KR20180121878A - 측정 장치, 관찰 장치 및 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

대물 렌즈의 광축에 직교하는 기준 평면에 대한 샘플의 관찰면의 경사를 조정하는 구조를 구비한 측정 장치 등에 관한 것이다. 당해 측정 장치는 광원으로부터 샘플로 향하는 조사광의 전반 경로상에 배치된, 조사광의 출사각을 변경하는 스캐너를 구비하고, 스캐너에 의해 조사광의 출사각을 변경하면서, 샘플로부터의 반사광의 검출 신호의 신호치와 조사광의 출사각과 신호치를 대응지음으로써, 샘플의 경사 정보를 얻는다.

Description

측정 장치, 관찰 장치 및 측정 방법
본 발명은 샘플의 자세를 규정하는 지표로서 상기 샘플의 일부의 경사를 측정하기 위한 측정 장치, 상기 측정 장치를 포함하는 관찰 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는, 광원으로부터 출력되는 조사광(照射光)의 조사 위치를 주사시키면서 상기 조사광을 샘플에 조사하고, 샘플에서 생긴 광을 수광한 광 검출기로부터의 검출 신호와 조사광의 조사 위치에 관한 정보에 기초하여, 샘플 표면의 이차원 화상(관찰면 화상)을 취득하는 측정 장치가 기재되어 있다.
이러한 측정 장치에서는, 쉐이딩이 억제된 양호한 관찰면 화상을 취득하기 위해, 샘플에 대면(對面)하도록 배치되는 대물 렌즈의 광축에 대해 샘플의 관찰면은 수직인 것이 중요하다.
또, 고침(固浸) 렌즈(solid immersion lens)가 고정된 대물 렌즈를 이용하는 경우, 고침 렌즈와 샘플과의 사이의 밀착을 양호한 상태로 하기 위해서는, 고침 렌즈의 밀착면과 샘플의 표면을 서로 평행하게 하는 것이 중요하다. 이 점에서도, 대물 렌즈의 광축에 대해 샘플의 관찰면은 수직인 것이 중요하다.
특허 문헌 1에 개시된 측정 장치는, 광원으로부터 출력되는 조사광을 샘플로에 조사했을 때 생기는 반사광을 이차원 광 촬상부의 수광면상에 결상시켜, 이 이차원 광 촬상부에 의해 얻어진 화상을 해석함으로써, 대물 렌즈의 광축에 수직인 면에 대한 샘플의 관찰면의 경사를 구하고, 그리고, 대물 렌즈의 광축에 대해 샘플의 관찰면이 수직이 되도록 샘플의 경사를 조정한다.
특허 문헌 1: 미국 특허 출원 공개 제2006/0028641호 특허 문헌 2: 미국 특허 제5,705,821호
발명자는 상기 종래 기술에 대해 검토한 결과, 이하와 같은 과제를 발견했다. 즉, 상기 특허 문헌 1에 개시된 발명은 이차원 촬상부를 추가하여 구비할 필요가 있고, 또, 샘플로부터 반사광을 이차원 촬상부로 안내하기 위한 광학계도 추가적으로 구비할 필요가 있다. 그 때문에, 측정 장치 자체의 제조 코스트가 비싸짐과 아울러, 추가된 광학계의 조정에 필요로 하는 코스트도 필요하게 된다.
본 발명의 일 측면은, 상술한 과제를 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 간이한 장치 구성으로 대물 렌즈의 광축에 대해 샘플의 관찰면(광 조사 영역)이 수직이 되도록 샘플의 관찰면의 경사를 용이하게 조정하기 위한 구조를 구비한 측정 장치, 상기 측정 장치를 포함하는 관찰 장치 및 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치는 샘플의 관찰면 내의 광 조사 영역으로 조사광을 안내하는 릴레이 렌즈계를 가지고, 릴레이 렌즈계의 광축에 직교하는 기준 평면에 대한 상기 광 조사 영역의 경사를 측정한다. 일례로서, 당해 측정 장치는 광원과, 샘플 홀더와, 릴레이 렌즈계와, 스캐너와, 광 검출기와, 해석부를 적어도 구비한다. 광원은 조사광을 출력한다. 샘플 홀더는 샘플을 유지한 상태에서, 기준 평면에 대한 광 조사 영역의 경사각을 바꾼다. 릴레이 렌즈계는 샘플 홀더에 대면하도록 배치된다. 스캐너는 광원과 릴레이 렌즈계와의 사이의 광로(光路)상에 배치된다. 또, 스캐너는 릴레이 렌즈계로부터 광 조사 영역으로 출사되는 조사광의 출사각을 변화시킨다. 광 검출기는 릴레이 렌즈계 및 스캐너를 통과한 반사광을 수광하여, 반사광에 따른 검출 신호를 출력한다. 해석부는 스캐너로부터 출력된 조사광의 출사각에 관한 정보와 검출 신호의 신호치(値)에 관한 정보를 대응지음으로써, 샘플에 있어서의 광 조사 영역의 경사 정보를 얻는다.
본 실시 형태에 의하면, 간이한 장치 구성으로 대물 렌즈의 광축에 대해 샘플의 면이 수직이 되도록 샘플의 경사를 용이하게 조정할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 측정 장치(1)(본 실시 형태에 따른 관찰 장치에 포함됨)에 있어서, 릴레이 렌즈계(31)가 조사광의 광로상에 배치된 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 측정 장치(1)에 있어서, 대물 렌즈계(32)가 조사광의 광로상에 배치된 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 측정 장치(1)에 있어서, 고침 렌즈가 장착된 대물 렌즈계(33)가 조사광의 광로상에 배치된 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 측정 장치(1)에 있어서, 릴레이 렌즈계(31)가 조사광의 광로상에 배치되었을 때의, 상기 조사광 L1의 전반(傳搬)의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제1 및 제2 실시 형태의 일부를 구성하는 광학 유닛(A1) 및 보조 유닛(B1) 각각의 변형예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 측정 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 경사 정보의 생성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 측정 방법에 있어서의 경사 측정 스텝(S3)을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 실시 형태에 따른 측정 방법에 있어서의 경사 측정 스텝(S3)을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시 형태에 따른 측정 방법에 있어서의 샘플 경사 각도 조정 처리(포커스 조정 스텝(S2), 경사 측정 스텝(S3) 및 경사 조정 스텝(S4)을 포함함)를 설명하기 위한 순서도이다.
도 11은 다른 실시 형태에 따른 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 12는 경사 측정 스텝(S3)시에 릴레이 렌즈계(31)를 이용하는 경우와 이용하지 않는 경우의 상위(相違)에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 릴레이 렌즈계(31), 고침 렌즈가 장착된 대물 렌즈계(33) 및 리볼버(revolver, 34)의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 14는 제2 실시 형태에 따른 측정 장치(2)(본 실시 형태에 따른 관찰 장치에 포함됨)의 구성을 나타내는 도면이다.
[본원 발명의 실시 형태의 설명]
먼저 본원 발명의 실시 형태의 내용을 각각 개별적으로 열거하여 설명한다.
(1) 본 실시 형태에 따른 측정 장치는, 그 일 양태로서, 대물 렌즈계를 통해서 샘플 표면을 관찰하는 관찰 장치에 포함되어도 되고, 샘플의 관찰면 내의 광 조사 영역으로 조사광을 안내하는 릴레이 렌즈계를 가지고, 릴레이 렌즈계의 광축에 직교하는 기준 평면에 대한 상기 광 조사 영역의 경사를 측정한다. 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 장치는 적어도, 광원과, 샘플 홀더와, 릴레이 렌즈계와, 스캐너와, 광 검출기와, 해석부를 적어도 구비한다. 광원은 조사광을 출력한다. 샘플 홀더는 샘플을 유지한 상태에서, 기준 평면에 대한 광 조사 영역의 경사각을 바꾼다. 릴레이 렌즈계는 샘플에 대면하도록 배치된다. 스캐너는 광원과 릴레이 렌즈계와의 사이의 광로상에 배치된다. 또, 스캐너, 릴레이 렌즈계로부터 광 조사 영역으로 출사되는 조사광의 출사각(스캔각)을 변화시킨다. 광 검출기는 릴레이 렌즈계 및 스캐너를 통과한 반사광을 수광하여, 반사광에 따른 검출 신호를 출력한다. 해석부는 스캐너로부터 출력된 조사광의 출사각에 관한 정보와 검출 신호의 신호치에 관한 정보를 대응지음으로써, 샘플에 있어서의 광 조사 영역의 경사 정보를 얻는다.
(2) 상술한 것처럼, 광원으로부터 샘플로 향하는 조사광의 전반 경로상에, 조사광의 출사각을 변경하는 스캐너가 배치된 구성에 있어서, 조사광의 출사각 변경은, 샘플에 대면한 렌즈계를 움직이지 않고 샘플에 도달하는 조사광의 입사각 변경을 가능하게 한다. 샘플로부터의 반사광의 검출 신호의 신호치는 조사광의 입사각에 의존하고 있기 때문에, 입사각을 결정하는 스캐너에 의한 조사광의 출사각과 신호치를 대응지음으로써, 간이한 장치 구성으로 샘플의 경사 정보가 얻어진다.
(3) 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 장치는 제어부를 구비해도 된다. 제어부는 경사 정보에 기초하여, 광 조사 영역에서 수직 반사되는 반사광의 전반 방향이 릴레이 렌즈계의 광축에 대해 평행하게 되도록, 샘플 홀더의 자세를 조정한다. 또한, 경사 정보로부터 반사광의 전반 방향을 특정할 수 있기 때문에, 상기 경사 정보가 얻어진 때의 샘플 홀더의 자세를 기준으로, 샘플 홀더의 자세 조정이 가능하게 된다.
(4) 본 실시 형태의 일 양태로서, 해석부는 경사 정보로서, 스캐너로부터 출력된 조사광의 출사각에 관한 정보를 이차원 좌표로 변환하고, 상기 이차원 좌표에 대응하는 검출 신호의 정보를 플롯해 감으로써, 샘플의 경사 정보를 포함하는 이차원 화상(레이저 스캔상)을 생성해도 된다.
(5) 본 실시 형태의 일 양태로서, 광 검출기는 싱글 포인트 광 검출기(single-point photodetector)를 포함해도 된다. 또한, 싱글 포인트 광 검출기는 한 번에 1화소분의 데이터를 수집하는 포인트 디바이스이다(예를 들면, 상기 특허 문헌 2 참조). 또, 본 실시 형태의 일 양태로서, 스캐너는 반사광을 조사광의 광선과 일치시켜도 된다.
(6) 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 장치는 스캐너와 광 검출기와의 사이의 광로상에 배치된 제1 조리개를 구비해도 된다. 이 제1 조리개는 광 검출기가 수광하는 반사광의 빔 사이즈를 제한한다. 또, 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 장치는 스캐너와 상기 광 검출기와의 사이의 광로상에 배치된 광 파이버를 구비해도 된다. 이 광 파이버는 반사광을 취입하기 위한 입사단(入射端)과, 그 내부를 전반한 반사광이 광 검출기를 향하여 출사되는 출사단(出射端)을 가진다. 또한, 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 장치는 스캐너와 릴레이 렌즈계와의 사이의 광로상에 배치된 제2 조리개를 구비해도 된다. 이 제2 조리개는 릴레이 렌즈계에 입사되는 조사광의 빔 사이즈를 제한한다.
(7) 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 장치는 대물 렌즈계와, 적어도 릴레이 렌즈계 및 대물 렌즈계를 유지하는 렌즈 선택부를 구비하는 것이 바람직하다. 이 구성에 있어서, 대물 렌즈는 샘플로 조사광을 집광시킨다. 렌즈 선택부는 적어도 릴레이 렌즈계 및 대물 렌즈계를 유지한 상태에서, 릴레이 렌즈계 및 대물 렌즈계 중 어느 하나를 샘플에 대면하도록 배치한다.
(8) 본 실시 형태의 일 양태로서, 릴레이 렌즈계는 샘플에 대면하도록 배치된 대물 렌즈계와, 상기 대물 렌즈계와 릴레이 광학계를 형성하는 렌즈계로 구성되어도 된다. 이 경우, 상기 렌즈계는 대물 렌즈계와 스캐너와의 사이의 광로상에 배치된다. 또, 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 장치는 고침 렌즈를 구비해도 된다.
(9) 본 실시 형태에 따른 관찰 장치는, 그 일 양태로서, 상술과 같은 구조를 가지는 측정 장치를 포함하고, 상기 측정 장치에 의해, 경사가 수정된 샘플의 관찰면을, 릴레이 렌즈계와는 상이한 대물 렌즈, 또는 상기 릴레이 렌즈계의 일부를 구성하는 대물 렌즈를 통해서 관찰한다.
(10) 본 실시 형태에 따른 관찰 방법은 렌즈계를 통해서 샘플의 광 조사 영역으로 조사광을 안내하고, 렌즈계의 광축에 직교하는 기준 평면에 대한 상기 광 조사 영역의 경사를 측정한다. 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 방법은 적어도, 유지 스텝과, 포커스 조정 스텝과, 릴레이 렌즈계 배치 스텝과, 조사 스텝과, 검출 스텝과, 경사 측정 스텝을 구비한다. 유지 스텝은 샘플을 유지한 상태에서, 기준 평면에 대한 광 조사 영역의 경사를 바꾸는 샘플 홀더에, 샘플을 유지시킨다. 포커스 조정 스텝은 렌즈계의 포커스 위치를 광 조사 영역상에 조정한다. 릴레이 렌즈계 배치 스텝은 렌즈계로서 릴레이 렌즈계를 샘플에 대면하도록 배치한다. 조사 스텝은 릴레이 렌즈계로부터 광 조사 영역을 향해 조사광을 샘플로 조사한다. 구체적으로 조사 스텝은 조사광의 전반 경로상에 배치된 스캐너로부터 출사각(스캔각)을 바꾸면서 조사광을 출력시킴으로써, 릴레이 렌즈계로부터 광 조사 영역으로 출사되는 조사광의 입사각을 바꾸면서, 조사광을 샘플로 조사한다. 검출 스텝은 광 조사 영역에서 반사된 반사광을 수광하여, 반사광에 따른 검출 신호를 출력한다. 경사 측정 스텝은 스캐너로부터 출력된 조사광의 출사각의 정보와 검출 신호의 정보를 대응지음으로써, 샘플에 있어서의 광 조사 영역의 경사 정보를 얻는다.
(11) 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 방법은 경사 조정 스텝을 추가로 구비해도 된다. 경사 조정 스텝은 경사 정보(반사광의 전반 방향에 관한 정보를 포함함)에 기초하여, 광 조사 영역에서 수직 반사되는 반사광의 전반 방향이 릴레이 렌즈계의 광축에 대해 평행하게 되도록, 샘플 홀더의 자세를 조정한다. 또, 본 실시 형태의 일 양태로서, 경사 측정 스텝 및 경사 조정 스텝은 릴레이 렌즈계로부터 광 조사 영역에 도달하는 조사광의 입사각의 변화폭을 축소하면서, 반복하여 행해져도 된다. 또한, 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 방법은 사전 경사 측정 스텝을 구비해도 된다. 사전 경사 측정 스텝은 포커스 조정 스텝의 전에, 광 조사 영역에서 수직으로 반사된 반사광의 전반 방향과 릴레이 렌즈계의 광축과의 어긋남을 얻는 스텝으로서, 이러한 구성에 있어서, 경사 조정 스텝은 얻어진 어긋남이 저감되도록, 기준 평면에 대한 샘플 홀더의 자세를 조정한다.
(12) 본 실시 형태의 일 양태로서, 포커스 조정 스텝은 렌즈계로서 대물 렌즈가 배치되어 있는 상태에서, 상기 대물 렌즈의 포커스 위치를 광 조사 영역상에 조정하는 것이 바람직하다. 또, 본 실시 형태의 일 양태로서, 경사 측정 스텝은 경사 정보로서, 조사광의 출사각에 관한 정보를 이차원 좌표로 변환하여, 상기 이차원 좌표에 대응하는 검출 신호의 정보를 플롯해 감으로써, 샘플의 경사 정보를 포함하는 이차원 화상(레이저 스캔상)을 생성해도 된다.
(13) 또한, 본 실시 형태의 일 양태로서, 당해 측정 방법은 포커스 조정 스텝의 전에, 광 조사 영역에서 수직으로 반사된 반사광의 전반 방향과 릴레이 렌즈계의 광축을 서로 일치시키는 사전 조정 스텝을 구비해도 된다.
이상, 이 [본원 발명의 실시 형태의 설명]의 란에 열거된 각 양태는, 나머지의 모든 양태의 각각에 대해서, 또는, 이들 나머지 양태의 모든 조합에 대해서 적용 가능하다.
［본원 발명의 실시 형태의 상세］
이하, 본 실시 형태에 따른 측정 장치, 관찰 장치 및 측정 방법의 구체적인 구조를, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 예시로 한정되는 것이 아니고, 청구 범위에 의해서 나타내지고, 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 또, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일 부호를 부여하고 중복하는 설명을 생략한다.
(제1 실시 형태)
도 1~도 3은 제1 실시 형태에 따른 측정 장치(본 실시 형태에 따른 관찰 장치에 포함됨)(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1은 측정 장치(1)에 있어서, 릴레이 렌즈계(31)가 조사광의 광로상에 배치된 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는 측정 장치(1)에 있어서, 대물 렌즈계(32)가 조사광의 광로상에 배치된 구성을 나타내는 도면이다. 도 3은 측정 장치(1)에 있어서, 고침 렌즈가 장착된 대물 렌즈계(고침 렌즈(33A)를 가지는 대물 렌즈계)(33)가 조사광의 광로상에 배치된 구성을 나타내는 도면이다.
측정 장치(1)는 광원(11), 광 파이버(12), 콜리메이트 렌즈(13), 편광 빔 스플리터(21), λ/4판(22), 스캐너(23), 렌즈(24, 25), 미러(26), 릴레이 렌즈계(31), 대물 렌즈계(32), 대물 렌즈계(33), 고침 렌즈(33A), 리볼버(34), 렌즈(41), 제1 조리개(42), 광 검출기(제1 광 검출기)(44), 샘플 홀더(51), 액츄에이터(52, 53), 제어부(61), 해석부(62), 입력부(63) 및 표시부(64)를 구비한다. 또한, 도 1~도 3에 도시된 구성예에서는, 리볼버(34)에 유지된 릴레이 렌즈계(31), 대물 렌즈계(32), 대물 렌즈계(33)와 함께, 미러(26)에 의해, 광학 유닛(A1)이 구성되어 있다. 또, 광학 유닛(A1)은 미러(26)에 의해 구성되는 보조 유닛(B1)을 포함한다. 또, 액츄에이터(52, 53)는 서로 직교하는 방향(경사 제어 방향)에 따른 샘플 홀더(51)의 경사를 각각 변경한다.
광원(11)으로부터 출력된 조사광 L1을 샘플(S)까지 안내하는 조사 광학계로서, 광원(11)으로부터 샘플(S)을 향하는 조사광 L1의 광로상에, 광 파이버(12), 콜리메이트 렌즈(13), 편광 빔 스플리터(21), λ/4판(22), 스캐너(23), 렌즈(24, 25) 및 미러(26)가 차례로 배치되어 있다. 이것들은 서로 광학적으로 접속(coupling)되어 있다. 샘플(S)에서 반사된 반사광 L2를 검출 위치 즉 광 검출기(44)까지 안내하는 검출 광학계로서, 샘플(S)로부터 광 검출기(44)를 향하는 반사광의 반사의 광로상에, 미러(26), 렌즈(25, 24), 스캐너(23), λ/4판(22), 편광 빔 스플리터(21), 렌즈(41) 및 제1 조리개(42)가 차례로 배치되어 있다. 또한, λ/4판(22) 대신에, 입사된 광의 편광면을 예를 들면 22.5도 또는 45도 회전하여 출력하는 패러데이 로테이터(faraday rotator)가 배치되어도 된다. 또, λ/4판(22)을 제거하고, 편광 빔 스플리터(21) 대신에 하프 미러가 배치되어도 된다.
샘플(S)은, 예를 들면 반도체 디바이스이고, 상기 반도체 디바이스로서는, 트랜지스터 등의 PN 접합을 가지는 집적 회로, 대전류용/고압용 MOS 트랜지스터 및 바이폴러 트랜지스터, 전력용 반도체 소자(파워 디바이스) 등이 있다. 이에 더하여, 샘플(S)은 반도체 디바이스를 포함하는 패키지, 복합 기판 등이어도 된다. 또한, 트랜지스터 등의 PN 접합을 가지는 집적 회로에는, 예를 들면, 소규모 집적 회로(SSI：Small Scale Integration), 중규모 집적 회로(MSI：Medium Scale Integration), 대규모 집적 회로(LSI：Large Scale Integration), 초대규모 집적 회로(VLSI：Very Large Scale Integration), 울트라 대규모 집적 회로(ULSI：Ultra Large Scale Integration), 기가·스케일 집적 회로(GSI：Giga Scale Integration)가 포함된다. 또, 반도체 디바이스에는 디바이스 제어 케이블을 통해서 테스터 유닛(도시하지 않음)이 전기적으로 접속되어, 소정의 변조 전류 신호(자극 신호)가 인가되어도 된다.
샘플(S)에 대향하도록 배치되는 렌즈계로서, 릴레이 렌즈계(31), 대물 렌즈계(32) 및 대물 렌즈계(33)는 렌즈 선택부인 리볼버(34)에 유지되고, 이들 중에서 상기 리볼버(34)에 의해 선택된 렌즈계가 미러(26)와 샘플(S)과의 사이에 배치된다. 샘플(S)에 대향하도록 배치된 어느 하나의 렌즈계는 미러(26)와 광학적으로 접속(coupling)되어 있다. 샘플 홀더(51)는 샘플(S)을 유지함과 아울러 상기 샘플(S)의 자세를 조정하는 구조를 구비한 디바이스로서, 예를 들면 샘플(S)을 재치하는 스테이지이다. 샘플 홀더(51)의 샘플 탑재면의 경사는 가변이다. 샘플 홀더(51)의 샘플 탑재면의 경사는, 제어부(61)에 의해 구동되는 액츄에이터(52, 53)에 의해 조정되어도 되고, 메뉴얼 조작에 의해 조정되어도 된다. 이 샘플 홀더(51)에 있어서의 경사 제어에 의해, 샘플(S)의 관찰면(조사광 L1이 도달하는 광 조사 영역)의 경사가 조정 가능하게 된다.
광원(11)은 샘플 홀더(51)에 의해 유지된 샘플(S)로 조사해야 할 조사광 L1을 출력한다. 광원(11)은 전원(도시하지 않음)에 의해서 구동되어, 샘플(S)에 조사되는 CW광 또는 펄스광을 출력한다. 광원(11)으로부터 출력되는 광은, 인코히런트(비(非)코히런트(coherent))한 광이어도 되고, 레이저광과 같은 코히런트한 광이어도 된다. 인코히런트한 광을 출력하는 광원(11)으로서는, SLD(Super Luminescent Diode)나 ASE(Amplified Spontaneous Emission), LED(Light Emitting Diode) 등이 적용 가능하다. 코히런트한 광을 출력하는 광원(11)으로서는, 고체 레이저 광원이나 반도체 레이저 광원 등이 적용 가능하다.
광 파이버(12)는 광원(11)으로부터 출력된 조사광 L1을 입사단에 입력하고, 당해 광 파이버(12) 내를 전반한 조사광 L1을, 그 출사단을 통해서 콜리메이트 렌즈(13)로 출력한다. 콜리메이트 렌즈(13)는 광 파이버(12)의 출사단으로부터 발산 광으로서 출력된 조사광 L1을 입력받아, 이 조사광 L1을 평행광(콜리메이트광)으로서 출력한다. 편광 빔 스플리터(21)는 콜리메이트 렌즈(13)로부터 출력된 조사광 L1을 입력받아, 이 조사광 L1 중 S 편광 성분을 반사시켜 λ/4판(22)으로 출력한다. λ/4판(22)은 편광 빔 스플리터(21)로부터 출력된 직선 편광의 조사광 L1을 입력받아, 이 조사광 L1을 원(圓)편광으로서 스캐너(23)로 출력한다.
스캐너(23)는 λ/4판(22)으로부터 출력된 조사광 L1을 입력받아, 그 조사광 L1을 렌즈(24)로 출력한다. 스캐너(23)는 조사광 L1의 출력 방향(출사각)을 변화시킬 수 있다. 또한, 스캐너(23)로부터의 조사광 L1의 출사각은, 상기 스캐너(23)에 대면 배치된 렌즈(24)의 광축과 상기 조사광 L1의 출사 방향이 이루는 각에 의해 규정되고, 스캐너(23)로부터 출력되는 조사광 L1의 출력 방향은, 상기 렌즈(24)의 광축을 중심으로 틀어진다. 이 구성에 의해, 스캐너(23)로부터 샘플(S)을 향하는 조사광 L1의 광로의 도중의 소정 위치(스캔 조사 광학계를 구성하는 대물 렌즈계(32, 33)가 광로상에 배치되었을 때의 각 대물 렌즈계의 동공 위치 P1)에 있어서, 조사광 L1의 전반 방향의 변화가 가능하게 된다. 스캐너(23)는 예를 들면 갈바노 미러(galvanometer mirror)나 폴리곤 미러(polygon mirror), MEMS(micro electro mechanical system) 미러를 포함한다. 렌즈(24, 25) 및 미러(26)는, 스캐너(23) 내의 미러의 위치를 소정 위치(동공 위치 P1)에 투영한다. 따라서, 동공 위치 P1에 있어서, 조사광 L1은 주광선(主光線)의 위치를 변경하지 않고, 전반 방향이 변화한다. 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향은 스캐너(23)의 작용에 의해 변화한다. 이와 같이, 스캐너(23)는 대물 렌즈계를 이동시키지 않고 샘플(S)상에 있어서 조사광 L1을 주사시키는 것이 가능하게 된다. 예를 들면, 스캐너(23)에 의해서 전반 방향이 변화된 조사광 L1은, 대물 렌즈계(32) 또는 대물 렌즈계(33)를 통과함으로써, 샘플(S)상에 있어서 스팟광으로서 주사된다.
릴레이 렌즈계(31), 대물 렌즈계(32) 및 대물 렌즈계(33)는, 리볼버(34)에 유지되고, 이들 중에서 선택된 렌즈계가 리볼버(34)에 의해 미러(26)와 샘플(S)과의 사이의 광로상에, 샘플(S)과 대향하도록 배치된다. 스캐너(23)로부터 출력된 조사광 L1은, 렌즈(24, 25)를 통과한 후, 미러(26)에서 반사되고, 동공 위치 P1를 거쳐, 선택된 어느 하나의 렌즈계를 통과하여, 최종적으로 샘플(S)의 관찰 위치 P2에 조사된다. 대물 렌즈계(33)는 선단(先端)에 고정된 고침 렌즈(33A)를 포함하는 구성이어도 된다.
조사광 L1의 조사에 따라 샘플(S)에서 생긴 반사광 L2는, 조사광 L1의 경로와 같은 경로를 역방향으로 가서 편광 빔 스플리터(21)까지 도달한다. 스캐너(23)에 의한 디스캔(descan) 작용에 의해, 편광 빔 스플리터(21)와 스캐너(23)과의 사이에 있어서 조사광 L1 및 반사광 L2 각각의 주광선은 서로 일치하고 있다. λ/4판(22)은 스캐너(23)로부터 출력된 원편광의 반사광 L2가 입력되면, 그 반사광 L2를 P 편광으로서 편광 빔 스플리터(21)로 출력한다. 편광 빔 스플리터(21)는 λ/4판(22)으로부터 출력된 반사광 L2를 입력받아, 그 반사광 L2 중 P 편광 성분을 투과시켜, 상기 투과된 P 편광 성분을 렌즈(41)로 출력한다.
렌즈(41)는 편광 빔 스플리터(21)로부터 출력되는 반사광 L2를 집광시킨다. 제1 조리개(42)는 렌즈(41)에 의한 집광의 위치에 개구를 가지고 있고, 렌즈(41)에 의해 집광된 반사광 L2 중 개구 부분에 도달한 성분을 통과시킨다. 광 검출기(44)는 제1 조리개(42)의 개구를 통과한 반사광 L2를 수광하여, 그 광 파워(광 강도)에 상당하는 검출 신호를 출력한다. 광 검출기(44)는 싱글 포인트 광 검출기(상기 특허 문헌 2 참조)여도 되고, 예를 들면 포토 다이오드나 애벌란시·포토 다이오드, 광 전자 증배관 등이 바람직하다. 편광 빔 스플리터(21), 렌즈(41), 제1 조리개(42) 및 광 검출기(44)는 광학적으로 접속(coupling)되어 있다.
제어부(61)는 센서 케이블(71)을 통해서 광 검출기(44)와 전기적으로 접속되어, 광 검출기(44)로부터 출력된 검출 신호를 입력받는다. 제어부(61)는 제어 케이블(72)을 통해서 해석부(62)와 전기적으로 접속되어, 해석부(62)와의 사이에서 각종 신호를 송수신하고, 또, 해석부(62)로부터의 지시를 입력받는다. 제어부(61)는 제어 케이블(73)을 통해서 액츄에이터(52, 53)와 접속되어, 액츄에이터(52, 53)를 제어함으로써, 샘플 홀더(51)의 경사, 즉, 상기 샘플 홀더(51)에 유지된 샘플(S)의 경사를 조정한다. 또, 제어부(61)는 제어 케이블(74)을 통해서 스캐너(23)와 접속되어, 스캐너(23)에 의한 조사광 L1의 스캔 동작을 제어한다. 또한, 제어부(61)에 의해 제어되는 스캐너(23)의 스캔 동작은, 렌즈(24)의 광축과 일치한 조사광 L1의 출력 방향을 중심으로 하여, 조사광 L1의 출사각(스캔각)을 주기적으로 변동시키는 동작을 의미한다. 또, 제어부(61)는 광 검출기(44)나 테스터 유닛과 전기적으로 접속되어 있는 전기 계측부(도시하지 않음)로서, 예를 들면, 록 인(lock-in) 앰프나 스펙트럼 애널라이저, 디지타이저, 크로스·도메인·애널라이저(등록상표), 네트워크 애널라이저를 구비하고 있어도 된다.
해석부(62)는, 예를 들면 컴퓨터이며, 입력부(63) 및 표시부(64)와 함께 이용된다. 해석부(62)는 프로세서인 CPU(Central Processing Unit), 기록 매체인 RAM(Random Access Memory) 또는 ROM(Read Only Memory), 및 입출력 모듈을 포함한다. 해석부(62)는 입출력 모듈에 의해서 입력부(63) 및 표시부(64)와 전기적으로 접속되어 있다. 해석부(62)는 CPU 및 RAM 등의 하드웨어상에 프로그램 등을 읽어들임으로써, CPU에 의해서 스캐너(23)에 의한 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향(스캐너(23)에 있어서의 조사광 L1의 출사각에 의존)과, 광 검출기(44)로부터 출력된 검출 신호(수광된 반사광 L2의 광 파워)에 기초하여, 샘플(S)의 경사 정보를 포함하는 이차원 화상(레이저 스캔상(scan像))을 생성하는 기능 등, 샘플(S)의 경사 정보를 구하는 기능 등을 실행함과 아울러, RAM에 있어서의 데이터의 읽기 및 쓰기를 행한다. 입력부(63)는, 예를 들면, 키보드나 마우스이며, 계측 개시의 지시나 계측 조건에 관한 지시 등을 입력한다. 표시부(64)는, 예를 들면, 디스플레이이며, 계측 조건을 표시하거나, 샘플(S)의 관찰면 화상(이차원 화상)을 표시하거나 한다.
도 1에 도시된 구성에서는, 리볼버(34)에 의해 선택된 릴레이 렌즈계(31)가, 미러(26)와 샘플(S)과의 사이에, 샘플(S)과 대향하도록 배치되어 있다. 도 2에 도시된 구성에서는, 리볼버(34)에 의해 선택된 대물 렌즈계(32)가, 미러(26)와 샘플(S)과의 사이에, 샘플(S)과 대향하도록 배치되어 있다. 도 3에 도시된 구성에서는, 리볼버(34)에 의해 선택된 고침 렌즈가 장착된 대물 렌즈계(33)가, 미러(26)와 샘플(S)과의 사이에, 샘플(S)과 대향하도록 배치되어 있다.
대물 렌즈계(32) 또는 고침 렌즈가 장착된 대물 렌즈계(33)가 조사광 L1의 광로상에 배치되어 있는 구성(도 2, 도 3)에서는, 대물 렌즈계(32, 33)는 조사 광학계에 의해 동공 위치 P1까지 평행광으로서 도달한 조사광 L1을, 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향에 따른 샘플(S)상의 위치에 집광시킨다. 샘플(S)에 있어서의 조사광 L1의 집광 위치(광 조사 위치)는, 스캐너(23)의 작용에 의해 주사된다. 그 집광 위치에서 반사된 반사광 L2의 일부는, 검출 광학계를 거쳐 제1 조리개(42)의 개구 부분을 통과하여 광 검출기(44)에 의해 수광된다. 샘플(S)에 있어서의 조사광 L1의 집광 위치와 제1 조리개(42)의 개구와의 사이의 광학계는 공초점(共焦点) 광학계를 구성하고 있다. 해석부(62)는 제어부(61)를 통해서, 광 검출기(44)로부터 출력되는 검출 신호를 입력받고, 이 검출 신호치와 스캐너(23)에 의한 샘플(S)로의 조사광 L1의 집광 위치(스캐너(23)에 있어서의 조사광 L1의 출사각에 의존)에 기초하여, 샘플(S)의 경사 정보를 포함하는 이차원의 레이저 스캔상을 생성할 수 있다.
릴레이 렌즈계(31)가 광로상에 배치되어 있는 구성(도 1)에서는, 릴레이 렌즈계(31)는, 조사 광학계에 의해 동공 위치 P1까지 평행광으로서 도달한 조사광 L1을, 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향에 따른 방향을 따라서 평행광으로서 샘플(S)에 조사한다. 샘플(S)로의 조사광 L1의 조사 방향은, 스캐너(23)에 의해 주사된다. 또한, 샘플(S)로의 조사광 L1의 입사각은, 샘플(S)로의 조사광 L1의 조사 방향과 샘플(S)상에 있어서의 광 조사 영역의 법선이 이루는 각에 의해 규정된다. 이 조사 방향이 변화하더라도, 샘플(S)로의 조사광 L1의 조사 범위는 불변이다. 샘플(S)로의 조사광 L1의 조사에 따라서, 샘플(S)에서 반사된 반사광 L2는, 검출 광학계를 거쳐 제1 조리개(42)까지 도달했다고 하더라도, 그 도달한 반사광 L2 중 제1 조리개(42)의 개구 부분에 도달한 광만이 개구를 통과하여 광 검출기(44)에 의해 수광된다. 해석부(62)는 광 검출기(44)로부터 출력되는 검출 신호를 입력받아, 이 검출 신호치와, 스캐너(23)에 의한 샘플(S)로의 조사광 L1의 조사 방향(스캐너(23)에 있어서의 조사광 L1의 출사각에 의존)에 기초하여, 샘플(S)의 경사 정보를 포함하는 레이저 스캔상을 생성할 수 있다. 이 때 생성되는 레이저 스캔상은, 샘플(S)의 관찰면 화상이 아니고, 샘플(S)로의 조사광 L1의 입사각(스캐너(23)에 있어서의 조사광 L1의 출사각에 의존)을 나타내는 이차원 화상, 즉, 샘플(S)의 경사 정보를 포함하는 화상이다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 측정 장치(1)에 있어서, 릴레이 렌즈계(31)가 조사광 L1의 광로상에 배치되었을 때의 조사광 L1의 전반의 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a)에 도시된 것처럼, 조사 광학계에 의해 동공 위치 P1까지 평행광으로서 도달한 조사광 L1은, 릴레이 렌즈계(31)에 의해, 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향에 따른 방향을 따라서 평행광으로서 관찰 위치 P2에 조사된다. 스캐너(23)에 의해, 샘플(S)로의 조사광 L1의 조사 방향은 변화하지만, 샘플(S)에 있어서 조사광 L1이 조사되는 관찰 위치 P2는 불변이다.
샘플(S)의 관찰 위치 P2에 조사되는 조사광 L1의 스팟 사이즈는, 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 빔 사이즈에 릴레이 렌즈계(31)의 릴레이 배율을 곱한 사이즈가 된다. 통상의 레이저 스캔 현미경에서는, 동공 위치 P1에 도달하는 조사광 L1의 빔 사이즈는, 샘플(S)에 있어서 대물 렌즈계(32, 33)에 의해 관찰하고 싶은 시야 사이즈보다 크다. 동공 위치 P1에 도달하는 조사광 L1이 그대로 릴레이 렌즈계(31)에 의해 관찰 위치 P2에 조사되면, 샘플(S)의 관찰 위치 P2에 조사되는 조사광 L1의 스팟 사이즈는, 샘플(S)에 있어서 관찰하고 싶은 시야 사이즈보다 커진다. 그 결과, 시야 밖에서 생긴 광이 계측 결과에 영향을 주는 경우가 있다.
이에, 도 4의 (b)에 도시된 것처럼, 동공 위치 P1에 있어서 조사광 L1의 빔 사이즈를 제한하는 제2 조리개(35)를 마련하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 제2 조리개(35)를 통과하는 조사광 L1의 빔 사이즈를 작게 할 수 있어, 샘플(S)의 관찰 위치 P2에 조사되는 조사광 L1의 스팟 사이즈를 작게 할 수 있다. 관찰 위치 P2에 조사되는 조사광 L1의 스팟 사이즈를, 대물 렌즈계(32, 33)에 의해 관찰하고 싶은 시야 사이즈(예를 들면 1~2mm)와 같은 정도로 할 수 있거나, 또는 이것보다 작게 할 수도 있다.
제2 조리개(35)는 꽂거나 뺄 수 있는 것이 바람직하다. 도 4의 (c)에 도시되는 것처럼, 제2 조리개(35)는 지름이 상이한 복수의 개구를 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 복수의 개구 중에서 어느 하나의 개구를 선택함으로써, 제2 조리개(35)를 통과하는 조사광 L1의 빔 사이즈를 변경할 수 있다.
샘플(S)의 관찰 위치 P2에서 반사된 반사광 L2와는 별도로 제2 조리개(35)의 표면에서 반사광이 생기면, 해석부(62)에 의한 레이저 스캔상(샘플(S)의 경사 정보를 포함함)의 생성이나 샘플(S)의 경사의 해석시에 장해가 될 가능성이 있다. 이에, 제2 조리개(35)는 릴레이 렌즈계(31)의 광축에 수직인 면에 대해 경사져 있는 것이 바람직하다. 혹은 제2 조리개(35)의 표면은 무반사 처리가 실시되어 있는 것이 바람직이다.
또, 관찰 위치 P2로의 조사광 L1의 입사각의 변경 범위의 크기는, 릴레이 렌즈계(31)의 릴레이 배율에 반비례한다. 따라서, 관찰 위치 P2로의 조사광 L1의 입사각의 조정 가능한 범위의 크기에 따라서, 릴레이 렌즈계(31)의 릴레이 배율은 선택되는 것이 바람직하다.
여기서, 도 1~도 3에 도시된 광학 유닛(A1)은 릴레이 렌즈계(31), 대물 렌즈계(32), 대물 렌즈계(33)가 리볼버(34)에 의해 유지된 구성과, 보조 유닛(B1)을 구비하고 있지만, 릴레이 렌즈계는 대물 렌즈계(32)를 이용하여 구성되어도 된다. 즉, 도 1~도 3에 도시된 측정 장치(1)에, 광학 유닛(A1)을 대신하여, 도 5의 (a)에 도시된 광학 유닛(A2)이 채용되어도 된다. 또한, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는, 제1 및 제2 실시 형태의 일부를 구성하는 광학 유닛(A1) 및 보조 유닛(B1) 각각의 변형예의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)에 도시된 광학 유닛(A2)은 대물 렌즈계(32), 대물 렌즈계(33)가 리볼버(34)에 의해 유지된 구성과, 미러(26)에 의해 구성된 보조 유닛(B1)을 대신하는 보조 유닛(B2)을 구비한다. 보조 유닛(B2)은 렌즈(25)로부터의 조사광 L1의 일부를 통과시키는 제3 조리개(260)와, 미러(26)와, 대물 렌즈계(32)와 릴레이 광학계를 구성하는 렌즈계(261)(예를 들면 대물 렌즈계(32)와 공역(共役)인 공역 렌즈계)에 의해 구성되어 있다. 이 보조 유닛(B2)에 포함되는 렌즈계(261)와, 대물 렌즈계(32)에 의해, 릴레이 렌즈계(31A)가 구성된다. 또한, 도 5의 (b)에 도시된 보조 유닛(B3)에 대해서는 후술한다.
다음에, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(1)의 동작에 대해 설명함과 아울러, 본 실시 형태에 따른 측정 방법에 대해 설명한다. 도 6은 본 실시 형태에 따른 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 본 실시 형태에 따른 측정 방법은, 측정 장치(1)를 이용하여 샘플(S)의 관찰면 화상을 생성하는 방법이다. 본 실시 형태에 따른 측정 방법은 사전 조정 스텝(S1A), 포커스 조정 스텝(S2), 경사 측정 스텝(S3), 경사 조정 스텝(S4) 및 화상 취득 스텝(S5)을 가진다.
우선, 샘플(S)이 탑재면의 경사가 가변인 샘플 홀더(51)에 의해서 유지된다(유지 스텝). 그리고, 사전 조정 스텝(S1A)에서는, 스캐너(23)에 의한 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향 변화의 중심과 대물 렌즈(샘플(S)에 대향하는 렌즈계)의 광축을 서로 일치시킨다. 구체적으로는, 스캐너(23)에 의한 스캔 범위의 조정이나, 조사 광학계의 조정에 의해, 스캐너(23)로부터 출력되는 조사광 L1의 스캔 범위의 중심을 렌즈(스캐너(23)의 출사측에 직접 대면하는 렌즈)(24)의 광축과 일치시킨다. 즉, 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향의 변화 범위(스캔 범위에 의존)의 중심에 대물 렌즈의 광축이 위치하도록 조정되어 있으므로, 그 경우, 이 사전 조정 스텝(S1A)을 행할 필요는 없다. 조사 광학계가 조정 오차 등을 가지는 경우에는, 이 사전 조정 스텝(S1A)을 행하는 것이 바람직하다.
포커스 조정 스텝(S2)에서는, 리볼버(34)에 의해 선택된 대물 렌즈계(32) 또는 대물 렌즈계(33)가, 조사광 L1의 광로상에 배치된 상태에서, 광원(11)으로부터 조사광 L1을 출력시켜, 선택된 대물 렌즈의 포커스 위치가 샘플(S)상에 일치하도록 조정된다. 이러한 포커스 위치의 조정은 대물 렌즈의 광축에 평행한 방향으로 샘플 홀더(51) 또는 리볼버(34)를 이동시킴으로써 행해진다.
다음에, 샘플(S)에 대면시키는 렌즈계로서 리볼버(34)에 의해 선택된 릴레이 렌즈계(31)가, 조사광 L1의 광로상에 배치된다(릴레이 렌즈 배치 스텝). 그리고, 리볼버(34)에 의해 조사광 L1의 광로상에 배치된 릴레이 렌즈계(31)로부터, 광원(11)으로부터 출력된 조사광 L1이 샘플(S)로 출력된다(조사 스텝). 샘플(S)로의 조사광 L1의 조사에 따라 생기는 반사광 L2는, 광 검출기(44)에서 검출된다(검출 스텝). 그리고, 광 검출기(44)로부터 출력되는 검출 신호(반사광 L2의 광 파워)와 스캐너(23)로부터 출력되는 조사광 L1의 출사각(렌즈(24)의 광축과 일치한 스캔 중심과 조사광 L1의 출사 방향이 이루는 각에 의해 규정되는 스캔각)에 기초하여, 해석부(62)가 샘플(S)의 경사 정보를 포함하는 레이저 스캔상을 생성하고, 이 레이저 스캔상에 기초하여 샘플(S)의 관찰면(조사광 L1이 도달하는 광 조사 영역)의 경사가 구해진다(경사 측정 스텝(S3)).
경사 조정 스텝(S4)에서는, 경사 측정 스텝(S3)에 있어서 구해진 샘플(S)의 경사 정보에 기초하여, 릴레이 렌즈계(31)로부터 샘플(S)의 관찰면으로 조사광 L1이 수직으로 입사되도록 샘플 홀더(51)의 경사가 조정된다. 샘플 홀더(51)의 경사는, 제어부(61)에 의해 구동되는 액츄에이터(52, 53)에 의해 조정되어도 되고, 메뉴얼 조작에 의해 조정되어도 된다.
화상 취득 스텝(S5)에서는, 리볼버(34)에 의해 선택된 대물 렌즈계(32) 또는 대물 렌즈계(33)가 조사광 L1의 광로상에 배치된 상태에서, 광원(11)으로부터 조사광 L1이 출력되고, 샘플(S)로부터의 반사광 L2가 광 검출기(44)에서 수광된다. 그리고, 광 검출기(44)로부터 출력되는 검출 신호와 스캐너(23)에 있어서의 조사광 L1의 출사각 정보에 기초하여, 해석부(62)에 의해 샘플(S)의 관찰면 화상이 생성된다.
또, 경사 조정 스텝(S4) 후에, 리볼버(34)에 의해 선택된 대물 렌즈계(32) 또는 고침 렌즈(33A)를 가지는 대물 렌즈계(33)가 조사광 L1의 광로상에 배치되어 있는 상태에서, 예를 들면 EOP(Electro Optical Probing)나 EOFM(Electro-Optical Frequency Mapping)이라고 칭해지는 광 프로빙 기술에 의해서, 샘플(S)의 검사 스텝이 행해져도 된다. 이 경우, 샘플(S)로 테스터 유닛으로부터 변조 전류 신호가 인가되고 있는 상태에서, 광원(11)으로부터 조사광 L1이 출력되고, 샘플(S)로부터의 반사광 L2가 광 검출기(44)에서 수광된다. 그리고, 광 검출기(44)로부터 출력되는 검출 신호, 및 테스터 유닛으로부터 출력되는 변조 전류 신호에 따른 신호에 기초하여, 전기 계측부가 계측을 행하여, 그 계측 결과인 계측 신호를 출력한다. 또한, 해석부(62)에 의해서 계측 신호를 해석함으로써, 샘플(S)의 검사가 행해진다. 이 검사 스텝은 대물 렌즈계(32) 또는 대물 렌즈계(33)를 통해서 샘플(S)의 관찰면 화상을 취득하는 화상 취득 스텝(S5)의 전에 행해져도 되고, 또, 화상 취득 스텝(S5)의 후에 행해져도 된다. 이 광 프로빙 기술은 경사 측정이나 화상 취득과 거의 동일한 광학계로 행할 수 있기 때문에, 장치 구성을 복잡화하지 않고 샘플(S)의 각도 조정에서 검사까지 행할 수 있다.
또한, 도 7은 경사 측정 스텝(S3)에 있어서의 경사 정보의 생성을 설명하기 위한 개념도이다. 도 7의 예에서는, 해석부(62)가 제어 케이블(72)을 통해서 제어부(61)에, 스캐너(23)에 대한 스캔 제어로서, 렌즈(24)의 광축을 중심으로 스캔 범위를 설정한다. 제어부(61)는 제어 케이블(74)을 통해서 출력되는 조사광 L1의 출사각(스캔각) ρ를 제어하는 제어 신호를 스캐너(23)로 출력한다. 구체적으로 출사각 ρ는 스캔 범위의 중심에 위치하는 렌즈(24)의 광축에 직교하는 평면상에 있고, 또한 상기 광축이 통과하는 위치를 원점(原点)으로 하는 H－V 직교 좌표계로 규정된다. 이 때, 스캐너(23)로부터 출사각 ρ(ρH,ρV)를 바꾸면서 조사광 L1이 출력됨과 아울러, 대면하는 렌즈계의 광축에 대해 관찰면이 수직으로 설정된 샘플인 경우를 생각한다. 또한, 도 7에서는, 조사광 L1은, 출사각 ρ이 상이한 복수의 광속(光束)(각각이 조사광 L1)이 원으로 둘러싸인 기호 1~3(이하, 간단하게 기호 1~3으로 기재함)으로 표시되고, 또, 샘플(S)로부터의 반사광 L2도, 상이한 방향으로 반사되는 복수의 광속(각각이 반사광 L2)이 원으로 둘러싸인 기호 1＇~3＇(이하, 간단하게 기호 1＇~3＇으로 기재함)으로 표시되어 있다. 이 경우, 샘플(S)의 관찰면에서 반사된 반사광 L2는, 기호 1＇(기호 1로 도시된 조사광 L1의 반사 성분), 기호 2＇(기호 2로 도시된 조사광 L1의 반사 성분), 3＇(기호 2로 도시된 조사광 L1의 반사 성분)으로 도시되어 있다. 광 검출기(44)는 기호 1＇~3＇으로 도시되는 반사광 L2를 수광하여, 상기 반사광 L2의 광 파워에 상당하는 검출 신호 Ps를 제어부(61)로 출력한다. 구체적으로, 스캐너(23)로부터 출력되는 조사광 L1의 출사각 ρ는 시간 경과와 함께 변화하기 때문에, 기호 1＇~3＇으로 도시되는 반사광 L2의 검출 신호 Ps는 출사각 ρ의 시간 변화에 대응한 샘플링 시간 T1, T2, T3 각각에 있어서의 반사광 L2의 광 파워가 된다. 제어부(61)는 이와 같이 시간 함수로서 주어지는 출사각 ρ에 관한 정보 ρ(T) 및 검출 신호 Ps(T)를, 제어 케이블(72)을 통해서 해석부(62)로 출력한다. 해석부(62)는 H－V 직교 좌표계에 대응하는 이차원 매트릭스를 준비하고, 준비된 이차원 매트릭스의, 정보 ρ(T)에 대응하는 좌표에 광 검출기(44)로부터의 검출 신호 Ps(T)의 신호치를 플롯해 감으로써, 샘플(S)의 경사 정보를 포함하는 이차원의 레이저 스캔상(620)을 생성한다.
도 8 및 도 9는 본 실시 형태에 따른 측정 방법에 있어서의 경사 측정 스텝(S3)을 설명하는 도면이다.
도 8의 (a)에 도시된 예에서는, 관찰면이 기준 평면(RS)과 일치하고 있는 샘플(S)에 대해서, 릴레이 렌즈계(31)의 광축 AX에 평행한 방향 D1을 따라서 조사광 L1이 릴레이 렌즈계(31)로부터 출력되고 있다. 이 때, 릴레이 렌즈계(31)로부터 출력된 조사광 L1이 샘플(S)의 표면(관찰면)으로 수직으로 입사된다. 샘플(S)에서 수직 반사된 반사광(정반사광) L2는, 광축 AX에 평행한 방향 D2를 따라서 전반하고, 검출 광학계를 거쳐 광 검출기(44)에 의해 수광된다. 릴레이 렌즈계(31)로부터 샘플(S)의 표면으로 조사광 L1이 수직으로 입사되는 것은, 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향이 스캔 범위의 중심에 위치할 때이다. 따라서, 도 8의 (b)에 도시되는 것처럼, 해석부(62)에 의해 생성되는 이차원의 레이저 스캔상(620)의 중심 위치(H－V 직교 좌표계의 원점에 대응하는 위치)에서 가장 강도가 커져, 반사광 L2에 의한 스팟(621)이 생긴다.
도 9의 (a)에 도시된 예에서는, 관찰면이 기준 평면(RS)에 대해서 각도 θ만큼 경사져 있는 샘플(S)에 대해서, 릴레이 렌즈계(31)의 광축에 대해 평행하지 않은 방향 D1을 따라서 조사광 L1이 릴레이 렌즈계(31)로부터 출력된다. 이 때, 릴레이 렌즈계(31)로부터 출력된 조사광 L1이 샘플(S)의 표면(관찰면)으로 수직으로 입사된다. 샘플(S)에서 수직 반사된 반사광(정반사광) L2는, 광축 AX에 대해서 평행하지 않은 방향 D2를 따라서 전반하고, 검출 광학계를 거쳐 제1 조리개(42)에 도달한다. 그리고, 제1 조리개(42)의 개구를 통과한 반사광 L2가 광 검출기(44)에 의해 수광된다. 릴레이 렌즈계(31)로부터 샘플(S)의 표면으로 조사광 L1이 수직으로 입사되는 것은, 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향이 스캔 범위의 중심과 상이할 때이다. 따라서, 도 9의 (b)에 도시되는 것처럼, 해석부(62)에 의해 생성되는 이차원의 레이저 스캔상(620)의 중심 위치와는 상이한 위치에서 가장 강도가 커져, 반사광 L2에 의한 스팟(622)이 생긴다. 경사 조정 스텝(S4)에서는, 이 레이저 스캔상(620) 내에 나타난 스팟(622)을 상기 레이저 스캔상(620)의 중심 위치(스팟(621)의 위치)로 이동시키도록, 샘플 홀더(51)의 경사 조정이 행해진다.
경사 측정 스텝(S3)에서 해석부(62)에 의해 생성되는 이차원의 레이저 스캔상(620)에 있어서, 가장 광 파워가 큰 스팟 위치가 상기 레이저 스캔상(620)의 중심 위치(H－V 직교 좌표계의 원점에 대응)이면, 릴레이 렌즈계(31)의 광축에 수직인 면에 대해서 샘플(S)에 있어서의 관찰면이 일치해 있는 것이 된다. 그 레이저 스캔상(620)에 있어서 스팟 위치가 중심 위치에서 멀수록, 샘플(S)에 있어서의 관찰면의 경사가 큰 것이 된다. 그 레이저 스캔상(620)에 있어서의 스팟에 기초하여, 샘플(S)의 경사(경사 정보)를 구할 수 있다.
따라서, 경사 조정 스텝(S4)에서는, 해석부(62)에 의해 생성되는 이차원의 레이저 스캔상(620)(샘플(S)의 경사 정보를 포함함)에 있어서 스팟 위치가 중심 위치가 되도록, 샘플 홀더(51)의 경사가 조정된다. 또는, 레이저 스캔상(620)에 있어서의 스팟 위치에 기초하여 샘플 홀더(51)의 경사 조정량(경사 정보)이 산출되고, 그 산출된 경사 조정량만큼 샘플 홀더(51)가 경사지게 된다. 예를 들면, 도 9의 (a)에 도시된 것처럼, 릴레이 렌즈계(31)의 광축 AX와 샘플(S)의 관찰면과의 교점(대물 렌즈의 포커스 위치)을 포함하고, 또한 상기 릴레이 렌즈계(31)의 광축 AX에 직교하는 기준 평면(RS)과 샘플(S)의 관찰면이 이루는 각(경사각 θ)은, 상기 교점을 원점으로 하는, 상기 기준 평면(RS)상의 X－Y 직교 좌표계(X축, Y축 각각은 액츄에이터(52, 53)의 경사 제어 방향이 기준 평면(RS)상으로 투영된 축에 평행)로 규정하는 경우, (θX,θY)로 주어진다. 동시에, 경사각 θ(θX,θY)로부터는, 기준 평면(RS)의 법선 방향에 대한, 샘플(S)의 관찰면의 법선 방향(상기 관찰면에서 수직 반사되는 반사광의 전반 방향)의 경사 정보도 얻어진다. 따라서, 조정되어야 할 경사량 (θX,θY)은 (θX,θY)=F(ρH,ρV)의 관계를 만족하는 변환 함수 F를 미리 결정해 두면, 레이저 스캔상(620)에 있어서의 스팟 위치(ρH,ρV)를 이용하여, 해석부(62)가 용이하게 산출할 수 있다. 제어부(61)는 경사각 성분 θX,θY 각각이 0에 가까워지도록, 액츄에이터(52, 53)를 제어한다(샘플 홀더(51)를 경사지게 한다). 이와 같이, 제어부(61)는 경사 정보에 기초하여, 샘플(S)의 관찰면에서 수직 반사되는 반사광의 전반 방향이 릴레이 렌즈계(31)의 광축 AX에 대해서 평행하게 되도록, 샘플 홀더(51)의 자세를 조정한다.
또한, 포커스 조정 스텝(S2), 경사 측정 스텝(S3) 및 경사 조정 스텝(S4)을 포함하는 처리(샘플 경사 각도 조정)에 대해서는, 보다 상세하게는 도 10에 도시되는 순서도에 따르는 것이 바람직하다. 또한, 이 순서도 중의 스텝 S12, S16은 경사 측정 스텝(S3)과 마찬가지로, 해석부(62)에 의해 생성된 레이저 스캔상에 기초하여 샘플(S)의 경사(경사 정보)를 구하는 스텝이다.
포커스 조정 스텝(S2) 및 경사 측정 스텝(S3)의 후, 스텝 S11에 있어서, 경사 측정 스텝(S3)에서 생성된 이차원의 레이저 스캔상 내에 스팟의 유무가 판정된다. 스텝 S11에서 스팟이 확인되었을 경우, 경사 조정 스텝(S4)으로 진행하여, 릴레이 렌즈계(31)로부터 샘플(S)로 조사광 L1이 수직으로 입사되도록 샘플 홀더(51)의 경사가 조정된다.
스텝 S11에서 스팟이 확인되지 않았을 경우, 스텝 S12에서 스캐너(23)의 스캔 범위를 넓혀 레이저 스캔상을 취득하고, 이어지는 스텝 S13에서 상기 레이저 스캔상에 있어서 스팟의 유무가 판정된다. 스텝 S12에서 스팟이 확인되었을 경우, 경사 조정 스텝(S4)으로 진행하여, 릴레이 렌즈계(31)로부터 샘플(S)로 조사광 L1이 수직으로 입사되도록 샘플 홀더(51)의 경사가 조정된다. 스텝 S13에서 스팟이 확인되지 않았을 경우, 스텝 S14에서 샘플(S)의 설치 각도를 재조정한 후, 포커스 조정 스텝(S2)이 다시 실행된다.
경사 조정 스텝(S4) 후의 스텝 S15에서, 샘플(S)의 관찰면의 경사각 θ가 소정 각도(예를 들면, θX,θY 모두 0.01도) 이하로 되었는지 여부가 판정된다. 스텝 S15에서 샘플(S)의 경사각이 소정 각도 이하가 아니라고 판정되었을 경우, 스텝 S16에서 스캐너(23)의 스캔 범위(동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향의 변화폭)를 좁게 함으로써, 샘플(S)에 대한 조사광 L1의 입사각의 변화 범위를 좁게 하면서 레이저 스캔상을 취득한다. 그 후, 경사 조정 스텝(S4)으로 진행하여, 릴레이 렌즈계(31)로부터 샘플(S)로 조사광 L1이 수직으로 입사되도록 샘플 홀더(51)의 경사가 조정된다. 이 때, 조사광 L1의 전반 방향의 변화폭을 좁게 하는 전후에서 레이저 스캔상의 계측 점수(点數)를 같게 해 두는 것이 바람직하다.
도 11은 다른 실시 형태에 따른 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 이 실시 형태에 따른 측정 방법도, 측정 장치(1)를 이용하여 샘플(S)의 이차원의 관찰면 화상을 생성하는 방법이다. 다만, 도 6에 도시된 순서도와 비교하면, 도 11에 도시된 순서도는, 사전 조정 스텝(S1A)을 대신하여 사전 경사 측정 스텝(S1B)을 가지는 점, 및 경사 조정 스텝(S4)의 처리 내용의 점에서 상위하다.
사전 경사 측정 스텝(S1B)에서는, 스캐너(23)에 의한 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향의 변화 범위의 중심과 대물 렌즈(샘플(S)에 대향하는 렌즈)의 광축과의 사이의 관계를 구한다. 동공 위치 P1에 있어서의 조사광 L1의 전반 방향 중, 변화 범위의 중심이 되는 전반 방향과 대물 렌즈의 광축이 서로 일치하지 않는 구성인 경우, 그 일치하지 않는 정도(오차)를 구해 둔다.
경사 조정 스텝(S4)에서는, 사전 경사 측정 스텝(S1B)에서 구해진 상기 관계(오차)에 기초하여, 릴레이 렌즈계(31)로부터 샘플(S)로 조사광 L1이 수직으로 입사되도록 샘플 홀더(51)의 경사가 조정된다.
도 12는 경사 측정 스텝(S3)시에 샘플(S)에 대향하는 렌즈계로서 릴레이 렌즈계(31)를 이용하는 경우와, 샘플(S)에 대향하는 렌즈계를 어느 것도 이용하지 않는 경우의 상위에 대해 설명하기 위한 도면이다. 본 실시 형태와 같이 경사 측정 스텝(S3)시에 릴레이 렌즈계(31)를 이용하는 경우(도 12의 (a)), 릴레이 렌즈계(31)로부터 출력된 조사광 L1은, 샘플(S)로의 입사 방향이 변화하더라도, 샘플(S)에 있어서의 공통의 위치로 입사된다. 이것에 반하여, 릴레이 렌즈계(31)를 이용하지 않는 경우(도 12의 (b)), 릴레이 렌즈계(31)로부터 출력된 조사광 L1은, 샘플(S)로의 입사 방향이 변화하면, 샘플(S)에 있어서의 입사 위치도 변화한다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는 릴레이 렌즈계(31)를 이용함으로써, 샘플(S) 중에서도 대물 렌즈계(32, 33)에 의해 관찰해야 할 위치에서의 경사를 측정하여 조정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 리볼버(34)에 릴레이 렌즈계(31)를 장착하는 것 뿐인 간이하고 또한 염가인 구성으로, 대물 렌즈계(32, 33)의 광축에 대해 샘플(S)의 면이 수직이 되도록 샘플(S)의 경사를 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 도 5의 (a)에 도시된 구성과 같이, 대물 렌즈계(32)와 상기 대물 렌즈계(32)와, 렌즈계(261)로 릴레이 렌즈계가 구성되었을 경우도 마찬가지이다.
도 13은 릴레이 렌즈계(31), 고침 렌즈가 장착된 대물 렌즈계(33) 및 리볼버(34)의 구성예를 나타내는 도면이다. 일반적으로 고침 렌즈가 장착된 대물 렌즈계(33)의 지름은 크지만, 릴레이 렌즈계(31)의 구성은 간단하고, 릴레이 렌즈계(31)의 지름을 작게 할 수 있다. 따라서, 릴레이 렌즈계(31) 및 고침 렌즈가 장착된 대물 렌즈계(33)는, 서로 간섭하지 않고, 리볼버(34)의 인접한 소켓에 장착될 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 14는 제2 실시 형태에 따른 측정 장치(본 실시 형태에 따른 관찰 장치에 포함됨)(2)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1~도 3에 도시된 제1 실시 형태의 측정 장치(1)의 구성(도 5에 도시된 변형예의 구성을 포함함)과 비교하면, 도 14에 도시되는 제2 실시 형태의 측정 장치(2)는 제1 조리개(42)를 대신하여 광 파이버(43)를 구비하는 점에서 상위하다.
본 실시 형태에서는, 샘플(S)로의 조사광 L1의 조사에 의해 생기는 반사광 L2는, 검출 광학계를 거쳐 광 파이버(43)의 입사단에 도달한다. 입사단으로부터 입력된 반사광 L2는, 광 파이버(43) 내를 전반하여, 출사단으로부터 광 검출기(44)로 출력된다. 광 검출기(44)는 광 파이버(43)의 출사단으로부터 출력되는 반사광 L2를 수광하고, 반사광 L2의 광 파워에 상당하는 검출 신호를 제어부(61)로 출력한다. 샘플(S)에 있어서의 조사광 L1의 조사 위치와 광 파이버(43)의 입사단과의 사이에 위치하는 광학계는 공초점 광학계를 구성하고 있다. 본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태(도 1~도 3)와 마찬가지로, 보조 유닛(B1)을 포함하는 광학 유닛(A1)을 구비하여, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지의 효과를 달성한다. 또한, 광학 유닛(A1)은 리볼버(34)에 유지된 릴레이 렌즈계(31), 대물 렌즈계(32), 대물 렌즈계(33)와 함께, 미러(26)에 의해 구성되는 보조 유닛(B1)에 의해 구성되어 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
상술한 포커스 조정 스텝(S2)에서는, 리볼버(34)에 의해 선택된 대물 렌즈계(32) 또는 대물 렌즈계(33)가 조사광 L1의 광로상에 배치된 상태에서, 광원(11)으로부터 출력되는 조사광 L1을 출력시켜, 대물 렌즈의 포커스 위치가 샘플(S)상이 되도록 조정된다. 그렇지만, 포커스 조정 동작은 상기 이외 방법으로 가능하다. 예를 들면, 미리 릴레이 렌즈계(31)의 포커스 위치가 샘플(S)상이 되는 위치 관계를 구해 둔다. 또한, 리볼버(34)에 의해 릴레이 렌즈계(31)가 선택된 상태에서, 당해 위치 관계에 기초하여 샘플 홀더(51) 또는 리볼버(34)를 이동시킴으로써, 포커스 조정이 가능하게 된다.
또, 상술한 경사 측정 스텝(S3)은 샘플(S)로부터의 반사광을 검출하고, 해석부(62)에서 생성된 이차원의 레이저 스캔상에 기초하여 샘플(S)의 경사를 구하고 있다. 그렇지만, 다른 절차에 의해서 샘플(S)의 경사를 구해도 된다. 예를 들면, 광 검출기(44)에서 검출되는 광 파워와 스캐너(23)에 있어서의 조사광 L1의 출사각을 모니터링함으로써, 레이저 스캔상을 만들지 않고 직접 샘플(S)의 경사(경사 정보)를 구해도 된다.
또, 제1 실시 형태의 변형예로서 예를 들면, 샘플(S)로서 반도체를 유지하고, 경사가 가변인 샘플 홀더(51)와, 스캐너(23) 및 릴레이 렌즈계(31)를 가지는 광학계와, 당해 광학계를 통과하여 반도체를 조명하는 광원(11)과, 반도체에서 반사된 광을 검출하는 싱글 포인트의 광 검출기(44)와, 반도체에서 발생한 이미션(emission)광을 검출하여, 제2 검출 신호를 생성하는 제2 광 검출기를 구비하는 반도체를 검사하는 반도체 검사 장치를 구성해도 된다. 이러한 변형예는 제1 및 제2 실시 형태의 구성에 있어서, 광학 유닛(A1)에, 보조 유닛(B1)을 대신하여 도 5의 (b)에 도시된 보조 유닛(B3)이 적용되는 것에 실현 가능하다. 이 보조 유닛(B3)은 샘플(S)로서 이용한 반도체로부터 발생한 이미션광을 검출 가능한 제2 광 검출기(440)를 구비함과 아울러, 미러(26)를 예를 들면 광로 전환 가능한 가동(可動) 미러(화살표 R로 도시된 방향을 따라서 회전 가능한 미러)(27)로 치환함으로써, 반도체 검사 장치로서 구성된다. 가동 미러(27)를 전환함으로써, 대물 렌즈계(32)나 고침 렌즈(33A)를 가지는 대물 렌즈계(33)를 통과한 샘플(S)에서 발생한 이미션광이 제2 광 검출기(440)에서 검출 가능하게 되어, 반도체의 검사를 행할 수 있다. 제2 광 검출기(440)는, 예를 들면, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서를 탑재한 카메라나, InGaAs 카메라 또는 MCT(Mercury Cadmium Telluride) 카메라이다. 제2 광 검출기(440)는 광 검출기(제1 광 검출기)(44)와 마찬가지로, 제어부(61)에 전기적으로 접속되어, 반도체에서 발생한 이미션광을 검출했을 때의 검출 신호를 제어부(61)로 출력한다. 해석부(62)는 제어부(61)로부터의 신호에 기초하여 이미션 화상을 구하여, 유저는 반도체의 검사를 행할 수 있다.
1, 2 … 측정 장치(관찰 장치에 포함됨), 11 … 광원,
12 … 광 파이버, 13 … 콜리메이트 렌즈
21 … 편광 빔 스플리터, 22 … λ/4판,
23 … 스캐너, 24, 25 … 렌즈,
26 … 미러, 27 … 가동 미러,
31, 31A … 릴레이 렌즈계, 32 … 대물 렌즈계,
33 … 대물 렌즈계, 33A … 고침 렌즈,
34 … 리볼버(렌즈 선택부), 35 … 제2 조리개,
41 … 렌즈, 42 … 제1 조리개,
43 … 광 파이버,
44 … 광 검출기(제1 광 검출기), 51 … 샘플 홀더,
52, 53 … 액츄에이터, 61 … 제어부,
62 … 해석부, 63 … 입력부,
64 … 표시부, 71 … 센서 케이블,
72~74 … 제어 케이블, 260 … 제3 조리개,
261 … 렌즈계, 440 … 제2 광 검출기,
620 … 레이저 스캔상, 621, 622 … 스팟,
L1 … 조사광, L2 … 반사광,
P1 … 동공 위치, P2 … 관찰 위치,
S … 샘플, A1, A2 … 광학 유닛,
B1, B2, B3 … 보조 유닛.

Claims (19)

  1. 샘플의 광 조사 영역으로 조사광을 안내하는 릴레이 렌즈계를 가지고, 상기 릴레이 렌즈계의 광축에 직교하는 기준 평면에 대한 상기 광 조사 영역의 경사를 측정하는 측정 장치에 있어서,
    상기 조사광을 출력하는 광원과,
    상기 샘플을 유지한 상태에서, 상기 기준 평면에 대한 상기 광 조사 영역의 경사각을 바꾸는 샘플 홀더와,
    상기 샘플 홀더에 대면(對面)하도록 배치된 상기 릴레이 렌즈계와,
    상기 광원과 상기 릴레이 렌즈계와의 사이의 광로(光路)상에 배치되어, 상기 릴레이 렌즈계로부터 출사되는 상기 조사광의 출사각을 변화시키는 스캐너와,
    상기 릴레이 렌즈계 및 상기 스캐너를 통과한, 상기 광 조사 영역으로부터의 반사광을 수광하고, 상기 반사광에 따른 검출 신호를 출력하는 광 검출기와,
    상기 스캐너로부터 출력된 상기 조사광의 출사각에 관한 정보와 상기 검출 신호의 신호치에 관한 정보를 대응지음으로써, 상기 샘플에 있어서의 상기 광 조사 영역의 경사 정보를 얻는 해석부를 구비하는 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사 정보에 기초하여, 상기 광 조사 영역에서 수직 반사되는 반사광의 전반(傳搬) 방향이 상기 릴레이 렌즈계의 광축에 대해 평행하게 되도록, 상기 샘플 홀더의 자세를 조정하는 제어부를 추가로 구비하는 측정 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 해석부는 상기 경사 정보로서, 상기 스캐너로부터 출력된 상기 조사광의 출사각에 관한 정보를 이차원 좌표로 변환하고, 상기 이차원 좌표에 대응하는 상기 검출 신호의 정보를 플롯해 감으로써, 이차원의 스캔상(scan像)을 생성하는 측정 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 검출기는 싱글 포인트의 광 검출기를 포함하는 측정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스캐너는 상기 반사광을 상기 조사광의 광선과 일치시키는 측정 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐너와 상기 광 검출기와의 사이의 광로상에 배치되어, 상기 광 검출기가 수광하는 상기 반사광의 빔 사이즈를 제한하는 제1 조리개를 추가로 구비하는 측정 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐너와 상기 광 검출기와의 사이의 광로상에 배치됨과 아울러, 상기 반사광을 취입하기 위한 입사단(入射端)과, 그 내부를 전반한 상기 반사광이 상기 광 검출기를 향하여 출사되는 출사단(出射端)을 가지는 광 파이버를 추가로 구비하는 측정 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐너와 상기 릴레이 렌즈계와의 사이의 광로상에 배치되어, 상기 릴레이 렌즈계에 입사되는 상기 조사광의 빔 사이즈를 제한하는 제2 조리개를 추가로 구비하는 측정 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플에 상기 조사광을 집광하는 대물 렌즈계와,
    적어도 상기 릴레이 렌즈계 및 상기 대물 렌즈계를 유지한 상태에서, 상기 릴레이 렌즈계 및 상기 대물 렌즈계 중 어느 하나를 상기 샘플에 대면하도록 배치하는 렌즈 선택부를 추가로 구비하는 측정 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계는 상기 샘플에 대면하도록 배치된 대물 렌즈계와, 상기 대물 렌즈계와 상기 스캐너와의 사이의 광로상에 배치된, 상기 대물 렌즈계와 릴레이 광학계를 형성하는 렌즈계를 포함하는 측정 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    고침 렌즈를 추가로 구비하는 측정 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 측정 장치를 포함하는 관찰 장치.
  13. 렌즈계를 통해서 샘플의 광 조사 영역으로 조사광을 안내하고, 상기 렌즈계의 광축에 직교하는 기준 평면에 대한 상기 광 조사 영역의 경사를 측정하는 측정 방법에 있어서,
    상기 기준 평면에 대한 상기 광 조사 영역의 경사를 바꾸는 샘플 홀더에, 상기 샘플을 유지시키는 유지 스텝과,
    상기 렌즈계의 포커스 위치를 상기 광 조사 영역상으로 조정하는 포커스 조정 스텝과,
    상기 렌즈계로서 릴레이 렌즈계를 상기 샘플에 대면하도록 배치하는 릴레이 렌즈계 배치 스텝과,
    상기 조사광의 전반 경로상에 배치된 스캐너로부터 출사각을 바꾸면서 상기 조사광을 출력시킴으로써, 상기 릴레이 렌즈계로부터 상기 광 조사 영역으로 출사되는 상기 조사광의 입사각을 바꾸면서, 상기 조사광을 상기 샘플로 조사하는 조사 스텝과,
    상기 광 조사 영역에서 반사된 반사광을 수광하여, 상기 반사광에 따른 검출 신호를 출력하는 검출 스텝과,
    상기 스캐너로부터 출력된 상기 조사광의 출사각의 정보와 상기 검출 신호의 정보를 대응지음으로써, 상기 샘플에 있어서의 상기 광 조사 영역의 경사 정보를 얻는 경사 측정 스텝을 구비하는 측정 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 경사 정보에 기초하여, 상기 광 조사 영역에서 수직 반사되는 반사광의 전반 방향이 상기 릴레이 렌즈계의 광축에 대해 평행하게 되도록, 상기 샘플 홀더의 자세를 조정하는 경사 조정 스텝을 추가로 구비하는 측정 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 릴레이 렌즈계로부터 상기 광 조사 영역으로 출사되는 상기 조사광의 입사각의 변화폭을 축소하면서, 상기 경사 측정 스텝 및 상기 경사 조정 스텝을 반복하여 행하는 측정 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 포커스 조정 스텝의 전에, 상기 광 조사 영역에서 수직으로 반사된 상기 반사광의 전반 방향과 상기 릴레이 렌즈계의 광축과의 어긋남을 얻는 사전 경사 측정 스텝을 추가로 구비하고,
    상기 경사 조정 스텝은 상기 어긋남이 저감되도록, 상기 기준 평면에 대한 상기 샘플 홀더의 자세를 조정하는 것을 포함하는 측정 방법.
  17. 청구항 13 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커스 조정 스텝은 상기 렌즈계로서 대물 렌즈가 배치되어 있는 상태에서, 상기 대물 렌즈의 포커스 위치를 상기 광 조사 영역상으로 조정하는 것을 포함하는 측정 방법.
  18. 청구항 13 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사 측정 스텝은 상기 경사 정보로서, 상기 조사광의 출사각에 관한 정보를 이차원 좌표로 변환하고, 상기 이차원 좌표에 대응하는 상기 검출 신호의 신호치를 플롯해 감으로써, 이차원의 스캔상을 생성하는 측정 방법.
  19. 청구항 13 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포커스 조정 스텝의 전에, 상기 광 조사 영역에서 수직으로 반사된 상기 반사광의 전반 방향과 상기 릴레이 렌즈계의 광축을 서로 일치시키는 사전 조정 스텝을 추가로 구비하는 측정 방법.
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