JPH0773500A - Waveguide and focus detecting device or step measuring device using the same - Google Patents

Waveguide and focus detecting device or step measuring device using the same

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JPH0773500A
JPH0773500A JP5167665A JP16766593A JPH0773500A JP H0773500 A JPH0773500 A JP H0773500A JP 5167665 A JP5167665 A JP 5167665A JP 16766593 A JP16766593 A JP 16766593A JP H0773500 A JPH0773500 A JP H0773500A
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JP
Japan
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waveguide
light
mode
single mode
double
Prior art date
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Pending
Application number
JP5167665A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Doi
正明 土肥
Jun Iwasaki
純 岩▲崎▼
Takashi Shionoya
孝 塩野谷
Yasushi Oki
裕史 大木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Priority to EP93919621A priority patent/EP0620458A4/en
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Abstract

PURPOSE:To allow a reflected light to be accurately made incident on a waveguide from a surface to be detected by using the waveguide constituted so as to become a single mode waveguide or a double mode waveguide according to a polarization direction of light. CONSTITUTION:The annealing is performed to both side areas 6a, 6b and 3a, 4a of the single mode waveguide 5 after a proton is exchanged, and a second core part is formed. The areas 3a, 4a become the single mode waveguides 3, 4 for distribution, and the areas 5a, 6a, 67b covering first, second core parts become the double mode waveguide 7. Since only abnormal light beam is increased when the proton is exchanged, when the conditions of the proton exchange and the annealing are selected properly, the waveguide 5 and the areas 6a, 6b become the single mode waveguide 7 for a waveguide light of a normal light beam and become the double mode waveguide 7 for the waveguide light of the abnormal light beam. A completely combined length is defined as Lc, and the length L of a double mode area is decided to be a prescribed length, and the arrangement of a laser light beam source and a substrate is decided. When the outgoing light quantities from the waveguides 3, 4 are differential-amplified, the condensing deviation of light is detected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、導波路とそれを用いた
焦点検出装置または段差測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a waveguide and a focus detecting device or a step measuring device using the waveguide.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、種々の分野で導波路が注目されて
いる。その理由は導波路を用いることにより光学系の小
型、軽量化を図ることが可能になり、また、光軸の調整
が不要になるという利点を有しているからである。導波
路は、導波路(コア部)と基板(クラッド部)との屈折
率の差、導波路の幅または屈折率分布によって、0次モ
ードの光だけが励振されるシングルモード導波路と、0
次と1次の2つのモードが励振されるダブルモード導波
路と、0次、1次及び2次以上の3つ以上のモードが励
振されるマルチモード導波路とに分類される。
2. Description of the Related Art In recent years, waveguides have been drawing attention in various fields. The reason is that the use of the waveguide has the advantages that the optical system can be made smaller and lighter, and the adjustment of the optical axis becomes unnecessary. The waveguide is a single mode waveguide in which only the 0th mode light is excited due to the difference in the refractive index between the waveguide (core portion) and the substrate (clad portion), the width of the waveguide or the refractive index distribution.
It is classified into a double-mode waveguide in which two modes of the next and first modes are excited, and a multi-mode waveguide in which three or more modes of zero-order, first-order, and second-order and above are excited.

【0003】このような導波路において、ダブルモード
導波路を用いて被検物体(被検面)の状態を光学的に測
定する構成を発明者等が提案している(H.Ooki
and J.Iwasaki, Optics Com
munications 85(1991)177)。
ダブルモード導波路にレーザ光を入射すると、導波路に
入射するレーザ光の振幅分布に応じて導波路内に0次モ
ードと1次モードとが励振される。この2つのモードは
導波路内で干渉する。そのため、導波路内の光強度分布
に非対称性が生じる。従って、ダブルモード導波路の長
さをあらかじめ最適な寸法に設定し、そのあとに分岐導
波路を接続すると、ダブルモード領域における光強度分
布の非対称性は、分岐した2つの導波路からの出射光量
の差を検出することによって調べることができる。
In such a waveguide, the present inventors have proposed a configuration in which the state of an object to be inspected (surface to be inspected) is optically measured using a double mode waveguide (H. Oki).
and J. Iwasaki, Optics Com
communications 85 (1991) 177).
When laser light is incident on the double mode waveguide, the 0th-order mode and the 1st-order mode are excited in the waveguide according to the amplitude distribution of the laser light incident on the waveguide. The two modes interfere in the waveguide. Therefore, the light intensity distribution in the waveguide is asymmetric. Therefore, if the length of the double-mode waveguide is set to an optimum dimension in advance and the branch waveguide is connected after that, the asymmetry of the light intensity distribution in the double-mode region is caused by the amount of light emitted from the two branched waveguides. The difference can be checked by detecting the difference.

【0004】ここで、導波路内の光強度分布の非対称性
をもたらすものとして、2つの要素が考えられる。ひと
つは入射レーザ光の強度分布に非対称性がある場合であ
り、もうひとつは入射レーザ光の位相分布に非対称性が
ある場合である。ダブルモード領域の長さを適当に選べ
ば、いずれの場合の非対称性も効率良く検出できる。強
度分布の非対称性は、被検面の光の反射率の分布等を観
察することができ、位相分布の非対称性は被検面の傾
斜、段差または高さの分布を観察することができる。
Here, two factors are considered to bring about the asymmetry of the light intensity distribution in the waveguide. One is when the intensity distribution of the incident laser light is asymmetric, and the other is when the phase distribution of the incident laser light is asymmetric. If the length of the double mode region is appropriately selected, the asymmetry in any case can be detected efficiently. The asymmetry of the intensity distribution can observe the distribution of the reflectance of the light on the surface to be inspected, and the asymmetry of the phase distribution can observe the distribution of the slope, step, or height of the surface to be inspected.

【0005】このダブルモード導波路におけるモード干
渉を利用して、入射レーザ光の光軸方向の変位(ピント
ずれ)を光ファイバを用いて検出するような焦点検出装
置が提案されている(R.Juskaitis and
T.Wilson, Applied Optics
31(1992)4569)。これは、ダブルモード
のファイバの端面の中心とレーザスポットの入射位置と
をずらす構成である。このときレーザスポットがピント
(焦点)ずれを起こしていれば、ファイバへ入射する光
の等位相面に傾きが生じる。この傾きによって生じる位
相分布の非対称性を検出することによってピントずれを
検出(焦点検出)することができる。
A focus detection device has been proposed which detects the displacement (focus shift) of the incident laser light in the optical axis direction by using the mode interference in the double mode waveguide (R. Juskaitis and
T. Wilson, Applied Optics
31 (1992) 4569). This is a configuration in which the center of the end face of the double mode fiber and the incident position of the laser spot are displaced. At this time, if the laser spot is out of focus (focus), an inclination occurs in the equiphase surface of the light incident on the fiber. The focus shift can be detected (focus detection) by detecting the asymmetry of the phase distribution caused by this inclination.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のような焦点検出
装置では焦点のずれを正確に検出することができないと
いう問題点があった。上記問題点を鑑みて、本発明は焦
点のずれを正確に検出可能な焦点検出装置を提供するこ
とを目的とする。
However, the above-described focus detection device has a problem that it is not possible to accurately detect the shift of the focus. In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a focus detection device capable of accurately detecting a focus shift.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】発明者らは、鋭意研究の
結果、光源とフアィバが別々に配置されるためフアィバ
に入射する光の位置合わせが難しいことに気が付いた。
さらに、ファイバを用いているため、上記のような「ダ
ブルモード領域の長さを適当な長さに選ぶ」ということ
ができないことに気が付いた。この2つの原因のため、
精度のよい測定ができないことに気が付いた。
As a result of earnest research, the inventors have found that it is difficult to align the light incident on the fiber because the light source and the fiber are separately arranged.
Furthermore, since the fiber is used, it has been found that it is not possible to "select an appropriate length for the double mode region" as described above. Because of these two causes,
I realized that I couldn't measure accurately.

【0008】そこで、発明者らは導波路を用いることを
考えた。発明者らは、最初に図10のような構成の導波
路を用いて装置を試作した。これは、光出射用の導波路
71と受光用の導波路72とを同一の基板に作成し、光
の出射位置と受光位置との位置合わせが簡単に精度よく
できる構成である。また、導波路を用いているため、周
知の半導体製造技術を用いることにより、「ダブルモー
ド領域の長さを適当な長さに選ぶ」ことが精度よくでき
る。
Therefore, the inventors have considered using a waveguide. The inventors first prototyped a device using the waveguide having the configuration shown in FIG. This is a configuration in which the light emitting waveguide 71 and the light receiving waveguide 72 are formed on the same substrate, and the light emitting position and the light receiving position can be easily and accurately aligned. Further, since the waveguide is used, it is possible to accurately "select the length of the double mode region to an appropriate length" by using a well-known semiconductor manufacturing technique.

【0009】この装置では、導波路71から出射された
光が被検面で反射して導波路72に入射するように、反
射光を導くための入射手段が必要になる。正確に導波路
へ反射光が入射するように入射手段、導波路、被検面等
を配置させることは難しい。また、このような入射手段
が配置されるため、装置が大きくなる。従って、反射光
を導波路へ入射する際の位置合わせが不要になり、この
ような入射手段がいらない導波路を考えた。
This device requires an incident means for guiding the reflected light so that the light emitted from the waveguide 71 is reflected by the surface to be detected and is incident on the waveguide 72. It is difficult to arrange the incident means, the waveguide, the surface to be inspected, etc. so that the reflected light is accurately incident on the waveguide. Further, since such an incident means is arranged, the device becomes large. Therefore, it is not necessary to align the reflected light when entering the waveguide, and a waveguide that does not require such an incident means was considered.

【0010】発明者らは、光の偏光方向によってシング
ルモード導波路となったり、ダブルモード導波路となっ
たりする構成の導波路を用いることにより、被検面から
の反射光を導波路へ入射する際の位置合わせが不要にな
る構成を見い出した。即ち、本発明は第1に『「往路」
の光に対しては前記「往路」の光をシングルモードで伝
搬するシングルモード導波路と、「復路」の光に対して
は前記「復路」の光をダブルモードで伝搬するダブルモ
ード導波路とからなり、前記シングルモード導波路の中
心と前記ダブルモード導波路の中心とが少なくとも一方
の端面でずれていることを特徴とする導波路(請求項
1)』を提供する。
The inventors of the present invention use a waveguide having a structure in which it becomes a single mode waveguide or a double mode waveguide depending on the polarization direction of light, so that the reflected light from the surface to be examined is incident on the waveguide. We found a configuration that eliminates the need for alignment when performing. That is, the first aspect of the present invention is "the outward trip".
A single mode waveguide that propagates the "outgoing path" light in a single mode, and a double mode waveguide that propagates the "return path" light in a double mode for the "return path" light. And a center of the single-mode waveguide and a center of the double-mode waveguide are deviated on at least one end face (claim 1).

【0011】第2に『基板上に形成され、常光線及び異
常光線に対して前記基板よりも屈折率が大きい第1コア
部と、前記基板上に形成され、異常光線のみに対して前
記基板よりも屈折率が大きい第2コア部とからなり、前
記第1コア部は前記常光線に対しては前記常光線をシン
グルモードで伝搬するシングルモード導波路を構成し、
前記第1コア部と前記第2コア部とを合わせた領域は前
記異常光線に対しては前記異常光線をダブルモードで伝
搬するダブルモード導波路を構成し、前記シングルモー
ド導波路の中心と前記ダブルモード導波路の中心とが少
なくとも一方の端面でずれていることを特徴とする導波
路(請求項2)』を提供する。
Secondly, "a first core portion formed on a substrate and having a refractive index larger than that of the substrate for ordinary rays and extraordinary rays, and the substrate formed for only extraordinary rays on the substrate. A second core portion having a refractive index larger than that of the first core portion, and the first core portion constitutes a single mode waveguide that propagates the ordinary ray in a single mode with respect to the ordinary ray,
A region in which the first core portion and the second core portion are combined constitutes a double mode waveguide that propagates the extraordinary ray in a double mode with respect to the extraordinary ray, and the center of the single mode waveguide and the A waveguide characterized in that the center of the double-mode waveguide is deviated on at least one end face (claim 2).

【0012】第3に『請求項1または2記載の導波路で
あって、前記ダブルモード導波路に電界を印加するため
の電極を備えたことを特徴とする請求項1または2記載
の導波路(請求項3)』を提供する。第4に『請求項1
または3記載の導波路であって、前記「往路」の光を前
記シングルモード導波路へ誘導するための誘導用シング
ルモード導波路と、 前記ダブルモード導波路内の前記
「復路」の光の光強度分布を分配するための少なくとも
2つの分配用シングルモード導波路を設けたことを特徴
とする請求項1または3記載の導波路(請求項4)』を
提供する。
Third, the waveguide according to claim 1 or 2, wherein the double mode waveguide is provided with an electrode for applying an electric field. (Claim 3) ”is provided. Fourth, “claim 1
Or the waveguide according to 3, wherein a guiding single-mode waveguide for guiding the light in the "outgoing path" to the single-mode waveguide, and the light in the "return path" in the double-mode waveguide The waveguide (claim 4) according to claim 1 or 3, characterized in that at least two distributing single-mode waveguides for distributing the intensity distribution are provided.

【0013】第5に『請求項2または3記載の導波路で
あって、前記常光線を前記シングルモード導波路へ誘導
するための誘導用シングルモード導波路と、前記ダブル
モード導波路内の前記異常光線の光強度分布を分配する
ための少なくとも2つの分配用シングルモード導波路を
設けたことを特徴とする請求項2または3記載の導波路
(請求項5)』を提供する。
Fifth, "The waveguide according to claim 2 or 3, wherein the guiding single mode waveguide for guiding the ordinary ray to the single mode waveguide, and the waveguide in the double mode waveguide are provided. A waveguide (claim 5) according to claim 2 or 3, characterized in that at least two distributing single-mode waveguides for distributing the light intensity distribution of the extraordinary ray are provided.

【0014】第6に『導波路と、前記導波路と被検面と
の間に配置され「往路」の光の偏光方向と「復路」の光
の偏光方向とを直交させる偏光制御手段と、前記導波路
から出射された前記光を前記被検面上に集光する第1の
集光手段と、前記被検面からの前記反射光を前記導波路
に集光する第2の集光手段と、前記導波路内の前記反射
光の光強度分布を検出する少なくとも2つの検出器と、
前記検出器の信号から前記被検面に集光される前記光の
焦点のずれを検出する検出手段とからなる焦点検出装置
において、前記導波路は請求項1または2または3また
は4または5記載の導波路であることを特徴とする焦点
検出装置(請求項6)』を提供する。
Sixthly, "a waveguide and polarization control means arranged between the waveguide and the surface to be inspected, for making the polarization direction of the" forward "light and the polarization direction of the" return "light orthogonal to each other. First condensing means for condensing the light emitted from the waveguide on the surface to be inspected, and second condensing means for condensing the reflected light from the surface to be inspected on the waveguide. And at least two detectors for detecting the light intensity distribution of the reflected light in the waveguide,
A focus detection device comprising a detection means for detecting a shift of the focus of the light focused on the surface to be detected from a signal of the detector, wherein the waveguide is a waveguide. A focus detection device (claim 6) ″ is provided.

【0015】さらに、この焦点検出装置を応用して被検
面の段差測定をすることができることに気が付いた。そ
こで、第7に『導波路と、前記導波路と被検面との間に
配置され「往路」の光の偏光方向と「復路」の光の偏光
方向とを直交させる偏光制御手段と、前記導波路から出
射された前記光を前記被検面上に集光する第1の集光手
段と、前記被検面からの前記反射光を前記導波路に集光
する第2の集光手段と、前記導波路内の前記反射光の光
強度分布を検出する少なくとも2つの検出器と、前記検
出器の信号から前記被検面の段差を測定する段差測定装
置において、前記導波路は請求項1または2または3ま
たは4または5記載の導波路であることを特徴とする段
差測定装置(請求項7)』を提供する。
Further, it has been noticed that the focus detecting device can be applied to measure the step of the surface to be inspected. Therefore, seventhly, "a waveguide and polarization control means which is disposed between the waveguide and the surface to be inspected and which makes the polarization direction of the" forward "light and the polarization direction of the" return "light orthogonal to each other, First condensing means for condensing the light emitted from the waveguide onto the surface to be inspected, and second condensing means for condensing the reflected light from the surface to be inspected into the waveguide. The at least two detectors for detecting the light intensity distribution of the reflected light in the waveguide, and the step measuring device for measuring the step of the surface to be inspected from the signal of the detector, wherein the waveguide is provided. Alternatively, there is provided a step measuring device (claim 7) characterized in that it is the waveguide according to 2 or 3 or 4 or 5.

【0016】[0016]

【作用】本発明では、光の偏光方向によってシングルモ
ード導波路となったりダブルモード導波路となったりす
る構成の導波路を用いることにより、反射光の導波路へ
の入射の位置合わせが不要になり、被検面からの反射光
を精度よく導波路へ入射することが可能になる。
According to the present invention, by using a waveguide having a structure in which a single-mode waveguide or a double-mode waveguide is formed depending on the polarization direction of light, alignment of reflected light to the waveguide is unnecessary. Therefore, the reflected light from the surface to be inspected can be accurately incident on the waveguide.

【0017】また、周知の半導体製造技術を用いること
によって、ダブルモード領域を簡単に、かつ正確に製造
することができるので、精度のよい測定ができる。さら
に、電気光学効果を有する基板を用いた場合、導波路に
電界を印加することにより、導波路の完全結合長を変化
させて、所望の完全結合長に合わせることができる。
Further, since the double mode region can be easily and accurately manufactured by using the well-known semiconductor manufacturing technique, accurate measurement can be performed. Furthermore, when a substrate having an electro-optical effect is used, by applying an electric field to the waveguide, the complete coupling length of the waveguide can be changed to match the desired complete coupling length.

【0018】完全結合長とは、ダブルモード領域を伝搬
する0次モードと1次モードの光の位相差がπとなる長
さで、最小の長さのことである。ダブルモード領域の長
さは、一般にダブルモード導波路の長さで決めることが
できるが、ダブルモード導波路にシングルモード分岐導
波路(分配用シングルモード導波路)を接続した場合
(例えば2つのシングルモード導波路をY分岐にして接
続する。)、シングルモード導波路の分岐の角度が小さ
いと、このシングルモード導波路が互いに光結合をおこ
す領域(結合領域)ができる。これは、導波路を伝搬し
ている光がクラッド(基板)にしみだすため、接近して
いる導波路間では、光の結合が生じるからである。この
結合領域では、偶モード及び奇モードが存在する。この
2つのモードは、ダブルモード導波路の0次モード、1
次モードに対応する。この結合領域では偶モード、奇モ
ードの間の干渉により、2本のシングルモード導波路間
で光パワーの移行が生じる。このことは、ダブルモード
導波路の0次モードと1次モードの干渉と同様に考える
ことができる。従って、このような場合は、ダブルモー
ド領域の長さは、ダブルモード導波路の長さと分岐導波
路が光結合をおこして2つのモードで伝搬している長さ
とをたした長さとなる。
The complete coupling length is the length at which the phase difference between the 0th-order mode light and the 1st-order mode light propagating in the double mode region is π, and is the minimum length. The length of the double mode region can be generally determined by the length of the double mode waveguide, but when a single mode branching waveguide (single mode waveguide for distribution) is connected to the double mode waveguide (for example, two single modes). If the mode waveguide is connected in Y-branch, and the branch angle of the single mode waveguide is small, a region (coupling region) where the single mode waveguides optically couple with each other is formed. This is because the light propagating through the waveguide leaks into the clad (substrate), and the light is coupled between the waveguides that are close to each other. There are even and odd modes in this coupling region. These two modes are the 0th mode of the double-mode waveguide, 1
Corresponds to the next mode. In this coupling region, the optical power shifts between the two single mode waveguides due to the interference between the even mode and the odd mode. This can be considered similarly to the interference between the 0th-order mode and the 1st-order mode of the double-mode waveguide. Therefore, in such a case, the length of the double mode region is equal to the length of the double mode waveguide and the length of propagation in two modes due to the optical coupling of the branch waveguide.

【0019】また、このダブルモード領域の長さLは、
完全結合長をLc として、物体の位相分布を観察すると
きは式(1)のようにし、 L=Lc (2m+1)/2 (m=0,1,2,・・・)・・・(1) 同様に物体の強度分布を観察するときは式(2)のよう
に、 L=mLc (m=1,2,・・・)・・・(2) とすればよい。従って、ダブルモード領域の長さが所望
の長さに完全に合っていないときは、完全結合長の長さ
を変化させることによって合わせることができる。これ
らのことは特開平4−208913号公報に詳細に記載
されている。
The length L of the double mode area is
When observing the phase distribution of an object with the complete coupling length as L c , the equation (1) is used, and L = L c (2m + 1) / 2 (m = 0, 1, 2, ...) (1) Similarly, when observing the intensity distribution of an object, L = mL c (m = 1, 2, ...) (2) may be set as in equation (2). Therefore, when the length of the double mode region does not completely match the desired length, it can be adjusted by changing the length of the complete bond length. These are described in detail in JP-A-4-208913.

【0020】また、ダブルモード導波路と分岐の角度の
小さいY分岐のシングルモード導波路(分配用シングル
モード導波路)とをつなぐと検出信号のコントラストが
よくなり、ダブルモード領域の光強度分布の非対称性を
精度よく検出することができる。これは、ダブルモード
導波路内では0次モードと1次モードとが干渉すると
き、それぞれの電界分布のピーク(山)の位置が導波路
の幅方向に異なるので干渉がよく起こらないのに対し
て、上記のようにシングルモード導波路が互いに光結合
を起こしている領域では、偶モード(0次モード)と奇
モード(1次モード)の電界分布のピーク(山)の位置
を合わせることができるため干渉が効率よく起こるから
である。そのため、ダブルモード導波路と分岐の角度の
小さいY分岐のシングルモード導波路(分配用シングル
モード導波路)とを接続することが好ましい。
If the double mode waveguide is connected to the Y-branch single mode waveguide (single mode waveguide for distribution) having a small branch angle, the contrast of the detection signal is improved, and the light intensity distribution in the double mode region is improved. Asymmetry can be detected accurately. This is because when the 0th-order mode and the 1st-order mode interfere with each other in the double-mode waveguide, the positions of the peaks (mountains) of the respective electric field distributions are different in the width direction of the waveguide, whereas the interference does not occur well. Thus, in the region where the single mode waveguides are optically coupled to each other as described above, the peaks (peaks) of the electric field distributions of the even mode (0th order mode) and the odd mode (1st order mode) can be aligned. This is because interference can occur efficiently because it is possible. Therefore, it is preferable to connect the double-mode waveguide and the Y-branch single-mode waveguide (distribution single-mode waveguide) having a small branching angle.

【0021】本発明では、所定の金属の熱拡散法とプロ
トン交換法またはLi2 O外拡散法とを組み合わせて、
光の偏光方向によってシングルモード導波路になった
り、ダブルモード導波路になったりする導波路を構成し
た。上記の各方法の内、熱拡散法では、常光線と異常光
線とに対して基板よりも屈折率が大きいコア部(第1コ
ア部)を形成することができ、プロトン交換法とLi2
O外拡散法では異常光線のみに対して基板よりも屈折率
が高いコア部(第2コア部)を形成することができる。
この熱拡散に用いられる金属としては、ニオブ酸リチウ
ム基板ではTi、V、Ni、Cu等の遷移金属がよく用
いられる。また、タンタル酸リチウム基板ではCu、T
i、Nb等の遷移金属がよく用いられる。これらのこと
は、特願平4−262725号の明細書及び図面で詳細
に記載されている。
In the present invention, the thermal diffusion method of a predetermined metal is combined with the proton exchange method or the Li 2 O external diffusion method,
We constructed a waveguide that can be a single-mode waveguide or a double-mode waveguide depending on the polarization direction of light. Among the methods described above, in the thermal diffusion method, than the substrate relative to the ordinary ray and extraordinary ray can be formed core portion is larger refractive index (first core portion), the proton exchange method and Li 2
The O-out diffusion method can form a core portion (second core portion) having a higher refractive index than the substrate only for extraordinary rays.
As the metal used for this thermal diffusion, transition metals such as Ti, V, Ni and Cu are often used in the lithium niobate substrate. Also, in the case of lithium tantalate substrate, Cu, T
Transition metals such as i and Nb are often used. These are described in detail in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 4-262725.

【0022】上記の導波路に1/4波長板を組み合わせ
ることにより、「往路」の光の偏光方向と「復路」の反
射光の偏光方向とが直交することになる。本発明で「往
路」とは光源からの光が被検物体(被検面)へ伝搬して
いく方向を示し、「復路」とは被検物体からの反射光が
光検出器へ伝搬していく方向を示す。
By combining the above waveguide with a quarter wave plate, the polarization direction of the "outgoing" light and the polarization direction of the "returning" reflected light are orthogonal to each other. In the present invention, the "outgoing path" indicates the direction in which the light from the light source propagates to the object to be inspected (surface to be inspected), and the "return path" means that the reflected light from the object to be inspected propagates to the photodetector. Indicates the direction to go.

【0023】本発明によれば、精度よく正確に焦点のず
れを検出可能な焦点検出装置を得ることができる。さら
に、この焦点検出装置を応用して被検面の段差測定をす
ることも可能である。以下、実施例により本発明をより
具体的に説明するが、本発明はこれに限るものではな
い。
According to the present invention, it is possible to obtain a focus detection device capable of detecting a focus shift accurately and accurately. Furthermore, it is also possible to measure the level difference on the surface to be inspected by applying this focus detection device. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

【0024】[0024]

【実施例】図1及び図2は本発明の第1の実施例による
導波路の概略構成図である。以下、図1及び図2を用い
て導波路の作製方法を説明する。この作製法は、特願平
4−262725号の明細書及び図面で詳細に記載され
ている。ここで、領域2aとはシングルモード導波路2
を、領域3aとはシングルモード導波路3を、領域4a
とはシングルモード導波路4を、領域5aとはシングル
モード導波路5を、領域6a,6b,5aとはダブルモ
ード導波路7を作製する領域である。
1 and 2 are schematic configuration diagrams of a waveguide according to a first embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for manufacturing a waveguide will be described with reference to FIGS. This manufacturing method is described in detail in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 4-262725. Here, the region 2a means the single mode waveguide 2
The region 3a is the single mode waveguide 3 and the region 4a is
Is a region in which the single-mode waveguide 4 is formed, the region 5a is a region in which the single-mode waveguide 5 is formed, and the regions 6a, 6b, and 5a are regions in which the double-mode waveguide 7 is formed.

【0025】ニオブ酸リチウム基板10に周知のTiの
熱拡散法を用いて領域5a及び領域2aに第1コア部を
作製する。この領域2a、5aは、シングルモード導波
路2(誘導用シングルモード導波路)及び5となる。シ
ングルモード導波路5は、シングルモード導波路2(誘
導用シングルモード導波路)から、領域3a側に滑らか
に曲がった後(領域4a側に曲がっていてもよい。)、
直線導波路となるように作製される。
The first core portion is formed on the regions 5a and 2a of the lithium niobate substrate 10 by using the well-known thermal diffusion method of Ti. The regions 2a and 5a are the single mode waveguides 2 (single mode waveguide for guiding) and 5. The single-mode waveguide 5 is smoothly bent from the single-mode waveguide 2 (single-mode waveguide for guiding) to the region 3a side (may be bent to the region 4a side).
It is manufactured so as to form a linear waveguide.

【0026】この後、図1で示される導波路は、シング
ルモード導波路5の両側の領域6a、6bと領域3a、
4aにプロトン交換後アニールを行ない(プロトン交換
法)、第2コア部を作製する(図1のA−Aで切った導
波路の断面図を図3に示す)。この領域3a、4aは、
シングルモード導波路3及び4(分配用シングルモード
導波路)となる。また、第1コア部と第2コア部を合わ
せた領域(領域5a,6a,6b)はダブルモード導波
路7となる。また、図3ではTi拡散領域とプロトン交
換領域の重なりを示したが図1ではこの領域を示すこと
を省略した。
After that, the waveguide shown in FIG. 1 has the regions 6a and 6b on both sides of the single mode waveguide 5 and the region 3a.
4a is annealed after proton exchange (proton exchange method) to produce a second core portion (a cross-sectional view of the waveguide taken along the line AA in FIG. 1 is shown in FIG. 3). The areas 3a and 4a are
It becomes single mode waveguides 3 and 4 (single mode waveguide for distribution). Further, the regions (regions 5a, 6a, 6b) where the first core portion and the second core portion are combined become the double mode waveguide 7. Further, although FIG. 3 shows the overlapping of the Ti diffusion region and the proton exchange region, the illustration of this region is omitted in FIG.

【0027】また、図2では、領域3a、4a、5a、
6a、6bにプロトン交換後アニールを行い(プロトン
交換法)、第2コア部を作製する(図2のB−Bで切っ
た断面図を図4に示す)。この領域3a、4aは、シン
グルモード導波路3及び4(分配用シングルモード導波
路)となる。また、第1コア部と第2コア部を合わせた
領域(領域5a,6a,6b)はダブルモード導波路7
となる。
Further, in FIG. 2, the regions 3a, 4a, 5a,
Annealing after proton exchange is performed on 6a and 6b (proton exchange method) to produce a second core portion (a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 2 is shown in FIG. 4). The regions 3a and 4a become the single mode waveguides 3 and 4 (single mode waveguide for distribution). In addition, the region (regions 5a, 6a, 6b) where the first core portion and the second core portion are combined is a double mode waveguide 7
Becomes

【0028】Tiの熱拡散では常光線に対する屈折率と
異常光線に対する屈折率の両方が増大するが、プロトン
交換では異常光線に対する屈折率のみが増大する。従っ
て、このようにして作製した導波路は特願平4−262
725号の明細書及び図面で提案されているように、プ
ロトン交換とアニールの条件を適当に選ぶことによっ
て、常光線の導波光に対してはシングルモード導波路5
となり、異常光線の導波光に対しては導波路5と領域6
a、6bとをあわせたダブルモード導波路7となる。
Thermal diffusion of Ti increases both the refractive index for ordinary rays and the extraordinary ray, but for proton exchange, only the refractive index for extraordinary rays increases. Therefore, the waveguide manufactured in this manner is disclosed in Japanese Patent Application No. 4-262.
As proposed in the specification and drawings of No. 725, by appropriately selecting the conditions of the proton exchange and the annealing, the single mode waveguide 5 can be used for the guided light of the ordinary ray.
Therefore, for the extraordinary ray guided light, the waveguide 5 and the region 6
The double mode waveguide 7 is a combination of a and 6b.

【0029】図5は、本発明の第2の実施例による焦点
検出装置を光ディスク等のフォーカスエラー信号検出に
用いたものである。第2の実施例では第1の実施例で用
いられた導波路を用いる。また、第1の実施例と同様な
ものは同じ符号を用いて詳しい説明を省略する。図5で
は、XカットY伝搬のニオブ酸リチウム(LiNb
3 )基板10を用いている。
FIG. 5 shows a focus detecting device according to the second embodiment of the present invention used for detecting a focus error signal of an optical disk or the like. In the second embodiment, the waveguide used in the first embodiment is used. Further, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 5, X-cut Y-propagation lithium niobate (LiNb
O 3 ) substrate 10 is used.

【0030】焦点検出では、被検面の傾斜の分布によっ
て焦点がずれることを観察する。そのため、ダブルモー
ド領域の長さは、ダブルモード領域の長さを位相分布の
非対称性を測定できるような長さにする。この長さは式
(1)で求まる。導波路内を光が伝搬するとき、半導体
レーザ1を出た光が常光線、これと直交する偏光方向の
光が異常光線となるようにレーザ光源1とニオブ酸リチ
ウム基板10とを配置する。レーザ光はシングルモード
導波路2(誘導用シングルモード導波路)および5を経
て端面9から出射される。出射したレーザ光はコリメー
タレンズ11で平行光となった後、1/4波長板12を
透過し、対物レンズ13で光ディスク(被検面)14に
集光される(第1の集光手段)。光ディスク(被検面)
14上で反射したレーザ光(「復路」の光)は、再び対
物レンズ13、1/4波長板12を透過して「往路」の
光の偏光方向と直交する偏光方向に変換され、コリメー
タレンズ11で端面9に集光される。光ディスク(被検
面)14で反射した光(「復路」の光)はニオブ酸リチ
ウム基板10に対して異常光線となるので、ダブルモー
ド導波路7を経て、分岐8でシングルモード導波路3、
4(分配用シングルモード導波路)に分岐する。このと
き、光ディスク(被検面)14で反射した光(「復路」
の光)はダブルモード導波路7の入り口の中心からずれ
ているので、前述した通りダブルモード導波路7を適当
な長さに設定しておき、シングルモード導波路3、4
(分配用シングルモード導波路)からの出射光量を光検
出器15、16で検出し、差動アンプ17で光検出器1
5、16からの信号の差をとることによって、光のピン
ト(集光)ずれを検出できる。なお、図5では、ディス
クに記録された信号の再生系やオートトラッキングのた
めの光学系については省略した。
In the focus detection, it is observed that the focus shifts due to the distribution of the inclination of the surface to be inspected. Therefore, the length of the double mode region is set so that the asymmetry of the phase distribution can be measured. This length is obtained by the equation (1). When the light propagates in the waveguide, the laser light source 1 and the lithium niobate substrate 10 are arranged so that the light emitted from the semiconductor laser 1 becomes an ordinary ray and the light in the polarization direction orthogonal to this becomes an extraordinary ray. Laser light is emitted from the end face 9 through the single mode waveguides 2 (guide single mode waveguides) and 5. The emitted laser light is collimated by the collimator lens 11, passes through the quarter-wave plate 12, and is condensed by the objective lens 13 onto the optical disc (test surface) 14 (first condensing means). . Optical disc (test surface)
The laser light (the light on the “return path”) reflected on 14 is again transmitted through the objective lens 13 and the quarter-wave plate 12 and converted into a polarization direction orthogonal to the polarization direction of the light on the “outgoing path”, and the collimator lens The light is focused on the end face 9 at 11. The light reflected by the optical disk (surface to be inspected) 14 (the light on the “return path”) becomes an extraordinary ray with respect to the lithium niobate substrate 10, and therefore passes through the double mode waveguide 7 and the single mode waveguide 3 at the branch 8.
4 (single mode waveguide for distribution). At this time, the light reflected by the optical disc (test surface) 14 (“return path”)
Light is shifted from the center of the entrance of the double mode waveguide 7, so that the double mode waveguide 7 is set to an appropriate length as described above, and the single mode waveguides 3, 4
The amount of light emitted from the (distribution single-mode waveguide) is detected by the photodetectors 15 and 16, and the photodetector 1 is detected by the differential amplifier 17.
By taking the difference between the signals from 5 and 16, it is possible to detect the focus shift of light. In FIG. 5, the reproduction system for signals recorded on the disc and the optical system for auto-tracking are omitted.

【0031】導波路基板が電気光学効果を有する基板で
あるときは基板に電極を設けて、この電極に電圧を印加
することによって、導波路に電界を印加し、ダブルモー
ド領域の完全結合長を変化させることができる。このよ
うにするとダブルモード領域の長さが測定するのに好ま
しい長さからずれている時、完全結合長を変化させるこ
とにより好ましい条件で測定することが可能になる。
When the waveguide substrate is a substrate having an electro-optical effect, an electrode is provided on the substrate, and an electric field is applied to the waveguide by applying a voltage to this electrode, so that the complete coupling length of the double mode region is increased. Can be changed. In this way, when the length of the double mode region deviates from the preferable length for measuring, it becomes possible to measure under the preferable condition by changing the perfect bond length.

【0032】図6に電極を設けた図を示す。第2の実施
例では、XカットY伝搬のニオブ酸リチウム基板10を
用いている。この基板はZ軸方向に電界をかけると効率
よく屈折率を変化させることができる。このため、Z軸
方向(横方向)に電界が印加するように電極18、19
を配置する。また、ZカットXまたはY伝搬のニオブ酸
リチウム基板を用いる場合は、Z軸方向(縦方向)に電
界を印加するように電極を配置すればよい。電極18、
19には不図示の電源が接続されている。
FIG. 6 shows a diagram in which electrodes are provided. In the second embodiment, the X-cut Y-propagation lithium niobate substrate 10 is used. The refractive index of this substrate can be efficiently changed by applying an electric field in the Z-axis direction. Therefore, the electrodes 18 and 19 are applied so that the electric field is applied in the Z-axis direction (lateral direction).
To place. When a Z-cut X- or Y-propagation lithium niobate substrate is used, the electrodes may be arranged so that an electric field is applied in the Z-axis direction (longitudinal direction). Electrode 18,
A power source (not shown) is connected to 19.

【0033】また、導波路に電界を印加する場合、屈折
率分布の対称な場所で電界を印加することが好ましいの
で、図6ではシングルモード導波路5を曲げる前の場所
に電極を配置した。図5及び図6の構成は光ディスクに
制限されるものではなく、一般の光学的な焦点検出装置
にも応用できることは言うまでもない。
Further, when an electric field is applied to the waveguide, it is preferable to apply the electric field at a location where the refractive index distribution is symmetrical. Therefore, in FIG. 6, the electrode is arranged at the location before bending the single mode waveguide 5. Needless to say, the configurations of FIGS. 5 and 6 are not limited to the optical disc, and can be applied to a general optical focus detection device.

【0034】半導体レーザ1に戻り光がある場合には、
半導体レーザ1の動作が不安定になる。また、半導体レ
ーザ1からの光の偏光方向がずれている場合、導波路を
常光線と異常光線とが伝搬し、「往路」の光がシングル
モードで伝搬しないことがある。このような場合は、シ
ングルモード導波路2(誘導用シングルモード導波路)
に公知のモードスプリッタを設ければよい。このモード
スプリッタは偏光方向〔常光(TEモード)、異常光
(TMモード)〕によって光を分離するものである。
When the semiconductor laser 1 has a returning light,
The operation of the semiconductor laser 1 becomes unstable. Further, when the polarization direction of the light from the semiconductor laser 1 is deviated, the ordinary ray and the extraordinary ray may propagate through the waveguide, and the "outgoing" light may not propagate in a single mode. In such a case, single mode waveguide 2 (single mode waveguide for guiding)
A publicly known mode splitter may be provided. This mode splitter separates light by the polarization direction [ordinary light (TE mode), extraordinary light (TM mode)].

【0035】また、基板がZカットXまたはY伝搬のニ
オブ酸リチウム基板を用いている場合は、シングルモー
ド導波路2(誘導用シングルモード導波路)上に公知の
金属クラッディングを用いた偏光子を設ければよい。こ
の偏光子は、TMモード(異常光)の光を吸収し、TE
モード(常光)の光を透過させるものである。このこと
は、特願平4−313198号の明細書及び図面で詳し
く記載されている。
When the substrate is a Z-cut X- or Y-propagating lithium niobate substrate, a polarizer using a known metal cladding on the single-mode waveguide 2 (single-mode waveguide for induction). Should be provided. This polarizer absorbs TM mode (extraordinary light) light and
The light of mode (ordinary light) is transmitted. This is described in detail in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 4-313198.

【0036】図7は、本発明の第3の実施例による段差
測定装置をレーザ走査顕微鏡に用いたものである。この
装置は、被検面39の段差を測定する第1の測定部と被
検面39の位相分布または強度分布を測定する第2の測
定部からなる。第1及び2の実施例と同様なものは第1
及び2の実施例と同じ符号をつけて詳しい説明は省略す
る。
FIG. 7 shows a laser scanning microscope using the step measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. This apparatus includes a first measuring unit that measures a step on the surface 39 to be inspected and a second measuring unit that measures a phase distribution or intensity distribution of the surface 39 to be inspected. Similar to the first and second embodiments,
The same reference numerals as in the first and second embodiments are given and detailed description thereof is omitted.

【0037】第1の測定部には、第1の実施例と同様の
導波路を用いる。第2の測定部には、ダブルモード導波
路27に分岐導波路であるシングルモード導波路28、
29(分配用シングルモード導波路)を接続した導波路
を用いる。この導波路はTi拡散法、Li2 O外拡散
法、またはプロトン交換法を用いて作製される。半導体
レーザ1から出射した光(「往路」の光)がシングルモ
ード導波路2(誘導用シングルモード導波路)及び5を
経て端面9から出射する。この光はコリメータレンズ1
1で平行光にされ、偏光選択性回折格子20及び1/4
λ板12、X−Yスキャナ21を通り、対物レンズ13
(第1の集光手段)で被検面39に集光される。
A waveguide similar to that of the first embodiment is used for the first measuring section. The second measurement section includes a double mode waveguide 27, a single mode waveguide 28 that is a branch waveguide,
A waveguide to which 29 (single mode waveguide for distribution) is connected is used. This waveguide is manufactured by using the Ti diffusion method, the Li 2 O outdiffusion method, or the proton exchange method. Light emitted from the semiconductor laser 1 (light in the "outgoing path") is emitted from the end face 9 through the single mode waveguides 2 (single mode waveguide for guidance) and 5. This light is collimator lens 1
1 to make parallel light, and polarization-selective diffraction gratings 20 and 1/4
The objective lens 13 passes through the λ plate 12 and the XY scanner 21.
The light is focused on the surface 39 to be inspected by (first focusing means).

【0038】偏光選択性回折格子20は、「往路」の光
の偏光方向では光を透過して、「復路」の光の偏光方向
では光を回折する構成とする。X−Yスキャナ21は、
被検面39に集光される光のスポットを被検面39に対
して相対的に移動させるものである。被検面39からの
反射光(「復路」の光)は対物レンズ13で平行光にさ
れ、1/4λ板12を通り、「往路」の光と直交する偏
光方向に変換され、、偏光選択性回折格子20で回折さ
れる。この回折された光のうち、0次光は段差測定検出
用の導波路へ、1次光は被検面39の位相分布及び強度
分布を測定する導波路へ入射するように偏光選択性回折
格子20を配置する。0次光は段差測定検出用の導波路
へ、1次光は被検面39の位相分布及び強度分布を測定
する導波路へそれぞれコリメータレンズ11(第2の集
光手段)で集光される。
The polarization-selective diffraction grating 20 is constructed so as to transmit light in the polarization direction of the "outward path" and diffract the light in the polarization direction of the "return path". The XY scanner 21
The spot of the light focused on the test surface 39 is moved relative to the test surface 39. The reflected light from the surface to be inspected 39 (the “return light”) is collimated by the objective lens 13, passes through the ¼ λ plate 12, is converted into the polarization direction orthogonal to the “outgoing light”, and the polarization is selected. The diffraction grating 20 diffracts the light. Of the diffracted light, the polarization-selective diffraction grating is configured so that the 0th-order light enters the waveguide for step measurement detection and the 1st-order light enters the waveguide for measuring the phase distribution and intensity distribution of the surface 39 to be measured. Place 20. The 0th-order light is condensed by the collimator lens 11 (second condensing means) to the waveguide for detecting the step difference and the 1st-order light is condensed to the waveguide for measuring the phase distribution and the intensity distribution of the surface 39 to be measured. .

【0039】0次光は、第2の実施例と同様にダブルモ
ード導波路7へ入射し、光検出器15、16で検出され
る。また、光検出器15、16には、光検出器15、1
6で検出した光の信号の差を求める差動回路22と、光
検出器15、16が検出した信号の和を求める和演算回
路23と、差動回路22から出力される信号を和演算回
路23から出力される信号で割る割算器24とが配置さ
れている。この差動回路22と和演算回路23と割算器
24とで焦点のずれ量を求める。
The 0th order light enters the double mode waveguide 7 as in the second embodiment and is detected by the photodetectors 15 and 16. In addition, the photodetectors 15 and 16 include the photodetectors 15 and 1
6, a differential circuit 22 for obtaining the difference between the optical signals detected by 6, a sum calculation circuit 23 for obtaining the sum of the signals detected by the photodetectors 15, 16, and a sum calculation circuit for the signals output from the differential circuit 22. And a divider 24 that divides by the signal output from 23. The focus shift amount is calculated by the differential circuit 22, the sum calculation circuit 23, and the divider 24.

【0040】被検面39の反射率の分布が一定ではない
場合、導波路に入射する光量に変化が起きる。そこで、
第3の実施例では割算器24からの補正された信号を用
いている。これは、和演算回路23で求められた全光量
の信号を差動回路22で求められた光検出器15、16
に入射した光量の差の信号で割ることにより、全光量の
不均一を無くす補正である。この補正をすることが好ま
しいが、補正をしない場合は、単に差動回路22で求め
られた信号を用いればよい。
When the distribution of the reflectance of the surface 39 to be tested is not constant, the amount of light incident on the waveguide changes. Therefore,
In the third embodiment, the corrected signal from the divider 24 is used. This is because the photodetectors 15 and 16 obtained by the differential circuit 22 are the signals of the total amount of light obtained by the sum calculation circuit 23.
This is a correction for eliminating the nonuniformity of the total amount of light by dividing by the signal of the difference in the amount of light incident on. Although it is preferable to make this correction, if no correction is made, the signal obtained by the differential circuit 22 may simply be used.

【0041】また、1次光はダブルモード導波路25の
端面の中心へ入射し、シングルモード導波路28、29
(分配用シングルモード導波路)で第2の実施例と同様
に光が分配され、その光強度の非対称性を光検出器3
0、31でそれぞれ検出される。ここでダブルモード導
波路25の光の入射端がピンホールと同じ働きをするの
で、この構成は、コンフォーカル型レーザ走査顕微鏡を
構成する。この光検出器30、31の信号の差を差動回
路32でとる。この差動回路32からの信号で被検面3
9の位相(傾斜や段差)分布または強度(反射率)分布
を測定する。
Further, the primary light is incident on the center of the end face of the double mode waveguide 25, and the single mode waveguides 28, 29.
The light is distributed by the (distribution single mode waveguide) as in the second embodiment, and the asymmetry of the light intensity is detected by the photodetector 3.
It is detected at 0 and 31, respectively. Here, since the light incident end of the double mode waveguide 25 functions the same as a pinhole, this configuration constitutes a confocal laser scanning microscope. The differential circuit 32 takes the difference between the signals of the photodetectors 30 and 31. The signal from the differential circuit 32 is used to detect the surface 3 to be measured.
The 9 phase (tilt or step) distribution or intensity (reflectance) distribution is measured.

【0042】被検面39の位相分布を測定するときはダ
ブルモード領域の長さを式(1)で求まる長さにして、
被検面39の強度分布を測定するときはダブルモード領
域の長さを式(2)で求まる長さにする。第2の実施例
と同様に電極26、27に電圧を印加することにより、
完全結合長の長さを変えることができるので、ダブルモ
ード領域の長さを一定にしておき、印加する電圧を変化
させることによって、測定したい位相分布と強度分布と
を選ぶことも可能である。
When measuring the phase distribution of the surface to be inspected 39, the length of the double mode region is set to the length obtained by the equation (1),
When measuring the intensity distribution of the surface 39 to be inspected, the length of the double mode region is set to the length obtained by the equation (2). By applying a voltage to the electrodes 26 and 27 as in the second embodiment,
Since the length of the complete bond length can be changed, it is also possible to select the phase distribution and the intensity distribution to be measured by keeping the length of the double mode region constant and changing the applied voltage.

【0043】第1の測定部で測定される段差測定は、割
算器24の信号を読み出し、図9に示した割算器24の
信号と被検物体39の対物レンズ13の焦点の位置から
のずれ量の関係から換算する。図9の関係は予め測定を
しておく。また、被検物体をのせるステージ等をピエゾ
アクチュエータ等で光軸方向に移動させる手段を設け
て、割算器24の信号が0になるように(焦点のずれが
0になるようにする。)ステージを移動させる。このス
テージの移動量を測定することによって、被検面39の
段差測定を行ってもよい。この場合は、予め図9の関係
を測定する必要はない。
To measure the step difference measured by the first measuring section, the signal from the divider 24 is read out, and the signal from the divider 24 and the focus position of the objective lens 13 of the object 39 shown in FIG. 9 are read. It is converted from the relationship of the amount of deviation. The relationship in FIG. 9 is measured in advance. Further, a means for moving a stage or the like on which the object to be inspected is moved in the optical axis direction by a piezo actuator or the like is provided so that the signal of the divider 24 becomes 0 (the deviation of the focus becomes 0). ) Move the stage. The level difference of the surface 39 to be tested may be measured by measuring the amount of movement of this stage. In this case, it is not necessary to measure the relationship of FIG. 9 in advance.

【0044】また、第3の実施例では1つの光源(半導
体レーザ1)で被検面39の段差測定と傾斜または反射
率の傾斜の測定をおこなったが、図8のようにそれぞれ
を独立して測定してもよい。これは、第2の測定部で用
いられる導波路を第1の測定部で用いられている導波路
と同様の製造方法で製造する。ただし、この場合は端面
37でシングルモード導波路の中心とダブルモード導波
路の中心とを一致させる。
In the third embodiment, one light source (semiconductor laser 1) is used to measure the level difference and the inclination or the inclination of the reflectance of the surface to be inspected 39, but as shown in FIG. You may measure it. In this, the waveguide used in the second measuring section is manufactured by the same manufacturing method as that of the waveguide used in the first measuring section. However, in this case, the center of the single mode waveguide and the center of the double mode waveguide are aligned at the end face 37.

【0045】半導体レーザ1からの光は上記と同様にし
て、被検面39に集光され、反射光は導波路端面9に集
光される。また半導体レーザ33からの光も同様にして
「往路」の光はシングルモードで導波路内を伝搬して、
被検面39に集光され、反射光は、端面37に集光され
「復路」の反射光はダブルモードで導波路内を伝搬す
る。
The light from the semiconductor laser 1 is focused on the surface 39 to be detected and the reflected light is focused on the end face 9 of the waveguide in the same manner as described above. Similarly, with respect to the light from the semiconductor laser 33, the “outgoing light” propagates in the waveguide in a single mode,
The reflected light is condensed on the surface 39 to be inspected, the reflected light is condensed on the end surface 37, and the reflected light on the “return path” propagates in the waveguide in the double mode.

【0046】他の構成は図7と同様である。第3の実施
例では、段差測定装置を顕微鏡に用いたが、段差測定装
置の代わりに第2の実施例のような焦点検出装置を用い
てもよい。また、段差測定装置を単独で用いることがで
きることはいうまでもない。段差測定装置を単独で用い
る場合は、X−Yスキャナ21はなくてもよい。
The other structure is similar to that of FIG. In the third embodiment, the step measuring device is used for the microscope, but the focus detecting device as in the second embodiment may be used instead of the step measuring device. Needless to say, the step measuring device can be used alone. When the step measuring device is used alone, the XY scanner 21 may be omitted.

【0047】[0047]

【発明の効果】このように本発明によれば単一の基板上
に光出射部と受光部が集積される導波路を構成すること
ができるため、「復路」の光または異常光線(例えば、
本実施例における被検面からの反射光)を導波路へ入射
する際に、「復路」の光または異常光線の位置合わせが
いらず、精度よく正確に焦点検出及び段差測定が可能と
なる。
As described above, according to the present invention, since the waveguide in which the light emitting portion and the light receiving portion are integrated can be formed on the single substrate, the "return path" light or extraordinary ray (for example,
When the (reflected light from the surface to be inspected in this embodiment) is incident on the waveguide, it is possible to accurately and accurately perform focus detection and step measurement without alignment of the “return path” light or the extraordinary ray.

【0048】本発明の実施例によれば、ダブルモード導
波路にY分岐の導波路をつなげる構成にしたため非常に
コントラスト良く光を検出できる。
According to the embodiment of the present invention, since the Y-branch waveguide is connected to the double mode waveguide, the light can be detected with a very high contrast.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例による導波路の概略構成
図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a waveguide according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例による導波路の概略構成
図。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a waveguide according to a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例による導波路の概略断面
図。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a waveguide according to a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例による導波路の概略断面
図。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a waveguide according to a first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例による焦点検出装置の概
略構成図。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a focus detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例による焦点検出装置に電
極を設けたの概略構成図。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an electrode provided in a focus detection device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例による段差測定装置をレ
ーザ走査顕微鏡に用いた概略構成図。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram in which a step measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention is used in a laser scanning microscope.

【図8】本発明の第3の実施例による段差測定装置をレ
ーザ走査顕微鏡に用いた概略構成図。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram in which a step measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention is used in a laser scanning microscope.

【図9】本発明の第3の実施例による段差測定装置に用
いられる、焦点のずれ量と割算器の出力信号の関係を示
す概念図。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a relationship between a focus shift amount and an output signal of a divider, which is used in a step measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図10】導波路を用いた焦点検出装置の概略構成図。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a focus detection device using a waveguide.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、33・・・半導体レーザ 2、34・・・誘導用シングルモード導波路 3、4、28、29、35、36・・・分配用シングル
モード導波路 5・・・シングルモード導波路 7、25、38・・・ダブルモード導波路 10・・・基板 11・・・コリメータレンズ 12・・・1/4波長板 13・・・対物レンズ 14・・・光ディスク 15、16、30、31・・・光検出器 17・・・差動アンプ 18、19、26、27・・・電極 20・・・偏光選択性回折格子 21・・・X−Yスキャナ 22、32・・・差動回路 23・・・和演算回路 24・・・割算器 39・・・被検試料
1, 33 ... Semiconductor laser 2, 34 ... Induction single-mode waveguide 3, 4, 28, 29, 35, 36 ... Distributing single-mode waveguide 5 ... Single-mode waveguide 7, 25, 38 ... Double mode waveguide 10 ... Substrate 11 ... Collimator lens 12 ... Quarter wave plate 13 ... Objective lens 14 ... Optical disc 15, 16, 30, 31, ... Photodetector 17 ... Differential amplifier 18, 19, 26, 27 ... Electrode 20 ... Polarization-selective diffraction grating 21 ... XY scanner 22, 32 ... Differential circuit 23. .... Sum calculation circuit 24 ... Divider 39 ... Test sample

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 7/28 (72)発明者 大木 裕史 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location G02B 7/28 (72) Inventor Hiroshi Oki 3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Stock company In Nikon

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 「往路」の光に対しては前記「往路」の
光をシングルモードで伝搬するシングルモード導波路
と、 「復路」の光に対しては前記「復路」の光をダブルモー
ドで伝搬するダブルモード導波路とからなり、 前記シングルモード導波路の中心と前記ダブルモード導
波路の中心とが少なくとも一方の端面でずれていること
を特徴とする導波路。
1. A single mode waveguide for propagating the "outgoing path" light in a single mode for "outgoing path" light, and a double mode for the "returning path" light for "return path". And a center of the single mode waveguide and a center of the double mode waveguide are deviated from each other on at least one end face.
【請求項2】 基板上に形成され、常光線及び異常光線
に対して前記基板よりも屈折率が大きい第1コア部と、
前記基板上に形成され、異常光線のみに対して前記基板
よりも屈折率が大きい第2コア部とからなり、 前記第1コア部は前記常光線に対しては前記常光線をシ
ングルモードで伝搬するシングルモード導波路を構成
し、 前記第1コア部と前記第2コア部とを合わせた領域は前
記異常光線に対しては前記異常光線をダブルモードで伝
搬するダブルモード導波路を構成し、 前記シングルモード導波路の中心と前記ダブルモード導
波路の中心とが少なくとも一方の端面でずれていること
を特徴とする導波路。
2. A first core portion formed on a substrate and having a refractive index larger than those of the substrate with respect to ordinary rays and extraordinary rays,
A second core portion formed on the substrate and having a refractive index larger than that of the substrate only for extraordinary rays, and the first core portion propagates the ordinary ray in a single mode with respect to the ordinary ray. Configuring a single mode waveguide, a region where the first core portion and the second core portion are combined constitutes a double mode waveguide that propagates the extraordinary ray in a double mode with respect to the extraordinary ray, A waveguide, wherein the center of the single mode waveguide and the center of the double mode waveguide are deviated on at least one end face.
【請求項3】 請求項1または2記載の導波路であっ
て、前記ダブルモード導波路に電界を印加するための電
極を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の導
波路。
3. The waveguide according to claim 1 or 2, wherein the double mode waveguide is provided with an electrode for applying an electric field.
【請求項4】 請求項1または3記載の導波路であっ
て、前記「往路」の光を前記シングルモード導波路へ誘
導するための誘導用シングルモード導波路と、 前記ダブルモード導波路内の前記「復路」の光の光強度
分布を分配するための少なくとも2つの分配用シングル
モード導波路を設けたことを特徴とする請求項1または
3記載の導波路。
4. The waveguide according to claim 1 or 3, wherein a guiding single mode waveguide for guiding the “outgoing path” light to the single mode waveguide, and 4. The waveguide according to claim 1, wherein at least two splitting single-mode waveguides for splitting the light intensity distribution of the "return path" light are provided.
【請求項5】 請求項2または3記載の導波路であっ
て、前記常光線を前記シングルモード導波路へ誘導する
ための誘導用シングルモード導波路と、 前記ダブルモード導波路内の前記異常光線の光強度分布
を分配するための少なくとも2つの分配用シングルモー
ド導波路を設けたことを特徴とする請求項2または3記
載の導波路。
5. The waveguide according to claim 2, wherein the guiding single mode waveguide for guiding the ordinary ray to the single mode waveguide, and the extraordinary ray in the double mode waveguide. 4. The waveguide according to claim 2, wherein at least two splitting single-mode waveguides for splitting the light intensity distribution are provided.
【請求項6】 導波路と、前記導波路と被検面との間に
配置され「往路」の光の偏光方向と「復路」の光の偏光
方向とを直交させる偏光制御手段と、前記導波路から出
射された前記光を前記被検面上に集光する第1の集光手
段と、前記被検面からの前記反射光を前記導波路に集光
する第2の集光手段と、前記導波路内の前記反射光の光
強度分布を検出する少なくとも2つの検出器と、前記検
出器の信号から前記被検面に集光される前記光の焦点の
ずれを検出する検出手段とからなる焦点検出装置におい
て、 前記導波路は請求項1または2または3または4または
5記載の導波路であることを特徴とする焦点検出装置。
6. A waveguide, polarization control means arranged between the waveguide and the surface to be inspected, for making the polarization direction of the “forward” light and the polarization direction of the “return” light orthogonal to each other, and the guide. First condensing means for condensing the light emitted from the waveguide onto the surface to be inspected, and second condensing means for condensing the reflected light from the surface to be inspected into the waveguide. From at least two detectors that detect the light intensity distribution of the reflected light in the waveguide, and a detection unit that detects the shift of the focus of the light focused on the surface to be detected from the signal of the detector. The focus detection device according to claim 1, wherein the waveguide is the waveguide according to claim 1, 2 or 3 or 4 or 5.
【請求項7】 導波路と、前記導波路と被検面との間に
配置され「往路」の光の偏光方向と「復路」の光の偏光
方向とを直交させる偏光制御手段と、前記導波路から出
射された前記光を前記被検面上に集光する第1の集光手
段と、前記被検面からの前記反射光を前記導波路に集光
する第2の集光手段と、前記導波路内の前記反射光の光
強度分布を検出する少なくとも2つの検出器と、前記検
出器の信号から前記被検面の段差を測定する段差測定装
置において、 前記導波路は請求項1または2または3または4または
5記載の導波路であることを特徴とする段差測定装置。
7. A waveguide, polarization control means arranged between the waveguide and the surface to be inspected, for making the polarization direction of the "forward" light and the polarization direction of the "return" light orthogonal to each other, and First condensing means for condensing the light emitted from the waveguide onto the surface to be inspected, and second condensing means for condensing the reflected light from the surface to be inspected into the waveguide. At least two detectors that detect a light intensity distribution of the reflected light in the waveguide, and a step measuring device that measures a step of the surface to be detected from a signal of the detector, wherein the waveguide is the above-mentioned. A step measuring device, which is the waveguide according to 2 or 3 or 4 or 5.
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