[发明专利]适用于分段像观察装置的图案形成部件和分段像观察装置

说明书

技术领域

本发明涉及适用于利用光来观察测定试样的微结构或三维形状的分段像观察装置的图案形成部件和使用该部件的分段(sectioning)像观察装置。

背景技术

以前，作为分段像观察装置，已知的是使用被称为尼普科夫(Nipkow)旋转盘的旋转盘的共焦点显微镜，该旋转盘以小孔径的10倍左右间隔将多个小孔螺旋状配置。

图1表示使用这种尼普科夫旋转盘的共焦点显微镜的简略构成，在卤素光源或水银光源等光源1发出的光的光路上，配置聚光透镜2、PBS(偏振光束分离器)3，在PBS3的反射光路上，通过尼普科夫旋转盘(下面称为旋转盘)4、第1成像透镜5、1/4波长板6、物镜7来配置试样8。在来自试样8的反射光的PBS3的透过光路上，通过第2成像透镜9来配置CCD相机10。在该CCD相机10的图像输出端子上连接监视器11，显示由CCD相机拍摄的图像。

这里，旋转盘4如图2所示，小孔4a的配置为螺旋状，各小孔的距离配置成小孔直径的10倍左右，通过旋转轴12连接在未图示的电机轴上，并以一定的旋转速度旋转。

在这种结构中，从光源1射出的光通过聚光透镜2后，经PBS3仅反射一定方向的偏振光成分，向以一定速度旋转的旋转盘4入射，通过该旋转盘4的小孔4a的光经过第1成像透镜5，由1/4波长板6变为圆偏振光，经物镜7向成像的试样8入射。从试样8反射的光经物镜7，再次形成与在1/4波长板6入射时垂直的偏振光方向，经第1成像透镜5将试样像投影在旋转盘4上。投影在旋转盘4上的试样像中，焦点聚合的部分通过小孔4a，并透过PBS3后，经第2成像透镜9，由CCD相机10进行拍摄。由CCD相机10拍摄的共焦点图像显示在监视器11中。

因此，在共焦点显微镜中，能够仅观察到通过旋转盘4的小孔4a的焦点聚合位置(高度)的像，通过上下(Z轴方向)移动焦点进行观察，可观察到试样8的每个高度的图像、即分段像。

在使用这种尼普科夫旋转盘的共焦点显微镜中，有必要在旋转盘上配置小孔，以便在肉眼的目视观察或CCD相机的拍摄中，使观察视场内的斑点不明显。即，有必要配置小孔，以便在人可识别的时间间隔(1/20-1/30秒左右)或CCD相机曝光时间(大于1/60或1/30秒)内，在试样的观察视场内一样地照射光。

为此，从前对小孔的配置提出了各种方案，例如，已知最简单的是螺旋状地、沿旋转盘的径向等角度配置多个小孔。但是，在这种小孔的配置中，因为在旋转盘的外周和内周上小孔的间距不同，所以在取得图像的亮度上产生明暗。

作为解决这种问题的方法，提出各种小孔的配置方案，用于降低取得图像的亮度光斑，使连接构成螺旋状排列的小孔列的多个小孔的中心的假想中心线的轨迹的径向间距和沿螺旋周向的间距配置成相等，或配置成构成多条小孔列的所有小孔的中心位置的半径均不同。

但是，对于前者的小孔配置，当旋转盘的中心与旋转轴正确一致时，观察视场内的像的亮度也变得一样，而当旋转盘的中心与旋转轴不一致时，在观察像内产生明暗的光斑。通常，因为小孔的直径非常小，为数十μm(以100倍下为45μm，以250倍下为100μm)左右，所以，为了在观察像中不会产生明暗的光斑，旋转盘的中心和偏离旋转中心都有必要为10μm以下，比小孔径小得多，因此，旋转盘上的小孔的形成、旋转盘的形状加工、对旋转轴的旋转盘的安装等都要求非常高的精度。

另外，对于后者的小孔配置，虽然改善了对于中心偏离而产生的观察像的明暗光斑，但仅是减轻光斑的程度，而不能完全消除光斑。

另外，在旋转盘上这样来形成小孔，是对配置小孔进行改进，以在所有试样的观察像中不产生明暗的光斑，因为正确确定了各小孔的配置，所以使用高精度制成的复杂图案，就可以进行小孔的位置确定。例如，在尼普科夫旋转盘中，在玻璃衬底上形成Cr或低反射Cr膜，其中对小孔图案进行掩模后进行蚀刻，该掩模也由使用与半导体制造相同的电子束的EB描绘装置来制作，因此在使用这种复杂的图案掩模时，存在旋转盘制作费用多而贵的问题。

作为解决这些问题的方法，如图3A所示，可以考虑在旋转盘14上形成直线状的透光部和遮光部交互排列后的直线图案部141与透过光的全透光部142，以及在这些直线图案部141和全透光部142之间各个扇形区域内的遮光部143、144，其中直线图案部141的透光部和遮光部的宽度与小孔的直径同样，为数10μm左右，如图3A和图3B所示，1∶1地形成旋转盘。