JP2007292590A

JP2007292590A - Confocal optical system and height-measuring apparatus using the same

Info

Publication number: JP2007292590A
Application number: JP2006120510A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Komatsu; 宏一郎小松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-11-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain staisfactory detection accuracy in the height directions of samples, in a confocal optical system, and to proide a height measuring apparatus using the same. <P>SOLUTION: A light source 2 illuminates a pinhole 4 arranged at a location conjugate to the surface of a sample 11, and illumination light transmitted through the pinhole 4 projects an image of the pinhole 4 to the surface of the sample 11 via an object lens 9. The signal light reflected at the surface of the sample 11 takes a reverse route, and only the signal light from the vicinity of the focal plane of the object lens 9 is transmitted through a second pinhole 12 arranged at a location conjugate to the surface of the sample 11 and made incident on a saturable absorber 13. The saturable absorber 13 is a laser medium which emits light and emits stronger light by saturable absorption, when the incident light becomes stronger, and the signal light transmitted through the saturable absorber 13 forms an image at a photodetector 14 and is converted photoelectrically. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、共焦点光学系を用いた高さ測定装置に関する。 The present invention relates to a height measuring device using a confocal optical system.

試料の高さ方向に対して高い検出精度を示す共焦点光学系を用いた高さ測定装置が知られている。共焦点光学系では、ピンホールを透過した照射光が結像光学系を介して焦点面でピンホール像を形成する。焦点面またはその近傍に置かれた試料面からの反射光は結像光学系を介して再びピンホールを透過し、透過した光を光電素子で電気信号として信号処理系に取り込む。ピンホールを介して受光するため、焦点面上のピンホール像と共役のずれた試料面からの反射光はピンホール面で広がるためにピンホールを通過することができず、ピンホールの像が試料の表面に結像している場合のみ強い信号光を得ることができる。したがって、共焦点光学系では、焦点面上のピンホール像と試料の表面との光軸方向のずれに対して高い選択性（セクショニング効果）を有する。下記特許文献１には、試料に応じてピンホールの径を変更することによって、試料の高さ情報を取得するものが開示されている。 A height measuring device using a confocal optical system showing high detection accuracy in the height direction of a sample is known. In the confocal optical system, the irradiation light transmitted through the pinhole forms a pinhole image on the focal plane through the imaging optical system. Reflected light from the sample surface placed at or near the focal plane passes through the pinhole again via the imaging optical system, and the transmitted light is taken into the signal processing system as an electrical signal by the photoelectric element. Since the light is received through the pinhole, the reflected light from the sample surface, which is out of conjugate with the pinhole image on the focal plane, spreads on the pinhole surface and cannot pass through the pinhole. Strong signal light can be obtained only when an image is formed on the surface of the sample. Therefore, the confocal optical system has high selectivity (sectioning effect) against the deviation in the optical axis direction between the pinhole image on the focal plane and the surface of the sample. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-151561 discloses a technique for acquiring sample height information by changing the diameter of a pinhole according to the sample.

また、光ヘッドや露光機などの光を結像させる装置に用いられる焦点の位置を検出する焦点誤差検出器において、解像度を向上させるために可飽和吸収体を用いたものが下記特許文献２に開示されている。
特開２００５−０５５５４０号公報特開平１０−２２２８５２号公報 Patent Document 2 below discloses a focus error detector that detects the position of a focus used in an apparatus for imaging light, such as an optical head or an exposure machine, that uses a saturable absorber to improve resolution. It is disclosed.
JP 2005-055540 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-222852

しかし、上記特許文献１のものでは、光学系の開口数で決まる焦点深度方向の点像強度分布のため、試料の高さ方向に対して十分な検出精度を得ることができないという問題がある。なお、上記特許文献２のものは、焦点誤差検出に可飽和吸収体を用いたものであるが、セクショニング効果を有する共焦点光学系に可飽和吸収体の非線形性を組み合わせるものではない。 However, in the above-mentioned Patent Document 1, there is a problem that sufficient detection accuracy cannot be obtained in the height direction of the sample because of the point image intensity distribution in the depth of focus direction determined by the numerical aperture of the optical system. The above-mentioned patent document 2 uses a saturable absorber for focus error detection, but does not combine the non-linearity of the saturable absorber with a confocal optical system having a sectioning effect.

上記課題を解決するため、本発明の高さ測定装置は、高いセクショニング効果を有する共焦点光学系に更に可飽和吸収体を配した構成とする。
請求項１の発明による高さ測定装置は、光源からの光を出射するピンホールと、ピンホールの像を所定の焦点面上で結像させ、試料の表面に投影する光学系と、ピンホール、またはピンホールと光学的に共役な位置に設けられたピンホールを透過した試料からの反射光の入射光強度に応じて正の非線形な出力を発生する可飽和吸収体と、可飽和吸収体から出射された光を受光して電気信号として出力する受光手段とを備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高さ測定装置において、光学系を構成する対物レンズを光軸方向に移動して、ピンホールの像の結像位置を変更する結像位置変更手段と、受光手段から出力される信号強度が最大となる結像位置を算出し、算出された結像位置に基づいて試料表面の高さを算出する高さ算出手段とを備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の高さ測定装置において、試料を光軸方向に移動する移動手段と、移動手段により変更した各試料位置において、試料の表面を光軸に垂直な面で走査する走査手段と、試料表面内の各走査位置について、受光手段から出力される信号強度が最大となる試料位置をそれぞれ算出し、それぞれ算出された試料位置に基づいて各走査位置における試料表面の三次元形状を算出する三次元形状算出手段とを備えることを特徴とする。
請求項４の発明による高さ計測装置は、複数のピンホールを有し、光源からの光が照射されて走査作動がなされる走査基板と、走査基板のピンホールを通過した光を試料の表面に結像させるとともに、その反射光をピンホールに結像させる光学系と、ピンホールを透過した試料からの反射光の入射光強度に応じて正の非線形な出力を発生する可飽和吸収体と、可飽和吸収体から出射された反射光を受光して電気信号として出力する受光手段とを備えることを特徴とする。
請求項５の発明による高さ測定装置は、光源からの光を光導波路の一方の出射端から出射し、所定の焦点面上で結像させ試料の表面に投影させるとともに、試料からの反射光を光導波路の他方の出射端に結像させる光学系と、光導波路内に設けられ、試料からの反射光の入射光強度に応じて正の非線形な出力を発生する可飽和吸収体と、可飽和吸収体を通って光導波路の他方の出射端から射出される試料からの反射光を受光して電気信号として出力する受光手段とを備えることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の高さ測定装置において、可飽和吸収体の吸収バンドの電子状態を変化させ、その非線形性を変更する変更手段を備えることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の高さ測定装置において、変更手段は可飽和吸収体を加熱する加熱装置であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の高さ測定装置において、変更手段は、可飽和吸収体に入射する光束に対して直交するように、可飽和吸収体に所定の波長の光を照射する照射装置であることを特徴とする。
請求項９の発明による共焦点光学系は、光源からの光を出射するピンホールと、ピンホールの像を所定の焦点面上で結像させ、試料の表面に投影する光学系と、ピンホール、またはピンホールと光学的に共役な位置に設けられたピンホールを透過した試料からの反射光の入射光強度に応じて正の非線形な出力を発生する可飽和吸収体と、可飽和吸収体から出射された光を受光して電気信号として出力する受光手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the height measuring device of the present invention has a configuration in which a saturable absorber is further arranged in a confocal optical system having a high sectioning effect.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a height measuring device comprising: a pinhole that emits light from a light source; an optical system that forms an image of the pinhole on a predetermined focal plane; Or a saturable absorber that generates a positive non-linear output according to the incident light intensity of the reflected light from the sample transmitted through the pinhole provided at a position optically conjugate with the pinhole, and the saturable absorber Light receiving means for receiving the light emitted from the light and outputting it as an electrical signal.
According to a second aspect of the present invention, in the height measuring device according to the first aspect, the objective lens constituting the optical system is moved in the optical axis direction to change the imaging position of the pinhole image. A position changing unit, and a height calculating unit that calculates an imaging position where the signal intensity output from the light receiving unit is maximized and calculates the height of the sample surface based on the calculated imaging position. Features.
According to a third aspect of the present invention, in the height measuring device according to the first or second aspect, the surface of the sample is light-transmitted at the moving means for moving the sample in the optical axis direction and at each sample position changed by the moving means. For each of the scanning means that scans in a plane perpendicular to the axis, and each scanning position within the sample surface, the sample position at which the signal intensity output from the light receiving means is maximized is calculated, and each sample position is calculated based on the calculated sample position. And a three-dimensional shape calculating means for calculating a three-dimensional shape of the sample surface at the scanning position.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a height measuring apparatus comprising a plurality of pinholes, a scanning substrate that is scanned by being irradiated with light from a light source, and light that has passed through the pinholes of the scanning substrate on the surface of the sample. An optical system that images the reflected light into a pinhole, and a saturable absorber that generates a positive nonlinear output according to the incident light intensity of the reflected light from the sample that has passed through the pinhole; And light receiving means for receiving reflected light emitted from the saturable absorber and outputting it as an electrical signal.
The height measuring device according to the invention of claim 5 emits light from a light source from one exit end of an optical waveguide, forms an image on a predetermined focal plane, projects it on the surface of the sample, and reflects light from the sample. An optical system that forms an image on the other exit end of the optical waveguide, a saturable absorber that is provided in the optical waveguide and generates a positive nonlinear output according to the incident light intensity of the reflected light from the sample; And a light receiving means for receiving reflected light from the sample emitted from the other exit end of the optical waveguide through the saturated absorber and outputting it as an electrical signal.
A sixth aspect of the present invention provides the height measuring device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the changing means changes the nonlinearity by changing the electronic state of the absorption band of the saturable absorber. It is characterized by providing.
The invention described in claim 7 is the height measuring device according to claim 6, wherein the changing means is a heating device for heating the saturable absorber.
According to an eighth aspect of the present invention, in the height measurement device according to the sixth aspect, the changing means has a predetermined wavelength on the saturable absorber so as to be orthogonal to the light beam incident on the saturable absorber. It is an irradiation apparatus that irradiates light.
A confocal optical system according to a ninth aspect of the present invention includes a pinhole that emits light from a light source, an optical system that forms an image of the pinhole on a predetermined focal plane, and projects the image onto the surface of the sample. Or a saturable absorber that generates a positive nonlinear output in accordance with the incident light intensity of the reflected light from the sample transmitted through the pinhole provided at a position optically conjugate with the pinhole, and the saturable absorber Light receiving means for receiving the light emitted from the light and outputting it as an electrical signal.

本発明による共焦点光学系によれば、共焦点像のセクショニング効果を可飽和吸収体の正の非線形特性により一層強調できる。その結果、この共焦点光学系を用いて高さ測定装置を構成すれば、試料の高さ検出精度を向上させることができる。 According to the confocal optical system of the present invention, the sectioning effect of the confocal image can be further enhanced by the positive nonlinear characteristic of the saturable absorber. As a result, if a height measuring device is configured using this confocal optical system, the height detection accuracy of the sample can be improved.

―第一の実施の形態―
本発明の第一の実施の形態による高さ測定装置を図１を用いて説明する。この高さ計測装置は、共焦点顕微鏡の受光ピンホール１２と光検出器１４との間に可飽和吸収体１３を設けたものである。以下では、ステージ１０上に載置された試料１１の表面の凹凸を測定するものとして説明する。
半導体レーザ光源２から照明光としてレーザ光が射出され、このレーザ光はコンデンサレンズ３を介してピンホール４を透過する。ピンホール４を透過した照明光は、偏光ビームスプリッタ５を透過して第２対物レンズ６によりほぼ平行な光束に変換される。紙面内の方向に偏光面のある直線偏光光であるレーザ光は１／４波長板７により円偏光となる。円偏光となったレーザ光は振動ミラー８で反射され、対物レンズ９を介して試料１１を照射する。試料１１は、光軸方向（Ｚ軸方向）へ移動可能なステージ１０に載置され、レーザ光は試料１１の表面に集光されて、ピンホール４の像を投影する。すなわち、ピンホール４は対物レンズ９の焦点面と共役な面に配置される。また、振動ミラー８の駆動により、ピンホール４の像は試料１１の表面上において、光軸と直交する平面（ＸＹ平面）上を走査する。 ―First embodiment―
A height measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This height measuring device is provided with a saturable absorber 13 between a light receiving pinhole 12 and a photodetector 14 of a confocal microscope. Below, it demonstrates as what measures the unevenness | corrugation of the surface of the sample 11 mounted on the stage 10. FIG.
Laser light is emitted as illumination light from the semiconductor laser light source 2, and this laser light passes through the pinhole 4 through the condenser lens 3. The illumination light that has passed through the pinhole 4 passes through the polarization beam splitter 5 and is converted into a substantially parallel light beam by the second objective lens 6. Laser light, which is linearly polarized light having a polarization plane in the direction in the drawing, becomes circularly polarized light by the quarter-wave plate 7. The circularly polarized laser light is reflected by the vibrating mirror 8 and irradiates the sample 11 through the objective lens 9. The sample 11 is placed on a stage 10 that can move in the optical axis direction (Z-axis direction), and the laser light is condensed on the surface of the sample 11 to project an image of the pinhole 4. That is, the pinhole 4 is arranged on a plane conjugate with the focal plane of the objective lens 9. Further, by driving the vibrating mirror 8, the image of the pinhole 4 is scanned on a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis on the surface of the sample 11.

試料１１から反射されたレーザ光は、信号光として照明光と逆の経路を辿り対物レンズ９で集光された後に振動ミラー８で反射され、１／４波長板７により紙面に垂直な方向に偏光面を持つ直線偏光として出射する。 The laser light reflected from the sample 11 follows the path opposite to the illumination light as signal light, is collected by the objective lens 9, is reflected by the vibration mirror 8, and is reflected by the quarter-wave plate 7 in a direction perpendicular to the paper surface. Output as linearly polarized light having a polarization plane.

信号光は偏光ビームスプリッタ５で反射され、対物レンズ９の焦点面と共役な位置に配置された第２のピンホール１２の面上で再びピンホール像を形成する。そのため、対物レンズ９の焦点面近傍からの信号光だけが第２のピンホール１２を通過し、第２のピンホール１２の後に配置された可飽和吸収体１３に入射する。可飽和吸収体１３は、入射光の光強度に応じて透過率が増加する媒質である。可飽和吸収体１３を透過した信号光は、フォトダイオードなどの光検出器１４で光電変換される。ヒータ１５は可飽和吸収体１３の近傍に設けられ、可飽和吸収体１３を加熱する。なお、可飽和吸収体１３は、第２のピンホール１２の直後付近であり、劣化の問題から光が一点に集中し過ぎない程度に第２のピンホール１２から離れた位置に設けられるものとする。 The signal light is reflected by the polarizing beam splitter 5 and forms a pinhole image again on the surface of the second pinhole 12 arranged at a position conjugate with the focal plane of the objective lens 9. Therefore, only the signal light from the vicinity of the focal plane of the objective lens 9 passes through the second pinhole 12 and enters the saturable absorber 13 disposed after the second pinhole 12. The saturable absorber 13 is a medium whose transmittance increases in accordance with the light intensity of incident light. The signal light transmitted through the saturable absorber 13 is photoelectrically converted by a photodetector 14 such as a photodiode. The heater 15 is provided in the vicinity of the saturable absorber 13 and heats the saturable absorber 13. The saturable absorber 13 is located immediately after the second pinhole 12 and is provided at a position away from the second pinhole 12 to the extent that light does not concentrate on one point due to the problem of deterioration. To do.

可飽和吸収体１３には、固体レーザに用いる金属イオンをドープしたＹＬＦ（ネオジウム・イットリウム・リチウム・フッ化物）や半導体レーザに用いるＧａＡｓ（ガリウムヒ素）蛍光を発する有機色素などのレーザ媒質が用いられる。可飽和吸収体１３は、レーザ光源２と同じ波長の光を吸収する材料で、図２のグラフに示すように、光強度の増加にともない、光吸収係数が変化する可飽和吸収が起き、透過率が上昇する。したがって、可飽和吸収体１３に入射する光が強くなると、可飽和吸収体１３より出射する光が非線形の応答をするので相対的により強く出射され、対物レンズ９の焦点面が試料１１の表面と合致した場合の信号光の光強度が、より強く検出されることになり、対物レンズ９の焦点面と試料１１の表面との合致を検出しやすくなる。 As the saturable absorber 13, a laser medium such as YLF (neodymium, yttrium, lithium, fluoride) doped with metal ions used for a solid-state laser or an organic dye emitting GaAs (gallium arsenide) fluorescence used for a semiconductor laser is used. . The saturable absorber 13 is a material that absorbs light having the same wavelength as that of the laser light source 2, and as shown in the graph of FIG. 2, saturable absorption in which the light absorption coefficient changes as the light intensity increases and is transmitted. The rate goes up. Therefore, when the light incident on the saturable absorber 13 becomes strong, the light emitted from the saturable absorber 13 has a nonlinear response and thus is emitted relatively strongly, and the focal plane of the objective lens 9 is the same as the surface of the sample 11. The light intensity of the signal light in the case of matching is detected more strongly, and it becomes easier to detect the match between the focal plane of the objective lens 9 and the surface of the sample 11.

可飽和吸収体１３は、図３に示すようにエネルギーの高い順に、吸収準位Ｅ１、遷移の上準位Ｅ２、遷移の下準位Ｅ３および基底準位Ｅ４の４つのエネルギー準位を有する四準位の構成となっている。遷移の上準位Ｅ２と遷移の下準位Ｅ３との間のバンドギャップ（Ｅ２−Ｅ３）は半導体レーザ光源２から発する光のエネルギーにほぼ一致するように設定される。 As shown in FIG. 3, the saturable absorber 13 has four energy levels, namely, an absorption level E1, a transition upper level E2, a transition lower level E3, and a ground level E4 in descending order of energy. It has a level structure. The band gap (E2-E3) between the upper level E2 of the transition and the lower level E3 of the transition is set so as to substantially match the energy of the light emitted from the semiconductor laser light source 2.

試料１１からの信号光が可飽和吸収体１３に入射すると、遷移の下準位Ｅ３に存在する１つの電子が遷移の上準位Ｅ２に遷移する。このとき、バンドギャップ（Ｅ２−Ｅ３）に対応するエネルギーを有する光子が吸収される。 When the signal light from the sample 11 enters the saturable absorber 13, one electron existing in the lower level E3 of the transition transitions to the upper level E2 of the transition. At this time, photons having energy corresponding to the band gap (E2-E3) are absorbed.

ヒータ１５の加熱によりエネルギー準位の低い基底状態Ｅ４から遷移の下準位Ｅ３に励起することにより、遷移の下準位Ｅ３の電子密度を増やすことができる。この電子密度を制御することにより、光の吸収の頻度を変化させ、可飽和吸収体１３の透過率の変化を制御することができる。つまり、ヒータ１５による加熱温度で非線形効果の程度を制御することができる。 By exciting from the ground state E4 having a low energy level to the lower level E3 of the transition by heating of the heater 15, the electron density of the lower level E3 of the transition can be increased. By controlling the electron density, the frequency of light absorption can be changed, and the change in the transmittance of the saturable absorber 13 can be controlled. That is, the degree of nonlinear effect can be controlled by the heating temperature of the heater 15.

以下、上述した高さ測定装置を使用して試料１１の表面に形成された三次元形状の測定手順を説明する。
三次元形状測定は次のように行われる。試料１１を搭載したステージ１０をＺ軸方向に移動させてＺ軸方向の高さｚ１を決め、その高さｚ１において振動ミラー８を駆動することで、試料１１の表面に投影されたピンホール４の像を対物レンズ９による視野全面をＸＹ平面で２次元走査する。光検出器１４は、ＸＹ平面で２次元走査しながら、試料１１の対物レンズ９の焦点面上からのずれ量に応じた光強度信号を記録する。その後、ステージ１０をＺ軸方向へ所定距離（光学系の焦点深度の数分の１）移動した高さｚ２において、前述のように試料１１の表面を２次元走査し、得られた視野内測定領域における光強度を記録する。上記を繰り返し、Ｚ軸方向のそれぞれの高さにおける光強度信号の強度が最大となるようなステージ１０のＺ軸方向の値をプロットすることにより、試料１１の表面の三次元形状を測定できる。 Hereinafter, a procedure for measuring the three-dimensional shape formed on the surface of the sample 11 using the above-described height measuring apparatus will be described.
Three-dimensional shape measurement is performed as follows. The stage 10 on which the sample 11 is mounted is moved in the Z-axis direction to determine the height z1 in the Z-axis direction, and the pinhole 4 projected onto the surface of the sample 11 is driven by driving the vibrating mirror 8 at the height z1. The entire field of view by the objective lens 9 is two-dimensionally scanned on the XY plane. The photodetector 14 records a light intensity signal corresponding to the amount of deviation of the sample 11 from the focal plane of the objective lens 9 while performing two-dimensional scanning on the XY plane. Thereafter, at a height z2 obtained by moving the stage 10 in the Z-axis direction by a predetermined distance (a fraction of the focal depth of the optical system), the surface of the sample 11 is two-dimensionally scanned as described above, and the obtained in-field measurement is performed. Record the light intensity in the area. By repeating the above and plotting values in the Z-axis direction of the stage 10 such that the intensity of the light intensity signal at each height in the Z-axis direction is maximum, the three-dimensional shape of the surface of the sample 11 can be measured.

以上で説明した第一の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）この実施の形態の高さ測定装置では、共焦点顕微鏡の第２のピンホール１２と光検出器１４との間に、光強度に応じて正の非線形な光強度を出力する可飽和吸収体１３を設けるようにした。図４は、共焦点顕微鏡のみの場合の軸上像強度分布（実線）と、共焦点顕微鏡に可飽和吸収体１３を備えた場合の軸上像強度分布（太線）と、可飽和吸収体１３のみによる軸上像強度分布（破線）と、共焦点顕微鏡を用いない場合の軸上像強度分布（一点鎖線）とを示す。図４に示すように、可飽和吸収体１３を備えた共焦点顕微鏡の方が、合焦面からのずれに対する光強度の変化が大きい。このため、高さ方向の像の分離が明確にできるようになり、高精度の高さ計測が可能になる。なお、図４のグラフは、光検出器１４の出力が最大になるとき（合焦時）の光像強度を１になるように正規化したものである。
なお、特許文献２に記載のものでは、光軸方向のセクショニング効果は、可飽和吸収体１３の非線形性にのみ依存するものであり、試料の高さ方向の位置検出精度を高めるためには不十分である。しかしながら、第一の実施の形態によれば、光軸方向に十分なセクショニング効果を有し、検出精度の高い高さ検出装置を提供することができる。 According to the first embodiment described above, the following operational effects can be obtained.
(1) In the height measuring apparatus of this embodiment, saturable that outputs a positive nonlinear light intensity according to the light intensity between the second pinhole 12 and the photodetector 14 of the confocal microscope. The absorber 13 was provided. FIG. 4 shows an on-axis image intensity distribution (solid line) when only the confocal microscope is used, an on-axis image intensity distribution (thick line) when the confocal microscope includes the saturable absorber 13, and the saturable absorber 13. 3 shows an on-axis image intensity distribution (dashed line) and an on-axis image intensity distribution (one-dot chain line) when a confocal microscope is not used. As shown in FIG. 4, the confocal microscope provided with the saturable absorber 13 has a larger change in light intensity with respect to the deviation from the in-focus plane. For this reason, it becomes possible to clearly separate the image in the height direction, and it is possible to measure the height with high accuracy. The graph of FIG. 4 is normalized so that the optical image intensity becomes 1 when the output of the photodetector 14 becomes maximum (during focusing).
In addition, in the thing of patent document 2, the sectioning effect of an optical axis direction is dependent only on the nonlinearity of the saturable absorber 13, and is not in order to raise the position detection precision of the height direction of a sample. It is enough. However, according to the first embodiment, it is possible to provide a height detection device having a sufficient sectioning effect in the optical axis direction and high detection accuracy.

（２）可飽和吸収体１３へヒータ１５による加熱で熱エネルギーを与え、遷移の下準位の電子数を制御することにより可飽和吸収体１３の飽和吸収の発生の程度を変更可能とした。したがって、試料１１の表面の明暗状態などに応じて観察に最適な透過光量およびセクショニング効果を調節することができる。 (2) Thermal energy is given to the saturable absorber 13 by heating with the heater 15, and the degree of saturation absorption of the saturable absorber 13 can be changed by controlling the number of electrons at the lower level of the transition. Therefore, it is possible to adjust the amount of transmitted light and the sectioning effect optimum for observation according to the light / dark state of the surface of the sample 11.

（３）ステージ１０を複数の所定位置に設定し、各位置において振動ミラー８の駆動により、試料１１の表面上でのピンホール４の光像の結像位置を光軸と直交する方向へ変更（走査）しながら光検出器１４の出力を２次元的に記録する。各走査位置の最大出力信号に対応するステージ高さに基づいて各操作位置での高さを測定し、試料１１の三次元形状を計測するようにした。したがって、試料１１を対物レンズ９の視野全面で三次元形状測定をすることができる。 (3) The stage 10 is set at a plurality of predetermined positions, and the imaging position of the optical image of the pinhole 4 on the surface of the sample 11 is changed in a direction perpendicular to the optical axis by driving the vibrating mirror 8 at each position. The output of the photodetector 14 is recorded two-dimensionally while (scanning). The height at each operation position is measured based on the stage height corresponding to the maximum output signal at each scanning position, and the three-dimensional shape of the sample 11 is measured. Therefore, it is possible to measure the three-dimensional shape of the sample 11 over the entire field of view of the objective lens 9.

―第二の実施の形態―
本発明の第二の実施の形態による高さ測定装置を、図５を用いて説明する。この高さ測定装置は、タンデム型共焦点顕微鏡を用いたものである。半導体レーザ光源１０２から射出された照明光はコンデンサレンズ１０３を介してビームスプリッタ１０５により反射されて、ニッポウディスク１１６を照明する。走査基板であるニッポウディスク１１６には、図６に示すように、中心から距離の異なる位置に螺旋状に複数のピンホール１１７ａ〜１１７ｎ（以下、総称する場合、単に符号１１７で示す。）が開口されている。このピンホール１１７ａ〜１１７ｎの像を第２対物レンズ１１８および対物レンズ１０９を介して照明光を試料１１１に照射し、ニッポウディスク１１６をモータ１２０により回転させることで試料１１１の表面を走査することができる。 -Second embodiment-
A height measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This height measuring apparatus uses a tandem confocal microscope. The illumination light emitted from the semiconductor laser light source 102 is reflected by the beam splitter 105 through the condenser lens 103 to illuminate the Nippon disk 116. As shown in FIG. 6, a plurality of pinholes 117 a to 117 n (hereinafter simply referred to as simply “117” when generically referred to) are spirally opened at positions at different distances from the center of the Nippon disk 116 that is a scanning substrate. Has been. It is possible to scan the surface of the sample 111 by irradiating the sample 111 with illumination light through the second objective lens 118 and the objective lens 109 with the images of the pinholes 117a to 117n and rotating the Nippon disk 116 by the motor 120. it can.

試料１１１から反射されたレーザ光は、信号光として照明光と逆の経路を辿り第２対物レンズ１１８で集光され、第２対物レンズ１１８を介してピンホール１１７を再び通過する。ピンホール１７を通過した信号光はビームスプリッタ１０５を透過した後、リレーレンズ１１９を介して可飽和吸収体１１３を透過して、ＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成される２次元光検出素子１１４上で再び結像される。 The laser light reflected from the sample 111 follows the path opposite to the illumination light as signal light, is condensed by the second objective lens 118, and passes through the pinhole 117 again through the second objective lens 118. The signal light that has passed through the pinhole 17 passes through the beam splitter 105, then passes through the saturable absorber 113 through the relay lens 119, and again on the two-dimensional photodetection element 114 formed of a CCD, CMOS, or the like. Imaged.

前述のように、モータ１２０によりニッポウディスク１１６が回転、すなわち走査作動することで、試料１１１上を投影されたピンホール１１７の像が対物レンズ１０９による視野全面を走査する。したがって、２次元光検出素子１１４には、ニッポウディスク１１６が回転すると、試料１１１の表面の対物レンズ１０９の焦点面上からのずれ量に応じた光強度信号を含む光信号像が形成される。ステージ１１０を光軸方向へ順次移動させ、各ステージ位置において、同様に試料１１１の全域の信号強度を測定する。試料１１１の面上の各点ごとに光強度信号が最大となるステージ１１０の光軸方向の位置をプロットすることにより、試料１１１の全面の高さ測定を行なうことができる。 As described above, when the Nippon disk 116 is rotated by the motor 120, that is, the scanning operation is performed, the image of the pinhole 117 projected on the sample 111 scans the entire field of view by the objective lens 109. Therefore, when the Nippon disk 116 rotates on the two-dimensional light detection element 114, an optical signal image including a light intensity signal corresponding to the amount of deviation of the surface of the sample 111 from the focal plane of the objective lens 109 is formed. The stage 110 is sequentially moved in the optical axis direction, and the signal intensity of the entire area of the sample 111 is measured in the same manner at each stage position. By plotting the position in the optical axis direction of the stage 110 at which the light intensity signal is maximum for each point on the surface of the sample 111, the height of the entire surface of the sample 111 can be measured.

以上で説明した第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態にで得られた作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
ニッポウディスク１１６を円盤面上で一定方向に回転させるだけなので、第一の実施の形態における振動ミラー８を駆動させる場合よりも、高速に試料１１１を走査することができる。このため、ニッポウディスク１１６の回転数を高めて、２次元光検出器１１４の信号読出しをビデオレート（１フレームにつき１／３０秒）で行なうことができる。 According to the second embodiment described above, in addition to the functions and effects obtained in the first embodiment, the following functions and effects are obtained.
Since the Nippon disc 116 is only rotated in a fixed direction on the disk surface, the sample 111 can be scanned at a higher speed than when the vibrating mirror 8 in the first embodiment is driven. For this reason, the number of rotations of the Nippon disk 116 can be increased, and the signal reading of the two-dimensional photodetector 114 can be performed at the video rate (1/30 second per frame).

―第三の実施の形態―
本発明の第三の実施の形態による高さ測定装置を図７および図８に示す要部構成図を用いて説明する。第三の実施の形態は、第二の実施の形態におけるニッポウディスクに相当する円筒形ブロック２００に、光導波路を使って光源と可飽和吸収体とを組み込んだものである。
図７の円筒形ブロック２００は、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、中心からの距離が異なるように螺旋状に複数のユニット２１０ａ〜２１０ｎ（以下、総称する場合、単に符号２１０を付す）を備える。それぞれのユニット２１０において、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などの光源２０１からの光は光導波路２０５に導かれて光結合部２０７に到達して、光導波路端２０２から射出される。光導波路端２０２の像は第２対物レンズ２１８および対物レンズ２０９を介して試料２１１の表面に投影され、所定の焦点面上に結像される。 -Third embodiment-
A height measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the main configuration diagram shown in FIGS. In the third embodiment, a light source and a saturable absorber are incorporated into a cylindrical block 200 corresponding to the Nippon disk in the second embodiment using an optical waveguide.
As shown in FIGS. 8A and 8B, the cylindrical block 200 of FIG. 7 is simply a plurality of units 210a to 210n (hereinafter collectively referred to as reference numeral 210) spirally so that the distance from the center is different. Is attached). In each unit 210, light from a light source 201 such as an LED (light emitting diode) or LD (laser diode) is guided to the optical waveguide 205, reaches the optical coupling unit 207, and is emitted from the optical waveguide end 202. The image of the optical waveguide end 202 is projected onto the surface of the sample 211 via the second objective lens 218 and the objective lens 209, and formed on a predetermined focal plane.

試料２１１で反射された光は、信号光として対物レンズ２０９で集光され、第２対物レンズ２１８を介して、光導波路端２０２より円筒形ブロック２００内の光導波路２０４に導かれる。その信号光は可飽和吸収体２０６を配した非線形応答部としての光導波路２０４に入射する。この可飽和吸収体２０６を配した光導波路２０４は、光が通る部分に周囲より屈折率の高い可飽和吸収体を、たとえばドーピングすればよい。入射した信号光のうち、前述のように対物レンズ２０９の焦点面近傍からの信号光、すなわち光強度の大きい光が可飽和吸収体２０６をより多く透過して、射出端２０３から射出される。射出された信号光は、リレーレンズ２１９を介して、２次元光検出器２１４に射出端２０３の像を形成する。 The light reflected by the sample 211 is collected as signal light by the objective lens 209 and guided to the optical waveguide 204 in the cylindrical block 200 from the optical waveguide end 202 via the second objective lens 218. The signal light is incident on an optical waveguide 204 as a non-linear response unit provided with a saturable absorber 206. The optical waveguide 204 provided with the saturable absorber 206 may be doped with, for example, a saturable absorber having a higher refractive index than the surroundings in a portion where light passes. Of the incident signal light, as described above, signal light from the vicinity of the focal plane of the objective lens 209, that is, light having a high light intensity, is transmitted through the saturable absorber 206 more and is emitted from the emission end 203. The emitted signal light forms an image of the emission end 203 on the two-dimensional photodetector 214 via the relay lens 219.

モータ２２０により円筒形ブロック２００が回転することにより、試料２１１上に前述のようにして投影されたピンホール像が次々と視野全面を走査する。したがって、円筒形ブロック２００が回転する間に光検出器２１４で検出した信号により試料２１１の像が形成される。そして、ステージ２１２をＺ軸方向へ移動させ、光検出器２１４の各画素について光信号強度が最大となるステージ２１２の高さを記録することにより、視野全面の高さ測定を行なうことができる。 As the cylindrical block 200 is rotated by the motor 220, the pinhole image projected on the sample 211 as described above scans the entire field of view one after another. Therefore, an image of the sample 211 is formed by the signal detected by the photodetector 214 while the cylindrical block 200 rotates. Then, by moving the stage 212 in the Z-axis direction and recording the height of the stage 212 at which the optical signal intensity is maximum for each pixel of the photodetector 214, the height of the entire field of view can be measured.

以上で説明した第三の実施の形態によれば、第一および第二の実施の形態で得られた作用効果に加えて、以下の作用効果が得られる。
第二の実施の形態で示したニッポウディスクによる共焦点顕微鏡方式に比べて、ニッポウディスクを透過しない光が迷光として受光光学系に入ることがなくなる。 According to the third embodiment described above, the following functions and effects can be obtained in addition to the functions and effects obtained in the first and second embodiments.
Compared with the confocal microscope method using the Nippon disk shown in the second embodiment, light that does not pass through the Nippon disk does not enter the light receiving optical system as stray light.

以上で説明した実施の形態を以下のように変形することができる。
（１）可飽和吸収体１３、１１３、２０６を四準位のエネルギー準位を持つレーザ媒質として説明したが、三準位のエネルギー準位を持つものであってもよい。ただし、この場合は基底準位Ｅ４が存在しないので、遷移の下準位の電子密度を制御することができないため、すなわち、図２に示すグラフの傾きを変えて透過率変化を変更することができなくなる。 The embodiment described above can be modified as follows.
(1) Although the saturable absorbers 13, 113, and 206 have been described as laser media having four energy levels, they may have three energy levels. However, in this case, since the ground level E4 does not exist, the electron density of the lower level of the transition cannot be controlled, that is, the change in transmittance can be changed by changing the slope of the graph shown in FIG. become unable.

（２）可飽和吸収体１３、１１３、２０６に四準位レーザ媒質を用いる場合、基底状態から遷移の下準位Ｅ３への励起を熱的に行うことに代えて、赤外光を照射したり、プラズマ放電や電子注入などによって、可飽和吸収体１３、１１３、２０６の吸収バンドの電子状態を変化させる手段であれば、いかなる手段でもよい。赤外光を照射する場合は、可飽和吸収体１３、１１３、２０６に対し、図１のＸＹ平面に平行な方向、すなわち、可飽和吸収体１３、１１３、２０６に入射する光束に対して直交する方向へ、赤外光等の所定の波長の光を照射させる。なお、可飽和吸収体１３、１１３、２０６の非線形光学特性を可変にする必要のない場合には、ヒータ１５を省略してもよい。 (2) In the case where a four-level laser medium is used for the saturable absorbers 13, 113, 206, instead of thermally exciting the ground state to the lower level E3 of the transition, infrared light is irradiated. Any means may be used as long as it changes the electronic state of the absorption band of the saturable absorber 13, 113, 206 by plasma discharge, electron injection, or the like. In the case of irradiating infrared light, the saturable absorbers 13, 113, and 206 are orthogonal to the direction parallel to the XY plane of FIG. 1, that is, the luminous flux incident on the saturable absorbers 13, 113, and 206. In the direction to be irradiated, light of a predetermined wavelength such as infrared light is irradiated. Note that the heater 15 may be omitted when the nonlinear optical characteristics of the saturable absorbers 13, 113, and 206 need not be variable.

（３）試料１１の載ったステージ１０を光軸方向へ移動させる代わりに、対物レンズ９を光軸方向へ移動させることで、試料１１の光軸方向の走査を行なうようにしてもよい。 (3) Instead of moving the stage 10 on which the sample 11 is placed in the optical axis direction, the objective lens 9 may be moved in the optical axis direction to scan the sample 11 in the optical axis direction.

（４）第三の実施の形態において、非線形応答部としての光導波路２０４の前もしくは後にレーザ媒質による光増幅器を配置して、微弱な光であっても検出できるようにしてもよい。 (4) In the third embodiment, an optical amplifier using a laser medium may be arranged before or after the optical waveguide 204 serving as a nonlinear response unit so that even weak light can be detected.

（５）第三の実施の形態において、円筒形ブロック２００内に複数のユニット２１０を配設したが、ブロックの形状は円筒形でなくてもよい。 (5) In the third embodiment, the plurality of units 210 are disposed in the cylindrical block 200, but the shape of the block may not be cylindrical.

（６）第三の実施の形態において、円筒形ブロック２００に、光導波路を使って光源２０１と可飽和吸収体２０６とを組み込んだものとして説明したが、光源をブロックの外部に設けるものでもよいし、第一の実施の形態において光導波路を用いるものであってもよい。また、２次元光検出器２１４を円筒形ブロック２００の外部に設けるものとして説明したが、ブロック内部に組み込むものであってもよい。 (6) In the third embodiment, it has been described that the light source 201 and the saturable absorber 206 are incorporated into the cylindrical block 200 using an optical waveguide, but the light source may be provided outside the block. However, an optical waveguide may be used in the first embodiment. Further, although the two-dimensional photodetector 214 has been described as being provided outside the cylindrical block 200, it may be incorporated inside the block.

第一の実施の形態に光導波路を用いた場合の構成を図９に示す。光源３０１からの光は結合レンズ３０２を介して導波路３０３の入射端３０４から入射して、光導波路３０５に導かれてカップラー３０６に到達して、光導波路端３０７から射出される。光導波路端３０７の像は第２対物レンズ３０８、振動ミラー３０９および対物レンズ３１０を介して試料３１１の表面に投影され、所定の焦点面上に結像される。試料３１１で反射された光は、信号光として対物レンズ３１０で集光され、振動ミラー３０９および第２対物レンズ３０８を介して、光導波路端３０７より導波路３０３内の光導波路３１３に導かれる。その信号光は可飽和吸収体３１４を配した非線形応答部としての光導波路３１３に入射する。入射した信号光のうち、前述のように対物レンズ３１０の焦点面近傍からの信号光、すなわち光強度の大きい光が可飽和吸収体３１４をより多く透過して、射出端３１５から射出される。射出された信号光は、２次元光検出器３１６に射出端３１５の像を形成する。 FIG. 9 shows a configuration when an optical waveguide is used in the first embodiment. Light from the light source 301 enters from the incident end 304 of the waveguide 303 via the coupling lens 302, is guided to the optical waveguide 305, reaches the coupler 306, and is emitted from the optical waveguide end 307. The image of the optical waveguide end 307 is projected onto the surface of the sample 311 via the second objective lens 308, the vibrating mirror 309, and the objective lens 310, and formed on a predetermined focal plane. The light reflected by the sample 311 is collected by the objective lens 310 as signal light, and guided to the optical waveguide 313 in the waveguide 303 from the optical waveguide end 307 via the vibrating mirror 309 and the second objective lens 308. The signal light is incident on an optical waveguide 313 serving as a non-linear response unit provided with a saturable absorber 314. Of the incident signal light, as described above, signal light from the vicinity of the focal plane of the objective lens 310, that is, light having a high light intensity, passes through the saturable absorber 314 more and is emitted from the emission end 315. The emitted signal light forms an image of the emission end 315 on the two-dimensional photodetector 316.

なお、以上の説明では、光源からの光を出射するピンホールと、ピンホールの像を所定の焦点面上で結像させ、試料の表面に投影する光学系と、ピンホール、またはピンホールと光学的に共役な位置に設けられたピンホールを透過した試料からの反射光の入射光強度に応じて正の非線形な出力を発生する可飽和吸収体と、可飽和吸収体から出射された光を受光して電気信号として出力する受光手段とを備える共焦点光学系を用いる高さ測定装置を構成した場合について説明した。しかし、高さ測定装置以外の装置に適用した共焦点光学系も本発明の適用範囲である。 In the above description, a pinhole that emits light from the light source, an optical system that forms an image of the pinhole on a predetermined focal plane, and projects it onto the surface of the sample, a pinhole or a pinhole, A saturable absorber that generates a positive nonlinear output according to the incident light intensity of the reflected light from the sample that has passed through a pinhole provided at an optically conjugate position, and light emitted from the saturable absorber A case has been described in which a height measuring apparatus using a confocal optical system including a light receiving unit that receives light and outputs it as an electrical signal is configured. However, a confocal optical system applied to an apparatus other than the height measuring apparatus is also within the scope of the present invention.

また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also within the scope of the present invention. included.

本発明の第一の実施の形態による共焦点顕微鏡による高さ検出装置の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the height detection apparatus by the confocal microscope by 1st embodiment of this invention. 可飽和吸収体の非線形光学効果を説明する図である。It is a figure explaining the nonlinear optical effect of a saturable absorber. 可飽和吸収体における誘導放出を説明する図である。It is a figure explaining stimulated emission in a saturable absorber. 共焦点顕微鏡のみの場合の軸上像強度分布（実線）と共焦点顕微鏡に可飽和吸収体を備えた場合の軸上像強度分布（太線）とを示すグラフである。It is a graph which shows on-axis image intensity distribution (solid line) in the case of only a confocal microscope, and on-axis image intensity distribution (thick line) at the time of providing a confocal microscope with a saturable absorber. 本発明の第二の実施の形態によるタンデム型共焦点顕微鏡による高さ検出装置を説明する図である。It is a figure explaining the height detection apparatus by the tandem-type confocal microscope by 2nd embodiment of this invention. ニッポウディスクを説明する平面図である。It is a top view explaining a Nippon disc. 本発明の第三の実施の形態による高さ測定装置の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the height measuring apparatus by 3rd embodiment of this invention. 第三の実施の形態における円筒ブロックを説明する図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は平面図を示す。It is a figure explaining the cylindrical block in 3rd embodiment, (a) shows a perspective view, (b) shows a top view. 第一の実施の形態による高さ計測装置において、光導波路を用いた場合の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure at the time of using an optical waveguide in the height measuring device by 1st embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

２光源４ピンホール
８振動ミラー９対物レンズ
１１試料１２第２のピンホール
１３、１１３、２０６可飽和吸収体１１６ニッポウディスク
２００円筒形ブロック２０１光源
２０２、２０３導波路端 2 Light source 4 Pinhole 8 Vibration mirror 9 Objective lens 11 Sample 12 Second pinhole 13, 113, 206 Saturable absorber 116 Nippo disk 200 Cylindrical block 201 Light source 202, 203 Waveguide end

Claims

光源からの光を出射するピンホールと、
前記ピンホールの像を所定の焦点面上で結像させ、試料の表面に投影する光学系と、
前記ピンホール、または前記ピンホールと光学的に共役な位置に設けられたピンホールを透過した前記試料からの反射光の入射光強度に応じて正の非線形な出力を発生する可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出射された光を受光して電気信号として出力する受光手段とを備えることを特徴とする高さ測定装置。 A pinhole that emits light from the light source;
An optical system for forming an image of the pinhole on a predetermined focal plane and projecting it on the surface of the sample;
A saturable absorber that generates a positive nonlinear output in accordance with the incident light intensity of the reflected light from the sample that has passed through the pinhole or a pinhole provided at a position optically conjugate with the pinhole; ,
A height measuring apparatus comprising: a light receiving unit that receives light emitted from the saturable absorber and outputs the light as an electrical signal.

請求項１に記載の高さ測定装置において、
前記光学系を構成する対物レンズを光軸方向に移動して、前記ピンホールの像の結像位置を変更する結像位置変更手段と、
前記受光手段から出力される信号強度が最大となる前記結像位置を算出し、算出された結像位置に基づいて前記試料表面の高さを算出する高さ算出手段とを備えることを特徴とする高さ測定装置。 The height measuring device according to claim 1,
An imaging position changing means for changing an imaging position of the image of the pinhole by moving an objective lens constituting the optical system in an optical axis direction;
A height calculating unit that calculates the imaging position where the signal intensity output from the light receiving unit is maximized, and calculates the height of the sample surface based on the calculated imaging position. To measure height.

請求項１または２に記載の高さ測定装置において、
前記試料を前記光軸方向に移動する移動手段と、
前記移動手段により変更した各試料位置において、前記試料の表面を光軸に垂直な面で走査する走査手段と、
前記試料表面内の各走査位置について、前記受光手段から出力される信号強度が最大となる前記試料位置をそれぞれ算出し、それぞれ算出された試料位置に基づいて前記各走査位置における前記試料表面の三次元形状を算出する三次元形状算出手段とを備えることを特徴とする高さ測定装置。 The height measuring device according to claim 1 or 2,
Moving means for moving the sample in the optical axis direction;
Scanning means for scanning the surface of the sample in a plane perpendicular to the optical axis at each sample position changed by the moving means;
For each scanning position in the sample surface, the sample position at which the signal intensity output from the light receiving means is maximized is calculated, and based on the calculated sample position, a tertiary of the sample surface at each scanning position is calculated. A height measuring apparatus comprising: a three-dimensional shape calculating means for calculating an original shape.

複数のピンホールを有し、光源からの光が照射されて走査作動がなされる走査基板と、
前記走査基板のピンホールを通過した光を試料の表面に結像させるとともに、その反射光を前記ピンホールに結像させる光学系と、
前記ピンホールを透過した前記試料からの反射光の入射光強度に応じて正の非線形な出力を発生する可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出射された反射光を受光して電気信号として出力する受光手段とを備えることを特徴とする高さ測定装置。 A scanning substrate having a plurality of pinholes and being scanned by being irradiated with light from a light source;
An optical system for imaging light passing through the pinhole of the scanning substrate on the surface of the sample and imaging the reflected light on the pinhole;
A saturable absorber that generates a positive nonlinear output according to the incident light intensity of the reflected light from the sample that has passed through the pinhole;
A height measuring apparatus comprising: a light receiving unit that receives reflected light emitted from the saturable absorber and outputs the reflected light as an electrical signal.

光源からの光を前記光導波路の一方の出射端から出射し、所定の焦点面上で結像させ試料の表面に投影させるとともに、前記試料からの反射光を前記光導波路の他方の出射端に結像させる光学系と、
前記光導波路内に設けられ、前記試料からの反射光の入射光強度に応じて正の非線形な出力を発生する可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体を通って前記光導波路の他方の出射端から射出される前記試料からの反射光を受光して電気信号として出力する受光手段とを備えることを特徴とする高さ測定装置。 Light from the light source is emitted from one exit end of the optical waveguide, imaged on a predetermined focal plane, projected onto the surface of the sample, and reflected light from the sample is applied to the other exit end of the optical waveguide. An optical system for imaging;
A saturable absorber that is provided in the optical waveguide and generates a positive nonlinear output according to the incident light intensity of the reflected light from the sample;
A height measuring apparatus comprising: a light receiving unit that receives reflected light from the sample that is emitted from the other emitting end of the optical waveguide through the saturable absorber and outputs the light as an electric signal.

請求項１乃至５のいずれか一項に記載の高さ測定装置において、
前記可飽和吸収体の吸収バンドの電子状態を変化させ、その非線形性を変更する変更手段を備えることを特徴とする高さ測定装置。 In the height measuring device according to any one of claims 1 to 5,
A height measuring apparatus comprising: changing means for changing an electronic state of an absorption band of the saturable absorber and changing its nonlinearity.

請求項６に記載の高さ測定装置において、
前記変更手段は前記可飽和吸収体を加熱する加熱装置であることを特徴とする高さ測定装置。 In the height measuring device according to claim 6,
The height measuring device, wherein the changing means is a heating device for heating the saturable absorber.

請求項６に記載の高さ測定装置において、
前記変更手段は、前記可飽和吸収体に入射する光束に対して直交するように、前記可飽和吸収体に所定の波長の光を照射する照射装置であることを特徴とする高さ測定装置。 In the height measuring device according to claim 6,
The height measuring device is characterized in that the changing means is an irradiation device that irradiates the saturable absorber with light having a predetermined wavelength so as to be orthogonal to a light beam incident on the saturable absorber.

光源からの光を出射するピンホールと、
前記ピンホールの像を所定の焦点面上で結像させ、試料の表面に投影する光学系と、
前記ピンホール、または前記ピンホールと光学的に共役な位置に設けられたピンホールを透過した前記試料からの反射光の入射光強度に応じて正の非線形な出力を発生する可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体から出射された光を受光して電気信号として出力する受光手段とを備えることを特徴とする共焦点光学系。 A pinhole that emits light from the light source;
An optical system for forming an image of the pinhole on a predetermined focal plane and projecting it on the surface of the sample;
A saturable absorber that generates a positive nonlinear output in accordance with the incident light intensity of the reflected light from the sample that has passed through the pinhole or a pinhole provided at a position optically conjugate with the pinhole; ,
A confocal optical system comprising: a light receiving unit that receives light emitted from the saturable absorber and outputs the light as an electrical signal.