測定対象の光断面画像を取得する光切断
   顕微鏡装置において、 表面に焦点位置合わせ用マークを有し、焦点位置合わせ
   時に前記試料台上に載置される焦点位置合わせ用試料
   と、 前記試料台上に載置された前記被測定対象又は前記焦点
   位置合わせ用試料の表面を斜めから照射する光を発生す
   る第１の光源と、 前記第１の光源と前記試料台との間に前記第１の光源の
   光軸方向に移動可能に配置され、前記第１の光源から出
   射された光を前記被測定対象又は前記焦点位置合わせ用
   試料の表面に集光する第１の光学手段と、 前記第１の光学手段と前記第１の光源との間に取外し可
   能に配置され、前記光断面画像取得時に前記第１の光源
   から出射された光を前記線状光に成形するスリットと、 前記被測定対象又は前記焦点位置合わせ用試料の表面で
   反射された光の光軸方向に移動可能に載置され、前記被
   測定対象又は前記焦点位置合わせ用試料の表面で反射さ
   れた光を集光する第２の光学手段と、 前記第２の光学手段で集光された光を受光して光強度を
   検出する第１の光検出手段と、 前記焦点位置合わせ時に前記第２の光学手段を介して前
   記試料台上に載置された前記焦点位置合わせ用試料の表
   面に照射する光を出射する第２の光源と、 前記焦点位置合わせ用試料の表面で反射された前記第２
   の光源の光を前記第１の光学手段を介し受光して光強度
   を検出する第２の光検出手段とを有することを特徴とす
   る光切断顕微鏡装置。
2. 【請求項２】試料台の上に載置された被測定対象に斜め
   から線状光を照射し、前記被測定対象で反射された光を
   検出して前記被測定対象の光断面画像を取得する光切断
   顕微鏡装置において、 前記試料台の表面に設けられた焦点位置合わせ用マーク
   と、 焦点位置合わせ時に前記試料台をその表面に垂直な方向
   に移動させる試料台駆動手段と、 前記試料台の表面又は前記試料台上に載置された前記被
   測定対象の表面を斜めから照射する光を発生する第１の
   光源と、 前記第１の光源と前記試料台との間に前記第１の光源の
   光軸方向に移動可能に配置され、前記第１の光源から出
   射された光を前記試料台の表面又は前記被測定対象の表
   面に集光する第１の光学手段と、 前記第１の光学手段と前記第１の光源との間に取外し可
   能に配置され、前記光断面画像取得時に前記第１の光源
   から出射された光を前記線状光に成形するスリットと、 前記試料台又は前記被測定対象の表面で反射された光の
   光軸方向に移動可能に配置され、前記試料台又は前記被
   測定対象の表面で反射された光を集光する第２の光学手
   段と、 前記第２の光学手段で集光された光を受光して光強度を
   検出する第１の光検出手段と、 前記焦点位置合わせ時に前記第２の光学手段を介して前
   記試料台の表面に光を照射する第２の光源と、 前記試料台の表面で反射された前記第２の光源の光を前
   記第１の光学手段を介して受光して光強度を検出する第
   ２の光検出手段と を有することを特徴とする光切断顕微鏡装置。
3. 【請求項３】試料台の上に載置された被測定対象に斜め
   から線状光を照射し、前記被測定対象で反射された光を
   検出して前記被測定対象の光断面画像を取得する光切断
   顕微鏡装置において、 表面に焦点位置合わせ用マークを有し、焦点位置合わせ
   時に前記試料台上に載置される焦点位置合わせ用試料
   と、 前記試料台上に載置された前記被測定対象又は前記焦点
   位置合わせ用試料の表面を斜めから照射する光を発生す
   る第１の光源と、 前記第１の光源と前記試料台との間に前記第１の光源の
   光軸方向に移動可能に配置され、前記第１の光源から出
   射された光を前記被測定対象又は前記焦点位置合わせ用
   試料の表面に集光する第１の光学手段と、 前記第１の光学手段と前記第１の光源との間に取外し可
   能に配置され、前記光断面画像取得時に前記第１の光源
   から出射された光を前記線状光に成形するスリットと、 前記被測定対象又は前記焦点位置合わせ用試料の表面で
   反射された光の光軸方向に移動可能に配置され、前記被
   測定対象又は前記焦点位置合わせ用試料の表面で反射さ
   れた光を集光する第２の光学手段と、 前記第２の光学手段で集光された光を受光して光強度を
   検出する光検出手段と、 前記焦点位置合わせ時に前記第１の光学手段を介して前
   記試料台上に載置された前記焦点位置合わせ用試料の表
   面に光を照射する第２の光源と を有することを特徴とする光切断顕微鏡装置。
4. 【請求項４】試料台の上に載置された被測定対象に斜め
   から線状光を照射し、前記被測定対象で反射された光を
   検出して前記被測定対象の光断面画像を取得する光切断
   顕微鏡装置において、 前記試料台の表面に設けられた焦点位置合わせ用マーク
   と、 焦点位置合わせ時に前記試料台をその表面に垂直な方向
   に移動させる試料台駆動手段と、 前記試料台の表面又は前記試料台上に載置された前記被
   測定対象の表面を斜めから照射する光を発生する第１の
   光源と、 前記第１の光源と前記試料台との間に前記第１の光源の
   光軸方向に移動可能に配置され、前記第１の光源から出
   力された光を前記試料台の表面又は前記被測定対象の表
   面に集光する第１の光学手段と、 前記第１の光学手段と前記第１の光源との間に取外し可
   能に配置され、前記光断面画像取得時に前記第１の光源
   から出射された光を前記線状光に成形するスリットと、 前記試料台又は前記被測定試料の表面で反射された光の
   光軸方向に移動可能に配置され、前記試料台又は前記被
   測定試料の表面で反射された光を集光する第２の光学手
   段と、 前記第２の光学手段で集光された光を受光して光強度を
   検出する光検出手段と、 前記焦点位置合わせ時に前記第１の光学手段を介して前
   記試料台の表面に光を照射する第２の光源と を有することを特徴とする光切断顕微鏡装置。
5. 【請求項５】第１の光源から出力された光をスリットを
   通して線状光に成形し、第１の光学手段を介して試料台
   上に載置された被測定対象に照射し、前記被測定対象で
   反射された光を第２の光学手段を介して第１の光検出手
   段に入力して前記被測定対象の光断面画像を取得する光
   切断顕微鏡装置の光学手段の焦点位置合わせ方法におい
   て、 表面に焦点位置合わせマークを有する焦点位置合わせ用
   試料を前記試料台上に載置し、前記スリットを取外し
   て、 第２の光源から出力された光を前記第２の光学手段を介
   して前記焦点位置合わせ用試料の表面に照射し、 前記焦点位置合わせ用試料の表面で反射された光を前記
   第１の光学手段を介して第２の光検出手段に入力し、 前記第１の光学手段を光軸方向に移動させて前記第２の
   光検出手段で検出した光強度が最大になる位置で前記第
   １の光学手段を固定し、 前記第１の光源から前記第１の光学手段を介して前記焦
   点位置合わせ用試料の表面に光を照射し、 前記焦点位置合わせ用試料の表面で反射された光を前記
   第２の光学手段を介して前記第１の光検出手段に入力
   し、 前記第２の光学手段を光軸方向に移動させて前記第１の
   光検出手段で検出した光強度が最大になる位置で前記第
   ２の光学手段を固定することを特徴とする光切断顕微鏡
   装置の光学手段の焦点位置合わせ方法。
6. 【請求項６】第１の光源から出力された光をスリットを
   通して線状光に成形し、第１の光学手段を介して試料台
   上に載置された被測定対象に照射し、前記被測定対象で
   反射された光を第２の光学手段を介して光検出手段に入
   力して前記被測定対象の光断面画像を取得する光切断顕
   微鏡装置の光学手段の焦点位置合わせ方法において、 表面に焦点位置合わせマークを有する焦点位置合わせ用
   試料を前記試料台上に載置し、前記スリットを取外し
   て、 第２の光源から出力された光を前記第１の光学手段を介
   して前記焦点位置合わせ用試料の表面に照射し、 前記焦点位置合わせ用試料の表面で反射された光を前記
   第２の光学手段を介して前記光検出手段に入力し、 前記第２の光学手段を光軸方向に移動させて前記光検出
   手段で検出した光強度が最大になる位置で前記第２の光
   学手段を固定し、 前記第１の光源から前記第１の光学手段を介して前記焦
   点位置合わせ用試料の表面に光を照射し、 前記焦点位置合わせ用試料の表面で反射された光を前記
   第２の光学手段を介して前記光検出手段に入力し、 前記第１の光学手段を光軸方向に移動させて前記光検出
   手段で検出した光強度が最大になる位置で前記第１の光
   学手段を固定することを特徴とする光切断顕微鏡装置の
   光学手段の焦点位置合わせ方法。