(57)【要約】【課題】  任意の形状の半透過薄膜を含む層構造被検物に対してその表面高さのみを高精度に検出可能な光学式高さ計測用光モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】  透過または半透過薄膜を含む層構造被検物の表面高さのみを光学的に計測する光学式高さ計測用光モジュールであって、層構造被検物に光ビームを照射するレーザ光源と、層構造被検物に対し略垂直に配置された対物レンズを有する照射光学系と、層構造被検物から反射された反射光を対物レンズと対物レンズ直後に配置された反射光を制限する高ＮＡ領域のみを通す復路用開口制限と復路用開口制限を通過した光を検出器へ導く検出光学系と、入射した光を光検出信号に変換する検出器と、を備え、検出器は多分割検出器アレイで構成され、層構造被検物からの表面反射光とそれ以外の奥の層からの奥面反射光を検出器上で分離し検出するように構成する。【選択図】図３
2019168313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過または半透過薄膜を含む層構造被検物の表面高さのみを光学的に計測する光学式高さ計測用光モジュールであって、
前記層構造被検物に光ビームを照射するレーザ光源と、
前記層構造被検物に対し略垂直に配置された対物レンズを有する照射光学系と、
前記層構造被検物から反射された反射光を前記対物レンズと該対物レンズ直後に配置された反射光を制限する高ＮＡ領域のみを通す復路用開口制限と該復路用開口制限を通過した光を検出器へ導く検出光学系と、
入射した光を光検出信号に変換する検出器と、を備え、
前記検出器は多分割検出器アレイで構成され、
前記層構造被検物からの表面反射光とそれ以外の奥の層からの奥面反射光を前記検出器上で分離し検出することを特徴とする光学式高さ計測用光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式高さ計測用光モジュールであって、
前記層構造被検物の層厚を屈折率で除した値に対し、検出できる高さ範囲が大きいことを特徴とする光学式高さ計測用光モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学式高さ計測用光モジュールであって、
前記復路用開口制限は矩形形状であることを特徴とする光学式高さ計測用光モジュール。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の光学式高さ計測用光モジュールであって、
前記対物レンズから前記層構造被検物に照射される光ビームは、前記層構造被検物の表面に対し、略Ｓ偏光成分のみ光ビームであることを特徴とする光学式高さ計測用光モジュール。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の光学式高さ計測用光モジュールであって、
前記層構造被検物の表面反射光と奥面反射光が前記検出器上において収束するスポット径△ｓと、前記表面反射光の前記検出器上でのスポット位置と前記奥面反射光の前記検出器上でのスポット位置とのスポット間隔△αが、下記式（１）を満足するように、△ｓ、および式（２）、式（３）、式（４）のパラメータを構成したことを特徴とする光学式高さ計測用光モジュール。
【数１】
2019168313.tif 000010
【数２】
2019168313.tif 000011
【数３】
2019168313.tif 000012
【数４】
2019168313.tif 000013
但し、△ｓは前記層構造被検物からの反射光の前記検出器上の１／ｅ＾２強度のスポット径、
ＮＡｃlは前記復路用開口制限と該復路用開口制限の直後に配置されたコリメータレンズの焦点距離で決定する開口数、
λは前記レーザ光源の波長、
△Ｒｏｕｔは前記復路用開口制限の最大ＮＡ部を通る前記層構造被検物からの表面反射光と奥面反射光の相対光路差、
△Ｒｉｎは前記復路用開口制限の最低ＮＡ部を通る前記層構造被検物からの表面反射光と奥面反射光の相対光路差、
ｆｏｂｊは前記対物レンズの焦点距離、
ＮＡｏｕｔは前記復路用開口制限を通ることができる前記層構造被検物からの反射光の内、前記対物レンズにおける最大ＮＡ、
ＮＡｉｎは前記復路用開口制限を通ることができる前記層構造被検物からの反射光の内、前記対物レンズにおける最小ＮＡ、
ｚは前記層構造被検物に配置された表面から奥面までの間隔を屈折率で除した値の２倍に等しい相対デフォーカス量である。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の光学式高さ計測用光モジュールであって、
前記レーザ光源の波長は４００〜４６０ｎｍであることを特徴とする光学式高さ計測用光モジュール。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光学式高さ計測用光モジュールであって、
前記復路用開口制限は、前記層構造被検物の反射光の内、ＮＡ０．６〜０．９５の少なくとも一部を取得可能な開口に設定されていることを特徴とする光学式高さ計測用光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明または半透過薄膜を含む層構造被検物の表面高さを光学的に計測する光学式高さ計測用光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク装置に使用されるフォーカス制御信号は、被検物となる光ディスクに対し高精度にフォーカスを合わせる為に使用されていることが知られており、特許文献１には被検物に対する焦点位置ずれ量の変化に対しフォーカス制御信号が変化する様子が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には多層光ディスクに対し、他層からの迷光を回避しフォーカス制御信号に影響のない光学系について開示されており、層構造を有した被検物に対しても特許文献１同様にフォーカス制御信号を生成できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２６５７２２号公報
【特許文献２】特開２００８−１０２９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献1では、被検物により反射した光は、対物レンズと対物レンズ群により光検出器に導かれているが、一般に対物レンズ群の構成は例えばコリメートレンズ及び円柱レンズで構成され、光検出器は４分割検出器を用いることにより実現される。円柱レンズは光に非点収差を追加することができ、被検物の高さが変化した際、光検出器上のスポット形状が楕円状に変化し、光検出器からの信号変化を演算することにより、高さと相関のあるフォーカス誤差信号を生成することができる。
【０００６】
しかし、被検物が半透過薄膜を含む層構造体であった場合、被検物表面からの反射光と層構造体からの反射光が干渉し、正常なフォーカス誤差信号を生成することができない場合がある。
【０００７】
また、特許文献２では、多層構造を含んだ光ディスクに対し、ナイフエッジ法により目的とする層のみの光を受光し、他層の迷光を受光しない方法が開示されている。光ディスクにて用いられる他層迷光の回避方法は、フォーカス検出範囲に対し層間隔が十分に広い場合有効であるが、光ディスクのように規格化された層構造体ではなく任意の層構造体の場合、他層の迷光が受光面に入射することにより、正常なフォーカス誤差信号が生成できない場合がある。
【０００８】
また、目的とする層のみの光を受光し、他層の迷光を受光しない方法としている検出系の場合、フォーカス検出範囲が層間隔に対し十分に小さくなければならない。
【０００９】
本発明は、任意の層構造の被検物に対してその表面の高さと相関のある信号を生成することにより、表面の高さを高精度に検出することが可能な光学式高さ計測用光モジュール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】
【００１０】
本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、  透過または半透過薄膜を含む層構造被検物の表面高さのみを光学的に計測する光学式高さ計測用光モジュールであって、層構造被検物に光ビームを照射するレーザ光源と、層構造被検物に対し略垂直に配置された対物レンズを有する照射光学系と、層構造被検物から反射された反射光を対物レンズと対物レンズ直後に配置された反射光を制限する高ＮＡ領域のみを通す復路用開口制限と復路用開口制限を通過した光を検出器へ導く検出光学系と、入射した光を光検出信号に変換する検出器と、を備え、検出器は多分割検出器アレイで構成され、層構造被検物からの表面反射光とそれ以外の奥の層からの奥面反射光を検出器上で分離し検出するように構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、任意の形状の透明または半透過薄膜を含む層構造被検物に対してその表面高さのみを高精度に検出可能な光学式高さ計測用光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例における光学的に被検物の高さを計測する原理を説明する概念図である。
【図２】実施例における被検物が半透過膜を含む層構造体である場合の反射光についての説明図である。
【図３】実施例におけるナイフエッジ法での被検物の高さを計測する光学系の概略構成図である。
【図４】実施例におけるナイフエッジ用の開口の構成例である。
【図５】実施例におけるナイフエッジ方式を応用した被検物の表面と奥の層からの反射光を切り分けて検出する説明図である。
【図６】実施例における被検物の表面と奥の層からの反射光波面と光軸の関係を示した説明図である。
【図７】実施例における被検物の表面と奥の層からの反射光の検出面上入射位置についての説明図である。
【図８Ａ】実施例における開口形状の例とその場合の表面反射光と裏面反射光の説明図である。
【図８Ｂ】実施例における開口形状の例とその場合の表面反射光と裏面反射光の説明図である。
【図９】実施例における光ビームの偏光状態がＳ偏光とＰ偏光の場合でのＮＡと反射率の関係について示した図である。
【図１０】実施例における光検出器を多分割光検出器アレイとした場合の検出信号を説明する図である。
【図１１】実施例における多分割光検出器アレイの各分割光検出器の光検出信号からデフォーカス量を検出できることを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例】
【００１４】
本実施例は、任意の形状の被検物に対してその表面高さのみを高精度に検出可能な光学式高さ計測用光モジュールにおいて、被検物が透明または半透過膜を含む層構造体である場合について説明する。
【００１５】
まず、光学的に被検物の高さを計測する原理について説明する。図１は、被検物に光ビームを照射して、その反射光からナイフエッジ法を利用して被検物の高さを計測する手法を説明する概念図である。図１において、３０はナイフエッジ、４０は対物レンズ、１９は被検物であって、対物レンズ４０によって被検物１９に照射された戻り光を２分割光検出器３１で受光する構成である。ナイフエッジ３０が光軸下部の焦点面にある場合、被検物１９の表面が対物レンズ４０に近づくと、下部の戻り光がナイフエッジ３０で遮断されるため、２分割光検出器３１の下側の光量が減少する。そのため、例えば、対物レンズの焦点位置の被検物１９を所定の基準面として設定しておき、２分割光検出器３１の上下の光検出器の検出光量をそれぞれＡ，Ｂとすると、（Ａ−Ｂ）の演算結果（以降、フォーカスエラー信号（ＦＥ信号）と呼ぶ）の値と符号により被検物１９の焦点位置からの距離を検出できる。なお、２分割光検出器３１を焦点面に配置しても、同様の原理で検出できる。
【００１６】
次に、被検物が半透過膜を含む層構造体である場合の反射光について説明する。図２は、被検物による反射光を示す模式図である。図２において、（Ａ）に示すように、被検物１９が反射物５０の上に半透過膜５１を有する層構造体であった場合、被検物１９に対して光を照射し、その反射光を用いて被検物の表面高さを計測する場合、照射した光は表面である半透過膜５１で反射する表面からの反射光（以降、表面反射光と称する）６０と、半透過膜５１を透過し下層の反射物５０で反射する奥面からの反射光（以降、奥面反射光と称する）６１により、光が合波、干渉する。そのために、図２（Ｂ）に示すように、横軸を半透過膜５１の層厚、縦軸をＦＥ信号の誤差とすると、下層からの反射物からの光が混ざることによりＦＥ信号は不安定となる。そのため、被検物１９の表面反射光による高さ検出が困難となる。
【００１７】
そこで、本実施例では、ナイフエッジ法による、高ＮＡの光のみを使用し、被検物の表面反射光とその他の層からの奥面反射光とを切り分けて検出するようにする。
【００１８】
図３は、本実施例におけるナイフエッジ法での被検物の高さを計測する光学系の概略構成図である。図３において、レーザ光源７０から出射された光ビームは、照射光学系により被検物１９に照射される。すなわち、レーザ光源７０から出射され遮光板３３にて往路用開口制限７４に必要な光ビームに制限された光ビームは、ハーフビームスプリッタ７１で反射および透過する。ハーフビームスプリッタ７１で透過した光はフロントモニタ３４で検出され、レーザ光源７０の出力制御信号として使用される。一方、ハーフビームスプリッタ７１で反射した光は、コリメートレンズ７２によって平行光に変換され、その平行光は開口制限素子７３の往路用開口制限７４を通過し、対物レンズ４０により集光され被検物１９に対して光ビームが照射される。このとき、対物レンズ４０は、被検物１９に対し略垂直な光軸を持った光学素子である。
【００１９】
被検物１９からの反射光は、検出光学系により、検出器である多分割光検出器アレイ３５に導かれる。すなわち、被検物１９から反射された反射光は、開口制限素子７３に設けられた、図１で説明したナイフエッジ３０と同様の効果をもたらす復路用開口制限７５を通過し、コリメートレンズ７２とハーフビームスプリッタ７１を透過し、遮光板３２を通過し多分割光検出器アレイ３５に導かれる。
【００２０】
図４にナイフエッジ用の開口制限素子７３の構成例としてその正面図を示す。図４において、光ビームの往路用開口制限７４と対物レンズの位置ずれが起こると、往路用開口制限７４から通過する光が制限され、復路用開口制限７５に十分に光が導かれない可能性がある。そのため、往路用開口制限７４は復路用開口制限７５よりも大きくするのが望ましい。復路用開口制限７５の水平方向の開口幅は、ナイフエッジ効果をもたらすため検出系の条件にて設定するが、垂直方向幅は水平方向と必ずしも合わせる必要はなく検出系の効率などにより変更してもかまわない。また、開口制限素子７３は対物レンズの高ＮＡ領域の光を通過するように構成される。
【００２１】
図５にナイフエッジ方式を応用した被検物の表面とその奥の層からの反射光とを切り分けて検出する概略説明図を示す。図５（Ａ）は、前述した、被検物１９が反射物５０の上に半透過膜５１を有する層構造体であり、被検物１９の表面である半透過膜５１で反射する表面反射光６０とその奥の層である反射物５０で反射する奥の層からの奥面反射光６１をナイフエッジ３０で光軸下部を遮断し２分割光検出器３１で受光する様子を示しており、右図は、２分割光検出器３１上の照射光を示している。図５（Ａ）においては、手前の層からの表面反射光６０と奥の層からの奥面反射光６１は分離されておらず、表面反射光６０のみを分離することは困難である。これに対して、図５（Ｂ）は、ナイフエッジ３０を光軸上部の光の一部も遮断するように配置した場合を示しており、前述した開口制限素子７３により照射領域を制限されるため、２分割光検出器３１上で表面反射光６０と奥面反射光６１が分離され干渉の影響が軽減される。このとき、光検出器上の光スポットは、ナイフエッジ３０による光を遮断する部分を増やしたことにより、実行ＮＡを縮小し、焦点深度が増加するため、焦点深度内であれば光は絞られスポット径も変化しない。但し、２分割光検出器３１の場合、表面反射光６０と奥面反射光６１が分離できたとしても同じ光検出器上に受光する為、信号にオフセットが発生し奥の層からの奥面反射光６１の影響が残留する。図５（Ｃ）は、２分割光検出器３１を多分割光検出器アレイ３５にした場合を示した説明図である。多分割光検出器アレイ３５の場合、表面反射光６０と奥面反射光６１とが別々の検出器上に受光される為、信号処理で検出する反射光を選択することができ、被検物１９の表面からの反射光のみを検出し、被検物１９の表面反射光による高さ検出が可能となる。図５（Ｄ）は、被検物１９の位置が半透過膜５１の膜厚より大きく高さ方向にオフセットした場合を示した図である。この場合においても焦点深度内の被検物１９の高さ方向のオフセットであれば、多分割光検出器アレイ３５上で受光位置の変化のみに留まる。この受光位置の変化は被検物１９の高さ変化に比例する為、多分割光検出器アレイ３５での受光位置により高さ検出が可能となり、半透過膜５１の膜厚以上の検出範囲を確保することが可能となる。
【００２２】
図６にナイフエッジ方式による被検物の表面からの表面反射光とその奥の層からの奥面反射光とを切り分けて検出する原理説明図を示す。図６（Ａ）は、前述した対物レンズ４０から照射された光の焦点が被検物１９の表面に位置した時の、被検物１９の表面からの表面反射光とその奥の層からの奥面反射光が対物レンズ４０を通過した直後の波面の様子を示した図であり、縦軸が光路差、横軸に開口の位置を示し、１８は光軸中心線を示す。
【００２３】
図６（Ａ）に示すように、表面反射光６０は、表面に焦点が位置しているため略フラットな波面になるのに対し、奥面反射光６１は、焦点位置がずれている為、デフォーカスの影響で湾曲したデフォーカス波面となる。
【００２４】
この表面反射光６０、及び、奥面反射光６１から、図６（Ｂ）で示すように、開口制限素子７３内に設けられた復路光用ナイフエッジである復路用開口制限７５により、制限され開口径１３の部分の光を検出することができる。このとき、復路用開口制限７５は、反射角θ、θ’の光を取り込むように設計されている。
【００２５】
図６（Ａ）において、復路用開口制限７５を通過した奥面反射光６１は、復路用開口制限７５を通過したことにより部分的に切り取られ、傾きを持った略直線な波面となり、波面の傾きの法線が奥面反射光光軸１５となる。この波面の傾き量は、図６（Ａ）記載の奥面反射光６１の点Ｐと表面反射光６０の点Ｐ‘との光路差△Ｒｏｕｔおよび奥面反射光６１の点Ｑと表面反射光６０の点Ｑ’との光路差△Ｒｉｎと開口径１３の値ＡＰより以下の式（１）で求めることができる。
【００２６】
【数１】
2019168313.tif 000003
【００２７】
また、光路差△Ｒｏｕｔおよび△Ｒｉｎは、表面反射光に対する奥面反射光の相対デフォーカス量ｚ（相対デフォーカス量ｚは、被検物の層厚を屈折率１の膜厚に換算するために屈折率で除した値の行きと戻りに対応した２倍と等しい）と対物レンズ７０の焦点距離ｆｏｂｊと反射角θおよびθ’にて求められる開口数ＮＡｏｕｔおよびＮＡｉｎの関数で以下の式（２）および（３）にて求められる。
【００２８】
【数２】
2019168313.tif 000004
【００２９】
【数３】
2019168313.tif 000005
【００３０】
一方、表面反射光６０は、略フラットな平面波である為、復路用開口制限７５を通過した波面の傾きは変わらず光軸中心線１８と平行な表面反射光光軸１７の傾きとなる。このように復路用開口制限７５を通過することにより、デフォーカスした波面の傾き成分を抜き取り、コリメートレンズ７２にて収束され多分割光検出器アレイ３５に導かれた光は、多分割光検出器アレイ３５上で離れた位置に収束することから、表面反射光６０と奥面反射光６１を分離し検出することができる。
【００３１】
図７は前述した表面反射光６０と奥面反射光６１が多分割光検出器アレイ３５上に集光したときの様子を示した図である。図７において、表面反射光６０は光軸中心線１８と平行な光軸であった為、光軸中心線１８上に表面反射光６０は集光する。また、奥面反射光６１は、傾きを持った光軸であり、表面反射光６０と離れた位置に集光する。このとき表面反射光６０と奥面反射光６１のスポット径２２を△ｓ（１／ｅ＾２強度の範囲）とした場合、波長λ、コリメートレンズ７２と復路用開口制限７５からなる開口数ＮＡｃlとの関係式で表され、復路用開口制限７５の開口形状が円形な場合は以下の式（４）、矩形の場合は以下の式（５）にて求めることができる。
【００３２】
【数４】
2019168313.tif 000006
【００３３】
【数５】
2019168313.tif 000007
【００３４】
開口形状が、その他の複雑な形状であり上記式（４）、（５）に当てはまらない場合は、フーリエ変換などを用いた計算により△ｓを求めれば良い。
【００３５】
また、表面反射光６０のスポットと奥面反射光６１のスポットとを分離するためには、スポット分離幅２１を△αとした場合、以下式（６）の条件を満たせば良い。
【００３６】
【数６】
2019168313.tif 000008
【００３７】
なお、本条件が成立する為には、奥面反射光６１のスポットの光検出器上での入射光量は、表面反射光６０のスポットの入射光量に比べ同等以下でなければならない。
【００３８】
また、スポット分離幅△αは、前述した△Ｒｏｕｔおよび△Ｒｉｎとコリメートレンズ７２の開口数ＮＡｃlの関係式で以下の式（７）にて求められる。
【００３９】
【数７】
2019168313.tif 000009
【００４０】
よって、測定対象となる半透過薄膜を含む層構造被検物の検出最小膜厚にあわせ相対デフォーカス量ｚを決定し、式（６）が成り立つように各式のパラメータを選択すれば良い。
【００４１】
なお、本式（２）〜（７）に適用されているＮＡｏｕｔ、ＮＡｉｎ、ＮＡｃlなどは、図６（Ｂ）のθやθ´を使用した式に置換えが可能であり、例えばＮＡｏｕｔ＝ｓｉｎθなどに置換えが可能である。
【００４２】
次に式（６）を成り立たせるために効率的な方法について説明する。式（６）が成立するためには、スポット径である△ｓを小さくすることが有効であり、式（４）および（５）から、波長λは短波長を使用することが望ましく、例えばプロジェクターや光ディスクに用いられる４００ｎｍ〜４６０ｎｍ領域を選択するのが入手容易であり、効率的である。また、開口形状についても、式（４）、（５）からわかるとおり、円形開口よりも矩形開口を選択する方が△ｓを小さくすることができ効率的である。
【００４３】
図８Ａ、図８Ｂの（Ａ）〜（Ｄ）に復路用開口制限７５が矩形開口と略一致となる開口形状の例を示す。図８Ａ、図８Ｂは、復路用開口制限７５の開口形状と、その開口を通過した表面反射光６０と裏面反射光６１の多分割光検出器アレイ３５上のスポット強度分布と、表面反射光６０と裏面反射光６１との位相差を図示したものである。なお、スポット強度については、開口によるスポット径を評価する為、表面反射光６０と裏面反射光６１を干渉させたものではない。図８Ａ（Ａ）および（Ｂ）が通常矩形とされるものであり、スポット径のサイズについても略一致する。また、図８Ｂ（Ｃ）は、開口の縦線がレンズ半径に沿った形状のものであり、図８Ｂ（Ｄ）は（Ｃ）の形状の角を円状に切り抜いた形状のものであるが、これについてもスポット径の形状や位相としては、（Ａ）や（Ｂ）のものと略一致していることがわかる。このように図８Ａ、図８Ｂに示すような形状であれば、矩形開口形状と見なすことができ矩形開口と同様の効果を得られる。
【００４４】
次に、被検物１９の表面の反射光を効率良く取得する方法について説明する。図９は、光ビームの偏光状態がＳ偏光の場合とＰ偏光の場合について、ＮＡと反射率の関係について示した図である。
【００４５】
図９はＮＡと反射率の偏光依存を示しており、ＮＡが大きくなるほどＳ偏光は反射率が大きくなるが、Ｐ偏光は高ＮＡ領域で反射率が小さくなる。よって、光ビームをＳ偏光成分のみで入射することにより、表面反射光の光を効率良く取得することが可能となる。また、検出するＮＡの領域については、通常の対物レンズで現存するＮＡ０．６〜０．９５の範囲の少なくとも一部の光を取得することが効率的といえる。
【００４６】
図１０は、式（６）が成り立つ、式（５）および式（７）のパラメータ条件にて、波動計算にて求めた多分割光検出器アレイ３５の検出信号を説明する図である。図１０（Ａ）は、被検物１９の表面に焦点が合致している時の多分割光検出器アレイ３５上の表面及び奥面の反射光スポットの照射状態を示しており、２つの光強度が大きい部分が、分離した表面反射光６０、及び、奥面反射光６１を示している。図１０（Ｂ）は、被検物１９の表面位置からデフォーカスした時の図を示しており、板厚以上のデフォーカスであってもスポット径は略同一で、入射位置が変化していることが確認できる。図１０（Ｃ）は多分割光検出器アレイ内のそれぞれの分割光検出器の光検出信号を示している。
【００４７】
また、図１１は、多分割光検出器アレイの分割光検出器の光検出信号から、被検物１９の表面の所定の基準面からのズレ量であるデフォーカス量を検出できる一例を説明する図である。図１１（Ａ）において、多分割光検出器アレイ内のそれぞれの分割光検出器の光検出信号の３点を取得し重心計算する。ここで重心計算とは、例えば、多分割光検出器アレイの左端を分割光検出器ＰＤ１、次をＰＤ２、ＰＤ３…としたとき、ＰＤ１を距離ｄ１、ＰＤ２を距離ｄ２、…ｄｎとし、ＰＤ１の光検出信号の値をＳ１、ＰＤ２をＳ２、…Ｓｎ、とするとき、Σｄｎ×Ｓｎ／ΣＳｎで表される。この重心計算により光スポットの中心位置が算出できる。図１１（Ｂ）は、上記の３点重心計算により算出した光検出器上の光スポット位置、及び、奥面反射光がない表面反射光のみの場合の算出した光スポット位置と、被検物１９の表面の所定の基準面からのズレ量であるデフォーカス量との関係を示しており、両者ともほぼ同じ特性を有するので、本実施例の３点重心計算により、被検物１９の表面の所定の基準面からのズレ量であるデフォーカス量を検出できることが分かる。よって、これから、被検物１９の高さ検出が高精度に可能となる。
【００４８】
このように、ナイフエッジ法による、高ＮＡの光のみを使用し、被検物の表面からの反射光とその他の層からの反射光とを切り分けて検出することで、被検物が半透過膜を含む層構造体である場合についても、その高さを高精度に検出可能な光学式高さ計測用光モジュールを提供することができる。
【００４９】
以上の実施例では、被検物が半透過膜で説明したが、本発明は透過膜の場合にも適用される。また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５０】
１３：開口径、１５：奥面反射光光軸、１７：表面反射光光軸、１８：光軸中心線、１９：被検物、２１：スポット分離幅、２２：スポット径、３０：ナイフエッジ、３１：２分割光検出器、３２、３３：遮光板、３４：フロントモニタ、３５：多分割光検出器アレイ、４０：対物レンズ、５０：反射物、５１：半透過膜、６０：表面反射光、６１：奥面反射光、７０：レーザ光源、７１：ハーフビームスプリッタ、７２：コリメートレンズ、７３：開口制限素子、７４：往路用開口制限、７５：復路用開口制限
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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