JP7145030B2 - Measuring method and measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、測定方法及び測定装置に関し、例えば、試料の凹凸のある測定面の３次元形状を測定する測定方法及び測定装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a measuring method and a measuring device, and more particularly to a measuring method and a measuring device for measuring a three-dimensional shape of an uneven measurement surface of a sample.

共焦点顕微鏡は、共焦点光学系を有している。共焦点光学系は、対物レンズの焦点位置と共役な位置にピンホール等を配置することで、焦点のあった位置のみの光を検出する。これにより、共焦点顕微鏡は、試料の測定面における対物レンズの焦点があった部分のみの情報を得ることができる。 A confocal microscope has a confocal optical system. A confocal optical system detects light only at a focused position by arranging a pinhole or the like at a position conjugate to the focal position of an objective lens. As a result, the confocal microscope can obtain information only on the portion of the sample measurement surface where the objective lens was focused.

特開２０１３－２２２１０９号公報JP 2013-222109 A 特開２０１７－０９０６３４号公報JP 2017-090634 A

共焦点顕微鏡を用いて、凹凸のある測定面の３次元形状を測定するためには、試料または対物レンズを光軸方向に沿って移動させ、輝度のピーク位置に基づいて３次元形状を測定する。よって、試料または対物レンズを光軸方向に沿って移動させる必要があり、３次元形状の取得に長時間を要していた。 In order to measure the three-dimensional shape of an uneven measurement surface using a confocal microscope, the sample or objective lens is moved along the optical axis direction, and the three-dimensional shape is measured based on the brightness peak position. . Therefore, it was necessary to move the sample or the objective lens along the optical axis direction, and it took a long time to acquire the three-dimensional shape.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、試料の測定面の形状を迅速に測定することができる測定方法及び測定装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a measuring method and a measuring apparatus capable of rapidly measuring the shape of a measurement surface of a sample.

本発明に係る測定方法は、共焦点光学系を用いた測定方法であって、試料の測定面を照明する照明光が前記測定面で反射した反射光を対物レンズにより集光するステップと、前記対物レンズにより集光した前記反射光を、プリズムの第１反射面及び第２反射面を含む角部に入射させ、前記反射光を分割するステップと、分割された前記反射光のうち前記第１反射面で反射した第１反射光を、前記角部に入射した前記反射光の光軸及び前記第１反射光の光軸を含む平面内において、前記第１反射光の光軸に直交した方向に並んだ第１チャンネル及び第２チャンネルを含むバンドルファイバに入射させるステップと、前記第１反射光のうち前記第１チャンネルを透過した光の第１強度及び前記第１反射光のうち前記第２チャンネルを透過した光の第２強度を検出するステップと、前記第１強度及び前記第２強度に基づいて、前記対物レンズの焦点に対する前記測定面の位置を測定するステップと、を備える。このような構成により、試料の測定面の形状を迅速に測定することができる。 A measuring method according to the present invention is a measuring method using a confocal optical system, comprising the step of condensing, with an objective lens, the reflected light of illumination light that illuminates a measurement surface of a sample and is reflected by the measurement surface; making the reflected light condensed by an objective lens incident on a corner portion including a first reflecting surface and a second reflecting surface of a prism to split the reflected light; A direction orthogonal to the optical axis of the first reflected light within a plane containing the optical axis of the first reflected light and the optical axis of the first reflected light incident on the corner portion of the first reflected light reflected by the reflecting surface. a first intensity of the light transmitted through the first channel out of the first reflected light and the second out of the first reflected light detecting a second intensity of light transmitted through the channel; and measuring the position of the measurement plane with respect to the focus of the objective lens based on the first intensity and the second intensity. With such a configuration, the shape of the measurement surface of the sample can be measured quickly.

また、本発明に係る測定装置は、共焦点光学系と、測定処理部と、を備えた測定装置であって、前記共焦点光学系は、試料の測定面を照明する照明光が前記測定面で反射した反射光を集光する対物レンズと、第１反射面及び第２反射面を含む角部を有し、前記角部に入射した前記反射光を分割するプリズムと、分割された前記反射光のうち前記第１反射面で反射した第１反射光が入射するバンドルファイバであって、前記角部に入射した前記反射光の光軸及び前記第１反射光の光軸を含む平面内において、前記第１反射光の光軸に直交した方向に並んだ第１チャンネル及び第２チャンネルを含む前記バンドルファイバと、前記第１反射光のうち前記第１チャンネルを透過した光の第１強度及び前記第１反射光のうち前記第２チャンネルを透過した光の第２強度を検出する受光素子と、を含み、前記測定処理部は、前記第１強度及び前記第２強度に基づいて、前記対物レンズの焦点に対する前記測定面の位置を測定する。このような構成により、試料の測定面の形状を迅速に測定することができる。 Further, a measuring apparatus according to the present invention is a measuring apparatus comprising a confocal optical system and a measurement processing section, wherein the confocal optical system is configured such that illumination light for illuminating a measurement surface of a sample is directed to the measurement surface. an objective lens for condensing the reflected light reflected by, a prism having a corner portion including a first reflecting surface and a second reflecting surface, dividing the reflected light incident on the corner portion, and the divided reflection A bundle fiber into which a first reflected light of light reflected by the first reflecting surface is incident, wherein in a plane including an optical axis of the reflected light incident on the corner and an optical axis of the first reflected light , the bundle fiber including a first channel and a second channel arranged in a direction perpendicular to the optical axis of the first reflected light; a light receiving element that detects a second intensity of light transmitted through the second channel out of the first reflected light, and the measurement processing unit detects the objective light based on the first intensity and the second intensity. Measure the position of the measurement plane with respect to the focus of the lens. With such a configuration, the shape of the measurement surface of the sample can be measured quickly.

さらに、本発明に係る測定装置は、共焦点光学系と、測定処理部と、を備えた測定装置であって、前記共焦点光学系は、試料の測定面を照明する照明光が前記測定面で反射した反射光を集光する対物レンズと、前記測定面に対する前記対物レンズの焦点を検出するフォーカス検出手段と、を含み、前記測定処理部は、前記フォーカス検出手段により検出した前記焦点に基づいて、前記測定面の位置を測定する。このような構成により、試料の測定面の形状を迅速に測定することができる。 Further, a measuring apparatus according to the present invention is a measuring apparatus comprising a confocal optical system and a measurement processing section, wherein the confocal optical system is configured such that illumination light for illuminating a measurement surface of a sample is directed to the measurement surface. and focus detection means for detecting the focus of the objective lens with respect to the measurement surface, wherein the measurement processing unit detects the focus detected by the focus detection means. to measure the position of the measurement surface. With such a configuration, the shape of the measurement surface of the sample can be measured quickly.

本発明によれば、試料の測定面の形状を迅速に測定することができる測定方法及び測定装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the measuring method and measuring device which can measure the shape of the measuring surface of a sample rapidly can be provided.

実施形態１に係る測定装置を例示した斜視図である。1 is a perspective view illustrating a measuring device according to Embodiment 1; FIG. 実施形態１に係る測定装置を例示した構成図である。1 is a configuration diagram illustrating a measuring device according to Embodiment 1; FIG. （ａ）は、実施形態１に係る測定装置において、ナイフエッジプリズム及びバンドルファイバの配置を例示した構成図であり、（ｂ）は、バンドルファイバの端面を例示した図である。(a) is a configuration diagram illustrating the arrangement of a knife-edge prism and a bundle fiber in the measuring apparatus according to the first embodiment, and (b) is a diagram illustrating an end surface of the bundle fiber. 実施形態１に係る測定装置において、試料の測定面が対物レンズの焦点に位置する場合の反射光を例示した図である。4 is a diagram illustrating reflected light when the measurement surface of the sample is positioned at the focal point of the objective lens in the measurement apparatus according to Embodiment 1; FIG. （ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る測定装置において、試料の測定面が対物レンズの焦点よりも対物レンズ側に位置する場合の反射光を例示した図であり、ナイフエッジプリズムにより第２反射光が遮光された場合の第１反射光を示す。(a) and (b) are diagrams exemplifying reflected light when the measurement surface of the sample is positioned closer to the objective lens than the focal point of the objective lens in the measurement apparatus according to the first embodiment, and The first reflected light is shown when the second reflected light is blocked. （ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る測定装置において、試料の測定面が対物レンズの焦点よりも対物レンズと反対側に位置する場合の反射光を例示した図であり、ナイフエッジプリズムにより第２反射光が遮光された場合の第１反射光を示す。4(a) and 4(b) are diagrams exemplifying reflected light when the measurement surface of the sample is located on the side opposite to the objective lens with respect to the focal point of the objective lens in the measurement apparatus according to the first embodiment; The first reflected light is shown when the second reflected light is blocked by the prism. （ａ）は、実施形態１に係る測定装置のナイフエッジプリズム及びバンドルファイバに入射する反射光を例示した図であり、試料の測定面が対物レンズの焦点に位置する場合を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるバンドルファイバの各チャンネルの受光状態を例示した図である。(a) is a diagram illustrating reflected light incident on a knife-edge prism and a bundle fiber of the measurement apparatus according to Embodiment 1, showing a case where the measurement surface of the sample is positioned at the focus of the objective lens; These are the figures which illustrated the light reception state of each channel of the bundle fiber in (a). （ａ）は、実施形態１に係る測定装置のナイフエッジプリズム及びバンドルファイバに入射する反射光を例示した図であり、試料の測定面が対物レンズの焦点よりも対物レンズ側に位置する場合を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるバンドルファイバの各チャンネルの受光状態を例示した図である。(a) is a diagram exemplifying reflected light incident on a knife-edge prism and a bundle fiber of the measurement apparatus according to Embodiment 1, and shows a case in which the measurement surface of the sample is positioned closer to the objective lens than the focal point of the objective lens; and (b) is a diagram illustrating the light receiving state of each channel of the bundle fiber in (a). （ａ）は、実施形態１に係る測定装置のナイフエッジプリズム及びバンドルファイバに入射する反射光を例示した図であり、試料の測定面が対物レンズの焦点よりも対物レンズと反対側に位置する場合を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるバンドルファイバの各チャンネルの受光状態を例示した図である。(a) is a diagram exemplifying reflected light incident on a knife-edge prism and a bundle fiber of the measurement apparatus according to Embodiment 1, where the measurement surface of the sample is located on the opposite side of the objective lens from the focal point of the objective lens; (b) is a diagram illustrating the light receiving state of each channel of the bundle fiber in (a). 実施形態１に係る測定装置において、各チャンネルを透過した第１反射光の強度を例示した図であり、縦軸は、上から第１チャンネル３９ａ、第３チャンネル３９ｃ及び第２チャンネル３９ｂを透過した反射光を示す。In the measuring device according to the first embodiment, FIG. Shows reflected light. （ａ）は、実施形態１に係る各チャンネルを透過した第１反射光の強度を例示したグラフであり、横軸は、対物レンズの焦点に対する測定面の位置を示し、縦軸は、第１強度、第２強度及び第３強度を示し、（ｂ）は、第２強度（Ａ）及び第１強度（Ｂ）の差（Ａ－Ｂ）を、第２強度及び第１強度の和（Ａ＋Ｂ）で割った値Ｉを例示したグラフであり、横軸は、対物レンズの焦点に対する測定面の位置を示し、縦軸は、値Ｉを示す。(a) is a graph exemplifying the intensity of the first reflected light transmitted through each channel according to Embodiment 1, where the horizontal axis indicates the position of the measurement plane with respect to the focus of the objective lens, and the vertical axis indicates the first Intensity, second intensity and third intensity are shown, (b) is the difference (AB) between the second intensity (A) and the first intensity (B), the sum of the second intensity and the first intensity (A+B ), where the horizontal axis indicates the position of the measurement plane with respect to the focus of the objective lens, and the vertical axis indicates the value I. FIG. 実施形態１に係る測定方法を例示したフローチャート図である。2 is a flow chart diagram illustrating a measurement method according to Embodiment 1. FIG. （ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る測定方法において、試料の測定面を例示した平面図である。4(a) and 4(b) are plan views illustrating the measurement surface of the sample in the measurement method according to the first embodiment. FIG. （ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る測定方法において、試料を例示した断面図である。4A and 4B are cross-sectional views illustrating samples in the measurement method according to the first embodiment; FIG. （ａ）は、実施形態１に係るナイフエッジプリズムを例示した斜視図であり、（ｂ）は、実施形態１の変形例１に係る四角錐のプリズムを例示した斜視図である。1A is a perspective view illustrating a knife-edge prism according to Embodiment 1, and FIG. 1B is a perspective view illustrating a four-sided pyramid prism according to Modification 1 of Embodiment 1. FIG. （ａ）～（ｈ）は、実施形態１の変形例２に係るバンドルファイバの端面及び受光素子を例示した図である。8(a) to 8(h) are diagrams illustrating an end face of a bundle fiber and a light receiving element according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. 実施形態２に係る測定装置を例示した構成図である。2 is a configuration diagram illustrating a measuring device according to Embodiment 2. FIG. 実施形態３に係る測定装置を例示した構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram illustrating a measuring device according to Embodiment 3; 実施形態４に係る測定装置を例示した構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram illustrating a measuring device according to Embodiment 4;

以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。 A specific configuration of the present embodiment will be described below with reference to the drawings. The following description shows preferred embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. In the following description, items with the same reference numerals indicate substantially similar contents.

（実施形態１）
実施形態１に係る測定装置を説明する。まず、測定装置の構成と測定原理を説明する。その後、測定装置を用いた測定方法を説明する。 (Embodiment 1)
A measuring device according to Embodiment 1 will be described. First, the configuration and measurement principle of the measuring device will be described. After that, the measuring method using the measuring device will be described.

＜測定装置の構成＞
実施形態１に係る測定装置の構成を説明する。図１は、実施形態１に係る測定装置を例示した斜視図である。図２は、実施形態１に係る測定装置を例示した構成図である。図２では、構成を簡潔にするため、同一平面上に光学部品を配置している。なお、他の図でも構成を簡潔にするため、適宜、同一平面上に光学部品を配置する場合がある。図１及び図２に示すように、測定装置１は、光源１０、共焦点光学系２０及び測定処理部４１を備えている。測定装置１は、試料５０の測定面５１の形状を測定する。測定装置１は、例えば、共焦点光学系２０を備えた共焦点顕微鏡を用いている。 <Configuration of measuring device>
The configuration of the measuring device according to Embodiment 1 will be described. FIG. 1 is a perspective view illustrating a measuring device according to Embodiment 1. FIG. FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the measuring device according to the first embodiment. In FIG. 2, the optical components are arranged on the same plane to simplify the configuration. Note that optical components may be arranged on the same plane as appropriate in order to simplify the configuration in other drawings as well. As shown in FIGS. 1 and 2, the measurement apparatus 1 includes a light source 10, a confocal optical system 20, and a measurement processing section 41. FIG. The measurement device 1 measures the shape of the measurement surface 51 of the sample 50 . The measuring device 1 uses, for example, a confocal microscope equipped with a confocal optical system 20 .

光源１０は、照明光１１を生成する。光源１０は、例えば、波長４０５ｎｍの半導体レーザを用いる。なお、半導体レーザの波長は４０５ｎｍに限定しなくてもよい。また、半導体レーザ以外のレーザでもよい。また、連続スペクトルに複数の輝線を含む水銀キセノンランプ、紫外から赤外域（１８５ｎｍ～２０００ｎｍ）に幅広い連続スペクトルを有するキセノンランプ、白色ダイオード、白色レーザ等を用いて、バンドパスフィルタで特定域の波長の光を取り出してもよい。 A light source 10 generates illumination light 11 . The light source 10 uses, for example, a semiconductor laser with a wavelength of 405 nm. Note that the wavelength of the semiconductor laser need not be limited to 405 nm. Lasers other than semiconductor lasers may also be used. In addition, using a mercury-xenon lamp with multiple emission lines in the continuous spectrum, a xenon lamp with a wide continuous spectrum from ultraviolet to infrared (185 nm to 2000 nm), a white diode, a white laser, etc., a band-pass filter can be used to detect wavelengths in a specific range. of light can be extracted.

共焦点光学系２０は、アナモルフィックプリズム２１、ビームエキスバンダ２２、偏光ビームスプリッタ２３、ミラー２４、ガルバノミラーＸ２５、レンズ２６～２９、ガルバノミラーＹ３１、λ／４板３２、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ３４、可変焦点レンズ３５、ナイフエッジプリズム３６、バンドルファイバ３９、受光素子４０、駆動部３４ｋ（５０ｋ）を含んでいる。ガルバノミラーＸ２５及びガルバノミラーＹ３１を走査部ともいう。 The confocal optical system 20 includes an anamorphic prism 21, a beam expander 22, a polarizing beam splitter 23, a mirror 24, a galvanomirror X25, lenses 26 to 29, a galvanomirror Y31, a λ/4 plate 32, a dichroic mirror 33, and an objective. It includes a lens 34, a variable focus lens 35, a knife edge prism 36, a bundle fiber 39, a light receiving element 40, and a drive section 34k (50k). The galvanomirror X25 and the galvanomirror Y31 are also called a scanning unit.

光源１０で生成された照明光１１は、光源１０から出射する。光源１０から出射した照明光１１は、アナモルフィックプリズム２１に入射する。アナモルフィックプリズム２１は、入射した照明光１１の形状を成形する。例えば、アナモルフィックプリズム２１は、照明光１１の光軸に直交する断面の形状を真円状に成形する。 Illumination light 11 generated by the light source 10 is emitted from the light source 10 . Illumination light 11 emitted from the light source 10 enters the anamorphic prism 21 . The anamorphic prism 21 shapes the shape of the incident illumination light 11 . For example, the anamorphic prism 21 shapes the shape of the cross section orthogonal to the optical axis of the illumination light 11 into a perfect circle.

アナモルフィックプリズム２１によって成形された照明光１１は、ビームエキスバンダ２２によって拡大される。ビームエキスバンダ２２は、照明光１１の真円状の断面の直径をより大きな直径の円となるように拡大させる。 The illumination light 11 shaped by the anamorphic prism 21 is expanded by the beam expander 22 . The beam expander 22 expands the diameter of the perfect circular cross section of the illumination light 11 so as to form a circle with a larger diameter.

ビームエキスバンダ２２によって拡大された照明光１１は、偏光ビームスプリッタ２３に入射する。偏光ビームスプリッタ２３は、入射した照明光１１の一部を透過させ、一部を反射させる。偏光ビームスプリッタ２３を透過した照明光１１は、ミラー２４で反射する。 The illumination light 11 expanded by the beam expander 22 enters the polarizing beam splitter 23 . The polarizing beam splitter 23 transmits part of the incident illumination light 11 and reflects part of it. The illumination light 11 transmitted through the polarization beam splitter 23 is reflected by the mirror 24 .

ミラー２４で反射した照明光１１は、ガルバノミラーＸ２５に入射する。ガルバノミラーＸ２５は、試料５０の測定面５１を照明光１１で走査（スキャン）させる。測定面５１をＸＹ平面とした場合に、例えば、Ｘ軸方向にスキャンさせる。ガルバノミラーＸ２５をガルバノミラーＹ３１とともに走査部という。ガルバノミラーＸ２５で反射した照明光１１は、レンズ２６によって、一次像を形成された後、レンズ２７によって、平行光に戻される。 The illumination light 11 reflected by the mirror 24 enters the galvanomirror X25. The galvanometer mirror X25 scans the measurement surface 51 of the sample 50 with the illumination light 11 . If the measurement plane 51 is the XY plane, for example, scanning is performed in the X-axis direction. The galvanomirror X25 is called a scanning part together with the galvanomirror Y31. The illumination light 11 reflected by the galvanomirror X25 forms a primary image by the lens 26 and then is returned to parallel light by the lens 27 .

レンズ２７を透過した照明光１１は、ガルバノミラーＹ３１に入射する。ガルバノミラーＹ３１は、試料５０の測定面５１を照明光１１で走査（スキャン）させる。測定面５１をＸＹ平面とした場合に、例えば、Ｙ軸方向にスキャンさせる。したがって、ガルバノミラーＸ２５及びガルバノミラーＹ３１の走査部により、試料５０の測定面５１を２次元的にスキャンすることができる。ガルバノミラーＹ３１で反射された照明光１１は、レンズ２８によって、一次像を形成された後、レンズ２９によって、平行光に戻される。 The illumination light 11 transmitted through the lens 27 is incident on the galvanomirror Y31. The galvanomirror Y31 scans the measurement surface 51 of the sample 50 with the illumination light 11 . If the measurement surface 51 is the XY plane, for example, scanning is performed in the Y-axis direction. Therefore, it is possible to two-dimensionally scan the measurement surface 51 of the sample 50 by the scanning part of the galvanometer mirror X25 and the galvanometer mirror Y31. The illumination light 11 reflected by the galvanomirror Y31 forms a primary image by the lens 28 and then is returned to parallel light by the lens 29 .

レンズ２９を透過した照明光１１は、λ／４板３２に入射する。λ／４板３２は、偏光状態を変化させる。例えば、λ／４板３２は、直線偏光の照明光を円偏光に変える。λ／４板３２によって偏光状態が変化された照明光１１は、ダイクロイックミラー３３で反射する。ダイクロイックミラー３３は、照明光１１における特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過させる。 The illumination light 11 transmitted through the lens 29 is incident on the λ/4 plate 32 . The λ/4 plate 32 changes the polarization state. For example, the λ/4 plate 32 converts linearly polarized illumination light into circularly polarized light. The illumination light 11 whose polarization state has been changed by the λ/4 plate 32 is reflected by the dichroic mirror 33 . The dichroic mirror 33 reflects light of a specific wavelength in the illumination light 11 and transmits light of other wavelengths.

ダイクロイックミラー３３で反射した照明光１１は、対物レンズ３４で集光され、試料５０の測定面５１を照明する。ガルバノミラーＸ２５及びＹ３１によって、測定面５１をＸＹ方向に照明光１１でスキャンさせながら、試料５０の測定面５１を照明する。測定面５１を照明した照明光１１は、測定面５１で反射する。 The illumination light 11 reflected by the dichroic mirror 33 is collected by the objective lens 34 and illuminates the measurement surface 51 of the sample 50 . The measurement surface 51 of the sample 50 is illuminated while the measurement surface 51 is scanned in the XY directions with the illumination light 11 by the galvanometer mirrors X25 and Y31. The illumination light 11 that illuminates the measurement surface 51 is reflected by the measurement surface 51 .

測定面５１で反射した反射光１２は、対物レンズ３４によって集光される。このように、対物レンズ３４は、試料５０の測定面５１を照明する照明光１１が測定面５１で反射した反射光１２を集光する。なお、対物レンズ３４は、照明光１１により測定面５１から発生した蛍光を集光してもよい。その場合には、反射光１２は、蛍光を含む意味で用いる。 The reflected light 12 reflected by the measurement surface 51 is collected by the objective lens 34 . In this way, the objective lens 34 collects the reflected light 12 that is reflected by the measurement surface 51 of the illumination light 11 that illuminates the measurement surface 51 of the sample 50 . Note that the objective lens 34 may condense fluorescence generated from the measurement surface 51 by the illumination light 11 . In that case, the reflected light 12 is used in a sense including fluorescence.

対物レンズ３４には、対物レンズ３４を照明光１１の光軸１１ｊ方向に移動させる駆動部３４ｋが取り付けられてもよい。なお、駆動部３４ｋの代わりに、試料５０を光軸１１ｊ方向に移動させる駆動部５０ｋが、試料５０を載置させるステージに取付けられてもよい。駆動部３４ｋ及び５０ｋは、試料５０または対物レンズ３４を照明光１１の光軸１１ｊ方向に間隔を空けて複数回移動させてもよい。これにより、光軸１１ｊ方向にスキャンさせることができる。対物レンズ３４で集光された反射光１２は、偏光ビームスプリッタ２３まで逆の光路をたどる。 The objective lens 34 may be provided with a drive section 34k that moves the objective lens 34 in the direction of the optical axis 11j of the illumination light 11. FIG. Instead of the drive section 34k, a drive section 50k that moves the sample 50 in the direction of the optical axis 11j may be attached to the stage on which the sample 50 is placed. The driving units 34k and 50k may move the sample 50 or the objective lens 34 a plurality of times in the direction of the optical axis 11j of the illumination light 11 at intervals. This enables scanning in the direction of the optical axis 11j. The reflected light 12 condensed by the objective lens 34 follows the reverse optical path to the polarizing beam splitter 23 .

すなわち、反射光１２は、ダイクロイックミラー３３、λ／４板３２、レンズ２９、レンズ２８、ガルバノミラーＹ３１、レンズ２７、レンズ２６、ガルバノミラーＸ２５、ミラー２４を経て、偏光ビームスプリッタ２３に入射する。偏光ビームスプリッタ２３で反射した反射光１２は、可変焦点レンズ３５を透過する。可変焦点レンズ３５を透過した反射光１２は、ナイフエッジプリズム３６に入射する。 That is, the reflected light 12 passes through the dichroic mirror 33, the λ/4 plate 32, the lens 29, the lens 28, the galvanometer mirror Y31, the lens 27, the lens 26, the galvanometer mirror X25, and the mirror 24, and enters the polarization beam splitter 23. The reflected light 12 reflected by the polarizing beam splitter 23 is transmitted through the varifocal lens 35 . The reflected light 12 that has passed through the varifocal lens 35 enters a knife-edge prism 36 .

ナイフエッジプリズム３６は、例えば、直角二等辺三角形を２つの対向する底面とする三角柱状のプリズムである。ナイフエッジプリズム３６は、ナイフエッジ部３６ｅを有している。ナイフエッジ部３６ｅは、各底面を構成する直角二等辺三角形の直角の各頂点を結ぶ稜線に形成されている。したがって、ナイフエッジ部３６ｅは、一方向に延在している。 The knife-edge prism 36 is, for example, a triangular column-shaped prism having two opposing bottom surfaces that are right-angled isosceles triangles. The knife edge prism 36 has a knife edge portion 36e. The knife edge portion 36e is formed on a ridge line connecting right-angled vertices of isosceles right triangles forming the bottom surfaces. Therefore, the knife edge portion 36e extends in one direction.

ナイフエッジ部３６ｅは、ナイフエッジプリズム３６において、隣り合う側面が角を形成する角部の一つである。ナイフエッジ部３６ｅを挟む隣り合う側面は直角をなしている。直角をなす隣り合う側面を第１反射面３６a及び第２反射面３６ｂとする。このように、ナイフエッジプリズム３６は、第１反射面３６ａ及び第２反射面３６ｂを含む角部を有している。具体的には、ナイフエッジプリズム３６は、第１反射面３６a及び第２反射面３６ｂにより構成されたナイフエッジ部３６ｅを角部として有している。 The knife-edge portion 36e is one of the corner portions of the knife-edge prism 36 in which adjacent side surfaces form an angle. Adjacent side surfaces sandwiching the knife edge portion 36e form a right angle. Adjacent side surfaces forming a right angle are defined as a first reflecting surface 36a and a second reflecting surface 36b. Thus, the knife-edge prism 36 has corners including the first reflecting surface 36a and the second reflecting surface 36b. Specifically, the knife edge prism 36 has a knife edge portion 36e formed by a first reflecting surface 36a and a second reflecting surface 36b as a corner portion.

可変焦点レンズ３５を透過した反射光１２の光軸は、ナイフエッジ部３６ｅの延在方向に直交する。また、反射光１２の光軸は、第１反射面３６ａ及び第２反射面３６ｂとのなす角が等しくなるような方向から、ナイフエッジ部３６ｅに入射する。よって、第１反射面３６a及び第２反射面３６ｂに対する反射光１２の入射角は等しい。 The optical axis of the reflected light 12 transmitted through the varifocal lens 35 is perpendicular to the extension direction of the knife edge portion 36e. Also, the optical axis of the reflected light 12 enters the knife edge portion 36e from a direction in which the angles formed by the first reflecting surface 36a and the second reflecting surface 36b are equal. Therefore, the incident angles of the reflected light 12 with respect to the first reflecting surface 36a and the second reflecting surface 36b are equal.

ナイフエッジプリズム３６は、ナイフエッジ部３６ｅに入射した反射光１２を分割する。ナイフエッジ部３６ｅに入射した反射光１２は、第１反射面３６ａで反射した第１反射光１２ａ及び第２反射面３６ｂで反射した第２反射光１２ｂに分割される。分割された反射光１２のうち第１反射光１２ａは、一方のバンドルファイバ３９に入射する。また、分割された反射光１２のうち第２反射光１２ｂは、他方のバンドルファイバ３９に入射する。 The knife edge prism 36 splits the reflected light 12 incident on the knife edge portion 36e. The reflected light 12 incident on the knife edge portion 36e is split into a first reflected light 12a reflected by the first reflecting surface 36a and a second reflected light 12b reflected by the second reflecting surface 36b. A first reflected light 12 a of the split reflected light 12 enters one bundle fiber 39 . Also, the second reflected light 12 b of the split reflected light 12 enters the other bundle fiber 39 .

図３（ａ）は、実施形態１に係る測定装置１において、ナイフエッジプリズム３６及びバンドルファイバ３９の配置を例示した構成図であり、（ｂ）は、バンドルファイバ３９の端面を例示した図である。図３（ａ）に示すように、反射光１２は、ナイフエッジプリズム３６のナイフエッジ部３６ｅに入射する。ナイフエッジ部３６ｅに入射した反射光１２は、第１反射光１２ａ及び第２反射光１２ｂに分割される。 3A is a configuration diagram illustrating the arrangement of the knife edge prism 36 and the bundle fiber 39 in the measurement apparatus 1 according to Embodiment 1, and FIG. 3B is a diagram illustrating the end face of the bundle fiber 39. FIG. be. As shown in FIG. 3( a ), the reflected light 12 is incident on the knife edge portion 36 e of the knife edge prism 36 . The reflected light 12 incident on the knife edge portion 36e is split into a first reflected light 12a and a second reflected light 12b.

図３（ｂ）に示すように、バンドルファイバ３９は、第１チャンネル３９ａ、第２チャンネル３９ｂ及び第３チャンネル３９ｃを含んでいる。バンドルファイバ３９は、第１チャンネル３９ａと第２チャンネル３９ｂとの間に配置された第３チャンネル３９ｃを含んでいる。各チャンネルは、例えば、ファイバを含んでいる。よって、バンドルファイバ３９は、複数のファイバが束になったものである。 As shown in FIG. 3(b), the bundle fiber 39 includes a first channel 39a, a second channel 39b and a third channel 39c. Bundle fiber 39 includes a third channel 39c located between first channel 39a and second channel 39b. Each channel contains, for example, a fiber. Therefore, the bundle fiber 39 is a bundle of a plurality of fibers.

第１チャンネル３９ａ、第２チャンネル３９ｂ及び第３チャンネル３９ｃは、角部に入射した反射光１２の光軸１２ｊ及び第１反射光１２ａの光軸１２ａｊを含む平面内において、第１反射光１２ａの光軸１２ａｊに直交した方向に並んでいる。角度がナイフエッジ部３６ｅの場合には、第１チャンネル３９ａ、第２チャンネル３９ｂ及び第３チャンネル３９ｃは、第１反射光１２ａの光軸１２ａｊ、及び、ナイフエッジ部３６ｅの延在方向、に直交する方向に並んでいる。 The first channel 39a, the second channel 39b, and the third channel 39c are arranged within a plane including the optical axis 12j of the reflected light 12 incident on the corner and the optical axis 12aj of the first reflected light 12a. They are arranged in a direction perpendicular to the optical axis 12aj. When the angle is the knife edge portion 36e, the first channel 39a, the second channel 39b, and the third channel 39c are orthogonal to the optical axis 12aj of the first reflected light 12a and the extending direction of the knife edge portion 36e. lined up in the direction of

各チャンネルのジャケットの外径は、例えば、φ２５０［μｍ］である。第１チャンネル３９ａ及び第２チャンネル３９ｂのコア径及びクラッド径は、例えば、φ１０５［μｍ］及びφ１２５［μｍ］である。第３チャンネル３９ｃのコア径及びクラッド径は、φ５０［μｍ］及びφ１２５［μｍ］である。 The outer diameter of the jacket of each channel is, for example, φ250 [μm]. The core diameter and clad diameter of the first channel 39a and the second channel 39b are, for example, φ105 [μm] and φ125 [μm]. The core diameter and clad diameter of the third channel 39c are φ50 [μm] and φ125 [μm].

各バンドルファイバ３９は、第１反射光１２ａ及び第２反射光１２ｂを透過させる。各バンドルファイバ３９に入射した各反射光１２は、各チャンネルを介して受光素子４０により検出される。第１反射光１２ａのうち第１チャンネル３９ａを透過した光の強度を第１強度といい、第１反射光１２ａのうち第２チャンネル３９ｂを透過した光の強度を第２強度という。第１反射光１２ａのうち第３チャンネル３９ｃを透過した光の強度を第３強度という。受光素子４０は、第１強度、第２強度、及び、第３強度を出力する。 Each bundle fiber 39 transmits the first reflected light 12a and the second reflected light 12b. Each reflected light 12 incident on each bundle fiber 39 is detected by a light receiving element 40 via each channel. The intensity of the light that has passed through the first channel 39a out of the first reflected light 12a is called the first intensity, and the intensity of the light out of the first reflected light 12a that has passed through the second channel 39b is called the second intensity. The intensity of the light transmitted through the third channel 39c out of the first reflected light 12a is called the third intensity. The light receiving element 40 outputs a first intensity, a second intensity and a third intensity.

試料５０の測定面５１を照明光１１でスキャンすることにより、受光素子４０が出力した測定面５１における反射光の第１強度、第２強度及び第３強度と、ガルバノミラーＸ２５及びガルバノミラーＹ３１の振り角を測定処理部４１で処理し、測定面５１における反射光の第１強度、第２強度及び第３強度の分布を算出する。 By scanning the measurement surface 51 of the sample 50 with the illumination light 11, the first intensity, the second intensity, and the third intensity of the reflected light on the measurement surface 51 output by the light receiving element 40, and the galvanometer mirror X25 and the galvanometer mirror Y31. The swing angle is processed by the measurement processing unit 41, and distributions of the first intensity, the second intensity, and the third intensity of the reflected light on the measurement surface 51 are calculated.

測定処理部４１は、駆動部３４ｋまたは駆動部５０ｋに取り付けられたスケールから対物レンズ３４と測定面５１の相対位置を取得する。また、測定処理部４１は、測定面５１を照明光１１で走査させた場合の測定面５１における反射光の第１強度、第２強度及び第３強度の分布を算出する。これにより、測定処理部４１は、測定面５１の３次元形状を測定する。なお、測定処理部４１は、第１強度及び第２強度に基づいて、対物レンズ３４の焦点に対する測定面５１の位置を測定してもよい。 The measurement processing unit 41 acquires the relative positions of the objective lens 34 and the measurement surface 51 from the scale attached to the driving unit 34k or the driving unit 50k. The measurement processing unit 41 also calculates distributions of the first intensity, the second intensity, and the third intensity of the reflected light on the measurement surface 51 when the measurement surface 51 is scanned with the illumination light 11 . Thereby, the measurement processing unit 41 measures the three-dimensional shape of the measurement surface 51 . Note that the measurement processing unit 41 may measure the position of the measurement plane 51 with respect to the focal point of the objective lens 34 based on the first intensity and the second intensity.

さらに、測定処理部４１は、駆動部５０ｋが試料５０を、または、駆動部３４ｋが対物レンズ３４を移動させる度に、測定面５１を照明光１１で走査させた場合の反射光の第１強度、第２強度及び第３強度の分布を取得する。そして、測定処理部４１は、取得した複数の反射光の強度分布に基づいて、測定面５１に焦点５３が位置したときの試料５０または対物レンズ３４の位置を導出し、測定面５１の３次元形状を測定する。測定処理部４１は、例えば、汎用的なＰＣである。 Further, the measurement processing unit 41 scans the measurement surface 51 with the illumination light 11 each time the driving unit 50k moves the sample 50 or the driving unit 34k moves the objective lens 34, and the first intensity of the reflected light is , the distribution of the second intensity and the third intensity. Then, the measurement processing unit 41 derives the position of the sample 50 or the objective lens 34 when the focal point 53 is positioned on the measurement plane 51 based on the acquired intensity distributions of the reflected lights, and calculates the three-dimensional position of the measurement plane 51. Measure the shape. The measurement processing unit 41 is, for example, a general-purpose PC.

＜測定原理＞
次に、実施形態１に係る測定装置１において、試料５０の測定面５１の３次元形状を測定する原理を説明する。まず、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３に位置する場合を説明する。 <Measurement principle>
Next, the principle of measuring the three-dimensional shape of the measurement surface 51 of the sample 50 in the measurement device 1 according to the first embodiment will be described. First, the case where the measurement surface 51 of the sample 50 is positioned at the focal point 53 of the objective lens 34 will be described.

図４は、実施形態１に係る測定装置１において、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３に位置する場合の反射光１２を例示した図である。図４に示すように、測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３に位置する場合には、照明光１１が測定面５１で反射した反射光１２は対物レンズ３４で集光された後、可変焦点レンズ３５によって集光され、受光素子４０上で焦点を結ぶ。 FIG. 4 is a diagram illustrating the reflected light 12 when the measurement surface 51 of the sample 50 is positioned at the focal point 53 of the objective lens 34 in the measurement apparatus 1 according to Embodiment 1. FIG. As shown in FIG. 4, when the measurement surface 51 is positioned at the focal point 53 of the objective lens 34, the reflected light 12 of the illumination light 11 reflected by the measurement surface 51 is condensed by the objective lens 34 and then is varifocal. The light is collected by the lens 35 and focused on the light receiving element 40 .

ここで、反射光１２の光軸方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交する面上にＸ軸方向及びＹ軸方向を規定する。受光素子４０において、反射光１２が焦点を結んだ点から＋Ｙ軸方向側を受光素子４０ａとし、－Ｙ軸方向側を受光素子４０ｂとする。 Here, the optical axis direction of the reflected light 12 is defined as the Z-axis direction, and the X-axis direction and the Y-axis direction are defined on a plane orthogonal to the Z-axis direction. In the light-receiving element 40, the +Y-axis direction side from the point where the reflected light 12 is focused is defined as a light-receiving element 40a, and the -Y-axis direction side is defined as a light-receiving element 40b.

次に、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４側に突出している場合、すなわち、測定面５１と対物レンズ３４とが近づいて、測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４側に位置する場合を説明する。 Next, when the measurement surface 51 of the sample 50 protrudes toward the objective lens 34 side, that is, when the measurement surface 51 and the objective lens 34 approach each other, the measurement surface 51 is closer to the objective lens 34 than the focal point 53 of the objective lens 34 is. will be described.

図５（ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る測定装置１において、試料５０の測定面５１が、対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４側に位置する場合の反射光１２を例示した図であり、ナイフエッジプリズム３６により第２反射光１２ｂが遮光された場合の第１反射光１２ａを示す。 5A and 5B show the reflected light 12 when the measurement surface 51 of the sample 50 is positioned closer to the objective lens 34 than the focal point 53 of the objective lens 34 in the measurement apparatus 1 according to the first embodiment. FIG. 10 is an exemplary view showing the first reflected light 12a when the second reflected light 12b is blocked by the knife-edge prism 36;

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、ナイフエッジ部３６ｅの延在方向をＸ軸方向とする。試料５０の測定面５１が、対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４側に位置する場合には、第１反射光１２ａは、受光素子４０ａ上で広がっており、受光素子４０ａよりも後側（＋Ｚ軸方向側）で焦点を結ぶ。ナイフエッジプリズム３６により第２反射光１２ｂが遮光された場合には、－Ｙ軸方向側の反射光を遮光し、＋Ｙ軸方向側の反射光のみを受光する状態となっている。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the extension direction of the knife edge portion 36e is the X-axis direction. When the measurement surface 51 of the sample 50 is positioned closer to the objective lens 34 than the focal point 53 of the objective lens 34, the first reflected light 12a spreads on the light receiving element 40a, and extends to the rear side of the light receiving element 40a. (+Z-axis direction side) is focused. When the second reflected light 12b is blocked by the knife-edge prism 36, the reflected light in the -Y-axis direction is blocked and only the reflected light in the +Y-axis direction is received.

すなわち、受光素子４０ａが受光していれば、試料５０の測定面５１は、焦点５３よりも対物レンズ３４側に位置している。そして、測定面５１が対物レンズ３４側に近づくほど、スポット径が大きくなっている。よって、測定面５１が対物レンズ３４側に位置するほど、受光素子４０ａが受光する輝度が減少する。 That is, if the light receiving element 40a receives light, the measurement surface 51 of the sample 50 is located closer to the objective lens 34 than the focal point 53 is. The spot diameter increases as the measurement surface 51 approaches the objective lens 34 side. Therefore, the closer the measurement surface 51 is to the objective lens 34 side, the lower the luminance received by the light receiving element 40a.

次に、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４とは反対側に遠のいている場合、すなわち、測定面５１と対物レンズ３４とが離れて、測定面５１が焦点５３よりも対物レンズ３４とは反対側に位置する場合を説明する。 Next, when the measurement surface 51 of the sample 50 is farther away from the objective lens 34 , that is, when the measurement surface 51 and the objective lens 34 are separated, the measurement surface 51 is farther from the objective lens 34 than the focal point 53 is. A case of being positioned on the opposite side will be described.

図６（ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る測定装置１において、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４と反対側に位置する場合の反射光１２を例示した図であり、ナイフエッジプリズム３６により第２反射光１２ｂが遮光された場合の第１反射光１２ａを示す。 6A and 6B show the reflected light 12 when the measurement surface 51 of the sample 50 is located on the opposite side of the objective lens 34 from the focal point 53 of the objective lens 34 in the measurement apparatus 1 according to Embodiment 1. and shows the first reflected light 12a when the second reflected light 12b is blocked by the knife-edge prism 36. FIG.

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４と反対側に位置する場合には、第１反射光１２ａは、受光素子４０よりも前側（－Ｚ軸方向側）で焦点を結ぶ。ナイフエッジプリズム３６により第２反射光１２ｂが遮光された場合には、＋Ｙ軸方向側の反射光を遮光し、－Ｙ軸方向側の反射光のみを受光する状態となっている。 As shown in FIGS. 6A and 6B, when the measurement surface 51 of the sample 50 is located on the opposite side of the objective lens 34 from the focal point 53 of the objective lens 34, the first reflected light 12a is received It is focused on the front side (−Z axis direction side) of the element 40 . When the second reflected light 12b is blocked by the knife-edge prism 36, the reflected light in the +Y-axis direction is blocked and only the reflected light in the -Y-axis direction is received.

すなわち、受光素子４０ｂが受光していれば、試料５０の測定面５１は、対物レンズ３４の焦点５３よりも遠くに位置している。そして、測定面５１が対物レンズ３４から離れるほど、スポット径が大きくなっている。よって、測定面５１が対物レンズ３４と反対側に位置するほど、受光素子４０ｂが受光する輝度が減少する。 That is, if the light receiving element 40b receives light, the measurement surface 51 of the sample 50 is located farther than the focal point 53 of the objective lens 34. FIG. The spot diameter increases as the measurement surface 51 is further away from the objective lens 34 . Therefore, the luminance received by the light receiving element 40b decreases as the measurement surface 51 is located on the opposite side of the objective lens 34. FIG.

このように、試料５０の測定面５１が焦点５３よりも対物レンズ３４側に位置するのか対物レンズ３４とは反対側に位置するかによって、ナイフエッジ部３６ｅによって分割された反射光１２の到達位置と収束具合が異なる。よって、ナイフエッジ部３６ｅによって分割された反射光１２の到達位置と収束具合から対物レンズ３４の焦点５３に対する測定面５１の位置を検出することができる。 Thus, the arrival position of the reflected light 12 divided by the knife edge portion 36e depends on whether the measurement surface 51 of the sample 50 is positioned closer to the objective lens 34 than the focal point 53 or to the opposite side of the objective lens 34. and convergence are different. Therefore, the position of the measurement surface 51 with respect to the focal point 53 of the objective lens 34 can be detected from the arrival position and the degree of convergence of the reflected light 12 divided by the knife edge portion 36e.

図７（ａ）は、実施形態１に係る測定装置１のナイフエッジプリズム３６及びバンドルファイバ３９に入射する反射光１２を例示した図であり、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３に位置する場合を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるバンドルファイバの各チャンネルの受光状態を例示した図である。図（ａ）及び（ｂ）に示すように、測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３に位置する場合には、第１反射光１２ａは、バンドルファイバ３９の第３チャンネル３９ｃを主に透過する。 FIG. 7A is a diagram illustrating the reflected light 12 incident on the knife-edge prism 36 and the bundle fiber 39 of the measurement apparatus 1 according to Embodiment 1. The measurement surface 51 of the sample 50 is the focus 53 of the objective lens 34. FIG. (b) is a diagram illustrating the light receiving state of each channel of the bundle fiber in (a). As shown in FIGS. (a) and (b), when the measurement surface 51 is positioned at the focal point 53 of the objective lens 34, the first reflected light 12a is mainly transmitted through the third channel 39c of the bundle fiber 39. .

図８（ａ）は、実施形態１に係る測定装置１のナイフエッジプリズム３６及びバンドルファイバ３９に入射する反射光を例示した図であり、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４側に位置する場合を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるバンドルファイバ３９の各チャンネルの受光状態を例示した図である。図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、試料５０の測定面５１が、対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４側に位置する場合には、第１反射光１２ａは、バンドルファイバ３９の第２チャンネル３９ｂを主に透過する。 FIG. 8(a) is a diagram illustrating reflected light incident on the knife-edge prism 36 and the bundle fiber 39 of the measurement apparatus 1 according to Embodiment 1. (b) is a diagram illustrating the light receiving state of each channel of the bundle fiber 39 in (a). As shown in FIGS. 8A and 8B, when the measurement surface 51 of the sample 50 is positioned closer to the objective lens 34 than the focal point 53 of the objective lens 34, the first reflected light 12a is the bundle fiber. The second channel 39b of 39 is mainly transmitted.

図９（ａ）は、実施形態１に係る測定装置１のナイフエッジプリズム３６及びバンドルファイバ３９に入射する反射光を例示した図であり、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４と反対側に位置する場合を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるバンドルファイバ３９の各チャンネルの受光状態を例示した図である。図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、試料５０の測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４と反対側に位置する場合には、第１反射光１２ａは、バンドルファイバ３９の第１チャンネル３９ａを主に透過する。 FIG. 9A is a diagram illustrating reflected light incident on the knife-edge prism 36 and the bundle fiber 39 of the measurement apparatus 1 according to Embodiment 1. (b) is a diagram illustrating the light receiving state of each channel of the bundle fiber 39 in (a). As shown in FIGS. 9A and 9B, when the measurement surface 51 of the sample 50 is located on the opposite side of the objective lens 34 from the focal point 53 of the objective lens 34, the first reflected light 12a is a bundle It primarily passes through the first channel 39a of the fiber 39;

図１０は、実施形態１に係る測定装置１において、各チャンネルを透過した第１反射光１２ａの強度を例示した図であり、横軸は、対物レンズ３４の焦点５３に対する測定面５１の位置を示し、縦軸は、上から第１チャンネル３９ａ、第３チャンネル３９ｃ及び第２チャンネル３９ｂを透過した反射光を示す。照明光１１の光軸１１ｊ方向をＺ軸方向とした場合に、対物レンズ３４の焦点５３の位置を０とし、焦点５３から対物レンズ３４側の向きを＋Ｚ軸方向、焦点５３から対物レンズ３４と反対側の向きを－Ｚ軸方向とする。 FIG. 10 is a diagram exemplifying the intensity of the first reflected light 12a transmitted through each channel in the measurement apparatus 1 according to Embodiment 1. The horizontal axis represents the position of the measurement surface 51 with respect to the focal point 53 of the objective lens 34. , and the vertical axis indicates reflected light transmitted through the first channel 39a, the third channel 39c, and the second channel 39b from the top. When the direction of the optical axis 11j of the illumination light 11 is the Z-axis direction, the position of the focal point 53 of the objective lens 34 is 0, the direction from the focal point 53 to the objective lens 34 side is the +Z-axis direction, and the direction from the focal point 53 to the objective lens 34 is 0. Let the direction of the opposite side be the -Z-axis direction.

図１０に示すように、位置Ｚ＝０［μｍ］の場合には、第３チャンネル３９ｃを透過した第１反射光１２ａの強度（第３強度）が大きく、第１チャンネル３９ａ及び第２チャンネル３９ｂを透過した第１反射光１２ａの強度（第１強度及び第２強度）は小さい。位置Ｚ＝＋１０～＋２０［μｍ］の場合には、第２強度が大きく、第１強度及び第３強度は小さい。位置Ｚ＝－１０～－２０［μｍ］の場合には、第１強度が大きく、第２強度及び第３強度は小さい。 As shown in FIG. 10, when the position Z=0 [μm], the intensity (third intensity) of the first reflected light 12a transmitted through the third channel 39c is large, and the first channel 39a and the second channel 39b The intensity (first intensity and second intensity) of the first reflected light 12a transmitted through is small. When the position Z=+10 to +20 [μm], the second intensity is large and the first and third intensities are small. When the position Z=-10 to -20 [μm], the first intensity is large and the second and third intensities are small.

図１１（ａ）は、実施形態１に係る各チャンネルを透過した第１反射光１２ａの強度を例示したグラフであり、横軸は、対物レンズ３４の焦点５３に対する測定面５１の位置を示し、縦軸は、第１強度、第２強度及び第３強度を示す。図１１（ａ）に示すように、測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３に位置している場合には、第３強度が最も大きい。また、第１強度と第２強度とは、同程度の強度となっている。 FIG. 11(a) is a graph illustrating the intensity of the first reflected light 12a transmitted through each channel according to Embodiment 1. The horizontal axis indicates the position of the measurement plane 51 with respect to the focal point 53 of the objective lens 34, The vertical axis indicates the first intensity, the second intensity and the third intensity. As shown in FIG. 11A, when the measurement surface 51 is positioned at the focal point 53 of the objective lens 34, the third intensity is the highest. Also, the first intensity and the second intensity are approximately the same intensity.

一方、測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３よりも対物レンズ３４側に位置している場合には、第２強度が第１強度及び第３強度よりも大きくなるピークが存在する。また、測定面５１が焦点５３よりも対物レンズ３４と反対側に位置している場合には、第１強度が第２強度及び第３強度よりも大きくなるピークが存在する。 On the other hand, when the measurement surface 51 is positioned closer to the objective lens 34 than the focal point 53 of the objective lens 34, there is a peak where the second intensity is greater than the first intensity and the third intensity. Also, when the measurement plane 51 is located on the opposite side of the objective lens 34 from the focal point 53, there is a peak where the first intensity is greater than the second intensity and the third intensity.

図１１（ｂ）は、第２強度（Ａ）及び第１強度（Ｂ）の差（Ａ－Ｂ）を、第２強度及び第１強度の和（Ａ＋Ｂ）で割った値Ｉを例示したグラフであり、横軸は、対物レンズ３４の焦点５３に対する測定面５１の位置を示し、縦軸は、値Ｉを示す。図１１（ｂ）に示すように、値Ｉ＝（Ａ－Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、－Ｚ軸方向側では負の値であり、Ｚ＝０に近づくにつれて大きくなる。また、Ｚ＝０に近づくにつれ０に近づく。そして、Ｚ＝０では、不可避な誤差を除いて、値Ｉは０になる。＋Ｚ軸方向側では、値Ｉは正の値となり、大きくなる。本実施形態では、第１強度及び第２強度の差を用いて、値I＝０となるＺを測定面５１が対物レンズの焦点５３に合った位置として決定するので、精度よく測定面５１の位置を測定することができる。 FIG. 11(b) is a graph illustrating the value I obtained by dividing the difference (AB) between the second intensity (A) and the first intensity (B) by the sum of the second intensity and the first intensity (A+B). where the horizontal axis indicates the position of the measurement plane 51 with respect to the focal point 53 of the objective lens 34, and the vertical axis indicates the value I. As shown in FIG. 11(b), the value I=(A−B)/(A+B) is a negative value on the −Z axis direction side and increases as Z=0 approaches. Moreover, it approaches 0 as Z=0 approaches. Then, at Z=0, the value I is 0, except for unavoidable errors. On the +Z-axis direction side, the value I becomes a positive value and increases. In this embodiment, the difference between the first intensity and the second intensity is used to determine Z at which the value I=0 as the position where the measurement plane 51 is aligned with the focal point 53 of the objective lens. Position can be measured.

特に、低倍率の対物レンズ３４を使用した場合には、測定面５１の位置Ｚの変化に対して、反射光強度の変化が小さい。よって、輝度のピークから測定面５１の位置を測定することが困難である。しかしながら、本実施形態では、第１強度及び第２強度の差を用いるので、測定面５１に焦点５３が一致した位置を精度よく測定することができる。 In particular, when the low-magnification objective lens 34 is used, the change in the reflected light intensity is small with respect to the change in the position Z of the measurement surface 51 . Therefore, it is difficult to measure the position of the measurement surface 51 from the luminance peak. However, in this embodiment, since the difference between the first intensity and the second intensity is used, the position where the focal point 53 coincides with the measurement surface 51 can be accurately measured.

このようにして、測定装置１は、第１強度及び第２強度、または、第１強度～第３強度に基づいて、対物レンズ３４の焦点５３位置に対する測定面５１の位置を測定する。そして、測定面５１を照明光１１で走査することにより、測定面５１の３次元形状を測定する。以上が本実施形態における３次元形状を検出する原理である。 In this way, the measurement device 1 measures the position of the measurement plane 51 with respect to the focal point 53 position of the objective lens 34 based on the first and second intensities or the first to third intensities. By scanning the measurement surface 51 with the illumination light 11, the three-dimensional shape of the measurement surface 51 is measured. The above is the principle of detecting a three-dimensional shape in this embodiment.

（測定方法）
次に、実施形態１に係る共焦点光学系を用いた測定方法を説明する。図１２は、実施形態１に係る測定方法を例示したフローチャート図である。 (Measuring method)
Next, a measurement method using the confocal optical system according to Embodiment 1 will be described. FIG. 12 is a flow chart diagram illustrating the measurement method according to the first embodiment.

図１２のステップＳ１１に示すように、反射光１２を対物レンズ３４により集光する。具体的には、試料５０の測定面５１を照明する照明光１１が測定面５１で反射した反射光を対物レンズ３４により集光する。 As shown in step S11 of FIG. 12, the reflected light 12 is condensed by the objective lens . Specifically, the objective lens 34 collects the reflected light of the illumination light 11 that illuminates the measurement surface 51 of the sample 50 and is reflected by the measurement surface 51 .

次に、ステップＳ１２に示すように、反射光１２を分割する。具体的には、対物レンズ３４により集光した反射光１２を、プリズムの第１反射面３６ａ及び第２反射面３６ｂを含む角部に入射させ、反射光１２を分割する。例えば、プリズムは、第１反射面３６ａ及び第２反射面３６ｂにより構成されたナイフエッジ部３６ｅを角部として有したナイフエッジプリズム３６である。 Next, as shown in step S12, the reflected light 12 is split. Specifically, the reflected light 12 condensed by the objective lens 34 is made incident on corners including the first reflecting surface 36a and the second reflecting surface 36b of the prism, and the reflected light 12 is split. For example, the prism is a knife-edge prism 36 having a knife-edge portion 36e formed by a first reflecting surface 36a and a second reflecting surface 36b as a corner portion.

次に、ステップＳ１３に示すように、分割された反射光１２をバンドルファイバ３９に入射させる。具体的には、分割された反射光１２のうち第１反射面３６ａで反射した第１反射光１２ａを、第１チャンネル３９ａ及び第２チャンネル３９ｂを含むバンドルファイバ３９に入射させる。ここで、第１チャンネル３９ａ及び第２チャンネル３９ｂは、角部に入射した反射光１２の光軸１２ｊ及び第１反射光１２ａの光軸１２ａｊを含む平面内において、第１反射光１２ａの光軸１２ａｊに直交した方向に並んでいる。 Next, as shown in step S 13 , the split reflected light 12 is made incident on the bundle fiber 39 . Specifically, the first reflected light 12a reflected by the first reflecting surface 36a among the divided reflected lights 12 is caused to enter the bundle fiber 39 including the first channel 39a and the second channel 39b. Here, the first channel 39a and the second channel 39b correspond to the optical axis of the first reflected light 12a in a plane including the optical axis 12j of the reflected light 12 entering the corner and the optical axis 12aj of the first reflected light 12a. 12aj are lined up in a direction orthogonal to 12aj.

次に、ステップＳ１４に示すように、第１反射光１２ａのうち第１チャンネル３９ａを通過した光の強度である第１強度を検出し、第１反射光１２ａのうち第２チャンネル３９ｂを通過した光の強度である第２強度を検出する。また、第１反射光１２ａのうち第３チャンネル３９ｃを通過した光の強度である第３強度を検出する。 Next, as shown in step S14, the first intensity, which is the intensity of the light that has passed through the first channel 39a of the first reflected light 12a, is detected, and the intensity of the light that has passed through the second channel 39b of the first reflected light 12a is detected. A second intensity is detected, which is the intensity of the light. Also, the third intensity, which is the intensity of the light that has passed through the third channel 39c in the first reflected light 12a, is detected.

次に、ステップＳ１５に示すように、第１強度、第２強度及び第３強度に基づいて、対物レンズ３４の焦点５３に対する試料５０の測定面５１の位置を測定する。これにより、測定面５１の位置を迅速に測定することができる。 Next, as shown in step S15, the position of the measurement plane 51 of the sample 50 with respect to the focal point 53 of the objective lens 34 is measured based on the first intensity, the second intensity and the third intensity. Thereby, the position of the measurement surface 51 can be measured quickly.

次に、ステップＳ１６に示すように、強度分布を取得するとともに、試料５０の測定面５１の３次元形状を測定する。具体的には、ガルバノミラーＸ２５及びガルバノミラーＹ３１等の走査部により、試料５０の測定面５１を照明光１１で走査させる。そして、測定面５１の第１強度及び第２強度の分布を取得する。これにより、測定面５１の３次元形状を測定する。このようにして、試料５０の測定面５１の３次元形状を測定することができる。 Next, as shown in step S16, the intensity distribution is acquired and the three-dimensional shape of the measurement surface 51 of the sample 50 is measured. Specifically, the measurement surface 51 of the sample 50 is scanned with the illumination light 11 by the scanning unit such as the galvanometer mirror X25 and the galvanometer mirror Y31. Then, the distribution of the first intensity and the second intensity on the measurement surface 51 is acquired. Thereby, the three-dimensional shape of the measurement surface 51 is measured. Thus, the three-dimensional shape of the measurement surface 51 of the sample 50 can be measured.

ステップＳ１６における測定面５１の３次元形状を測定する際には、測定面５１における所定の部分の走査をスキップしてもよい。図１３（ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る測定方法において、試料５０の測定面５１を例示した平面図である。 When measuring the three-dimensional shape of the measurement surface 51 in step S16, scanning of a predetermined portion of the measurement surface 51 may be skipped. 13A and 13B are plan views illustrating the measurement surface 51 of the sample 50 in the measurement method according to the first embodiment.

図１３（ａ）に示すように、例えば、測定面５１を、照明光１１の光軸１１ｊに直交するＸＹ平面で走査する。その場合に、図１３（ｂ）に示すように、高精度の測定が不要な所定の部分５２に対しては、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の走査をスキップしてもよい。具体的には、走査部は測定面５１における所定の部分５２の走査をスキップする。 As shown in FIG. 13( a ), for example, the measurement surface 51 is scanned on the XY plane perpendicular to the optical axis 11 j of the illumination light 11 . In that case, as shown in FIG. 13B, scanning in the X-axis direction and the Y-axis direction may be skipped for a predetermined portion 52 that does not require high-precision measurement. Specifically, the scanning unit skips scanning of a predetermined portion 52 on the measurement surface 51 .

また、ステップＳ１６における測定面５１の３次元形状を測定する際には、測定面５１を照明光１１で走査させ、測定面５１の第１強度～第３強度の分布を取得するステップと、試料５０または対物レンズ３４を照明光１１の光軸方向に間隔を空けて移動させるステップと、を複数回繰り返してもよい。具体的には、走査部によるＸＹ平面のスキャンの後に、駆動部５０ｋ等により、光軸１１ｊ方向（Ｚ軸方向）に試料５０または対物レンズ３４を、間隔を空けて移動する。移動した後で、再び、走査部によるＸＹ平面のスキャンを行う。これを複数回繰り返す。 Further, when measuring the three-dimensional shape of the measurement surface 51 in step S16, the measurement surface 51 is scanned with the illumination light 11 to acquire the distribution of the first to third intensities of the measurement surface 51; 50 or the step of moving the objective lens 34 at intervals in the optical axis direction of the illumination light 11 may be repeated multiple times. Specifically, after the scanning unit scans the XY plane, the driving unit 50k or the like moves the sample 50 or the objective lens 34 in the direction of the optical axis 11j (Z-axis direction) with a gap. After the movement, the XY plane is scanned again by the scanning unit. Repeat this several times.

そして、取得した複数の強度分布に基づいて、測定面５１に焦点５３が位置したときの試料５０または対物レンズ３４の位置を導出する。これにより、測定面５１の３次元形状を測定してもよい。 Then, the position of the sample 50 or the objective lens 34 when the focal point 53 is positioned on the measurement plane 51 is derived based on the acquired plurality of intensity distributions. Thereby, the three-dimensional shape of the measurement surface 51 may be measured.

なお、照明光１１の光軸１１ｊ方向に間隔を空けて移動させる際に、光軸１１ｊ方向に移動させる間隔を変化させてもよい。図１４（ａ）及び（ｂ）は、実施形態１に係る測定方法において、試料５０を例示した断面図である。図１４（ａ）に示すように、光軸１１ｊ方向（Ｚ軸方向）に間隔を空けて移動させ、複数回、ＸＹ平面のスキャンを行う場合に、図１４（ｂ）に示すように、段差等の所定の部分５４の間隔を、他の部分の間隔よりも大きくしてもよい。具体的には、駆動部５０ｋ等は、照明光１１の光軸１１ｊ方向における所定の部分５４の間隔を、他の部分の間隔よりも大きくする。これにより、単調な形状で合って高精度な測定の不要な部分の測定をスキップすることができ、迅速に測定することができる。 When the illumination light 11 is moved in the direction of the optical axis 11j at intervals, the interval of movement in the direction of the optical axis 11j may be changed. 14A and 14B are cross-sectional views illustrating the sample 50 in the measurement method according to the first embodiment. As shown in FIG. 14(a), when moving in the direction of the optical axis 11j (Z-axis direction) at intervals and scanning the XY plane a plurality of times, as shown in FIG. The interval of the predetermined portion 54 such as the interval may be larger than the interval of the other portions. Specifically, the drive unit 50k and the like make the interval of the predetermined portion 54 in the direction of the optical axis 11j of the illumination light 11 larger than the interval of other portions. As a result, it is possible to skip the measurement of portions that are monotonous and do not require high-precision measurement, so that the measurement can be performed quickly.

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の測定装置１は、第１強度及び第２強度、または、第１強度～第３強度に基づいて、対物レンズ３４の焦点５３に対する試料５０の測定面５１の位置を測定する。よって、照明光１１の光軸１１ｊ方向に対物レンズ３４または試料５０を移動させる必要がないので、迅速に試料５０の測定面５１の位置を測定することができる。 Next, the effects of this embodiment will be described. The measurement apparatus 1 of this embodiment measures the position of the measurement plane 51 of the sample 50 with respect to the focal point 53 of the objective lens 34 based on the first and second intensities, or the first to third intensities. Therefore, since there is no need to move the objective lens 34 or the sample 50 in the direction of the optical axis 11j of the illumination light 11, the position of the measurement surface 51 of the sample 50 can be measured quickly.

また、照明光１１の光軸に垂直な面内（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）を照明光１１で一度走査させることにより、試料５０の測定面５１の３次元形状を測定することができる。具体的には、第１強度～第３強度の分布を取得することにより、測定面５１の３次元形状を測定することができる。よって、迅速に、測定面５１の３次元形状を測定することができる。 In addition, the three-dimensional shape of the measurement surface 51 of the sample 50 can be measured by scanning the plane perpendicular to the optical axis of the illumination light 11 (the X-axis direction and the Y-axis direction) once with the illumination light 11 . Specifically, the three-dimensional shape of the measurement surface 51 can be measured by obtaining the distribution of the first to third intensities. Therefore, the three-dimensional shape of the measurement surface 51 can be measured quickly.

第１強度～第３強度は、共焦点光学系２０の瞳位置で反射光１２を分割し、分割させた反射光１２を複数のチャンネルに透過させて検出している。よって、照明光１１の光軸方向に対物レンズ３４または試料５０を移動させる必要がないので、一度の走査で、測定面５１の３次元形状を測定することができる。 The first to third intensities are detected by dividing the reflected light 12 at the pupil position of the confocal optical system 20 and transmitting the divided reflected light 12 through a plurality of channels. Therefore, since there is no need to move the objective lens 34 or the sample 50 in the optical axis direction of the illumination light 11, the three-dimensional shape of the measurement surface 51 can be measured in one scan.

さらに、高精度で測定面５１の３次元形状を得るためには、照明光１１の光軸１１ｊ方向に対物レンズ３４または試料５０を移動させてもよい。すなわち、試料５０または対物レンズ３４を照明光１１の光軸１１ｊ方向に間隔を空けて複数回移動させ、測定面５１の第１強度～第３強度の複数の分布に基づいて測定面５１の３次元形状を測定する。これにより、精度よく３次元形状を測定することができる。 Furthermore, in order to obtain the three-dimensional shape of the measurement surface 51 with high accuracy, the objective lens 34 or the sample 50 may be moved in the direction of the optical axis 11j of the illumination light 11. FIG. That is, the sample 50 or the objective lens 34 is moved a plurality of times in the direction of the optical axis 11j of the illumination light 11 at intervals, and based on a plurality of distributions of the first to third intensities of the measurement plane 51, three Measure dimensional shapes. As a result, the three-dimensional shape can be measured with high accuracy.

平面または段差等の単調な形状であって、高精度な測定が不要な部分については、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の走査、または、Ｚ軸方向への移動を、スキップすることにより、測定に係る時間を短縮することができる。 For parts that are monotonous, such as planes or steps, and do not require high-precision measurement, scanning in the X-axis and Y-axis directions or movement in the Z-axis direction can be skipped for measurement. The time required can be shortened.

上記のスキップする手法は、従来の測定方法の前に実施することにより、従来の測定時間の短縮にも用いることができる。すなわち、試料５０または対物レンズ３４をＺ軸方向に沿って移動させ、輝度の高い時の試料５０または対物レンズ３４の位置に基づいて３次元形状を測定する従来方法において、平面または段差等の単調な形状であって、高精度な測定が不要な部分については、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の走査、または、Ｚ軸方向への移動を、スキップすることができ、迅速に測定することができる。 The skipping technique described above can also be used to reduce the conventional measurement time by performing it before the conventional measurement method. That is, in the conventional method of moving the sample 50 or the objective lens 34 along the Z-axis direction and measuring the three-dimensional shape based on the position of the sample 50 or the objective lens 34 when the brightness is high, monotonous surfaces such as planes or steps are used. For parts that do not require high-precision measurement, scanning in the X-axis direction and Y-axis direction or movement in the Z-axis direction can be skipped, enabling quick measurement. .

また、従来方法において、低倍率の対物レンズ３４を用いた場合には、試料５０または対物レンズ３４を光軸方向に移動させた場合の輝度の変化が緩やかである。試料５０または対物レンズ３４の光軸方向の可動範囲において、輝度がほとんど変化せず、輝度の高い時の試料５０または対物レンズ３４の位置を決定することが困難である。本実施形態では、第１強度及び第２強度の差を用いて、測定面５１が対物レンズ３４の焦点５３に合った位置を決定するので、低倍率の対物レンズ３４を使用したときの高さ測定の精度を向上させることができる。 Further, in the conventional method, when the low-magnification objective lens 34 is used, the change in luminance is moderate when the sample 50 or the objective lens 34 is moved in the optical axis direction. It is difficult to determine the position of the sample 50 or the objective lens 34 when the brightness is high because the brightness hardly changes in the movable range of the sample 50 or the objective lens 34 in the optical axis direction. In this embodiment, the difference between the first intensity and the second intensity is used to determine where the measurement plane 51 is at the focal point 53 of the objective lens 34, so that the height when using a low power objective lens 34 Measurement accuracy can be improved.

（変形例１）
次に、実施形態１の変形例１を説明する。本変形例は、ナイフエッジプリズム３６に代えて、四角錐の形状をしたプリズムを用いる。 (Modification 1)
Next, Modification 1 of Embodiment 1 will be described. In this modified example, instead of the knife-edge prism 36, a quadrangular pyramid-shaped prism is used.

図１５（ａ）は、実施形態１に係るナイフエッジプリズム３６を例示した斜視図であり、（ｂ）は、実施形態１の変形例１に係る四角錐のプリズム１３６を例示した斜視図である。図１５（ａ）に示すナイフエッジプリズム３６の場合には、プリズムは、第１反射面３６ａ及び第２反射面３６ｂにより構成されたナイフエッジ部３６ｅを角部として有するナイフエッジプリズムである。 15A is a perspective view illustrating a knife-edge prism 36 according to Embodiment 1, and FIG. 15B is a perspective view illustrating a square-pyramidal prism 136 according to Modification 1 of Embodiment 1. FIG. . In the case of the knife-edge prism 36 shown in FIG. 15(a), the prism is a knife-edge prism having a knife-edge portion 36e formed by a first reflecting surface 36a and a second reflecting surface 36b as corner portions.

図１５（ｂ）に示すように、変形例１に係る四角錐のプリズム１３６は、第１反射面３６ａ、第２反射面３６ｂの他、第３反射面３６ｃ及び第４反射面３６ｄを側面とした四角錐の形状であり、四角錐の頂点を角部として有する。各反射面で反射した各反射光を各バンドルファイバ３９に入射させる。各バンドルファイバ３９は、角部に入射した反射光の光軸及び各反射光の光軸を含む面内において、各反射光の光軸に直交した方向に並んだ複数のチャンネルを含んでいる。 As shown in FIG. 15B, the quadrangular pyramidal prism 136 according to Modification 1 has a first reflecting surface 36a, a second reflecting surface 36b, a third reflecting surface 36c and a fourth reflecting surface 36d as side surfaces. It has the shape of a quadrangular pyramid with the vertexes of the quadrangular pyramid as corners. Each reflected light reflected by each reflecting surface is caused to enter each bundle fiber 39 . Each bundle fiber 39 includes a plurality of channels arranged in a direction orthogonal to the optical axis of each reflected light within a plane including the optical axis of the reflected light incident on the corner and the optical axis of each reflected light.

試料５０の測定面５１が傾いている場合に、第１反射面３６ａ及び第２反射面３６ｂに入射する反射光１２のバランスが偏り、精度よく測定できないことが考えられる。そのような場合には、四角錐のプリズム１３６を用いることによって、第３反射面３６ｃと第４反射面３６ｄに入射する反射光１２を用いて測定面５１の形状を測定する。これにより、傾いた測定面５１を精度よく測定することができる。なお、プリズムは、ナイフエッジプリズム３６、四角錐のプリズム１３６に限らず、三角錐状、六角錐状または八角錐状のプリズムを用いてもよい。 When the measurement surface 51 of the sample 50 is tilted, it is conceivable that the reflected light 12 incident on the first reflecting surface 36a and the second reflecting surface 36b is out of balance and accurate measurement cannot be performed. In such a case, by using a quadrangular pyramid prism 136, the shape of the measurement surface 51 is measured using the reflected light 12 incident on the third reflecting surface 36c and the fourth reflecting surface 36d. As a result, the tilted measurement surface 51 can be measured with high accuracy. The prism is not limited to the knife-edge prism 36 and the quadrangular pyramid prism 136, and a triangular pyramid, hexagonal pyramid, or octagonal pyramid prism may be used.

（変形例２）
次に、実施形態１の変形例２を説明する。本変形例は、バンドルファイバ３９に含まれるチャンネルを、３本以外の本数とする。 (Modification 2)
Next, Modification 2 of Embodiment 1 will be described. In this modification, the number of channels included in the bundle fiber 39 is other than three.

図１６（ａ）～（ｈ）は、実施形態１の変形例２に係るバンドルファイバ及び受光素子の端面を例示した図である。図１６（ａ）に示すように、バンドルファイバ３９は、第１チャンネル３９ａ及び第２チャンネル３９ｂの他、第４チャンネル３９ｄ、第５チャンネル３９ｅ、第６チャンネル３９ｆ、第７チャンネル３９ｇが第３チャンネル３９ｃの周りを取り囲んでいる。第４チャンネル３９ｄ～第７チャンネル３９ｇのコア径、クラッド径及びジャケットの径は、第１チャンネル３９ａ及び第２チャンネル３９ｂと同様である。 16A to 16H are diagrams illustrating end faces of a bundle fiber and a light receiving element according to Modification 2 of Embodiment 1. FIG. As shown in FIG. 16(a), the bundle fiber 39 includes a first channel 39a, a second channel 39b, a fourth channel 39d, a fifth channel 39e, a sixth channel 39f, and a seventh channel 39g as third channels. It surrounds 39c. The core diameter, clad diameter and jacket diameter of the fourth channel 39d to the seventh channel 39g are the same as those of the first channel 39a and the second channel 39b.

図１６（ｂ）に示すように、バンドルファイバ３９は、第１チャンネル３９ａ及び第２チャンネル３９ｂの２つのチャンネルを含んでもよい。また、図１６（ｃ）に示すように、バンドルファイバ３９は、第１チャンネル３９ａ及び第２チャンネル３９ｂの他、複数のチャンネルが、第３チャンネル３９ｃの周りを取り囲んでもよい。 As shown in FIG. 16(b), the bundle fiber 39 may include two channels, a first channel 39a and a second channel 39b. Also, as shown in FIG. 16(c), the bundle fiber 39 may have a plurality of channels surrounding a third channel 39c in addition to the first channel 39a and the second channel 39b.

図１６（ｄ）に示すように、第１チャンネル３９ａ、第２チャンネル３９ｂ及び第３チャンネル３９ｃが並ぶ方向に複数のチャンネルが並んでもよい。なお、この場合のコア径、クラッド径及びジャケット径は、それぞれ、φ４０［μｍ］、φ５６［μｍ］及び６８［μｍ］でもよい。 As shown in FIG. 16(d), a plurality of channels may be arranged in the direction in which the first channel 39a, the second channel 39b and the third channel 39c are arranged. The core diameter, clad diameter and jacket diameter in this case may be φ40 [μm], φ56 [μm] and 68 [μm], respectively.

さらに、図１６（ｅ）に示すように、第１チャンネル３９ａ、第２チャンネル３９ｂ及び第３チャンネル３９ｃと同一方向に並んだ複数のチャンネルが積み重なってもよい。また、図１６（ｆ）に示すように、積み重なった複数のチャンネルが型及び蓋により収納されてもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 16(e), a plurality of channels aligned in the same direction as the first channel 39a, the second channel 39b and the third channel 39c may be stacked. Also, as shown in FIG. 16(f), a plurality of stacked channels may be contained by a mold and lid.

また、図１６（ｇ）に示すように、チャンネルを介さずに受光素子４０ａ、４０ｂ及び４０ｃに直接受光させてもよい。さらに、図１６（ｈ）に示すように、複数の受光素子が受光素子４０ｃの周りを取り囲んでもよい。 Further, as shown in FIG. 16(g), the light may be directly received by the light receiving elements 40a, 40b and 40c without passing through the channels. Furthermore, as shown in FIG. 16(h), a plurality of light receiving elements may surround the light receiving element 40c.

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る測定装置を説明する。実施形態２は、フォーカス検出手段が実施形態１と異なっている。実施形態２のフォーカス検出手段は、光てこ方式である。 (Embodiment 2)
Next, a measuring device according to Embodiment 2 will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in focus detection means. The focus detection means of the second embodiment is an optical lever system.

図１７は、実施形態２に係る測定装置を例示した構成図である。図１７に示すように、測定装置２は、光源１０、共焦点光学系２０及び測定処理部４１を備えており、共焦点光学系２０は、アナモルフィックプリズム２１、ビームエキスバンダ２２、偏光ビームスプリッタ２３、ミラー２４、ガルバノミラーＸ２５、レンズ２６～２９、ガルバノミラーＹ３１、λ／４板３２、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ３４、可変焦点レンズ３５、ファイバ３７、受光素子４０、駆動部３４ｋ（５０ｋ）、半導体レーザＬＤ、ビームスプリッタ４５、レンズ４６、２分割センサ４７を含んでいる。 FIG. 17 is a configuration diagram illustrating a measuring device according to Embodiment 2. FIG. As shown in FIG. 17, the measurement apparatus 2 includes a light source 10, a confocal optical system 20, and a measurement processing unit 41. The confocal optical system 20 includes an anamorphic prism 21, a beam expander 22, a polarized beam Splitter 23, mirror 24, galvanomirror X25, lenses 26-29, galvanomirror Y31, λ/4 plate 32, dichroic mirror 33, objective lens 34, varifocal lens 35, fiber 37, light receiving element 40, driver 34k (50k ), a semiconductor laser LD, a beam splitter 45 , a lens 46 and a two-split sensor 47 .

光源１０より出射した照明光１１がアナモルフィックプリズム２１から対物レンズ３４を経て測定面５１まで導かれる光路、及び、測定面５１で反射した反射光１２が対物レンズ３４から可変焦点レンズ３５まで導かれる光路は、実施形態１と同様である。本実施形態では、可変焦点レンズ３５を透過した反射光１２は、ファイバ３７に入射し受光素子４０により検出される。 The illumination light 11 emitted from the light source 10 is guided from the anamorphic prism 21 to the measurement surface 51 via the objective lens 34, and the reflected light 12 reflected by the measurement surface 51 is guided from the objective lens 34 to the variable focus lens 35. The optical path to be reflected is the same as in the first embodiment. In this embodiment, the reflected light 12 transmitted through the varifocal lens 35 enters the fiber 37 and is detected by the light receiving element 40 .

一方、半導体レーザＬＤを出射したレーザ光は、ミラー２４とガルバノミラーＸ２５との間に配置されたビームスプリッタ４５で反射する。ビームスプリッタ４５で反射したレーザ光は、ガルバノミラーＸ２５、レンズ２６、レンズ２７、ガルバノミラーＹ３１、レンズ２８、レンズ２９、λ／４板３２、ダイクロイックミラー３３を経て、対物レンズ３４の瞳の端に入射し、対物レンズ３４で集光され、試料５０の測定面５１に入射する。ガルバノミラーＸ２５及びＹ３１によって、測定面５１をＸＹ方向にレーザ光でスキャンさせる。測定面５１に入射したレーザ光は、測定面５１で反射する。 On the other hand, the laser light emitted from the semiconductor laser LD is reflected by the beam splitter 45 arranged between the mirror 24 and the galvanomirror X25. The laser light reflected by the beam splitter 45 passes through the galvanomirror X25, the lens 26, the lens 27, the galvanomirror Y31, the lens 28, the lens 29, the λ/4 plate 32, and the dichroic mirror 33, and reaches the end of the pupil of the objective lens 34. It is incident, condensed by the objective lens 34 , and incident on the measurement surface 51 of the sample 50 . Galvanometer mirrors X25 and Y31 scan the measurement surface 51 in the XY directions with laser light. The laser beam incident on the measurement surface 51 is reflected by the measurement surface 51 .

測定面５１で反射したレーザ光は、対物レンズ３４の瞳の端に入射し、対物レンズ３４で集光される。対物レンズ３４で集光されたレーザ光は、ビームスプリッタ４５まで逆の光路をたどる。ビームスプリッタ４５で反射したレーザ光は、レンズ４６で集光され、２分割センサ４７に入射する。 The laser light reflected by the measurement surface 51 enters the end of the pupil of the objective lens 34 and is condensed by the objective lens 34 . The laser light condensed by the objective lens 34 follows the reverse optical path to the beam splitter 45 . The laser light reflected by the beam splitter 45 is condensed by the lens 46 and enters the two-split sensor 47 .

本実施形態の共焦点光学系２０は、測定面５１に対する対物レンズ３４の焦点５３の位置を検出するフォーカス検出手段を備えている。フォーカス検出手段は、例えば、光てこ方式である。そして、測定処理部４１は、フォーカス検出手段により検出した対物レンズ３４の焦点５３に基づいて、測定面５１の位置を測定する。また、走査部が試料面５１をレーザ光で走査させることにより、測定処理部４１は、測定面５１の３次元形状を測定する。 The confocal optical system 20 of this embodiment includes focus detection means for detecting the position of the focal point 53 of the objective lens 34 with respect to the measurement plane 51 . The focus detection means is, for example, an optical lever system. Then, the measurement processing unit 41 measures the position of the measurement plane 51 based on the focal point 53 of the objective lens 34 detected by the focus detection means. Moreover, the measurement processing unit 41 measures the three-dimensional shape of the measurement surface 51 by causing the scanning unit to scan the sample surface 51 with laser light.

本実施形態によれば、測定面５１をレーザ光で１度走査することにより、対物レンズ３４の焦点５３に対する測定面５１の位置を測定することができる。よって、迅速に３次元形状を測定することができる。実施形態２におけるその他の構成及び効果は実施形態１の記載に含まれている。 According to this embodiment, the position of the measurement surface 51 with respect to the focal point 53 of the objective lens 34 can be measured by scanning the measurement surface 51 once with the laser beam. Therefore, the three-dimensional shape can be measured quickly. Other configurations and effects in the second embodiment are included in the description of the first embodiment.

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る測定装置を説明する。実施形態３のフォーカス検出手段は、位置検出素子（ＰＳＤ）である。 (Embodiment 3)
Next, a measuring device according to Embodiment 3 will be described. The focus detection means of the third embodiment is a position detection device (PSD).

図１８は、実施形態３に係る測定装置を例示した構成図である。図１８に示すように、測定装置３は、光源１０、共焦点光学系２０及び測定処理部４１を備えており、共焦点光学系２０は、アナモルフィックプリズム２１、ビームエキスバンダ２２、偏光ビームスプリッタ２３、ミラー２４、ガルバノミラーＸ２５、レンズ２６～２９、ガルバノミラーＹ３１、λ／４板３２、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ３４、可変焦点レンズ３５、ファイバ３７、受光素子４０、駆動部３４ｋ（５０ｋ）、半導体レーザＬＤ、ビームスプリッタ４５、位置検出素子ＰＳＤを含んでいる。 FIG. 18 is a configuration diagram illustrating a measuring device according to Embodiment 3. FIG. As shown in FIG. 18, the measurement apparatus 3 includes a light source 10, a confocal optical system 20, and a measurement processing unit 41. The confocal optical system 20 includes an anamorphic prism 21, a beam expander 22, a polarized beam Splitter 23, mirror 24, galvanomirror X25, lenses 26-29, galvanomirror Y31, λ/4 plate 32, dichroic mirror 33, objective lens 34, varifocal lens 35, fiber 37, light receiving element 40, driver 34k (50k ), a semiconductor laser LD, a beam splitter 45, and a position detection element PSD.

光源１０より出射した照明光１１がアナモルフィックプリズム２１から対物レンズ３４を経て試料面５１まで導かれる光路、及び、測定面５１で反射した反射光１２が対物レンズ３４からファイバ３７まで導かれる光路は、実施形態２と同様である。 An optical path along which the illumination light 11 emitted from the light source 10 is guided from the anamorphic prism 21 through the objective lens 34 to the sample surface 51, and an optical path along which the reflected light 12 reflected by the measurement surface 51 is guided from the objective lens 34 to the fiber 37. are the same as in the second embodiment.

また、半導体レーザＬＤを出射したレーザ光が、ビームスプリッタ４５から対物レンズ３４を経て試料面５１まで導かれる光路、及び、測定面５１で反射したレーザ光が対物レンズ３４からビームスプリッタ４５まで戻る光路は、実施形態２と同様である。ビームスプリッタ４５で反射したレーザ光は、位置検出素子ＰＳＤに入射する。 An optical path along which the laser light emitted from the semiconductor laser LD is guided from the beam splitter 45 to the sample surface 51 via the objective lens 34, and an optical path through which the laser light reflected by the measurement surface 51 returns from the objective lens 34 to the beam splitter 45. are the same as in the second embodiment. The laser light reflected by the beam splitter 45 enters the position detection element PSD.

本実施形態の共焦点光学系２０は、測定面５１に対する対物レンズ３４の焦点５３の位置を検出するフォーカス検出手段を備えている。フォーカス検出手段は、例えば、位置検出素子ＰＳＤである。そして、測定処理部４１は、フォーカス検出手段により検出した対物レンズ３４の焦点５３に基づいて、測定面５１の位置を測定する。また、走査部が試料面５１をレーザ光で走査させることにより、測定処理部４１は、測定面５１の３次元形状を測定する。 The confocal optical system 20 of this embodiment includes focus detection means for detecting the position of the focal point 53 of the objective lens 34 with respect to the measurement plane 51 . The focus detection means is, for example, the position detection element PSD. Then, the measurement processing unit 41 measures the position of the measurement plane 51 based on the focal point 53 of the objective lens 34 detected by the focus detection means. Moreover, the measurement processing unit 41 measures the three-dimensional shape of the measurement surface 51 by causing the scanning unit to scan the sample surface 51 with laser light.

本実施形態によれば、測定面５１をレーザ光で１度走査することにより、対物レンズ３４の焦点５３に対する測定面５１の位置を測定することができる。よって、迅速に３次元形状を測定することができる。実施形態３におけるその他の構成及び効果は実施形態１及び２の記載に含まれている。 According to this embodiment, the position of the measurement surface 51 with respect to the focal point 53 of the objective lens 34 can be measured by scanning the measurement surface 51 once with the laser beam. Therefore, the three-dimensional shape can be measured quickly. Other configurations and effects of the third embodiment are included in the descriptions of the first and second embodiments.

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る測定装置を説明する。実施形態４のフォーカス検出手段は、前ピン後ピン方式である。 (Embodiment 4)
Next, a measuring device according to Embodiment 4 will be described. The focus detection means of the fourth embodiment is a front focus/rear focus method.

図１９は、実施形態４に係る測定装置を例示した構成図である。図１９に示すように、測定装置４は、光源１０、共焦点光学系２０及び測定処理部４１を備えており、共焦点光学系２０は、アナモルフィックプリズム２１、ビームエキスバンダ２２、偏光ビームスプリッタ２３、ミラー２４、ガルバノミラーＸ２５、レンズ２６～２９、ガルバノミラーＹ３１、λ／４板３２、ダイクロイックミラー３３、対物レンズ３４、ファイバ３７ａ～３７ｃ、受光素子４０、駆動部３４ｋ（５０ｋ）、ビームスプリッタ４８ａ～４８ｂ、ミラー４９、レンズ４６ａ～４６ｃを含んでいる。 FIG. 19 is a configuration diagram illustrating a measuring device according to Embodiment 4. FIG. As shown in FIG. 19, the measurement apparatus 4 includes a light source 10, a confocal optical system 20, and a measurement processing unit 41. The confocal optical system 20 includes an anamorphic prism 21, a beam expander 22, a polarized beam Splitter 23, mirror 24, galvanomirror X25, lenses 26-29, galvanomirror Y31, λ/4 plate 32, dichroic mirror 33, objective lens 34, fibers 37a-37c, light receiving element 40, driver 34k (50k), beam It includes splitters 48a-48b, mirror 49, and lenses 46a-46c.

光源１０より出射した照明光１１がアナモルフィックプリズム２１から対物レンズ３４を経て試料面５１まで導かれる光路、及び、測定面５１で反射した反射光１２が対物レンズ３４から偏光ビームスプリッタ２３まで導かれる光路は、実施形態１と同様である。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２３で反射した反射光１２は、ビームスプリッタ４８ａに入射する。ビームスプリッタ４８ａを透過した反射光１２は、レンズ４６ａ及びファイバ３７ａを透過して受光素子４０により検出される。 The illumination light 11 emitted from the light source 10 is guided from the anamorphic prism 21 to the sample surface 51 via the objective lens 34, and the reflected light 12 reflected by the measurement surface 51 is guided from the objective lens 34 to the polarizing beam splitter 23. The optical path to be reflected is the same as in the first embodiment. In this embodiment, the reflected light 12 reflected by the polarization beam splitter 23 enters the beam splitter 48a. The reflected light 12 that has passed through the beam splitter 48a passes through the lens 46a and the fiber 37a and is detected by the light receiving element 40. FIG.

また、ビームスプリッタ４８ａで反射した反射光１２は、ビームスプリッタ４８ｂに入射する。ビームスプリッタ４８ｂで反射した反射光１２は、レンズ４６ｂ及びファイバ３７ｂを透過して受光素子４０により検出される。さらに、ビームスプリッタ４８ｂを透過した反射光１２は、ミラー４９に入射する。ミラー４９で反射した反射光１２は、レンズ４６ｃ及びファイバ３７ｃを透過して受光素子４０により検出される。 Also, the reflected light 12 reflected by the beam splitter 48a enters the beam splitter 48b. The reflected light 12 reflected by the beam splitter 48b passes through the lens 46b and the fiber 37b and is detected by the light receiving element 40. FIG. Further, the reflected light 12 transmitted through the beam splitter 48b is incident on the mirror 49. As shown in FIG. The reflected light 12 reflected by the mirror 49 is detected by the light receiving element 40 after passing through the lens 46c and the fiber 37c.

本実施形態の共焦点光学系２０は、測定面５１に対する対物レンズ３４の焦点５３の位置を検出するフォーカス検出手段を備えている。フォーカス検出手段は、例えば、前ピン後ピン方式である。そして、測定処理部４１は、フォーカス検出手段により検出した対物レンズ３４の焦点５３に基づいて、測定面５１の位置を測定する。また、走査部が試料面５１をレーザ光で走査させることにより、測定処理部４１は、測定面５１の３次元形状を測定する。 The confocal optical system 20 of this embodiment includes focus detection means for detecting the position of the focal point 53 of the objective lens 34 with respect to the measurement plane 51 . The focus detection means is, for example, a front focus/rear focus system. Then, the measurement processing unit 41 measures the position of the measurement plane 51 based on the focal point 53 of the objective lens 34 detected by the focus detection means. Moreover, the measurement processing unit 41 measures the three-dimensional shape of the measurement surface 51 by causing the scanning unit to scan the sample surface 51 with laser light.

本実施形態によれば、測定面５１を照明光１１で１度走査することにより、対物レンズ３４の焦点５３に対する測定面５１の位置を測定することができる。よって、迅速に３次元形状を測定することができる。実施形態４におけるその他の構成及び効果は実施形態１～３の記載に含まれている。 According to this embodiment, the position of the measurement surface 51 with respect to the focal point 53 of the objective lens 34 can be measured by scanning the measurement surface 51 once with the illumination light 11 . Therefore, the three-dimensional shape can be measured quickly. Other configurations and effects of the fourth embodiment are included in the descriptions of the first to third embodiments.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention includes appropriate modifications that do not impair its objects and advantages, and is not limited by the above embodiments.

１、２、３、４ 測定装置
１０ 光源
１１ 照明光
１１ｊ 光軸
１２ 反射光
１２ｊ 光軸
１２ａ 第１反射光
１２ａｊ 光軸
１２ｂ 第２反射光
２０ 共焦点光学系
２１ アナモルフィックプリズム
２２ ビームエキスバンダ
２３ 偏光ビームスプリッタ
２４ ミラー
２５ ガルバノミラーＸ
２６、２７、２８、２９ レンズ
３１ ガルバノミラーＹ
３２ λ／４板
３３ ダイクロイックミラー
３４ 対物レンズ
３４ｋ 駆動部
３５ 可変焦点レンズ
３６ ナイフエッジプリズム
３６ａ 第１反射面
３６ｂ 第２反射面
３６ｃ 第３反射面
３６ｄ 第４反射面
３６ｅ ナイフエッジ部
３７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ ファイバ
３９ バンドルファイバ
３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅ、３９ｆ、３９ｇ チャンネル
４０、４０ａ、４０ｂ 受光素子
４１ 測定処理部
４５ ビームスプリッタ
４６、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ レンズ
４７ ２分割センサ
４８ａ、４８ｂ ビームスプリッタ
４９ ミラー
５０ 試料
５０ｋ 駆動部
５１ 測定面
５２ 所定の部分
５３ 焦点
５４ 所定の部分
１３６ プリズム 1, 2, 3, 4 measuring device 10 light source 11 illumination light 11j optical axis 12 reflected light 12j optical axis 12a first reflected light 12aj optical axis 12b second reflected light 20 confocal optical system 21 anamorphic prism 22 beam expander 23 polarizing beam splitter 24 mirror 25 galvanomirror X
26, 27, 28, 29 Lens 31 Galvanomirror Y
32 λ/4 plate 33 dichroic mirror 34 objective lens 34k driving section 35 variable focus lens 36 knife edge prism 36a first reflecting surface 36b second reflecting surface 36c third reflecting surface 36d fourth reflecting surface 36e knife edge portions 37, 37a, 37b, 37c Fiber 39 Bundle fiber 39a, 39b, 39c, 39d, 39e, 39f, 39g Channels 40, 40a, 40b Light receiving element 41 Measurement processing unit 45 Beam splitter 46, 46a, 46b, 46c Lens 47 Split sensor 48a, 48b Beam splitter 49 Mirror 50 Sample 50k Driving unit 51 Measuring surface 52 Predetermined portion 53 Focus 54 Predetermined portion 136 Prism

Claims (18)

共焦点光学系を用いた測定方法であって、
試料の測定面を照明する照明光が前記測定面で反射した反射光を対物レンズにより集光するステップと、
前記対物レンズにより集光した前記反射光を、プリズムの第１反射面及び第２反射面を含む角部に入射させ、前記反射光を分割するステップと、
分割された前記反射光のうち前記第１反射面で反射した第１反射光を、前記角部に入射した前記反射光の光軸及び前記第１反射光の光軸を含む平面内において、前記第１反射光の光軸に直交した方向に並んだ第１チャンネル及び第２チャンネルを含むバンドルファイバに入射させるステップと、
前記第１反射光のうち前記第１チャンネルを透過した光の第１強度及び前記第１反射光のうち前記第２チャンネルを透過した光の第２強度を検出するステップと、
前記第１強度が前記第２強度よりも大きいか、小さいか、同じかに基づいて、前記対物レンズの焦点に対する前記測定面の位置を測定するステップと、
を備えた測定方法。 A measurement method using a confocal optical system,
a step of condensing, with an objective lens, light reflected from the measurement surface of the illumination light that illuminates the measurement surface of the sample;
a step of causing the reflected light condensed by the objective lens to enter a corner portion including a first reflecting surface and a second reflecting surface of a prism to split the reflected light;
In a plane including the optical axis of the reflected light incident on the corner portion and the optical axis of the first reflected light, the first reflected light reflected by the first reflecting surface among the divided reflected light is divided into the A step of inputting the first reflected light into a bundle fiber including a first channel and a second channel arranged in a direction orthogonal to the optical axis;
detecting a first intensity of light transmitted through the first channel of the first reflected light and a second intensity of light transmitted through the second channel of the first reflected light;
measuring the position of the measurement plane with respect to the focal point of the objective lens based on whether the first intensity is greater than, less than or equal to the second intensity ;
measurement method with 前記測定面を前記照明光で走査させ、前記測定面の前記第１強度及び前記第２強度の分布を取得することにより、前記測定面の３次元形状を測定するステップをさらに備えた、
請求項１に記載の測定方法。 measuring the three-dimensional shape of the measurement surface by scanning the measurement surface with the illumination light and obtaining distributions of the first intensity and the second intensity of the measurement surface;
The measuring method according to claim 1. 前記測定面の３次元形状を測定するステップにおいて、
前記測定面における所定の部分の走査をスキップする、
請求項２に記載の測定方法。 In the step of measuring the three-dimensional shape of the measurement surface,
skipping scanning of a predetermined portion of the measurement surface;
The measuring method according to claim 2. 前記測定面の３次元形状を測定するステップは、
前記測定面を前記照明光で走査させ、前記測定面の前記第１強度及び前記第２強度の前記分布を取得するステップと、
前記試料または前記対物レンズを前記照明光の光軸方向に間隔を空けて移動させるステップと、
を複数回繰り返し、取得した複数の前記分布に基づいて、前記測定面に前記焦点が位置したときの前記試料または前記対物レンズの位置を導出し、前記測定面の３次元形状を測定する、
請求項２または３に記載の測定方法。 The step of measuring the three-dimensional shape of the measurement surface includes:
scanning the measurement surface with the illumination light to obtain the distribution of the first intensity and the second intensity of the measurement surface;
moving the sample or the objective lens at intervals in the optical axis direction of the illumination light;
is repeated a plurality of times, and based on the obtained plurality of distributions, the position of the sample or the objective lens when the focus is positioned on the measurement surface is derived, and the three-dimensional shape of the measurement surface is measured.
The measuring method according to claim 2 or 3. 前記照明光の光軸方向に間隔を空けて移動させるステップにおいて、
前記照明光の光軸方向における所定の部分の前記間隔を、他の部分の前記間隔よりも大きくする、
請求項４に記載の測定方法。 In the step of moving at intervals in the optical axis direction of the illumination light,
making the interval of a predetermined portion in the optical axis direction of the illumination light larger than the interval of other portions;
The measuring method according to claim 4. 前記プリズムは、前記第１反射面及び前記第２反射面により構成されたナイフエッジ部を前記角部として有するナイフエッジプリズムであり、
前記第１チャンネル及び前記第２チャンネルは、前記第１反射光の光軸、及び、前記ナイフエッジ部の延在方向、に直交する方向に並ぶ、
請求項１～５のいずれか一項に記載の測定方法。 The prism is a knife-edge prism having a knife-edge portion formed by the first reflecting surface and the second reflecting surface as the corner portion,
The first channel and the second channel are arranged in a direction orthogonal to the optical axis of the first reflected light and the extending direction of the knife edge portion,
The measuring method according to any one of claims 1 to 5. 前記プリズムは、前記第１反射面、前記第２反射面の他、第３反射面及び第４反射面を側面とした四角錐の形状であり、前記四角錐の頂点を角部として有する、
請求項１～５のいずれか一項に記載の測定方法。 The prism has the shape of a quadrangular pyramid with the first reflecting surface, the second reflecting surface, the third reflecting surface and the fourth reflecting surface as side surfaces, and the apex of the quadrangular pyramid as a corner,
The measuring method according to any one of claims 1 to 5. 前記バンドルファイバは、前記第１チャンネルと前記第２チャンネルとの間に配置された第３チャンネルをさらに含む、
請求項１～７のいずれか一項に記載の測定方法。 the bundle fiber further includes a third channel disposed between the first channel and the second channel;
The measuring method according to any one of claims 1 to 7. 前記バンドルファイバは、前記第１チャンネル及び前記第２チャンネルの他、少なくとも第４チャンエル、第５チャンネル、第６チャンネル、第７チャンネルが前記第３チャンネルの周りを取り囲む、
請求項８に記載の測定方法。 In the bundle fiber, in addition to the first channel and the second channel, at least a fourth channel, a fifth channel, a sixth channel, and a seventh channel surround the third channel,
The measuring method according to claim 8. 共焦点光学系と、測定処理部と、を備えた測定装置であって、
前記共焦点光学系は、
試料の測定面を照明する照明光が前記測定面で反射した反射光を集光する対物レンズと、
第１反射面及び第２反射面を含む角部を有し、前記角部に入射した前記反射光を分割するプリズムと、
分割された前記反射光のうち前記第１反射面で反射した第１反射光が入射するバンドルファイバであって、前記角部に入射した前記反射光の光軸及び前記第１反射光の光軸を含む平面内において、前記第１反射光の光軸に直交した方向に並んだ第１チャンネル及び第２チャンネルを含む前記バンドルファイバと、
前記第１反射光のうち前記第１チャンネルを透過した光の第１強度及び前記第１反射光のうち前記第２チャンネルを透過した光の第２強度を検出する受光素子と、
を含み、
前記測定処理部は、前記第１強度が前記第２強度よりも大きいか、小さいか、同じかに基づいて、前記対物レンズの焦点に対する前記測定面の位置を測定する測定装置。 A measuring device comprising a confocal optical system and a measurement processing unit,
The confocal optical system is
an objective lens for condensing light reflected by the measurement surface of the illumination light that illuminates the measurement surface of the sample;
a prism having a corner portion including a first reflecting surface and a second reflecting surface and splitting the reflected light incident on the corner portion;
A bundle fiber into which a first reflected light reflected by the first reflecting surface among the divided reflected lights is incident, wherein the optical axis of the reflected light and the optical axis of the first reflected light incident on the corner portion The bundle fiber including a first channel and a second channel arranged in a direction perpendicular to the optical axis of the first reflected light in a plane including
a light receiving element for detecting a first intensity of light transmitted through the first channel out of the first reflected light and a second intensity of light transmitted through the second channel out of the first reflected light;
including
The measurement processing unit measures the position of the measurement plane with respect to the focal point of the objective lens based on whether the first intensity is greater than, less than, or equal to the second intensity . 前記測定面を前記照明光で走査させる走査部をさらに備え、
前記測定処理部は、前記測定面を前記照明光で走査させた場合の前記測定面の前記第１強度及び前記第２強度の分布を取得することにより、前記測定面の３次元形状を測定する、
請求項１０に記載の測定装置。 further comprising a scanning unit that scans the measurement surface with the illumination light,
The measurement processing unit measures the three-dimensional shape of the measurement surface by acquiring distributions of the first intensity and the second intensity of the measurement surface when the measurement surface is scanned with the illumination light. ,
The measuring device according to claim 10. 前記走査部は、前記測定面における所定の部分の走査をスキップする、
請求項１１に記載の測定装置。 The scanning unit skips scanning of a predetermined portion of the measurement surface.
12. The measuring device according to claim 11. 前記試料または前記対物レンズを前記照明光の光軸方向に間隔を空けて複数回移動させる駆動部をさらに備え、
前記測定処理部は、前記試料または前記対物レンズを移動させる度に、前記測定面を前記照明光で走査させた場合の前記分布を取得し、
前記測定処理部は、複数の前記分布に基づいて、前記測定面に前記焦点が位置したときの前記試料または前記対物レンズの位置を導出し、前記測定面の３次元形状を測定する、
請求項１１または１２に記載の測定装置。 further comprising a driving unit that moves the sample or the objective lens a plurality of times at intervals in the optical axis direction of the illumination light,
The measurement processing unit acquires the distribution when the measurement surface is scanned with the illumination light each time the sample or the objective lens is moved,
The measurement processing unit derives the position of the sample or the objective lens when the focus is positioned on the measurement surface based on the plurality of distributions, and measures the three-dimensional shape of the measurement surface.
13. The measuring device according to claim 11 or 12. 前記駆動部は、前記照明光の光軸方向における所定の部分の前記間隔を、他の部分の前記間隔よりも大きくする、
請求項１３に記載の測定装置。 The driving unit makes the interval of the predetermined portion in the optical axis direction of the illumination light larger than the interval of other portions.
14. The measuring device according to claim 13. 前記プリズムは、前記第１反射面及び第２反射面により構成されたナイフエッジ部を前記角部として有するナイフエッジプリズムであり、
前記第１チャンネル及び前記第２チャンネルは、前記第１反射光の光軸、及び、前記ナイフエッジ部の延在方向、に直交する方向に並ぶ、
請求項１０～１４のいずれか一項に記載の測定装置。 The prism is a knife-edge prism having a knife-edge portion formed by the first reflecting surface and the second reflecting surface as the corner portion,
The first channel and the second channel are arranged in a direction orthogonal to the optical axis of the first reflected light and the extending direction of the knife edge portion,
The measuring device according to any one of claims 10-14. 前記プリズムは、前記第１反射面、前記第２反射面の他、第３反射面及び第４反射面を側面とした四角錐の形状であり、前記四角錐の頂点を角部として有する、
請求項１０～１４のいずれか一項に記載の測定装置。 The prism has the shape of a quadrangular pyramid with the first reflecting surface, the second reflecting surface, the third reflecting surface and the fourth reflecting surface as side surfaces, and the apex of the quadrangular pyramid as a corner,
The measuring device according to any one of claims 10-14. 前記バンドルファイバは、前記第１チャンネルと前記第２チャンネルとの間に配置された第３チャンネルをさらに含む、
請求項１０～１６のいずれか一項に記載の測定装置。 the bundle fiber further includes a third channel disposed between the first channel and the second channel;
The measuring device according to any one of claims 10-16. 前記バンドルファイバは、前記第１チャンネル及び前記第２チャンネルの他、少なくとも第４チャンエル、第５チャンネル、第６チャンネル、第７チャンネルが前記第３チャンネルの周りを取り囲む、
請求項１７に記載の測定装置。 In the bundle fiber, in addition to the first channel and the second channel, at least a fourth channel, a fifth channel, a sixth channel, and a seventh channel surround the third channel,
18. The measuring device according to claim 17.
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