3 (57)【特許請求の範囲】【請求項１】Ｐ偏光した照明光を、試料を裁置した基板に対してブリュスター角を以て入射させ、その反射光を結像レンズの中央ではなく端に入れて非軸光学系にすることにより、像面に垂直な軸と顕微鏡の光軸との傾斜角度を小さくしたことを特徴とする全焦点反射型光学顕微鏡。【請求項２】上記像面に合わせるようにＣＣＤカメラの光電面を配置したことを特徴とする請求項１記載の全焦点反射型光学顕微鏡。 10 【請求項３】上記顕微鏡の照明を倒立型にすることにより、空気より屈折率の大きな基板側から照明光を入射することによりブリュスター角を小さくし、焦点をあわせることを特徴とする全焦点反射型光学顕微鏡。【請求項４】上記照明光としてレーザー光を用いたこ 4 とを特徴とする請求項１、２又は３記載の全焦点反射型光学顕微鏡。【請求項５】上記照明光として、コリメートさせた白色光を用いて、干渉縞やその他の光学ノイズを除去する構成としたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の全焦点反射型光学顕微鏡。【請求項６】上記白色光を分散プリズムを通過させて、波長分散を補正する構成としたことを特徴とする請求項５記載の全焦点反射型光学顕微鏡。【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、超薄膜や物質表面の構造を観察するための、全面に焦点のあった反射型光学顕微鏡装置に関するものであり、さらに詳細には、光学ノイズの除去を可能にする白色照明反射型顕微鏡及び (2) 5 その角度分散補償装置に関する。【０００２】【従来の技術】従来、基板上の超薄膜試料を観察するには、Ｐ偏光（入射面内に偏光した光）した平行照明光を、基板上の超薄膜試料に対して、基板のブリュスター角で入射し、反射光を結像光学系を用いて肉眼あるいはＣＣＤカメラで観察するブリュースター角顕微鏡（ＢＡＭ）が用いられてきた。【０００３】ブリュスター角では、基板からのＰ偏光の反射は消失する（現実には反射率は百万分の一程度に留まる）ので、基板と異なる屈折率を持つ試料からの反射のみが選択的に観測される。ナノメートル以下の厚さの薄膜についても、厳密にブリュスター角を設定することで、高いコントラストでの薄膜構造の観察が可能である。水面上の有機分子の単層膜（ラングミュア膜）やラングミュア・ブロジェット膜、および、種々の超薄膜の観察に幅広く活用されている。【０００４】ＢＡＭをさらに一般化した顕微鏡として、エリプソメトリー顕微鏡が開発されている。歴史的にはＢＡＭに先行する技術であり、エリプソメトリーの原理を活かして、膜厚や屈折率の定量的計測が可能であるが、装置の構成が複雑であるために普及していない。【０００５】ところで、従来のＢＡＭおよびエリプソメトリー顕微鏡では、図４に示されるように、ガラスや水等の基体となるもの（以下、本明細書では「基板」という。）面の上の観察対象試料３４に対して、レーザー３１からのＰ偏光された平行な照明光３２が斜め方向にブリュスター角θをもって入射され、この照明光３２の対称な反射光３５を結像させる結像レンズ３３を備える通常の顕微鏡を用いて観察する。このブリュスター角θ は、水の場合５３度、ガラスでは５７度である。【０００６】このため、薄膜試料３４の像面３６は、光軸３５に対して垂直ではなく傾斜して形成されることになり、光軸３５と通常垂直に設けられるＣＣＤカメラの光電面３７の光軸との交点近辺を除いて全面的には焦点を合わせることができない。従って、ＢＡＭ像の質は、歪みが形成され、通常の光学顕微鏡に比べて著しく劣っており、分解能も像内で不均一であるという問題があった。【０００７】又、ブリュースター角θでの照明を行うためには、入射光は十分にコリメートされた平行光でなくてはならないので、従来のＢＡＭでは、例外なくレーザー光が照明に用いられているが、レーザー光は輝度と干渉性が極めて高いため、光学部品や埃からの散乱が視野にしばしば混入して、完全に除去できない干渉縞などのノイズを発生する。【０００８】仮に、このノイズが完全に除去されたとしても、非焦点では干渉によって原理的に偽イメージが生ずるために、像の視認性の劣化が起こる。【０００９】さらに、単色レーザー光を用いるために試 10 20 30 40 50 特許２９６３９９５ 6 料の光吸収特性や波長分散などのスペクトル情報が得られないことも、問題点の一つである。【００１０】【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような従来の問題点を解決することを目的とするものであり、基板上の超薄膜の像を反射型顕微鏡で観察する際に、全面に焦点が合うよう全焦点反射型光学顕微鏡を提供することである。【００１１】【００１２】さらに、上記全焦点反射型光学顕微鏡に、白色光を適用して、全面に焦点を合わせることを可能とするとともに、干渉縞やその他の散乱光を除去するという相乗的な機能を発揮する白色照明による全焦点反射型光学顕微鏡を提供することである。【００１３】【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解決することを目的とし、Ｐ偏光した照明光を、試料を裁置した基板に対してブリュスター角を以て入射させ、その反射光を結像レンズの中央ではなく端に入れて非軸光学系にすることにより、像面に垂直な軸と顕微鏡の光軸との傾斜角度を小さくしたことを特徴とする全焦点反射型光学顕微鏡を提供する。【００１４】上記像面に合わせるようにＣＣＤカメラの光電面を配置してもよい。【００１５】上記顕微鏡の照明を倒立型にすることにより、空気より屈折率の大きな基板側から照明光を入射することによりブリュスター角を小さくし、焦点をあわせるこような構成としても良い。【００１６】上記照明光としてレーザー光を用いてもよい。【００１７】上記照明光として、コリメートさせた白色光を用いて、干渉縞やその他の光学ノイズを除去できる構成としてもよい。この場合、白色光を分散プリズムを通過させて、波長分散を補正できるような構成としてもよい。【００１８】【００１９】【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。図１は本発明に係る全焦点反射型光学顕微鏡の第１の実施例を示している。図１において、全焦点反射型光学顕微鏡では、レーザー光源１からのＰ偏向した平行光である照明光２が、空気から基板３に対するブリュスター角θ1 で、基板３上の薄膜試料４に入射され、その反射光５を、開口数（ＮＡ）の大きい結像レンズ６で、ＣＣＤカメラの光電面７（図１の点線で示される。）上に結像させ像面８(図中実線で示される。)を形成するように構成されている。【００２０】この反射光５の結像にあたって、反射光５は、結像レンズ６の中心ではなく、端を通るように、結像レンズ６を配置し、さらに、ＣＣＤカメラの光電面７ (3) 7 は、像面８に一致するように、結像レンズ６の光軸９に対して垂直ではなく、傾斜してずらして配置している。【００２１】実施例１に係る全焦点反射型光学顕微鏡の作用を説明する。レーザー１から照明光２が、ブリュスター角θ1 をもって基板３上の薄膜試料４に照射される。すると、基板３の面に照射されたＰ偏光は消去され、薄膜試料４からの反射光のみが、結像レンズ６の光軸９上であって、ＣＣＤカメラの光電面７上に結像し像面８を形成する。【００２２】この場合、反射光５は、結像レンズ６の中心ではなく端を通るから、像面８の中心における像面に垂直な軸と結像レンズ６光軸のずれを、従来の技術に比べて小さくするとともに、像面がＣＣＤカメラの光電面７上に形成されるので、歪み成分が少なくなり、良好の画像が形成される。【００２３】図２は、本発明に係る全焦点反射型光学顕微鏡に係る実施例２を示す。この実施例２は、倒立型の顕微鏡であり、レーザー１０からのＰ偏向した照明光１１を、薄膜試料１２の載置された基板１３側から、基板１３から空気へのブリュスター角θ2 で入射し、薄膜試料１２による反射光１４を、結像レンズ１５を通してＣＣＤカメラの光電面１６上に結像する。【００２４】この配置では、像面(図２中の実線で示される。)１７と、反射光１４に対して垂直に置いたＣＣＤカメラ光電面(図２中の点線で示される。)１６との傾斜角度の差δは、さほど大きくならないから、歪みも小さくなる。【００２５】図３は、本発明の実施例３を示すものであり、白色照明反射型顕微鏡である。図３に示される実施例３では、レーザーではなく、白色光源１８を設け、照明光２０として白色光を利用する。白色光源１８からＰ偏光した白色光が、拡散しないように光ファイバー１９を通し、光ファイバー１９から出てきた照明光２０をコリメートレンズ２１で略平行光とする。【００２６】そして、照明光２０の波長分散を補正するために、分散プリズム２２又はグレーティングを通し、組合せレンズ２３、２４で、それぞれの波長に対応した、空気から基板２５へのブリュスター角で、Ｐ偏向した照明光２０を、基板２５上の薄膜試料２６に照射する。薄膜試料２６からの反射光２７を、結像レンズ２８でＣＣＤカメラの光電面２９に像面３０を結像させる。【００２７】この実施例３では、照明光２０として白色光を使用し、コリメートレンズ２１で略平行光としたので、レーザー光使用時の問題である干渉縞を除去することができ、しかも、分散プリズム２２又はグレーティングで波長分散を補正することにより、白色光に含まれるすべての波長の光をそれぞれのブリュスター角で基板２５上に入射させることができる。【００２８】この図３中では示さなかったが、反射光２７を実施例１と同様に結像レンズの中央ではなく端を通 10 20 30 40 50 特許２９６３９９５ 8 して非軸光学系にすることにより、実施例３の作用効果に加えて、像面に垂直な軸と顕微鏡の光軸との傾斜角度を小さくし、全面に焦点を合わせることを可能とするという相乗的な機能、作用効果を奏する白色照明による全焦点反射型光学顕微鏡を実現することができる。【００２９】【発明の効果】本発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。【００３０】試料から斜めに反射された光を、結像レンズの中心ではなく、端を通して結像させることにより、結像系の反射角度をブリュスター角より小さくすることができる。【００３１】さらに、ＣＣＤカメラの光電面を、光軸法線から実際の像面方向へとずらすことにより、ほぼ全面に焦点を合わせることができる。【００３２】また、空気よりも基板の方が通常屈折率が高いため、照明光を基板から空気側へと逆に通せば、ブリュスター角が小さくなるので、この配置にすることで、像の歪みを小さくすることができる。【００３３】また、コリメートした白色光を照明に使うことで、レーザー光の時に現れる干渉縞を除去することができる。【００３４】さらに、さまざまな波長の光が集まった白色光を使うために、試料の反射スペクトル情報をも得ることができる。【００３５】ここでは、白色光の場合に問題となる波長分散を、分散プリズム又はグレーティングで補正することにより、すべての波長の光をそれぞれのブリュスター角で入射させることができる。【図面の簡単な説明】【図１】本発明の第１の実施例を示す図であり、非軸光学系と傾斜ＣＣＤによる全視野焦点ブリュスター角顕微鏡の図である。【図２】本発明の第２の実施例を示す図であり、倒立型ブリュスター角顕微鏡の図である。【図３】本発明の第３の実施例を示す図であり、角度分散補償白色照明を用いたアクロマティック・ブリュスター角顕微鏡の図である。【図４】従来のブリュスター角顕微鏡を示す図である。【符号の説明】１、１０レーザー２、１１、２０照明光３、１３、２５基板４、１２、２６薄膜試料５、１４、２７反射光６、１５、２８結像レンズ７、１６、２９観察面（ＣＣＤ光電面）８、１７、３０像面９光軸１８白色光源 (4) 特許２９６３９９５ 9 10 １９光ファイバー＊顕微鏡を提供する。２１コリメートレンズ【解決手段】Ｐ偏光した照明光２を、薄膜試料４を裁２２分散プリズム置した基板３に対してブリュスター角θ1 を以て入射さ２３、２４レンズ２５せ、その反射光５を結像レンズ６の中央ではなく端に入【要約】れて非軸光学系にすることにより、像面８に垂直な軸と【課題】基板上の超薄膜試料を反射型顕微鏡で観顕微鏡の光軸９との傾斜角度を小さくし、又、像面８に察する際に、全面に焦点が合うような全焦点反射型光学＊合わせるようにＣＣＤカメラの光電面７を配置した。【図１】【図２】【図４】【図３】 (5) フロントページの続き 6 (58)調査した分野(Int.Cl. ，ＤＢ名) G02B 19/00 - 21/00 G02B 21/06 - 21/36 特許２９６３９９５