测定装置、观察装置、及测定方法与流程

本发明涉及一种用于测定该样品的一部分的倾斜而作为规定样品的姿势的指标的测定装置、包含该测定装置的观察装置及测定方法。

背景技术：

在专利文献1中记载有一种测定装置，其一边扫描自光源输出的照射光的照射位置，一边将该照射光照射至样品，并基于来自对在样品产生的光予以接收的光检测器的检测信号与相关于照射光的照射位置的信息，而获取样品表面的二维图像(观察面图像)。

如此的测定装置中，为了获取阴影受到抑制的良好的观察面图像，重要的是样品的观察面相对于以与样品相对的方式配置的物镜的光轴垂直。

另外，在使用被固体浸没透镜(solid immersion lens)固定的物镜的情形下，为了将固体浸没透镜与样品之间的紧密附着设定为良好的状态，重要的是将固体浸没透镜的密着面与样品的表面设定为彼此平行。在此点上，重要的也是样品的观察面相对于物镜的光轴垂直。

专利文献1所公开的测定装置，使在将自光源输出的照射光照射至样品时产生的反射光在二维光摄像部的受光面上成像，通过解析利用该二维光摄像部所获得的图像，而求取样品的观察面相对于与物镜的光轴垂直的面的倾斜，而后，以样品的观察面相对于物镜的光轴为垂直的方式调整样品的倾斜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国发明专利申请案公开第2006/0028641号

专利文献2：美国发明专利第5,705,821号

技术实现要素：

发明所欲解决的问题

发明人针对上述现有技术所研究的结果为发现了如以下的课题。具体而言，上述专利文献1所公开的发明存在有追加具备二维摄像部的需要，且，存在有也追加具备用于将反射光自样品朝二维摄像部导引的光学系统的需要。因而，测定装置本身的制造成本变高，且也需要所追加的光学系统的调整所需的成本。

本发明的一个层面为了消除上述课题而完成，其目的在于提供一种具备用于利用简单的装置构成以样品的观察面(光照射区域)相对于物镜的光轴为垂直的方式容易地调整样品的观察面的倾斜的构造的测定装置、包含该测定装置的观察装置及测定方法。

解决问题的技术手段

本实施方式的测定装置具有将照射光导引至样品的观察面内的光照射区域的中继透镜系统，并测定该光照射区域相对于与中继透镜系统的光轴正交的基准平面的倾斜。作为一例，该测定装置至少具备：光源、样品保持器、中继透镜系统、扫描仪、光检测器、及解析部。光源输出照射光。样品保持器在保持样品的状态下改变光照射区域相对于基准平面的倾斜角。中继透镜系统以与样品保持器相对的方式配置。扫描仪配置于光源与中继透镜系统之间的光路上。另外，扫描仪使自中继透镜系统朝光照射区域出射的照射光的出射角变化。光检测器接收通过中继透镜系统及扫描仪的反射光，并输出与反射光相应的检测信号。解析部通过将相关于自扫描仪输出的照射光的出射角的信息与相关于检测信号的信号值的信息建立对应，而获得样品的光照射区域的倾斜信息。

发明效果

根据本实施方式，能够利用简单的装置构成以样品的面相对于物镜的光轴为垂直的方式容易地调整样品的倾斜。

附图说明

图1为显示在第1实施方式的测定装置1(包含于本实施方式的观察装置)中，中继透镜系统31配置于照射光的光路上的构成例的图。

图2为显示在第1实施方式的测定装置1中，物镜系统32配置于照射光的光路上的构成例的图。

图3为显示在第1实施方式的测定装置1中，附固体浸没透镜的物镜系统33配置于照射光的光路上的构成例的图。

图4(a)～图4(c)为用于说明在第1实施方式的测定装置1中，中继透镜系统31配置于照射光的光路上时的该照射光L1的传播的样态的图。

图5(a)、图5(b)为显示构成第1及第2实施方式的一部分的光学单元A1及辅助单元B1各自的变化例的构成的图。

图6为说明本实施方式的测定方法的流程图。

图7为用于说明倾斜信息的生成的概念图。

图8(a)、图8(b)为用于说明本实施方式的测定方法的倾斜测定步骤S3的图。

图9(a)、图9(b)为用于说明本实施方式的测定方法的倾斜测定步骤S3的图。

图10为用于说明本实施方式的测定方法的样品倾斜角度调整处理(包含焦点调整步骤S2、倾斜测定步骤S3及倾斜调整步骤S4)的流程图。

图11为用于说明另一实施方式的测定方法的流程图。

图12(a)、图12(b)为用于针对在倾斜测定步骤S3时使用中继透镜系统31的情形与不使用的情形的不同进行说明的图。

图13为显示中继透镜系统31、附固体浸没透镜的物镜系统33及旋转器34的构成例的图。

图14为显示第2实施方式的测定装置2(包含于本实施方式的观察装置)的构成的图。

具体实施方式

[本申请案发明的实施方式的说明]

首先，分别个别地列举本申请发明的实施方式的内容并进行说明。

(1)本实施方式的测定装置，作为其一个态样可包含于经由物镜系统观察样品表面的观察装置，且具有将照射光导引至样品的观察面内的光照射区域的中继透镜系统，并测定该光照射区域相对于与中继透镜系统的光轴正交的基准平面的倾斜。作为本实施方式的一个态样，该测定装置至少具备：光源、样品保持器、中继透镜系统、扫描仪、光检测器、及解析部。光源输出照射光。样品保持器在保持样品的状态下改变光照射区域相对于基准平面的倾斜角。中继透镜系统以与样品相对的方式配置。扫描仪配置于光源与中继透镜系统之间的光路上。另外，扫描仪使自中继透镜系统朝光照射区域出射的照射光的出射角(扫描角)变化。光检测器接收通过中继透镜系统及扫描仪的反射光，并输出相应于反射光的检测信号。解析部通过将相关于自扫描仪输出的照射光的出射角的信息与相关于检测信号的信号值的信息建立对应，而获得样品的光照射区域的倾斜信息。

(2)如上述那样，在自光源朝向样品的照射光的传播路径上配置有变更照射光的出射角的扫描仪的构成中，照射光的出射角变更可在使与样品相对的透镜系统不移动下进行到达样品的照射光的入射角变更。由于来自样品的反射光的检测信号的信号值依赖于照射光的入射角，故通过将由决定入射角的扫描仪输出的照射光的出射角与信号值建立对应，而可以简单的装置构成获得样品的倾斜信息。

(3)作为本实施方式的一个态样，该测定装置可具备控制部。控制部基于倾斜信息，以在光照射区域被垂直反射的反射光的传播方向相对于中继透镜系统的光轴为平行的方式调整样品保持器的姿势。此外，由于根据倾斜信息，反射光的传播方向能够特定，故以获得该倾斜信息时的样品保持器的姿势为基准，可进行样品保持器的姿势调整。

(4)作为本实施方式的一个态样，解析部可通过将相关于自扫描仪输出的照射光的出射角的信息变换为二维坐标，并持续标绘对应于该二维坐标的检测信号的信息，从而生成包含样品的倾斜信息的二维图像(激光扫描像)来作为倾斜信息。

(5)作为本实施方式的一个态样，光检测器也可包含单点光电检测器(single-point photodetector)。此外，单点光电检测器为一次收集1个像素份额的数据的指向装置(例如参照上述专利文献2)。另外，作为本实施方式的一个态样，扫描仪可使反射光与照射光的光线一致。

(6)作为本实施方式的一个态样，该测定装置可具备配置于扫描仪与光检测器之间的光路上的第1光圈。该第1光圈限制光检测器接收的反射光的光束尺寸。另外，作为本实施方式的一个态样，该测定装置可具备配置于扫描仪与上述光检测器之间的光路上的光纤。该光纤具有：入射端，其用于取入反射光；及出射端，其使在其内部传播的反射光朝向光检测器出射。再者，作为本实施方式的一个态样，该测定装置可具备配置于扫描仪与中继透镜系统之间的光路上的第2光圈。该第2光圈限制入射至中继透镜系统的照射光的光束尺寸。

(7)作为本实施方式的一个态样，该测定装置优选具备：物镜系统、及至少保持中继透镜系统及物镜系统的透镜选择部。在该构成中，物镜将照射光在样品聚光。透镜选择部在至少保持中继透镜系统及物镜系统的状态下，将中继透镜系统及物镜系统中任一者以与样品相对的方式配置。

(8)作为本实施方式的一个态样，中继透镜系统可包含：物镜系统，其以与样品相对的方式配置；及透镜系统，其形成该物镜系统与中继光学系统。在此一情形下，该透镜系统配置于物镜系统与扫描仪之间的光路上。另外，作为本实施方式的一个态样，该测定装置可具备固体浸没透镜。

(9)本实施方式的观察装置，作为其一个态样，包含具有如上述的构造的测定装置，利用该测定装置，经由与中继透镜系统不同的物镜、或构成该中继透镜系统的一部分的物镜观察倾斜已被修正的样品的观察面。

(10)本实施方式的观察方法为经由透镜系统将照射光导引至样品的光照射区域，并测定该光照射区域相对于与透镜系统的光轴正交的基准平面的倾斜。作为本实施方式的一个态样，该测定方法至少包含以下步骤：保持步骤、焦点调整步骤、中继透镜系统配置步骤、照射步骤、检测步骤、及倾斜测定步骤。保持步骤为在保持样品的状态下，使样品保持于改变光照射区域相对于基准平面的倾斜的样品保持器。焦点调整步骤为将透镜系统的焦点位置调整至光照射区域上。中继透镜系统配置步骤为以与样品相对的方式配置中继透镜系统作为透镜系统。照射步骤以自中继透镜系统朝向光照射区域的方式将照射光朝样品照射。具体而言，照射步骤通过自配置于照射光的传播路径上的扫描仪一边改变出射角(扫描角)一边输出照射光，而自中继透镜系统一边改变朝光照射区域出射的照射光的入射角一边将照射光朝样品照射。检测步骤接收在光照射区域被反射的反射光，并输出相应于反射光的检测信号。倾斜测定步骤通过将自扫描仪输出的照射光的出射角的信息与检测信号的信息建立对应，而获得样品的光照射区域的倾斜信息。

(11)作为本实施方式的一个态样，该测定方法可进一步包含倾斜调整步骤。倾斜调整步骤基于倾斜信息(包含相关于反射光的传播方向的信息)，以在光照射区域被垂直反射的反射光的传播方向相对于中继透镜系统的光轴为平行的方式调整样品保持器的姿势。另外，作为本实施方式的一个态样，倾斜测定步骤及倾斜调整步骤可一边缩小自中继透镜系统到达光照射区域的照射光的入射角的变化幅度，一边重复进行。再者，作为本实施方式的一个态样，该测定方法可具备预先倾斜测定步骤。预先倾斜测定步骤为在焦点调整步骤前获得在光照射区域被垂直地反射的反射光的传播方向与中继透镜系统的光轴的偏移的步骤，在如此的构成中，倾斜调整步骤以减小所获得的偏移的方式调整样品保持器相对于基准平面的姿势。

(12)作为本实施方式的一个态样，焦点调整步骤优选在配置有物镜作为透镜系统的状态下，将该物镜的焦点位置调整至光照射区域上。另外，作为本实施方式的一个态样，倾斜测定步骤可通过将相关于照射光的出射角的信息变换为二维坐标，并持续标绘对应于该二维坐标的检测信号的信息，从而生成包含样品的倾斜信息的二维图像(激光扫描像)来作为倾斜信息。

(13)再者，作为本实施方式的一个态样，该测定方法可具备预先调整步骤，其在焦点调整步骤前使在光照射区域被垂直地反射的反射光的传播方向与中继透镜系统的光轴彼此一致。

以上，在该[本申请案发明的实施方式的说明]的栏中所列举的各态样对其余的所有的态样的各者，或对该等其余的态样的所有的组合均可应用。

[本申请案发明的实施方式的细节]

以下，参照后附的附图，详细地说明本实施方式的测定装置、观察装置及测定方法的具体的构成。此外，本发明并不限定于该等例示，而是由申请专利范围揭示，意欲包含与申请专利范围均等的含义及范围内的所有的变更。另外，在附图的说明中，赋予相同的要件以相同符号并省略重复的说明。

(第1实施方式)

图1～图3为显示第1实施方式的测定装置(包含于本实施方式的观察装置)1的构成的图。图1为显示在测定装置1中，中继透镜系统31配置于照射光的光路上的构成的图。图2为显示在测定装置1中物镜系统32配置于照射光的光路上的构成的图。图3为显示在测定装置1中，附固体浸没透镜的物镜系统(具有固体浸没透镜33A的物镜系统)33配置于照射光的光路上的构成的图。

测定装置1具备：光源11、光纤12、准直透镜13、偏光分束器21、λ/4板22、扫描仪23、透镜24、25、反射镜26、中继透镜系统31、物镜系统32、物镜系统33、固体浸没透镜33A、旋转器34、透镜41、第1光圈42、光检测器(第1光检测器)44、样品保持器51、致动器52、53、控制部61、解析部62、输入部63及显示部64。此外，在图1～图3所示的构成例中，由反射镜26与被旋转器34保持的中继透镜系统31、物镜系统32、物镜系统33一起构成光学单元A1。且，光学单元A1包含由反射镜26构成的辅助单元B1。另外，致动器52、53分别变更沿彼此正交的方向(倾斜控制方向)的样品保持器51的倾斜。

作为将自光源11输出的照射光L1导引至样品S的照射光学系统，在自光源11朝向样品S的照射光L1的光路上依次配置有光纤12、准直透镜13、偏光分束器21、λ/4板22、扫描仪23、透镜24、25及反射镜26。这些彼此光学性连接(coupling，耦合)。作为将在样品S被反射的反射光L2导引至检测位置即光检测器44的检测光学系统，在自样品S朝向光检测器44的反射光的反射的光路上依次配置有反射镜26、透镜25、24、扫描仪23、λ/4板22、偏光分束器21、透镜41及第1光圈42。此外，替代λ/4板22，可配置将入射的光的偏光面旋转例如22.5度或45度而输出的法拉第旋转机构(Faraday rotator)。另外，除λ/4板22的外，替代偏光分束器21可配置半反射镜。

样品S为例如半导体装置，作为该半导体装置具有：晶体管等的具有PN结的集成电路、大电流用/高压用MOS晶体管及双极晶体管、电力用半导体元件(功率装置)等。此外，样品S可为包含半导体装置的封装体、复合基板等。此外，在晶体管等的具有PN结的集成电路中包含有：例如小规模集成电路(SSI：Small Scale Integration)、中规模集成电路(MSI：Medium Scale Integration)、大规模集成电路(LSI：Large Scale Integration)、超大规模集成电路(VLSI：Very Large Scale Integration)、特超大规模集成电路(ULSI：Ultra Large Scale Integration)、千兆规模集成电路(GSI：Giga Scale Integration)。另外，可行的是，半导体装置经由装置控制线缆电连接有测试单元(未图标)，而被施加特定的调制电流信号(刺激信号)。

作为以与样品S相对的方式配置的透镜系统，中继透镜系统31、物镜系统32及物镜系统33被透镜选择部即旋转器34保持，利用该旋转器34自这些中选择的透镜系统被配置于反射镜26与样品S之间。以与样品S相对的方式配置的任一透镜系统与反射镜26光学性连接(coupling，耦合)。样品保持器51为具备保持样品S且调整该样品S的姿势的构造的装置，例如为载置样品S的载台。样品保持器51的样品搭载面的倾斜为可变。样品保持器51的样品搭载面的倾斜可利用被控制部61驱动的致动器52、53来调整，也可利用手动操作来调整。利用该样品保持器51的倾斜控制，而可调整样品S的观察面(照射光L1所到达的光照射区域)的倾斜。

光源11输出应该朝被样品保持器51保持的样品S照射的照射光L1。光源11由电源(未图标)驱动，输出照射至样品S的CW光或脉冲光。自光源11输出的光可为不相干(非相干)的光，也可为如激光的相干的光。作为输出不相干的光的光源11，可应用SLD(Super Luminescent Diode，超发光二极管)或ASE(Amplified Spontaneous Emission，放大自发射)、LED(Light Emitting Diode，发光二极管)等。作为输出相干的光的光源11，可应用固体激光光源或半导体激光光源等。

光纤12将自光源11输出的照射光L1输入至入射端，并将在该光纤12内传播的照射光L1经由其出射端朝准直透镜13输出。准直透镜13输入自光纤12的出射端以发散光输出的照射光L1，并将该照射光L1以平行光(准直光)输出。偏光分束器21输入自准直透镜13输出的照射光L1，使该照射光L1中的S偏光成分反射并朝λ/4板22输出。λ/4板22输入自偏光分束器21输出的直线偏光的照射光L1，并使该照射光L1以圆偏光朝扫描仪23输出。

扫描仪23输入自λ/4板22输出的照射光L1，并将该照射光L1朝透镜24输出。扫描仪23能够使照射光L1的输出方向(出射角)变化。此外，来自扫描仪23的照射光L1的出射角由与该扫描仪23相对配置的透镜24的光轴和该照射光L1的出射方向形成的角规定，自扫描仪23输出的照射光L1的输出方向以该透镜24的光轴为中心摆动。根据该构成，在自扫描仪23朝向样品S的照射光L1的光路的中途的特定位置(构成扫描照射光学系统的物镜系统32、33配置于光路上时的各物镜系统的光瞳位置P1)，可实现照射光L1的传播方向的变化。扫描仪23例如包含：电流镜(galvano mirror)或多面镜、MEMS(micro electro mechanical system，微机电系统)镜。透镜24、25及反射镜26将扫描仪23内的镜的位置投影至特定位置(光瞳位置P1)。因而，在光瞳位置P1，照射光L1在不变更主光线的位置下，传播方向变化。光瞳位置P1的照射光L1的传播方向因扫描仪23的作用而变化。如此，扫描仪23可在无需使物镜系统移动下，使照射光L1在样品S上扫描。例如因扫描仪23而传播方向变化的照射光L1通过通过物镜系统32或物镜系统33，而以点光在样品S上扫描。

中继透镜系统31、物镜系统32及物镜系统33被旋转器34保持，自这些中选择的透镜系统利用旋转器34以与样品S相对的方式配置于反射镜26与样品S之间的光路上。自扫描仪23输出的照射光L1在通过透镜24、25后被反射镜26反射，经由光瞳位置P1，并通过所选择的任一透镜系统，而最终照射至样品S的观察位置P2。物镜系统33可为包含固定于前端的固体浸没透镜33A的构成。

相应于照射光L1的照射而在样品S产生的反射光L2在与照射光L1的路径相同的路径沿相反方向到达偏光分束器21。因扫描仪23的解消扫描(自样品的反射光再入射)作用，而在偏光分束器21与扫描仪23之间，照射光L1及反射光L2各自的主光线彼此一致。λ/4板22若输入自扫描仪23输出的圆偏光的反射光L2，则将该反射光L2以P偏光朝偏光分束器21输出。偏光分束器21输入自λ/4板22输出的反射光L2，使该反射光L2中的P偏光成分透射，并将该透射的P偏光成分朝透镜41输出。

透镜41将自偏光分束器21输出的反射光L2聚光。第1光圈42在透镜41的聚光的位置具有开口，使被透镜41聚光的反射光L2中的到达开口部分的成分通过。光检测器44接收通过第1光圈42的开口的反射光L2，并输出相当于其光功率(光强度)的检测信号。光检测器44可为单点光电检测器(参照上述专利文献2)，优选为例如光电二极管或雪崩光电二极管、光电倍增管等。偏光分束器21、透镜41、第1光圈42及光检测器44光学性连接(coupling，耦合)。

控制部61经由传感器线缆71与光检测器44电连接，输入自光检测器44输出的检测信号。控制部61经由控制线缆72与解析部62电连接，在其与解析部62之间收发各种信号，且输入来自解析部62的指示。控制部61通过经由控制线缆73与致动器52、53连接，并控制致动器52、53，从而调整样品保持器51的倾斜即被该样品保持器51保持的样品S的倾斜。另外，控制部61经由控制线缆74与扫描仪23连接，并控制扫描仪23的照射光L1的扫描动作。此外，被控制部61控制的扫描仪23的扫描动作意味着以与透镜24的光轴一致的照射光L1的输出方向为中心，使照射光L1的出射角(扫描角)周期性地变动的动作。另外，控制部61可具备例如锁相放大器或光谱分析仪、数字化器、跨域分析器(注册商标)、网络分析仪来作为光检测器44或与测试单元电连接的电气测量部(未图示)。

解析部62为例如计算机，其与输入部63及显示部64一起使用。解析部62包含：作为处理器的CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、作为记录媒体的RAM(Random Access Memory，随机存取内存)或ROM(Read Only Memory，只读存储器)、及输入/输出模块。解析部62利用输入/输出模块与输入部63及显示部64电连接。解析部62通过在CPU及RAM等的硬件上读入程序等，而利用CPU执行基于扫描仪23的在光瞳位置P1的照射光L1的传播方向(依赖于由扫描仪23输出的照射光L1的出射角)、及自光检测器44输出的检测信号(所接收的反射光L2的光功率)，来生成包含样品S的倾斜信息的二维图像(激光扫描像)的机能等、及求取样品S的倾斜信息的功能等，且进行RAM的数据的读出及写入。输入部63为例如键盘或鼠标，输入测量开始的指示或相关于测量条件的指示等。显示部64为例如显示器，显示测量条件，或显示样品S的观察面图像(二维图像)。

在图1所示的构成中，利用旋转器34选择的中继透镜系统31以与样品S相对的方式配置于反射镜26与样品S之间。在图2所示的构成中，利用旋转器34选择的物镜系统32以与样品S相对的方式配置于反射镜26与样品S之间。在图3所示的构成中，利用旋转器34选择的附固体浸没透镜的物镜系统33以与样品S相对的方式配置于反射镜26与样品S之间。

在物镜系统32或附固体浸没透镜的物镜系统33配置于照射光L1的光路上的构成(图2、图3)中，物镜系统32、33将利用照射光学系统以平行光到达光瞳位置P1的照射光L1在相应于光瞳位置P1的照射光L1的传播方向的样品S上的位置聚光。样品S的照射光L1的聚光位置(光照射位置)利用扫描仪23的作用而被扫描。在该聚光位置被反射的反射光L2的一部分经由检测光学系统通过第1光圈42的开口部分并被光检测器44接收。样品S的照射光L1的聚光位置与第1光圈42的开口之间的光学系统构成共焦光学系统。解析部62经由控制部61输入自光检测器44输出的检测信号，基于该检测信号值与扫描仪23的朝样品S的照射光L1的聚光位置(依存于扫描仪23的照射光L1的出射角)，能够生成包含样品S的倾斜信息的二维的激光扫描像。

在中继透镜系统31配置于光路上的构成(图1)中，中继透镜系统31使利用照射光学系统以平行光到达光瞳位置P1的照射光L1沿相应于在光瞳位置P1的照射光L1的传播方向的方向以平行光照射至样品S。照射光L1朝样品S的照射方向被扫描仪23扫描。此外，照射光L1朝样品S的入射角由照射光L1朝样品S的照射方向与样品S上的光照射区域的法线形成的角规定。即便该照射方向变化，照射光L1朝样品S的照射范围也不变。即便相应于照射光L1朝样品S的照射，在样品S被反射的反射光L2经由检测光学系统到达第1光圈42，但该到达的反射光L2中的仅到达第1光圈42的开口部分的光通过开口并被光检测器44接收。解析部62输入自光检测器44输出的检测信号，并基于该检测信号值与扫描仪23的照射光L1朝样品S的照射方向(依存于扫描仪23的照射光L1的出射角)，能够生成包含样品S的倾斜信息的激光扫描像。此时所生成的激光扫描像不是样品S的观察面图像，而是显示照射光L1朝样品S的入射角(依存于扫描仪23的照射光L1的出射角)的二维图像即包含样品S的倾斜信息的图像。

图4为用于说明在第1实施方式的测定装置1中，中继透镜系统31配置于照射光L1的光路上时的照射光L1的传播的样态的图。如图4(a)所示，利用照射光学系统以平行光到达光瞳位置P1的照射光L1利用中继透镜系统31沿相应于在光瞳位置P1的照射光L1的传播方向的方向以平行光照射至观察位置P2。利用扫描仪23，照射光L1朝样品S的照射方向变化，但在样品S上，被照射光L1照射的观察位置P2不变。

照射至样品S的观察位置P2的照射光L1的光点尺寸为在光瞳位置P1的照射光L1的光束尺寸乘以中继透镜系统31的中继倍率的尺寸。在一般的激光扫描显微镜中，到达光瞳位置P1的照射光L1的光束尺寸较在样品S上意图利用物镜系统32、33观察的视野尺寸为大。若到达光瞳位置P1的照射光L1被中继透镜系统31原样照射至观察位置P2，则照射至样品S的观察位置P2的照射光L1的光点尺寸较在样品S上意图观察的视野尺寸变大。其结果为，存在有在视野外产生的光对测量结果造成影响的情形。

因而，优选如图4(b)所示那样在光瞳位置P1设置限制照射光L1的光束尺寸的第2光圈35。由此，能够减小通过第2光圈35的照射光L1的光束尺寸，而能够减小照射至样品S的观察位置P2的照射光L1的光点尺寸。能够将照射至观察位置P2的照射光L1的光点尺寸设定为与意图利用物镜系统32、33观察的视野尺寸(例如1～2mm)为相同程度，或也能够设定为较其更小。

第2光圈35优选插拔自如。如图4(c)所示，第2光圈35优选具有直径不同的多个开口。在此一情形下，通过选择多个开口中的任一开口，而能够变更通过第2光圈35的照射光L1的光束尺寸。

若除在样品S的观察位置P2被反射的反射光L2的外，另外在第2光圈35的表面产生反射光，则存在有在解析部62的激光扫描像(包含样品S的倾斜信息)的生成或样品S的倾斜的解析时成为障碍的可能性。因而，优选第2光圈35相对于与中继透镜系统31的光轴垂直的面倾斜。或者，优选第2光圈35的表面被施以无反射处理。

另外，照射光L1朝观察位置P2的入射角的变更范围的大小与中继透镜系统31的中继倍率成反比。因而，优选相应于照射光L1朝观察位置P2的入射角的可调整的范围的大小，来选择中继透镜系统31的中继倍率。

此处，图1～图3所示的光学单元A1具备：中继透镜系统31、物镜系统32、物镜系统33由旋转器34保持的构成、及辅助单元B1，中继透镜系统可利用物镜系统32构成。即，在图1～图3所示的测定装置1中，替代光学单元A1，可采用图5(a)所示的光学单元A2。此外，图5(a)及图5(b)为显示构成第1及第2实施方式的一部分的光学单元A1及辅助单元B1各自的变化例的构成的图。

图5(a)所示的光学单元A2具备：物镜系统32、物镜系统33被旋转器34保持的构成、及替代由反射镜26构成的辅助单元B1的辅助单元B2。辅助单元B2由下述部分构成，即：第3光圈260，其使来自透镜25的照射光L1的一部分通过；反射镜26；及透镜系统261(例如与物镜系统32共轭的共轭透镜系统)，其与物镜系统32构成中继光学系统。利用包含于该辅助单元B2的透镜系统261与物镜系统32构成中继透镜系统31A。此外，针对图5(b)所示的辅助单元B3将于下文叙述。

其次，针对本实施方式的测定装置1的动作进行说明，且针对本实施方式的测定方法进行说明。图6为用于说明本实施方式的测定方法的流程图。本实施方式的测定方法为使用测定装置1生成样品S的观察面图像的方法。本实施方式的测定方法包含以下步骤：预先调整步骤S1A、焦点调整步骤S2、倾斜测定步骤S3、倾斜调整步骤S4及图像获取步骤S5。

首先，样品S被搭载面的倾斜为可变的样品保持器51保持(保持步骤)。而后，在预先调整步骤S1A中，使扫描仪23的在光瞳位置P1的照射光L1的传播方向变化的中心与物镜(与样品S相对的透镜系统)的光轴彼此一致。具体而言，利用扫描仪23的扫描范围的调整、与照射光学系统的调整，使自扫描仪23输出的照射光L1的扫描范围的中心与透镜(与扫描仪23的出射侧为直接相对的透镜)24的光轴一致。即，由于以物镜的光轴位处光瞳位置P1的照射光L1的传播方向的变化范围(依存于扫描范围)的中心的方式进行调整，故在此情形下，无需进行该预先调整步骤S1A。在照射光学系统具有调整误差等的情形下，优选进行该预先调整步骤S1A。

在焦点调整步骤S2中，在利用旋转器34选择的物镜系统32或物镜系统33配置于照射光L1的光路上的状态下，使照射光L1自光源11输出，以所选择的物镜的焦点位置在样品S上一致的方式进行调整。如上述的焦点位置的调整通过使样品保持器51或旋转器34在与物镜的光轴平行的方向上移动而进行。

其次，作为与样品S相对的透镜系统，利用旋转器34选择的中继透镜系统31配置于照射光L1的光路上(中继透镜配置步骤)。而后，自光源11输出的照射光L1自利用旋转器34配置于照射光L1的光路上的中继透镜系统31输出至样品S(照射步骤)。相应于照射光L1朝样品S的照射而产生的反射光L2在光检测器44被检测出(检测步骤)。而后，基于自光检测器44输出的检测信号(反射光L2的光功率)与自扫描仪23输出的照射光L1的出射角(由与透镜24的光轴一致的扫描中心和照射光L1的出射方向形成的角所规定的扫描角)，解析部62生成包含样品S的倾斜信息的激光扫描像，并基于该激光扫描像求取样品S的观察面(照射光L1到达的光照射区域)的倾斜(倾斜测定步骤S3)。

在倾斜调整步骤S4中，基于在倾斜测定步骤S3中所求取的样品S的倾斜信息，以照射光L1自中继透镜系统31朝样品S的观察面垂直地入射的方式调整样品保持器51的倾斜。样品保持器51的倾斜可利用由控制部61驱动的致动器52、53来调整，也可利用手动操作来调整。

在图像获取步骤S5中，在利用旋转器34选择的物镜系统32或物镜系统33配置于照射光L1的光路上的状态下，自光源11输出照射光L1，来自样品S的反射光L2被光检测器44接收。而后，基于自光检测器44输出的检测信号与扫描仪23中的照射光L1的出射角信息，利用解析部62生成样品S的观察面图像。

另外，在倾斜调整步骤S4后，在利用旋转器34选择的物镜系统32或具有固体浸没透镜33A的物镜系统33配置于照射光L1的光路上的状态下，可利用称为例如EOP(Electro Optical Probing，光电探测)或EOFM(Electro-Optical Frequency Mapping，光电频率映射)的光探测技术进行样品S的检查步骤。在此情形下，在自测试单元朝样品S施加调制电流信号的状态下，自光源11输出照射光L1，来自样品S的反射光L2被光检测器44接收。而后，基于相应于自光检测器44输出的检测信号、及自测试单元输出的调制电流信号的信号，电气测量部进行测量，并输出作为其测量结果的测量信号。进而，通过利用解析部62解析测量信号，而进行样品S的检查。该检查步骤可在经由物镜系统32或物镜系统33获取样品S的观察面图像的图像获取步骤S5前进行，且可在图像获取步骤S5后进行。由于该光探测技术在与倾斜测定或图像获取大致相同的光学系统进行，故能够在使装置构成不会复杂化下，自样品S的角度调整起直至检查为止进行。

此外，图7为用于说明倾斜测定步骤S3的倾斜信息的生成的概念图。在图7的例中，解析部62经由控制线缆72在控制部61以透镜24的光轴为中心设定扫描范围来作为相对于扫描仪23的扫描控制。控制部61经由控制线缆74将控制所输出的照射光L1的出射角(扫描角)ρ的控制信号朝扫描仪23输出。具体而言，出射角ρ存在于与位处扫描范围的中心的透镜24的光轴正交的平面上，且被以该光轴通过的位置为原点的H-V正交坐标系规定。此时，为考虑自扫描仪23一边改变出射角ρ(ρH,ρV)一边输出照射光L1，且观察面相对于相对的透镜系统的光轴被垂直地设定的样品的情形。此外，在图7中，照射光L1的出射角ρ不同的多个光束(分别为照射光L1)以用圆包围的记号1～3(以下简单地记为记号1～3)表示，且来自样品S的反射光L2的被反射至不同方向的多个光束(分别为反射光L2)也是以用圆包围的记号1’～3’(以下简单地记为记号1’～3’)表示。在此情形下，在样品S的观察面被反射的反射光L2以记号1’(以记号1表示的照射光L1的反射成分)、记号2’(以记号2表示的照射光L1的反射成分)、3’(以记号2表示的照射光L1的反射成分)表示。光检测器44接收以记号1’～3’表示的反射光L2，并将相当于该反射光L2的光功率的检测信号Ps朝控制部61输出。具体而言，由于自扫描仪23输出的照射光L1的出射角ρ伴随着时间经过而变化，故以记号1’～3’表示的反射光L2的检测信号Ps成为在对应于出射角ρ的时间变化的采样时间T1、T2、T3各个的反射光L2的光功率。控制部61经由控制线缆72将如上那样作为时间函数赋予的相关于出射角ρ的信息ρ(T)及检测信号Ps(T)输出至解析部62。解析部62准备对应于H-V正交坐标系的二维矩阵，并通过在所准备的二维矩阵的对应于信息ρ(T)的坐标持续标绘来自光检测器44的检测信号Ps(T)的信号值，从而生成包含样品S的倾斜信息的二维的激光扫描像620。

图8及图9为说明本实施方式的测定方法的倾斜测定步骤S3的图。

在图8(a)所示的例中，相对于观察面与基准平面RS一致的样品S，沿与中继透镜系统31的光轴AX平行的方向D1，自中继透镜系统31输出照射光L1。此时，自中继透镜系统31输出的照射光L1朝样品S的表面(观察面)垂直地入射。在样品S被垂直反射的反射光(正反射光)L2沿与光轴AX平行的方向D2传播，经由检测光学系统被光检测器44接收。照射光L1自中继透镜系统31朝样品S的表面垂直地入射在光瞳位置P1中的照射光L1的传播方向位于扫描范围的中心时。因而，如图8(b)所示，在利用解析部62生成的二维的激光扫描像620的中心位置(对应于H-V正交坐标系的原点的位置)，强度变得最大，出现源自反射光L2的光点621。

在图9(a)所示的例中，相对于观察面相对于基准平面RS仅倾斜角度θ的样品S，沿相对于中继透镜系统31的光轴不平行的方向D1自中继透镜系统31输出照射光L1。此时，自中继透镜系统31输出的照射光L1朝样品S的表面(观察面)垂直地入射。在样品S被垂直反射的反射光(正反射光)L2沿相对于光轴AX不平行的方向D2传播，经由检测光学系统到达第1光圈42。而后，通过第1光圈42的开口的反射光L2被光检测器44接收。照射光L1自中继透镜系统31朝样品S的表面垂直地入射是在光瞳位置P1的照射光L1的传播方向与扫描范围的中心不同时。因而，如图9(b)所示，在与利用解析部62生成的二维的激光扫描像620的中心位置不同的位置，强度变得最大，出现源自反射光L2的光点622。在倾斜调整步骤S4中，以使在该激光扫描像620内出现的光点622移动至该激光扫描像620的中心位置(光点621的位置)的方式进行样品保持器51的倾斜调整。

在倾斜测定步骤S3中利用解析部62生成的二维的激光扫描像620中，若光功率最大的光点位置为该激光扫描像620的中心位置(对应于H-V正交坐标系的原点)，则相对于与中继透镜系统31的光轴垂直的面，样品S的观察面变为一致。在该激光扫描像620中，光点位置越远离中心位置，则样品S的观察面的倾斜变得越大。基于该激光扫描像620的光点，能够求取样品S的倾斜(倾斜信息)。

因而，在倾斜调整步骤S4中，以在利用解析部62生成的二维的激光扫描像620(包含样品S的倾斜信息)中，光点位置成为中心位置的方式，调整样品保持器51的倾斜。或，基于激光扫描像620的光点位置算出样品保持器51的倾斜调整量(倾斜信息)，以该算出的倾斜调整量使样品保持器51倾斜。例如，如图9(a)所示，包含中继透镜系统31的光轴AX与样品S的观察面的交点(物镜的焦点位置)且与该中继透镜系统31的光轴AX正交的基准平面RS和样品S的观察面形成的角(倾斜角θ)在被以上述交点为原点的该基准平面RS上的X-Y正交坐标系(X轴、Y轴分别与致动器52、53的倾斜控制方向朝基准平面RS上投影的轴平行)所规定的情形下，被赋予(θX,θY)。同时，根据倾斜角θ(θX,θY)也可获得相对于基准平面RS的法线方向的样品S的观察面的法线方向(在该观察面被垂直反射的反射光的传播方向)的倾斜信息。因而，若预先决定满足(θX,θY)＝F(ρH,ρV)的关系的变换函数F，则利用激光扫描像620的光点位置(ρH,ρV)，解析部62能够容易地算出所应该调整的倾斜量(θX,θY)。控制部61以倾斜角成分θX、θY分别接近0的方式控制致动器52、53(使样品保持器51倾斜)。如此，控制部61基于倾斜信息，以在样品S的观察面被垂直反射的反射光的传播方向相对于中继透镜系统31的光轴AX为平行的方式调整样品保持器51的姿势。

此外，针对包含焦点调整步骤S2、倾斜测定步骤S3及倾斜调整步骤S4的处理(样品倾斜角度调整)，更详细而言遵循图10所示的流程图为优选。此外，该流程图中的步骤S12、S16为与倾斜测定步骤S3相同地基于利用解析部62生成的激光扫描像求取样品S的倾斜(倾斜信息)的步骤。

在焦点调整步骤S2及倾斜测定步骤S3后，在步骤S11中，判定在倾斜测定步骤S3生成的二维的激光扫描像内有无光点。在在步骤S11确认有光点的情形下，前进至倾斜调整步骤S4，以照射光L1自中继透镜系统31朝样品S垂直地入射的方式调整样品保持器51的倾斜。

在在步骤S11中光点未被确认的情形下，在步骤S12将扫描仪23的扫描范围扩宽并获取激光扫描像，继而，在步骤S13判定在该激光扫描像中有无光点。在步骤S12确认有光点的情形下，前进至倾斜调整步骤S4，以照射光L1自中继透镜系统31朝样品S垂直地入射的方式调整样品保持器51的倾斜。在步骤S13未确认有光点的情形下，在步骤S14再次调整样品S的设置角度后，再次执行焦点调整步骤S2。

在倾斜调整步骤S4后的步骤S15中，判定样品S的观察面的倾斜角θ是否为特定角度(例如θX、θY皆为0.01度)以下。在步骤S15判定样品S的倾斜角并非为特定角度以下的情形下，通过在步骤S16缩小扫描仪23的扫描范围(在光瞳位置P1的照射光L1的传播方向的变化幅度)，而一边缩小照射光L1相对于样品S的入射角的变化范围一边获取激光扫描像。之后，前进至倾斜调整步骤S4，以照射光L1自中继透镜系统31朝样品S垂直地入射的方式调整样品保持器51的倾斜。此时，优选在缩小照射光L1的传播方向的变化幅度前后，预先将激光扫描像的测量数目设定为相同。

图11为用于说明另一实施方式的测定方法的流程图。该实施方式的测定方法也为使用测定装置1生成样品S的二维的观察面图像的方法。但是，与图6所示的流程图比较可知，图11所示的流程图在替代预先调整步骤S1A具有预先倾斜测定步骤S1B的点、及倾斜调整步骤S4的处理内容的点上不同。

在预先倾斜测定步骤S1B中，求取扫描仪23的在光瞳位置P1的照射光L1的传播方向的变化范围的中心与物镜(与样品S相对的透镜)的光轴之间的关系。在光瞳位置P1的照射光L1的传播方向中的成为变化范围的中心的传播方向与物镜的光轴彼此不一致的构成的情形下，预先求取该不一致的程度(误差)。

在倾斜调整步骤S4中，基于在预先倾斜测定步骤S1B求得的上述关系(误差)，以照射光L1自中继透镜系统31朝样品S垂直地入射的方式调整样品保持器51的倾斜。

图12为用于针对在倾斜测定步骤S3时使用中继透镜系统31作为与样品S相对的透镜系统的情形、和不使用任何与样品S相对的透镜系统的情形的不同进行说明的图。如本实施方式那样，在倾斜测定步骤S3时使用中继透镜系统31的情形下(图12(a))，自中继透镜系统31输出的照射光L1即便朝样品S的入射方向变化，也会入射至样品S的共通的位置。相对于此，在不使用中继透镜系统31的情形下(图12(b))，自中继透镜系统31输出的照射光L1若朝样品S的入射方向变化，则在样品S的入射位置也变化。

如此，在本实施方式中，通过使用中继透镜系统31，而即便在样品S中，也能够测定并调整在利用物镜系统32、33应观察的位置的倾斜。在本实施方式中，能够利用在旋转器34仅安装中继透镜系统31的简单且低成本的构成，以样品S的面相对于物镜系统32、33的光轴为垂直的方式容易地调整样品S的倾斜。此外，如图5(a)所示的构成那样，在物镜系统32、及由该物镜系统32及透镜系统261构成中继透镜系统的情形下也相同。

图13为显示中继透镜系统31、附固体浸没透镜的物镜系统33及旋转器34的构成例的图。一般而言，附固体浸没透镜的物镜系统33的直径大，但中继透镜系统31的构成简单，而能够减小中继透镜系统31的直径。因而，中继透镜系统31及附固体浸没透镜的物镜系统33能够在彼此不干扰下安装于旋转器34的相邻的托座。

(第2实施方式)

图14为显示第2实施方式的测定装置(包含于本实施方式的观察装置)2的构成的图。与图1～图3所示的第1实施方式的测定装置1的构成(包含图5所示的变化例的构成)比较可知，图14所示的第2实施方式的测定装置2在替代第1光圈42而具备光纤43的点上不同。

在本实施方式中，由照射光L1朝样品S的照射产生的反射光L2经由检测光学系统到达光纤43的入射端。自入射端输入的反射光L2在光纤43内传播，自出射端朝光检测器44输出。光检测器44接收自光纤43的出射端输出的反射光L2，并将相当于反射光L2的光功率的检测信号朝控制部61输出。位于照射光L1在样品S的照射位置与光纤43的入射端之间的光学系统构成共焦光学系统。在本实施方式中，也与第1实施方式(图1～图3)相同地具备包含辅助单元B1的光学单元A1，发挥与第1实施方式的情形相同的效果。此外，光学单元A1除了被旋转器34保持的中继透镜系统31、物镜系统32、物镜系统33以外，还由利用反射镜26构成的辅助单元B1构成。

以上，针对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。

在上述的焦点调整步骤S2中，在利用旋转器34选择的物镜系统32或物镜系统33配置于照射光L1的光路上的状态下，使自光源11输出的照射光L1输出，以物镜的焦点位置成为在样品S上的方式进行调整。然而，焦点调整动作可以上述以外的方式进行。例如，预先求取如中继透镜系统31的焦点位置成为在样品S上的位置关系。进而，在利用旋转器34选择中继透镜系统31的状态下，通过基于该位置关系使样品保持器51或旋转器34移动，而可进行焦点调整。

另外，上述的倾斜测定步骤S3检测出来自样品S的反射光，并基于在解析部62生成的二维的激光扫描像求取样品S的倾斜。然而，也可利用其他的程序求取样品S的倾斜。例如，通过监测由光检测器44检测出的光功率与扫描仪23的照射光L1的出射角，而可在不制作激光扫描像下直接求取样品S的倾斜(倾斜信息)。

另外，作为第1实施方式的变化例，例如可构成检查半导体的半导体检查装置，其具备：样品保持器51，其保持作为样品S的半导体，且倾斜可变；光学系统，其具有扫描仪23及中继透镜系统31；光源11，其经由该光学系统对半导体照明；单点的光检测器44，其检测出在半导体被反射的光；及第2光检测器，其检测出在半导体产生的发射光，并生成第2检测信号。如上述的变化例可在第1及第2实施方式的构成中，通过在光学单元A1中替代辅助单元B1应用图5(b)所示的辅助单元B3而实现。通过该辅助单元B3具备可检测出自作为样品S而使用的半导体所产生的发射光的第2光检测器440，且将反射镜26置换为例如可切换光路的可动反射镜(沿以箭头R表示的方向可旋转的反射镜)27，从而构成为半导体检查装置。通过切换可动反射镜27，而可在第2光检测器440检测出通过物镜系统32与具有固体浸没透镜33A的物镜系统33的在样品S产生的发射光，而能够进行半导体的检查。第2光检测器440为例如搭载CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合装置)图像传感器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器的照相机、或InGaAs照相机或MCT(Mercury Cadmium Telluride，碲化镉汞)照相机。第2光检测器440与光检测器(第1光检测器)44相同地与控制部61电连接，并将于检测出在半导体产生的发射光时的检测信号输出至控制部61。解析部62基于来自控制部61的信号求取发射图像，而用户能够进行半导体的检查。

符号说明

1、2 测定装置(包含于观察装置)

11 光源

12 光纤

13 准直透镜

21 偏光分束器

22 λ/4板

23 扫描仪

24、25 透镜

26 反射镜

27 可动镜

31、31A 中继透镜系统

32 物镜系统

33 物镜系统

33A 固体浸没透镜

34 旋转器(透镜选择部)

35 第2光圈

41 透镜

42 第1光圈

43 光纤

44 光检测器(第1光检测器)

51 样品保持器

52、53 致动器

61 控制部

62 解析部

63 输入部

64 显示部

71 传感器线缆

72～74 控制线缆

260 第3光圈

261 透镜系统

440 第2光检测器

620 激光扫描像

621、622 光点

A1、A2 光学单元

B1、B2、B3 辅助单元