JP5064489B2 - 物体の表面輪郭を測定するための顕微鏡および顕微鏡検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、物体の表面輪郭を測定するための顕微鏡および顕微鏡検査方法に関する。表面輪郭の測定は、従来たとえばレーザ走査型顕微鏡を用いて、共焦点断面（いわゆるｚステープル）の連続が処理かつ評価されることによって実施することができる。撮像速度およびｚ断面数は検出可能なトポロジーの動特性を決定する。

独国特許出願公開第４４１９９４０（Ａ１）号明細書から、共焦点光学顕微鏡の中に強い色収差を有する対物レンズを使用し、かつ共焦点検出光をスペクトルに分解かつ評価し、その結果、物体の様々な深さを同時に検出できることが知られている。この場合の欠点は、特殊の対物レンズを設ける必要があり、かつ標準対物レンズを使用できないことである。

上記を前提として本発明の課題は、簡単かつコスト的に有利に実現でき、かつ表面輪郭を迅速に把握できる物体の表面輪郭を測定するための顕微鏡を提供することである。さらに、対応する顕微鏡検査方法が提供されるべきである。

この課題は、本発明により、各部分に対して所定のレンズ後焦点領域が照明され、照射光と物体との間の相互作用によって試料光が発生されるように、異なる波長を有する照射光を前記物体の種々の表面部分に向ける照明モジュールと、検出モジュールであって、該検出モジュールがスキャナを用いて試料光を検出光路の中に向け、かつレンズ後焦点領域の各被検出後焦点に対して検出光路の中へ向けられた試料光のそれぞれ１つの別の波長を平面内で共焦点に結像し、共焦点に結像された試料光の強度を波長に依存して検出し、かつそこから物体の対応する表面部分の位置を導出し、スキャナと前記平面との間に配置され、かつ試料光が通り抜ける調整可能な色波長誤差（好ましくは連続的に調整可能な色波長誤差）を含むカラーモジュールを有し、その結果、色波長誤差の変化によって被検出後焦点が調節可能であることによって、時間的に相前後して各部分の試料光を検出する検出モジュールとを備える、物体の表面輪郭を測定するための顕微鏡によって解決される。

本発明に係る顕微鏡において、一方で色波長誤差の変化を利用して物体のトポロジーへの適合が容易かつ迅速に可能であるという長所が達成される。他方ではカラーモジュールがスキャナと前記平面との間に配置されており、その結果、本発明に係る顕微鏡に到達するためにカラーモジュールを従来の顕微鏡またはレーザ走査型顕微鏡にも付加することができる。特に、顕微鏡の対物レンズを変更し、または特殊に製造され、かつ色波長誤差を具備する対物レンズを補充することは不要である。

この顕微鏡の場合は試料光が発散光線束または平行光線束としてカラーモジュールに当たることができ、かつ次に前記カラーモジュールから平行光線束もしくは集束光線束に変換される。

さらに、カラーモジュールは少なくとも１つのレンズと、試料光が前記レンズを２回通過するように検出光路を折り畳む１つの湾曲した鏡とを有してもよい。それによって非常に少ない要素から構成された、所望の色波長誤差を有するカラーモジュールが提供される。特にレンズおよび湾曲した鏡は第１の色光学系を形成し、かつカラーモジュールは、第１の色光学系と異なる色波長誤差を有する別の１つの第２の交換可能な色光学系を有してもよい。第２の交換可能な色光学系は、特に湾曲した鏡を備えたレンズとして形成されていてもよい。

鏡は背面鏡としてレンズの片側に形成されていてもよい。それによって非常にコンパクトな素子が提供され、鏡の汚れが有利に防止される。
カラーモジュールはレンズをただ１つのレンズとして、かつ鏡をただ１つの鏡として有してもよい。特にレンズの両側は球面として形成してもよく、その結果、製造は容易に所望の精度でかつコスト的に有利に実施することができる。

カラーモジュールは特に試料光の主ビームがカラーモジュールの光軸と一致するように配置することができる。
さらに検出光路内のカラーモジュールに貫通孔を備えた偏向鏡を設けてもよく、試料光が発散光線束として貫通孔を通過し、カラーモジュールに当たり、かつカラーモジュールから平行束として到来しながら偏向鏡で偏向される。この場合はカラーモジュールおよび偏向鏡を、試料光が平行光線束として拡散する検出光路内の領域に配置することができ、別の１つのコリメータが設けられている。偏向鏡、コリメータおよびカラーモジュールは、平行の試料光線束が偏向鏡から平行束としてコリメータに向けて反射され、前記コリメータは、試料光線束が偏向鏡の貫通孔を通過し、かつ貫通孔の後方で発散光線束として拡散するように前記試料光線束を偏向鏡へ集束する光線束として逆反射するように配置することができる。この発散する光線束は次に偏向鏡で検出光路内の次の光学素子へ平行束として偏向される発散する光線束を偏向鏡へ戻して平行束として反射するカラーモジュールに当たる。

また、試料光が平行光線束として偏向鏡に当たり、前記偏向鏡からカラーモジュールへ向けて偏向され、カラーモジュールを通過し、かつ前記カラーモジュールから集束する光線束として到来しながら貫通孔を通して通り抜けることも可能である。特にこの場合は偏向鏡を同時に共焦点遮光板として使用してもよく、これが顕微鏡のコンパクト性を高める。この場合においても、別の１つのコリメータを配置してもよく、その場合はカラーモジュール、偏向鏡およびコリメータの配置は、平行の試料光線束が偏向鏡でカラーモジュールに向けて反射されるように選択されている。平行光線束はカラーモジュールを利用して集束する光線束として偏向鏡の貫通孔へ逆反射され、通過した集束する試料光線束は貫通孔の後方で発散する光線束としてコリメータに当たり、前記コリメータは発散する光線束を偏向鏡へ平行の試料光線束として逆反射し、前記偏向鏡は平行の試料光線束を検出光路内の次の光学素子へ向けて偏向する。その都度コリメータが設けられた前記実施形態において偏向鏡は好ましくは両側に反射被膜が塗布されている。

顕微鏡には検出光路内に照射光が物体へ案内され、かつ試料光が検出光路内へ案内されるメインスプリッタが配置されていてもよく、カラーモジュールはメインスプリッタと平面との間に配置されている。それによってカラーモジュールはこの実施形態において単に検出光路内に設けられており、かつ異なる波長を有する照射光は物体の照明のために通過しない。

しかしながらカラーモジュールがスキャナとメインスプリッタとの間に配置されることも可能である。この場合は照射光が照明のためにカラーモジュールを通過し、それによって異なる波長が対応する後焦点で等しく合焦される。前記態様においてさらに上記の偏向鏡との関係で説明したコリメータが設けられている場合、カラーモジュールは平行の光路内でメインスプリッタとスキャナとの間に配置されており、かつそれによって前記コリメータの配置によって平行光線束（照明のための照射光も試料光も）にそれぞれ所望の色波長誤差を与えることも容易に可能であるため有利である。

カラーモジュールは鏡と、（たとえば正確に）２個または（たとえば正確に）３個のレンズとを含んでいてもよく、かつレンズおよび鏡はカラーモジュールの光軸に沿って移動可能にすることができ、その結果、カラーモジュールの所望の色波長誤差が調整可能である。特にそれによって、色波長誤差を連続的に変化させ、かつ連続的に所望のレンズ後焦点領域に適合することが可能である。

レンズは全て同一材料から製造してもよく、これが製造コストを低減する。
本発明に係る顕微鏡の場合、照明モジュールは共焦点照明を実現することができる。しかしながら物体照明を垂直光−明視野照明または透過光−明視野照明によって実現することも可能である。この場合は単に検出が共焦点で実施される。

照明モジュールは、さらに異なる波長を有する照射光を発生するための光源を含んでいてもよい。照射光は、好ましくは３００〜７００ｎｍの範囲からの波長を有する照明光である。もちろんその他の波長も可能である。特にこの照射光はレーザ光線である。

さらに顕微鏡は、該顕微鏡の作動を制御し、かつ特に検出も制御する別の１つの制御ユニットを有してもよい。
波長依存性の検出のために共焦点に結像される試料光のスペクトル分離を実施することができる。そのために、たとえばプリズムおよび／または格子のような好適な分散光学素子を使用してもよい。

さらに顕微鏡は、測定された表面輪郭が表示される、たとえば画面のような別の１つの出力ユニットを有してもよい。この表示は、疑似色表示を利用するか、または３次元表示として実施してもよい。

検出モジュールは、共焦点に結像される試料光のみを透過または反射する共焦点遮光板を平面内に有してもよい。特に共焦点遮光板は孔付遮光板として形成されていてもよい。
照射光と物体との間の相互作用は、たとえば反射または透過であってもよい。蛍光光線が発生かつ検出されることも可能である。

この課題は、さらに各部分に対して所定のレンズ後焦点領域が照明されるように異なる波長を有する照射光が物体の種々の表面部分で偏向され、照射光と物体との間の相互作用によって試料光が発生され、かつ試料光がスキャナを利用して検出光路の中へ向けられ、かつレンズ後焦点領域の各被検出後焦点に対して検出光路内へ向けられた試料光のそれぞれ１つの別の波長が共焦点に一平面内で結像され、共焦点に結像された試料光の強度が波長に依存して検出され、かつそこから物体の対応する部分の位置が導出され、スキャナと前記平面との間に試料光が通り抜ける調整可能な色波長誤差を有するカラーモジュールが配置されており、その結果、色波長誤差の変化によって被検出後焦点が調整されることによって、時間的に相前後して各部分の試料光が検出される物体の表面輪郭を測定するための顕微鏡検査方法によって解決される。

前記方法によりコスト的に有利かつ迅速に１つの試料の表面輪郭を把握することが可能である。
照射光は、好ましくは３００〜７００ｎｍの範囲からの波長を有する照明光であるが、別の波長も可能である。照射光はレーザ光線であってもよい。

顕微鏡検査方法は、本発明に係る顕微鏡と同じ方法で発展的に形成することができる。
本発明は、以下図面を引用し例としてより詳しく説明する。

物体ＯＢの表面輪郭を測定するための図１に示した顕微鏡の実施形態において概して検出チャネルのみが詳細に示されている。
顕微鏡はレーザ走査型顕微鏡として形成されており、かつ検出のために対物レンズ２および鏡胴レンズ３を備える顕微鏡光学系１、スキャナ光学系４、２つの鏡６、７を備える偏向ユニットもしくはスキャナ５、メインスプリッタ８ならびに偏向鏡１０および個別レンズＬを含むカラーモジュール９を含む。

個別レンズＬは、凹凸レンズＬとして形成されており、凹面側１１は偏向鏡１０に対向しており、かつ凸面側１２は反射被膜が塗布されており、その結果、個別レンズＬは背面鏡１３を有する。

さらに偏向鏡１０が検出ユニット１４と個別レンズＬとの間にあるように、別の１つの検出ユニット１４が配置されている。
作動中、異なる波長を有するレーザ光線がメインスプリッタ８（矢印Ｐ１で暗示したように）を介してスキャナ５へ案内されており、スキャナ５およびスキャナ光学系４を利用して顕微鏡光学系１と接続して被検査物体ＯＢ上もしくは中に合焦され、かつ物体上へ移動される。合焦されたレーザ光線と物体ＯＢとの間の相互作用（たとえば物体表面での反射）によって顕微鏡光学系１、スキャナ光学系４およびスキャナ５を介していわゆる分離走査光路の中にスキャナ５の後方へ偏向される試料光が発生される。この試料光は次に分離走査光路（ここでは検出光路とも呼ぶ）内でメインスプリッタ８を利用して偏向鏡１０へ向けて反射され（矢印Ｐ２）、かつ偏向鏡１０を介して平行光線束として個別レンズＬへ向けられる。

個別レンズＬは所定の色波長誤差を有し、その結果、試料光が到来するレンズ後焦点に依存して別の１つの波長が、共焦点に偏向鏡１０の中に設けた貫通開口部１５の中へ合焦される。偏向鏡１０はここでそれによって同時に検出に対する共焦点遮光板として用いられる。

偏向鏡１０に、共焦点に結像される試料光の強度を波長に依存して検出する検出ユニット１４が後置されている。そのために検出ユニット１４は、図１に模式的に示したように、波長に依存して偏向するためのプリズム１６および前記プリズム１６の後に配置された検出器１７を有してもよい。検出器１７の検出信号は、強度に依存してまさに検出された物体ＯＢの部分の表面位置を算出できる制御ユニット１８に転送される。これは、表示される各色が別の高さに相当するたとえば疑似色像として、利用者に表示することができる。しかしながら３次元表示も可能である。

すなわち貫通開口部１５の中への波長に依存した共焦点の結像によって各波長にレンズ後焦点と、それによって対応する試料表面の高さを割り当てることができる。図２に、そのため模式的に物体ＯＢの部分の断面（ｘ−ｚ断面）が示されており、その表面は第１の点ｘ１で、かつ第２の点ｘ２で図１のレーザ走査型顕微鏡を用いて測定される。顕微鏡は異なる波長を有するレーザ光線が高さｚ_０で合焦されるように調整される。もちろんそれによって試料が前記合焦高ｚ_０の上方および下方でも、合焦の鮮明深度に依存する多少粗悪な合焦であってもレーザ光線によって照明される。それによって、たとえば高さ範囲ｚ_ｍｉｎ〜ｚ_ｍａｘ（つまり所定のレンズ後焦点領域）が異なる波長を有するレーザ光線によって照明される（図２に点線で暗示）。

個別レンズＬの色波長誤差によって高さ範囲ｚ_ｍｉｎ〜ｚ_ｍａｘから高さに依存して、かつそれによって後焦点に依存して異なる波長が共焦点に貫通開口部１５中へ結像され、その結果、たとえば共焦点に結像された赤色波長がｚ_ｍｉｎに相当し、かつ共焦点に結像された青色波長がｚ_ｍａｘに相当する。場所ｘ１での検出時に異なる波長を有するレーザ光線がｚ_ｍａｘにある表面で最も強く反射され、その結果、青色波長の強度が検出器１７で最大になる。それに対して場所ｘ２の検出時に、表面がそこで単に高さｚ_ｍｉｎを有するので赤色試料光の強度が最大になる。

カラーモジュール９はただ１つの個別レンズＬのみを有するだけでなく、互いに単にその厚さＤ２、偏向鏡１０と凹面側１１の間隔Ｄ１および前面１１および裏面１２の曲率半径で区別される複数の交換可能な個別レンズＬを有する。個別レンズＬの交換によって異なる色波長誤差特性を考慮することができ、その結果、たとえばより大きいまたはより小さいレンズ後焦点領域（ｚ_ｍｉｎからｚ_ｍａｘまで）を提供することができる。それによってカラーモジュール９は可変の色波長誤差を有し、それによって検出可能なレンズ後焦点領域が調整され、かつたとえば迅速に変化する物体トポロジーに適合することができる。

メインスプリッタ８、スキャナ５、スキャナ光学系４および顕微鏡光学系１は１つの照明モジュールを形成する。この照明モジュールは、さらにレーザ光線を発生するための図示しないレーザ光源を含んでいてもよい。顕微鏡光学系１、スキャナ光学系４、スキャナ５、メインスプリッタ８、偏向鏡１０、カラーモジュール９および検出ユニット１４は１つの検出モジュールを形成する。

図３に、本発明に係るカラーモジュール９の４つの変形に対する色波長誤差特性が示されている。横座標に沿って波長λがｎｍで、かつ縦座標に沿って色波長誤差ａ０２（λ）が波面変形としてλの部分で表示されており、ｓ（λ）＝１．１＊λ＊ａ０２（λ）／ｎＡ^２により物理的後焦点が計算可能である。Δｓ＝ｓ（λ）−ｓ（５４６ｎｍ）は、波長λに対する後焦点差分を表し、ｎＡは、ここで

として定義された開口数である（ｄＥＰは入射瞳の直径であり、ここでｄＥＰ＝３．２ｍｍおよびｆはコリメータの焦点距離である）。λ＝３５０ｎｍでのａ０２（λ）の値はここで簡単にａ０２として表されており、カラーモジュール９の様々な色波長誤差特性から区別するためのパラメータとして用いる。

線ａ０２＝−２は下記のパラメータによって形成された図１の個別レンズＬの色波長誤差特性を示す：
凹面前側１１の曲率半径：５４．１３ｍｍ
凸面裏側１２の曲率半径：４２．３４ｍｍ
レンズの厚さＤ２：３．７１ｍｍ
点光源からの前側１１の間隔Ｄ１：１７．１４ｍｍ
材料パラメータ：ｎ_０＝１．５８４８１、ｖ_０＝４０．５７
焦点距離ｆ：２０ｍｍ
図３に、さらに図１のカラーモジュール９の変形の色波長誤差特性が記載されているが、基本的な構造は裏面反射被膜を塗付された凹凸面個別レンズとして維持されており、かつ同一のレンズ材料も使用される。単に曲率半径ならびにレンズ厚および間隔Ｄ１のみが変化している。

下表に、対応する曲率半径および間隔が示されており、図１のコリメータ１の焦点距離ｆおよび変形の焦点距離は下表に従ってそれぞれ２０ｍｍになる。

図３の表示から明確に読み取れるように、それによって単調に降下しながら増大する波長（ａ０２＝６または２）から単調に上昇しながら増大する波長（ａ０２＝−６または−２）までの色波長誤差特性は曲率半径および間隔の選択によってのみ、もしくは材料を変更せずに幾何学的測定の変化によってのみ、調整することができる。それによって所望の色波長誤差は、対応する適用事例（つまり対応するレンズ後焦点領域）のために調整することができる。変数ａ０２＝０（波長に無関係）は、ここで遺漏のないようにするためにのみ上表に掲載されており、波長に依存しない、かつそれによって異なるレンズ後焦点の同時検出が所望されていない場合に使用してもよい。

図１の個別レンズＬおよび図３に示した変形は下記の全ての条件を満たす：
｜１／Ｒ２−（ａ０２＊（ｂ２／ｆ^２＋ｂ１／ｆ＋ｂ０）＋ｃ２／ｆ^２＋ｃ１／ｆ＋ｃ０）｜＜０．０００３
式中、Ｒ２は裏側１２の曲率半径、ｆは個別レンズＬの焦点距離を表す。および定数ｃ０、ｃ１、ｃ２、ｂ０、ｂ１、ｂ２は下記の値を有する：
ｂ０＝−０．００１０３９５ ｃ０＝０．０００６８４６９
ｂ１＝−０．００３７３７ ｃ１＝−０．５７００５８
ｂ２＝０．０８４４６２６ ｃ２＝１．６７９１７２
上記の条件からＲ２と共に鏡１３の曲率半径を決定することができる。個別レンズＬは異なる焦点距離で指定することができる。下記の不等式を満たす焦点距離を設定してもよい：０．００２＜１／ｆ＜０．１
上記条件はデザインされた個別レンズもしくは顕微鏡の数値解析から所定の周辺条件（たとえば個別レンズＬもしくはカラーモジュール９の焦点距離、レンズ材料、．．．）に応じて導出することができる。

さらに本発明に係る顕微鏡で間隔Ｄ１を変更することも可能である。これは特にカラーモジュール９が光軸ＯＡに沿って移動されることによって実施できる。間隔Ｄ１の拡大は図３の線図で縦座標に沿ってより小さい値に向けた対応する曲線の移動を生ぜしめる。対応して間隔Ｄ１の縮小は上方への曲線の移動を生じる。

もちろん鏡１３を独立の鏡として形成することも可能である。また個別レンズＬは、たとえば前側１１、裏側１２または鏡面１３上に形成された格子を有してもよい。
図４にカラーモジュール９の別の１つの変形が示されている。この実施形態においてカラーモジュール９は２つの凹凸面レンズ２０、２１と、１つの凹面鏡２３とを含む。レンズ２０および２１ならびに鏡２３は光軸に沿って移動可能であり、その結果、その間隔は可変である。それによって、たとえば図４のカラーモジュール９の一定の焦点距離ｆで色波長誤差は最小レンズ後焦点領域から連続的に最大レンズ後焦点領域まで同調させることができる（色波長誤差は最小レンズ後焦点領域に比べてより高い高度差に対して最大もしくは等しい波長差である）。

図４の実施形態においてレンズ２０および２１は同一の材料からなり、かつ３６．１６のアッベ数を有する。カラーモジュール９の入射瞳からレンズ２０の凹面側までの間隔はＤ１になり、レンズ２０および２１の互いに対向する両側間の間隔はＤ２になり、かつレンズ２１の凸面側から鏡２３までの間隔はＤ３になる。レンズ２０および２１の厚さはＤ４およびＤ５になる。焦点距離ｆは２０ｍｍになる。この場合は鏡２３の曲率、レンズ２０および２１の屈折率および運動動特性（つまり間隔Ｄ１、Ｄ２およびＤ３の変化）はシステムの焦点距離の関数として以下のように記述することができ、３つの間隔Ｄ１、Ｄ２およびＤ３の２つを選択することによって焦点距離の合焦および調整が生ぜしめられ、かつ第３の間隔（ここではＤ３）の大きさの選択によって色波長誤差特性を決定することができる：
｜１／Ｒ＋０．４０８８／ｆ＋０．００２３｜＜０．００１
｜ｆ１＋０．０６６９＊ｆ＋２８．７８８｜＜０．０５＊ｆ
｜ｆ２−０．０２７１＊ｆ−５７．２２｜＜０．０５＊ｆ
｜Ｄ３（Δｓ（＝０））−Ｄ３（Δｓ（＜０））−０．４１７９＊ｆ＋１．４４７５｜＜０．０２＊ｆ
｜Ｄ３（Δｓ（＞０））−Ｄ３（Δｓ（＜０））−０．７３１＊ｆ−２．８６７｜＜０．０２＊ｆ
Ｒは鏡２３の曲率半径であり、ｆ１およびｆ２はレンズ２０もしくは２１の焦点距離である。Δｓ（＜０）は、その値が０より小さいΔｓを表す。Δｓ（＝０）はその値が０であるΔｓを表し、かつΔｓ（＞０）はその値が０より大きいΔｓを表す。ここに記載した実施例においてΔｓ（＜０）の場合、約−３．５の値ａ０２に、およびΔｓ（＞０）の場合、約＋３．５の値ａ０２に達する。

図４のカラーモジュール９の正確なパラメータは次のとおりである：
凹面Ｆ１の曲率半径：１３．１０
凸面Ｆ２の曲率半径：４８．３９
凹面Ｆ３の曲率半径：１８．４４
凸面Ｆ４の曲率半径：１２．７８
凹面鏡２３の曲率半径：４３．９９
Ｄ４＝２．００
Ｄ５＝２．００

上表にΔｓの特殊の値が示されている。図５に、横座標に沿ってａ０２の値が示されており、かつ縦座標に沿って対応する間隔の大きさがｍｍで示されているように、間隔Ｄ１、Ｄ２およびＤ３の色波長誤差特性の依存性がグラフで表示されている。さらにパラメータａ０２の各個別の値に、ここに示していないが、定性的に図３に示したものに相当する色波長誤差特性が割り当てられている。従って図５の表示から所望の色波長誤差特性に依存して調整される間隔Ｄ１〜Ｄ３を読み取ることができる。−３．５、３．５および０の値ａ０２に対して対応する間隔が上表に示されている。

カラーモジュール９は下記の不等式を満たす焦点距離ｆに対して指定してもよい：０．００２＜１／ｆ＜０．１。レンズ２０および２１のアッベ数は、有利には６０未満、好ましくは４０未満である。全体として図４のコリメータ１は負の屈折率と小さいアッベ数のレンズ２０、正の屈折率および同様に小さいアッベ数のレンズ２１および正の屈折率の鏡２３を有する。間隔Ｄ１〜Ｄ３の調整によって所望の色波長誤差特性を調整かつ変化させることができ、全システムの焦点距離は一定にとどまる。

特に図４のカラーモジュール９は、さらにレンズ２０および２１の調整要素と鏡２３を含んでよく、その結果、色波長誤差特性の変化は自動的に実施することができる。
図６に、正の屈折率のレンズ２４、負の屈折率のレンズ２５および正の屈折率の鏡レンズ２６（平面Ｆ１０は反射被膜が塗布されている）を有するカラーモジュール９が示されている。これらのレンズは、たとえば６０未満、好ましくは４０未満のそれぞれ１つの小さいアッベ数を有する。ここに記載した具体的な実施例においてアッベ数は３６．１６になる。また図６のカラーモジュールは、全システムの一定の焦点距離で色波長誤差を連続的に調整できるように指定されている。レンズ２４の平面Ｆ５までの入射瞳の間隔はＤ１になり、レンズ２４および２５の互いに対向する平面Ｆ６およびＦ７の間隔はＤ２になり、かつレンズ２５および２６の平面Ｆ８およびＦ９の間隔はＤ３になる。レンズ２４、２５および２６は厚さＤ４、Ｄ５もしくはＤ６を有する。

図６のカラーモジュール９は下記の条件が満たされるように指定されている：
｜１／Ｒ６＋０．３１４３／ｆ＋０．００８８｜＜０．００１
｜ｆ１−０．１１７５＊ｆ−４５．７７５｜＜０．１＊ｆ
｜ｆ２＋０．０１３３＊ｆ＋１４．６２１｜＜０．１＊ｆ
｜ｆ３−０．０２８６＊ｆ−９．６９９９｜＜０．１＊ｆ
｜Ｄ２（Δｓ（＝０））−Ｄ２（Δｓ（＜０））−０．０００４＊ｆ^２＋０．２１７２＊ｆ−１．６２４３｜＜０．０１＊ｆ
｜Ｄ２（Δｓ（＞０））−Ｄ２（Δｓ（＜０））−０．００１１＊ｆ^２＋０．４２３９＊ｆ−２．７４４１｜＜０．０１＊ｆ
またこの実施例においてもΔｓ（＜０）の場合、約−３．５の値ａ０２に達し、Δｓ（＞０）の場合、約３．５の値ａ０２に達する。レンズ面の正確な曲率は以下のようになる：
凸面Ｆ５の曲率半径：７１．７６ｍｍ
凹面Ｆ６の曲率半径：５１．０７ｍｍ
凹面Ｆ７の曲率半径：８．９０ｍｍ
凹面Ｆ８の曲率半径：２５４．８８ｍｍ
凸面Ｆ９の曲率半径：４９．０８ｍｍ
凸面Ｆ１０の曲率半径：４０．９４ｍｍ
Ｄ４＝２．００
Ｄ５＝５．５２および
Ｄ６＝４．００

個々の間隔Ｄ１〜Ｄ３への色波長誤差特性の依存性は、図７のグラフに示されており、この表示は図５のそれに相当する。所望の色波長誤差ａ０２に対して図７の表示を利用して間隔Ｄ１〜Ｄ３を算出することができる。

上記実施形態において、全ての湾曲したレンズ面もしくは鏡面は球面として形成してもよいことが特に有利である。
図４および６の実施形態に対して提示された条件は、当業者により各カラーモジュール９の光学的性質の計算の数値解析によって導き出すことができる。

上述の実施形態においてカラーモジュール９は常にメインスプリッタ８と共焦点面もしくは貫通開口部１５との間に配置されており、かつそれによってレーザ走査型顕微鏡の検出チャネルの中にのみ配置されている。

しかしながらカラーモジュール９はメインスプリッタ８とスキャナ５との間に配置してもよい。カラーモジュールは、この場合は異なるレンズ後焦点からの異なる波長の共焦点結像のための検出時だけではなく、すでに複数の波長を有するレーザ光線の波長依存性の分離のための照明でも用いられ、その結果、対応する波長は対応するレンズ後焦点の中にのみ結像もしくは合焦される。このような形成は図８に示されており、図１と同一の要素は同一の参照符号で表しており、それらの明細については上記説明を参照されたい。

図１の実施形態と異なり、図８の実施形態の場合は偏向鏡１０がスキャナ５とメインスプリッタ８との間に配置されており、両面に反射被膜が塗布されている。さらに、たとえば鏡、レンズ上の背面鏡として、または屈折性光学系としても形成されていてもよい別の１つのコリメータ２７が設けられている。

作動中、異なる波長を有するレーザ光線はメインスプリッタ８（矢印Ｐ１で暗示したように）を介して平行光線束として偏向鏡１０へ案内され、かつ該偏向鏡から（図８で見て）右方へコリメータ２７へ向けて反射される。コリメータ２７は平行束が偏向鏡１０内の貫通孔１５を通過し、次いで発散する光線束として個別レンズＬに当たるように該平行束を合焦する。個別レンズＬは平行光線束として偏向鏡１０に向けて発散する光線束を反射し、該光線束を同時に調整された色波長誤差で作動する。調整された色波長誤差を有する前記平行束は次に偏向鏡１０からスキャナ５に向けて反射され、スキャナ５、スキャナ光学系４および顕微鏡光学系１を利用して被検査物体ＯＢ上もしくは中に合焦し、かつ物体ＯＢ上へ移動する。個別レンズによる色波長誤差の付与によって異なる波長はその際に異なるレンズ後焦点領域の中へ合焦される。

合焦されたレーザ光線と物体との間の相互作用によって発生された試料光は顕微鏡光学系１、スキャナ光学系４およびスキャナ５を通過し、次に平行光線束として偏向鏡１０に当たり、前記偏向鏡から個別レンズＬに向かって反射する。個別レンズＬは平行の試料光線束を偏向鏡１０へ集束する試料光線束として逆反射し、各レンズ後焦点からの個別レンズＬの色波長誤差によって常に対応する波長のみが貫通孔１５の中へ合焦され、その結果、合焦された試料光線束が貫通孔１５を通って通過した後色波長誤差がなくなる。この試料光線束はコリメータ２７で反射され、平行光線束へ変換され、次に偏向鏡１０とメインスプリッタ８を介して検出ユニット１４へ向けて反射される。検出ユニット１４とメインスプリッタ８との間に検出光学系２８および共焦点遮光板２９が配置されており、検出光学系２８は平行の束を色波長誤差なしに共焦点遮光板２９の貫通開口部の中へ合焦する。検出ユニット１４は次に図１の実施形態と同様の方法で共焦点に結像された試料光の強度を波長に依存して検出する。

図８の実施形態の変形において偏向鏡１０はその現在の位置に対して９０°だけ回転して配置されており、その結果、メインスプリッタ８を通して平行束として偏向鏡１０へ当たる照明のためのレーザ光線がまず個別レンズＬに向けて反射され、前記個別レンズから集束する光線束として逆反射され、貫通孔１５を通過し、コリメータ２７で反射され、かつ平行光線束として偏向鏡１０に向けられ、前記偏向鏡から次にスキャナ５へ向けて反射される。同様の方法で試料光は前記光路を逆の順序で通過し、その結果、スキャナ５から到来する試料光が偏向鏡１０で平行束としてコリメータ２７に向けて反射され、前記コリメータから集束する試料光線束として偏向鏡１０へ向けて反射され、集束する試料光線束が貫通孔１５を通って進行し、かつ個別レンズＬで反射され、色補正され、かつ平行束として偏向鏡１０へ逆反射され、前記偏向鏡が平行束を上方へ（図８）メインスプリッタ８へ向けて反射する。この配列において好ましくは色誤差をもたない、つまり対応する波長に対して特に良好に補正され、またはたとえば１つの鏡要素のみを含むコリメータ２７が使用される。

さらに図１の実施形態において照明のためにカラーモジュール９に相当するカラーモジュールをメインスプリッタ８に前置することも可能であり、その結果、異なる波長を有するレーザ光線の波長に依存する分離はすでにメインスプリッタ８の前で実施されている。この場合、色波長誤差は両方のカラーモジュール内で好ましくは等しく調整される。

共焦点照明の上記可能性のほかに、さらに物体ＯＢを垂直光または透過光で照明し、かつ検出側でのみ顕微鏡を前記方式で使用することも可能である。
上記実施形態において、試料光は常にメインスプリッタ８で反射され、他方、レーザ光線は照明のために透過される。もちろん顕微鏡は、試料光がメインスプリッタで透過され、かつレーザ光線が照明のためにメインスプリッタで反射されるように形成されてもよい。

本発明に係る顕微鏡の１実施形態の模式図。 被測定物体の一部の拡大断面図。 図１のカラーモジュール９の色波長誤差を表示するための線図。 第２の実施形態によるカラーモジュール９の模式図。 所望の色波長誤差に対して調整されるレンズ位置および鏡位置が読み取れる線図。 別の１つの実施形態によるカラーモジュール９の模式図。 図６のカラーモジュールの調整されるレンズ位置および鏡位置が所望の色波長誤差特性に依存して読み取れる線図。 本発明に係る顕微鏡の別の１つの実施形態の模式図。

Claims (17)

1. 物体（ＯＢ）の表面輪郭を測定するための顕微鏡であって、各部分に対して所定のレンズ後焦点領域が照明され、照射光と該物体（ＯＢ）との間の相互作用によって試料光が発生されるように、異なる波長を有する照射光を該物体（ＯＢ）の種々の表面部分に向ける照明モジュールと、検出モジュールであって、該検出モジュールがスキャナ（５）を用いて試料光を検出光路の中に向け、かつレンズ後焦点領域の各被検出後焦点に対して該検出光路の中へ向けられた試料光のそれぞれ１つの別の波長を平面内で共焦点に結像し、共焦点に結像された試料光の強度を波長に依存して検出し、かつそこから物体（ＯＢ）の対応する表面部分の位置を導出し、スキャナ（５）と該平面との間に配置され、かつ試料光が通り抜ける調整可能な色波長誤差を含むカラーモジュール（９）を有し、その結果、該色波長誤差の変化によって被検出後焦点が調節可能であることによって、時間的に相前後して各部分の試料光を検出する検出モジュールとを備える、顕微鏡。
2. 試料光が発散光線束または平行光線束としてカラーモジュール（９）に当たり、かつカラーモジュール（９）から平行光線束または集束光線束に変換される請求項１に記載の顕微鏡。
3. カラーモジュール（９）が少なくとも１つのレンズ（Ｌ）と、試料光がレンズ（Ｌ）を２回通過するように検出光路を折り畳む１つの湾曲した鏡（１３）とを有する請求項１または２に記載の顕微鏡。
4. 鏡（１３）が背面鏡としてレンズ（Ｌ）の片側に形成されている請求項３に記載の顕微鏡。
5. カラーモジュール（９）がレンズ（Ｌ）を１つののみのレンズとして、かつ鏡（１３）を１つのみの鏡として有する請求項３または４に記載の顕微鏡。
6. レンズ（Ｌ）の両側（１１、１２）が球面として形成されている請求項３乃至５のいずれか１項に記載の顕微鏡。
7. 試料光の主ビームがカラーモジュール（９）の光軸（ＯＡ）と一致するように該試料光がカラーモジュール（９）に当たる請求項３乃至６のいずれか１項に記載の顕微鏡。
8. 検出光路内のカラーモジュール（９）に対して、貫通孔（１５）を備えた偏向鏡（１０）が設けられており、試料光が発散光線束として貫通孔（１５）を通過し、カラーモジュール（９）に当たり、かつカラーモジュール（９）から平行束として到来しながら偏向鏡（１０）で偏向される請求項３乃至７のいずれか１項に記載の顕微鏡。
9. 検出光路内のカラーモジュール（９）に対して、偏向鏡（１０）が設けられており、試料光が平行光線束として偏向鏡でカラーモジュール（９）へ向けて偏向され、カラーモジュール（９）を通過し、かつ該カラーモジュール（９）から集束する光線束として到来しながら貫通孔（１５）を通して通り抜ける請求項３乃至７のいずれか１項に記載の顕微鏡。
10. 両側に反射被膜が塗布されている偏向鏡（１０）に向けて貫通孔（１５）を通り抜ける試料光線束を平行束として逆反射するコリメータ（２７）が偏向鏡（１０）に後置されており、該偏向鏡が平行束を検出光路内の次の光学素子へ反射する請求項９に記載の顕微鏡。
11. 検出光路内にメインスプリッタ（８）が配置されており、該メインスプリッタを介して照射光が物体（ＯＢ）へ案内され、かつ試料光が検出光路内に案内され、カラーモジュール（９）がメインスプリッタ（８）と前記平面との間に配置されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の顕微鏡。
12. 検出光路内にメインスプリッタ（８）が配置されており、該メインスプリッタを介して照射光が物体（ＯＢ）へ案内され、かつ試料光が検出光路内に案内され、カラーモジュール（９）がメインスプリッタ（８）とスキャナ（５）との間に配置されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の顕微鏡。
13. カラーモジュール（９）が異なる色波長誤差を含む第１および第２の交換可能な色光学系を有し、その結果、色光学系の交換によって色波長誤差を変更することができる請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の顕微鏡。
14. カラーモジュール（９）が鏡（２３；２７）と２個または３個のレンズ（２０、２１；２４、２５、２６）とを含み、かつレンズ（２０、２１；２４、２５、２６）および鏡（２３；２７）がカラーモジュール（９）の光軸（ＯＡ）に沿って移動可能であり、その結果、カラーモジュール（９）の所望の色波長誤差が調整可能である請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の顕微鏡。
15. レンズ（２０、２１；２４、２５、２６）が全て同一材料から製造されている請求項１４に記載の顕微鏡。
16. 照明モジュールが共焦点照明、物体（ＯＢ）の垂直光−明視野照明または透過光−明視野照明を実現する請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の顕微鏡。
17. 物体の表面輪郭を測定するための顕微鏡検査方法であって、各部分に対して所定のレンズ後焦点領域が照明されるように異なる波長を有する照射光が物体の種々の表面部分で偏向され、照射光と物体との間の相互作用によって試料光が発生され、かつ試料光がスキャナを利用して検出光路の中へ向けられ、かつレンズ後焦点領域の各被検出後焦点に対して検出光路内へ向けられた試料光のそれぞれ１つの別の波長が共焦点に一平面内で結像され、共焦点に結像された試料光の強度が波長に依存して検出され、かつそこから物体の対応する部分の位置が導出され、スキャナと該平面との間に試料光が通り抜ける調整可能な色波長誤差を有するカラーモジュールが配置されており、その結果、色波長誤差の変化によって被検出後焦点が調整されることによって時間的に相前後して各部分の試料光が検出される、顕微鏡検査方法。

Images