WO2017154895A1 - 測定装置、観察装置および測定方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a measuring device for measuring the inclination of a part of the sample as an index for defining the posture of the sample, an observation device including the measuring device, and a measuring method.
  • Patent Document 1 a sample is irradiated with the irradiation light while scanning the irradiation position of the irradiation light output from the light source, and the detection signal from the photodetector that receives the light generated in the sample and the irradiation position of the irradiation light are disclosed.
  • a measurement device that acquires a two-dimensional image (observation surface image) of a sample surface based on information on the above is described.
  • the contact surface of the solid immersion lens and the surface of the sample It is important to make them parallel to each other. In this respect as well, it is important that the observation surface of the sample is perpendicular to the optical axis of the objective lens.
  • the measuring apparatus disclosed in Patent Document 1 forms an image of reflected light generated when a sample is irradiated with irradiation light output from a light source on a light receiving surface of a two-dimensional optical imaging unit.
  • the inclination of the observation surface of the sample with respect to the surface perpendicular to the optical axis of the objective lens is obtained, and the sample is observed so that the observation surface of the sample is perpendicular to the optical axis of the objective lens Adjust the tilt.
  • Patent Document 1 needs to include an additional two-dimensional imaging unit, and additionally includes an optical system for guiding reflected light from the sample to the two-dimensional imaging unit. There is. Therefore, the manufacturing cost of the measuring device itself increases, and the cost required for adjusting the added optical system is also required.
  • An object of the present invention is to provide a measuring device having a structure for easily adjusting the inclination of the observation surface, an observation device including the measuring device, and a measuring method.
  • the measuring apparatus has a relay lens system that guides irradiation light to the light irradiation area in the observation surface of the sample, and measures the inclination of the light irradiation area with respect to a reference plane orthogonal to the optical axis of the relay lens system.
  • the measurement apparatus includes at least a light source, a sample holder, a relay lens system, a scanner, a photodetector, and an analysis unit.
  • the light source outputs irradiation light.
  • the sample holder changes the inclination angle of the light irradiation region with respect to the reference plane while holding the sample.
  • the relay lens system is arranged to face the sample holder.
  • the scanner is disposed on the optical path between the light source and the relay lens system. Further, the scanner changes the emission angle of the irradiation light emitted from the relay lens system to the light irradiation region.
  • the photodetector receives the reflected light that has passed through the relay lens system and the scanner, and outputs a detection signal corresponding to the reflected light.
  • the analysis unit obtains the tilt information of the light irradiation region in the sample by associating the information regarding the emission angle of the irradiation light output from the scanner with the information regarding the signal value of the detection signal.
  • the inclination of the sample can be easily adjusted so that the surface of the sample is perpendicular to the optical axis of the objective lens with a simple apparatus configuration.
  • the measurement apparatus may be included in an observation apparatus that observes the sample surface via an objective lens system as one aspect thereof, and irradiates the light irradiation region within the observation surface of the sample. It has a relay lens system that guides, and measures the inclination of the light irradiation region with respect to a reference plane orthogonal to the optical axis of the relay lens system.
  • the measurement apparatus includes at least a light source, a sample holder, a relay lens system, a scanner, a photodetector, and an analysis unit.
  • the light source outputs irradiation light.
  • the sample holder changes the inclination angle of the light irradiation region with respect to the reference plane while holding the sample.
  • the relay lens system is arranged to face the sample.
  • the scanner is disposed on the optical path between the light source and the relay lens system. Further, the scanner changes the emission angle (scan angle) of the irradiation light emitted from the relay lens system to the light irradiation region.
  • the photodetector receives the reflected light that has passed through the relay lens system and the scanner, and outputs a detection signal corresponding to the reflected light.
  • the analysis unit obtains the tilt information of the light irradiation region in the sample by associating the information regarding the emission angle of the irradiation light output from the scanner with the information regarding the signal value of the detection signal.
  • the emission angle change of the irradiation light is changed by the lens facing the sample. It is possible to change the incident angle of the irradiation light reaching the sample without moving the system. Since the signal value of the detection signal of the reflected light from the sample depends on the incident angle of the irradiation light, by associating the output angle of the irradiation light by the scanner that determines the incident angle with the signal value, the simple device configuration Sample tilt information is obtained.
  • the measurement apparatus may include a control unit.
  • the control unit adjusts the posture of the sample holder based on the tilt information so that the propagation direction of the reflected light vertically reflected in the light irradiation region is parallel to the optical axis of the relay lens system. Since the propagation direction of the reflected light can be specified from the tilt information, it is possible to adjust the orientation of the sample holder based on the orientation of the sample holder when the tilt information is obtained.
  • the analysis unit converts, as inclination information, information related to the emission angle of irradiation light output from the scanner into two-dimensional coordinates, and information on detection signals corresponding to the two-dimensional coordinates. May be generated to generate a two-dimensional image (laser scan image) including the tilt information of the sample.
  • the photodetector may include a single-point photodetector.
  • the single point photodetector is a point device that collects data for one pixel at a time (see, for example, Patent Document 2).
  • the scanner may make the reflected light coincide with the light beam of the irradiation light.
  • the measurement apparatus may include a first aperture disposed on the optical path between the scanner and the photodetector. This first aperture limits the beam size of the reflected light received by the photodetector.
  • the measurement apparatus may include an optical fiber disposed on the optical path between the scanner and the photodetector. This optical fiber has an incident end for taking in reflected light, and an exit end from which reflected light propagated in the optical fiber is emitted toward the photodetector.
  • the measurement apparatus may include a second diaphragm disposed on the optical path between the scanner and the relay lens system. This second diaphragm limits the beam size of the irradiation light incident on the relay lens system.
  • the measurement apparatus preferably includes an objective lens system and a lens selection unit that holds at least the relay lens system and the objective lens system.
  • the objective lens collects the irradiation light on the sample.
  • the lens selection unit is arranged so that one of the relay lens system and the objective lens system faces the sample while holding at least the relay lens system and the objective lens system.
  • the relay lens system may include an objective lens system disposed so as to face the sample, and a lens system that forms the relay optical system with the objective lens system. Good.
  • the lens system is disposed on the optical path between the objective lens system and the scanner.
  • the measurement apparatus may include a solid immersion lens.
  • the observation apparatus includes, as one aspect thereof, a measurement apparatus having the above-described structure, and the observation surface of the sample whose inclination is corrected by the measurement apparatus is referred to as a relay lens system. Observation is performed through a different objective lens or an objective lens constituting a part of the relay lens system.
  • the irradiation light is guided to the light irradiation region of the sample through the lens system, and the inclination of the light irradiation region with respect to the reference plane orthogonal to the optical axis of the lens system is measured.
  • the measurement method includes at least a holding step, a focus adjustment step, a relay lens system placement step, an irradiation step, a detection step, and a tilt measurement step.
  • the holding step the sample is held by the sample holder that changes the inclination of the light irradiation region with respect to the reference plane while holding the sample.
  • the focus adjustment step the focus position of the lens system is adjusted on the light irradiation area.
  • a relay lens system is arranged as a lens system so as to face the sample.
  • the sample is irradiated with irradiation light from the relay lens system toward the light irradiation region.
  • the irradiation light is output from the relay lens system to the light irradiation region by outputting the irradiation light while changing the emission angle (scan angle) from the scanner arranged on the propagation path of the irradiation light.
  • the sample is irradiated with irradiation light while changing the incident angle.
  • the reflected light reflected by the light irradiation region is received and a detection signal corresponding to the reflected light is output.
  • the tilt information of the light irradiation region in the sample is obtained by associating the information of the emission angle of the irradiation light output from the scanner with the information of the detection signal.
  • the measurement method may further include an inclination adjustment step.
  • the tilt adjustment step is based on tilt information (including information on the propagation direction of the reflected light) so that the propagation direction of the reflected light vertically reflected in the light irradiation region is parallel to the optical axis of the relay lens system. Adjust the posture of the sample holder.
  • the inclination measurement step and the inclination adjustment step may be repeatedly performed while reducing the change width of the incident angle of the irradiation light reaching the light irradiation region from the relay lens system.
  • the measurement method may include a pretilt measurement step.
  • the pre-tilt measurement step is a step of obtaining a deviation between the propagation direction of the reflected light vertically reflected in the light irradiation region and the optical axis of the relay lens system before the focus adjustment step.
  • the posture of the sample holder with respect to the reference plane is adjusted so that the obtained deviation is reduced.
  • the focus adjustment step adjusts the focus position of the objective lens on the light irradiation region in a state where the objective lens is arranged as a lens system.
  • the inclination measurement step converts, as inclination information, information related to the emission angle of irradiation light into two-dimensional coordinates, and plots detection signal information corresponding to the two-dimensional coordinates.
  • a two-dimensional image laser scan image
  • the tilt information of the sample may be generated.
  • the measurement method is configured such that, before the focus adjustment step, the propagation direction of the reflected light reflected perpendicularly in the light irradiation region and the optical axis of the relay lens system coincide with each other. There may be provided a pre-adjustment step.
  • each aspect listed in this [Description of Embodiments of the Invention] is applicable to each of all the remaining aspects or to all combinations of these remaining aspects. .
  • FIG. 1 to 3 are diagrams showing a configuration of a measurement apparatus 1 (included in the observation apparatus according to the present embodiment) 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration in which a relay lens system 31 is arranged on the optical path of irradiation light in the measurement apparatus 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration in which the objective lens system 32 is arranged on the optical path of the irradiation light in the measurement apparatus 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration in which the objective lens system with a solid immersion lens (objective lens system having the solid immersion lens 33A) 33 is arranged on the optical path of the irradiation light in the measurement apparatus 1.
  • the measuring apparatus 1 includes a light source 11, an optical fiber 12, a collimating lens 13, a polarizing beam splitter 21, a ⁇ / 4 plate 22, a scanner 23, lenses 24 and 25, a mirror 26, a relay lens system 31, an objective lens system 32, and an objective lens.
  • System 33, solid immersion lens 33A, revolver 34, lens 41, first diaphragm 42, photodetector (first photodetector) 44, sample holder 51, actuators 52 and 53, control unit 61, analysis unit 62, An input unit 63 and a display unit 64 are provided.
  • the optical unit A1 is configured by the mirror 26 together with the relay lens system 31, the objective lens system 32, and the objective lens system 33 held by the revolver 34.
  • the optical unit A1 includes an auxiliary unit B1 configured by the mirror 26.
  • the actuators 52 and 53 change the inclination of the sample holder 51 along the direction orthogonal to each other (inclination control direction).
  • an optical fiber 12 As an irradiation optical system for guiding the irradiation light L1 output from the light source 11 to the sample S, an optical fiber 12, a collimator lens 13, a polarizing beam splitter 21, and ⁇ / 4 are provided on the optical path of the irradiation light L1 from the light source 11 toward the sample S.
  • a plate 22, a scanner 23, lenses 24 and 25, and a mirror 26 are arranged in this order. These are optically coupled to each other.
  • a detection optical system that guides the reflected light L2 reflected by the sample S to the detection position, that is, the photodetector 44, a mirror 26, lenses 25, 24,
  • a scanner 23, a ⁇ / 4 plate 22, a polarizing beam splitter 21, a lens 41, and a first aperture 42 are arranged in this order.
  • a Faraday rotator that outputs the polarization plane of incident light after rotating it by 22.5 degrees or 45 degrees, for example, may be arranged.
  • a half mirror may be arranged in place of the polarization beam splitter 21 except for the ⁇ / 4 plate 22.
  • Sample S is, for example, a semiconductor device, and examples of the semiconductor device include an integrated circuit having a PN junction such as a transistor, a high-current / high-voltage MOS transistor and a bipolar transistor, and a power semiconductor element (power device).
  • the sample S may be a package including a semiconductor device, a composite substrate, or the like.
  • Examples of the integrated circuit having a PN junction such as a transistor include a small scale integrated circuit (SSI: Small Scale Integration), a medium scale integrated circuit (MSI: Medium Scale Scale Integration), and a large scale integrated circuit (LSI: Large Scale Scale Integration).
  • a tester unit (not shown) may be electrically connected to the semiconductor device via a device control cable, and a predetermined modulation current signal (stimulation signal) may be applied.
  • the sample holder 51 is a device having a structure for holding the sample S and adjusting the posture of the sample S.
  • the sample holder 51 is a stage on which the sample S is placed. The inclination of the sample mounting surface of the sample holder 51 is variable.
  • the inclination of the sample mounting surface of the sample holder 51 may be adjusted by the actuators 52 and 53 driven by the control unit 61, or may be adjusted by manual operation.
  • tilt control in the sample holder 51 the tilt of the observation surface of the sample S (light irradiation region where the irradiation light L1 reaches) can be adjusted.
  • the light source 11 outputs irradiation light L1 to be irradiated to the sample S held by the sample holder 51.
  • the light source 11 is driven by a power source (not shown), and outputs CW light or pulsed light applied to the sample S.
  • the light output from the light source 11 may be incoherent (non-coherent) light or coherent light such as laser light.
  • SLD Super Luminescent Diode
  • ASE Amplified Spontaneous Emission
  • LED Light Emitting Diode
  • a solid-state laser light source, a semiconductor laser light source, or the like is applicable.
  • the optical fiber 12 inputs the irradiation light L1 output from the light source 11 to the incident end, and outputs the irradiation light L1 propagated through the optical fiber 12 to the collimating lens 13 through the emission end.
  • the collimating lens 13 receives the irradiation light L1 output as diverging light from the output end of the optical fiber 12, and outputs the irradiation light L1 as parallel light (collimating light).
  • the polarization beam splitter 21 receives the irradiation light L1 output from the collimating lens 13, reflects the S-polarized component of the irradiation light L1, and outputs it to the ⁇ / 4 plate 22.
  • the ⁇ / 4 plate 22 receives the linearly polarized irradiation light L1 output from the polarization beam splitter 21, and outputs the irradiation light L1 to the scanner 23 as circularly polarized light.
  • the scanner 23 receives the irradiation light L1 output from the ⁇ / 4 plate 22, and outputs the irradiation light L1 to the lens 24.
  • the scanner 23 can change the output direction (exit angle) of the irradiation light L1.
  • the emission angle of the irradiation light L1 from the scanner 23 is defined by the angle formed by the optical axis of the lens 24 arranged facing the scanner 23 and the emission direction of the irradiation light L1.
  • the output direction of the light L1 is swung around the optical axis of the lens 24.
  • the scanner 23 includes, for example, a galvanometer mirror, a polygon mirror, and a MEMS (micro electro mechanical system) mirror.
  • the lenses 24 and 25 and the mirror 26 project the position of the mirror in the scanner 23 to a predetermined position (pupil position P1). Therefore, at the pupil position P1, the propagation direction of the irradiation light L1 changes without changing the position of the principal ray.
  • the propagation direction of the irradiation light L1 at the pupil position P1 is changed by the action of the scanner 23.
  • the scanner 23 can scan the irradiation light L1 on the sample S without moving the objective lens system.
  • the irradiation light L1 whose propagation direction has been changed by the scanner 23 passes through the objective lens system 32 or the objective lens system 33 and is scanned as spot light on the sample S.
  • the relay lens system 31, the objective lens system 32, and the objective lens system 33 are held by a revolver 34, and a lens system selected from these is placed on the optical path between the mirror 26 and the sample S by the revolver 34. It arrange
  • the irradiation light L1 output from the scanner 23 passes through the lenses 24 and 25, then is reflected by the mirror 26, passes through the pupil position P1, passes through one of the selected lens systems, and finally reaches the sample S.
  • the observation position P2 is irradiated.
  • the objective lens system 33 may include a solid immersion lens 33A fixed at the tip.
  • the reflected light L2 generated in the sample S in response to the irradiation of the irradiation light L1 reaches the polarization beam splitter 21 by following the same path as the irradiation light L1 in the reverse direction. Due to the descanning action by the scanner 23, the principal rays of the irradiation light L ⁇ b> 1 and the reflected light L ⁇ b> 2 coincide with each other between the polarization beam splitter 21 and the scanner 23.
  • the ⁇ / 4 plate 22 outputs the reflected light L2 to the polarization beam splitter 21 as P-polarized light.
  • the polarization beam splitter 21 receives the reflected light L2 output from the ⁇ / 4 plate 22, transmits the P-polarized component of the reflected light L2, and outputs the transmitted P-polarized component to the lens 41.
  • the lens 41 condenses the reflected light L2 output from the polarization beam splitter 21.
  • the first diaphragm 42 has an opening at a position where light is collected by the lens 41, and allows a component that has reached the opening portion of the reflected light L ⁇ b> 2 collected by the lens 41 to pass therethrough.
  • the photodetector 44 receives the reflected light L2 that has passed through the opening of the first diaphragm 42, and outputs a detection signal corresponding to the optical power (light intensity).
  • the photodetector 44 may be a single point photodetector (see Patent Document 2 above), and for example, a photodiode, an avalanche photodiode, a photomultiplier tube, or the like is suitable.
  • the polarization beam splitter 21, the lens 41, the first diaphragm 42, and the photodetector 44 are optically coupled.
  • the control unit 61 is electrically connected to the light detector 44 via the sensor cable 71 and inputs a detection signal output from the light detector 44.
  • the control unit 61 is electrically connected to the analysis unit 62 via the control cable 72, transmits / receives various signals to / from the analysis unit 62, and inputs instructions from the analysis unit 62.
  • the control unit 61 is connected to the actuators 52 and 53 via the control cable 73, and controls the actuators 52 and 53, whereby the inclination of the sample holder 51, that is, the inclination of the sample S held by the sample holder 51 is controlled. adjust.
  • the control unit 61 is connected to the scanner 23 via the control cable 74, and controls the scanning operation of the irradiation light L1 by the scanner 23.
  • the control unit 61 is, for example, a lock-in amplifier, a spectrum analyzer, a digitizer, or a cross domain analyzer (registered trademark) as an electrical measurement unit (not shown) that is electrically connected to the photodetector 44 or the tester unit. ), A network analyzer may be provided.
  • the analysis unit 62 is a computer, for example, and is used together with the input unit 63 and the display unit 64.
  • the analysis unit 62 includes a CPU (Central Processing Unit) as a processor, a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory) as a recording medium, and an input / output module.
  • the analysis unit 62 is electrically connected to the input unit 63 and the display unit 64 by an input / output module.
  • the analysis unit 62 reads a program or the like on hardware such as a CPU and a RAM, so that the CPU propagates the irradiation light L1 at the pupil position P1 by the scanner 23 (depending on the emission angle of the irradiation light L1 at the scanner 23).
  • the input unit 63 is, for example, a keyboard or a mouse, and inputs a measurement start instruction, an instruction regarding measurement conditions, and the like.
  • the display unit 64 is, for example, a display that displays measurement conditions or displays an observation surface image (two-dimensional image) of the sample S.
  • the relay lens system 31 selected by the revolver 34 is arranged between the mirror 26 and the sample S so as to face the sample S.
  • the objective lens system 32 selected by the revolver 34 is arranged between the mirror 26 and the sample S so as to face the sample S.
  • the objective lens system 33 with a solid immersion lens selected by the revolver 34 is arranged between the mirror 26 and the sample S so as to face the sample S.
  • the objective lens systems 32 and 33 are positioned at the pupil position P1 by the irradiation optical system.
  • the irradiation light L1 that has reached as parallel light is condensed at a position on the sample S corresponding to the propagation direction of the irradiation light L1 at the pupil position P1.
  • the condensing position (light irradiation position) of the irradiation light L 1 in the sample S is scanned by the action of the scanner 23.
  • a part of the reflected light L2 reflected at the condensing position passes through the detection optical system, passes through the opening portion of the first diaphragm 42, and is received by the photodetector 44.
  • the optical system between the condensing position of the irradiation light L1 in the sample S and the opening of the first diaphragm 42 constitutes a confocal optical system.
  • the analysis unit 62 receives the detection signal output from the light detector 44 via the control unit 61, and the detection signal value and the condensing position of the irradiation light L ⁇ b> 1 on the sample S by the scanner 23 (irradiation in the scanner 23). Based on the emission angle of the light L1), a two-dimensional laser scan image including the tilt information of the sample S can be generated.
  • the relay lens system 31 uses the irradiation light L1 that has reached the pupil position P1 as parallel light by the irradiation optical system, and the irradiation light L1 at the pupil position P1.
  • the sample S is irradiated as parallel light along a direction corresponding to the propagation direction of.
  • the irradiation direction of the irradiation light L ⁇ b> 1 on the sample S is scanned by the scanner 23.
  • the incident angle of the irradiation light L1 on the sample S is defined by the angle formed by the irradiation direction of the irradiation light L1 on the sample S and the normal line of the light irradiation region on the sample S. Even if this irradiation direction changes, the irradiation range of the irradiation light L1 to the sample S does not change. Even if the reflected light L2 reflected by the sample S reaches the first aperture 42 via the detection optical system in response to the irradiation of the irradiation light L1 to the sample S, the first of the reflected light L2 that has reached the first diaphragm 42.
  • the analysis unit 62 receives the detection signal output from the photodetector 44, and the detection signal value and the irradiation direction of the irradiation light L1 to the sample S by the scanner 23 (depending on the emission angle of the irradiation light L1 in the scanner 23). Based on the above, a laser scan image including the tilt information of the sample S can be generated.
  • the laser scan image generated at this time is not an observation surface image of the sample S, but a two-dimensional image representing the incident angle of the irradiation light L1 on the sample S (depending on the emission angle of the irradiation light L1 in the scanner 23), that is, 4 is an image including inclination information of a sample S.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a state of propagation of the irradiation light L1 when the relay lens system 31 is arranged on the optical path of the irradiation light L1 in the measurement apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the irradiation light L1 that has reached the pupil position P1 as parallel light by the irradiation optical system is directed by the relay lens system 31 according to the propagation direction of the irradiation light L1 at the pupil position P1. Is irradiated to the observation position P2 as parallel light.
  • the observation position P2 where the irradiation light L1 is irradiated on the sample S is not changed.
  • the spot size of the irradiation light L1 irradiated to the observation position P2 of the sample S is a size obtained by multiplying the beam size of the irradiation light L1 at the pupil position P1 by the relay magnification of the relay lens system 31.
  • the beam size of the irradiation light L1 reaching the pupil position P1 is larger than the visual field size to be observed by the objective lens systems 32 and 33 in the sample S.
  • the spot size of the irradiation light L1 irradiated to the observation position P2 of the sample S is the visual field size to be observed in the sample S. Become bigger. As a result, light generated outside the field of view may affect the measurement results.
  • the beam size of the irradiation light L1 passing through the second diaphragm 35 can be reduced, and the spot size of the irradiation light L1 irradiated to the observation position P2 of the sample S can be reduced.
  • the spot size of the irradiation light L1 irradiated to the observation position P2 can be made the same as or smaller than the visual field size (for example, 1 to 2 mm) to be observed by the objective lens systems 32 and 33. .
  • the second diaphragm 35 is preferably detachable. As shown in FIG. 4C, the second diaphragm 35 preferably has a plurality of openings having different diameters. In this case, the beam size of the irradiation light L1 passing through the second diaphragm 35 can be changed by selecting any one of the plurality of openings.
  • the second diaphragm 35 is inclined with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the relay lens system 31.
  • the surface of the second diaphragm 35 is subjected to an antireflection treatment.
  • the size of the change range of the incident angle of the irradiation light L1 to the observation position P2 is inversely proportional to the relay magnification of the relay lens system 31. Therefore, it is preferable that the relay magnification of the relay lens system 31 is selected according to the size of the adjustable range of the incident angle of the irradiation light L1 to the observation position P2.
  • the optical unit A1 shown in FIGS. 1 to 3 includes a relay lens system 31, an objective lens system 32, and a configuration in which the objective lens system 33 is held by a revolver 34, and an auxiliary unit B1.
  • the lens system may be configured using the objective lens system 32. That is, instead of the optical unit A1, the optical unit A2 shown in FIG. 5A may be employed in the measuring apparatus 1 shown in FIGS.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams showing configurations of modifications of the optical unit A1 and the auxiliary unit B1 that constitute a part of the first and second embodiments.
  • the 5A includes an objective lens system 32, a configuration in which the objective lens system 33 is held by a revolver 34, and an auxiliary unit B2 in place of the auxiliary unit B1 configured by the mirror 26.
  • the auxiliary unit B2 includes a third diaphragm 260 that allows a part of the irradiation light L1 from the lens 25 to pass through, the mirror 26, the objective lens system 32, and a lens system 261 that constitutes a relay optical system (for example, the objective lens system 32). Conjugated conjugate lens system).
  • the lens system 261 included in the auxiliary unit B2 and the objective lens system 32 constitute a relay lens system 31A.
  • the auxiliary unit B3 shown in FIG. 5B will be described later.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the measurement method according to the present embodiment.
  • the measurement method according to the present embodiment is a method for generating an observation surface image of the sample S using the measurement device 1.
  • the measurement method according to the present embodiment includes a pre-adjustment step S1A, a focus adjustment step S2, an inclination measurement step S3, an inclination adjustment step S4, and an image acquisition step S5.
  • the sample S is held by the sample holder 51 whose inclination of the mounting surface is variable (holding step).
  • the center of the propagation direction change of the irradiation light L1 at the pupil position P1 by the scanner 23 and the optical axis of the objective lens (lens system facing the sample S) are made to coincide with each other.
  • the center of the scan range of the irradiation light L1 output from the scanner 23 is adjusted by adjusting the scan range by the scanner 23 and the adjustment of the irradiation optical system of the lens 24 (lens directly facing the emission side of the scanner 23). Match the optical axis.
  • this pre-adjustment step S1A is performed. There is no need.
  • the irradiation optical system has an adjustment error or the like, it is preferable to perform this pre-adjustment step S1A.
  • the irradiation light L1 is output from the light source 11 in a state where the objective lens system 32 or the objective lens system 33 selected by the revolver 34 is arranged on the optical path of the irradiation light L1, and the selected objective is selected.
  • the focus position of the lens is adjusted to coincide with the sample S. Such adjustment of the focus position is performed by moving the sample holder 51 or the revolver 34 in a direction parallel to the optical axis of the objective lens.
  • the relay lens system 31 selected by the revolver 34 as the lens system facing the sample S is placed on the optical path of the irradiation light L1 (relay lens placement step).
  • the irradiation light L1 output from the light source 11 is output to the sample S from the relay lens system 31 disposed on the optical path of the irradiation light L1 by the revolver 34 (irradiation step).
  • the reflected light L2 generated in response to the irradiation of the irradiation light L1 on the sample S is detected by the photodetector 44 (detection step).
  • the detection signal (the optical power of the reflected light L2) output from the photodetector 44 and the emission angle of the irradiation light L1 output from the scanner 23 (the scan center coincident with the optical axis of the lens 24 and the emission of the irradiation light L1).
  • the analysis unit 62 generates a laser scan image including the tilt information of the sample S based on the scan angle defined by the angle formed with the direction, and the observation surface (irradiation light L1) of the sample S based on the laser scan image.
  • the inclination of the light irradiation region where the light reaches (inclination measurement step S3).
  • the sample holder 51 is tilted so that the irradiation light L1 enters the observation surface of the sample S from the relay lens system 31 vertically based on the tilt information of the sample S obtained in the tilt measurement step S3. Adjusted.
  • the inclination of the sample holder 51 may be adjusted by the actuators 52 and 53 driven by the control unit 61, or may be adjusted by manual operation.
  • the irradiation light L1 is output from the light source 11 and reflected from the sample S in a state where the objective lens system 32 or the objective lens system 33 selected by the revolver 34 is arranged on the optical path of the irradiation light L1.
  • the light L2 is received by the photodetector 44. Then, based on the detection signal output from the photodetector 44 and the emission angle information of the irradiation light L1 from the scanner 23, the analysis unit 62 generates an observation surface image of the sample S.
  • the inspection step of the sample S may be performed.
  • the irradiation light L1 is output from the light source 11 while the modulated current signal is applied to the sample S from the tester unit, and the reflected light L2 from the sample S is received by the photodetector 44.
  • the electrical measurement unit performs measurement, and outputs the measurement signal as the measurement result To do.
  • the sample S is inspected by analyzing the measurement signal by the analysis unit 62.
  • This inspection step may be performed before the image acquisition step S5 for acquiring the observation surface image of the sample S via the objective lens system 32 or the objective lens system 33, or after the image acquisition step S5. Also good. Since this optical probing technique can be performed with almost the same optical system as tilt measurement and image acquisition, it is possible to perform from the angle adjustment to the inspection of the sample S without complicating the apparatus configuration.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining generation of inclination information in the inclination measurement step S3.
  • the analysis unit 62 sets a scan range around the optical axis of the lens 24 as scan control for the scanner 23 in the control unit 61 via the control cable 72.
  • the control unit 61 outputs a control signal for controlling the emission angle (scan angle) ⁇ of the irradiation light L ⁇ b> 1 output through the control cable 74 to the scanner 23.
  • the emission angle ⁇ is defined by an HV orthogonal coordinate system that is on a plane orthogonal to the optical axis of the lens 24 located at the center of the scanning range and that has the origin at the position through which the optical axis passes.
  • the irradiation light L1 is output while changing the emission angle ⁇ ( ⁇ H , ⁇ V ) from the scanner 23, and the observation surface is set perpendicular to the optical axis of the facing lens system.
  • the irradiation light L1 is displayed by symbols 1 to 3 (hereinafter simply referred to as symbols 1 to 3) in which a plurality of light beams having different emission angles ⁇ (each irradiation light L1) is circled.
  • the reflected light L2 from the sample S also includes symbols 1 ′ to 3 ′ (hereinafter simply referred to as symbols 1 ′ to 3 ′) in which a plurality of light beams (each reflected light L2) reflected in different directions are circled. Is displayed).
  • symbols 1 ′ to 3 ′ a plurality of light beams (each reflected light L2) reflected in different directions are circled. Is displayed).
  • the reflected light L2 reflected on the observation surface of the sample S is represented by symbol 1 ′ (a reflection component of the irradiation light L1 indicated by symbol 1), symbol 2 ′ (reflection of the irradiation light L1 indicated by symbol 2) Component), 3 ′ (the reflection component of the irradiation light L1 indicated by symbol 2).
  • the photodetector 44 receives the reflected light L2 indicated by symbols 1 ′ to 3 ′, and outputs a detection signal Ps corresponding to the optical power of the reflected light L2 to the control unit 61. Specifically, since the emission angle ⁇ of the irradiation light L1 output from the scanner 23 changes with time, the detection signal Ps of the reflected light L2 indicated by the symbols 1 ′ to 3 ′ changes with time in the emission angle ⁇ . Is the optical power of the reflected light L2 at the sampling times T 1 , T 2 , T 3 corresponding to.
  • the control unit 61 outputs the information ⁇ (T) and the detection signal Ps (T) regarding the emission angle ⁇ thus given as a time function to the analysis unit 62 via the control cable 72.
  • the analysis unit 62 prepares a two-dimensional matrix corresponding to the HV orthogonal coordinate system, and detects the detection signal Ps (T) from the photodetector 44 at the coordinates corresponding to the information ⁇ (T) of the prepared two-dimensional matrix. ) Is plotted to generate a two-dimensional laser scan image 620 including the tilt information of the sample S.
  • FIG 8 and 9 are diagrams for explaining the inclination measurement step S3 in the measurement method according to the present embodiment.
  • the irradiation light L1 is relayed along the direction D1 parallel to the optical axis AX of the relay lens system 31 with respect to the sample S whose observation surface coincides with the reference plane RS. It is output from the lens system 31.
  • the irradiation light L1 output from the relay lens system 31 is perpendicularly incident on the surface (observation surface) of the sample S.
  • the reflected light (regularly reflected light) L2 vertically reflected by the sample S propagates along the direction D2 parallel to the optical axis AX, and is received by the photodetector 44 through the detection optical system.
  • the irradiation light L1 vertically enters the surface of the sample S from the relay lens system 31 when the propagation direction of the irradiation light L1 at the pupil position P1 is located at the center of the scan range. Therefore, as shown in FIG. 8B, the intensity is highest at the center position of the two-dimensional laser scan image 620 generated by the analysis unit 62 (position corresponding to the origin of the HV orthogonal coordinate system). A spot 621 is generated by the reflected light L2.
  • Irradiation light L1 is output from the relay lens system 31.
  • the irradiation light L1 output from the relay lens system 31 is perpendicularly incident on the surface (observation surface) of the sample S.
  • the reflected light (specularly reflected light) L2 vertically reflected by the sample S propagates along a direction D2 that is not parallel to the optical axis AX, and reaches the first diaphragm 42 via the detection optical system.
  • the reflected light L 2 that has passed through the opening of the first diaphragm 42 is received by the photodetector 44.
  • the irradiation light L1 vertically enters the surface of the sample S from the relay lens system 31 when the propagation direction of the irradiation light L1 at the pupil position P1 is different from the center of the scan range. Therefore, as shown in FIG. 9B, the intensity is highest at a position different from the center position of the two-dimensional laser scan image 620 generated by the analysis unit 62, and a spot 622 due to the reflected light L2 is formed.
  • the tilt adjustment step S4 the tilt of the sample holder 51 is adjusted so that the spot 622 appearing in the laser scan image 620 is moved to the center position of the laser scan image 620 (the position of the spot 621).
  • the spot position with the highest optical power is the center position of the laser scan image 620 (corresponding to the origin of the HV orthogonal coordinate system). If present, the observation surface of the sample S coincides with the surface perpendicular to the optical axis of the relay lens system 31. In the laser scan image 620, the farther the spot position is from the center position, the greater the inclination of the observation surface in the sample S. The inclination (inclination information) of the sample S can be obtained based on the spot in the laser scan image 620.
  • the tilt adjustment step S4 the tilt of the sample holder 51 is adjusted so that the spot position becomes the center position in the two-dimensional laser scan image 620 (including the tilt information of the sample S) generated by the analysis unit 62.
  • the tilt adjustment amount (tilt information) of the sample holder 51 is calculated based on the spot position in the laser scan image 620, and the sample holder 51 is tilted by the calculated tilt adjustment amount.
  • the light includes the intersection (the focus position of the objective lens) between the optical axis AX of the relay lens system 31 and the observation surface of the sample S, and the light of the relay lens system 31.
  • the angle (inclination angle ⁇ ) formed by the reference plane RS orthogonal to the axis AX and the observation surface of the sample S is an XY orthogonal coordinate system (X axis, Y axis) on the reference plane RS with the intersection point as the origin.
  • X axis, Y axis The angle (inclination angle ⁇ ) formed by the reference plane RS orthogonal to the axis AX and the observation surface of the sample S is an XY orthogonal coordinate system (X axis, Y axis) on the reference plane RS with the intersection point as the origin.
  • Each is given by ( ⁇ X , ⁇ Y ) when the inclination control directions of the actuators 52 and 53 are defined by parallel to the axis projected onto the reference plane RS.
  • the analysis unit 62 can easily calculate the spot position ( ⁇ H , ⁇ V ) in the image 620.
  • the control unit 61 controls the actuators 52 and 53 so that the inclination angle components ⁇ X and ⁇ Y approach 0 (inclinate the sample holder 51). As described above, the control unit 61 determines the sample holder so that the propagation direction of the reflected light vertically reflected on the observation surface of the sample S is parallel to the optical axis AX of the relay lens system 31 based on the tilt information. 51's posture is adjusted.
  • steps S12 and S16 in this flowchart are steps for obtaining the inclination (inclination information) of the sample S based on the laser scan image generated by the analysis unit 62, as in the inclination measurement step S3.
  • step S11 it is determined whether or not there is a spot in the two-dimensional laser scan image generated in the tilt measurement step S3.
  • the process proceeds to the tilt adjustment step S4, and the tilt of the sample holder 51 is adjusted so that the irradiation light L1 is incident on the sample S from the relay lens system 31 vertically.
  • step S11 the scan range of the scanner 23 is widened in step S12 to obtain a laser scan image, and in step S13, the presence or absence of a spot is determined in the laser scan image.
  • step S12 the process proceeds to an inclination adjustment step S4, and the inclination of the sample holder 51 is adjusted so that the irradiation light L1 is incident on the sample S from the relay lens system 31 vertically. If no spot is confirmed in step S13, the installation angle of the sample S is readjusted in step S14, and then the focus adjustment step S2 is executed again.
  • step S15 after the tilt adjustment step S4, it is determined whether or not the tilt angle ⁇ of the observation surface of the sample S is equal to or smaller than a predetermined angle (for example, ⁇ X and ⁇ Y are both 0.01 degrees). If it is determined in step S15 that the tilt angle of the sample S is not equal to or smaller than the predetermined angle, the scan range of the scanner 23 (change width in the propagation direction of the irradiation light L1 at the pupil position P1) is narrowed in step S16, thereby A laser scan image is acquired while narrowing the change range of the incident angle of the irradiation light L1 with respect to.
  • a predetermined angle for example, ⁇ X and ⁇ Y are both 0.01 degrees.
  • the process proceeds to an inclination adjustment step S4, and the inclination of the sample holder 51 is adjusted so that the irradiation light L1 enters the sample S from the relay lens system 31 vertically.
  • the number of measurement points of the laser scan image be the same before and after the change width in the propagation direction of the irradiation light L1 is narrowed.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining a measurement method according to another embodiment.
  • the measurement method according to this embodiment is also a method for generating a two-dimensional observation surface image of the sample S using the measurement apparatus 1.
  • the flowchart shown in FIG. 11 is different from the pre-adjustment step S1A in that it has a pre-tilt measurement step S1B, and the processing content of the tilt adjustment step S4. Is different.
  • the relationship between the center of the change range of the propagation direction of the irradiation light L1 at the pupil position P1 by the scanner 23 and the optical axis of the objective lens (lens facing the sample S) is obtained.
  • the degree of mismatch (error) is obtained.
  • the inclination of the sample holder 51 is adjusted so that the irradiation light L1 enters the sample S from the relay lens system 31 vertically based on the relationship (error) obtained in the prior inclination measurement step S1B.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the difference between the case where the relay lens system 31 is used as the lens system facing the sample S and the case where no lens system facing the sample S is used in the tilt measurement step S3. It is.
  • the relay lens system 31 is used during the tilt measurement step S3 as in the present embodiment (FIG. 12A)
  • the irradiation light L1 output from the relay lens system 31 changes in the incident direction to the sample S. However, it is incident on a common position in the sample S.
  • the relay lens system 31 is not used (FIG. 12B)
  • the incident light L1 output from the relay lens system 31 changes in the incident direction on the sample S
  • the incident position on the sample S also changes. Change.
  • the relay lens system 31 by using the relay lens system 31, it is possible to measure and adjust the inclination of the sample S at the position to be observed by the objective lens systems 32 and 33.
  • the sample S is inclined so that the surface of the sample S is perpendicular to the optical axis of the objective lens systems 32 and 33 with a simple and inexpensive configuration in which the relay lens system 31 is simply mounted on the revolver 34. Can be adjusted easily.
  • the relay lens system is configured by the objective lens system 32 and the objective lens system 32 and the lens system 261 as in the configuration shown in FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of the relay lens system 31, the objective lens system 33 with a solid immersion lens, and the revolver.
  • the diameter of the objective lens system 33 with a solid immersion lens is large, but the configuration of the relay lens system 31 is simple, and the diameter of the relay lens system 31 can be reduced. Therefore, the relay lens system 31 and the objective lens system 33 with a solid immersion lens can be attached to the adjacent sockets of the revolver 34 without interfering with each other.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a measurement apparatus (included in the observation apparatus according to the present embodiment) 2 according to the second embodiment.
  • the measurement apparatus 2 of the second embodiment shown in FIG. Is different in that an optical fiber 43 is provided instead of the first diaphragm 42.
  • the reflected light L2 generated by the irradiation of the irradiation light L1 on the sample S reaches the incident end of the optical fiber 43 through the detection optical system.
  • the reflected light L 2 input from the incident end propagates through the optical fiber 43 and is output from the output end to the photodetector 44.
  • the photodetector 44 receives the reflected light L2 output from the output end of the optical fiber 43, and outputs a detection signal corresponding to the optical power of the reflected light L2 to the control unit 61.
  • the optical system located between the irradiation position of the irradiation light L1 in the sample S and the incident end of the optical fiber 43 constitutes a confocal optical system.
  • the optical unit A1 including the auxiliary unit B1 is provided, and the same effects as in the first embodiment are achieved.
  • the optical unit A1 is configured by an auxiliary unit B1 configured by a mirror 26 together with a relay lens system 31, an objective lens system 32, and an objective lens system 33 held by a revolver 34.
  • the irradiation light L1 output from the light source 11 is output in a state where the objective lens system 32 or the objective lens system 33 selected by the revolver 34 is disposed on the optical path of the irradiation light L1,
  • the focus position of the objective lens is adjusted to be on the sample S.
  • the focus adjustment operation can be performed by methods other than those described above. For example, a positional relationship in which the focus position of the relay lens system 31 is on the sample S is obtained in advance. Further, when the relay lens system 31 is selected by the revolver 34, the focus adjustment can be performed by moving the sample holder 51 or the revolver 34 based on the positional relationship.
  • the reflected light from the sample S is detected, and the tilt of the sample S is obtained based on the two-dimensional laser scan image generated by the analysis unit 62.
  • the inclination of the sample S may be obtained by other procedures. For example, by monitoring the optical power detected by the photodetector 44 and the emission angle of the irradiation light L1 from the scanner 23, the inclination (inclination information) of the sample S may be obtained directly without creating a laser scan image.
  • a semiconductor is held as the sample S, the sample holder 51 having a variable inclination, an optical system having the scanner 23 and the relay lens system 31, and the semiconductor is illuminated through the optical system.
  • You may comprise the semiconductor inspection apparatus which test
  • Such a modification can be realized by applying the auxiliary unit B3 shown in FIG. 5B instead of the auxiliary unit B1 to the optical unit A1 in the configurations of the first and second embodiments. is there.
  • the auxiliary unit B3 includes a second photodetector 440 that can detect emission light generated from the semiconductor used as the sample S, and the mirror 26 can be switched, for example, by a movable mirror (in the direction indicated by the arrow R). By replacing the mirror 27 with a mirror 27 that can rotate along the axis, a semiconductor inspection apparatus is configured. By switching the movable mirror 27, the emission light generated in the sample S that has passed through the objective lens system 33 having the objective lens system 32 and the solid immersion lens 33A can be detected by the second photodetector 440. It can be performed.
  • the second photodetector 440 is, for example, a camera equipped with a CCD (Charge-Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) image sensor, an InGaAs camera, or an MCT (Mercury-Cadmium-Telluride) camera. Similar to the photodetector (first photodetector) 44, the second photodetector 440 is electrically connected to the control unit 61 and controls the detection signal when the emission light generated in the semiconductor is detected. To the unit 61. The analysis unit 62 obtains an emission image based on the signal from the control unit 61, and the user can inspect the semiconductor.
  • CCD Charge-Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Measuring apparatus (included in observation apparatus) 11 ... Light source, 12 ... Optical fiber, 13 ... Collimating lens, 21 ... Polarizing beam splitter, 22 ... ⁇ / 4 plate, 23 ... Scanner, 24, 25 ... Lens , 26 ... mirror, 27 ... movable mirror, 31 and 31A ... relay lens system, 32 ... objective lens system, 33 ... objective lens system, 33A ... solid immersion lens, 34 ... revolver (lens selector), 35 ... second Aperture, 41 ... lens, 42 ... first aperture, 43 ... optical fiber, 44 ... photodetector (first photodetector), 51 ... sample holder, 52, 53 ...
  • actuator 61 ... controller, 62 ... Analysis unit 63 ... Input unit 64 ... Display unit 71 ... Sensor cable 72-74 ... Control cable 260 ... Third aperture 261 ... Lens system 440 ... Second photodetector 620 ... Laser scanning Down image, 621, 622 ... spot, L1 ... irradiation light, L2 ... reflected light, P1 ... pupil position, P2 ... observation position, S ... sample, A1, A2 ... optical unit, B1, B2, B3 ... auxiliary unit.

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Abstract

対物レンズの光軸に直交する基準平面に対するサンプルの観察面の傾斜を調整する構造を備えた測定装置等に関する。当該測定装置は、光源からサンプルへ向かう照射光の伝搬経路上に配置された、照射光の出射角を変更するスキャナを備え、スキャナにより照射光の出射角を変更しながら、サンプルからの反射光の検出信号の信号値と照射光の出射角と信号値を対応付けることにより、サンプルの傾斜情報を得る。

Description

測定装置、観察装置および測定方法
　本発明は、サンプルの姿勢を規定する指標として該サンプルの一部の傾斜を測定するための測定装置、該測定装置を含む観察装置および測定方法に関するものである。
　特許文献１には、光源から出力される照射光の照射位置を走査させながら該照射光をサンプルに照射し、サンプルで生じた光を受光した光検出器からの検出信号と照射光の照射位置に関する情報に基づいて、サンプル表面の二次元画像（観察面画像）を取得する測定装置が記載されている。
　このような測定装置では、シェーディングが抑制された良好な観察面画像を取得するため、サンプルに対面するよう配置される対物レンズの光軸に対してサンプルの観察面は垂直であることが重要である。
　また、固浸レンズ（solid immersion lens）固定された対物レンズを用いる場合、固浸レンズとサンプルとの間の密着を良好な状態とするためには、固浸レンズの密着面とサンプルの表面とを互いに平行にすることが重要である。この点でも、対物レンズの光軸に対してサンプルの観察面は垂直であることが重要である。
　特許文献１に開示された測定装置は、光源から出力される照射光をサンプルに照射したときに生じる反射光を二次元光撮像部の受光面上に結像させ、この二次元光撮像部により得られた画像を解析することで、対物レンズの光軸に垂直な面に対するサンプルの観察面の傾斜を求め、そして、対物レンズの光軸に対してサンプルの観察面が垂直になるようにサンプルの傾斜を調整する。
米国特許出願公開第２００６／００２８６４１号 米国特許第５，７０５，８２１号
　発明者は、上記従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記特許文献１に開示された発明は、二次元撮像部を追加して備える必要があり、また、サンプルから反射光を二次元撮像部へ導くための光学系をも追加的に備える必要がある。そのため、測定装置自体の製造コストが高くなるとともに、追加された光学系の調整に要するコストも必要になる。
　本発明の一側面は、上述の課題を解消するためになされたものであり、簡易な装置構成で対物レンズの光軸に対してサンプルの観察面（光照射領域）が垂直になるようにサンプルの観察面の傾斜を容易に調整するための構造を備えた測定装置、該測定装置を含む観察装置および測定方法を提供することを目的としている。
　本実施形態に係る測定装置は、サンプルの観察面内の光照射領域に照射光を導くリレーレンズ系を有し、リレーレンズ系の光軸に直交する基準平面に対する該光照射領域の傾斜を測定する。一例として、当該測定装置は、光源と、サンプルホルダと、リレーレンズ系と、スキャナと、光検出器と、解析部と、を少なくとも備える。光源は、照射光を出力する。サンプルホルダは、サンプルを保持した状態で、基準平面に対する光照射領域の傾斜角を変える。リレーレンズ系は、サンプルホルダに対面するよう配置される。スキャナは、光源とリレーレンズ系との間の光路上に配置される。また、スキャナは、リレーレンズ系から光照射領域へ出射される照射光の出射角を変化させる。光検出器は、リレーレンズ系およびスキャナを通過した反射光を受光し、反射光に応じた検出信号を出力する。解析部は、スキャナから出力された照射光の出射角に関する情報と検出信号の信号値に関する情報とを対応付けることにより、サンプルにおける光照射領域の傾斜情報を得る。
　本実施形態によれば、簡易な装置構成で対物レンズの光軸に対してサンプルの面が垂直となるようにサンプルの傾斜を容易に調整することができる。
は、第１実施形態に係る測定装置１（本実施形態に係る観察装置に含まれる）において、リレーレンズ系３１が照射光の光路上に配置された構成例を示す図である。 は、第１実施形態に係る測定装置１において、対物レンズ系３２が照射光の光路上に配置された構成例を示す図である。 は、第１実施形態に係る測定装置１において、固浸レンズ付き対物レンズ系３３が照射光の光路上に配置された構成例を示す図である。 は、第１実施形態に係る測定装置１において、リレーレンズ系３１が照射光の光路上に配置されたときの、該照射光Ｌ１の伝搬の様子を説明するための図である。 は、第１および第２実施形態の一部を構成する光学ユニットＡ１および補助ユニットＢ１それぞれの変形例の構成を示す図である。 は、本実施形態に係る測定方法を説明するフローチャートである。 は、傾斜情報の生成を説明するための概念図である。 は、本実施形態に係る測定方法における傾斜測定ステップＳ３を説明するための図である。 は、本実施形態に係る測定方法における傾斜測定ステップＳ３を説明するための図である。 は、本実施形態に係る測定方法におけるサンプル傾斜角度調整処理（フォーカス調整ステップＳ２、傾斜測定ステップＳ３および傾斜調整ステップＳ４を含む）を説明するためのフローチャートである。 は、他の実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャートである。 は、傾斜測定ステップＳ３の際にリレーレンズ系３１を用いる場合と用いない場合との相違について説明するための図である。 は、リレーレンズ系３１、固浸レンズ付き対物レンズ系３３およびレボルバ３４の構成例を示す図である。 は、第２実施形態に係る測定装置２（本実施形態に係る観察装置に含まれる）の構成を示す図である。
　[本願発明の実施形態の説明]
  最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
　（１）　本実施形態に係る測定装置は、その一態様として、対物レンズ系を介してサンプル表面を観察する観察装置に含まれてもよく、サンプルの観察面内の光照射領域に照射光を導くリレーレンズ系を有し、リレーレンズ系の光軸に直交する基準平面に対する該光照射領域の傾斜を測定する。本実施形態の一態様として、当該測定装置は、少なくとも、光源と、サンプルホルダと、リレーレンズ系と、スキャナと、光検出器と、解析部と、を少なくとも備える。光源は、照射光を出力する。サンプルホルダは、サンプルを保持した状態で、基準平面に対する光照射領域の傾斜角を変える。リレーレンズ系は、サンプルに対面するよう配置される。スキャナは、光源とリレーレンズ系との間の光路上に配置される。また、スキャナは、リレーレンズ系から光照射領域へ出射される照射光の出射角（スキャン角）を変化させる。光検出器は、リレーレンズ系およびスキャナを通過した反射光を受光し、反射光に応じた検出信号を出力する。解析部は、スキャナから出力された照射光の出射角に関する情報と検出信号の信号値に関する情報とを対応付けることにより、サンプルにおける光照射領域の傾斜情報を得る。
　（２）上述のように、光源からサンプルへ向かう照射光の伝搬経路上に、照射光の出射角を変更するスキャナが配置された構成において、照射光の出射角変更は、サンプルに対面したレンズ系を動かすことなくサンプルに到達する照射光の入射角変更を可能にする。サンプルからの反射光の検出信号の信号値は、照射光の入射角に依存しているため、入射角を決定するスキャナによる照射光の出射角と信号値を対応付けることにより、簡易な装置構成でサンプルの傾斜情報が得られる。
　（３）本実施形態の一態様として、当該測定装置は、制御部を備えてもよい。制御部は、傾斜情報に基づいて、光照射領域で垂直反射される反射光の伝搬方向がリレーレンズ系の光軸に対して平行となるように、サンプルホルダの姿勢を調整する。なお、傾斜情報から反射光の伝搬方向が特定できるため、該傾斜情報が得られた時のサンプルホルダの姿勢を基準に、サンプルホルダの姿勢調整が可能になる。
　（４）本実施形態の一態様として、解析部は、傾斜情報として、スキャナから出力された照射光の出射角に関する情報を二次元座標に変換し、該二次元座標に対応する検出信号の情報をプロットしていくことにより、サンプルの傾斜情報を含む二次元画像（レーザスキャン像）を生成してもよい。
　（５）本実施形態の一態様として、光検出器は、シングルポイント光検出器（single-point photodetector）を含んでもよい。なお、シングルポイント光検出器は、一度に１画素分のデータを収集するポイントデバイスである（例えば、上記特許文献２参照）。また、本実施形態の一態様として、スキャナは、反射光を照射光の光線に一致させてもよい。
　（６）本実施形態の一態様として、当該測定装置は、スキャナと光検出器との間の光路上に配置された第１の絞りを備えてもよい。この第１の絞りは、光検出器が受光する反射光のビームサイズを制限する。また、本実施形態の一態様として、当該測定装置は、スキャナと前記光検出器との間の光路上に配置された光ファイバを備えてもよい。この光ファイバは、反射光を取り込むための入射端と、その内部を伝搬した反射光が光検出器へ向けて出射される出射端と、を有する。更に、本実施形態の一態様として、当該測定装置は、スキャナとリレーレンズ系との間の光路上に配置された第２の絞りを備えてもよい。この第２の絞りは、リレーレンズ系に入射する照射光のビームサイズを制限する。
　（７）本実施形態の一態様として、当該測定装置は、対物レンズ系と、少なくともリレーレンズ系および対物レンズ系を保持するレンズ選択部と、を備えるのが好ましい。この構成において、対物レンズは、サンプルに照射光を集光する。レンズ選択部は、少なくともリレーレンズ系および対物レンズ系を保持した状態で、リレーレンズ系および対物レンズ系のうち何れかをサンプルに対面するように配置する。
　（８）本実施形態の一態様として、リレーレンズ系は、サンプルに対面するように配置された対物レンズ系と、該対物レンズ系とリレー光学系を形成するレンズ系と、で構成されてもよい。この場合、該レンズ系は、対物レンズ系とスキャナとの間の光路上に配置される。また、本実施形態の一態様として、当該測定装置は、固浸レンズを備えてもよい。
　（９）本実施形態に係る観察装置は、その一態様として、上述のような構造を有する測定装置を含み、該測定装置により、傾斜が修正されたサンプルの観察面を、リレーレンズ系とは異なる対物レンズ、または、該リレーレンズ系の一部を構成する対物レンズを介して観察する。
　（１０）本実施形態に係る観察方法は、レンズ系を介してサンプルの光照射領域に照射光を導き、レンズ系の光軸に直交する基準平面に対する該光照射領域の傾斜を測定する。本実施形態の一態様として、当該測定方法は、少なくとも、保持ステップと、フォーカス調整ステップと、リレーレンズ系配置ステップと、照射ステップと、検出ステップと、傾斜測定ステップと、を備える。保持ステップは、サンプルを保持した状態で、基準平面に対する光照射領域の傾斜を変えるサンプルホルダに、サンプルを保持させる。フォーカス調整ステップは、レンズ系のフォーカス位置を光照射領域上に調整する。リレーレンズ系配置ステップは、レンズ系としてリレーレンズ系をサンプルに対面するよう配置する。照射ステップは、リレーレンズ系から光照射領域に向かって照射光をサンプルへ照射する。具体的に照射ステップは、照射光の伝搬経路上に配置されたスキャナから出射角（スキャン角）を変えながら照射光を出力させることにより、リレーレンズ系から光照射領域へ出射される照射光の入射角を変えながら、照射光をサンプルへ照射する。検出ステップは、光照射領域で反射された反射光を受光し、反射光に応じた検出信号を出力する。傾斜測定ステップは、スキャナから出力された照射光の出射角の情報と検出信号の情報とを対応付けることにより、サンプルにおける光照射領域の傾斜情報を得る。
　（１１）本実施形態の一態様として、当該測定方法は、傾斜調整ステップを更に備えてもよい。傾斜調整ステップは、傾斜情報（反射光の伝搬方向に関する情報を含む）に基づいて、光照射領域で垂直反射される反射光の伝搬方向がリレーレンズ系の光軸に対して平行となるように、サンプルホルダの姿勢を調整する。また、本実施形態の一態様として、傾斜測定ステップおよび傾斜調整ステップは、リレーレンズ系から光照射領域に到達する照射光の入射角の変化幅を縮小しながら、繰り返し行われてもよい。更に、本実施形態の一態様として、当該測定方法は、事前傾斜測定ステップを備えてもよい。事前傾斜測定ステップは、フォーカス調整ステップの前に、光照射領域で垂直に反射された反射光の伝搬方向とリレーレンズ系の光軸とのズレを得るステップであって、このような構成において、傾斜調整ステップは、得られたズレが低減されるよう、基準平面に対するサンプルホルダの姿勢を調整する。
　（１２）本実施形態の一態様として、フォーカス調整ステップは、レンズ系として対物レンズが配置されている状態で、該対物レンズのフォーカス位置を光照射領域上に調整するのが好ましい。また、本実施形態の一態様として、傾斜測定ステップは、傾斜情報として、照射光の出射角に関する情報を二次元座標に変換し、該二次元座標に対応する検出信号の情報をプロットしていくことにより、サンプルの傾斜情報を含む二次元画像（レーザスキャン像）を生成してもよい。
　（１３）更に、本実施形態の一態様として、当該測定方法は、フォーカス調整ステップの前に、光照射領域で垂直に反射された反射光の伝搬方向とリレーレンズ系の光軸とを互いに一致させる事前調整ステップを備えてもよい。
　以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
　［本願発明の実施形態の詳細］
  以下、本実施形態に係る測定装置、観察装置および測定方法の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
　（第１実施形態）
  図１～図３は、第１実施形態に係る測定装置（本実施形態に係る観察装置に含まれる）１の構成を示す図である。図１は、測定装置１において、リレーレンズ系３１が照射光の光路上に配置された構成を示す図である。図２は、測定装置１において、対物レンズ系３２が照射光の光路上に配置された構成を示す図である。図３は、測定装置１において、固浸レンズ付き対物レンズ系（固浸レンズ３３Ａを有する対物レンズ系）３３が照射光の光路上に配置された構成を示す図である。
　測定装置１は、光源１１、光ファイバ１２、コリメートレンズ１３、偏光ビームスプリッタ２１、λ／４板２２、スキャナ２３、レンズ２４、２５、ミラー２６、リレーレンズ系３１、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３、固浸レンズ３３Ａ、レボルバ３４、レンズ４１、第１の絞り４２、光検出器（第１の光検出器）４４、サンプルホルダ５１、アクチュエータ５２、５３、制御部６１、解析部６２、入力部６３および表示部６４を備える。なお、図１～図３に示された構成例では、レボルバ３４に保持されたリレーレンズ系３１、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３とともに、ミラー２６により、光学ユニットＡ１が構成されている。また、光学ユニットＡ１は、ミラー２６により構成される補助ユニットＢ１を含む。また、アクチュエータ５２、５３は、互いに直交する方向（傾斜制御方向）に沿ったサンプルホルダ５１の傾斜をそれぞれ変更する。
　光源１１から出力された照射光Ｌ１をサンプルＳまで導く照射光学系として、光源１１からサンプルＳに向かう照射光Ｌ１の光路上に、光ファイバ１２、コリメートレンズ１３、偏光ビームスプリッタ２１、λ／４板２２、スキャナ２３、レンズ２４、２５およびミラー２６が順に配置されている。これらは互いに光学的に接続(coupling)されている。サンプルＳで反射された反射光Ｌ２を検出位置すなわち光検出器４４まで導く検出光学系として、サンプルＳから光検出器４４に向かう反射光の反射の光路上に、ミラー２６、レンズ２５、２４、スキャナ２３、λ／４板２２、偏光ビームスプリッタ２１、レンズ４１および第１の絞り４２が順に配置されている。なお、λ／４板２２の代わりに、入射された光の偏光面を例えば２２.５度又は４５度回転して出力するファラデーローテータが配置されてもよい。また、λ／４板２２を除いて、偏光ビームスプリッタ２１の代わりにハーフミラーが配置されてもよい。
　サンプルＳは、例えば半導体デバイスであり、該半導体デバイスとしては、トランジスタ等のＰＮジャンクションを有する集積回路、大電流用／高圧用ＭＯＳトランジスタ及びバイポーラトランジスタ、電力用半導体素子（パワーデバイス）等がある。加えて、サンプルＳは、半導体デバイスを含むパッケージ、複合基板等であってもよい。なお、トランジスタ等のＰＮジャンクションを有する集積回路には、例えば、小規模集積回路（ＳＳＩ：Small Scale Integration）、中規模集積回路（ＭＳＩ：Medium Scale Integration）、大規模集積回路（ＬＳＩ：Large Scale Integration）、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ：Very Large Scale Integration）、超々大規模集積回路（ＵＬＳＩ：Ultra Large Scale Integration）、ギガ・スケール集積回路（ＧＳＩ：Giga Scale Integration）が含まれる。また、半導体デバイスには、デバイス制御ケーブルを介してテスタユニット（不図示）が電気的に接続され、所定の変調電流信号（刺激信号）が印加されてもよい。
　サンプルＳに対向するよう配置されるレンズ系として、リレーレンズ系３１、対物レンズ系３２および対物レンズ系３３は、レンズ選択部であるレボルバ３４に保持され、これらのうちから該レボルバ３４により選択されたレンズ系がミラー２６とサンプルＳとの間に配置される。サンプルＳに対向するよう配置された何れかのレンズ系はミラー２６と光学的に接続(coupling)されている。サンプルホルダ５１は、サンプルＳを保持するとともに該サンプルＳの姿勢を調整する構造を備えたデバイスであり、例えばサンプルＳを載置するステージである。サンプルホルダ５１のサンプル搭載面の傾斜は可変である。サンプルホルダ５１のサンプル搭載面の傾斜は、制御部６１により駆動されるアクチュエータ５２、５３により調整されてもよいし、マニュアル操作により調整されてもよい。このサンプルホルダ５１における傾斜制御により、サンプルＳの観察面（照射光Ｌ１が到達する光照射領域）の傾斜が調整可能になる。
　光源１１は、サンプルホルダ５１により保持されたサンプルＳへ照射すべき照射光Ｌ１を出力する。光源１１は、電源（図示せず）によって駆動し、サンプルＳに照射されるＣＷ光またはパルス光を出力する。光源１１から出力される光は、インコヒーレント（非コヒーレント）な光 でもよいし、レーザ光のようなコヒーレントな光であってもよい。インコヒーレントな光を出力する光源１１としては、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が適用可能である。コヒーレントな光を出力する光源１１としては、固体レーザ光源や半導体レーザ光源等が適用可能である。
　光ファイバ１２は、光源１１から出力された照射光Ｌ１を入射端に入力し、当該光ファイバ１２内を伝搬した照射光Ｌ１を、その出射端を介してコリメートレンズ１３へ出力する。コリメートレンズ１３は、光ファイバ１２の出射端から発散光として出力された照射光Ｌ１を入力し、この照射光Ｌ１を平行光（コリメート光）として出力する。偏光ビームスプリッタ２１は、コリメートレンズ１３から出力された照射光Ｌ１を入力し、この照射光Ｌ１のうちＳ偏光成分を反射させてλ／４板２２へ出力する。λ／４板２２は、偏光ビームスプリッタ２１から出力された直線偏光の照射光Ｌ１を入力し、この照射光Ｌ１を円偏光としてスキャナ２３へ出力する。
　スキャナ２３は、λ／４板２２から出力された照射光Ｌ１を入力し、その照射光Ｌ１をレンズ２４へ出力する。スキャナ２３は、照射光Ｌ１の出力方向（出射角）を変化させることができる。なお、スキャナ２３からの照射光Ｌ１の出射角は、該スキャナ２３に対面配置されたレンズ２４の光軸と該照射光Ｌ１の出射方向とのなす角により規定され、スキャナ２３から出力される照射光Ｌ１の出力方向は、該レンズ２４の光軸を中心に振られる。この構成により、スキャナ２３からサンプルＳへ向かう照射光Ｌ１の光路の途中の所定位置（スキャン照射光学系を構成する対物レンズ系３２、３３が光路上に配置されたときの各対物レンズ系の瞳位置Ｐ１）において、照射光Ｌ１の伝搬方向の変化が可能になる。スキャナ２３は例えばガルバノミラーやポリゴンミラー、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）ミラーを含む。レンズ２４、２５およびミラー２６は、スキャナ２３内のミラーの位置を所定位置（瞳位置Ｐ１）に投影する。したがって、瞳位置Ｐ１において、照射光Ｌ１は、主光線の位置を変更することなく、伝搬方向が変化する。瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向は、スキャナ２３の作用により変化する。このように、スキャナ２３は、対物レンズ系を移動させることなくサンプルＳ上において照射光Ｌ１を走査させることが可能になる。例えば、スキャナ２３によって伝搬方向が変化した照射光Ｌ１は、対物レンズ系３２または対物レンズ系３３を通過することによって、サンプルＳ上においてスポット光として走査される。
　リレーレンズ系３１、対物レンズ系３２および対物レンズ系３３は、レボルバ３４に保持され、これらのうちから選択されたレンズ系がレボルバ３４によりミラー２６とサンプルＳとの間の光路上に、サンプルＳと対向するように配置される。スキャナ２３から出力された照射光Ｌ１は、レンズ２４、２５を通過した後、ミラー２６で反射され、瞳位置Ｐ１を経て、選択された何れかのレンズ系を通過し、最終的にサンプルＳの観察位置Ｐ２に照射される。対物レンズ系３３は、先端に固定された固浸レンズ３３Ａを含む構成であってもよい。
　照射光Ｌ１の照射に応じてサンプルＳで生じた反射光Ｌ２は、照射光Ｌ１の経路と同じ経路を逆方向に辿って偏光ビームスプリッタ２１まで到達する。スキャナ２３によるデスキャン作用により、偏光ビームスプリッタ２１とスキャナ２３との間において照射光Ｌ１および反射光Ｌ２それぞれの主光線は互いに一致している。λ／４板２２は、スキャナ２３から出力された円偏光の反射光Ｌ２を入力すると、その反射光Ｌ２をＰ偏光として偏光ビームスプリッタ２１へ出力する。偏光ビームスプリッタ２１は、λ／４板２２から出力された反射光Ｌ２を入力し、その反射光Ｌ２のうちＰ偏光成分を透過させ、該透過したＰ偏光成分をレンズ４１へ出力する。
　レンズ４１は、偏光ビームスプリッタ２１から出力される反射光Ｌ２を集光する。第１の絞り４２は、レンズ４１による集光の位置に開口を有しており、レンズ４１により集光された反射光Ｌ２のうち開口部分に到達した成分を通過させる。光検出器４４は、第１の絞り４２の開口を通過した反射光Ｌ２を受光し、その光パワー（光強度）に相当する検出信号を出力する。光検出器４４は、シングルポイント光検出器（上記特許文献２参照）であってもよく、例えばフォトダイオードやアバランシェ・フォトダイオード、光電子増倍管等が好適である。偏光ビームスプリッタ２１、レンズ４１、第１の絞り４２および光検出器４４は光学的に接続(coupling)されている。
　制御部６１は、センサケーブル７１を介して光検出器４４と電気的に接続され、光検出器４４から出力された検出信号を入力する。制御部６１は、制御ケーブル７２を介して解析部６２と電気的に接続され、解析部６２との間で各種の信号を送受信し、また、解析部６２からの指示を入力する。制御部６１は、制御ケーブル７３を介してアクチュエータ５２、５３と接続され、アクチュエータ５２、５３を制御することで、サンプルホルダ５１の傾斜、すなわち、該サンプルホルダ５１に保持されたサンプルＳの傾斜を調整する。また、制御部６１は、制御ケーブル７４を介してスキャナ２３と接続され、スキャナ２３による照射光Ｌ１のスキャン動作を制御する。なお、制御部６１により制御されるスキャナ２３のスキャン動作は、レンズ２４の光軸に一致した照射光Ｌ１の出力方向を中心として、照射光Ｌ１の出射角（スキャン角）を周期的に変動させる動作を意味する。また、制御部６１は、光検出器４４やテスタユニットと電気的に接続されている電気計測部（不図示）として、例えば、ロックインアンプやスペクトラムアナライザ、デジタイザ、クロス・ドメイン・アナライザ（登録商標）、ネットワークアナライザを備えていてもよい。
　解析部６２は、例えばコンピュータであり、入力部６３および表示部６４とともに用いられる。解析部６２は、プロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記録媒体であるＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）、及び入出力モジュールを含む。解析部６２は、入出力モジュールによって入力部６３および表示部６４と電気的に接続されている。解析部６２は、ＣＰＵ及びＲＡＭ等のハードウェア上にプログラム等を読み込ませることにより、ＣＰＵによってスキャナ２３による瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向（スキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角に依存）と、光検出器４４から出力された検出信号（受光された反射光Ｌ２の光パワー）とに基づいて、サンプルＳの傾斜情報を含む二次元画像（レーザスキャン像）を生成する機能など、サンプルＳの傾斜情報を求める機能等を実行するとともに、ＲＡＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行う。入力部６３は、例えば、キーボードやマウスであり、計測開始の指示や計測条件に関する指示等を入力する。表示部６４は、例えば、ディスプレイであり、計測条件を表示したり、サンプルＳの観察面画像（二次元画像）を表示したりする。
　図１に示された構成では、レボルバ３４により選択されたリレーレンズ系３１が、ミラー２６とサンプルＳとの間に、サンプルＳと対向するように配置されている。図２に示された構成では、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２が、ミラー２６とサンプルＳとの間に、サンプルＳと対向するように配置されている。図３に示された構成では、レボルバ３４により選択された固浸レンズ付き対物レンズ系３３が、ミラー２６とサンプルＳとの間に、サンプルＳと対向するように配置されている。
　対物レンズ系３２または固浸レンズ付き対物レンズ系３３が照射光Ｌ１の光路上に配置されている構成（図２、図３）では、対物レンズ系３２、３３は、照射光学系により瞳位置Ｐ１まで平行光として到達した照射光Ｌ１を、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向に応じたサンプルＳ上の位置に集光する。サンプルＳにおける照射光Ｌ１の集光位置（光照射位置）は、スキャナ２３の作用により走査される。その集光位置で反射された反射光Ｌ２の一部は、検出光学系を経て第１の絞り４２の開口部分を通過して光検出器４４により受光される。サンプルＳにおける照射光Ｌ１の集光位置と第１の絞り４２の開口との間の光学系は共焦点光学系を構成している。解析部６２は、制御部６１を介して、光検出器４４から出力される検出信号を入力し、この検出信号値とスキャナ２３によるサンプルＳへの照射光Ｌ１の集光位置（スキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角に依存）とに基づいて、サンプルＳの傾斜情報を含む二次元のレーザスキャン像を生成することができる。
　リレーレンズ系３１が光路上に配置されている構成（図１）では、リレーレンズ系３１は、照射光学系により瞳位置Ｐ１まで平行光として到達した照射光Ｌ１を、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向に応じた方向に沿って平行光としてサンプルＳに照射する。サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射方向は、スキャナ２３により走査される。なお、サンプルＳへの照射光Ｌ１の入射角は、サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射方向とサンプルＳ上における光照射領域の法線とのなす角により規定される。この照射方向が変化しても、サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射範囲は不変である。サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射に応じて、サンプルＳで反射された反射光Ｌ２は、検出光学系を経て第１の絞り４２まで到達したとしても、その到達した反射光Ｌ２のうち第１の絞り４２の開口部分に到達した光のみが開口を通過して光検出器４４により受光される。解析部６２は、光検出器４４から出力される検出信号を入力し、この検出信号値とスキャナ２３によるサンプルＳへの照射光Ｌ１の照射方向（スキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角に依存）とに基づいて、サンプルSの傾斜情報を含むレーザスキャン像を生成することができる。このとき生成されるレーザスキャン像は、サンプルＳの観察面画像ではなく、サンプルＳへの照射光Ｌ１の入射角（スキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角に依存）を表す二次元画像、すなわち、サンプルＳの傾斜情報を含む画像である。
　図４は、第１実施形態に係る測定装置１において、リレーレンズ系３１が照射光Ｌ１の光路上に配置されたときの照射光Ｌ１の伝搬の様子を説明するための図である。図４（ａ）に示されたように、照射光学系により瞳位置Ｐ１まで平行光として到達した照射光Ｌ１は、リレーレンズ系３１により、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向に応じた方向に沿って平行光として観察位置Ｐ２に照射される。スキャナ２３により、サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射方向は変化するが、サンプルＳにおいて照射光Ｌ１が照射される観察位置Ｐ２は不変である。
　サンプルＳの観察位置Ｐ２に照射される照射光Ｌ１のスポットサイズは、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１のビームサイズにリレーレンズ系３１のリレー倍率を乗じたサイズとなる。通常のレーザスキャン顕微鏡では、瞳位置Ｐ１に到達する照射光Ｌ１のビームサイズは、サンプルＳにおいて対物レンズ系３２、３３により観察したい視野サイズより大きい。瞳位置Ｐ１に到達する照射光Ｌ１がそのままリレーレンズ系３１により観察位置Ｐ２に照射されると、サンプルＳの観察位置Ｐ２に照射される照射光Ｌ１のスポットサイズは、サンプルＳにおいて観察したい視野サイズより大きくなる。その結果、視野外で生じた光が計測結果に影響を与えることがある。
　そこで、図４（ｂ）に示されたように、瞳位置Ｐ１において照射光Ｌ１のビームサイズを制限する第２の絞り３５を設けるのが好ましい。これにより、第２の絞り３５を通過する照射光Ｌ１のビームサイズを小さくすることができ、サンプルＳの観察位置Ｐ２に照射される照射光Ｌ１のスポットサイズを小さくすることができる。観察位置Ｐ２に照射される照射光Ｌ１のスポットサイズを、対物レンズ系３２、３３により観察したい視野サイズ（例えば１～２ｍｍ）と同程度とすることができ、または、これより小さくすることもできる。
　第２の絞り３５は、挿抜が自在であるのが好適である。図４（ｃ）に示されるように、第２の絞り３５は、径が異なる複数の開口を有するのが好適である。この場合、複数の開口のうちから何れかの開口を選択することで、第２の絞り３５を通過する照射光Ｌ１のビームサイズを変更することができる。
　サンプルＳの観察位置Ｐ２で反射された反射光Ｌ２とは別に第２の絞り３５の表面で反射光が生じると、解析部６２によるレーザスキャン像（サンプルSの傾斜情報を含む）の生成やサンプルＳの傾斜の解析の際に障害となる可能性がある。そこで、第２の絞り３５は、リレーレンズ系３１の光軸に垂直な面に対し傾斜しているのが好適である。或いは、第２の絞り３５の表面は無反射処理が施されているのが好適である。
　また、観察位置Ｐ２への照射光Ｌ１の入射角の変更範囲の大きさは、リレーレンズ系３１のリレー倍率に反比例する。したがって、観察位置Ｐ２への照射光Ｌ１の入射角の調整可能な範囲の大きさに応じて、リレーレンズ系３１のリレー倍率は選択されるのが好適である。
　ここで、図１～図３に示された光学ユニットＡ１は、リレーレンズ系３１、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３がレボルバ３４により保持した構成と、補助ユニットＢ１を備えているが、リレーレンズ系は、対物レンズ系３２を利用して構成されてもよい。すなわち、図１～図３に示された測定装置１に、光学ユニットＡ１に替えて、図５（ａ）に示された光学ユニットＡ２が採用されてもよい。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）は、第１および第２実施形態の一部を構成する光学ユニットＡ１および補助ユニットＢ１それぞれの変形例の構成を示す図である。
　図５（ａ）に示された光学ユニットＡ２は、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３がレボルバ３４により保持された構成と、ミラー２６により構成された補助ユニットＢ１に代わる補助ユニットＢ２を備える。補助ユニットＢ２は、レンズ２５からの照射光Ｌ１の一部を通過させる第３の絞り２６０と、ミラー２６と、対物レンズ系３２とリレー光学系を構成するレンズ系２６１（例えば対物レンズ系３２と共役な共役レンズ系）により構成されている。この補助ユニットＢ２に含まれるレンズ系２６１と、対物レンズ系３２により、リレーレンズ系３１Ａが構成される。なお、図５（ｂ）に示された補助ユニットＢ３については後述する。
　次に、本実施形態に係る測定装置１の動作について説明するとともに、本実施形態に係る測定方法について説明する。図６は、本実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態に係る測定方法は、測定装置１を用いてサンプルＳの観察面画像を生成する方法である。本実施形態に係る測定方法は、事前調整ステップＳ１Ａ、フォーカス調整ステップＳ２、傾斜測定ステップＳ３、傾斜調整ステップＳ４および画像取得ステップＳ５を有する。
　先ず、サンプルＳが、搭載面の傾斜が可変であるサンプルホルダ５１によって保持される（保持ステップ）。そして、事前調整ステップＳ１Ａでは、スキャナ２３による瞳位置Ｐ１おける照射光Ｌ１の伝搬方向変化の中心と対物レンズ（サンプルＳに対向するレンズ系）の光軸とを互いに一致させる。具体的は、スキャナ２３によるスキャン範囲の調整や、照射光学系の調整により、スキャナ２３から出力される照射光Ｌ１のスキャン範囲の中心をレンズ（スキャナ２３の出射側に直接対面するレンズ）２４の光軸に一致させる。すなわち、瞳位置Ｐ１おける照射光Ｌ１の伝搬方向の変化範囲（スキャン範囲に依存）の中心に対物レンズの光軸が位置するように調整されているので、その場合、この事前調整ステップＳ１Ａを行う必要はない。照射光学系が調整誤差等を有する場合には、この事前調整ステップＳ１Ａを行うのが好ましい。
　フォーカス調整ステップＳ２では、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２または対物レンズ系３３が、照射光Ｌ１の光路上に配置された状態で、光源１１から照射光Ｌ１を出力させ、選択された対物レンズのフォーカス位置がサンプルＳ上に一致するよう調整される。このようなフォーカス位置の調整は、対物レンズの光軸に平行な方向にサンプルホルダ５１またはレボルバ３４を移動させることにより行われる。
　次に、サンプルＳに対面させるレンズ系としてレボルバ３４により選択されたリレーレンズ系３１が、照射光Ｌ１の光路上に配置される（リレーレンズ配置ステップ）。そして、レボルバ３４により照射光Ｌ１の光路上に配置されたリレーレンズ系３１から、光源１１から出力された照射光Ｌ１がサンプルＳに出力される（照射ステップ）。サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射に応じて生じる反射光Ｌ２は、光検出器４４で検出される（検出ステップ）。そして、光検出器４４から出力される検出信号（反射光Ｌ２の光パワー）とスキャナ２３から出力される照射光Ｌ１の出射角（レンズ２４の光軸に一致したスキャン中心と照射光Ｌ１の出射方向とのなす角で規定されるスキャン角）に基づいて、解析部６２がサンプルSの傾斜情報を含むレーザスキャン像を生成し、このレーザスキャン像に基づいてサンプルＳの観察面（照射光Ｌ１が到達する光照射領域）の傾斜が求められる（傾斜測定ステップＳ３）。
　傾斜調整ステップＳ４では、傾斜測定ステップＳ３において求められたサンプルＳの傾斜情報に基づいて、リレーレンズ系３１からサンプルＳの観察面へ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。サンプルホルダ５１の傾斜は、制御部６１により駆動されるアクチュエータ５２、５３により調整されてもよいし、マニュアル操作により調整されてもよい。
　画像取得ステップＳ５では、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２または対物レンズ系３３が照射光Ｌ１の光路上に配置された状態で、光源１１から照射光Ｌ１が出力され、サンプルＳからの反射光Ｌ２が光検出器４４で受光される。そして、光検出器４４から出力される検出信号とスキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角情報に基づいて、解析部６２によりサンプルＳの観察面画像が生成される。
　また、傾斜調整ステップＳ４後に、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２または固浸レンズ３３Ａを有する対物レンズ系３３が照射光Ｌ１の光路上に配置されている状態で、例えばＥＯＰ(Electro Optical Probing)やＥＯＦＭ（Electro-Optical　Frequency　Mapping）と称される光プロービング技術によって、サンプルＳの検査ステップが行われてもよい。この場合、サンプルＳへテスタユニットから変調電流信号が印加されている状態で、光源１１から照射光Ｌ１が出力され、サンプルＳからの反射光Ｌ２が光検出器４４で受光される。そして、光検出器４４から出力される検出信号、及び、テスタユニットから出力される変調電流信信号に応じた信号に基づいて、電気計測部が計測を行い、その計測結果である計測信号を出力する。さらに、解析部６２によって計測信号を解析することで、サンプルＳの検査が行われる。この検査ステップは、対物レンズ系３２または対物レンズ系３３を介してサンプルＳの観察面画像を取得する画像取得ステップＳ５の前に行われてもよく、また、画像取得ステップＳ５の後に行われてもよい。この光プロービング技術は傾斜測定や画像取得とほぼ同一の光学系で行えるため、装置構成を複雑化することなくサンプルＳの角度調整から検査まで行うことができる。
　なお、図７は、傾斜測定ステップＳ３における傾斜情報の生成を説明するための概念図である。図７の例では、解析部６２が、制御ケーブル７２を介して制御部６１に、スキャナ２３に対するスキャン制御として、レンズ２４の光軸を中心にスキャン範囲を設定する。制御部６１は、制御ケーブル７４を介して出力される照射光Ｌ１の出射角（スキャン角）ρを制御する制御信号をスキャナ２３へ出力する。具体的に出射角ρは、スキャン範囲の中心に位置するレンズ２４の光軸に直交する平面上にあり、かつ、該光軸が通過する位置を原点とするＨ－Ｖ直交座標系で規定される。このとき、スキャナ２３から出射角ρ（ρＨ，ρＶ）を変えながら照射光Ｌ１が出力されるとともに、対面するレンズ系の光軸に対して観察面が垂直に設定されたサンプルの場合を考える。なお、図７では、照射光Ｌ１は、出射角ρの異なる複数の光束（それぞれが照射光Ｌ１）が丸で囲まれた記号１～３（以下、単に記号１～３と記す）で表示され、また、サンプルＳからの反射光Ｌ２も、異なる方向に反射される複数の光束（それぞれが反射光Ｌ２）が丸で囲まれた記号１’～３’（以下、単に記号１’～３’と記す）で表示されている。この場合、サンプルＳの観察面において反射された反射光Ｌ２は、記号１’（記号１で示された照射光Ｌ１の反射成分）、記号２’（記号２で示された照射光Ｌ１の反射成分）、３’（記号２で示された照射光Ｌ１の反射成分）で示されている。光検出器４４は、記号１’～３’で示される反射光Ｌ２を受光し、該反射光Ｌ２の光パワーに相当する検出信号Ｐｓを制御部６１へ出力する。具体的に、スキャナ２３から出力される照射光Ｌ１の出射角ρは、時間経過とともに変化するため、記号１’～３’で示される反射光Ｌ２の検出信号Ｐｓは、出射角ρの時間変化に対応したサンプリング時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３それぞれにおける反射光Ｌ２の光パワーとなる。制御部６１は、このように時間関数として与えられる出射角ρに関する情報ρ（Ｔ）および検出信号Ｐｓ（Ｔ）を、制御ケーブル７２を介して解析部６２に出力する。解析部６２は、Ｈ－Ｖ直交座標系に対応する二次元マトリクスを用意し、用意された二次元マトリクスの、情報ρ（Ｔ）に対応する座標に光検出器４４からの検出信号Ｐｓ（Ｔ）の信号値をプロットしていくことにより、サンプルＳの傾斜情報を含む二次元のレーザスキャン像６２０を生成する。
　図８および図９は、本実施形態に係る測定方法における傾斜測定ステップＳ３を説明する図である。
　図８（ａ）に示された例では、観察面が基準平面ＲＳに一致しているサンプルＳに対して、リレーレンズ系３１の光軸ＡＸに平行な方向Ｄ１に沿って照射光Ｌ１がリレーレンズ系３１から出力されている。このとき、リレーレンズ系３１から出力された照射光Ｌ１がサンプルＳの表面（観察面）へ垂直に入射する。サンプルＳで垂直反射された反射光（正反射光）Ｌ２は、光軸ＡＸに平行な方向Ｄ２に沿って伝搬し、検出光学系を経て光検出器４４により受光される。リレーレンズ系３１からサンプルＳの表面へ照射光Ｌ１が垂直に入射するのは、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向がスキャン範囲の中心に位置するときである。したがって、図８（ｂ）に示されるように、解析部６２により生成される二次元のレーザスキャン像６２０の中心位置（Ｈ－Ｖ直交座標系の原点に対応する位置）で最も強度が大きくなり、反射光Ｌ２によるスポット６２１ができる。
　図９（ａ）に示された例では、観察面が基準平面ＲＳに対して角度θだけ傾斜しているサンプルＳに対して、リレーレンズ系３１の光軸に対して平行でない方向Ｄ１に沿って照射光Ｌ１がリレーレンズ系３１から出力される。このとき、リレーレンズ系３１から出力された照射光Ｌ１がサンプルＳの表面（観察面）へ垂直に入射する。サンプルＳで垂直反射された反射光（正反射光）Ｌ２は、光軸ＡＸに対して平行でない方向Ｄ２に沿って伝搬し、検出光学系を経て第１の絞り４２に到達する。そして、第１の絞り４２の開口を通過した反射光Ｌ２が光検出器４４により受光される。リレーレンズ系３１からサンプルＳの表面へ照射光Ｌ１が垂直に入射するのは、瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向がスキャン範囲の中心と異なるときである。したがって、図９（ｂ）に示されるように、解析部６２により生成される二次元のレーザスキャン像６２０の中心位置とは異なる位置で最も強度が大きくなり、反射光Ｌ２によるスポット６２２ができる。傾斜調整ステップＳ４では、このレーザスキャン像６２０内に現れたスポット６２２を該レーザスキャン像６２０の中心位置（スポット６２１の位置）に移動させるよう、サンプルホルダ５１の傾斜調整が行われる。
　傾斜測定ステップＳ３で解析部６２により生成される二次元のレーザスキャン像６２０において、最も光パワーが大きいスポット位置が該レーザスキャン像６２０の中心位置（Ｈ－Ｖ直交座標系の原点に対応）であれば、リレーレンズ系３１の光軸に垂直な面に対してサンプルＳにおける観察面が一致していることになる。そのレーザスキャン像６２０においてスポット位置が中心位置から遠いほど、サンプルＳにおける観察面の傾斜が大きいことになる。そのレーザスキャン像６２０におけるスポットに基づいて、サンプルＳの傾斜（傾斜情報）を求めることができる。
　したがって、傾斜調整ステップＳ４では、解析部６２により生成される二次元のレーザスキャン像６２０（サンプルＳの傾斜情報を含む）においてスポット位置が中心位置になるように、サンプルホルダ５１の傾斜が調整される。または、レーザスキャン像６２０におけるスポット位置に基づいてサンプルホルダ５１の傾斜調整量（傾斜情報）が算出され、その算出された傾斜調整量だけサンプルホルダ５１が傾斜させられる。例えば、図９（ａ）に示されたように、リレーレンズ系３１の光軸ＡＸとサンプルＳの観察面との交点（対物レンズのフォーカス位置）を含み、かつ、該リレーレンズ系３１の光軸ＡＸに直交する基準平面ＲＳとサンプルＳの観察面とのなす角（傾斜角θ）は、上記交点を原点とする、該基準平面ＲＳ上のＸ－Ｙ直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸それぞれは、アクチュエータ５２、５３の傾斜制御方向が基準平面ＲＳ上へ投影された軸に平行）で規定する場合、（θＸ，θＹ）で与えられる。同時に、傾斜角θ（θＸ，θＹ）からは、基準平面ＲＳの法線方向に対する、サンプルＳの観察面の法線方向（該観察面で垂直反射される反射光の伝搬方向）の傾斜情報も得られる。したがって、調整されるべき傾斜量（θＸ，θＹ）は、（θＸ，θＹ）＝Ｆ（ρＨ，ρＶ）の関係を満たす変換関数Ｆを予め決定しておけば、レーザスキャン像６２０におけるスポット位置（ρＨ，ρＶ）を利用して、解析部６２が容易に算出できる。制御部６１は、傾斜角成分θＸ、θＹそれぞれが０に近づくように、アクチュエータ５２、５３を制御する（サンプルホルダ５１を傾斜させる）。このように、制御部６１は、傾斜情報に基づいて、サンプルＳの観察面で垂直反射される反射光の伝搬方向がリレーレンズ系３１の光軸ＡＸに対して平行となるように、サンプルホルダ５１の姿勢を調整する。
　なお、フォーカス調整ステップＳ２、傾斜測定ステップＳ３および傾斜調整ステップＳ４を含む処理（サンプル傾斜角度調整）については、より詳細には図１０に示されるフローチャートに従うのが好適である。なお、このフローチャート中のステップＳ１２、Ｓ１６は、傾斜測定ステップＳ３と同様に、解析部６２により生成されたレーザスキャン像に基づいてサンプルＳの傾斜（傾斜情報）を求めるステップである。
　フォーカス調整ステップＳ２および傾斜測定ステップＳ３の後、ステップＳ１１において、傾斜測定ステップＳ３で生成された二次元のレーザスキャン像内にスポットの有無が判定される。ステップＳ１１でスポットが確認された場合、傾斜調整ステップＳ４に進み、リレーレンズ系３１からサンプルＳへ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。
　ステップＳ１１でスポットが確認されなかった場合、ステップＳ１２でスキャナ２３のスキャン範囲を広げてレーザスキャン像を取得し、続くステップＳ１３で該レーザスキャン像においてスポットの有無が判定される。ステップＳ１２でスポットが確認された場合、傾斜調整ステップＳ４に進んで、リレーレンズ系３１からサンプルＳへ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。ステップＳ１３でスポットが確認されなかった場合、ステップＳ１４でサンプルＳの設置角度を再調整した後、フォーカス調整ステップＳ２が再び実行される。
　傾斜調整ステップＳ４の後のステップＳ１５で、サンプルＳの観察面の傾斜角θが所定角度（例えば、θＸ、θＹとも０.０１度）以下となったか否かが判定される。ステップＳ１５でサンプルＳの傾斜角が所定角度以下でないと判定された場合、ステップＳ１６でスキャナ２３のスキャン範囲（瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向の変化幅）を狭くすることにより、サンプルＳに対する照射光Ｌ１の入射角の変化範囲を狭くしながらレーザスキャン像を取得する。その後、傾斜調整ステップＳ４に進んで、リレーレンズ系３１からサンプルＳへ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。このとき、照射光Ｌ１の伝搬方向の変化幅を狭くする前後でレーザスキャン像の計測点数を同じにしておくことが好ましい。
　図１１は、他の実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャートである。この実施形態に係る測定方法も、測定装置１を用いてサンプルＳの二次元の観察面画像を生成する方法である。ただし、図６に示されたフローチャートと比較すると、図１１に示されたフローチャートは、事前調整ステップＳ１Ａに替えて事前傾斜測定ステップＳ１Ｂを有する点、および、傾斜調整ステップＳ４の処理内容の点で相違する。
　事前傾斜測定ステップＳ１Ｂでは、スキャナ２３による瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向の変化範囲の中心と対物レンズ（サンプルＳに対向するレンズ）の光軸との間の関係を求める。瞳位置Ｐ１における照射光Ｌ１の伝搬方向のうち、変化範囲の中心となる伝搬方向と対物レンズの光軸とが互いに一致しない構成である場合、その一致しない程度（誤差）を求めておく。
　傾斜調整ステップＳ４では、事前傾斜測定ステップＳ１Ｂで求められた上記関係（誤差）に基づいて、リレーレンズ系３１からサンプルＳへ照射光Ｌ１が垂直に入射するようにサンプルホルダ５１の傾斜が調整される。
　図１２は、傾斜測定ステップＳ３の際にサンプルＳに対向するレンズ系としてリレーレンズ系３１を用いる場合と、サンプルＳに対向するレンズ系を何も用いない場合との相違について説明するための図である。本実施形態のように傾斜測定ステップＳ３の際にリレーレンズ系３１を用いる場合（図１２（ａ））、リレーレンズ系３１から出力された照射光Ｌ１は、サンプルＳへの入射方向が変化しても、サンプルＳにおける共通の位置に入射する。これに対して、リレーレンズ系３１を用いない場合（図１２（ｂ））、リレーレンズ系３１から出力された照射光Ｌ１は、サンプルＳへの入射方向が変化すると、サンプルＳにおける入射位置も変化する。
　このように、本実施形態ではリレーレンズ系３１を用いることで、サンプルＳのうちでも対物レンズ系３２，３３により観察すべき位置での傾斜を測定し調整することができる。本実施形態では、レボルバ３４にリレーレンズ系３１を装着するだけの簡易かつ安価な構成で、対物レンズ系３２、３３の光軸に対してサンプルＳの面が垂直となるようにサンプルＳの傾斜を容易に調整することができる。なお、図５（ａ）に示された構成のように、対物レンズ系３２と、該対物レンズ系３２とレンズ系２６１でリレーレンズ系が構成された場合も同様である。
　図１３は、リレーレンズ系３１、固浸レンズ付き対物レンズ系３３およびレボルバ３４の構成例を示す図である。一般に固浸レンズ付き対物レンズ系３３の径は大きいが、リレーレンズ系３１の構成は簡単であり、リレーレンズ系３１の径を小さくすることができる。したがって、リレーレンズ系３１および固浸レンズ付き対物レンズ系３３は、互いに干渉することなく、レボルバ３４の隣接したソケットに取り付けることができる。
　（第２実施形態）
  図１４は、第２実施形態に係る測定装置（本実施形態に係る観察装置に含まれる）２の構成を示す図である。図１～図３に示された第１実施形態の測定装置１の構成（図５に示された変形例の構成を含む）と比較すると、図１４に示される第２実施形態の測定装置２は、第１の絞り４２に替えて光ファイバ４３を備える点で相違する。
　本実施形態では、サンプルＳへの照射光Ｌ１の照射により生じる反射光Ｌ２は、検出光学系を経て光ファイバ４３の入射端に到達する。入射端から入力された反射光Ｌ２は、光ファイバ４３内を伝搬し、出射端から光検出器４４へ出力される。光検出器４４は、光ファイバ４３の出射端から出力される反射光Ｌ２を受光し、反射光Ｌ２の光パワーに相当する検出信号を制御部６１へ出力する。サンプルＳにおける照射光Ｌ１の照射位置と光ファイバ４３の入射端との間に位置する光学系は共焦点光学系を構成している。本実施形態においても、第１実施形態（図１～図３）と同様に、補助ユニットＢ１を含む光学ユニットＡ１を備え、第１実施形態の場合と同様の効果を奏する。なお、光学ユニットＡ１は、レボルバ３４に保持されたリレーレンズ系３１、対物レンズ系３２、対物レンズ系３３とともに、ミラー２６により構成される補助ユニットＢ１により構成されている。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
　上述のフォーカス調整ステップＳ２では、レボルバ３４により選択された対物レンズ系３２または対物レンズ系３３が照射光Ｌ１の光路上に配置された状態で、光源１１から出力される照射光Ｌ１を出力させ、対物レンズのフォーカス位置がサンプルＳ上になるよう調整される。しかしながら、フォーカス調整動作は上記以外の方法で可能である。例えば、予めリレーレンズ系３１のフォーカス位置がサンプルＳ上となるような位置関係を求めておく。更に、レボルバ３４によりリレーレンズ系３１が選択された状態で、当該位置関係に基づいてサンプルホルダ５１またはレボルバ３４を移動させることにより、フォーカス調整が可能になる。
　また、上述の傾斜測定ステップＳ３は、サンプルＳからの反射光を検出し、解析部６２で生成された二次元のレーザスキャン像に基づいてサンプルＳの傾斜を求めている。しかしながら、他の手順によってサンプルＳの傾斜を求めてもよい。例えば、光検出器４４で検出される光パワーとスキャナ２３における照射光Ｌ１の出射角をモニタリングすることによって、レーザスキャン像を作ることなく直接サンプルＳの傾斜（傾斜情報）を求めてもよい。
　また、第１実施形態の変形例として例えば、サンプルＳとして半導体を保持し、傾斜が可変であるサンプルホルダ５１と、スキャナ２３及びリレーレンズ系３１を有する光学系と、当該光学系を通して半導体を照明する光源１１と、半導体で反射された光を検出するシングルポイントの光検出器４４と、半導体で発生したエミッション光を検出して、第２の検出信号を生成する第２の光検出器と、を備える半導体を検査する半導体検査装置を構成してもよい。このような変形例は、第１および第２実施形態の構成において、光学ユニットＡ１に、補助ユニットＢ１に替えて図５（ｂ）に示された補助ユニットＢ３が適用されることに実現可能である。この補助ユニットＢ３は、サンプルＳとして用いた半導体から発生したエミッション光を検出可能な第２の光検出器４４０を備えるとともに、ミラー２６を例えば光路切り替え可能な可動ミラー（矢印Ｒで示された方向に沿って回転可能なミラー）２７に置き換えることで、半導体検査装置として構成される。可動ミラー２７を切り替えることで、対物レンズ系３２や固浸レンズ３３Ａを有する対物レンズ系３３を通過したサンプルＳで発生したエミッション光が第２の光検出器４４０で検出可能になり、半導体の検査を行うことができる。第２の光検出器４４０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサを搭載したカメラや、ＩｎＧａＡｓカメラ又はＭＣＴ（Mercury Cadmium Telluride）カメラである。第２の光検出器４４０は、光検出器（第１の光検出器）４４と同様に、制御部６１に電気的に接続され、半導体で発生したエミッション光を検出した際の検出信号を制御部６１に出力する。解析部６２は、制御部６１からの信号に基づいてエミッション画像を求め、ユーザーは半導体の検査を行うことができる。
　１，２…測定装置（観察装置に含まれる）、１１…光源、１２…光ファイバ、１３…コリメートレンズ、２１…偏光ビームスプリッタ、２２…λ／４板、２３…スキャナ、２４，２５…レンズ、２６…ミラー、２７…可動ミラー、３１、３１Ａ…リレーレンズ系、３２…対物レンズ系、３３…対物レンズ系、３３Ａ…固浸レンズ、３４…レボルバ（レンズ選択部）、３５…第２の絞り、４１…レンズ、４２…第１の絞り、４３…光ファイバ、４４…光検出器（第１の光検出器）、５１…サンプルホルダ、５２，５３…アクチュエータ、６１…制御部、６２…解析部、６３…入力部、６４…表示部、７１…センサケーブル、７２～７４…制御ケーブル、２６０…第３の絞り、２６１…レンズ系、４４０…第２の光検出器、６２０…レーザスキャン像、６２１、６２２…スポット、Ｌ１…照射光、Ｌ２…反射光、Ｐ１…瞳位置、Ｐ２…観察位置、Ｓ…サンプル、Ａ１、Ａ２…光学ユニット、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…補助ユニット。

Claims (19)

  1. 　サンプルの光照射領域に照射光を導くリレーレンズ系を有し、前記リレーレンズ系の光軸に直交する基準平面に対する前記光照射領域の傾斜を測定する測定装置において、
    　前記照射光を出力する光源と、
    　前記サンプルを保持した状態で、前記基準平面に対する前記光照射領域の傾斜角を変えるサンプルホルダと、
    　前記サンプルホルダに対面するよう配置された前記リレーレンズ系と、
    　前記光源と前記リレーレンズ系との間の光路上に配置され、前記リレーレンズ系から出射される前記照射光の出射角を変化させるスキャナと、
    　前記リレーレンズ系および前記スキャナを通過した、前記光照射領域からの反射光を受光し、前記反射光に応じた検出信号を出力する光検出器と、
    　前記スキャナから出力された前記照射光の出射角に関する情報と前記検出信号の信号値に関する情報とを対応付けることにより、前記サンプルにおける前記光照射領域の傾斜情報を得る解析部と、
    　を備える測定装置。
  2. 　前記傾斜情報に基づいて、前記光照射領域で垂直反射される反射光の伝搬方向が前記リレーレンズ系の光軸に対して平行となるように、前記サンプルホルダの姿勢を調整する制御部を更に備える、
    　請求項１に記載の測定装置。
  3. 　前記解析部は、前記傾斜情報として、前記スキャナから出力された前記照射光の出射角に関する情報を二次元座標に変換し、前記二次元座標に対応する前記検出信号の情報をプロットしていくことにより、二次元のスキャン像を生成する、
    　請求項１または２に記載の測定装置。
  4. 　前記光検出器は、シングルポイントの光検出器を含む、
    　請求項１～３の何れか一項に記載の測定装置。
  5. 　前記スキャナは、前記反射光を前記照射光の光線に一致させる、
    　請求項４に記載の測定装置。
  6. 　前記スキャナと前記光検出器との間の光路上に配置され、前記光検出器が受光する前記反射光のビームサイズを制限する第１の絞りを更に備える、
    　請求項１～５の何れか一項に記載の測定装置。
  7. 　前記スキャナと前記光検出器との間の光路上に配置されるとともに、前記反射光を取り込むための入射端と、その内部を伝搬した前記反射光が前記光検出器へ向けて出射される出射端と、を有する光ファイバを更に備える、
    　請求項１～５の何れか一項に記載の測定装置。
  8. 　前記スキャナと前記リレーレンズ系との間の光路上に配置され、前記リレーレンズ系に入射する前記照射光のビームサイズを制限する第２の絞りを更に備える、
    　請求項１～７の何れか一項に記載の測定装置。
  9. 　前記サンプルに前記照射光を集光する対物レンズ系と、
    　少なくとも前記リレーレンズ系および前記対物レンズ系を保持した状態で、前記リレーレンズ系および前記対物レンズ系のうち何れかを前記サンプルに対面するように配置するレンズ選択部と、
    　を更に備える請求項１～８の何れか一項に記載の測定装置。
  10. 　前記リレーレンズ系は、前記サンプルに対面するように配置された対物レンズ系と、前記対物レンズ系と前記スキャナとの間の光路上に配置された、前記対物レンズ系とリレー光学系を形成するレンズ系と、を含む、
    　請求項１～８の何れか一項に記載の測定装置。
  11. 　固浸レンズを更に備える、
    　請求項１～１０の何れか一項に記載の測定装置。
  12. 　請求項１～１１の何れか一項に記載の測定装置を含む観察装置。
  13. 　レンズ系を介してサンプルの光照射領域に照射光を導き、前記レンズ系の光軸に直交する基準平面に対する前記光照射領域の傾斜を測定する測定方法において、
    　前記基準平面に対する前記光照射領域の傾斜を変えるサンプルホルダに、前記サンプルを保持させる保持ステップと、
    　前記レンズ系のフォーカス位置を前記光照射領域上に調整するフォーカス調整ステップと、
    　前記レンズ系としてリレーレンズ系を前記サンプルに対面するよう配置するリレーレンズ系配置ステップと、
    　前記照射光の伝搬経路上に配置されたスキャナから出射角を変えながら前記照射光を出力させることにより、前記リレーレンズ系から前記光照射領域へ出射される前記照射光の入射角を変えながら、前記照射光を前記サンプルへ照射する照射ステップと、
    　前記光照射領域で反射された反射光を受光し、前記反射光に応じた検出信号を出力する検出ステップと、
    　前記スキャナから出力された前記照射光の出射角の情報と前記検出信号の情報とを対応付けることにより、前記サンプルにおける前記光照射領域の傾斜情報を得る傾斜測定ステップと、
    　を備える測定方法。
  14. 　前記傾斜情報に基づいて、前記光照射領域で垂直反射される反射光の伝搬方向が前記リレーレンズ系の光軸に対して平行となるように、前記サンプルホルダの姿勢を調整する傾斜調整ステップを更に備える、
    　請求項１３に記載の測定方法。
  15. 　前記リレーレンズ系から前記光照射領域に出射される前記照射光の入射角の変化幅を縮小しながら、前記傾斜測定ステップおよび前記傾斜調整ステップを繰り返して行う、
    　請求項１４に記載の測定方法。
  16. 　前記フォーカス調整ステップの前に、前記光照射領域で垂直に反射された前記反射光の伝搬方向と前記リレーレンズ系の光軸とのズレを得る事前傾斜測定ステップを更に備え、
    　前記傾斜調整ステップは、前記ズレが低減されるよう、前記基準平面に対する前記サンプルホルダの姿勢を調整することを含む、
    　請求項１４に記載の測定方法。
  17. 　前記フォーカス調整ステップは、前記レンズ系として対物レンズが配置されている状態で、前記対物レンズのフォーカス位置を前記光照射領域上に調整することを含む、
    　請求項１３～１６の何れか一項に記載の測定方法。
  18. 　前記傾斜測定ステップは、前記傾斜情報として、前記照射光の出射角に関する情報を二次元座標に変換し、前記二次元座標に対応する前記検出信号の信号値をプロットしていくことにより、二次元のスキャン像を生成する、
    　請求項１３～１７の何れか一項に記載の測定方法。
  19. 　前記フォーカス調整ステップの前に、前記光照射領域で垂直に反射された前記反射光の伝搬方向と前記リレーレンズ系の光軸とを互いに一致させる事前調整ステップを更に備える、
    　請求項１３～１８の何れか一項に記載の測定方法。
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