JPH06265791A - レーザ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料表面に色や物性、組成等が異なる部分が
ある場合に、それを識別し得るレーザ顕微鏡を提供す
る。 【構成】 試料に対してレーザ光２ａを照射し、その反
射光２ｂを光電子増倍管４２により受光して増幅するこ
とによって試料の拡大画像を得る。光電子増倍管の前段
に、反射光中に含まれる特定波長の光のみを透過させて
他の波長の光は遮蔽するフィルタ５０を設置する。特性
の異なる複数のフィルタを備えてそれらフィルタのいず
れかを選択的に使用し得る構成のフィルタ装置４０を備
えることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料に対してレーザ光
を照射してその反射光を受光することによって拡大画像
を得る構成のレーザ顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のレーザ顕微鏡としては、主とし
て半導体集積回路の製造に際してウェハーやマスクに描
かれた微細なパターンの線幅を計測したり、それらの重
ね合わせ精度を検査するために用いられている、共焦点
走査方式レーザ顕微鏡と称されるものが実用化されてい
る。

【０００３】共焦点走査方式レーザ顕微鏡は、その原理
図を図５（ａ），（ｂ）に示すように、レーザ発振器１
から出射させたレーザ光２ａをミラー３で反射させ、レ
ンズ４で絞ってピンホール５を通した後、ビームスプリ
ッタ６を透過させて対物レンズ７で収束させて試料（ウ
ェハーやマスクあるいはレチクル）８に照射するように
し、試料８の表面で反射した反射光２ｂを上記ビームス
プリッタ６で反射させ、ピンホール９を通して光電子増
倍管１０で受光して増幅するようにしたものである。

【０００４】このようなレーザ顕微鏡では、レーザ光２
ａの焦点Ｆを（ａ）のように試料８表面に凸部として形
成されているパターン１１の下（またはパターン１１の
上）の位置に合わせて固定し、スキャンコントローラ１
２により試料８をＸ軸方向にスキャンさせながらＹ軸方
向にゆっくりと移動させていくと、（ａ）のようにビー
ムスポットがパターン１１の下を通過しているときは反
射光２ｂはすべてピンホール９を通過するので光電子増
倍管１０の出力は高くなるが、（ｂ）のようにビームス
ポットがパターン１１上を通過しているときは反射光２
ｂはピンホール９の位置でフォーカスせず、その大部分
がそのピンホール９により遮られるので光電子増倍管１
０の出力は小さくなる。したがって、スキャンコントロ
ーラ１２によるスキャンに同期して光電子増倍管１０の
出力に応じた輝度をテレビモニタ１３上に順次描いてい
くことにより、パターン１１の拡大画像１４がテレビモ
ニタ１３に写し出され、その拡大画像１４に基づいてパ
ターン１１の線幅の自動計測等を高精度で行なうことが
可能である。

【０００５】以上の原理を用いた共焦点走査方式レーザ
顕微鏡の具体例を図６を参照して説明する。図６は米国
ＳｉＳｃａｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ社の製品である共焦点走
査方式レーザ顕微鏡（商品名ＳｉＳｃａｎーIIＡ）の装
置構成図であって、これは、信号ケーブル２１で相互に
接続された光学モジュール２２とワークステーション２
３により構成されている。

【０００６】光学モジュール２２は、その主要構成機器
であるＸＹステージ２４およびスキャナー２５が防振機
能を有する支持基台２６上に設置されたものとなってい
る。すなわち、支柱２７の上部に支持基台２６がエアサ
スペンション２８を介して上下方向に変位可能に４点で
支持されて設けられ、その支持基台２６上にＸＹステー
ジ２４が設置され、ＸＹステージ２４上にはスキャナー
２５が設置され、スキャナー２５上に試料が真空吸着に
よりチャックされて保持されるようになっている。上記
の支持基台２６は、天然石であるグラナイト（花崗岩）
を素材として用いてそれをソリッドな矩形板状に加工し
たものが一般に採用されている。そして、その支持基台
２６は上記エアサスペンション２８により支持されて常
に水平に保持されるようになっていて、これによりその
上面に設置されたＸＹステージ２４およびスキャナー２
５を水平に保持するとともに、それらに対する外部振動
の伝播を防止するように構成されている。

【０００７】また、スキャナー２５の上方には、レーザ
ヘッド２９から出射されるレーザ光を対物レンズ７で収
束してスキャナー２５上の試料に照射するためのフォー
カス装置３０が配置され、レーザヘッド２９内には図５
に示した光学系が収容されている。また、レーザヘッド
２９に隣接して、試料のレーザ照射位置付近の画像を撮
影するためのズームレンズ付テレビカメラ３１が下方に
向けて配設されている。さらに、支持基台２６の下方に
は、電気回路シャーシ３２、試料をチャックするための
真空機器等の各種インジケータ３３、レーザ用電源３４
や、試料をハンドリングしてスキャナー２５上にセット
するとともにそこから取り外すためのロボットの制御装
置等が設けられている。

【０００８】一方、ワークステーション２３には、操作
盤（キーボード）３５、テレビモニタ３６、プリンタ３
７、ＣＰＵを含む制御装置３８が備えられ、上記の光学
モジュール２２をすべてこのワークステーション２３か
ら操作できるようになっているとともに、テレビモニタ
３６にはレーザ光による観測画像とテレビカメラ３１に
よる撮影画像および操作に必要なメニューなどが表示さ
れるようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザ顕微
鏡は、上述したように半導体集積回路の製造工程におい
て用いて極めて有効なものであるが、原理的に光電子増
倍管１０に入射する反射光２ｂの輝度の強弱のみに基づ
いて拡大画像１４を得るものであるから、仮に反射光２
ｂ中に波長の異なる種々の光が含まれていたとしても、
輝度が変化しない限りはそのことを認識し得るものでは
ない。このため、たとえば試料表面に色が異なる部分が
あったり物性や組成が異なる部分があってそこから他の
部分とは異なる波長の光が反射されているような場合に
あっても、従来のレーザ顕微鏡ではそのようなことを識
別できるものではなかった。そして、そのようなことが
可能であれば、レーザ顕微鏡を集積回路製造工程にのみ
ならず他の種々の用途に広く用いることが可能となるの
で、それを実現し得る手段の提供が要望されていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記事情に鑑み
てなされたもので、試料に対してレーザ光を照射し、そ
の反射光を光電子増倍管により受光して増幅することに
よって試料の拡大画像を得る構成のレーザ顕微鏡であっ
て、反射光中に含まれる特定波長の光のみを透過させて
他の波長の光は遮蔽するフィルタを前記光電子増倍管の
前段に設置してなることを特徴とするものである。この
場合、透過させ得る光の波長が異なる複数のフィルタを
備えているとともにそれらフィルタのいずれかを選択的
に使用し得る構成のフィルタ装置を具備することが好ま
しい。

【００１１】

【作用】本発明のレーザ顕微鏡においては、試料からの
反射光はフィルタを経て光電子増倍管に入射するが、そ
のフィルタは特定波長の光のみを透過させて他の波長の
光は遮蔽するので、光電子増倍管には特定波長の光のみ
が入射する。したがって、その特定波長の光のみによる
拡大画像が得られ、その画像から、特定波長の光が試料
から反射していることやその位置、輝度が観察され、そ
れに基づいて試料表面の物性や組成等の解析を行なうこ
とが可能である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本実施例のレーザ顕微鏡は上述した従来の共焦点
走査方式レーザ顕微鏡を基本とし、そのレーザ顕微鏡の
光学系に対してフィルタ装置を付加した構成のものであ
る。図１は本実施例のレーザ顕微鏡における光学系を示
す部分平面図であって、図中の符号３１はレーザ発振
器、３２，３３はターニングミラー、３４はビームスプ
リッタ、３５はスパチアルフィルタ、３６は１／４λプ
レート、３７はコリメーティングレンズ、３８はバーチ
カルターニングミラーである。また、４０はフィルタ装
置、４１はターニングミラー、４２は光電子増倍管であ
る。この光学系の構成および原理は、フィルタ装置４０
が設置されている点を除いて図５および図６に示した従
来のレーザ顕微鏡の場合と基本的に同様である。

【００１３】そして、この光学系においては、レーザ発
振器３１から出射されたレーザ光２ａは図中の矢印で示
すように上記各機器を通ってバーチカルターニングミラ
ー３８によって紙面の裏面側に向かい、その先方に配置
されている試料８（図５参照。図１においては図示せ
ず）に対して照射されるようになっている。そして、試
料８からの反射光２ｂは矢印で示すように同一経路をた
どってビームスプリッタ３４まで戻り、ビームスプリッ
タ３４からフィルタ装置４０、ターニングミラー４１を
経て光電子増倍管４２に入射し、そこで増幅されるよう
になっている。

【００１４】従来の光学系においては、試料８からの反
射光２ｂはその全てがそのまま光電子増倍管４２に入射
していたのに対し、本実施例の光学系においては、光電
子増倍管４２の前段に設置されているフィルタ装置４０
によって反射光２ｂ中に含まれる種々の波長の光のうち
の特定の波長の光のみを透過させて光電子増倍管４２に
入射させ、それ以外の波長の光はフィルタ装置４０によ
り遮蔽してしまうようにしている。

【００１５】フィルタ装置４０は、図２〜図４に示すよ
うに、透過させ得る波長がそれぞれ異なる６枚のフィル
タ５０を回転円板５１に取り付けたものとされ、その回
転円板５１をモータ５２により回転させることでフィル
タ５０のいずれかを選択的に用いることができるように
なっている。符号５３はベース、５４は支持部、５５は
回転円板５１を取り付けるための円板、５６は回転円板
５１の回転位置を検出するためのフォトセンサである。

【００１６】上記のように、光電子増倍管４２の前段に
フィルタ装置４０を設置し、フィルタ５０のいずれかを
通して特定の波長の光のみを光電子増倍管４２に入射さ
せるようにしたことにより、このレーザ顕微鏡では、試
料８表面に色や物性、組成等が異なる部分があった場合
にはそのことを識別することが可能なものである。

【００１７】すなわち、試料８表面に色や物性、組成等
が異なる部分があった場合、そこからは他の部分と異な
る波長の光が反射されて反射光２ｂ中に混在してくるの
であるが、従来一般のレーザ顕微鏡では特定の波長の光
を他の波長の光と区別することができないので、得られ
る拡大画像１４（図５参照）からはそのような部分が存
在していることについては観察できない。これに対し、
本実施例のレーザ顕微鏡では、特定の波長の光のみを透
過して他は遮蔽するようなフィルタ５０を通して反射光
２ｂを光電子増倍管４２に入射させることにより、特定
の波長の光のみによる拡大画像が得られ、したがって、
試料８から特定の波長の光が反射していること、つま
り、試料８表面に色や物性や組成が異なる部分が存在し
ていること、およびその位置や寸法等を観察できるので
ある。

【００１８】本実施例のレーザ顕微鏡を医療用に適用
し、試料中に抗体が存在しているか否かを検査する場合
についての具体的な使用例を説明する。

【００１９】この場合、特定波長の光たとえば波長４８
８ｎｍの青色のアルゴンレーザ光が照射されると、特定
波長の光たとえば波長５１３ｎｍの緑色の光を発光する
ような発光染料を用い、その発光染料を検出対象の抗体
にドープさせて染色しておく。そのような試料に上記の
アルゴンレーザ光を照射すると、試料表面全体からは波
長４８８ｎｍの青色の光がそのまま反射されてくるが、
それに加えて、発光染料がドープされた抗体からは上記
の波長５１３ｎｍの緑色の光が発光し、それら双方の波
長の光が反射光２ｂ中に混在することになる。したがっ
てフィルタとして４８８ｎｍの波長の青色の光は遮蔽す
るが５１３ｎｍの波長の緑色の光は透過するものを選択
して用い、そのフィルタを通して反射光２ｂを光電子増
倍管４２に入射させれば、光電子増倍管４２には抗体か
ら発光された５１３ｎｍの波長の光のみが入射し、その
光により抗体の部分のみの拡大画像が得られるから、そ
の画像によって試料に抗体が存在していること、および
試料中における抗体の位置や大きさ等を観察し得るので
ある。勿論、抗体が存在していない場合には画像は得ら
れず、そのことから抗体が存在していないことがわか
る。

【００２０】なお、上記実施例では種類の異なる６枚の
フィルタを回転円板に取り付けた構成のフィルタ装置を
採用したので、回転円板を回転させることのみで所望の
フィルタに極めて容易に交換できる利点があるが、本発
明はそのようなフィルタ装置を用いることに限定される
ものではなく、光電子増倍管の前段に特定の波長の光の
みを透過させるフィルタを設置する限りにおいて種々の
設計的な変更が可能である。また、上述したような医療
用の用途のみならず、種々の用途に広範に適用可能であ
ることはいうまでもない。

【００２１】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明のレーザ
顕微鏡は、反射光中に含まれる特定波長の光のみを透過
させて他の波長の光は遮蔽するフィルタを光電子増倍管
の前段に設置したので、フィルタを透過する特定波長の
光のみによる拡大画像が得られるものであり、したがっ
てその画像に基づいて、試料表面に色や物性、組成等が
異なる部分があった場合にはそのことを識別することが
可能であり、医療用その他の種々の用途に広範に採用し
得るという優れた効果を奏する。また、複数のフィルタ
のいずれかを選択的に使用する構成のフィルタ装置を備
えておくことによりフィルタの交換を極めて容易に行な
い得るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるレーザ顕微鏡における光
学系の概略構成を示す部分平面図である。

【図２】同光学系におけるフィルタ装置の側面図であ
る。

【図３】同フィルタ装置の正面図である。

【図４】同フィルタ装置の平面図である。

【図５】共焦点走査方式レーザ顕微鏡の原理図である。

【図６】共焦点走査方式レーザ顕微鏡の一例を示す全体
概略構成図である。

【符号の説明】

２ａ レーザ光 ２ｂ 反射光 ８ 試料 １４ 拡大画像 ３１ レーザ発振器 ４０ フィルタ装置 ４２ 光電子増倍管 ５０ フィルタ ５１ 回転円板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対してレーザ光を照射し、その反
   射光を光電子増倍管により受光して増幅することによっ
   て試料の拡大画像を得る構成のレーザ顕微鏡であって、
   反射光中に含まれる特定波長の光のみを透過させて他の
   波長の光は遮蔽するフィルタを前記光電子増倍管の前段
   に設置してなることを特徴とするレーザ顕微鏡。
2. 【請求項２】 透過させ得る光の波長が異なる複数のフ
   ィルタを備えているとともにそれらフィルタのいずれか
   を選択的に使用し得る構成のフィルタ装置を具備してな
   ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ顕微鏡。