JP2007212250A - Optical element, inspection device, inspection method, and light spot position displacement method - Google Patents

Optical element, inspection device, inspection method, and light spot position displacement method Download PDF

Info

Publication number
JP2007212250A
JP2007212250A JP2006031569A JP2006031569A JP2007212250A JP 2007212250 A JP2007212250 A JP 2007212250A JP 2006031569 A JP2006031569 A JP 2006031569A JP 2006031569 A JP2006031569 A JP 2006031569A JP 2007212250 A JP2007212250 A JP 2007212250A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical element
optical axis
exit surface
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006031569A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Izumi Ito
泉 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2006031569A priority Critical patent/JP2007212250A/en
Publication of JP2007212250A publication Critical patent/JP2007212250A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a light spot by propagation light, and to displace the position thereof. <P>SOLUTION: An optically-axisymmetric beam part L12 having a similar shape to a section shape of a light emission surface in a plane orthogonal to the optical axis AX, and having a desired inner diameter from the optical axis and the width is emitted from the light emission surface 10A of a transparent optical element 10 having a projecting and optically-axisymmetric cone surface as the light emission surface, and a fine light spot SP is formed on the optical axis out of the optical element. The formation position of the fine light spot SP is changed by changing at least the inner diameter: R from the optical axis between the inner diameter: R from the optical axis AX and the width: Δ of the optically-axisymmetric beam part L12. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、光学素子および検査装置および検査方法および光スポット位置変位方法に関する。   The present invention relates to an optical element, an inspection apparatus, an inspection method, and a light spot position displacement method.

光ファイバにレーザ光を伝搬させ、凸の円錐面形状に形成された射出端から射出させることにより、光ファイバ光軸上に集光させてミクロンオーダあるいはそれ以下の微小な光スポットを形成し、この光スポットにより物体表面を走査して表面状態を検査し、あるいは、上記表面に対して光エネルギによる加工を行うことが意図されている。   By propagating the laser beam to the optical fiber and emitting it from the exit end formed in a convex conical surface shape, it is condensed on the optical fiber optical axis to form a micro light spot of micron order or less, It is intended that the surface of the object is inspected by scanning the surface of the object with this light spot, or that the surface is processed with light energy.

また、光ファイバの射出端に「頂角の小さい円錐面」を形成し、この円錐面に近接場光滲出用の導電性薄膜を形成し、光ファイバ中を伝搬させた伝搬光を円錐面で全反射させて近接場光を発生させ、この近接場光により物体表面を走査して高分解能の検査を行うことも意図されている。   In addition, a conical surface with a small apex angle is formed at the exit end of the optical fiber, and a conductive thin film for leaching near-field light is formed on the conical surface, so that the propagating light propagated in the optical fiber is transmitted through the conical surface. It is also intended to perform near-high-resolution inspection by generating near-field light by total reflection and scanning the object surface with this near-field light.

近接場光による検査に関しては、対物レンズによる観察系を含む通常の光学顕微鏡装置に、近接場光検出用光プローブを組み込んだものが特許文献1により知られている。   Regarding inspection using near-field light, Patent Document 1 discloses that a near-field light detection optical probe is incorporated in a normal optical microscope apparatus including an observation system using an objective lens.

上述した「光ファイバの射出端に形成された凸の円錐面から射出させた伝搬光により形成される光スポット」は微小ではあるが、光ファイバの光軸方向(光ファイバの中心軸方向を射出端の外側へ延長した直線の方向)に長細い形状をしており、被検面における面直交方向の情報(例えば、表面の微小な凹凸状況)の取得には工夫を要する。   The above-mentioned “light spot formed by propagating light emitted from the convex conical surface formed at the exit end of the optical fiber” is very small, but the optical axis direction of the optical fiber (emits the central axis direction of the optical fiber). It has a long and thin shape (in the direction of a straight line extending outward from the end), and it is necessary to devise in order to acquire information on the surface orthogonal to the surface to be examined (for example, minute unevenness on the surface).

特開2000−055818公報JP 2000-055818 A

この発明は、上記の如き伝搬光による光スポットを微小化するとともに、その位置を変位させることができるようにすることを課題とする。   An object of the present invention is to miniaturize the light spot caused by the propagation light as described above and to displace the position thereof.

この発明の光スポット位置変位方法は「微小な光スポットを形成し、その位置を変位させる方法」であって、以下の特徴を有する(請求項1)。
即ち、「光軸対称で凸の錐体面を光射出面として有する透明な光学素子」の光射出面から「光軸に直交する面内で光射出面の断面形状に相似な形状で、光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な光束部分」を射出させて、光学素子外の光軸上に微小な光スポットを形成させる。そして「光軸対称な光束部分の光軸からの内径と幅のうち、少なくとも光軸からの内径を変化させる」ことにより微小な光スポットの形成位置を変化させる。
The light spot position displacement method according to the present invention is a “method of forming a minute light spot and displacing the position”, and has the following features (claim 1).
That is, from the light exit surface of the “transparent optical element having an optical axis symmetric and convex cone surface as the light exit surface”, the optical axis has a shape similar to the cross-sectional shape of the light exit surface within the plane orthogonal to the optical axis. From the optical axis symmetrical light flux portion having a desired inner diameter and width, and a minute light spot is formed on the optical axis outside the optical element. Then, by changing “at least the inner diameter from the optical axis among the inner diameter and width from the optical axis of the light beam portion symmetric with respect to the optical axis”, the formation position of the minute light spot is changed.

「光軸」は、射出端面から射出する射出光束の対称軸に合致する空間的な軸であり、凸の錐体面は、この光軸に対して回転対称である。
「光射出面」は光軸対称で凸の錐体面であるから、光軸を回転対称の軸とする各種の錐体面、例えば、n≧3とする「n角錐の錐体面」であることもできるし、「円錐面」であることもできる。光射出面は、光を射出させる面であるから、光学素子内部から光射出面に入射する伝搬光を全反射させてはならない。従って、上記錐体面が光軸に直交する面に対してなす角は「全反射角よりも小さい角」であることが必要である。
The “optical axis” is a spatial axis that coincides with the symmetry axis of the emitted light beam emitted from the exit end face, and the convex cone surface is rotationally symmetric with respect to this optical axis.
Since the “light exit surface” is a convex cone surface that is symmetrical with respect to the optical axis, it may be various cone surfaces with the optical axis as a rotationally symmetric axis, for example, “conical surface of an n-pyramid” with n ≧ 3. It can also be a “conical surface”. Since the light exit surface is a surface from which light is emitted, the propagating light incident on the light exit surface from the inside of the optical element must not be totally reflected. Therefore, the angle formed by the cone surface with respect to the surface orthogonal to the optical axis needs to be “an angle smaller than the total reflection angle”.

光射出面を「光軸に直交する面」で仮想的に切断すると、この断面上の形状は、正n角形(錐体面がn角錐の錐体面である場合)もしくは円形(錐体面が円錐面である場合)になる。   When the light exit surface is virtually cut by a “plane perpendicular to the optical axis”, the shape on this cross section is a regular n-gon (when the cone surface is a cone surface of an n-pyramid) or a circle (the cone surface is a conical surface). ).

光射出面は「光軸対称な凸の錐体面」であるから、光射出面全体から光を射出させると、射出した光は錐体面により「光軸へ向かう方向へ屈折」され、錐体面が光軸対称であるので、略光軸上で集光して光スポットを形成するが、光射出面から射出した光には光軸方向には集束作用が実質的に作用しないため、光スポットは「光軸方向に細長い形状」となる。   Since the light exit surface is a “convex cone surface symmetrical to the optical axis”, when light is emitted from the entire light exit surface, the emitted light is “refracted in the direction toward the optical axis” by the cone surface, and the cone surface is Since it is symmetric with respect to the optical axis, it is condensed on the optical axis to form a light spot. However, since the light exiting from the light exit surface does not substantially have a focusing action in the optical axis direction, “Elongated shape in the optical axis direction”.

しかるに、上記の如く「光軸に直交する面内で光射出面の断面形状(上記正n角形もしくは円形状)に相似な形状で、光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な光束部分」を射出させると、この光束部分はその幅が「錐体面の一部」に対応するので、形成される光スポットは上記「光射出面全体から射出した光の形成する、光軸方向に細長い形状」の一部分に集光した光スポットとなり、光スポットは「光軸方向へ微小化」される。   However, as described above, “the optical axis is symmetrical in the plane perpendicular to the optical axis and similar to the cross-sectional shape of the light exit surface (the regular n-gon or circular shape) and having a desired inner diameter and width from the optical axis. When the light beam part is emitted, the width of the light beam part corresponds to “a part of the cone surface”. Therefore, the formed light spot is the optical axis direction formed by the light emitted from the entire light emission surface. The light spot is focused on a part of the “elongate shape”, and the light spot is “miniaturized in the optical axis direction”.

また、上記光束部分の「光軸からの距離」を変化させると、射出した光の集光位置は光軸方向に変化する。なお、射出させる「光軸対称な光束部分」の「光軸から所望の内径と幅」は「射出面から射出する位置における光学素子内での内径と幅」を言う。   Further, when the “distance from the optical axis” of the light beam portion is changed, the condensing position of the emitted light changes in the optical axis direction. The “desired inner diameter and width from the optical axis” of the “light beam portion symmetric with respect to the optical axis” refers to the “inner diameter and width in the optical element at the position of exit from the exit surface”.

従って、光学素子の光射出面から射出する伝搬光の形成する光スポットを「光軸方向に微小化」できるとともに、その形成位置を光軸上で変位させることができる。   Therefore, the light spot formed by the propagation light emitted from the light exit surface of the optical element can be “miniaturized in the optical axis direction”, and the formation position can be displaced on the optical axis.

請求項1に記載の光学素子から「光軸に直交する面内で光射出面の断面形状(上記正n角形もしくは円形状)に相似な形状で、光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な光束部分を射出させる」方法としては、請求項2記載の光スポット位置変位方法にように、「光学素子の光軸に直交する面内で光射出面の断面形状に相似な形状で、光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な形状に光束断面形状を調整された光束」を、光軸方向に平行に光射出面に入射させて、光射出面から射出させるようにすることができる。   The optical element according to claim 1, wherein the optical element has a shape similar to a cross-sectional shape of the light exit surface within the plane orthogonal to the optical axis (the regular n-gon or circular shape) and has a desired inner diameter and width from the optical axis. As a method of emitting the light beam portion symmetric with respect to the optical axis, the shape similar to the cross-sectional shape of the light emission surface within the plane orthogonal to the optical axis of the optical element is used as in the light spot position displacement method according to claim 2. Then, a light beam whose cross-sectional shape is adjusted to an optical axis symmetric shape having a desired inner diameter and width from the optical axis is incident on the light exit surface parallel to the optical axis direction, and is emitted from the light exit surface. Can be.

上記の如く「光束断面形状を調整」するには、例えば、液晶フィルタや、MMD(マイクロミラーデバイス)を用いる方法等が可能である。   In order to “adjust the beam cross-sectional shape” as described above, for example, a method using a liquid crystal filter or MMD (micromirror device) can be used.

または、光学素子の光射出面に「特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光選択手段」を「選択的に透過させる偏光成分が、光軸からの距離に応じて段階的もしくは連続的に変化する」ように設け、光学素子を伝搬して光射出面に向かう光の偏光状態を変化させることにより、偏光選択手段により「光軸に直交する面内で上記光射出面の断面形状に相似な形状で、光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な光束部分」を射出させることができる(請求項4)。   Or, the “polarization selection means for selectively transmitting a specific polarization component” on the light exit surface of the optical element “the polarization component for selective transmission changes stepwise or continuously depending on the distance from the optical axis. By changing the polarization state of the light that propagates through the optical element and travels toward the light exit surface, the polarization selection means “similar to the cross-sectional shape of the light exit surface within the plane orthogonal to the optical axis”. An optically symmetric light beam portion having a desired inner diameter and width can be emitted from the optical axis in a shape.

光射出面の形状は、上記の如く、正n角錐の錐体面形状であることができるが、光射出面の形成の容易さや、形成される微小な光スポットの「光軸の周りの対称性」等の面からすると、光射出面の形状は「凸の円錐面」であることが好ましい(請求項5)。この場合には、光射出面から「光軸から所望の内径と幅とを有するリング状の光束断面形状を持つ光束部分」を射出させることができる。   As described above, the shape of the light exit surface can be a cone surface shape of a regular n-pyramid, but the ease of forming the light exit surface and the “symmetry around the optical axis” of the formed small light spot The surface of the light exit surface is preferably a “convex conical surface” (claim 5). In this case, a “light beam portion having a ring-shaped light beam cross-sectional shape having a desired inner diameter and width from the optical axis” can be emitted from the light emission surface.

上に説明した光スポット位置変位方法に用いられる「光学素子」は、上記の如く、光軸対称で凸の錐体面を光射出面として有し、光射出面から「光軸に直交する面内で光射出面の断面形状に相似な形状で、光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な光束部分」を射出させて、光学素子外の光軸上に微小な光スポットを形成させることができるものであればよく、光射出面の形状も上記の如く正n角錐の錐体面形状であることができる。   As described above, the “optical element” used in the light spot position displacement method described above has a convex cone surface that is symmetrical with respect to the optical axis as the light exit surface, and the “in-plane orthogonal to the optical axis” extends from the light exit surface. In this way, an optical axis-symmetric light beam portion having a desired inner diameter and width is emitted from the optical axis in a shape similar to the cross-sectional shape of the light exit surface, and a minute light spot is formed on the optical axis outside the optical element. The shape of the light exit surface can be a cone shape of a regular n-pyramid as described above.

請求項5記載の光学素子は「光軸対称で凸の円錐面」を光射出面として有し、光射出面に「特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光選択手段」を、選択的に透過させる偏光成分が「光軸からの距離に応じて段階的もしくは連続的に変化する」ように設けたことを特徴とする。   The optical element according to claim 5 has a “light axis symmetrical and convex conical surface” as a light exit surface, and selectively selects “polarization selection means for selectively transmitting a specific polarization component” on the light exit surface. The polarization component to be transmitted is provided so as to “change stepwise or continuously according to the distance from the optical axis”.

この請求項5記載の光学素子における「偏光選択手段における、選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた段階的もしくは連続的な変化」は、基準となる偏光成分からこれに直交する偏光成分まで「光軸からの距離とともに単調に変化する」ものでもよいし(請求項6)、「偏光選択手段における、選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた変化」が、基準となる偏光成分からこれに直交する偏光成分まで「光軸からの距離とともにランダムに変化する」ものでもよい(請求項7)。
ここに言う「ランダムな変化」は、選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた変化が「光軸からの距離に対して順不同」になっていることを意味する。
In the optical element according to claim 5, “a stepwise or continuous change of the polarization component selectively transmitted by the polarization selection unit according to the distance from the optical axis” is changed from the reference polarization component to this. The orthogonal polarization component may be “monotonically changing with the distance from the optical axis” (Claim 6), or “in the polarization selection means, the polarization component selectively transmitted according to the distance from the optical axis. The “change” may be “randomly changes with the distance from the optical axis” from the reference polarization component to the polarization component orthogonal thereto (claim 7).
“Random change” as used herein means that the change of the polarization component to be selectively transmitted according to the distance from the optical axis is “in any order with respect to the distance from the optical axis”.

なお、請求項5における「選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた段階的もしくは連続的な変化」は、光軸からの距離とともに単調に変化する場合も、ランダムに変化する場合も、「基準となる偏光成分からこれに直交する偏光成分」までの偏光変化領域を全てカバーする必要は無く、上記偏光変化領域の一部を用いるのみでもよい。このように偏光変化領域の一部を用いると、偏光変化領域以外の偏光成分は光射出面から射出することがない。   Note that the “stepwise or continuous change of the polarization component to be selectively transmitted according to the distance from the optical axis” in claim 5 changes randomly even when it changes monotonously with the distance from the optical axis. In this case, it is not necessary to cover the entire polarization change region from the “reference polarization component to the orthogonal polarization component”, and only a part of the polarization change region may be used. When a part of the polarization change region is used in this way, polarization components other than the polarization change region do not exit from the light exit surface.

上記請求項5〜7の任意の1に記載の光学素子における「光射出面に設けられた偏光選択手段」は、「入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す構造」により構成されることが好ましく(請求項8)、その場合、入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す構造は「導電性材料」により形成されることができ(請求項9)、この導電性材料としては「Au(金)またはAl(アルミニウム)」が好適である(請求項10)。   The “polarization selection means provided on the light exit surface” in the optical element according to any one of claims 5 to 7 is configured by “a structure that forms a periodic shape change that is ½ or less of an incident light wavelength”. (Claim 8), in that case, the structure having a periodic shape change of 1/2 or less of the incident light wavelength can be formed of "conductive material" (Claim 9). As the conductive material, “Au (gold) or Al (aluminum)” is suitable (claim 10).

請求項5〜10の任意の1に記載の光学素子における「光射出面」は、光学素子内を伝搬する光(「伝搬光」という。)を射出するための面であり、光学素子の光射出部の全域が単一の光射出面として形成されていることができることは勿論であるが、これに限らず、光学素子の「光軸を含む領域」に光射出面に囲繞されるようにして「光射出面よりも頂角の小さい円錐面」が近接場光滲出面として形成され、近接場光滲出面が「近接場光滲出用の導電性膜」で被覆された構成とすることができる(請求項11)。   The “light emitting surface” in the optical element according to any one of claims 5 to 10 is a surface for emitting light propagating in the optical element (referred to as “propagating light”), and the light of the optical element. Of course, the entire area of the light emitting portion can be formed as a single light emitting surface, but the present invention is not limited to this, and the light emitting surface is surrounded by the “region including the optical axis” of the optical element. The “conical surface having a smaller apex angle than the light exit surface” is formed as the near-field light exudation surface, and the near-field light exudation surface is covered with the “conductive film for near-field light exudation”. (Claim 11).

このように、光学素子が「光射出面と、この射出面に囲繞される近接場光射出面とを有する」場合、光射出面から射出する伝搬光により形成される光スポットを「伝搬光スポット」と呼び、近接場光によるスポットと区別する。   Thus, when the optical element has “a light exit surface and a near-field light exit surface surrounded by the exit surface”, the light spot formed by the propagation light emitted from the light exit surface is referred to as “propagation light spot. ”To distinguish it from spots with near-field light.

この請求項11記載の光学素子においては、光射出面に設けられた偏光選択手段を「入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す導電性材料」により構成し(請求項9、10)、この導電性材料を「近接場光滲出用の導電性膜の材料」と同一とすることができる(請求項12)。   In the optical element according to the eleventh aspect, the polarization selecting means provided on the light exit surface is constituted by “a conductive material having a periodic shape change of ½ or less of the incident light wavelength” (claim 9, 10) The conductive material can be the same as “the material of the conductive film for leaching near-field light” (claim 12).

請求項5〜10の任意の1に記載の光学素子は「光ファイバの射出端面形状として光射出面が形成された光ファイバプローブ」であることができる(請求項13)、請求項11または12記載の光学素子も「光ファイバの射出端面形状として光射出面と近接場光滲出面が形成された光ファイバプローブ」であることができる(請求項14)。   The optical element according to any one of claims 5 to 10 can be an "optical fiber probe in which a light exit surface is formed as an exit end face shape of an optical fiber" (claim 13), claim 11 or 12 The described optical element can also be an “optical fiber probe in which a light exit surface and a near-field light bleed surface are formed as an exit end face shape of an optical fiber” (claim 14).

上記「偏光選択手段」は、上に説明した「入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す構造」に限らず、有機複屈折膜や多層膜により構成することも可能である。   The “polarized light selection means” is not limited to the “structure having a periodic shape change equal to or less than ½ of the incident light wavelength” described above, but can also be composed of an organic birefringent film or a multilayer film.

この発明の検査装置は「被検査体の被検面を光学的に検査する装置」であって、光源と、光学素子と、光スポット位置変位手段と、走査手段と、検出手段とを有する。
「光源」は、検査に供される光を放射する。光源としては、半導体レーザを初めとする各種レーザ光源やLED光源を好適に用いることができる。光源はまた「発光波長を複数波長に切り替えることができるもの」であることができる。
The inspection apparatus according to the present invention is an “apparatus for optically inspecting a surface to be inspected” and includes a light source, an optical element, a light spot position displacement unit, a scanning unit, and a detection unit.
The “light source” emits light for inspection. As the light source, various laser light sources such as semiconductor lasers and LED light sources can be suitably used. The light source can also be “one whose emission wavelength can be switched to multiple wavelengths”.

「光学素子」は、光源からの光を伝搬させ、この伝搬光を光軸対称な光射出面から射出させるものであり、請求項5〜14の任意の1に記載のものである。   The “optical element” propagates light from a light source and emits the propagated light from a light exit surface that is symmetric with respect to the optical axis, and is one according to any one of claims 5 to 14.

「光スポット位置変位手段」は、光学素子から射出する伝搬光の形成する微小な光スポットの位置を光軸上で変位させる手段であり、光源から光学素子の光射出面に入射する光の偏光方向を変化させる手段である。   "Light spot position displacement means" is a means for displacing the position of a minute light spot formed by propagating light emitted from an optical element on the optical axis, and polarization of light incident on the light emission surface of the optical element from a light source. It is a means to change the direction.

「検出手段」は、被検面からの戻り光を検査光として検出する手段である。
「被検面からの戻り光」は、被検面による散乱光もしくは反射光であるが「光学素子を介して検出手段に導光する」ようにすることができる。
“Detecting means” is means for detecting return light from the surface to be detected as inspection light.
“Return light from the test surface” is scattered light or reflected light from the test surface, but can be “guided to the detecting means via the optical element”.

請求項15記載の検査装置は、光学素子として、請求項13記載の光ファイバプローブを用いる(請求項16)ことも、請求項14記載の光ファイバプローブを用いることもできる(請求項17)。請求項14の光ファイバプローブを光学素子として用いる場合には、走査手段は「伝搬光スポットによる被検面走査」と「近接場光による被検面走査」とを切り替え可能とする。請求項17記載の検査手段の場合には「光源における発光波長を切り替える」ことができるようにするのが好ましい。   In the inspection apparatus according to claim 15, the optical fiber probe according to claim 13 can be used as the optical element (claim 16), or the optical fiber probe according to claim 14 can be used (claim 17). When the optical fiber probe according to the fourteenth aspect is used as an optical element, the scanning unit can switch between “scanning surface scanning using a propagation light spot” and “scanning surface scanning using near-field light”. In the case of the inspection means according to claim 17, it is preferable that "the emission wavelength of the light source can be switched".

この発明の検査方法は、上記請求項15〜17の任意の1に記載の検査装置を用いて、被検査体の被検面を光学的に検査する検査方法である(請求項18)。
請求項19記載の検査方法は、請求項18記載の検査方法において、被検面のごく近傍に、伝搬光スポットの形成位置を設定し、伝搬光スポットにより被検面を走査しつつ、光スポット位置変位手段により光源から光学素子の光射出面に入射する光の偏光方向を変化させ、被検面のサンプリング位置ごとに「検出手段が検出する戻り光が最大強度となる光スポット位置」を被検面の高さ情報として取得する検査方法であることができる。
The inspection method of the present invention is an inspection method for optically inspecting a surface to be inspected using the inspection apparatus according to any one of claims 15 to 17 (claim 18).
The inspection method according to claim 19 is the inspection method according to claim 18, wherein the formation position of the propagation light spot is set very close to the test surface, and the light spot is scanned while scanning the test surface with the propagation light spot. The polarization direction of the light incident on the light exit surface of the optical element from the light source is changed by the position displacing means, and the `` light spot position where the return light detected by the detecting means has the maximum intensity '' is covered for each sampling position of the test surface The inspection method can be acquired as height information of the inspection surface.

なお、この明細書において「検査」は、被検面の状態を光学的に走査して「被検面の状態を光学的に観察する」場合や「被検面に対して光学的な測定を行う」場合を含むのみならず「被検面に対して光エネルギによる加工を行う」場合をも含む。
例えば、請求項15〜17の任意の1に記載の検査装置では、被検面を介した検査光を検出手段で検出してモニタしつつ、伝搬光スポットや近接場光の光エネルギで、被検面に対する加工を行うこともできる。
In this specification, “inspection” means that the state of the test surface is optically scanned and “the state of the test surface is optically observed” or “optical measurement is performed on the test surface. In addition to the case of “performing”, the case of “performing the surface to be inspected with light energy” is also included.
For example, in the inspection apparatus according to any one of claims 15 to 17, while the inspection light passing through the surface to be detected is detected and monitored by the detecting means, the light energy of the propagating light spot or the near-field light is detected. Processing on the inspection surface can also be performed.

なお、上記請求項15に記載された検査装置において、光学素子として、先に説明した「光軸対称で凸の錐体面」を光射出面として有し、光射出面から「光軸に直交する面内で光射出面の断面形状に相似な形状で、光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な光束部分」を射出させて、光学素子外の光軸上に微小な光スポットを形成させることができるもの、例えば「光射出面の形状が正n角錐の錐体面形状であるもの」を用いる検査装置を構成することも可能である。   In the inspection apparatus according to claim 15, the optical element has the “optical axis symmetric and convex cone surface” described above as the light exit surface, and the light exit surface is “perpendicular to the optical axis”. A small light spot on the optical axis outside the optical element by injecting an optical axis symmetric beam portion having a desired inner diameter and width from the optical axis in a shape similar to the cross-sectional shape of the light exit surface within the surface. It is also possible to configure an inspection apparatus using a device that can form the above-mentioned, for example, “a light exit surface having a regular n-pyramidal pyramid surface shape”.

以上に説明したように、この発明によれば、伝搬光スポットを光軸方向に微小化できるので、伝搬光スポットによる検査における光軸方向の分解能が向上する。また、光学素子を光軸方向に変位させることなく、伝搬光スポットの位置を光軸方向に変位させることができるため、例えば、被検面における表面の微小な凹凸状況等の「面直交方向の情報」の取得が容易になる。   As described above, according to the present invention, since the propagation light spot can be miniaturized in the optical axis direction, the resolution in the optical axis direction in the inspection using the propagation light spot is improved. In addition, since the position of the propagating light spot can be displaced in the optical axis direction without displacing the optical element in the optical axis direction, Acquisition of “information” is facilitated.

以下、実施の形態を説明する。
図1は、請求項1、2、4記載の光スポット位置変位方法の実施の1形態を説明するための図である。図1(a)において、符号10は「光学素子」を示している。この光学素子10は、伝搬光スポットのみを形成する光学素子であり近接場光は発生させない。
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 is a view for explaining one embodiment of a light spot position displacement method according to claims 1, 2, and 4. In FIG. 1A, reference numeral 10 denotes an “optical element”. This optical element 10 is an optical element that forms only a propagation light spot and does not generate near-field light.

光学素子10は「透明体」であり、図1(a)の上方から平行光束Lが入射するようになっており、入射面は光軸AXに直交する平面状となっている。入射面と逆側の面(図1(a)で下側の面)は「凸の円錐面」に形成されており、その頂部近傍は遮光膜10Bにより遮光され、その外側にある円錐面部分が光射出面10Aとなっている。光軸AXに直交する平面に対する光射出面10Aの傾き角:θを光射出面の「テーパ角」と呼ぶ。   The optical element 10 is a “transparent body”, and a parallel light beam L is incident from above in FIG. 1A, and the incident surface has a planar shape perpendicular to the optical axis AX. The surface opposite to the incident surface (the surface on the lower side in FIG. 1A) is formed as a “convex conical surface”, and the vicinity of the top is shielded by the light shielding film 10B, and the conical surface portion on the outside thereof. Is the light exit surface 10A. The inclination angle: θ of the light exit surface 10A with respect to a plane orthogonal to the optical axis AX is referred to as the “taper angle” of the light exit surface.

図1(a)の如く、光学素子10の入射面側から平行光束Lを入射させると、入射した光束は伝搬光L1となって光学素子10中を伝搬し、光射出面10Aから射出して射出光L2となる。射出光L2は光射出面10Aから射出するときに、光射出面10Aのテーパ角の作用により屈折するが、光射出面10Aが円錐面であることから、射出光L2も円錐状の集光光束となり、光軸AX上に「細長く集光」する。
図1(a)において、符号SPLで示す部分が「射出光L2による集光領域」である。
As shown in FIG. 1A, when a parallel light beam L is incident from the incident surface side of the optical element 10, the incident light beam propagates through the optical element 10 as propagation light L1, and exits from the light exit surface 10A. It becomes the emitted light L2. When the exit light L2 exits from the light exit surface 10A, it is refracted by the action of the taper angle of the light exit surface 10A. Thus, the light is “thinly condensed” on the optical axis AX.
In FIG. 1A, the part indicated by the symbol SPL is a “light collection region by the emitted light L2.”

この集光領域は、光学素子10を伝搬する伝搬光L1が射出光L2となって「光軸方向に長いスポット状」に集光したものであるので以下「伝搬光による集光スポットSPL」と呼ぶことにする。   In this condensing region, the propagation light L1 propagating through the optical element 10 is emitted light L2 and condensed in a “spot shape that is long in the optical axis direction”. I will call it.

図1(b)は、光学素子10による「伝搬光スポット」の形成を説明するための図である。光学素子10の入射面から「光軸を中心軸とするリング状の光束断面」をもった光束L10を入射させると、入射した光束は、光学素子10内を「中空シリンダ状」の光束L11となって伝搬し、光射出面10Aから光束L12として射出すると光軸AX上に集光して微小な光スポットSPを形成する。この微小な光スポットSPが「伝搬光スポット」である。   FIG. 1B is a diagram for explaining the formation of a “propagating light spot” by the optical element 10. When a light beam L10 having a “ring-shaped light beam cross section with the optical axis as the central axis” is made incident from the incident surface of the optical element 10, the incident light beam passes through the optical element 10 with a “hollow cylinder-shaped” light beam L11. When the light is emitted from the light exit surface 10A as the light beam L12, the light is condensed on the optical axis AX to form a minute light spot SP. This minute light spot SP is a “propagating light spot”.

図1(b)において光学素子10への入射光束L10の、光軸AXからの距離を「内径:R」、リング状の光束断面の幅を「幅:Δ」とすると、これらをパラメータとして内径:Rを変化させると、伝搬光スポットSPの形成位置は、光軸AX上を、図1(b)において上下方向に変位する。また、幅:Δの変化は「伝搬光スポットSPの光軸AX方向のサイズ」を変化させる。伝搬光スポットSPの光軸AX方向における変位領域は、伝搬光による集光スポットSPLの光軸方向の長さに等しい。   In FIG. 1B, assuming that the distance from the optical axis AX of the incident light beam L10 to the optical element 10 is “inner diameter: R” and the width of the ring-shaped light beam cross section is “width: Δ”, these are used as parameters. : When R is changed, the formation position of the propagation light spot SP is displaced in the vertical direction on the optical axis AX in FIG. Further, the change of the width Δ changes the “size of the propagation light spot SP in the optical axis AX direction”. The displacement region in the optical axis AX direction of the propagating light spot SP is equal to the length of the condensing spot SPL by the propagating light in the optical axis direction.

従って、光射出面10Aに入射する「中空シリンダ状の光束」、即ち、光軸AXから所望の内径:Rと幅:Δとを有する光軸対称な光束部分L10を、光射出面10Aから光束L12として射出させることにより伝搬光スポットSPを「微小な光スポット」として形成でき、光束L10の内径:Rを変化させることにより、伝搬光スポットSPの位置を光軸AX方向に変位させることができ、幅:Δを変化させることにより、伝搬光スポットSPの「光軸方向のサイズ」を調整できる。   Accordingly, a “hollow cylindrical light beam” incident on the light exit surface 10A, that is, an optical axis symmetric light beam portion L10 having a desired inner diameter: R and width: Δ from the optical axis AX is emitted from the light exit surface 10A. By emitting as L12, the propagation light spot SP can be formed as a “fine light spot”, and by changing the inner diameter: R of the light beam L10, the position of the propagation light spot SP can be displaced in the optical axis AX direction. By changing the width: Δ, the “size in the optical axis direction” of the propagation light spot SP can be adjusted.

なお、光源としてレーザ光源を用いる場合には、入射光束は「光軸に対して対称的な光強度分布」を持つのが一般的である。この場合、光軸からの距離:Rの位置での光強度分布をP(R)とすると、上記内径:R、幅:Δの光束L10を伝搬光スポットSPとして集光させたときの光強度は概略:2πR・Δ・P(R)となるから、幅:Δを変化させることは、伝搬光スポットSPの光強度を変化させることに対応し、従って、幅:Δを変化させることにより伝搬光スポットSPの光強度を調整することができる。   When a laser light source is used as the light source, the incident light beam generally has “a light intensity distribution symmetrical to the optical axis”. In this case, if the light intensity distribution at the position R from the optical axis is P (R), the light intensity when the light beam L10 having the inner diameter R and the width Δ is condensed as the propagation light spot SP. Is approximately 2πR · Δ · P (R), so changing the width: Δ corresponds to changing the light intensity of the propagation light spot SP, and therefore propagating by changing the width: Δ. The light intensity of the light spot SP can be adjusted.

中空シリンダ状の入射光束L10を得るには、例えば、以下のようにすればよい。
図1(c)に示す遮光部材Fは遮光性で、所望の内径(Rとする。)と幅(Δとする。)を持つ透過部F1をリング状に形成されている。具体的には、例えば、透明な硝子板の片面の「透過部F1を除く部分」に金属遮光膜を形成することにより遮光部材Fを実現できる。
In order to obtain the hollow cylindrical incident light beam L10, for example, the following may be performed.
The light shielding member F shown in FIG. 1C has a light shielding property, and a transmission portion F1 having a desired inner diameter (R) and width (Δ) is formed in a ring shape. Specifically, for example, the light shielding member F can be realized by forming a metal light shielding film on “a portion excluding the transmission portion F1” on one side of a transparent glass plate.

このような遮光部材Fに、図1(d)のように光源からの平行光束Lを入射させ、リング状の透過部を透過した中空シリンダ状の光束を、レンズ13、15により構成されるアフォーカル系の「ビーム径縮小光学系」により、光束径を「光学素子10の入射面の大きさに適合させた大きさに調整して、光学素子10に入射させる。   A parallel light beam L from a light source is incident on such a light shielding member F as shown in FIG. 1 (d), and a hollow cylindrical light beam transmitted through a ring-shaped transmission part is formed by lenses 13 and 15. The light beam diameter is adjusted to a size suitable for the size of the incident surface of the optical element 10 and is incident on the optical element 10 by a focal “beam diameter reducing optical system”.

遮光部材Fのような遮光部材を「リング状の透過部の内径や幅」を異ならせて複数種用意し、これらをターレットに組み込んでターレットの回転により、入射光Lの光路中に配置する遮光部材を切り替えることにより、光学素子10の光射出面10Aに入射する光束L10の内径・幅を切り替えることができる。   A plurality of kinds of light shielding members such as the light shielding member F are prepared with different “inner diameters and widths of the ring-shaped transmission portions”, and these are incorporated in the turret and arranged in the optical path of the incident light L by rotating the turret. By switching the members, the inner diameter and width of the light beam L10 incident on the light exit surface 10A of the optical element 10 can be switched.

また、液晶シャッタデバイスや、マイクロミラーデバイス等を用い、中空シリンダ状の光束の内径と幅とを切り替えることにより、伝搬光スポットの形成位置を光軸方向に変位させることができる。   In addition, by using a liquid crystal shutter device, a micromirror device, or the like and switching the inner diameter and the width of the hollow cylindrical light beam, the formation position of the propagation light spot can be displaced in the optical axis direction.

即ち、図1に即して上に説明した方法は、微小な光スポットSPを形成し、その位置を変位させる方法であって、光軸対称で凸の錐体面を光射出面10Aとして有する光学素子10の光射出面10Aから、光軸AXに直交する面内で光射出面の断面形状に相似な形状で、光軸AXから所望の内径:Rと幅:Δとを有する光軸対称な光束部分L12を射出させて、光学素子外の光軸上に微小な光スポットSPを形成させ、光軸対称な光束部分L12の光軸AXからの距離:Rと幅:Δのうち、少なくとも光軸からの距離:Rを変化させることにより微小な光スポットSPの形成位置を変化させる光スポット位置変位方法(請求項1)である。   That is, the method described above with reference to FIG. 1 is a method of forming a minute light spot SP and displacing the position, and is an optical having an optical axis symmetry and a convex cone surface as the light exit surface 10A. From the light exit surface 10A of the element 10, the shape is similar to the cross-sectional shape of the light exit surface in a plane orthogonal to the optical axis AX, and the optical axis is symmetric with the desired inner diameter: R and width: Δ from the optical axis AX. The light beam portion L12 is emitted to form a minute light spot SP on the optical axis outside the optical element, and at least light of the distance: R and width: Δ from the optical axis AX of the light beam portion L12 symmetric to the optical axis. This is a light spot position displacement method (claim 1) in which the formation position of the minute light spot SP is changed by changing the distance from the axis: R.

また、光学素子10の光軸AXに直交する面内で「光射出面10Aの断面形状に相似な形状」で光軸AXから所望の内径:Rと幅:Δとを有する光軸対称な形状に光束断面形状を調整された光束L10を、光軸AX方向に平行に光射出面10Aに入射させて、光射出面10Aから射出させる(請求項2)。そして、光学素子10の光射出面10Aは円錐面であり、この光射出面10Aから、光軸から所望の内径:Rと幅:Δとを有するリング状の光束部分L12を射出させる(請求項4)。   Further, an optical axis-symmetrical shape having a desired inner diameter: R and width: Δ from the optical axis AX with a “shape similar to the cross-sectional shape of the light exit surface 10A” in a plane orthogonal to the optical axis AX of the optical element 10. The light beam L10 having the light beam cross-sectional shape adjusted is incident on the light exit surface 10A in parallel with the optical axis AX direction, and exits from the light exit surface 10A (claim 2). The light exit surface 10A of the optical element 10 is a conical surface, and a ring-shaped light beam portion L12 having a desired inner diameter: R and width: Δ is emitted from the light exit surface 10A. 4).

上には、光学素子の光射出面形状が円錐形状である場合を説明したが、光射出面の形状が円錐面でなく、光軸対称なn角錐(n≧3)である場合も、上記と同様にして「伝搬光スポットの形成位置を光軸方向に変位させる」ことができることは容易に理解されよう。   Although the case where the light exit surface shape of the optical element is a conical shape has been described above, the above also applies to the case where the light exit surface shape is not a conical surface and is an optically symmetric n pyramid (n ≧ 3). It will be easily understood that “the position where the propagation light spot is formed can be displaced in the optical axis direction” in the same manner as in FIG.

若干付言すると、光射出面の光軸を含む光軸近傍部分に設けられた遮光膜10Bは、この部分での光束の射出を阻止するためのものであるが、遮光膜10Bは「伝搬光による集光スポットSPL」の位置を「錐体面の頂点位置」から離すためのものである。遮光膜10Bを形成しないと、伝搬光による集光スポットSPLは上記頂点位置に接して形成されることになる。   To add a little, the light shielding film 10B provided in the vicinity of the optical axis including the optical axis of the light emitting surface is for blocking the emission of the light beam in this portion. This is for separating the position of the “condensing spot SPL” from the “apex position of the cone surface”. If the light shielding film 10B is not formed, the condensing spot SPL by propagating light is formed in contact with the vertex position.

伝搬光による集光スポットSPLが「光射出面の頂点位置」に接していてもよいが、被検面を走査する際に、光学素子10が被検面と相対的に変位することを考えると、光学素子の先端部と被検面とが接触するのを防止するには、集光スポットSPLの形成位置(これは伝搬光スポットの変位領域幅である。)が光学素子10の先端部から「ある程度離れている」ほうがよく、このために遮光膜10Bを適宜の大きさに形成するのがよい。   Although the condensing spot SPL by the propagating light may be in contact with the “apex position of the light exit surface”, it is considered that the optical element 10 is displaced relative to the test surface when scanning the test surface. In order to prevent the tip of the optical element from contacting the surface to be examined, the formation position of the condensing spot SPL (this is the displacement area width of the propagating light spot) is from the tip of the optical element 10. It is better to be “a certain distance”, and for this purpose, the light shielding film 10B is preferably formed to an appropriate size.

上に説明した光射出面のテーパ角:θを小さくするほど、伝搬光による集光スポットSPLの形成位置は光軸上で光学素子10の先端部から離れる。なお、テーパ角:θは、光学素子内部での光束L10の光射出面10Aへの入射角に等しいので、テーパ角:θは大きくても全反射角以上にすることはできない。   As the taper angle: θ of the light exit surface described above is reduced, the formation position of the condensed spot SPL by the propagating light is further away from the tip of the optical element 10 on the optical axis. Since the taper angle: θ is equal to the incident angle of the light beam L10 on the light exit surface 10A inside the optical element, even if the taper angle: θ is large, it cannot be greater than the total reflection angle.

図1の実施の形態において、光源側からの入射平行光束Lを遮光せず、全光束を光学素子10に入射させれば「伝搬光による集光スポットSPL」を形成できる。これを行うには、たとえば、液晶シャッタデバイスを全開状態にするとか、遮光部材を入射光束の光路上から退避させるなどすればよい。   In the embodiment of FIG. 1, the “condensing spot SPL by propagating light” can be formed by blocking the incident parallel light beam L from the light source side and making all the light beams enter the optical element 10. To do this, for example, the liquid crystal shutter device may be fully opened, or the light shielding member may be retracted from the optical path of the incident light beam.

図2は、請求項1、3、4記載の光スポット位置変位方法の実施の1形態を説明するための図である。図2(a)において、符号20は「光学素子」を示している。この光学素子20も「伝搬光スポットのみを形成する光学素子」であり近接場光は発生させない。   FIG. 2 is a view for explaining one embodiment of the light spot position displacement method according to the first, third, and fourth aspects. In FIG. 2A, reference numeral 20 denotes an “optical element”. This optical element 20 is also an “optical element that forms only a propagating light spot” and does not generate near-field light.

光学素子20は「透明体」であり、図2(a)の上方から平行光束(図示されず)が入射するようになっており、入射面は光軸AXに直交する平面状となっている。入射面と逆側の面(図2(a)で下側の面)は「凸の円錐面」に形成されており、その頂部近傍は遮光膜20Bにより遮光され、その外側の部分が光射出面20Aとなっている。光軸AXに直交する平面に対する光射出面20Aの傾き角:θを光射出面の「テーパ角」と呼ぶ。テーパ角:θが全反射角未満であることは、図1の光学素子10の場合と同様である。   The optical element 20 is a “transparent body”, and a parallel light beam (not shown) is incident from above in FIG. 2A, and the incident surface has a planar shape perpendicular to the optical axis AX. . The surface opposite to the incident surface (the lower surface in FIG. 2 (a)) is formed as a “convex conical surface”, its top portion is shielded by the light-shielding film 20B, and the outer portion is light-emitted. It is the surface 20A. The inclination angle θ of the light exit surface 20A with respect to a plane orthogonal to the optical axis AX: θ is referred to as the “taper angle” of the light exit surface. The taper angle: θ is less than the total reflection angle, as in the case of the optical element 10 in FIG.

光射出面20Aには偏光選択手段20Cが形成されている。
図2(c)は、光学素子20を、図2(a)の下方から見た状態を説明図的に示している。射出面側は光軸を含む光軸近傍の領域に遮光膜20Bが形成され、遮光膜20Bを囲繞するように偏光選択手段20Cが設けられている。
Polarization selection means 20C is formed on the light exit surface 20A.
FIG. 2C illustrates the state in which the optical element 20 is viewed from the lower side of FIG. On the exit surface side, a light shielding film 20B is formed in a region in the vicinity of the optical axis including the optical axis, and a polarization selection means 20C is provided so as to surround the light shielding film 20B.

この例では、偏光選択手段20Cは同心円状の複数(N個)の輪帯領域20A1、20A2、20A3、20A4、・・20AN−1、20ANに別れている。これら輪帯領域は「特定の偏光成分を選択的に透過させる」ように偏光特性が設定されており、「選択的に透過させる偏光成分」の偏光方向(図2(c)に示す各長方形形状の中の「両側矢印」で示す。)が、最内部の輪帯領域20A1における「左右方向」から、最外部の輪帯領域20ANにおける「上下方向」まで、光軸からの距離に応じて単調的かつ段階的に変化している。   In this example, the polarization selection means 20C is divided into a plurality (N) of annular regions 20A1, 20A2, 20A3, 20A4,. These annular zones are set with polarization characteristics so as to “selectively transmit specific polarization components”, and the polarization directions of the “polarization components to selectively transmit” (each rectangular shape shown in FIG. 2C). Is indicated by a “double-sided arrow” in the innermost ring region 20A1 from the “left-right direction” to the “vertical direction” in the outermost ring region 20AN according to the distance from the optical axis. It is changing gradually and gradually.

図2(b)に示すように、光学素子20に断面円形状の平行光束LFを入射させるが、このとき、入射光束LFは直線偏光に偏光させておく、図2(b)では、平行光束LFの中に描かれた両側矢印が入射光束LFの偏光方向であるとする。この偏光方向は、この例では、偏光選択手段20Cにおける輪帯領域20A4が選択的に透過させる偏光成分と合致している。   As shown in FIG. 2B, a parallel light beam LF having a circular cross section is made incident on the optical element 20. At this time, the incident light beam LF is polarized into linearly polarized light. In FIG. Assume that the double-sided arrow drawn in LF is the polarization direction of the incident light beam LF. In this example, the polarization direction matches the polarization component that is selectively transmitted by the annular zone 20A4 in the polarization selection means 20C.

すると、光学素子20に入射した直線偏光の平行光束LFは、光学素子20を光軸AX方向に伝搬し、遮光膜20Bに入射する光束部分は遮断される。また、光射出面20Aに入射する光束部分においては、平行光束LFの直線偏光方向が「選択的に透過させる偏光成分」と合致する輪帯領域20A4の部分に入射する部分(平行光束LFのうち、上記輪帯領域を底面とする中空シリンダ状の光束部分)のみが光学素子外へ屈折して光束LA4となって射出し、伝搬光スポットSPを形成する。   Then, the linearly polarized parallel light beam LF incident on the optical element 20 propagates in the optical element AX direction, and the light beam portion incident on the light shielding film 20B is blocked. Further, in the light beam part incident on the light exit surface 20A, the part (of the parallel light beam LF out of the parallel light beam LF) incident on the part of the annular zone 20A4 where the linear polarization direction of the parallel light beam LF matches the “polarized light component to be selectively transmitted”. Only the hollow cylindrical light beam portion having the annular zone as the bottom surface) is refracted out of the optical element and emitted as a light beam LA4 to form a propagation light spot SP.

従って、光学素子20に入射する平行光束LFにおける直線偏光の偏光方向を変化させれば「偏光光束を選択的に透過させる輪帯領域」が切り替わるので、それに応じて、光軸AX上に形成される伝搬光スポットSPの位置が光軸方向に変位することになる。
このようにして伝搬光スポットの位置を変位させることができる。
図2の光学素子20に入射させる平行光束を「円偏光状態」で入射させれば「伝搬光による集光スポットSPL」を形成できる。これを実行するには、直線偏光状態の平行光束の光路に1/4波長板を挿入して円偏光に変換すればよい。
Accordingly, if the polarization direction of the linearly polarized light in the parallel light beam LF incident on the optical element 20 is changed, the “ring zone region for selectively transmitting the polarized light beam” is switched, and accordingly, formed on the optical axis AX. The position of the propagating light spot SP is displaced in the optical axis direction.
In this way, the position of the propagation light spot can be displaced.
If a parallel light beam incident on the optical element 20 of FIG. 2 is incident in a “circularly polarized state”, a “condensing spot SPL by propagating light” can be formed. In order to execute this, a quarter-wave plate may be inserted into the optical path of the parallel light flux in the linearly polarized state to convert it into circularly polarized light.

図2に即して説明した方法は、微小な光スポットSPを形成し、その位置を変位させる方法であって、光軸対称で凸の錐体面を光射出面として有する光学素子20の光射出面20Aから、光軸AXに直交する面内で光射出面20Aの断面形状に相似な形状で、光軸から所望の内径(輪帯領域20A1〜20ANの光軸からの内径)と幅(輪帯領域20A1〜20ANの幅)とを有する光軸対称な光束部分LA4を射出させて、光学素子20外の光軸AX上に微小な光スポットSPを形成させ、光軸対称な光束部分LA4の光軸AXからの距離と幅のうち、少なくとも光軸AXからの距離を変化させることにより微小な光スポットSPの形成位置を変化させる光スポット位置変位方法(請求項1)である。   The method described with reference to FIG. 2 is a method of forming a minute light spot SP and displacing the position of the light spot SP, and the light emission of the optical element 20 having an optical axis symmetric and convex cone surface as a light emission surface. From the surface 20A, a shape similar to the cross-sectional shape of the light exit surface 20A in a plane orthogonal to the optical axis AX, and a desired inner diameter (inner diameter from the optical axis of the zone regions 20A1 to 20AN) and width (ring The width of the belt regions 20A1 to 20AN) is emitted to form a small light spot SP on the optical axis AX outside the optical element 20, and the light beam portion LA4 having the optical axis symmetry is formed. This is a light spot position displacement method (Claim 1) that changes the formation position of the minute light spot SP by changing at least the distance from the optical axis AX among the distance and width from the optical axis AX.

また、光学素子20の光射出面20Aに、特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光選択手段20Cを「選択的に透過させる偏光成分が、光軸AXからの距離に応じて段階的に変化する」ように設け、光学素子20を伝搬して光射出面20Aに向かう光の偏光状態を変化させることにより、偏光選択手段20Cにより、光軸AXに直交する面内で「光射出面の断面形状に相似な形状」で、光軸AXから所望の内径と幅とを有する光軸対称な光束部分LA4を射出させ(請求項3)、光学素子20の光射出面20Aは円錐面で、光射出面20Aから、光軸から所望の内径と幅とを有するリング状の光束断面をもつ光束部分LA4を射出させる(請求項4)。   In addition, the polarization selection means 20C that selectively transmits a specific polarization component to the light exit surface 20A of the optical element 20 “the polarization component that selectively transmits changes stepwise according to the distance from the optical axis AX. By changing the polarization state of the light that propagates through the optical element 20 and travels toward the light exit surface 20A, the polarization selection means 20C causes a “cross section of the light exit surface within the plane orthogonal to the optical axis AX. A light beam portion LA4 having a desired inner diameter and width is emitted from the optical axis AX with a shape similar to the shape "(Claim 3), and the light exit surface 20A of the optical element 20 is a conical surface. A light beam portion LA4 having a ring-shaped light beam cross section having a desired inner diameter and width is emitted from the light exit surface 20A (claim 4).

なお、輪帯領域20A1〜20ANの個々における領域幅は、例えば、入射光束LFにおける光強度分布を考慮して、伝搬光スポットSPの強度が「形成位置にかかわらず実質的に一定となる」ように設定することができる。   The region width of each of the annular regions 20A1 to 20AN is such that, for example, the intensity of the propagating light spot SP is “substantially constant regardless of the formation position” in consideration of the light intensity distribution in the incident light beam LF. Can be set to

また、輪帯領域を同心円状に形成するのに替えて輪帯領域の幅を細くして「螺旋状」に形成し、螺旋の旋回と共に「選択的に透過させる偏光成分」の偏光方向を「微小角ずつ」ずらして設定することにより、選択的に透過させる偏光成分が「光軸からの距離に応じて連続的に変化する」ようにすることができる。   In addition, instead of forming the zonal region concentrically, the width of the zonal region is narrowed to form a `` helical shape '', and the polarization direction of the `` polarized light component selectively transmitted '' along with the spiral rotation is `` By setting “shifted by a small angle”, the polarization component to be selectively transmitted can be “changed continuously according to the distance from the optical axis”.

光学素子20の光射出面の形状が円錐面でなく、光軸対称なn角錐(n≧3)である場合にも、上記と同様にして「伝搬光スポットの形成位置を光軸方向に変位させる」ことができることは容易に理解されよう。   Even when the shape of the light exit surface of the optical element 20 is not a conical surface but an n-pyramid (n ≧ 3) that is symmetric with respect to the optical axis, It will be readily understood that “can be done”.

図2に示した光学素子20は、光軸対称で凸の円錐面を光射出面20Aとして有し、光射出面20Aに、特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光選択手段20Cを「選択的に透過させる偏光成分が、光軸からの距離に応じて段階的に変化する」ように設けた光学素子(請求項5)である。   The optical element 20 shown in FIG. 2 has a convex conical surface that is symmetrical with respect to the optical axis as the light exit surface 20A, and a polarization selection means 20C that selectively transmits a specific polarization component to the light exit surface 20A. (5), the polarization component to be transmitted is changed stepwise according to the distance from the optical axis.

また、光学素子20の偏光選択手段20Cにおける、選択的に透過させる偏光成分の、光軸AXからの距離に応じた段階的な変化が、基準となる偏光成分(輪帯領域20A1における偏光成分)からこれに直交する偏光成分(輪帯領域20ANにおける偏光成分)まで、光軸からの距離とともに単調に変化するものである(請求項6)。このような例に限らず、偏光選択手段における「選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた変化」を、基準となる偏光成分からこれに直交する偏光成分まで、光軸からの距離とともにランダムに変化させるようにしてもよい(請求項7)。   In addition, the stepwise change of the polarization component selectively transmitted in the polarization selection means 20C of the optical element 20 according to the distance from the optical axis AX is a reference polarization component (polarization component in the annular zone 20A1). To the polarization component orthogonal to this (polarization component in the annular zone 20AN) changes monotonously with the distance from the optical axis (Claim 6). Not limited to such an example, the “change in the polarization component selectively transmitted according to the distance from the optical axis” in the polarization selection means is changed from the reference polarization component to the polarization component orthogonal to the optical axis. You may make it change at random with the distance from (Claim 7).

偏光選択手段における「選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた段階的な変化が、基準となる偏光成分からこれに直交する偏光成分まで、光軸からの距離とともに単調に変化するもの」であると、隣接する輪帯領域では、選択的に透過させる偏光成分が互いに近い方向となりやすく、この場合、入射光束のうち、特定の輪帯領域からの光とともに、隣接する輪帯領域からも若干の光束が射出しやすく、伝搬光スポットの形状が光軸方向に若干ぼやけたものとなることが考えられるが、「選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた変化」を、基準となる偏光成分からこれに直交する偏光成分まで、光軸からの距離とともにランダムに変化するものとすると、このような問題を有効に回避することができる。   In the polarization selection means, the stepwise change of the selectively transmitted polarization component according to the distance from the optical axis is monotonous with the distance from the optical axis, from the reference polarization component to the polarization component orthogonal to this. In the adjacent annular zone, the polarized light components that are selectively transmitted tend to be in directions close to each other, and in this case, the incident light flux and the light from the specific annular zone are included in the adjacent annular zone. It is conceivable that some light flux is easily emitted from the band region and the shape of the propagating light spot is slightly blurred in the optical axis direction. Such a problem can be effectively avoided if the “corresponding change” is changed randomly with a distance from the optical axis from a reference polarization component to a polarization component orthogonal thereto.

光射出面20Aに設けられた偏光選択手段20Cは「入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す構造」により構成でき(請求項8)、周期的形状変化を成す構造は、導電性材料、特にAuあるいはAlにより形成することが好ましい(請求項9、10)。
上に説明した光学素子10、20は「光ファイバの射出端面形状として光射出面が形成された光ファイバプローブ」として構成することもできる(請求項13)。
The polarization selection means 20C provided on the light exit surface 20A can be constituted by a “structure that forms a periodic shape change that is ½ or less of the incident light wavelength” (Claim 8). It is preferable to form it with a conductive material, particularly Au or Al.
The optical elements 10 and 20 described above can also be configured as “an optical fiber probe in which a light emission surface is formed as an emission end face shape of an optical fiber”.

図3は「検査装置」の実施の1形態を説明するための図である。
図3の検査装置は、例えば「被検査体である試料の微小領域における光学物性を測定する近接場光学顕微鏡」等として実施することができる。
検査装置は、レーザ光を放射する光源31と、光源31を駆動する駆動電源31a、光源31から射出されたレーザ光の光路中に配置されたビームスプリッタ32と、ビームスプリッタ32を透過したレーザ光の光路中に配置された1/2波長板38a、1/4波長板38b、これら波長板の調整を行う調整手段38と、波長板38a、38bを透過した光を被検査体2における被検面2aに照射する光ファイバプローブ30と、被検面2aからの戻り光を検出する光検出器34、プローブ制御部35、画像処理部36、画像表示部37Aおよび制御手段100を有する。制御手段100はマイクロコンピュータ等により構成され装置全体を制御する。
FIG. 3 is a diagram for explaining one embodiment of the “inspection apparatus”.
The inspection apparatus in FIG. 3 can be implemented as, for example, “a near-field optical microscope that measures optical physical properties in a minute region of a sample that is an object to be inspected”.
The inspection apparatus includes a light source 31 that emits laser light, a drive power source 31 a that drives the light source 31, a beam splitter 32 that is disposed in the optical path of the laser light emitted from the light source 31, and laser light that has passed through the beam splitter 32. A half-wave plate 38a, a quarter-wave plate 38b disposed in the optical path, an adjusting unit 38 for adjusting these wave plates, and the light transmitted through the wave plates 38a and 38b in the test object 2 An optical fiber probe 30 that irradiates the surface 2a, a photodetector 34 that detects return light from the surface 2a to be detected, a probe control unit 35, an image processing unit 36, an image display unit 37A, and a control means 100 are provided. The control means 100 is constituted by a microcomputer or the like and controls the entire apparatus.

光ファイバプローブ30は、コア301とこれを囲繞するクラッド302とを有する光ファイバであって、レーザ光を伝搬させる伝搬部303と、伝搬部303の射出側端部に形成されたプローブ部304とを有する。プローブ部304は、近接場光滲出部304bと通常伝搬光射出部304aとを有する。   The optical fiber probe 30 is an optical fiber having a core 301 and a clad 302 surrounding the core 301. The optical fiber probe 30 includes a propagation part 303 for propagating laser light, and a probe part 304 formed at an emission side end of the propagation part 303. Have The probe unit 304 includes a near-field light extruding unit 304b and a normal propagation light emitting unit 304a.

コア301、クラッド302は、それぞれ2酸化シリコン系ガラスから成り、ゲルマニウム、リン等を添加することにより、コア301よりもクラッド302の屈折率が低くなるように組成制御されている。   The core 301 and the clad 302 are each made of silicon dioxide glass, and the composition is controlled so that the refractive index of the clad 302 is lower than that of the core 301 by adding germanium, phosphorus, or the like.

通常伝搬光射出部304aは、光ファイバの射出端面形状として円錐面状に形成された「光射出面」に偏光選択手段を形成されてなり、近接場光滲出部304bは、光射出面に囲繞されるようにして「光射出面よりも頂角の小さい尖った円錐面状」に形成された近接場光滲出面の表面が「近接場光滲出用の導電性膜」で被覆されてなる(請求項11)。   The normal propagation light exit part 304a is formed by forming a polarization selection means on a “light exit surface” formed in a conical surface as the exit end face shape of the optical fiber, and the near-field light exuding part 304b is surrounded by the light exit surface. In this way, the surface of the near-field light bleed surface formed in “a sharp conical surface with a smaller apex angle than the light exit surface” is coated with the “conductive film for leaching near-field light” ( Claim 11).

即ち、光ファイバプローブ30は、光ファイバの射出端面形状として光射出面と近接場光滲出面が形成された「光学素子(請求項14)」である。   That is, the optical fiber probe 30 is an “optical element (claim 14)” in which a light exit surface and a near-field light exudation surface are formed as the exit end face shape of the optical fiber.

光源31は駆動電源31aにより駆動され、所定波長のレーザ光を放射する。放射されたレーザ光は直線偏光状態であり、一部がビームスプリッタ32を透過し、ついで1/2波長板38a、1/4波長板38bを透過する。
1/2波長板38a、1/4波長板38bは、透過光の光軸の周りに回転可能であり調整手段38による駆動で態位を制御されて、レーザ光の偏光制御(レーザ光の偏光面の向きを変化させる制御)を行う。このようにレーザ光の偏光制御を行うので、光源31から放射されるレーザ光の偏光方向は任意でよい。
The light source 31 is driven by a driving power source 31a and emits laser light having a predetermined wavelength. The emitted laser light is in a linearly polarized state, and part of it is transmitted through the beam splitter 32 and then transmitted through the half-wave plate 38a and the quarter-wave plate 38b.
The half-wave plate 38a and the quarter-wave plate 38b are rotatable around the optical axis of the transmitted light, and their positions are controlled by driving by the adjusting means 38 to control the polarization of the laser beam (the polarization of the laser beam). Control to change the orientation of the surface). Since the polarization control of the laser light is thus performed, the polarization direction of the laser light emitted from the light source 31 may be arbitrary.

1/2波長板38a、1/4波長板38bを透過したレーザ光は光ファイバプローブ30のコア301へ入射し、シングルモード波として伝搬部303のコア301内を伝搬する。光ファイバプローブ30の光伝搬部303は長く、光伝搬部303が曲がっていると「伝搬するレーザ光の偏光状態が光伝搬部303の曲がりにより乱れる(直線偏光が楕円化する)」ので、1/4波長板38bの態位調整により「この偏光状態の乱れを補正」し、プローブ部304に入射するレーザ光を直線偏光に調整する。   The laser light transmitted through the half-wave plate 38 a and the quarter-wave plate 38 b is incident on the core 301 of the optical fiber probe 30 and propagates through the core 301 of the propagation unit 303 as a single mode wave. If the light propagation part 303 of the optical fiber probe 30 is long and the light propagation part 303 is bent, “the polarization state of the propagating laser light is disturbed by the bending of the light propagation part 303 (linearly polarized light becomes elliptical)”. By adjusting the position of the / 4 wavelength plate 38b, "the correction of the disturbance of the polarization state" is performed, and the laser light incident on the probe unit 304 is adjusted to linearly polarized light.

このように、1/4波長板38bは「光伝搬部21の曲がりによる伝搬レーザ光の偏光状態の乱れを補正」するものであるので、偏光状態に乱れを生じないような構成の光ファイバプローブである場合には不要であり省略することもできる。このような場合、光源31を回転させることによりレーザ光の偏光状態を調整することもできる。
なお、1/2波長板38aに替えて他の偏光制御手段、例えば「液晶偏光変調素子」を用い、駆動手段38に替えて液晶駆動手段により高速の偏光制御を実現できる。
As described above, the ¼ wavelength plate 38b “corrects the disorder of the polarization state of the propagating laser light due to the bending of the light propagation portion 21”, so that the optical fiber probe is configured so as not to disturb the polarization state. Is unnecessary and can be omitted. In such a case, the polarization state of the laser light can be adjusted by rotating the light source 31.
It should be noted that high-speed polarization control can be realized by using other polarization control means, for example, “liquid crystal polarization modulation element” instead of the half-wave plate 38 a, and using the liquid crystal drive means instead of the drive means 38.

ここで、図4を参照して、プローブ部の状態を説明する。
図4(a)は光ファイバプローブ30のプローブ部304を、図3の下方から見た状態を示している。プローブ部304は、通常伝搬光射出部304aと近接場光滲出部304bとからなっており、通常伝搬光射出部304aに対応するコア端面が、通常伝搬光が射出する「光射出面」であり、近接場光滲出部304bに対応するコア端面が「近接場光滲出面」である。
Here, the state of the probe unit will be described with reference to FIG.
4A shows a state where the probe portion 304 of the optical fiber probe 30 is viewed from below in FIG. The probe unit 304 includes a normal propagation light emitting unit 304a and a near-field light exuding unit 304b, and a core end surface corresponding to the normal propagation light emitting unit 304a is a “light emitting surface” from which normal propagation light is emitted. The core end surface corresponding to the near-field light exuding portion 304b is a “near-field light exuding surface”.

近接場光滲出面は「尖った円錐面状」に形成され、その表面に「近接場光滲出のための導電性膜」がAu、AgやAl等による導電性薄膜として形成されている。
先に、図1の光学素子10、図2の光学素子20の光射出面に対して「テーパ角:θ」を定義したが、図3の光ファイバプローブ30に対しても同様にテーパ角を、光射出面および近接場光射出面について定義するものとする。
The near-field light exudation surface is formed in a “pointed conical surface”, and a “conductive film for near-field light exudation” is formed on the surface as a conductive thin film made of Au, Ag, Al, or the like.
First, the “taper angle: θ” is defined for the light exit surfaces of the optical element 10 of FIG. 1 and the optical element 20 of FIG. 2, but the taper angle is similarly applied to the optical fiber probe 30 of FIG. The light exit surface and the near-field light exit surface are defined.

光射出面のテーパ角は「光射出面をなす円錐面の頂角」をα1として「90度−α1/2」で与えられる。これを以下、光射出面のテーパ角:θ1とする。近接場光滲出面については「近接場光滲出面をなす円錐面」の頂角をα2として「θ2=90度―α2/2」をもって「近接場光滲出面のテーパ角:θ2」とする。   The taper angle of the light exit surface is given by “90 ° −α1 / 2”, where “vertical angle of the conical surface forming the light exit surface” is α1. This is hereinafter referred to as the taper angle of the light exit surface: θ1. For the near-field light bleed surface, the apex angle of the “conical surface forming the near-field light bleed surface” is α2, and “θ2 = 90 degrees−α2 / 2” is defined as “taper angle of the near-field light bleed surface: θ2.”

通常伝搬光が光ファイバプローブ30のコア301の中心線に平行であるして、テーパ角:θ1、θ2はそれぞれ、光射出面、近接場光滲出面へのレーザ光の入射角である。テーパ角:θ1は「0より大きく全反射角未満」であり、テーパ角:θ2は「全反射角以上で90度未満」である。   The normally propagating light is parallel to the center line of the core 301 of the optical fiber probe 30, and the taper angles θ1 and θ2 are incident angles of the laser light on the light exit surface and the near-field light bleed surface, respectively. The taper angle: θ1 is “greater than 0 and less than the total reflection angle”, and the taper angle: θ2 is “greater than the total reflection angle and less than 90 degrees”.

通常伝搬光射出部304aは、光射出面に偏光選択手段が形成されてなる。
即ち、偏光選択手段は同心円状の複数(N個)の輪帯領域4a1、4a2、4a3、4a4、・・4aN−1、4aNに別れている。これら輪帯領域は「特定の偏光成分を選択的に透過させる」ように偏光特性が設定されており、「選択的に透過させる偏光成分」の偏光方向(図4(a)に示す各長方形形状の中の「両側矢印」で示す。)が、最内部の輪帯領域4a1における「左右方向」から、最外部の輪帯領域4aNにおける「上下方向」まで、光軸からの距離に応じて単調的かつ段階的に変化している。
The normal propagation light exit unit 304a is formed by forming a polarization selection unit on the light exit surface.
That is, the polarization selecting means is divided into a plurality (N) of concentric annular zone regions 4a1, 4a2, 4a3, 4a4,... 4aN-1, 4aN. These annular zones are set with polarization characteristics so as to “selectively transmit specific polarization components”, and the polarization directions of the “polarization components to selectively transmit” (each rectangular shape shown in FIG. 4A). Is indicated by a “double-sided arrow” in the innermost ring region 4a1 from the “horizontal direction” to the “vertical direction” in the outermost ring region 4aN according to the distance from the optical axis. It is changing gradually and gradually.

図4(b)は、光ファイバプローブの光射出面に形成された偏光選択手段をなす個々の輪帯領域の構成を説明するための図である。図4(b)において符号3041は「光射出面」であり、この光射出面に「入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す構造」である微細なグリッド構造FDが導電性材料により形成されている。   FIG. 4B is a view for explaining the configuration of individual annular zones constituting the polarization selection means formed on the light exit surface of the optical fiber probe. In FIG. 4B, reference numeral 3041 denotes a “light exit surface”, and a fine grid structure FD that is “a structure having a periodic shape change of ½ or less of the incident light wavelength” is conductive on the light exit surface. It is made of material.

グリッド構造FDは、幅:w、高さ:hの「矩形状の断面形状を持つ導電性材料」がピッチ:pで配列しており、ピッチ:pが入射光波長(光源から入射し、通常伝搬光として光ファイバを伝搬する光の波長)の1/2以下となっている。「矩形状の断面形状」は、図4(b)の図面に直交する方向へは一様である。   In the grid structure FD, “conductive materials having a rectangular cross-sectional shape” having a width: w and a height: h are arranged at a pitch: p, and the pitch: p is an incident light wavelength (normally incident from a light source, The wavelength of the light propagating through the optical fiber as propagating light) is 1/2 or less. The “rectangular cross-sectional shape” is uniform in a direction orthogonal to the drawing of FIG.

このような周期的形状変化に「2p以上の波長を持つ直線偏光」を入射させると、入射直線偏光の偏光面(電界の振動面)がグリッド構造FDの「ピッチ方向(図4(b)の左右方向)」に平行なときに透過率が最大となり、入射直線偏光の偏光面がグリッド構造のピッチ方向と直交するときに透過率が0となる。   When “linearly polarized light having a wavelength of 2p or more” is incident on such a periodic shape change, the polarization plane of the incident linearly polarized light (vibration surface of the electric field) becomes “pitch direction (in FIG. 4B) of the grid structure FD. The transmissivity is maximum when it is parallel to the “left-right direction”, and the transmissivity is 0 when the polarization plane of the incident linearly polarized light is orthogonal to the pitch direction of the grid structure.

具体的な例を挙げると、グリッド構造FDのパラメータを、例えば、テーパ角:θ1=11度で、グリッド構造FDをなす導電性材料をAu(金)とし、ピッチ:p=200nm、幅:w=100nm、高さ:h=150nmとすると、波長:633nmの直線偏光を入射させたとき、入射光の偏光面がピッチ方向に平行な場合と、ピッチ方向に直交する場合とで、射出光の消光比は100程度となる。   As a specific example, the parameters of the grid structure FD are, for example, taper angle: θ1 = 11 degrees, the conductive material forming the grid structure FD is Au (gold), the pitch: p = 200 nm, and the width: w. = 100 nm, height: h = 150 nm, when linearly polarized light having a wavelength of 633 nm is incident, the incident light has a polarization plane parallel to the pitch direction and orthogonal to the pitch direction. The extinction ratio is about 100.

また、例えば、テーパ角:θ1=11度で、グリッド構造FDをなす導電性材料をAlとし、ピッチ:p=300nm、幅:w=200nm、高さ:h=200nmとすると、波長:633nmの直線偏光を入射させたとき、入射光の偏光面がピッチ方向に平行な場合と、ピッチ方向に直交する場合とで、射出光の消光比は10000程度となる。   For example, when the taper angle is θ1 = 11 degrees, the conductive material forming the grid structure FD is Al, the pitch is p = 300 nm, the width is w = 200 nm, and the height is h = 200 nm, the wavelength is 633 nm. When linearly polarized light is incident, the extinction ratio of the emitted light is about 10,000 when the polarization plane of incident light is parallel to the pitch direction and when orthogonal to the pitch direction.

即ち、グリッド構造FDにおけるピッチ方向を異ならせることにより「選択的に透過させる偏光成分」の偏光方向を変化させることができるので、図4(a)に示された輪帯領域4a1〜4aNにおける「グリッド構造のピッチ方向」を、図4(a)の各長方形形状の中の「両側矢印」の向きに設定すれば、「選択的に透過させる偏光成分」の偏光方向が、最内部の輪帯領域4a1における「左右方向」から、最外部の輪帯領域4aNにおける「上下方向」まで、光軸からの距離に応じて単調的かつ段階的に変化する状態を実現することができる。   That is, by changing the pitch direction in the grid structure FD, the polarization direction of the “polarized light component to be selectively transmitted” can be changed, so that “in the annular zones 4a1 to 4aN shown in FIG. If the “pitch direction of the grid structure” is set to the direction of “double-sided arrow” in each rectangular shape in FIG. 4A, the polarization direction of the “polarized light component to be selectively transmitted” is the innermost annular zone. It is possible to realize a state that changes monotonously and stepwise according to the distance from the optical axis from the “left-right direction” in the region 4a1 to the “vertical direction” in the outermost annular zone region 4aN.

図4(c)は、入射光LIの偏光面が「輪帯領域4a1が選択的に透過させる偏光成分に平行」な状態を示し、このときは、輪帯領域4a1から射出する光束により、伝搬光スポットSP(4a1)が形成される。伝搬光スポットSP(4a1)が形成される位置は相対的に光ファイバプローブの先端部に近い。   FIG. 4C shows a state in which the polarization plane of the incident light LI is “parallel to the polarization component selectively transmitted through the annular zone 4a1”. At this time, the light beam propagates by the light beam emitted from the annular zone 4a1. A light spot SP (4a1) is formed. The position where the propagation light spot SP (4a1) is formed is relatively close to the tip of the optical fiber probe.

図4(d)は、入射光LIの偏光面が「輪帯領域4aNが選択的に透過させる偏光成分に平行」な状態を示し。このときは、輪帯領域4aNから射出する光束により、伝搬光スポットSP(4aN)が形成される。伝搬光スポットSP(4aN)が形成される位置は、相対的に光ファイバプローブの先端部から遠い。図中における「DL」が、伝搬光スポットSPの「光軸方向に変位可能な領域」の大きさをしめす。「DL」は、伝搬光スポットSPを光軸方向に変位させるときの「ワーキングディスタンスの可変範囲」である。   FIG. 4D shows a state in which the plane of polarization of the incident light LI is “parallel to the polarization component selectively transmitted through the annular zone 4aN”. At this time, a propagation light spot SP (4aN) is formed by the light flux emitted from the annular zone region 4aN. The position where the propagation light spot SP (4aN) is formed is relatively far from the tip of the optical fiber probe. “DL” in the figure indicates the size of the “region displaceable in the optical axis direction” of the propagation light spot SP. “DL” is a “variable range of working distance” when the propagating light spot SP is displaced in the optical axis direction.

図4(a)に示すように、輪帯領域4a1〜4aNでは、最内部の輪帯領域4a1から最外部の輪帯領域4aNに向かって「選択的に透過させる偏光成分」が単調に回転している。この状態を図4(e)に示す。   As shown in FIG. 4A, in the annular zones 4a1 to 4aN, the “polarized component that is selectively transmitted” is monotonously rotated from the innermost annular zone 4a1 toward the outermost annular zone 4aN. ing. This state is shown in FIG.

図4(e)の横軸は光ファイバプローブの「光軸からの距離に応じた偏光状態」であり、これが大きいほど輪帯領域は外側に位置する。縦軸の「偏光成分」は、輪帯領域4a1の偏光成分を0、最外部の輪帯領域4aNの偏光成分を1として示している。図では、偏光成分が0から連続的に増大するように描いてあるが、偏光成分は輪帯領域ごとに一定であるので、実際には階段状の変化となる。   The horizontal axis of FIG. 4 (e) is the “polarization state according to the distance from the optical axis” of the optical fiber probe, and the greater this is, the more the ring zone region is located on the outer side. The “polarization component” on the vertical axis indicates that the polarization component of the annular zone 4a1 is 0 and the polarization component of the outermost zone 4aN is 1. In the drawing, the polarization component is drawn so as to increase continuously from 0, but since the polarization component is constant for each annular region, it actually has a step-like change.

図4(f)は、輪帯領域が4a1から4aNまで変化する際に、形成される伝搬光スポットの位置(縦軸の集光位置)が、光ファイバプローブ先端部から次第に離れる側に変化する様子を示している。縦軸の変位領域の上限をD1(図4(d)の状態)、下限をD2(図4(c)の状態)とすると、上限:D1は輪帯領域4aNの偏光成分(図4(a)の上下方向、図中符号「P1」で表す)に対応し、下限:D2は輪帯領域4a1の偏光成分(図4(a)の左右方向、図中符号「P2」で表す。)に対応する。上限:D1と下限:D2の中間距離をD3とし、これに対応する偏光成分を符号「P3」で表す。   FIG. 4 (f) shows that when the annular zone changes from 4a1 to 4aN, the position of the formed propagation light spot (condensing position on the vertical axis) changes gradually away from the tip of the optical fiber probe. It shows a state. If the upper limit of the displacement region on the vertical axis is D1 (state of FIG. 4D) and the lower limit is D2 (state of FIG. 4C), the upper limit: D1 is the polarization component (FIG. 4A) of the annular region 4aN. ), The lower limit: D2 is the polarization component of the annular zone 4a1 (in the left-right direction of FIG. 4A, represented by the symbol “P2” in the diagram). Correspond. The intermediate distance between the upper limit: D1 and the lower limit: D2 is D3, and the corresponding polarization component is represented by the symbol “P3”.

結局、伝搬光射出部304aに入射する直線偏光の偏光面の向きを調整することにより、伝搬光スポットの位置を光軸方向に変化させることができる。この作用は、図2に即して説明した光学素子20における偏光選択手段20Cの作用と同一であり、光学素子20における偏光選択手段20Cを、説明中の光ファイバプローブ30の偏光選択手段と同様「輪帯領域20A1〜20ANの個々を図4(b)の如き「グリッド構造」で構成し、そのピッチ方向を図2(c)の各長方形形状の中の「両側矢印」の向きに設定すれば「選択的に透過させる偏光成分」の偏光方向が、最内部の輪帯領域20A1における「左右方向」から、最外部の輪帯領域20ANにおける「上下方向」まで、光軸からの距離に応じて単調的かつ段階的に変化する状態を実現することができる。   Eventually, the position of the propagation light spot can be changed in the optical axis direction by adjusting the direction of the polarization plane of the linearly polarized light incident on the propagation light emitting section 304a. This action is the same as the action of the polarization selection means 20C in the optical element 20 described with reference to FIG. 2, and the polarization selection means 20C in the optical element 20 is the same as the polarization selection means of the optical fiber probe 30 being described. “Each of the zone regions 20A1 to 20AN is configured by a“ grid structure ”as shown in FIG. 4B, and the pitch direction is set to the direction of“ double-sided arrow ”in each rectangular shape of FIG. For example, the polarization direction of the “polarized light component to be selectively transmitted” depends on the distance from the optical axis from the “horizontal direction” in the innermost zone region 20A1 to the “vertical direction” in the outermost zone region 20AN. Thus, it is possible to realize a monotonous and stepwise change state.

上記グリッド構造FDの偏光制御機能は「入射光の波長」に対する依存性を持つ。一般に、グリッド構造をなす導電性材料として「反射率が高い(例えば80%以上)もの」を用いれば偏光制御機能を実現できる。可視波長帯域での具体例としては、グリッド構造を構成する導電性材料がAuの場合は、波長:600nm以上、Alの場合は、波長:700nm以下である。   The polarization control function of the grid structure FD is dependent on the “wavelength of incident light”. In general, a polarization control function can be realized by using “a high reflectance (for example, 80% or more)” as a conductive material having a grid structure. As a specific example in the visible wavelength band, the wavelength is 600 nm or more when the conductive material constituting the grid structure is Au, and the wavelength is 700 nm or less when the conductive material is Al.

なお、図4(b)におけるグリッド構造FDのグリッド間はグリッド構造の機械的強度向上のため「空気以外の誘電体」で充填してもよい。   In addition, you may fill with the "dielectrics other than air" between the grids of the grid structure FD in FIG.4 (b) for the mechanical strength improvement of a grid structure.

通常伝搬光射出部304aから射出する伝搬光による集光スポットSPLと、近接場光滲出部304bの先端部との距離:Dは、光射出面のテーパ角:θ1を調整することにより制御できる。   The distance D between the condensing spot SPL caused by the propagation light emitted from the normal propagation light exit part 304a and the tip of the near-field light exudation part 304b can be controlled by adjusting the taper angle θ1 of the light exit surface.

図5(a)は、光射手面をなす円錐面のテーパ角:θ1と距離:Dとの関係を示している。図5(a)に示されているのは、コア301の屈折率が1.53で、射出側媒質が空気である場合で、テーパ角:θ1=50度は全反射角に相当し、テーパ角:θ1がそれより小さくなるにつれて距離:Dは増大し、θ1が20度より小さくなると、通常伝搬光スポットは、光ファイバプローブの先端部から数100nm〜数um程度離れた位置で集光する。これはテーパ角:θ1が小さくなるほど「光射出面での屈折角が小さくなる」ことによる。   FIG. 5A shows the relationship between the taper angle: θ1 and the distance: D of the conical surface forming the light shooter surface. FIG. 5A shows the case where the refractive index of the core 301 is 1.53 and the emission side medium is air, and the taper angle: θ1 = 50 degrees corresponds to the total reflection angle, and the taper. Angle: The distance D increases as θ1 becomes smaller, and when θ1 becomes smaller than 20 degrees, the normal propagation light spot is collected at a position about several hundred nm to several um away from the tip of the optical fiber probe. . This is because the smaller the taper angle θ1, the smaller the refraction angle at the light exit surface.

また、上記距離:Dは、光ファイバプローブのプローブ部304における近接場光滲出部304bの直径:Bと、通常伝搬光射出部304aの直径:Aとの比:B/Aにも依存する。この依存関係を図5(b)に示す。この図からわかるように、直径比:B/Aを0.25以下とすることで通常伝搬光スポットを「光ファイバプローブの先端から十分に離れた位置」に形成できることがわかる。   The distance D is also dependent on the ratio B: A of the diameter B of the near-field light extruding portion 304b in the probe portion 304 of the optical fiber probe and the diameter A of the normal propagation light emitting portion 304a: B / A. This dependency relationship is shown in FIG. As can be seen from this figure, it is understood that the normal propagation light spot can be formed at a “position sufficiently away from the tip of the optical fiber probe” by setting the diameter ratio: B / A to 0.25 or less.

直径比:B/Aが大きくなることは、近接場光滲出部304bの直径:Bが大きくなることを意味するが、近接場光滲出部の円錐形状のテーパ角:θ2は「全反射角以上」を要することから、直径:Bが大きくなることは、上記円錐形状の高さが高くなって、通常伝搬光スポットに近づくため、上記距離:Dが小さくなるのである。   Increasing the diameter ratio: B / A means increasing the diameter: B of the near-field light oozing portion 304b, but the conical taper angle of the near-field light oozing portion: θ2 is “the total reflection angle or more. Therefore, when the diameter B is increased, the height of the conical shape is increased to approach the normal propagation light spot, and thus the distance D is decreased.

次に、近接場光滲出部304bについて説明する。
前述の如く、近接場光滲出部304bは、光ファイバプローブ30の先端部にテーパ角:θ2を持つ円錐面状に形成された近接場光滲出面に「近接場光滲出用の導電性膜」を形成してなる。
Next, the near-field light exuding part 304b will be described.
As described above, the near-field light exuding portion 304b is arranged on the near-field light extruding surface formed in a conical surface shape having a taper angle: θ2 at the distal end portion of the optical fiber probe 30. Formed.

近接場光滲出用の導電性膜の材料と、光射出面に形成されて「入射光波長の1/2以下の周期的形状変化」を構成する上記グリッド構造FDの導電性材料とは、異なる材料でも良いが、光ファイバプローブの生産性の向上を図るには同一材質とすることが好ましい。これらを同一材料とすることにより、光ファイバ先端部の近接場光滲出面と光射出面とに同時に成膜し、その後、光射出面部分を被覆する導電性膜にイオンビームエッチング等の微細加工でグリッド構造を形成することにより、近接場光滲出用の導電性膜と、偏光選択手段をなすグリッド構造とを連続する工程で形成できる。   The conductive film material for leaching near-field light is different from the conductive material of the grid structure FD formed on the light exit surface and constituting “periodic shape change of 1/2 or less of the incident light wavelength”. A material may be used, but it is preferable to use the same material in order to improve the productivity of the optical fiber probe. By making these the same material, film is formed simultaneously on the near-field light bleed surface and light exit surface of the tip of the optical fiber, and then fine processing such as ion beam etching on the conductive film covering the light exit surface portion. By forming the grid structure, the conductive film for leaching near-field light and the grid structure forming the polarization selection means can be formed in a continuous process.

コア301内を伝搬するレーザ光のうち、光ファイバ光軸近傍の光束部分は、近接場光滲出面に入射する。近接場光滲出面はテーパ角:θ2の円錐面形状であり、テーパ角:θ2が「全反射角以上かつ90度未満」となっているので、この部分に入射するレーザ光は近接場光滲出面で全反射し、一部がエバネセント光として「近接場光滲出のための導電性膜」に滲出し、同導電性膜の表面プラズモンとカップリングし、近接場光滲出部304bの先端部へ向かって伝搬し、上記先端部に局在する表面プラズモンとカップリングした近接場光のスポット(以下「近接場光スポット」と言う。)を形成する。   Of the laser light propagating in the core 301, a light beam portion in the vicinity of the optical fiber optical axis is incident on the near-field light extruding surface. The near-field light exudation surface has a conical surface shape with a taper angle: θ2, and the taper angle: θ2 is “more than the total reflection angle and less than 90 degrees”. It is totally reflected on the surface, and part is exhaled as “evanescent light” on the “conductive film for leaching near-field light”, coupled with the surface plasmon of the conductive film, to the tip of the near-field light oozing part 304 b A near-field light spot (hereinafter referred to as “near-field light spot”) that propagates toward the surface and is coupled with the surface plasmon localized at the tip is formed.

因みに、図4(d)における符号NFSが「近接場光スポット」を説明図的に示している。近接場光スポットは「伝搬性の光」ではないので、発生していても単独では観察されることはない。   Incidentally, the symbol NFS in FIG. 4D illustrates the “near-field light spot” in an explanatory manner. Since the near-field light spot is not “propagating light”, even if it is generated, it is not observed alone.

「近接場光滲出のための導電性膜」の材質は導電性であれば如何なる材質であってもよいが、表面プラズモンによる近接場光の増強効果が得られること、化学的安定性に優れることから「Au薄膜」とすることが好ましい。   The material of the “conductive film for leaching near-field light” may be any material as long as it is conductive. However, the effect of enhancing near-field light by surface plasmons is obtained, and the chemical stability is excellent. To “Au thin film”.

発生する近接場光スポットの強度には、一般に、図6(a)に示す如き波長依存性があり、図6(a)の波長:λ21〜λ22の範囲(最大値:Pの1/2の値(P)以上となる波長領域)を選択することにより、良好な強度の近接場光スポットを形成できる。 The intensity of the near-field light spot generated, in general, there is wavelength dependence as shown in FIG. 6 (a), the wavelength of FIG. 6 (a): λ21~λ22 range (maximum: 1/2 of the P 0 By selecting a wavelength region that is equal to or greater than the value (P 1 ), a near-field light spot with good intensity can be formed.

近接場光滲出のための導電性膜を「Au薄膜」とした場合、480nm〜700nm程度の波長帯に収まる波長の光を選択することが好ましい。   When the conductive film for leaching near-field light is an “Au thin film”, it is preferable to select light having a wavelength that falls within a wavelength band of about 480 nm to 700 nm.

近接場光スポットの光強度にはまた「テーパ角:θ2に対する依存性」が有る。
図6(b)は近接場光滲出面をなす円錐面のテーパ角:θ2に対する滲出近接場光強度の一般的な傾向を示し、テーパ角:θ2として「θa〜θbの範囲(光強度の最大値:P0の1/2の値:P1以上となる範囲)」の角を選択することにより近接場光スポットの光強度を向上させることができる。例えば、近接場光滲出用の導電性膜を「Au薄膜」とした場合、入射光波長:532nmの場合はテーパ角:θ2は45度〜55度程度が好適である。
The light intensity of the near-field light spot also has “taper angle: dependence on θ2”.
FIG. 6 (b) shows a general tendency of the near-field light exudation surface with respect to the tapered angle: θ2 of the conical surface, and the taper angle: θ2 indicates a range of “θa to θb (maximum light intensity). By selecting the angle of “value: half of P0: range in which P1 is equal to or greater)”, the light intensity of the near-field light spot can be improved. For example, when the conductive film for leaching near-field light is an “Au thin film”, when the incident light wavelength is 532 nm, the taper angle θ2 is preferably about 45 to 55 degrees.

図3に示す光ファイバプローブ30の通常伝搬光射出部304aの偏光選択手段はAuのグリッド構造で構成され、近接場光滲出部304bの導電性膜はAu薄膜である。   The polarization selection means of the normal propagation light emitting portion 304a of the optical fiber probe 30 shown in FIG. 3 is configured with an Au grid structure, and the conductive film of the near-field light oozing portion 304b is an Au thin film.

このように、偏光選択手段をなすグリッド構造FDと近接場光滲出用の導電性膜を共にAuで構成した場合、選択的に透過させる偏光成分による伝搬光スポットを形成するには波長:600nm以上を選択するのがよく、良好な強度の近接場光スポットを形成するには、波長:500nm近傍の光がよい。即ち、伝搬光スポットSPによる検査を行う場合と、近接場光による検査を行う場合とでは、光源から放射される光の波長を異ならせるのがよい。   As described above, when both the grid structure FD forming the polarization selection means and the conductive film for leaching near-field light are made of Au, a wavelength of 600 nm or more is used to form a propagating light spot with a polarization component that is selectively transmitted. In order to form a near-field light spot with good intensity, light having a wavelength of about 500 nm is preferable. That is, it is preferable that the wavelength of the light emitted from the light source is different between the case where the inspection is performed using the propagation light spot SP and the case where the inspection is performed using the near-field light.

このために、図3の実施の形態における光源31は、検査を「伝搬光スポット」により行うか「近接場光」により行うかに応じて、発光波長を、例えば、633nmと532nmとに切り替え得るようになっている(波長の異なる半導体レーザを切り替えて選択するようになっている)。   For this reason, the light source 31 in the embodiment of FIG. 3 can switch the emission wavelength to, for example, 633 nm and 532 nm, depending on whether the inspection is performed by “propagating light spot” or “near-field light”. (Semiconductor lasers with different wavelengths are selected by switching).

即ち、図3〜図6に即して説明した光ファイバプローブ30は、光軸を含む領域に、光射出面に囲繞されるようにして、光射出面よりも頂角の小さい円錐面が近接場光滲出面として形成され、近接場光滲出面が、近接場光滲出用の導電性膜で被覆された光学素子であり(請求項11)、光射出面に設けられた偏光選択手段FDが、入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す導電性材料により構成されており、導電性材料が、近接場光滲出用の導電性膜の材料(Au)と同一である(請求項12)。
また、光ファイバの射出端面形状として光射出面と近接場光滲出面が形成された光ファイバプローブである(請求項14)。
That is, in the optical fiber probe 30 described with reference to FIGS. 3 to 6, the conical surface having a smaller apex angle than the light emitting surface is close to the region including the optical axis so as to be surrounded by the light emitting surface. An optical element formed as a field light bleed surface, the near field light bleed surface covered with a conductive film for leaching near field light (claim 11), and a polarization selection means FD provided on the light exit surface The conductive material is made of a conductive material having a periodic shape change of ½ or less of the incident light wavelength, and the conductive material is the same as the material (Au) of the conductive film for leaching near-field light. Item 12).
An optical fiber probe in which a light exit surface and a near-field light bleed surface are formed as the exit end face shape of the optical fiber (claim 14).

図3に戻ると、伝搬光スポットによる検査が行われるか、近接場光による検査が行われるかに応じて、検査に適した波長のレーザ光が放射され、放射されたレーザ光は前述の如くして光ファイバプローブ30のプローブ部304に入射する。   Returning to FIG. 3, a laser beam having a wavelength suitable for the inspection is emitted depending on whether the inspection by the propagation light spot or the inspection by the near-field light is performed, and the emitted laser light is as described above. Then, the light enters the probe portion 304 of the optical fiber probe 30.

伝搬光スポットによる検査が行われる場合には「伝搬光スポット」が形成され、この伝搬光スポットにより被検査体2の被検面2aに対する走査が行われる。また、近接場光による検査が行われるときには「近接場光スポット」が形成され、被検面2aの走査が行われる。   When an inspection is performed using the propagation light spot, a “propagation light spot” is formed, and the surface 2a of the inspection object 2 is scanned by the propagation light spot. Further, when an inspection using near-field light is performed, a “near-field light spot” is formed, and the surface 2a to be measured is scanned.

これらの走査は、制御手段100によりプローブ制御部35を制御して行われる。
走査される被検面2aで反射された光(近接場光スポットを構成する近接場光の場合でも、被検面2aで反射されると伝搬光となる。)は「戻り光」となって光ファイバプローブ30のコア部301に入射し、1/4波長板38b、1/2波長板38aを透過し、ビームスプリッタ32により反射され光検出器34に入射して検出される。
These scans are performed by controlling the probe controller 35 by the control means 100.
The light reflected by the scanned surface 2a to be scanned (even in the case of the near-field light constituting the near-field light spot, becomes reflected light when reflected by the tested surface 2a) is “returned light”. The light enters the core portion 301 of the optical fiber probe 30, passes through the quarter-wave plate 38 b and the half-wave plate 38 a, is reflected by the beam splitter 32, enters the photodetector 34, and is detected.

光検出器34は受光した戻り光を光電変換して輝度信号を生成する。生成された輝度信号を基に走査画像が画像処理部36で作成され、画像表示部37Aに表示される。   The photodetector 34 photoelectrically converts the received return light to generate a luminance signal. A scanned image is created by the image processing unit 36 based on the generated luminance signal and displayed on the image display unit 37A.

一般には、被検面2aの検査は、まず、伝搬光スポットによる走査で「低解像度検査」を行い、その検査結果に基づき「高解像度検査」を行う検査領域を特定し、この高解像度検査領域を近接場光による光スポットで検査することが行われる。
また、図3に実施の形態を示す検査装置では、伝搬光スポットの位置を光軸方向に変位させることにより被検面2aの「表面形状の検査」を行うことができる。
In general, in the inspection of the surface 2a to be tested, first, “low-resolution inspection” is performed by scanning with a propagation light spot, and an inspection area for performing “high-resolution inspection” is specified based on the inspection result. Is inspected with a light spot by near-field light.
In the inspection apparatus shown in FIG. 3, the “surface shape inspection” of the surface 2a to be inspected can be performed by displacing the position of the propagation light spot in the optical axis direction.

まず「伝搬光スポットによる低解像度検査」を説明する。   First, “low-resolution inspection using a propagating light spot” will be described.

図3に戻ると、光ファイバプローブ30は上に説明した如く構成されており、プローブ部304近傍をプローブ制御部35に装着されている。プローブ制御部35は例えば「3軸アクチュエータ」等により構成された公知のものであって、光ファイバプローブ30のプローブ部304を被検面2aに対して「近接離間させる方向(図の上下方向)」及びこれに直交する2方向に変位させる機能を有する。   Returning to FIG. 3, the optical fiber probe 30 is configured as described above, and the vicinity of the probe unit 304 is attached to the probe control unit 35. The probe control unit 35 is a known one configured by, for example, a “three-axis actuator” or the like, and is a “direction in which the probe unit 304 of the optical fiber probe 30 is brought close to and away from the test surface 2a (up and down direction in the drawing). ”And a function of displacing in two directions orthogonal thereto.

低解像度検査の際には、光ファイバプローブ30の近接場光滲出部304bの先端(尖端部)と被検面2aの間隔を「伝搬光スポットによる走査に適した距離(数100nm〜数μm)」に設定し、伝搬光スポットによる走査を行う。上記「通常伝搬光スポットによる走査に適した距離」は予め実験的に特定しておき、制御手段100のメモリに記憶させておく。   In the low-resolution inspection, the distance between the tip (tip) of the near-field light extruding portion 304b of the optical fiber probe 30 and the test surface 2a is set to “a distance suitable for scanning with a propagation light spot (several hundred nm to several μm)”. ”And scanning with a propagating light spot is performed. The “distance suitable for scanning with a normal propagation light spot” is experimentally specified in advance and stored in the memory of the control means 100.

光源31から射出された直線偏光成分を有するレーザ光は、ビームスプリッタ32を透過し、調整手段38により駆動される1/2波長板38a、1/4波長板38bにより偏光が調整され、光ファイバプローブ30へ入射する、このとき、光ファイバプローブ30への入射レーザ光の偏光状態は、通常伝搬光射出部304aから射出して光軸上に形成する伝搬光スポットの位置が、上記「伝搬光スポットによる走査に適した距離の位置(この距離は、予め実験的に定めて制御手段100のメモリ内に記憶しておき、制御パラメータとして使用する。)」となるように調整される。   The laser light having a linearly polarized light component emitted from the light source 31 is transmitted through the beam splitter 32, and the polarization is adjusted by the half-wave plate 38a and the quarter-wave plate 38b driven by the adjusting means 38, and the optical fiber. At this time, the polarization state of the laser beam incident on the optical fiber probe 30 is determined by the position of the propagation light spot emitted from the normal propagation light emitting unit 304a and formed on the optical axis. It is adjusted so that the position of a distance suitable for scanning with a spot (this distance is experimentally determined in advance and stored in the memory of the control means 100 and used as a control parameter).

この状態で、制御手段100によりプローブ制御部35を制御して被検面2aの2次元的な走査を行う。まず、プローブ制御部35により、プローブ部304と被検面2aとの間隔を調整し、この間隔が上記「伝搬光スポットSPによる走査に適した距離」となるようにする。すると、プローブ部304の先端部から上記距離の位置に形成されている伝搬光スポットが被検面2a上に走査スポットを形成する。   In this state, the control means 100 controls the probe control unit 35 to perform two-dimensional scanning of the test surface 2a. First, the probe control unit 35 adjusts the interval between the probe unit 304 and the test surface 2a so that the interval becomes the “distance suitable for scanning with the propagation light spot SP”. Then, the propagation light spot formed at the position of the distance from the tip of the probe unit 304 forms a scanning spot on the surface 2a to be measured.

この状態で、プローブ制御部35によりプローブ部304を2次元的に走査すると、被検面2aは伝搬光スポットにより2次元的に走査される。すると、上記の如く、被検面により反射された光が戻り光となって光検出器34に検出され、走査画像が画像表示部37Aに表示される。検査者は画像表示部37Aに表示される画像に基づき、被検面2aの詳細を測定、観察して低解像度検査を実行できる。   In this state, when the probe control unit 35 scans the probe unit 304 two-dimensionally, the surface 2a to be measured is scanned two-dimensionally by the propagation light spot. Then, as described above, the light reflected by the surface to be examined is returned as light and detected by the photodetector 34, and a scanned image is displayed on the image display unit 37A. Based on the image displayed on the image display unit 37A, the inspector can measure and observe the details of the surface 2a to be inspected and execute the low-resolution inspection.

このとき、近接場光滲出部304bの尖端部には近接場光スポットが形成されているが、上記尖端部と被検面2aとは数100nm〜数μm離れており、近接場光スポットは被検面2aと作用し合わないので、伝搬光スポットによる検査に滲出近接場光が影響することはない。従って、伝搬光スポットによる検査は、滲出近接場光の影響を受けることなく高いS/N比で実行することができる。   At this time, a near-field light spot is formed at the tip of the near-field light exuding portion 304b, but the tip and the test surface 2a are separated from each other by several hundreds of nanometers to several μm, and the near-field light spot is not covered. Since it does not interact with the inspection surface 2a, the exudation near-field light does not affect the inspection by the propagation light spot. Therefore, the inspection using the propagation light spot can be performed at a high S / N ratio without being affected by the exuding near-field light.

プローブ部304を被検面2aに対して面に平行な方向に走査する際、プローブ部304の被検面2aに対する高さを一定とすることで、検査中において光軸方向への制御が不要となり、プローブ部先端と伝搬光スポットとの距離:数百nm〜数um程度と相俟って、高速な走査が可能となり測定時間の大幅な短縮につながる。   When scanning the probe unit 304 in a direction parallel to the surface with respect to the test surface 2a, the height of the probe unit 304 with respect to the test surface 2a is made constant so that control in the optical axis direction is not required during inspection. Thus, coupled with the distance between the probe tip and the propagation light spot: about several hundred nm to several um, high-speed scanning becomes possible, leading to a significant reduction in measurement time.

更に、従来の近接場光測定時と比較した場合、測定点一点あたりの測定範囲が広いことから、同一の測定点数・測定ライン(走査ライン)数で広範囲の測定を実現できる。   Furthermore, compared with the conventional near-field light measurement, since the measurement range per measurement point is wide, a wide range of measurement can be realized with the same number of measurement points and the same number of measurement lines (scanning lines).

更に、光ファイバプローブ30からの射出光が集光していない場合と比較して、より多くの被測定面2aからの戻り光を得られ、その結果、高コントラストな測定結果をユーザに提供できる。   Furthermore, compared with the case where the light emitted from the optical fiber probe 30 is not condensed, more return light from the measured surface 2a can be obtained, and as a result, a high-contrast measurement result can be provided to the user. .

次いで、画像表示部37Aに表示される画像から得た「被検面2aの光学物性情報」に基づき「より詳細な検査を行う高解像度検査領域」が特定され、当該領域へ光ファイバプローブ30を水平移動させて「位置あわせ」を行い、当該領域のみを対象として「近接場光スポットによる高分解能検査」を実施する。   Next, “a high-resolution inspection region for performing a more detailed inspection” is specified based on “optical property information of the surface 2a to be measured” obtained from the image displayed on the image display unit 37A, and the optical fiber probe 30 is placed in the region. “Position alignment” is performed by horizontally moving, and “high-resolution inspection using a near-field light spot” is performed only on the region concerned.

即ち、制御手段100によりプローブ制御部35を制御して、光ファイバプローブ30のプローブ部304の尖端部と被検面2aとの距離を変化させ、被検面2aを「近接場光スポットの形成されている位置」に合致させ、この状態で被検面2aに平行な2方向に走査することにより、近接場光スポットによる被検面2aの走査を行う。低解像度検査から高解像度検査への切り替えに伴う「光ファイバプローブ30尖端部と被検面2aとの距離の変化量」は、予め実験的に決定してデータ化し制御手段100のメモリに記憶させておき、上記切換制御のパラメータとして用いる。   That is, the probe control unit 35 is controlled by the control unit 100 to change the distance between the tip of the probe unit 304 of the optical fiber probe 30 and the test surface 2a. In this state, scanning is performed in two directions parallel to the test surface 2a, thereby scanning the test surface 2a with a near-field light spot. “Amount of change in the distance between the tip of the optical fiber probe 30 and the test surface 2a” associated with the switching from the low-resolution inspection to the high-resolution inspection is experimentally determined in advance and converted into data and stored in the memory of the control means 100. It is used as a parameter for the switching control.

近接場光スポットが形成されている状態で、プローブ制御部35によりプローブ部304を被検面2aに近接する方向に移動させる。近接場光滲出部304bの尖端部と被検面2aとの距離が、光源31から射出されるレーザ光の波長の1/4以下となると、近接場光スポットによる近接場光が被検面2aに照射され、被検面2a上に近接場光の「極めて微小な光スポット」が形成される。   In a state where the near-field light spot is formed, the probe control unit 35 moves the probe unit 304 in a direction approaching the surface 2a to be measured. When the distance between the tip of the near-field light extruding portion 304b and the test surface 2a is ¼ or less of the wavelength of the laser light emitted from the light source 31, the near-field light from the near-field light spot is detected on the test surface 2a. , And a “very small light spot” of near-field light is formed on the test surface 2a.

光スポットを形成した近接場光は被検面2aにより反射され、検査光としてコア301を介して光検出器34に導かれ、上記と同様にして「被検面2aの高分解能検査」に供せられる。   The near-field light that forms the light spot is reflected by the test surface 2a, guided as inspection light to the photodetector 34 through the core 301, and used for "high-resolution inspection of the test surface 2a" in the same manner as described above. It is made.

光検出器14は受光した近接場光による検査光を光電変換して輝度信号を生成する。生成された輝度信号を基に「走査画像」が画像処理部16で作成され、画像表示部17Aに表示される。検査者は画像表示部に表示される画像に基づき被検面2aの詳細を測定、観察して高解像度検査を行うことができる。   The photodetector 14 photoelectrically converts the inspection light by the received near-field light to generate a luminance signal. Based on the generated luminance signal, a “scanned image” is created by the image processing unit 16 and displayed on the image display unit 17A. The inspector can measure and observe the details of the surface 2a to be inspected based on the image displayed on the image display unit and perform a high resolution inspection.

なお、高解像度検査領域へ向けてプローブ部304を被検面2aに平行な方向に移動する際、プローブ部22の尖端部の「被検面2aに対する高さ」を一定とすると、検査中に近接・離間方向への変位制御が不要となり、先に説明した伝搬光スポットとプローブ部の尖端部との間の距離(数百nm〜数μm程度)と相俟ってより高速な走査が可能となり、測定時間の大幅な短縮につながる。   When moving the probe unit 304 in the direction parallel to the test surface 2a toward the high-resolution inspection region, if the "height with respect to the test surface 2a" of the tip of the probe unit 22 is constant, during the inspection Displacement control in the proximity / separation direction is not required, and faster scanning is possible in combination with the distance (about several hundred nm to several μm) between the propagation light spot and the tip of the probe described above. Thus, the measurement time can be greatly shortened.

上に説明したように、図3に実施の形態を示す検査装置は、被検査体2の被検面2aを光学的に検査する装置であって、光源31と、この光源からの光を伝搬させ、この伝搬光を光軸対称な光射出面から射出させる光学素子30と、の光学素子30から射出する伝搬光の形成する微小な光スポット(「伝搬光スポット」)の位置を光軸上で変位させるための光スポット位置変位手段と、被検査体の被検面2aを微小な光スポットにより走査する走査手段35と、被検面2aからの戻り光を検査光として検出する検出手段34、36、37Aとを有し、光学素子30は請求項14に記載された光学素子(光ファイバプローブ)であり、光スポット位置変位手段は、光源31から光学素子30の光射出面に入射する光の偏光方向を変化させる手段38、38a、38bである(請求項15)。   As described above, the inspection apparatus according to the embodiment shown in FIG. 3 is an apparatus for optically inspecting the surface 2a to be inspected 2 and propagates light from the light source 31 and the light source. And the position of a minute light spot ("propagation light spot") formed by the propagation light emitted from the optical element 30 and the optical element 30 that emits the propagation light from the light exit surface that is symmetric with respect to the optical axis. A light spot position displacing means for displacing the scanning surface, a scanning means 35 for scanning the test surface 2a of the test object with a minute light spot, and a detection means 34 for detecting the return light from the test surface 2a as the inspection light. , 36, and 37A, and the optical element 30 is the optical element (optical fiber probe) according to claim 14, and the light spot position displacing means is incident from the light source 31 to the light exit surface of the optical element 30. Means for changing the polarization direction of light 8,38A, a 38b (claim 15).

また、光ファイバプローブ30は請求項14記載のもので、走査手段35は、伝搬光スポットによる被検面走査と近接場光による被検面走査とを切り替え可能である(請求項17)。従って、上に説明した検査は請求項18記載の検査方法である。   Further, the optical fiber probe 30 is the one according to the fourteenth aspect, and the scanning means 35 is capable of switching between the test surface scanning by the propagation light spot and the test surface scanning by the near-field light (claim 17). Therefore, the inspection described above is the inspection method according to claim 18.

以下に、被検面2aの表面形状検査を説明する。   Hereinafter, the surface shape inspection of the test surface 2a will be described.

まず、1/2波長板38aと1/4波長板38bを調整手段38により駆動して、光ファイバプローブ30への入射レーザ光の偏光状態を図4(f)の偏光状態P3とし、伝搬光スポットの集光位置が、図4(f)の集光位置:D3(集光位置:D1〜D2の中間位置)になるように設定し、この位置を「伝搬光スポットの基準位置」とする。   First, the half-wave plate 38a and the quarter-wave plate 38b are driven by the adjusting means 38, and the polarization state of the laser beam incident on the optical fiber probe 30 is changed to the polarization state P3 in FIG. The spot condensing position is set to be the condensing position: D3 (condensing position: intermediate position between D1 and D2) in FIG. 4F, and this position is set as the “reference position of the propagation light spot”. .

この状態で、プローブ制御部35によりプローブ部304と被検面2aとの間隔を調整し、上記の如く伝搬光スポットの形成された集光位置:D3を被検面2aと一致させる。   In this state, the probe control unit 35 adjusts the distance between the probe unit 304 and the test surface 2a so that the light collection position D3 where the propagation light spot is formed as described above coincides with the test surface 2a.

続いて、入射光の偏光状態を図4(f)の偏光状態P1とし、伝搬光スポットの集光位置をその領域:D1〜D2の端部:D1に設定する。この状態で準備過程が終了する。   Subsequently, the polarization state of the incident light is set to the polarization state P1 in FIG. 4 (f), and the condensing position of the propagation light spot is set to the end portion: D1 of the region: D1 to D2. In this state, the preparation process ends.

次に、プローブ制御部35により「検査領域の走査」を行うが、この走査に際しては、検査条件に応じて「複数のサンプリング位置:SP1、SP2,・・・SPi,・・・」を適宜に設定し、設定されたサンプリング位置に伝搬光スポットを順次に移動させる。サンプリング位置:SPiは検査領域の2次元座標(X,Y)により特定される。   Next, “scanning of the inspection area” is performed by the probe control unit 35. In this scanning, “a plurality of sampling positions: SP1, SP2,... SPi,. The propagation light spot is sequentially moved to the set sampling position. Sampling position: SPi is specified by the two-dimensional coordinates (X, Y) of the inspection region.

そして、新たなサンプリング位置:SPiが走査位置に来るたびに、入射光の偏光状態を、図4(f)のP1からP2へ順次に切り替えることにより、伝搬光スポットの集光位置を領域:D1〜D2の範囲で変化させる。この集光位置の変化に伴う戻り光の強度:PWを、領域:D1〜D2内の集光位置:Dxに関連して受光データ:PW(Dx)としてメモリに記憶する。   Then, every time a new sampling position: SPi comes to the scanning position, the polarization state of the incident light is sequentially switched from P1 to P2 in FIG. It is changed in the range of ~ D2. The intensity of the return light: PW accompanying the change of the condensing position is stored in the memory as received light data: PW (Dx) in relation to the condensing position: Dx in the areas: D1 to D2.

全サンプリング位置について受光データ:PW(Dx)が求まったら、制御手段100により、サンプリング位置:SPiごとの受光データについて「戻り光強度が最も高い伝搬光スポット集光位置:D(SPi)」を抽出する。伝搬光スポットの集光位置を変化する際「戻り光が最大となる」のは、伝搬光スポットが被検面2aの表面に集光するときであるので、上記D(SPi)をもって、サンプリング位置:SPiにおける被検面2aの凹凸のデータ(形状情報)として再度記録する。   When the light reception data: PW (Dx) is obtained for all sampling positions, the control means 100 extracts “propagation light spot condensing position: D (SPi)” having the highest return light intensity for the light reception data for each sampling position: SPi. To do. When the converging position of the propagation light spot is changed, “the return light is maximized” is when the propagation light spot is condensed on the surface of the test surface 2a. : Record again as data on the unevenness (shape information) of the test surface 2a in SPi.

被検面2aの表面には一般に「微小な凹凸」が存在するが、上記の如くして各サンプリング位置:SPiについて形状情報:D(SPi)が求まると、サンプリング位置:SPiは、検査領域の2次元座標(X,Y)により特定されるので、検査領域における検査面の凹凸形状がサンプリング位置ごとに知られることになり、このようにして、被検面2aの表面形状検査を実行することができる。メモリに記憶した形状情報:D(SPi)の集合を画像処理して画像表示部37Aに被検面2aの3次元形状を表示することができる。   The surface of the surface to be inspected 2a generally has “small unevenness”, but when the shape information: D (SPi) is obtained for each sampling position: SPi as described above, the sampling position: SPi is Since it is specified by the two-dimensional coordinates (X, Y), the uneven shape of the inspection surface in the inspection region is known for each sampling position, and thus, the surface shape inspection of the surface 2a to be detected is executed. Can do. A set of shape information: D (SPi) stored in the memory can be image-processed to display the three-dimensional shape of the test surface 2a on the image display unit 37A.

なお、プローブ部304を被検面2aに対して面に平行な方向に走査する際、プローブ部304の被検面2aに対する高さを一定とすることで、検査中において光軸方向への制御が不要となり、プローブ部先端と伝搬光スポットとの距離:数百nm〜数um程度と相俟って、高速な走査が可能となり測定時間の大幅な短縮につながる。   When the probe unit 304 is scanned in a direction parallel to the surface with respect to the test surface 2a, the height of the probe unit 304 with respect to the test surface 2a is made constant so that control in the optical axis direction can be performed during the inspection. And the distance between the probe tip and the propagation light spot: about several hundred nm to several um, high-speed scanning becomes possible, leading to a significant reduction in measurement time.

即ち、上に説明した「表面形状検査方法」は、被検面2aのごく近傍に、伝搬光スポットの形成位置を設定し、伝搬光スポットにより被検面2aを走査しつつ、光スポット位置変位手段により光源から光学素子の光射出面に入射する光の偏光方向を変化させ、被検面2aのサンプリング位置:SPiごとに、検出手段が検出する戻り光が最大強度となる光スポット位置:D(SPi)を被検面の高さ情報として取得する検査方法(請求項19)である。   That is, in the “surface shape inspection method” described above, the position of the propagation light spot is set very close to the test surface 2a, and the position of the light spot is displaced while scanning the test surface 2a with the propagation light spot. By changing the polarization direction of the light incident on the light exit surface of the optical element from the light source by means, the light spot position where the return light detected by the detecting means has the maximum intensity for each sampling position: SPi of the test surface 2a: D An inspection method for acquiring (SPi) as height information of a surface to be inspected (claim 19).

なお、被検面2aの走査は、光ファイバプローブ30のプローブ部304を固定し、被検査体2を変位させることにより行うようにしてもよいし、プローブ部304の尖端部と被検面2aとの距離の切り替えを「被検査体2の変位(図1の上下方向の変位)」により行い、近接場光スポットもしくは伝搬光スポットによる2次元の走査を、プローブ部304の変位により行うようにしてもよい。即ち、被検面とプローブ部(光学素子)との3次元的な相対変位により走査を実行することができる。   The scanning of the test surface 2a may be performed by fixing the probe unit 304 of the optical fiber probe 30 and displacing the test object 2, or the tip of the probe unit 304 and the test surface 2a. Is switched by “displacement of the object 2 to be inspected (displacement in the vertical direction in FIG. 1)”, and two-dimensional scanning by the near-field light spot or the propagation light spot is performed by the displacement of the probe unit 304. May be. That is, scanning can be executed by three-dimensional relative displacement between the test surface and the probe unit (optical element).

なお、1/2波長板38aに替えて「偏光状態の電気的な変調が可能な素子」、例えば液晶偏光素子を用い、その偏光状態を電気的に変化させるようにすると、偏光状態の調整を機械的な可動部を用いずに「電気的な液晶駆動手段」により変調を行う構成とすることにより、機械的可動部のない高速な変調が可能となり、伝搬光スポットの集光位置変位を高速化できるので、上記の表面形状検査を高速で実現できる。   It should be noted that if the “polarization state can be electrically modulated” instead of the half-wave plate 38a, for example, a liquid crystal polarization element, and the polarization state is electrically changed, the polarization state can be adjusted. By adopting a configuration that performs modulation using "electrical liquid crystal drive means" without using a mechanical moving part, high-speed modulation without a mechanical moving part is possible, and the converging position displacement of the propagating light spot is high-speed. Therefore, the above surface shape inspection can be realized at high speed.

なお、図2に示す光学素子20を光ファイバプローブとして構成し、この光ファイバプローブを図3における光ファイバプローブ30の代わりに用いることもできる。その場合には、近接場光スポットによる高解像度検査は行うことができないが、上記低解像度検査および表面形状検査を行うことができる。また、図1に示す光学素子10を光ファイバプローブとして構成しこのような光ファイバプローブと、前述の遮光部材Fのターレットや、液晶シャッタデバイス、マイクロミラーデバイス等を用いて、中空シリンダ状の光束の内径と幅とを切り替えるようにすることによっても、上記低解像度検査および表面形状検査を行うことができる検査装置を構成できる。   The optical element 20 shown in FIG. 2 can be configured as an optical fiber probe, and this optical fiber probe can be used in place of the optical fiber probe 30 in FIG. In this case, high-resolution inspection using a near-field light spot cannot be performed, but the low-resolution inspection and surface shape inspection can be performed. Further, the optical element 10 shown in FIG. 1 is configured as an optical fiber probe, and using such an optical fiber probe and the above-described turret of the light shielding member F, a liquid crystal shutter device, a micromirror device, etc., a hollow cylindrical light beam By switching between the inner diameter and the width, it is possible to configure an inspection apparatus capable of performing the low-resolution inspection and the surface shape inspection.

なお、前述したように、偏光選択手段が「選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた段階的もしくは連続的な変化」は、光軸からの距離とともに単調に変化する場合も、ランダムに変化する場合も「基準となる偏光成分からこれに直交する偏光成分」までの偏光変化領域を全てカバーする必要は無く、上記偏光変化領域の一部を用いるのみでもよい。   As described above, the “selective transmission of the polarization component that is selectively transmitted according to the distance from the optical axis in a stepwise or continuous manner” changes monotonously with the distance from the optical axis. Even in the case of changing randomly, it is not necessary to cover the entire polarization change region from “a reference polarization component to a polarization component orthogonal thereto”, and only a part of the polarization change region may be used.

例えば、図3に示す実施の形態において、通常伝搬光射出部304aには、図4(a)に示すように光射出面に偏光選択手段が形成されており、偏光選択手段は、同心円状のN個の輪帯領域4a1、4a2、4a3、4a4、・・4aN−1、4aNに別れ、「選択的に透過させる偏光成分」の偏光方向が、最内部の輪帯領域4a1における「左右方向」から、最外部の輪帯領域4aNにおける「上下方向」まで、光軸からの距離に応じて単調的かつ段階的に変化している。   For example, in the embodiment shown in FIG. 3, the normal propagation light emitting section 304a has polarization selecting means formed on the light exit surface as shown in FIG. 4 (a), and the polarization selecting means is concentric. Dividing into N ring zones 4a1, 4a2, 4a3, 4a4,... 4aN-1, 4aN, the polarization direction of the “polarized light component to be selectively transmitted” is the “left-right direction” in the innermost zone zone 4a1. To the “vertical direction” in the outermost ring zone region 4aN changes monotonously and stepwise according to the distance from the optical axis.

この場合、例えば、輪帯領域4aNを省略し、輪帯領域4a1〜4aN−1により偏光選択手段を構成したとすると、図4(a)に示された輪帯領域4aNが「選択的に透過させる偏光成分(図の上下方向の直線偏光)」は、光射出面(通常伝搬光射出部)から射出することがない。   In this case, for example, if the annular zone 4aN is omitted and the polarization selecting means is configured by the annular zones 4a1 to 4aN-1, the annular zone 4aN shown in FIG. The polarization component (the linearly polarized light in the vertical direction in the figure) "does not exit from the light exit surface (normal propagation light exit section).

従って、近接場光による検査を行う際に、このように「通常伝搬光射出部から射出することのない偏光成分の光」により近接場光を発生させれば、検査光には伝搬光のノイズが含まれないので、近接場光による検査のS/N比を極めて良好にすることができる。   Therefore, when performing near-field light inspection, if near-field light is generated by the “polarized light component that does not exit from the normal propagation light emitting portion” as described above, the inspection light is free from noise of the propagation light. Therefore, the S / N ratio of the inspection by the near-field light can be made extremely good.

図7は、光ファイバプローブの変形例を示している。
この例では、光ファイバプローブのプローブ部における近接場光滲出部304b1において、近接場光滲出面の全体が「近接場光滲出用の導電性膜」により被覆されているのではなく、近接場光滲出面をなす円錐面の頂部はむき出しになっている。このような光ファイバプローブを用いても滲出近接場光による高強度な近接場光スポットが得られる。図7において、符号340aは通常伝搬光射出部、符号3401は光射出面をそれぞれ示す。
FIG. 7 shows a modification of the optical fiber probe.
In this example, in the near-field light exudation portion 304b1 in the probe portion of the optical fiber probe, the entire near-field light exudation surface is not covered with the “conductive film for near-field light exudation”. The top of the conical surface forming the exudation surface is exposed. Even when such an optical fiber probe is used, a high-intensity near-field light spot due to exuded near-field light can be obtained. In FIG. 7, reference numeral 340a indicates a normal propagation light emitting portion, and reference numeral 3401 indicates a light emitting surface.

なお、図1の光学素子10や図2の光学素子20のテーパ角:θの円錐面形状の光射出面10A、20Aや、図3の光ファイバプローブ先端のプローブ部304をなす光射出面・近接場光滲出面のテーパ角:θ1、θ2の円錐面形状は、例えば、特開平7−260459号公報開示の「フッ酸等の水溶液を用いたウエットエッチングプロセス」により形成できる。   1 and the optical element 20 of FIG. 2 have a taper angle: θ conical light emitting surfaces 10A and 20A, and a light emitting surface that forms the probe portion 304 at the tip of the optical fiber probe of FIG. The conical surface shape of the near-field light extruding surface having taper angles θ1 and θ2 can be formed by, for example, “wet etching process using an aqueous solution of hydrofluoric acid” disclosed in JP-A-7-26059.

光学素子10や20、光ファイバプローブ30のサイズは適宜に設定できるが、例えば、光ファイバプローブ30の場合、コア径:数μm、例えば4μmのものを使用することが可能であり、光学素子10や20の径も同程度のものを適宜選択することができる。また、輪帯領域の数:Nは2以上の値を適宜に選択することができる。勿論、これらの数値は発明を限定するものではない。   The sizes of the optical elements 10 and 20 and the optical fiber probe 30 can be appropriately set. For example, in the case of the optical fiber probe 30, a core diameter: several μm, for example, 4 μm can be used. The diameters of 20 and 20 can be appropriately selected. Further, the number of ring zones: N can be appropriately selected as a value of 2 or more. Of course, these numerical values do not limit the invention.

伝搬光スポットの集光位置の変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement of the condensing position of a propagation light spot. 伝搬光スポットの集光位置の変位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the displacement of the condensing position of a propagation light spot. 検査装置の実施の1形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one Embodiment of an inspection apparatus. 図3の実施の形態における特徴部分を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the characteristic part in embodiment of FIG. 光ファイバプローブの通常伝搬光射出部の特性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the characteristic of the normal propagation light emission part of an optical fiber probe. 近接場光滲出部の特性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the characteristic of a near-field light exudation part. 光ファイバプローブの変形例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification of an optical fiber probe.

符号の説明Explanation of symbols

2 被検査体
2a 被検面
31 光源
32 ビームスプリッタ
30 光ファイバプローブ
34 光検出器
38a 1/2波長板
38b 1/4波長板
2 Test object 2a Test surface 31 Light source 32 Beam splitter 30 Optical fiber probe 34 Photo detector 38a 1/2 wavelength plate 38b 1/4 wavelength plate

Claims (19)

微小な光スポットを形成し、その位置を変位させる方法であって、
光軸対称で凸の錐体面を光射出面として有する透明な光学素子の上記光射出面から、上記光軸に直交する面内で上記光射出面の断面形状に相似な形状で、上記光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な光束部分を射出させて、上記光学素子外の光軸上に微小な光スポットを形成させ、
上記光軸対称な光束部分の上記光軸からの内径と幅のうち、少なくとも光軸からの内径を変化させることにより上記微小な光スポットの形成位置を変化させることを特徴とする光スポット位置変位方法。
A method of forming a minute light spot and displacing the position,
The optical axis has a shape similar to the cross-sectional shape of the light exit surface in a plane perpendicular to the optical axis from the light exit surface of the transparent optical element having a convex cone surface symmetrical to the optical axis as the light exit surface. From which an optical axis symmetric light beam portion having a desired inner diameter and width is emitted to form a minute light spot on the optical axis outside the optical element,
The light spot position displacement characterized by changing the formation position of the minute light spot by changing at least the inner diameter from the optical axis among the inner diameter and width from the optical axis of the light beam portion symmetrical to the optical axis. Method.
請求項1記載の光スポット位置変位方法において、
光学素子の光軸に直交する面内で光射出面の断面形状に相似な形状で、上記光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な形状に光束断面形状を調整された光束を、上記光軸方向に平行に上記光射出面に入射させて、光射出面から射出させることを特徴とする光スポット位置変位方法。
The light spot position displacement method according to claim 1,
A light beam whose shape is similar to the cross-sectional shape of the light exit surface within a plane perpendicular to the optical axis of the optical element and whose light beam cross-sectional shape is adjusted from the optical axis to an optical axis symmetric shape having a desired inner diameter and width. A method of displacing a light spot, wherein the light is incident on the light exit surface parallel to the optical axis direction and exits from the light exit surface.
請求項1記載の光スポット位置変位方法において、
光学素子の光射出面に、特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光選択手段を、選択的に透過させる偏光成分が、光軸からの距離に応じて段階的もしくは連続的に変化するように設け、
光学素子を伝搬して上記光射出面に向かう光の偏光状態を変化させることにより、上記偏光選択手段により、上記光軸に直交する面内で上記光射出面の断面形状に相似な形状で、上記光軸から所望の内径と幅とを有する光軸対称な光束部分を射出させることを特徴とする光スポット位置変位方法。
The light spot position displacement method according to claim 1,
A polarization selection means for selectively transmitting a specific polarization component to the light exit surface of the optical element so that the polarization component to be selectively transmitted changes stepwise or continuously according to the distance from the optical axis. Provided,
By changing the polarization state of the light that propagates through the optical element and travels toward the light exit surface, the polarization selection means makes the shape similar to the cross-sectional shape of the light exit surface within the plane orthogonal to the optical axis, A method of displacing a light spot position, wherein an optical axis symmetric light beam portion having a desired inner diameter and width is emitted from the optical axis.
請求項1〜3の任意の1に記載の光スポット位置変位方法において、
光学素子の光射出面が円錐面であり、この光射出面から、光軸から所望の内径と幅とを有するリング状の光束断面形状を持つ光束部分を射出させることを特徴とする光スポット位置変位方法。
In the light spot position displacement method according to any one of claims 1 to 3,
A light spot position characterized by emitting a light beam portion having a ring-shaped light beam cross-sectional shape having a desired inner diameter and width from the optical axis from the light emission surface of the optical element having a conical surface. Displacement method.
光軸対称で凸の円錐面を光射出面として有し、
上記光射出面に、特定の偏光成分を選択的に透過させる偏光選択手段を、選択的に透過させる偏光成分が、光軸からの距離に応じて段階的もしくは連続的に変化するように設けたことを特徴とする光学素子。
It has an optical axis symmetry and a convex conical surface as a light exit surface,
A polarization selection means for selectively transmitting a specific polarization component is provided on the light exit surface so that the polarization component to be selectively transmitted changes stepwise or continuously according to the distance from the optical axis. An optical element.
請求項5記載の光学素子において、
偏光選択手段における、選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた段階的もしくは連続的な変化が、基準となる偏光成分からこれに直交する偏光成分まで、光軸からの距離とともに単調に変化するものであることを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 5, wherein
In the polarization selection means, the stepwise or continuous change of the polarization component to be selectively transmitted according to the distance from the optical axis is the distance from the optical axis from the reference polarization component to the polarization component orthogonal thereto. And an optical element that changes monotonously.
請求項5記載の光学素子において、
偏光選択手段における、選択的に透過させる偏光成分の、光軸からの距離に応じた変化が、基準となる偏光成分からこれに直交する偏光成分まで、光軸からの距離とともにランダムに変化するものであることを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 5, wherein
Changes in the polarization component to be selectively transmitted according to the distance from the optical axis in the polarization selection means change randomly with the distance from the optical axis from the reference polarization component to the orthogonal polarization component. An optical element characterized by the above.
請求項5〜7の任意の1に記載の光学素子において、
光射出面に設けられた偏光選択手段が、入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す構造により構成されていることを特徴とする光学素子。
The optical element according to any one of claims 5 to 7,
An optical element characterized in that the polarization selection means provided on the light exit surface has a structure that makes a periodic shape change that is 1/2 or less of the incident light wavelength.
請求項8記載の光学素子において、
入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す構造が、導電性材料により形成されていることを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 8.
An optical element characterized in that a structure having a periodic shape change of 1/2 or less of an incident light wavelength is formed of a conductive material.
請求項9記載の光学素子において、
導電性材料がAu(金)又はAl(アルミニウム)であることを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 9, wherein
An optical element, wherein the conductive material is Au (gold) or Al (aluminum).
請求項5〜10の任意の1に記載の光学素子において、
光軸を含む領域に、光射出面に囲繞されるようにして、光射出面よりも頂角の小さい円錐面が近接場光滲出面として形成され、上記近接場光滲出面が、近接場光滲出用の導電性膜で被覆されたことを特徴とする光学素子。
The optical element according to any one of claims 5 to 10,
A conical surface having a smaller apex angle than the light exit surface is formed as a near-field light exudation surface in a region including the optical axis so as to be surrounded by the light exit surface. An optical element characterized by being coated with a conductive film for exudation.
請求項11記載の光学素子において、
光射出面に設けられた偏光選択手段が、入射光波長の1/2以下の周期的形状変化を成す導電性材料により構成されており、上記導電性材料が、近接場光滲出用の導電性膜の材料と同一であることを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 11, wherein
The polarization selection means provided on the light exit surface is made of a conductive material having a periodic shape change of 1/2 or less of the incident light wavelength, and the conductive material is a conductive material for leaching near-field light. An optical element characterized by being the same as the material of the film.
請求項5〜10の任意の1に記載の光学素子において、
光ファイバの射出端面形状として光射出面が形成された光ファイバプローブであることを特徴とする光学素子。
The optical element according to any one of claims 5 to 10,
An optical element comprising an optical fiber probe having a light exit surface formed as an exit end face shape of an optical fiber.
請求項11または12記載の光学素子において、
光ファイバの射出端面形状として光射出面と近接場光滲出面が形成された光ファイバプローブであることを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 11 or 12,
An optical element characterized by being an optical fiber probe in which a light exit surface and a near-field light exudation surface are formed as the exit end face shape of an optical fiber.
被検査体の被検面を光学的に検査する装置であって、
光源と、
この光源からの光を伝搬させ、この伝搬光を光軸対称な光射出面から射出させる光学素子と、
この光学素子から射出する伝搬光の形成する微小な光スポットの位置を光軸上で変位させるための光スポット位置変位手段と、
上記被検査体の被検面を上記微小な光スポットにより走査する走査手段と、
上記被検面からの戻り光を検査光として検出する検出手段とを有し、
上記光学素子が、請求項5〜14の任意の1に記載の光学素子であり、
光スポット位置変位手段が、上記光源から上記光学素子の光射出面に入射する光の偏光方向を変化させる手段であることを特徴とする検査装置。
An apparatus for optically inspecting a surface to be inspected,
A light source;
An optical element for propagating light from the light source, and emitting the propagating light from an optically symmetric light exit surface;
A light spot position displacing means for displacing the position of a minute light spot formed by propagating light emitted from the optical element on the optical axis;
Scanning means for scanning the test surface of the test object with the minute light spot;
Detecting means for detecting return light from the test surface as inspection light,
The optical element is the optical element according to any one of claims 5 to 14,
The inspection apparatus, wherein the light spot position displacing means is a means for changing a polarization direction of light incident on the light exit surface of the optical element from the light source.
請求項15記載の検査装置において、
光学素子が、請求項13記載のものであることを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 15,
14. An inspection apparatus according to claim 13, wherein the optical element is one according to claim 13.
請求項15記載の検査装置において、
光学素子が、請求項14記載のものであり、
走査手段が、伝搬光スポットによる被検面走査と近接場光による被検面走査とを切り替え可能であることを特徴とする検査装置。
The inspection apparatus according to claim 15,
The optical element is according to claim 14,
An inspection apparatus, wherein the scanning means is capable of switching between a scanning of a test surface by a propagation light spot and a scanning of a test surface by near-field light.
請求項15〜17の任意の1に記載の検査装置を用いて、被検査体の被検面を光学的に検査する検査方法。   An inspection method for optically inspecting a surface to be inspected using the inspection apparatus according to any one of claims 15 to 17. 請求項18記載の検査方法において、
被検面のごく近傍に、伝搬光スポットの形成位置を設定し、
伝搬光スポットにより上記被検面を走査しつつ、光スポット位置変位手段により光源から光学素子の光射出面に入射する光の偏光方向を変化させ、
被検面のサンプリング位置ごとに、検出手段が検出する戻り光が最大強度となる光スポット位置を上記被検面の高さ情報として取得することを特徴とする検査方法。
The inspection method according to claim 18, wherein
Set the formation position of the propagation light spot very close to the test surface,
While scanning the test surface with the propagating light spot, the light spot position displacement means changes the polarization direction of the light incident on the light exit surface of the optical element from the light source,
An inspection method characterized in that, for each sampling position on the test surface, a light spot position at which the return light detected by the detection means has a maximum intensity is acquired as height information of the test surface.
JP2006031569A 2006-02-08 2006-02-08 Optical element, inspection device, inspection method, and light spot position displacement method Pending JP2007212250A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006031569A JP2007212250A (en) 2006-02-08 2006-02-08 Optical element, inspection device, inspection method, and light spot position displacement method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006031569A JP2007212250A (en) 2006-02-08 2006-02-08 Optical element, inspection device, inspection method, and light spot position displacement method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007212250A true JP2007212250A (en) 2007-08-23

Family

ID=38490839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006031569A Pending JP2007212250A (en) 2006-02-08 2006-02-08 Optical element, inspection device, inspection method, and light spot position displacement method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007212250A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016031360A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 シャープ株式会社 Surface plasmon detection device and surface plasmon detection method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016031360A1 (en) * 2014-08-28 2016-03-03 シャープ株式会社 Surface plasmon detection device and surface plasmon detection method
JP2016048223A (en) * 2014-08-28 2016-04-07 シャープ株式会社 Device and method for detecting surface plasmon

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6885808B2 (en) Optical probe and optical pick-up apparatus
JP5547868B2 (en) Microscope system and method using the same
JP2006214942A (en) Fiber optic probe, photodetection apparatus, and photodetection method
JP6661307B2 (en) Microspectrometer
US20040190116A1 (en) Optical transmission apparatus with directionality and divergence control
JPH045170B2 (en)
JP5068121B2 (en) Microscope and three-dimensional information acquisition method
JP2012013690A (en) Fine particle analyzer and fine particle analysis method
US20110321204A1 (en) Near-field optical microscope, near-field optical probe, and sample observation method
JP2013511041A (en) Optical sensor system and sensing method based on attenuated total reflection
JP7021190B2 (en) Light sheet microscope
US7149395B1 (en) Light-enhancing component and fabrication method thereof
US10508950B2 (en) Transparent measuring probe for beam scanning
US20130229653A1 (en) Spectrometric optical system and spectrometer
JP7025280B2 (en) Metal lens unit, semiconductor failure analysis device, and semiconductor failure analysis method
CN108351501A (en) Film for keeping microsphere
JP5532193B2 (en) Confocal microscope
NL2005902C2 (en) Method and apparatus for surface plasmon resonance angle scanning.
JP2007212250A (en) Optical element, inspection device, inspection method, and light spot position displacement method
JP2006029831A (en) Optical fiber probe, photodetector and optical detection method
JP4807476B1 (en) Optical fiber and manufacturing method thereof
JP2007155453A (en) Optical fiber probe, inspection method and inspection device
Guo et al. Imaging of sub-surface nanostructures by dielectric planer cavity coupled microsphere lens
JP2007155454A (en) Optical fiber probe, inspection method and inspection device
WO2022252300A1 (en) Femtosecond-laser-based optical fiber probe preparation device and method combined with super-resolution lens