[發明專利]適用于分段像觀察裝置的圖案形成部件和分段像觀察裝置

有效

• 申請號: 01800429.6
• 申請日: 2001-03-06
• 公開（公告）號: CN1364241A
• 公開（公告）日: 2002-08-14
• 發明（設計）人: 遠藤富男;山岸毅;貞森克也
• 申請（專利權）人: 奧林巴斯光學工業株式會社
• 主分類號: G02B21/00
• 分類號: G02B21/00;G02B21/06;G01B11/24;G02B21/16;G02B26/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 黃劍鋒

技術領域

本發明涉及適用于利用光來觀察測定試樣的微結構或三維形狀的分段像觀察裝置的圖案形成部件和使用該部件的分段(sectioning)像觀察裝置。

背景技術

以前，作為分段像觀察裝置，已知的是使用被稱為尼普科夫(Nipkow)旋轉盤的旋轉盤的共焦點顯微鏡，該旋轉盤以小孔徑的10倍左右間隔將多個小孔螺旋狀配置。

圖1表示使用這種尼普科夫旋轉盤的共焦點顯微鏡的簡略構成，在鹵素光源或水銀光源等光源1發出的光的光路上，配置聚光透鏡2、PBS(偏振光束分離器)3，在PBS3的反射光路上，通過尼普科夫旋轉盤(下面稱為旋轉盤)4、第1成像透鏡5、1/4波長板6、物鏡7來配置試樣8。在來自試樣8的反射光的PBS3的透過光路上，通過第2成像透鏡9來配置CCD相機10。在該CCD相機10的圖像輸出端子上連接監視器11，顯示由CCD相機拍攝的圖像。

這里，旋轉盤4如圖2所示，小孔4a的配置為螺旋狀，各小孔的距離配置成小孔直徑的10倍左右，通過旋轉軸12連接在未圖示的電機軸上，并以一定的旋轉速度旋轉。

在這種結構中，從光源1射出的光通過聚光透鏡2后，經PBS3僅反射一定方向的偏振光成分，向以一定速度旋轉的旋轉盤4入射，通過該旋轉盤4的小孔4a的光經過第1成像透鏡5，由1/4波長板6變為圓偏振光，經物鏡7向成像的試樣8入射。從試樣8反射的光經物鏡7，再次形成與在1/4波長板6入射時垂直的偏振光方向，經第1成像透鏡5將試樣像投影在旋轉盤4上。投影在旋轉盤4上的試樣像中，焦點聚合的部分通過小孔4a，并透過PBS3后，經第2成像透鏡9，由CCD相機10進行拍攝。由CCD相機10拍攝的共焦點圖像顯示在監視器11中。

因此，在共焦點顯微鏡中，能夠僅觀察到通過旋轉盤4的小孔4a的焦點聚合位置(高度)的像，通過上下(Z軸方向)移動焦點進行觀察，可觀察到試樣8的每個高度的圖像、即分段像。

在使用這種尼普科夫旋轉盤的共焦點顯微鏡中，有必要在旋轉盤上配置小孔，以便在肉眼的目視觀察或CCD相機的拍攝中，使觀察視場內的斑點不明顯。即，有必要配置小孔，以便在人可識別的時間間隔(1/20-1/30秒左右)或CCD相機曝光時間(大于1/60或1/30秒)內，在試樣的觀察視場內一樣地照射光。

為此，從前對小孔的配置提出了各種方案，例如，已知最簡單的是螺旋狀地、沿旋轉盤的徑向等角度配置多個小孔。但是，在這種小孔的配置中，因為在旋轉盤的外周和內周上小孔的間距不同，所以在取得圖像的亮度上產生明暗。

作為解決這種問題的方法，提出各種小孔的配置方案，用于降低取得圖像的亮度光斑，使連接構成螺旋狀排列的小孔列的多個小孔的中心的假想中心線的軌跡的徑向間距和沿螺旋周向的間距配置成相等，或配置成構成多條小孔列的所有小孔的中心位置的半徑均不同。

但是，對于前者的小孔配置，當旋轉盤的中心與旋轉軸正確一致時，觀察視場內的像的亮度也變得一樣，而當旋轉盤的中心與旋轉軸不一致時，在觀察像內產生明暗的光斑。通常，因為小孔的直徑非常小，為數十μm(以100倍下為45μm，以250倍下為100μm)左右，所以，為了在觀察像中不會產生明暗的光斑，旋轉盤的中心和偏離旋轉中心都有必要為10μm以下，比小孔徑小得多，因此，旋轉盤上的小孔的形成、旋轉盤的形狀加工、對旋轉軸的旋轉盤的安裝等都要求非常高的精度。

另外，對于后者的小孔配置，雖然改善了對于中心偏離而產生的觀察像的明暗光斑，但僅是減輕光斑的程度，而不能完全消除光斑。

另外，在旋轉盤上這樣來形成小孔，是對配置小孔進行改進，以在所有試樣的觀察像中不產生明暗的光斑，因為正確確定了各小孔的配置，所以使用高精度制成的復雜圖案，就可以進行小孔的位置確定。例如，在尼普科夫旋轉盤中，在玻璃襯底上形成Cr或低反射Cr膜，其中對小孔圖案進行掩模后進行蝕刻，該掩模也由使用與半導體制造相同的電子束的EB描繪裝置來制作，因此在使用這種復雜的圖案掩模時，存在旋轉盤制作費用多而貴的問題。

作為解決這些問題的方法，如圖3A所示，可以考慮在旋轉盤14上形成直線狀的透光部和遮光部交互排列后的直線圖案部141與透過光的全透光部142，以及在這些直線圖案部141和全透光部142之間各個扇形區域內的遮光部143、144，其中直線圖案部141的透光部和遮光部的寬度與小孔的直徑同樣，為數10μm左右，如圖3A和圖3B所示，1∶1地形成旋轉盤。