測光装置
【課題】測定装置において、反射測定による測光に加え、少なくとも透過測定を含む他の測光を、迅速かつ高精度に行うことができるようにする。
【解決手段】基準光軸Ｏ０に沿ってピンホール１５ｂから入射する光束を測光する分光器１５を有し、被測定試料Ｗからの光束を集光して測光を行う分光測定装置１であって、保持台部６ａと、チルトステージ６Ａおよびシフトステージ６Ｂと、集光光学系１３と、平行光束の測定光束を発生する光源ユニット１１、３と、対物光学系１７と、透過測定用偏向部５と、集光光学系１３を透過してピンホール１５ｂに向かう光束の光軸の基準光軸Ｏ０に対するずれを観察する観察部１６と、を備え、測定光束に応じてチルトステージ６Ａおよびシフトステージ６Ｂまたは透過測定用偏向部５のチルトステージおよびシフトステージにより光軸を調整する構成とする。
【解決手段】基準光軸Ｏ０に沿ってピンホール１５ｂから入射する光束を測光する分光器１５を有し、被測定試料Ｗからの光束を集光して測光を行う分光測定装置１であって、保持台部６ａと、チルトステージ６Ａおよびシフトステージ６Ｂと、集光光学系１３と、平行光束の測定光束を発生する光源ユニット１１、３と、対物光学系１７と、透過測定用偏向部５と、集光光学系１３を透過してピンホール１５ｂに向かう光束の光軸の基準光軸Ｏ０に対するずれを観察する観察部１６と、を備え、測定光束に応じてチルトステージ６Ａおよびシフトステージ６Ｂまたは透過測定用偏向部５のチルトステージおよびシフトステージにより光軸を調整する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測光装置に関する。例えば、基準光軸に沿って入射開口から入射する光束を測光する測光部を有し、被測定体からの光束を集光して入射開口に入射させて測光を行う測光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子の測光装置として、例えば、顕微分光装置が知られている。例えば、波長毎にグレーティングを回転し単一波長を取り出す分光器であるモノクロメータは、このような顕微分光装置の一例であり、反射測定、透過測定のいずれにも用いられている。
近年、検査時間の短縮化が望まれているため、分光装置としてはグレーティングを回転することなく各波長のスペクトル分布をラインセンサ等により同時測光できる分光器であるポリクロメータが注目されており、顕微分光反射率測定にポリクロメータが用いられる場合がある。
例えば、特許文献１には、反射対物レンズ、集光レンズ、ハーフミラーからなる顕微光学系と、ハーフミラーおよび反射対物レンズを介して試料に光を照射する光源部と、試料で反射され顕微光学系によって集光された光の分光スペクトルを取得するための測光分光部とを備える顕微測光装置が記載されている。
この顕微測光装置は、顕微分光反射率測定を行うものであって、測光分光部は、凹面回折格子とＣＣＤとを備えるポリクロメータになっている。
ただし、顕微分光反射率測定に加えて、光学素子の透過測定や反射率の角度依存性の測定等を、ポリクロメータで行えるようにした測光装置は知られていない。
例えば、特許文献２には、汎用分光光度計あるいは液体クロマトグラフ検出器として使用される分光光度計であるマルチチャンネル型分光光度計が記載されている。
このマルチチャンネル型分光光度計は、試料セル（被測定体）を透過した光束をスリット（入射開口）に入射し、凹面グレーティングによって分光し、分光されたスリットの像の光量をフォトダイオードアレイによって測定する測光装置であって、透過測定を行うポリクロメータである。
しかし、試料セルを透過した光束をスリットに直接入射する構成になっており、反射測定に対応しておらず顕微鏡も備えていないため、反射率の角度依存性の測定や顕微分光反射率測定は行えない構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８０６７４７号公報
【特許文献２】特許第３５７２６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光学素子は、反射率だけでなく透過率の測定が必要となることが多く、場合によっては角度依存性反射率の測定も必要になる。ところが、顕微分光反射率測定と、透過測定や反射率の角度依存性の測定を同一の装置で行うためには、透過測定、反射率の角度依存性の測定の際に、分光器のスリットにケラレてしまう可能性があり、高精度に測定できない。そのため、モノクロメータを用いた測光装置を用いる必要があり、測定に時間がかかってしまうという問題がある。
測定時間短縮のため、ポリクロメータを用いた分光器を用いて顕微分光反射率を測定すると、透過測定や反射率の角度依存性の測定は、他の測光装置に被測定体を移動して測定を行わなければならず、移動や測光装置の初期設定などの作業時間が取られる。このため、全体としては充分な時間短縮効果が得られないという問題がある。
また、同じ光学素子の測定のために複数の測光装置を用意しなければならず、設備コストが増大したり、測光装置の占有スペースが増大したりするという問題がある。
特許文献２に記載のポリクロメータの試料セルとスリットの間に顕微鏡を配置することも考えられるが、特許文献２に記載の測光装置に、顕微鏡のような倍率の高い集光光学系を配置しただけでは、試料セルからの透過光束や反射光束を分光器のスリットに入射させることができなくなり、入射できたとしてもケラレが生じて、測定精度が低下してしまうおそれがあるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、反射測定による測光に加え、少なくとも透過測定を含む他の測光を、迅速かつ高精度に行うことができる測光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、基準光軸に沿って入射開口から入射する光束を測光する測光部を有し、被測定体からの光束を集光して前記入射開口に入射させて測光を行う測光装置であって、前記被測定体の有効領域よりも大径の開口部を有し、前記被測定体を保持する保持台と、該保持台の姿勢を調整する調整ステージと、前記入射開口に焦点面を合わせて前記基準光軸に同軸に配置された集光光学系と、平行光束である測定光束を発生する光源部と、前記基準光軸に対し進退可能に設けられ、前記基準光軸上に進出した際に、前記測定光束を前記被測定体に収束光束として照射するとともに前記被測定体での反射光束を集光して、前記集光光学系に入射させる対物光学系と、前記測定光束を前記被測定体に照射し、該被測定体からの透過光束を前記集光光学系に入射させる透過測定光学系と、前記被測定体からの前記透過光束の光軸を調整する透過測定光軸調整部と、前記集光光学系を透過して前記入射開口に向かう光束の光軸の前記基準光軸に対するずれを観察する観察部と、を備え、前記反射光束を測定する際は前記調整ステージにより前記保持台により前記反射光束の光軸を調整し、前記透過光束を測定する際は前記透過測定光軸調整部により前記透過光束の光軸を調整する構成とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の測光装置において、前記測定光束の入射角を変えて前記被測定体に照射し、該被測定体からの反射光束を前記集光光学系に入射させる角度可変反射測定光学系と、前記被測定体からの前記反射光束の光軸を調整する角度可変反射測定光軸調整部と、を備える構成とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の測光装置において、前記光源部は、前記対物光学系に前記測定光束を入射する第１の光源ユニットと、前記透過測定光学系または前記角度可変反射測定光学系に前記測定光束を入射する第２の光源ユニットと、を備え、該第２の光源ユニットと、前記透過測定光学系および前記角度可変反射測定光学系との間に、前記第２の光源ユニットから出射される前記測定光束の光路を切り換える光路切換部が設けられた構成とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測光装置において、前記測光部は、前記入射開口から入射する光束を回折する回折格子と、該回折格子による回折光を受光する複数の受光部を有する受光素子と、を備える構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の測光装置によれば、集光光学系および対物光学系で構成される光学系と、集光光学系および透過測定光学系で構成される光学系とを備え、さらに調整ステージ、および透過測定光軸調整部を備えるため、反射測定による測光に加え、少なくとも透過測定を含む他の測光を、迅速かつ高精度に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る測光装置の概略光路を示す模式的な光路図である。
【図３】本発明の実施形態に係る測光装置に用いる被測定体の例を示す模式的な正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る測光装置に用いる光路切換部の模式的な平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る測光装置に用いる透過測定光学系および透過測定光軸調整部の構成を示す模式的な正面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る測光装置に用いる角度可変反射測定光学系および角度可変反射測定光軸調整部の構成を示す模式的な正面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る測光装置による透過測定の模式的な光路図である。
【図８】本発明の実施形態に係る測光装置による角度可変反射測定の模式的な光路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施形態の測光装置について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の実施形態に係る測光装置の概略光路を示す模式的な光路図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る測光装置に用いる被測定体の例を示す模式的な正面図である。図４は、本発明の実施形態に係る測光装置に用いる光路切換部の模式的な平面図である。図５は、本発明の実施形態に係る測光装置に用いる透過測定光学系および透過測定光軸調整部の構成を示す模式的な正面図である。図６は、本発明の実施形態に係る測光装置に用いる角度可変反射測定光学系および角度可変反射測定光軸調整部の構成を示す模式的な正面図である。
【００１３】
本実施形態の分光測定装置１は、図１、２に示すように、被測定試料Ｗ（被測定体、図２参照）の顕微分光反射測定、透過光束の分光測定（以下、透過測定と称する）、分光反射の角度依存性の測定（以下、角度可変反射測定と称する）を行う測光装置である。いずれの測定も、分光強度、または分光相対強度（反射率または透過率）の測定が可能である。
分光測定装置１の概略構成は、図１に示すように、被測定体保持部６、顕微分光反射率測定部１０、光源ユニット３（光源部、第２の光源ユニット）、光路切換部４、透過測定用偏向部５、および角度可変測定用偏向部７を備える。
【００１４】
被測定体保持部６は、被測定試料Ｗを測定時に保持するもので、顕微分光反射測定、透過測定、および角度可変反射測定の各測定に共通に用いられる。
被測定体保持部６の概略構成は、被測定試料Ｗを後述する基準光軸Ｏ０上で顕微分光反射率測定部１０と透過測定用偏向部５との間に保持するために設けられた保持台部６ａ（保持台）と、保持台部６ａを水平面に対して傾斜させるチルトステージ６Ａと、チルトステージ６Ａを水平面内の２軸方向に移動可能に支持するシフトステージ６Ｂとを備える。
本実施形態では、保持台部６ａは、チルトステージ６Ａの上部に設けられている。
また、保持台部６ａ、チルトステージ６Ａ、およびシフトステージ６Ｂの中心部には、図２に示すように、透過測定の対象となる被測定試料Ｗの有効領域よりも大径の開口部６ｂが鉛直方向に貫通して設けられている。
シフトステージ６Ｂは、水平に載置された板状の基台２Ａに設置された架台２Ｄ上に固定されている。これにより、被測定体保持部６は、基台２Ａの上方の一定高さに支持されている。
また、架台２Ｄには、図１に示すように、被測定体保持部６の開口部６ｂと重なる範囲に、開口部６ｂよりも大径の開口部２ａが貫通して設けられている。
【００１５】
被測定試料Ｗは特に限定されないが、例えば、レンズ、光学フィルタ、反射ミラー、プリズム等の光学素子などを挙げることができる。
以下の説明では、被測定試料Ｗの具体例として、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、平凸レンズからなる凸レンズＷ１、光学ガラス製の平行平板Ｗ２、基準受面に対して４５°だけ傾斜した反射面を有する断面が直角二等辺三角形状の傾斜ミラーＷ３を用いて説明する場合がある。
【００１６】
以下では、分光測定装置１における方向を示す場合に、分光測定装置１に固定したＸＹＺ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を参照する場合がある。このＸＹＺ座標系は、ＸＹ平面が水平面に一致し鉛直上向きがＺ軸の正方向とされ、Ｙ軸の負方向から正方向に向かう方向が正面図を見る方向になっている。すなわち、Ｘ軸の正方向は、図１において紙面左側から右側に向かう方向であり、Ｙ軸の負方向は、同じく紙面手前側から奥側に向かう方向である。
【００１７】
保持台部６ａの構成は、被測定試料Ｗを測定中に保持台部６ａ上で動かないように保持するとともに、透過測定を行う際に開口部６ｂを通して被測定試料Ｗに下方から照射される測定光束を遮らないように、被測定試料Ｗの有効領域を開口部６ｂの内側に重ねて保持できる適宜の構成を採用することができる。
例えば、保持台部６ａとして、面、角、突起などで形成された鉛直方向の受け部と、被測定試料Ｗを水平方向または鉛直下方に押圧する押え部とからなる構成を採用することができる。また、被測定試料Ｗの質量や形状によって、鉛直方向の受け部に載置するのみで安定して保持できる場合には、押え部を有しない構成としてもよい。
チルトステージ６Ａの構成は、測定に必要となる傾斜角の角度範囲で傾動する適宜の傾動ステージを採用することができる。
シフトステージ６Ｂの構成は、例えば、ねじ送り機構を用いた２軸移動ステージを採用することができる。
【００１８】
このような構成により、チルトステージ６Ａは、保持台である保持台部６ａの姿勢を調整する調整ステージを構成している。
【００１９】
顕微分光反射率測定部１０は、図２に示すように、光源ユニット１１（光源部、第１の光源ユニット）、ハーフミラー１２、対物光学系１７、集光光学系１３、第１ビームスプリッタ１４、分光器１５（測光部）、観察部１６、および表示ユニット１８を備える。
本実施形態では、光源ユニット１１、ハーフミラー１２、対物光学系１７、集光光学系１３、第１ビームスプリッタ１４、分光器１５、および観察部１６は、筐体１０ａに固定され、表示ユニット１８は、筐体１０ａの外部に配置され、ケーブル１９によって分光器１５および観察部１６と電気的に接続されている。
【００２０】
また、分光器１５、第１ビームスプリッタ１４、集光光学系１３、およびハーフミラー１２は、分光器１５によって測光を行うための入射光軸で規定される分光測定装置１の基準光軸Ｏ０上に、この順に配置されている。本実施形態では、基準光軸Ｏ０は、Ｚ軸に平行となるように設定されている。
光源ユニット１１はハーフミラー１２の側方に配置されている。また、観察部１６は、第１ビームスプリッタ１４の側方に配置されている。
【００２１】
対物光学系１７は、図１に示すように、対物鏡筒９ｂに収容され、筐体１０ａの下面に設けられたレボルバ９に装着されている。
レボルバ９は、Ｚ軸に平行な回転軸９ａを中心に回転可能に設けられており、対物光学系１７を回転移動することにより、対物光学系１７のレンズ光軸が基準光軸Ｏ０上に整列する進出位置と、対物光学系１７が基準光軸Ｏ０に沿う光路上から退避する退避位置とを切り換えることができるようになっている。
また、レボルバ９は、回転軸９ａに関して対物光学系１７と軸対称となる位置に、Ｚ軸に沿う貫通孔等からなる光透過部９ｃが形成されている。このため、レボルバ９を、回転して光透過部９ｃの中心を基準光軸Ｏ０に整列させると、対物光学系１７は退避位置に移動する。このように、光透過部９ｃの中心を基準光軸Ｏ０に整列させると、基準光軸Ｏ０上を進む光束が光量損失を起こすことなく透過できるようになっている。
以下では、特に断らない限り、図２に示すように、対物光学系１７が進出位置に位置しているものとして説明する。
【００２２】
筐体１０ａは、図１に示すように、基準光軸Ｏ０が保持台部６ａの略中心を通るように、基台２Ａ上で被測定体保持部６よりもＸ軸負方向側に立設された支持柱２Ｃの側部において、Ｚ軸に沿う方向に移動可能に設けられた移動ステージ８を介して固定されている。これにより、筐体１０ａは、被測定体保持部６の上方で、Ｚ軸に沿う方向に移動可能に支持されている。
【００２３】
図２に示すように、光源ユニット１１は、ハーフミラー１２を介して、対物光学系１７に白色の平行光束である測定光束Ｌ１を入射するもので、光源１１Ａと、コリメート光学系１１Ｂとを備える。
光源１１Ａは、白色光を発生するもので、例えば、ハロゲンランプ、重水素ランプなどを採用することができる。
コリメート光学系１１Ｂは、光源１１Ａで発生した光束を集光して平行光束とし、測定光束Ｌ１を形成するものである。本実施形態では、Ｘ軸に平行な軸線である光軸Ｏ１に沿って光源１１ＡからＸ軸正方向側に向かって、集光レンズ１１ａ、ピンホール板１１ｂ、およびコリメータレンズ１１ｃがこの順に配置されている。
集光レンズ１１ａは、光源１１Ａで発生した光束を集光して、ピンホール板１１ｂを照明するレンズである。
ピンホール板１１ｂは、被測定試料Ｗの被測定面Ｓの一部をスポット状に照明するため、集光レンズ１１ａによって集光された光束の透過範囲を規制するピンホール１１ｄを備える絞り部材である。
コリメータレンズ１１ｃは、ピンホール１１ｄから出射された発散光束を平行光束とするため、焦点位置がピンホール１１ｄの中心に一致するように配置されたレンズまたはレンズ群である。
【００２４】
ハーフミラー１２は、対物光学系１７および集光光学系１３の間の光路上で、コリメータレンズ１１ｃに対向する位置に配置され、コリメータレンズ１１ｃを透過した測定光束Ｌ１の一部を対物光学系１７側に反射して、基準光軸Ｏ０の軸上光束である測定光束Ｌ２として、対物光学系１７に入射させるとともに、Ｚ軸負方向側から入射した光束の一部をＺ軸正方向側に透過させるものである。
なお、ハーフミラー１２の位置は、予め、光源ユニット１１から出射される測定光束Ｌ１１の光軸Ｏ１が、基準光軸Ｏ０に一致するように調整されている。例えば、分光測定装置１の製造時に光軸合わせされて位置が固定されている。ただし、経時的な位置の変化を修正することができるように、光軸調整機構を備えた構成としてもよい。
【００２５】
対物光学系１７は、進出位置に移動された際に、ハーフミラー１２で反射された測定光束Ｌ２を、対物光学系１７に対向して保持された被測定試料Ｗの被測定面Ｓに向けて集光して測定光束Ｌ３を形成するとともに、測定光束Ｌ３が被測定面Ｓで反射された光束である測定光束Ｌ４を集光して、平行光束である測定光束Ｌ５を形成するレンズまたはレンズ群である。このため、対物光学系１７としては、無限遠設計のレンズまたはレンズ群を採用している。
【００２６】
集光光学系１３は、基準光軸Ｏ０の軸上光束として進む平行光束を、後述する分光器１５の入射開口であるピンホール１５ｂ内に結像させるレンズまたはレンズ群であり、ピンホール１５ｂに焦点面を合わせて基準光軸Ｏ０と同軸に配置されている。
【００２７】
第１ビームスプリッタ１４は、集光光学系１３と分光器１５の間の光路上に配置され、集光光学系１３によって集光される測定光束Ｌ６の光路を、基準光軸Ｏ０に沿って透過する測定光束Ｌ７の光路と、基準光軸Ｏ０に交差する方向に進む測定光束Ｌ８の光路とに分岐する光路分岐部材である。
【００２８】
分光器１５は、ピンホール板１５ａ、凹面グレーティング１５ｃ（回折格子）、およびラインセンサ１５ｄ（複数の受光部を有する受光素子）を備え、ピンホール板１５ａの中心部に設けられた入射開口であるピンホール１５ｂから入射された光束を、凹面グレーティング１５ｃによって回折することにより波長毎に分解して、ラインセンサ１５ｄ上の異なる位置に結像し、ラインセンサ１５ｄの出力から、測定光束Ｌ７の分光強度を示す分光スペクトル信号を取得する測光部である。
分光器１５は、ピンホール１５ｂの中心を通る入射光軸が基準光軸Ｏ０と一致しており、分光器１５のピンホール１５ｂは集光光学系１３の焦点位置に配置されている。
ラインセンサ１５ｄとしては、分光強度を適宜の分解能で取得する複数の受光部を有する受光素子であれば、特に限定されない。例えば、フォトダイオードアレイなどの受光素子を採用することができる。
また、分光器１５は、ケーブル１９を介して表示ユニット１８と電気的に接続され、分光スペクトル信号を表示ユニット１８に送出できるようになっている。
【００２９】
観察部１６は、集光光学系１３に入射する光束の光軸の基準光軸Ｏ０に対するずれを観察するためのものであり、第２ビームスプリッタ１６ａ、第１撮像素子１６ｂ、コリメータレンズ１６ｃ、および第２撮像素子１６ｄを備える。これにより、第１ビームスプリッタ１４によって反射された測定光束Ｌ８を用いて、集光光学系１３に入射する光束の光軸の、基準光軸Ｏ０に直交する方向の平行ずれ（以下、光軸シフトと称する）と、基準光軸Ｏ０に対する傾斜（チルト）（以下、光軸チルトと称する）とをそれぞれ観察できるようになっている。
【００３０】
第２ビームスプリッタ１６ａは、測定光束Ｌ８の一部を透過して第１撮像素子１６ｂに入射させ、測定光束Ｌ８の他を反射してコリメータレンズ１６ｃに入射させる光路分岐部材である。以下、第２ビームスプリッタ１６ａを透過した測定光束Ｌ８を、単に、「測定光束Ｌ８の透過光束」、同じく第２ビームスプリッタ１６ａで反射された測定光束Ｌ８を、単に、「測定光束Ｌ８の反射光束」と称する。
【００３１】
第１撮像素子１６ｂは、光電変換を行う２次元撮像素子からなり、測定光束Ｌ８の透過光束の光路上で、集光光学系１３の後側焦点面と等価となる位置に撮像面が配置されている。第１撮像素子１６ｂとしては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ撮像デバイスなどを採用することができる。
このため、第１撮像素子１６ｂによれば、ピンホール板１５ａ上の光像と等価な光像を観察することができる。
なお、第１ビームスプリッタ１４によって反射される基準光軸Ｏ０と第１撮像素子１６ｂの撮像面との交点に位置する画素は、第１撮像素子１６ｂの撮像面上で基準光軸Ｏ０と等価な位置であり、第１撮像素子１６ｂの取付時に、予め求められている。以下では、この位置を第１撮像素子１６ｂ上の基準位置と称する。
第１撮像素子１６ｂは、ケーブル１９を介して表示ユニット１８と電気的に接続され、撮像した画像信号を表示ユニット１８に送出できるようになっている。
【００３２】
コリメータレンズ１６ｃと、光電変換を行う２次元撮像素子からなる第２撮像素子１６ｄとは、測定光束Ｌ８の反射光束の光路上で第２ビームスプリッタ１６ａ側からこの順に配置されている。第２撮像素子１６ｄは、第１撮像素子１６ｂと同様の構成を採用することができる。
コリメータレンズ１６ｃは、その前側焦点面が、測定光束Ｌ８の反射光束の光路上で集光光学系１３の焦点面と等価となる位置に配置されている。このため、測定光束Ｌ８の反射光束は、集光光学系１３の後側焦点面の等価面で集光されてから発散してコリメータレンズ１６ｃに入射し、コリメータレンズ１６ｃよって平行光束化された状態で、第２撮像素子１６ｄに向けて投影される。例えば、対物光学系１７が進出位置にある場合には、第２撮像素子１６ｄは、対物光学系１７の瞳像が投影されることになる。
なお、第１ビームスプリッタ１４および第２ビームスプリッタ１６ａによって反射される基準光軸Ｏ０と第２撮像素子１６ｄの撮像面との交点に位置する画素は、第２撮像素子１６ｄの撮像面上で基準光軸Ｏ０と等価な位置であり、第２撮像素子１６ｄの取付時に、予め求められている。以下では、この位置を第２撮像素子１６ｄ上の基準位置と称する。
第２撮像素子１６ｄは、ケーブル１９を介して表示ユニット１８と電気的に接続され、撮像した画像信号を表示ユニット１８に送出できるようになっている。
【００３３】
表示ユニット１８は、ケーブル１９を介して分光器１５、第１撮像素子１６ｂ、および第２撮像素子１６ｄから送出される分光スペクトル信号、および各画像信号に適宜の演算処理を施して、画像、グラフ、文字などからなる表示情報に変換し、これらの表示情報を表示するものである。
表示ユニット１８の構成は、表示する情報の種類を選択する等の操作を行う操作部１８ａと、分光器１５、第１撮像素子１６ｂ、および第２撮像素子１６ｄとケーブル１９により電気的に接続され、受信した信号に演算処理を施して表示情報を生成する処理部１８ｂと、処理部１８ｂが生成した表示情報を表示画面に表示する表示部１８ｃとを備える。
【００３４】
光源ユニット３は、透過測定と、角度可変測定と行うための平行光束である測定光束Ｌ１１を発生するもので、光源３Ａと、コリメート光学系３Ｂとを備え、被測定体保持部６に対して、Ｚ軸負方向側かつＸ軸負方向側の位置に配置されている。
光源３Ａは、白色光を発生するもので、光源１１Ａと同様な構成を採用することができる。
コリメート光学系３Ｂは、光源３Ａで発生した光束を集光して平行光束とし、測定光束Ｌ１１を形成するものである。本実施形態では、Ｘ軸に平行な軸線である光軸Ｏ２に沿って光源３ＡからＸ軸正方向に向かって、集光レンズ３ａ、ピンホール板３ｂ、およびコリメータレンズ３ｃがこの順に配置されている。
集光レンズ３ａは、光源３Ａで発生した光束を集光して、ピンホール板３ｂを照明するレンズである。
ピンホール板３ｂは、近似的な点光源を構成するため、集光レンズ３ａによって集光された光束の透過範囲を規制するピンホール３ｄを備える絞り部材である。
コリメータレンズ３ｃは、ピンホール３ｄから出射された発散光束を平行光束とするため、焦点位置がピンホール３ｄの中心に一致するように配置されたレンズまたはレンズ群である。
【００３５】
光路切換部４は、光源ユニット３から出射された測定光束Ｌ１１の光路を、直進する光路と、光軸Ｏ２に交差する方向に進む光路とに選択的に切り換えるものである。本実施形態では、図１に示すように、光路切換部４はミラー４Ａおよびミラー移動ステージ４Ｂを備える。
【００３６】
ミラー４Ａは、測定光束Ｌ１１の光軸Ｏ２を反射してＺ軸正方向に進む測定光束Ｌ２１を形成する部材であり、本実施形態では、取付基準面に対して４５°傾斜した偏向面Ｒ４を有する三角ミラーを採用し、光軸Ｏ２をＺ軸正方向に向かう光軸Ｏ４に反射するようにしている。
【００３７】
ミラー移動ステージ４Ｂは、ミラー４Ａの取付基準面が水平となる状態で、ミラー４ＡをＹ軸に沿う方向に移動可能に保持するものである。
本実施形態では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基台２Ａ上に固定するベース４ａと、ベース４ａ上でＹ軸方向に延ばして配置されたスライドガイド４ｂと、スライドガイド４ｂに沿って移動し上面にミラー４Ａを保持するスライダ４ｃと、スライダ４ｃの移動位置を規制する一対のストッパ４ｄ、４ｅと、スライダ４ｃを移動させるためスライダ４ｃのＹ軸負方向側の側面に固定された操作レバー４ｆとを備える。
ストッパ４ｄは、Ｙ軸負方向側に配置され、図４（ａ）に示すように、ミラー４Ａが測定光束Ｌ１１の光路から完全に退避した位置でスライダ４ｃの側面を係止してスライダ４ｃの移動を規制する部材である。
ストッパ４ｅは、Ｙ軸正方向側に配置され、図４（ｂ）に示すように、ミラー４Ａのミラー有効領域が測定光束Ｌ１１の光路上に進出した位置でスライダ４ｃの側面を係止してスライダ４ｃの移動を規制する部材である。
【００３８】
このような構成により、操作レバー４ｆをＹ軸負方向に移動してスライダ４ｃをストッパ４ｅに当接させると、測定光束Ｌ１１が直進する状態となる。また、操作レバー４ｆをＹ軸負方向に移動してスライダ４ｃをストッパ４ｄに当接させると、図２に示すように、光軸Ｏ２上を進む測定光束Ｌ１１が偏向面Ｒ４に入射し、偏向面Ｒ４によって偏向され、光軸Ｏ４上を進む測定光束Ｌ２１が形成される。
【００３９】
透過測定用偏向部５は、図１、５に示すように、光路切換部４によってミラー４Ａが測定光束Ｌ１１の光路上から退避した際に、測定光束Ｌ１１をＺ軸正方向側に偏向して被測定体保持部６の下方側から基準光軸Ｏ０上に入射させ、被測定体保持部６上の被測定試料Ｗに透過させるためのものである。
本実施形態では、透過測定用偏向部５は、ミラー５Ａ、チルトステージ５Ｂ、およびシフトステージ５Ｃを備える。
【００４０】
ミラー５Ａは、測定光束Ｌ１１の光軸Ｏ２を反射してＺ軸正方向に進む測定光束Ｌ１２を形成する部材であり、本実施形態では、取付基準面に対して４５°傾斜した偏向面Ｒ５を有する三角ミラーを採用している。
【００４１】
チルトステージ５Ｂは、ミラー５Ａを保持した状態で、ミラー５Ａの偏向面Ｒ５の光軸Ｏ２に対する傾斜角を可変し、測定光束Ｌ１２の光軸Ｏ３の基準光軸Ｏ０に対するチルト量を調整するものである。
チルトステージ５Ｂの構成は、光軸Ｏ３のチルト量の調整に必要となる角度範囲で傾動する適宜の傾動ステージを採用することができる。
シフトステージ５Ｃは、チルトステージ５ＢをＸ軸に沿う方向に移動可能に支持し、これにより光軸Ｏ３の基準光軸Ｏ０に対するＸ軸に沿う方向のシフト量を調整するものである。
シフトステージ５Ｃの構成は、例えば、ねじ送り機構を用いた１軸移動ステージを採用することができる。
【００４２】
このような構成により、透過測定用偏向部５は、測定光束Ｌ１２の光軸Ｏ３を基準光軸Ｏ０に一致させて被測定試料Ｗに照射し、被測定試料Ｗからの透過光束を集光光学系１３に入射させる透過測定光学系を構成している。
また、チルトステージ５Ｂおよびシフトステージ５Ｃは、透過測定光学系において測定光束Ｌ１２の光軸Ｏ３を調整する透過測定光軸調整部を構成している。
【００４３】
角度可変測定用偏向部７は、図１、５に示すように、光路切換部４によってミラー４Ａが測定光束Ｌ１１の光路上に進出した際に形成される測定光束Ｌ２１を偏向して、被測定体保持部６上の被測定試料Ｗの被測定面Ｓに対する入射角を可変し、被測定試料Ｗからの反射光束である測定光束Ｌ２３（図３参照）を集光光学系１３に入射させるためのものである。
角度可変測定用偏向部７は、本実施形態では、ミラー７Ａ、チルトステージ７Ｂ、およびシフトステージ７Ｃを備える。少なくともミラー７Ａが被測定体保持部６よりもＺ軸正方向側となる位置で、支持壁体２Ｂに固定されている。
【００４４】
ミラー７Ａは、測定光束Ｌ２１の光軸Ｏ４を反射して、基準光軸Ｏ０に対して斜めに傾斜する光軸Ｏ５上を進む測定光束Ｌ２２を形成する部材であり、本実施形態では、取付基準面に対して４５°傾斜した偏向面Ｒ７を有する三角ミラーを採用している。
図６に示すように、光軸Ｏ４に対して光軸Ｏ５のなす角２・φは（φは、偏向面Ｒ７に対する測定光束Ｌ２１の入射角および出射角）、被測定試料Ｗに対する角度可変反射測定に必要な被測定面Ｓに対する入射角θ（図３（ｂ）参照）によって異なる。本実施形態では、光軸Ｏ４と基準光軸Ｏ０とは平行であるため、φ＝θとすればよい。
例えば、被測定試料Ｗの一例として傾斜ミラーＷ３を用いて測定を行い、被測定面Ｓ３に対する入射角をθ＝４５（°）とする場合には、２・φ＝９０（°）とすればよい。
【００４５】
チルトステージ７Ｂは、図７に示すように、ミラー７Ａの基準取付面がＺＹ平面に略平行となるように保持した状態から、ミラー７Ａの偏向面Ｒ７の光軸Ｏ４に対する傾斜角を変えて、測定光束Ｌ２２の被測定体保持部６上の被測定面Ｓに対する入射角θを変更するとともに、被測定面Ｓで反射された測定光束Ｌ２３の光軸の基準光軸Ｏ０に対するチルト量を微調整するものである。
チルトステージ７Ｂの構成は、角度可変反射測定において変更する被測定面Ｓに対する入射角の範囲で傾動する適宜の傾動ステージを採用することができる。また、チルトステージ７Ｂは、粗動傾動機構と微動傾動機構とを備える傾動ステージであればより好ましい。この場合、測定光束Ｌ２３の光軸のチルト量の微調整がより容易となる。
シフトステージ７Ｃは、チルトステージ７ＢをＺ軸に沿う方向に移動可能に支持し、これにより測定光束Ｌ２１に対する偏向位置を変化させ、測定光束Ｌ２２の被測定面Ｓに対する照射位置を調整するものである。
シフトステージ７Ｃの構成は、例えば、ねじ送り機構を用いた１軸移動ステージを採用することができる。
【００４６】
このような構成により、角度可変測定用偏向部７は、測定光束Ｌ２２の被測定面Ｓに対する入射角を変えて測定光束Ｌ２２を被測定試料Ｗに照射し、被測定試料Ｗからの反射光束を集光光学系１３に入射させる角度可変反射測定光学系を構成している。
また、チルトステージ７Ｂおよびシフトステージ７Ｃは、角度可変反射測定光学系において被測定面Ｓからの反射光束である測定光束Ｌ２３の光軸を調整する角度可変反射測定光軸調整部を構成している。
【００４７】
次に、本実施形態の分光測定装置１の動作について説明する。
図７は、本発明の実施形態に係る測光装置による透過測定の模式的な光路図である。図８は、本発明の実施形態に係る測光装置による角度可変反射測定の模式的な光路図である。
【００４８】
まず、分光測定装置１で、顕微分光反射率測定を行うには、図２に示すように、光源ユニット３からの測定光束Ｌ１１の出射を停止し、顕微分光反射率測定部１０と被測定体保持部６とを用いて、以下のようにして測定を行う。なお、以下では、一例として、被測定試料Ｗが凸レンズＷ１であり、被測定面Ｓが凸レンズＷ１の凸面である被測定面Ｓ１の場合の例で説明する。
【００４９】
まず、図２に示すように、被測定体保持部６の保持台部６ａに被測定面Ｓ１が上方に向いた状態で凸レンズＷ１を保持させる。
また、レボルバ９（図１参照）を回転して、対物光学系１７を基準光軸Ｏ０と同軸となる位置に進出させる。また、移動ステージ８を駆動して顕微分光反射率測定部１０をＺ軸方向に移動して、対物光学系１７の焦点位置が被測定面Ｓ１上の測定箇所に合うように、顕微分光反射率測定部１０を位置調整する。
【００５０】
次に、光源ユニット１１の光源１１Ａを点灯する。これにより、ピンホール板１１ｂのピンホール１１ｄを透過して発散する光束がコリメータレンズ１１ｃで平行光束化されて光軸Ｏ１の軸上光束である測定光束Ｌ１１が発生する。
測定光束Ｌ１１は、ハーフミラー１２に到達すると一部がＺ軸負方向側に反射されて基準光軸Ｏ０上を進む測定光束Ｌ２が形成される。測定光束Ｌ２は、対物光学系１７に入射すると対物光学系１７の焦点面に集光され、凸レンズＷ１の被測定面Ｓ１にピンホール１１ｄの像が投影される。
【００５１】
被測定面Ｓ１からの反射光束である測定光束Ｌ４は、対物光学系１７の開口角の範囲に入射した部分が、対物光学系１７によって集光されて測定光束Ｌ５としてハーフミラー１２に入射し、その一部が透過して直進して、集光光学系１３に到達する。
測定光束Ｌ５は、集光光学系１３を透過すると、集光光学系１３の焦点面に向かって集光する収束光束である測定光束Ｌ６として出射され、第１ビームスプリッタ１４に到達する。
【００５２】
第１ビームスプリッタ１４では、測定光束Ｌ６の光路が、第１ビームスプリッタ１４を透過する測定光束Ｌ７と、第１ビームスプリッタ１４で反射される測定光束Ｌ８とに分岐される。
測定光束Ｌ７は、顕微分光反射率測定部１０のＺ軸に沿う方向の位置を調整することにより、測定光束Ｌ３が照射される被測定面Ｓ１と分光器１５のピンホール１５ｂとを共役の位置関係にしているため、集光されてピンホール１５ｂの中心に入射する。
ピンホール１５ｂに入射した光束は、凹面グレーティング１５ｃによって回折され、ラインセンサ１５ｄのセンサ面上の波長に対応した位置に結像される。これにより、ラインセンサ１５ｄ上の各受光部により、波長毎に強度が測定され、分光スペクトル信号が生成される。
分光スペクトル信号は、ケーブル１９を介して処理部１８ｂに送出される。
【００５３】
表示ユニット１８では、操作部１８ａからの操作入力に応じて、分光スペクトル信号に基づく表示情報が選択された場合には、例えば、分光強度のグラフ等の表示情報が表示部１８ｃに表示される。
このようにして、顕微分光による分光スペクトルが得られる。また、予め相対反射率を測定するための基準サンプルにて同様の顕微分光測定を行って、基準分光スペクトルとして処理部１８ｂに記憶し、処理部１８ｂによって、凸レンズＷ１に対して測定された分光スペクトルを基準分光スペクトルで割る演算を行うことにより、凸レンズＷ１の相対分光反射率を測定することができる。この測定結果は、操作部１８ａからの操作入力に応じて、表示部１８ｃに表示させることができる。
このようにして、分光測定装置１を用いて顕微分光反射率測定を行うことができる。
【００５４】
一方、測定光束Ｌ８は、観察部１６に入射し、第２ビームスプリッタ１６ａによって、透過光束の光路と反射光束の光路とに光路が分岐され、それぞれの光路上で、集光光学系１３の焦点面に対する等価焦点面に集光される。
【００５５】
測定光束Ｌ８の透過光束の光路上では、測定光束Ｌ８の透過光束が第１撮像素子１６ｂの像面に集光される。第１撮像素子１６ｂの撮像面と対物光学系１７の焦点面とは共役の位置関係にあるため、第１撮像素子１６ｂは、凸レンズＷ１の被測定面Ｓ１上に投影された光像が撮像される。
第１撮像素子１６ｂの画像信号は、ケーブル１９を介して処理部１８ｂに送出され、操作部１８ａからの操作入力に応じて、画像信号に対応した画像が表示部１８ｃに表示される。
例えば、被測定試料Ｗの被測定面Ｓが基準光軸Ｏ０に対して傾斜している場合や、光源ユニット１１やハーフミラー１２の調整時の誤差等によって、測定光束Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の光軸が基準光軸Ｏ０に対して傾斜し、光軸チルトが発生している場合には、測定光束Ｌ７の集光位置がピンホール１５ｂから外れる。このとき、第１撮像素子１６ｂ上でも、光軸チルトに対応して第１撮像素子１６ｂの基準位置からの光像の位置ずれが起こるため、第１撮像素子１６ｂによって撮像した画像を観察することで、光軸チルトの有無を観察することができる。したがって、光源ユニット１１やハーフミラー１２の位置が原因であれば、調整し直す等の処置が可能である。
【００５６】
測定光束Ｌ８の反射光束の光路上では、測定光束Ｌ８の反射光束が集光光学系１３の透過焦点面に集光された後、コリメータレンズ１６ｃで集光されて平行光束となった状態で、第２撮像素子１６ｄの撮像面に投影される。したがって、第２撮像素子１６ｄの撮像面には、対物光学系１７の瞳像が投影される。
このため、例えば、測定光束Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の光軸に光軸チルトが発生している場合には、第２撮像素子１６ｄの基準位置からの光像の位置ずれ量が、第１撮像素子１６ｂ上での位置ずれ量よりも大きくなるため、第２撮像素子１６ｄで撮像した画像を観察することで、光像の位置ずれをより高感度に観察することができる。
また、万一、対物光学系１７の光軸が基準光軸Ｏ０に対して光軸シフトを起こしている場合には、第１撮像素子１６ｂでは、光像の位置ずれを観察することができないが、第２撮像素子１６ｄで撮像した画像によれば、光軸シフトに対応した光像の位置ずれを観察することができる。
このような集光光学系１３に入射する光束の光軸シフトは、後述する透過測定および角度可変反射測定では頻繁に起こる可能性がある。
このように、第２撮像素子１６ｄでは、光軸チルトと光軸シフトとによる光像の位置ずれが合成された状態で観察されるため、まず、第１撮像素子１６ｂで観察される光軸チルトを解消した後に、第２撮像素子１６ｄの観察を行えば、光軸シフトによる光像の位置ずれを観察することができる。
【００５７】
次に、分光測定装置１によって、透過測定を行う場合の動作について説明する。
例えば、図７に示すように、平行平板Ｗ２のような被測定試料Ｗでは、上面側の表面である被測定面Ｓ２における顕微分光反射率測定のみならず、平行平板Ｗ２の透過測定を行うことが必要になる場合が多い。
【００５８】
分光測定装置１によって、透過測定を行うには、図７に示すように、光源ユニット１１を消灯し、レボルバ９を回転して対物光学系１７を基準光軸Ｏ０上の光路から退避させ、光透過部９ｃの中心を基準光軸Ｏ０上に位置させる。
次に、光源ユニット３を点灯して、光源ユニット３から測定光束Ｌ１１を出射させる。
そして、図４（ａ）に示すように、光路切換部４の操作レバー４ｆをＹ軸負方向に移動してストッパ４ｄにスライダ４ｃを係止し、ミラー４Ａを測定光束Ｌ１１の光路から退避させる。
このため、図７に示すように、測定光束Ｌ１１は、直進して、ミラー５Ａの偏向面Ｒ５に到達して偏向され、光軸Ｏ３に沿ってＺ軸正方向に進む測定光束Ｌ１２が形成される。
【００５９】
測定光束Ｌ１２は、被測定体保持部６の開口部６ｂの内部を通過して平行平板Ｗ２を透過し、上記顕微分光反射率測定における測定光束Ｌ５と同様にして、ハーフミラー１２、集光光学系１３に順次入射して、集光光学系１３により収束光束である測定光束Ｌ１３として、第１ビームスプリッタ１４に入射する。
このため、上記顕微分光反射率測定の測定光束Ｌ７、Ｌ８に対応して、測定光束Ｌ１４、Ｌ１５に分岐される。
ここで、光軸Ｏ３が、基準光軸Ｏ０に一致している場合には、測定光束Ｌ１４が、ピンホール１５ｂに入射し、上記顕微分光反射率測定の測定光束Ｌ７と同様にして、分光スペクトルを測定することができ、必要に応じて相対分光透過率を測定、表示することができる。
【００６０】
ところが、光源ユニット３および透過測定用偏向部５は、顕微分光反射率測定部１０とは別体になっているため、例えば顕微分光反射率測定部１０の移動に際して、移動ステージ８の走り誤差などによって、光源ユニット３および透過測定用偏向部５に対する基準光軸Ｏ０の位置や姿勢が変化する場合がある。
そこで、本実施形態の透過測定では、操作部１８ａによって、表示部１８ｃに第１撮像素子１６ｂ、および第２撮像素子１６ｄで撮像した画像を表示させ、測定光束Ｌ１４の光軸の光軸チルトおよび光軸シフトを観察する。そして、表示部１８ｃの表示を見ながら、チルトステージ５Ｂおよびシフトステージ５Ｃを駆動して、光軸チルトおよび光軸シフトを解消し、光軸Ｏ３を基準光軸Ｏ０に一致させる。
例えば、第１撮像素子１６ｂの画像における光像が、第１撮像素子１６ｂの基準位置に移動するように、チルトステージ５Ｂを調整して、光軸チルトを解消する。
次に、第２撮像素子１６ｄの画像における光像が、第２撮像素子１６ｄの基準位置に移動するように、シフトステージ５Ｃを調整して、光軸シフトを解消する。
この位置調整によって、第１撮像素子１６ｂ上の光像が基準位置からずれた場合には、同様の調整をさらに繰り返して、いずれの光像も基準位置に移動するまで調整を続ける。
【００６１】
このような光軸調整が終了したら、分光器１５による測定を開始する。
上記の光軸調整により、光軸Ｏ３は基準光軸Ｏ０上に整列しているため、測定光束Ｌ１４は、ピンホール１５ｂによってけられることなく分光器１５内に入射する。このため、測定光束Ｌ１４の分光スペクトルを高精度に測定することができる。
また、光軸シフトが解消されているため、基準光軸Ｏ０上で平行平板Ｗ２を透過した測定光束による測定が行われており、測定位置のずれによる測定誤差が抑制される。
【００６２】
このようにして、透過測定による分光スペクトルが得られる。したがって、予め相対透過率を測定するために、被測定試料Ｗ等のサンプルを設置しない状態で同様の透過測定を行いその値を１００％の透過率とし、基準分光スペクトルとする。その値を処理部１８ｂに記憶し、処理部１８ｂによって、平行平板Ｗ２に対して測定された分光スペクトルを基準分光スペクトルで割る演算を行うことにより、平行平板Ｗ２の相対分光透過率を測定することができる。この測定結果は、操作部１８ａからの操作入力に応じて、表示部１８ｃに表示させることができる。
以上で、透過測定が終了する。
【００６３】
次に、分光測定装置１によって、角度可変反射測定を行う場合の動作について説明する。
例えば、図８に示すように、傾斜ミラーＷ３のような被測定試料Ｗでは、使用時の光線入射角は、０°ではないため、反射率の角度依存性を測定するために角度可変反射測定を行うことが必要になる場合が多い。
【００６４】
分光測定装置１によって、角度可変反射測定を行うには、図８に示すように、光源ユニット１１を消灯し、レボルバ９を回転して対物光学系１７を基準光軸Ｏ０上の光路から退避させ、光透過部９ｃの中心を基準光軸Ｏ０上に位置させる。
また、保持台部６ａ上に、傾斜ミラーＷ３を保持し、チルトステージ６Ａ、シフトステージ６Ｂを調整して、被測定面Ｓ３の被測定位置が基準光軸Ｏ０を通り、基準光軸Ｏ０と角度θをなして交差するように調整する。
次に、光源ユニット３を点灯して、光源ユニット３から測定光束Ｌ１１を出射させる。
そして、図４（ｂ）に示すように、光路切換部４の操作レバー４ｆをＹ軸正方向に押し移動してストッパ４ｅにスライダ４ｃを係止し、ミラー４Ａを測定光束Ｌ１１の光路上に進出させる。
このため、図８に示すように、測定光束Ｌ１１は、ミラー４Ａの偏向面Ｒ４に到達して偏向され、光軸Ｏ４に沿ってＺ軸正方向に進む測定光束Ｌ２１が形成される。
【００６５】
測定光束Ｌ２１は、角度可変測定用偏向部７のミラー７Ａに到達し、偏向面Ｒ７によって、光軸Ｏ４に対して角度２・φ＝２・θをなす方向に偏向され、傾斜ミラーＷ３に入射角θで入射する。
測定光束Ｌ２１は、傾斜ミラーＷ３の被測定面Ｓ３において、出射角θで反射されて測定光束Ｌ２２として、光軸Ｏ６に沿って進む。
【００６６】
測定光束Ｌ２２は、被測定体保持部６の開口部６ｂの内部を通過して平行平板Ｗ２を透過し、上記顕微分光反射率測定における測定光束Ｌ５と同様にして、ハーフミラー１２、集光光学系１３に順次入射して、集光光学系１３により収束光束である測定光束Ｌ２３として、第１ビームスプリッタ１４に入射する。
このため、上記顕微分光反射率測定の測定光束Ｌ７、Ｌ８に対応して、測定光束Ｌ２４、Ｌ２５に分岐される。
ここで、光軸Ｏ６が、基準光軸Ｏ０に一致している場合には、測定光束Ｌ１４が、ピンホール１５ｂに入射し、上記顕微分光反射率測定の測定光束Ｌ７と同様にして、分光スペクトルを測定することができ、必要に応じて相対分光反射率を測定、表示することができる。
【００６７】
ところが、光源ユニット３、光路切換部４、角度可変測定用偏向部７は、顕微分光反射率測定部１０とは別体になっているため、例えば顕微分光反射率測定部１０の移動に際して、移動ステージ８の走り誤差などによって、光源ユニット３および透過測定用偏向部５に対する基準光軸Ｏ０の位置や姿勢が変化する場合がある。また、光路切換部４の切換に際して、ミラー４Ａの位置や姿勢がばらつく場合がある。
また、角度可変測定用偏向部７におけるミラー７Ａの位置や傾斜角の設定誤差があると、測定光束Ｌ２２の被測定面Ｓ３に対する入射角や、入射位置がずれてしまい、所望の入射角、入射位置での測定が行えないおそれがある。
【００６８】
そこで、本実施形態の角度可変反射測定では、上記透過測定と同様にして、測定光束Ｌ２４の光軸チルトおよび光軸シフトを観察する。そして、チルトステージ５Ｂおよびシフトステージ５Ｃを駆動して、光軸チルトおよび光軸シフトを解消し、光軸Ｏ６を基準光軸Ｏ０に一致させる。
【００６９】
このような光軸調整が終了したら、分光器１５による測定を開始する。
上記の光軸調整により、光軸Ｏ６は基準光軸Ｏ０上に整列しているため、測定光束Ｌ２４は、ピンホール１５ｂによってけられることなく分光器１５内に入射する。このため、測定光束Ｌ２４の分光スペクトルを高精度に測定することができる。
また、光軸シフトが解消されているため、被測定面Ｓ３上での測定位置のずれによる測定誤差が抑制される。
【００７０】
このようにして、被測定面Ｓ３に入射角θで入射した反射測定による分光スペクトルが得られる。したがって、予め相対反射率を測定するための基準サンプルにて同様の反射測定を行って、基準分光スペクトルとして処理部１８ｂに記憶し、処理部１８ｂによって、傾斜ミラーＷ３に対して測定された分光スペクトルを基準分光スペクトルで割る演算を行うことにより、傾斜ミラーＷ３の相対分光反射率を測定することができる。この測定結果は、操作部１８ａからの操作入力に応じて、表示部１８ｃに表示させることができる。
他の入射角θでも測定を行う場合には、チルトステージ６Ａにより傾斜ミラーＷ３の被測定面Ｓ３の傾斜角を変化させ、チルトステージ７Ｂおよびシフトステージ７Ｃによって、ミラー７Ａの位置および姿勢を再設定して、上記と同様な測定を行う。
以上で、角度可変反射測定が終了する。
【００７１】
以上に説明したように、分光測定装置１は、基準光軸Ｏ０に沿ってピンホール１５ｂから入射する光束を測光する測光部である分光器１５を有し、被測定試料Ｗからの光束を集光光学系１３によって集光してピンホール１５ｂに入射させて測光を行う測光装置である。
そして、分光測定装置１では、被測定体保持部６に被測定試料Ｗを保持させた状態で、顕微分光反射率測定、透過測定、および角度可変反射測定を行うことができる。
その際、観察部１６、表示ユニット１８を備えることにより、分光器１５に入射する測定光束の基準光軸Ｏ０に対する光軸チルトおよび光軸シフトを観察し、表示することができる。
さらに、被測定体保持部６には被測定試料Ｗの位置姿勢の調整機構としてチルトステージ６Ａおよびシフトステージ６Ｂが、透過測定用偏向部５にはミラー５Ａの位置姿勢の調整機構としてチルトステージ５Ｂおよびシフトステージ５Ｃが、角度可変測定用偏向部７にはミラー７Ａの位置姿勢の調整機構としてチルトステージ７Ｂおよびシフトステージ７Ｃが、それぞれ備えられているため、各測定において観察部１６での観察結果に基づいて光軸チルトや光軸シフトを解消する光軸調整を行うことができる。
したがって、光軸チルトや光軸シフトによって、分光器１５への入射光束がけられることなく各測定を行うことができるため、高精度の測定を行うことができる。
本発明は、入射開口が小さいため、光軸チルトや光軸シフトによって入射光束のけられが発生しやすい場合に特に好適である。
【００７２】
また、本実施形態の分光測定装置１によれば、各測定における被測定試料Ｗは、いずれも被測定体保持部６に保持するため、１つの被測定試料Ｗに対して複数種類の測定を行う場合に、被測定試料Ｗを取り外して移動することなく、他の測定に移ることができるため、複数種類の測定を続けて行う場合に、測定効率を向上することができる。
【００７３】
また、本実施形態の分光測定装置１によれば、光路切換部４を備えることにより、光源ユニット３を透過測定と、角度可変反射測定とに共通利用することができる。このため、各測定において、別々の光源ユニットを用いる場合に比べて、部品点数を削減することができる。
【００７４】
なお、上記の説明では、光源ユニット３を透過測定と、角度可変反射測定とに共通利用する場合の例で説明したが、透過測定と角度可変反射測定とで、別々の光源ユニットを用いてもよい。この場合、光路切換部４は削除することができ、光路切換部４の切換に際する光軸チルトや光軸シフトが発生しにくくなる。
【００７５】
また、上記の説明では、透過測定光軸調整部、角度可変反射測定光軸調整部は、それぞれ透過測定光学系、角度可変反射測定光学系の位置や姿勢を変更して光軸調整を行う場合の例で説明したが、透過測定光学系、角度可変反射測定光学系に入射する測定光束を発生する光源部の位置や姿勢を変更する機構を採用してもよい。
【００７６】
また、上記の説明では、透過測定および角度可変反射測定では、平行光束を被測定体に入射する場合の例で説明したが、透過測定光学系および角度可変反射測定光学系は、適宜集光レンズを備えることにより、被測定体上に収束光束を入射して透過測定、反射測定を行う構成としてもよい。
【００７７】
また、上記の説明では、測光部の入射開口がピンホールで構成される場合の例で説明したが、入射開口は、ピンホールには限定されず、例えばスリットなどでもよい。
【００７８】
また、上記の説明では、角度可変反射測定光学系および角度可変反射測定光軸調整部を備えることにより、透過測定とともに角度可変反射測定も行えるようにした例で説明したが、角度可変反射測定は要しない光学素子を測定することが多い場合には、角度可変反射測定光学系、角度可変反射測定光軸調整部、および光路切換部を削除した構成としてもよい。
【００７９】
また、上記の実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 分光測定装置（測光部）
３ 光源ユニット（光源部、第２の光源ユニット）
４ 光路切換部
４Ａ ミラー
４Ｂ ミラー移動ステージ
５ 透過測定用偏向部（透過測定光学系）
５Ａ ミラー
５Ｂ チルトステージ（透過測定光軸調整部）
５Ｃ シフトステージ（透過測定光軸調整部）
６ 被測定体保持部
６Ａ チルトステージ（調整ステージ）
６Ｂ シフトステージ（調整ステージ）
６ａ 保持台部（保持台）
６ｂ 開口部
７ 角度可変測定用偏向部（角度可変反射測定光学系）
７Ａ ミラー
７Ｂ チルトステージ（角度可変反射測定光軸調整部）
７Ｃ シフトステージ（角度可変反射測定光軸調整部）
８ 移動ステージ
９ レボルバ
９ｂ 対物鏡筒
９ｃ 光透過部
１０ 顕微分光反射率測定部
１１ 光源ユニット（光源部、第１の光源ユニット）
１３ 集光光学系
１４ ビームスプリッタ
１５ 分光器（測光部）
１５ｂ ピンホール（入射開口）
１５ｃ 凹面グレーティング（回折格子）
１５ｄ ラインセンサ（複数の受光部を有する受光素子）
１６ 観察部
１６ｂ 第１撮像素子
１６ｄ 第２撮像素子
１７ 対物光学系
１８ 表示ユニット
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４、Ｌ２５ 測定光束
Ｏ０ 基準光軸
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６ 光軸
Ｒ４、Ｒ５、Ｒ７ 偏向面
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 被測定面
Ｗ 被測定試料（被測定体）
Ｗ１ 凸レンズ（被測定体）
Ｗ２ 平行平板（被測定体）
Ｗ３ 傾斜ミラー（被測定体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測光装置に関する。例えば、基準光軸に沿って入射開口から入射する光束を測光する測光部を有し、被測定体からの光束を集光して入射開口に入射させて測光を行う測光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子の測光装置として、例えば、顕微分光装置が知られている。例えば、波長毎にグレーティングを回転し単一波長を取り出す分光器であるモノクロメータは、このような顕微分光装置の一例であり、反射測定、透過測定のいずれにも用いられている。
近年、検査時間の短縮化が望まれているため、分光装置としてはグレーティングを回転することなく各波長のスペクトル分布をラインセンサ等により同時測光できる分光器であるポリクロメータが注目されており、顕微分光反射率測定にポリクロメータが用いられる場合がある。
例えば、特許文献１には、反射対物レンズ、集光レンズ、ハーフミラーからなる顕微光学系と、ハーフミラーおよび反射対物レンズを介して試料に光を照射する光源部と、試料で反射され顕微光学系によって集光された光の分光スペクトルを取得するための測光分光部とを備える顕微測光装置が記載されている。
この顕微測光装置は、顕微分光反射率測定を行うものであって、測光分光部は、凹面回折格子とＣＣＤとを備えるポリクロメータになっている。
ただし、顕微分光反射率測定に加えて、光学素子の透過測定や反射率の角度依存性の測定等を、ポリクロメータで行えるようにした測光装置は知られていない。
例えば、特許文献２には、汎用分光光度計あるいは液体クロマトグラフ検出器として使用される分光光度計であるマルチチャンネル型分光光度計が記載されている。
このマルチチャンネル型分光光度計は、試料セル（被測定体）を透過した光束をスリット（入射開口）に入射し、凹面グレーティングによって分光し、分光されたスリットの像の光量をフォトダイオードアレイによって測定する測光装置であって、透過測定を行うポリクロメータである。
しかし、試料セルを透過した光束をスリットに直接入射する構成になっており、反射測定に対応しておらず顕微鏡も備えていないため、反射率の角度依存性の測定や顕微分光反射率測定は行えない構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８０６７４７号公報
【特許文献２】特許第３５７２６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光学素子は、反射率だけでなく透過率の測定が必要となることが多く、場合によっては角度依存性反射率の測定も必要になる。ところが、顕微分光反射率測定と、透過測定や反射率の角度依存性の測定を同一の装置で行うためには、透過測定、反射率の角度依存性の測定の際に、分光器のスリットにケラレてしまう可能性があり、高精度に測定できない。そのため、モノクロメータを用いた測光装置を用いる必要があり、測定に時間がかかってしまうという問題がある。
測定時間短縮のため、ポリクロメータを用いた分光器を用いて顕微分光反射率を測定すると、透過測定や反射率の角度依存性の測定は、他の測光装置に被測定体を移動して測定を行わなければならず、移動や測光装置の初期設定などの作業時間が取られる。このため、全体としては充分な時間短縮効果が得られないという問題がある。
また、同じ光学素子の測定のために複数の測光装置を用意しなければならず、設備コストが増大したり、測光装置の占有スペースが増大したりするという問題がある。
特許文献２に記載のポリクロメータの試料セルとスリットの間に顕微鏡を配置することも考えられるが、特許文献２に記載の測光装置に、顕微鏡のような倍率の高い集光光学系を配置しただけでは、試料セルからの透過光束や反射光束を分光器のスリットに入射させることができなくなり、入射できたとしてもケラレが生じて、測定精度が低下してしまうおそれがあるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、反射測定による測光に加え、少なくとも透過測定を含む他の測光を、迅速かつ高精度に行うことができる測光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、基準光軸に沿って入射開口から入射する光束を測光する測光部を有し、被測定体からの光束を集光して前記入射開口に入射させて測光を行う測光装置であって、前記被測定体の有効領域よりも大径の開口部を有し、前記被測定体を保持する保持台と、該保持台の姿勢を調整する調整ステージと、前記入射開口に焦点面を合わせて前記基準光軸に同軸に配置された集光光学系と、平行光束である測定光束を発生する光源部と、前記基準光軸に対し進退可能に設けられ、前記基準光軸上に進出した際に、前記測定光束を前記被測定体に収束光束として照射するとともに前記被測定体での反射光束を集光して、前記集光光学系に入射させる対物光学系と、前記測定光束を前記被測定体に照射し、該被測定体からの透過光束を前記集光光学系に入射させる透過測定光学系と、前記被測定体からの前記透過光束の光軸を調整する透過測定光軸調整部と、前記集光光学系を透過して前記入射開口に向かう光束の光軸の前記基準光軸に対するずれを観察する観察部と、を備え、前記反射光束を測定する際は前記調整ステージにより前記保持台により前記反射光束の光軸を調整し、前記透過光束を測定する際は前記透過測定光軸調整部により前記透過光束の光軸を調整する構成とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の測光装置において、前記測定光束の入射角を変えて前記被測定体に照射し、該被測定体からの反射光束を前記集光光学系に入射させる角度可変反射測定光学系と、前記被測定体からの前記反射光束の光軸を調整する角度可変反射測定光軸調整部と、を備える構成とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の測光装置において、前記光源部は、前記対物光学系に前記測定光束を入射する第１の光源ユニットと、前記透過測定光学系または前記角度可変反射測定光学系に前記測定光束を入射する第２の光源ユニットと、を備え、該第２の光源ユニットと、前記透過測定光学系および前記角度可変反射測定光学系との間に、前記第２の光源ユニットから出射される前記測定光束の光路を切り換える光路切換部が設けられた構成とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測光装置において、前記測光部は、前記入射開口から入射する光束を回折する回折格子と、該回折格子による回折光を受光する複数の受光部を有する受光素子と、を備える構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の測光装置によれば、集光光学系および対物光学系で構成される光学系と、集光光学系および透過測定光学系で構成される光学系とを備え、さらに調整ステージ、および透過測定光軸調整部を備えるため、反射測定による測光に加え、少なくとも透過測定を含む他の測光を、迅速かつ高精度に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る測光装置の概略光路を示す模式的な光路図である。
【図３】本発明の実施形態に係る測光装置に用いる被測定体の例を示す模式的な正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る測光装置に用いる光路切換部の模式的な平面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る測光装置に用いる透過測定光学系および透過測定光軸調整部の構成を示す模式的な正面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る測光装置に用いる角度可変反射測定光学系および角度可変反射測定光軸調整部の構成を示す模式的な正面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る測光装置による透過測定の模式的な光路図である。
【図８】本発明の実施形態に係る測光装置による角度可変反射測定の模式的な光路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施形態の測光装置について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の実施形態に係る測光装置の概略光路を示す模式的な光路図である。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る測光装置に用いる被測定体の例を示す模式的な正面図である。図４は、本発明の実施形態に係る測光装置に用いる光路切換部の模式的な平面図である。図５は、本発明の実施形態に係る測光装置に用いる透過測定光学系および透過測定光軸調整部の構成を示す模式的な正面図である。図６は、本発明の実施形態に係る測光装置に用いる角度可変反射測定光学系および角度可変反射測定光軸調整部の構成を示す模式的な正面図である。
【００１３】
本実施形態の分光測定装置１は、図１、２に示すように、被測定試料Ｗ（被測定体、図２参照）の顕微分光反射測定、透過光束の分光測定（以下、透過測定と称する）、分光反射の角度依存性の測定（以下、角度可変反射測定と称する）を行う測光装置である。いずれの測定も、分光強度、または分光相対強度（反射率または透過率）の測定が可能である。
分光測定装置１の概略構成は、図１に示すように、被測定体保持部６、顕微分光反射率測定部１０、光源ユニット３（光源部、第２の光源ユニット）、光路切換部４、透過測定用偏向部５、および角度可変測定用偏向部７を備える。
【００１４】
被測定体保持部６は、被測定試料Ｗを測定時に保持するもので、顕微分光反射測定、透過測定、および角度可変反射測定の各測定に共通に用いられる。
被測定体保持部６の概略構成は、被測定試料Ｗを後述する基準光軸Ｏ０上で顕微分光反射率測定部１０と透過測定用偏向部５との間に保持するために設けられた保持台部６ａ（保持台）と、保持台部６ａを水平面に対して傾斜させるチルトステージ６Ａと、チルトステージ６Ａを水平面内の２軸方向に移動可能に支持するシフトステージ６Ｂとを備える。
本実施形態では、保持台部６ａは、チルトステージ６Ａの上部に設けられている。
また、保持台部６ａ、チルトステージ６Ａ、およびシフトステージ６Ｂの中心部には、図２に示すように、透過測定の対象となる被測定試料Ｗの有効領域よりも大径の開口部６ｂが鉛直方向に貫通して設けられている。
シフトステージ６Ｂは、水平に載置された板状の基台２Ａに設置された架台２Ｄ上に固定されている。これにより、被測定体保持部６は、基台２Ａの上方の一定高さに支持されている。
また、架台２Ｄには、図１に示すように、被測定体保持部６の開口部６ｂと重なる範囲に、開口部６ｂよりも大径の開口部２ａが貫通して設けられている。
【００１５】
被測定試料Ｗは特に限定されないが、例えば、レンズ、光学フィルタ、反射ミラー、プリズム等の光学素子などを挙げることができる。
以下の説明では、被測定試料Ｗの具体例として、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、平凸レンズからなる凸レンズＷ１、光学ガラス製の平行平板Ｗ２、基準受面に対して４５°だけ傾斜した反射面を有する断面が直角二等辺三角形状の傾斜ミラーＷ３を用いて説明する場合がある。
【００１６】
以下では、分光測定装置１における方向を示す場合に、分光測定装置１に固定したＸＹＺ座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を参照する場合がある。このＸＹＺ座標系は、ＸＹ平面が水平面に一致し鉛直上向きがＺ軸の正方向とされ、Ｙ軸の負方向から正方向に向かう方向が正面図を見る方向になっている。すなわち、Ｘ軸の正方向は、図１において紙面左側から右側に向かう方向であり、Ｙ軸の負方向は、同じく紙面手前側から奥側に向かう方向である。
【００１７】
保持台部６ａの構成は、被測定試料Ｗを測定中に保持台部６ａ上で動かないように保持するとともに、透過測定を行う際に開口部６ｂを通して被測定試料Ｗに下方から照射される測定光束を遮らないように、被測定試料Ｗの有効領域を開口部６ｂの内側に重ねて保持できる適宜の構成を採用することができる。
例えば、保持台部６ａとして、面、角、突起などで形成された鉛直方向の受け部と、被測定試料Ｗを水平方向または鉛直下方に押圧する押え部とからなる構成を採用することができる。また、被測定試料Ｗの質量や形状によって、鉛直方向の受け部に載置するのみで安定して保持できる場合には、押え部を有しない構成としてもよい。
チルトステージ６Ａの構成は、測定に必要となる傾斜角の角度範囲で傾動する適宜の傾動ステージを採用することができる。
シフトステージ６Ｂの構成は、例えば、ねじ送り機構を用いた２軸移動ステージを採用することができる。
【００１８】
このような構成により、チルトステージ６Ａは、保持台である保持台部６ａの姿勢を調整する調整ステージを構成している。
【００１９】
顕微分光反射率測定部１０は、図２に示すように、光源ユニット１１（光源部、第１の光源ユニット）、ハーフミラー１２、対物光学系１７、集光光学系１３、第１ビームスプリッタ１４、分光器１５（測光部）、観察部１６、および表示ユニット１８を備える。
本実施形態では、光源ユニット１１、ハーフミラー１２、対物光学系１７、集光光学系１３、第１ビームスプリッタ１４、分光器１５、および観察部１６は、筐体１０ａに固定され、表示ユニット１８は、筐体１０ａの外部に配置され、ケーブル１９によって分光器１５および観察部１６と電気的に接続されている。
【００２０】
また、分光器１５、第１ビームスプリッタ１４、集光光学系１３、およびハーフミラー１２は、分光器１５によって測光を行うための入射光軸で規定される分光測定装置１の基準光軸Ｏ０上に、この順に配置されている。本実施形態では、基準光軸Ｏ０は、Ｚ軸に平行となるように設定されている。
光源ユニット１１はハーフミラー１２の側方に配置されている。また、観察部１６は、第１ビームスプリッタ１４の側方に配置されている。
【００２１】
対物光学系１７は、図１に示すように、対物鏡筒９ｂに収容され、筐体１０ａの下面に設けられたレボルバ９に装着されている。
レボルバ９は、Ｚ軸に平行な回転軸９ａを中心に回転可能に設けられており、対物光学系１７を回転移動することにより、対物光学系１７のレンズ光軸が基準光軸Ｏ０上に整列する進出位置と、対物光学系１７が基準光軸Ｏ０に沿う光路上から退避する退避位置とを切り換えることができるようになっている。
また、レボルバ９は、回転軸９ａに関して対物光学系１７と軸対称となる位置に、Ｚ軸に沿う貫通孔等からなる光透過部９ｃが形成されている。このため、レボルバ９を、回転して光透過部９ｃの中心を基準光軸Ｏ０に整列させると、対物光学系１７は退避位置に移動する。このように、光透過部９ｃの中心を基準光軸Ｏ０に整列させると、基準光軸Ｏ０上を進む光束が光量損失を起こすことなく透過できるようになっている。
以下では、特に断らない限り、図２に示すように、対物光学系１７が進出位置に位置しているものとして説明する。
【００２２】
筐体１０ａは、図１に示すように、基準光軸Ｏ０が保持台部６ａの略中心を通るように、基台２Ａ上で被測定体保持部６よりもＸ軸負方向側に立設された支持柱２Ｃの側部において、Ｚ軸に沿う方向に移動可能に設けられた移動ステージ８を介して固定されている。これにより、筐体１０ａは、被測定体保持部６の上方で、Ｚ軸に沿う方向に移動可能に支持されている。
【００２３】
図２に示すように、光源ユニット１１は、ハーフミラー１２を介して、対物光学系１７に白色の平行光束である測定光束Ｌ１を入射するもので、光源１１Ａと、コリメート光学系１１Ｂとを備える。
光源１１Ａは、白色光を発生するもので、例えば、ハロゲンランプ、重水素ランプなどを採用することができる。
コリメート光学系１１Ｂは、光源１１Ａで発生した光束を集光して平行光束とし、測定光束Ｌ１を形成するものである。本実施形態では、Ｘ軸に平行な軸線である光軸Ｏ１に沿って光源１１ＡからＸ軸正方向側に向かって、集光レンズ１１ａ、ピンホール板１１ｂ、およびコリメータレンズ１１ｃがこの順に配置されている。
集光レンズ１１ａは、光源１１Ａで発生した光束を集光して、ピンホール板１１ｂを照明するレンズである。
ピンホール板１１ｂは、被測定試料Ｗの被測定面Ｓの一部をスポット状に照明するため、集光レンズ１１ａによって集光された光束の透過範囲を規制するピンホール１１ｄを備える絞り部材である。
コリメータレンズ１１ｃは、ピンホール１１ｄから出射された発散光束を平行光束とするため、焦点位置がピンホール１１ｄの中心に一致するように配置されたレンズまたはレンズ群である。
【００２４】
ハーフミラー１２は、対物光学系１７および集光光学系１３の間の光路上で、コリメータレンズ１１ｃに対向する位置に配置され、コリメータレンズ１１ｃを透過した測定光束Ｌ１の一部を対物光学系１７側に反射して、基準光軸Ｏ０の軸上光束である測定光束Ｌ２として、対物光学系１７に入射させるとともに、Ｚ軸負方向側から入射した光束の一部をＺ軸正方向側に透過させるものである。
なお、ハーフミラー１２の位置は、予め、光源ユニット１１から出射される測定光束Ｌ１１の光軸Ｏ１が、基準光軸Ｏ０に一致するように調整されている。例えば、分光測定装置１の製造時に光軸合わせされて位置が固定されている。ただし、経時的な位置の変化を修正することができるように、光軸調整機構を備えた構成としてもよい。
【００２５】
対物光学系１７は、進出位置に移動された際に、ハーフミラー１２で反射された測定光束Ｌ２を、対物光学系１７に対向して保持された被測定試料Ｗの被測定面Ｓに向けて集光して測定光束Ｌ３を形成するとともに、測定光束Ｌ３が被測定面Ｓで反射された光束である測定光束Ｌ４を集光して、平行光束である測定光束Ｌ５を形成するレンズまたはレンズ群である。このため、対物光学系１７としては、無限遠設計のレンズまたはレンズ群を採用している。
【００２６】
集光光学系１３は、基準光軸Ｏ０の軸上光束として進む平行光束を、後述する分光器１５の入射開口であるピンホール１５ｂ内に結像させるレンズまたはレンズ群であり、ピンホール１５ｂに焦点面を合わせて基準光軸Ｏ０と同軸に配置されている。
【００２７】
第１ビームスプリッタ１４は、集光光学系１３と分光器１５の間の光路上に配置され、集光光学系１３によって集光される測定光束Ｌ６の光路を、基準光軸Ｏ０に沿って透過する測定光束Ｌ７の光路と、基準光軸Ｏ０に交差する方向に進む測定光束Ｌ８の光路とに分岐する光路分岐部材である。
【００２８】
分光器１５は、ピンホール板１５ａ、凹面グレーティング１５ｃ（回折格子）、およびラインセンサ１５ｄ（複数の受光部を有する受光素子）を備え、ピンホール板１５ａの中心部に設けられた入射開口であるピンホール１５ｂから入射された光束を、凹面グレーティング１５ｃによって回折することにより波長毎に分解して、ラインセンサ１５ｄ上の異なる位置に結像し、ラインセンサ１５ｄの出力から、測定光束Ｌ７の分光強度を示す分光スペクトル信号を取得する測光部である。
分光器１５は、ピンホール１５ｂの中心を通る入射光軸が基準光軸Ｏ０と一致しており、分光器１５のピンホール１５ｂは集光光学系１３の焦点位置に配置されている。
ラインセンサ１５ｄとしては、分光強度を適宜の分解能で取得する複数の受光部を有する受光素子であれば、特に限定されない。例えば、フォトダイオードアレイなどの受光素子を採用することができる。
また、分光器１５は、ケーブル１９を介して表示ユニット１８と電気的に接続され、分光スペクトル信号を表示ユニット１８に送出できるようになっている。
【００２９】
観察部１６は、集光光学系１３に入射する光束の光軸の基準光軸Ｏ０に対するずれを観察するためのものであり、第２ビームスプリッタ１６ａ、第１撮像素子１６ｂ、コリメータレンズ１６ｃ、および第２撮像素子１６ｄを備える。これにより、第１ビームスプリッタ１４によって反射された測定光束Ｌ８を用いて、集光光学系１３に入射する光束の光軸の、基準光軸Ｏ０に直交する方向の平行ずれ（以下、光軸シフトと称する）と、基準光軸Ｏ０に対する傾斜（チルト）（以下、光軸チルトと称する）とをそれぞれ観察できるようになっている。
【００３０】
第２ビームスプリッタ１６ａは、測定光束Ｌ８の一部を透過して第１撮像素子１６ｂに入射させ、測定光束Ｌ８の他を反射してコリメータレンズ１６ｃに入射させる光路分岐部材である。以下、第２ビームスプリッタ１６ａを透過した測定光束Ｌ８を、単に、「測定光束Ｌ８の透過光束」、同じく第２ビームスプリッタ１６ａで反射された測定光束Ｌ８を、単に、「測定光束Ｌ８の反射光束」と称する。
【００３１】
第１撮像素子１６ｂは、光電変換を行う２次元撮像素子からなり、測定光束Ｌ８の透過光束の光路上で、集光光学系１３の後側焦点面と等価となる位置に撮像面が配置されている。第１撮像素子１６ｂとしては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ撮像デバイスなどを採用することができる。
このため、第１撮像素子１６ｂによれば、ピンホール板１５ａ上の光像と等価な光像を観察することができる。
なお、第１ビームスプリッタ１４によって反射される基準光軸Ｏ０と第１撮像素子１６ｂの撮像面との交点に位置する画素は、第１撮像素子１６ｂの撮像面上で基準光軸Ｏ０と等価な位置であり、第１撮像素子１６ｂの取付時に、予め求められている。以下では、この位置を第１撮像素子１６ｂ上の基準位置と称する。
第１撮像素子１６ｂは、ケーブル１９を介して表示ユニット１８と電気的に接続され、撮像した画像信号を表示ユニット１８に送出できるようになっている。
【００３２】
コリメータレンズ１６ｃと、光電変換を行う２次元撮像素子からなる第２撮像素子１６ｄとは、測定光束Ｌ８の反射光束の光路上で第２ビームスプリッタ１６ａ側からこの順に配置されている。第２撮像素子１６ｄは、第１撮像素子１６ｂと同様の構成を採用することができる。
コリメータレンズ１６ｃは、その前側焦点面が、測定光束Ｌ８の反射光束の光路上で集光光学系１３の焦点面と等価となる位置に配置されている。このため、測定光束Ｌ８の反射光束は、集光光学系１３の後側焦点面の等価面で集光されてから発散してコリメータレンズ１６ｃに入射し、コリメータレンズ１６ｃよって平行光束化された状態で、第２撮像素子１６ｄに向けて投影される。例えば、対物光学系１７が進出位置にある場合には、第２撮像素子１６ｄは、対物光学系１７の瞳像が投影されることになる。
なお、第１ビームスプリッタ１４および第２ビームスプリッタ１６ａによって反射される基準光軸Ｏ０と第２撮像素子１６ｄの撮像面との交点に位置する画素は、第２撮像素子１６ｄの撮像面上で基準光軸Ｏ０と等価な位置であり、第２撮像素子１６ｄの取付時に、予め求められている。以下では、この位置を第２撮像素子１６ｄ上の基準位置と称する。
第２撮像素子１６ｄは、ケーブル１９を介して表示ユニット１８と電気的に接続され、撮像した画像信号を表示ユニット１８に送出できるようになっている。
【００３３】
表示ユニット１８は、ケーブル１９を介して分光器１５、第１撮像素子１６ｂ、および第２撮像素子１６ｄから送出される分光スペクトル信号、および各画像信号に適宜の演算処理を施して、画像、グラフ、文字などからなる表示情報に変換し、これらの表示情報を表示するものである。
表示ユニット１８の構成は、表示する情報の種類を選択する等の操作を行う操作部１８ａと、分光器１５、第１撮像素子１６ｂ、および第２撮像素子１６ｄとケーブル１９により電気的に接続され、受信した信号に演算処理を施して表示情報を生成する処理部１８ｂと、処理部１８ｂが生成した表示情報を表示画面に表示する表示部１８ｃとを備える。
【００３４】
光源ユニット３は、透過測定と、角度可変測定と行うための平行光束である測定光束Ｌ１１を発生するもので、光源３Ａと、コリメート光学系３Ｂとを備え、被測定体保持部６に対して、Ｚ軸負方向側かつＸ軸負方向側の位置に配置されている。
光源３Ａは、白色光を発生するもので、光源１１Ａと同様な構成を採用することができる。
コリメート光学系３Ｂは、光源３Ａで発生した光束を集光して平行光束とし、測定光束Ｌ１１を形成するものである。本実施形態では、Ｘ軸に平行な軸線である光軸Ｏ２に沿って光源３ＡからＸ軸正方向に向かって、集光レンズ３ａ、ピンホール板３ｂ、およびコリメータレンズ３ｃがこの順に配置されている。
集光レンズ３ａは、光源３Ａで発生した光束を集光して、ピンホール板３ｂを照明するレンズである。
ピンホール板３ｂは、近似的な点光源を構成するため、集光レンズ３ａによって集光された光束の透過範囲を規制するピンホール３ｄを備える絞り部材である。
コリメータレンズ３ｃは、ピンホール３ｄから出射された発散光束を平行光束とするため、焦点位置がピンホール３ｄの中心に一致するように配置されたレンズまたはレンズ群である。
【００３５】
光路切換部４は、光源ユニット３から出射された測定光束Ｌ１１の光路を、直進する光路と、光軸Ｏ２に交差する方向に進む光路とに選択的に切り換えるものである。本実施形態では、図１に示すように、光路切換部４はミラー４Ａおよびミラー移動ステージ４Ｂを備える。
【００３６】
ミラー４Ａは、測定光束Ｌ１１の光軸Ｏ２を反射してＺ軸正方向に進む測定光束Ｌ２１を形成する部材であり、本実施形態では、取付基準面に対して４５°傾斜した偏向面Ｒ４を有する三角ミラーを採用し、光軸Ｏ２をＺ軸正方向に向かう光軸Ｏ４に反射するようにしている。
【００３７】
ミラー移動ステージ４Ｂは、ミラー４Ａの取付基準面が水平となる状態で、ミラー４ＡをＹ軸に沿う方向に移動可能に保持するものである。
本実施形態では、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基台２Ａ上に固定するベース４ａと、ベース４ａ上でＹ軸方向に延ばして配置されたスライドガイド４ｂと、スライドガイド４ｂに沿って移動し上面にミラー４Ａを保持するスライダ４ｃと、スライダ４ｃの移動位置を規制する一対のストッパ４ｄ、４ｅと、スライダ４ｃを移動させるためスライダ４ｃのＹ軸負方向側の側面に固定された操作レバー４ｆとを備える。
ストッパ４ｄは、Ｙ軸負方向側に配置され、図４（ａ）に示すように、ミラー４Ａが測定光束Ｌ１１の光路から完全に退避した位置でスライダ４ｃの側面を係止してスライダ４ｃの移動を規制する部材である。
ストッパ４ｅは、Ｙ軸正方向側に配置され、図４（ｂ）に示すように、ミラー４Ａのミラー有効領域が測定光束Ｌ１１の光路上に進出した位置でスライダ４ｃの側面を係止してスライダ４ｃの移動を規制する部材である。
【００３８】
このような構成により、操作レバー４ｆをＹ軸負方向に移動してスライダ４ｃをストッパ４ｅに当接させると、測定光束Ｌ１１が直進する状態となる。また、操作レバー４ｆをＹ軸負方向に移動してスライダ４ｃをストッパ４ｄに当接させると、図２に示すように、光軸Ｏ２上を進む測定光束Ｌ１１が偏向面Ｒ４に入射し、偏向面Ｒ４によって偏向され、光軸Ｏ４上を進む測定光束Ｌ２１が形成される。
【００３９】
透過測定用偏向部５は、図１、５に示すように、光路切換部４によってミラー４Ａが測定光束Ｌ１１の光路上から退避した際に、測定光束Ｌ１１をＺ軸正方向側に偏向して被測定体保持部６の下方側から基準光軸Ｏ０上に入射させ、被測定体保持部６上の被測定試料Ｗに透過させるためのものである。
本実施形態では、透過測定用偏向部５は、ミラー５Ａ、チルトステージ５Ｂ、およびシフトステージ５Ｃを備える。
【００４０】
ミラー５Ａは、測定光束Ｌ１１の光軸Ｏ２を反射してＺ軸正方向に進む測定光束Ｌ１２を形成する部材であり、本実施形態では、取付基準面に対して４５°傾斜した偏向面Ｒ５を有する三角ミラーを採用している。
【００４１】
チルトステージ５Ｂは、ミラー５Ａを保持した状態で、ミラー５Ａの偏向面Ｒ５の光軸Ｏ２に対する傾斜角を可変し、測定光束Ｌ１２の光軸Ｏ３の基準光軸Ｏ０に対するチルト量を調整するものである。
チルトステージ５Ｂの構成は、光軸Ｏ３のチルト量の調整に必要となる角度範囲で傾動する適宜の傾動ステージを採用することができる。
シフトステージ５Ｃは、チルトステージ５ＢをＸ軸に沿う方向に移動可能に支持し、これにより光軸Ｏ３の基準光軸Ｏ０に対するＸ軸に沿う方向のシフト量を調整するものである。
シフトステージ５Ｃの構成は、例えば、ねじ送り機構を用いた１軸移動ステージを採用することができる。
【００４２】
このような構成により、透過測定用偏向部５は、測定光束Ｌ１２の光軸Ｏ３を基準光軸Ｏ０に一致させて被測定試料Ｗに照射し、被測定試料Ｗからの透過光束を集光光学系１３に入射させる透過測定光学系を構成している。
また、チルトステージ５Ｂおよびシフトステージ５Ｃは、透過測定光学系において測定光束Ｌ１２の光軸Ｏ３を調整する透過測定光軸調整部を構成している。
【００４３】
角度可変測定用偏向部７は、図１、５に示すように、光路切換部４によってミラー４Ａが測定光束Ｌ１１の光路上に進出した際に形成される測定光束Ｌ２１を偏向して、被測定体保持部６上の被測定試料Ｗの被測定面Ｓに対する入射角を可変し、被測定試料Ｗからの反射光束である測定光束Ｌ２３（図３参照）を集光光学系１３に入射させるためのものである。
角度可変測定用偏向部７は、本実施形態では、ミラー７Ａ、チルトステージ７Ｂ、およびシフトステージ７Ｃを備える。少なくともミラー７Ａが被測定体保持部６よりもＺ軸正方向側となる位置で、支持壁体２Ｂに固定されている。
【００４４】
ミラー７Ａは、測定光束Ｌ２１の光軸Ｏ４を反射して、基準光軸Ｏ０に対して斜めに傾斜する光軸Ｏ５上を進む測定光束Ｌ２２を形成する部材であり、本実施形態では、取付基準面に対して４５°傾斜した偏向面Ｒ７を有する三角ミラーを採用している。
図６に示すように、光軸Ｏ４に対して光軸Ｏ５のなす角２・φは（φは、偏向面Ｒ７に対する測定光束Ｌ２１の入射角および出射角）、被測定試料Ｗに対する角度可変反射測定に必要な被測定面Ｓに対する入射角θ（図３（ｂ）参照）によって異なる。本実施形態では、光軸Ｏ４と基準光軸Ｏ０とは平行であるため、φ＝θとすればよい。
例えば、被測定試料Ｗの一例として傾斜ミラーＷ３を用いて測定を行い、被測定面Ｓ３に対する入射角をθ＝４５（°）とする場合には、２・φ＝９０（°）とすればよい。
【００４５】
チルトステージ７Ｂは、図７に示すように、ミラー７Ａの基準取付面がＺＹ平面に略平行となるように保持した状態から、ミラー７Ａの偏向面Ｒ７の光軸Ｏ４に対する傾斜角を変えて、測定光束Ｌ２２の被測定体保持部６上の被測定面Ｓに対する入射角θを変更するとともに、被測定面Ｓで反射された測定光束Ｌ２３の光軸の基準光軸Ｏ０に対するチルト量を微調整するものである。
チルトステージ７Ｂの構成は、角度可変反射測定において変更する被測定面Ｓに対する入射角の範囲で傾動する適宜の傾動ステージを採用することができる。また、チルトステージ７Ｂは、粗動傾動機構と微動傾動機構とを備える傾動ステージであればより好ましい。この場合、測定光束Ｌ２３の光軸のチルト量の微調整がより容易となる。
シフトステージ７Ｃは、チルトステージ７ＢをＺ軸に沿う方向に移動可能に支持し、これにより測定光束Ｌ２１に対する偏向位置を変化させ、測定光束Ｌ２２の被測定面Ｓに対する照射位置を調整するものである。
シフトステージ７Ｃの構成は、例えば、ねじ送り機構を用いた１軸移動ステージを採用することができる。
【００４６】
このような構成により、角度可変測定用偏向部７は、測定光束Ｌ２２の被測定面Ｓに対する入射角を変えて測定光束Ｌ２２を被測定試料Ｗに照射し、被測定試料Ｗからの反射光束を集光光学系１３に入射させる角度可変反射測定光学系を構成している。
また、チルトステージ７Ｂおよびシフトステージ７Ｃは、角度可変反射測定光学系において被測定面Ｓからの反射光束である測定光束Ｌ２３の光軸を調整する角度可変反射測定光軸調整部を構成している。
【００４７】
次に、本実施形態の分光測定装置１の動作について説明する。
図７は、本発明の実施形態に係る測光装置による透過測定の模式的な光路図である。図８は、本発明の実施形態に係る測光装置による角度可変反射測定の模式的な光路図である。
【００４８】
まず、分光測定装置１で、顕微分光反射率測定を行うには、図２に示すように、光源ユニット３からの測定光束Ｌ１１の出射を停止し、顕微分光反射率測定部１０と被測定体保持部６とを用いて、以下のようにして測定を行う。なお、以下では、一例として、被測定試料Ｗが凸レンズＷ１であり、被測定面Ｓが凸レンズＷ１の凸面である被測定面Ｓ１の場合の例で説明する。
【００４９】
まず、図２に示すように、被測定体保持部６の保持台部６ａに被測定面Ｓ１が上方に向いた状態で凸レンズＷ１を保持させる。
また、レボルバ９（図１参照）を回転して、対物光学系１７を基準光軸Ｏ０と同軸となる位置に進出させる。また、移動ステージ８を駆動して顕微分光反射率測定部１０をＺ軸方向に移動して、対物光学系１７の焦点位置が被測定面Ｓ１上の測定箇所に合うように、顕微分光反射率測定部１０を位置調整する。
【００５０】
次に、光源ユニット１１の光源１１Ａを点灯する。これにより、ピンホール板１１ｂのピンホール１１ｄを透過して発散する光束がコリメータレンズ１１ｃで平行光束化されて光軸Ｏ１の軸上光束である測定光束Ｌ１１が発生する。
測定光束Ｌ１１は、ハーフミラー１２に到達すると一部がＺ軸負方向側に反射されて基準光軸Ｏ０上を進む測定光束Ｌ２が形成される。測定光束Ｌ２は、対物光学系１７に入射すると対物光学系１７の焦点面に集光され、凸レンズＷ１の被測定面Ｓ１にピンホール１１ｄの像が投影される。
【００５１】
被測定面Ｓ１からの反射光束である測定光束Ｌ４は、対物光学系１７の開口角の範囲に入射した部分が、対物光学系１７によって集光されて測定光束Ｌ５としてハーフミラー１２に入射し、その一部が透過して直進して、集光光学系１３に到達する。
測定光束Ｌ５は、集光光学系１３を透過すると、集光光学系１３の焦点面に向かって集光する収束光束である測定光束Ｌ６として出射され、第１ビームスプリッタ１４に到達する。
【００５２】
第１ビームスプリッタ１４では、測定光束Ｌ６の光路が、第１ビームスプリッタ１４を透過する測定光束Ｌ７と、第１ビームスプリッタ１４で反射される測定光束Ｌ８とに分岐される。
測定光束Ｌ７は、顕微分光反射率測定部１０のＺ軸に沿う方向の位置を調整することにより、測定光束Ｌ３が照射される被測定面Ｓ１と分光器１５のピンホール１５ｂとを共役の位置関係にしているため、集光されてピンホール１５ｂの中心に入射する。
ピンホール１５ｂに入射した光束は、凹面グレーティング１５ｃによって回折され、ラインセンサ１５ｄのセンサ面上の波長に対応した位置に結像される。これにより、ラインセンサ１５ｄ上の各受光部により、波長毎に強度が測定され、分光スペクトル信号が生成される。
分光スペクトル信号は、ケーブル１９を介して処理部１８ｂに送出される。
【００５３】
表示ユニット１８では、操作部１８ａからの操作入力に応じて、分光スペクトル信号に基づく表示情報が選択された場合には、例えば、分光強度のグラフ等の表示情報が表示部１８ｃに表示される。
このようにして、顕微分光による分光スペクトルが得られる。また、予め相対反射率を測定するための基準サンプルにて同様の顕微分光測定を行って、基準分光スペクトルとして処理部１８ｂに記憶し、処理部１８ｂによって、凸レンズＷ１に対して測定された分光スペクトルを基準分光スペクトルで割る演算を行うことにより、凸レンズＷ１の相対分光反射率を測定することができる。この測定結果は、操作部１８ａからの操作入力に応じて、表示部１８ｃに表示させることができる。
このようにして、分光測定装置１を用いて顕微分光反射率測定を行うことができる。
【００５４】
一方、測定光束Ｌ８は、観察部１６に入射し、第２ビームスプリッタ１６ａによって、透過光束の光路と反射光束の光路とに光路が分岐され、それぞれの光路上で、集光光学系１３の焦点面に対する等価焦点面に集光される。
【００５５】
測定光束Ｌ８の透過光束の光路上では、測定光束Ｌ８の透過光束が第１撮像素子１６ｂの像面に集光される。第１撮像素子１６ｂの撮像面と対物光学系１７の焦点面とは共役の位置関係にあるため、第１撮像素子１６ｂは、凸レンズＷ１の被測定面Ｓ１上に投影された光像が撮像される。
第１撮像素子１６ｂの画像信号は、ケーブル１９を介して処理部１８ｂに送出され、操作部１８ａからの操作入力に応じて、画像信号に対応した画像が表示部１８ｃに表示される。
例えば、被測定試料Ｗの被測定面Ｓが基準光軸Ｏ０に対して傾斜している場合や、光源ユニット１１やハーフミラー１２の調整時の誤差等によって、測定光束Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の光軸が基準光軸Ｏ０に対して傾斜し、光軸チルトが発生している場合には、測定光束Ｌ７の集光位置がピンホール１５ｂから外れる。このとき、第１撮像素子１６ｂ上でも、光軸チルトに対応して第１撮像素子１６ｂの基準位置からの光像の位置ずれが起こるため、第１撮像素子１６ｂによって撮像した画像を観察することで、光軸チルトの有無を観察することができる。したがって、光源ユニット１１やハーフミラー１２の位置が原因であれば、調整し直す等の処置が可能である。
【００５６】
測定光束Ｌ８の反射光束の光路上では、測定光束Ｌ８の反射光束が集光光学系１３の透過焦点面に集光された後、コリメータレンズ１６ｃで集光されて平行光束となった状態で、第２撮像素子１６ｄの撮像面に投影される。したがって、第２撮像素子１６ｄの撮像面には、対物光学系１７の瞳像が投影される。
このため、例えば、測定光束Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の光軸に光軸チルトが発生している場合には、第２撮像素子１６ｄの基準位置からの光像の位置ずれ量が、第１撮像素子１６ｂ上での位置ずれ量よりも大きくなるため、第２撮像素子１６ｄで撮像した画像を観察することで、光像の位置ずれをより高感度に観察することができる。
また、万一、対物光学系１７の光軸が基準光軸Ｏ０に対して光軸シフトを起こしている場合には、第１撮像素子１６ｂでは、光像の位置ずれを観察することができないが、第２撮像素子１６ｄで撮像した画像によれば、光軸シフトに対応した光像の位置ずれを観察することができる。
このような集光光学系１３に入射する光束の光軸シフトは、後述する透過測定および角度可変反射測定では頻繁に起こる可能性がある。
このように、第２撮像素子１６ｄでは、光軸チルトと光軸シフトとによる光像の位置ずれが合成された状態で観察されるため、まず、第１撮像素子１６ｂで観察される光軸チルトを解消した後に、第２撮像素子１６ｄの観察を行えば、光軸シフトによる光像の位置ずれを観察することができる。
【００５７】
次に、分光測定装置１によって、透過測定を行う場合の動作について説明する。
例えば、図７に示すように、平行平板Ｗ２のような被測定試料Ｗでは、上面側の表面である被測定面Ｓ２における顕微分光反射率測定のみならず、平行平板Ｗ２の透過測定を行うことが必要になる場合が多い。
【００５８】
分光測定装置１によって、透過測定を行うには、図７に示すように、光源ユニット１１を消灯し、レボルバ９を回転して対物光学系１７を基準光軸Ｏ０上の光路から退避させ、光透過部９ｃの中心を基準光軸Ｏ０上に位置させる。
次に、光源ユニット３を点灯して、光源ユニット３から測定光束Ｌ１１を出射させる。
そして、図４（ａ）に示すように、光路切換部４の操作レバー４ｆをＹ軸負方向に移動してストッパ４ｄにスライダ４ｃを係止し、ミラー４Ａを測定光束Ｌ１１の光路から退避させる。
このため、図７に示すように、測定光束Ｌ１１は、直進して、ミラー５Ａの偏向面Ｒ５に到達して偏向され、光軸Ｏ３に沿ってＺ軸正方向に進む測定光束Ｌ１２が形成される。
【００５９】
測定光束Ｌ１２は、被測定体保持部６の開口部６ｂの内部を通過して平行平板Ｗ２を透過し、上記顕微分光反射率測定における測定光束Ｌ５と同様にして、ハーフミラー１２、集光光学系１３に順次入射して、集光光学系１３により収束光束である測定光束Ｌ１３として、第１ビームスプリッタ１４に入射する。
このため、上記顕微分光反射率測定の測定光束Ｌ７、Ｌ８に対応して、測定光束Ｌ１４、Ｌ１５に分岐される。
ここで、光軸Ｏ３が、基準光軸Ｏ０に一致している場合には、測定光束Ｌ１４が、ピンホール１５ｂに入射し、上記顕微分光反射率測定の測定光束Ｌ７と同様にして、分光スペクトルを測定することができ、必要に応じて相対分光透過率を測定、表示することができる。
【００６０】
ところが、光源ユニット３および透過測定用偏向部５は、顕微分光反射率測定部１０とは別体になっているため、例えば顕微分光反射率測定部１０の移動に際して、移動ステージ８の走り誤差などによって、光源ユニット３および透過測定用偏向部５に対する基準光軸Ｏ０の位置や姿勢が変化する場合がある。
そこで、本実施形態の透過測定では、操作部１８ａによって、表示部１８ｃに第１撮像素子１６ｂ、および第２撮像素子１６ｄで撮像した画像を表示させ、測定光束Ｌ１４の光軸の光軸チルトおよび光軸シフトを観察する。そして、表示部１８ｃの表示を見ながら、チルトステージ５Ｂおよびシフトステージ５Ｃを駆動して、光軸チルトおよび光軸シフトを解消し、光軸Ｏ３を基準光軸Ｏ０に一致させる。
例えば、第１撮像素子１６ｂの画像における光像が、第１撮像素子１６ｂの基準位置に移動するように、チルトステージ５Ｂを調整して、光軸チルトを解消する。
次に、第２撮像素子１６ｄの画像における光像が、第２撮像素子１６ｄの基準位置に移動するように、シフトステージ５Ｃを調整して、光軸シフトを解消する。
この位置調整によって、第１撮像素子１６ｂ上の光像が基準位置からずれた場合には、同様の調整をさらに繰り返して、いずれの光像も基準位置に移動するまで調整を続ける。
【００６１】
このような光軸調整が終了したら、分光器１５による測定を開始する。
上記の光軸調整により、光軸Ｏ３は基準光軸Ｏ０上に整列しているため、測定光束Ｌ１４は、ピンホール１５ｂによってけられることなく分光器１５内に入射する。このため、測定光束Ｌ１４の分光スペクトルを高精度に測定することができる。
また、光軸シフトが解消されているため、基準光軸Ｏ０上で平行平板Ｗ２を透過した測定光束による測定が行われており、測定位置のずれによる測定誤差が抑制される。
【００６２】
このようにして、透過測定による分光スペクトルが得られる。したがって、予め相対透過率を測定するために、被測定試料Ｗ等のサンプルを設置しない状態で同様の透過測定を行いその値を１００％の透過率とし、基準分光スペクトルとする。その値を処理部１８ｂに記憶し、処理部１８ｂによって、平行平板Ｗ２に対して測定された分光スペクトルを基準分光スペクトルで割る演算を行うことにより、平行平板Ｗ２の相対分光透過率を測定することができる。この測定結果は、操作部１８ａからの操作入力に応じて、表示部１８ｃに表示させることができる。
以上で、透過測定が終了する。
【００６３】
次に、分光測定装置１によって、角度可変反射測定を行う場合の動作について説明する。
例えば、図８に示すように、傾斜ミラーＷ３のような被測定試料Ｗでは、使用時の光線入射角は、０°ではないため、反射率の角度依存性を測定するために角度可変反射測定を行うことが必要になる場合が多い。
【００６４】
分光測定装置１によって、角度可変反射測定を行うには、図８に示すように、光源ユニット１１を消灯し、レボルバ９を回転して対物光学系１７を基準光軸Ｏ０上の光路から退避させ、光透過部９ｃの中心を基準光軸Ｏ０上に位置させる。
また、保持台部６ａ上に、傾斜ミラーＷ３を保持し、チルトステージ６Ａ、シフトステージ６Ｂを調整して、被測定面Ｓ３の被測定位置が基準光軸Ｏ０を通り、基準光軸Ｏ０と角度θをなして交差するように調整する。
次に、光源ユニット３を点灯して、光源ユニット３から測定光束Ｌ１１を出射させる。
そして、図４（ｂ）に示すように、光路切換部４の操作レバー４ｆをＹ軸正方向に押し移動してストッパ４ｅにスライダ４ｃを係止し、ミラー４Ａを測定光束Ｌ１１の光路上に進出させる。
このため、図８に示すように、測定光束Ｌ１１は、ミラー４Ａの偏向面Ｒ４に到達して偏向され、光軸Ｏ４に沿ってＺ軸正方向に進む測定光束Ｌ２１が形成される。
【００６５】
測定光束Ｌ２１は、角度可変測定用偏向部７のミラー７Ａに到達し、偏向面Ｒ７によって、光軸Ｏ４に対して角度２・φ＝２・θをなす方向に偏向され、傾斜ミラーＷ３に入射角θで入射する。
測定光束Ｌ２１は、傾斜ミラーＷ３の被測定面Ｓ３において、出射角θで反射されて測定光束Ｌ２２として、光軸Ｏ６に沿って進む。
【００６６】
測定光束Ｌ２２は、被測定体保持部６の開口部６ｂの内部を通過して平行平板Ｗ２を透過し、上記顕微分光反射率測定における測定光束Ｌ５と同様にして、ハーフミラー１２、集光光学系１３に順次入射して、集光光学系１３により収束光束である測定光束Ｌ２３として、第１ビームスプリッタ１４に入射する。
このため、上記顕微分光反射率測定の測定光束Ｌ７、Ｌ８に対応して、測定光束Ｌ２４、Ｌ２５に分岐される。
ここで、光軸Ｏ６が、基準光軸Ｏ０に一致している場合には、測定光束Ｌ１４が、ピンホール１５ｂに入射し、上記顕微分光反射率測定の測定光束Ｌ７と同様にして、分光スペクトルを測定することができ、必要に応じて相対分光反射率を測定、表示することができる。
【００６７】
ところが、光源ユニット３、光路切換部４、角度可変測定用偏向部７は、顕微分光反射率測定部１０とは別体になっているため、例えば顕微分光反射率測定部１０の移動に際して、移動ステージ８の走り誤差などによって、光源ユニット３および透過測定用偏向部５に対する基準光軸Ｏ０の位置や姿勢が変化する場合がある。また、光路切換部４の切換に際して、ミラー４Ａの位置や姿勢がばらつく場合がある。
また、角度可変測定用偏向部７におけるミラー７Ａの位置や傾斜角の設定誤差があると、測定光束Ｌ２２の被測定面Ｓ３に対する入射角や、入射位置がずれてしまい、所望の入射角、入射位置での測定が行えないおそれがある。
【００６８】
そこで、本実施形態の角度可変反射測定では、上記透過測定と同様にして、測定光束Ｌ２４の光軸チルトおよび光軸シフトを観察する。そして、チルトステージ５Ｂおよびシフトステージ５Ｃを駆動して、光軸チルトおよび光軸シフトを解消し、光軸Ｏ６を基準光軸Ｏ０に一致させる。
【００６９】
このような光軸調整が終了したら、分光器１５による測定を開始する。
上記の光軸調整により、光軸Ｏ６は基準光軸Ｏ０上に整列しているため、測定光束Ｌ２４は、ピンホール１５ｂによってけられることなく分光器１５内に入射する。このため、測定光束Ｌ２４の分光スペクトルを高精度に測定することができる。
また、光軸シフトが解消されているため、被測定面Ｓ３上での測定位置のずれによる測定誤差が抑制される。
【００７０】
このようにして、被測定面Ｓ３に入射角θで入射した反射測定による分光スペクトルが得られる。したがって、予め相対反射率を測定するための基準サンプルにて同様の反射測定を行って、基準分光スペクトルとして処理部１８ｂに記憶し、処理部１８ｂによって、傾斜ミラーＷ３に対して測定された分光スペクトルを基準分光スペクトルで割る演算を行うことにより、傾斜ミラーＷ３の相対分光反射率を測定することができる。この測定結果は、操作部１８ａからの操作入力に応じて、表示部１８ｃに表示させることができる。
他の入射角θでも測定を行う場合には、チルトステージ６Ａにより傾斜ミラーＷ３の被測定面Ｓ３の傾斜角を変化させ、チルトステージ７Ｂおよびシフトステージ７Ｃによって、ミラー７Ａの位置および姿勢を再設定して、上記と同様な測定を行う。
以上で、角度可変反射測定が終了する。
【００７１】
以上に説明したように、分光測定装置１は、基準光軸Ｏ０に沿ってピンホール１５ｂから入射する光束を測光する測光部である分光器１５を有し、被測定試料Ｗからの光束を集光光学系１３によって集光してピンホール１５ｂに入射させて測光を行う測光装置である。
そして、分光測定装置１では、被測定体保持部６に被測定試料Ｗを保持させた状態で、顕微分光反射率測定、透過測定、および角度可変反射測定を行うことができる。
その際、観察部１６、表示ユニット１８を備えることにより、分光器１５に入射する測定光束の基準光軸Ｏ０に対する光軸チルトおよび光軸シフトを観察し、表示することができる。
さらに、被測定体保持部６には被測定試料Ｗの位置姿勢の調整機構としてチルトステージ６Ａおよびシフトステージ６Ｂが、透過測定用偏向部５にはミラー５Ａの位置姿勢の調整機構としてチルトステージ５Ｂおよびシフトステージ５Ｃが、角度可変測定用偏向部７にはミラー７Ａの位置姿勢の調整機構としてチルトステージ７Ｂおよびシフトステージ７Ｃが、それぞれ備えられているため、各測定において観察部１６での観察結果に基づいて光軸チルトや光軸シフトを解消する光軸調整を行うことができる。
したがって、光軸チルトや光軸シフトによって、分光器１５への入射光束がけられることなく各測定を行うことができるため、高精度の測定を行うことができる。
本発明は、入射開口が小さいため、光軸チルトや光軸シフトによって入射光束のけられが発生しやすい場合に特に好適である。
【００７２】
また、本実施形態の分光測定装置１によれば、各測定における被測定試料Ｗは、いずれも被測定体保持部６に保持するため、１つの被測定試料Ｗに対して複数種類の測定を行う場合に、被測定試料Ｗを取り外して移動することなく、他の測定に移ることができるため、複数種類の測定を続けて行う場合に、測定効率を向上することができる。
【００７３】
また、本実施形態の分光測定装置１によれば、光路切換部４を備えることにより、光源ユニット３を透過測定と、角度可変反射測定とに共通利用することができる。このため、各測定において、別々の光源ユニットを用いる場合に比べて、部品点数を削減することができる。
【００７４】
なお、上記の説明では、光源ユニット３を透過測定と、角度可変反射測定とに共通利用する場合の例で説明したが、透過測定と角度可変反射測定とで、別々の光源ユニットを用いてもよい。この場合、光路切換部４は削除することができ、光路切換部４の切換に際する光軸チルトや光軸シフトが発生しにくくなる。
【００７５】
また、上記の説明では、透過測定光軸調整部、角度可変反射測定光軸調整部は、それぞれ透過測定光学系、角度可変反射測定光学系の位置や姿勢を変更して光軸調整を行う場合の例で説明したが、透過測定光学系、角度可変反射測定光学系に入射する測定光束を発生する光源部の位置や姿勢を変更する機構を採用してもよい。
【００７６】
また、上記の説明では、透過測定および角度可変反射測定では、平行光束を被測定体に入射する場合の例で説明したが、透過測定光学系および角度可変反射測定光学系は、適宜集光レンズを備えることにより、被測定体上に収束光束を入射して透過測定、反射測定を行う構成としてもよい。
【００７７】
また、上記の説明では、測光部の入射開口がピンホールで構成される場合の例で説明したが、入射開口は、ピンホールには限定されず、例えばスリットなどでもよい。
【００７８】
また、上記の説明では、角度可変反射測定光学系および角度可変反射測定光軸調整部を備えることにより、透過測定とともに角度可変反射測定も行えるようにした例で説明したが、角度可変反射測定は要しない光学素子を測定することが多い場合には、角度可変反射測定光学系、角度可変反射測定光軸調整部、および光路切換部を削除した構成としてもよい。
【００７９】
また、上記の実施形態に説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせを代えたり、削除したりして実施することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 分光測定装置（測光部）
３ 光源ユニット（光源部、第２の光源ユニット）
４ 光路切換部
４Ａ ミラー
４Ｂ ミラー移動ステージ
５ 透過測定用偏向部（透過測定光学系）
５Ａ ミラー
５Ｂ チルトステージ（透過測定光軸調整部）
５Ｃ シフトステージ（透過測定光軸調整部）
６ 被測定体保持部
６Ａ チルトステージ（調整ステージ）
６Ｂ シフトステージ（調整ステージ）
６ａ 保持台部（保持台）
６ｂ 開口部
７ 角度可変測定用偏向部（角度可変反射測定光学系）
７Ａ ミラー
７Ｂ チルトステージ（角度可変反射測定光軸調整部）
７Ｃ シフトステージ（角度可変反射測定光軸調整部）
８ 移動ステージ
９ レボルバ
９ｂ 対物鏡筒
９ｃ 光透過部
１０ 顕微分光反射率測定部
１１ 光源ユニット（光源部、第１の光源ユニット）
１３ 集光光学系
１４ ビームスプリッタ
１５ 分光器（測光部）
１５ｂ ピンホール（入射開口）
１５ｃ 凹面グレーティング（回折格子）
１５ｄ ラインセンサ（複数の受光部を有する受光素子）
１６ 観察部
１６ｂ 第１撮像素子
１６ｄ 第２撮像素子
１７ 対物光学系
１８ 表示ユニット
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４、Ｌ２５ 測定光束
Ｏ０ 基準光軸
Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、Ｏ４、Ｏ５、Ｏ６ 光軸
Ｒ４、Ｒ５、Ｒ７ 偏向面
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 被測定面
Ｗ 被測定試料（被測定体）
Ｗ１ 凸レンズ（被測定体）
Ｗ２ 平行平板（被測定体）
Ｗ３ 傾斜ミラー（被測定体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準光軸に沿って入射開口から入射する光束を測光する測光部を有し、被測定体からの光束を集光して前記入射開口に入射させて測光を行う測光装置であって、
前記被測定体の有効領域よりも大径の開口部を有し、前記被測定体を保持する保持台と、
該保持台の姿勢を調整する調整ステージと、
前記入射開口に焦点面を合わせて前記基準光軸に同軸に配置された集光光学系と、
平行光束である測定光束を発生する光源部と、
前記基準光軸に対し進退可能に設けられ、前記基準光軸上に進出した際に、前記測定光束を前記被測定体に収束光束として照射するとともに前記被測定体での反射光束を集光して、前記集光光学系に入射させる対物光学系と、
前記測定光束を前記被測定体に照射し、該被測定体からの透過光束を前記集光光学系に入射させる透過測定光学系と、
前記被測定体からの前記透過光束の光軸を調整する透過測定光軸調整部と、
前記集光光学系を透過して前記入射開口に向かう光束の光軸の前記基準光軸に対するずれを観察する観察部と、
を備え、
前記反射光束を測定する際は前記調整ステージにより前記保持台により前記反射光束の光軸を調整し、前記透過光束を測定する際は前記透過測定光軸調整部により前記透過光束の光軸を調整する
ことを特徴とする測光装置。
【請求項２】
前記測定光束の入射角を変えて前記被測定体に照射し、該被測定体からの反射光束を前記集光光学系に入射させる角度可変反射測定光学系と、
前記被測定体からの前記反射光束の光軸を調整する角度可変反射測定光軸調整部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
【請求項３】
前記光源部は、
前記対物光学系に前記測定光束を入射する第１の光源ユニットと、
前記透過測定光学系または前記角度可変反射測定光学系に前記測定光束を入射する第２の光源ユニットと、を備え、
該第２の光源ユニットと、前記透過測定光学系および前記角度可変反射測定光学系との間に、前記第２の光源ユニットから出射される前記測定光束の光路を切り換える光路切換部が設けられた
ことを特徴とする請求項２に記載の測光装置。
【請求項４】
前記測光部は、
前記入射開口から入射する光束を回折する回折格子と、
該回折格子による回折光を受光する複数の受光部を有する受光素子と、
を備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測光装置。
【請求項１】
基準光軸に沿って入射開口から入射する光束を測光する測光部を有し、被測定体からの光束を集光して前記入射開口に入射させて測光を行う測光装置であって、
前記被測定体の有効領域よりも大径の開口部を有し、前記被測定体を保持する保持台と、
該保持台の姿勢を調整する調整ステージと、
前記入射開口に焦点面を合わせて前記基準光軸に同軸に配置された集光光学系と、
平行光束である測定光束を発生する光源部と、
前記基準光軸に対し進退可能に設けられ、前記基準光軸上に進出した際に、前記測定光束を前記被測定体に収束光束として照射するとともに前記被測定体での反射光束を集光して、前記集光光学系に入射させる対物光学系と、
前記測定光束を前記被測定体に照射し、該被測定体からの透過光束を前記集光光学系に入射させる透過測定光学系と、
前記被測定体からの前記透過光束の光軸を調整する透過測定光軸調整部と、
前記集光光学系を透過して前記入射開口に向かう光束の光軸の前記基準光軸に対するずれを観察する観察部と、
を備え、
前記反射光束を測定する際は前記調整ステージにより前記保持台により前記反射光束の光軸を調整し、前記透過光束を測定する際は前記透過測定光軸調整部により前記透過光束の光軸を調整する
ことを特徴とする測光装置。
【請求項２】
前記測定光束の入射角を変えて前記被測定体に照射し、該被測定体からの反射光束を前記集光光学系に入射させる角度可変反射測定光学系と、
前記被測定体からの前記反射光束の光軸を調整する角度可変反射測定光軸調整部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
【請求項３】
前記光源部は、
前記対物光学系に前記測定光束を入射する第１の光源ユニットと、
前記透過測定光学系または前記角度可変反射測定光学系に前記測定光束を入射する第２の光源ユニットと、を備え、
該第２の光源ユニットと、前記透過測定光学系および前記角度可変反射測定光学系との間に、前記第２の光源ユニットから出射される前記測定光束の光路を切り換える光路切換部が設けられた
ことを特徴とする請求項２に記載の測光装置。
【請求項４】
前記測光部は、
前記入射開口から入射する光束を回折する回折格子と、
該回折格子による回折光を受光する複数の受光部を有する受光素子と、
を備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１９８１１８（Ｐ２０１２−１９８１１８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２７３９（Ｐ２０１１−６２７３９）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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