JP2000241114A - Surface shape-measuring device - Google Patents

Surface shape-measuring device

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JP2000241114A
JP2000241114A JP11047484A JP4748499A JP2000241114A JP 2000241114 A JP2000241114 A JP 2000241114A JP 11047484 A JP11047484 A JP 11047484A JP 4748499 A JP4748499 A JP 4748499A JP 2000241114 A JP2000241114 A JP 2000241114A
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JP
Japan
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light
double mode
mode waveguide
surface shape
waveguide
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Application number
JP11047484A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Doi
正明 土肥
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly measure a surface shape by simultaneously applying light to a plurality of points on a specimen, and by simultaneously detecting each reflected light from an application part. SOLUTION: Light emitted from a light source 1 is set to parallel light by a collimator lens 2, and enters a half mirror array 3. Then, one part is reflected by a half mirror 7 and is directed toward an objective lens array 4, and the remainder is transmitted toward the adjacent half mirror 7. Due to the repetition, the light emitted from the light source 1 is divided by the number of the half mirrors, each light being divided by each half mirror is simultaneously condensed onto a plurality of the points of a specimen 5 by each objective lens of the objective lens array 4. Each reflected light reflected by each of the plurality of points on the specimen 5 passes through each of objective lens of the objective lens array 4, is transmitted through each half mirror 7 of the half mirror array 3, and is condensed to each incidence position 11 of each incidence end face of a double mode waveguide array 8 being formed on a substrate 10 by a condensing lens array 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路を用いた
表面形状測定装置に関する。
The present invention relates to a surface profile measuring device using an optical waveguide.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光通信、光計測の分野で光導波路
が注目されている。その理由は光導波路を用いることに
よって光学系の小型、軽量化を図ることができ、また、
光軸の調整が不要になるという利点を有しているからで
ある。光導波路を利用した計測器の一つとして、特開平
6−331841号公報に焦点検出装置の技術が開示さ
れている。特開平6−331841号公報には、図3の
ように光導波路としてダブルモード導波路が用いられて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, optical waveguides have attracted attention in the fields of optical communication and optical measurement. The reason is that the size and weight of the optical system can be reduced by using the optical waveguide.
This is because there is an advantage that adjustment of the optical axis becomes unnecessary. As one of measuring instruments using an optical waveguide, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-331841 discloses a technique of a focus detection device. In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-331841, a double mode waveguide is used as an optical waveguide as shown in FIG.

【0003】ダブルモード導波路にレーザ光を入射させ
ると、入射レーザ光の振幅分布に対応して導波路内に0
次モードと1次モードが励振される。これら2つのモー
ドは導波路内で干渉し、全体としての光強度分布に非対
称性が生じる。ここで、導波路内の光強度分布の非対称
性をもたらすものとして2つの要素がある。ひとつは入
射レーザ光の強度分布に非対称性がある場合であり、も
うひとつは入射レーザ光の位相に非対称性がある場合で
ある。ダブルモード領域の長さを適当に選べば、いずれ
の場合の非対称性も良く検出できる(H.Ooki a
nd J.Iwasaki,Optics Commu
nications 85(1991)177)。
[0003] When a laser beam is made incident on a double mode waveguide, the laser beam enters the waveguide in accordance with the amplitude distribution of the incident laser beam.
The next mode and the first mode are excited. These two modes interfere in the waveguide, resulting in an asymmetry in the overall light intensity distribution. Here, there are two factors that cause asymmetry of the light intensity distribution in the waveguide. One is when the intensity distribution of the incident laser light is asymmetric, and the other is when the phase of the incident laser light is asymmetric. If the length of the double mode region is appropriately selected, the asymmetry in any case can be detected well (H. Okinawa).
nd J.J. Iwasaki, Optics Commu
nations 85 (1991) 177).

【0004】このダブルモード導波路におけるモード干
渉を利用して入射レーザ光の光軸方向の変位(焦点位置
ずれ)を検出する。レーザスポットの入射位置は、ダブ
ルモード導波路の中心からわずかにシフトした位置に来
るよう調整されている。レーザスポットが焦点位置にあ
るときには入射位置に於ける光の等位相面は傾きを持た
ないが(図4(b))、レーザスポットが焦点位置から
ずれている場合には、光の等位相面に傾きが生じ(図4
(a)、(b))、これによる位相分布の非対称性を検
出することによって焦点位置ずれを検出する。
Using the mode interference in the double mode waveguide, displacement (focal position shift) of the incident laser light in the optical axis direction is detected. The incident position of the laser spot is adjusted to come to a position slightly shifted from the center of the double mode waveguide. When the laser spot is at the focal position, the light phase at the incident position has no inclination (FIG. 4B), but when the laser spot deviates from the focal position, (See Fig. 4)
(A), (b)), the focus position shift is detected by detecting the asymmetry of the phase distribution due to this.

【0005】図3において、光源101から発せられた
光はコリメータレンズ102で平行光とされた後、ハー
フミラー103で反射して、対物レンズ104によって
被検物体105上の1点に集光照射される。被検物体1
05上で反射した光は再び対物レンズ104を通り、ハ
ーフミラー103を透過して、集光レンズ106によっ
て基板110上に形成されたダブルモード導波路111
の入射位置107に集光される。入射位置107はダブ
ルモード導波路111の中心から横方向にわずかにシフ
トした位置にある。
In FIG. 3, light emitted from a light source 101 is collimated by a collimator lens 102, reflected by a half mirror 103, and condensed and radiated to one point on a test object 105 by an objective lens 104. Is done. Test object 1
The light reflected on the light source 05 passes through the objective lens 104 again, passes through the half mirror 103, and is formed by the condenser lens 106 on the double mode waveguide 111 formed on the substrate 110.
Is focused at the incident position 107. The incident position 107 is located at a position slightly shifted in the lateral direction from the center of the double mode waveguide 111.

【0006】ダブルモード導波路111は長さLの位置
で2つの導波路112、113に分岐する。導波路11
2、113からの出射光を光検出器114、115で検
出し、差動増幅器116で差動信号をとれば、図5に示
すようにその差動信号がフォーカスエラー(焦点位置ず
れ量)と一定の関係を持つので、予め、差動信号とフォ
ーカスエラーとの関係を他の方法で測って図5の関係を
得ておく。この図5を用い、測定された差動信号の大き
さからフォーカスエラー信号117が得られ、被検物体
105の焦点位置ずれ量を知ることができるのである。
The double mode waveguide 111 branches into two waveguides 112 and 113 at the position of the length L. Waveguide 11
If the light emitted from the light emitting elements 2 and 113 is detected by the photodetectors 114 and 115 and the differential signal is obtained by the differential amplifier 116, the differential signal causes a focus error (a focus position shift amount) as shown in FIG. Since the relationship is constant, the relationship between the differential signal and the focus error is measured by another method to obtain the relationship shown in FIG. With reference to FIG. 5, the focus error signal 117 is obtained from the measured magnitude of the differential signal, and the shift amount of the focal position of the test object 105 can be known.

【0007】図3の従来例ではダブルモード導波路の長
さLは、完全結合長(0次モードと1次モードの位相差
がπとなる長さ)をLc としたとき、物体の位相分布を
観察する条件である L=Lc (2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・) (1) とされている。
In the conventional example shown in FIG. 3, the length L of the double mode waveguide is represented by the phase distribution of the object when the perfect coupling length (the length at which the phase difference between the 0th-order mode and the 1st-order mode is π) is Lc. L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,...) (1).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】特開平6−33184
1号公報に記載されている図3の焦点検出装置を用いて
被検物体の表面形状を測定するためには、集光された光
スポットを静止した被検物体表面全体にわたって走査さ
せるか、あるいは被検物体を静止した光スポットに対し
て走査させる必要がある。この場合、被検物体上に集光
された光スポット即ち計測点スポットが1点のため、被
検物体全体の計測に長時間かかってしまうという問題が
あった。一例として6〜8インチのウェハの平面形状を
測るのに数分から数十分かかっていた。
Problems to be Solved by the Invention Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-33184
In order to measure the surface shape of the object to be measured using the focus detection device shown in FIG. 3 in FIG. 3, the focused light spot is scanned over the entire surface of the object to be measured, or It is necessary to scan the test object against a stationary light spot. In this case, there is a problem that it takes a long time to measure the entire test object because the light spot condensed on the test object, that is, the measurement spot is one point. As an example, it took several minutes to several tens of minutes to measure the planar shape of a 6 to 8 inch wafer.

【0009】本発明は以上の問題を解決した、短時間で
表面形状を測定可能で、且つ安価な表面形状測定装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide an inexpensive surface shape measuring apparatus which can solve the above-mentioned problems and can measure the surface shape in a short time.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は第一に、「被検物体上の2点以上に同時に
光を照射するための照射部と、前記被検物体上の各照射
点からの各反射光を同時に検出するための検出部とを具
え、前記検出部が、前記検出のために前記各反射光を入
射させるための基板上に形成された各チャネル導波路を
具えることを特徴とする表面形状測定装置(請求項
1)」を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention firstly comprises a method of: "irradiating two or more points on a test object at the same time with light; And a detection unit for simultaneously detecting each reflected light from each irradiation point, wherein the detection unit comprises a channel waveguide formed on a substrate for allowing the reflected light to enter for the detection. The present invention provides a surface shape measuring device (claim 1).

【0011】本発明は、表面形状測定装置において、被
検物体に対して、光スポットをマルチスポット照射し、
検出側の導波路もアレイ状に複数配置する。このように
して、多点を同時に計測することによって計測時間の短
縮を図った発明である。第二に、「前記各チャネル導波
路は、ダブルモード導波路と、前記ダブルモード導波路
から分岐された2本の導波路とを具え、さらに前記検出
部は、前記各チャネル導波路毎に、前記2本の導波路を
伝搬する光を検出するための各検出素子を前記2本の導
波路の各端部に具えることを特徴とする請求項1記載の
表面形状測定装置(請求項2)」を提供する。
According to the present invention, in a surface shape measuring apparatus, a light spot is applied to a test object by multi-spot irradiation.
A plurality of waveguides on the detection side are also arranged in an array. In this way, the invention is an invention in which the measurement time is reduced by simultaneously measuring multiple points. Secondly, "each of the channel waveguides comprises a double-mode waveguide, and two waveguides branched from the double-mode waveguide, and the detection unit further comprises, for each of the channel waveguides, 2. A surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein each detecting element for detecting light propagating through said two waveguides is provided at each end of said two waveguides. )"I will provide a.

【0012】第三に、「前記反射光が、前記ダブルモー
ド導波路の中心からわずかにシフトした位置に集光され
るよう調整され、前記ダブルモード導波路内の光強度分
布の非対称性を検出することによって前記被検物体の表
面形状を測定することを特徴とする請求項2記載の表面
形状測定装置(請求項3)」を提供する。第四に、「前
記ダブルモード導波路の長さをLとし、前記ダブルモー
ド導波路における0次モードと1次モードとの間の完全
結合長をLc とするとき、 L=Lc (2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・
の正整数) を満たすことを特徴とする請求項2〜3何れか1項記載
の表面形状測定装置(請求項4)」を提供する。
Third, "the reflected light is adjusted to be focused at a position slightly shifted from the center of the double mode waveguide, and the asymmetry of the light intensity distribution in the double mode waveguide is detected. The surface shape of the object to be measured is measured by performing the measurement. Fourth, "L = Lc (2m + 1) / where L is the length of the double mode waveguide and Lc is the complete coupling length between the 0th and 1st modes in the double mode waveguide. 2 (m = 0, 1, 2, ...
The surface shape measuring device according to any one of claims 2 to 3, characterized by satisfying the following (4).

【0013】第五に、「前記ダブルモード導波路の少な
くともコアー部分が、電気光学効果、または熱光学効果
を呈する材料から成り、更に、前記ダブルモード導波路
に電圧を印加するための電極を両側方に具え、前記ダブ
ルモード導波路の長さをLとし、前記両電極間に電圧を
印加しないときの前記ダブルモード導波路における0次
モードと1次モードとの間の完全結合長をLc 1とし、
適当な電圧を印加したときの完全結合長をLc 1とは異
なるLc とするとき、 L=Lc (2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・
の正整数) を満たすことを特徴とする請求項2〜3何れか1項記載
の表面形状測定装置。以上の部分には、検討終了後に請
求項を入れます(請求項5)」を提供する。
Fifth, at least a core portion of the double mode waveguide is made of a material exhibiting an electro-optic effect or a thermo-optic effect, and furthermore, electrodes for applying a voltage to the double mode waveguide are provided on both sides. The length of the double-mode waveguide is L, and the complete coupling length between the zero-order mode and the first-order mode in the double-mode waveguide when no voltage is applied between the two electrodes is Lc 1. age,
When the complete coupling length when an appropriate voltage is applied is Lc different from Lc1, L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,...)
The surface shape measuring device according to any one of claims 2 to 3, wherein In the above part, a claim will be entered after the examination is completed (Claim 5).

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】[実施の形態1]図1に本発明の
実施の形態1による表面形状測定装置の概略構成図を示
す。図1に於いて、1は光源、2はコリメータレンズ、
3はハーフミラーアレイ、4は対物レンズアレイ、5は
被検物体、6は集光レンズアレイ、8はダブルモード導
波路アレイ、13、14は各々が導波路、10は導波路
が形成されている基板、100は光検出器アレイ、9は
複数の差動増幅器である。ハーフミラーアレイ3は、被
検物体5に照射する光スポットの数以上の、直線状に並
んだハーフミラー7から構成されている。ハーフミラー
7は、光学薄膜、等を具え、入射光を反射光と透過光と
に分離する。対物レンズアレイ4は、被検物体5に照射
する光スポットの数以上の、直線状に並んだ複数の対物
レンズから構成されている。集光レンズアレイ6は、被
検物体5に照射する光スポットの数以上の、直線状に並
んだ複数の集光レンズから構成されている。ダブルモー
ド導波路アレイ8は、被検物体5に照射する光スポット
の数以上の、直線状に並んだ複数の対のダブルモード導
波路12と導波路13、14から構成されている。光検
出器アレイ100は、被検物体5に照射する光スポット
の数以上の、直線状に並んだ複数の対の光検出器15、
16から構成されている。複数の差動増幅器9は、被検
物体5に照射する光スポットの数以上の、直線状に並ん
だ複数の差動増幅器17から構成されている。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a surface shape measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 1 is a light source, 2 is a collimator lens,
3 is a half mirror array, 4 is an objective lens array, 5 is a test object, 6 is a condensing lens array, 8 is a double mode waveguide array, 13 and 14 are each a waveguide, and 10 is a waveguide. Substrate, 100 is a photodetector array, 9 is a plurality of differential amplifiers. The half mirror array 3 is composed of half mirrors 7 arranged in a straight line, the number of which is equal to or more than the number of light spots to irradiate the test object 5. The half mirror 7 includes an optical thin film and the like, and separates incident light into reflected light and transmitted light. The objective lens array 4 is composed of a plurality of objective lenses arranged in a straight line, the number being equal to or more than the number of light spots to irradiate the test object 5. The condenser lens array 6 is composed of a plurality of condenser lenses arranged in a straight line, the number being equal to or more than the number of light spots to be irradiated on the object 5 to be inspected. The double mode waveguide array 8 is composed of a plurality of pairs of double mode waveguides 12 and waveguides 13 and 14 arranged in a straight line, the number being equal to or greater than the number of light spots irradiating the test object 5. The photodetector array 100 includes a plurality of pairs of photodetectors 15 arranged in a straight line, the number being equal to or more than the number of light spots irradiating the test object 5.
16. The plurality of differential amplifiers 9 include a plurality of linearly arranged differential amplifiers 17 equal to or more than the number of light spots that irradiate the test object 5.

【0015】光源1から発せられた光はコリメータレン
ズ2で平行光とされた後、ハーフミラーアレイ3に入射
する。ハーフミラーアレイ3に入射した光は、ハーフミ
ラー7によりその一部が反射して対物レンズアレイに向
かい、その残りが隣のハーフミラーに向けて透過する。
この繰返しによって光源1から発せられた光はハーフミ
ラーの数だけ分割され、各ハーフミラーによって分割さ
れた各光は対物レンズアレイ4の各対物レンズによって
被検物体5上の複数の点上に同時に集光される。被検物
体5上複数の各点で反射した各反射光は再び対物レンズ
アレイ4の各対物レンズを通り、ハーフミラーアレイ3
の各ハーフミラー7を透過して、集光レンズアレイ6の
各集光レンズによって、基板10上に形成されたダブル
モード導波路アレイ8の各ダブルモード導波路の各入射
端面23の各入射位置11に集光される。ここで、各入
射位置11は、各ダブルモード導波路の中心から横方向
にわずかにシフトした位置に来るよう各々調整されてい
る。
The light emitted from the light source 1 is collimated by the collimator lens 2 and then enters the half mirror array 3. A part of the light incident on the half mirror array 3 is reflected by the half mirror 7 to the objective lens array, and the rest of the light is transmitted toward the adjacent half mirror.
By this repetition, the light emitted from the light source 1 is split by the number of half mirrors, and each light split by each half mirror is simultaneously focused on a plurality of points on the test object 5 by each objective lens of the objective lens array 4. It is collected. Each reflected light reflected at a plurality of points on the test object 5 passes through the objective lenses of the objective lens array 4 again and passes through the half mirror array 3.
Through each half mirror 7 and by each condenser lens of the condenser lens array 6, each incident position of each entrance end face 23 of each double mode waveguide of the double mode waveguide array 8 formed on the substrate 10. The light is condensed on 11. Here, each incident position 11 is adjusted so as to be located at a position slightly shifted in the lateral direction from the center of each double mode waveguide.

【0016】ここで僅かにシフトした位置の意味を図6
で説明する。図6は焦点位置ずれ量が零の場合に於ける
説明を示し、21は集光レンズアレイを構成する一つの
集光レンズから集光する光線、20は等位相面、Bはダ
ブルモード導波路12に入射すべく集光・結像された光
スポット像の中心位置を示し、この中心位置を入射位置
11と呼んでいる。この入射位置がBの場合、集光・結
像された光スポット像の入射端面23上に於ける22の
部分が、ダブルモード導波路12に入射する。入射位置
はダブルモード導波路12の中心位置Cでは波面に傾き
が生じないため好ましくなく、逆に入射位置がダブルモ
ード導波路12の中心位置からシフトし過ぎてAの位置
まで来ると集光・結像された光スポット像がダブルモー
ド導波路12の入射端面に全く掛からず、光が入射しな
くなるため好ましくない。入射位置は、AとCとを含ま
ないAとCの間で一般に最大感度を得る位置に決定され
る。
FIG. 6 shows the meaning of the slightly shifted position.
Will be described. FIG. 6 illustrates the case where the focal position shift amount is zero, 21 is a light beam condensed from one condensing lens constituting the condensing lens array, 20 is an equal phase surface, and B is a double mode waveguide. The center position of the light spot image condensed and focused so as to be incident on 12 is shown, and this center position is called an incident position 11. When the incident position is B, the portion 22 on the incident end face 23 of the condensed and focused light spot image enters the double mode waveguide 12. The incident position is not preferable because the wavefront does not tilt at the center position C of the double mode waveguide 12. Conversely, if the incident position shifts too far from the center position of the double mode waveguide 12 and reaches the position A, the light is condensed. The formed light spot image is not applied to the incident end face of the double mode waveguide 12 at all, and light is not incident, which is not preferable. The incident position is determined to be a position where the maximum sensitivity is generally obtained between A and C not including A and C.

【0017】各ダブルモード導波路12の各入射端面2
3に入射した各入射光は、各ダブルモード導波路12を
モード干渉を起こしながら伝搬し、各入射端面23から
Lの長さだけ伝搬したところで各入射光は各導波路1
3、14に分岐する。一つのダブルモード導波路12か
ら分岐して各導波路13、14を伝搬したあと各導波路
13、14を出射する各出射光は、各導波路13、14
の端に各々設けられた各光検出器15、16で検出さ
れ、差動増幅器17で光検出器15の出力と光検出器1
6の出力の差、即ち差動信号18がとられる。この差動
信号18は各ダブルモード導波路12に対して同時に取
られる。
Each incident end face 2 of each double mode waveguide 12
3 are propagated in each double mode waveguide 12 while causing mode interference, and when propagated from each incident end face 23 by the length of L, each incident light is converted into each waveguide 1.
Branch to 3 and 14. The light emitted from each of the waveguides 13 and 14 after being branched from one double mode waveguide 12 and propagated through each of the waveguides 13 and 14 is transmitted to each of the waveguides 13 and 14.
Are detected by the photodetectors 15 and 16 provided at the ends of the photodetector 15 respectively.
6, that is, the differential signal 18 is obtained. This differential signal 18 is taken simultaneously for each double mode waveguide 12.

【0018】各ダブルモード導波路12の長さLは、完
全結合長(ダブルモード導波路の伝搬モードの0次モー
ドと1次モードの位相差がπとなる長さ)をLc とする
と、物体の位相分布を観察する条件である L=Lc (2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・) (1) により与えられる。
If the length L of each double mode waveguide 12 is Lc, the perfect coupling length (the length at which the phase difference between the 0th and 1st modes of the propagation mode of the double mode waveguide is π) is Lc. L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,...) (1) which is a condition for observing the phase distribution of

【0019】従来例で説明したように、図5の関係よ
り、差動信号18から被検物体5への照射光の集光点の
フォーカスエラー(焦点位置ずれ量)を知ることがで
き、焦点位置ずれ量は照射光の集光点の変位に対応す
る。従って被検物体を走査することによって被検物体の
表面形状を測定することができる。従来例のような光ス
ポットが1点の表面形状測定装置では被検物体5面全体
をただ1点の光スポットで走査しなければならないのに
対して、本実施の形態1の表面形状測定装置では同時に
多点の計測が行えるので、被検物体5面全体を計測する
ために、多点の光スポットで被検物体5面の各部分を分
担して走査すれば良い。従って、計測時間が大幅に短縮
できる。 [実施の形態2]本発明による実施の形態2の表面形状
測定装置を図2に示す。
As described in the conventional example, from the relationship shown in FIG. 5, it is possible to know a focus error (a shift amount of the focus position) of the focal point of the irradiation light on the test object 5 from the differential signal 18, and The amount of displacement corresponds to the displacement of the focal point of the irradiation light. Therefore, by scanning the object, the surface shape of the object can be measured. In the surface shape measuring apparatus having one light spot as in the conventional example, the entire surface of the test object must be scanned with only one light spot, whereas the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment is required. In this case, since multiple points can be measured at the same time, in order to measure the entire surface of the object 5 to be measured, scanning may be performed by sharing each part of the surface of the object 5 with multiple light spots. Therefore, the measurement time can be significantly reduced. Second Embodiment FIG. 2 shows a surface shape measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【0020】図2で1は光源、21は分岐導波路、20
は分岐導波路21が形成された基板、30はコリメータ
レンズアレイ、31はハーフミラー、4は対物レンズア
レイ、5は被検物体、26は集光レンズアレイ、8はダ
ブルモード導波路アレイ、12はダブルモード導波路、
13、14は各々が導波路、10は導波路が形成されて
いる基板、100は光検出器アレイ、9は複数の差動増
幅器である。
In FIG. 2, 1 is a light source, 21 is a branch waveguide, 20
Is a substrate on which the branch waveguide 21 is formed, 30 is a collimator lens array, 31 is a half mirror, 4 is an objective lens array, 5 is an object to be measured, 26 is a condenser lens array, 8 is a double mode waveguide array, 12 Is a double mode waveguide,
13 and 14 are waveguides, 10 is a substrate on which the waveguides are formed, 100 is a photodetector array, and 9 is a plurality of differential amplifiers.

【0021】分岐導波路21は、被検物体5に照射する
光スポットの数以上の、複数の出射端を有し、これら複
数の出射端の像をコリメータレンズアレイ22とハーフ
ミラー23と対物レンズアレイ24とによって複数の光
スポットとして被検物体5上に結像する。ここで、分岐
導波路21は、シングルモード導波路であることが好ま
しい。ハーフミラー23は、光学薄膜、等を具え、入射
光を反射光と透過光(透過光は図示されない)とに分離
する。ダブルモード導波路アレイ8は、被検物体5に照
射する光スポットの数以上の、直線状に並んだ複数の対
のダブルモード導波路12と分岐導波路13、14から
構成されている。光検出器アレイ100は、被検物体5
に照射する光スポットの数以上の、直線状に並んだ複数
の対の光検出器15、16から構成されている。複数の
差動増幅器9は、被検物体5に照射する光スポットの数
以上の、直線状に並んだ複数の差動増幅器17から構成
されている。
The branch waveguide 21 has a plurality of emission ends equal to or more than the number of light spots to be irradiated on the object 5 to be inspected. The array 24 forms an image on the object 5 as a plurality of light spots. Here, the branch waveguide 21 is preferably a single mode waveguide. The half mirror 23 includes an optical thin film and the like, and separates incident light into reflected light and transmitted light (transmitted light is not shown). The double mode waveguide array 8 is composed of a plurality of pairs of double mode waveguides 12 and branch waveguides 13 and 14 arranged in a straight line, the number being equal to or greater than the number of light spots irradiating the test object 5. The photodetector array 100 includes the object 5
And a plurality of pairs of photodetectors 15 and 16 arranged in a straight line, the number of which is equal to or more than the number of light spots to be irradiated. The plurality of differential amplifiers 9 include a plurality of linearly arranged differential amplifiers 17 equal to or more than the number of light spots that irradiate the test object 5.

【0022】光源1から発せられた光は基板20上に形
成された分岐導波路21に入射し、複数の導波路に分岐
された後に複数の導波路端面(出射端)から出射され
る。出射された光はコリメータレンズ22で平行光とな
った後、ハーフミラー23で反射され、対物レンズ24
によって被検物体5上に複数の光スポットとなって集光
される。被検物体5上の複数の点で反射した光は再び対
物レンズ4を通り、ハーフミラー23を透過して、集光
レンズ26によって、基板10上に形成されたダブルモ
ード導波路アレイ12の各入射端面23の各入射位置1
1にに集光される。即ち複数の点が各々の入射端面上に
結像する。ここで、各入射端面23に於ける入射位置1
1は、各ダブルモード導波路の中心から横方向にわずか
にシフトした位置に来るよう各々調整されている。横方
向にわずかにシフトした位置の意味は実施の形態1の場
合と全く同様である。各ダブルモード導波路12の各入
射位置11に入射した各入射光は、各ダブルモード導波
路12をモード干渉を起こしながら伝搬し、各入射端面
23からLの長さだけ伝搬したところで各入射光は各導
波路13、14に分岐する。一つのダブルモード導波路
12から分岐して各導波路13、14を伝搬したあと各
導波路13、14を出射する各出射光は、各導波路1
3、14の端に各々設けられた各光検出器15、16で
検出され、差動増幅器17で光検出器15の出力と光検
出器16の出力の差、即ち差動信号18がとられる。こ
の差動信号18は各ダブルモード導波路12に対して同
時に取られる。
Light emitted from the light source 1 is incident on a branch waveguide 21 formed on a substrate 20, is branched into a plurality of waveguides, and is emitted from a plurality of waveguide end faces (emission ends). The emitted light is collimated by a collimator lens 22, reflected by a half mirror 23,
As a result, a plurality of light spots are focused on the test object 5. Light reflected at a plurality of points on the test object 5 passes through the objective lens 4 again, passes through the half mirror 23, and is condensed by the condenser lens 26 to each of the double mode waveguide arrays 12 formed on the substrate 10. Each incident position 1 on the incident end face 23
The light is condensed on 1. That is, a plurality of points form an image on each incident end face. Here, the incident position 1 on each incident end face 23
Numerals 1 are each adjusted to be at a position slightly shifted laterally from the center of each double mode waveguide. The meaning of the position slightly shifted in the horizontal direction is exactly the same as in the first embodiment. Each incident light incident on each incident position 11 of each double mode waveguide 12 propagates through each double mode waveguide 12 while causing mode interference. Branches into the waveguides 13 and 14. The light emitted from each of the waveguides 13 and 14 after being branched from one double mode waveguide 12 and propagated through each of the waveguides 13 and 14 is transmitted to each of the waveguides 1 and 14.
The signals are detected by photodetectors 15 and 16 provided at the ends of the photodetectors 3 and 14, respectively. The difference between the output of the photodetector 15 and the output of the photodetector 16, that is, a differential signal 18 is obtained by a differential amplifier 17. . This differential signal 18 is taken simultaneously for each double mode waveguide 12.

【0023】各ダブルモード導波路12の長さLは、実
施の形態1の場合と全く同様に完全結合長(ダブルモー
ド導波路の伝搬モードの0次モードと1次モードの位相
差がπとなる長さ)をLc とすると、物体の位相分布を
観察する条件である L=Lc (2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・) (1) により与えられる。
The length L of each double mode waveguide 12 is exactly the same as that of the first embodiment, and the perfect coupling length (the phase difference between the 0th mode and the 1st mode of the propagation mode of the double mode waveguide is π and π). Let Lc be Lc, and L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,...) (1) which is a condition for observing the phase distribution of the object.

【0024】実施の形態1で説明したように、図5の関
係より、差動信号18から被検物体5への照射光の集光
点のフォーカスエラー(焦点位置ずれ量)を知ることが
でき、焦点位置ずれ量は照射光の集光点の変位に対応す
る。従って被検物体を走査することによって被検物体の
表面形状を測定することができる。従来例のような光ス
ポットが1点の表面形状測定装置では被検物体5面全体
をただ1点の光スポットで走査しなければならないのに
対して、本実施の形態2の表面形状測定装置では同時に
多点の計測が行えるので、被検物体5面全体を計測する
ために、多点の光スポットで被検物体5面の各部分領域
を分担して走査すれば良い。従って、計測時間も大幅に
短縮できる。
As described in the first embodiment, from the relationship shown in FIG. 5, it is possible to know a focus error (a shift amount of a focus position) of a converging point of irradiation light on the test object 5 from the differential signal 18. , The focal position shift amount corresponds to the displacement of the focal point of the irradiation light. Therefore, by scanning the object, the surface shape of the object can be measured. In the surface shape measuring apparatus having one light spot as in the conventional example, the entire surface of the test object must be scanned with only one light spot, whereas the surface shape measuring apparatus according to the second embodiment is used. In this case, since multiple points can be measured at the same time, in order to measure the entire surface of the object 5 to be measured, each partial area of the surface of the object 5 may be scanned with multiple light spots. Therefore, the measurement time can be significantly reduced.

【0025】実施の形態1、実施の形態2では検出部と
してダブルモード導波路を用いた例を示したが、特開平
7−139908に開示されたような、導波路型干渉計
をアレイ状に複数配置した検出部を具えた表面形状測定
装置も本発明の範囲に含まれる。 [実施の形態3]図7は本実施の形態を説明する図であ
る。簡単のためにダブルモード導波路と二つの導波路の
対を一つのみ示したが、これらは実施の形態1、2に示
されたダブルモード導波路アレイの全てのダブルモード
導波路に適用され、全体の概略構成は、電極部分を除け
ば実施の形態1、2と同じである。
In the first and second embodiments, an example is shown in which a double mode waveguide is used as a detection unit. However, a waveguide interferometer as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-139908 is arranged in an array. A surface shape measuring device provided with a plurality of detectors is also included in the scope of the present invention. [Embodiment 3] FIG. 7 is a diagram for explaining the present embodiment. For simplicity, only one pair of the double mode waveguide and the two waveguides is shown, but these are applied to all the double mode waveguides of the double mode waveguide array shown in the first and second embodiments. The overall schematic configuration is the same as in the first and second embodiments except for the electrode portion.

【0026】図7で23は入射端面、11は光スポット
像の入射位置、12はダブルモード導波路で、少なくと
もコアーの部分が電気光学効果を有するニオブ酸リチウ
ムのような材料から形成されている。24、25は電
極、26、27は電極24、25間に電圧を与えるため
に電源に接続されている。13、14は分岐された二つ
の導波路、15、16は各光検出器である。
In FIG. 7, reference numeral 23 denotes an incident end face, 11 denotes an incident position of a light spot image, 12 denotes a double mode waveguide, and at least a core portion is formed of a material such as lithium niobate having an electro-optical effect. . 24 and 25 are connected to electrodes, and 26 and 27 are connected to a power supply for applying a voltage between the electrodes 24 and 25. Reference numerals 13 and 14 denote two branched waveguides, and reference numerals 15 and 16 denote respective photodetectors.

【0027】ここで、ダブルモード導波路の長さをLと
し、前記両電極間に電圧を印加しないときの前記ダブル
モード導波路における0次モードと1次モードとの間の
完全結合長がLc 1であり、 L≠Lc 1(2m+1)/2 (m=0,1,2,・・
・の正整数) となっている。ここで、適当な電圧を印加すると、導波
路は電気光学材料から形成されているので、電圧印加に
よって屈折率が変化する。その結果、今、完全結合長が
Lc 1とは異なるLc へ変化したとする。このようにし
て、 L=Lc (2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・
の正整数) の関係を満たすようにすることができるのである。
Here, the length of the double mode waveguide is L, and the complete coupling length between the zero-order mode and the first mode in the double-mode waveguide when no voltage is applied between the two electrodes is Lc. 1, L ≠ Lc 1 (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,...)
+ Positive integer). Here, when an appropriate voltage is applied, the refractive index changes by applying the voltage because the waveguide is formed of an electro-optic material. As a result, it is assumed that the complete bond length has now changed to Lc different from Lc1. Thus, L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,...)
Is a positive integer of the relationship.

【0028】この実施の形態3は、ダブルモード導波路
の長さLと完全結合長Lc との関係式(1)を充たすよ
うに容易に調整できる表面形状測定装置を提供する。以
上、ダブルモード導波路のコアーの部分を電気光学効果
を有する材料で形成したが、コア─の部分を熱光学効果
を有する材料で形成しても良い。この材料としては、通
常の光学硝子が好ましいが、ゲルマニウムをド─プした
硝子、特にゲルマニウムをド─プしたSiO硝子がより
好ましい。熱光学効果を有する材料を用いた場合は、電
極24、25に換えてヒ─タを用いる。
The third embodiment provides a surface shape measuring apparatus which can be easily adjusted so as to satisfy the relational expression (1) between the length L of the double mode waveguide and the complete coupling length Lc. As described above, the core portion of the double mode waveguide is formed of a material having an electro-optic effect, but the core portion may be formed of a material having a thermo-optic effect. As this material, ordinary optical glass is preferable, but germanium-doped glass, particularly germanium-doped SiO glass, is more preferable. When a material having a thermo-optic effect is used, a heater is used instead of the electrodes 24 and 25.

【0029】以上、実施形態1、実施形態2、実施形態
3によって本発明を説明したが、本発明によれば、被検
物体の表面形状測定を従来の装置よりも高速で行うこと
ができる。更に、実施形態3によれば、ダブルモード導
波路の長さと完全結合長との関係を容易に調整できる。
As described above, the present invention has been described with reference to the first, second, and third embodiments. According to the present invention, the surface shape of a test object can be measured at a higher speed than a conventional apparatus. Further, according to the third embodiment, the relationship between the length of the double mode waveguide and the complete coupling length can be easily adjusted.

【0030】[0030]

【発明の効果】被検物体上の複数の点を同時に測定でき
るので、表面形状測定を従来の装置よりも高速で行うこ
とができる。更に、実施形態3によれば、ダブルモード
導波路の長さと完全結合長との関係を容易に調整でき
る。
As described above, since a plurality of points on the object to be measured can be measured at the same time, the surface shape can be measured at a higher speed than the conventional apparatus. Further, according to the third embodiment, the relationship between the length of the double mode waveguide and the complete coupling length can be easily adjusted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態1による表面形状測定装置の概略構
成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a surface shape measuring device according to a first embodiment.

【図2】実施の形態2による表面形状測定装置の概略構
成図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a surface shape measuring device according to a second embodiment.

【図3】従来例による焦点検出および変位検出装置の概
略構成図。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a focus detection and displacement detection device according to a conventional example.

【図4】従来例による焦点検出および変位検出装置の原
理説明図。
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of a conventional focus detection and displacement detection device.

【図5】従来例による焦点検出および変位検出装置の差
動信号とフォーカスエラー信号との関係。
FIG. 5 shows a relationship between a differential signal and a focus error signal of a conventional focus detection and displacement detection device.

【図6】ダブルモード導波路の中心から横方向にわずか
にシフトした入射位置の意味の説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the meaning of an incident position slightly shifted in the lateral direction from the center of the double mode waveguide.

【図7】実施の形態3を説明する図。FIG. 7 illustrates Embodiment 3;

【符号の説明】 1 光源 2 コリメータレンズ 3 ハーフミラーアレイ 4 対物レンズアレイ 5 被検物体 6 集光レンズアレイ 7 ハーフミラー 8 ダブルモード導波路アレイ 9 複数の差動増幅器 10 基板 11 入射位置 12 ダブルモード導波路 13 導波路 14 導波路 15 光検出器 16 光検出器 17 差動増幅器 18 差動信号 20 等位相面 21 光線 22 集光・結像された光スポット像のダブルモード導
波路に入射する部分 23 入射端面 24 電極 25 電極 26 電源に接続されている端子 27 電源に接続されている端子 30 コリメータレンズアレイ 31 ハーフミラー 100光検出器アレイ A ダブルモード導波路に光が入らない入射位置を示
す B 光スポット像の入射位置を示す C ダブルモード導波路の中心位置を示す
[Description of Signs] 1 light source 2 collimator lens 3 half mirror array 4 objective lens array 5 test object 6 condensing lens array 7 half mirror 8 double mode waveguide array 9 plural differential amplifiers 10 substrate 11 incident position 12 double mode Waveguide 13 Waveguide 14 Waveguide 15 Photodetector 16 Photodetector 17 Differential amplifier 18 Differential signal 20 Equi-phase plane 21 Light beam 22 Part of light spot image condensed and formed incident on double mode waveguide 23 Incident end face 24 Electrode 25 Electrode 26 Terminal connected to power supply 27 Terminal connected to power supply 30 Collimator lens array 31 Half mirror 100 Photodetector array A Indicates the incident position where light does not enter the double mode waveguide B Indicates the incident position of the light spot image C Indicates the center position of the double mode waveguide

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被検物体上の2点以上に同時に光を照射す
るための照射部と、前記被検物体上の各照射点からの各
反射光を同時に検出するための検出部とを具え、前記検
出部が、前記検出のために前記各反射光を入射させるた
めの基板上に形成された各チャネル導波路を具えること
を特徴とする表面形状測定装置。
An irradiation unit for simultaneously irradiating two or more points on a test object with light, and a detection unit for simultaneously detecting each reflected light from each irradiation point on the test object. A surface shape measuring device, wherein the detecting unit includes channel waveguides formed on a substrate for receiving the reflected lights for the detection.
【請求項2】前記各チャネル導波路は、ダブルモード導
波路と、前記ダブルモード導波路から分岐された2本の
導波路とを具え、さらに前記検出部は、前記各チャネル
導波路毎に、前記2本の導波路を伝搬する光を検出する
ための各検出素子を前記2本の導波路の各端部に具える
ことを特徴とする請求項1記載の表面形状測定装置。
2. Each of the channel waveguides comprises a double mode waveguide and two waveguides branched from the double mode waveguide, and the detecting unit further comprises: 2. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein each detecting element for detecting light propagating through the two waveguides is provided at each end of the two waveguides.
【請求項3】前記反射光が、前記ダブルモード導波路の
中心からわずかにシフトした位置に集光されるよう調整
され、前記ダブルモード導波路内の光強度分布の非対称
性を検出することによって前記被検物体の表面形状を測
定することを特徴とする請求項2記載の表面形状測定装
置。
3. The method according to claim 1, wherein the reflected light is adjusted to be focused at a position slightly shifted from the center of the double mode waveguide, and the asymmetry of the light intensity distribution in the double mode waveguide is detected. 3. The surface shape measuring apparatus according to claim 2, wherein the surface shape of the test object is measured.
【請求項4】前記ダブルモード導波路の長さをLとし、
前記ダブルモード導波路における0次モードと1次モー
ドとの間の完全結合長をLc とするとき、 L=Lc (2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・
の正整数) を満たすことを特徴とする請求項2〜3何れか1項記載
の表面形状測定装置。
4. The length of the double mode waveguide is L,
When the complete coupling length between the zero-order mode and the first-order mode in the double mode waveguide is Lc, L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,...)
The surface shape measuring device according to any one of claims 2 to 3, wherein
【請求項5】前記ダブルモード導波路の少なくともコア
ー部分が、電気光学効果、または熱光学効果を呈する材
料から成り、更に、前記ダブルモード導波路に電圧を印
加するための電極を両側方に具え、前記ダブルモード導
波路の長さをLとし、前記両電極間に電圧を印加しない
ときの前記ダブルモード導波路における0次モードと1
次モードとの間の完全結合長をLc 1とし、適当な電圧
を印加したときの完全結合長をLc 1とは異なるLc と
するとき、 L=Lc (2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・
の正整数) を満たすことを特徴とする請求項2〜3何れか1項記載
の表面形状測定装置。
5. The double mode waveguide, wherein at least a core portion is made of a material exhibiting an electro-optic effect or a thermo-optic effect, and further comprises electrodes on both sides for applying a voltage to the double mode waveguide. The length of the double mode waveguide is L, and the 0th mode and the 1st mode in the double mode waveguide when no voltage is applied between the two electrodes.
When the complete coupling length with the next mode is Lc 1 and the complete coupling length when an appropriate voltage is applied is Lc different from Lc 1, L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0,1 , 2, ...
The surface shape measuring device according to any one of claims 2 to 3, wherein
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2022097758A (en) * 2020-10-07 2022-06-30 株式会社日立ハイテク Light emission detection device

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