JP2968080B2

JP2968080B2 - 高分解能光学顕微鏡および照射スポット光作成用マスク

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Publication number: JP2968080B2
Application number: JP3098897A
Authority: JP
Inventors: 勲清水; 征二青谷
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JPH04328718A; US5291012A; DE4214069A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高分解能光学顕微鏡お
よびこの光学顕微鏡に用いる照射スポット光作成用マス
クに関する。特に、本発明は、隣合った部分の光学的位
相が１８０度づつ異なる位相配列が２次元方向に規則的
に配列された位相シフト用マスクを用いて略０．１μｍ
程度あるいはそれ以下の微細な被測定物をも観察しうる
高分解能を達成するものであって、その時に用いる光は
コヒーレント光であれば可視光に限らず赤外線，紫外線
およびＸ線にも原理的に適用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高分解能光学顕微鏡には、代表的
なものとして干渉法，暗視野法および近接場走査法によ
るものがある。

【０００３】干渉法による光学顕微鏡では、光軸と同じ
方向の縦方向の分解能は比較的高いが、横方向の分解能
は照射スポット光径をエリア径以下に小さくすることが
できないので、せいぜい１μｍ程度と低い分解能の像し
か得られていない。

【０００４】暗視野法による光学顕微鏡では、被測定物
（例えば異物）だけが輝いて像のコントラストは高い
が、照明光が対物レンズに入ることを極度に避ける必要
があり、また拡大率が被測定物の大きさ，方向により極
端に異なるという問題点がある。

【０００５】また、近接場走査法による光学顕微鏡（Ｎ
ＳＯＭ）では、光学探針の微細孔から光束を近接場で２
次元走査するため横方向の分解能は高いが、光源の近接
走査は対象物によっては不可能である。また、微弱光を
受光するため使用上の制約も多い。

【０００６】一方、原子単位での測定が期待できるトン
ネル電流を用いた走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）が開
発されている。しかし、この顕微鏡は金属の探針を導電
性試料に１ｎｍまで近づけて、発生するトンネル電流を
一定に保つように試料表面を走査する必要があるため、
精密なアクチュエータと高度なサーボ機構を要し、また
絶縁試料は測定できないとか、広い（数十μｍ以上）領
域を連続的に測定できないとか、絶対値の信頼性の不安
があるとかいった点で問題点がある。また、走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）も０．１μｍオーダの高分解能が得ら
れるが、真空中で電子ビームを走査するため、装置が大
型化し複雑化する他に、生体は不可等の被測定物の材質
に制限があり、また単一のビームによるため走査用の高
度なサーボ機構を必要とするなどという問題点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、干渉法
や暗視野法による従来の光学顕微鏡では分解能等に限界
があり、また近接場走査法による光学顕微鏡等の従来の
走査型顕微鏡では複雑で高価なサーボ機構等を必要とす
るとともに、走査せずにそのまま被測定物の２次元平面
や３次元立体面を観察することは不可能である等の解決
すべき課題があった。

【０００８】そこで、本発明の第１の目的は、上述の点
に鑑みて、従来の高分解能光学顕微鏡の欠点を解消し、
２次元あるいは３次元方向に略０．１μｍ程度、あるい
はそれ以下の微細な被測定物をも観察しうる高分解能
で、静止状態で走査しなくても被測定物の比較的広い範
囲の２次元平面あるいは３次元立体を観察し、測定する
ことの可能な高分解能光学顕微鏡を提供することにあ
る。

【０００９】本発明の第２の目的は、上記の高分解能光
学顕微鏡に好適な照射スポット光作成手段を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の高分解能光学顕微鏡は、コヒーレント
光からなる複数の被測定物照射スポット光の隣合った部
分の光学的位相が１８０度づつ異なる位相配列を２次元
方向に規則的に配列する照射スポット光作成手段と、前
記複数の被測定物照射スポット光の光径を被測定物より
小さく収束して被測定物に照射する手段とを具備するこ
とを特徴とする。

【００１１】また、本発明の光学顕微鏡はその一形態と
して、前記照射スポット光作成手段が、コヒーレント光
を発生する光源と、該コヒーレント光を透過しまたは反
射することにより複数の被測定物照射スポット光を生成
するものであって、隣合った部分の光学的位相が１８０
度ずつ異なる位相配列が２次元方向に規則的に配列され
た照射スポット光作成用マスクとからなることができ
る。

【００１２】また、本発明の光学顕微鏡はその一形態と
して、前記被測定物に照射する手段がレンズ系であるこ
とができる。

【００１３】また、本発明の光学顕微鏡はその一形態と
して、前記照射スポット光作成用マスクは光が一度だけ
通る明視野位置または光が二度通る暗視野位置のいずれ
かに配置することができる。

【００１４】さらに、本発明の光学顕微鏡は他の形態と
して、前記レンズ系またはその他の光学系を光軸方向に
微小変位または振動させる微小移動手段を有することが
できる。

【００１５】さらに、本発明の光学顕微鏡は他の形態と
して、前記照射スポット光作成用マスクは光路中に配置
されたハーフミラーまたはビームスプリッタの前記光源
に対する上流側または下流側に配置され、前記被測定物
は２次元方向または３次元方向に移動走査可能な載置台
上に配置することができる。

【００１６】また、上記第２の目的を達成するため、本
発明の照射スポット光作成手段は、高分解能光学顕微鏡
に好適な照射スポット光作成用マスクであって、基板
と、該基板上に市松模様状に配置されて入射コヒーレン
ト光の位相を１８０度ずらす位相シフタとを有し、コヒ
ーレント光を透過または反射することにより明確に分離
された複数の被測定物照射スポット光を生成することが
できる。

【００１７】また、本発明のマスクはその形態として、
前記照射スポット光作成用マスクは、透明基板上に透明
な感光性樹脂を用いたマイクロリソグラフィー工法によ
り前記位相シフタを該基板上に形成する工程を用いて作
製することができる。

【００１８】また、本発明のマスクは他の形態として、
前記照射スポット光作成用マスクは、前記透明基板上に
スパッタを用いて、透光性金属酸化物薄膜層を形成する
工程と、マイクロリソグラフィー工法により市松模様状
にレジスト層を該金属酸化物層を形成した基板上に形成
し、次いで金属酸化物層をエッチングし、レジスト層除
去を行う工程を用いて作成することができる。

【００１９】なお、前記高分解能光学顕微鏡は、被測定
物上の異物を検査することができる。

【００２０】

【作用】光ビームを単に絞ってもレーリー（Ｒｅｙｌｉ
ｇｈ）限界のため、波長オーダ程度のスポット（エアリ
スポット）となってしまい、０．１μｍの分解能は得ら
れない。本発明では、非走査型の光学顕微鏡で０．１μ
ｍ程度の高分解能を達成するために必要とされる要求、
すなわち照射スポット光径をエアリスポット以下に小さ
くして、かつ被測定物の比較的広い範囲に照射ビームを
照射するという相反する要求に応えるため、照射スポッ
ト光作成用マスクを用いて単一の光ビームを２次元方向
に複数に分離し、これにより被測定物より小さな微小光
径の複数の照射スポット光を得ている。この微小光径の
複数の照射スポットは被測定物表面に光学系（対物レン
ズ等）を介して同時に照射されるが、後述するように上
記の照射スポット光作成用マスクが従来技術のような遮
光膜や小孔（ピンホール状）のようなもので作られてい
るとすれば、照射スポット光同士は同位相なので、互い
に隣接する部分で重なり合って強め合うため被測定物表
面上で１つのスポットとなり、スポットの完全な分離は
到底得られない。これに対し、本発明による高分解能光
学顕微鏡を構成する照射スポット光作成用マスクは、隣
合った部分の光学的位相が１８０度づつ異なる位相配列
が２次元方向に規則的に市松模様に配列されているの
で、このマスクが分離された複数の照射スポット光は隣
接するスポット光同士が互いに１８０度ずれた逆位相と
なり、そのためスポット光が重なる中間位置で光の強度
が零となり、０．１μｍ以下の高分解能を達成可能なだ
けの完全なスポット光の分離が実現される。

【００２１】従って、本発明の高分解能光学顕微鏡は従
来の非走査型光学顕微鏡では不可能であった０．１μｍ
以下の微粒子の３次元形状，大きさを知ることができ、
さらに画像走査によりその微粒子の数，存在位置を特定
することもできる。また、本発明は従来の走査型顕微鏡
の有する欠点や制限が解消され、かつほぼ同等の分解能
を持ちながら極めて容易，迅速に異物や形状を計測ある
いは評価をすることができる。

【００２２】さらに、本発明の高分解能光学顕微鏡は、
反射型顕微鏡としてのみではなく、透過型顕微鏡として
も応用が可能である。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２４】（１）第１実施例図１は本発明の第１実施例の高分解能光学顕微鏡の構成
を示す。本実施例は暗視野法によるものであって、照射
スポット光作成用のマスクを干渉フィルタとして用いて
光が２度通過する位置、すなわち光が往復する光路位置
に配置して光を干渉させることにより暗視野とする例で
ある。図１を参照するに、レーザー光源１を出射したレ
ーザービームはスペイシャルフィルタ（空間フィルタ）
３でノイズが除かれ、コリメーターレンズ５で平行ビー
ムとなるとともにビームの大きさが調整される。この平
行ビームはハーフミラー７を透過してから、図２で示す
ような市松模様状の位相シフタを有する照射スポット光
作成用マスク（以下、位相シフトフィルタと称すること
がある）９により互いに位相が１８０度ずれた複数の照
射スポット光に明瞭に分離される。これらの照射スポッ
ト光は第１対物レンズ１１により拡大され、焦点合せレ
ンズ１３で焦点を合せられた後、第２の対物レンズ１５
により各照射スポット光径が例えば０．１μｍに縮小さ
れて、載物台１８上の試料１７の表面に照射される。

【００２５】本例では、暗視野は物体面で作らず、観測
面で位相干渉によって達成する。被測定物である試料１
７のある面に当った照射光は反射されて第２対物レンス
１５に戻り、焦点合せレンズ１３，第１対物レンズ１１
を通って再び位相シフトフィルタ９を通り位相シフトフ
ィルタ９面で結合して干渉が生じ暗視野が得られる。こ
の暗視野は、位相シフトフィルタ９面での干渉によって
得られる場合に限られるものではなく、例えば対物レン
ズ表面等で干渉させることによっても得ることもでき
る。被測定物上に異物があれば、異物は暗視野中に輝い
て見える。この光像はハーフミラー７で反射され、接眼
レンズ１９で拡大を受けてからカメラ２１に受光され
る。対物レンズ１５の微移動により位相シフトフィルタ
９の面で干渉状態を調整すれば暗視野が確保され、像の
高いコントラストが得られる。

【００２６】レーザー光源１のレーザーの波長について
は特に限定されないが、波長と出力が安定なことが必要
であり、現時点では例えばＨｅ−Ｎｅレーザーのような
ガスレーザーが好ましい。使用可能な光波としては、コ
ヒーレント光が生成可能ならば、可視光に限らず、赤外
光，紫外光さらにはＸ線等の各種電磁波も原理的に適用
可能である。スペイシャルフィルタ３は対物レンズとピ
ンホール（またはスリット）により構成され、レーザー
光のノイズを除去して均一な位相のビームを生成する。
ハーフミラー７はビームスプリッタに置き換え可能であ
る。第２対物レンズ１５の縮小率は例えば１０〜１００
分の１である。この対物レンズ１５はピエゾ振動子２３
により光軸方向Ｚに微動して光路（光学距離）を伸縮
し、これにより縦方向の像データが得られる。試料１７
は例えばＬＳＩ（大規模集積回路）のウエハのような被
測定物である。この試料１７を載置する載物台１８は光
軸と直角な２次元方向に移動・走査可能で、必要に応じ
て所望の角度に回転もでき、さらに試料１７をセットす
る際に光軸方向（縦方向）に移動することもできる。

【００２７】カメラ２１はイメージセンサとして例えば
ＣＣＤ（電荷結合素子）２次元アレイ等を用いた固体撮
像装置が好ましい。カメラ２１から出力された画像信号
はマイクロコンピュータ等からなる画像処理部（プロセ
ッサ）２５で必要な画像処理と必要な解析処理を受け
て、その結果がモニタ（ディスプレイ装置）２７に表示
され、また必要に応じてプリンタのような出力デバイス
２９により記録される。

【００２８】上記位相シフトフィルタ９の外観例を図２
に示し、その詳細な構造を図３の（Ａ）の平面図と
（Ｂ）の縦断面図で示す。この位相シフトフィルタ９は
これらの図に示すように、隣合った部分の光学的位相が
１８０度づつ異なる位相列が規則的に２次元方向に、市
松模様に配列された格子状位相板である。この図２およ
び図３では、４μｍ角の位相シフトフィルタが市松模様
状に配列されている。この位相シフトフィルタ９を構成
する基板３１は透明で平滑度が高ければ特に材質は問わ
ないが、例えば光学ガラス平板が扱い易いので好まし
い。この基板３１上に透明な感光性樹脂を塗布し、マイ
クロリソグラフィー工法により図３の（Ａ）に示すよう
な市松模様パターンでの複数個の位相シフタ３３を形成
することができる。このシフタ３３は光の位相を反転す
るための膜である。あるいは、スパッタを用いて酸化ス
ズ等の層を基板３１上に形成し、次いで上記と同様に市
松模様のレジストパターンを形成した後、酸化スズ等の
層のエッチングとレジスト層の除去を行えば、無機−無
機の位相シフトフィルタを得ることもできる。これらの
フィルタ作製においてそのフィルタの平面性と均一性を
保つことは特に重要である。

【００２９】位相シフタ３３は図３の（Ａ）で斜線で示
す部分に配置され、基板３１の部分が露出した図面上空
白で示される部分と光学的位相が１８０度異なってい
る。そのため、各位相シフタ３３は隣接部分と逆位相と
なるように、すなわちレーザー光が半波長（０．５λ）
となるような光路差分の厚みがつけられて、１８０度の
位相ずれを達成している。具体的には、この位相シフタ
３３の厚みはレーザー光の波長λの他に、位相シフタ３
３の材質の屈折率および、基板３１の厚さとその屈折率
によって決定される。例えば、波長が６３３ｎｍのＨｅ
−Ｎｅレーザー光を用い、基板３１はその厚さが１ｍｍ
の光学ガラス（屈折率１．５）で、位相シフタ３３の材
質が屈折率１．５４の透明な感光性樹脂の場合、位相シ
フタ３３の厚みは約０．５９μｍとなる。符号３５は不
要な光線を遮断するための遮光膜であり、光線を透過す
る格子部分の周辺に形成されている。

【００３０】照射スポット光の数を規定する位相シフト
フィルタ９の格子セルの数は図２に示すものに限らな
い。もっと多くの、例えば４μｍ角のセルが５００×５
００個、あるいはそれ以上の個数を有するフィルタも広
い測定範囲を一度にカバーできるので好ましいし、マイ
クロリソグラフィー工法を駆使することにより実現も容
易に可能である。

【００３１】レーザーの平行ビームを位相シフトフィル
タ９に照射し、その透過光を４０倍の対物レンズ１３で
光を収束すれば０．１μｍ間隔の照射スポット光を得る
ことができ、レーリー限界をはるかに越えた０．１μｍ
の横方向分解能となる。またこのとき、対物レンズ１３
の倍率を８０倍とすれば、０．０５μｍの横方向分解能
となる。さらに、位相シフトフィルタ９の格子セルの大
きさは小さくすればするほど、より分解能が向上し、画
像の解像度が上る。例えば、格子セルの大きさを４μｍ
角から２μｍ角とすれば横方向分解能は２倍に向上す
る。しかしながら、極端に格子セルの寸法を小さくする
と、１つの格子セルを通る光の量が減少するので実際上
は自ずと限界がある。また、平面性や均一性などの精密
加工をする上での製造加工技術面からの限界も挙げられ
る。従って、現時点では通常各格子セルの寸法は３〜４
μｍ角程度が製造コスト面等からも実用的である。

【００３２】図４は上記の位相シフトフィルタ９を通過
した照射スポット光の試料１７上の振幅分布と光強度を
示す。この作用の原理を図５の（Ｃ）に示す。図５の
（Ａ）および（Ｂ）はコヒーレント同一位相のレーリー
限界を示す。次にこれを簡単に説明する。円形開口によ
って生ずる回折は円心をもった円環の形になる。これを
エアリーの円盤という。２つの点光源がある時、点光源
の像はエアリーの円盤となっているので２つの点があま
り接近していると互いに重なり２つの点とは見えなくな
る。これをどの程度の間隔まで分解し観察できるかを示
したのがレーリーであり、これをレーリーの解像限界と
いう。図５において同一位相のときには、２点が近づく
につれて重なり合ってしまうが（図５（Ａ），
（Ｂ））、位相差がπ（１８０度）のとき（図５
（Ｃ））には、２点がどのように接近していても中央は
強度０でいつも２つの点光源として認められる。

【００３３】また、位相シフトフィルタ９は位相シフタ
３３だけを使ってパターンを形成しているので、図４に
示すように位相シフタ３３のエッジ部では位相が急峻に
反転するため、その部分だけが暗くなり、位相シフタの
エッジに沿って０．１μｍ程度以下の極めて微細な照射
スポット光が互いに他のスポット光と明確に分離されて
試料面上に照射される。

【００３４】上述のように、照射スポット光の光束は位
相が１８０度異なる干渉光を組み合わせて作られる。そ
のため、照射光系も、受光光学系も遠隔場に置くことが
できる。遠隔場で捕捉された試料１７からの散乱光は接
眼レンズ１９で拡大され、その像情報がカメラ２１のＣ
ＣＤ２次元アレイで各番地毎に光強度として捕らえられ
る。この光強度信号（画信号）を画像処理部２５で画像
処理して拡大物体像をモニタ２７の表示画面上に表示す
る。被測定物上の照射スポット光径を０．１μｍとして
走査すれば０．１μｍの横方向分解能が得られ、ピエゾ
振動子２３により対物レンズ１５を微細に光軸方向Ｚに
移動させれば、同様に０．１μｍ以下の光軸向分解能が
得られる。

【００３５】図６はこのＺ軸方向の分解能を説明するた
めの光ビームの波形を示し、図中のＣは基準面からの物
体（サンプル）の高さを示す。同図のように、基準面
（参照面）からの物体の高さが光の波長の半分以下の光
路差であるとすると、光の干渉を考えると干渉光の強度
が最小となるためには、対物レンズ１５は半波長以下の
移動量となる。その移動量をカメラ２１からの画像入力
データのフィードバック量に基づいて画像処理部２５の
コンピュータからピエゾ振動子２３を通じて対物レンズ
１５に与え、干渉光の強度が最小（黒）となったときに
与えられた移動量がその物体のＺ軸方向の距離（高さ）
となる。このようにして測定表面の３次元データを数値
データとして得る処理装置として使用できるものとして
は、例えばザイゴ（Ｚｙｇｏ）社で製造されている非接
触３次元表面粗さ計に用いられている制御・解析用コン
ピュータ（ＨＰ９０００／３７５，３６０）を利用する
ことができる。この市販の処理装置を利用すれば、ピエ
ゾ振動子を光路方向に振動してカメラ上の各画素での干
渉強度を変化させ、カメラから得られる理論上の１周期
となる信号波を複数Ｎのエリアに分割し、そこを代表す
る強度を読み取って位相を算出するというＮバケット法
により簡単に３次元測定値を得ることができる。

【００３６】なお、図１に示す実施例では、ピエゾ振動
子２３を第２対物レンズ１５に取り付けたが、これに限
らず、例えば第１対物レンズ１１や位相シフトフィルタ
９に取り付けてもよいことは勿論である。また、上記ピ
エゾ振動子の代りに他の磁歪素子も適用できる。

【００３７】また、図１に示す載物台１８を２次元方向
に移動すれば被測定物全面を走査することができ、被測
定物１７がパターン付きウエハ等であっても異物の計測
が可能である。このように本実施例の高分解能光学顕微
鏡システムは従来の走査型電子顕微鏡と同等の分解能を
持ちながら、極めて容易にかつ迅速に光の波長以下の異
物を計測でき、高性能で廉価な表面異物検査装置として
提供することができる。

【００３８】（２）第２実施例図７は本発明の第２実施例の高分解能光学顕微鏡の構成
を示す。同図において、図１の実施例と同一内容の要素
には同一符号を付してある。なお、符号４１は口径を合
せるためのレンズである。また、図１に示した載物台１
８，ピエゾ振動子２３，画像処理部２５，モニタ２７お
よび、出力デバイス２９は説明の簡略化のため図示を省
略してある。

【００３９】本実施例は明視野法での適用例であり、上
述した照射スポット光作成用マスク（位相シフトフィル
タ）９を光が１度しか通らないハーフミラー７の上流の
光路位置に配置して位相シフトフィルタとして用いたも
のである。ここで、明視野法を簡単に説明する。光を収
束させると波長程の大きさにしかできない。それは図５
ですでに説明したようにエアリーの円盤と呼ばれる。こ
のエアリーの円盤２つを近づけるとインコヒーレントと
コヒーレントで同位相の場合は一つの光点となってしま
う。しかし、コヒーレントで逆位相の場合はどんなに近
づけても、光路の間に光強度零の部分ができる（図５参
照）。この状態を縦横二方向に繋げると２次元の光点と
して観察される。従って、このエアリーの円盤の中に上
記位相シフトフィルタ９の格子が存在すれば、二次平面
で波長オーダー以下の分解能が得られる。

【００４０】図７に示すように、この光学顕微鏡ではレ
ーザー光源１，スペイシャルフィルタ（空間フィルタ）
３，コリメーターレンズ５，位相シフトフィルタ（照射
スポット光作成用マスク）９，第１対物レンズ１１，焦
点合せレンズ１３，ハーフミラー７，口径合せ用レンズ
４１および、第２対物レンズ１５の順に配列され、第２
対物レンズ１５が載置台上の試料１７と対面している。
試料１７からの反射光は第２対物レンズ１５に戻り、口
径合せ用レンズ４１を通ってハーフミラー７で反射され
て偏向し、接眼レンズ１９で拡大されてカメラ２１に受
光される。口径合せ用レンズ４１はコリメーターレンズ
５および焦点合せレンズ１３の調整具合によっては必ず
しも必要なものではないが、この口径合せ用レンズ４１
を入れておけば口径合せのための調整が容易となるので
便利である。

【００４１】本実施例では位相シフトフィルタ９が明視
野に置かれているので、カメラ２１に受光された像は一
般的な光学顕微鏡と同様に明視野で観察される。試料１
７のＺ軸方向の測定は、図１に示した本発明の第１実施
例の場合と同様に、第２の対物レンズ１５または第１の
対物レンズ１１を光路方向（Ｚ軸方向）にピエゾ振動子
２３を使用して半波長以下で振動させることにより行わ
れる。従って、本実施例においても０．１μｍ以下の高
分解能での試料１７の３次元測定が明視野で簡単に、か
つ迅速に行われ得る。

【００４２】（３）第３実施例図８は本発明の第３実施例の高分解能光学顕微鏡の構成
を示す。本実施例は図７に示す第２実施例と同様の明視
野法による他の適用例があるが、焦点合せレンズを１３
Ａと１３Ｂの２枚組みにしてズームレンズ化し、またカ
メラ２１の前方の接眼レンズを除いた点が図７の第２実
施例と異なる。その他の構成，作用は第２実施例とほぼ
同様なので説明を省略する。

【００４３】（４）第４実施例以上述べた本発明の各実施例は透過型の照射スポット光
作成用マスクを用いた事例であるが、本発明はこれに限
定されず、反射型の照射スポット光作成用マスクも適用
できる。

【００４４】図９はこの反射型の照射スポット光作成用
マスクの一例を示す。ここで、符号５１は表面が全反射
する基板、符号５３は同じく表面が全反射する位相シフ
タ、符号５５は不要な領域の反射を防止する反射防止膜
である。位相シフタ５３は、前述の透過型の照射スポッ
ト光作成用マスク（位相シフトフィルタ）９の場合と同
様に、基板５１上に市松模様状に配置され、各々４μｍ
角の大きさで、その厚さは使用するレーザー光の波長の
１／４波長の寸法である。例えば、６３３ｎｍのレーザ
ー光が使用される場合には、位相シフタ５３の厚さは
０．１５８μｍとなる。この場合、隣合う部分が１８０
度それぞれ光学的位相が異なるので、０次光のみ強調さ
れて反射スポット光となり、１次光や−１次光等は互い
にキャンセルされ、透過型の照射スポット光作成用マス
ク９と同様な作用をする。

【００４５】上記光を反射させる基板５１は金属材料の
他にガラス板等の素材上に金属メッキや金属をスパッタ
したものなども使用できる。この場合の位相シフタ５３
はエッチング法，金属メッキ法，スパッタ法等を用いて
作成できる。このように構成した反射型の照射スポット
光作成用マスク（位相グレーテング）５０を適当な公知
の偏向光学系（例えば、キュービックミラー等）と組み
合わせることにより、図１，図７および図８に示すよう
な透過型のスポット光作成用マスク９と置き換え、同様
な作用効果を得ることができる。

【００４６】なお、本発明の光学顕微鏡の光源としては
可視光に限らず、その他のコヒーレントな電磁波も適用
可能である。また、本発明の高分解能光学顕微鏡は、反
射型顕微鏡としてのみでなく、被測定物を透過した光で
観察する透過型顕微鏡としても適用できることは勿論で
ある。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果が得られる。

【００４８】（１）コヒーレントで位相が逆（位相差
π）の二光点はどのように接近させても中央は光強度が
零で、常に二つの点光源として認められる。本発明では
隣合ったコヒーレントな二光点の位相差をπとするマス
ク（フィルタまたはグレーテング）を用いて照射スポッ
トを分離するように構成しているので、インコヒーレン
ト光の解像限界を与えるレーリーの限界をはるかに越え
て像の解像力を高めることができる。また、分離された
照射スポットが常に複数の点光源となるので遠隔場の検
出が可能である。

【００４９】（２）短波長光を用いずとも、各入射光の
波長に応じたレーリー限界をはるかに越える分解能を有
する。すなわち、通常短波長光（紫外光）を用いて分解
能を例えば０．１μｍ以上に上げることが考えられる
が、本発明によれば波長の長い光を用いてもこれ以上の
分解能をつくり出すことができる。

【００５０】（３）本発明の照射スポット光作成用マス
クはコヒーレント光で隣合った光点の位相がπだけ異な
る光点を市松模様のように配置しているので、各光点間
の分解能はレーリー限界を大きく越えた高分解能でスポ
ット光を小さくできる。また、その複数のスポット光は
２次元方向に広がりを有するので、広い観察面と迅速な
測定とが得られる。

【００５１】（４）光源としてコヒーレントな可視光を
用いることができ、また使用可能な光の波長に制限はな
いので、真空中はもちろんのこと、空気中や液体中でも
測定できる。また、被測定物の材質を問わず、生体等も
簡単に観測できる。また、同様の理由で装置の構成が簡
単となり、小型，軽量、低価格で提供でき、極めて実用
性が高い。

【００５２】（５）さらに、ピエゾ素子のような光路長
を可変にする手段を用いることにより、容易に３次元ナ
ノメータ分解能を有する測定装置を実現できる。

【００５３】また、暗視野位置に本発明の照射スポット
光作成マスクを配設するだけで、反射面上での１個のナ
ノメータオーダの粒子の形状を認識することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す光路図であ
る。

【図２】本発明の照射スポット光作成用マスクの一例を
示す拡大平面図である。

【図３】本発明の透過型の照射スポット光作成用マスク
（位相シフトフィルタ）の詳細な構造例を示し、その
（Ａ）は平面図、その（Ｂ）はＩ−Ｉ′線に沿う縦断面
図である。

【図４】本発明の透過型の照射スポット光作成用マスク
の作用を示す説明図である。

【図５】本発明の作用の原理を示す波形図である。

【図６】本発明の第１実施例において被測定物のＺ軸方
向（光軸方向）の測定原理を示す波形図である。

【図７】本発明の第２実施例の構成を示す光路図であ
る。

【図８】本発明の第３実施例の構成を示す光路図であ
る。

【図９】本発明の反射型の照射スポット光作成用マスク
（グレーテング）の詳細な構造例を示し、その（Ａ）は
平面図、その（Ｂ）はＩ−Ｉ′線に沿う縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１レーザー光源３スペイシャルフィルタ５コリメータレンズ７ハーフミラー９照射スポット光作成用マスク（フィルタ）１１第１対物レンズ１３焦点合せレンズ１５第２対物レンズ１７試料（被測定物）１８載物台１９接眼レンズ２１カメラ２３ピエゾ振動子２５画像処理部２７モニタ（ディスプレイ装置）２９出力デバイス３１ガラス基板３３位相シフタ３５遮光膜４１口径合せ用レンズ５１反射基板５３反射位相シフタ５５反射防止膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 27/58 G02B 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コヒーレント光からなる複数の被測定物
照射スポット光の隣合った部分の光学的位相が１８０度
づつ異なる位相配列を２次元方向に規則的に配列する照
射スポット光作成手段と、前記複数の被測定物照射スポ
ット光の光径を被測定物より小さく収束して被測定物に
照射する手段とを具備することを特徴とする高分解能光
学顕微鏡。
【請求項２】基板と、該基板上に市松模様状に配置さ
れて入射コヒーレント光の位相を１８０度ずらす位相シ
フタとを有し、コヒーレント光を透過または反射するこ
とにより明確に分離された複数の被測定物照射スポット
光を生成することを特徴とする照射スポット光作成用マ
スク。