JPH0694998A - Confocal laser scanning differential interference microscope - Google Patents
Confocal laser scanning differential interference microscopeInfo
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- JPH0694998A JPH0694998A JP4244634A JP24463492A JPH0694998A JP H0694998 A JPH0694998 A JP H0694998A JP 4244634 A JP4244634 A JP 4244634A JP 24463492 A JP24463492 A JP 24463492A JP H0694998 A JPH0694998 A JP H0694998A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、コンフォーカルレーザ
走査顕微鏡に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a confocal laser scanning microscope.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のコンフォーカルレーザ走査微分干
渉顕微鏡については、例えば、OPTICS COMMUNICATION 1
st September 1991 No.2,3 Vol.85 pp177-182に記載さ
れている。従来のコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕
微鏡は、図2に示すように、レーザ光源101と、ハー
フミラー102と、集光光学系104とを備え、レーザ
光を集光して被検物体105上に照射する。被検物体1
05からの反射光を検出する手段として、チャネル導波
路が形成された電気光学効果を有する基板106を備え
ている。該チャネル導波路は、検出面上に入射端面を持
つダブルモード導波路領域107と、ダブルモード導波
路107を2本のシングルモード導波路109,110
に分岐させる導波路分岐領域108とを有し、さらに分
岐された2本のシングルモード導波路109,110を
伝搬する光を各々検出する2つの光検出素子111,1
12を有する。ダブルモード導波路領域107の基板表
面には、電極114が設けられている。2. Description of the Related Art Regarding conventional confocal laser scanning differential interference microscopes, for example, OPTICS COMMUNICATION 1
st September 1991 No.2,3 Vol.85 pp177-182. As shown in FIG. 2, the conventional confocal laser scanning differential interference microscope includes a laser light source 101, a half mirror 102, and a condensing optical system 104, and condenses laser light onto an object 105 to be inspected. Irradiate. Object to be inspected 1
As a means for detecting the reflected light from 05, a substrate 106 having an electro-optical effect in which a channel waveguide is formed is provided. The channel waveguide includes a double mode waveguide region 107 having an incident end face on the detection surface, and two single mode waveguides 109 and 110 including the double mode waveguide 107.
And a photo-detection element 111, 1 for detecting light propagating through the two single-mode waveguides 109, 110 that are further branched.
Have twelve. An electrode 114 is provided on the substrate surface of the double mode waveguide region 107.
【0003】被検物体105のレーザスポットで照明さ
れた部分に、傾きまたは反射率の勾配があると、チャネ
ル導波路107の入射端に結像したレーザスポットの位
相分布または強度分布に傾斜が生じ、この傾斜により前
記ダブルモード導波路領域107に2つのモード(基本
モードと1次モード)が励振され、両モードの干渉によ
り前記2つの光検出素子111,112による信号11
3から被検物体105の微小な段差(位相情報)または
反射率変化(振幅情報)を検知することができる。ここ
で、ダブルモード導波路7の完全結合長(基本モードと
1次モードの位相差がπとなる長さ)をLcとし、ダブ
ルモード領域の長さLとすると、 L=Lc(2m+1) (m=0,1,2,…) となるとき、被検物体の段差による反射光の位相分布が
検出され、 L=mLc (m=1,2,…) となるとき、被検物体の透過率や反射率等の分布による
反射光の強度分布が検出され、この構成は微分干渉系と
なる。When the portion of the object 105 to be inspected which is illuminated by the laser spot has an inclination or a gradient of reflectance, an inclination occurs in the phase distribution or intensity distribution of the laser spot imaged at the incident end of the channel waveguide 107. , Two modes (fundamental mode and first mode) are excited in the double mode waveguide region 107 due to this inclination, and the signal 11 generated by the two photodetection elements 111 and 112 due to the interference of both modes.
From 3, it is possible to detect a minute step (phase information) or a reflectance change (amplitude information) of the object 105 to be inspected. Here, if the complete coupling length of the double mode waveguide 7 (the length at which the phase difference between the fundamental mode and the first mode is π) is Lc and the length L of the double mode region is L, then L = Lc (2m + 1) ( When m = 0,1,2, ...), the phase distribution of the reflected light due to the step of the object is detected, and when L = mLc (m = 1,2, ...), the object is transmitted. The intensity distribution of the reflected light based on the distribution of the reflectance and the reflectance is detected, and this configuration is a differential interference system.
【0004】このように、光検出手段として導波路デバ
イスを用いることにより被検物体の位相情報と振幅情報
とを独立に得ることができる。As described above, by using the waveguide device as the light detecting means, the phase information and the amplitude information of the object to be measured can be obtained independently.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のコンフォーカルレーザ走査顕微鏡の構成におい
て、被検物体の段差による反射光の位相分布の情報につ
いて、微分情報を得ることは可能であるが、段差の高低
差を定量的に測定することができなかった。However, in the configuration of the conventional confocal laser scanning microscope described above, it is possible to obtain differential information about the information of the phase distribution of the reflected light due to the step of the object to be inspected, It was not possible to quantitatively measure the height difference of the step.
【0006】そこで、本発明は、被検物体の段差の高低
差を定量的に測定できるコンフォーカルレーザ走査微分
干渉顕微鏡を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a confocal laser scanning differential interference microscope capable of quantitatively measuring the height difference of the step of the object to be inspected.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的のため本発明で
は、導波路デバイスを用いて微分干渉像を得て、同時に
別の導波路デバイスで構成した干渉計により段差の測定
を行うものである。To achieve the above object, the present invention is to obtain a differential interference contrast image using a waveguide device and simultaneously measure a step difference by an interferometer composed of another waveguide device. .
【0008】すなわち、被検物体上に、光スポットを照
射する照明光学系と、前記光スポットを前記被検物体に
対して相対的に移動させる走査手段と、前記光スポット
についての前記被検物体からの反射光を検出する検出光
学系とを有するコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微
鏡であって、前記照明光学系は、前記被検物体上に、順
に配列された第1、第2、第3の3つの光スポットを照
射し、前記検出光学系は、前記3つの光スポットのうち
第2の光スポットの反射光から、前記被検物体の第2の
光スポットが照射された領域の微分情報を得る第1の検
出光学系と、前記3つの光スポットのうち第1、第3の
光スポットの反射光から、前記被検物体の前記第1、第
3の光スポットが照射された領域間の段差情報を得る第
2の検出光学系とを有し、前記第1の検出光学系は、前
記第2の光スポットの反射光の光路上に入射端を有する
ダブルモード導波路部と、前記ダブルモード導波路を伝
搬した光を2つに分岐するための分岐部と、前記分岐部
で分岐された2つの光をそれぞれ導波して出射する2本
の導波路部とを備えた第1の導波路光学系と、第1の導
波路光学系の2本の導波路部の出射端にそれぞれ配置さ
れて、出射光の強度を検出する第1および第2の検出手
段と、前記第1の検出手段の検出信号と第2の検出手段
の検出信号との差を求める差分演算手段とを有し、前記
第2の検出光学系は、前記第1、第3の2つの光スポッ
トの反射光の光路上にそれぞれ入射端を有する2本のシ
ングルモードの導波路部と、前記2本のシングルモード
導波路部を伝搬した光を合波するための合波部と、前記
合波部の合波した光を導波して出射する1本のシングル
モード導波路部とを備えた第2の導波路光学系と、前記
第2の導波路光学系の1本のシングルモード導波路部の
出射端に配置されて、出射光の強度を検出する第3の検
出手段とを有することを特徴とするコンフォーカルレー
ザ走査微分干渉顕微鏡が提供される。That is, an illumination optical system for irradiating a light spot on the object to be inspected, a scanning means for moving the light spot relative to the object to be inspected, and the object to be inspected for the light spot. A confocal laser scanning differential interference microscope having a detection optical system for detecting reflected light from the illumination optical system, wherein the illumination optical system is arranged on the object to be inspected first, second, and third. Irradiate three light spots, and the detection optical system obtains the differential information of the region of the object to be inspected irradiated with the second light spot from the reflected light of the second light spot among the three light spots. From the first detection optical system to obtain and the reflected light of the first and third light spots of the three light spots, between the regions irradiated with the first and third light spots of the test object. A second detection optical system for obtaining step information The first detection optical system has a double mode waveguide section having an incident end on the optical path of the reflected light of the second light spot, and the light propagating through the double mode waveguide is split into two. A first waveguide optical system including a branching portion for guiding and two waveguides for respectively guiding and emitting the two lights branched by the branching portion, and a first waveguide optical system. First and second detection means, which are respectively disposed at the emission ends of the two waveguide portions of the system, to detect the intensity of the emitted light, and the detection signal of the first detection means and the second detection means. A second calculation optical system for calculating a difference from the detection signal, and the second detection optical system has two incident ends on the optical paths of the reflected light of the first and third light spots. The single mode waveguide section and the light propagating through the two single mode waveguide sections are combined. A second waveguide optical system, and a second single-mode waveguide section that guides and outputs the combined light of the multiplex section, and the second waveguide optical system. A confocal laser scanning differential interference microscope is provided, which is arranged at an emission end of one single-mode waveguide part of the system and has a third detection means for detecting the intensity of emitted light.
【0009】[0009]
【作用】本発明のコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕
微鏡において、第1の検出光学系は、3つの光スポット
のうち第2の光スポットの反射光から、前記被検物体の
第2の光スポットが照射された領域の微分情報を得る。In the confocal laser scanning differential interference microscope of the present invention, the first detection optical system detects the second light spot of the object to be detected from the reflected light of the second light spot among the three light spots. Obtain differential information of the illuminated area.
【0010】まず、微分情報が得られる原理について、
概要を説明する。照明光学系による被検物体上の3つの
スポット像のうち、真中の1つのスポット像の反射光の
光路上に、第1の検出光学系の第1の導波路光学系のダ
ブルモードチャネル導波路部の中心が一致するように配
置される。導波路の幅方向のスポット像振幅分布がスポ
ット中心を原点としたとき、偶関数であればダブルモー
ド導波路内には偶モードしか励振されない。それ以外の
場合は偶・奇両モードが励振される。First, regarding the principle of obtaining differential information,
An overview will be given. The double-mode channel waveguide of the first waveguide optical system of the first detection optical system is provided on the optical path of the reflected light of one spot image in the middle of the three spot images on the object to be inspected by the illumination optical system. It is arranged so that the centers of the parts coincide. When the spot image amplitude distribution in the width direction of the waveguide has an origin at the spot center, only an even mode is excited in the double-mode waveguide if it is an even function. In other cases, even and odd modes are excited.
【0011】ここでダブルモード領域に続いて2つのチ
ャネル導波路に分岐する導波路分岐を設けておけば、偶
モードのみ励振された場合は、2つの分岐に等量の光が
分配され、それ以外の場合は偶モードと奇モードの干渉
が生じるため2つの受光面に分配される光量は一般に等
しくない。Here, if a waveguide branch for branching into two channel waveguides is provided following the double mode region, when only even modes are excited, an equal amount of light is distributed to the two branches, In other cases, even-mode and odd-mode interference occurs, so that the light amounts distributed to the two light-receiving surfaces are generally not equal.
【0012】一般に被検物体のダブルモードチャネル導
波路入射口に対する傾斜、すなわち物理的な傾斜は勿
論、屈折率傾斜など光路長を変化させるすべての傾斜及
び、光透過率分布又は光反射率分布の傾斜があると、ス
ポット像の振幅分布は奇関数成分をもつようになり、こ
のときダブルモード導波路内に偶・奇両モードが励振さ
れその結果2つの分岐に分配される光量が等しくなくな
る。従って、2つの受光面の光量を光検出器で電気信号
に変換し、それらの差分信号を検出することによって被
検物体の微視的な傾斜を検出できることになる。Generally, not only the inclination of the object to be inspected with respect to the entrance of the double mode channel waveguide, that is, the physical inclination but also all inclinations that change the optical path length such as the refractive index inclination and the light transmittance distribution or the light reflectance distribution When there is an inclination, the amplitude distribution of the spot image has an odd function component, and at this time both even and odd modes are excited in the double mode waveguide, and as a result, the amounts of light distributed to the two branches are not equal. Therefore, it is possible to detect the microscopic inclination of the object to be inspected by converting the light amount of the two light receiving surfaces into an electric signal by the photodetector and detecting the difference signal between them.
【0013】いま検出物のダブルモード導波路の入射口
に対する傾き角をθとし、sinθ=αとする。傾きθ
の場合のスポット振幅分布をu(x)、ダブルモード導
波路の固有電界分布を偶・奇両モードについてそれぞれ
fe(x),fo(x)とするとu(x),fe(x)
は偶関数、fo(x)は奇関数である。傾きのあるとき
のスポット振幅分布uα(x)はk=2π/λ(λ=波
長)として uα(x)≒u(x)exp(ikαx) =u(x)[cos(kαx)+isin(kαx)] (1) と表される。Now, let θ be the inclination angle of the object to be detected with respect to the entrance of the double-mode waveguide, and sin θ = α. Slope θ
In the case of, the spot amplitude distribution is u (x), and the intrinsic electric field distribution of the double mode waveguide is fe (x) and fo (x) for both even and odd modes, respectively, and u (x), fe (x).
Is an even function and fo (x) is an odd function. The spot amplitude distribution uα (x) with an inclination is k = 2π / λ (λ = wavelength), and uα (x) ≈u (x) exp (ikαx) = u (x) [cos (kαx) + isin (kαx) )] (1)
【0014】ここで偶モードの励振効率ηeは、Here, the even mode excitation efficiency η e is
【0015】[0015]
【数1】 [Equation 1]
【0016】となり、一方奇モードの数励振効率η
oは、On the other hand, the odd excitation efficiency η
o is
【0017】[0017]
【数2】 [Equation 2]
【0018】となる。積分範囲を適当に選び、この範囲
で|kαx|≪2πならば、 cos(kαx)≒1, sin(kαx)≒kαx となるから、u(x),fo(x),fe(x)が一定
の関数であることより、 ηe≒一定 ηo∝iα (4) となることがわかる。偶モードと奇モードの干渉による
光強度変化はC1,C2を実定数とし、φをダブルモード
導波路の出射口に於ける偶・奇両モードの位相差とすれ
ば I∝|ηe±iηoexp{iφ}|2=|C1±iαC2exp{iφ}|2 (5) よって、exp{iφ}=±iにとれば(5)はおおむ
ね I=C1 2±2αC1C2 (6) となってαに比例した強度変化が得られ、いわゆる微分
像を得ることができる。従って、このような微分像を得
るためには、ダブルモード導波路の分岐点部に於て、両
モード間に90°の奇数倍の位相差がもたらされること
が必要である。このために、前記ダブルモード導波路の
入射口から出射口までの長さLは両モードのよく知られ
た完全結合長(偶・奇モードの位相差が180°となる
長さ)をLC とした場合 L=LC(2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・) (7) とするのが好ましい。[0018] If the integration range is properly selected and | kαx | << 2π in this range, cos (kαx) ≈1, sin (kαx) ≈kαx, so u (x), fo (x), fe (x) are Since it is a constant function, it can be seen that η e ≈ constant η o ∝iα (4). The change in light intensity due to the interference between the even mode and the odd mode is I ∝ | η e , where C 1 and C 2 are real constants and φ is the phase difference between the even and odd modes at the exit of the double mode waveguide. ± iη o exp {iφ} | 2 = | C 1 ± iαC 2 exp {iφ} | 2 (5) Therefore, if exp {iφ} = ± i, then (5) is roughly I = C 1 2 ± 2αC 1 It becomes C 2 (6) and an intensity change proportional to α is obtained, and a so-called differential image can be obtained. Therefore, in order to obtain such a differential image, it is necessary to introduce a phase difference of an odd multiple of 90 ° between both modes at the branch point of the double mode waveguide. For this reason, the length L from the entrance to the exit of the double mode waveguide is the well-known complete coupling length of both modes (the length at which the phase difference between the even and odd modes is 180 °) L C. If set to L = L C (2m + 1 ) / 2 (m = 0,1,2, ···) (7) preferably with.
【0019】尚、(1)式は物体の傾斜を考えているか
ら、位相物体を想定していることになる。Since equation (1) considers the inclination of the object, it means that a phase object is assumed.
【0020】基板が電気光学効果をもつ場合には、ダブ
ルモード領域上に配置された電極を介してこの領域に電
圧を印加することにより、完全結合長Lcを変化させる
ことができる。従って、ダブルモード領域の長さが
(7)式を満たしていない一定値Lであっても電圧の調
整により、上記(7)式を満たすことが可能である。し
たがって、ダブルモード領域の機械的な長さを一定とし
つつ、電気光学効果を利用して電圧を印加することによ
り、物体の位相情報を得ることが可能である。When the substrate has an electro-optical effect, the complete coupling length Lc can be changed by applying a voltage to this region through the electrodes arranged on the double mode region. Therefore, even if the length of the double mode region is a constant value L that does not satisfy the equation (7), it is possible to satisfy the equation (7) by adjusting the voltage. Therefore, it is possible to obtain the phase information of the object by applying a voltage using the electro-optical effect while keeping the mechanical length of the double mode region constant.
【0021】すなわち、チャネル導波路のダブルモード
領域上に配置された電極に電圧を印加することにより、
ダブルモード領域における完全結合長Lcを異なる完全
結合料Lc2に変化させ、ダブルモード領域の一定の長
さLに対して、 L≒Lc2(2m+1)/2 (m=0,1,2,・
・・) が成立する構造とすることにより、Lc2の場合に、上
記(7)式のごとく物体の位相情報を得ることができる
のである。That is, by applying a voltage to the electrodes arranged on the double mode region of the channel waveguide,
The complete bond length Lc in the double mode region is changed to a different complete bond material Lc 2, and L≈Lc 2 (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2,・
..) is established, the phase information of the object can be obtained as in the above equation (7) in the case of Lc 2 .
【0022】また、第2の検出光学系は、3つの光スポ
ットのうち第1、第3の光スポットの反射光から、前記
被検物体の第1、第3の光スポットが照射された領域間
の高低差を得る。前述の3つのスポット像のうち、第
1、第3の2つのスポット像の反射光の光路上に2本の
別々のシングルモードチャネル導波路を配置する。それ
ぞれのシングルモード導波路を伝搬する光を分岐領域で
合波させると干渉する。第1、第3の2つの光スポット
の一方の光スポットについての、前記被検物体から前記
第2の検出光学系の合波部までの光路長と、他方の光ス
ポットのについての、前記被検物体から前記第2の検出
光学系の合波部までの光路長との差△Lがレーザ光源の
波長をλとして ΔL=mλ (m=0,1,2,・・・) (8) であるとき分岐領域で合波して干渉した光の強度は最大
となる。光路の差ΔLが(8)式のようにならない場合
は分岐領域で合波して干渉した光の強度は光路の差が
(8)式を満たす場合に比べ弱くなる。すなわち、2つ
のシングルモード導波路を伝搬する光の位相差Δφが Δφ=2mπ (m=0,1,2,・・・) (9) の時は、分岐領域で合波して干渉した光の強度は最大に
なり、一方 Δφ=(2m+1)π/2 (m=0,1,2,・・・) (10) の時は、分岐領域で合波して干渉した光の強度は、Δφ
が(9)式を満たすときの強度の半分になる。Further, the second detection optical system is a region where the first and third light spots of the object to be inspected are irradiated from the reflected light of the first and third light spots of the three light spots. Get the height difference between. Of the above-mentioned three spot images, two separate single mode channel waveguides are arranged on the optical path of the reflected light of the first and third spot images. When the lights propagating through the respective single mode waveguides are combined in the branch region, they interfere with each other. For one of the first and third light spots, the optical path length from the object to be detected to the combining portion of the second detection optical system, and for the other light spot, The difference ΔL from the optical path length from the object to be detected to the combining part of the second detection optical system is ΔL = mλ (m = 0, 1, 2, ...) (8) where λ is the wavelength of the laser light source. In this case, the intensity of light that is combined and interfered in the branching region is maximum. When the optical path difference ΔL does not satisfy the expression (8), the intensity of the light that is combined and interfered in the branching region is weaker than when the optical path difference satisfies the expression (8). That is, when the phase difference Δφ of the light propagating through the two single mode waveguides is Δφ = 2mπ (m = 0,1,2, ...) (9), the light that has been combined and interfered in the branching region Intensity becomes maximum, while on the other hand, when Δφ = (2m + 1) π / 2 (m = 0,1,2, ...) (10), the intensity of light that is combined and interfered in the branching region is Δφ
Is half the intensity when the expression (9) is satisfied.
【0023】被検物体の2つの光スポットが形成されて
いる部分に被検物体表面の段差により高低差がある場合
は、高低差をdとしたとき2dの光路の差が生じる。
(10)式が満たされる場合、この光路の差により分岐
領域直前での2本のシングルモード導波路の位相差Δφ
1は Δφ1=4πd/λ+(2m+1)π/2 (m=0,1,2,・・・) (11) となる。When there is a difference in height due to a step on the surface of the object to be inspected in a portion where two light spots of the object to be inspected are formed, an optical path difference of 2d occurs when the height difference is d.
When the expression (10) is satisfied, the phase difference Δφ between the two single mode waveguides immediately before the branching region is caused by the difference in the optical paths.
1 becomes Δφ1 = 4πd / λ + (2m + 1) π / 2 (m = 0, 1, 2, ...) (11).
【0024】物体面が平面で(9)式が満たされる場合
の光量をPIとしたとき、段差があり(11)式が満た
される場合の光量P0は P0=PI sin2(Δφ1/2) (12) と与えられる。したがって、第2の検出光学系の第3の
検出手段で、第2の導波路部から出射される光量P0を
検出して、(11)式に代入することにより、高低差d
を定量的にえることができる。、また、測定した段差の
うちどちらが高くどちらが低くなっているかについて
は、前述した位相情報の微分像を得るときに得た差分信
号の符号から求めることができる。When the light quantity when the object surface is a flat surface and the expression (9) is satisfied is P I , the light quantity P 0 when there is a step and the expression (11) is satisfied is P 0 = P I sin 2 (Δφ 1 / 2) (12) is given. Therefore, the third detecting means of the second detecting optical system detects the light amount P 0 emitted from the second waveguide portion and substitutes it into the equation (11) to obtain the height difference d.
Can be obtained quantitatively. Further, which of the measured steps is higher and which is lower can be obtained from the sign of the difference signal obtained when the differential image of the phase information is obtained.
【0025】また、第2の検出光学系の第2の導波路の
基板が電気光学効果を持つ場合には、一方のシングルモ
ード導波路の導波路入射端から分岐領域の間に配置され
た電極を介して、この領域に電圧を印加することによ
り、導波路を伝搬する光の位相を変化させることができ
る。前述の光路差△Lが、(8)式を満たしていない場
合にも、電圧を変化させることにより分岐領域直前の2
つのシングルモード導波路を伝搬する光の位相差△φが
(9)式を満たすように調節することができる。When the substrate of the second waveguide of the second detection optical system has the electro-optical effect, the electrode arranged between the waveguide entrance end and the branch region of one of the single mode waveguides. By applying a voltage to this region via, it is possible to change the phase of the light propagating in the waveguide. Even when the above-mentioned optical path difference ΔL does not satisfy the expression (8), by changing the voltage, 2
The phase difference Δφ of the light propagating through the two single mode waveguides can be adjusted so as to satisfy the expression (9).
【0026】[0026]
【実施例】本発明の一実施例のコンフォーカルレーザ走
査微分干渉顕微鏡を図1を用いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A confocal laser scanning differential interference microscope according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0027】本実施例のコンフォーカルレーザ走査微分
干渉顕微鏡は、図1のように、半導体レーザ光源1と、
コリメータレンズ2と、回折格子3と、ハーフミラー4
と、対物レンズ6とを光路上に順に配置した照明光学系
を有している。照明光学系は、被検物体7上に3つの光
スポット8、9、10を照射する。また、ハーフミラー
4と、対物レンズ6との間には、3つの光スポット8、
9、10を前記被検物体に対して、相対的に移動させる
X−Yスキャニング装置5が配置されている。The confocal laser scanning differential interference microscope of the present embodiment has a semiconductor laser light source 1 as shown in FIG.
Collimator lens 2, diffraction grating 3, half mirror 4
And an objective lens 6 are sequentially arranged on the optical path to provide an illumination optical system. The illumination optical system irradiates the test object 7 with three light spots 8, 9, and 10. Further, between the half mirror 4 and the objective lens 6, three light spots 8,
An XY scanning device 5 for moving 9, 10 relative to the object to be inspected is arranged.
【0028】また、被検物体7からの反射光の光路上に
は、集光レンズ11と、導波路が形成された電気光学効
果を有する基板12とが配置されている。基板12に
は、光スポット9の反射光の光路上に入射端を有するダ
ブルモード導波路14と、ダブルモード導波路14を伝
搬した光を2つに分岐するための分岐部21と、分岐部
21で分岐された2つの光をそれぞれ導波して出射する
2本の導波路波25、28とが連続して形成されてい
る。また、ダブルモード導波路14上には、1組の電極
17が形成されている。電極17には、図示しない電源
が接続されている。Further, on the optical path of the reflected light from the object 7 to be inspected, a condenser lens 11 and a substrate 12 in which a waveguide is formed and having an electro-optical effect are arranged. The substrate 12 has a double mode waveguide 14 having an incident end on the optical path of the reflected light of the light spot 9, a branch portion 21 for splitting the light propagating through the double mode waveguide 14 into two, and a branch portion. Two waveguide waves 25 and 28 that respectively guide and emit the two lights branched at 21 are continuously formed. Further, a pair of electrodes 17 is formed on the double mode waveguide 14. A power source (not shown) is connected to the electrode 17.
【0029】また、基板12には、さらに、両脇の2つ
の光スポット8、10の反射光の光路上にそれぞれ入射
端を有する2本のシングルモードの導波路13、15
と、シングルモード導波路部13を2つのシングルモー
ド導波路19、20に分岐する分岐部18と、シングル
モード導波路部15を2つのシングルモード導波路2
2、24に分岐する分岐部23と、2本のシングルモー
ド導波路20、22を伝搬した光を合波するための合波
部27と、合波部27の合波した光を導波して出射する
1本のシングルモード導波路26とが連続して形成され
ている。また、シングルモード導波路13上には、1組
の電極16が形成されている。電極16には、図示しな
い電源が接続されている。The substrate 12 is further provided with two single mode waveguides 13 and 15 each having an incident end on the optical path of the reflected light of the two light spots 8 and 10 on both sides.
A branching section 18 for branching the single mode waveguide section 13 into two single mode waveguides 19 and 20, and a single mode waveguide section 15 for two single mode waveguides 2.
A branching section 23 that branches into two and 24, a combining section 27 for combining the light that has propagated through the two single-mode waveguides 20 and 22, and the combined light of the combining section 27 is guided. One single-mode waveguide 26 that emits as a single light is continuously formed. Further, a pair of electrodes 16 is formed on the single mode waveguide 13. A power source (not shown) is connected to the electrode 16.
【0030】導波路25、26の出射端には、光検出器
30、32がそれぞれ配置されている。また、光検出器
30、32には、光検出器30、32が検出した信号の
差を求める差動回路34が配置されている。差動回路3
4は、光スポット9が照射されている被検物体7の領域
の傾斜を求める。Photodetectors 30 and 32 are arranged at the exit ends of the waveguides 25 and 26, respectively. Further, the photodetectors 30 and 32 are provided with a differential circuit 34 that obtains a difference between the signals detected by the photodetectors 30 and 32. Differential circuit 3
4 obtains the inclination of the area of the object to be inspected 7 irradiated with the light spot 9.
【0031】導波路27の出射端には、光検出器31が
配置されている。光検出器31の出力は、被検物体上の
光スポット8の照射されている領域と、光スポット10
の照射されている領域との間の高低差を表す。また、導
波路19、24の出射端には、光検出器29、33が配
置されている。光検出器29、33の出力は、アライメ
ントに用いられる。差動回路34、光検出器31、およ
び、光検出器29、33には、制御装置36が接続され
ている。制御装置36には、モニタ37が接続されてい
る。A photodetector 31 is arranged at the exit end of the waveguide 27. The output of the photodetector 31 is the area where the light spot 8 is irradiated on the object to be inspected and the light spot 10.
The height difference between the illuminated area and the area. Photodetectors 29 and 33 are arranged at the exit ends of the waveguides 19 and 24, respectively. The outputs of the photodetectors 29 and 33 are used for alignment. A control device 36 is connected to the differential circuit 34, the photodetector 31, and the photodetectors 29 and 33. A monitor 37 is connected to the control device 36.
【0032】本実施例では、基板12としてxカット、
z伝搬のLiNbO3を用い、導波路部をTi拡散Li
NbO3によって、チャネル状に形成している。分岐部
21において、導波路25と導波路28とがなす角は、
1/100radとした。さらに、導波路20が導波路
25と交差する角度、および、導波路22が導波路28
と交差する角度は、クロストークが生じないように十分
大きい角度とした。In this embodiment, the substrate 12 is x-cut,
z-propagating LiNbO 3 is used, and the waveguide is Ti-diffused Li
It is formed in a channel shape with NbO 3 . In the branch portion 21, the angle formed by the waveguide 25 and the waveguide 28 is
It was set to 1/100 rad. Furthermore, the angle at which the waveguide 20 intersects the waveguide 25, and the waveguide 22 is the waveguide 28.
The angle intersecting with was set to a sufficiently large angle so that crosstalk did not occur.
【0033】つぎに、本実施例のコンフォーカルレーザ
走査微分干渉顕微鏡の動作について説明する。半導体レ
ーザ光源1を出た光はレンズ2でコリメートされ、回折
格子3で0次、1次、−1次回折光を発生させ、3本の
光束に分けられ、さらに3本の光束はハーフミラー4で
反射され、周知のX−Y2次元スキャンニング手段5を
経て、対物レンズ6に入射し、物体面7に3つの光スポ
ット8、9、10として集光される。光スポット8、1
0は段差の高低差の測定用であり、光スポット9は微分
干渉用である。物体面7で反射した後、再び対物レンズ
6及びX−Yスキャンニング手段5を経てハーフミラー
4を透過した光は、レンズ11により電気光学効果を有
する基板12上に形成されたダブルモード導波路14お
よびシングルモード導波路13、15の入射端面が配置
された検出面上に、3つのスポットとして集光される。Next, the operation of the confocal laser scanning differential interference microscope of this embodiment will be described. The light emitted from the semiconductor laser light source 1 is collimated by the lens 2, and the diffraction grating 3 generates 0th-order, 1st-order, and -1st-order diffracted light, and is divided into three light fluxes. Is reflected by the laser beam, passes through the well-known XY two-dimensional scanning means 5, enters the objective lens 6, and is condensed on the object plane 7 as three light spots 8, 9, 10. Light spots 8 and 1
0 is for measuring the height difference of the step, and the light spot 9 is for differential interference. The light reflected by the object plane 7 and then transmitted again through the objective lens 6 and the XY scanning means 5 and then through the half mirror 4 is a double mode waveguide formed on the substrate 12 having the electro-optical effect by the lens 11. 14 and the single mode waveguides 13 and 15 are focused as three spots on the detection surface on which the incident end faces are arranged.
【0034】物体面7上の光スポット8からの反射光は
シングルモード導波路15に入射する。光スポット9か
らの反射光はダブルモード導波路14に入射し、光スポ
ット10からの反射光はシングルモード導波路13に入
射する。The reflected light from the light spot 8 on the object plane 7 enters the single mode waveguide 15. The reflected light from the light spot 9 enters the double mode waveguide 14, and the reflected light from the light spot 10 enters the single mode waveguide 13.
【0035】ダブルモード導波路14は、基板上に電極
17を有している。ダブルモード導波路14中を伝搬し
た光はやがて分岐部21に達し2本のチャネル導波路2
5、28にパワーが分配され基板12に接合された2つ
の光検出器30、32に至る。導波路25はシングルモ
ード導波路20と交差し、導波路28はシングルモード
導波路22と交差しているが、クロストークがないくら
いの十分大きな角度で交差している。ここでシングルモ
ード導波路14の入射端がピンホールと同様の働きをす
るので、この構成はコンフォーカルレーザ走査顕微鏡を
構成する。ここで、ハーフミラー4と対物レンズ6とが
照明光学系を形成し、対物レンズ6、11が集光光学系
を形成している。The double mode waveguide 14 has an electrode 17 on the substrate. The light propagating through the double mode waveguide 14 eventually reaches the branching portion 21 and the two channel waveguides 2
The power is distributed to 5, 28 and reaches two photodetectors 30, 32 bonded to the substrate 12. The waveguide 25 intersects the single-mode waveguide 20 and the waveguide 28 intersects the single-mode waveguide 22, but at a sufficiently large angle so that there is no crosstalk. Since the incident end of the single mode waveguide 14 functions like a pinhole, this structure constitutes a confocal laser scanning microscope. Here, the half mirror 4 and the objective lens 6 form an illumination optical system, and the objective lenses 6 and 11 form a condensing optical system.
【0036】シングルモード導波路13は、基板に電極
16を配設したシングルモード導波路であり、シングル
モード導波路13中を伝搬した光はやがて分岐部18に
達し2本のシングルモード導波路19、20にパワーが
分配される。シングルモード導波路19を伝搬した光
は、基板12に接合された光検出器29に至る。シング
ルモード導波路20を伝搬した光は合波部27に達し、
シングルモード導波路22を伝搬する光と合波干渉し、
シングルモード導波路26を伝搬した光は基板12に接
合された光検出器31に至る。The single-mode waveguide 13 is a single-mode waveguide in which an electrode 16 is arranged on a substrate, and the light propagating in the single-mode waveguide 13 eventually reaches a branching portion 18 and two single-mode waveguides 19 are provided. , 20 are distributed. The light propagating through the single mode waveguide 19 reaches the photodetector 29 joined to the substrate 12. The light propagating through the single mode waveguide 20 reaches the multiplexing unit 27,
The light that propagates through the single-mode waveguide 22 undergoes multiplexing interference,
The light propagating through the single mode waveguide 26 reaches the photodetector 31 joined to the substrate 12.
【0037】同様にして、シングルモード導波路15中
を伝搬した光はやがて分岐部23に達し2本のシングル
モード導波路22、24にパワーが分配される。シング
ルモード導波路24を伝搬した光は基板12に接合され
た光検出器33に至る。シングルモード導波路22を伝
搬した光は合波部27に達し、シングルモード導波路2
0を伝搬する光と合波干渉し、シングルモード導波路2
6を伝搬した光は基板12に接合された光検出器31に
至る。Similarly, the light propagating through the single mode waveguide 15 eventually reaches the branch portion 23, and the power is distributed to the two single mode waveguides 22 and 24. The light propagating through the single mode waveguide 24 reaches the photodetector 33 joined to the substrate 12. The light propagating through the single mode waveguide 22 reaches the multiplexing unit 27, and the single mode waveguide 2
The single mode waveguide 2
The light propagated through 6 reaches the photodetector 31 joined to the substrate 12.
【0038】前述したように、光スポット9で照明され
た物体7上の領域に傾きがあった場合、シングルモード
導波路14の入射端に結像した光スポットの位相分布に
傾斜が生じる。この傾斜によりダブルモード導波路14
内に偶・奇両モードが励起され、両モードの干渉により
2つの検出器30、32に達する光パワーの比が変化す
る。差動回路34は、2つの検出器30、32の出力の
差動信号を求めることにより、物体7の面上の微小な段
差等の傾斜を検知する。As described above, when the area on the object 7 illuminated by the light spot 9 is tilted, the phase distribution of the light spot imaged at the incident end of the single mode waveguide 14 is tilted. Due to this inclination, the double mode waveguide 14
Both even and odd modes are excited inside, and the ratio of the optical power reaching the two detectors 30 and 32 changes due to the interference of both modes. The differential circuit 34 detects the inclination of a minute step or the like on the surface of the object 7 by obtaining the differential signals of the outputs of the two detectors 30 and 32.
【0039】また、基板12は電気光学効果を有してい
るので、電極17に印加する電圧を変化させることによ
り、完全結合長Lcを変化させることができる。電極1
7には、光学系セッティング時にダブルモード領域の長
さLが、完全結合長をLcとして、 L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・) (13) となるように、電圧を調節して印加する。Further, since the substrate 12 has an electro-optical effect, the complete coupling length Lc can be changed by changing the voltage applied to the electrode 17. Electrode 1
In Fig. 7, the length L of the double mode region at the time of setting the optical system is L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0,1,2, ...) (13), where Lc is the complete bond length. So that the voltage is adjusted and applied.
【0040】また、基板12は電気光学効果を有してい
るので電極16に印加する電圧を変化させれば、シング
ルモード導波路20を伝搬する光の位相を変化させるこ
とができる。本実施例では、光学系をセッティングする
際に、物体面7に段差のない平面をもちいて、電極16
に印加する電圧を調整し、シングルモード導波路20を
伝搬する光とシングルモード導波路22を伝搬する光の
位相差Δφが Δφ=(2m+1)π/2 (m=0,1,2,・・・) (10) となるようにする。この時、干渉により光検出器31の
光の強度は、シングルモード導波路20を伝搬する光と
シングルモード導波路22を伝搬する光の位相差Δφが Δφ=2mπ (m=0,1,2,・・・) (9) となったときの光量の半分になる。Since the substrate 12 has an electro-optical effect, the phase of light propagating through the single mode waveguide 20 can be changed by changing the voltage applied to the electrode 16. In the present embodiment, when setting the optical system, a flat surface having no steps is used as the object surface 7 to set the electrode 16
The phase difference Δφ between the light propagating in the single mode waveguide 20 and the light propagating in the single mode waveguide 22 is Δφ = (2m + 1) π / 2 (m = 0, 1, 2, ...・ ・) (10) At this time, the intensity of light of the photodetector 31 due to interference is such that the phase difference Δφ between the light propagating in the single mode waveguide 20 and the light propagating in the single mode waveguide 22 is Δφ = 2mπ (m = 0, 1, 2, , ...) It is half the amount of light when (9).
【0041】物体面7に図1のように段差があるものを
測定すると、光スポット8とシングルモード導波路15
の入射端の間の光路長と、光スポット10とシングルモ
ード導波路13の入射端の間の光路長とに差ができ、そ
れは段差の高低差の2倍になる。光検出器31での受光
量P0は前述したとおり、物体面7の段差の高低差をd
とすると、段差による光路差により生じる位相差によ
り、位相差ΔφがΔφ=2mπ (m=0,1,2,
・・・)の場合の光検出器31での受光量をPIとし、
光源の波長をλとしたとき PO=PI sin2(2πd/λ+(2m+1)π/4) (m=0,1,2,… ) (1 2) となるので、検出器31の光量POから、段差の高低差
dが求められる。段差がどちらが高く、どちらが低いか
は差動信号35の符号により判断する。When the object surface 7 having a step as shown in FIG. 1 is measured, the light spot 8 and the single mode waveguide 15 are measured.
There is a difference between the optical path length between the incident ends of the light spot 10 and the incident end of the single mode waveguide 13, which is twice the height difference of the step. As described above, the amount P 0 of light received by the photodetector 31 is equal to
Then, the phase difference Δφ is Δφ = 2mπ (m = 0, 1, 2,
In the case of ...), the amount of light received by the photodetector 31 is P I ,
When the wavelength of the light source is λ, P O = P I sin 2 (2πd / λ + (2m + 1) π / 4) (m = 0, 1, 2, ...) (12) Therefore, the light quantity of the detector 31 The height difference d of the step is obtained from P O. Which of the steps is higher and which is lower is determined by the sign of the differential signal 35.
【0042】また光スポット8、10内に物体面7の表
面性状の荒れにより傾斜がある場合、シングルモード導
波路13、15がシングルモード導波路であるため物体
の傾斜によって生じた奇モードが消滅し光スポット内の
傾斜を平均化した値での段差の高低差が得られる。When the light spots 8 and 10 are inclined due to the surface texture of the object plane 7, since the single mode waveguides 13 and 15 are single mode waveguides, the odd mode caused by the inclination of the object disappears. The height difference of the step can be obtained by averaging the inclinations in the light spot.
【0043】制御装置36は、内蔵された記憶装置に、
差動信号35および光検出器31と、X−Y2次元スキ
ャニング手段5から得た、被検物体7上における光スポ
ット9の位置とを対応させて記憶させる。そして、作動
信号35と、光スポット9の位置から、微分干渉画像を
作成し、モニター37に表示させる。また、段差の高低
差に関しては、モニター37で段差位置を確認し、その
ビーム位置に対応させて記憶装置36に記憶させた光検
出器31の信号を読み出すことにより段差の高低差を表
示する。The control device 36 has a built-in storage device,
The differential signal 35, the photodetector 31, and the position of the light spot 9 on the object to be inspected 7 obtained from the XY two-dimensional scanning means 5 are stored in association with each other. Then, a differential interference contrast image is created from the operation signal 35 and the position of the light spot 9 and is displayed on the monitor 37. Regarding the height difference of the step, the height difference of the step is displayed by confirming the step position on the monitor 37 and reading the signal of the photodetector 31 stored in the storage device 36 corresponding to the beam position.
【0044】つぎに、基板12に、分岐部18、21、
23、合波部27、導波路13、14、15、19、2
0、22、24、25、26、28を形成する方法につ
いて説明する。まず、クラッドとなるxカットLiNb
O3基板12上に、300オングストロームのTi膜を
RFスパッタにより形成する。このTi膜をリソグラフ
ィ法により上記分岐部、合波部を備えた導波路の形状に
パターニングする。導波路の伝搬方向は、z伝搬とす
る。パターニングしたTi膜とLiNbO3基板12と
を、1000℃で6時間熱処理して、TiをLiNbO
3基板12中に拡散させて、コア部を形成する。本実施
例では、ダブルモード導波路部14の幅を7μm、その
ほかの導波路の幅は4μmとした。最後に、入射端と出
射端を研磨して完成させる。このとき、ダブルモード導
波路14の長さLは、上述の式(13)を満たす長さと
なるように研磨をする。ただし、上述のように、本実施
例では、電極17に印加する電圧を変化させることによ
り、完全結合長Lcを変化させて、ダブルモード導波路
14の長さLが式(13)を満たすように調節すること
ができる。したがって、研磨時のダブルモード導波路1
4の長さLは、電極17に電圧を印加することにより式
(13)を満たすよう調節可能な範囲であればよい。Next, on the substrate 12, the branch portions 18, 21,
23, multiplexing section 27, waveguides 13, 14, 15, 19, 2
A method of forming 0, 22, 24, 25, 26, 28 will be described. First, x-cut LiNb that becomes the clad
A 300 Å Ti film is formed on the O 3 substrate 12 by RF sputtering. This Ti film is patterned into a shape of a waveguide having the branching portion and the combining portion by a lithography method. The propagation direction of the waveguide is z propagation. The patterned Ti film and the LiNbO 3 substrate 12 are heat-treated at 1000 ° C. for 6 hours to convert Ti to LiNbO 3.
3 Diffuse into the substrate 12 to form a core portion. In this embodiment, the width of the double mode waveguide 14 is 7 μm, and the widths of the other waveguides are 4 μm. Finally, the entrance end and the exit end are polished to complete. At this time, polishing is performed so that the length L of the double mode waveguide 14 satisfies the above-mentioned formula (13). However, as described above, in the present embodiment, by changing the voltage applied to the electrode 17, the complete coupling length Lc is changed so that the length L of the double mode waveguide 14 satisfies the expression (13). Can be adjusted to. Therefore, the double mode waveguide 1 at the time of polishing
The length L of 4 may be in a range that can be adjusted so as to satisfy Expression (13) by applying a voltage to the electrode 17.
【0045】また、シングルモード導波路13の入射端
から合波部27までの長さは、光学系のセッティング時
に、段差のない標準物体において、合波部27における
光の位相差Δφが式(10)を満たすようにする。ただ
し、上述のように、本実施例では、電極16に印加する
電圧を変化させることにより、位相差Δφを変化させ
て、式(10)を満たすように調節することができる。
したがって、研磨時のシングルモード導波路13の長さ
Lは、電極17に電圧を印加することにより式(10)
を満たすよう調節可能な範囲であればよい。Further, the length from the incident end of the single mode waveguide 13 to the combining portion 27 is calculated by the formula ((φ) of the light phase at the combining portion 27 in the standard object having no step when setting the optical system. 10) is satisfied. However, as described above, in this embodiment, the phase difference Δφ can be changed by changing the voltage applied to the electrode 16, and the adjustment can be performed so as to satisfy the expression (10).
Therefore, the length L of the single mode waveguide 13 at the time of polishing can be calculated by applying the voltage to the electrode 17 by the formula (10).
Any range that can be adjusted to satisfy
【0046】上述のように、実施例のコンフォーカルレ
ーザ走査微分干渉顕微鏡は、導波路を用いた新しい原理
に基づいて、複雑な光学素子を用いる必要なく、小型で
簡単な構成で、被検物体の段差の微分干渉像と、段差の
高低差を定量的に測定することが可能である。As described above, the confocal laser scanning differential interference microscope of the embodiment is based on the new principle of using a waveguide, does not need to use complicated optical elements, has a small and simple structure, and can detect an object to be inspected. It is possible to quantitatively measure the differential interference image of the step and the height difference of the step.
【0047】また、本実施例では、電気光学効果を有す
る基板12を用いているので電圧印加により、検出に必
要な条件式(10)および(13)を満たすように調節
することができる。よって、導波路長の誤差や光学系セ
ッティング時の位置ずれを、電圧印加により容易に許容
することができる。したがって、導波路を有する基板1
2の導波路長と光学系セッティング時の位置ずれの許容
範囲を、広くすることができるので、高い歩留まりで安
価に製造することが可能である。Further, in this embodiment, since the substrate 12 having the electro-optical effect is used, it is possible to adjust by applying voltage so as to satisfy the conditional expressions (10) and (13) necessary for detection. Therefore, it is possible to easily allow an error in the waveguide length and a positional shift when setting the optical system by applying a voltage. Therefore, the substrate 1 having the waveguide
Since the allowable range of the waveguide length of 2 and the positional deviation at the time of setting the optical system can be widened, it is possible to manufacture at a high yield and at a low cost.
【0048】上記の各実施例の構成において、チャネル
導波路を形成するための好適な材料の別な例について、
表1に示す。導波路のクラッド基板として、例えば、S
i、ソーダガラス、パイレックス、溶融石英を用いるこ
とができる。これらは、電気光学効果を有さないが、検
出に必要な条件式(10)および(13)を満たすよう
に、導波路の長さや光学系の位置あわせを精密に行なう
ことによって、本実施例に用いることができる。また、
電気光学効果を有する材料(表1中において、*印で示
す)として、LiTaO3,GaAs,InP等も用い
ることができる。これらの電気光学的効果に基づき電極
を形成することによって、ダブルモード導波路14の完
全結合長LCや、合波部27のにおける位相差Δφを変
えることが可能である。GaAs,InPではさらに、
光源1のレーザダイオードLDや光検出素子をモノリシ
ックに一体化することも可能である。基板にSiを用い
る場合には、受光素子を一体化することが可能である。
したがって、上記の実施例ではレーザ光源及び光検出器
は導波路デバイスに対して外付けとなっているが、ガリ
ウム砒素などの化合物半導体基板を用いて、光検出器を
導波路デバイスと同一基板上に構成することができ、装
置の小型・軽量・調整の省力化はさらに進めることがで
きる。ただし、レーザ光源や光検出器を導波路と一体的
に構成することが難しい場合には、これらを分離して配
置し、オプティカルファイバーやレンズ系によって光を
導く構成としても良い。また、ダブルモード導波路は近
接して配置された2本のシングルモード導波路で代用す
ることができる。これらを含め、本発明に用い得るチャ
ネル導波路を形成するための基板と導波層との材料につ
いて、それぞれ表1のように整理することができ、各材
料の特徴に基づいて適宜の材料を用いることが好まし
い。In the configuration of each of the above embodiments, another example of a suitable material for forming the channel waveguide is as follows:
It shows in Table 1. As a clad substrate for the waveguide, for example, S
i, soda glass, Pyrex, and fused quartz can be used. Although these do not have an electro-optical effect, the length of the waveguide and the alignment of the optical system are precisely adjusted so as to satisfy the conditional expressions (10) and (13) necessary for detection, and this embodiment is described below. Can be used for. Also,
LiTaO 3 , GaAs, InP and the like can be used as the material having an electro-optical effect (indicated by * in Table 1). By forming electrodes based on these electro-optical effects, it is possible to change the complete coupling length L C of the double mode waveguide 14 and the phase difference Δφ in the multiplexing section 27. For GaAs and InP,
It is also possible to monolithically integrate the laser diode LD and the light detection element of the light source 1. When Si is used for the substrate, the light receiving element can be integrated.
Therefore, although the laser light source and the photodetector are external to the waveguide device in the above-mentioned embodiment, the photodetector is on the same substrate as the waveguide device by using a compound semiconductor substrate such as gallium arsenide. It is possible to further reduce the size and weight of the device and save labor for adjustment. However, when it is difficult to configure the laser light source and the photodetector integrally with the waveguide, these may be arranged separately and the light may be guided by an optical fiber or a lens system. Further, the double mode waveguide can be replaced by two single mode waveguides arranged close to each other. Including these, the materials of the substrate and the waveguide layer for forming the channel waveguide that can be used in the present invention can be arranged as shown in Table 1, and appropriate materials can be selected based on the characteristics of each material. It is preferable to use.
【0049】[0049]
【表1】 [Table 1]
【0050】ところで、上述した実施例は、対物レンズ
を照明光学系と集光光学系とに共用するもので、所謂落
射照明型の顕微鏡を構成しているが、本発明において
は、被検物体の一方の側に照明光学系を、他方の側に集
光光学系を配置した所謂透過型顕微鏡としても構成し得
ることはいうまでもない。By the way, in the above-mentioned embodiment, the objective lens is shared by the illumination optical system and the condensing optical system, and a so-called epi-illumination type microscope is constructed. It goes without saying that the illumination optical system may be arranged on one side and the condensing optical system may be arranged on the other side to form a so-called transmission microscope.
【0051】また、光検出器からの2つの差動信号を処
理した信号に対して、適当な処理を加えることにより種
々のコントラストをもつ画像が得られることは言うまで
もない。Needless to say, images having various contrasts can be obtained by applying appropriate processing to the signals obtained by processing the two differential signals from the photodetector.
【0052】尚、各実施例においては被検物体と光スポ
ットとを相対的に移動させる手段として、振動鏡や回転
ミラー等のX−Y二次元スキャナーによって光スポット
を被検物体上で走査する構成としたが、逆に光スポット
を固定し、被検物体を載置するステージを走査する構成
とすることも可能である。振動鏡や回転ミラー等によっ
て光学系中の光束を振動させて光スポットを走査する場
合には、光学系の残存収差の影響により被検物体上の光
スポットと導波路の入射端に集光される光スポットとの
共役関係を厳密に維持できない恐れもあり、このような
場合にはステージの走査によることが望ましい。In each of the embodiments, the light spot is scanned on the test object by an XY two-dimensional scanner such as a vibrating mirror or a rotating mirror as a means for moving the test object and the light spot relative to each other. Although the configuration is adopted, conversely, it is possible to fix the light spot and scan the stage on which the object to be inspected is placed. When a light beam in the optical system is oscillated by a vibrating mirror or rotating mirror to scan the light spot, the light spot on the object to be inspected and the incident end of the waveguide are condensed due to the influence of residual aberration of the optical system. There is a possibility that the conjugate relationship with the optical spot to be scanned cannot be strictly maintained. In such a case, it is desirable to scan the stage.
【0053】尚、上記実施例においては、ダブルモード
導波路14に電圧を印加するための電極17を導波路1
4に対して対称な2電極配置とし、シングルモード導波
路13に電圧を印加するための電極16を導波路13に
対して対称な2電極配置としたが、用いられる基板の状
態(結晶基板であれば結晶軸の方向など)により、3電
極配置を使用することもできる。In the above embodiment, the electrode 17 for applying a voltage to the double mode waveguide 14 is provided in the waveguide 1.
The electrode 16 for applying a voltage to the single-mode waveguide 13 is arranged symmetrically with respect to the waveguide 4, and the electrode 16 for applying a voltage to the single mode waveguide 13 is arranged symmetrically with respect to the waveguide 13. It is also possible to use a three-electrode arrangement, depending on the crystallographic axis direction, etc.
【0054】また、本実施例においては、微分情報を得
るための導波路14、25、28と、段差の高低差の定
量的な情報を得るための導波路13、15、22、2
0、27とを、同一基板上に配置しているが、この形状
に限定されるものではなく、別々の基板上に配置するこ
とももちろん可能である。Further, in this embodiment, the waveguides 14, 25, 28 for obtaining differential information and the waveguides 13, 15, 22, 2, 2 for obtaining quantitative information on the height difference of the step.
Although 0 and 27 are arranged on the same substrate, they are not limited to this shape and can be arranged on different substrates as a matter of course.
【0055】尚本実施例においては、シングルモード導
波路13、15を2つに分岐し、シングルモード導波路
19、24の出力をアライメントに用いる構成とした
が、アライメント用のシングルモード導波路19、24
の出力が必要ない場合には、シングルモード導波路1
3、15を2つに分岐する必要はない。In the present embodiment, the single mode waveguides 13 and 15 are branched into two and the outputs of the single mode waveguides 19 and 24 are used for alignment. However, the single mode waveguide 19 for alignment is used. , 24
If the output of is not required, single mode waveguide 1
It is not necessary to branch 3, 15 into two.
【0056】[0056]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、特別な対
物レンズもノマルスキープリズムや波長板等の格別の光
学素子も必要なく、導波路を用いた新しい原理に基づい
た小型で簡単な構成でありながら、被検物体の段差の微
分情報と、段差の高低差の定量測定とを同時に行なうこ
とができるコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡を
提供することができる。As described above, according to the present invention, a special objective lens and a special optical element such as a Nomarski prism or a wave plate are not necessary, and a compact and simple structure based on a new principle using a waveguide is provided. However, it is possible to provide a confocal laser scanning differential interference microscope capable of simultaneously performing differential information on the step of the object to be inspected and quantitatively measuring the height difference of the step.
【図1】 本発明の一実施例のコンフォーカルレーザ走
査微分干渉顕微鏡の構成を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a confocal laser scanning differential interference microscope according to an embodiment of the present invention.
【図2】 従来のコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕
微鏡の構成を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional confocal laser scanning differential interference microscope.
1…レーザ光源、5…X−Yスキャニング装置、14…
ダブルモード導波路、13,15,19,20,22,
24,26…シングルモード導波路、25,28…導波
路、29,30,31,32,33…光検出器、16,
17…電極、34…差動回路、36…制御装置、37…
モニタ。1 ... Laser light source, 5 ... XY scanning device, 14 ...
Double mode waveguide, 13, 15, 19, 20, 22,
24, 26 ... Single mode waveguide, 25, 28 ... Waveguide, 29, 30, 31, 32, 33 ... Photodetector, 16,
17 ... Electrode, 34 ... Differential circuit, 36 ... Control device, 37 ...
monitor.
Claims (6)
光学系と、前記光スポットを前記被検物体に対して相対
的に移動させる走査手段と、前記光スポットについての
前記被検物体からの反射光を検出する検出光学系とを有
するコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡であっ
て、 前記照明光学系は、前記被検物体上に、順に配列された
第1、第2、第3の3つの光スポットを照射し、 前記検出光学系は、前記3つの光スポットのうち第2の
光スポットの反射光から、前記被検物体の第2の光スポ
ットが照射された領域の微分情報を得る第1の検出光学
系と、前記3つの光スポットのうち第1、第3の光スポ
ットの反射光から、前記被検物体の前記第1、第3の光
スポットが照射された領域間の高低差を得る第2の検出
光学系とを有し、 前記第1の検出光学系は、前記第2の光スポットの反射
光の光路上に入射端を有するダブルモード導波路部と、
前記ダブルモード導波路部を伝搬した光を2つに分岐す
るための分岐部と、前記分岐部で分岐された2つの光を
それぞれ導波して出射する2本の導波路部とを備えた第
1の導波路光学系と、第1の導波路光学系の2本の導波
路部の出射端にそれぞれ配置されて、出射光の強度を検
出する第1および第2の検出手段と、前記第1の検出手
段の検出信号と第2の検出手段の検出信号との差を求め
る差分演算手段とを有し、 前記第2の検出光学系は、前記第1、第3の2つの光ス
ポットの反射光の光路上にそれぞれ入射端を有する2本
のシングルモードの導波路部と、前記2本のシングルモ
ード導波路部を伝搬した光を合波するための合波部と、
前記合波部の合波した光を導波して出射する1本のシン
グルモード導波路部とを備えた第2の導波路光学系と、
前記第2の導波路光学系の1本のシングルモード導波路
部の出射端に配置されて、出射光の強度を検出する第3
の検出手段とを有することを特徴とするコンフォーカル
レーザ走査微分干渉顕微鏡。1. An illumination optical system for irradiating a light spot on a test object, scanning means for moving the light spot relative to the test object, and the test object for the light spot. A confocal laser scanning differential interference microscope having a detection optical system for detecting reflected light from the illumination optical system, wherein the illumination optical system is arranged on the object to be inspected first, second, and third. The detection optical system irradiates three light spots, and the detection optical system obtains differential information of a region irradiated with the second light spot of the object to be inspected from the reflected light of the second light spot among the three light spots. From the first detection optical system to obtain and the reflected light of the first and third light spots of the three light spots, between the regions irradiated with the first and third light spots of the test object. And a second detection optical system for obtaining a height difference, First detection optical system includes a double-mode waveguide section having an entrance end on the optical path of the reflected light of the second light spot,
A branching part for branching the light propagating through the double mode waveguide part into two parts, and two waveguide parts for respectively guiding and emitting the two lights branched by the branching part are provided. A first waveguide optical system, and first and second detecting means respectively arranged at the emission ends of the two waveguide portions of the first waveguide optical system to detect the intensity of emitted light, A difference calculating means for obtaining a difference between the detection signal of the first detecting means and the detection signal of the second detecting means, wherein the second detecting optical system has two light spots of the first and third light spots. Two single mode waveguide sections each having an incident end on the optical path of the reflected light, and a combining section for combining the lights propagating through the two single mode waveguide sections,
A second waveguide optical system including one single-mode waveguide portion that guides and emits the combined light of the combining portion;
A third waveguide arranged at the emission end of one single-mode waveguide portion of the second waveguide optical system to detect the intensity of emitted light;
And a confocal laser scanning differential interference microscope.
の前記ダブルモード導波路部の長さLは、前記ダブルモ
ード導波路部を導波する偶・奇モードの完全結合長Lc
を用いて、 L=Lc(2m+1)/2 (m=0,1,2,・
・・) で表される長さを有することを特徴とするコンフォーカ
ルレーザ走査微分干渉顕微鏡。2. The length L of the double mode waveguide portion of the first detection optical system according to claim 1, wherein a complete coupling length Lc of even / odd modes guided through the double mode waveguide portion is Lc.
L = Lc (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2, ...
..) A confocal laser scanning differential interference microscope having a length represented by:
ポットが、高低差のない平面を有する被検物体に照射さ
れた場合、前記第1、第3の2つの光スポットの一方の
光スポットについての、前記被検物体から前記第2の検
出光学系の合波部までの光路長と、他方の光スポットの
についての、前記被検物体から前記第2の検出光学系の
合波部までの光路長との差△Lは、前記照明光学系の照
射する光の波長λを用いて、 △L=mλ (m=0,1,2,・・・) で表されることを特徴とするコンフォーカルレーザ走査
微分干渉顕微鏡。3. The one of the first and third light spots as claimed in claim 1, when the first and third light spots illuminate an object to be inspected having a flat surface having no height difference. The optical path length from the object to be detected to the combining portion of the second detection optical system for the light spot of the above, and the combination of the second detection optical system from the object to be detected for the other light spot. The difference ΔL with the optical path length to the wave portion is represented by ΔL = mλ (m = 0, 1, 2, ...) Using the wavelength λ of the light emitted by the illumination optical system. A confocal laser scanning differential interference contrast microscope.
の前記ダブルモード導波路部は、電気光学効果を有する
材料で構成され、前記ダブルモード導波路部の完全結合
長Lcを変化させるために、前記ダブルモード導波路に
電圧を印加するための電極を有することを特徴とするコ
ンフォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡。4. The double mode waveguide portion of the first detection optical system according to claim 2, wherein the double mode waveguide portion is made of a material having an electro-optical effect, and the complete coupling length Lc of the double mode waveguide portion is changed. Therefore, a confocal laser scanning differential interference microscope having an electrode for applying a voltage to the double mode waveguide.
の前記2本のシングルモード導波路部の少なくとも一方
のシングルモード導波路は、電気光学効果を有する材料
で構成され、前記電気光学効果を有する材料で構成され
たシングルモード導波路部の光の位相を変化させるため
に、前記電気光学効果を有する材料で構成されたシング
ルモード導波路部に電圧を印加するための電極を有する
ことを特徴とするコンフォーカルレーザ走査微分干渉顕
微鏡。5. The electro-optical device according to claim 3, wherein at least one of the two single-mode waveguide portions of the second detection optical system is made of a material having an electro-optical effect. In order to change the phase of light in the single mode waveguide part made of a material having an effect, an electrode for applying a voltage to the single mode waveguide part made of the material having an electro-optical effect is provided. A confocal laser scanning differential interference contrast microscope.
系と第2の導波路光学系とは、同一の基板上に形成され
た、チャネル型の導波路であることを特徴とするコンフ
ォーカルレーザ走査微分干渉顕微鏡。6. The optical waveguide system according to claim 1, wherein the first optical waveguide system and the second optical waveguide system are channel type waveguides formed on the same substrate. Confocal laser scanning differential interference microscope.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4244634A JPH0694998A (en) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | Confocal laser scanning differential interference microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4244634A JPH0694998A (en) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | Confocal laser scanning differential interference microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0694998A true JPH0694998A (en) | 1994-04-08 |
Family
ID=17121676
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4244634A Pending JPH0694998A (en) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | Confocal laser scanning differential interference microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0694998A (en) |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP4244634A patent/JPH0694998A/en active Pending
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