(57)【要約】【課題】共焦点光学系および共焦点光学系を用いる高さ測定装置において、試料の高さ方向に対して十分な検出精度を得る。【解決手段】光源２により試料１１の表面と共役な位置に配したピンホール４を照明し、ピンホール４を透過した照明光は対物レンズ９を介して試料１１の表面にピンホール４の像を投影する。試料１１の表面で反射された信号光は逆の経路を辿り、対物レンズ９の焦点面近傍からの信号光だけが試料１１の表面と共役な位置に配した第２のピンホール１２を通過して可飽和吸収体１３に入射する。可飽和吸収体１３は入射光が強くなると、可飽和吸収により出射する光がより強く出射されるレーザ媒質であり、可飽和吸収体１３を透過した信号光は光検出器１４で結像して光電変換される。【選択図】図１
2007292590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点光学系を用いた高さ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【特許文献１】特開２００５−０５５５４０号公報
【特許文献２】特開平１０−２２２８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【発明の効果】
【０００６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
―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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
（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。
【００１７】
（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。
【００１８】
―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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
―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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
（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。
【００３０】
（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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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。
【図２】可飽和吸収体の非線形光学効果を説明する図である。
【図３】可飽和吸収体における誘導放出を説明する図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】ニッポウディスクを説明する平面図である。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【符号の説明】
【００３６】
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
【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８】
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【図９】
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