(57)【要約】【課題】球面収差の発生を低減した共焦点光学装置及び球面収差補正方法を提供する。【解決手段】対物レンズ５と試料台との間隔を変えるように試料台７を移動させる駆動機構８と、光源１と対物レンズ５との間に配置された球面収差補正素子４と、光検出器による検出結果に基づいて、対物レンズ５の焦点位置が試料の表面に合うときの試料台の位置を検出する基準位置検出部１５と、光検出器１２による検出結果に基づいて、対物レンズ５の焦点位置が試料内における測定対象に合うまでの試料台７の移動量を演算し、測定対象の試料内深さを導出する移動量導出部１６と、測定対象の試料内深さに応じて、球面収差補正素子４を制御する補正制御部１７とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を対物レンズによって試料台上の試料内部に集光させるとともに、前記試料からの反射光を検出レンズによって集光してピンホールを通過させて、光検出器で検出する共焦点光学装置であって、
前記対物レンズと前記試料台との間隔を変えるように前記対物レンズ及び前記試料台の一方を移動させる駆動機構と、
前記光源と前記対物レンズとの間に配置された球面収差補正部と、
前記光検出器による検出結果に基づいて、前記対物レンズの焦点位置が前記試料の表面に合うときの前記対物レンズ又は前記試料台の位置を検出する基準位置検出部と、
前記光検出器による検出結果に基づいて、前記対物レンズの焦点位置が前記試料内における測定対象に合うまでの前記対物レンズ又は前記試料台の移動量を演算し、前記測定対象の試料内深さを導出する移動量導出部と、
前記測定対象の試料内深さに応じて、前記球面収差補正部を制御する補正制御部とを備えている共焦点光学装置。
【請求項２】
前記補正制御部は、前記測定対象の試料内深さと試料の屈折率とに基づいて前記球面収差補正部を制御する請求項１に記載の共焦点光学装置。
【請求項３】
前記補正制御部は、前記球面収差補正部を制御するとともに、前記対物レンズ又は前記試料台の移動量の制御を行う請求項１に記載の共焦点光学装置。
【請求項４】
前記球面収差補正部は、凹レンズと凸レンズとを有し、
前記補正制御部は、前記試料内深さと試料の屈折率とに基づいて、前記凹レンズ又は前記凸レンズの移動制御を行う請求項１に記載の共焦点光学装置。
【請求項５】
前記補正制御部は、前記凹レンズ又は前記凸レンズの移動制御をするとともに、前記対物レンズ又は前記試料台の移動量の制御を行うものであり、前記凹レンズと前記凸レンズの間隔に対応して、前記対物レンズ及び前記試料台間の間隔を球面収差が最小になる間隔に調整するように構成されている請求項４に記載の共焦点光学装置。
【請求項６】
前記ピンホールの直径は、前記光源から出射される光の波長と、前記検出レンズの開口数とによって定められるエアリーディスク径の３倍以下に設定されている請求項１に記載の共焦点光学装置。
【請求項７】
前記ピンホールの直径は、前記エアリーディスク径の１倍以下に設定されている請求項６に記載の共焦点光学装置。
【請求項８】
前記対物レンズの開口数は、０．８以上に設定されている請求項１に記載の共焦点光学装置。
【請求項９】
前記対物レンズは、試料の所定深さのところで球面収差が最小になる設定とされている請求項１に記載の共焦点光学装置。
【請求項１０】
種々の試料に対し、その試料に設けられた透明層の屈折率についてのデータが記憶された記憶部と、
測定する試料を選定するための選定部とを備えている請求項１に記載の共焦点光学装置。
【請求項１１】
請求項１から１０の何れか１項に記載の共焦点光学装置と、
前記試料台の移動量の差分から膜厚を導出する膜厚導出部とを備えている膜厚測定装置。
【請求項１２】
前記試料として、多層光ディスクが用いられる請求項１１に記載の膜厚測定装置。
【請求項１３】
前記試料台は、対物レンズの光軸方向に移動可能に構成されるとともに、この光軸と垂直な面内を移動可能に構成され、多層光ディスクの中心回りに回転するターンテーブルを備えている請求項１２に記載の膜厚測定装置。
【請求項１４】
請求項１から１０の何れか１項に記載の共焦点光学装置を備え、
前記試料台は、前記対物レンズの光軸方向に対して直交する平面内で直交する二軸方向に移動可能に構成され、
前記二軸方向の移動量と、前記光軸方向の移動量とから試料の形状を導出する形状導出部が設けられている形状測定装置。
【請求項１５】
光源から出射された光を対物レンズによって試料台上の試料内部に集光させるときに生ずる球面収差を補正する方法であって、
前記試料からの反射光を検出レンズによって集光してピンホールを通過させて、光検出器で検出し、
前記対物レンズと前記試料台との間隔を変えるように前記対物レンズ及び前記試料台の一方を移動させ、前記対物レンズの焦点位置が前記試料の表面に合うときの前記対物レンズ又は前記試料台の位置を、前記光検出器による検出結果に基づいて検出し、
さらに前記対物レンズ又は前記試料台を移動させて、前記対物レンズの焦点位置が前記試料内における測定対象に合うときの前記対物レンズ又は前記試料台の位置を、前記光検出器による検出結果に基づいて検出し、
前記焦点位置が試料表面に合ったときの位置と、前記測定対象にあったときの位置とにより、前記測定対象の試料内深さを導出し、
前記測定対象の試料内深さに応じて、球面収差を補正する球面収差補正方法。
【請求項１６】
前記測定対象の試料内深さと試料の屈折率とに基づいて球面収差を補正する請求項１５に記載の球面収差補正方法。
【請求項１７】
前記対物レンズへの入射光を発散光にすることによって球面収差を補正する請求項１５に記載の球面収差補正方法。
【請求項１８】
前記対物レンズへの入射光を発散光にするとともに、前記対物レンズと前記試料台との間隔を変えることによって球面収差を補正する請求項１７に記載の球面収差補正方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の球面収差方法により球面収差を補正するとともに、前記測定対象の試料内深さから膜厚を測定する膜厚測定方法。
【請求項２０】
前記試料台を前記対物レンズの光軸方向に移動させるとともに、これに直交する方向にも移動させ、
請求項１５に記載の球面収差方法により球面収差を補正するとともに、前記測定対象の試料内深さを幅方向に測定することによって前記測定対象の形状を測定する形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点光学装置、球面収差補正方法、膜厚測定装置、膜厚測定方法、形状測定装置及び形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
共焦点光学装置は、光軸方向に高精度の分解能を有することから、透明なものの３次元計測やレーザ顕微鏡等に用いられている。例えば、光ディスクにおけるカバーガラス層の厚み計測や、２層の光ディスクにおけるカバーガラス層及び中間層の厚み計測に用いられる。
【０００３】
従来の共焦点光学装置について図９を用いて説明する。図９は特許文献１に示されている従来の共焦点光学装置の構成を示す図である。図９に示すように、レーザ光源４１から出射された光は、光分岐素子４２を通過して第１のレンズ群４３によって集光され、ピンホール４４を通過する。このピンホール４４は、第１のレンズ群４３の焦点に設けられるものである。そして、このピンホール４４を通過した光は、ビームエキスパンダー４５に入射する。
【０００４】
ビームエキスパンダー４５は、第２のレンズ群４５ａと、駆動手段４５ｄ、４５ｅ、４５ｆと、モータ４５ｇとを備えている。第２のレンズ群４５ａには、凹レンズ４５ｂと凸レンズ４５ｃとが含まれている。そして、ビームエキスパンダー４５は、第２のレンズ群４５ａを構成する各レンズの位置を駆動手段４５ｄ、４５ｅ、４５ｆとモータ４５ｇによって変えることにより、ビームエキスパンダー４５から出射する光を発散または収束させるようになっている。ビームエキスパンダー４５を通過した光は、ミラー４６によって反射され、走査光学系４７を通って対物レンズ４８に入射する。この対物レンズ４８に入射した光は、試料台５０に固定された試料４９の内部に集光される。なお、走査光学系４７は、ビームを光軸に垂直な面内で走査するものである。
【０００５】
試料４９内部からの反射光は、光学系を上記の説明と逆に伝播しピンホール４４を通過する。このとき、共焦点光学系による周知の作用により対物レンズ４８の焦点近傍からの反射光のみがピンホール４４を通過する。ピンホール４４を通過した光は光分岐素子４２によって分岐されて光電検出素子５１によって検出される。光電検出素子５１は、受光量に応じて電気信号を出力する。
【０００６】
前記ビームエキスパンダー４５の各レンズ位置を変えることにより、対物レンズ４８への入射光を発散光もしくは収束光にすることができ、それにより対物レンズ４８の集光点を試料４９内部で光軸方向に走査することができる。即ち、第２のレンズ群４５ａをピンホール４４側へ移動させることにより対物レンズ４８への入射光を発散光にすると、集光点は対物レンズ４８から遠い側へ移動する。一方、第２のレンズ群４５ａを対物レンズ側へ移動させることにより対物レンズ４８への入射光を収束光にすると、集光点は対物レンズ４８に近い側に移動する。これにより、試料４９内部の深い部分から浅い部分まで観察できるようになっている。この場合において、対物レンズ４８に入射する光を発散光又は収束光にすると、球面収差が発生するが、この球面収差を第２のレンズ群４５ａを構成する凹レンズ４５ｂと凸レンズ４５ｃの間隔を変えることで相殺するようにしている。
【特許文献１】特開平５−１３４１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１の共焦点光学装置においては、球面収差を補正する精度を更に向上できる余地が残されている。すなわち、前記共焦点光学装置では、対物レンズ４８への入射光を発散光又は収束光にすることにより、入射光の集光点の位置が試料４９内部の深さ方向に変わることになる。このため、光が試料４９内を透過するときに発生する球面収差が、集光点の試料４９内深さに応じて変化することになるが、前記共焦点光学装置ではその試料４９内深さの影響を受ける球面収差についてまで考慮するものではないため、所望の深さに焦点を合わせようとしたときに、この試料４９内深さの影響を受ける球面収差を低減することはできない。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、球面収差の発生を低減した共焦点光学装置及び球面収差補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明は、光源から出射された光を対物レンズによって試料台上の試料内部に集光させるとともに、前記試料からの反射光を検出レンズによって集光してピンホールを通過させて、光検出器で検出する共焦点光学装置を前提として、前記対物レンズと前記試料台との間隔を変えるように前記対物レンズ及び前記試料台の一方を移動させる駆動機構と、前記光源と前記対物レンズとの間に配置された球面収差補正部と、前記光検出器による検出結果に基づいて、前記対物レンズの焦点位置が前記試料の表面に合うときの前記対物レンズ又は前記試料台の位置を検出する基準位置検出部と、前記光検出器による検出結果に基づいて、前記対物レンズの焦点位置が前記試料内における測定対象に合うまでの前記対物レンズ又は前記試料台の移動量を演算し、前記測定対象の試料内深さを導出する移動量導出部と、前記測定対象の試料内深さに応じて、前記球面収差補正部を制御する補正制御部とを備えている。
【００１０】
本発明では、測定対象の試料内深さに応じて球面収差を補正するようにしているので、光が試料内部に進入した場合に発生する球面収差についても補正することができる。
【００１１】
ここで、前記補正制御部は、前記測定対象の試料内深さと試料の屈折率とに基づいて前記球面収差補正部を制御するようにしてもよい。そうすれば、試料の屈折率も加味して球面収差の補正を行うので、補正精度をさらに向上することができる。また、試料の種類が決まっていて、その屈折率も一定である場合には、測定対象の試料内深さに応じて球面収差補正をする構成でも、球面収差補正が可能であるが、試料の種類が定まらない場合においては、測定する試料に応じた屈折率を加味することにより、試料の種類に応じてより精度よく球面収差補正をすることができるようになる。
【００１２】
前記補正制御部は、前記球面収差補正部を制御するとともに、前記対物レンズ又は前記試料台の移動量の制御を行う構成としてもよい。そうすれば、球面収差補正部での球面収差補正だけでなく、対物レンズと試料台との間隔を調整することによっても球面収差補正をすることができるので、よりきめ細かく収差補正をすることができる。
【００１３】
前記球面収差補正部が凹レンズと凸レンズとを有する場合には、前記補正制御部は、前記試料内深さと試料の屈折率とに基づいて、前記凹レンズ又は前記凸レンズの移動制御を行うようにすることができる。そうすれば、凹レンズの移動制御によって球面収差の補正を行うので、簡単な構成で確実に補正を行うことができる。
【００１４】
前記補正制御部は、前記凹レンズ又は前記凸レンズの移動制御をするとともに、前記対物レンズ又は前記試料台の移動量の制御を行うものであり、前記凹レンズと前記凸レンズの間隔に対応して、前記対物レンズ及び前記試料台間の間隔を球面収差が最小になる間隔に調整するように構成されていてもよい。この場合、対物レンズと試料台との間隔を調整するようにしているので、簡単な構成できめ細かな収差補正の調整を行うことができる。
【００１５】
前記ピンホールの直径は、前記光源から出射される光の波長と、前記検出レンズの開口数とによって定められるエアリーディスク径の３倍以下に設定されているのが好ましい。そうすれば、光軸方向における必要な分解能を確保しつつ、検出レンズやピンホールの位置調整を容易化することができる。
【００１６】
前記ピンホールの直径は、前記エアリーディスク径の１倍以下に設定されているのがより好ましい。そうすれば、分解能をより高くすることができる。
【００１７】
前記対物レンズの開口数は、０．８以上に設定されているのが好ましい。そうすれば、必要な光量を確保しつつ、必要な分解能を得ることができる。
【００１８】
前記対物レンズは、試料の所定深さのところで球面収差が最小になる設定とされていてもよい。この場合、対物レンズの焦点が試料の表面に一致したときに改めて球面収差補正をする必要がなくなるので、測定時間を短縮することができる。
【００１９】
種々の試料に対し、その試料に設けられた透明層の屈折率についてのデータが記憶された記憶部と、測定する試料を選定するための選定部とを備えていてもよい。そうすれば、種々の試料に対して球面収差補正を行うことができる。
【００２０】
本発明は、前記共焦点光学装置と、前記試料台の移動量の差分から膜厚を導出する膜厚導出部とを備えている膜厚測定装置としてもよい。そうすれば、球面収差を高精度に行いつつ、試料内部の測定対象の膜厚を測定することができる。
【００２１】
前記試料として、多層光ディスクが用いられてもよい。
【００２２】
前記試料台は、対物レンズの光軸方向に移動可能に構成されるとともに、この光軸と垂直な面内を移動可能に構成され、多層光ディスクの中心回りに回転するターンテーブルを備えていてもよい。そうすれば、多層光ディスクの半径方向及び周方向の膜厚分布を測定することができる。
【００２３】
本発明は、前記共焦点光学装置を備え、前記試料台は、前記対物レンズの光軸方向に対して直交する平面内で直交する二軸方向に移動可能に構成され、前記二軸方向の移動量と、前記光軸方向の移動量とから試料の形状を導出する形状導出部が設けられている形状測定装置としてもよい。この場合、試料内部における測定対象の３次元的な形状を測定することができる。
【００２４】
また、本発明は、光源から出射された光を対物レンズによって試料台上の試料内部に集光させるときに生ずる球面収差を補正する方法を前提として、前記試料からの反射光を検出レンズによって集光してピンホールを通過させて、光検出器で検出し、前記対物レンズと前記試料台との間隔を変えるように前記対物レンズ及び前記試料台の一方を移動させ、前記対物レンズの焦点位置が前記試料の表面に合うときの前記対物レンズ又は前記試料台の位置を、前記光検出器による検出結果に基づいて検出し、さらに前記対物レンズ又は前記試料台を移動させて、前記対物レンズの焦点位置が前記試料内における測定対象に合うときの前記対物レンズ又は前記試料台の位置を、前記光検出器による検出結果に基づいて検出し、前記焦点位置が試料表面に合ったときの位置と、前記測定対象にあったときの位置とにより、前記測定対象の試料内深さを導出し、前記測定対象の試料内深さに応じて、球面収差を補正する。したがって、光が試料内部に進入した場合に発生する球面収差についても補正することができる。
【００２５】
この球面収差補正方法において、前記測定対象の試料内深さと試料の屈折率とに基づいて球面収差を補正するようにしてもよい。そうすれば、試料の屈折率も加味して球面収差の補正を行うので、補正精度をさらに向上することができる。また、試料の種類が決まっていて、その屈折率も一定である場合には、測定対象の試料内深さに応じて球面収差補正をする構成でも、球面収差補正が可能であるが、試料の種類が定まらない場合においては、測定する試料に応じた屈折率を加味することにより、試料の種類に応じてより精度よく球面収差補正をすることができるようになる。
【００２６】
また、前記対物レンズへの入射光を発散光にすることによって球面収差を補正するようにしてもよい。そうすれば、球面収差を簡単に補正することができる。
【００２７】
前記対物レンズへの入射光を発散光にするとともに、前記対物レンズと前記試料台との間隔を変えることによって球面収差を補正するようにしてもよい。そうすれば、対物レンズへの入射光による球面収差補正だけでなく、対物レンズと試料台との間隔を調整することによっても球面収差補正をすることができるので、よりきめ細かく収差補正をすることができる。
【００２８】
本発明は、前記球面収差方法により球面収差を補正するとともに、前記測定対象の試料内深さから膜厚を測定する膜厚測定方法としてもよい。そうすれば、球面収差補正を行いつつ、試料内部の測定対象の膜厚を測定することができる。
【００２９】
また、本発明は、前記試料台を前記対物レンズの光軸方向に移動させるとともに、これに直交する方向にも移動させ、前記球面収差方法により球面収差を補正するとともに、前記測定対象の試料内深さを幅方向に測定することによって前記測定対象の形状を測定する形状測定方法としてもよい。そうすれば、球面収差補正を行いつつ測定対象の形状を測定することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、測定対象の試料内深さに応じて球面収差を補正するようにしているので、光が試料内部に進入した場合に発生する球面収差についても補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る共焦点光学装置が適用された膜厚測定装置の一実施形態を示している。図１に示すように、膜厚測定装置２５は、共焦点光学装置２７と、膜厚導出部１９とを備えている。共焦点光学装置２７は、レーザ光源１と、コリメートレンズ２と、光分岐素子３と、球面収差補正部の一例としての球面収差補正素子４と、対物レンズ５と、試料台７と、駆動機構８と、検出レンズ１０と、ピンホール１１と、光検出器１２とを備えている。
【００３３】
前記レーザ光源１は、レーザ光を出射する半導体レーザによって構成されている。レーザ光は、波長６５０ｎｍ又は４０５ｎｍである。短波長のレーザ光を用いるほど、測定精度を上げることができる。
【００３４】
前記コリメートレンズ２は、レーザ光源１から出射された発散光を平行光に変える。光分岐素子３は、コリメートレンズ２を透過したレーザ光を反射する一方、試料からの戻り光を透過させる。
【００３５】
前記球面収差補正素子４は、光分岐素子３と対物レンズ５との間に設けられている。この球面収差補正素子４は、本実施例ではビームエキスパンダーである。すなわち、球面収差補正素子４は、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂと駆動部４ｃと備え、凹レンズ４ａが駆動部４ｃによって光軸方向に移動するように構成されている。一方、凸レンズ４ｂは、その位置が変わらないように固定されている。球面収差補正素子４は、凸レンズ４ｂが凹レンズ４ａに対して対物レンズ５側に位置するように配置されており、測定を開始する前の初期設定時において凸レンズ４ｂから出射されて対物レンズ５へ向かうレーザ光が平行光になる設定となっている。そして、凹レンズ４ａが凸レンズ４ｂ側に移動すると凸レンズ４ｂからの出射光が発散光になり、凹レンズ４ａが凸レンズ４ｂと反対側に移動すると凸レンズ４ｂからの出射光が収束光になるようになっている。
【００３６】
前記対物レンズ５は、本実施例においては入射した平行光を空気中で結像させたときの球面収差が最も小さくなるように設計されている。前記試料台７には試料が載置される。この試料は、例えば複数の層を有する多層光ディスク６である。この多層光ディスク６中には複数の記録層６１、６２、６３が含まれている。そして、記録層間の層が透明層となっていおり、最外層は、例えばポリカーボネートからなるカバーガラス層となっている。２０層乃至３０層の多層光ディスク６の球面収差を考慮すると、記録層６１，６２，６３の層間隔は、５μｍ以下、好ましくは２μｍ以上である。層間隔が２μｍ未満になると、ディスク製造上の膜厚公差を殆どとれなくなるために、製造が困難になる。対物レンズ５の開口数を０．８以上に設定すると、シミュレーション結果から光軸方向の分解能を０．７μｍ以下にできるので、試料として多層光ディスク６が用いられる場合には、対物レンズ５の開口数は０．８以上であるのが好ましい。
【００３７】
前記試料台７は、駆動機構８によって対物レンズ５の光軸方向に移動可能に構成されている。試料台７は、対物レンズ５の焦点よりも対物レンズ５から下方に離れたところから、焦点よりも対物レンズ５に近づいたところまでの範囲を移動可能となっている。駆動機構８は、例えば図略のモータを駆動制御することにより試料台７の移動量を制御可能に構成されている。
【００３８】
試料台７の移動量は、変位測定手段としての変位計９によって測定されるようになっている。変位計９は、接触式の変位計やレーザ光を用いた非接触式変位計などによって構成されており、所定の位置に固定されている。
【００３９】
前記ピンホール１１は、光分岐素子３を挟んで対物レンズ５とは反対側に配置されている。このピンホール１１は対物レンズ５の光軸上に配置されている。前記検出レンズ１０は、光分岐素子３とピンホール１１との間に配置されている。検出レンズ１０は、光分岐素子３から分岐された光を集光する。そして、ピンホール１１は、検出レンズ１０の焦点位置に設けられている。すなわち、ピンホール１１は、対物レンズ５の焦点に対して共役位置になる。光検出器１２は、ピンホール１１を通過した光を検出し、受光量（又は受光強度）に応じて電気信号を出力する。
【００４０】
共焦点光学装置２７における光軸方向の分解能は、対物レンズ５の開口数と、共焦点光学装置２７の倍率と、ピンホール１１の直径とに依存する。例えば、レーザ光源１から出射されるレーザ光の波長を０．６５μｍ、対物レンズ５の開口数を０．８とすると、１．２２×（波長）／（開口数）で与えられる対物レンズ５のエアリーディスク径は、およそ１μｍとなる。そして、共焦点光学装置２７の倍率を５０倍とすると、ピンホール１１上でのエアリーディスク径は５０μｍとなる。このとき、ピンホール１１の直径をエアリーディスク径の約３倍、即ち１５０μｍにすると、光軸方向の分解能は２μｍとなる。ピンホール１１の直径をエアリーディスク径の約３倍に設定すれば、ピンホール１１と検出レンズ１０との位置調整を容易にでき、また温度変化や振動等によるピンホール１１の動きを許容できる範囲を広く取ることができる。一方、周囲温度が一定範囲内に管理され、振動も除去されるような環境下に置かれるような場合には、ピンホール１１の直径をエアリーディスク径の１倍、即ち５０μｍに設定することによって光軸方向の分解能を０．７μｍにすることができるので、２μｍの層間隔でも十分に分解して測定することができるようになる。
【００４１】
共焦点光学装置２７には、対物レンズ５によって集光されるレーザ光の球面収差補正の制御を行う収差補正コントローラ１３が設けられている。この収差補正コントローラ１３には、光検出器１２から出力された信号と、変位計９から出力された信号とが入力される。
【００４２】
収差補正コントローラ１３には、その機能として駆動制御部１４と、基準位置検出部１５と、移動量導出部１６と、補正制御部１７とが含まれている。駆動制御部１４は、駆動機構８を制御することによって対物レンズ５の光軸方向における試料台７の移動量を制御する。
【００４３】
前記基準位置検出部１５は、光検出器１２の出力と変位計９の出力とに基づいて、対物レンズ５の焦点位置が試料の表面（上面）に合うときの試料台７の位置（基準位置）を検出する。すなわち、対物レンズ５によって集光されるレーザ光の焦点が多層光ディスク６の表面にあったときの、この表面からの反射光は、ピンホール１１で焦点を結ぶ。このため、レーザ光の焦点が多層光ディスク６の表面に一致したときには、ピンホール１１を通過して光検出器１２に検出される受光量（又は受光強度）にピークが出現する。したがって、このときの試料台７の位置を検出すれば、試料台７の基準位置を検出することができる。
【００４４】
前記移動量導出部１６は、光検出器１２の出力と変位計９の出力とに基づいて、対物レンズ５の焦点位置が試料内における測定対象に合うまでの試料台７の移動量を演算し、測定対象の試料内深さを導出する。以下、具体的にする。試料としての多層光ディスク６には、複数の記録層６１，６２，６３が設けられており、記録層間の層が透明層となっている。したがって、対物レンズ５によって集光されたレーザ光は、記録層６１，６２，６３で反射されることになるが、この集光されたレーザ光の焦点が記録層６１，６２，６３にちょうど一致したときに、ピンホール１１を通過して光検出器１２で受光される反射光の受光量にピークが出現する。したがって、このときの試料台７の位置を読み取れば、レーザ光の焦点が記録層６１，６２，６３に合ったときの試料台７の位置を検出できる。そして、この位置と前記基準位置との差分をとることにより、基準位置から記録層に焦点が合うまでの試料台７の移動量を導出することができる。これにより、記録層６１，６２，６３の試料内深さを導出することができる。試料として多層光ディスク６が用いられる場合には、記録層６１，６２，６３が測定対象ということになる。
【００４５】
前記補正制御部１７は、試料内深さと試料の屈折率とに基づいて、前記凹レンズ４ａの移動制御を行う。以下が、具体的に説明する。空気中においては対物レンズ５によって集光されるレーザ光の球面収差が最小になるように対物レンズ５が設計されている。このため、この対物レンズ５で集光されたレーザ光が多層光ディスク６の透明層を透過すると、球面収差が発生する。この球面収差の大きさは、レーザ光が透過する透明層の厚み（言い換えると測定対象の試料内深さ）と、透明層の屈折率とに応じた大きさである。したがって、球面収差の補正を、前記移動量導出部１６によって導出された試料内深さと、多層光ディスク６のカバーガラス層等の透明層における屈折率とに基づいて行っている。
【００４６】
ここで、多層光ディスク６内に進入したレーザ光の球面収差を補正するには、試料台７の基準位置が検出された後に、凹レンズ４ａを対物レンズ５の光軸方向に移動させることにより行う。凹レンズ４ａの移動量は、試料台７の移動量に対して所定の比率となっている。この所定比率は、多層光ディスク６の透明層における屈折率に基づいて設定されるものである。試料を構成する各層の屈折率は、既知であるので、その屈折率を用いることができる。例えば、ポリカーボネートからなるカバーガラス層の屈折率は、波長６５２ｎｍに対して１．５７９である。
【００４７】
前記膜厚導出部１９は、収差補正コントローラ１３に接続されている。膜厚導出部１９は、前記移動量導出部１６によって導出された各記録層６１，６２，６３の試料内深さの差分を取ることにより、カバーガラス層の厚み（膜厚）、記録層間の透明層の厚み（膜厚）を導出する。
【００４８】
次に、本実施例に係る膜厚測定装置２５の動作について、図１と図２（ａ）と図２（ｂ）とを参照しながら説明する。図２（ａ）は対物レンズ５の焦点位置が多層光ディスク６の表面に一致しているときの様子を示しており、図２（ｂ）は対物レンズ５の焦点位置が多層光ディスク６の内部にあるときの様子を示している。測定を開始するときの初期状態では、図２（ａ）に示す状態と同じように対物レンズ５への入射光が平行光になる設定となっている。
【００４９】
図１に示すように、レーザ光源１から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２によって発散光から平行光になり、光分岐素子３によって球面収差補正素子４の凹レンズ４ａへ向かうように方向を変えられる。凹レンズ４ａによって発散光となったレーザ光は凸レンズ４ｂによって再び平行光となって対物レンズ５に入射される。このレーザ光は対物レンズ５によって集光され、多層光ディスク６の表面や記録層６１，６２，６３で反射される。この反射光は、対物レンズ５、球面収差補正素子４を通過した後、光分岐素子３を透過して検出レンズ１０によって集光されピンホール１１に入射する。このとき、共焦点光学系の作用により対物レンズ５の焦点付近で反射した反射光のみがピンホール１１を通過できる。ピンホール１１を通過したレーザ光は、光検出器１２によって受光される。光検出器１２では、受光に応じて光電変換が行われ、受光量（又は受光強度）に応じた電気信号を収差補正コントローラ１３に出力する。
【００５０】
測定を開始するときの初期状態では、球面収差補正素子４の凹レンズ４ａは、対物レンズ５への入射光が平行光になるような位置に設定されている。この初期状態において、変位計９の測定値に基づき、多層光ディスク６が対物レンズ５の焦点よりも遠い位置になるように試料台７の位置が設定されている。このため、多層光ディスク６の表面で反射した反射光は、ピンホール１１を通過しない。
【００５１】
測定の開始によって駆動機構８が試料台７を上昇させると、多層光ディスク６は、対物レンズ５に近づく方向に移動する。そして、図２（ａ）に示すように多層光ディスク６の表面が対物レンズ５の焦点に一致するまでは、対物レンズ５への入射光が平行光となっているため、球面収差の最も少ない集光スポットが得られるようになっている。そして、多層光ディスク６の表面が対物レンズ５の焦点に一致する図２（ａ）の状態になると、多層光ディスク６表面で反射された反射光がピンホール１１を通過するようになるので、光検出器１２で初めて信号が得られる。したがって、焦点が多層光ディスク６表面に一致したことがこの検出結果によって検出することができる。収差補正コントローラ１３は、変位計９からの出力によってこのときの試料台７の位置（基準位置）を記憶する。
【００５２】
基準位置が記憶されたあとは、試料台７を移動させるとともに、凹レンズ４ａも移動させる。すなわち、試料台７がさらに対物レンズ５に近づくと、対物レンズ５によって集光されるレーザ光の焦点が多層光ディスク６内に入り込むことになる。このときの試料台７の移動量が変位計９によって計測されているので、焦点が多層光ディスク６の内部に入り込んでいる深さが判る。この物理的長さに多層光ディスク６の屈折率を乗じた光学的長さに応じて球面収差補正を行う。この球面収差補正は、図２（ｂ）に示すように、凹レンズ４ａを凸レンズ４ｂに近づけるように移動させて、対物レンズ５への入射光を発散光にすることによって行う。これにより、焦点の球面収差を低減することができる。すなわち、本実施例においては、対物レンズ５は空気中で焦点を結ぶときに球面収差が最も小さくなるように設計されているので、焦点が多層光ディスク６の内部に入った状態では、対物レンズ５への入射光が平行光のままではプラスの球面収差が生ずる（補正不足）。従って、図２（ｂ）に示すように、球面収差補正素子４によって球面収差が過剰となるように発散光を発生させて、トータルでの球面収差を最小にすることができる。
【００５３】
試料台７の上昇により焦点が多層光ディスク６の内部に進入したときには、第１の記録層６１で反射された反射光がピンホール１１に入射するが、焦点が第１の記録層６１に合うまでは、ピンホール１１を通過しない。そして、焦点が記録層６１に合うのに応じて光検出器１２において反射光を検出することができる。このときの試料台７の位置を変位計９によって検出し、この位置と基準位置との差分から試料台７の移動量が導出される。この移動量は、多層光ディスク６の表面から第１の記録層６１までの深さに相当するので、この移動量からカバーガラス層の膜厚が導出される。同様に、焦点が第２の記録層６２に合ったときの試料台７の位置を検出することにより、第１の記録層６１と第２の記録層６２との間の透明層の膜厚も測定される。
【００５４】
図３は、前述した動作のアルゴリズムを示すフロー図である。膜厚測定動作をこのフロー図を参照しながら再度説明する。計測動作をスタートすると（ステップＳＴ１）、まず試料台７を降下させることにより、対物レンズ５と多層光ディスク６の間隔を広げる（ステップＳＴ２）。このとき、変位計９の測定値から試料台７の位置が検出されており、この検出結果に基づいて、対物レンズ５の焦点位置が多層光ディスク６の外部にあるか否かを判定している（ステップＳＴ３）。そして、焦点位置が多層光ディスク６の上面よりも上方に位置する状態になったと判定されると、今度は試料台７を上昇させて、多層光ディスク６と対物レンズ５の間隔を狭める動作を行う（ステップＳＴ４）。
【００５５】
収差補正用コントローラ１３には、光検出器１２からの信号が入力されており、試料台７を移動させることで多層光ディスク６が対物レンズ５に近づきだして初めての信号ピークを検知することにより、対物レンズ５の焦点と多層光ディスク６の表面とが一致したことを判定する（ステップＳＴ５）。そして、信号ピークが検出されると、対物レンズ５と多層光ディスク６の間隔を狭める動作をするとともに、凹レンズ４ａを駆動して球面収差補正を行う（ステップＳＴ６）。その後、光検出器１２の信号ピークが得られたら（ステップＳＴ７）、そのときの変位計９による計測値を記憶し（ステップＳＴ８）、各ピーク間隔から膜厚を算出する。そして、対物レンズ５と多層光ディスク６の間隔が予め必要な計測が行えるように設定した値Ｋ以下になると（ステップＳＴ９）、計測を終了する（ステップＳＴ１０）。前記Ｋは、例えば対物レンズ５と多層光ディスク６が衝突しない限界の値に設定することができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態１によれば、測定対象の試料内深さに応じて球面収差を補正するようにしているので、光が試料内部に進入した場合に発生する球面収差についても補正することができる。しかも本実施形態１では、試料の屈折率も加味して球面収差の補正を行うようにしているので、補正精度をさらに向上することができる。したがって、球面収差の発生を低減し、高精度な膜厚計測を行うことができる。
【００５７】
また本実施形態１では、試料内深さと試料の屈折率とに基づいて、凹レンズ４ａの移動制御をして球面収差の補正を行うようにしているので、簡単な構成で確実に補正を行うことができる。
【００５８】
また、本実施形態１では、共焦点光学装置２７と、前記試料台７の移動量の差分から膜厚を導出する膜厚導出部１９とを備えている膜厚測定装置２５としているので、球面収差を高精度に行いつつ、試料内部の測定対象の膜厚を測定することができる。
【００５９】
また、本実施形態１では、対物レンズ５への入射光を発散光にすることによって球面収差を補正するようにしているので、球面収差を簡単に補正することができる。
【００６０】
なお、本実施形態１では、試料台７を上下動させることにより多層光ディスク６を移動させ、対物レンズ５と試料台７との間隔を変化させたが、これに代え、対物レンズ５と球面収差補正素子４とを一体として駆動する構成としても構わない。
【００６１】
また、本実施形態１では、対物レンズ５の開口数を０．８として説明したが、０．８に限られるものではない。また、共焦点光学系の光軸方向分解能はおおよそ対物レンズ５の開口数の二乗に反比例するので、開口数が０．５であれば、光軸方向の分解能は１．８μｍ程度であり、例えば層間隔が１０μｍ位の多層ディスクであれば十分に測定ができる。
【００６２】
また、本実施形態１では、記録層６１，６２，６３の試料内深さと透明層の屈折率とに基づいて球面収差補正をするようにしているが、これに代え、記録層６１，６２，６３の試料内深さだけに応じて球面収差補正をするようにしてもよい。例えば、カバーガラス層の屈折率は既知であり、シミュレーション結果、実験結果等により、試料内深さとそのとき生ずる球面収差との関係を予め求めておくことができる。この関係を利用して、試料内深さに応じた補正量を決定すれば、試料内深さだけに応じて球面収差補正をすることが可能となる。
【００６３】
（実施の形態２）
本発明の実施形態２は、球面収差補正の点で実施の形態１と異なる点があるので、この点について図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照しながら説明する。図４は、本発明の実施形態２に係る共焦点光学装置２７による球面収差補正について説明するための説明図である。図４において図１と同一物については同じ符号を附し説明を省略する。
【００６４】
対物レンズ２０は、本実施例においては所定の設計カバーガラス厚（例えば０．１７ｍｍ）で球面収差が最小になるように設計されている。図４（ａ）は、対物レンズ２０の焦点が多層光ディスク６の表面に一致した状態を示す。また図４（ｂ）は、対物レンズ２０の焦点が多層光ディスク６の表面から０．１７ｍｍ内部に入った状態を示す。また図４（ｃ）は、対物レンズ２０の焦点が多層光ディスク６の表面から０．１７ｍｍよりもさらに内部に入った状態を示している。
【００６５】
本実施形態２では、対物レンズ２０に平行光が入射したときに、空気中において球面収差の補正不足が生ずる状態となるので、図４（ａ）に示すように、球面収差補正素子４の各レンズ間隔を遠ざける（凹レンズ４ａを凸レンズ４ｂから遠ざける）ことにより、収束光が対物レンズ２０に入射するようにしている。こうすることにより、対物レンズ２０の焦点が多層光ディスク６の表面に届かないとき、または多層光ディスク６の表面に一致しているときにも球面収差を最小にすることができる。また、測定を開始する際に図４（ａ）のように凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂの間隔を予め設定しておくことにより、対物レンズ２０の焦点が多層光ディスク６の表面に一致したときに改めて球面収差補正をする必要がなくなるので、計測時間を短縮することができる。
【００６６】
そして、図４（ｂ）に示すように、対物レンズ２０の焦点が多層光ディスク６の表面から０．１７ｍｍ内部に入った状態のときに、球面収差補正素子４からの出射光が平行光となるように設定されている。この状態で球面収差が最小になるように対物レンズ２０が設定されているので、対物レンズ２０の焦点が第１の記録層６１に一致するときに球面収差が最小となる。
【００６７】
また、この対物レンズ２０の場合、焦点が多層光ディスク６の表面から０．１７ｍｍを越えて奥に入り込んだときに、対物レンズ２０の球面収差は補正過剰の状態になる。このため、図４（ｃ）に示すように、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂの間隔を狭くして発散光が対物レンズ２０に入射するようにしている。こうすることで、焦点が表面から０．１７ｍｍを超えて内側に入り込んだ状態のときでも、球面収差を最小にすることができる。
【００６８】
このように、本実施例においては０．１７ｍｍのカバーガラス層に対応して設計された対物レンズ２０を用いるので、厚みが略０．１７ｍｍのカバーガラス層を有する多層光ディスク６の記録層６１，６２，６３の層間隔を測定する際に高次収差まで含めた球面収差を最も小さくできる。
【００６９】
本実施形態２では、対物レンズ２０が、試料の所定深さのところで球面収差が最小になる設定とされているので、対物レンズ２０の焦点が試料の表面に一致したときに改めて球面収差補正をする必要がなくなり、測定時間を短縮することができる。
【００７０】
なお、その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【００７１】
（実施の形態３）
前記実施形態１及び２では、球面収差補正をするときに凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂの間隔を変えることで球面収差補正をするようにしたが、本実施形態３では、レンズ間隔を変えるのに加え、さらに対物レンズ５と試料（多層光ディスク６）との間隔をも変えるようにしたものである。
【００７２】
すなわち、本実施形態３では、計測を開始した後、多層光ディスク６の表面が対物レンズ５の焦点に一致したことが検出されると、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂとのレンズ間隔を変えるととともに、試料台７を所定の速度で上昇する制御を行う。この試料台７の上昇速度は、シミュレーション結果から得ることができる。例えば図５は、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂとの間隔がある値の場合において、対物レンズ５と試料台７との間隔を変化させたときに生ずる球面収差をシミュレーションしたものである。凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂとの間隔をある一定値に維持した状態で、試料台７を上昇させて対物レンズ５と試料台７の間隔を次第に狭くしていくと、球面収差が最小となる極小値が存在する。そして、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂとの間隔を種々変更して同様に球面収差をシミュレーションし、球面収差の極小値を求める。これにより、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂのレンズ間隔に対応して、球面収差を最小にする対物レンズ５及び試料台７間の間隔を得ることができる。
【００７３】
そして、球面収差補正をすべく、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂとの間隔を変えるとともに、対物レンズ５と試料台７との間隔を、シミュレーション結果から得られた球面収差を最小にする間隔に微調整することより、球面収差をより低減することができる。
【００７４】
ここで、試料深さに応じた球面収差補正を行わない場合と、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂの間隔を変えることによって球面収差補正を行う場合と、さらに対物レンズ５及び試料間の間隔を変えて球面収差補正を行う場合とを比較した結果を図６に示す。この図６は、横軸に対物レンズ５の焦点の試料内深さを取り、縦軸に球面収差を取ったものである。
【００７５】
同図おいて、曲線１は、試料深さに応じた球面収差補正を行わない場合を示し、また曲線２は、実施形態１のように凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂの間隔を変えることによって球面収差補正を行う場合を示し、また曲線３は、本実施形態３のように、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂの間隔を変えるとともに対物レンズ５と試料台７との間隔を変えることによって球面収差補正を行う場合を示している。焦点の試料内深さに応じた球面収差補正を行わない場合には（曲線１）、対物レンズ５の焦点が試料内に深く進入するにしたがって、球面収差が急速に大きくなる。これに対し、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂの間隔を変えて球面収差補正をすれば（曲線２）、球面収差を低減することができる。さらに、対物レンズ５と試料との間隔を変えることにより（曲線３）、球面収差をさらに低減することができる。
【００７６】
以上説明したように、補正制御部１７が、球面収差補正素子４を制御するとともに、試料台７の移動量の制御を行う。したがって、球面収差補正素子４での球面収差補正だけでなく、対物レンズ５と試料台７との間隔を調整することによっても球面収差補正をすることができるので、よりきめ細かく収差補正をすることができる。
【００７７】
また、凹レンズ４ａと凸レンズ４ｂの間隔に対応して、対物レンズ５及び試料台７間の間隔を球面収差が最小になる間隔に調整するようにしているので、簡単な構成できめ細かな収差補正の調整を行うことができる。
【００７８】
なお、その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【００７９】
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施形態４に係る膜厚測定装置２５の外観を示す斜視図である。図７に示すように、膜厚測定装置２５は、基台３３と、この基台３３から上方に延びるスタンド３４と、このスタンド３４に沿って上下方向にスライド可能に構成された試料台３２と、スタンド３４によって支持された測定部３０とを備えている。測定部３０には、レーザ光源１から光検出器１２に至る光学系が配設されている。この光学系は、前記実施形態１で説明した共焦点光学装置２７の光学系である。なお、これに代え、前記実施形態２又は３で説明した共焦点光学装置の光学系としてもよい。
【００８０】
試料台３２には、試料３１が載置されている。本実施例では、試料３１は多層光ディスクである。試料台３２は、Ｘ−Ｚ―θステージであり、スタンド３４に沿って対物レンズ５の光軸方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されるとともに、基台３３に沿って光軸と垂直な平面内の一軸方向（Ｘ方向）に移動可能に構成されている。また試料台３２は、多層光ディスク３１の中心回りに回転回転するターンテーブル３５を備えている。
【００８１】
多層光ディスク３１を試料台３２にセットすると、試料台３２は、多層光ディスク３１の表面が測定部３０に配置された対物レンズ５の焦点から外れるまでＺ軸方向に移動する。そして、多層光ディスク３１が対物レンズ５の焦点よりも下方に外れると、試料台３２は、今度は反対方向に移動する。この状態で多層光ディスク３１の膜厚測定が行われる。そして、試料台３２をＸ軸方向に移動すると多層光ディスク３１の半径方向の膜厚分布を測定することができ、また試料台３２のターンテーブル３５が回転することにより多層光ディスク３２の周方向の膜厚分布を測定することができる。
【００８２】
本実施形態４では、試料台３２が、対物レンズ５の光軸方向に移動可能に構成されるとともに、この光軸と垂直な面内を移動可能に構成され、多層光ディスクの中心回りに回転するターンテーブルが設けられているので、多層光ディスク３１の半径方向及び周方向の膜厚分布を測定することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態の説明では、多層光ディスク３１を例にして３次元の膜厚分布測定について説明したが、本発明の適用は多層光ディスクの膜厚測定に限定されるものではない。
【００８４】
（実施の形態５）
図８は、本発明の実施形態５に係る形状測定装置３６の外観を示す斜視図である。図８に示すように、形状測定装置３６は、基台３３と、この基台３３から上方に延びるスタンド３４と、このスタンド３４に沿って上下方向にスライド可能に構成された試料台３２と、スタンド３４によって支持された測定部３０とを備えている。測定部３０には、レーザ光源１から光検出器１２に至る光学系が配設されている。この光学系は、前記実施形態１で説明した共焦点光学装置２７の光学系である。なお、これに代え、前記実施形態２又は３で説明した共焦点光学装置の光学系としてもよい。
【００８５】
試料台３２は、Ｘ−Ｙ−Ｚステージであり、スタンド３４に沿って対物レンズ５の光軸方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されるとともに、対物レンズ５の光軸と垂直な平面内で直交する二軸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に基台３３に沿って移動可能に構成されている。
【００８６】
共焦点光学装置２７には、記憶部３７と選定部３８とが設けられている。記憶部３７には、種々の試料に対し、その試料に設けられた透明層の屈折率についてのデータが記憶されている。選定部３８は、測定する試料を選定するためのものであり、測定する試料に対応した複数のスイッチを有している。スイッチを押すことで、そのスイッチに応じた試料における透明層の屈折率が選択されるようになっている。そして、収差補正コントローラ１３の補正制御部１７が、その選択された屈折率と試料内深さとに基づいて、前記凹レンズ４ａの移動制御を行うように構成されている。
【００８７】
試料は試料台３２に載置される。試料として、例えばＬＳＩを選定できるようになっている。ＬＳＩの表面は、酸化膜が保護層として形成されている。この酸化膜の屈折率は、レーザ光の波長が６５２ｎｍで例えば１．５４２である。試料としてＬＳＩが選択されると屈折率として１．５４２が用いられて球面収差補正が行われる。
【００８８】
形状測定装置３６には、前記二軸方向の移動量と、前記光軸方向の移動量とから試料の形状を導出する形状導出部３９が設けられている。試料台をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動して試料台の測定ポイントの座標値を取得するとともに、光検出器の信号強度を計測するようにしているので、試料内部における測定対象の３次元的な形状を測定することができる。
【００８９】
また、本実施形態５では、記憶部３７と選定部３８とが設けられているので、種々の試料に対して球面収差補正を行うことができる。
【００９０】
なお、複数の試料について形状測定が可能な構成としたが、これに限られるものではない。すなわち、選定部が設けられない構成とすれば、所定の試料に対してのみ形状測定が可能となる。この場合には形状測定装置の構成を簡素化できる。その他、構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、光源から出射された光を対物レンズによって試料台上の試料内部に集光させるとともに、前記試料からの反射光を検出レンズによって集光してピンホールを通過させて、光検出器で検出する共焦点光学装置２７に利用することができ、また、光源から出射された光を対物レンズによって試料台上の試料内部に集光させるときに生ずる球面収差を補正する方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施形態１に係る膜厚測定装置を概略的に示す図である。
【図２】（ａ）前記膜厚測定装置での球面収差補正を説明するための図であり、対物レンズの焦点が多層光ディスクの表面に一致した状態を示している。（ｂ）前記膜厚測定装置での球面収差補正を説明するための図であり、対物レンズの焦点が多層光ディスクの内部に進入している状態を示している。
【図３】本発明の実施形態１に係る膜厚測定装置の動作アルゴリズムを示すフロー図である。
【図４】（ａ）本発明の実施形態２に係る膜厚測定装置での球面収差補正を説明するための図であり、対物レンズの焦点が多層光ディスクの表面に一致した状態を示している。（ｂ）前記膜厚測定装置での球面収差補正を説明するための図であり、対物レンズの焦点が多層光ディスクの第１の記録層に合った状態を示している。（ｃ）前記膜厚測定装置での球面収差補正を説明するための図であり、対物レンズの焦点が多層光ディスクの第２の記録層に合った状態を示している。
【図５】凹レンズと凸レンズがある間隔の場合における作動長と球面収差との関係を示す特性図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る膜厚測定装置、本発明の実施形態１に係る膜厚測定装置及び球面収差を行わない膜厚測定装置について、焦点の試料内深さと球面収差との関係を示す特性図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る膜厚測定装置の外観を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る形状測定装置の外観を示す斜視図である。
【図９】従来の共焦点光学装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１    レーザ光源
２    コリメートレンズ
３    光分岐素子
４    球面収差補正素子
４ａ  凹レンズ
４ｂ  凸レンズ
５    対物レンズ
６    多層光ディスク
７    試料台
８    駆動機構
９    変位計
１０    検出レンズ
１１    ピンホール
１２    光検出器
１３    収差補正コントローラ
１５    基準位置検出部
１６    移動量導出部
１７    補正制御部
１９    膜厚導出部
２０    対物レンズ
３５    ターンテーブル
３７    記憶部
３８    選定部
３９    形状導出部
【図１】
2006153851.tif 000003
【図２】
2006153851.tif 000004
【図３】
2006153851.tif 000005
【図４】
2006153851.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006153851.tif 000008
【図７】
2006153851.tif 000009
【図８】
2006153851.tif 000010
【図９】
2006153851.tif 000011