WO2024219005A1 - 計測装置、計測方法、及び加工装置 - Google Patents

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laser light
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inspection
processing
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悠太 木根
隆史 栗田
浩一 酒井
将輝 倉田
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection

Definitions

  • This disclosure relates to a measuring device, a measuring method, and a processing device.
  • laser polishing has become known, in which the surface of an object is smoothed by irradiating it with laser light.
  • the surface of the object is smoothed by melting and rearranging the surface material or by ablation using laser light.
  • laser polishing has the advantages of being able to process any area of an object with a complex shape, minimizing changes in the shape of the object before and after processing, and not producing any polishing debris, and further development of the technology is desirable.
  • Patent Document 1 As an example of a method for measuring the surface condition of an object using light instead of a microscope, there is the surface defect detection device described in Patent Document 1.
  • an inspection laser beam is incident on the surface of the object at an angle, and the scattered light and specularly reflected light from the surface of the object are measured by a light receiving element. Then, defects on the surface of the object are detected based on the ratio of the intensity of the scattered light to the intensity of the specularly reflected light.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and aims to provide a measuring device, a measuring method, and a processing device using the same that are suitable for real-time measurement of the surface roughness of an object during laser polishing.
  • a measuring device for measuring the surface roughness of an object, and includes an inspection light source that outputs inspection laser light to the surface of the object, a first detection unit that detects specularly reflected light of the inspection laser light from a measurement point on the surface of the object, a second detection unit that detects scattered light of the inspection laser light from the measurement point on the surface of the object, and an off-axis parabolic mirror element having a first surface, a second surface that is configured with a concave parabolic mirror surface and is located opposite the first surface, and a through hole that connects the first surface and the second surface, and the off-axis parabolic mirror element is arranged so that the inspection laser light from the inspection light source travels from the first surface side through the through hole to the object, the specularly reflected light that has passed through the through hole from the second surface side travels to the first detection unit, and the scattered light reflected by the second surface travels to the second detection unit.
  • the arrangement of the off-axis parabolic mirror element allows the detection of the specularly reflected light in the first detecting section and the detection of the scattered light in the second detecting section to be performed simultaneously.
  • the scattered light generated on the surface of the object proceeds to the second detecting section at a certain solid angle by the second surface of the off-axis parabolic mirror element, which is a concave parabolic mirror surface. Therefore, even if the surface of the object is a polished surface and the scattered light is anisotropic, or even if the surface of the object is a smooth surface and the scattered light is weak, the scattered light can be detected with sufficient intensity in the second detecting section.
  • the through hole of the off-axis parabolic mirror element functions as an aperture that passes only the specularly reflected light, and light other than the specularly reflected light can be prevented from proceeding to the first detecting section, and the scattered light reflected by the second surface can be shifted spatially or temporally relative to the processing laser light, thereby preventing the emission of plasma generated on the surface of the object by irradiation with the processing laser light from proceeding to the second detecting section together with the scattered light. Therefore, this measuring device can be used to ideally perform real-time measurement of the surface roughness of objects during laser polishing.
  • the measuring device may further include a calculation unit that calculates the surface roughness of the object based on the ratio between the intensity of the specularly reflected light detected by the first detection unit and the intensity of the scattered light detected by the second detection unit.
  • a calculation unit that calculates the surface roughness of the object based on the ratio between the intensity of the specularly reflected light detected by the first detection unit and the intensity of the scattered light detected by the second detection unit.
  • the off-axis parabolic mirror element may be arranged so that the inspection laser light from the inspection light source travels perpendicular to the surface of the object through the through hole from the first surface side. If the inspection laser light travels obliquely to the surface of the object, it is conceivable that if the height of the object shifts, the optical path of the specularly reflected light will shift significantly and will no longer travel to the first detection unit. By arranging the off-axis parabolic mirror element so that the inspection laser light travels perpendicular to the surface of the object, the optical path of the specularly reflected light is maintained even if the height of the object shifts, so the measurement accuracy of the surface roughness can be guaranteed.
  • the through hole may be gradually narrowed from the first surface side toward the second surface side. This enhances the aperture function of the through hole, and more reliably prevents scattered light or plasma emission caused by the processing laser light from progressing to the first detection section. This further improves the measurement accuracy of the surface roughness.
  • the measuring device may further include a focusing lens disposed in the optical path of the scattered light between the second surface and the second detection unit. This allows the detection intensity of the scattered light at the second detection unit to be further increased. This further improves the measurement accuracy of the surface roughness.
  • the measurement device may further include a half mirror that shares a portion of the optical path of the inspection laser light between the inspection light source and the first surface, and a portion of the optical path of the specularly reflected light between the first surface and the first detection unit. In this case, sharing a portion of the optical path of the inspection laser light and the optical path of the specularly reflected light allows the device to be made more compact.
  • the measuring device may have an adjustment mechanism that adjusts the relative positional relationship between the object and the off-axis parabolic mirror element in the direction of propagation of the inspection laser light from the first surface side through the through hole toward the object.
  • Such an adjustment mechanism makes it easy to align the object and the off-axis parabolic mirror element.
  • the adjustment mechanism may be configured with a holding part that holds the off-axis parabolic mirror element so that it can move freely in the direction of propagation of the inspection laser light that passes from the first surface side through the through hole toward the object. This makes it possible to easily adjust the distance between the off-axis parabolic mirror element and the surface of the object to the focal length of the second surface of the off-axis parabolic mirror element, which is a concave parabolic mirror surface, even when measuring objects of different heights.
  • the adjustment mechanism may be composed of a stage that holds the object so that it can move freely in the direction of propagation of the inspection laser light that passes from the first surface side through the through hole toward the object. This makes it possible to easily adjust the distance between the off-axis parabolic mirror element and the surface of the object to the focal length of the second surface of the off-axis parabolic mirror element, which is a concave parabolic mirror surface, even when measuring objects of different heights.
  • the first and second detection units may be configured with single-channel photodiodes.
  • the information used for roughness measurement is only the intensity signals of specularly reflected light and scattered light. Therefore, the amount of data to be handled can be reduced compared to when roughness measurement is performed based on two-dimensional image processing, and processing speed can be increased.
  • a measurement method is a measurement method for measuring the surface roughness of an object, and includes an output step of outputting an inspection laser light to the surface of the object, and a detection step of detecting the specularly reflected light of the inspection laser light from the measurement point on the surface of the object with a first detection unit and detecting the scattered light of the inspection laser light from the measurement point on the surface of the object with a second detection unit.
  • an off-axis parabolic mirror element having a first surface, a second surface formed of a concave parabolic mirror surface and positioned opposite the first surface, and a through hole connecting the first surface and the second surface is used, and the off-axis parabolic mirror element is positioned so that the inspection laser light travels from the first surface side through the through hole to the object, the specularly reflected light that passes through the through hole from the second surface side travels to the first detection unit, and the scattered light reflected by the second surface travels to the second detection unit.
  • the arrangement of the off-axis parabolic mirror element allows the detection of the specularly reflected light in the first detection unit and the detection of the scattered light in the second detection unit to be performed simultaneously.
  • the scattered light generated on the surface of the object proceeds to the second detection unit at a certain solid angle by the second surface of the off-axis parabolic mirror element, which is a concave parabolic mirror surface. Therefore, even if the surface of the object is a polished surface and the scattered light is anisotropic, or even if the surface of the object is a smooth surface and the scattered light is weak, the scattered light can be detected with sufficient intensity in the second detection unit.
  • the through hole of the off-axis parabolic mirror element functions as an aperture that passes only the specularly reflected light, and light other than the specularly reflected light can be prevented from proceeding to the first detection unit, and the scattered light reflected by the second surface can be shifted spatially or temporally relative to the processing laser light, thereby preventing the emission of plasma generated on the surface of the object by irradiation with the processing laser light from proceeding to the second detection unit together with the scattered light. Therefore, this measuring device can be used to ideally perform real-time measurement of the surface roughness of objects during laser polishing.
  • the processing device is a processing device that processes the surface of an object, and includes a processing light source that outputs processing laser light to the surface of the object, and the above-mentioned measuring device.
  • this processing device can suitably perform real-time measurement of the surface roughness of the object during laser polishing.
  • the processing device may further include a calculation unit that calculates the surface roughness of the object based on the ratio between the intensity of the specularly reflected light detected by the first detection unit and the intensity of the scattered light detected by the second detection unit.
  • a calculation unit that calculates the surface roughness of the object based on the ratio between the intensity of the specularly reflected light detected by the first detection unit and the intensity of the scattered light detected by the second detection unit.
  • the processing device may further include a stage that holds the object so that it can move freely in the direction of travel of the inspection laser light that travels from the first surface side toward the object through the through hole, and in the in-plane direction of the object's surface.
  • the processing laser light and the inspection laser light can be scanned over the object's surface by the stage. Therefore, the surface roughness of the object can be measured continuously along the processing area, improving the workability of processing.
  • the irradiation position of the inspection laser light on the surface of the object may be shifted from the irradiation position of the processing laser light.
  • the plasma light emission is prevented from entering the second detection unit, and the plasma light emission can be prevented from affecting the measurement of the surface roughness of the object.
  • An aperture that passes only the scattered light may be disposed in the optical path of the scattered light between the second surface and the second detection unit. In this case, light other than the scattered light can be blocked by the aperture, so that the plasma emission caused by the processing laser light can be prevented from progressing to the second detection unit. This makes it possible to more effectively perform real-time measurement of the surface roughness of the object.
  • the processing device may further include a control unit that controls the processing light source and the inspection light source so that the processing laser light and the inspection laser light are irradiated onto the surface of the object with different output periods.
  • a control unit that controls the processing light source and the inspection light source so that the processing laser light and the inspection laser light are irradiated onto the surface of the object with different output periods.
  • the calculation unit may calculate the surface roughness of the object based on the ratio between the intensity of the specularly reflected light detected by the first detection unit during a period when the processing laser light is not irradiated onto the surface of the object, and the intensity of the scattered light detected by the second detection unit during the same period. In this case, the influence of plasma light emission caused by the processing laser light can be eliminated when calculating the surface roughness of the object. This improves the measurement accuracy of the surface roughness.
  • This disclosure makes it possible to effectively perform real-time measurement of the surface roughness of an object during laser polishing.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a measurement device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of calibration curve data stored in a calculation unit.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the configuration of an off-axis parabolic mirror element.
  • 1 is a flowchart illustrating an example of a measurement method according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a processing apparatus including the measuring apparatus shown in FIG. 1 . 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of the configuration of a processing apparatus including the measuring device shown in FIG. 7 is a diagram showing output timings of a processing laser beam and an inspection laser beam in the processing apparatus shown in FIG. 6 . 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing yet another example of the configuration of a processing apparatus including the measuring device shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a measurement device according to one embodiment of the present disclosure.
  • the measurement device 1 shown in FIG. 1 is configured as a device for measuring the roughness of a surface Sa of an object S.
  • the object S is not particularly limited, but may be, for example, various metal materials such as copper, aluminum, iron, etc., or a semiconductor wafer.
  • the measurement device 1 includes a stage 2 on which the object S is placed, an inspection light source 3 that outputs an inspection laser light Ld, a first detection unit 4 that detects the specularly reflected light Lr of the inspection laser light Ld, a second detection unit 5 that detects the scattered light Ls of the inspection laser light Ld, and a calculation unit 6 that calculates the surface roughness of the object S based on the detection results of the specularly reflected light Lr and the scattered light Ls.
  • An off-axis parabolic mirror element 11 is disposed in the optical paths of the inspection laser light Ld, the specularly reflected light Lr, and the scattered light Ls.
  • the stage 2 has a mounting area on which the object S is placed.
  • the object S is placed on the stage 2 so that the surface Sa to be measured faces the traveling direction of the inspection laser light Ld.
  • the stage 2 functions as an adjustment mechanism that relatively adjusts the positional relationship between the object S and the off-axis parabolic mirror element 11 in the traveling direction of the inspection laser light Ld that travels from the first surface 12 side of the off-axis parabolic mirror element 11 to the object S through the through hole 14, which will be described later.
  • the stage 2 is configured, for example, by a three-axis movable stage.
  • the stage 2 is freely movable in the traveling direction of the inspection laser light Ld in order to align the height direction of the off-axis parabolic mirror element 11 and the object S.
  • the stage 2 is freely movable in the in-plane direction of the surface Sa of the object S in order to scan the measurement points of the inspection laser light Ld on the surface Sa of the object S.
  • the inspection light source 3 outputs the inspection laser light Ld to the object S.
  • the inspection light source 3 for example, a HeNe laser can be used.
  • the inspection laser light Ld is, for example, a CW light.
  • the wavelength of the inspection laser light Ld is 632.8 nm
  • the output power is 1 mW
  • the beam diameter is 500 ⁇ m.
  • the inspection laser light Ld output from the inspection light source 3 is reflected by the half mirror 7 and travels perpendicularly to the surface Sa of the object S placed on the stage 2. It is also possible to use pulsed light as the inspection laser light Ld, instead of CW light.
  • the repetition frequency of the inspection laser light Ld lower than the repetition frequency of the processing laser light Lw so as not to overlap with plasma emission from the processing point (for example, the irradiation position Pw of the processing laser light Lw described later).
  • the first detection unit 4 detects the specularly reflected light Lr of the inspection laser light Ld from a measurement point on the surface Sa of the object S.
  • the first detection unit 4 generates information indicating the detection result of the specularly reflected light Lr, and outputs the information to the calculation unit 6.
  • the first detection unit 4 is configured, for example, by a single-channel photodetector, and outputs an intensity signal (current value signal) whose magnitude is proportional to the detection result of the specularly reflected light Lr to the calculation unit 6.
  • the photodetector for example, a photodiode, an avalanche photodiode, a photomultiplier tube, etc. can be used.
  • Specularly reflected light Lr is light reflected from a reflecting surface with an angle of incidence and an angle of reflection equal to each other.
  • the inspection laser light Ld is incident perpendicularly on the surface Sa of the object S. Therefore, the specularly reflected light Lr is light that is reflected perpendicularly from the irradiation position (measurement point) Pd of the inspection laser light Ld on the surface Sa of the object S.
  • the intensity of the specularly reflected light Lr tends to be greater as the surface roughness of the measurement point is smaller.
  • the light receiving surface of the first detection unit 4 has a rectangular shape of, for example, 3 mm x 3 mm.
  • the size of the light receiving surface may be equal to or larger than the opening width on the first surface 12 side or the opening width on the second surface 13 side of the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11 described below. In this case, even if the optical axis of the specularly reflected light Lr is shifted due to vibrations or alignment errors during use of the measurement device 1, the incidence of the specularly reflected light Lr on the light receiving surface of the first detection unit 4 can be guaranteed.
  • the second detection unit 5 detects scattered light Ls of the inspection laser light Ld from a measurement point on the surface Sa of the object S.
  • the second detection unit 5 generates information indicating the detection result of the scattered light Ls and outputs the information to the calculation unit 6.
  • the second detection unit 5 is configured, for example, by a single-channel photodetector, and outputs a current value signal having a magnitude proportional to the detection result of the scattered light Ls to the calculation unit 6.
  • the photodetector can be, for example, a photodiode, an avalanche photodiode, a photomultiplier tube, or the like.
  • the scattered light Ls is light that is reflected over a wide range from the reflecting surface due to the surface roughness of the reflecting surface.
  • the scattered light Ls is diffused in all directions starting from the irradiation position (measurement point) Pd of the inspection laser light Ld on the surface Sa of the object S. If the surface Sa of the object S is, for example, a polished surface and the surface roughness has directionality, the scattered light Ls may be reflected from the measurement point with anisotropy according to the direction of polishing.
  • the scattered light Ls tends to be smaller the smaller the surface roughness of the measurement point, and if the surface Sa of the object S is a smooth surface close to a mirror finish, it may be a very weak light in terms of intensity.
  • the light receiving surface of the second detection unit 5 has a rectangular shape of, for example, 3 mm x 3 mm.
  • the size of the light receiving surface may be equal to or larger than the opening width (or the opening diameter if the pinhole is circular) of the pinhole formed in the aperture 24 (see FIG. 5) described below. In this case, even if the optical axis of the scattered light Ls shifts due to vibrations or alignment errors during use of the measurement device 1, the incidence of the scattered light Ls on the light receiving surface of the second detection unit 5 can be guaranteed.
  • the calculation unit 6 calculates the surface roughness of the target object S.
  • the calculation unit 6 is physically configured by a computer equipped with a processor such as a CPU, and storage media such as a RAM and a ROM.
  • the computer may be a smartphone or tablet terminal equipped with an integrated display unit and input unit.
  • the computer may be configured by a microcomputer, an FPGA (Field-Programmable Gate Array), etc.
  • the calculation unit 6 receives the detection result information from the first detection unit 4 and the detection result information from the second detection unit 5, and calculates the surface roughness of the object S based on the ratio between the intensity of the specular reflected light Lr and the intensity of the scattered light Ls obtained from these detection result information.
  • the calculation unit 6 holds, for example, calibration curve data for each object S in advance when calculating the surface roughness based on the ratio between the intensity of the specular reflected light Lr and the intensity of the scattered light Ls.
  • FIG. 2 shows an example of calibration curve data stored in the calculation unit.
  • the horizontal axis shows the ratio of the intensity of scattered light to the intensity of specularly reflected light
  • the vertical axis shows surface roughness.
  • the calculation results of the ratio of the intensity of scattered light to the intensity of specularly reflected light are plotted for multiple object samples whose surface roughness is known in advance, and a fitting function based on the calculation results is generated.
  • the calculation unit 6 refers to the calibration curve data and substitutes the ratio between the intensity of the specularly reflected light Lr and the intensity of the scattered light Ls into a fitting function to calculate the surface roughness measurement results at the measurement points on the surface Sa of the object S.
  • the calculation unit 6 may display the surface roughness measurement results on a display or other display unit, and may store a history of the measurement results for each measurement point on the object S in a storage unit.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing the configuration of the off-axis parabolic mirror element.
  • the off-axis parabolic mirror element (off-axis parabolic mirror element) 11 is an element that reflects light from measurement point Pd as parallel light using a parabolic mirror surface.
  • the off-axis (off-axis) angle is 90°, but this angle can be set to any angle, such as 30°, 45°, or 60°.
  • the off-axis parabolic mirror element 11 has a first surface 12, a second surface 13 located opposite the first surface 12, and a through hole 14 connecting the first surface 12 and the second surface 13.
  • the first surface 12 is a flat non-mirror surface
  • the second surface 13 is a concave parabolic mirror surface.
  • FIG. 3 shows the off-axis parabolic mirror element 11 from the side, the second surface 13 is actually a three-dimensional concave parabolic mirror surface.
  • the width of the second surface 13 along the extension direction of the through hole 14 is, for example, 50 mm.
  • the through hole 14 connects the space on the first surface 12 side to the space on the second surface 13 side.
  • the through hole 14 has, for example, a circular cross section. From the viewpoint of functioning as an aperture for the specularly reflected light Lr, the through hole 14 gradually narrows from the first surface 12 side to the second surface 13 side. With this configuration, the inspection laser light Ld can be reliably incident on the through hole 14 on the first surface 12 side, while the scattered light Ls and plasma light associated with processing can be suitably cut off on the second surface 13 side.
  • the opening width of the through hole 14 on the first surface 12 side and the opening width on the second surface 13 side are 10 mm or less.
  • the opening of the through hole 14 on the first surface 12 side is, for example, a circle with a diameter of 8 mm.
  • the opening of the through hole 14 on the second surface 13 side is, for example, a circle with a diameter of 3 mm.
  • the cross-sectional shape (opening shape) of the through hole 14 is not limited to a circle, and may be an ellipse, a rectangle, a triangle, or another polygonal shape.
  • the off-axis parabolic mirror element 11 is arranged so that the inspection laser light Ld from the inspection light source 3 travels from the first surface 12 side through the through hole 14 to the object S, the specularly reflected light Lr that passes through the through hole 14 from the second surface 13 side travels to the first detection unit 4, and the scattered light Ls reflected by the second surface 13 travels to the second detection unit 5.
  • the scattered light Ls is collimated when reflected by the second surface 13, which is a concave parabolic mirror surface, and travels to the second detection unit 5 in the form of parallel light.
  • the off-axis parabolic mirror element 11 is arranged so that the focal point of the second surface 13, which is a concave parabolic mirror surface, coincides with the measurement point Pd of the inspection laser light Ld.
  • the distance from the measurement point Pd to the center of the opening on the second surface 13 side of the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11 is, for example, 50 mm. From the viewpoint of preventing damage to the off-axis parabolic mirror element 11 due to debris generated during irradiation of the processing laser light Lw and plasma, it is preferable that the distance from the measurement point Pd to the center of the opening on the second surface 13 side of the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11 is 10 mm or more.
  • the distance is 100 mm or less.
  • the off-axis parabolic mirror element 11 is positioned so that the parabolic mirror surface formed on the second surface 13 covers a solid angle of about 10% with respect to a hemisphere defined by the surface Sa of the object S and centered on the measurement point Pd. From the viewpoint of acquiring a scattered light signal of sufficient intensity in the second detection unit 5, it is preferable that the parabolic mirror surface covers a solid angle of 5% or more with respect to the hemisphere.
  • the solid angle covered by the parabolic mirror surface can be controlled by adjusting the shape of the parabolic mirror surface formed on the second surface 13 and the distance from the measurement point Pd to the center of the opening on the second surface 13 side of the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11. Specifically, it is possible to increase the solid angle covered by the parabolic mirror surface by increasing the area of the parabolic mirror surface, shortening the distance from the measurement point Pd to the center of the opening on the second surface 13 side of the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11, or by using both of these together.
  • the inspection laser light Ld reflected by the half mirror 7 travels perpendicularly to the surface Sa of the object S through the through hole 14 from the first surface 12 side.
  • the specularly reflected light Lr at the measurement point of the inspection laser light Ld travels through the through hole 14 from the second surface 13 side coaxially and in the opposite direction to the inspection laser light Ld, passes through the half mirror 7, and then enters the first detection unit 4.
  • the optical path of the inspection laser light Ld traveling to the object S and the optical path of the specularly reflected light Lr traveling from the object S toward the first detection unit 4 are shared.
  • a condenser lens may be arranged in the optical path of the specularly reflected light Lr between the first surface 12 and the first detection unit 4.
  • the specularly reflected light Lr that passes through the through hole 14 from the second surface 13 side is incident on the first detection unit 4 in a state where it is condensed by the condenser lens.
  • a plurality of condenser lenses may be arranged in the optical path of the specularly reflected light Lr between the first surface 12 and the first detection unit 4.
  • a first condenser lens for the purpose of condensing the specularly reflected light Lr on the light receiving surface of the first detection unit 4 may be arranged between the first detection unit 4 and the half mirror 7, and a second condenser lens for the purpose of condensing the inspection laser light Ld on the surface Sa of the object S may be arranged between the half mirror 7 and the first surface 12.
  • the specularly reflected light Lr and the inspection laser light Ld can be more suitably condensed by the first condenser lens and the second condenser lens corresponding to the specularly reflected light Lr and the inspection laser light Ld, respectively. It is also possible to configure the system so that only one of the first focusing lens and the second focusing lens is provided.
  • the scattered light Ls at the measurement point of the inspection laser light Ld is reflected by the second surface 13, which is a concave parabolic mirror surface, at a solid angle formed by the second surface 13, and enters the second detection unit 5.
  • a condenser lens 8 is disposed in the optical path of the scattered light Ls between the second surface 13 and the second detection unit 5.
  • the scattered light Ls is collimated by the second surface 13, which is a concave parabolic mirror surface, and enters the condenser lens 8 as parallel light, and enters the second detection unit 5 in a state where it is condensed by the condenser lens 8.
  • the off-axis parabolic mirror element 11 is held by a holding unit 9.
  • the holding unit 9 functions as an adjustment mechanism that relatively adjusts the positional relationship between the object S and the off-axis parabolic mirror element 11 in the traveling direction of the inspection laser light Ld traveling from the first surface 12 side of the off-axis parabolic mirror element 11 through the through hole 14 toward the object S, similar to the stage 2.
  • the holding unit 9 holds the off-axis parabolic mirror element 11 movably in the traveling direction of the inspection laser light Ld traveling from the first surface 12 side toward the object S through the through hole 14, in order to align the height direction of the off-axis parabolic mirror element 11 and the object S.
  • the holding unit 9 may be configured to hold the off-axis parabolic mirror element 11, the condenser lens 8, and the second detection unit 5 movably together in the traveling direction of the inspection laser light Ld traveling from the first surface 12 side toward the object S through the through hole 14, while maintaining the positional relationship between them.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an example of a measurement method according to an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 4, this measurement method includes an output step (step S01), a detection step (step S02), and a calculation step (step S03).
  • the output step is a step of outputting the inspection laser light Ld to the surface Sa of the object S.
  • the detection step is a step of detecting the specular reflected light Lr of the inspection laser light Ld from the measurement point on the surface Sa of the object S with the first detection unit 4, and detecting the scattered light Ls of the inspection laser light Ld from the measurement point with the second detection unit 5.
  • the calculation step is a step of calculating the surface roughness of the object S based on the ratio between the intensity of the specular reflected light Lr detected in the detection step and the intensity of the scattered light Ls detected by the second detection unit 5.
  • the off-axis parabolic mirror element 11 described above is used.
  • the inspection laser light Ld is caused to travel from the first surface 12 side through the through hole 14 to the object S.
  • the detection step the specularly reflected light Lr that has passed through the through hole 14 from the second surface 13 side is caused to travel to the first detection unit 4, and the scattered light Ls reflected by the second surface 13 is caused to travel to the second detection unit 5.
  • the stage 2 is driven in the in-plane direction of the surface Sa of the object S, and the detection step and calculation step are repeatedly performed while the measurement point of the inspection laser light Ld is scanned on the surface Sa of the object S. This allows the surface roughness of the desired area of the surface Sa of the object S to be measured.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a processing device.
  • the processing device 21A shown in FIG. 5 is configured as a device that performs laser polishing on the surface Sa of the object S and also performs real-time measurement of the surface roughness of the object S in the polishing area.
  • the processing device 21A includes a processing light source 22 and the measuring device 1 shown in FIG. 1.
  • the processing light source 22 outputs a processing laser light Lw to the surface Sa of the object S.
  • the processing light source 22 for example, a YAG laser or the like can be used.
  • the processing laser light Lw is, for example, a pulsed light.
  • the processing laser light Lw has a wavelength of 1064 nm, an output intensity of 5 GW/cm 2 , a beam diameter of 50 ⁇ m, and a repetition frequency of 300 kHz.
  • CW light may be used as the processing laser light Lw.
  • a fiber laser (wavelength 1090 nm) with an output power of about 100 W can be used.
  • the processing laser light Lw output from the processing light source 22 is focused by the focusing lens 23 and travels toward the surface Sa of the object S placed on the stage 2.
  • the stage 2 is moved in the in-plane direction of the surface Sa of the object S, so that the irradiation position Pw of the processing laser light Lw and the irradiation position Pd of the inspection laser light Ld can be scanned over the surface Sa of the object S. This makes it possible to perform laser polishing on the surface Sa of the object S and to measure the surface roughness of the object S in the polishing area in real time.
  • an arbitrary point on the surface Sa of the object S is irradiated with the inspection laser light Ld, and the calculation unit 6 calculates the surface roughness at the measurement point Pd.
  • the stage 2 is moved in the in-plane direction to move the irradiation position Pw of the processing laser light Lw to the position of the measurement point Pd, and processing of that position is performed. In this way, by simultaneously calculating the surface roughness and processing different points, throughput is improved.
  • the processing device 21A plasma is generated on the surface Sa of the object S by irradiation with the processing laser light Lw, and the plasma light Lp is thought to proceed to the first detection unit 4 and the second detection unit 5.
  • the plasma light Lp diffuses in all directions starting from the irradiation position (measurement point) Pw of the processing laser light Lw on the surface Sa of the object S.
  • the above-mentioned off-axis parabolic mirror element 11 is disposed on the optical paths of the inspection laser light Ld, the specularly reflected light Lr, and the scattered light Ls.
  • the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11 functions as an aperture that allows only the specularly reflected light Lr to pass to the first surface 12 side, and suppresses the plasma light Lp from proceeding to the first detection unit 4.
  • the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld incident on the surface Sa of the object S are in a spatially offset state.
  • the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld are non-coaxial, and the processing laser light Lw proceeds toward the surface Sa of the object S at an angle relative to the inspection laser light Ld, which proceeds perpendicularly toward the surface Sa of the object S.
  • the irradiation position Pd of the inspection laser light Ld is shifted from the irradiation position Pw of the processing laser light Lw. It is preferable that the spatial shift between the irradiation positions Pd, Pw is such that the irradiation spot of the processing laser light Lw and the irradiation spot of the inspection laser light Ld do not overlap on the surface Sa of the object S.
  • the irradiation position Pw of the processing laser light Lw and the irradiation position Pd of the inspection laser light Ld are separated by a distance of about twice the irradiation spot diameter of the processing laser light Lw or the irradiation spot diameter of the inspection laser light Ld.
  • the distance between the irradiation positions Pd, Pw can be about 1 mm.
  • an aperture 24 is arranged in the optical path of the scattered light Ls between the second surface 13 and the second detection unit 5.
  • the aperture 24 is, for example, a pinhole.
  • the aperture 24 is arranged between the condenser lens 8 and the second detection unit 5.
  • the aperture 24 is arranged to pass only the scattered light Ls, and blocks the plasma light emission Lp spatially separated from the scattered light Ls before the second detection unit 5.
  • the width of the pinhole opening diameter when the pinhole is circular
  • the pinhole is circular, and the opening diameter is, for example, 0.1 mm.
  • the arrangement of the off-axis parabolic mirror element 11 allows the detection of the specularly reflected light Lr at the first detection unit 4 and the detection of the scattered light Ls at the second detection unit 5 to be performed simultaneously.
  • the scattered light Ls generated at the surface Sa of the object S proceeds to the second detection unit 5 at a certain solid angle by the second surface 13 of the off-axis parabolic mirror element 11, which is a concave parabolic mirror surface.
  • the scattered light Ls can be detected with sufficient intensity at the second detection unit 5.
  • the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11 functions as an aperture that passes only the specularly reflected light Lr, and can prevent light other than the specularly reflected light Lr from proceeding to the first detection unit 4.
  • the measurement device 1 can suitably perform real-time measurement of the surface roughness of the object S during laser polishing.
  • the measuring device 1 is equipped with a calculation unit 6 that calculates the surface roughness of the object S based on the ratio between the intensity of the specularly reflected light Lr detected by the first detection unit 4 and the intensity of the scattered light Ls detected by the second detection unit 5.
  • This calculation method makes it possible to eliminate the influence of fluctuations in the output of the inspection laser light Ld when calculating the surface roughness of the object S. This improves the measurement accuracy of the surface roughness.
  • the off-axis parabolic mirror element 11 is arranged so that the inspection laser light Ld from the inspection light source 3 travels perpendicular to the surface Sa of the object S through the through hole 14 from the first surface 12 side. If the inspection laser light Ld travels obliquely to the surface Sa of the object S, it is conceivable that if the height of the object S shifts, the optical path of the specularly reflected light Lr will shift significantly and will no longer travel to the first detection unit 4.
  • the off-axis parabolic mirror element 11 By arranging the off-axis parabolic mirror element 11 so that the inspection laser light Ld travels perpendicular to the surface Sa of the object S, the optical path of the specularly reflected light Lr is maintained even if the height of the object S shifts, so the measurement accuracy of the surface roughness can be guaranteed.
  • the through hole 14 gradually narrows from the first surface 12 side toward the second surface 13 side. This enhances the aperture function of the through hole 14, and more reliably prevents the scattered light Ls or the plasma light emission Lp caused by the processing laser light Lw from progressing to the first detection unit 4. This further improves the measurement accuracy of the surface roughness.
  • a focusing lens 8 is disposed in the optical path of the scattered light Ls between the second surface 13 and the second detection unit 5. This makes it possible to further increase the detection intensity of the scattered light Ls at the second detection unit 5. This therefore makes it possible to further improve the measurement accuracy of the surface roughness.
  • a half mirror 7 is arranged to share the optical path of the inspection laser light Ld between the inspection light source 3 and the first surface 12, and part of the optical path of the specularly reflected light Lr between the first surface 12 and the first detection unit 4. In this way, by sharing part of the optical path of the inspection laser light Ld and the optical path of the specularly reflected light Lr, the device can be made more compact.
  • the measuring device 1 is provided with a holding unit 9 that holds the off-axis parabolic mirror element 11 movably in the direction of the inspection laser light Ld that passes from the first surface 12 side through the through hole 14 toward the object S, as an adjustment mechanism for relatively adjusting the positional relationship between the object S and the off-axis parabolic mirror element 11.
  • This makes it possible to easily adjust the distance between the off-axis parabolic mirror element 11 and the surface Sa of the object S to the focal length of the second surface 13 of the off-axis parabolic mirror element 11, which is a concave parabolic mirror surface, even when measuring objects S of different heights.
  • the measuring device 1 is provided with a stage 2 that holds the object S movably in the direction of the inspection laser light Ld that passes from the first surface 12 side through the through hole 14 toward the object S, as an adjustment mechanism for relatively adjusting the positional relationship between the object S and the off-axis parabolic mirror element 11. This makes it possible to easily adjust the distance between the off-axis parabolic mirror element 11 and the surface Sa of the object S to the focal length of the second surface 13 of the off-axis parabolic mirror element 11, which is a concave parabolic mirror surface, even when measuring objects S of different heights.
  • the first detector 4 and the second detector 5 are configured with a single-channel photodetector.
  • the only information used for roughness measurement is the intensity signal (current value signal) of the specularly reflected light Lr and the scattered light Ls. Therefore, the amount of data to be handled can be reduced compared to when roughness measurement is performed based on two-dimensional image processing, and processing speed can be increased.
  • the processing device 21A can suitably perform real-time measurement of the surface roughness of the object S during laser polishing.
  • the above-mentioned stage 2 can scan the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld over the surface Sa of the object S. Therefore, the measurement of the surface roughness of the object S can be performed continuously along the processing area, improving the workability of the processing.
  • the irradiation position Pd of the inspection laser light Ld is shifted from the irradiation position Pw of the processing laser light Lw on the surface Sa of the object S. This makes it possible to spatially separate the optical path of the scattered light Ls that is reflected by the second surface 13 of the off-axis parabolic mirror element 11 and proceeds to the second detection unit 5, and the optical path of the plasma light emission Lp that is similarly reflected by the second surface 13 of the off-axis parabolic mirror element 11 and proceeds to the second detection unit 5.
  • the plasma light emission Lp is prevented from entering the second detection unit 5, and the influence of the plasma light emission Lp on the measurement of the surface roughness of the object S can be suppressed.
  • an aperture 24 that passes only the scattered light Ls is disposed in the optical path of the scattered light Ls between the second surface 13 and the second detection unit 5.
  • light other than the scattered light Ls can be blocked by the aperture 24, so that the plasma emission Lp caused by the processing laser light Lw can be prevented from proceeding to the second detection unit 5. Therefore, real-time measurement of the surface roughness of the target object S can be more suitably performed.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of the configuration of a processing device.
  • the processing device 21B shown in FIG. 6 differs from the processing device 21A shown in FIG. 5 in that the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld directed toward the object S are coaxial.
  • the processing laser light Lw output from the processing light source 22 is reflected by the dichroic mirror 25 and focused by the focusing lens 23.
  • the processing laser light Lw then passes through the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11 from the first surface 12 side and proceeds toward the surface Sa of the object S placed on the stage 2.
  • the inspection laser light Ld output from the inspection light source 3 is reflected by the half mirror 7, passes through the dichroic mirror 25, and becomes coaxial with the processing laser light Lw.
  • the inspection laser light Ld is then focused by the focusing lens 23 together with the processing laser light Lw, passes through the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11 from the first surface 12 side, and proceeds toward the surface Sa of the object S placed on the stage 2.
  • the specularly reflected light Lr at the measurement point of the inspection laser light Ld passes through the through hole 14 from the second surface 13 side coaxially and in the opposite direction to the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld, passes through the dichroic mirror 25 and the half mirror 7, and then enters the first detection unit 4.
  • the processing device 21B In the processing device 21B, the irradiation position Pd of the inspection laser light Ld and the irradiation position Pw of the processing laser light Lw are aligned, while the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld incident on the surface Sa of the object S are shifted in time.
  • the processing device 21B includes a control unit 26 that controls the processing light source 22 and the inspection light source 3 so that the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld are irradiated onto the surface Sa of the object S for different periods.
  • the control unit 26 is configured by a mechanical shutter that shapes the inspection laser light Ld, which is, for example, a CW light, into a pulse shape.
  • the control unit 26 shapes the inspection laser light Ld so that the inspection laser light Ld has the same pulse width and repetition frequency as the processing laser light Lw and the output periods do not overlap (so that the pulses of the inspection laser light Ld and the processing laser light Lw do not overlap each other), as shown in FIG. 7, for example.
  • the control unit 26 generates information indicating the output periods of the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld, and outputs it to the calculation unit 6.
  • the calculation unit 6 calculates the surface roughness of the object S based on the ratio between the intensity of the regular reflection light Lr detected by the first detection unit 4 during a period T in which the processing laser light Lw is not irradiated onto the surface Sa of the object S, and the intensity of the scattered light Ls detected by the second detection unit 5 during the same period T.
  • the repetition frequencies of the inspection laser light Ld and the processing laser light Lw may be different from each other. For example, by making the repetition frequency of the processing laser light Lw higher than the repetition frequency of the inspection laser light Ld, the inspection laser light Ld may be output once for each output of the processing laser light Lw multiple times (e.g., about 2 to 20 times).
  • the pulse widths of the inspection laser light Ld and the processing laser light Lw may be different from each other.
  • the processing laser light Lw may be output as a burst pulse having an extremely short pulse width.
  • this processing device 21B can also suitably perform real-time measurement of the surface roughness of the object S during laser polishing. Furthermore, in the processing device 21B, there is a time lag between the scattered light Ls reflected by the second surface 13 and proceeding toward the second detection unit 5 and the plasma light emission Lp that is also reflected by the second surface 13 and proceeds to the second detection unit 5, so that it is possible to prevent the plasma light emission Lp from affecting the detection of the scattered light Ls at the second detection unit 5. Therefore, it is possible to more suitably perform real-time measurement of the surface roughness of the object S.
  • the calculation unit 6 calculates the surface roughness of the object S based on the ratio between the intensity of the specular reflected light Lr detected by the first detection unit 4 during a period T in which the processing laser light Lw is not irradiated onto the surface Sa of the object S, and the intensity of the scattered light Ls detected by the second detection unit 5 during the same period T. This makes it possible to eliminate the influence of the plasma light emission Lp caused by the processing laser light Lw when calculating the surface roughness of the object S, improving the measurement accuracy of the surface roughness.
  • the configuration of the optical system in the processing device 21B is not limited to the example shown in FIG. 6, and other configurations may be adopted.
  • the optical path of the specularly reflected light Lr traveling from the second surface 13 side through the through hole 14 toward the first detection unit 4 may be separated from the optical path of the processing laser light Lw traveling toward the target object S.
  • a half mirror can be used to separate the optical path of the specularly reflected light Lr from the processing laser light Lw. In this case, even if the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld are coaxial, the specularly reflected light of the processing laser light Lw can be prevented from traveling to the first detection unit 4.
  • the timing of reading data from the first detection unit 4 and the second detection unit 5 may be shifted from the timing of irradiation of the processing laser light Lw.
  • the timing of reading data and the timing of irradiation of the processing laser light Lw may be shifted in combination with the mechanical shutter.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing another example of the configuration of the processing device.
  • the processing device 21C shown in FIG. 8 differs from the processing device shown in FIG. 6 in that the processing laser light Lw and the inspection laser light Ld directed toward the object S are non-coaxial, and the control unit 26 shown in FIG. 6 is further provided.
  • the processing laser light Lw output from the processing light source 22 and the inspection laser light Ld output from the inspection light source 3 pass through the through hole 14 of the off-axis parabolic mirror element 11 from the first surface 12 side in a spatially shifted state and proceed toward the surface Sa of the object S placed on the stage 2.
  • the spatial shift amount here is preferably such that the irradiation spot of the processing laser light Lw and the irradiation spot of the inspection laser light Ld do not overlap each other on the surface Sa of the object S, as in the case of FIG. 5.
  • the plasma light emission Lp that is spatially separated from the scattered light Ls can be blocked by the aperture 24 before the second detection unit 5.
  • the surface roughness of the object S can be calculated based on the ratio between the intensity of the specular reflection light Lr detected by the first detection unit 4 during a period T in which the processing laser light Lw is not irradiated onto the surface Sa of the object S, and the intensity of the scattered light Ls detected by the second detection unit 5 during the same period T. Therefore, when calculating the surface roughness of the object S, the influence of the plasma light emission Lp caused by the processing laser light Lw can be eliminated, improving the measurement accuracy of the surface roughness.
  • a single through hole 14 is provided in the off-axis parabolic mirror element 11, but multiple through holes 14 may be provided in the off-axis parabolic mirror element 11.
  • one through hole 14 is formed at an angle with respect to the normal direction of the first surface 12, and the other through hole 14 is formed at an angle on the opposite side to the one through hole 14 with respect to the normal direction of the first surface 12.
  • the inspection laser light Ld is caused to travel from the first surface 12 side to the second surface 13 side through one through hole 14, and the regular reflection light Lr is caused to travel from the second surface 13 side to the first surface 12 side through the other through hole 14.
  • real-time measurement of the surface roughness of the object in laser polishing can be preferably performed.
  • 1...measuring device 2...stage (adjustment mechanism), 3...inspection light source, 4...first detection unit, 5...second detection unit, 6...calculation unit, 7...half mirror, 8...condensing lens, 9...holding unit (adjustment mechanism), 11...off-axis parabolic mirror element, 12...first surface, 13...second surface, 14...through hole, 21A-21C...processing device, 22...processing light source, 24...aperture, Ld...inspection laser light, Lw...processing laser light, Lr...specularly reflected light, Ls...scattered light, Lp...plasma emission, S...object, Sa...surface, Pd...irradiation position of inspection laser light (measurement point), Pw...irradiation position of processing laser light, T...period during which the processing laser light is not irradiated onto the surface of the object.

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Abstract

計測装置１は、対象物Ｓの表面粗さを計測する装置であって、第１面１２と、凹状の放物ミラー面によって構成され、第１面１２の反対に位置する第２面１３と、第１面１２と第２面１３とを結ぶ貫通孔１４とを有する軸外放物面ミラー素子１１を備え、軸外放物面ミラー素子１１は、検査用光源３からの検査用レーザ光Ｌｄが第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓに進行し、第２面１３側から貫通孔１４を通った正反射光Ｌｒが第１の検出部４に進行し、第２面１３で反射した散乱光Ｌｓが第２の検出部５に進行するように配置されている。

Description

計測装置、計測方法、及び加工装置
　本開示は、計測装置、計測方法、及び加工装置に関する。
　近年、対象物の表面にレーザ光を照射して対象物の表面を平滑化するレーザ研磨加工が知られている。レーザ研磨加工では、レーザ光による表面材料の溶融再配置或いはアブレーションによって、対象物の表面が平滑化される。レーザ研磨加工は、従来の研磨材による研磨加工に比べて、複雑な形状の対象物の任意の領域の加工が可能で、加工前後の対象物の形状変化も抑えられ、研磨クズも生じないという特長を有しており、更なる技術の発展が望まれている。
　レーザ研磨加工においては、加工品質の評価及び管理の観点から、従来の研磨剤による研磨加工と同様に、加工の際の対象物の表面粗さを計測することが不可欠となっている。従来では、対象物の表面粗さの計測には、顕微鏡などを用いたオフライン計測が主に用いられていたが、かかる手法では、計測のリアルタイム性に乏しく、かつ計測に要するデータ量が多いという技術的な課題があった。
　顕微鏡に代えて、光を用いて対象物の表面状態を計測する手法としては、例えば特許文献１に記載の表面欠陥検出装置がある。この従来の検出装置では、検査用のレーザ光を対象物の表面に斜めに入射させ、対象物の表面での散乱光と正反射光とを受光素子で計測する。そして、正反射光強度に対する散乱光強度の比に基づいて、対象物の表面の欠陥等を検出する。
特開平１１－２３０９１２号公報
　しかしながら、上述した特許文献１のような検出装置をレーザ研磨加工における対象物の表面粗さの計測に適用する場合、原理的な課題として、散乱光強度の異方性及び平滑面における散乱光強度の低下が挙げられる。前者について、研磨面のように粗さに方向性がある表面では、散乱光の異方性が計測に影響し得る。後者について、鏡面に近いような平滑な表面を計測する場合では、散乱光強度が微弱となる結果、計測信号のＳＮ比が低下し得る。
　また、上述した特許文献１のような検出装置を加工装置における表面粗さのリアルタイム計測に適用しようとする場合、加工用レーザ光の照射によって対象物の表面で発生したプラズマの発光が計測のノイズとなってしまうことが考えられる。さらに、上述した特許文献１のような検出装置では、散乱光が検査用のレーザ光の照射位置から全方位に向かって反射するため、散乱光が正反射光用の受光部によってノイズ成分として検出されてしまうことも考えられる。
　本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、レーザ研磨加工における対象物の表面粗さのリアルタイム計測に適した計測装置、計測方法、及びこれを用いた加工装置を提供することを目的とする。
　本開示の一側面に係る計測装置は、対象物の表面粗さを計測する計測装置であって、対象物の表面に対して検査用レーザ光を出力する検査用光源と、対象物の表面の計測点からの検査用レーザ光の正反射光を検出する第１の検出部と、対象物の表面の計測点からの検査用レーザ光の散乱光を検出する第２の検出部と、第１面と、凹状の放物ミラー面によって構成され、第１面の反対に位置する第２面と、第１面と第２面とを結ぶ貫通孔とを有する軸外放物面ミラー素子と、を備え、軸外放物面ミラー素子は、検査用光源からの検査用レーザ光が第１面側から貫通孔を通って対象物に進行し、第２面側から貫通孔を通った正反射光が第１の検出部に進行し、第２面で反射した散乱光が第２の検出部に進行するように配置されている。
　この計測装置では、軸外放物面ミラー素子の配置により、第１の検出部での正反射光の検出と第２の検出部での散乱光の検出とを同時実施できる。対象物の表面で生じた散乱光は、凹状の放物ミラー面である軸外放物面ミラー素子の第２面によって一定の立体角をもって第２の検出部に進行する。したがって、対象物の表面が研磨面であって散乱光に異方性がある場合、或いは対象物の表面が平滑面であって散乱光が微弱な場合であっても、第２の検出部において散乱光を十分な強度で検出できる。また、この計測装置では、軸外放物面ミラー素子の貫通孔が正反射光のみを通過させるアパーチャとして機能し、正反射光以外の光が第１の検出部に進行することを抑制できると共に、第２面で反射した散乱光を加工用レーザ光に対して空間的或いは時間的にずらすことで、加工用レーザ光の照射によって対象物の表面で発生したプラズマの発光が散乱光と共に第２の検出部に進行することを抑制できる。したがって、この計測装置では、レーザ研磨加工における対象物の表面粗さのリアルタイム計測を好適に実施できる。
　計測装置は、第１の検出部で検出された正反射光の強度と、第２の検出部で検出された散乱光の強度との比に基づいて、対象物の表面粗さを算出する算出部を更に備えていてもよい。この場合、対象物の表面粗さの算出にあたって、検査用レーザ光の出力の揺らぎの影響を排除できる。したがって、表面粗さの計測精度の向上が図られる。
　軸外放物面ミラー素子は、検査用光源からの検査用レーザ光が第１面側から貫通孔を通って対象物の表面に垂直に進行するように配置されていてもよい。検査用レーザ光が対象物の表面に斜めに進行する場合、対象物の高さがずれた場合に正反射光の光路が大きくずれ、第１の検出部に進行しなくなることが考えられる。検査用レーザ光が対象物の表面に垂直に進行するように軸外放物面ミラー素子を配置することで、対象物の高さずれが生じた場合でも正反射光の光路が維持されるため、表面粗さの計測精度を担保できる。
　貫通孔は、第１面側から第２面側に向かうにつれて徐々に狭小となっていてもよい。これにより、貫通孔のアパーチャとしての機能が強化され、散乱光或いは加工用レーザ光に起因するプラズマの発光が第１の検出部に進行することをより確実に抑制できる。したがって、表面粗さの計測精度の一層の向上が図られる。
　計測装置には、第２面と第２の検出部との間の散乱光の光路に集光レンズが更に配置されていてもよい。これにより、第２の検出部での散乱光の検出強度を一層高めることができる。したがって、表面粗さの計測精度の一層の向上が図られる。
　計測装置には、検査用光源と第１面との間の検査用レーザ光の光路、及び第１面と第１の検出部との間の正反射光の光路の一部を共通化するハーフミラーが更に配置されていてもよい。この場合、検査用レーザ光の光路及び正反射光の光路の一部を共通化することで、装置の小型化が図られる。
　計測装置は、第１面側から貫通孔を通って対象物に向かう検査用レーザ光の進行方向について、対象物と軸外放物面ミラー素子との間の位置関係を相対的に調整する調整機構を有していてもよい。かかる調整機構により、対象物と軸外放物面ミラー素子との位置合わせを容易に実施できる。
　調整機構は、軸外放物面ミラー素子を第１面側から貫通孔を通って対象物に向かう検査用レーザ光の進行方向に移動自在に保持する保持部によって構成されていてもよい。これにより、高さの異なる対象物を計測する場合でも、軸外放物面ミラー素子と対象物の表面との間の距離を、凹状の放物ミラー面である軸外放物面ミラー素子の第２面の焦点距離に容易に合わせることができる。
　調整機構は、対象物を第１面側から貫通孔を通って対象物に向かう検査用レーザ光の進行方向に移動自在に保持するステージによって構成されていてもよい。これにより、高さの異なる対象物を計測する場合でも、軸外放物面ミラー素子と対象物の表面との間の距離を、凹状の放物ミラー面である軸外放物面ミラー素子の第２面の焦点距離に容易に合わせることができる。
　第１の検出部及び第２の検出部は、シングルチャネルのフォトダイオードによって構成されていてもよい。この場合、粗さ計測に用いる情報は、正反射光及び散乱光の強度信号のみとなる。したがって、２次元の画像処理に基づいて粗さ計測を行う場合に比べて扱うデータ量を削減でき、処理の高速化が図られる。
　本開示の一側面に係る計測方法は、対象物の表面粗さを計測する計測方法であって、対象物の表面に対して検査用レーザ光を出力する出力ステップと、対象物の表面の計測点からの検査用レーザ光の正反射光を第１の検出部で検出すると共に、対象物の表面の計測点からの検査用レーザ光の散乱光を第２の検出部で検出する検出ステップと、を備え、出力ステップ及び検出ステップでは、第１面と、凹状の放物ミラー面によって構成され、第１面の反対に位置する第２面と、第１面と第２面とを結ぶ貫通孔とを有する軸外放物面ミラー素子を用い、検査用レーザ光が第１面側から貫通孔を通って対象物に進行し、第２面側から貫通孔を通った正反射光が第１の検出部に進行し、第２面で反射した散乱光が第２の検出部に進行するように軸外放物面ミラー素子を配置する。
　この計測方法では、軸外放物面ミラー素子の配置により、第１の検出部での正反射光の検出と第２の検出部での散乱光の検出とを同時実施できる。対象物の表面で生じた散乱光は、凹状の放物ミラー面である軸外放物面ミラー素子の第２面によって一定の立体角をもって第２の検出部に進行する。したがって、対象物の表面が研磨面であって散乱光に異方性がある場合、或いは対象物の表面が平滑面であって散乱光が微弱な場合であっても、第２の検出部において散乱光を十分な強度で検出できる。また、この計測方法では、軸外放物面ミラー素子の貫通孔が正反射光のみを通過させるアパーチャとして機能し、正反射光以外の光が第１の検出部に進行することを抑制できると共に、第２面で反射した散乱光を加工用レーザ光に対して空間的或いは時間的にずらすことで、加工用レーザ光の照射によって対象物の表面で発生したプラズマの発光が散乱光と共に第２の検出部に進行することを抑制できる。したがって、この計測装置では、レーザ研磨加工における対象物の表面粗さのリアルタイム計測を好適に実施できる。
　本開示の一側面に係る加工装置は、対象物の表面を加工する加工装置であって、対象物の表面に対して加工用レーザ光を出力する加工用光源と、上記計測装置と、を備える。この加工装置では、上述した計測装置を用いることで、レーザ研磨加工における対象物の表面粗さのリアルタイム計測を好適に実施できる。
　加工装置は、第１の検出部で検出された正反射光の強度と、第２の検出部で検出された散乱光の強度との比に基づいて、対象物の表面粗さを算出する算出部を更に備えていてもよい。この場合、対象物の表面粗さの算出にあたって、検査用レーザ光の出力の揺らぎの影響を排除できる。したがって、表面粗さの計測精度の向上が図られる。
　加工装置は、対象物を第１面側から貫通孔を通って対象物に向かう検査用レーザ光の進行方向と対象物の表面の面内方向とに移動自在に保持するステージを更に備えていてもよい。この場合、ステージによって加工用レーザ光及び検査用レーザ光を対象物の表面に対して走査できる。したがって、対象物の表面粗さの計測を加工領域に沿って連続的に実施でき、加工の作業性を向上できる。
　対象物の表面において、検査用レーザ光の照射位置が加工用レーザ光の照射位置からずれていてもよい。この場合、軸外放物面ミラー素子の第２面で反射して第２の検出部に進行する散乱光の光路と、同じく軸外放物面ミラー素子の第２面で反射して第２の検出部に進行するプラズマの発光の光路とを空間的に分離することができる。散乱光の光路とプラズマの発光の光路とが空間的に分離していることで、プラズマの発光が第２の検出部に入射することが抑制され、プラズマの発光が対象物の表面粗さの計測に影響することを抑制できる。
　第２面と第２の検出部との間の散乱光の光路には、散乱光のみを通過させるアパーチャが配置されていてもよい。この場合、散乱光以外の光をアパーチャによって遮光できるため、加工用レーザ光に起因するプラズマの発光が第２の検出部に進行することを抑止できる。したがって、対象物の表面粗さのリアルタイム計測をより好適に実施できる。
　加工装置は、加工用レーザ光と検査用レーザ光とが互いに異なる出力期間で対象物の表面に照射されるように加工用光源及び検査用光源を制御する制御部を更に備えていてもよい。この場合、第２面で反射して第２の検出部に向かう散乱光と、同じく第２面で反射して第２の検出部に進行するプラズマの発光とが時間的にずれるため、プラズマの発光が第２の検出部での散乱光の検出に影響することを抑止できる。したがって、対象物の表面粗さのリアルタイム計測をより好適に実施できる。
　算出部は、加工用レーザ光が対象物の表面に照射されていない期間に第１の検出部で検出された正反射光の強度と、同期間に第２の検出部で検出された散乱光の強度との比に基づいて、対象物の表面粗さを算出してもよい。この場合、対象物の表面粗さの算出にあたって、加工用レーザ光に起因するプラズマの発光の影響を排除できる。したがって、表面粗さの計測精度の向上が図られる。
　本開示によれば、レーザ研磨加工における対象物の表面粗さのリアルタイム計測を好適に実施できる。
本開示の一実施形態に係る計測装置の構成を示す模式的な図である。 算出部に記憶される検量線データの一例を示す図である。 軸外放物面ミラー素子の構成を拡大して示す図である。 本開示の一実施形態に係る計測方法の一例を示すフローチャートである。 図１に示した計測装置を含む加工装置の構成の一例を示す模式的な図である。 図１に示した計測装置を含む加工装置の構成の別例を示す模式的な図である。 図６に示した加工装置における加工用レーザ光及び検査用レーザ光の出力タイミングを示す図である。 図１に示した計測装置を含む加工装置の構成の更なる別例を示す模式的な図である。
　以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る計測装置、計測方法、及び加工装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
　図１は、本開示の一実施形態に係る計測装置の構成を示す模式的な図である。図１に示す計測装置１は、対象物Ｓの表面Ｓａの粗さ計測を行う装置として構成されている。対象物Ｓは、特に制限は無いが、例えば銅、アルミニウム、鉄などの各種金属材料、或いは半導体ウェハなどである。
　図１に示すように、計測装置１は、対象物Ｓが載置されるステージ２と、検査用レーザ光Ｌｄを出力する検査用光源３と、検査用レーザ光Ｌｄの正反射光Ｌｒを検出する第１の検出部４と、検査用レーザ光Ｌｄの散乱光Ｌｓを検出する第２の検出部５と、正反射光Ｌｒ及び散乱光Ｌｓの検出結果に基づいて対象物Ｓの表面粗さを算出する算出部６とを含んで構成されている。検査用レーザ光Ｌｄ、正反射光Ｌｒ、及び散乱光Ｌｓの光路には、軸外放物面ミラー素子１１が配置されている。
　ステージ２は、対象物Ｓが載置される載置領域を有している。ステージ２には、計測対象となる表面Ｓａが検査用レーザ光Ｌｄの進行方向に対向するように対象物Ｓが載置される。ステージ２は、後述する軸外放物面ミラー素子１１の第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓに向かう検査用レーザ光Ｌｄの進行方向について、対象物Ｓと軸外放物面ミラー素子１１との間の位置関係を相対的に調整する調整機構として機能する。本実施形態では、ステージ２は、例えば３軸の可動ステージによって構成されている。ステージ２は、軸外放物面ミラー素子１１と対象物Ｓとの高さ方向の位置合わせのため、検査用レーザ光Ｌｄの進行方向に移動自在となっている。また、ステージ２は、対象物Ｓの表面Ｓａに対して検査用レーザ光Ｌｄの計測点を走査する目的で、対象物Ｓの表面Ｓａの面内方向に移動自在となっている。
　検査用光源３は、対象物Ｓに対して検査用レーザ光Ｌｄを出力する。検査用光源３としては、例えばＨｅＮｅレーザなどを用いることができる。検査用レーザ光Ｌｄは、例えばＣＷ光である。一例として、検査用レーザ光Ｌｄの波長は６３２．８ｎｍ、出力パワーは１ｍＷ、ビーム径は５００μｍとなっている。検査用光源３から出力した検査用レーザ光Ｌｄは、ハーフミラー７で反射し、ステージ２に載置された対象物Ｓの表面Ｓａに対して垂直に進行する。なお、検査用レーザ光Ｌｄとして、ＣＷ光ではなく、パルス光を用いることも可能である。パルス光を用いる場合、加工点（例えば後述の加工用レーザ光Ｌｗの照射位置Ｐｗ）からのプラズマ発光と重複しないように、検査用レーザ光Ｌｄの繰り返し周波数を加工用レーザ光Ｌｗの繰り返し周波数よりも低く設定することが好ましい。
　第１の検出部４は、対象物Ｓの表面Ｓａの計測点からの検査用レーザ光Ｌｄの正反射光Ｌｒを検出する。第１の検出部４は、正反射光Ｌｒの検出結果を示す情報を生成し、当該情報を算出部６に出力する。本実施形態では、第１の検出部４は、例えばシングルチャネルの光検出器によって構成されており、正反射光Ｌｒの検出結果に比例した大きさの強度信号（電流値信号）を算出部６に出力する。光検出器としては、例えばフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などを用いることができる。
　正反射光Ｌｒは、入射角と反射角が反射面に対して等しく反射した光である。本実施形態では、対象物Ｓの表面Ｓａに対して検査用レーザ光Ｌｄが垂直に入射する。したがって、正反射光Ｌｒは、対象物Ｓの表面Ｓａにおける検査用レーザ光Ｌｄの照射位置（計測点）Ｐｄから垂直に反射する光である。正反射光Ｌｒの強度は、計測点の表面粗さが小さい程大きくなる傾向がある。
　本実施形態では、第１の検出部４の受光面は、例えば３ｍｍ×３ｍｍの矩形状をなしている。当該受光面のサイズは、後述の軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４の第１面１２側の開口幅或いは第２面１３側の開口幅以上となっていてもよい。この場合、計測装置１の使用中の振動やアライメントの誤差などに起因して正反射光Ｌｒの光軸がずれたとしても、第１の検出部４の受光面への正反射光Ｌｒの入射を担保できる。
　第２の検出部５は、対象物Ｓの表面Ｓａの計測点からの検査用レーザ光Ｌｄの散乱光Ｌｓを検出する。第２の検出部５は、散乱光Ｌｓの検出結果を示す情報を生成し、当該情報を算出部６に出力する。本実施形態では、第２の検出部５は、例えばシングルチャネルの光検出器によって構成されており、散乱光Ｌｓの検出結果に比例した大きさの電流値信号を算出部６に出力する。光検出器としては、第１の検出部４と同様に、例えばフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管などを用いることができる。
　散乱光Ｌｓは、反射面の表面粗さに起因して反射面から広範囲に反射する光である。散乱光Ｌｓは、対象物Ｓの表面Ｓａにおける検査用レーザ光Ｌｄの照射位置（計測点）Ｐｄを起点に全方位に拡散する。散乱光Ｌｓは、対象物Ｓの表面Ｓａが例えば研磨面であり、表面粗さに方向性がある場合には、研磨の方向に応じた異方性をもって計測点から反射し得る。散乱光Ｌｓは、計測点の表面粗さが小さい程小さくなる傾向があり、対象物Ｓの表面Ｓａが鏡面に近いような平滑な表面である場合には、強度的に微弱な光となり得る。
　本実施形態では、第２の検出部５の受光面は、例えば３ｍｍ×３ｍｍの矩形状をなしている。当該受光面のサイズは、後述のアパーチャ２４（図５参照）に形成されたピンホールの開口幅（ピンホールが円形の場合は開口径）以上となっていてもよい。この場合、計測装置１の使用中の振動やアライメントの誤差などに起因して散乱光Ｌｓの光軸がずれたとしても、第２の検出部５の受光面への散乱光Ｌｓの入射を担保できる。
　算出部６は、対象物Ｓの表面粗さを算出する。算出部６は、物理的には、例えばＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶媒体を備えるコンピュータによって構成されている。コンピュータは、表示部や入力部を一体に備えたスマートフォン或いはタブレット端末であってもよい。コンピュータは、マイクロコンピュータやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などで構成されていてもよい。
　算出部６は、第１の検出部４からの検出結果情報及び第２の検出部５からの検出結果情報をそれぞれ受け取り、これらの検出結果情報から得られる正反射光Ｌｒの強度と散乱光Ｌｓの強度との比に基づいて、対象物Ｓの表面粗さを算出する。算出部６は、正反射光Ｌｒの強度と散乱光Ｌｓの強度との比に基づく表面粗さの算出にあたって、例えば対象物Ｓ毎の検量線データを予め保有している。
　図２は、算出部に記憶される検量線データの一例を示す図である。同図の例では、横軸に正反射光の強度に対する散乱光の強度の比を示し、縦軸に表面粗さを示している。この検量線データでは、予め表面粗さが既知である複数の対象物のサンプルについて正反射光の強度に対する散乱光の強度の比の算出結果がプロットされ、算出結果に基づくフィッティング関数が生成されている。
　算出部６は、検量線データを参照し、正反射光Ｌｒの強度と散乱光Ｌｓの強度との比をフィッティング関数に代入することで、対象物Ｓの表面Ｓａの計測点での表面粗さの計測結果を算出する。算出部６は、表面粗さの計測結果をディスプレイ等の表示部に表示してもよく、対象物Ｓにおける計測点毎の計測結果の履歴を記憶部に記憶してもよい。
　次に、軸外放物面ミラー素子１１について説明する。図３は、軸外放物面ミラー素子の構成を拡大して示す図である。軸外放物面ミラー素子（非軸放物面ミラー素子）１１は、計測点Ｐｄからの光を放物ミラー面によって平行光として反射する素子である。ここでは、軸外し（非軸）角度が９０°となっているが、当該角度は、３０°、４５°、６０°などの任意の角度に設定できる。
　図３に示すように、軸外放物面ミラー素子１１は、第１面１２と、第１面１２の反対に位置する第２面１３と、第１面１２と第２面１３とを結ぶ貫通孔１４とを有している。第１面１２は、平坦な非鏡面であるのに対し、第２面１３は、凹状の放物ミラー面となっている。図３では、軸外放物面ミラー素子１１を側面から示しているが、実際の第２面１３は、３次元的な凹状の放物ミラー面である。貫通孔１４の延在方向に沿う第２面１３の幅は、例えば５０ｍｍとなっている。
　貫通孔１４は、第１面１２側の空間と、第２面１３側の空間とを連通している。貫通孔１４は、例えば断面円形状をなしている。貫通孔１４は、正反射光Ｌｒのアパーチャとして機能させる観点から、第１面１２側から第２面１３側に向かうにつれて徐々に狭小となっている。このような構成により、第１面１２側では検査用レーザ光Ｌｄを確実に貫通孔１４に入射させつつ、第２面１３側では散乱光Ｌｓや加工に伴うプラズマ光を好適にカットできる。
　貫通孔１４を正反射光Ｌｒのアパーチャとして機能させる観点からは、貫通孔１４における第１面１２側の開口幅及び第２面１３側の開口幅は、１０ｍｍ以下となっていることが好ましい。ここでは、貫通孔１４における第１面１２側の開口は、例えば直径８ｍｍの円形となっている。貫通孔１４における第２面１３側の開口は、例えば直径３ｍｍの円形となっている。なお、貫通孔１４の断面形状（開口形状）は、円形に限られず、楕円形、矩形、三角形、その他の多角形状であってもよい。
　軸外放物面ミラー素子１１は、図１に示すように、検査用光源３からの検査用レーザ光Ｌｄが第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓに進行し、第２面１３側から貫通孔１４を通った正反射光Ｌｒが第１の検出部４に進行し、第２面１３で反射した散乱光Ｌｓが第２の検出部５に進行するように配置されている。散乱光Ｌｓは、凹状の放物ミラー面である第２面１３で反射する際にコリメートされ、平行光の状態で第２の検出部５に進行する。
　また、軸外放物面ミラー素子１１は、凹状の放物ミラー面である第２面１３の焦点が、検査用レーザ光Ｌｄの計測点Ｐｄと一致するように配置されている。計測点Ｐｄから軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４における第２面１３側の開口の中心までの距離は、例えば５０ｍｍである。加工用レーザ光Ｌｗの照射時に発生するデブリや、プラズマによる軸外放物面ミラー素子１１の損傷を防止するという観点から、計測点Ｐｄから軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４における第２面１３側の開口の中心までの距離は、１０ｍｍ以上であることが好ましい。計測装置１の小型化の観点、検査用レーザ光Ｌｄ、正反射光Ｌｒ、及び散乱光Ｌｓのそれぞれの光路長を短くして信号量の減衰を防止するという観点から、当該距離は１００ｍｍ以下であることが好ましい。
　本実施形態では、軸外放物面ミラー素子１１は、第２面１３に形成された放物ミラー面が計測点Ｐｄを中心とし且つ対象物Ｓの表面Ｓａによって規定された半球に対して１０％程度の立体角をカバーするように配置されている。第２の検出部５において十分な強度の散乱光信号を取得するという観点からは、放物ミラー面が当該半球に対して５％以上の立体角をカバーすることが好ましい。
　放物ミラー面がカバーする立体角は、第２面１３に形成する放物ミラー面の形状、及び計測点Ｐｄから軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４における第２面１３側の開口の中心までの距離を調整することで制御可能である。具体的には、放物ミラー面の面積を大きくする、計測点Ｐｄから軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４における第２面１３側の開口の中心までの距離を近づける、或いはこれらの双方を併用することで、放物ミラー面がカバーする立体角を大きくすることが可能である。
　このような軸外放物面ミラー素子１１の配置により、本実施形態では、図１に示すように、ハーフミラー７で反射した検査用レーザ光Ｌｄは、第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓの表面Ｓａに垂直に進行する。検査用レーザ光Ｌｄの計測点における正反射光Ｌｒは、検査用レーザ光Ｌｄと同軸かつ逆向きで第２面１３側から貫通孔１４を通り、ハーフミラー７を透過した後、第１の検出部４に入射する。ハーフミラー７と対象物Ｓの表面Ｓａとの間では、対象物Ｓに進行する検査用レーザ光Ｌｄの光路と、対象物Ｓから第１の検出部４に向かう正反射光Ｌｒの光路とが共通化されている。
　図示しないが、第１面１２と第１の検出部４との間の正反射光Ｌｒの光路に集光レンズが配置されていてもよい。この場合、第２面１３側から貫通孔１４を通った正反射光Ｌｒは、集光レンズによって集光された状態で第１の検出部４に入射する。当該集光レンズは、例えば第１面１２と第１の検出部４との間の正反射光Ｌｒの光路に複数配置されていてもよい。具体的には、第１の検出部４の受光面における正反射光Ｌｒの集光を目的とした第１の集光レンズを第１の検出部４とハーフミラー７との間に配置し、対象物Ｓの表面Ｓａにおける検査用レーザ光Ｌｄの集光を目的とした第２の集光レンズをハーフミラー７と第１面１２との間に配置してもよい。このような構成によれば、正反射光Ｌｒ及び検査用レーザ光Ｌｄのそれぞれに対応した第１の集光レンズ及び第２の集光レンズによって、正反射光Ｌｒ及び検査用レーザ光Ｌｄの集光をより好適に実施できる。なお、第１の集光レンズ及び第２の集光レンズの一方のみを配置する構成としてもよい。
　検査用レーザ光Ｌｄの計測点における散乱光Ｌｓは、凹状の放物ミラー面である第２面１３によって形成される立体角をもって第２面１３で反射し、第２の検出部５に入射する。図１の例では、第２面１３と第２の検出部５との間の散乱光Ｌｓの光路に集光レンズ８が配置されている。散乱光Ｌｓは、凹状の放物ミラー面である第２面１３によってコリメートされ、平行光として集光レンズ８に入射し、当該集光レンズ８によって集光された状態で第２の検出部５に入射する。
　また、図１の例では、軸外放物面ミラー素子１１は、保持部９によって保持されている。保持部９は、ステージ２と同様に、軸外放物面ミラー素子１１の第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓに向かう検査用レーザ光Ｌｄの進行方向について、対象物Ｓと軸外放物面ミラー素子１１との間の位置関係を相対的に調整する調整機構として機能する。保持部９は、軸外放物面ミラー素子１１と対象物Ｓとの高さ方向の位置合わせのため、第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓに向かう検査用レーザ光Ｌｄの進行方向に軸外放物面ミラー素子１１を移動自在に保持する。保持部９は、軸外放物面ミラー素子１１、集光レンズ８、及び第２の検出部５の位置関係を維持した状態で、これらを一体的に第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓに向かう検査用レーザ光Ｌｄの進行方向に移動自在に保持するように構成されていてもよい。
　続いて、本開示の一実施形態に係る計測方法について説明する。図４は、本開示の一実施形態に係る計測方法の一例を示すフローチャートである。図４に示すように、この計測方法は、出力ステップ（ステップＳ０１）と、検出ステップ（ステップＳ０２）と、算出ステップ（ステップＳ０３）とを備えて構成されている。
　出力ステップは、対象物Ｓの表面Ｓａに対して検査用レーザ光Ｌｄを出力するステップである。検出ステップは、対象物Ｓの表面Ｓａの計測点からの検査用レーザ光Ｌｄの正反射光Ｌｒを第１の検出部４で検出すると共に、計測点からの検査用レーザ光Ｌｄの散乱光Ｌｓを第２の検出部５で検出するステップである。算出ステップは、検出ステップで検出された正反射光Ｌｒの強度と、第２の検出部５で検出された散乱光Ｌｓの強度との比に基づいて、対象物Ｓの表面粗さを算出するステップである。
　出力ステップ及び検出ステップでは、上述した軸外放物面ミラー素子１１を用いる。出力ステップでは、検査用レーザ光Ｌｄを第１面１２側から貫通孔１４を通して対象物Ｓに進行させる。検出ステップでは、第２面１３側から貫通孔１４を通した正反射光Ｌｒを第１の検出部４に進行させると共に、第２面１３で反射した散乱光Ｌｓを第２の検出部５に進行させる。本実施形態では、出力ステップにおいて、ステージ２を対象物Ｓの表面Ｓａの面内方向に駆動し、検査用レーザ光Ｌｄによる計測点を対象物Ｓの表面Ｓａに対して走査しながら、検出ステップ及び算出ステップを繰り返し実行する。これにより、対象物Ｓの表面Ｓａの所望の領域における表面粗さの計測を実施できる。
　続いて、本開示の一実施形態に係る加工装置について説明する。図５は、加工装置の構成の一例を示す模式的な図である。図５に示す加工装置２１Ａは、対象物Ｓの表面Ｓａの表面にレーザ研磨加工を施すと共に、研磨領域における対象物Ｓの表面粗さのリアルタイム計測を行う装置として構成されている。
　図５に示すように、加工装置２１Ａは、加工用光源２２と、図１に示した計測装置１とを含んで構成されている。加工用光源２２は、対象物Ｓの表面Ｓａに対して加工用レーザ光Ｌｗを出力する。加工用光源２２としては、例えばＹＡＧレーザなどを用いることができる。加工用レーザ光Ｌｗは、例えばパルス光である。一例として、加工用レーザ光Ｌｗの波長は１０６４ｎｍ、出力強度は５ＧＷ／ｃｍ２、ビーム径は５０μｍ、繰り返し周波数は３００ｋＨｚとなっている。なお、加工用レーザ光ＬｗとしてＣＷ光を用いてもよい。この場合、一例として、出力パワー１００Ｗ程度のファイバーレーザ（波長１０９０ｎｍ）などを用いることができる。
　加工用光源２２から出力した加工用レーザ光Ｌｗは、集光レンズ２３によって集光され、ステージ２に載置された対象物Ｓの表面Ｓａに対して進行する。加工装置２１Ａでは、ステージ２を対象物Ｓの表面Ｓａの面内方向に移動させることで、対象物Ｓの表面Ｓａに対して加工用レーザ光Ｌｗの照射位置Ｐｗと検査用レーザ光Ｌｄの照射位置Ｐｄとを走査できる。これにより、対象物Ｓの表面Ｓａにレーザ研磨加工を施すと共に、研磨領域における対象物Ｓの表面粗さのリアルタイム計測が可能となっている。
　本実施形態では、まず、対象物Ｓの表面Ｓａにおける任意の点に検査用レーザ光Ｌｄを照射し、算出部６によって計測点Ｐｄにおける表面粗さを算出する。計測点Ｐｄにおける表面粗さを算出後、ステージ２を面内方向に移動させて加工用レーザ光Ｌｗの照射位置Ｐｗを計測点Ｐｄの位置に移動させ、当該位置の加工を実施する。このように、別々の点について同時に表面粗さの算出と加工を実施することで、スループットの向上が図られる。
　加工装置２１Ａでは、加工用レーザ光Ｌｗの照射によって対象物Ｓの表面Ｓａでプラズマが発生し、当該プラズマの発光Ｌｐが第１の検出部４及び第２の検出部５に進行することが考えられる。プラズマの発光Ｌｐは、対象物Ｓの表面Ｓａにおける加工用レーザ光Ｌｗの照射位置（計測点）Ｐｗを起点に全方位に拡散する。このようなプラズマの発光Ｌｐに対し、加工装置２１Ａでは、検査用レーザ光Ｌｄ、正反射光Ｌｒ、及び散乱光Ｌｓの光路に対して上述した軸外放物面ミラー素子１１が配置されている。軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４は、正反射光Ｌｒのみを第１面１２側に通過させるアパーチャとして機能し、プラズマの発光Ｌｐが第１の検出部４に進行することを抑制する。
　また、プラズマの発光Ｌｐが第２の検出部５に進行することを抑制する観点から、加工装置２１Ａでは、対象物Ｓの表面Ｓａに入射する加工用レーザ光Ｌｗと検査用レーザ光Ｌｄとが空間的にずれた状態となっている。図５の例では、加工用レーザ光Ｌｗと検査用レーザ光Ｌｄとは、非同軸となっており、加工用レーザ光Ｌｗは、対象物Ｓの表面Ｓａに向かって垂直に進行する検査用レーザ光Ｌｄに対して傾斜した状態で対象物Ｓの表面Ｓａに向かって進行する。
　対象物Ｓの表面Ｓａにおいて、検査用レーザ光Ｌｄの照射位置Ｐｄは、加工用レーザ光Ｌｗの照射位置Ｐｗからずれている。照射位置Ｐｄ，Ｐｗ間の空間的なずれ量は、対象物Ｓの表面Ｓａにおいて、加工用レーザ光Ｌｗの照射スポットと検査用レーザ光Ｌｄの照射スポットとが互いに重ならない程度であることが好ましい。例えば加工用レーザ光Ｌｗの照射スポット径或いは検査用レーザ光Ｌｄの照射スポット径の２倍程度の間隔をもって、加工用レーザ光Ｌｗの照射位置Ｐｗと検査用レーザ光Ｌｄの照射位置Ｐｄとが離間していることが好ましい。一例として、照射位置Ｐｄ，Ｐｗの間隔は、１ｍｍ程度とすることができる。
　検査用レーザ光Ｌｄの照射位置Ｐｄと加工用レーザ光Ｌｗの照射位置Ｐｗとが空間的にずれていることで、図５に示すように、軸外放物面ミラー素子１１の第２面１３で反射して第２の検出部５に進行する散乱光Ｌｓの光路とプラズマの発光Ｌｐの光路とを空間的に分離することができる。散乱光Ｌｓの光路とプラズマの発光Ｌｐの光路とが空間的に分離していることで、プラズマの発光Ｌｐが第２の検出部５に入射することが抑制される。
　また、加工装置２１Ａでは、図５に示すように、第２面１３と第２の検出部５との間の散乱光Ｌｓの光路にアパーチャ２４が配置されている。アパーチャ２４は、例えばピンホールによって構成されている。図５の例では、アパーチャ２４は、集光レンズ８と第２の検出部５との間に配置されている。アパーチャ２４は、散乱光Ｌｓのみを通過させるように配置され、散乱光Ｌｓに対して空間的に分離されたプラズマの発光Ｌｐを第２の検出部５の手前で遮光する。アパーチャ２４によって散乱光Ｌｓのみを第２の検出部５に進行させるという観点からは、ピンホールの幅（ピンホールが円形の場合は開口径）は、１ｍｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、ピンホールが円形をなしており、その開口径は、例えば０．１ｍｍとなっている。
　以上説明したように、本実施形態に係る計測装置１及び計測方法では、軸外放物面ミラー素子１１の配置により、第１の検出部４での正反射光Ｌｒの検出と第２の検出部５での散乱光Ｌｓの検出とを同時実施できる。対象物Ｓの表面Ｓａで生じた散乱光Ｌｓは、凹状の放物ミラー面である軸外放物面ミラー素子１１の第２面１３によって一定の立体角をもって第２の検出部５に進行する。したがって、対象物Ｓの表面Ｓａが研磨面であって散乱光Ｌｓに異方性がある場合、或いは対象物Ｓの表面Ｓａが平滑面であって散乱光Ｌｓが微弱な場合であっても、第２の検出部５において散乱光Ｌｓを十分な強度で検出できる。
　また、計測装置１では、軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４が正反射光Ｌｒのみを通過させるアパーチャとして機能し、正反射光Ｌｒ以外の光が第１の検出部４に進行することを抑制できると共に、第２面１３で反射した散乱光Ｌｓを加工用レーザ光Ｌｗに対して空間的或いは時間的にずらすことで、加工用レーザ光Ｌｗの照射によって対象物Ｓの表面Ｓａで発生したプラズマの発光Ｌｐが散乱光と共に第２の検出部５に進行することを抑制できる。したがって、計測装置１では、レーザ研磨加工における対象物Ｓの表面粗さのリアルタイム計測を好適に実施できる。
　計測装置１は、第１の検出部４で検出された正反射光Ｌｒの強度と、第２の検出部５で検出された散乱光Ｌｓの強度との比に基づいて、対象物Ｓの表面粗さを算出する算出部６を備えている。このような算出手法により、対象物Ｓの表面粗さの算出にあたって、検査用レーザ光Ｌｄの出力の揺らぎの影響を排除できる。したがって、表面粗さの計測精度の向上が図られる。
　計測装置１では、軸外放物面ミラー素子１１は、検査用光源３からの検査用レーザ光Ｌｄが第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓの表面Ｓａに垂直に進行するように配置されている。検査用レーザ光Ｌｄが対象物Ｓの表面Ｓａに斜めに進行する場合、対象物Ｓの高さがずれた場合に正反射光Ｌｒの光路が大きくずれ、第１の検出部４に進行しなくなることが考えられる。検査用レーザ光Ｌｄが対象物Ｓの表面Ｓａに垂直に進行するように軸外放物面ミラー素子１１を配置することで、対象物Ｓの高さずれが生じた場合でも正反射光Ｌｒの光路が維持されるため、表面粗さの計測精度を担保できる。
　計測装置１では、貫通孔１４は、第１面１２側から第２面１３側に向かうにつれて徐々に狭小となっている。これにより、貫通孔１４のアパーチャとしての機能が強化され、散乱光Ｌｓ或いは加工用レーザ光Ｌｗに起因するプラズマの発光Ｌｐが第１の検出部４に進行することをより確実に抑制できる。したがって、表面粗さの計測精度の一層の向上が図られる。
　計測装置１では、第２面１３と第２の検出部５との間の散乱光Ｌｓの光路に集光レンズ８が配置されている。これにより、第２の検出部５での散乱光Ｌｓの検出強度を一層高めることができる。したがって、表面粗さの計測精度の一層の向上が図られる。
　計測装置１では、検査用光源３と第１面１２との間の検査用レーザ光Ｌｄの光路、及び第１面１２と第１の検出部４との間の正反射光Ｌｒの光路の一部を共通化するハーフミラー７が配置されている。このように、検査用レーザ光Ｌｄの光路及び正反射光Ｌｒの光路の一部を共通化することで、装置の小型化が図られる。
　計測装置１は、対象物Ｓと軸外放物面ミラー素子１１との間の位置関係を相対的に調整する調整機構として、軸外放物面ミラー素子１１を第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓに向かう検査用レーザ光Ｌｄの進行方向に移動自在に保持する保持部９を備えている。これにより、高さの異なる対象物Ｓを計測する場合でも、軸外放物面ミラー素子１１と対象物Ｓの表面Ｓａとの間の距離を、凹状の放物ミラー面である軸外放物面ミラー素子１１の第２面１３の焦点距離に容易に合わせることができる。
　計測装置１は、対象物Ｓと軸外放物面ミラー素子１１との間の位置関係を相対的に調整する調整機構として、対象物Ｓを第１面１２側から貫通孔１４を通って対象物Ｓに向かう検査用レーザ光Ｌｄの進行方向に移動自在に保持するステージ２を備えている。これにより、高さの異なる対象物Ｓを計測する場合でも、軸外放物面ミラー素子１１と対象物Ｓの表面Ｓａとの間の距離を、凹状の放物ミラー面である軸外放物面ミラー素子１１の第２面１３の焦点距離に容易に合わせることができる。
　計測装置１では、第１の検出部４及び第２の検出部５がシングルチャネルの光検出器によって構成されている。これにより、粗さ計測に用いる情報が正反射光Ｌｒ及び散乱光Ｌｓの強度信号（電流値信号）のみとなる。したがって、２次元の画像処理に基づいて粗さ計測を行う場合に比べて扱うデータ量を削減でき、処理の高速化が図られる。
　また、加工装置２１Ａでは、上述した計測装置１を用いることで、レーザ研磨加工における対象物Ｓの表面粗さのリアルタイム計測を好適に実施できる。加工装置２１Ａでは、上述したステージ２によって加工用レーザ光Ｌｗ及び検査用レーザ光Ｌｄを対象物Ｓの表面Ｓａに対して走査できる。したがって対象物Ｓの表面粗さの計測を加工領域に沿って連続的に実施でき、加工の作業性を向上できる。
　加工装置２１Ａでは、対象物Ｓの表面Ｓａにおいて、検査用レーザ光Ｌｄの照射位置Ｐｄが加工用レーザ光Ｌｗの照射位置Ｐｗからずれている。これにより、軸外放物面ミラー素子１１の第２面１３で反射して第２の検出部５に進行する散乱光Ｌｓの光路と、同じく軸外放物面ミラー素子１１の第２面１３で反射して第２の検出部５に進行するプラズマの発光Ｌｐの光路とを空間的に分離することができる。散乱光Ｌｓの光路とプラズマの発光Ｌｐの光路とが空間的に分離していることで、プラズマの発光Ｌｐが第２の検出部５に入射することが抑制され、プラズマの発光Ｌｐが対象物Ｓの表面粗さの計測に影響することを抑制できる。
　加工装置２１Ａでは、第２面１３と第２の検出部５との間の散乱光Ｌｓの光路において、散乱光Ｌｓのみを通過させるアパーチャ２４が配置されている。この場合、散乱光Ｌｓ以外の光をアパーチャ２４によって遮光できるため、加工用レーザ光Ｌｗに起因するプラズマの発光Ｌｐが第２の検出部５に進行することを抑止できる。したがって、対象物Ｓの表面粗さのリアルタイム計測をより好適に実施できる。
　図６は、加工装置の構成の別例を示す模式的な図である。図６に示す加工装置２１Ｂは、対象物Ｓに向かう加工用レーザ光Ｌｗと検査用レーザ光Ｌｄとが同軸となっている点で、図５に示した加工装置２１Ａと相違している。図６の例では、加工用光源２２から出力した加工用レーザ光Ｌｗは、ダイクロイックミラー２５で反射し、集光レンズ２３によって集光される。その後、加工用レーザ光Ｌｗは、軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４を第１面１２側から通って、ステージ２に載置された対象物Ｓの表面Ｓａに対して進行する。
　検査用光源３から出力した検査用レーザ光Ｌｄは、ハーフミラー７で反射し、ダイクロイックミラー２５を透過し、加工用レーザ光Ｌｗと同軸となる。その後、検査用レーザ光Ｌｄは、集光レンズ２３によって加工用レーザ光Ｌｗと共に集光され、軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４を第１面１２側から通って、ステージ２に載置された対象物Ｓの表面Ｓａに対して進行する。検査用レーザ光Ｌｄの計測点における正反射光Ｌｒは、加工用レーザ光Ｌｗ及び検査用レーザ光Ｌｄと同軸かつ逆向きで第２面１３側から貫通孔１４を通り、ダイクロイックミラー２５及びハーフミラー７を透過した後、第１の検出部４に入射する。
　加工装置２１Ｂでは、検査用レーザ光Ｌｄの照射位置Ｐｄと加工用レーザ光Ｌｗの照射位置Ｐｗとが一致している一方で、対象物Ｓの表面Ｓａに入射する加工用レーザ光Ｌｗと検査用レーザ光Ｌｄとが時間的にずれた状態となっている。図６の例では、加工装置２１Ｂは、加工用レーザ光Ｌｗと検査用レーザ光Ｌｄとが互いに異なる期間で対象物Ｓの表面Ｓａに照射されるように加工用光源２２及び検査用光源３を制御する制御部２６を備えている。
　制御部２６は、例えばＣＷ光である検査用レーザ光Ｌｄをパルス状に成形する機械式シャッタによって構成されている。制御部２６は、例えば図７に示すように、検査用レーザ光Ｌｄが加工用レーザ光Ｌｗと同じパルス幅及び繰り返し周波数となり、且つ互いの出力期間が重なり合わないように（検査用レーザ光Ｌｄのパルスと加工用レーザ光Ｌｗのパルスとが互いに重なり合わないように）検査用レーザ光Ｌｄを成形する。制御部２６は、加工用レーザ光Ｌｗ及び検査用レーザ光Ｌｄの出力期間を示す情報を生成し、算出部６に出力する。算出部６は、加工用レーザ光Ｌｗが対象物Ｓの表面Ｓａに照射されていない期間Ｔに第１の検出部４で検出された正反射光Ｌｒの強度と、同期間Ｔに第２の検出部５で検出された散乱光Ｌｓの強度との比に基づいて、対象物Ｓの表面粗さを算出する。なお、検査用レーザ光Ｌｄ及び加工用レーザ光Ｌｗの繰り返し周波数は、互いに異なっていてもよい。例えば加工用レーザ光Ｌｗの繰り返し周波数を検査用レーザ光Ｌｄの繰り返し周波数よりも大きくすることで、加工用レーザ光Ｌｗの複数回（例えば２～２０回程度）の出力ごとに１回の検査用レーザ光Ｌｄを出力してもよい。また、検査用レーザ光Ｌｄ及び加工用レーザ光Ｌｗのパルス幅は、互いに異なっていてもよい。例えば加工用レーザ光Ｌｗを極めて短いパルス幅を有するバーストパルスとして出力してもよい。
　このような加工装置２１Ｂにおいても、図５に示した加工装置２１Ａと同様、レーザ研磨加工における対象物Ｓの表面粗さのリアルタイム計測を好適に実施できる。また、加工装置２１Ｂでは、第２面１３で反射して第２の検出部５に向かう散乱光Ｌｓと、同じく第２面１３で反射して第２の検出部５に進行するプラズマの発光Ｌｐとが時間的にずれるため、プラズマの発光Ｌｐが第２の検出部５での散乱光Ｌｓの検出に影響することを抑止できる。したがって、対象物Ｓの表面粗さのリアルタイム計測をより好適に実施できる。
　加工装置２１Ｂでは、加工用レーザ光Ｌｗが対象物Ｓの表面Ｓａに照射されていない期間Ｔに第１の検出部４で検出された正反射光Ｌｒの強度と、同期間Ｔに第２の検出部５で検出された散乱光Ｌｓの強度との比に基づいて、算出部６が対象物Ｓの表面粗さを算出する。これにより、対象物Ｓの表面粗さの算出にあたって、加工用レーザ光Ｌｗに起因するプラズマの発光Ｌｐの影響を排除でき、表面粗さの計測精度の向上が図られる。
　加工装置２１Ｂにおける光学系の構成は、図６に示した例に限られず、他の構成を採用してもよい。例えば第２面１３側から貫通孔１４を通って第１の検出部４に向かう正反射光Ｌｒの光路を、対象物Ｓに向かう加工用レーザ光Ｌｗの光路から分離する構成としてもよい。正反射光Ｌｒの光路と加工用レーザ光Ｌｗとの分離には、例えばハーフミラーを用いることができる。この場合、加工用レーザ光Ｌｗと検査用レーザ光Ｌｄとを同軸にした場合でも、加工用レーザ光Ｌｗの正反射光が第１の検出部４に進行することを抑制できる。
　また、加工装置２１Ｂにおいて、機械式シャッタに代えて、第１の検出部４及び第２の検出部５からのデータの読み出しのタイミングを加工用レーザ光Ｌｗの照射のタイミングとずらす態様としてもよい。データ読み出しのタイミングと加工用レーザ光Ｌｗの照射のタイミングをずらす態様を機械式シャッタと併用してもよい。
　図８は、加工装置の構成の更なる別例を示す模式的な図である。図８に示す加工装置２１Ｃは、対象物Ｓに向かう加工用レーザ光Ｌｗと検査用レーザ光Ｌｄとを非同軸とした上で、更に図６に示した制御部２６が設けられている点で、図６に示した加工装置と相違している。図８の例では、加工用光源２２から出力した加工用レーザ光Ｌｗと、検査用光源３から出力した検査用レーザ光Ｌｄとが空間的にずれた状態で軸外放物面ミラー素子１１の貫通孔１４を第１面１２側から通り、ステージ２に載置された対象物Ｓの表面Ｓａに対して進行する。ここでの空間的なずれ量は、図５の場合と同様に、対象物Ｓの表面Ｓａにおいて、加工用レーザ光Ｌｗの照射スポットと検査用レーザ光Ｌｄの照射スポットとが互いに重ならない程度のずれ量であることが好ましい。
　このような加工装置２１Ｃによれば、図５の場合と同様に、散乱光Ｌｓに対して空間的に分離されたプラズマの発光Ｌｐをアパーチャ２４によって第２の検出部５の手前で遮光することができる。また、図６の場合と同様に、加工用レーザ光Ｌｗが対象物Ｓの表面Ｓａに照射されていない期間Ｔに第１の検出部４で検出された正反射光Ｌｒの強度と、同期間Ｔに第２の検出部５で検出された散乱光Ｌｓの強度との比に基づいて、対象物Ｓの表面粗さを算出できる。したがって、対象物Ｓの表面粗さの算出にあたって、加工用レーザ光Ｌｗに起因するプラズマの発光Ｌｐの影響を排除でき、表面粗さの計測精度の向上が図られる。
　本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、軸外放物面ミラー素子１１に貫通孔１４が単体で設けられているが、軸外放物面ミラー素子１１に複数の貫通孔１４が設けられていてもよい。この場合、例えば一方の貫通孔１４を第１面１２の法線方向に対して傾斜させて形成し、他方の貫通孔１４を第１面１２の法線方向に対して一方の貫通孔１４と反対側に傾斜させて形成する。そして、検査用レーザ光Ｌｄを一方の貫通孔１４を介して第１面１２側から第２面１３側に進行させ、正反射光Ｌｒを他方の貫通孔１４を介して第２面１３側から第１面１２側に進行させる。このような態様であっても、上記実施形態と同様、レーザ研磨加工における対象物の表面粗さのリアルタイム計測を好適に実施できる。
　１…計測装置、２…ステージ（調整機構）、３…検査用光源、４…第１の検出部、５…第２の検出部、６…算出部、７…ハーフミラー、８…集光レンズ、９…保持部（調整機構）、１１…軸外放物面ミラー素子、１２…第１面、１３…第２面、１４…貫通孔、２１Ａ～２１Ｃ…加工装置、２２…加工用光源、２４…アパーチャ、Ｌｄ…検査用レーザ光、Ｌｗ…加工用レーザ光、Ｌｒ…正反射光、Ｌｓ…散乱光、Ｌｐ…プラズマの発光、Ｓ…対象物、Ｓａ…表面、Ｐｄ…検査用レーザ光の照射位置（計測点）、Ｐｗ…加工用レーザ光の照射位置、Ｔ…加工用レーザ光が対象物の表面に照射されていない期間。

Claims (18)

  1. 　対象物の表面粗さを計測する計測装置であって、
    　前記対象物の表面に対して検査用レーザ光を出力する検査用光源と、
    　前記対象物の表面の計測点からの前記検査用レーザ光の正反射光を検出する第１の検出部と、
    　前記対象物の表面の前記計測点からの前記検査用レーザ光の散乱光を検出する第２の検出部と、
    　第１面と、凹状の放物ミラー面によって構成され、前記第１面の反対に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面とを結ぶ貫通孔とを有する軸外放物面ミラー素子と、を備え、
    　前記軸外放物面ミラー素子は、前記検査用光源からの前記検査用レーザ光が前記第１面側から前記貫通孔を通って前記対象物に進行し、前記第２面側から前記貫通孔を通った前記正反射光が前記第１の検出部に進行し、前記第２面で反射した前記散乱光が前記第２の検出部に進行するように配置されている、計測装置。
  2. 　前記第１の検出部で検出された前記正反射光の強度と、前記第２の検出部で検出された前記散乱光の強度との比に基づいて、前記対象物の表面粗さを算出する算出部を更に備える、請求項１記載の計測装置。
  3. 　前記軸外放物面ミラー素子は、前記検査用光源からの前記検査用レーザ光が前記第１面側から前記貫通孔を通って前記対象物の表面に垂直に進行するように配置されている、請求項１又は２記載の計測装置。
  4. 　前記貫通孔は、前記第１面側から前記第２面側に向かうにつれて徐々に狭小となっている、請求項１～３のいずれか一項記載の計測装置。
  5. 　前記第２面と前記第２の検出部との間の前記散乱光の光路に集光レンズが更に配置されている、請求項１～４のいずれか一項記載の計測装置。
  6. 　前記検査用光源と前記第１面との間の前記検査用レーザ光の光路、及び前記第１面と前記第１の検出部との間の前記正反射光の光路の一部を共通化するハーフミラーが更に配置されている、請求項１～５のいずれか一項記載の計測装置。
  7. 　前記第１面側から前記貫通孔を通って前記対象物に向かう前記検査用レーザ光の進行方向について、前記対象物と前記軸外放物面ミラー素子との間の位置関係を相対的に調整する調整機構を有する、請求項１～６のいずれか一項記載の計測装置。
  8. 　前記調整機構は、前記軸外放物面ミラー素子を前記第１面側から前記貫通孔を通って前記対象物に向かう前記検査用レーザ光の進行方向に移動自在に保持する保持部によって構成されている、請求項７記載の計測装置。
  9. 　前記調整機構は、前記対象物を前記第１面側から前記貫通孔を通って前記対象物に向かう前記検査用レーザ光の進行方向に移動自在に保持するステージによって構成されている、請求項７記載の計測装置。
  10. 　前記第１の検出部及び前記第２の検出部は、シングルチャネルの光検出器によって構成されている、請求項１～９のいずれか一項記載の計測装置。
  11. 　対象物の表面粗さを計測する計測方法であって、
    　前記対象物の表面に対して検査用レーザ光を出力する出力ステップと、
    　前記対象物の表面の計測点からの前記検査用レーザ光の正反射光を第１の検出部で検出すると共に、前記対象物の表面の前記計測点からの前記検査用レーザ光の散乱光を第２の検出部で検出する検出ステップと、を備え、
    　前記出力ステップ及び前記検出ステップでは、
    　第１面と、凹状の放物ミラー面によって構成され、前記第１面の反対に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面とを結ぶ貫通孔とを有する軸外放物面ミラー素子を用い、
    　前記検査用レーザ光が前記第１面側から前記貫通孔を通って前記対象物に進行し、前記第２面側から前記貫通孔を通った前記正反射光が前記第１の検出部に進行し、前記第２面で反射した前記散乱光が前記第２の検出部に進行するように前記軸外放物面ミラー素子を配置する、計測方法。
  12. 　対象物の表面を加工する加工装置であって、
    　前記対象物の表面に対して加工用レーザ光を出力する加工用光源と、
    　請求項１～１０のいずれか一項記載の計測装置と、を備える加工装置。
  13. 　前記第１の検出部で検出された前記正反射光の強度と、前記第２の検出部で検出された前記散乱光の強度との比に基づいて、前記対象物の表面粗さを算出する算出部を更に備える、請求項１２記載の加工装置。
  14. 　前記対象物を前記第１面側から前記貫通孔を通って前記対象物に向かう前記検査用レーザ光の進行方向と前記対象物の表面の面内方向とに移動自在に保持するステージを更に備える、請求項１２又は１３記載の加工装置。
  15. 　前記対象物の表面において、前記検査用レーザ光の照射位置が前記加工用レーザ光の照射位置からずれている、請求項１２～１４のいずれか一項記載の加工装置。
  16. 　前記第２面と前記第２の検出部との間の前記散乱光の光路には、前記散乱光のみを通過させるアパーチャが配置されている、請求項１５記載の加工装置。
  17. 　前記加工用レーザ光と前記検査用レーザ光とが互いに異なる出力期間で前記対象物の表面に照射されるように前記加工用光源及び前記検査用光源を制御する制御部を更に備える、請求項１３記載の加工装置。
  18. 　前記算出部は、前記加工用レーザ光が前記対象物の表面に照射されていない期間に前記第１の検出部で検出された前記正反射光の強度と、同期間に前記第２の検出部で検出された前記散乱光の強度との比に基づいて、前記対象物の表面粗さを算出する、請求項１７記載の加工装置。
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