JP2012018156A - Surface shape measurement apparatus and surface shape measurement method - Google Patents

Surface shape measurement apparatus and surface shape measurement method Download PDF

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将人 甘中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface shape measurement apparatus and a surface shape measurement method capable of more accurately measuring the surface shape of a measured object in nm order in a relatively short time.SOLUTION: The surface shape measurement apparatus SA of the present invention deals with three or more measuring points of a measured object Ob per one measurement spot MP. For example, the surface shape measurement apparatus SA executes the steps of: dividing a measuring light ML generated in a measuring light generation unit 1A into three measuring lights in a measuring unit 2A in order to irradiate each of three measuring points P1 to P3 with the measuring light ML; irradiating each of the three measuring points P1 to P3 of the measured object Ob with the divided measuring light ML1 to ML3; making a pair of reflected lights RL1, RL2 to interfere with each other as well as making a pair of reflected lights RL2, RL3 to interfere with each other so as to use a common reflected light RL2, where RL1 to RL3 are reflected lights of the measuring lights ML1 to ML3; and obtaining the surface shape of the measured object Ob based on a first interfering light IL1 and a second interfering light IL2 obtained by the above light interference.

Description

本発明は、高さ方向の変化である測定対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置および表面形状測定方法に関する。   The present invention relates to a surface shape measuring apparatus and a surface shape measuring method for measuring the surface shape of a measurement object that is a change in the height direction.

従来、この種の測定方法には、例えば、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope、AFM)による方法と、干渉計による方法と、レーザ変位計による方法と、光切断法による方法とが知られている。   Conventionally, for this type of measurement method, for example, a method using an atomic force microscope (AFM), a method using an interferometer, a method using a laser displacement meter, and a method using an optical cutting method are known. Yes.

このAFMによる方法は、例えば、非特許文献1に開示されており、カンチレバの先端に取り付けられた探針を測定対象物の表面に接触させてトレースし、または、前記探針を前記測定対象物の表面と一定間隔に保ってトレースし、その際の前記カンチレバの上下方向の変位を測定することで、前記測定対象物の表面形状を求めるものである。   This AFM method is disclosed in, for example, Non-Patent Document 1, and a probe attached to the tip of a cantilever is traced by contacting the surface of the measurement object, or the probe is traced to the measurement object. The surface shape of the object to be measured is obtained by tracing the surface of the cantilever at a constant interval and measuring the vertical displacement of the cantilever at that time.

また、この干渉計による方法は、例えば、特許文献1や非特許文献2に開示されており、光源から射出された光を分割手段によって例えば2つの光に分割し、それぞれ別々の光路を通った後に、これら2つの光を合波手段によって再び重ね合わせ、光路差によって発生する干渉縞を検出手段によって検出し、これを解析手段によって解析することで、測定対象物の表面形状を求めるものである。このような干渉計による方法には、フィゾー干渉計、マイケルソン干渉計および斜入射干渉計等を用いた方法が知られている。   In addition, this interferometer method is disclosed in, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, and the light emitted from the light source is divided into, for example, two lights by a dividing unit, and each passes through separate optical paths. Later, these two lights are overlapped again by the multiplexing means, the interference fringes generated by the optical path difference are detected by the detecting means, and this is analyzed by the analyzing means, thereby obtaining the surface shape of the measurement object. . As a method using such an interferometer, a method using a Fizeau interferometer, a Michelson interferometer, an oblique incidence interferometer, or the like is known.

また、このレーザ変位計による方法は、例えば、非特許文献3に開示されており、発光素子によって測定対象物へ光を照射し、その反射光を光位置検出素子(SPD)で検出し、測定対象物の上下方向の変位に応じて光位置検出素子で検出される反射光の検出位置も変位することから、前記反射光の検出位置を解析手段によって解析することで、測定対象物の表面形状を求めるものである。   In addition, this method using a laser displacement meter is disclosed in Non-Patent Document 3, for example. Light is applied to a measurement object by a light emitting element, and the reflected light is detected by an optical position detecting element (SPD). Since the detection position of the reflected light detected by the optical position detection element is also displaced according to the vertical displacement of the object, the surface shape of the measurement object is analyzed by analyzing the detection position of the reflected light by the analysis means. Is what you want.

また、この光切断法による方法は、例えば、非特許文献4に開示されており、光源から射出された扇形のシート光を測定対象物に照射し、このシート光を撮影手段によって撮影し、この得られた画像中におけるシート光による輝線を解析手段によって解析することで、測定対象物の表面形状を求めるものである。   Further, the method by this light cutting method is disclosed in Non-Patent Document 4, for example, a fan-shaped sheet light emitted from a light source is irradiated onto a measurement object, and the sheet light is photographed by photographing means. The surface shape of the measurement object is obtained by analyzing the bright line caused by the sheet light in the obtained image by the analyzing means.

前記AFMによる方法は、100μm以下の測定範囲で基本的にどのような表面でも測定することが可能であるが、測定に時間がかかってしまう。この点、前記干渉計による方法、レーザ変位計による方法および光切断法による方法は、数msで測定でき、比較的短時間で測定可能である。しかしながら、前記レーザ変位計による方法は、1〜10μm程度の測定範囲であり、また、前記光切断法による方法は、数μm以上の測定範囲であり、これらの測定範囲は、比較的大きく、nmオーダでの表面形状の測定に向いていない。   The AFM method can measure basically any surface within a measurement range of 100 μm or less, but it takes time to measure. In this respect, the method using the interferometer, the method using the laser displacement meter, and the method using the optical cutting method can be measured in a few ms and can be measured in a relatively short time. However, the method using the laser displacement meter has a measurement range of about 1 to 10 μm, and the method using the optical cutting method has a measurement range of several μm or more, and these measurement ranges are relatively large, nm Not suitable for surface shape measurement on the order.

この点、前記干渉計による方法は、数msで測定でき、比較的短時間で測定可能であって、その原理から測定範囲が波長の長さ程度、すなわち数百nmの範囲であり、nmオーダで測定可能である。   In this respect, the method using the interferometer can measure in a few ms, can be measured in a relatively short time, and from the principle, the measurement range is about the length of the wavelength, that is, a range of several hundred nm, Can be measured.

特開2007−232667号公報JP 2007-232667 A

エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社、“原子間力顕微鏡(AFM/コンタクトモードAFM)”、[online]、平成22年5月6日検索、インターネット、<http://www.siint.com/products/spm/tec_mode/b_2_afm.htm>SII Nanotechnology, Inc., “Atomic Force Microscope (AFM / Contact Mode AFM)”, [online], May 6, 2010 search, Internet, <http: // www. siint. com / products / spm / tec_mode / b_2_afm. htm> フジノン株式会社、“レーザー干渉計活用ガイド”、[online]、平成22年2月19日検索、インターネット、<http://www.fujinon.co.jp/jp/products/laser/kisotisiki2.htm>Fujinon Corporation, “Laser Interferometer Usage Guide”, [online], February 19, 2010 search, Internet, <http: // www. fujinon. co. jp / jp / products / laser / kisotisiki2. htm> 株式会社キーエンス“変位センサ・変位計”、[online]、平成22年5月6日検索、インターネット、<http://www.sensor.co.jp/henni/jiten/laser02.htm>Keyence Corporation “displacement sensor / displacement meter”, [online], May 6, 2010 search, Internet, <http: // www. sensor. co. jp / henni / jiten / laser02. htm> オプトウエア株式会社、“高速光切断法プロファイル計測システム”、[online]、平成22年2月19日検索、インターネット、<http://www.optoware.co.jp/densen.pdf>Optware Corporation, “High-speed optical cutting method profile measurement system”, [online], search on February 19, 2010, Internet, <http: // www. optware. co. jp / densen. pdf>

しかしながら、前記干渉計による方法は、前記AFMによる方法や前記レーザ変位計による方法も含めて、センシング部と測定対象物との間の距離を1点で測定し、前記測定対象物の面方向で走査することで、高さ方向(厚さ方向)の変化である前記測定対象物の表面形状(凹凸形状)を測定するものである。このため、前記測定対象物を載置するステージにおける上下動による振動、センシング部等における保持ゆらぎによる振動および測定対象物自体の振動等の振動が測定結果に含まれてしまい、正確に測定することが難しい。前記特許文献1には、検査精度の向上を目的とする光へテロダイン干渉測定方法およびその測定装置が提案されているが、測定光学系と検査テーブルとの間の距離が完全に一定であることが必要であり、前記特許文献1に開示の光へテロダイン干渉測定方法およびその測定装置は、上述の問題点を解消していない。   However, the method using the interferometer, including the method using the AFM and the method using the laser displacement meter, measures the distance between the sensing unit and the measurement object at one point, and in the surface direction of the measurement object. By scanning, the surface shape (uneven shape) of the measurement object, which is a change in the height direction (thickness direction), is measured. For this reason, vibrations such as vibration due to up and down movement on the stage on which the measurement object is placed, vibration due to holding fluctuations in the sensing unit, and vibration of the measurement object itself are included in the measurement result, and the measurement result must be accurately measured. Is difficult. Patent Document 1 proposes an optical heterodyne interference measurement method and a measurement apparatus for the purpose of improving inspection accuracy, but the distance between the measurement optical system and the inspection table is completely constant. Therefore, the optical heterodyne interference measurement method and measurement apparatus disclosed in Patent Document 1 do not solve the above-mentioned problems.

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、比較的短時間であってnmオーダで、より高精度に、測定対象物の表面形状を測定することができる表面形状測定装置および表面形状測定方法を提供することである。   The present invention is an invention made in view of the above-described circumstances, and its purpose is a surface capable of measuring the surface shape of a measurement object with higher accuracy in the order of nm in a relatively short time. To provide a shape measuring device and a surface shape measuring method.

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる表面形状測定装置は、光を放射する光源部と、測定対象物における3つ以上の複数の測定点に測定光をそれぞれ照射するべく、前記光源部から放射された光を3つ以上の複数の測定光に分ける光分割部と、前記光分割部で分けられた前記複数の測定光を前記測定対象物における前記複数の測定点にそれぞれ照射させ前記複数の測定点でそれぞれ反射された複数の反射光における一対の反射光を光干渉させる複数の光干渉部と、前記複数の光干渉部から出力される複数の干渉光に基づいて前記測定対象物の表面形状を求める検出部とを備え、前記複数の光干渉部における少なくとも1組の光干渉部は、互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させることを特徴とする。そして、本発明の他の一態様にかかる表面形状測定方法は、測定対象物における3つ以上の複数の測定点に測定光をそれぞれ照射するべく、光源部で放射された光を3つ以上の複数の測定光に分ける光分割工程と、前記光分割工程で分けられた前記複数の測定光を前記測定対象物における前記複数の測定点にそれぞれ照射させ前記複数の測定点でそれぞれ反射された複数の反射光における一対の反射光を光干渉させる複数の光干渉工程と、前記複数の光干渉工程で得られた複数の干渉光に基づいて前記測定対象物の表面形状を求める検出工程とを備え、前記複数の光干渉工程における少なくとも1組の光干渉工程は、互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させることを特徴とする。   As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, the surface shape measuring apparatus according to one aspect of the present invention is radiated from the light source unit that emits light and the light source unit to irradiate the measurement light to three or more measurement points on the measurement object. A light splitting unit that divides the measured light into three or more measurement lights, and the plurality of measurement points in the measurement object that are irradiated with the plurality of measurement lights divided by the light splitting unit, respectively. A plurality of optical interference units that optically interfere with a pair of reflected light in the plurality of reflected lights respectively reflected at the points, and a surface shape of the measurement object based on the plurality of interference lights output from the plurality of optical interference units And at least one set of the light interference units in the plurality of light interference units cause the light interference using reflected light common to each other. In the surface shape measurement method according to another aspect of the present invention, the light emitted from the light source unit is irradiated with three or more light beams so as to irradiate measurement light to three or more measurement points on the measurement object. A light splitting step that divides the light into a plurality of measurement lights, and a plurality of light beams that are reflected at the plurality of measurement points by irradiating the plurality of measurement lights divided in the light splitting step to the plurality of measurement points in the measurement object, respectively. A plurality of light interference steps for causing light interference between a pair of reflected light in the reflected light, and a detection step for determining the surface shape of the measurement object based on the plurality of interference lights obtained in the plurality of light interference steps The at least one set of light interference steps in the plurality of light interference steps is characterized in that the light interference is performed using reflected light common to each other.

このような構成の表面形状測定装置および表面形状測定方法は、光干渉計による方法であるので、比較的短時間であってnmオーダで、測定対象物の表面形状を測定することができる。そして、このような構成の表面形状測定装置および表面形状測定方法では、測定対象物における3つ以上の複数の測定点で反射された複数の反射光を光干渉させる際に、互いに共通な反射光を用いて光干渉させる場合を含むので、測定対象物の表面における勾配情報を表す位相情報を持った干渉光が得られる。このため、例えば、測定対象物を載置するステージにおける上下動による振動、測定光学系における保持ゆらぎによる振動および測定対象物自体の振動等の振動が測定結果に及ぼす影響を相殺して略消去することができる。したがって、このような構成の表面形状測定装置および表面形状測定方法は、比較的短時間であってnmオーダで、より高精度に、測定対象物の表面形状を測定することができる。   Since the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method having such a configuration are methods using an optical interferometer, the surface shape of the measurement object can be measured in a relatively short time and in the order of nm. In the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method configured as described above, the reflected light that is common to the plurality of reflected lights reflected from the three or more measuring points on the measurement object is shared. Therefore, interference light having phase information representing gradient information on the surface of the measurement object can be obtained. For this reason, for example, the influence of vibrations such as vibration caused by vertical movement on the stage on which the measurement object is placed, vibration caused by holding fluctuations in the measurement optical system, and vibration of the measurement object itself on the measurement result is canceled and substantially eliminated. be able to. Therefore, the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method having such a configuration can measure the surface shape of the measurement object with higher accuracy in the order of nm in a relatively short time.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記光源部、前記光分割部および前記光干渉部は、光ホモダイン干渉計を構成し、前記検出部は、前記互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させた複数の光干渉部から出力される複数の干渉光に基づいて前記複数の干渉光における各位相間の位相差を検出する位相差検出部と、前記位相差検出部で検出された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算する演算部とを備えることを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measurement apparatus, the light source unit, the light splitting unit, and the light interference unit constitute an optical homodyne interferometer, and the detection unit is the reflected light common to each other. A phase difference detection unit that detects a phase difference between the phases of the plurality of interference lights based on a plurality of interference lights output from the plurality of optical interference units that are caused to interfere with each other using the phase difference detection unit; and And a calculation unit that calculates a surface shape of the measurement object based on the detected phase difference.

このような構成の表面形状測定装置は、光ホモダイン干渉計を備えるので、より簡素に当該表面形状測定装置を製作することができる。   Since the surface shape measuring apparatus having such a configuration includes the optical homodyne interferometer, the surface shape measuring apparatus can be manufactured more simply.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記光分割部は、前記光源部から放射された光を3つに分ける光分岐部を備え、前記1組の光干渉部は、前記光分岐部で分けられた第1の光における反射光と前記光分岐部で分けられた第2の光における反射光とを光干渉させる第1光干渉部と、前記光分岐部で分けられた第2の光における反射光と前記光分岐部で分けられた第3の光における反射光とを光干渉させる第2光干渉部とを備えることを特徴とする。   In another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the light splitting unit includes a light branching unit that splits light emitted from the light source unit into three, and the set of light interference units includes: A first optical interference unit that optically interferes with reflected light in the first light divided by the optical branching unit and reflected light in the second light divided by the optical branching unit, and the optical branching unit And a second optical interference unit that optically interferes with the reflected light of the second light and the reflected light of the third light divided by the optical branching unit.

このような構成の表面形状測定装置は、1個の光分岐部で前記光源部から放射された光を3つに分けるので、より簡素に当該表面形状測定装置を製作することができる。   Since the surface shape measuring device having such a configuration divides the light emitted from the light source unit into three by one light branching unit, the surface shape measuring device can be manufactured more simply.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記1組の光干渉部は、基材に屈折率の異なる光導波路を形成した光導波路型光学素子であることを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the one set of optical interference units is an optical waveguide type optical element in which optical waveguides having different refractive indexes are formed on a base material.

このような構成の表面形状測定装置は、光導波路型光学素子で前記1組の光干渉部を構成するので、空気のゆらぎを除去できて温度のゆらぎも低減することができ、干渉光をより安定的に得ることができる。また、このような構成の表面形状測定装置は、光導波路型光学素子で前記1組の光干渉部を構成するので、前記1組の光干渉部を複数の光学素子を組み合わせて構成する場合に較べて、光路をより厳密に製作することができ、組立後の光路調整が不要となり、また小型化が可能となる。   In the surface shape measuring apparatus having such a configuration, the optical waveguide type optical element constitutes the one set of optical interference units, so that the fluctuation of the air can be removed and the fluctuation of the temperature can be reduced. It can be obtained stably. In addition, since the surface shape measuring apparatus having such a configuration constitutes the one set of optical interference units with optical waveguide optical elements, when the one set of optical interference units is configured by combining a plurality of optical elements. In comparison, the optical path can be manufactured more strictly, and the optical path adjustment after assembly is not necessary, and the size can be reduced.

また、他の一態様では、これら上述の表面形状測定装置において、前記光分割部の光分岐部は、回折格子であることを特徴とする。また、他の一態様では、これら上述の表面形状測定装置において、前記光分割部の光分岐部は、光導波路型光分岐器であることを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the light splitting portion of the light splitting portion is a diffraction grating. According to another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the light branching section of the light splitting section is an optical waveguide type optical branching device.

このような構成の表面形状測定装置は、回折格子や光導波路型光分岐器で前記光分割部の光分岐部を構成するので、前記光分割部の光分岐部を複数の光学素子を組み合わせて構成する場合に較べて、光路をより厳密に製作することができ、組立後の光路調整が不要となり、また小型化が可能となる。   In the surface shape measuring apparatus having such a configuration, the optical branching unit of the light splitting unit is configured by a diffraction grating or an optical waveguide type optical splitter. Therefore, the light splitting unit of the light splitting unit is combined with a plurality of optical elements. Compared to the configuration, the optical path can be manufactured more strictly, the optical path adjustment after assembly is unnecessary, and the size can be reduced.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記光源部、前記光分割部および前記光干渉部は、光ヘテロダイン干渉計を構成し、前記検出部は、前記互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させた複数の光干渉部から出力される複数の干渉光をそれぞれ位相検波し、前記複数の干渉光における各位相間の位相差を検出する検波部と、前記検波部で検出された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算する演算部とを備えることを特徴とする。   In another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the light source unit, the light splitting unit, and the optical interference unit constitute an optical heterodyne interferometer, and the detection unit is the reflected light common to each other. A plurality of interfering lights output from the plurality of optical interfering parts caused to interfere with each other using a phase detector, and detecting a phase difference between the phases of the plurality of interfering lights, and detecting by the detecting part And a calculation unit that calculates the surface shape of the measurement object based on the phase difference.

このような構成の表面形状測定装置は、光ヘテロダイン干渉計を備えるので、より高精度に、測定対象物の表面形状を測定することができる。   Since the surface shape measuring apparatus having such a configuration includes the optical heterodyne interferometer, the surface shape of the measurement object can be measured with higher accuracy.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記光源部から放射された光を2つに分ける第1光分岐部と、前記第1光分岐部で分けられた2つの光の周波数を互いに異なる周波数に変調する光変調部とをさらに備え、前記光分割部は、前記光変調部で変調された2つの光の一方をさらに2つに分ける第2光分岐部を備え、前記1組の光干渉部は、前記光変調部で変調された他方の光における反射光と前記第2分岐部で分けられた一方の光における反射光とを光ヘテロダイン干渉させる第1光干渉部と、前記光変調部で変調された他方の光における反射光と前記第2分岐部で分けられた他方の光における反射光とを光ヘテロダイン干渉させる第2光干渉部とを備え、前記検出部の検波部は、前記第1および第2光干渉部から出力される第1および第2干渉光をそれぞれ位相検波し、前記第1および第2干渉光における各位相間の位相差を検出することを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the first light branching unit that divides the light emitted from the light source unit into two and the two light beams divided by the first light branching unit An optical modulator that modulates the frequency to a different frequency, and the optical divider includes a second optical branching unit that further divides one of the two lights modulated by the optical modulator into two, The set of optical interference units includes a first optical interference unit that causes optical heterodyne interference between the reflected light of the other light modulated by the light modulating unit and the reflected light of the one light divided by the second branching unit. A second optical interference unit that causes optical heterodyne interference between the reflected light of the other light modulated by the light modulation unit and the reflected light of the other light divided by the second branching unit, The detector is output from the first and second optical interference units. The first and the second interference light respectively phase detection is, and detecting a phase difference between the phase of the first and second interference light.

このような構成では、1つの測定箇所における測定点が3つの光へテロダイン干渉計型の表面形状測定装置が提供される。   In such a configuration, an optical heterodyne interferometer type surface shape measuring device having three measuring points at one measuring point is provided.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記光変調部で変調された他方の光と前記第2分岐部で分けられた一方の光とを光ヘテロダイン干渉させる第1参照光干渉部と、前記光変調部で変調された他方の光と前記第2分岐部で分けられた他方の光とを光ヘテロダイン干渉させる第2参照光干渉部とをさらに備え、前記検出部の検波部は、前記第1および第2参照光干渉部から出力される第1および第2参照干渉光をそれぞれ位相検波し、前記第1および第2参照干渉光における各位相間の位相差を補正値として検出し、前記第1および第2干渉光における各位相間の位相差を前記補正値で補正し、前記検出部の演算部は、前記検波部で検出され補正された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算することを特徴とする。   According to another aspect, in the surface shape measuring apparatus described above, the first reference light that causes optical heterodyne interference between the other light modulated by the light modulation unit and the one light divided by the second branching unit. An interference unit; and a second reference light interference unit that causes optical heterodyne interference between the other light modulated by the light modulation unit and the other light divided by the second branching unit, and detecting the detection unit A phase detector for detecting the first and second reference interference lights output from the first and second reference light interference sections, and using a phase difference between the phases of the first and second reference interference lights as a correction value; Detecting and correcting the phase difference between the phases of the first and second interference light with the correction value, and the calculation unit of the detection unit performs the measurement based on the phase difference detected and corrected by the detection unit. To calculate the surface shape of the object. And butterflies.

光源部から放射された光を測定対象物の表面まで導光する間において生じる位相ゆらぎが測定結果に大きく影響を及ぼす。このような構成の表面形状測定装置では、第1および第2参照光干渉部によって測定対象物の表面に作用しない干渉光が得られ、この得られた干渉光を用いて補正しつつ測定対象物の表面形状が演算される。このため、このような構成の表面形状測定装置は、前記位相ゆらぎが測定結果に及ぼす影響を消去することができ、さらにより高精度に、測定対象物の表面形状を測定することができる。   Phase fluctuations that occur while the light emitted from the light source unit is guided to the surface of the measurement object greatly influences the measurement result. In the surface shape measuring apparatus having such a configuration, interference light that does not act on the surface of the measurement target is obtained by the first and second reference light interference units, and the measurement target is corrected using the obtained interference light. Is calculated. For this reason, the surface shape measuring apparatus having such a configuration can eliminate the influence of the phase fluctuation on the measurement result, and can measure the surface shape of the measurement object with higher accuracy.

また、他の一態様では、これら上述の表面形状測定装置において、前記1組の光干渉部は、基材に屈折率の異なる光導波路を形成した光導波路型光学素子であることを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the one set of optical interference units is an optical waveguide type optical element in which optical waveguides having different refractive indexes are formed on a base material. .

このような構成の表面形状測定装置は、光導波路型光学素子で前記1組の光干渉部を構成するので、空気のゆらぎを除去できて温度のゆらぎも低減することができ、干渉光をより安定的に得ることができる。また、このような構成の表面形状測定装置は、光導波路型光学素子で前記1組の光干渉部を構成するので、前記1組の光干渉部を複数の光学素子を組み合わせて構成する場合に較べて、光路をより厳密に製作することができ、組立後の光路調整が不要となり、また小型化が可能となる。   In the surface shape measuring apparatus having such a configuration, the optical waveguide type optical element constitutes the one set of optical interference units, so that the fluctuation of the air can be removed and the fluctuation of the temperature can be reduced. It can be obtained stably. In addition, since the surface shape measuring apparatus having such a configuration constitutes the one set of optical interference units with optical waveguide optical elements, when the one set of optical interference units is configured by combining a plurality of optical elements. In comparison, the optical path can be manufactured more strictly, and the optical path adjustment after assembly is not necessary, and the size can be reduced.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置は、前記光分割部で分けられた各測定光を案内して前記複数の測定点にそれぞれ照射する3つ以上の複数の導光部を備え、前記光源部、前記光分割部、前記導光部、及び、前記検出部は、光ヘテロダイン干渉計を構成すべく、前記光源部が、周期的に周波数が変化する光を放射し、前記一組の光干渉部において光干渉させる各反射光を得るための一組の導光部は、これら一組の導光部のうちの前記一組の光干渉部における互いに共通な反射光が得られる測定点に測定光を照射する特定の導光部と、前記一組の導光部のうちの前記一組の光干渉部における互いに共通な反射光以外の反射光が得られる測定点に測定光を照射する少なくとも2つの他の導光部との間の光路差がそれぞれ所定の光路差となる光路長をそれぞれ有し、前記検出部が、前記互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させた複数の光干渉部から出力される複数の干渉光をそれぞれ位相検波し、前記複数の干渉光における各位相間の位相差を検出する検波部と、前記検波部で検出された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算する演算部とを有することを特徴とする。そして、本発明の他の一態様にかかる表面形状測定方法は、光ヘテロダイン干渉法を利用して測定対象物の表面形状を測定する方法であって、測定対象物における3つ以上の複数の測定点に測定光をそれぞれ照射するべく、光源部で放射された周期的に周波数が変化する光を3つ以上の複数の測定光に分ける光分割工程と、前記光分割工程で分けられた前記複数の測定光をそれぞれ案内して、前記測定対象物における前記複数の測定点にそれぞれ測定光を同時に照射する3つ以上の導光・照射工程と、前記複数の測定点でそれぞれ反射された複数の反射光における一対の反射光を光干渉させる複数の光干渉工程と、前記複数の光干渉工程で得られる複数の干渉光に基づいて前記測定対象物の表面形状を求める検出工程とを備え、前記複数の光干渉工程における少なくとも1組の光干渉工程は、互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させ、前記一組の光干渉工程において光干渉させる各反射光を得るための一組の導光・照射工程 は、これら一組の導光・照射工程のうちの前記一組の光干渉工程における互いに共通な反射光が得られる測定点に測定光を照射する特定の導光・照射工程と、前記一組の導光・照射工程のうちの前記一組の光干渉工程における互いに共通な反射光以外の反射光が得られる測定点に測定光を照射する少なくとも2つの他の導光・照射工程との間の光路差がそれぞれ所定の光路差となるように測定光をそれぞれ案内することを特徴とする。   According to another aspect, the surface shape measuring device includes three or more light guides that guide each measurement light divided by the light splitting unit and irradiate the plurality of measurement points, respectively. The light source unit, the light splitting unit, the light guide unit, and the detection unit are configured to form an optical heterodyne interferometer, the light source unit emits light whose frequency changes periodically, The set of light guides for obtaining each reflected light that causes light interference in the set of light interference units obtains the reflected light that is common to each other in the set of light interference units. Measured at a measurement point at which reflected light other than the reflected light common to each other is obtained in the specific light guide unit that irradiates the measurement light to the measurement point and the set of light interference units of the set of light guide units The optical path difference between at least two other light guides that emit light is a predetermined optical path difference. Each of the plurality of interference lights output from the plurality of optical interference units caused to interfere with each other using the reflected light common to each other, and the plurality of interferences It has a detection part which detects the phase difference between each phase in light, and a calculating part which calculates the surface shape of the measurement object based on the phase difference detected by the detection part. A surface shape measurement method according to another aspect of the present invention is a method of measuring the surface shape of a measurement object using optical heterodyne interferometry, and includes a plurality of three or more measurements on the measurement object. A light splitting step of dividing light periodically radiated from the light source unit into three or more measurement light beams to irradiate the measurement light to the points, and the plurality of the split light beams divided in the light splitting step Each of the plurality of light guide / irradiation steps for simultaneously irradiating the plurality of measurement points on the measurement object with the measurement light, respectively, and a plurality of light reflected at the plurality of measurement points. A plurality of light interference steps of causing a pair of reflected light in the reflected light to interfere with each other, and a detection step of obtaining a surface shape of the measurement object based on a plurality of interference lights obtained in the plurality of light interference steps, Multiple lights At least one set of light interference steps in the negotiation step is a set of light guide / irradiation for obtaining each reflected light that causes the light interference using the reflected light common to each other and interferes in the set of light interference steps. The process includes a specific light guide / irradiation step of irradiating measurement light to a measurement point at which reflected light common to each other in the set of light interference steps of the set of light guide / irradiation steps is obtained, And at least two other light guide / irradiation steps for irradiating measurement light to a measurement point where reflected light other than the reflected light common to each other in the one set of light interference steps of the set of light guide / irradiation steps is obtained. The measurement light is respectively guided so that the optical path difference between them becomes a predetermined optical path difference.

このような構成の表面形状測定装置及び表面形状測定方法は、光へテロダイン法を用いた光干渉計による方法であるので、比較的短時間であってnmオーダで、測定対象物の表面形状を測定することができる。そして、このような構成の表面形状測定装置および表面形状測定方法では、測定対象物における3つ以上の複数の測定点で反射された複数の反射光を光干渉させる際に、互いに共通な反射光を用いて光干渉させる場合を含むので、測定対象物の表面における勾配情報を表す位相情報を持った干渉光が得られる。このため、例えば、測定対象物を載置するステージにおける上下動による振動、測定光学系における保持ゆらぎによる振動および測定対象物自体の振動等の振動が測定結果に及ぼす影響を相殺して略消去することができる。従って、このような構成の表面形状測定装置および表面形状測定方法は、比較的短時間であってnmオーダで、より高精度に、測定対象物の表面形状を測定することができる。   Since the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method having such a configuration are methods using an optical interferometer using the optical heterodyne method, the surface shape of the measurement object can be measured in a relatively short time in the order of nm. Can be measured. In the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method configured as described above, the reflected light that is common to the plurality of reflected lights reflected from the three or more measuring points on the measurement object is shared. Therefore, interference light having phase information representing gradient information on the surface of the measurement object can be obtained. For this reason, for example, the influence of vibrations such as vibration caused by vertical movement on the stage on which the measurement object is placed, vibration caused by holding fluctuations in the measurement optical system, and vibration of the measurement object itself on the measurement result is canceled and substantially eliminated. be able to. Therefore, the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method having such a configuration can measure the surface shape of the measurement object with higher accuracy in the order of nm in a relatively short time.

しかも、周期的に周波数が変化する光を複数の測定光に分け、これら測定光間に光路差を設けて複数の測定点にそれぞれ照射することにより照射時において各測定光間に周波数差を生じさせ、その反射光同士を光干渉させるいわゆる自己遅延型の光ヘテロダイン干渉方式を用いているため、光源の小型化等を図ると共に光源の選択の自由度を向上させることが可能となる。即ち、通常の光ヘテロダイン干渉方式(周波数が一定の光を2つの測定光に分け、一方の測定光を周波数変調して2つの測定光間に僅かな周波数差を設ける方式)では、光源として例えば、ガスレーザー等の発振周波数が極めて安定したレーザー発振器と光変調素子とを用いなければならないため、光源の選択の自由度が小さく且つ小型化が困難であるが、本発明のようないわゆる自己遅延型の光へテロダイン干渉方式では、例えば、半導体レーザ等を用いることが可能となるため、光源の小型化、光源寿命の向上等を図ることが可能となる。   In addition, the light whose frequency changes periodically is divided into a plurality of measurement lights, and an optical path difference is provided between these measurement lights to irradiate a plurality of measurement points. In addition, since the so-called self-delay type optical heterodyne interference system that causes the reflected lights to interfere with each other is used, it is possible to reduce the size of the light source and improve the degree of freedom in selecting the light source. That is, in a normal optical heterodyne interference method (a method in which light having a constant frequency is divided into two measurement lights and one measurement light is frequency-modulated to provide a slight frequency difference between the two measurement lights), as a light source, for example In addition, since a laser oscillator and an optical modulation element having a very stable oscillation frequency such as a gas laser must be used, the degree of freedom in selecting a light source is small and downsizing is difficult. In the type of optical heterodyne interference method, for example, a semiconductor laser or the like can be used, so that it is possible to reduce the size of the light source and improve the life of the light source.

尚、前記所定の光路差は、具体的には、前記特定の導光部から得られた反射光と前記他の導光部から得られた反射光とを光干渉させるためにこれら一対の反射光と対応する測定光間に設けられる周波数の差に基づくものである。これにより、反射光同士を光干渉させて生じたビートから測定対象物の表面形状に関する情報を好適に抽出することができる。   The predetermined optical path difference is specifically determined by the pair of reflections in order to cause optical interference between the reflected light obtained from the specific light guide unit and the reflected light obtained from the other light guide unit. This is based on the difference in frequency provided between the light and the corresponding measurement light. Thereby, the information regarding the surface shape of the measurement object can be suitably extracted from the beat generated by causing the reflected lights to interfere with each other.

また、他の一態様では、前記測定点が測定対象物の表面において一列に3つ以上並び、上述の表面形状測定装置では、前記複数の光干渉部が、前記一列に並ぶ各測定点でそれぞれ反射される複数の反射光における一対の反射光を光干渉させ、前記各導光部では、前記一列の一端に位置する測定点に前記測定光を照射する導光部から前記一列の他端側に位置する測定点に前記測定光を照射する導光部に向けて光路長が順に前記所定の光路差だけ長くなることを特徴とする。尚、測定点が並ぶ列は直線に沿って並ぶ列に限定されず、曲線等に沿って並ぶ列であってもよい。   Further, in another aspect, three or more measurement points are arranged in a line on the surface of the measurement object, and in the above-described surface shape measurement apparatus, the plurality of light interference units are respectively arranged at the measurement points arranged in the line. A pair of reflected light in a plurality of reflected lights is optically interfered, and in each light guide unit, the other end side of the row from the light guide unit that irradiates the measurement light to a measurement point located at one end of the row The optical path length is sequentially increased by the predetermined optical path difference toward the light guide portion that irradiates the measurement light to the measurement point located at the position. Note that the rows where measurement points are arranged are not limited to rows arranged along a straight line, but may be rows arranged along a curve or the like.

このような構成の表面形状測定装置では、前記列方向に並ぶ測定点間の勾配をそれぞれ一度に測定することができるため、測定点の並ぶ方向に沿った表面形状を一度に測定することができる。その結果、測定対象物の表面形状の測定時間を短縮することが可能となる。   In the surface shape measuring apparatus having such a configuration, since the gradient between the measurement points arranged in the row direction can be measured at a time, the surface shape along the direction in which the measurement points are arranged can be measured at a time. . As a result, it is possible to shorten the measurement time of the surface shape of the measurement object.

また、他の一態様では、前記測定点が測定対象物の表面において一列に3つ以上並び、上述の表面形状測定装置では、前記複数の光干渉部が、前記一列に並ぶ各測定点でそれぞれ反射される複数の反射光における一対の反射光を光干渉させ、前記各導光部では、前記一列の一端に位置する測定点に前記測定光を照射する導光部から前記一列の他端側に位置する測定点に前記測定光を照射する導光部に向けて奇数番目又は偶数番目の導光部の光路長がそれぞれ同じであることを特徴とする。   Further, in another aspect, three or more measurement points are arranged in a line on the surface of the measurement object, and in the above-described surface shape measurement apparatus, the plurality of light interference units are respectively arranged at the measurement points arranged in the line. A pair of reflected light in a plurality of reflected lights is optically interfered, and in each light guide unit, the other end side of the row from the light guide unit that irradiates the measurement light to a measurement point located at one end of the row The optical path lengths of the odd-numbered or even-numbered light guides are the same toward the light guides that irradiate the measurement light to the measurement points located at the positions.

このような構成の表面形状測定装置では、光へテロダイン干渉させる光同士の周波数差を測定対象物における測定点の並ぶ方向において変化させることが可能となる。例えば、奇数番目の導光部の光路長が全て同じである場合に、偶数番目の導光部の光路長を全て同じにすれば、互いに隣り合う測定点に測定光を照射する導光部間の光路差を全て同じにすることができ、これにより、互いに隣り合う測定点に照射される測定光間の周波数差が一定となる。一方、特定の偶数番目の導光部の光路長だけを、これを除く他の偶数番目の導光部の光路長と異なる大きさとすれば、この特定の偶数番目の導光部が測定光を照射する測定点とその隣の測定点とに照射される測定光間の周波数差を、他の隣り合う測定点に照射される測定光間の周波数差と異なる値にすることができる。   In the surface shape measuring apparatus having such a configuration, it is possible to change the frequency difference between the light beams causing heterodyne interference in the direction in which the measurement points are arranged on the measurement object. For example, when all of the optical path lengths of the odd-numbered light guides are the same, if the optical path lengths of the even-numbered light guide parts are all the same, the light guide parts that irradiate the measurement light to the measurement points adjacent to each other The optical path differences can be all made the same, so that the frequency difference between the measurement lights applied to the measurement points adjacent to each other is constant. On the other hand, if only the optical path length of a specific even-numbered light guide section is different from the optical path length of the other even-numbered light guide sections other than this, this specific even-numbered light guide section transmits measurement light. The frequency difference between the measurement lights irradiated to the measurement point to be irradiated and the adjacent measurement point can be set to a value different from the frequency difference between the measurement lights irradiated to other adjacent measurement points.

また、他の一態様の上述の表面形状測定装置では、前記他の導光部は、前記一組の導光部のうちの特定の導光部以外の全ての導光部であることを特徴とする。   Moreover, in the above-described surface shape measuring device according to another aspect, the other light guides are all light guide parts other than the specific light guide part in the set of light guide parts. And

このような構成の表面形状測定装置では、特定の導光部からの測定光が照射される測定点を基準にして、この測定点と他の導光部からの測定光が照射される各測定点との間の勾配を一度に測定することができる。これにより、例えば、特定の導光部からの測定光が照射される測定点を中心にしてそれを囲むように他の導光部からの測定光が照射されるようにすれば、中心の測定点とその周りを囲む各測定点との間の勾配をそれぞれ一度に測定することができ、これにより、測定対象物の表面方向における所定範囲の表面形状を一度に測定することが可能となる。   In the surface shape measuring apparatus having such a configuration, each measurement that is irradiated with the measurement light from the measurement point and the other light guide unit is based on the measurement point that is irradiated with the measurement light from the specific light guide unit. The slope between points can be measured at once. Thus, for example, if the measurement light from the other light guide unit is irradiated so as to surround the measurement point irradiated with the measurement light from the specific light guide unit, the measurement at the center is performed. The gradient between the point and each of the measurement points surrounding the point can be measured at a time, whereby the surface shape in a predetermined range in the surface direction of the measurement object can be measured at a time.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記光分割部と前記複数の導光部とは、基材に屈折率の異なる光導波路を形成した光導波路型光学素子であることを特徴とする。   In another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the light splitting unit and the plurality of light guiding units are optical waveguide optical elements in which optical waveguides having different refractive indexes are formed on a base material. It is characterized by.

このような構成の表面形状測定装置は、共通の基材に光導波路部材を配設したいわゆる光導波路型光学素子によって前記1組の光干渉部を構成するので、空気のゆらぎを除去できて温度のゆらぎも低減することができ、干渉光をより安定的に得ることができる。しかも、分割後の測定光を複数の光ファイバで導光する場合に比べて、表面形状の測定結果が振動等によるノイズの影響を受け難くなる。   In the surface shape measuring apparatus having such a configuration, the one set of optical interference units is constituted by a so-called optical waveguide type optical element in which an optical waveguide member is disposed on a common base material. Fluctuations can be reduced, and interference light can be obtained more stably. In addition, the measurement result of the surface shape is less susceptible to noise due to vibration or the like than when the divided measurement light is guided by a plurality of optical fibers.

また、このような構成の表面形状測定装置は、光導波路型光学素子で前記1組の光干渉部を構成するので、前記1組の光干渉部を複数の光学素子を組み合わせて構成する場合に較べて、光路をより厳密に製作することができ、組立後の光路調整が不要となり、また小型化が可能となる。  In addition, since the surface shape measuring apparatus having such a configuration constitutes the one set of optical interference units with optical waveguide optical elements, when the one set of optical interference units is configured by combining a plurality of optical elements. In comparison, the optical path can be manufactured more strictly, and the optical path adjustment after assembly is not necessary, and the size can be reduced.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記光分割部の上流で前記光源部から放射された光の一部を参照光として分岐する参照光分岐部と、前記1組の光干渉部から出力される各干渉光と前記参照光とをそれぞれ混合させる参照光混合部とをさらに備え、前記検出部は、前記参照光混合部から出力される複数の参照光混合信号を位相検波して各位相間の位相差を検出する検波部と、前記検波部で検出された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算する演算部とを有することを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measurement apparatus, the reference light branching unit that branches a part of the light emitted from the light source unit upstream of the light splitting unit as reference light, and the one set A reference light mixing unit that mixes each of the interference light output from the optical interference unit and the reference light, and the detection unit phase-shifts the plurality of reference light mixed signals output from the reference light mixing unit. It has a detection part which detects and detects the phase difference between each phase, and a calculating part which calculates the surface shape of the measurement object based on the phase difference detected by the detection part.

光源部から放射される光には、周期的に周波数を変更することに起因する出力強度変化が含まれ、この出力強度変化は、測定結果に大きく影響を及ぼす。このような構成の表面形状測定装置では、参照光混合部によって干渉光と参照光とを混合することにより光源が放射する光に含まれる出力強度変化が検出され、これを用いて干渉光を補正しつつ測定対象物の表面形状が演算される。このため、このような構成の表面形状測定装置は、前記出力強度変化が測定結果に及ぼす影響を消去することができ、より高精度に測定対象物の表面形状を測定することができる。   The light emitted from the light source unit includes a change in output intensity caused by periodically changing the frequency, and this change in output intensity greatly affects the measurement result. In the surface shape measuring apparatus having such a configuration, a change in output intensity included in the light emitted from the light source is detected by mixing the interference light and the reference light by the reference light mixing unit, and this is used to correct the interference light. However, the surface shape of the measurement object is calculated. For this reason, the surface shape measuring apparatus having such a configuration can eliminate the influence of the output intensity change on the measurement result, and can measure the surface shape of the measurement object with higher accuracy.

本発明にかかる表面形状測定装置および表面形状測定方法は、比較的短時間であってnmオーダで、より高精度に、測定対象物の表面形状を測定することができる。   The surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method according to the present invention can measure the surface shape of a measurement object with higher accuracy in the order of nm in a relatively short time.

第1実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in 1st Embodiment. 図1に示す表面形状測定装置における測定部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measurement part in the surface shape measuring apparatus shown in FIG. 図1に示す表面形状測定装置における測定部の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the measurement part in the surface shape measuring apparatus shown in FIG. 第2実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in 2nd Embodiment. 図4に示す表面形状測定装置における測定光生成部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measurement light production | generation part in the surface shape measuring apparatus shown in FIG. 図4に示す表面形状測定装置における測定部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measurement part in the surface shape measuring apparatus shown in FIG. 1つの測定箇所における複数の測定点の態様を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the aspect of the several measurement point in one measurement location. 第3実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in 3rd Embodiment. 図8に示す表面形状測定装置における測定部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measurement part in the surface shape measuring apparatus shown in FIG. (A)は光源への注入電流の時間変化を示し、(B)は図10(A)の注入電流に対する光源の発振周波数の時間変化を示す図である。(A) shows the time change of the injection current to the light source, and (B) shows the time change of the oscillation frequency of the light source with respect to the injection current of FIG. 自己遅延型光ヘテロダイン干渉において光干渉する2つの光の周波数差を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the frequency difference of two light which interferes in self-delay type | mold optical heterodyne interference. 図8に示す表面形状測定装置における測定部の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the measurement part in the surface shape measuring apparatus shown in FIG. 第4実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in 4th Embodiment. 図13に示す表面形状測定装置における測定部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measurement part in the surface shape measuring apparatus shown in FIG.

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。   Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted suitably. Further, in this specification, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix.

実施形態にかかる表面形状測定装置は、光を放射する光源部と、測定対象物における3つ以上の複数の測定点に測定光をそれぞれ照射するべく、前記光源部から放射された光を3つ以上の複数の測定光に分ける光分割部と、前記光分割部で分けられた前記複数の測定光を前記測定対象物における前記複数の測定点にそれぞれ照射させ前記複数の測定点でそれぞれ反射された複数の反射光における一対の反射光を光干渉させる複数の光干渉部と、前記複数の光干渉部から出力される複数の干渉光に基づいて前記測定対象物の表面形状を求める検出部とを備え、前記複数の光干渉部における少なくとも1組の光干渉部は、互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させるものである。そして、この表面形状測定装置に実装される表面形状測定方法は、測定対象物における3つ以上の複数の測定点に測定光をそれぞれ照射するべく、光源部で放射された光を3つ以上の複数の測定光に分ける光分割工程と、前記光分割工程で分けられた前記複数の測定光を前記測定対象物における前記複数の測定点にそれぞれ照射させ前記複数の測定点でそれぞれ反射された複数の反射光における一対の反射光を光干渉させる複数の光干渉工程と、前記複数の光干渉工程で得られた複数の干渉光に基づいて前記測定対象物の表面形状を求める検出工程とを備え、前記複数の光干渉工程における少なくとも1組の光干渉工程は、互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させるものである。以下、このような表面形状測定装置および該方法をより具体的に説明する。   The surface shape measuring apparatus according to the embodiment includes a light source unit that emits light and three pieces of light emitted from the light source unit so as to irradiate measurement light to three or more measurement points on the measurement object. The light dividing unit that divides the light into the plurality of measurement lights, and the plurality of measurement lights divided by the light division unit are irradiated to the plurality of measurement points in the measurement object, respectively, and reflected by the plurality of measurement points, respectively. A plurality of optical interference units that cause optical interference between a pair of reflected lights in the plurality of reflected lights, and a detection unit that obtains the surface shape of the measurement object based on the plurality of interference lights output from the plurality of optical interference units; And at least one set of the light interference portions in the plurality of light interference portions is configured to cause the light interference using reflected light common to each other. And the surface shape measuring method mounted in this surface shape measuring apparatus is the method of irradiating three or more light radiated | emitted from the light source part in order to irradiate the measurement light to each of the three or more measuring points in the measurement object. A light splitting step that divides the light into a plurality of measurement lights, and a plurality of light beams that are reflected at the plurality of measurement points by irradiating the plurality of measurement lights divided in the light splitting step to the plurality of measurement points in the measurement object, respectively. A plurality of light interference steps for causing light interference between a pair of reflected light in the reflected light, and a detection step for determining the surface shape of the measurement object based on the plurality of interference lights obtained in the plurality of light interference steps The at least one set of light interference steps in the plurality of light interference steps is to cause the light interference using reflected light common to each other. Hereinafter, such a surface shape measuring apparatus and the method will be described more specifically.

(第1実施形態)
第1実施形態における表面形状測定装置は、前記光源部、前記光分割部および前記光干渉部が光ホモダイン干渉計を構成しているものである。
(First embodiment)
In the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment, the light source part, the light splitting part, and the light interference part constitute an optical homodyne interferometer.

図1は、第1実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。図2は、図1に示す表面形状測定装置における測定部の構成を示す図である。図3は、図1に示す表面形状測定装置における測定部の他の構成を示す図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a surface shape measuring apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a measuring unit in the surface shape measuring apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing another configuration of the measuring unit in the surface shape measuring apparatus shown in FIG.

第1実施形態の表面形状測定装置SAは、測定対象物Obにおける高さ方向(厚さ方向)の変化である表面形状を測定する装置であり、例えば、図1に示すように、測定光生成部1Aと、測定部2Aと、位相差検出部3Aと、ステージ(載置台)4と、演算制御部5と、入力部6と、出力部7とを備えて構成され、ステージ4によって測定対象物Obを水平方向に移動させることによって測定対象物Obの表面を走査し、所定範囲に亘る測定対象物Obの表面形状を測定するものである。   The surface shape measuring device SA of the first embodiment is a device that measures a surface shape that is a change in the height direction (thickness direction) of the measurement object Ob. For example, as shown in FIG. Unit 1A, measurement unit 2A, phase difference detection unit 3A, stage (mounting table) 4, calculation control unit 5, input unit 6 and output unit 7 are configured to be measured by stage 4 The surface of the measurement object Ob is scanned by moving the object Ob in the horizontal direction, and the surface shape of the measurement object Ob over a predetermined range is measured.

測定光生成部1Aは、所定の可干渉光であって、測定対象物Obの表面形状を光ホモダイン干渉法によって測定するための測定光MLを生成する装置である。測定光MLは、予め設定された所定の波長λ(周波数f)を持つ単波長光であって、予め設定された所定の偏光面を持つ偏光である。このような測定光生成部1Aは、例えば、図1に示すように、光源部1Aaと、光アイソレータ1Abと、偏光子1Acと、出力端子1Adとを備えて構成される。   The measurement light generator 1A is a device that generates predetermined coherent light and generates measurement light ML for measuring the surface shape of the measurement object Ob by the optical homodyne interferometry. The measurement light ML is single wavelength light having a predetermined wavelength λ (frequency f) set in advance, and is polarized light having a predetermined polarization plane set in advance. For example, as shown in FIG. 1, the measurement light generation unit 1A includes a light source unit 1Aa, an optical isolator 1Ab, a polarizer 1Ac, and an output terminal 1Ad.

光源部1Aaは、光Lを放射する装置であり、例えば、単波長レーザを備えて構成される。この単波長レーザは、予め設定された所定の波長λ0(周波数f0)を持つ単波長レーザ光Lを発生する装置であり、種々のレーザ装置を用いることができるが、例えば、所定の光パワーで波長約632.8nmのレーザ光Lを出力することができるヘリウムネオンレーザ装置(He−Neレーザ装置)等である。単波長レーザは、波長ロッカ等を備えた周波数安定化レーザ装置が好ましい。光アイソレータ1Abは、その入力端子からその出力端子へ一方向のみに光を透過させる光部品である。光アイソレータ1Abは、光源部1Aaにおける前記単波長レーザのレーザ発振を安定させるために、表面形状測定装置SA内における各光部品(光学素子)の接続部等で生じる反射光(戻り光)が前記単波長レーザに入射することを防止するものである。偏光子(polarizer)1Acは、入射光から所定の偏光面を持つ直線偏光を取り出して射出する光部品(光学素子)であり、例えば、偏光フィルタである。出力端子1Adは、光部品から光を射出するための端子である。これに対し、後述の入力端子2Aa(2Ba)は、光部品へ光を入射するための端子である。各部間の接続には、例えばミラーやレンズ等の個別の光部品(光学素子)から構成される導光手段が用いられてもよいが、本実施形態では、各部間の接続には、後述するように、偏波保持光ファイバ、シングルモード光ファイバおよびマルチモード光ファイバ等の光ファイバが用いられることから、これら入力端子および出力端子には、光ファイバを接続するためのコネクタが用いられる。   The light source unit 1Aa is a device that emits light L, and includes, for example, a single wavelength laser. This single wavelength laser is a device that generates a single wavelength laser beam L having a predetermined wavelength λ0 (frequency f0) set in advance, and various laser devices can be used. For example, with a predetermined optical power, A helium neon laser apparatus (He-Ne laser apparatus) that can output laser light L having a wavelength of about 632.8 nm. The single wavelength laser is preferably a frequency stabilized laser device equipped with a wavelength locker or the like. The optical isolator 1Ab is an optical component that transmits light only in one direction from its input terminal to its output terminal. In the optical isolator 1Ab, in order to stabilize the laser oscillation of the single wavelength laser in the light source unit 1Aa, the reflected light (returned light) generated at the connection part of each optical component (optical element) in the surface shape measuring device SA This prevents the light from entering a single wavelength laser. The polarizer 1Ac is an optical component (optical element) that extracts and emits linearly polarized light having a predetermined polarization plane from incident light, and is, for example, a polarization filter. The output terminal 1Ad is a terminal for emitting light from the optical component. On the other hand, an input terminal 2Aa (2Ba), which will be described later, is a terminal for making light incident on the optical component. For the connection between the parts, for example, a light guide means composed of individual optical components (optical elements) such as a mirror and a lens may be used. In the present embodiment, the connection between the parts will be described later. As described above, since optical fibers such as a polarization maintaining optical fiber, a single mode optical fiber, and a multimode optical fiber are used, connectors for connecting the optical fibers are used for these input terminals and output terminals.

このような構成の測定光生成部1Aでは、光源部1Aaの単波長レーザから射出されたレーザ光Lは、光アイソレータ1Abを介して偏光子1Acに入射され、所定の偏光面を持つレーザ光(s偏光のレーザ光またはp偏光のレーザ光)の測定光MLとなって、出力端子1Adから射出される。この測定光MLは、測定部2Aに入射される。   In the measurement light generation unit 1A having such a configuration, the laser light L emitted from the single wavelength laser of the light source unit 1Aa is incident on the polarizer 1Ac via the optical isolator 1Ab and has a predetermined polarization plane ( The measurement light ML (s-polarized laser light or p-polarized laser light) is emitted from the output terminal 1Ad. The measurement light ML is incident on the measurement unit 2A.

測定光生成部1Aと測定部2Aとの接続には、本実施形態では、光をその偏波面を保持しながら導光する偏波保持光ファイバや単一モードで光を導光するシングルモード光ファイバ等の光ファイバが用いられる。偏波保持光ファイバは、例えば、PANDAファイバや楕円コア光ファイバ等である。測定光生成部1Aの出力端子1Adから射出した測定光MLは、この光ファイバによって導光され、測定部2Aへ入射する。   In this embodiment, the measurement light generating unit 1A and the measurement unit 2A are connected to each other by a polarization maintaining optical fiber that guides light while maintaining its polarization plane, or single mode light that guides light in a single mode. An optical fiber such as a fiber is used. The polarization maintaining optical fiber is, for example, a PANDA fiber or an elliptical core optical fiber. The measurement light ML emitted from the output terminal 1Ad of the measurement light generation unit 1A is guided by this optical fiber and enters the measurement unit 2A.

測定部2Aは、測定光生成部1Aからの測定光MLが入射され、測定光MLを用いた光ホモダイン干渉法によって測定対象物Obにおける表面形状の情報を含む光信号を得る装置である。このような測定部2Aは、1つの測定箇所MPに対する1回の測定光MLの照射による測定において、測定対象物Obにおける3つ以上の複数の測定点P(P1、P2、P3、・・・、Pn)に測定光ML(ML1、ML2、ML3、・・・、MLn)をそれぞれ照射するべく、測定光生成部1Aからの測定光MLを3つ以上の複数の測定光ML1、ML2、ML3、・・・、MLnに分ける光分割部と、この光分割部で分けられた複数の測定光ML1、ML2、ML3、・・・、MLnを測定対象物Obにおける複数の測定点P1、P2、P3、・・・、Pnにそれぞれ照射させこれら複数の測定点P1、P2、P3、・・・、Pnでそれぞれ反射された複数の反射光RL(RL1、RL2、RL3、・・・、RLn)における一対の反射光RLを光干渉させる複数の光干渉部とを備え、これら複数の光干渉部における少なくとも1組の光干渉部は、互いに共通な反射光RLを用いて光干渉させるように構成されている。   The measurement unit 2A is a device that receives the measurement light ML from the measurement light generation unit 1A and obtains an optical signal including information on the surface shape of the measurement object Ob by optical homodyne interferometry using the measurement light ML. Such a measurement unit 2A can measure three or more measurement points P (P1, P2, P3,...) In the measurement object Ob in the measurement by irradiating the measurement light ML once with respect to one measurement point MP. , Pn) is irradiated with the measurement light ML (ML1, ML2, ML3,..., MLn), respectively, and the measurement light ML from the measurement light generation unit 1A is irradiated with three or more measurement lights ML1, ML2, ML3. ,..., MLn, and a plurality of measurement points P1, P2, and a plurality of measurement lights ML1, ML2, ML3,. A plurality of reflected lights RL (RL1, RL2, RL3,..., RLn) respectively irradiated on the plurality of measurement points P1, P2, P3,. Pair of reflections in And a plurality of light interference section for optically interfere with RL, at least one pair of optical interference portions in the plurality of light interference section is configured to optical interference using a common reflected light RL from each other.

より具体的には、測定部2Aは、例えば、図2に示すように、入力端子2Aaと、入力側導波路2Abと、回折格子2Acと、対物レンズ2Adと、ハーフミラ2Aeと、集光レンズ2Afと、出力側導波路2Agと、出力端子2Ahとを備えて構成され、これら入力側導波路2Abおよび出力側導波路2Agは、基材2Aiに屈折率の異なる光導波路を形成することによって設けられている。   More specifically, as shown in FIG. 2, for example, the measurement unit 2A includes an input terminal 2Aa, an input-side waveguide 2Ab, a diffraction grating 2Ac, an objective lens 2Ad, a half mirror 2Ae, and a condenser lens 2Af. And an output side waveguide 2Ag and an output terminal 2Ah. The input side waveguide 2Ab and the output side waveguide 2Ag are provided by forming optical waveguides having different refractive indexes on the base material 2Ai. ing.

基材2Aiは、所定の屈折率を持つ材料から形成された板状の部材(基板)であり、外周面の所定の各位置に入力端子2Aaおよび出力端子2Ahが配設されている。図2に示す例では、基材2Aiは、略直方体形状であり、その上面上に入力端子2Aaおよび出力端子2Ahが配設されている。この入力端子2Aaには、測定光生成部1Aから延びる前記光ファイバが接続される。   The base material 2Ai is a plate-like member (substrate) formed from a material having a predetermined refractive index, and the input terminal 2Aa and the output terminal 2Ah are arranged at predetermined positions on the outer peripheral surface. In the example shown in FIG. 2, the base material 2Ai has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the input terminal 2Aa and the output terminal 2Ah are disposed on the upper surface thereof. The optical fiber extending from the measurement light generator 1A is connected to the input terminal 2Aa.

そして、基材2Aiには、基材2Aiにおける入力端子2Aaが配設されている位置から延びる入力側導波路2Abが、基材2Aiにおける前記所定の屈折率よりも極僅かだけ(例えば0.3〜3%程度)に大きくすることによって形成されている。この入力側導波路2Abは、入力端子2Aaを介してその一方端(入射端)から入射された、測定光生成部1Aからの測定光MLを導光するものであり、その他方端(射出端)には、回折格子2Acが配設されている。入力側導波路2Abは、図2に示す例では、基材2Aiの上面における入力端子2Aaが配設されている位置から、基材2Aiの一方側面に沿って下面に向い、所定の位置で略弧によって約90度曲がって前記下面に沿うように延びる略L字形状である。   The base material 2Ai has an input side waveguide 2Ab extending from the position where the input terminal 2Aa in the base material 2Ai is disposed only slightly (for example, 0.3%) than the predetermined refractive index in the base material 2Ai. To about 3%). The input-side waveguide 2Ab guides the measurement light ML from the measurement light generation unit 1A that is incident from one end (incident end) via the input terminal 2Aa, and the other end (exit end). ) Is provided with a diffraction grating 2Ac. In the example shown in FIG. 2, the input-side waveguide 2Ab is directed from the position where the input terminal 2Aa is disposed on the upper surface of the base material 2Ai to the lower surface along one side surface of the base material 2Ai, and is approximately at a predetermined position. It is a substantially L-shape that bends about 90 degrees by an arc and extends along the lower surface.

回折格子2Acは、入射光を回折する光部品であり、その射出側には、順に、対物レンズ2Adおよびハーフミラ2Aeが配設されている。回折格子2Acは、本実施形態では、入射光が格子に入射されるとこの格子を透過して回折光が射出される透過型の回折格子である。ハーフミラ2Aeは、入射光を光パワーの点で2つの光に分配してそれぞれ射出する光部品であり、この分配された一方の光は、ハーフミラ2Aeを通過してそのままの方向で射出され、この分配された他方の光は、ハーフミラ2Aeで反射されて前記方向と垂直な方向(直交する方向)で射出される。   The diffraction grating 2Ac is an optical component that diffracts incident light, and an objective lens 2Ad and a half mirror 2Ae are arranged in this order on the exit side. In this embodiment, the diffraction grating 2Ac is a transmission type diffraction grating that transmits incident light when the incident light enters the grating and emits the diffracted light. The half mirror 2Ae is an optical component that divides incident light into two lights in terms of optical power and emits them respectively. One of the distributed lights passes through the half mirror 2Ae and is emitted in the same direction. The other distributed light is reflected by the half mirror 2Ae and emitted in a direction perpendicular to the direction (a direction perpendicular to the direction).

これら入力側導波路2Ab、回折格子2Acおよび対物レンズ2Adは、互いにその光軸が一致するように配置されており、ハーフミラ2Aeは、この光軸に対し鏡面が45度の角度で交差するように配設されている。   These input-side waveguide 2Ab, diffraction grating 2Ac, and objective lens 2Ad are arranged so that their optical axes coincide with each other, and half mirror 2Ae has a mirror surface that intersects this optical axis at an angle of 45 degrees. It is arranged.

このような構成の入力端子2Aa、入力側導波路2Ab、回折格子2Ac、対物レンズ2Adおよびハーフミラ2Aeでは、測定光生成部1Aからの測定光MLは、前記光ファイバから入力端子2Aaを介して入力側導波路2Abに入射される。この入力側導波路2Abに入射された測定光MLは、入力側導波路2Ab内を伝播し、入力側導波路2Abによって導光され、回折格子2Acに入射される。この回折格子2Acに入射された測定光は、回折格子2Acによって回折され、複数の回折光(測定光ML)に分けられ、対物レンズ2Adに入射される。本実施形態では、1つの測定箇所MPに対する1回の測定光MLの照射による測定において、測定対象物Obにおける3つの測定点P(P1、P2、P3)に測定光MLをそれぞれ照射するべく、これら複数の回折光のうちの3つの回折光が測定光ML(ML1、ML2、ML3)として利用される。このように用いられる3つの回折光ML1、ML2、ML3には、光パワーの点で相対的により強くまた対称性を有することから、例えば、0次回折光、+1次回折光および−1次回折光が用いられる。対物レンズ2Adに入射した3つの測定光ML1、ML2、ML3は、そのレンズ作用を受け、ハーフミラ2Aeに入射し、このハーフミラ2Aeで反射され、その光路が90度折り曲げられて射出される。ここで、対物レンズ2Adは、ハーフミラ2Aeで光路が90度折り曲げられて射出された3つの測定光ML1、ML2、ML3が互いに平行な平行光となるようなレンズ作用を持つように構成される。   In the input terminal 2Aa, the input-side waveguide 2Ab, the diffraction grating 2Ac, the objective lens 2Ad, and the half mirror 2Ae configured as described above, the measurement light ML from the measurement light generation unit 1A is input from the optical fiber via the input terminal 2Aa. The light enters the side waveguide 2Ab. The measurement light ML incident on the input side waveguide 2Ab propagates in the input side waveguide 2Ab, is guided by the input side waveguide 2Ab, and enters the diffraction grating 2Ac. The measurement light incident on the diffraction grating 2Ac is diffracted by the diffraction grating 2Ac, divided into a plurality of diffracted lights (measurement light ML), and incident on the objective lens 2Ad. In the present embodiment, in measurement by one irradiation of the measurement light ML to one measurement point MP, in order to irradiate the measurement light ML to each of the three measurement points P (P1, P2, P3) on the measurement object Ob, Of these plural diffracted lights, three diffracted lights are used as the measurement light ML (ML1, ML2, ML3). Since the three diffracted lights ML1, ML2, and ML3 used in this way are relatively stronger and symmetrical in terms of optical power, for example, 0th-order diffracted light, + 1st-order diffracted light, and −1st-order diffracted light are used. It is done. The three measurement lights ML1, ML2, and ML3 incident on the objective lens 2Ad receive the lens action, enter the half mirror 2Ae, are reflected by the half mirror 2Ae, and the optical path is bent 90 degrees and emitted. Here, the objective lens 2Ad is configured to have a lens action such that the three measurement lights ML1, ML2, and ML3 emitted by the half mirror 2Ae having the optical path bent by 90 degrees are parallel light.

そして、ハーフミラ2Aeから射出された3つの平行な測定光ML1、ML2、ML3は、測定部2Aから射出され、測定対象物Obの表面での1つの測定箇所MPにおける3つの測定点P1、P2、P3にそれぞれ照射され、反射される。この測定対象物Obの表面における3つの測定点P1、P2、P3でそれぞれ反射された3つの反射光(反射光の正反射成分)RL(RL1、RL2、RL3)は、測定部2Aに入射され、ハーフミラ2Aeを介して集光レンズ2Afに入射される。   Then, the three parallel measurement lights ML1, ML2, and ML3 emitted from the half mirror 2Ae are emitted from the measurement unit 2A, and three measurement points P1, P2, and a single measurement point MP on the surface of the measurement object Ob. Each P3 is irradiated and reflected. Three reflected lights (regular reflection components of reflected light) RL (RL1, RL2, RL3) reflected at three measurement points P1, P2, and P3 on the surface of the measurement object Ob are incident on the measurement unit 2A. , And enters the condenser lens 2Af through the half mirror 2Ae.

集光レンズ2Afは、その光軸が前記入力側導波路2Ab、回折格子2Acおよび対物レンズの光軸と直交するように、かつ、ハーフミラ2Aeの鏡面と−45度(135度、鏡面を基準に反時計回り方向を正方向とした場合)の角度で交差するように配設されている。集光レンズ2Afは、前記3つの反射光RL1、RL2、RL3のそれぞれにレンズ作用を与えるべく、反射光RL(RL1、RL2、RL3)の個数に対応した個数のレンズを備えて構成され、その射出側には、出力側導波路2Agが、基材2Aiの前記所定の屈折率よりも極僅かだけ(例えば0.3〜3%程度)に大きくすることによって形成されている。   The condenser lens 2Af has an optical axis orthogonal to the optical axis of the input-side waveguide 2Ab, diffraction grating 2Ac, and objective lens, and −45 degrees (135 degrees, with reference to the mirror surface) of the mirror surface of the half mirror 2Ae. They are arranged to intersect at an angle of (when the counterclockwise direction is the positive direction). The condensing lens 2Af includes a number of lenses corresponding to the number of reflected lights RL (RL1, RL2, RL3) in order to give a lens action to each of the three reflected lights RL1, RL2, and RL3. On the exit side, the output-side waveguide 2Ag is formed by making it slightly larger (for example, about 0.3 to 3%) than the predetermined refractive index of the substrate 2Ai.

出力側導波路2Agは、集光レンズ2Afから入射された各反射光RL(図2に示す例では、RL1、RL2、RL3)をそれぞれ導光し、複数の反射光RLにおける一対の反射光RLを光干渉させ、複数の干渉光ILを導光するものである。ここで、本実施形態では、複数の干渉光ILのうちの少なくとも1組の干渉光ILは、互いに共通な反射光RLを用いて光干渉させることによって生成されている。より具体的には、出力側導波路2Agは、大略、基材2Aiの他方側面に沿って形成されており、集光レンズ2Afにおける、3つの反射光RL1、RL2、RL3に対応した3つレンズの射出側からそれぞれ延びる3つの導波路部2Ag−1、2Ag−2、2Ag−3と、中央の導波路部2Ag−2を2つに分岐する分岐部2Ag−4と、分岐部2Ag−4で分岐した一方の導波路部と前記導波路部2Ag−1とを合流する合流部2Ag−5と、分岐部2Ag−4で分岐した他方の導波路部と前記導波路部2Ag−3とを合流する合流部2Ag−6と、合流部2Ag−5から延びて出力端子2Ahに至る導波路部2Ag−7と、合流部2Ag−6から延びて出力端子2Ahに至る導波路部2Ag−8とを備えて構成されている。   The output-side waveguide 2Ag guides each reflected light RL (RL1, RL2, RL3 in the example shown in FIG. 2) incident from the condenser lens 2Af, and a pair of reflected lights RL in the plurality of reflected lights RL. Are guided to guide a plurality of interference lights IL. Here, in the present embodiment, at least one set of interference lights IL among the plurality of interference lights IL is generated by causing optical interference using the reflected light RL common to each other. More specifically, the output-side waveguide 2Ag is generally formed along the other side surface of the base 2Ai, and the three lenses corresponding to the three reflected lights RL1, RL2, and RL3 in the condensing lens 2Af. Waveguide sections 2Ag-1, 2Ag-2, 2Ag-3 extending from the exit side of the first waveguide section, a branch section 2Ag-4 that branches the central waveguide section 2Ag-2 into two, and a branch section 2Ag-4 The other waveguide portion branched at the branch portion 2Ag-4 and the waveguide portion 2Ag-3. A joining portion 2Ag-6 that joins, a waveguide portion 2Ag-7 that extends from the joining portion 2Ag-5 to the output terminal 2Ah, a waveguide portion 2Ag-8 that extends from the joining portion 2Ag-6 to the output terminal 2Ah, and It is configured with.

このような構成のハーフミラ2Ae、集光レンズ2Af、出力側導波路2Agおよび出力端子2Ahでは、図2に示す例では、測定対象物Obの表面における3つの測定点P1、P2、P3でそれぞれ反射された3つの反射光(反射光の正反射成分)RL(RL1、RL2、RL3)は、測定部2Aに入射され、ハーフミラ2Aeを介して集光レンズ2Afの前記各レンズにそれぞれ入射される。集光レンズ2Afの前記各レンズは、各反射光RL1、RL2、RL3をそれぞれ導波路部2Agにおける3つの導波路部2Ag−1、2Ag−2、2Ag−3へ入射させる。すなわち、集光レンズ2Afの前記各レンズは、出力側導波路2Agにおける3つの導波路部2Ag−1、2Ag−2、2Ag−3に対する導波路カップリング用である。中央の導波路部2Ag−2に入射された反射光RL2は、導波路部2Ag−2内を伝播し、導波路部2Ag−2によって導光され、分岐部2Ag−4で分配される。分岐部2Ag−4で分配された一方の反射光RL2(RL2−1)は、合流部2Ag−5に導光され、その他方の反射光RL2(RL2−2)は、合流部2Ag−6に導光される。また、導波路部2Ag−1に入射された反射光RL1は、導波路部2Ag−1内を伝播し、導波路部2Ag−1によって導光され、合流部2Ag−5に導光される。そして、導波路部2Ag−3に入射された反射光RL3は、導波路部2Ag−3内を伝播し、導波路部2Ag−3によって導光され、合流部2Ag−6に導光される。合流部2Ag−5では、上述のように導光された反射光RL2と反射光RL1とが合波され、光ホモダイン干渉されて第1干渉光IL1(=RL1+RL2)が生成される。この第1干渉光IL1は、合流部2Ag−5から導波路部2Ag−7に導光され、導波路部2Ag−7内を伝播し、導波路部2Ag−7によって導光され、出力端子2Ahに入射される。そして、合流部2Ag−6では、上述のように導光された反射光RL2と反射光RL3とが合波され、光ホモダイン干渉されて第2干渉光IL2(=RL2+RL3)が生成される。この第2干渉光IL2は、合流部2Ag−6から導波路部2Ag−8に導光され、導波路部2Ag−8内を伝播し、導波路部2Ag−8によって導光され、出力端子2Ahに入射される。これら第1および第2干渉光IL1、IL2は、測定対象物Obにおける表面形状の情報を含む光信号である。そして、これら第1および第2干渉光IL1、IL2は、出力端子2Ahを介して測定部2Aから位相検波部3Aへ入射される。   In the half mirror 2Ae, the condensing lens 2Af, the output-side waveguide 2Ag, and the output terminal 2Ah having such a configuration, in the example illustrated in FIG. 2, the reflection is performed at three measurement points P1, P2, and P3 on the surface of the measurement object Ob. The three reflected lights (regular reflection components of the reflected light) RL (RL1, RL2, RL3) are incident on the measurement unit 2A and are incident on the respective lenses of the condenser lens 2Af via the half mirror 2Ae. The respective lenses of the condensing lens 2Af cause the respective reflected lights RL1, RL2, and RL3 to enter the three waveguide portions 2Ag-1, 2Ag-2, and 2Ag-3 in the waveguide portion 2Ag, respectively. That is, the respective lenses of the condenser lens 2Af are for waveguide coupling with respect to the three waveguide portions 2Ag-1, 2Ag-2, 2Ag-3 in the output side waveguide 2Ag. The reflected light RL2 incident on the central waveguide section 2Ag-2 propagates through the waveguide section 2Ag-2, is guided by the waveguide section 2Ag-2, and is distributed by the branch section 2Ag-4. One reflected light RL2 (RL2-1) distributed by the branching section 2Ag-4 is guided to the joining section 2Ag-5, and the other reflected light RL2 (RL2-2) is sent to the joining section 2Ag-6. Light is guided. Further, the reflected light RL1 incident on the waveguide portion 2Ag-1 propagates through the waveguide portion 2Ag-1, is guided by the waveguide portion 2Ag-1, and is guided to the junction 2Ag-5. The reflected light RL3 incident on the waveguide section 2Ag-3 propagates through the waveguide section 2Ag-3, is guided by the waveguide section 2Ag-3, and is guided to the joining section 2Ag-6. In the merging unit 2Ag-5, the reflected light RL2 and the reflected light RL1 guided as described above are combined and subjected to optical homodyne interference to generate the first interference light IL1 (= RL1 + RL2). The first interference light IL1 is guided from the junction 2Ag-5 to the waveguide 2Ag-7, propagates through the waveguide 2Ag-7, is guided by the waveguide 2Ag-7, and is output to the output terminal 2Ah. Is incident on. Then, at the junction 2Ag-6, the reflected light RL2 and the reflected light RL3 guided as described above are combined and subjected to optical homodyne interference to generate the second interference light IL2 (= RL2 + RL3). The second interference light IL2 is guided from the merging portion 2Ag-6 to the waveguide portion 2Ag-8, propagates through the waveguide portion 2Ag-8, is guided by the waveguide portion 2Ag-8, and is output to the output terminal 2Ah. Is incident on. The first and second interference lights IL1 and IL2 are optical signals including information on the surface shape of the measurement object Ob. The first and second interference lights IL1 and IL2 are incident on the phase detection unit 3A from the measurement unit 2A via the output terminal 2Ah.

また、測定部2Aに代え、測定光生成部1Aからの測定光MLが入射され、測定光MLを用いた光ホモダイン干渉法によって測定対象物Obにおける表面形状の情報を含む光信号を得る装置である測定部2Bが用いられてもよい。   Further, in place of the measurement unit 2A, the measurement light ML from the measurement light generation unit 1A is incident, and an apparatus for obtaining an optical signal including information on the surface shape of the measurement object Ob by optical homodyne interferometry using the measurement light ML. A certain measurement unit 2B may be used.

より具体的には、測定部2Bは、例えば、図3に示すように、入力端子2Baと、入力側導波路2Bbと、対物レンズ2Bcと、ハーフミラ2Aeと、集光レンズ2Beと、出力側導波路2Bfと、出力端子2Bgとを備えて構成され、これら入力側導波路2Bbおよび出力側導波路2Bfは、基材2Bhに屈折率の異なる光導波路を形成することによって設けられている。   More specifically, as shown in FIG. 3, for example, the measurement unit 2B includes an input terminal 2Ba, an input side waveguide 2Bb, an objective lens 2Bc, a half mirror 2Ae, a condensing lens 2Be, and an output side guide. The input side waveguide 2Bb and the output side waveguide 2Bf are provided by forming optical waveguides having different refractive indexes on the substrate 2Bh.

基材2Bhは、基材2Aiと同様であり、所定の屈折率を持つ材料から形成された略直方体形状の板状の部材(基板)であり、外周面、例えばその上面上の所定の各位置に入力端子2Baおよび出力端子2Agが配設されている。この入力端子2Baには、測定光生成部1Aから延びる前記光ファイバが接続される。   The base material 2Bh is the same as the base material 2Ai, and is a substantially rectangular parallelepiped plate-like member (substrate) formed from a material having a predetermined refractive index, and each predetermined position on the outer peripheral surface, for example, the upper surface thereof Are provided with an input terminal 2Ba and an output terminal 2Ag. The optical fiber extending from the measurement light generator 1A is connected to the input terminal 2Ba.

そして、基材2Bhには、基材2Bhにおける入力端子2Baが配設されている位置から延びる入力側導波路2Bbが、基材2Bhにおける前記所定の屈折率よりも極僅かだけ(例えば0.3〜3%程度)に大きくすることによって形成されている。この入力側導波路2Bhは、入力端子2Baを介してその一方端から入射された、測定光生成部1Aからの測定光MLを導光するとともに、1つの測定箇所MPにおける複数の測定点Pのそれぞれに測定光MLをそれぞれ照射するべく、測定光生成部1Aからの測定光MLを複数の測定光MLに分岐するものであり、その他方端には、集光レンズ2Bcが配設されている。より具体的には、入力側導波路2Bbは、図3に示す例では、基材2Bhの上面における入力端子2Baが配設されている位置から、基材2Bhの一方側面に沿って下面に向い、所定の位置で略弧によって約90度曲がるように延びる形状である導波路部2Bb−1と、導波路部2Bb−1を3つに分岐する分岐部2Bb−2と、分岐部2Bb−2で分岐した3つの導波路部2Bb−3、2Bb−4、2Bb−5とを備えて構成されている。これら3つの導波路部2Bb−3、2Bb−4、2Bb−5は、射出端で各光軸が互いに平行となるように、かつ、前記下面に沿って分岐部2Bb−2から集光レンズ2Bcに至るように延びる形状である。分岐部2Bb−2で両側にそれぞれ分岐した導波路部2Bb−3および導波路部2Bb−5は、導波路部2Bb−3および導波路部2Bb−5の延びる方向(基材2Bhの面)に対して直交する方向(基材2Bhの面の法線方向)から平面視した場合に、中央の導波路部2Bb−4を対称軸とした線対称となるように形成されている。そして、その中央の導波路部2Bb−4は、分岐部2Bb−2から集光レンズ2Bcに至るまでの光学的距離(光路長)がこれら導波路部2Bb−3〜2Bb−5において互いに等しくなるように、基材2Bhの面内において導波路部2Bb−3および導波路部2Bb−5の延びる方向に対して直交する方向に湾曲(屈曲)する光路冗長部CV1を有している。   The base material 2Bh has an input-side waveguide 2Bb extending from the position where the input terminal 2Ba in the base material 2Bh is disposed only slightly (for example, 0.3%) than the predetermined refractive index in the base material 2Bh. To about 3%). The input-side waveguide 2Bh guides the measurement light ML from the measurement light generation unit 1A that is incident from one end thereof via the input terminal 2Ba, and includes a plurality of measurement points P at one measurement point MP. In order to irradiate each with the measurement light ML, the measurement light ML from the measurement light generator 1A is branched into a plurality of measurement lights ML, and a condensing lens 2Bc is disposed at the other end. . More specifically, in the example illustrated in FIG. 3, the input-side waveguide 2Bb is directed from the position where the input terminal 2Ba is disposed on the upper surface of the base material 2Bh to the lower surface along one side surface of the base material 2Bh. The waveguide portion 2Bb-1 has a shape extending approximately 90 degrees by a substantially arc at a predetermined position, a branch portion 2Bb-2 that branches the waveguide portion 2Bb-1 into three, and a branch portion 2Bb-2 Are provided with three waveguide portions 2Bb-3, 2Bb-4, and 2Bb-5 branched at 1. These three waveguide portions 2Bb-3, 2Bb-4, and 2Bb-5 are arranged so that their optical axes are parallel to each other at the exit end, and from the branch portion 2Bb-2 along the lower surface to the condenser lens 2Bc. It is the shape extended so that it may reach. The waveguide portion 2Bb-3 and the waveguide portion 2Bb-5 branched to both sides at the branch portion 2Bb-2 are in the extending direction of the waveguide portion 2Bb-3 and the waveguide portion 2Bb-5 (surface of the base material 2Bh). When viewed in a plan view from a direction perpendicular to the direction (normal direction of the surface of the base material 2Bh), it is formed so as to have line symmetry with the central waveguide portion 2Bb-4 as the axis of symmetry. And the optical distance (optical path length) from the branch part 2Bb-2 to the condensing lens 2Bc is equal to each other in the waveguide parts 2Bb-3 to 2Bb-5. As described above, the optical path redundant portion CV1 is bent (bent) in a direction orthogonal to the extending direction of the waveguide portion 2Bb-3 and the waveguide portion 2Bb-5 in the plane of the base 2Bh.

対物レンズ2Bcは、入力側導波路2Bbで導光され分岐された複数の測定光MLのそれぞれにレンズ作用を与えるべく、複数の測定光MLの個数に対応した個数のレンズを備えて構成され、その射出側には、ハーフミラ2Bdが配設されている。図3に示す例では、対物レンズ2Bcは、入力側導波路2Bbの分岐部2Bb−2で分岐され、前記3つの導波路部2Bb−3〜2Bb−5から射出された各測定光ML1、ML2、RL3のそれぞれにレンズ作用を与えるべく、3つのレンズを備えて構成されている。対物レンズ2Bcの各レンズは、入力側導波路2Bbから射出された各測定光MLを集光し、これら集光した各測定光MLをハーフミラ2Bdに入射させる。   The objective lens 2Bc is configured to include a number of lenses corresponding to the number of the plurality of measurement lights ML in order to give a lens action to each of the plurality of measurement lights ML guided and branched by the input-side waveguide 2Bb. A half mirror 2Bd is disposed on the emission side. In the example shown in FIG. 3, the objective lens 2Bc is branched by the branching section 2Bb-2 of the input-side waveguide 2Bb, and each of the measurement lights ML1 and ML2 emitted from the three waveguide sections 2Bb-3 to 2Bb-5. , RL3 is provided with three lenses so as to give a lens action. Each lens of the objective lens 2Bc condenses each measurement light ML emitted from the input-side waveguide 2Bb, and enters each condensing measurement light ML into the half mirror 2Bd.

ハーフミラ2Bdは、ハーブミラ2Aeと同様であり、分配された一方の光は、ハーフミラ2Bdを通過してそのままの方向で射出され、分配された他方の光は、ハーフミラ2Bdで反射されて前記方向と垂直な方向(直交する方向)で射出される。   The half mirror 2Bd is the same as the herb mirror 2Ae. One of the distributed light passes through the half mirror 2Bd and is emitted in the same direction, and the other distributed light is reflected by the half mirror 2Bd and perpendicular to the direction. In the right direction (orthogonal direction).

これら入力側導波路2Bbおよび対物レンズ2Bcは、互いにその光軸が一致するように配置されている。すなわち、入力側導波路2Bbにおける各導波路部2Bb−3〜2Bb−5の各光軸は、それぞれ、対物レンズ2Bcにおける各レンズの各光軸と一致している。そして、ハーフミラ2Bdは、この光軸に対し鏡面が45度の角度で交差するように配設されている。   The input side waveguide 2Bb and the objective lens 2Bc are arranged so that their optical axes coincide with each other. That is, each optical axis of each of the waveguide portions 2Bb-3 to 2Bb-5 in the input side waveguide 2Bb is in agreement with each optical axis of each lens in the objective lens 2Bc. The half mirror 2Bd is disposed such that the mirror surface intersects the optical axis at an angle of 45 degrees.

このような構成の入力端子2Ba、入力側導波路2Bb、対物レンズ2Bcおよびハーフミラ2Bdでは、測定光生成部1Aからの測定光MLは、前記光ファイバから入力端子2Baを介して入力側導波路2Bbに入射される。この入力側導波路2Bbに入射された測定光MLは、入力側導波路2Bb内を伝播し、入力側導波路2Abによって導光されるとともに複数に分割され、対物レンズ2Bcに入射される。より具体的には、この入力側導波路2Bbに入射された測定光MLは、導波路部2Bb−1によって導光され、分岐部2Bb−2で複数に、図3に示す例では、1つの測定箇所MPに対する1回の測定光MLの照射による測定において、測定対象物Obにおける3つの測定点P(P1、P2、P3)に測定光MLをそれぞれ照射するべく、3つに分岐され、これら3つに分岐された各測定光は、導波路部2Bb−3〜2Bb−5のそれぞれによって導光され、対物レンズ2Bcの前記各レンズにそれぞれ入射される。ここで、上述したように、両側に位置する導波路部2Bb−3と導波路部2Bb−5とは、中央に位置する導波路部2Bb−4を対象中心として互いに線対称であって、この中央の導波路部2Bb−4は、光路冗長部CVIを有し、これら導波路部2Bb−3〜2Bb−5のそれぞれは、互いに光路長が等しいので、これら導波路部2Bb−3〜2Bb−5のそれぞれを伝播した3つの測定光ML1、ML2、ML3は、互いに同位相で対物レンズ2Bcの各レンズに入射される。対物レンズ2Bcに入射した3つの測定光ML1、ML2、ML3は、そのレンズ作用を受けて集光し、互いに平行光となってハーフミラ2Bdに入射し、このハーフミラ2Bdで反射され、その光路が90度折り曲げられて射出される。   In the input terminal 2Ba, the input side waveguide 2Bb, the objective lens 2Bc, and the half mirror 2Bd having such a configuration, the measurement light ML from the measurement light generating unit 1A is input from the optical fiber through the input terminal 2Ba to the input side waveguide 2Bb. Is incident on. The measurement light ML incident on the input side waveguide 2Bb propagates in the input side waveguide 2Bb, is guided by the input side waveguide 2Ab, is divided into a plurality of parts, and is incident on the objective lens 2Bc. More specifically, the measurement light ML incident on the input-side waveguide 2Bb is guided by the waveguide section 2Bb-1, and is divided into a plurality by the branch section 2Bb-2, and in the example shown in FIG. In the measurement by one irradiation of the measurement light ML to the measurement location MP, the measurement light ML is branched into three to irradiate each of the three measurement points P (P1, P2, P3) on the measurement object Ob. Each measurement light branched into three is guided by each of the waveguide portions 2Bb-3 to 2Bb-5, and is incident on the respective lenses of the objective lens 2Bc. Here, as described above, the waveguide portion 2Bb-3 and the waveguide portion 2Bb-5 located on both sides are symmetrical with respect to each other with respect to the waveguide portion 2Bb-4 located at the center. The central waveguide portion 2Bb-4 has an optical path redundant portion CVI, and each of these waveguide portions 2Bb-3 to 2Bb-5 has the same optical path length. Therefore, these waveguide portions 2Bb-3 to 2Bb- The three measurement beams ML1, ML2, and ML3 that have propagated through the beam 5 are incident on the respective lenses of the objective lens 2Bc with the same phase. The three measurement lights ML1, ML2, and ML3 incident on the objective lens 2Bc are condensed by receiving the lens action, become parallel light to each other, enter the half mirror 2Bd, and are reflected by the half mirror 2Bd. It is bent and ejected.

そして、ハーフミラ2Bdから射出された3つの平行な測定光ML1、ML2、ML3は、測定部2Bから射出され、測定対象物Obの表面での1つの測定箇所MPにおける3つの測定点P1、P2、P3にそれぞれ照射され、反射される。この測定対象物Obの表面における3つの測定点P1、P2、P3でそれぞれ反射された3つの反射光(反射光の正反射成分)RL(RL1、RL2、RL3)は、測定部2Bに入射され、ハーフミラ2Bdを介して集光レンズ2Beに入射される。   Then, the three parallel measurement lights ML1, ML2, and ML3 emitted from the half mirror 2Bd are emitted from the measurement unit 2B, and three measurement points P1, P2, and a single measurement point MP on the surface of the measurement object Ob. Each P3 is irradiated and reflected. Three reflected lights (regular reflection components of reflected light) RL (RL1, RL2, RL3) reflected at three measurement points P1, P2, P3 on the surface of the measurement object Ob are incident on the measurement unit 2B. , And enters the condenser lens 2Be via the half mirror 2Bd.

集光レンズ2Beは、集光レンズ2Afと同様に構成されており、そして、出力側導波路2Bfも出力側導波路2Agと同様に構成されている。   The condensing lens 2Be is configured similarly to the condensing lens 2Af, and the output-side waveguide 2Bf is configured similarly to the output-side waveguide 2Ag.

したがって、このような構成のハーフミラ2Bd、集光レンズ2Be、出力側導波路2Bfおよび出力端子2Bgでは、図3に示す例では、測定対象物Obの表面における3つの測定点P1、P2、P3でそれぞれ反射された3つの反射光(反射光の正反射成分)RL(RL1、RL2、RL3)は、測定部2Bに入射され、ハーフミラ2Bdを介して集光レンズ2Beの前記各レンズにそれぞれ入射される。集光レンズ2Beの前記各レンズは、導波路カップリング用であり、各反射光RL1、RL2、RL3をそれぞれ導波路部2Bfにおける3つの導波路部2Bf−1、2Bf−2、2Bf−3へ入射させる。中央の導波路部2Bf−2に入射された反射光RL2は、導波路部2Bf−2内を伝播し、導波路部2Bf−2によって導光され、分岐部2Bf−4で分配される。分岐部2Bf−4で分配された一方の反射光RL2(RL2−1)は、合流部2Bf−5に導光され、その他方の反射光RL2(RL2−2)は、合流部2Bf−6に導光される。また、導波路部2Bf−1に入射された反射光RL1は、導波路部2Bf−1内を伝播し、導波路部2Bf−1によって導光され、合流部2Bf−5に導光される。そして、導波路部2Bf−3に入射された反射光RL3は、導波路部2Bf−3内を伝播し、導波路部2Bf−3によって導光され、合流部2Bf−6に導光される。合流部2Bf−5では、上述のように導光された反射光RL2と反射光RL1とが合波され、光ホモダイン干渉されて第1干渉光IL1(=RL1+RL2)が生成される。この第1干渉光IL1は、合流部2Bf−5から導波路部2Bf−7に導光され、導波路部2Bf−7内を伝播し、導波路部2Bf−7によって導光され、出力端子2Bgに入射される。そして、合流部2Bf−6では、上述のように導光された反射光RL2と反射光RL3とが合波され、光ホモダイン干渉されて第2干渉光IL2(=RL2+RL3)が生成される。この第2干渉光IL2は、合流部2Bf−6から導波路部2Bf−8に導光され、導波路部2Bf−8内を伝播し、導波路部2Bf−8によって導光され、出力端子2Bgに入射される。これら第1および第2干渉光IL1、IL2は、測定対象物Obにおける表面形状の情報を含む光信号である。そして、これら第1および第2干渉光IL1、IL2は、出力端子2Bgを介して測定部2Bから位相検波部3Aへ入射される。   Therefore, in the example shown in FIG. 3, the half mirror 2Bd, the condensing lens 2Be, the output-side waveguide 2Bf, and the output terminal 2Bg configured as described above are provided at three measurement points P1, P2, and P3 on the surface of the measurement object Ob. Each of the three reflected lights (regular reflection components of the reflected light) RL (RL1, RL2, RL3) reflected is incident on the measuring unit 2B, and is incident on each of the lenses of the condenser lens 2Be via the half mirror 2Bd. The The respective lenses of the condenser lens 2Be are for waveguide coupling, and the reflected lights RL1, RL2, and RL3 are respectively transferred to the three waveguide portions 2Bf-1, 2Bf-2, and 2Bf-3 in the waveguide portion 2Bf. Make it incident. The reflected light RL2 incident on the central waveguide section 2Bf-2 propagates through the waveguide section 2Bf-2, is guided by the waveguide section 2Bf-2, and is distributed by the branch section 2Bf-4. One reflected light RL2 (RL2-1) distributed by the branching section 2Bf-4 is guided to the joining section 2Bf-5, and the other reflected light RL2 (RL2-2) is sent to the joining section 2Bf-6. Light is guided. Further, the reflected light RL1 incident on the waveguide section 2Bf-1 propagates through the waveguide section 2Bf-1, is guided by the waveguide section 2Bf-1, and is guided to the junction section 2Bf-5. The reflected light RL3 incident on the waveguide section 2Bf-3 propagates through the waveguide section 2Bf-3, is guided by the waveguide section 2Bf-3, and is guided to the junction section 2Bf-6. In the merging unit 2Bf-5, the reflected light RL2 and the reflected light RL1 guided as described above are combined and subjected to optical homodyne interference to generate the first interference light IL1 (= RL1 + RL2). The first interference light IL1 is guided from the merging portion 2Bf-5 to the waveguide portion 2Bf-7, propagates through the waveguide portion 2Bf-7, is guided by the waveguide portion 2Bf-7, and is output to the output terminal 2Bg. Is incident on. Then, in the junction 2Bf-6, the reflected light RL2 and the reflected light RL3 guided as described above are combined and subjected to optical homodyne interference to generate the second interference light IL2 (= RL2 + RL3). The second interference light IL2 is guided from the merging portion 2Bf-6 to the waveguide portion 2Bf-8, propagates through the waveguide portion 2Bf-8, is guided by the waveguide portion 2Bf-8, and is output to the output terminal 2Bg. Is incident on. The first and second interference lights IL1 and IL2 are optical signals including information on the surface shape of the measurement object Ob. The first and second interference lights IL1 and IL2 are incident on the phase detection unit 3A from the measurement unit 2B via the output terminal 2Bg.

図1に戻って、本実施形態では、測定部2A(2B)と位相差検出部3Aとは、シングルモード光ファイバであってもよいが、光軸調整および伝播光の光量における優位性の観点から、複数の伝搬モードを持つマルチモード光ファイバによって接続されている。すなわち、本実施形態では、測定部2A(2B)から射出された複数の干渉光IL、図2および図3に示す例では第1および第2干渉光IL1、IL2は、マルチモード光ファイバによって導光され、位相差検出部3Aへ入射する。   Returning to FIG. 1, in the present embodiment, the measurement unit 2A (2B) and the phase difference detection unit 3A may be single mode optical fibers, but the viewpoint of superiority in optical axis adjustment and the amount of propagating light. Are connected by a multimode optical fiber having a plurality of propagation modes. That is, in the present embodiment, the plurality of interference lights IL emitted from the measurement unit 2A (2B), and in the examples shown in FIGS. 2 and 3, the first and second interference lights IL1 and IL2 are guided by the multimode optical fiber. Light is incident on the phase difference detector 3A.

位相差検出部3Aは、測定部2A(2B)から射出した複数の干渉光ILであって、互いに共通な反射光RLを用いて光ホモダイン干渉することによって得られた組の干渉光ILに基づいて、これら組における複数の干渉光IL間における位相差△Φを検出するものである。そして、位相差検出部3Aは、この検出した位相差△Φを演算制御部5へ出力する。より具体的には、位相差検出部3Aは、図1に示すように、光電変換部3Aa(3Aa1、3Aa2)と、位相差検出器3Abとを備えて構成される。   The phase difference detection unit 3A is a plurality of interference lights IL emitted from the measurement unit 2A (2B), and is based on a set of interference lights IL obtained by optical homodyne interference using the reflected light RL common to each other. Thus, the phase difference ΔΦ between the plurality of interference lights IL in these sets is detected. Then, the phase difference detection unit 3A outputs the detected phase difference ΔΦ to the calculation control unit 5. More specifically, as shown in FIG. 1, the phase difference detection unit 3A includes a photoelectric conversion unit 3Aa (3Aa1, 3Aa2) and a phase difference detector 3Ab.

光電変換部3Aaは、例えばホトダイオード等の、入射光の光量に応じた信号レベルの電気信号に変換して該電気信号を出力する光電変換素子を備えて構成される。光電変換部3Aaは、測定部2A(2B)によって得られる干渉光ILの個数に応じて用意され、測定部2A(2B)からの複数の干渉光ILをそれぞれ受光して、その各光量に応じた信号レベルの各電気信号を各干渉信号Sigとして出力するものである。本実施形態では、前記干渉光ILは、2つであることから、2個の光電変換部3Aa1、3Aa2が用意される。各光電変換部3Aa1、3Aa2のそれぞれは、測定部2A(2B)の出力端子2Ah(2Bg)から射出された2つの第1および第2干渉光IL1、IL2を各マルチモード光ファイバおよび図略の各入力端子を介してそれぞれ受光し、これら各干渉光IL1、IL2の各光量に応じて第1および第2干渉信号Sig1、Sig2をそれぞれ位相差検出器3Abへ出力する。   The photoelectric conversion unit 3Aa includes, for example, a photoelectric conversion element that converts an electric signal having a signal level corresponding to the amount of incident light, such as a photodiode, and outputs the electric signal. The photoelectric conversion unit 3Aa is prepared according to the number of interference lights IL obtained by the measurement unit 2A (2B), and receives a plurality of interference lights IL from the measurement unit 2A (2B), and according to the respective light quantities. Each electric signal having the same signal level is output as each interference signal Sig. In the present embodiment, since the interference light IL is two, two photoelectric conversion units 3Aa1 and 3Aa2 are prepared. Each of the photoelectric conversion units 3Aa1 and 3Aa2 transmits two first and second interference lights IL1 and IL2 emitted from the output terminal 2Ah (2Bg) of the measurement unit 2A (2B) to the multimode optical fiber and the unillustrated Light is received through each input terminal, and first and second interference signals Sig1 and Sig2 are output to the phase difference detector 3Ab in accordance with the respective light amounts of the interference lights IL1 and IL2.

位相差検出器3Abは、光電変換部3Aaから複数の干渉信号Sigが入力され、互いに共通な反射光RLを用いて光ホモダイン干渉することによって得られた組の干渉光ILに関し、複数の干渉信号Sig間の位相差△Φを検出する装置である。図1に示す例では、位相差検出器3Abは、光電変換部3Aa1、3Aa2から第1および第2干渉信号Sig1、Sig2が入力され、これら第1干渉信号Sig1と第2干渉信号Sig2との間における位相差△Φを検出する。そして、位相差検出器3Abは、この検出した位相差△Φを演算制御部5へ出力する。   The phase difference detector 3Ab receives a plurality of interference signals Sig from the photoelectric conversion unit 3Aa, and a plurality of interference signals IL with respect to a set of interference lights IL obtained by optical homodyne interference using the common reflected light RL. This is a device for detecting the phase difference ΔΦ between Sig. In the example illustrated in FIG. 1, the phase difference detector 3Ab receives the first and second interference signals Sig1 and Sig2 from the photoelectric conversion units 3Aa1 and 3Aa2, and between the first interference signal Sig1 and the second interference signal Sig2. The phase difference ΔΦ at is detected. Then, the phase difference detector 3Ab outputs the detected phase difference ΔΦ to the arithmetic control unit 5.

ステージ4は、演算制御部5の制御に従って、測定対象物Obの厚さ方向(高さ方向)に直交する水平方向に測定対象物Obを移動する装置である。ステージ4は、いわゆるX軸方向およびY軸方向に測定対象物Obを移動することができるXYステージであってもよく、また、ステージ4は、測定対象物Obを回転移動することができるとともに、前記回転における径方向にも移動することができる回転ステージであってもよい。測定対象物Obは、表面を有する任意の部材であってよく、例えば、アルミ板材、鉄材および鋼材等の金属材料や半導体ウェハ等である。前記XYステージは、例えば、矩形形状の板状部材の測定に好適であり、前記回転ステージは、例えば、円形形状の板状部材に好適である。   The stage 4 is a device that moves the measurement object Ob in a horizontal direction orthogonal to the thickness direction (height direction) of the measurement object Ob according to the control of the arithmetic control unit 5. The stage 4 may be an XY stage that can move the measurement object Ob in the so-called X-axis direction and Y-axis direction, and the stage 4 can rotate and move the measurement object Ob. It may be a rotary stage that can also move in the radial direction in the rotation. The measurement object Ob may be an arbitrary member having a surface, for example, a metal material such as an aluminum plate material, an iron material, and a steel material, a semiconductor wafer, or the like. The XY stage is suitable for measurement of, for example, a rectangular plate member, and the rotary stage is suitable for, for example, a circular plate member.

演算制御部5は、表面形状測定装置SAの各部を当該機能に応じて制御する回路であり、例えば、表面形状測定装置SAの各部を当該機能に応じて制御するための制御プログラムや測定対象物Obの表面形状を位相差検出部3Aの出力に基づいて求める演算プログラム等の各種の所定のプログラム、および、前記所定のプログラムの実行に必要なデータ等の各種の所定のデータ等を記憶する、不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、前記所定のプログラムを読み出して実行することによって所定の演算処理や制御処理を行うCPU(Central Processing Unit)、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる前記CPUのワーキングメモリとなるRAM(Random Access Memory)、ならびに、これらの周辺回路を備えたマイクロコンピュータ等によって構成される。演算制御部5は、機能的に、形状算出部51と、ステージ制御部52と、光源制御部53とを備えている。   The arithmetic control unit 5 is a circuit that controls each part of the surface shape measuring device SA according to the function. For example, a control program or a measurement object for controlling each part of the surface shape measuring device SA according to the function. Stores various predetermined programs such as a calculation program for obtaining the surface shape of Ob based on the output of the phase difference detection unit 3A, and various predetermined data such as data necessary for execution of the predetermined program. A ROM (Read Only Memory) that is a non-volatile storage element, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) that is a rewritable non-volatile storage element, a predetermined calculation process by reading and executing the predetermined program, CPU (Central Processing Unit) that performs control processing, so-called C that stores data generated during execution of the predetermined program U of working memory and comprising RAM (Random Access Memory), and constituted by a microcomputer or the like provided with these peripheral circuits. The arithmetic control unit 5 functionally includes a shape calculation unit 51, a stage control unit 52, and a light source control unit 53.

ステージ制御部52は、測定対象物Obの表面を走査するべく、測定対象物Obにおける複数の測定箇所MP(1つの測定箇所MPに対し少なくとも3つ以上の測定点Pn)を測定するために、測定対象物Obが厚さ方向に直交する水平方向に移動するように、ステージ4の動作を制御するものである。ここで、測定対象物Obの水平方向の移動は、後述するように、各測定箇所MPの各測定結果を順次に連結することによって測定対象物Obの表面形状を求めていることから、一の測定箇所MPtempにおける測定点Pと、走査によってこの一の測定箇所MPtempの次に測定される測定箇所MPnextにおける測定点Pとは、少なくとも1つの測定点Pで重複するように、ステージ制御部52は、ステージ4の動作を制御する。例えば、ステージ制御部52は、一の測定箇所MPtempにおける測定点P3と、走査によってこの一の測定箇所MPtempの次に測定される測定箇所MPnextにおける測定点P1とが互いに重複するように、ステージ4の動作を制御する。光源制御部53は、光源部1Aの動作を制御するものである。   In order to scan the surface of the measurement object Ob, the stage control unit 52 measures a plurality of measurement points MP (at least three measurement points Pn for one measurement point MP) on the measurement object Ob. The operation of the stage 4 is controlled so that the measurement object Ob moves in the horizontal direction perpendicular to the thickness direction. Here, the horizontal movement of the measurement object Ob is obtained because the surface shape of the measurement object Ob is obtained by sequentially connecting the measurement results of the measurement points MP, as will be described later. The stage controller 52 is arranged so that at least one measurement point P overlaps the measurement point P at the measurement location MPtemp and the measurement point P at the measurement location MPnext measured next to the one measurement location MPtemp by scanning. The operation of stage 4 is controlled. For example, the stage control unit 52 causes the stage 4 so that the measurement point P3 at one measurement point MPtemp and the measurement point P1 at the measurement point MPnext measured after the one measurement point MPtemp by scanning overlap each other. To control the operation. The light source control unit 53 controls the operation of the light source unit 1A.

形状算出部51は、測定部2A(2B)によって生成された複数の干渉光ILを位相差検出部3Aで検出した位相差△Φに基づいて、測定対象物Obの表面形状を求めるものである。干渉光ILは、2つの測定点P間における高さ方向(厚さ方向)の差の情報を含む。すなわち、2つの測定点P間における高さ方向に差があると、測定部2A(2B)と測定対象物Obとの間における距離(光路長)がそれぞれ異なることとなり、同一位相の各測定光がこのような互いに距離の異なる光路をそれぞれ伝播して再び干渉すると、その干渉光ILには、各光路間の距離の差(2×(高さ方向の差))に応じた各測定光の位相差に関する成分が含まれる。したがって、この干渉光ILを光電変換することによって得られた干渉信号Sigは、2つの測定点P間における高さ方向(厚さ方向)の差の情報を含んでいる。このため、互いに共通な反射光RLを用いて光ホモダイン干渉することによって得られた組の各干渉光に対応する各干渉信号Sigは、互いに共通な反射光RLに対応する測定点P、および、これと光ホモダイン干渉させられた各反射光RLに対応する各測定点における勾配情報を含む。図1に示す例では、第1干渉光IL1は、測定点P1と測定点P2との間における高さ方向の差H1の情報を含み、第2干渉光IL2は、測定点P2と測定点P3との間における高さ方向の差H2の情報を含む。そして、互いに共通な反射光RL2を用いて光ホモダイン干渉することによって得られた組の第1および第2干渉光IL1、IL2に対応する第1および第2干渉信号Sig1、Sig2は、互いに共通な反射光RL2に対応する測定点P2、および、これと光ホモダイン干渉させられた各反射光RL1、RL3に対応する各測定点P1、P3における勾配情報を含む。このように本実施形態では、1つの測定箇所MPにおける3つの各測定点P1、P2、P3について、その勾配情報が得られる。このため、より具体的には、形状算出部51は、測定箇所MP(図1に示す例では3つの測定点P1、P2、P3)における勾配Grを、Gr=(△Φ×(λ/2)/(2π))/(2つの測定点P間の距離)によって求める。そして、形状算出部51は、走査することによって得られた各測定箇所MPnの各勾配Grを走査順に従って順次に連結することによって、測定対象物Obの表面形状を求める。   The shape calculation unit 51 obtains the surface shape of the measurement object Ob based on the phase difference ΔΦ detected by the phase difference detection unit 3A for the plurality of interference lights IL generated by the measurement unit 2A (2B). . The interference light IL includes information on the difference in the height direction (thickness direction) between the two measurement points P. That is, if there is a difference in the height direction between the two measurement points P, the distance (optical path length) between the measurement unit 2A (2B) and the measurement object Ob will be different, and each measurement light of the same phase When the light propagates through the optical paths having different distances and interferes with each other again, the interference light IL includes the measurement light according to the difference in distance between the optical paths (2 × (difference in the height direction)). A component related to the phase difference is included. Therefore, the interference signal Sig obtained by photoelectrically converting the interference light IL includes information on the difference in the height direction (thickness direction) between the two measurement points P. Therefore, each interference signal Sig corresponding to each set of interference light obtained by optical homodyne interference using the reflected light RL that is common to each other is a measurement point P corresponding to the reflected light RL that is common to each other, and This includes gradient information at each measurement point corresponding to each reflected light RL subjected to optical homodyne interference. In the example shown in FIG. 1, the first interference light IL1 includes information on the height difference H1 between the measurement point P1 and the measurement point P2, and the second interference light IL2 is measured at the measurement point P2 and the measurement point P3. Information on the difference H2 in the height direction. The first and second interference signals Sig1 and Sig2 corresponding to the first and second interference lights IL1 and IL2 obtained by the optical homodyne interference using the reflected light RL2 common to each other are common to each other. The measurement point P2 corresponding to the reflected light RL2 and the gradient information at each of the measurement points P1 and P3 corresponding to the reflected lights RL1 and RL3 subjected to optical homodyne interference are included. Thus, in this embodiment, the gradient information is obtained for each of the three measurement points P1, P2, and P3 at one measurement location MP. Therefore, more specifically, the shape calculation unit 51 calculates the gradient Gr at the measurement point MP (three measurement points P1, P2, and P3 in the example shown in FIG. 1) as Gr = (ΔΦ × (λ / 2). ) / (2π)) / (distance between two measurement points P). And the shape calculation part 51 calculates | requires the surface shape of the measuring object Ob by connecting sequentially each gradient Gr of each measurement location MPn obtained by scanning according to a scanning order.

入力部6は、例えば、測定開始等を指示するコマンドや測定対象物Obの属性情報等のデータを入力するための装置であり、例えば、複数の入力スイッチを備えた操作パネルやキーボード等である。出力部7は、入力部6で受け付けたコマンドやデータおよび測定結果等を出力するための装置であり、例えば、CRTディスプレイ、LCD(液晶ディスプレイ)、有機ELディスプレイおよびプラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。これら入力部6および出力部7は、演算制御部5に接続される。   The input unit 6 is a device for inputting data such as a command for instructing measurement start and attribute information of the measurement object Ob, for example, an operation panel or a keyboard provided with a plurality of input switches. . The output unit 7 is a device for outputting commands, data, measurement results, and the like received by the input unit 6. For example, a display device such as a CRT display, an LCD (liquid crystal display), an organic EL display, a plasma display, or a printer And the like. These input unit 6 and output unit 7 are connected to the arithmetic control unit 5.

次に、本実施形態における表面形状測定装置SAの動作について説明する。なお、以下の説明において、各測定箇所MPにおける複数の測定点Pnは、説明の便宜上、図1に示す場合を例として、3個である場合について説明を行う。   Next, the operation of the surface shape measuring apparatus SA in the present embodiment will be described. In the following description, for the sake of convenience of explanation, a case where there are three measurement points Pn at each measurement location MP will be described by taking the case shown in FIG. 1 as an example.

図略の電源スイッチがオンされると、表面形状測定装置SAが起動され、演算制御部5によって必要な各部の初期化が行われる。そして、例えば半導体ウェハ等の板状体の測定対象物Obがステージ4に載置され、入力部6から測定開始を指示するコマンドを受け付けると、演算制御部5は、測定対象物Obの表面形状の測定を開始する。   When a power switch (not shown) is turned on, the surface shape measuring device SA is activated, and necessary parts are initialized by the arithmetic control unit 5. Then, for example, when a measurement object Ob of a plate-like body such as a semiconductor wafer is placed on the stage 4 and receives a command for instructing measurement start from the input unit 6, the arithmetic control unit 5 reads the surface shape of the measurement object Ob. Start measuring.

まず、演算制御部5の光源制御部53は、測定光生成部1Aを駆動し、単波長レーザ光源1Aaに所定のレーザ光を発光させる。この単波長レーザ光源1Aaによる所定のレーザ光の発光により、上述した光学系の作用によって、測定光MLが測定光生成部1Aの出力端子1Adから射出される。   First, the light source control unit 53 of the arithmetic control unit 5 drives the measurement light generation unit 1A to cause the single wavelength laser light source 1Aa to emit predetermined laser light. By the emission of a predetermined laser beam from the single wavelength laser light source 1Aa, the measurement light ML is emitted from the output terminal 1Ad of the measurement light generator 1A by the action of the optical system described above.

続いて、この測定光生成部1Aの出力端子1Adから射出された測定光MLは、前記光ファイバを伝播し、測定部2A(2B)に入射される。この測定部2A(2B)では、この入射された測定光MLから上述した光学系の作用によって第1および第2干渉光IL1、IL2が生成され、出力端子2Ah(2Bg)から射出される。続いて、この測定部2A(2B)の出力端子2Ah(2Bg)から射出された第1および第2干渉光IL1、IL2は、前記マルチモード光ファイバを伝播し、位相差検出部3Aに入射される。この位相差検出部3Aでは、互いに共通な反射光RL2を用いて光ホモダイン干渉することによって得られた組について、これら第1および第2干渉光IL1、IL2に基づいて第1および第2干渉光IL1、IL2間の位相差△Φが検出される。   Subsequently, the measurement light ML emitted from the output terminal 1Ad of the measurement light generation unit 1A propagates through the optical fiber and enters the measurement unit 2A (2B). In the measurement unit 2A (2B), the first and second interference lights IL1 and IL2 are generated from the incident measurement light ML by the action of the optical system described above, and emitted from the output terminal 2Ah (2Bg). Subsequently, the first and second interference lights IL1 and IL2 emitted from the output terminal 2Ah (2Bg) of the measurement unit 2A (2B) propagate through the multimode optical fiber and enter the phase difference detection unit 3A. The In the phase difference detection unit 3A, the first and second interference lights are obtained based on the first and second interference lights IL1 and IL2 for the set obtained by the optical homodyne interference using the reflected light RL2 common to each other. A phase difference ΔΦ between IL1 and IL2 is detected.

そして、この測定部2A(2B)および位相差検出部3Aがこのような動作を行っている際に、演算制御部5のステージ制御部52は、ステージ4を制御することによって、測定対象物Obをその高さ方向に直交する水平方向に移動させる。例えば、演算制御部5のステージ制御部52は、測定箇所MPにおける複数の測定点Pnが移動方向に沿って並び、この移動方向に沿って互いに隣接する2つの測定点Pn−1、Pnの間隔が等しくなるように、かつ、上述したように、一の測定箇所MPtempにおける測定点P3と、走査(移動)によってこの一の測定箇所MPtempの次に測定される測定箇所MPnextにおける測定点P1とが重複するように、ステージ4を移動させる。   And while this measurement part 2A (2B) and phase difference detection part 3A are performing such operation | movement, the stage control part 52 of the calculation control part 5 controls the measurement object Ob by controlling the stage 4. Is moved in the horizontal direction perpendicular to the height direction. For example, the stage control unit 52 of the arithmetic control unit 5 arranges a plurality of measurement points Pn at the measurement location MP along the movement direction, and the interval between two measurement points Pn−1 and Pn adjacent to each other along the movement direction. And the measurement point P3 at one measurement point MPtemp and the measurement point P1 at the measurement point MPnext measured next to the one measurement point MPtemp by scanning (moving), as described above. The stage 4 is moved so that it overlaps.

続いて、これら各測定箇所MPmの各位相差△Φmが取得されると、演算制御部5の形状算出部51は、上述したように、各測定箇所MPmにおける勾配Grmを求め、走査順に従ってこれら各測定箇所MPmにおける勾配Grmを連結することによって、測定対象物Obの表面形状を求める。   Subsequently, when each phase difference ΔΦm of each measurement point MPm is acquired, the shape calculation unit 51 of the calculation control unit 5 obtains the gradient Grm at each measurement point MPm as described above, and each of these according to the scanning order. The surface shape of the measurement object Ob is obtained by connecting the gradient Grm at the measurement location MPm.

続いて、演算制御部5は、この求めた測定対象物Obの表面形状を出力部7に出力し、出力部7は、測定対象物Obの表面形状を表示する。   Subsequently, the arithmetic control unit 5 outputs the obtained surface shape of the measurement object Ob to the output unit 7, and the output unit 7 displays the surface shape of the measurement object Ob.

このように動作することによって本実施形態における表面形状測定装置SAおよびこれに実装された表面形状測定方法では、光ホモダイン干渉計による方法であるので、比較的短時間であってnmオーダで、測定対象物Obの表面形状を測定することができる。そして、このような構成の表面形状測定装置SAおよび表面形状測定方法では、測定対象物Obにおける3つ以上の複数の測定点P、図1に示す例では1つの測定箇所MPにおける3つの測定点P1、P2、P3で反射された3つの反射光RL1、RL2、RL3を光ホモダイン干渉させる際に、互いに共通な反射光RL2を用いて光干渉させる場合を含むので、測定対象物Obの表面における勾配情報を表す位相情報を持った第1および第2干渉光IL1、IL2が得られる。このため、例えば、測定対象物Obを載置するステージ4における上下動による振動、測定光学系における保持ゆらぎによる振動および測定対象物Ob自体の振動等の振動が測定結果に及ぼす影響を相殺して略消去することができる。したがって、このような構成の表面形状測定装置SAおよび表面形状測定方法は、比較的短時間であってnmオーダで、より高精度に、測定対象物Obの表面形状を測定することができる。   By operating in this way, the surface shape measuring device SA and the surface shape measuring method mounted on the surface shape measuring device SA according to this embodiment is a method using an optical homodyne interferometer. The surface shape of the object Ob can be measured. In the surface shape measuring device SA and the surface shape measuring method having such a configuration, three or more measurement points P on the measurement object Ob, three measurement points at one measurement point MP in the example shown in FIG. When the three reflected lights RL1, RL2, and RL3 reflected by P1, P2, and P3 are subjected to optical homodyne interference, the reflected light RL2 that is common to each other is used for optical interference. First and second interference lights IL1 and IL2 having phase information representing gradient information are obtained. For this reason, for example, the effects of vibrations such as vibration due to vertical movement on the stage 4 on which the measurement object Ob is placed, vibration due to holding fluctuations in the measurement optical system, and vibration of the measurement object Ob itself on the measurement result are offset. It can be almost erased. Therefore, the surface shape measuring device SA and the surface shape measuring method having such a configuration can measure the surface shape of the measuring object Ob with higher accuracy in the order of nm in a relatively short time.

また、上述の本実施形態における表面形状測定装置SAは、測定光生成部1Aおよび測定部2A(2B)は、光ホモダイン干渉計を構成し、互いに共通な反射光RL2を用いて光ホモダイン干渉させることで得られた第1および第2干渉光IL1、IL2に基づいてこれら第1および第2干渉光IL1、IL2間の位相差△Φを検出する位相差検出部3Aと、位相差検出部3Aから出力される第1および第2干渉光IL1、IL2間の位相差△Φに基づいて測定対象物Obの表面形状を演算する演算制御部5とを備えている。このため、このような本実施形態の表面形状測定装置SAは、光ホモダイン干渉計を備えるので、より簡素に当該表面形状測定装置SAを製作することができる。   Further, in the above-described surface shape measurement apparatus SA in the present embodiment, the measurement light generation unit 1A and the measurement unit 2A (2B) constitute an optical homodyne interferometer and cause optical homodyne interference using the reflected light RL2 common to each other. A phase difference detector 3A for detecting a phase difference ΔΦ between the first and second interference lights IL1 and IL2 based on the first and second interference lights IL1 and IL2 obtained in this way, and a phase difference detector 3A And an arithmetic control unit 5 that calculates the surface shape of the measurement object Ob based on the phase difference ΔΦ between the first and second interference lights IL1 and IL2 output from. For this reason, since the surface shape measuring device SA of this embodiment includes the optical homodyne interferometer, the surface shape measuring device SA can be manufactured more simply.

また、上述の本実施形態における表面形状測定装置SAでは、測定部2A(2B)は、光源部1Aから射出された測定光MLを例えば回折格子2Acや分岐部2Bb−2の1つの光分岐手段で3つに分け、この分けられた第1の測定光ML1における反射光RL1とこの分けられた第2の測定光ML2における反射光RL2とを光ホモダイン干渉させ、この分けられた第2の測定光ML2における反射光RL2とこの分けられた第3の測定光ML3における反射光RL3とを光ホモダイン干渉させる。このため、このような本実施形態の表面形状測定装置SAは、測定部2A(2B)における1つの光分岐手段で光源部1Aから放射された光を3つに分けるので、より簡素に当該表面形状測定装置SAを製作することができる。そして、このような本実施形態の表面形状測定装置SAは、前記光分岐手段を回折格子2Acや光導波路型光分岐器である光分岐部2Bb−2で構成するので、前記光分岐手段を複数の光部品(光学素子)を組み合わせて構成する場合に較べて、光路をより厳密に製作することができ、組立後の光路調整が不要となり、また小型化が可能となる。このため、本実施形態における表面形状測定装置SAでは、携帯型とすることも可能となる。   Further, in the surface shape measuring apparatus SA in the above-described embodiment, the measurement unit 2A (2B) uses the measurement light ML emitted from the light source unit 1A, for example, one light branching unit of the diffraction grating 2Ac or the branching unit 2Bb-2. The reflected light RL1 in the divided first measurement light ML1 and the reflected light RL2 in the divided second measurement light ML2 are subjected to optical homodyne interference, and the divided second measurement is performed. The reflected light RL2 in the light ML2 and the divided reflected light RL3 in the third measurement light ML3 are subjected to optical homodyne interference. For this reason, the surface shape measuring apparatus SA of the present embodiment as described above divides the light emitted from the light source unit 1A into three by one light branching means in the measuring unit 2A (2B), so that the surface can be more simply The shape measuring device SA can be manufactured. In such a surface shape measuring apparatus SA of this embodiment, the light branching means is composed of a diffraction grating 2Ac or an optical branching part 2Bb-2 which is an optical waveguide type optical branching device. Compared with the case where the optical parts (optical elements) are combined, the optical path can be manufactured more strictly, the optical path adjustment after assembly is unnecessary, and the size can be reduced. For this reason, the surface shape measuring apparatus SA in the present embodiment can be portable.

また、上述の本実施形態における表面形状測定装置SAでは、測定部2A(2B)は、基材2Ai(2Bh)に屈折率の異なる光導波路を形成した光導波路型光学素子を含む。このため、このような本実施形態の表面形状測定装置SAは、光導波路型光学素子を備えて測定部2A(2B)を構成するので、空気のゆらぎを除去できて温度のゆらぎも低減することができ、干渉光ILをより安定的に得ることができる。また、このような本実施形態の表面形状測定装置SAは、光導波路型光学素子を備えて測定部2A(2B)を構成するので、複数の光部品(光学素子)を組み合わせて構成する場合に較べて、光路をより厳密に製作することができ、組立後の光路調整が不要となり、また小型化が可能となる。このため、この点からも本実施形態における表面形状測定装置SAでは、携帯型とすることも可能となる。   In the surface shape measuring apparatus SA in the above-described embodiment, the measurement unit 2A (2B) includes an optical waveguide type optical element in which optical waveguides having different refractive indexes are formed on the base material 2Ai (2Bh). For this reason, since the surface shape measuring apparatus SA of this embodiment includes the optical waveguide type optical element and constitutes the measuring unit 2A (2B), air fluctuations can be removed and temperature fluctuations can be reduced. Interference light IL can be obtained more stably. In addition, since the surface shape measuring apparatus SA of this embodiment includes the optical waveguide type optical element and constitutes the measurement unit 2A (2B), when the plurality of optical components (optical elements) are combined. In comparison, the optical path can be manufactured more strictly, and the optical path adjustment after assembly is not necessary, and the size can be reduced. For this reason, also from this point, the surface shape measuring device SA in the present embodiment can be portable.

次に、別の実施形態について説明する。   Next, another embodiment will be described.

(第2実施形態)
第1実施形態における表面形状測定装置SAは、光ホモダイン干渉によって干渉光ILを生成し、この干渉光ILに基づいて測定対象物Obの表面形状を測定する装置であるが、第2実施形態における表面形状測定装置SBは、光ヘテロダイン干渉によって干渉光ILを生成し、この干渉光ILに基づいて測定対象物Obの表面形状を測定する装置である。
(Second Embodiment)
The surface shape measurement apparatus SA in the first embodiment is an apparatus that generates interference light IL by optical homodyne interference and measures the surface shape of the measurement object Ob based on the interference light IL. The surface shape measuring device SB is a device that generates interference light IL by optical heterodyne interference and measures the surface shape of the measurement object Ob based on the interference light IL.

図4は、第2実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。図5は、図4に示す表面形状測定装置における測定光生成部の構成を示す図である。図6は、図4に示す表面形状測定装置における測定部の構成を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a surface shape measuring apparatus according to the second embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a measurement light generation unit in the surface shape measurement apparatus illustrated in FIG. 4. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a measurement unit in the surface shape measurement apparatus illustrated in FIG. 4.

第2実施形態の表面形状測定装置SBは、測定対象物Obにおける高さ方向(厚さ方向)の変化である表面形状を測定する装置であり、例えば、図4に示すように、測定光生成部1Bと、測定部2Cと、位相検波部3Bと、ステージ(載置台)4と、演算制御部5と、入力部6と、出力部7とを備えて構成され、ステージ4によって測定対象物Obを水平方向に移動させることによって測定対象物Obの表面を走査し、所定範囲に亘る測定対象物Obの表面形状を測定するものである。   The surface shape measuring device SB of the second embodiment is a device that measures a surface shape that is a change in the height direction (thickness direction) of the measurement object Ob. For example, as shown in FIG. Unit 1B, measurement unit 2C, phase detection unit 3B, stage (mounting table) 4, calculation control unit 5, input unit 6 and output unit 7, and is configured to be measured by stage 4 The surface of the measurement object Ob is scanned by moving Ob in the horizontal direction, and the surface shape of the measurement object Ob over a predetermined range is measured.

測定光生成部1Bは、所定の可干渉光であって、測定対象物Obの表面形状を光ヘテロダイン干渉法によって測定するための測定光MLを生成する装置である。測定光MLは、予め設定された所定の波長λ(周波数f)を持つ単波長光であって、予め設定された所定の偏光面を持つ偏光である。測定光MLは、測定対象物Obを両面から光ヘテロダイン干渉法によって測定するために、互いに波長(周波数)の異なる2つの第1および第2測定光MLf1、MLf2を備えている。このような測定光生成部1Bは、例えば、図5に示すように、光源部1Baと、光アイソレータ1Bbと、光分岐部1Bcと、偏光子1Bd、1Bgと、光波長シフタ1Be、1Bh、2出力端子1Bf、1Biとを備えて構成される。   The measurement light generation unit 1B is a device that generates measurement light ML that is predetermined coherent light and measures the surface shape of the measurement object Ob by the optical heterodyne interferometry. The measurement light ML is single wavelength light having a predetermined wavelength λ (frequency f) set in advance, and is polarized light having a predetermined polarization plane set in advance. The measurement light ML includes two first and second measurement lights MLf1 and MLf2 having different wavelengths (frequencies) from each other in order to measure the measurement object Ob from both sides by optical heterodyne interferometry. For example, as shown in FIG. 5, the measurement light generation unit 1B includes a light source unit 1Ba, an optical isolator 1Bb, an optical branching unit 1Bc, polarizers 1Bd and 1Bg, and optical wavelength shifters 1Be, 1Bh, 2 It comprises output terminals 1Bf and 1Bi.

光源部1Baは、光Lを放射する装置であり、例えば、第1実施形態の光源部1Aaと同様な単波長レーザを備えて構成される。光アイソレータ1Bbは、第1実施形態の光アイソレータ1Abと同様な光部品である。光分岐部1Bcは、入射光を光パワーの点で2つの光に分配してそれぞれ射出する光部品であり、例えば、ハーフミラ(半透鏡)等の微少光学素子形光分岐結合器や、溶融ファイバの光ファイバ形光分岐結合器や、光導波路形光分岐結合器等を利用することができる。光分岐部1Bcは、本実施形態では、ハーフミラが用いられている。偏光子1Bd、1Bgは、第1実施形態の偏光子1Acと同様な光部品である。光波長シフタ1Be、1Bhは、入射光の波長をシフトして(入射光の周波数を変化させて)入射光の波長(周波数)と異なる波長(周波数)の光を生成する光部品であり、例えば、音響光学効果を利用することによって入射光の波長をシフトする音響光学変調器(acoustoopticmodulator)等が用いられる。出力端子1Bf、1Biは、光部品から光を射出するための端子であり、例えば、第1実施形態の出力端子1Adと同様な、光ファイバを接続するためのコネクタである。   The light source unit 1Ba is a device that emits light L, and includes, for example, a single wavelength laser similar to the light source unit 1Aa of the first embodiment. The optical isolator 1Bb is an optical component similar to the optical isolator 1Ab of the first embodiment. The optical branching section 1Bc is an optical component that divides incident light into two lights in terms of optical power and emits them respectively. For example, a micro-optical element type optical branching coupler such as a half mirror (semi-transparent mirror) or a molten fiber An optical fiber type optical branch coupler, an optical waveguide type optical branch coupler, or the like can be used. In this embodiment, a half mirror is used for the optical branching section 1Bc. The polarizers 1Bd and 1Bg are optical components similar to the polarizer 1Ac of the first embodiment. The optical wavelength shifters 1Be and 1Bh are optical components that generate light having a wavelength (frequency) different from the wavelength (frequency) of the incident light by shifting the wavelength of the incident light (changing the frequency of the incident light). An acoustooptic modulator that shifts the wavelength of incident light by utilizing the acoustooptic effect is used. The output terminals 1Bf and 1Bi are terminals for emitting light from the optical component. For example, the output terminals 1Bf and 1Bi are connectors for connecting optical fibers similar to the output terminal 1Ad of the first embodiment.

光分岐部1Bcで分岐される一方の光に関し、これら光源部1Ba、光アイソレータ1Bb、光分岐部1Bc、偏光子1Bd、波長シフタ1Beおよび出力端子1Bfは、互いに光軸を一致させて、光の伝播方向に従ってこの順で配設されるとともに、光分岐部1Bcで分岐される他方の光に関し、これら光源部1Ba、光アイソレータ1Bb、光分岐部1Bc、偏光子1Bg、波長シフタ1Bhおよび出力端子1Biは、互いに光軸を一致させて、光の伝播方向に従ってこの順で配設される。   With respect to one light branched by the optical branching unit 1Bc, the light source unit 1Ba, the optical isolator 1Bb, the optical branching unit 1Bc, the polarizer 1Bd, the wavelength shifter 1Be, and the output terminal 1Bf have the optical axes aligned with each other, The light source 1Ba, the optical isolator 1Bb, the optical branching unit 1Bc, the polarizer 1Bg, the wavelength shifter 1Bh, and the output terminal 1Bi are arranged in this order according to the propagation direction and the other light branched by the optical branching unit 1Bc. Are arranged in this order according to the propagation direction of light with their optical axes aligned with each other.

このような測定光生成部1Bでは、光源部1Baの単波長レーザから射出されたレーザ光Lは、光アイソレータ1Bbを介して光分岐部1Bcに入射され、第1および第2レーザ光L1、L2の2つに分配される。第1レーザ光L1は、偏光子1Bdに入射され、所定の偏光面を持つレーザ光(s偏光のレーザ光またはp偏光のレーザ光)となって、波長シフタ1Beに入射される。この所定の偏光面を持つレーザ光は、光波長シフタ1Beによってその波長(周波数)がシフト(変更)され、所定の周波数f1を持つ測定光MLf1となって出力端子1Beから射出される。この測定光MLf1は、測定部2Cに入射される。一方、第2レーザ光Lは、偏光子1Bgに入射され、所定の偏光面を持つレーザ光(s偏光のレーザ光またはp偏光のレーザ光)となって、波長シフタ1Bhに入射される。この所定の偏光面を持つレーザ光は、光波長シフタ1Bhによってその波長(周波数)がシフト(変更)され、所定の周波数f2(≠f1)を持つ測定光MLf2となって出力端子1Biから射出される。この測定光MLf2は、測定部2Cに入射される。周波数変更後(波長シフト後)における測定光MLf1の周波数f1と測定光MLf2の周波数f2との周波数差△fは、特に限定されないが、光ヘテロダイン干渉法によって干渉させる観点から、例えば、数十kHz〜数MHz程度の値である。   In such a measurement light generation unit 1B, the laser light L emitted from the single wavelength laser of the light source unit 1Ba enters the optical branching unit 1Bc via the optical isolator 1Bb, and the first and second laser beams L1, L2 It is distributed to two. The first laser light L1 is incident on the polarizer 1Bd, becomes laser light having a predetermined polarization plane (s-polarized laser light or p-polarized laser light), and is incident on the wavelength shifter 1Be. The wavelength (frequency) of the laser light having the predetermined polarization plane is shifted (changed) by the optical wavelength shifter 1Be, and is measured light MLf1 having the predetermined frequency f1 and emitted from the output terminal 1Be. The measurement light MLf1 is incident on the measurement unit 2C. On the other hand, the second laser light L is incident on the polarizer 1Bg, becomes laser light having a predetermined polarization plane (s-polarized laser light or p-polarized laser light), and enters the wavelength shifter 1Bh. The wavelength (frequency) of the laser light having the predetermined polarization plane is shifted (changed) by the optical wavelength shifter 1Bh, and is measured light MLf2 having a predetermined frequency f2 (≠ f1) and emitted from the output terminal 1Bi. The The measurement light MLf2 is incident on the measurement unit 2C. The frequency difference Δf between the frequency f1 of the measurement light MLf1 and the frequency f2 of the measurement light MLf2 after the frequency change (after the wavelength shift) is not particularly limited, but is, for example, several tens of kHz from the viewpoint of interference by optical heterodyne interferometry It is a value of about several MHz.

なお、本実施形態では、第1レーザ光L1から生成された所定の偏光面を持つ前記レーザ光および第2レーザ光L2から生成された所定の偏光面を持つ前記レーザ光のそれぞれを波長シフタ1Be、1Bhによってそれぞれ波長シフトしたが、光ヘテロダインによって干渉させるために、測定光MLf1の周波数f1と測定光MLf2の周波数f2との間に、所定の周波数差△fが有ればよいので、測定光生成部1Bは、一方の前記レーザ光のみを波長シフトする構成であってもよい。   In the present embodiment, each of the laser beam having a predetermined polarization plane generated from the first laser beam L1 and the laser beam having a predetermined polarization plane generated from the second laser beam L2 is converted into a wavelength shifter 1Be. Each wavelength is shifted by 1Bh, but in order to cause interference by optical heterodyne, it is sufficient that there is a predetermined frequency difference Δf between the frequency f1 of the measurement light MLf1 and the frequency f2 of the measurement light MLf2. The generation unit 1B may be configured to shift the wavelength of only one of the laser beams.

測定光生成部1Bと測定部2Cとの接続には、第1実施形態における測定光生成部1Aと測定部2Aとの接続と同様に、光ファイバが用いられる。測定光生成部1Bの各出力端子1Bf、1Biから射出した測定光MLf1、MLf2は、2本の光ファイバによってそれぞれ導光され、測定部2Cへ入射する。   An optical fiber is used for the connection between the measurement light generation unit 1B and the measurement unit 2C, similarly to the connection between the measurement light generation unit 1A and the measurement unit 2A in the first embodiment. The measurement lights MLf1 and MLf2 emitted from the output terminals 1Bf and 1Bi of the measurement light generation unit 1B are respectively guided by two optical fibers and enter the measurement unit 2C.

測定部2Cは、測定光生成部1Bからの各測定光ML(MLf1、MLf2)が入射され、これら測定光MLf1、MLf2を用いた光ヘテロダイン干渉法によって測定対象物Obにおける表面形状の情報を含む光信号を得る装置である。このような測定部2Cは、1つの測定箇所MPに対する1回の測定光ML(MLf1、MLf2)の照射による測定において、測定対象物Obにおける3つ以上の複数の測定点P(P1、P2、P3、・・・、Pn)に測定光ML(ML1、ML2、ML3、・・・、MLn)をそれぞれ照射するべく、測定光生成部1Bからの測定光MLを3つ以上の複数の測定光ML1、ML2、ML3、・・・、MLnに分ける光分割部と、この光分割部で分けられた複数の測定光ML1、ML2、ML3、・・・、MLnを測定対象物Obにおける複数の測定点P1、P2、P3、・・・、Pnにそれぞれ照射させこれら複数の測定点P1、P2、P3、・・・、Pnでそれぞれ反射された複数の反射光RL1、RL2、RL3、・・・、RLn)における一対の反射光RLを光干渉させる複数の光干渉部とを備え、これら複数の光干渉部における少なくとも1組の光干渉部は、互いに共通な反射光RLを用いて光干渉させるように構成されている。   The measurement unit 2C receives each measurement light ML (MLf1, MLf2) from the measurement light generation unit 1B, and includes information on the surface shape of the measurement object Ob by optical heterodyne interferometry using the measurement light MLf1 and MLf2. An apparatus for obtaining an optical signal. Such a measurement unit 2C is configured to measure a plurality of measurement points P (P1, P2, P2, P2, P2) in the measurement object Ob in the measurement by one irradiation of the measurement light ML (MLf1, MLf2) to one measurement point MP. P3,..., Pn) are irradiated with the measurement light ML (ML1, ML2, ML3,..., MLn), respectively, and the measurement light ML from the measurement light generation unit 1B is irradiated with three or more measurement lights. ML1, ML2, ML3,..., MLn, and a plurality of measurement lights ML1, ML2, ML3,. A plurality of reflected lights RL1, RL2, RL3,... Irradiating the points P1, P2, P3,..., Pn and reflected at the plurality of measurement points P1, P2, P3,. , RLn) And a plurality of optical interference units that cause optical interference between the pair of reflected lights RL, and at least one set of the optical interference units in the plurality of optical interference units is configured to cause optical interference using the common reflected light RL. Has been.

ここで、本実施形態では、光干渉は、光ヘテロダイン干渉であるので、前記一対の反射光RLは、互いに周波数の異なる2つの測定光MLf1、MLf2が測定対象物Obの表面で反射した光である必要があり、さらに、本実施形態では、前記組の中では、互いに共通な反射光RLが用いられる。したがって、この互いに共通な反射光RLを測定光MLf1が測定対象物Obの表面で反射した光とすると、これと光ヘテロダイン干渉する反射光RLは、測定光MLf2が測定対象物Obの表面で反射した光となる。このため、光分割部は、前記互いに共通な反射光RLを得るための測定光MLf1ではなく、測定光MLf2を複数の測定光MLf2に分割することになる。また、この互いに共通な反射光RLを測定光MLf2が測定対象物Obの表面で反射した光とすると、これと光ヘテロダイン干渉する反射光RLは、測定光MLf1が測定対象物Obの表面で反射した光となる。このため、光分割部は、前記互いに共通な反射光RLを得るための測定光MLf2ではなく、測定光MLf1を複数の測定光MLf1に分割することになる。   Here, in the present embodiment, since the optical interference is optical heterodyne interference, the pair of reflected lights RL is light obtained by reflecting two measurement lights MLf1 and MLf2 having different frequencies from each other on the surface of the measurement object Ob. Furthermore, in the present embodiment, reflected light RL that is common to each other is used in the set. Therefore, if the reflected light RL common to each other is the light reflected by the measurement light MLf1 on the surface of the measurement object Ob, the reflected light RL that interferes with the measurement light ML is reflected by the measurement light MLf2 on the surface of the measurement object Ob. Light. For this reason, the light dividing unit divides the measurement light MLf2 into a plurality of measurement lights MLf2, not the measurement light MLf1 for obtaining the reflected light RL common to each other. Further, if the reflected light RL that is common to each other is the light reflected by the measurement light MLf2 on the surface of the measurement object Ob, the reflected light RL that interferes with the optical heterodyne is reflected by the measurement light MLf1 on the surface of the measurement object Ob. Light. For this reason, the light splitting unit splits the measurement light MLf1 into a plurality of measurement lights MLf1, not the measurement light MLf2 for obtaining the reflected light RL common to each other.

より具体的には、測定部2Cは、例えば、図6に示すように、光分岐部2Caと、入力端子2Cbと、入力側導波路2Ccと、対物レンズ2Cdと、ハーフミラ2Cfと、集光レンズ2Cg、2Cjと、出力側導波路2Chと、出力端子2Ciと、参照側導波路2Ckと、参照出力端子2Clとを備えて構成され、これら入力側導波路2Cc、出力側導波路2Chおよび参照側導波路2Ckは、基材2Cmに屈折率の異なる光導波路を形成することによって設けられている。   More specifically, for example, as shown in FIG. 6, the measurement unit 2C includes an optical branching unit 2Ca, an input terminal 2Cb, an input-side waveguide 2Cc, an objective lens 2Cd, a half mirror 2Cf, and a condenser lens. 2Cg, 2Cj, an output side waveguide 2Ch, an output terminal 2Ci, a reference side waveguide 2Ck, and a reference output terminal 2Cl, and these input side waveguide 2Cc, output side waveguide 2Ch, and reference side The waveguide 2Ck is provided by forming optical waveguides having different refractive indexes on the substrate 2Cm.

光分岐部2Caは、1つの測定箇所MPに対する1回の測定光ML(MLf1、MLf2)の照射による測定において、測定対象物Obにおける3つ以上の複数の測定点P(P1、P2、P3、・・・、Pn)に測定光ML(ML1、ML2、ML3、・・・、MLn)をそれぞれ照射するべく、測定光生成部1Bからの測定光MLを3つ以上の複数の測定光ML1、ML2、ML3、・・・、MLnに分配する光学素子である。そして、本実施形態では、上述したように、光干渉が光へテロダイン干渉であることから、光分岐部2Caは、前記互いに共通な反射光RLを得るための測定光MLf2(または測定光MLf1)ではなく、測定光MLf1(または測定光MLf2)を複数の測定光MLf1に分配するものである。光分岐部2Caは、光導波路を形成することで基材2Cmに設けられてもよいが、本実施形態では、個別の光学素子、例えば、溶融ファイバの光ファイバ形光分岐結合器が用いられている。図6に示す例では、光分岐部2Caは、測定光MLf1を導光する光ファイバにおける射出端部分に設けられた、前記光ファイバを溶融ファイバによって2つに分ける光ファイバ分岐部2Ca−1と、光ファイバ分岐部2Ca−1で分岐した2つの光ファイバ2Ca−2、2Ca−3aと、測定光MLf1を導光する光ファイバにおける射出端部分に設けられた光ファイバ2Ca−4とを備えて構成され、これら光ファイバ2Ca−2〜2Ca−4では、前記互いに共通な反射光RLを得るための測定光MLf2を導光する光ファイバ2Ca−4が中央に位置し、測定光MLf1を導光する2つの光ファイバ2Ca−2、2Ca−3が光ファイバ2Ca−4の両側に位置するように、入力端子2Cbに接続される。なお、光ファイバ分岐部2Ca−1と光ファイバ2Ca−2、2Ca−3とは、例えば、測定光MLf2を導光する光ファイバにおける射出端部分に接続される光ファイバ形光分岐結合器であってもよく、また例えば、測定光MLf2を導光する光ファイバにおける前記射出端部分そのものを光ファイバ形光分岐結合器に加工したものであってもよい。そして、光ファイバ2Ca−4は、例えば、測定光MLf2を導光する光ファイバにおける射出端部分に接続される光ファイバであってもよく、また例えば、測定光MLf2を導光する光ファイバにおける射出端部分そのものであってもよい。   The optical branching unit 2Ca is configured to measure a plurality of measurement points P (P1, P2, P3, three or more) in the measurement object Ob in the measurement by irradiating one measurement light ML (MLf1, MLf2) to one measurement point MP. .., Pn) are irradiated with the measurement light ML (ML1, ML2, ML3,..., MLn), respectively, and the measurement light ML from the measurement light generation unit 1B is irradiated with three or more measurement lights ML1, ML2, ML3,..., MLn. In this embodiment, as described above, since the optical interference is optical heterodyne interference, the optical branching unit 2Ca uses the measurement light MLf2 (or measurement light MLf1) for obtaining the reflected light RL common to each other. Instead, the measurement light MLf1 (or measurement light MLf2) is distributed to a plurality of measurement lights MLf1. The optical branching portion 2Ca may be provided on the base material 2Cm by forming an optical waveguide. However, in this embodiment, an individual optical element, for example, an optical fiber type optical branching coupler of a molten fiber is used. Yes. In the example illustrated in FIG. 6, the optical branching unit 2Ca includes an optical fiber branching unit 2Ca-1 that is provided at an exit end portion of the optical fiber that guides the measurement light MLf1 and that divides the optical fiber into two by a molten fiber. The two optical fibers 2Ca-2 and 2Ca-3a branched by the optical fiber branching portion 2Ca-1 and the optical fiber 2Ca-4 provided at the exit end portion of the optical fiber that guides the measurement light MLf1 are provided. In these optical fibers 2Ca-2 to 2Ca-4, the optical fiber 2Ca-4 that guides the measurement light MLf2 for obtaining the reflected light RL common to each other is located in the center, and guides the measurement light MLf1. The two optical fibers 2Ca-2 and 2Ca-3 are connected to the input terminal 2Cb so as to be positioned on both sides of the optical fiber 2Ca-4. The optical fiber branching portion 2Ca-1 and the optical fibers 2Ca-2, 2Ca-3 are, for example, optical fiber type optical branching couplers connected to the exit end portion of the optical fiber that guides the measurement light MLf2. Alternatively, for example, the exit end portion of the optical fiber that guides the measurement light MLf2 may be processed into an optical fiber type optical branching coupler. The optical fiber 2Ca-4 may be, for example, an optical fiber connected to an emission end portion of the optical fiber that guides the measurement light MLf2, and may be, for example, an emission in the optical fiber that guides the measurement light MLf2. The end part itself may be sufficient.

基材2Cmは、所定の屈折率を持つ材料から形成された板状の部材(基板)であり、外周面の所定の各位置に入力端子2Cb、出力端子2Ciおよび参照出力端子2Clが配設されている。図6に示す例では、基材2Cmは、略直方体形状であり、その上面上に入力端子2Cb、出力端子2Ciおよび参照出力端子2Clが配設されている。この入力端子2Cbには、上述のように、光分岐部2Caにおける各光ファイバ2Ca−2〜2Ca−4がそれぞれ接続される。   The base material 2Cm is a plate-like member (substrate) formed of a material having a predetermined refractive index, and an input terminal 2Cb, an output terminal 2Ci, and a reference output terminal 2Cl are disposed at predetermined positions on the outer peripheral surface. ing. In the example shown in FIG. 6, the base material 2Cm has a substantially rectangular parallelepiped shape, and an input terminal 2Cb, an output terminal 2Ci, and a reference output terminal 2Cl are disposed on the upper surface thereof. As described above, the optical fibers 2Ca-2 to 2Ca-4 in the optical branching section 2Ca are connected to the input terminal 2Cb, respectively.

そして、基材2Cmには、基材2Cmにおける入力端子2Cbが配設されている位置から延びる入力側導波路2Ccが、基材2Cmにおける前記所定の屈折率よりも極僅かだけ(例えば0.3〜3%程度)に大きくすることによって形成されている。この入力側導波路2Ccは、入力端子2Cbを介してその一方端から入射された、測定光生成部1Bからの測定光ML(MLf1、MLf2)を導光するものであり、その他方端には、対物レンズ2Cdが配設されている。入力側導波路2Ccは、図6に示す例では、基材2Cmの上面における入力端子2Cbが配設されている位置から、基材2Cmの一方側面に沿って下面に向い、所定の位置で略弧によって約90度曲がって前記下面に沿うように延びる略L字形状である。そして、入力側導波路2Ccは、光分岐部2Caから射出される測定光MLf1、MLf2の個数に応じた個数を備えている。図6に示す例では、配列順に、光分岐部2Caの光ファイバ2Ca−2で導光される測定光MLf1、光分岐部2Caの光ファイバ2Ca−4で導光される測定光MLf2および光分岐部2Caの光ファイバ2Ca−3で導光される測定光MLf1の3つであることから、入力側導波路2Ccは、3つの導波路部2Cc−1〜2Cc−3を備えて構成されている。光分岐部2Caの光ファイバ2Ca−2は、入力端子2Cbを介して導波路部2Cc−1に接続され、光分岐部2Caの光ファイバ2Ca−4は、入力端子2Cbを介して導波路部2Cc−2に接続され、そして、光分岐部2Caの光ファイバ2Ca−3は、入力端子2Cbを介して導波路部2Cc−3に接続される。これら入力側導波路2Ccにおける3つの導波路部2Cc−1〜2Cc−3は、前記約90度曲がる部分では平行ではないが、大略、互いに平行に並設されている。そして、これら3つの導波路部2Cc−1〜2Cc−3は、入力端子2Cbに接続される入射端から対物レンズ2Cdに接続される射出端に至るまでの光学的距離(光路長)が互いに等しくなるように、前記約90度に曲がる部分において内側に位置する導波路部2Cc−1および導波路部2Cc−2には、基材2Cmの面内において入力側導波路2Ccの延びる方向に対して直交する方向に湾曲(屈曲)する光路冗長部CV2−1、CV2−2がそれぞれ設けられている。そして、最内側の導波路部2Cc−1に設けられる光路冗長部CV2−1は、中央の導波路部2Cc−2に設けられる光路冗長部CV−1よりも光学的距離(光路長)が長い。   The base material 2Cm has an input-side waveguide 2Cc extending from the position where the input terminal 2Cb of the base material 2Cm is disposed only slightly (for example, 0.3 mm) than the predetermined refractive index of the base material 2Cm. To about 3%). The input-side waveguide 2Cc guides the measurement light ML (MLf1, MLf2) incident from one end thereof via the input terminal 2Cb and from the measurement light generation unit 1B. The objective lens 2Cd is disposed. In the example shown in FIG. 6, the input-side waveguide 2 </ b> Cc faces from the position where the input terminal 2 </ b> Cb is disposed on the upper surface of the base material 2 </ b> Cm to the lower surface along one side surface of the base material 2 </ b> Cm, and is substantially at a predetermined position. It is a substantially L-shape that bends about 90 degrees by an arc and extends along the lower surface. The input-side waveguide 2Cc has a number corresponding to the number of measurement lights MLf1 and MLf2 emitted from the optical branching section 2Ca. In the example shown in FIG. 6, the measurement light MLf1 guided by the optical fiber 2Ca-2 of the optical branching unit 2Ca, the measurement light MLf2 guided by the optical fiber 2Ca-4 of the optical branching unit 2Ca, and the optical branching in the order of arrangement. Since the measurement light MLf1 is guided by the optical fiber 2Ca-3 of the section 2Ca, the input-side waveguide 2Cc includes three waveguide sections 2Cc-1 to 2Cc-3. . The optical fiber 2Ca-2 of the optical branching part 2Ca is connected to the waveguide part 2Cc-1 via the input terminal 2Cb, and the optical fiber 2Ca-4 of the optical branching part 2Ca is connected to the waveguide part 2Cc via the input terminal 2Cb. -2 and the optical fiber 2Ca-3 of the optical branching section 2Ca is connected to the waveguide section 2Cc-3 via the input terminal 2Cb. The three waveguide portions 2Cc-1 to 2Cc-3 in the input-side waveguide 2Cc are not parallel at the portion bent by about 90 degrees, but are generally arranged in parallel with each other. These three waveguide portions 2Cc-1 to 2Cc-3 have the same optical distance (optical path length) from the incident end connected to the input terminal 2Cb to the exit end connected to the objective lens 2Cd. As shown, the waveguide portion 2Cc-1 and the waveguide portion 2Cc-2 located on the inner side in the portion bent at about 90 degrees are in the plane of the base 2Cm with respect to the extending direction of the input-side waveguide 2Cc. Optical path redundant portions CV2-1 and CV2-2 that are curved (bent) in a direction orthogonal to each other are provided. And the optical path redundant part CV2-1 provided in the innermost waveguide part 2Cc-1 has an optical distance (optical path length) longer than the optical path redundant part CV-1 provided in the central waveguide part 2Cc-2. .

対物レンズ2Cdは、入力側導波路2Ccで導光された複数の測定光MLf1、MLf2のそれぞれにレンズ作用を与えるべく、複数の測定光MLf1、MLf2の個数に対応した個数のレンズを備えて構成され、その射出側には、ハーフミラ2Cfが配設されている。図6に示す例では、対物レンズ2Cdは、入力側導波路2Ccにおける3つの導波路部2Cc−1〜2Cc−3から射出された各測定光MLf1、MLf2、MLf1のそれぞれにレンズ作用を与えるべく、3つのレンズを備えて構成されている。対物レンズ2Cdの各レンズは、入力側導波路2Ccにおける3つの導波路部2Cc−1〜2Cc−3から射出された各測定光MLf1、MLf2、MLf12を集光し、これら集光した各測定光MLf1、MLf2、MLf1をハーフミラ2Cfに入射させる。   The objective lens 2Cd includes a plurality of lenses corresponding to the number of the plurality of measurement lights MLf1 and MLf2 so as to give a lens action to each of the plurality of measurement lights MLf1 and MLf2 guided by the input-side waveguide 2Cc. The half mirror 2Cf is disposed on the emission side. In the example illustrated in FIG. 6, the objective lens 2Cd is to apply a lens action to each of the measurement lights MLf1, MLf2, and MLf1 emitted from the three waveguide portions 2Cc-1 to 2Cc-3 in the input-side waveguide 2Cc. It is configured with three lenses. Each lens of the objective lens 2Cd collects the measurement lights MLf1, MLf2, and MLf12 emitted from the three waveguide portions 2Cc-1 to 2Cc-3 in the input-side waveguide 2Cc, and collects each of the collected measurement lights. MLf1, MLf2, and MLf1 are made incident on the half mirror 2Cf.

ハーフミラ2Cfは、入射光を光パワーの点で2つの光に分配してそれぞれ射出する光部品であり、この分配された一方の光は、ハーフミラ2Cfを通過してそのままの方向で射出され、この分配された他方の光は、ハーフミラ2Cfで反射されて前記方向と垂直な方向(直交する方向)で射出される。   The half mirror 2Cf is an optical component that divides incident light into two lights in terms of optical power and emits them respectively. One of the distributed lights passes through the half mirror 2Cf and is emitted in the same direction. The other distributed light is reflected by the half mirror 2Cf and emitted in a direction perpendicular to the direction (a direction perpendicular to the direction).

これら入力側導波路2Ccおよび対物レンズ2Cdは、互いにその光軸が一致するように配置されており、ハーフミラ2Cfは、この光軸に対し鏡面が45度の角度で交差するように配設されている。   The input-side waveguide 2Cc and the objective lens 2Cd are arranged so that their optical axes coincide with each other, and the half mirror 2Cf is arranged so that the mirror surface intersects the optical axis at an angle of 45 degrees. Yes.

このような構成の光分岐部2Ca、入力端子2Cb、入力側導波路2Cc、対物レンズ2Cdおよびハーフミラ2Cfでは、測定光生成部1Bからの測定光ML(MLf1、MLf2)は、光分岐部2Caの光ファイバ分岐部2Ca−1で一方の測定光MLf1が分配され、光分岐部2Caにおける3つの光ファイバ2Ca−2〜2Ca−4から入力端子2Cbを介して入力側導波路2Ccにおける3つの導波路部2Cc−1〜2Cc−3にそれぞれ入射される。この入力側導波路2Ccにおける各導波路部2Cc−1〜2Cc−3に入射された測定光ML1(MLf1)、ML2(MLf2)、ML3(MLf1)は、各導波路部2Cc−1〜2Cc−3内をそれぞれ伝播し、各導波路部2Cc−1〜2Cc−3によってそれぞれ導光され、対物レンズ2Cdの各レンズにそれぞれ入射される。対物レンズ2Cdに入射した3つの測定光ML1、ML2、ML3は、そのレンズ作用を受け、ハーフミラ2Cfに入射される。このハーフミラ2Cfでは、これら3つの測定光ML1、ML2、ML3は、2つに分配され、この分配された一方の光は、ハーフミラ2Cfを通過してそのままの方向で射出され、この分配された他方の光は、ハーフミラ2Cfで反射され、その光路が90度折り曲げられて射出される。ここで、対物レンズ2Cdは、ハーフミラ2Cfを通過してそのままの方向で射出された3つの測定光ML1、ML2、ML3が互いに平行な平行光となるとともに、ハーフミラ2Cfで光路が90度折り曲げられて射出された3つの測定光ML1、ML2、ML3が互いに平行な平行光となるようなレンズ作用を持つように構成される。   In the optical branching unit 2Ca, the input terminal 2Cb, the input-side waveguide 2Cc, the objective lens 2Cd, and the half mirror 2Cf having such a configuration, the measurement light ML (MLf1, MLf2) from the measurement light generation unit 1B is transmitted from the optical branching unit 2Ca. One measurement light MLf1 is distributed by the optical fiber branching section 2Ca-1, and three waveguides in the input-side waveguide 2Cc from the three optical fibers 2Ca-2 to 2Ca-4 in the optical branching section 2Ca through the input terminal 2Cb. It is incident on each of the parts 2Cc-1 to 2Cc-3. The measurement light ML1 (MLf1), ML2 (MLf2), and ML3 (MLf1) incident on the respective waveguide portions 2Cc-1 to 2Cc-3 in the input-side waveguide 2Cc are converted into the respective waveguide portions 2Cc-1 to 2Cc−. 3 are respectively guided through the waveguide portions 2Cc-1 to 2Cc-3 and are incident on the respective lenses of the objective lens 2Cd. The three measurement lights ML1, ML2, and ML3 incident on the objective lens 2Cd are subjected to the lens action and are incident on the half mirror 2Cf. In the half mirror 2Cf, these three measurement lights ML1, ML2, and ML3 are distributed into two, and this one distributed light passes through the half mirror 2Cf and exits in the same direction, and the other distributed light Is reflected by the half mirror 2Cf, and its optical path is bent 90 degrees and emitted. Here, in the objective lens 2Cd, the three measurement lights ML1, ML2, and ML3 that have passed through the half mirror 2Cf and exited in the same direction become parallel lights that are parallel to each other, and the optical path is bent 90 degrees by the half mirror 2Cf. The three measurement lights ML1, ML2, and ML3 that are emitted are configured to have a lens action so as to become parallel lights that are parallel to each other.

ハーフミラ2Cfを通過してそのままの方向で射出された、3つの平行な測定光ML1、ML2、ML3は、集光レンズ2Cjに入射される。   Three parallel measurement lights ML1, ML2, and ML3 that have passed through the half mirror 2Cf and exited in the same direction are incident on the condenser lens 2Cj.

そして、ハーフミラ2Cfで反射されハーフミラ2Cfから射出された3つの平行な測定光ML1、ML2、ML3は、測定部2Cから射出され、測定対象物Obの表面での1つの測定箇所MPにおける3つの測定点P1、P2、P3にそれぞれ照射され、反射される。この測定対象物Obの表面における3つの測定点P1、P2、P3でそれぞれ反射された3つの反射光(反射光の正反射成分)RL(RL1、RL2、RL3)は、測定部2Cに入射され、ハーフミラ2Cfを介して集光レンズ2Cgに入射される。反射光RL1は、測定光MLf1が測定点P1で反射した光であり、周波数f1である。反射光RL2は、測定光MLf2が測定点P2で反射した光であり、周波数f2である。そして、反射光RL3は、測定光MLf1が測定点P3で反射した光であり、周波数f1である。   Then, the three parallel measurement lights ML1, ML2, and ML3 reflected by the half mirror 2Cf and emitted from the half mirror 2Cf are emitted from the measurement unit 2C, and are measured at one measurement point MP on the surface of the measurement object Ob. The points P1, P2, and P3 are respectively irradiated and reflected. Three reflected lights (regular reflection components of reflected light) RL (RL1, RL2, RL3) reflected at three measurement points P1, P2, and P3 on the surface of the measurement object Ob are incident on the measurement unit 2C. , And enters the condenser lens 2Cg through the half mirror 2Cf. The reflected light RL1 is light reflected from the measurement light MLf1 at the measurement point P1, and has a frequency f1. The reflected light RL2 is light reflected from the measurement light MLf2 at the measurement point P2, and has a frequency f2. The reflected light RL3 is the light reflected by the measurement light MLf1 at the measurement point P3, and has a frequency f1.

集光レンズ2Cgは、第1実施形態における集光レンズ2Afや集光レンズ2Beと同様であり、その光軸が前記入力側導波路2Ccおよび対物レンズCdの光軸と直交するように、かつ、ハーフミラ2Cfの鏡面と−45度(135度)の角度で交差するように配設されている。集光レンズ2Cgは、複数の反射光RL(図6に示す例では3つの反射光RL1、RL2、RL3)のそれぞれにレンズ作用を与えるべく、反射光RL(RL1、RL2、RL3)の個数に対応した個数のレンズ(この例では3つのレンズ)を備えて構成され、その射出側には、出力側導波路2Chが、基材2Cmの前記所定の屈折率よりも極僅かだけ(例えば0.3〜3%程度)に大きくすることによって形成されている。   The condensing lens 2Cg is the same as the condensing lens 2Af and the condensing lens 2Be in the first embodiment, and its optical axis is orthogonal to the optical axes of the input-side waveguide 2Cc and the objective lens Cd, and The mirror surface of the half mirror 2Cf is disposed so as to intersect at an angle of −45 degrees (135 degrees). The condenser lens 2Cg has the number of reflected lights RL (RL1, RL2, RL3) so as to give a lens action to each of the plurality of reflected lights RL (three reflected lights RL1, RL2, RL3 in the example shown in FIG. 6). A corresponding number of lenses (three lenses in this example) are provided, and on the exit side, the output-side waveguide 2Ch is slightly less than the predetermined refractive index of the base material 2Cm (for example, 0. 0. It is formed by increasing it to about 3 to 3%.

出力側導波路2Chは、第1実施形態における出力側導波路2Agや出力側導波路2Bfと同様であり、集光レンズ2Cgから入射された各反射光RL(図6に示す例では、RL1、RL2、RL3)をそれぞれ導光し、複数の反射光RLにおける一対の反射光RLを光干渉させ、複数の干渉光ILを導光するものである。ここで、本実施形態では、複数の干渉光ILのうちの少なくとも1組の干渉光ILは、互いに共通な反射光RLを用いて光干渉させることによって生成されている。より具体的には、出力側導波路2Chは、第1実施形態における出力側導波路2Agや出力側導波路2Bfと同様であり、3つの導波路部2Ch−1、2Ch−2、2Ch−3と、分岐部2Ch−4と、合流部2Ch−5、2Ch−6と、導波路部2Ch−7、導波路部2Ch−8とを備えて構成されている。   The output-side waveguide 2Ch is the same as the output-side waveguide 2Ag and the output-side waveguide 2Bf in the first embodiment, and each reflected light RL (RL1, in the example shown in FIG. 6) that is incident from the condenser lens 2Cg. RL2 and RL3) are guided, the pair of reflected lights RL in the plurality of reflected lights RL are caused to interfere with each other, and the plurality of interference lights IL are guided. Here, in the present embodiment, at least one set of interference lights IL among the plurality of interference lights IL is generated by causing optical interference using the reflected light RL common to each other. More specifically, the output-side waveguide 2Ch is the same as the output-side waveguide 2Ag and the output-side waveguide 2Bf in the first embodiment, and the three waveguide portions 2Ch-1, 2Ch-2, 2Ch-3. And a branch part 2Ch-4, a junction part 2Ch-5, 2Ch-6, a waveguide part 2Ch-7, and a waveguide part 2Ch-8.

このような構成のハーフミラ2Cf、集光レンズ2Cg、出力側導波路2Chおよび出力端子2Ciでは、図6に示す例では、測定対象物Obの表面における3つの測定点P1、P2、P3でそれぞれ反射された3つの反射光(反射光の正反射成分)RL(RL1、RL2、RL3)は、測定部2Cに入射され、ハーフミラ2Cfを介して集光レンズ2Cgの前記各レンズにそれぞれ入射される。集光レンズ2Cgの前記各レンズは、各反射光RL1、RL2、RL3をそれぞれ導波路部2Chにおける3つの導波路部2Ch−1、2Ch−2、2Ch−3へ入射させる。すなわち、集光レンズ2Cgの前記各レンズは、出力側導波路2Chにおける3つの導波路部2Ch−1、2Ch−2、2Ch−3に対する導波路カップリング用である。中央の導波路部2Ch−2に入射された反射光RL2は、導波路部2Ch−2内を伝播し、導波路部2Ch−2によって導光され、分岐部2Ch−4で分配される。分岐部2Ch−4で分配された一方の反射光RL2(RL2−1)は、合流部2Ch−5に導光され、その他方の反射光RL2(RL2−2)は、合流部2Ch−6に導光される。また、導波路部2Ch−1に入射された反射光RL1は、導波路部2Ch−1内を伝播し、導波路部2Ch−1によって導光され、合流部2Ch−5に導光される。そして、導波路部2Ch−3に入射された反射光RL3は、導波路部2Ch−3内を伝播し、導波路部2Ch−3によって導光され、合流部2Ch−6に導光される。合流部2Ch−5では、上述のように導光された反射光RL2(周波数f2)と反射光RL1(周波数f1)とが合波され、光ヘテロダイン干渉されて第1干渉光IL1(=RL1+RL2)が生成される。この第1干渉光IL1は、合流部2Ch−5から導波路部2Ch−7に導光され、導波路部2Ch−7内を伝播し、導波路部2Ch−7によって導光され、出力端子2Ciに入射される。そして、合流部2Ch−6では、上述のように導光された反射光RL2(周波数f2)と反射光RL3(周波数f1)とが合波され、光ヘテロダイン干渉されて第2干渉光IL2(=RL2+RL3)が生成される。この第2干渉光IL2は、合流部2Ch−6から導波路部2Ch−8に導光され、導波路部2Ch−8内を伝播し、導波路部2Ch−8によって導光され、出力端子2Ciに入射される。これら第1および第2干渉光IL1、IL2は、測定対象物Obにおける表面形状の情報を含む光信号である。そして、これら第1および第2干渉光IL1、IL2は、出力端子2Ciを介して測定部2Cから位相検波部3Bへ入射される。   In the half mirror 2Cf, the condensing lens 2Cg, the output-side waveguide 2Ch, and the output terminal 2Ci having such a configuration, in the example illustrated in FIG. 6, the reflection is performed at three measurement points P1, P2, and P3 on the surface of the measurement object Ob. The three reflected lights (regular reflection components of the reflected light) RL (RL1, RL2, RL3) are incident on the measurement unit 2C and are incident on the respective lenses of the condenser lens 2Cg via the half mirror 2Cf. The lenses of the condenser lens 2Cg cause the reflected lights RL1, RL2, and RL3 to enter the three waveguide portions 2Ch-1, 2Ch-2, and 2Ch-3 in the waveguide portion 2Ch, respectively. That is, the respective lenses of the condenser lens 2Cg are for waveguide coupling with respect to the three waveguide portions 2Ch-1, 2Ch-2, 2Ch-3 in the output-side waveguide 2Ch. The reflected light RL2 incident on the central waveguide section 2Ch-2 propagates through the waveguide section 2Ch-2, is guided by the waveguide section 2Ch-2, and is distributed by the branch section 2Ch-4. One reflected light RL2 (RL2-1) distributed by the branching section 2Ch-4 is guided to the joining section 2Ch-5, and the other reflected light RL2 (RL2-2) is sent to the joining section 2Ch-6. Light is guided. Further, the reflected light RL1 incident on the waveguide portion 2Ch-1 propagates through the waveguide portion 2Ch-1, is guided by the waveguide portion 2Ch-1, and is guided to the junction portion 2Ch-5. The reflected light RL3 incident on the waveguide section 2Ch-3 propagates through the waveguide section 2Ch-3, is guided by the waveguide section 2Ch-3, and is guided to the junction section 2Ch-6. In the merging section 2Ch-5, the reflected light RL2 (frequency f2) guided as described above and the reflected light RL1 (frequency f1) are combined, and optical heterodyne interference is performed, so that the first interference light IL1 (= RL1 + RL2). Is generated. The first interference light IL1 is guided from the merging portion 2Ch-5 to the waveguide portion 2Ch-7, propagates through the waveguide portion 2Ch-7, is guided by the waveguide portion 2Ch-7, and is output to the output terminal 2Ci. Is incident on. Then, in the junction 2Ch-6, the reflected light RL2 (frequency f2) and the reflected light RL3 (frequency f1) guided as described above are combined and subjected to optical heterodyne interference to generate the second interference light IL2 (= RL2 + RL3) is generated. The second interference light IL2 is guided from the merging portion 2Ch-6 to the waveguide portion 2Ch-8, propagates through the waveguide portion 2Ch-8, is guided by the waveguide portion 2Ch-8, and is output to the output terminal 2Ci. Is incident on. The first and second interference lights IL1 and IL2 are optical signals including information on the surface shape of the measurement object Ob. The first and second interference lights IL1 and IL2 are incident on the phase detection unit 3B from the measurement unit 2C via the output terminal 2Ci.

集光レンズ2Cjは、その光軸が前記入力側導波路2Ccおよび対物レンズCdの光軸と一致するように配設されている。集光レンズ2Cjは、ハーフミラ2Cfをそのまま通過した複数の測定光ML(図6に示す例では、3つの測定光ML1、ML2、ML3)のそれぞれにレンズ作用を与えるべく、測定光ML(ML1、RL2、RL3)の個数に対応した個数のレンズ(この例では3つのレンズ)を備えて構成され、その射出側には、参照側導波路2Ckが、基材2Cmの前記所定の屈折率よりも極僅かだけ(例えば0.3〜3%程度)に大きくすることによって形成されている。ハーフミラ2Cfをそのまま通過した前記3つの測定光ML1、ML2、ML3は、参照光MLref1、MLref2、MLref3とされる。   The condenser lens 2Cj is disposed so that its optical axis coincides with the optical axes of the input-side waveguide 2Cc and the objective lens Cd. The condensing lens 2Cj has a plurality of measurement lights ML (in the example shown in FIG. 6, three measurement lights ML1, ML2, and ML3) that pass through the half mirror 2Cf as they are to provide a lens action to each of the measurement lights ML (ML1, ML, RL2, RL3) corresponding to the number of lenses (three lenses in this example), and on the exit side, the reference-side waveguide 2Ck is higher than the predetermined refractive index of the substrate 2Cm. It is formed by increasing it to a very small amount (for example, about 0.3 to 3%). The three measurement beams ML1, ML2, and ML3 that have passed through the half mirror 2Cf as they are are referred to as reference beams MLref1, MLref2, and MLref3.

参照側導波路2Ckは、集光レンズ2Cjから入射された各参照光MLref(図6に示す例では、MLref1、MLref2、MLref3)をそれぞれ導光し、前記複数の干渉光ILに対応するように、複数の参照光MLrefにおける一対の参照光MLrefを光干渉させ、複数の参照干渉光ILrefを導光するものである。ここで、本実施形態では、複数の干渉光ILのうちの少なくとも1組の干渉光ILは、互いに共通な反射光RLを用いて光干渉させることによって生成されているので、これに対応するように、複数の参照干渉光ILrefのうちの少なくとも1組の参照干渉光ILrefは、互いに共通な参照光RLrefを用いて光干渉させることによって生成されている。より具体的には、参照側導波路2Ckは、大略、基材2Cmの前記下面に沿うように延び、所定の位置で略弧によって約90度曲がって他方側面に沿って前記上面にまで延びる略L字形状であり、集光レンズ2Cjにおける、3つの参照光MLref1、MLref2、MLref3に対応した3つレンズの射出側からそれぞれ延びる3つの導波路部2Ck−1、2Ck−2、2Ck−3と、中央の導波路部2Ck−2を2つに分岐する分岐部2Ck−4と、分岐部2Ck−4で分岐した一方の導波路部と前記導波路部2Ck−1とを合流する合流部2Ck−5と、分岐部2Ck−4で分岐した他方の導波路部と前記導波路部2Ck−3とを合流する合流部2Ck−6と、合流部2Ck−5から延びて参照出力端子2Clに至る導波路部2Ck−7と、合流部2Ck−6から延びて出力端子2Clに至る導波路部2Ck−8とを備えて構成されている。   The reference-side waveguide 2Ck guides each reference light MLref (MLref1, MLref2, MLref3 in the example shown in FIG. 6) incident from the condenser lens 2Cj, and corresponds to the plurality of interference lights IL. The pair of reference lights MLref in the plurality of reference lights MLref are caused to interfere with each other to guide the plurality of reference interference lights ILref. Here, in the present embodiment, at least one set of the interference lights IL among the plurality of interference lights IL is generated by causing optical interference using the reflected light RL that is common to each other. In addition, at least one set of the reference interference light ILref among the plurality of reference interference lights ILref is generated by causing optical interference using the common reference light RLref. More specifically, the reference-side waveguide 2Ck extends substantially along the lower surface of the base material 2Cm, is bent approximately 90 degrees by a substantially arc at a predetermined position, and extends substantially along the other side surface to the upper surface. Three waveguide sections 2Ck-1, 2Ck-2, 2Ck-3, which are L-shaped and extend from the exit side of the three lenses corresponding to the three reference lights MLref1, MLref2, and MLref3 in the condenser lens 2Cj, respectively. , A branching part 2Ck-4 that branches the central waveguide part 2Ck-2 into two, and a joining part 2Ck that joins the one waveguide part branched by the branching part 2Ck-4 and the waveguide part 2Ck-1 −5, the other waveguide section branched at the branch section 2Ck-4, and the merge section 2Ck-6 that merges the waveguide section 2Ck-3, and the merge section 2Ck-5 extends to the reference output terminal 2Cl. Waveguide part 2C -7, and a extending from the confluence portion 2CK-6 and a waveguide portion 2CK-8 which leads to an output terminal 2Cl.

このような構成のハーフミラ2Cf、集光レンズ2Cj、参照側導波路2Ckおよび参照出力端子2Clでは、ハーフミラ2Cfをそのまま通過した複数の参照光MLref(図6に示す例ではMLref1、MLref2、MLref3)は、集光レンズ2Cjの前記各レンズにそれぞれ入射される。図6に示す例では、集光レンズ2Cjの前記各レンズは、各参照光MLref1、MLref2、MLref3をそれぞれ導波路部2Ckにおける3つの導波路部2Ck−1、2Ck−2、2Ck−3へ入射させる。すなわち、集光レンズ2Cjの前記各レンズは、参照側導波路2Ckにおける3つの導波路部2Ck−1、2Ck−2、2Ck−3に対する導波路カップリング用である。中央の導波路部2Ck−2に入射された参照光MLref2は、導波路部2Ck−2内を伝播し、導波路部2Ck−2によって導光され、分岐部2Ck−4で分配される。分岐部2Ck−4で分配された一方の参照光MLref2(MLref2−1)は、合流部2Ck−5に導光され、その他方の参照光MLref2(MLref2−2)は、合流部2Ck−6に導光される。また、導波路部2Ck−1に入射された参照光MLref1は、導波路部2Ck−1内を伝播し、導波路部2Ck−1によって導光され、合流部2Ck−5に導光される。そして、導波路部2Ck−3に入射された参照光MLref3は、導波路部2Ck−3内を伝播し、導波路部2Ck−3によって導光され、合流部2Ck−6に導光される。合流部2Ck−5では、上述のように導光された参照光MLref2(周波数f2)と参照光MLref1(周波数f1)とが合波され、光ヘテロダイン干渉されて第1参照干渉光ILref1(=MLref1+MLref2)が生成される。この第1参照干渉光ILref1は、合流部2Ck−5から導波路部2Ck−7に導光され、導波路部2Ck−7内を伝播し、導波路部2Ck−7によって導光され、参照出力端子2Clに入射される。そして、合流部2Ck−6では、上述のように導光された参照光MLref2(周波数f2)と参照光MLref3(周波数f1)とが合波され、光ヘテロダイン干渉されて第2参照干渉光ILref2(=MLref2+MLref3)が生成される。この第2参照干渉光ILref2は、合流部2Ck−6から導波路部2Ck−8に導光され、導波路部2Ck−8内を伝播し、導波路部2Ck−8によって導光され、参照出力端子2Clに入射される。これら第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2は、前記第1および第2干渉光IL1、IL2からノイズを除去するべく、前記第1および第2干渉光IL1、IL2を補正するための光信号である。そして、これら第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2は、参照出力端子2Clを介して測定部2Cから位相検波部3Bへ入射される。   In the half mirror 2Cf, the condensing lens 2Cj, the reference-side waveguide 2Ck, and the reference output terminal 2Cl configured as described above, a plurality of reference lights MLref (MLref1, MLref2, and MLref3 in the example illustrated in FIG. 6) that have passed through the half mirror 2Cf as they are. , And enters the respective lenses of the condenser lens 2Cj. In the example shown in FIG. 6, each of the condensing lenses 2Cj enters each of the reference lights MLref1, MLref2, and MLref3 into the three waveguide sections 2Ck-1, 2Ck-2, and 2Ck-3 in the waveguide section 2Ck. Let That is, each lens of the condensing lens 2Cj is for waveguide coupling with respect to the three waveguide portions 2Ck-1, 2Ck-2, and 2Ck-3 in the reference-side waveguide 2Ck. The reference light MLref2 incident on the central waveguide section 2Ck-2 propagates through the waveguide section 2Ck-2, is guided by the waveguide section 2Ck-2, and is distributed by the branch section 2Ck-4. One reference light MLref2 (MLref2-1) distributed by the branching unit 2Ck-4 is guided to the joining unit 2Ck-5, and the other reference light MLref2 (MLref2-2) is sent to the joining unit 2Ck-6. Light is guided. The reference light MLref1 incident on the waveguide section 2Ck-1 propagates in the waveguide section 2Ck-1, is guided by the waveguide section 2Ck-1, and is guided to the junction section 2Ck-5. The reference light MLref3 incident on the waveguide section 2Ck-3 propagates in the waveguide section 2Ck-3, is guided by the waveguide section 2Ck-3, and is guided to the junction section 2Ck-6. In the merging unit 2Ck-5, the reference light MLref2 (frequency f2) guided as described above and the reference light MLref1 (frequency f1) are combined and subjected to optical heterodyne interference to generate the first reference interference light ILref1 (= MLref1 + MLref2). ) Is generated. The first reference interference light ILref1 is guided from the junction 2Ck-5 to the waveguide 2Ck-7, propagates through the waveguide 2Ck-7, is guided by the waveguide 2Ck-7, and is a reference output. Incident on the terminal 2Cl. In the merging unit 2Ck-6, the reference light MLref2 (frequency f2) guided as described above and the reference light MLref3 (frequency f1) are combined and subjected to optical heterodyne interference to generate the second reference interference light ILref2 ( = MLref2 + MLref3) is generated. The second reference interference light ILref2 is guided from the merging portion 2Ck-6 to the waveguide portion 2Ck-8, propagates through the waveguide portion 2Ck-8, is guided by the waveguide portion 2Ck-8, and is output as a reference. Incident on the terminal 2Cl. These first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 are optical signals for correcting the first and second interference lights IL1 and IL2 in order to remove noise from the first and second interference lights IL1 and IL2. It is. The first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 are incident on the phase detection unit 3B from the measurement unit 2C via the reference output terminal 2Cl.

図4に戻って、第1実施形態と同様に、測定部2Cと位相検波部3Bとは、シングルモード光ファイバであってもよいが、光軸調整および伝播光の光量における優位性の観点から、マルチモード光ファイバによって接続されている。すなわち、本実施形態では、測定部2Cから射出された複数の干渉光ILおよびこれに対応する複数の参照干渉光ILref、図4および図6に示す例では第1および第2干渉光IL1、IL2ならびに第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2は、マルチモード光ファイバによって導光され、位相検波部3Bへ入射する。   Returning to FIG. 4, as in the first embodiment, the measurement unit 2 </ b> C and the phase detection unit 3 </ b> B may be single mode optical fibers, but from the viewpoint of optical axis adjustment and superiority in the amount of propagating light. Connected by multimode optical fiber. That is, in the present embodiment, a plurality of interference lights IL emitted from the measurement unit 2C and a plurality of reference interference lights ILref corresponding thereto, in the examples shown in FIGS. 4 and 6, the first and second interference lights IL1, IL2 In addition, the first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 are guided by the multimode optical fiber and enter the phase detector 3B.

位相検波部3Bは、測定部2Cから射出した複数の干渉光ILおよび複数の参照干渉光ILrefを位相検波し、複数の参照干渉光ILrefを用いることによってノイズを除去しつつ、互いに共通な反射光RLを用いて光ヘテロダイン干渉することによって得られた組の干渉光間における位相差△Φを検出するものである。そして、位相検波器3Bは、この検出した位相差△Φを演算制御部5へ出力する。より具体的には、位相検波部3Bは、図4に示すように、干渉光用の光電変換部3Ba(3Ba1、3Ba2)と、参照干渉光用の光電変換部3Bb(3Bb1、3Bb2)と、干渉光用の位相検波器3Bcと、参照干渉光用の位相検波器3Bdと、補正部3Beとを備えて構成される。   The phase detection unit 3B performs phase detection on the plurality of interference lights IL and the plurality of reference interference lights ILref emitted from the measurement unit 2C, uses the plurality of reference interference lights ILref to remove noise, and reflects reflected light that is common to each other. A phase difference ΔΦ between a pair of interference lights obtained by optical heterodyne interference using RL is detected. Then, the phase detector 3B outputs the detected phase difference ΔΦ to the arithmetic control unit 5. More specifically, as shown in FIG. 4, the phase detection unit 3B includes an interference light photoelectric conversion unit 3Ba (3Ba1, 3Ba2), a reference interference light photoelectric conversion unit 3Bb (3Bb1, 3Bb2), It comprises a phase detector 3Bc for interference light, a phase detector 3Bd for reference interference light, and a correction unit 3Be.

光電変換部3Ba、3Bbは、例えばホトダイオード等の、入射光の光量に応じた信号レベルの電気信号に変換して該電気信号を出力する光電変換素子を備えて構成される。光電変換部3Baは、測定部2Cによって得られる干渉光ILの個数に応じて用意され、測定部2Cからの複数の干渉光ILをそれぞれ受光して、その各光量に応じた信号レベルの各電気信号を各干渉信号Sigとして出力するものである。本実施形態では、前記干渉光ILは、2つであることから、2個の光電変換部3Ba1、3Ba2が用意される。各光電変換部3Ba1、3Ba2のそれぞれは、測定部2Cの出力端子2Ciから射出された2つの第1および第2干渉光IL1、IL2を各マルチモード光ファイバおよび図略の各入力端子を介してそれぞれ受光し、これら各干渉光IL1、IL2の各光量に応じて第1および第2干渉信号Sig1、Sig2をそれぞれ位相検波器3Bcへ出力する。同様に、光電変換部3Bbは、測定部2Cによって得られる参照干渉光ILrefの個数に応じて用意され、測定部2Cからの複数の参照干渉光ILrefをそれぞれ受光して、その各光量に応じた信号レベルの各電気信号を各参照干渉信号Refとして出力するものである。本実施形態では、前記参照干渉光ILrefは、2つであることから、2個の光電変換部3Bb1、3Bb2が用意される。各光電変換部3Bb1、3Bb2のそれぞれは、測定部2Cの参照出力端子2Clから射出された2つの第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2を各マルチモード光ファイバおよび図略の各入力端子を介してそれぞれ受光し、これら各参照干渉光ILref1、ILref2の各光量に応じて第1および第2参照干渉信号Ref1、Ref2をそれぞれ位相検波器3Bdへ出力する。   The photoelectric conversion units 3Ba and 3Bb are configured to include photoelectric conversion elements such as photodiodes that convert an electric signal having a signal level corresponding to the amount of incident light and output the electric signal. The photoelectric conversion unit 3Ba is prepared according to the number of interference lights IL obtained by the measurement unit 2C, and receives each of the plurality of interference lights IL from the measurement unit 2C, and each electric signal having a signal level corresponding to each light quantity. A signal is output as each interference signal Sig. In the present embodiment, since the interference light IL is two, two photoelectric conversion units 3Ba1 and 3Ba2 are prepared. Each of the photoelectric conversion units 3Ba1 and 3Ba2 transmits the two first and second interference lights IL1 and IL2 emitted from the output terminal 2Ci of the measurement unit 2C through the multimode optical fibers and the input terminals (not shown). The first and second interference signals Sig1 and Sig2 are output to the phase detector 3Bc according to the respective light amounts of the interference lights IL1 and IL2, respectively. Similarly, the photoelectric conversion unit 3Bb is prepared according to the number of reference interference lights ILref obtained by the measurement unit 2C, receives a plurality of reference interference lights ILref from the measurement unit 2C, and responds to each light quantity. Each electric signal at the signal level is output as each reference interference signal Ref. In the present embodiment, since the reference interference light ILref is two, two photoelectric conversion units 3Bb1 and 3Bb2 are prepared. Each of the photoelectric conversion units 3Bb1 and 3Bb2 receives two first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 emitted from the reference output terminal 2Cl of the measurement unit 2C as multimode optical fibers and input terminals (not shown). The first and second reference interference signals Ref1 and Ref2 are output to the phase detector 3Bd according to the respective light amounts of the reference interference lights ILref1 and ILref2, respectively.

位相検波器3Bcは、光電変換部3Baから複数の干渉信号Sigが入力され、互いに共通な反射光RLを用いて光ヘテロダイン干渉することによって得られた組の干渉光ILに関し、複数の干渉信号Sig間の位相差△Φsを検出する装置である。図4に示す例では、位相検波器3Bcは、光電変換部3Ba1、3Ba2から第1および第2干渉信号Sig1、Sig2が入力され、これら第1干渉信号Sig1と第2干渉信号Sig2との間における位相差△Φsを検出する。そして、位相検波器3Bcは、この検出した位相差△Φsを補正部3Beへ出力する。   The phase detector 3Bc receives a plurality of interference signals Sig from the photoelectric conversion unit 3Ba and relates to a set of interference lights IL obtained by optical heterodyne interference using the reflected light RL common to each other. It is a device for detecting the phase difference ΔΦs between the two. In the example shown in FIG. 4, the phase detector 3Bc receives the first and second interference signals Sig1 and Sig2 from the photoelectric conversion units 3Ba1 and 3Ba2, and the phase detector 3Bc is between the first interference signal Sig1 and the second interference signal Sig2. The phase difference ΔΦs is detected. Then, the phase detector 3Bc outputs the detected phase difference ΔΦs to the correction unit 3Be.

位相検波器3Bdは、光電変換部3Bbから複数の参照干渉信号Refが入力され、前記互いに共通な参照光MLrefを用いて光ヘテロダイン干渉することによって得られた組の参照干渉光ILrefに関し、複数の参照干渉信号Ref間の位相差△Φrを検出する装置である。この前記互いに共通な参照光MLrefは、前記互いに共通な反射光RLを得るために用いられた測定光MLに対応する参照光MLrefである。図4に示す例では、位相検波器3Bdは、光電変換部3Bb1、3Bb2から第1および第2参照干渉信号Ref1、Ref2が入力され、これら第1参照干渉信号Ref1と第2参照干渉信号Ref2との間における位相差△Φrを検出する。そして、位相検波器3Bdは、この検出した位相差△Φrを補正部3Beへ出力する。   The phase detector 3Bd receives a plurality of reference interference signals Ref from the photoelectric conversion unit 3Bb and relates to a plurality of reference interference lights ILref obtained by optical heterodyne interference using the common reference light MLref. This is a device for detecting a phase difference ΔΦr between reference interference signals Ref. The common reference light MLref is the reference light MLref corresponding to the measurement light ML used to obtain the common reflected light RL. In the example shown in FIG. 4, the phase detector 3Bd receives the first and second reference interference signals Ref1 and Ref2 from the photoelectric conversion units 3Bb1 and 3Bb2, and the first reference interference signal Ref1 and the second reference interference signal Ref2 The phase difference ΔΦr is detected. Then, the phase detector 3Bd outputs the detected phase difference ΔΦr to the correction unit 3Be.

補正部3Beは、前記互いに共通な反射光RLを用いて光ヘテロダイン干渉することによって得られた組の干渉光間における位相差△Φsにおけるノイズを除去するべく、前記組の干渉光に対応する複数の参照干渉光の間における位相差△Φrを用いることによって、前記組の干渉光における位相差△Φsを補正するものである。補正部3Beは、例えば、前記組の干渉光間における位相差△Φsと、前記組の干渉光に対応する複数の参照干渉光の間における位相差△Φrとの差を求めることによって、前記補正を行う。   The correction unit 3Be includes a plurality of correction light sources corresponding to the set of interference lights in order to remove noise in the phase difference ΔΦs between the sets of interference lights obtained by performing optical heterodyne interference using the common reflected light RL. By using the phase difference ΔΦr between the reference interference lights, the phase difference ΔΦs in the set of interference lights is corrected. For example, the correction unit 3Be obtains the correction by obtaining a difference between a phase difference ΔΦs between the sets of interference light and a phase difference ΔΦr between a plurality of reference interference lights corresponding to the sets of interference light. I do.

そして、ステージ4、演算制御部5、入力部6および出力部7は、それぞれ、第1実施形態の表面形状測定装置SAにおけるステージ4、演算制御部5、入力部6および出力部7と同様であるので、その説明を省略する。   The stage 4, the calculation control unit 5, the input unit 6 and the output unit 7 are the same as the stage 4, the calculation control unit 5, the input unit 6 and the output unit 7 in the surface shape measuring apparatus SA of the first embodiment, respectively. Since there is, explanation is omitted.

次に、本実施形態における表面形状測定装置SBの動作について説明する。なお、以下の説明において、各測定箇所MPにおける複数の測定点Pnは、説明の便宜上、図4に示す場合を例として、3個である場合について説明を行う。   Next, the operation of the surface shape measuring apparatus SB in this embodiment will be described. In the following description, for the sake of convenience of explanation, a case where there are three measurement points Pn at each measurement point MP will be described by taking the case shown in FIG. 4 as an example.

図略の電源スイッチがオンされると、表面形状測定装置SBが起動され、演算制御部5によって必要な各部の初期化が行われる。そして、例えば半導体ウェハ等の板状体の測定対象物Obがステージ4に載置され、入力部6から測定開始を指示するコマンドを受け付けると、演算制御部5は、測定対象物Obの表面形状の測定を開始する。   When a power switch (not shown) is turned on, the surface shape measuring device SB is activated and necessary parts are initialized by the arithmetic control unit 5. Then, for example, when a measurement object Ob of a plate-like body such as a semiconductor wafer is placed on the stage 4 and receives a command for instructing measurement start from the input unit 6, the arithmetic control unit 5 reads the surface shape of the measurement object Ob. Start measuring.

まず、演算制御部5の光源制御部53は、測定光生成部1Bを駆動し、単波長レーザ光源1Baに所定のレーザ光を発光させる。この単波長レーザ光源1Aaによる所定のレーザ光の発光により、上述した光学系の作用によって、各測定光MLf1、MLf2が測定光生成部1Bの各出力端子1Bf、1Biからそれぞれ射出される。   First, the light source control unit 53 of the calculation control unit 5 drives the measurement light generation unit 1B to cause the single wavelength laser light source 1Ba to emit predetermined laser light. The measurement light MLf1 and MLf2 are emitted from the output terminals 1Bf and 1Bi of the measurement light generation unit 1B by the action of the optical system described above by the emission of the predetermined laser light from the single wavelength laser light source 1Aa.

続いて、この測定光生成部1Bの各出力端子1Bf、1Biからそれぞれ射出された各測定光MLf1、MLf2は、前記各光ファイバをそれぞれ伝播し、測定部2Cに入射される。この測定部2Cでは、この入射された各測定光MLf1、MLf2から上述した光学系の作用によって第1および第2干渉光IL1、IL2ならびに第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2がそれぞれ生成され、第1および第2干渉光IL1、IL2は、出力端子2Ciから射出され、第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2は、出力端子2Clから射出される。続いて、この測定部2Cの出力端子2Ciから射出された第1および第2干渉光IL1、IL2は、前記マルチモード光ファイバを伝播し、位相検波部3Bに入射される。そして、この測定部2Cの出力端子2Clから射出された第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2は、前記マルチモード光ファイバを伝播し、位相検波部3Bに入射される。この位相検波部3Bでは、互いに共通な反射光RL2を用いて光ヘテロダイン干渉することによって得られた組について、これら第1および第2干渉光IL1、IL2の位相検波によって、第1および第2干渉光IL1、IL2間の位相差△Φsが検出されるとともに、これら第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2の位相検波によって、第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2間の位相差△Φrが検出される。そして、位相検波部3Bは、これら位相差△Φsと位相差△Φrとの差が求められる。例えば、位相検波部3Bは、位相差△Φsから位相差△Φrを減算する。   Subsequently, the measurement lights MLf1 and MLf2 respectively emitted from the output terminals 1Bf and 1Bi of the measurement light generation unit 1B propagate through the optical fibers and enter the measurement unit 2C. In the measurement unit 2C, the first and second interference lights IL1 and IL2 and the first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 are generated from the incident measurement lights MLf1 and MLf2 by the action of the optical system described above. The first and second interference lights IL1 and IL2 are emitted from the output terminal 2Ci, and the first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 are emitted from the output terminal 2Cl. Subsequently, the first and second interference lights IL1 and IL2 emitted from the output terminal 2Ci of the measurement unit 2C propagate through the multimode optical fiber and enter the phase detection unit 3B. Then, the first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 emitted from the output terminal 2Cl of the measurement unit 2C propagate through the multimode optical fiber and enter the phase detection unit 3B. In the phase detection unit 3B, the first and second interferences are obtained by phase detection of the first and second interference lights IL1 and IL2 for a set obtained by optical heterodyne interference using the reflected light RL2 common to each other. The phase difference ΔΦs between the lights IL1 and IL2 is detected, and the phase difference ΔΦr between the first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 is detected by the phase detection of the first and second reference interference lights ILref1 and ILref2. Is detected. The phase detector 3B obtains the difference between the phase difference ΔΦs and the phase difference ΔΦr. For example, the phase detector 3B subtracts the phase difference ΔΦr from the phase difference ΔΦs.

そして、この測定部2Cおよび位相検波部3Bがこのような動作を行っている際に、演算制御部5のステージ制御部52は、ステージ4を制御することによって、測定対象物Obをその高さ方向に直交する水平方向に移動させる。例えば、演算制御部5のステージ制御部52は、測定箇所MPにおける複数の測定点Pnが移動方向に沿って並び、この移動方向に沿って互いに隣接する2つの測定点Pn−1、Pnの間隔が等しくなるように、かつ、上述したように、一の測定箇所MPtempにおける測定点P3と、走査(移動)によってこの一の測定箇所MPtempの次に測定される測定箇所MPnextにおける測定点P1とが重複するように、ステージ4を移動させる。   When the measurement unit 2C and the phase detection unit 3B perform such an operation, the stage control unit 52 of the calculation control unit 5 controls the stage 4 so that the measurement object Ob is adjusted to its height. Move in the horizontal direction perpendicular to the direction. For example, the stage control unit 52 of the arithmetic control unit 5 arranges a plurality of measurement points Pn at the measurement location MP along the movement direction, and the interval between two measurement points Pn−1 and Pn adjacent to each other along the movement direction. And the measurement point P3 at one measurement point MPtemp and the measurement point P1 at the measurement point MPnext measured next to the one measurement point MPtemp by scanning (moving), as described above. The stage 4 is moved so that it overlaps.

続いて、これら各測定箇所MPmの各位相差△Φmが取得されると、演算制御部5の形状算出部51は、上述したように、各測定箇所MPmにおける勾配Grmを求め、走査順に従ってこれら各測定箇所MPmにおける勾配Grmを連結することによって、測定対象物Obの表面形状を求める。   Subsequently, when each phase difference ΔΦm of each measurement point MPm is acquired, the shape calculation unit 51 of the calculation control unit 5 obtains the gradient Grm at each measurement point MPm as described above, and each of these according to the scanning order. The surface shape of the measurement object Ob is obtained by connecting the gradient Grm at the measurement location MPm.

続いて、演算制御部5は、この求めた測定対象物Obの表面形状を出力部7に出力し、出力部7は、測定対象物Obの表面形状を表示する。   Subsequently, the arithmetic control unit 5 outputs the obtained surface shape of the measurement object Ob to the output unit 7, and the output unit 7 displays the surface shape of the measurement object Ob.

このように動作することによって本実施形態における表面形状測定装置SBおよびこれに実装された表面形状測定方法では、光ヘテロダイン干渉計による方法であるので、比較的短時間であってnmオーダで、測定対象物Obの表面形状を測定することができる。そして、このような構成の表面形状測定装置SBおよび表面形状測定方法では、測定対象物Obにおける3つ以上の複数の測定点P、図4に示す例では1つの測定箇所MPにおける3つの測定点P1、P2、P3で反射された3つの反射光RL1、RL2、RL3を光ヘテロダイン干渉させる際に、互いに共通な反射光RL2を用いて光干渉させる場合を含むので、測定対象物Obの表面における勾配情報を表す位相情報を持った第1および第2干渉光IL1、IL2が得られる。このため、例えば、測定対象物Obを載置するステージ4における上下動による振動、測定光学系における保持ゆらぎによる振動および測定対象物Ob自体の振動等の振動が測定結果に及ぼす影響を相殺して略消去することができる。したがって、このような構成の表面形状測定装置SBおよび表面形状測定方法は、比較的短時間であってnmオーダで、より高精度に、測定対象物Obの表面形状を測定することができる。   By operating in this way, the surface shape measuring apparatus SB and the surface shape measuring method mounted on the surface shape measuring device SB according to the present embodiment is a method using an optical heterodyne interferometer. The surface shape of the object Ob can be measured. In the surface shape measuring device SB and the surface shape measuring method having such a configuration, three or more measurement points P on the measurement object Ob, three measurement points at one measurement point MP in the example shown in FIG. When the three reflected lights RL1, RL2, and RL3 reflected by P1, P2, and P3 are subjected to optical heterodyne interference, the reflected light RL2 that is common to each other is used to cause optical interference. First and second interference lights IL1 and IL2 having phase information representing gradient information are obtained. For this reason, for example, the effects of vibrations such as vibration due to vertical movement on the stage 4 on which the measurement object Ob is placed, vibration due to holding fluctuations in the measurement optical system, and vibration of the measurement object Ob itself on the measurement result are offset. It can be almost erased. Therefore, the surface shape measuring apparatus SB and the surface shape measuring method having such a configuration can measure the surface shape of the measuring object Ob with higher accuracy in the order of nm in a relatively short time.

また、上述の本実施形態における表面形状測定装置SBでは、測定光生成部1Bおよび測定部2Cは、光ヘテロダイン干渉計を構成し、互いに共通な反射光RL2を用いて光ヘテロダイン干渉させることで得られた第1および第2干渉光IL1、IL2をそれぞれ位相検波し、これら第1および第2干渉光IL1、IL2間の位相差△Φsを検出する位相検波部3Bと、位相検波部3Bから出力される第1および第2干渉光IL1、IL2間の位相差△Φsに基づいて測定対象物Obの表面形状を演算する演算制御部5とを備えている。このため、このような本実施形態の表面形状測定装置SBは、光ヘテロダイン干渉計を備えるので、より高精度に、測定対象物の表面形状を測定することができる。   Moreover, in the surface shape measuring apparatus SB in the above-described embodiment, the measurement light generation unit 1B and the measurement unit 2C constitute an optical heterodyne interferometer, and are obtained by causing optical heterodyne interference using the reflected light RL2 common to each other. Phase detection unit 3B for detecting the phase difference ΔΦs between the first and second interference light beams IL1 and IL2 and the phase detection unit 3B, respectively. And a calculation control unit 5 that calculates the surface shape of the measurement object Ob based on the phase difference ΔΦs between the first and second interference lights IL1 and IL2. For this reason, since the surface shape measuring apparatus SB of this embodiment includes the optical heterodyne interferometer, the surface shape of the measurement object can be measured with higher accuracy.

そして、上述の本実施形態における表面形状測定装置SBでは、測定部2Cは、さらに、前記第1および第2干渉光IL1、IL2に対応する第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2を生成し、位相検波部3Bは、さらに、第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2をそれぞれ位相検波し、これら第1および第2参照干渉光ILref1、ILref2間の位相差△Φrを補正値として検出し、そして、第1および第2干渉光IL1、IL2における各位相間の位相差△Φsを前記補正値△Φrで補正している。そして、演算制御部5の形状算出部51は、この位相検波部3Bで検出され補正された位相差(|△Φs−△Φr|)に基づいて測定対象物Obの表面形状を求めている。光源部1Baから放射された光Lを測定対象物Obの表面まで導光する間において生じる位相ゆらぎが測定結果に大きく影響を及ぼすが、このような本実施形態の表面形状測定装置SBは、前記位相ゆらぎが測定結果に及ぼす影響を消去することができ、さらにより高精度に、測定対象物の表面形状を測定することができる。   In the surface shape measurement apparatus SB in the above-described embodiment, the measurement unit 2C further generates the first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 corresponding to the first and second interference lights IL1 and IL2. The phase detector 3B further detects the phase of the first and second reference interference lights ILref1 and ILref2, and detects the phase difference ΔΦr between the first and second reference interference lights ILref1 and ILref2 as a correction value. The phase difference ΔΦs between the phases of the first and second interference lights IL1 and IL2 is corrected with the correction value ΔΦr. Then, the shape calculation unit 51 of the arithmetic control unit 5 obtains the surface shape of the measurement object Ob based on the phase difference (| ΔΦs−ΔΦr |) detected and corrected by the phase detection unit 3B. The phase fluctuation that occurs while the light L emitted from the light source unit 1Ba is guided to the surface of the measurement object Ob greatly affects the measurement result. The surface shape measurement device SB of this embodiment like this The influence of the phase fluctuation on the measurement result can be eliminated, and the surface shape of the measurement object can be measured with higher accuracy.

また、上述の本実施形態のおける表面形状測定装置SBでは、測定部2Cは、基材2Cmに屈折率の異なる光導波路を形成した光導波路型光学素子を含む。このため、このような本実施形態の表面形状測定装置SBは、光導波路型光学素子を備えて測定部2Cを構成するので、空気のゆらぎを除去できて温度のゆらぎも低減することができ、干渉光をより安定的に得ることができる。また、このような本実施形態の表面形状測定装置SBは、複数の光学素子を組み合わせて構成する場合に較べて、光路をより厳密に製作することができ、組立後の光路調整が不要となり、また小型化が可能となる。このため、本実施形態における表面形状測定装置SAでは、携帯型とすることも可能となる。   Moreover, in the surface shape measuring apparatus SB in the above-described embodiment, the measurement unit 2C includes an optical waveguide type optical element in which optical waveguides having different refractive indexes are formed on the base material 2Cm. For this reason, since the surface shape measuring apparatus SB of this embodiment includes the optical waveguide type optical element and constitutes the measuring unit 2C, it is possible to remove air fluctuation and reduce temperature fluctuation. Interfering light can be obtained more stably. In addition, the surface shape measuring apparatus SB of this embodiment can manufacture an optical path more strictly than the case where a plurality of optical elements are combined, and no optical path adjustment after assembly is required. In addition, downsizing is possible. For this reason, the surface shape measuring apparatus SA in the present embodiment can be portable.

図7は、1つの測定箇所における複数の測定点の態様を説明するための図である。図7(A)は、その第1態様を説明するための図であり、図7(B)は、その第2態様を説明するための図であり、そして、図7(C)は、その第3態様を説明するための図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining an aspect of a plurality of measurement points at one measurement location. FIG. 7A is a diagram for explaining the first mode, FIG. 7B is a diagram for explaining the second mode, and FIG. It is a figure for demonstrating a 3rd aspect.

なお、上述の第1および第2実施形態では、1つの測定箇所MPにおける複数の測定点が3つである場合について説明したが、1つの測定箇所MPにおける複数の測定点は、3つ以上であれば、任意の個数でよく、例えば、図7(A)および図7(B)に示すように、5つであってもよく、また例えば、図7(C)に示すように、9つであってもよい。   In the first and second embodiments described above, the case where there are three measurement points at one measurement point MP has been described. However, the number of measurement points at one measurement point MP is three or more. As long as there is any number, for example, as shown in FIGS. 7A and 7B, there may be five, and for example, as shown in FIG. 7C, nine. It may be.

図7(A)に示す第1態様では、1つの測定箇所MPにおいて、5つの測定点P1〜P5は、直線状に並び、このような5つの測定点P1〜P5は、例えば、回折格子を用いることによって実現することが可能である。このような場合では、例えば、測定点P1、P2、P3を1組として位置的に互いに隣接する測定点P1、P2の反射光RL1、RL2および位置的に互いに隣接する測定点P2、P3の反射光RL2、RL3をそれぞれ一対とし、測定点P3、P4、P5を1組として位置的に互いに隣接する測定点P3、P4の反射光RL3、RL4および位置的に互いに隣接する測定点P4、P5の反射光RL4、RL5をそれぞれ一対として光干渉が行われる。このように中央に位置する測定点Pの反射光を互いに共通な反射光とし、この共通な反射光とこの測定点Pに隣接して一方側に位置する測定点Pの反射光とで光干渉が行われるとともに、この共通な反射光とこの測定点Pに隣接して他方側に位置する測定点Pの反射光とで光干渉が行われる。   In the first mode shown in FIG. 7A, in one measurement point MP, five measurement points P1 to P5 are arranged in a straight line, and such five measurement points P1 to P5 are, for example, diffraction gratings. It can be realized by using. In such a case, for example, reflected light RL1 and RL2 of the measurement points P1 and P2 that are positioned adjacent to each other with the measurement points P1, P2, and P3 as a set and reflection of the measurement points P2, P3 that are positioned adjacent to each other. A pair of the light beams RL2 and RL3 and a set of measurement points P3, P4, and P5, the reflected light beams RL3 and RL4 of the measurement points P3 and P4 that are positioned adjacent to each other and the measurement points P4 and P5 that are positioned adjacent to each other. Optical interference is performed with the reflected lights RL4 and RL5 as a pair. In this way, the reflected light of the measurement point P located at the center is set as a common reflected light, and optical interference occurs between the common reflected light and the reflected light of the measurement point P located on one side adjacent to the measurement point P. In addition, optical interference occurs between the common reflected light and the reflected light of the measurement point P located on the other side adjacent to the measurement point P.

図7(B)に示す第2態様では、1つの測定箇所MPにおいて、5つの測定点P1〜P5は、測定点P3を中心に+字状に並び(直線状に並ぶ測定点P1、P3、P5と直線状に並ぶ測定点P2、P3、P4とを直交させて並び)、このような5つの測定点P1〜P5は、例えば、互いに回折方向を直交させて順に配置された2つの回折格子を用いることによって実現することが可能である。このような場合では、例えば、測定点P1、P3、P5を1組として位置的に互いに隣接する測定点P1、P3の反射光RL1、RL3および位置的に互いに隣接する測定点P3、P5の反射光RL3、RL5をそれぞれ一対とし、測定点P2、P3、P4を1組として位置的に互いに隣接する測定点P2、P3の反射光RL2、RL3および位置的に互いに隣接する測定点P3、P4の反射光RL3、RL5をそれぞれ一対として上述と同様に光干渉が行われる。   In the second mode shown in FIG. 7B, in one measurement point MP, the five measurement points P1 to P5 are arranged in a + shape around the measurement point P3 (measurement points P1, P3, which are arranged in a straight line). The measurement points P2, P3, and P4 arranged in a line with P5 are arranged orthogonally), and such five measurement points P1 to P5 are, for example, two diffraction gratings arranged in order with their diffraction directions orthogonal to each other. This can be realized by using. In such a case, for example, the reflection points RL1 and RL3 of the measurement points P1 and P3 that are positioned adjacent to each other as a set of the measurement points P1, P3, and P5 and the reflections of the measurement points P3 and P5 that are positioned adjacent to each other. A pair of light beams RL3 and RL5 and a set of measurement points P2, P3, and P4, and reflected light beams RL2 and RL3 of measurement points P2 and P3 that are positioned adjacent to each other and measurement points P3 and P4 that are positioned adjacent to each other. Optical interference is performed in the same manner as described above with the reflected lights RL3 and RL5 as a pair.

図7(C)に示す第3態様では、1つの測定箇所MPにおいて、9つの測定点P1〜P9は、測定点P5を中心に2次元アレイ状に並び(直線状に並ぶ測定点P1〜P3と直線状に並ぶP4〜P6と直線状に並ぶ測定点P7〜P9とを順に並列させて並び)、このような9つの測定点P1〜P9は、例えば、互いに回折方向を直交させて順に配置された2つの回折格子を用いることによって実現することが可能である。このような場合では、例えば、測定点P1〜P3を1組として位置的に互いに隣接する測定点P1、P2の反射光RL1、RL2および位置的に互いに隣接する測定点P2、P3の反射光RL2、RL3をそれぞれ一対とし、測定点P4〜P6を1組として位置的に互いに隣接する測定点P4、P5の反射光RL4、RL5および位置的に互いに隣接する測定点P5、P6の反射光RL5、RL6をそれぞれ一対とし、測定点P7〜P9を1組として位置的に互いに隣接する測定点P7、P8の反射光RL7、RL8および位置的に互いに隣接する測定点P8、P9の反射光RL8、RL9をそれぞれ一対とし、そして、測定点P2、P5、P8を1組として位置的に互いに隣接する測定点P2、P5の反射光RL2、RL5および位置的に互いに隣接する測定点P5、P8の反射光RL5、RL8をそれぞれ一対として上述と同様に光干渉が行われる。   In the third mode shown in FIG. 7C, in one measurement point MP, nine measurement points P1 to P9 are arranged in a two-dimensional array around the measurement point P5 (measurement points P1 to P3 arranged in a straight line). The measurement points P7 to P9 arranged in a straight line and the measurement points P7 to P9 arranged in a line are arranged in order, and the nine measurement points P1 to P9 are arranged in order with their diffraction directions orthogonal to each other, for example. This can be realized by using two diffraction gratings. In such a case, for example, the reflected light beams RL1 and RL2 of the measurement points P1 and P2 that are positioned adjacent to each other with the measurement points P1 to P3 as a set and the reflected light RL2 of the measurement points P2 and P3 that are positioned adjacent to each other. , RL3 as a pair, and the measurement points P4 to P6 as a set, the reflected lights RL4 and RL5 of the measurement points P4 and P5 that are positioned adjacent to each other and the reflected lights RL5 of the measurement points P5 and P6 that are positioned adjacent to each other. A pair of RL6 and a set of measurement points P7 to P9, the reflected lights RL7 and RL8 of the measurement points P7 and P8 that are positioned adjacent to each other and the reflected lights RL8 and RL9 of the measurement points P8 and P9 that are positioned adjacent to each other. Are paired, and the measurement points P2, P5, and P8 are set as a set, and the reflected lights RL2 and RL5 of the measurement points P2 and P5 that are adjacent to each other are positioned and The same manner as described above the optical interference as a pair is carried out measuring point P5 adjacent to the have, P8 of the reflected light RL5, RL8 respectively.

(第3実施形態)
第2実施形態における表面形状測定装置SBは、光へテロダイン干渉によって干渉光ILを生成し、この干渉光ILに基づいて測定対象物Obの表面形状を測定する装置であるが、第3実施形態における表面形状測定装置SCは、いわゆる自己遅延型光ヘテロダイン干渉によって干渉光ILを生成し、この干渉光ILに基づいて測定対象物Obの表面形状を測定する装置である。即ち、第2実施形態における表面形状測定装置SBでは、光源部1Baから射出されたレーザ光Lを第1レーザ光L1と第2レーザ光L2とに分配し、一方のレーザ光(第2レーザ光L2)の波長(周波数)をシフトすることにより第1レーザ光L1と第2レーザ光L2との間に周波数差Δfを生じさせて光干渉させるのに対し、第3実施形態における表面形状測定装置SCでは、光源部1Caから射出された周波数が周期的にシフト(変調)するレーザ光Lsを複数のレーザ光Ls1、Ls2、Ls3、…、Lsnに分配し、これら分配されたレーザ光Ls1、Ls2、Ls3、…、Lsnを互いに異なる光路長を有する導波路部によって案内することにより、レーザ光Ls間に所定の周波数差Δfsを生じさせて光干渉させる。
(Third embodiment)
The surface shape measurement apparatus SB in the second embodiment is an apparatus that generates interference light IL by optical heterodyne interference and measures the surface shape of the measurement object Ob based on the interference light IL. The third embodiment The surface shape measuring device SC in FIG. 1 is a device that generates interference light IL by so-called self-delay optical heterodyne interference and measures the surface shape of the measurement object Ob based on the interference light IL. That is, in the surface shape measuring apparatus SB in the second embodiment, the laser light L emitted from the light source 1Ba is distributed into the first laser light L1 and the second laser light L2, and one of the laser lights (second laser light). By shifting the wavelength (frequency) of L2), a frequency difference Δf is generated between the first laser beam L1 and the second laser beam L2 to cause optical interference, whereas the surface shape measuring device in the third embodiment In the SC, the laser light Ls whose frequency emitted from the light source unit 1Ca is periodically shifted (modulated) is distributed to a plurality of laser lights Ls1, Ls2, Ls3,..., Lsn, and these distributed laser lights Ls1, Ls2 are distributed. , Ls3,..., Lsn are guided by waveguide portions having different optical path lengths, thereby causing a predetermined frequency difference Δfs between the laser beams Ls to cause optical interference.

図8は、第3実施形態における表面形状測定装置SCの構成を示す図である。図9は、図8に示す表面形状測定装置SCにおける測定部2Dの構成を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the surface shape measuring apparatus SC in the third embodiment. FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the measurement unit 2D in the surface shape measurement apparatus SC shown in FIG.

第3実施形態の表面形状測定装置SCは、測定対象物Obにおける高さ方向(厚さ方向)の変化である表面形状を測定する装置であり、例えば、図8に示すように、測定光生成部1Cと、測定部2Dと、位相検波部3Cと、ステージ(載置台)4と、演算制御部5と、入力部6と、出力部7とを備えて構成され、ステージ4によって測定対象物Obを水平方向に移動させることによって測定対象物Obの表面を走査し、所定範囲に亘る測定対象物Obの表面形状を測定するものである。   The surface shape measuring device SC of the third embodiment is a device that measures a surface shape that is a change in the height direction (thickness direction) of the measurement object Ob. For example, as shown in FIG. Unit 1C, measurement unit 2D, phase detection unit 3C, stage (mounting table) 4, calculation control unit 5, input unit 6 and output unit 7, and is configured to be measured by stage 4 The surface of the measurement object Ob is scanned by moving Ob in the horizontal direction, and the surface shape of the measurement object Ob over a predetermined range is measured.

測定光生成部1Cは、所定の可干渉光であって、測定対象物Obの表面形状を光ヘテロダイン干渉法によって測定するための測定光MLを生成する装置である。測定光MLは、周期的に周波数がシフトする光(図10(B)参照)であって、予め設定された所定の偏光面を持つ偏光である。このような測定光生成部1Cは、例えば、図8に示すように、光源部1Caと、光アイソレータ1Cbと、偏光子1Ccと、出力端子1Cdとを備えて構成される。   The measurement light generation unit 1C is a device that generates measurement light ML that is predetermined coherent light and measures the surface shape of the measurement object Ob by the optical heterodyne interferometry. The measurement light ML is light (see FIG. 10B) whose frequency is periodically shifted, and is polarized light having a predetermined polarization plane set in advance. For example, as shown in FIG. 8, the measurement light generation unit 1C includes a light source unit 1Ca, an optical isolator 1Cb, a polarizer 1Cc, and an output terminal 1Cd.

光源部1Caは、光Lsを放射する装置であり、例えば、半導体レーザを備えて構成される。この半導体レーザは、発振周波数が注入電流に僅かに依存し、局所的な部分においてはこの間に線形性を持つ。この光源部1Caには、注入電流用電源(図示省略)が接続されている。本実施形態の光源部1Caでは、注入電流用電源を制御することにより、発振周波数の時間変化がグラフにおいて鋸刃状となるような発振周波数の変調を行う(図10(A)及び図10(B)参照)。このとき、半導体レーザにおいて注入電流に対して発振周波数が線形依存する領域(変調振幅Δi[A])を用い、この領域における半導体レーザの注入電流に対する発振周波数の変化率をβ[Hz/A]とし、変調周波数をfm[Hz]とする。光アイソレータ1Cbは、第1実施形態の光アイソレータ1Abと同様な光部品である。偏光子1Ccは、第1実施形態の偏光子1Acと同様な光部品である。出力端子1Cdは、光部品から光を射出するための端子であり、例えば、第1実施形態の出力端子1Adと同様な、光ファイバを接続するためのコネクタである。   The light source unit 1Ca is a device that emits light Ls, and includes, for example, a semiconductor laser. In this semiconductor laser, the oscillation frequency slightly depends on the injection current, and has a linearity in the local portion. A power source for injection current (not shown) is connected to the light source unit 1Ca. In the light source unit 1Ca of the present embodiment, the oscillation frequency is modulated such that the time change of the oscillation frequency becomes a saw blade in the graph by controlling the power supply for the injection current (FIG. 10A and FIG. B)). At this time, a region (modulation amplitude Δi [A]) in which the oscillation frequency is linearly dependent on the injection current in the semiconductor laser is used, and the change rate of the oscillation frequency with respect to the injection current of the semiconductor laser in this region is β [Hz / A]. And the modulation frequency is fm [Hz]. The optical isolator 1Cb is an optical component similar to the optical isolator 1Ab of the first embodiment. The polarizer 1Cc is an optical component similar to the polarizer 1Ac of the first embodiment. The output terminal 1Cd is a terminal for emitting light from the optical component. For example, the output terminal 1Cd is a connector for connecting an optical fiber similar to the output terminal 1Ad of the first embodiment.

これら光源部1Ca、光アイソレータ1Cb、偏光子1Cc、および出力端子1Cdは、互いに光軸を一致させて、光の伝播方向に従ってこの順で配設される。   The light source unit 1Ca, the optical isolator 1Cb, the polarizer 1Cc, and the output terminal 1Cd are arranged in this order according to the propagation direction of light with their optical axes aligned with each other.

このような測定光生成部1Cでは、光源部1Caの半導体レーザから射出された周期的に周波数がシフトする(発振周波数の時間変化がグラフにおいて鋸刃状となる(図10(B)参照))レーザ光Lsは、光アイソレータ1Cbを介して偏光子1Ccに入射され、所定の偏光面を持つレーザ光(s偏光のレーザ光またはp偏光のレーザ光)の測定光MLsとなって、出力端子1Cdから射出される。この測定光MLsは、測定部2Dに入射される。   In such a measurement light generation unit 1C, the frequency is periodically shifted from the semiconductor laser of the light source unit 1Ca (the time change of the oscillation frequency becomes a saw blade in the graph (see FIG. 10B)). The laser light Ls is incident on the polarizer 1Cc via the optical isolator 1Cb and becomes measurement light MLs of laser light (s-polarized laser light or p-polarized laser light) having a predetermined polarization plane, and is output terminal 1Cd. Is injected from. The measurement light MLs is incident on the measurement unit 2D.

測定光生成部1Cと測定部2Dとの接続には、第1実施形態における測定光生成部1Aと測定部2Aとの接続と同様に、光ファイバが用いられる。   An optical fiber is used for the connection between the measurement light generation unit 1C and the measurement unit 2D, similarly to the connection between the measurement light generation unit 1A and the measurement unit 2A in the first embodiment.

測定部2Dは、測定光生成部1Cからの測定光MLsが入射され、測定光MLsを用いた自己遅延型光ヘテロダイン干渉法によって測定対象物Obにおける表面形状の情報を含む光信号を得る装置である。このような測定部2Dは、1つの測定箇所MPに対する1回の測定光MLs(MLs1、MLs2、MLs3、・・・、MLsn)の照射による測定において、測定対象物Obの表面において3つ以上の複数の測定点P(P1、P2、P3、・・・、Pn)に測定光ML(MLs1、MLs2、MLs3、・・・、MLsn)をそれぞれ照射するべく、測定光生成部1Cからの測定光MLsを3つ以上の複数の測定光MLs1、MLs2、MLs3、・・・、MLsnに分ける光分割部と、この光分割部で分けられた複数の測定光MLs1、MLs2、MLs3、・・・、MLsnをそれぞれ案内して、測定対象物Obにおける複数の測定点P1、P2、P3、・・・、Pnに測定光をそれぞれ照射する3つ以上の複数の導光部と、測定対象物Obにおける複数の測定点P1、P2、P3、・・・、Pnでそれぞれ反射された複数の反射光RLs(RLs1、RLs2、RLs3、・・・、RLsn)における一対の反射光RLsを光干渉させる複数の光干渉部とを備え、これら複数の光干渉部における少なくとも1組の光干渉部は、互いに共通な反射光RLsを用いて光干渉させるように構成されている。また、前記の1組の光干渉部において干渉させる各反射光RLsを得るための1組の導光部は、これら1組の導光部のうちの前記1組の光干渉部における互いに共通な反射光RLsが得られる測定点Pに測定光MLsを照射する特定の導光部と、前記1組の導光部のうちの前記1組の光干渉部における互いに共通な反射光RLs以外の反射光RLsが得られる測定点Pに測定光MLsを照射する少なくとも2つの他の導光部との間の光路差Δdがそれぞれ所定の光路差となる光路長をそれぞれ有する。   The measurement unit 2D is an apparatus that receives the measurement light MLs from the measurement light generation unit 1C and obtains an optical signal including information on the surface shape of the measurement object Ob by self-delay optical heterodyne interferometry using the measurement light MLs. is there. Such a measurement unit 2D has three or more measurement objects on the surface of the measurement object Ob in the measurement by irradiation of one measurement light MLs (MLs1, MLs2, MLs3,..., MLsn) with respect to one measurement point MP. Measurement light from the measurement light generator 1C to irradiate the measurement light ML (MLs1, MLs2, MLs3,..., MLsn) to the plurality of measurement points P (P1, P2, P3,..., Pn), respectively. A light splitting unit that divides MLs into three or more measurement lights MLs1, MLs2, MLs3,..., MLsn, and a plurality of measurement lights MLs1, MLs2, MLs3,. Three or more light guides that respectively guide the MLsn and irradiate a plurality of measurement points P1, P2, P3,..., Pn on the measurement object Ob with measurement light, and a measurement object A pair of reflected light RLs in a plurality of reflected lights RLs (RLs1, RLs2, RLs3,..., RLsn) reflected at a plurality of measurement points P1, P2, P3,. A plurality of optical interference units, and at least one set of the optical interference units in the plurality of optical interference units is configured to cause optical interference using the reflected light RLs common to each other. Further, one set of light guides for obtaining each reflected light RLs to be interfered in the one set of light interference units is common to the one set of light interference units among the one set of light guide units. Reflections other than the reflected light RLs common to each other in the specific light guide unit that irradiates the measurement light MLs to the measurement point P where the reflected light RLs is obtained and the one set of light interference units of the one set of light guide units Each of the optical path lengths Δd between at least two other light guides that irradiate the measurement light MLs to the measurement point P where the light RLs is obtained has an optical path length that becomes a predetermined optical path difference.

より具体的に、測定部2Dは、例えば、図9に示すように、入力端子2Daと、入力側導波路2Dbと、対物レンズ2Dcと、ハーフミラ2Ddと、集光レンズ2Deと、出力側導波路2Dfと、出力端子2Dgとを備えて構成され、これら入力側導波路2Dbおよび出力側導波路2Dfは、基材2Dhに当該基材2Dhと屈折率の異なる光導波路を形成することによって設けられている。   More specifically, for example, as shown in FIG. 9, the measurement unit 2D includes an input terminal 2Da, an input-side waveguide 2Db, an objective lens 2Dc, a half mirror 2Dd, a condensing lens 2De, and an output-side waveguide. 2Df and an output terminal 2Dg, and these input-side waveguide 2Db and output-side waveguide 2Df are provided by forming an optical waveguide having a refractive index different from that of the substrate 2Dh on the substrate 2Dh. Yes.

基材2Dhは、所定の屈折率を持つ材料から形成された板状の部材(基板)であり、外周面の所定の各位置に入力端子2Daおよび出力端子2Dgが配設されている。図9に示す例では、基材2Dhは、略直方体形状であり、その上面上に入力端子2Daおよび出力端子2Dgが配設されている。この入力端子2Daには、上述のように、測定光生成部1Cから延びる前記光ファイバが接続される。   The base material 2Dh is a plate-like member (substrate) formed from a material having a predetermined refractive index, and the input terminal 2Da and the output terminal 2Dg are arranged at predetermined positions on the outer peripheral surface. In the example shown in FIG. 9, the base material 2Dh has a substantially rectangular parallelepiped shape, and the input terminal 2Da and the output terminal 2Dg are disposed on the upper surface thereof. As described above, the optical fiber extending from the measurement light generator 1C is connected to the input terminal 2Da.

そして、基材2Dhには、基材2Dhにおける入力端子2Daが配設されている位置から延びる入力側導波路2Dbが、基材2Dhにおける前記所定の屈折率よりも極僅かだけ(例えば0.3〜3%程度)大きくすることによって形成されている。この入力側導波路2Dbは、入力端子2Daを介してその一方端から入射された測定光生成部1Cからの測定光MLsを分岐させ、その他方端に配設されている対物レンズ2Dcまで案内する。   The base material 2Dh has an input-side waveguide 2Db extending from the position where the input terminal 2Da in the base material 2Dh is disposed only slightly (for example, 0.3 mm) than the predetermined refractive index in the base material 2Dh. It is formed by increasing (about 3%). The input side waveguide 2Db branches the measurement light MLs from the measurement light generation unit 1C incident from one end thereof via the input terminal 2Da and guides it to the objective lens 2Dc disposed at the other end. .

詳しくは、入力側導波路2Dbは、光分岐部2Db−1、2Db−2と、導波路部2Db−3、2Db−4、2Db−5とを備えて構成されている。   Specifically, the input-side waveguide 2Db includes optical branching portions 2Db-1, 2Db-2 and waveguide portions 2Db-3, 2Db-4, 2Db-5.

光分岐部2Db−1、2Db−2は、入力端子2Daを介して入力側導波路2Db内に入射した測定光生成部1Cからの測定光MLsを複数の測定光MLs(図9に示す例では、MLs1、MLs2、MLs3)に分配し、分配した複数の測定光MLs1、MLs2、MLs3をそれぞれ複数の導波路部2Db−3、2Db−4、2Db−5に入射させる。図9に示す例では、2つの光分岐部2Db−1、2Db−2が測定光MLsを3つの測定光MLs1、MLs2、MLs3に分岐し、これら3つの測定光MLs1、MLs2、MLs3をそれぞれ3つの導波路部2Db−3、2Db−4、2Db−5に入射させる。各導波路部2Db−3、2Db−4、2Db−5は、各光分岐部2Db−1、2Db−2の上流側の入力側導波路2Dbの部位と共同して、入力側導波路部(導光部)2Db−13、2Db−14、2Db−15を構成する。各入力側導波路部2Db−13、2Db−14、2Db−15は、隣り合う測定点Pn、Pn+1に測定光MLsを照射する一対の入力側導波路部間の光路差が所定の光路差Δdとなる光路長をそれぞれ有している。本実施形態の各入力側導波路部2Db−13、2Db−14、2Db−15では、測定対象物Obの表面において一列に並ぶ測定点P1、P2、P3、…、Pnの一端に位置する測定点P1に向けて測定光MLs1を導波する入力側導波路部2Db−13から前記一列の他端側に位置する測定点Pnに測定光MLsを照射する入力側導波路部に向けて光路長が順に長くなっている。このように、複数の入力側導波路部の光路長が順に長くなるように構成されることで、列方向に並ぶ測定点Pn、Pn+1間の勾配をそれぞれ一度に測定することができるため、測定点P1、P2、P3、…、Pnの並ぶ方向に沿った測定対象物Obの表面形状を一度に測定することができる。図9に示す例では、測定光MLs1を導波する入力側導波路部2Db−13よりも測定光MLs2を導波する入力側導波路部2Db−14の法が光路長がΔdだけ長く、測定光MLs2を導波する入力側導波路部2Db−14よりも測定光MLs3を導波する入力側導波路部2Db−15の法が光路長がΔdだけ長くなるように構成されている。即ち、互いに隣り合う測定点P1、P2に照射される測定光MLs1、MLs2を導波する入射側導波路部2Db−13、2Db−14が、これら入射側導波路部2Db−13、2Db−14間の光路差が所定の光路差Δdとなる光路長をそれぞれ有し、且つ、互いに隣り合う測定点P2、P3に照射される測定光MLs2、MLs3を導波する入射側導波路部2Db−14、2Db−15が、これら入射側導波路部2Db−14、2Db−15間の光路差が前記所定の光路差Δdとなる光路長をそれぞれ有する。具体的には、各入力側導波路部2Db−13、2Db−14、2Db−15は、基材2Dhにおいて、共通の面(図9においては紙面)に沿って配設されている。そして、入力側導波路2Db−14は、前記共通の面に沿って湾曲するように延びる光路冗長部DV−1が形成されることで入力側導波路2Db−13よりも光路長がΔdだけ長くなり、入力側導波路2Db−15は、前記共通の面に沿って光路冗長部DV−1よりもさらに大きく湾曲するように延びる光路冗長部DV−2が形成されることで入力側導波路2Db−14よりも光路長がΔdだけ長くなっている。   The optical branching units 2Db-1 and 2Db-2 receive the measurement light MLs from the measurement light generation unit 1C that has entered the input-side waveguide 2Db via the input terminal 2Da into a plurality of measurement light MLs (in the example shown in FIG. 9). , MLs1, MLs2, and MLs3), and the distributed plurality of measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 are respectively incident on the plurality of waveguide portions 2Db-3, 2Db-4, and 2Db-5. In the example illustrated in FIG. 9, the two light branching units 2Db-1 and 2Db-2 branch the measurement light MLs into three measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3, and the three measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 are respectively 3 It is made to enter into two waveguide part 2Db-3, 2Db-4, and 2Db-5. Each of the waveguide sections 2Db-3, 2Db-4, and 2Db-5 cooperates with the input-side waveguide section 2Db on the upstream side of each of the optical branch sections 2Db-1 and 2Db-2. 2Db-13, 2Db-14, 2Db-15. Each of the input-side waveguide portions 2Db-13, 2Db-14, and 2Db-15 has a predetermined optical path difference Δd between the pair of input-side waveguide portions that irradiate the measurement light MLs to the adjacent measurement points Pn and Pn + 1. Each has an optical path length. In each of the input-side waveguide portions 2Db-13, 2Db-14, and 2Db-15 of the present embodiment, the measurement is located at one end of the measurement points P1, P2, P3,..., Pn arranged in a line on the surface of the measurement object Ob. The optical path length from the input-side waveguide section 2Db-13 that guides the measurement light MLs1 toward the point P1 toward the input-side waveguide section that irradiates the measurement light MLs to the measurement point Pn that is positioned on the other end side of the row. Are getting longer. As described above, since the optical path lengths of the plurality of input-side waveguide portions are sequentially increased, the gradient between the measurement points Pn and Pn + 1 aligned in the column direction can be measured at a time. It is possible to measure the surface shape of the measuring object Ob along the direction in which the points P1, P2, P3,. In the example shown in FIG. 9, the method of the input side waveguide section 2Db-14 that guides the measurement light MLs2 is longer than the input side waveguide section 2Db-13 that guides the measurement light MLs1, and the optical path length is longer by Δd. The method of the input side waveguide section 2Db-15 that guides the measurement light MLs3 is configured so that the optical path length is longer by Δd than the input side waveguide section 2Db-14 that guides the light MLs2. That is, the incident-side waveguide portions 2Db-13 and 2Db-14 that guide the measurement lights MLs1 and MLs2 irradiated to the adjacent measurement points P1 and P2 are the incident-side waveguide portions 2Db-13 and 2Db-14. The incident-side waveguide section 2Db-14 that guides the measurement lights MLs2 and MLs3 irradiated to the measurement points P2 and P3 that are adjacent to each other and have optical path lengths such that the optical path difference between them is a predetermined optical path difference Δd. 2Db-15 has an optical path length at which the optical path difference between the incident-side waveguide sections 2Db-14 and 2Db-15 becomes the predetermined optical path difference Δd. Specifically, each of the input-side waveguide portions 2Db-13, 2Db-14, and 2Db-15 is disposed along a common surface (paper surface in FIG. 9) in the base material 2Dh. The input-side waveguide 2Db-14 has an optical path length longer by Δd than the input-side waveguide 2Db-13 by forming the optical path redundant portion DV-1 extending so as to curve along the common plane. Thus, the input side waveguide 2Db-15 is formed by forming the optical path redundant portion DV-2 extending so as to be curved more greatly than the optical path redundant portion DV-1 along the common plane. The optical path length is longer than Δ-14 by Δd.

入力側導波路部2Db−13、2Db−14間、及び、入力側導波路部2Db−14、2Db−15間の光路差は、隣り合う測定点P1、P2又はP2、P3で反射された反射光RLs1、RLs2又はRLs2、RLs3同士を出力側導波路2Dfで光干渉させるためにこれら一対の反射光RLs1、RLs2又はRLs2、RLs3と対応する測定光MLs1、MLs2又はMLs2、MLs3間に設けられる周波数の差Δfsに基づくものである。具体的に、光路差Δdは、以下の式(1)によって規定される。   The optical path difference between the input side waveguide sections 2Db-13 and 2Db-14 and between the input side waveguide sections 2Db-14 and 2Db-15 is reflected by the adjacent measurement points P1, P2 or P2, P3. Frequency provided between the pair of reflected light RLs1, RLs2 or RLs2, RLs3 and the corresponding measurement light MLs1, MLs2, or MLs2, MLs3 to cause the light RLs1, RLs2 or RLs2, RLs3 to interfere with each other in the output-side waveguide 2Df This is based on the difference Δfs. Specifically, the optical path difference Δd is defined by the following equation (1).


Δfs=α・(Δd/C)=β・Δi・fm・(Δd/C) [Hz] ・・・(1)

ここで、Cは測定光MLの進行速度であり、半導体レーザが線形依存する領域におけるΔiは変調振幅(図10(A)参照)であり、βは半導体レーザの注入電流Δiに対する発振周波数の変化率(図10(B)参照)であり、αは時間あたりの測定光周波数の変化率であって、
α=β・Δi・fm [Hz/秒] ・・・(2)
を満たす値である。また、測定光MLsの周波数差Δfsは、後述する位相検波部3Cや演算制御部5における演算等で扱い易い値に設定される。

Δfs = α · (Δd / C) = β · Δi · fm · (Δd / C) [Hz] (1)

Here, C is the traveling speed of the measuring light ML, Δi in a region where the semiconductor laser is linearly dependent is modulation amplitude (see FIG. 10A), and β is a change in oscillation frequency with respect to the injection current Δi of the semiconductor laser. (See FIG. 10B), α is the rate of change of the measured optical frequency per time,
α = β · Δi · fm [Hz / sec] (2)
It is a value that satisfies Further, the frequency difference Δfs of the measurement light MLs is set to a value that is easy to handle by calculation in the phase detection unit 3C and the calculation control unit 5 described later.

一対の入力側導波路部2Db−13、2Db−14、又は、2Db−14、2Db−15間にこのような光路差Δdを設けることで、各入射側導波路部2Db−13、2Db−14、2Db−15に導波された測定光MLs1、MLs2、又はMLs2、MLs3間には僅かな周波数差Δfsが生じ(例えば、図11参照)、これにより、測定対象物Obの測定箇所MPで反射された反射光RLs1、RLs2、又はRLs2、RLs3同士を光へテロダイン干渉(自己遅延型光へテロダイン干渉)させることが可能となる。   By providing such an optical path difference Δd between the pair of input side waveguide portions 2Db-13, 2Db-14, or 2Db-14, 2Db-15, each incident side waveguide portion 2Db-13, 2Db-14. 2Db-15 guided measurement light MLs1, MLs2, or between MLs2 and MLs3, a slight frequency difference Δfs is generated (for example, see FIG. 11), and reflected by the measurement point MP of the measurement object Ob. The reflected light RLs1 and RLs2 or the RLs2 and RLs3 that have been reflected can be subjected to light heterodyne interference (self-delayed light heterodyne interference).

尚、各入力側導波路部2Db−13、2Db−14、2Db−15は、前記一列に並ぶ測定点P1、P2、P3、…、Pnの一端に位置する測定点P1に向けて測定光MLs1を導波する入力側導波路部2Db−13から前記一列の他端側に位置する測定点Pnに向けて測定光MLsを導波する入力側導波路部に向けて光路長が順に長くなる構成に限定されない。例えば、各入力側導波路部は、特定の入力側導波路部の光路長を基準として、この特定の入力側導波路部の光路長とこれ以外の他の入力側導波路部の光路長との光路差がそれぞれ上記の周波数の差Δfsとなるように構成されてもよい。図12に示す例では、測定部2Eに3つの入力側導波路部2Eb−13、2Eb−14、2Eb−15が設けられ、2番目(中央)の入力側導波路部(特定の入力側導波路部)2Eb−14に光路冗長部EVを設けることによって、隣り合う測定点Pn、Pn+1に向けて測定光MLsを導波する一対の入力側導波路部2Eb−13、2Eb−14、又は2Eb−14、2Eb−15間に所定の光路差Δdを生じさせている。このように構成することで、測定点P1と測定点P2とに測定光MLs1、MLs2を照射する入力側導波路部2Eb−13、2Eb−14間の光路差Δdと、測定点P2と測定点P3とに測定光MLs2、MLs3を照射する入力側導波路部2Eb−14、2Eb−15間の光路差Δdとを容易且つ確実に一致させることができ、これにより、測定対象物Obの表面形状をより精度よく測定することができる。   Each of the input-side waveguide portions 2Db-13, 2Db-14, 2Db-15 is directed to the measurement light MLs1 toward the measurement point P1 positioned at one end of the measurement points P1, P2, P3,. A structure in which the optical path length is sequentially increased from the input-side waveguide portion 2Db-13 that guides the measurement light toward the input-side waveguide portion that guides the measurement light MLs toward the measurement point Pn that is located on the other end side of the row. It is not limited to. For example, each input-side waveguide section is based on the optical path length of the specific input-side waveguide section and the optical path lengths of the other input-side waveguide sections other than this. The optical path difference may be the frequency difference Δfs described above. In the example shown in FIG. 12, the measurement unit 2E includes three input-side waveguide portions 2Eb-13, 2Eb-14, and 2Eb-15, and the second (center) input-side waveguide portion (specific input-side waveguide) is provided. By providing the optical path redundant part EV in the waveguide part 2Eb-14, a pair of input side waveguide parts 2Eb-13, 2Eb-14, or 2Eb for guiding the measurement light MLs toward the adjacent measurement points Pn and Pn + 1 A predetermined optical path difference Δd is generated between −14 and 2Eb−15. With this configuration, the optical path difference Δd between the input-side waveguide portions 2Eb-13 and 2Eb-14 that irradiate the measurement light MLs1 and MLs2 to the measurement point P1 and the measurement point P2, and the measurement point P2 and the measurement point The optical path difference Δd between the input-side waveguide portions 2Eb-14 and 2Eb-15 that irradiate the measurement light MLs2 and MLs3 to P3 can be easily and reliably matched, and thereby the surface shape of the measurement object Ob Can be measured with higher accuracy.

また、各入力側導波路部は、一列に並ぶ測定点の一端に位置する測定点に向けて測定光を導波する導光部から前記一列の他端側に位置する測定点に向けて測定光を導波する入力側導波部に向けて奇数番目(又は偶数番目)の入力側導波部の光路長がそれぞれ同じになるように構成されてもよい。図7(A)に示す例において、測定点P1、P2、P3に照射する測定光MLs1、MLs2、MLs3を導光する入力側導波路部を1組とし、測定点P3、P4、P5に照射する測定光MLs3、MLs4、MLs5を導光する入力側導波路部を別の1組とする。そして、前記1組の入力側導波路部の測定光MLs2を導光する入力側導波路部(特定の入力側導波路部)の光路長と、測定光MLs1、MLs3を導光する入力側導波路部(他の入力側導波路部)の光路長との光路差がそれぞれ上述の光路差Δdとなるように構成すると共に、前記別の1組の入力側導波路部の測定光MLs4を導光する入力側導波路部(特定の入力側導波路部)の光路長と、測定光MLs3、MLs5を導光する入力側導波路部(他の入力側導波路部)の光路長との光路差がそれぞれ上述の光路差Δdとなるように構成してもよい。   In addition, each input-side waveguide section measures from a light guide section that guides measurement light toward a measurement point located at one end of the measurement points arranged in a row toward a measurement point located at the other end of the row. The optical path lengths of the odd-numbered (or even-numbered) input-side waveguides may be the same toward the input-side waveguide that guides light. In the example shown in FIG. 7 (A), the input side waveguide portion that guides the measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 irradiated to the measurement points P1, P2, and P3 is set as one set, and the measurement points P3, P4, and P5 are irradiated. The input-side waveguide section that guides the measurement light MLs3, MLs4, and MLs5 to be measured is another set. Then, the optical path length of the input side waveguide part (specific input side waveguide part) that guides the measurement light MLs2 of the set of input side waveguide parts, and the input side guide that guides the measurement lights MLs1 and MLs3. The optical path difference with the optical path length of the waveguide section (other input side waveguide section) is set to the above-described optical path difference Δd, and the measurement light MLs4 of the other set of input side waveguide sections is guided. The optical path length between the optical path length of the input-side waveguide section that emits light (specific input-side waveguide section) and the optical path length of the input-side waveguide section that guides the measurement light MLs3 and MLs5 (other input-side waveguide sections) You may comprise so that a difference may become said optical path difference (DELTA) d, respectively.

この場合、測定点Pの数をさらに増やし、奇数番目の測定点P(2n+1)に照射する測定光MLs(2n+1)を導光する入力側導波路部の光路長を全て同じ第1光路長にし、例えば特定の偶数番目の測定点P6を除く偶数番目の測定点P(2(n+1))に照射する測定光MLs(2(n+1))を導光する入力側導波路部の光路長を第1光路長と異なる第2光路長とし、測定点P6に測定光MLs6を照射する入力側導波路部の光路長だけを第1光路長及び第2光路長と異なる第3光路長とすれば、測定点P6に照射する測定光MLs6を導光する入力側導波路部とその隣の測定点P5、P7に照射する測定光MLs5、MLs7を導光する入力側導波路部との間の光路差Δd1を、他の隣り合う測定点Pn、Pn+1に照射する測定光MLsn、MLsn+1を導光する入力側導波路部間の各光路差Δd2と異なる値にすることができる。即ち、このような構成の表面形状測定装置では、光へテロダイン干渉させる光同士の周波数差を測定対象物Obにおける測定点Pの並ぶ方向において変化させることが可能となる。   In this case, the number of the measurement points P is further increased, and the optical path lengths of the input-side waveguide portions that guide the measurement light MLs (2n + 1) irradiated to the odd-numbered measurement points P (2n + 1) are all set to the same first optical path length. For example, the optical path length of the input-side waveguide section that guides the measurement light MLs (2 (n + 1)) irradiated to the even-numbered measurement points P (2 (n + 1)) excluding the specific even-numbered measurement point P6 is If the second optical path length is different from the first optical path length, and only the optical path length of the input-side waveguide portion that irradiates the measurement light MLs6 to the measurement point P6 is the third optical path length different from the first optical path length and the second optical path length, Optical path difference between the input-side waveguide part that guides the measurement light MLs6 irradiated to the measurement point P6 and the input-side waveguide part that guides the measurement light MLs5 and MLs7 irradiated to the adjacent measurement points P5 and P7 Measurement to irradiate Δd1 to other adjacent measurement points Pn and Pn + 1 MLSN, may be different values for each of the optical path difference Δd2 between the input waveguide portion for guiding the MLSN + 1. That is, in the surface shape measuring apparatus having such a configuration, it is possible to change the frequency difference between the light beams that cause light heterodyne interference in the direction in which the measurement points P of the measurement object Ob are arranged.

また、図7(B)に示す例において、測定点P1、P2、P3、P4、P5に照射する測定光MLs1、MLs2、MLs3、MLs4、MLs5を導光する入力側導波路部を1組とし、測定光MLs3を導光する入力側導波路部(特定の入力側導波路部)の光路長と、測定光MLs1、MLs2、MLs4、MLs5を導光する入力側導波路部(他の入力側導波路部)の光路長との光路差がそれぞれ上述の光路差Δdとなるように構成してもよい。このように、特定の入力側導波路部からの測定光MLs3が照射される測定点P3を中心にしてそれを囲むように他の入力側導波路部からの測定光MLs1、MLs2、MLs4、MLs5が照射されるようにすれば、中心の測定点P3とその周りを囲む各測定点P1、P2、P4、P5との間の勾配をそれぞれ一度に測定することができ、これにより、測定対象物Obの表面方向における所定範囲の表面形状を一度に測定することが可能となる。   Further, in the example shown in FIG. 7B, a set of input side waveguide portions that guide the measurement lights MLs1, MLs2, MLs3, MLs4, and MLs5 irradiated to the measurement points P1, P2, P3, P4, and P5 are set as one set. , The optical path length of the input side waveguide section (specific input side waveguide section) that guides the measurement light MLs3, and the input side waveguide section (other input side) that guides the measurement lights MLs1, MLs2, MLs4, and MLs5 You may comprise so that the optical path difference with the optical path length of a waveguide part) may become said optical path difference (DELTA) d, respectively. In this way, the measurement lights MLs1, MLs2, MLs4, and MLs5 from the other input-side waveguide parts so as to surround the measurement point P3 irradiated with the measurement light MLs3 from the specific input-side waveguide part. , The gradient between the central measurement point P3 and each of the measurement points P1, P2, P4, P5 surrounding the measurement point P3 can be measured at a time. It is possible to measure a surface shape in a predetermined range in the surface direction of Ob at a time.

対物レンズ2Dcは、入力側導波路2Dbで導光された複数の測定光MLs1、MLs2、MLs3のそれぞれにレンズ作用を与えるべく、複数の測定光MLs1、MLs2、MLs3の個数に対応した個数のレンズを備えて構成され、その射出側には、ハーフミラ2Ddが配設されている。図9に示す例では、対物レンズ2Dcは、入力側導波路2Dbにおける3つの導波路部2Db−3〜2Db−5から射出された各測定光MLs1、MLs2、MLs3のそれぞれにレンズ作用を与えるべく、3つのレンズを備えて構成されている。対物レンズ2Dcの各レンズは、入力側導波路2Dbにおける3つの導波路部2Db−3〜2Db−5から射出された各測定光MLs1、MLs2、MLs3を集光し、これら集光した各測定光MLs1、MLs2、MLs3をハーフミラ2Ddに入射させる。   The objective lens 2Dc has a number of lenses corresponding to the number of the plurality of measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 so as to give a lens action to each of the plurality of measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 guided by the input-side waveguide 2Db. The half mirror 2Dd is disposed on the exit side. In the example shown in FIG. 9, the objective lens 2Dc is intended to give a lens action to each of the measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 emitted from the three waveguide portions 2Db-3 to 2Db-5 in the input-side waveguide 2Db. It is configured with three lenses. Each lens of the objective lens 2Dc collects the measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 emitted from the three waveguide portions 2Db-3 to 2Db-5 in the input-side waveguide 2Db, and collects the measurement lights. MLs1, MLs2, and MLs3 are made incident on the half mirror 2Dd.

ハーフミラ2Ddは、入射光を光パワーの点で2つの光に分配してそれぞれ射出する光部品であり、この分配された一方の光は、ハーフミラ2Ddを通過してそのままの方向で射出され、この分配された他方の光は、ハーフミラ2Ddで反射されて前記方向と垂直な方向(直交する方向)で射出される。   The half mirror 2Dd is an optical component that divides incident light into two lights in terms of optical power and emits them respectively. One of the distributed lights passes through the half mirror 2Dd and is emitted in the same direction. The other distributed light is reflected by the half mirror 2Dd and emitted in a direction perpendicular to the direction (a direction perpendicular to the direction).

これら入力側導波路2Dbおよび対物レンズ2Dcは、互いにその光軸が一致するように配置されており、ハーフミラ2Ddは、この光軸に対し鏡面が45度の角度で交差するように配設されている。   The input-side waveguide 2Db and the objective lens 2Dc are arranged so that their optical axes coincide with each other, and the half mirror 2Dd is arranged so that the mirror surface intersects the optical axis at an angle of 45 degrees. Yes.

このような構成の入力端子2Da、入力側導波路2Db、対物レンズ2Dcおよびハーフミラ2Ddでは、測定光生成部1Cからの測定光MLsは、入力端子2Daを介して入力側導波路2Dbに入射し、光分岐部2Db−1で分配され、一方の測定光MLs3は、導波路部2Db−5内を伝播し、当該導波路部2Db−5によって導光され、対物レンズ2Dcの対応するレンズに入射される。また、光分岐部2Db−1で分配された他方の測定光MLsは、光分岐部2Db−2で分配され、一方の測定光MLs2は、導波路部2Db−4内を伝播し、当該導波路部2Db−4によって導光され、対物レンズ2Dcの対応するレンズに入射される。また、光分岐部2Db−2で分配された他方の測定光MLs1は、導波路部2Db−3内を伝播し、当該導波路部2Db−3によって導光され、対物レンズ2Dcの対応するレンズに入射される。   In the input terminal 2Da, the input side waveguide 2Db, the objective lens 2Dc, and the half mirror 2Dd configured as described above, the measurement light MLs from the measurement light generation unit 1C is incident on the input side waveguide 2Db via the input terminal 2Da. One measurement light MLs3 distributed in the optical branching section 2Db-1 propagates in the waveguide section 2Db-5, is guided by the waveguide section 2Db-5, and enters the corresponding lens of the objective lens 2Dc. The The other measurement light MLs distributed by the optical branching unit 2Db-1 is distributed by the optical branching unit 2Db-2, and the one measurement light MLs2 propagates in the waveguide unit 2Db-4, and the waveguide The light is guided by the portion 2Db-4 and is incident on the corresponding lens of the objective lens 2Dc. The other measurement light MLs1 distributed by the optical branching section 2Db-2 propagates through the waveguide section 2Db-3, is guided by the waveguide section 2Db-3, and is applied to the corresponding lens of the objective lens 2Dc. Incident.

このとき、各導波路部2Db−3〜2Db−5では、互いに光路長が異なるため、対物レンズ2Dcに入射した各測定光MLs1、MLs2、又は、MLs2、MLs3間には所定の周波数差Δfsが生じている。   At this time, since the optical path lengths of the waveguide portions 2Db-3 to 2Db-5 are different from each other, there is a predetermined frequency difference Δfs between the measurement lights MLs1 and MLs2 or MLs2 and MLs3 incident on the objective lens 2Dc. Has occurred.

ハーフミラ2Ddを通過してそのままの方向で射出された、3つの平行な測定光MLs1、MLs2、MLs3は、集光レンズ2Deに入射される。   Three parallel measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 that have passed through the half mirror 2Dd and exited in the same direction are incident on the condenser lens 2De.

そして、ハーフミラ2Ddで反射されハーフミラ2Ddから射出された3つの平行な測定光MLs1、MLs2、MLs3は、測定部2Dから射出され、測定対象物Obの表面での1つの測定箇所MPにおける3つの測定点P1、P2、P3にそれぞれ照射され、反射される。この測定対象物Obの表面における3つの測定点P1、P2、P3でそれぞれ反射された3つの反射光(反射光の正反射成分)RLs(RLs1、RLs2、RLs3)は、測定部2Dに入射され、ハーフミラ2Ddを介して集光レンズ2Deに入射される。反射光RLs1は、測定光MLs1が測定点P1で反射した光である。反射光RLs2は、測定光MLs2が測定点P2で反射した光である。そして、反射光RLs3は、測定光MLs3が測定点P3で反射した光である。   Then, the three parallel measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 reflected by the half mirror 2Dd and emitted from the half mirror 2Dd are emitted from the measurement unit 2D, and are measured at one measurement location MP on the surface of the measurement object Ob. The points P1, P2, and P3 are respectively irradiated and reflected. Three reflected lights (regular reflection components of reflected light) RLs (RLs1, RLs2, RLs3) reflected at three measurement points P1, P2, and P3 on the surface of the measurement object Ob are incident on the measurement unit 2D. , And enters the condenser lens 2De via the half mirror 2Dd. The reflected light RLs1 is light reflected by the measurement light MLs1 at the measurement point P1. The reflected light RLs2 is light reflected by the measurement light MLs2 at the measurement point P2. The reflected light RLs3 is light that is reflected by the measurement light MLs3 at the measurement point P3.

集光レンズ2Deは、第1実施形態における集光レンズ2Afや集光レンズ2Beと同様であり、その光軸が前記入力側導波路2Dbおよび対物レンズ2Dcの光軸と直交するように、かつ、ハーフミラ2Ddの鏡面と−45度(135度)の角度で交差するように配設されている。集光レンズ2Deは、複数の反射光RLs(図9に示す例では3つの反射光RLs1、RLs2、RLs3)のそれぞれにレンズ作用を与えるべく、反射光RLs(RLs1、RLs2、RLs3)の個数に対応した個数のレンズ(この例では3つのレンズ)を備えて構成され、その射出側には、出力側導波路2Dfが、基材2Dhの前記所定の屈折率よりも極僅かだけ(例えば0.3〜3%程度)大きくすることによって形成されている。   The condensing lens 2De is the same as the condensing lens 2Af and the condensing lens 2Be in the first embodiment, and its optical axis is orthogonal to the optical axes of the input-side waveguide 2Db and the objective lens 2Dc, and The mirror surface of the half mirror 2Dd is arranged so as to intersect at an angle of −45 degrees (135 degrees). The condenser lens 2De has the number of reflected lights RLs (RLs1, RLs2, RLs3) so as to give a lens action to each of the plurality of reflected lights RLs (three reflected lights RLs1, RLs2, RLs3 in the example shown in FIG. 9). A corresponding number of lenses (three lenses in this example) are provided, and on the exit side, the output-side waveguide 2Df is slightly smaller than the predetermined refractive index of the base material 2Dh (for example, 0. 0). It is formed by enlarging (about 3 to 3%).

出力側導波路2Dfは、第1実施形態における出力側導波路2Agや出力側導波路2Bfと同様であり、集光レンズ2Deから入射された各反射光RLs(図9に示す例では、RLs1、RLs2、RLs3)をそれぞれ導光し、複数の反射光RLsにおける一対の反射光RLsを光干渉させ、複数の干渉光ILsを導光するものである。ここで、本実施形態では、複数の干渉光ILsのうちの少なくとも1組の干渉光ILsは、互いに共通な反射光RLsを用いて光干渉させることによって生成されている。より具体的には、出力側導波路2Dfは、第1実施形態における出力側導波路2Agや出力側導波路2Bfと同様であり、3つの導波路部2Df−1、2Df−2、2Df−3と、1つの分岐部2Df−4と、2つの合流部2Df−5、2Df−6と、2つの導波路部2Df−7、2Df−8とを備えて構成されている。   The output-side waveguide 2Df is the same as the output-side waveguide 2Ag and the output-side waveguide 2Bf in the first embodiment, and each reflected light RLs incident from the condenser lens 2De (RLs1, RLs2, RLs3) are guided respectively, a pair of reflected lights RLs in the plurality of reflected lights RLs are caused to interfere with each other, and a plurality of interference lights ILs are guided. Here, in the present embodiment, at least one set of the interference light ILs among the plurality of interference lights ILs is generated by causing optical interference using the common reflected light RLs. More specifically, the output-side waveguide 2Df is the same as the output-side waveguide 2Ag and the output-side waveguide 2Bf in the first embodiment, and the three waveguide portions 2Df-1, 2Df-2, 2Df-3. And one branch portion 2Df-4, two junction portions 2Df-5, 2Df-6, and two waveguide portions 2Df-7, 2Df-8.

このような構成のハーフミラ2Dd、集光レンズ2De、出力側導波路2Dfおよび出力端子2Dgでは、図9に示す例では、測定対象物Obの表面における3つの測定点P1、P2、P3でそれぞれ反射された3つの反射光(反射光の正反射成分)RLs(RLs1、RLs2、RLs3)は、測定部2Dに入射され、ハーフミラ2Ddを介して集光レンズ2Deの前記各レンズにそれぞれ入射される。集光レンズ2Deの前記各レンズは、各反射光RLs1、RLs2、RLs3をそれぞれ出力側導波路2Dfにおける3つの導波路部2Df−1、2Df−2、2Df−3へ入射させる。すなわち、集光レンズ2Deの前記各レンズは、出力側導波路2Dfにおける3つの導波路部2Df−1、2Df−2、2Df−3に対する導波路カップリング用である。中央の導波路部2Df−2に入射された反射光RLs2は、導波路部2Df−2内を伝播し、導波路部2Df−2によって導光され、分岐部2Df−4で分配される。分岐部2Df−4で分配された一方の反射光RLs2(RLs2−1)は、合流部2Df−5に導光され、その他方の反射光RLs2(RLs2−2)は、合流部2Df−6に導光される。また、導波路部2Df−1に入射された反射光RLs1は、導波路部2Df−1内を伝播し、導波路部2Df−1によって導光され、合流部2Df−5に導光される。そして、導波路部2Df−3に入射された反射光RLs3は、導波路部2Df−3内を伝播し、導波路部2Df−3によって導光され、合流部2Df−6に導光される。合流部2Df−5では、上述のように導光された反射光RLs2と反射光RL1とが合波され、光ヘテロダイン干渉されて第1干渉光ILs1(=RLs1+RLs2)が生成される。この第1干渉光ILs1は、合流部2Df−5から導波路部2Df−7に導光され、導波路部2Df−7内を伝播し、導波路部2Df−7によって導光され、出力端子2Dgに入射される。そして、合流部2Df−6では、上述のように導光された反射光RLs2と反射光RLs3とが合波され、光ヘテロダイン干渉されて第2干渉光ILs2(=RLs2+RLs3)が生成される。この第2干渉光ILs2は、合流部2Df−6から導波路部2Df−8に導光され、導波路部2Df−8内を伝播し、導波路部2Df−8によって導光され、出力端子2Dgに入射される。これら第1および第2干渉光ILs1、ILs2は、測定対象物Obにおける表面形状の情報を含む光信号である。そして、これら第1および第2干渉光ILs1、ILs2は、出力端子2Dgを介して測定部2Dから位相検波部3Cへ入射される。   In the example shown in FIG. 9, the half mirror 2Dd, the condensing lens 2De, the output side waveguide 2Df, and the output terminal 2Dg having such a configuration are reflected at three measurement points P1, P2, and P3 on the surface of the measurement object Ob, respectively. The three reflected lights (regular reflection components of the reflected light) RLs (RLs1, RLs2, RLs3) are incident on the measurement unit 2D and are incident on the respective lenses of the condenser lens 2De via the half mirror 2Dd. The respective lenses of the condenser lens 2De cause the reflected lights RLs1, RLs2, and RLs3 to enter the three waveguide portions 2Df-1, 2Df-2, and 2Df-3 in the output-side waveguide 2Df, respectively. That is, each lens of the condenser lens 2De is for waveguide coupling with respect to the three waveguide portions 2Df-1, 2Df-2, and 2Df-3 in the output-side waveguide 2Df. The reflected light RLs2 incident on the central waveguide section 2Df-2 propagates through the waveguide section 2Df-2, is guided by the waveguide section 2Df-2, and is distributed by the branch section 2Df-4. One reflected light RLs2 (RLs2-1) distributed by the branching section 2Df-4 is guided to the joining section 2Df-5, and the other reflected light RLs2 (RLs2-2) is sent to the joining section 2Df-6. Light is guided. Further, the reflected light RLs1 incident on the waveguide section 2Df-1 propagates through the waveguide section 2Df-1, is guided by the waveguide section 2Df-1, and is guided to the junction section 2Df-5. The reflected light RLs3 incident on the waveguide section 2Df-3 propagates through the waveguide section 2Df-3, is guided by the waveguide section 2Df-3, and is guided to the junction section 2Df-6. In the merging unit 2Df-5, the reflected light RLs2 and the reflected light RL1 guided as described above are combined, and optical heterodyne interference is performed to generate the first interference light ILs1 (= RLs1 + RLs2). The first interference light ILs1 is guided from the merging portion 2Df-5 to the waveguide portion 2Df-7, propagates through the waveguide portion 2Df-7, is guided by the waveguide portion 2Df-7, and is output to the output terminal 2Dg. Is incident on. Then, in the junction 2Df-6, the reflected light RLs2 and the reflected light RLs3 guided as described above are combined and optical heterodyne interference is performed to generate the second interference light ILs2 (= RLs2 + RLs3). The second interference light ILs2 is guided from the merging portion 2Df-6 to the waveguide portion 2Df-8, propagates through the waveguide portion 2Df-8, is guided by the waveguide portion 2Df-8, and is output to the output terminal 2Dg. Is incident on. The first and second interference lights ILs1 and ILs2 are optical signals including information on the surface shape of the measurement object Ob. The first and second interference lights ILs1 and ILs2 are incident on the phase detection unit 3C from the measurement unit 2D via the output terminal 2Dg.

図8に戻って、第1実施形態と同様に、測定部2Dと位相検波部3Cとは、シングルモード光ファイバであってもよいが、光軸調整および伝播光の光量における優位性の観点から、マルチモード光ファイバによって接続されている。すなわち、本実施形態では、測定部2Dから射出された複数の干渉光ILs、図8および図9に示す例では第1および第2干渉光ILs1、ILs2は、マルチモード光ファイバによって導光され、位相検波部3Cへ入射する。   Returning to FIG. 8, as in the first embodiment, the measurement unit 2D and the phase detection unit 3C may be single-mode optical fibers, but from the viewpoint of superiority in optical axis adjustment and the amount of propagating light. Connected by multimode optical fiber. That is, in the present embodiment, the plurality of interference lights ILs emitted from the measurement unit 2D, and in the examples illustrated in FIGS. 8 and 9, the first and second interference lights ILs1 and ILs2 are guided by the multimode optical fiber, The light enters the phase detector 3C.

位相検波部3Cは、測定部2Dから射出した複数の干渉光ILsを位相検波し、互いに共通な反射光RLsを用いて光ヘテロダイン干渉することによって得られた組の干渉光間における位相差△Φを検出するものである。そして、位相検波部3Cは、この検出した位相差△Φを演算制御部5へ出力する。より具体的には、位相検波部3Cは、図8に示すように、干渉光用の光電変換部3Ca(3Ca1、3Ca2)と、干渉信号用の位相検波器3Cbと、を備えて構成される。   The phase detection unit 3C performs phase detection on the plurality of interference lights ILs emitted from the measurement unit 2D, and phase difference ΔΦ between a set of interference lights obtained by optical heterodyne interference using the reflected light RLs common to each other. Is detected. Then, the phase detection unit 3C outputs the detected phase difference ΔΦ to the calculation control unit 5. More specifically, as shown in FIG. 8, the phase detector 3C includes a photoelectric conversion unit 3Ca (3Ca1, 3Ca2) for interference light and a phase detector 3Cb for interference signal. .

光電変換部3Caは、例えばホトダイオード等の、入射光の光量に応じた信号レベルの電気信号に変換して該電気信号を出力する光電変換素子を備えて構成される。光電変換部3Caは、測定部2Dによって得られる干渉光ILsの個数に応じて用意され、測定部2Dからの複数の干渉光ILsをそれぞれ受光して、その各光量に応じた信号レベルの各電気信号を各干渉信号Sigとして出力するものである。本実施形態では、前記干渉光ILsは、2つであることから、2個の光電変換部3Ca1、3Ca2が用意される。各光電変換部3Ca1、3Ca2のそれぞれは、測定部2Dの出力端子2Dgから射出された2つの第1および第2干渉光ILs1、ILs2を各マルチモード光ファイバおよび図略の各入力端子を介してそれぞれ受光し、これら各干渉光ILs1、ILs2の各光量に応じて第1および第2干渉信号Sig1、Sig2をそれぞれ位相検波器3Cbへ出力する。   The photoelectric conversion unit 3Ca includes, for example, a photoelectric conversion element that converts an electric signal having a signal level corresponding to the amount of incident light and outputs the electric signal, such as a photodiode. The photoelectric conversion unit 3Ca is prepared according to the number of the interference light ILs obtained by the measurement unit 2D, receives each of the plurality of interference light ILs from the measurement unit 2D, and each electric signal having a signal level corresponding to each light amount. A signal is output as each interference signal Sig. In the present embodiment, since the interference light ILs is two, two photoelectric conversion units 3Ca1 and 3Ca2 are prepared. Each of the photoelectric conversion units 3Ca1 and 3Ca2 receives two first and second interference lights ILs1 and ILs2 emitted from the output terminal 2Dg of the measurement unit 2D via each multimode optical fiber and each input terminal (not shown). The first and second interference signals Sig1 and Sig2 are respectively output to the phase detector 3Cb in accordance with the respective light amounts of the interference lights ILs1 and ILs2.

位相検波器3Cbは、光電変換部3Caから複数の干渉信号Sigが入力され、互いに共通な反射光RLsを用いて光ヘテロダイン干渉することによって得られた組の干渉光ILsに関し、複数の干渉信号Sig間の位相差△Φsを検出する装置である。図8に示す例では、位相検波器3Cbは、光電変換部3Ca1、3Ca2から第1および第2干渉信号Sig1、Sig2が入力され、これら第1干渉信号Sig1と第2干渉信号Sig2との間における位相差△Φsを検出する。そして、位相検波器3Cbは、この検出した位相差△Φsを演算部制御部5へ出力する。   The phase detector 3Cb receives a plurality of interference signals Sig from the photoelectric conversion unit 3Ca and relates to a set of interference lights ILs obtained by optical heterodyne interference using the reflected light RLs common to each other. It is a device for detecting the phase difference ΔΦs between the two. In the example illustrated in FIG. 8, the phase detector 3Cb receives the first and second interference signals Sig1 and Sig2 from the photoelectric conversion units 3Ca1 and 3Ca2, and is between the first interference signal Sig1 and the second interference signal Sig2. The phase difference ΔΦs is detected. Then, the phase detector 3Cb outputs the detected phase difference ΔΦs to the calculation unit control unit 5.

そして、ステージ4、演算制御部5、入力部6および出力部7は、それぞれ、第1実施形態の表面形状測定装置SAにおけるステージ4、演算制御部5、入力部6および出力部7と同様であるので、その説明を省略する。   The stage 4, the calculation control unit 5, the input unit 6 and the output unit 7 are the same as the stage 4, the calculation control unit 5, the input unit 6 and the output unit 7 in the surface shape measuring apparatus SA of the first embodiment, respectively. Since there is, explanation is omitted.

次に、本実施形態における表面形状測定装置SCの動作について説明する。なお、以下の説明において、各測定箇所MPにおける複数の測定点Pnは、説明の便宜上、図8に示す場合を例として、3個である場合について説明を行う。   Next, the operation of the surface shape measuring apparatus SC in the present embodiment will be described. In the following description, for the sake of convenience of explanation, a case where there are three measurement points Pn at each measurement location MP will be described by taking the case shown in FIG. 8 as an example.

図略の電源スイッチがオンされると、表面形状測定装置SCが起動され、演算制御部5によって必要な各部の初期化が行われる。そして、例えば半導体ウェハ等の板状体の測定対象物Obがステージ4に載置され、入力部6から測定開始を指示するコマンドを受け付けると、演算制御部5は、測定対象物Obの表面形状の測定を開始する。   When a power switch (not shown) is turned on, the surface shape measuring device SC is activated and necessary parts are initialized by the arithmetic control unit 5. Then, for example, when a measurement object Ob of a plate-like body such as a semiconductor wafer is placed on the stage 4 and receives a command for instructing measurement start from the input unit 6, the arithmetic control unit 5 reads the surface shape of the measurement object Ob. Start measuring.

このとき、演算制御部5の光源制御部53は、測定光生成部1Cを駆動し、半導体レーザ光源1Caに周期的に周波数がシフトするレーザ光を発光させる。この半導体レーザ光源1Caによる所定のレーザ光の発光により、上述した光学系の作用によって、測定光MLsが測定光生成部1Cの出力端子1Cdから射出される。   At this time, the light source control unit 53 of the arithmetic control unit 5 drives the measurement light generation unit 1C to cause the semiconductor laser light source 1Ca to emit laser light whose frequency is periodically shifted. By the emission of a predetermined laser beam from the semiconductor laser light source 1Ca, the measurement light MLs is emitted from the output terminal 1Cd of the measurement light generation unit 1C by the action of the optical system described above.

続いて、この測定光生成部1Cの出力端子1Cdから射出された測定光MLsは、前記光ファイバを伝播し、測定部2Dに入射される。この測定部2Dでは、入力側導波路2Dbにおいて、この入射された測定光MLsを光分岐部2Db−1、2Db−2で複数の測定光MLs1、MLs2、MLs3に分岐し、この分岐した各測定光MLs1、MLs2、MLs3を互いに光路長の異なる導波路部2Db−3、2Db−4、2Db−5でそれぞれ伝播させ、導波路部2Db−3、2Db−4、2Db−5によって対物レンズ2Dcに入射させ、各測定点P1、P2、P3に照射する。各測定光MLs1、MLs2、MLs3から上述した光学系の作用によって第1および第2干渉光ILs1、ILs2がそれぞれ生成され、第1および第2干渉光ILs1、ILs2は、出力端子2Dgから射出される。続いて、この測定部2Dの出力端子2Dgから射出された第1および第2干渉光ILs1、ILs2は、前記マルチモード光ファイバを伝播し、位相検波部3Cに入射される。この位相検波部3Cでは、互いに共通な反射光RLs2を用いて自己遅延型光ヘテロダイン干渉することによって得られた組について、これら第1および第2干渉光ILs1、ILs2の位相検波によって、第1および第2干渉光ILs1、ILs2間の位相差△Φsが検出される。   Subsequently, the measurement light MLs emitted from the output terminal 1Cd of the measurement light generation unit 1C propagates through the optical fiber and enters the measurement unit 2D. In the measurement unit 2D, in the input-side waveguide 2Db, the incident measurement light MLs is branched into a plurality of measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 by the optical branching units 2Db-1 and 2Db-2, and each of the branched measurements. Lights MLs1, MLs2, and MLs3 are propagated through waveguide portions 2Db-3, 2Db-4, and 2Db-5 having different optical path lengths, respectively, and are propagated to the objective lens 2Dc by the waveguide portions 2Db-3, 2Db-4, and 2Db-5. Incident light is applied to each of the measurement points P1, P2, and P3. The first and second interference lights ILs1 and ILs2 are generated from the measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 by the above-described operation of the optical system, and the first and second interference lights ILs1 and ILs2 are emitted from the output terminal 2Dg. . Subsequently, the first and second interference lights ILs1 and ILs2 emitted from the output terminal 2Dg of the measurement unit 2D propagate through the multimode optical fiber and enter the phase detection unit 3C. In this phase detection unit 3C, the first and second interference lights ILs1 and ILs2 are detected by the phase detection of the first and second interference lights ILs1 and ILs2 with respect to the set obtained by the self-delay optical heterodyne interference using the reflected light RLs2 common to each other. A phase difference ΔΦs between the second interference lights ILs1 and ILs2 is detected.

そして、この測定部2Dおよび位相検波部3Cがこのような動作を行っている際に、演算制御部5のステージ制御部52は、ステージ4を制御することによって、測定対象物Obをその高さ方向に直交する水平方向に移動させる。例えば、演算制御部5のステージ制御部52は、測定箇所MPにおける複数の測定点Pnが移動方向に沿って一列に並び、この移動方向に沿って互いに隣接する2つの測定点Pn−1、Pnの間隔が等しくなるように、かつ、上述したように、一の測定箇所MPtempにおける測定点P3と、走査(移動)によってこの一の測定箇所MPtempの次に測定される測定箇所MPnextにおける測定点P1とが重複するように、ステージ4を移動させる。   When the measurement unit 2D and the phase detection unit 3C perform such an operation, the stage control unit 52 of the calculation control unit 5 controls the stage 4 to adjust the height of the measurement object Ob. Move in the horizontal direction perpendicular to the direction. For example, the stage control unit 52 of the arithmetic control unit 5 includes a plurality of measurement points Pn at the measurement location MP arranged in a line along the movement direction, and two measurement points Pn−1 and Pn adjacent to each other along the movement direction. , And as described above, the measurement point P3 at one measurement location MPtemp and the measurement point P1 at the measurement location MPnext measured next to this one measurement location MPtemp by scanning (moving). The stage 4 is moved so that and overlap.

続いて、これら各測定箇所MPmの各位相差△Φmが取得されると、演算制御部5の形状算出部51は、上述したように、各測定箇所MPmにおける勾配Grmを求め、走査順に従ってこれら各測定箇所MPmにおける勾配Grmを連結することによって、測定対象物Obの表面形状を求める。   Subsequently, when each phase difference ΔΦm of each measurement point MPm is acquired, the shape calculation unit 51 of the calculation control unit 5 obtains the gradient Grm at each measurement point MPm as described above, and each of these according to the scanning order. The surface shape of the measurement object Ob is obtained by connecting the gradient Grm at the measurement location MPm.

続いて、演算制御部5は、この求めた測定対象物Obの表面形状を出力部7に出力し、出力部7は、測定対象物Obの表面形状を表示する。   Subsequently, the arithmetic control unit 5 outputs the obtained surface shape of the measurement object Ob to the output unit 7, and the output unit 7 displays the surface shape of the measurement object Ob.

このように動作することによって本実施形態における表面形状測定装置SCおよびこれに実装された表面形状測定方法では、光へテロダイン法を用いた光干渉計による方法であるので、比較的短時間であってnmオーダで、測定対象物Obの表面形状を測定することができる。そして、このような構成の表面形状測定装置SCおよび表面形状測定方法では、測定対象物Obにおける3つ以上の複数の測定点P1、P2、P3、…、Pnで反射された複数の反射光RLs1、RLs2、RLs3を光干渉させる際に、互いに共通な反射光RLs2を用いて光干渉させる場合を含むので、測定対象物Obの表面における勾配情報を表す位相情報を持った干渉光が得られる。このため、例えば、測定対象物Obを載置するステージ4における上下動による振動、測定光学系における保持ゆらぎによる振動および測定対象物自体の振動等の振動が測定結果に及ぼす影響を相殺して略消去することができる。従って、このような構成の表面形状測定装置SCおよび表面形状測定方法は、比較的短時間であってnmオーダで、より高精度に、測定対象物Obの表面形状を測定することができる。   By operating in this way, the surface shape measuring apparatus SC and the surface shape measuring method mounted on the surface shape measuring device SC according to the present embodiment are methods using an optical interferometer using the optical heterodyne method. The surface shape of the measurement object Ob can be measured in the order of nm. In the surface shape measuring apparatus SC and the surface shape measuring method having such a configuration, a plurality of reflected lights RLs1 reflected at three or more measurement points P1, P2, P3,. When RLs2 and RLs3 are optically interfered with each other, there is a case where optical interference is performed using the reflected light RLs2 common to each other, so that interference light having phase information representing gradient information on the surface of the measurement object Ob can be obtained. For this reason, for example, the influence of vibrations such as vibration due to vertical movement on the stage 4 on which the measurement object Ob is placed, vibration due to holding fluctuations in the measurement optical system, and vibration of the measurement object itself on the measurement result is substantially canceled out. Can be erased. Therefore, the surface shape measuring apparatus SC and the surface shape measuring method having such a configuration can measure the surface shape of the measurement object Ob with higher accuracy in the order of nm in a relatively short time.

しかも、周期的に周波数が変化する測定光MLsを複数の測定光MLs1、MLs2、MLs3、…、MLsnに分け、これら測定光MLs間に光路差Δdを設けて複数の測定点P1、P2、P3、…、Pnにそれぞれ照射することにより照射時において各測定光MLs間に周波数差Δfsを生じさせ、その反射光RLs同士を光干渉させるいわゆる自己遅延型の光ヘテロダイン干渉方式を用いているため、光源部1Caの小型化等を図ると共に光源部1Caの選択の自由度を向上させることが可能となる。即ち、第2実施形態のような通常の光ヘテロダイン干渉方式(周波数が一定の光を2つの測定光に分け、一方の測定光を周波数変調して2つの測定光間に僅かな周波数差を設ける方式)では、光源として例えば、ガスレーザー等の発振周波数が極めて安定したレーザー発振器と光変調素子とを用いなければならないため、光源の選択の自由度が小さく且つ小型化が困難であるが、本発明のようないわゆる自己遅延型の光へテロダイン干渉方式では、例えば、半導体レーザ等を用いることが可能となるため、光源部1Caの小型化、安定性、光源寿命の向上等を図ることが可能となる。   In addition, the measurement light MLs whose frequency changes periodically is divided into a plurality of measurement lights MLs1, MLs2, MLs3,..., MLsn, and an optical path difference Δd is provided between the measurement lights MLs to provide a plurality of measurement points P1, P2, P3. ,..., Pn is used to generate a frequency difference Δfs between the measurement lights MLs at the time of irradiation, and so-called self-delay type optical heterodyne interference method is used in which the reflected lights RLs interfere with each other. It is possible to reduce the size of the light source unit 1Ca and improve the degree of freedom in selecting the light source unit 1Ca. That is, a normal optical heterodyne interference system as in the second embodiment (light having a constant frequency is divided into two measurement lights, and one measurement light is frequency-modulated to provide a slight frequency difference between the two measurement lights. Method), for example, a laser oscillator having a very stable oscillation frequency, such as a gas laser, and a light modulation element must be used as the light source. Therefore, the degree of freedom in selecting the light source is small and downsizing is difficult. In the so-called self-delayed optical heterodyne interference system as in the invention, for example, a semiconductor laser or the like can be used, so that the light source unit 1Ca can be reduced in size, stability, and light source lifetime can be improved. It becomes.

(第4実施形態)
第4実施形態における表面形状測定装置SDは、第3実施形態における表面形状測定装置SCと同様に、自己遅延型光ヘテロダイン干渉によって干渉光ILを生成し、この干渉光ILに基づいて測定対象物Obの表面形状を測定する装置であるが、光源から出射された測定光MLsの一部を参照光として干渉光と混合することにより測定精度をより向上させた装置である。
(Fourth embodiment)
Similar to the surface shape measuring device SC in the third embodiment, the surface shape measuring device SD in the fourth embodiment generates the interference light IL by self-delay type optical heterodyne interference, and the measurement object is based on the interference light IL. Although this is a device that measures the surface shape of Ob, it is a device that further improves measurement accuracy by mixing a part of the measurement light MLs emitted from the light source as interference light with interference light.

図13は、第4実施形態における表面形状測定装置SDの構成を示す図である。図14は、図13に示す表面形状測定装置SDにおける測定部2Dの構成を示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a surface shape measuring apparatus SD in the fourth embodiment. FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a measurement unit 2D in the surface shape measurement apparatus SD shown in FIG.

第4実施形態の表面形状測定装置SDは、測定対象物Obにおける高さ方向(厚さ方向)の変化である表面形状を測定する装置であり、例えば、図13に示すように、測定光生成部1Dと、測定部2Fと、位相検波部3Dと、ステージ(載置台)4と、演算制御部5と、入力部6と、出力部7とを備えて構成され、ステージ4によって測定対象物Obを水平方向に移動させることによって測定対象物Obの表面を走査し、所定範囲に亘る測定対象物Obの表面形状を測定するものである。   The surface shape measuring device SD of the fourth embodiment is a device that measures a surface shape that is a change in the height direction (thickness direction) of the measurement object Ob. For example, as shown in FIG. Unit 1D, measurement unit 2F, phase detection unit 3D, stage (mounting table) 4, calculation control unit 5, input unit 6 and output unit 7, and is configured to be measured by stage 4 The surface of the measurement object Ob is scanned by moving Ob in the horizontal direction, and the surface shape of the measurement object Ob over a predetermined range is measured.

測定光生成部1Dは、第3実施形態の測定光生成部1Cと同様に、光源部1Daと、光アイソレータ1Dbと、偏光子1Dcと、出力端子1Ddとを備えて構成される。光源部1Daは、第3実施形態の光源部1Caと同様な周期的に周波数がシフトする光を発する部品である。光アイソレータ1Dbは、第3実施形態の光アイソレータ1Cbと同様な光部品である。偏光子1Dcは、第3実施形態の偏光子1Ccと同様な光部品である。出力端子1Ddは、第3実施形態の出力端子1Cdと同様な、光ファイバを接続するためのコネクタである。   Similar to the measurement light generation unit 1C of the third embodiment, the measurement light generation unit 1D includes a light source unit 1Da, an optical isolator 1Db, a polarizer 1Dc, and an output terminal 1Dd. The light source unit 1Da is a component that emits light whose frequency is periodically shifted, similar to the light source unit 1Ca of the third embodiment. The optical isolator 1Db is an optical component similar to the optical isolator 1Cb of the third embodiment. The polarizer 1Dc is an optical component similar to the polarizer 1Cc of the third embodiment. The output terminal 1Dd is a connector for connecting an optical fiber, similar to the output terminal 1Cd of the third embodiment.

測定光生成部1Dと測定部2Fとの接続には、第3実施形態における測定光生成部1Cと測定部2Dとの接続と同様に、光ファイバが用いられる。この光ファイバの測定部2Fとの接続部位の上流側には、参照光分岐部Crefが設けられている。この参照光分岐部Crefは、光ファイバによって測定部2Fに入射される測定光MLs1の一部を参照光として分岐し、マルチモード光ファイバを通じて位相検波部3Dに入射させる。本実施形態の参照光分岐部Crefには、溶融ファイバの光ファイバ形光分岐結合器が用いられている。図14に示す例では、参照光分岐部Crefは、測定光MLsを導光する光ファイバにおける射出端部分に前記光ファイバを溶融ファイバによって2つに分ける光ファイバ分岐部Cref−1を設け、この光ファイバ分岐部Cref−1に2つの光ファイバCref−2、Cref−3が接続されている。この一方の光ファイバCref−2の他端は測定部2Fに接続され、他方の光ファイバCref−3の他端は位相検波部3Dに接続されている。尚、光ファイバ分岐部Cref−1は、例えば、測定光MLsを導光する光ファイバにおける射出端部分に接続される光ファイバ形光分岐結合器であってもよく、また例えば、測定光MLsを導光する光ファイバにおける前記射出端部分そのものを光ファイバ形光分岐結合器に加工したものであってもよい。   An optical fiber is used for the connection between the measurement light generation unit 1D and the measurement unit 2F, as in the connection between the measurement light generation unit 1C and the measurement unit 2D in the third embodiment. A reference light branching section Cref is provided on the upstream side of the connection portion of the optical fiber with the measuring section 2F. The reference light branching unit Cref branches a part of the measurement light MLs1 incident on the measurement unit 2F by the optical fiber as the reference light, and enters the phase detection unit 3D through the multimode optical fiber. A fused fiber optical fiber type optical branching coupler is used for the reference light branching section Cref of the present embodiment. In the example shown in FIG. 14, the reference light branching section Cref is provided with an optical fiber branching section Cref-1 that divides the optical fiber into two by a molten fiber at the exit end portion of the optical fiber that guides the measurement light MLs. Two optical fibers Cref-2 and Cref-3 are connected to the optical fiber branching section Cref-1. The other end of the one optical fiber Cref-2 is connected to the measurement unit 2F, and the other end of the other optical fiber Cref-3 is connected to the phase detection unit 3D. The optical fiber branching section Cref-1 may be, for example, an optical fiber type optical branching coupler connected to the exit end portion of the optical fiber that guides the measurement light MLs. The exit end portion of the optical fiber to be guided may be processed into an optical fiber type optical branching coupler.

測定部2Fは、第3実施形態の測定部2Dと同様の光部品である。図14に示す例では、測定部2Fは、入力端子2Faと、入力側導波路2Fbと、対物レンズ2Fcと、ハーフミラ2Fdと、集光レンズ2Feと、出力側導波路2Ffと、出力端子2Fgとを備えて構成され、これら入力側導波路2Fbおよび出力側導波路2Ffは、基材2Fhに当該基材2Fhと屈折率の異なる光導波路を形成することによって設けられている。   The measurement unit 2F is an optical component similar to the measurement unit 2D of the third embodiment. In the example shown in FIG. 14, the measurement unit 2F includes an input terminal 2Fa, an input side waveguide 2Fb, an objective lens 2Fc, a half mirror 2Fd, a condensing lens 2Fe, an output side waveguide 2Ff, and an output terminal 2Fg. The input side waveguide 2Fb and the output side waveguide 2Ff are provided by forming an optical waveguide having a refractive index different from that of the base material 2Fh on the base material 2Fh.

そして、入力側導波路2Fbは、第3実施形態の入力側導波路部2Db−13、2Db−14、2Db−15と同様の光導波路である入力側導波路部2Fb−13、2Fb−14、2Fb−15を構成している。また、各入力側導波路部2Fb−13、2Fb−14、2Fb−15は、第3実施形態の入力側導波路部2Db−13、2Db−14、2Db−15と同様に、各導波路部2Fb−3、2Fb−4、2Fb−5と、これら各導波路部2Fb−3、2Fb−4、2Fb−5の上流側の入力側導波路2Fbの部位とにより構成される。   The input-side waveguide 2Fb includes input-side waveguide portions 2Fb-13, 2Fb-14, which are optical waveguides similar to the input-side waveguide portions 2Db-13, 2Db-14, and 2Db-15 of the third embodiment. 2Fb-15 is configured. Further, each of the input-side waveguide sections 2Fb-13, 2Fb-14, and 2Fb-15 is similar to each of the waveguide sections in the same manner as the input-side waveguide sections 2Db-13, 2Db-14, and 2Db-15 of the third embodiment. 2Fb-3, 2Fb-4, 2Fb-5, and a portion of the input side waveguide 2Fb on the upstream side of each of the waveguide portions 2Fb-3, 2Fb-4, and 2Fb-5.

また、出力側導波路2Ffは、第3実施形態における出力側導波路2Dfと同様であり、集光レンズ2Feから入射された各反射光RLs(図14に示す例では、RLs1、RLs2、RLs3)をそれぞれ導光し、複数の反射光RLsにおける一対の反射光RLsを光干渉させ、複数の干渉光ILsを導光するものである。ここで、本実施形態では、複数の干渉光ILsのうちの少なくとも1組の干渉光ILsは、互いに共通な反射光RLsを用いて光干渉させることによって生成されている。より具体的には、出力側導波路2Ffは、第3実施形態における出力側導波路2Dfと同様であり、3つの導波路部2Ff−1、2Ff−2、2Ff−3と、1つの分岐部2Ff−4と、2つの合流部2Ff−5、2Ff−6と、2つの導波路部2Ff−7、2Ff−8とを備えて構成されている。   The output-side waveguide 2Ff is the same as the output-side waveguide 2Df in the third embodiment, and each reflected light RLs incident from the condenser lens 2Fe (RLs1, RLs2, and RLs3 in the example shown in FIG. 14). Are guided, the pair of reflected lights RLs in the plurality of reflected lights RLs are caused to interfere with each other, and the plurality of interference lights ILs are guided. Here, in the present embodiment, at least one set of the interference light ILs among the plurality of interference lights ILs is generated by causing optical interference using the common reflected light RLs. More specifically, the output-side waveguide 2Ff is the same as the output-side waveguide 2Df in the third embodiment, and includes three waveguide portions 2Ff-1, 2Ff-2, 2Ff-3, and one branch portion. 2Ff-4, two merging portions 2Ff-5, 2Ff-6, and two waveguide portions 2Ff-7, 2Ff-8.

位相検波部3Dは、測定部2Fから射出した複数の干渉光ILsを参照光MLsrefを用いて補正しつつ位相検波し、互いに共通な反射光RLsを用いて光ヘテロダイン干渉することによって得られた組の干渉光間における位相差△Φを検出するものである。そして、位相検波部3Dは、この検出した位相差△Φを演算制御部5へ出力する。より具体的には、位相検波部3Dは、図13に示すように、干渉光用の光電変換部3Da(3Da1、3Da2)と、参照光用の光電変換部3Da3と、干渉信号と参照信号とをミキシング(混合)するミキシング部3Db(3Db1、3Db2)と、ミキシング後の干渉信号用の位相検波器3Dcと、を備えて構成される。   The phase detection unit 3D performs phase detection while correcting the plurality of interference lights ILs emitted from the measurement unit 2F using the reference light MLsref, and a set obtained by performing optical heterodyne interference using the common reflected light RLs. The phase difference ΔΦ between the interference lights is detected. Then, the phase detection unit 3D outputs the detected phase difference ΔΦ to the calculation control unit 5. More specifically, as shown in FIG. 13, the phase detection unit 3D includes an interference light photoelectric conversion unit 3Da (3Da1, 3Da2), a reference light photoelectric conversion unit 3Da3, an interference signal, and a reference signal. And a mixing unit 3Db (3Db1, 3Db2) for mixing (mixing) and a phase detector 3Dc for the interference signal after mixing.

光電変換部3Daは、第3実施形態の光電変換部3Caと同様に、入射光の光量に応じた信号レベルの電気信号に変換して該電気信号を出力する光電変換素子を備えて構成される。具体的に、光電変換部3Da3は、測定光生成部1Dから測定部2Fへ導光される測定光MLsから分岐された参照光MLsrefを受光して、その光量に応じた信号レベルの電気信号を参照信号Ref3として出力するものである。また、各光電変換部3Da1、3Da2のそれぞれは、測定部2Fの出力端子2Fgから射出された2つの第1および第2干渉光ILs1、ILs2を各マルチモード光ファイバおよび図略の各入力端子を介してそれぞれ受光し、これら各干渉光ILs1、ILs2の各光量に応じて第1および第2干渉信号Sig1、Sig2をそれぞれ位相検波器3Dcへ向けて出力する。   Similar to the photoelectric conversion unit 3Ca of the third embodiment, the photoelectric conversion unit 3Da includes a photoelectric conversion element that converts an electric signal having a signal level corresponding to the amount of incident light and outputs the electric signal. . Specifically, the photoelectric conversion unit 3Da3 receives the reference light MLsref branched from the measurement light MLs guided from the measurement light generation unit 1D to the measurement unit 2F, and outputs an electric signal having a signal level corresponding to the light amount. This is output as the reference signal Ref3. Further, each of the photoelectric conversion units 3Da1 and 3Da2 receives two first and second interference lights ILs1 and ILs2 emitted from the output terminal 2Fg of the measurement unit 2F as multi-mode optical fibers and respective input terminals (not shown). The first and second interference signals Sig1 and Sig2 are output to the phase detector 3Dc according to the light amounts of the interference lights ILs1 and ILs2, respectively.

ミキシング部3Db(3Db1、3Db2)は、参照信号Ref3と各干渉信号Sig1、Sig2とを混合する。具体的に、ミキシング部3Db1は、第1干渉信号Sig1と参照信号Ref3とを混合(除算)し、この混合後の第1干渉信号Sig1を出力する。また、ミキシング部3Db2は、第2干渉信号Sig2と参照信号Ref3とを混合(除算)し、この混合後の第2干渉信号Sig2を出力する。   The mixing unit 3Db (3Db1, 3Db2) mixes the reference signal Ref3 and the interference signals Sig1 and Sig2. Specifically, the mixing unit 3Db1 mixes (divides) the first interference signal Sig1 and the reference signal Ref3, and outputs the mixed first interference signal Sig1. Further, the mixing unit 3Db2 mixes (divides) the second interference signal Sig2 and the reference signal Ref3, and outputs the mixed second interference signal Sig2.

位相検波器3Dcは、光電変換部3Daからの複数の干渉信号Sigであって、参照信号と混合された後の複数の干渉信号Sigが入力され、互いに共通な反射光RLsを用いて光ヘテロダイン干渉することによって得られた組の干渉光ILsに関し、複数の干渉信号Sig間の位相差△Φsを検出する装置である。図13に示す例では、位相検波器3Dcは、各ミキシング部3Db1、3Db2で参照信号が混合された後の第1および第2干渉信号Sig1、Sig2が入力され、これら第1干渉信号Sig1と第2干渉信号Sig2との間における位相差△Φsを検出する。そして、位相検波器3Dcは、この検出した位相差△Φsを演算部制御部5へ出力する。   The phase detector 3Dc receives a plurality of interference signals Sig from the photoelectric conversion unit 3Da and a plurality of interference signals Sig mixed with the reference signal, and uses the reflected light RLs common to the optical heterodyne interference. This is a device for detecting a phase difference ΔΦs between a plurality of interference signals Sig with respect to the set of interference light ILs obtained by the above. In the example shown in FIG. 13, the phase detector 3Dc receives the first and second interference signals Sig1 and Sig2 after the reference signals are mixed by the mixing units 3Db1 and 3Db2, and the first interference signal Sig1 and the first interference signal Sig1 The phase difference ΔΦs between the two interference signals Sig2 is detected. Then, the phase detector 3Dc outputs the detected phase difference ΔΦs to the calculation unit control unit 5.

そして、ステージ4、演算制御部5、入力部6および出力部7は、それぞれ、第1実施形態の表面形状測定装置SAにおけるステージ4、演算制御部5、入力部6および出力部7と同様であるので、その説明を省略する。   The stage 4, the calculation control unit 5, the input unit 6 and the output unit 7 are the same as the stage 4, the calculation control unit 5, the input unit 6 and the output unit 7 in the surface shape measuring apparatus SA of the first embodiment, respectively. Since there is, explanation is omitted.

次に、本実施形態における表面形状測定装置SDの動作について説明する。なお、以下の説明において、各測定箇所MPにおける複数の測定点Pnは、説明の便宜上、図13に示す場合を例として、3個である場合について説明を行う。   Next, operation | movement of the surface shape measuring apparatus SD in this embodiment is demonstrated. In the following description, for the sake of convenience of explanation, a case where there are three measurement points Pn at each measurement point MP will be described by taking the case shown in FIG. 13 as an example.

図略の電源スイッチがオンされると、表面形状測定装置SDが起動され、演算制御部5によって必要な各部の初期化が行われる。そして、例えば半導体ウェハ等の板状体の測定対象物Obがステージ4に載置され、入力部6から測定開始を指示するコマンドを受け付けると、演算制御部5は、測定対象物Obの表面形状の測定を開始する。   When a power switch (not shown) is turned on, the surface shape measuring device SD is activated and necessary parts are initialized by the arithmetic control unit 5. Then, for example, when a measurement object Ob of a plate-like body such as a semiconductor wafer is placed on the stage 4 and receives a command for instructing measurement start from the input unit 6, the arithmetic control unit 5 reads the surface shape of the measurement object Ob. Start measuring.

このとき、演算制御部5の光源制御部53は、測定光生成部1Dを駆動し、半導体レーザ光源1Daに周期的に周波数がシフトするレーザ光を発光させる。この半導体レーザ光源1Daによる所定のレーザ光の発光により、上述した光学系の作用によって、測定光MLsが測定光生成部1Dの出力端子1Ddから射出される。   At this time, the light source control unit 53 of the arithmetic control unit 5 drives the measurement light generation unit 1D to cause the semiconductor laser light source 1Da to emit laser light whose frequency is periodically shifted. By the emission of a predetermined laser beam from the semiconductor laser light source 1Da, the measurement light MLs is emitted from the output terminal 1Dd of the measurement light generator 1D by the action of the optical system described above.

続いて、この測定光生成部1Dの出力端子1Ddから射出された測定光MLsは、前記光ファイバを伝播し、測定部2Dに入射される。このとき、測定光MLsの一部が参照光MLsrefとして参照光分岐部Crefで分岐され、位相検波部3Dに入射される。この測定部2Fでは、第3実施形態同様に、入射された測定光MLsを複数の測定光MLs1、MLs2、MLs3に分岐して各測定点P1、P2、P3に照射する。続いて、測定部2Fは、各測定光MLs1、MLs2、MLs3から上述した光学系の作用によって第1および第2干渉光ILs1、ILs2がそれぞれ生成され、第1および第2干渉光ILs1、ILs2は、出力端子2Fgから射出される。この測定部2Fの出力端子2Fgから射出された第1および第2干渉光ILs1、ILs2は、前記マルチモード光ファイバを伝播し、位相検波部3Dに入射される。   Subsequently, the measurement light MLs emitted from the output terminal 1Dd of the measurement light generation unit 1D propagates through the optical fiber and enters the measurement unit 2D. At this time, a part of the measurement light MLs is branched by the reference light branching unit Cref as the reference light MLsref and is incident on the phase detection unit 3D. In the measurement unit 2F, as in the third embodiment, the incident measurement light MLs is branched into a plurality of measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3, and irradiated to the measurement points P1, P2, and P3. Subsequently, the measurement unit 2F generates the first and second interference lights ILs1 and ILs2 from the respective measurement lights MLs1, MLs2, and MLs3 by the action of the optical system described above, and the first and second interference lights ILs1 and ILs2 are generated. Injected from the output terminal 2Fg. The first and second interference lights ILs1 and ILs2 emitted from the output terminal 2Fg of the measurement unit 2F propagate through the multimode optical fiber and enter the phase detection unit 3D.

位相検波部3Dでは、互いに共通な反射光RLs2を用いて自己遅延型光ヘテロダイン干渉することによって得られた組について、ミキシング部3Dbにおいて参照信号Ref3がそれぞれ混合され、これら混合後の第1および第2干渉光ILs1、ILs2の位相検波によって、第1および第2干渉光ILs1、ILs2間の位相差△Φsが検出される。   In the phase detection unit 3D, the reference signal Ref3 is mixed in the mixing unit 3Db with respect to the sets obtained by the self-delay optical heterodyne interference using the reflected light RLs2 common to each other. The phase difference ΔΦs between the first and second interference lights ILs1 and ILs2 is detected by phase detection of the two interference lights ILs1 and ILs2.

そして、この測定部2Fおよび位相検波部3Dがこのような動作を行っている際に、演算制御部5のステージ制御部52は、ステージ4を制御することによって、測定対象物Obをその高さ方向に直交する水平方向に移動させる。   Then, when the measurement unit 2F and the phase detection unit 3D perform such an operation, the stage control unit 52 of the calculation control unit 5 controls the stage 4 so that the measurement object Ob is adjusted to its height. Move in the horizontal direction perpendicular to the direction.

続いて、これら各測定箇所MPmの各位相差△Φmが取得されると、演算制御部5の形状算出部51は、上述したように、各測定箇所MPmにおける勾配Grmを求め、走査順に従ってこれら各測定箇所MPmにおける勾配Grmを連結することによって、測定対象物Obの表面形状を求める。   Subsequently, when each phase difference ΔΦm of each measurement point MPm is acquired, the shape calculation unit 51 of the calculation control unit 5 obtains the gradient Grm at each measurement point MPm as described above, and each of these according to the scanning order. The surface shape of the measurement object Ob is obtained by connecting the gradient Grm at the measurement location MPm.

続いて、演算制御部5は、この求めた測定対象物Obの表面形状を出力部7に出力し、出力部7は、測定対象物Obの表面形状を表示する。   Subsequently, the arithmetic control unit 5 outputs the obtained surface shape of the measurement object Ob to the output unit 7, and the output unit 7 displays the surface shape of the measurement object Ob.

このように動作することによって本実施形態における表面形状測定装置SDおよびこれに実装された表面形状測定方法では、第3実施形態同様に、比較的短時間であってnmオーダで、より高精度に、測定対象物Obの表面形状を測定することができる。また、このような構成の表面形状測定装置SDおよび表面形状測定方法では、自己遅延型の光ヘテロダイン干渉方式を用いているため、第3実施形態同様に、光源部1Daの小型化、安定性、光源寿命の向上等を図ると共に光源部1Daの選択の自由度を向上させることが可能となる。   By operating in this way, in the surface shape measuring apparatus SD and the surface shape measuring method mounted thereon in the present embodiment, as in the third embodiment, it is a relatively short time, in the order of nm, and with higher accuracy. The surface shape of the measurement object Ob can be measured. Further, since the surface shape measuring device SD and the surface shape measuring method having such a configuration use the self-delay type optical heterodyne interference method, as in the third embodiment, the light source unit 1Da can be reduced in size, stability, It is possible to improve the flexibility of selection of the light source unit 1Da while improving the life of the light source.

さらに、このような構成の表面形状測定装置SDおよび表面形状測定方法では、参照光MLsrefを干渉光ILsと混合することで、測定光生成部1Dが射出する測定光MLsに含まれる光源部1Daの出力強度変化を検出することができ、これを用いて干渉光ILsを補正しつつ測定対象物Obの表面形状を演算することにより、前記出力強度変化が測定結果に及ぼす影響を消去することができる。その結果、このような構成の表面形状測定装置SDは、参照光MLsrefを用いない表面形状測定装置に比べて、より高精度に測定対象物Obの表面形状を測定することが可能となる。   Furthermore, in the surface shape measuring apparatus SD and the surface shape measuring method having such a configuration, the reference light MLsref is mixed with the interference light ILs, so that the light source unit 1Da included in the measurement light MLs emitted by the measurement light generation unit 1D is mixed. A change in the output intensity can be detected, and the influence of the change in the output intensity on the measurement result can be eliminated by calculating the surface shape of the measurement object Ob while correcting the interference light ILs using this. . As a result, the surface shape measuring apparatus SD having such a configuration can measure the surface shape of the measurement object Ob with higher accuracy than a surface shape measuring apparatus that does not use the reference light MLsref.

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。   In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.

SA、SB 表面形状測定装置
1A、1B 測定光生成部
2A、2B、2C 測定部
3A 位相差検出部
3B 位相検波部
4 ステージ
5 演算制御部
51 形状算出部
SA, SB Surface shape measuring apparatus 1A, 1B Measuring light generating unit 2A, 2B, 2C Measuring unit 3A Phase difference detecting unit 3B Phase detecting unit 4 Stage 5 Operation control unit 51 Shape calculating unit

Claims (19)

光を放射する光源部と、
測定対象物における3つ以上の複数の測定点に測定光をそれぞれ照射するべく、前記光源部から放射された光を3つ以上の複数の測定光に分ける光分割部と、
前記光分割部で分けられた前記複数の測定光を前記測定対象物における前記複数の測定点にそれぞれ照射させ前記複数の測定点でそれぞれ反射された複数の反射光における一対の反射光を光干渉させる複数の光干渉部と、
前記複数の光干渉部から出力される複数の干渉光に基づいて前記測定対象物の表面形状を求める検出部とを備え、
前記複数の光干渉部における少なくとも1組の光干渉部は、互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させること
を特徴とする表面形状測定装置。
A light source that emits light;
A light splitting unit that divides the light emitted from the light source unit into three or more measurement lights so as to irradiate the measurement light to three or more measurement points in the measurement object, respectively;
The plurality of measurement lights divided by the light dividing unit are irradiated onto the plurality of measurement points on the measurement object, respectively, and a pair of reflected lights in the plurality of reflected lights respectively reflected at the plurality of measurement points are subjected to optical interference. A plurality of optical interference units to be
A detection unit for obtaining a surface shape of the measurement object based on a plurality of interference lights output from the plurality of light interference units,
The surface shape measuring apparatus according to claim 1, wherein at least one set of the light interference units in the plurality of light interference units causes the light interference using reflected light common to each other.
前記光源部、前記光分割部および前記光干渉部は、光ホモダイン干渉計を構成し、
前記検出部は、前記互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させた複数の光干渉部から出力される複数の干渉光に基づいて前記複数の干渉光における各位相間の位相差を検出する位相差検出部と、前記位相差検出部で検出された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算する演算部とを備えること
を特徴とする請求項1に記載の表面形状測定装置。
The light source unit, the light splitting unit, and the optical interference unit constitute an optical homodyne interferometer,
The detection unit is configured to detect a phase difference between phases in the plurality of interference lights based on a plurality of interference lights output from the plurality of light interference units that have caused the light interference using the reflected light common to each other. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a phase difference detection unit; and a calculation unit that calculates a surface shape of the measurement object based on the phase difference detected by the phase difference detection unit. .
前記光分割部は、前記光源部から放射された光を3つに分ける光分岐部を備え、
前記1組の光干渉部は、前記光分岐部で分けられた第1の光における反射光と前記光分岐部で分けられた第2の光における反射光とを光干渉させる第1光干渉部と、前記光分岐部で分けられた第2の光における反射光と前記光分岐部で分けられた第3の光における反射光とを光干渉させる第2光干渉部とを備えること
を特徴とする請求項2に記載の表面形状測定装置。
The light splitting unit includes a light branching unit that divides light emitted from the light source unit into three parts,
The set of optical interference units is a first optical interference unit that optically interferes with the reflected light in the first light divided by the optical branching unit and the reflected light in the second light divided by the optical branching unit. And a second optical interference unit that optically interferes with the reflected light of the second light divided by the optical branching unit and the reflected light of the third light divided by the optical branching unit. The surface shape measuring apparatus according to claim 2.
前記1組の光干渉部は、基材に屈折率の異なる光導波路を形成した光導波路型光学素子であること
を特徴とする請求項3に記載の表面形状測定装置。
The surface shape measuring apparatus according to claim 3, wherein the one set of optical interference units is an optical waveguide type optical element in which optical waveguides having different refractive indexes are formed on a base material.
前記光分割部の光分岐部は、回折格子であること
を特徴とする請求項3または請求項4に記載の表面形状測定装置。
The surface shape measuring device according to claim 3 or 4, wherein the light splitting portion of the light splitting portion is a diffraction grating.
前記光分割部の光分岐部は、光導波路型光分岐器であること
を特徴とする請求項3または請求項4に記載の表面形状測定装置。
The surface shape measuring device according to claim 3 or 4, wherein the light branching unit of the light splitting unit is an optical waveguide type optical branching unit.
前記光源部、前記光分割部および前記光干渉部は、光ヘテロダイン干渉計を構成し、
前記検出部は、前記互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させた複数の光干渉部から出力される複数の干渉光をそれぞれ位相検波し、前記複数の干渉光における各位相間の位相差を検出する検波部と、前記検波部で検出された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算する演算部とを備えること
を特徴とする請求項1に記載の表面形状測定装置。
The light source unit, the light splitting unit, and the optical interference unit constitute an optical heterodyne interferometer,
The detection unit performs phase detection on each of the plurality of interference lights output from the plurality of optical interference units caused to interfere with each other using the reflected light common to each other, and calculates a phase difference between the phases of the plurality of interference lights. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a detection unit that detects the signal and a calculation unit that calculates a surface shape of the measurement object based on the phase difference detected by the detection unit.
前記光源部から放射された光を2つに分ける第1光分岐部と、
前記第1光分岐部で分けられた2つの光の周波数を互いに異なる周波数に変調する光変調部とをさらに備え、
前記光分割部は、前記光変調部で変調された2つの光の一方をさらに2つに分ける第2光分岐部を備え、
前記1組の光干渉部は、前記光変調部で変調された他方の光における反射光と前記第2分岐部で分けられた一方の光における反射光とを光ヘテロダイン干渉させる第1光干渉部と、前記光変調部で変調された他方の光における反射光と前記第2分岐部で分けられた他方の光における反射光とを光ヘテロダイン干渉させる第2光干渉部とを備え、
前記検出部の検波部は、前記第1および第2光干渉部から出力される第1および第2干渉光をそれぞれ位相検波し、前記第1および第2干渉光における各位相間の位相差を検出すること
を特徴とする請求項7に記載の表面形状測定装置。
A first light branching unit that divides light emitted from the light source unit into two parts;
An optical modulation unit that modulates the frequencies of the two lights separated by the first optical branching unit into different frequencies;
The light splitting unit includes a second light branching unit that further divides one of the two lights modulated by the light modulating unit into two,
The one set of optical interference units is a first optical interference unit that causes optical heterodyne interference between reflected light in the other light modulated by the light modulation unit and reflected light in the one light divided by the second branching unit. And a second light interference unit that causes optical heterodyne interference between the reflected light in the other light modulated by the light modulation unit and the reflected light in the other light divided by the second branching unit,
The detection unit of the detection unit detects the phase difference between the phases of the first and second interference lights by detecting the phase of the first and second interference lights output from the first and second optical interference units, respectively. The surface shape measuring device according to claim 7.
前記光変調部で変調された他方の光と前記第2分岐部で分けられた一方の光とを光ヘテロダイン干渉させる第1参照光干渉部と、
前記光変調部で変調された他方の光と前記第2分岐部で分けられた他方の光とを光ヘテロダイン干渉させる第2参照光干渉部とをさらに備え、
前記検出部の検波部は、前記第1および第2参照光干渉部から出力される第1および第2参照干渉光をそれぞれ位相検波し、前記第1および第2参照干渉光における各位相間の位相差を補正値として検出し、前記第1および第2干渉光における各位相間の位相差を前記補正値で補正し、
前記検出部の演算部は、前記検波部で検出され補正された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算すること
を特徴とする請求項8に記載の表面形状測定装置。
A first reference light interference unit that causes optical heterodyne interference between the other light modulated by the light modulation unit and the one light divided by the second branching unit;
A second reference light interference unit that causes optical heterodyne interference between the other light modulated by the light modulation unit and the other light divided by the second branching unit,
The detection unit of the detection unit performs phase detection on the first and second reference interference lights output from the first and second reference light interference units, respectively, and detects the position between the phases of the first and second reference interference lights. Detecting a phase difference as a correction value, correcting a phase difference between the phases of the first and second interference lights with the correction value,
The surface shape measurement apparatus according to claim 8, wherein the calculation unit of the detection unit calculates a surface shape of the measurement object based on the phase difference detected and corrected by the detection unit.
前記1組の光干渉部は、基材に屈折率の異なる光導波路を形成した光導波路型光学素子であること
を特徴とする請求項8または請求項9に記載の表面形状測定装置。
The surface shape measuring apparatus according to claim 8 or 9, wherein the one set of optical interference units is an optical waveguide type optical element in which optical waveguides having different refractive indexes are formed on a base material.
前記光分割部で分けられた各測定光を案内して前記複数の測定点にそれぞれ照射する3つ以上の複数の導光部を備え、
前記光源部、前記光分割部、前記導光部、及び、前記検出部は、光ヘテロダイン干渉計を構成すべく、
前記光源部が、周期的に周波数が変化する光を放射し、
前記一組の光干渉部において光干渉させる各反射光を得るための一組の導光部は、これら一組の導光部のうちの前記一組の光干渉部における互いに共通な反射光が得られる測定点に測定光を照射する特定の導光部と、前記一組の導光部のうちの前記一組の光干渉部における互いに共通な反射光以外の反射光が得られる測定点に測定光を照射する少なくとも2つの他の導光部との間の光路差がそれぞれ所定の光路差となる光路長をそれぞれ有し、
前記検出部が、前記互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させた複数の光干渉部から出力される複数の干渉光をそれぞれ位相検波し、前記複数の干渉光における各位相間の位相差を検出する検波部と、前記検波部で検出された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算する演算部とを有すること
を特徴とする請求項1に記載の表面形状測定装置。
Comprising three or more light guides for guiding each measurement light divided by the light splitting part and irradiating each of the plurality of measurement points,
The light source unit, the light splitting unit, the light guide unit, and the detection unit are to form an optical heterodyne interferometer.
The light source unit emits light whose frequency changes periodically,
The set of light guides for obtaining each reflected light to be optically interfered in the set of light interference units has reflected light common to each other in the set of light interference units of the set of light guide units. A specific light guide unit for irradiating measurement light to the measurement point to be obtained, and a measurement point at which reflected light other than the reflected light common to each other in the set of light interference units of the set of light guide units is obtained. Each of the optical path lengths between the at least two other light guides that irradiate the measurement light has a predetermined optical path difference,
The detection unit performs phase detection on each of a plurality of interference lights output from the plurality of optical interference units caused to interfere with each other using the reflected light common to each other, and calculates a phase difference between the phases of the plurality of interference lights. The surface shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a detection unit that detects the signal and a calculation unit that calculates a surface shape of the measurement object based on the phase difference detected by the detection unit.
前記所定の光路差は、前記特定の導光部から得られた反射光と前記他の導光部から得られた反射光とを光干渉させるためにこれら一対の反射光と対応する測定光間に設けられる周波数の差に基づくものであること
を特徴とする請求項11に記載の表面形状測定装置。
The predetermined optical path difference is between the measurement light corresponding to the pair of reflected light in order to cause optical interference between the reflected light obtained from the specific light guide and the reflected light obtained from the other light guide. The surface shape measuring device according to claim 11, wherein the surface shape measuring device is based on a difference in frequency provided to the surface.
前記測定点は、測定対象物の表面において一列に3つ以上並び、
前記複数の光干渉部が、前記一列に並ぶ各測定点でそれぞれ反射される複数の反射光における一対の反射光を光干渉させ、
前記各導光部では、前記一列の一端に位置する測定点に前記測定光を照射する導光部から前記一列の他端側に位置する測定点に前記測定光を照射する導光部に向けて光路長が順に前記所定の光路差だけ長くなること
を特徴とする請求項11又は12に記載の表面形状測定装置。
Three or more measurement points are arranged in a line on the surface of the measurement object,
The plurality of light interference units optically interfere a pair of reflected light in a plurality of reflected light respectively reflected at each measurement point arranged in a row,
In each of the light guides, from the light guide unit that irradiates the measurement light to the measurement point located at one end of the row, the light guide unit that irradiates the measurement light to the measurement point located at the other end of the row. The surface shape measuring device according to claim 11, wherein the optical path length is increased in order by the predetermined optical path difference.
前記測定点は、測定対象物の表面において一列に3つ以上並び、
前記複数の光干渉部が、前記一列に並ぶ各測定点でそれぞれ反射される複数の反射光における一対の反射光を光干渉させ、
前記各導光部では、前記一列の一端に位置する測定点に前記測定光を照射する導光部から前記一列の他端側に位置する測定点に前記測定光を照射する導光部に向けて奇数番目又は偶数番目の導光部の光路長がそれぞれ同じであること
を特徴とする請求項11又は12に記載の表面形状測定装置。
Three or more measurement points are arranged in a line on the surface of the measurement object,
The plurality of light interference units optically interfere a pair of reflected light in a plurality of reflected light respectively reflected at each measurement point arranged in a row,
In each of the light guides, from the light guide unit that irradiates the measurement light to the measurement point located at one end of the row, the light guide unit that irradiates the measurement light to the measurement point located at the other end of the row. The surface shape measuring device according to claim 11 or 12, wherein the optical path lengths of the odd-numbered or even-numbered light guides are the same.
前記他の導光部は、前記一組の導光部のうちの特定の導光部以外の全ての導光部であること
を特徴とする請求項11又は12に記載の表面形状測定装置。
The surface shape measuring device according to claim 11 or 12, wherein the other light guides are all light guides other than a specific light guide in the set of light guides.
前記光分割部と前記複数の導光部とは、基材に屈折率の異なる光導波路を形成した光導波路型光学素子であること
を特徴とする請求項11乃至15のいずれか1項に記載の表面形状測定装置。
16. The optical waveguide type optical element according to claim 11, wherein the light dividing unit and the plurality of light guiding units are optical waveguide type optical elements in which optical waveguides having different refractive indexes are formed on a base material. Surface shape measuring device.
前記光分割部の上流で前記光源部から放射された光の一部を参照光として分岐する参照光分岐部と、
前記1組の光干渉部から出力される各干渉光と前記参照光とをそれぞれ混合させる参照光混合部とをさらに備え、
前記検出部は、前記参照光混合部から出力される複数の参照光混合信号を位相検波して各位相間の位相差を検出する検波部と、
前記検波部で検出された前記位相差に基づいて前記測定対象物の表面形状を演算する演算部とを有すること
を特徴とする請求項11乃至16のいずれか1項に記載の表面形状測定装置。
A reference light branching section for branching a part of the light emitted from the light source section upstream of the light splitting section as reference light;
A reference light mixing unit that mixes each of the interference light output from the set of light interference units and the reference light, respectively.
The detection unit detects a phase difference between each phase by detecting a plurality of reference light mixing signals output from the reference light mixing unit; and
The surface shape measuring apparatus according to claim 11, further comprising: a calculation unit that calculates a surface shape of the measurement object based on the phase difference detected by the detection unit. .
測定対象物における3つ以上の複数の測定点に測定光をそれぞれ照射するべく、光源部で放射された光を3つ以上の複数の測定光に分ける光分割工程と、
前記光分割工程で分けられた前記複数の測定光を前記測定対象物における前記複数の測定点にそれぞれ照射させ前記複数の測定点でそれぞれ反射された複数の反射光における一対の反射光を光干渉させる複数の光干渉工程と、
前記複数の光干渉工程で得られた複数の干渉光に基づいて前記測定対象物の表面形状を求める検出工程とを備え、
前記複数の光干渉工程における少なくとも1組の光干渉工程は、互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させること
を特徴とする表面形状測定方法。
A light splitting step for dividing the light emitted from the light source unit into three or more measurement lights in order to irradiate the measurement light to three or more measurement points in the measurement object;
The plurality of measurement lights divided in the light splitting step are irradiated on the plurality of measurement points on the measurement object, respectively, and a pair of reflected lights in the plurality of reflected lights respectively reflected at the plurality of measurement points are subjected to optical interference. A plurality of optical interference processes,
A detection step for obtaining a surface shape of the measurement object based on a plurality of interference lights obtained in the plurality of light interference steps,
The surface shape measuring method characterized in that at least one set of the light interference steps in the plurality of light interference steps causes the light interference using reflected light common to each other.
光ヘテロダイン干渉法を利用して測定対象物の表面形状を測定する方法であって、
測定対象物における3つ以上の複数の測定点に測定光をそれぞれ照射するべく、光源部で放射された周期的に周波数が変化する光を3つ以上の複数の測定光に分ける光分割工程と、
前記光分割工程で分けられた前記複数の測定光をそれぞれ案内して、前記測定対象物における前記複数の測定点にそれぞれ測定光を同時に照射する3つ以上の導光・照射工程と、
前記複数の測定点でそれぞれ反射された複数の反射光における一対の反射光を光干渉させる複数の光干渉工程と、
前記複数の光干渉工程で得られる複数の干渉光に基づいて前記測定対象物の表面形状を求める検出工程とを備え、
前記複数の光干渉工程における少なくとも1組の光干渉工程は、互いに共通な反射光を用いて前記光干渉させ、
前記一組の光干渉工程において光干渉させる各反射光を得るための一組の導光・照射工程 は、これら一組の導光・照射工程のうちの前記一組の光干渉工程における互いに共通な反射光が得られる測定点に測定光を照射する特定の導光・照射工程と、前記一組の導光・照射工程のうちの前記一組の光干渉工程における互いに共通な反射光以外の反射光が得られる測定点に測定光を照射する少なくとも2つの他の導光・照射工程との間の光路差がそれぞれ所定の光路差となるように測定光をそれぞれ案内すること
を特徴とする表面形状測定装置。
A method of measuring the surface shape of a measurement object using optical heterodyne interferometry,
A light splitting step of dividing light periodically radiated from the light source unit into three or more measurement light beams to irradiate measurement light to three or more measurement points on the measurement object, respectively; ,
Three or more light guide / irradiation steps each guiding the plurality of measurement lights divided in the light splitting step and simultaneously irradiating the plurality of measurement points on the measurement object with the measurement lights, respectively;
A plurality of light interference steps of causing a pair of reflected light in the plurality of reflected light reflected respectively at the plurality of measurement points to interfere with each other;
A detection step of obtaining a surface shape of the measurement object based on a plurality of interference lights obtained in the plurality of light interference steps,
At least one set of the light interference steps in the plurality of light interference steps causes the light interference using reflected light common to each other,
A set of light guide / irradiation steps for obtaining each reflected light to be optically interfered in the set of light interference steps is common to the one set of light interference steps in the set of light guide / irradiation steps. Other than the common reflected light in the specific light guide / irradiation step of irradiating the measurement light to the measurement point where the reflected light is obtained and the set of light interference steps in the set of light guide / irradiation steps The measurement light is respectively guided so that the optical path difference between at least two other light guide / irradiation processes for irradiating the measurement light to the measurement point where the reflected light is obtained becomes a predetermined optical path difference. Surface shape measuring device.
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