JPH10267831A - Birefringence measuring optical system and high space resolution polarization analyzer - Google Patents

Birefringence measuring optical system and high space resolution polarization analyzer

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JPH10267831A
JPH10267831A JP7228997A JP7228997A JPH10267831A JP H10267831 A JPH10267831 A JP H10267831A JP 7228997 A JP7228997 A JP 7228997A JP 7228997 A JP7228997 A JP 7228997A JP H10267831 A JPH10267831 A JP H10267831A
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JP
Japan
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optical system
optical
birefringence
light
optical fiber
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Application number
JP7228997A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Takawa
宏行 高和
Tsunehiro Umeda
倫弘 梅田
Shinji Mochizuki
信二 望月
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UNIE OPT KK
Original Assignee
UNIE OPT KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve space resolution and measure birefringence quantity of an object. SOLUTION: The birefringence measuring optical system is provided with a horizontal Zeeman laser 10 for stabilizing frequency and λ/2 wavelength plate 20 (polarization emission optical system) which emit a laser light to an object OB in a specified polarization state, a linear polarizing element 30 (polarization detection optical system) which detects as an optical signal a data such as difference of birefringence phase of the object OB, information on main axial direction and rotatory polarization angle which can be analyzed through polarization, through the object OB, and an optical detector 4 which converts the optical signal from the element 30 into an electric signal and detects it. An optical fiber 5 (light transmission route) is arranged between the optical detector 4 and object OB to pick up a part of light flux of optical signal from the object OB side toward the optical detector 4 side and send it through light.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、DVDディスク
や液晶ディスプレイ等の対象物の複屈折量を測定する複
屈折測定光学系および高空間分解能偏光解析装置に係
り、特に高空間分解能で偏光解析可能な光学構成の工夫
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a birefringence measuring optical system and a high spatial resolution ellipsometer for measuring the amount of birefringence of an object such as a DVD disk and a liquid crystal display, and more particularly to a high spatial resolution ellipsometer. The invention relates to a novel optical configuration.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、急速に発展しつつあるマルチメデ
ィア産業では、その要素技術として記録媒体の高密度化
や表示機器の高精度化等が強く要求されている。例えば
DVDディスクでは、素材の低複屈折化および高均質化
により記録信号の高密度化を図ること、また液晶ディス
プレイでは、SVGAからXGAへの移行により高精細
化を図ること等が課題となっている。
2. Description of the Related Art In the multimedia industry, which is rapidly developing in recent years, there is a strong demand for higher density of recording media and higher precision of display devices as its elemental technologies. For example, in DVD discs, the recording signal density must be increased by lowering the birefringence and homogeneity of the material, and in the liquid crystal display, higher resolution must be achieved by shifting from SVGA to XGA. I have.

【0003】そこで、このような課題を達成するのに必
要な材料評価技術として、例えばDVDディスクの場合
の信号ピット近傍における複屈折の様子や液晶ディスプ
レイの場合の画素単位の複屈折情報等といった顕微スケ
ールでの定量的な複屈折計測技術が特に注目されてい
る。
[0003] Therefore, as a material evaluation technique necessary to achieve such a problem, for example, the state of birefringence near a signal pit in the case of a DVD disk, the birefringence information in pixel units in the case of a liquid crystal display, and the like. Of particular interest is a quantitative birefringence measurement technique on a scale.

【0004】このような複屈折計測装置としては、従
来、偏光顕微鏡や偏光解析装置などが知られている。し
かしながら、偏光顕微鏡は、偏光子や位相子を組込んだ
光学顕微鏡を使用し、その対物レンズと接眼レンズの組
み合わせに応じた倍率で複屈折分布の様子を定性的かつ
直観的に観察するものであり、上述のような定量測定で
は殆ど使用できない。
[0004] As such a birefringence measuring device, a polarizing microscope, a polarization analyzing device and the like are conventionally known. However, a polarizing microscope uses an optical microscope incorporating a polarizer and a phaser, and qualitatively and intuitively observes the state of birefringence distribution at a magnification corresponding to the combination of the objective lens and eyepiece. Yes, it can hardly be used in the quantitative measurement as described above.

【0005】また偏光解析装置は、回転検光子法、位相
補償法、セナルモン法、位相変調法、光ヘテロダイン法
等を適用したものであるが、試料を通過する光束全体を
光検出器で受ける構成であったために空間分解能が光束
の大きさや太さで決定され、例えば計測上の位置分解能
が0.5mm程度であるといった制約があるため、その
ままでは上述の顕微計測で用いることが難しい。
The ellipsometer uses a rotation analyzer method, a phase compensation method, a Senarmont method, a phase modulation method, an optical heterodyne method, or the like, and has a configuration in which the entire light beam passing through the sample is received by a photodetector. Therefore, the spatial resolution is determined by the size and thickness of the light flux, and there is a restriction that the positional resolution in measurement is, for example, about 0.5 mm.

【0006】そこで、複屈折の定量的な顕微計測を行う
試みの1つとして、上述の偏光解析装置の光学系に収束
レンズを加え、このレンズを用いて光信号を試料上に収
束させる方法等が期待されている。この方法では試料の
極く限られた領域にビームを通過させることができるた
め、空間分解能をより高めることが可能となる。
Therefore, as one of the attempts to quantitatively measure the birefringence by microscopic measurement, a method of adding a converging lens to the optical system of the above-mentioned ellipsometer and converging an optical signal on a sample using the lens is used. Is expected. In this method, the beam can pass through a very limited region of the sample, so that the spatial resolution can be further improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た収束レンズを用いた偏光解析装置では、試料面上での
空間分解能が向上するものの、光ビーム内の光束が試料
に対して異なった入射角を有するため、以下のような問
題があった。
However, in the ellipsometer using the convergent lens described above, although the spatial resolution on the sample surface is improved, the luminous flux in the light beam has a different incident angle to the sample. Therefore, there are the following problems.

【0008】図32(a)〜(c)は、入射角度の違い
による複屈折変化の様子を説明するものである。ここ
で、光学的異方性を示す結晶や高分子材料などの試料の
複屈折量は、X、Y、Z軸上の屈折率nx、ny、nz
で定まる三次元の屈折率楕円体を用いて考えれば、その
観察方向で異なり、即ち屈折率楕円体の原点を通って観
察方向に垂直な面内の楕円長軸とその短軸との間の屈折
率差となる。
FIGS. 32 (a) to 32 (c) illustrate how the birefringence changes due to the difference in the incident angle. Here, the birefringence of a sample such as a crystal or a polymer material exhibiting optical anisotropy is represented by refractive indices nx, ny, nz on the X, Y, and Z axes.
If we consider using a three-dimensional refractive index ellipsoid determined by, the difference between the observation direction, that is, between the major axis of the ellipse in the plane perpendicular to the observation direction through the origin of the refractive index ellipsoid and its minor axis The difference is the refractive index.

【0009】即ち、このような試料に対して平行光を図
32(a)に示すように垂直に入射させる場合と、図3
2(b)及び(c)に示すように斜めに入射させる場合
とでは屈折率楕円体の向きが異なるため、上述の観察方
向が異なる場合と同様に光が受ける複屈折位相差に違い
が生じる。
[0009] That is, a case where parallel light is vertically incident on such a sample as shown in FIG.
As shown in FIGS. 2B and 2C, the direction of the refractive index ellipsoid is different between the case where the light is obliquely incident, and the difference in the birefringence phase difference that the light receives is similar to the case where the above-described observation direction is different. .

【0010】そこで、図33に示すようにレンズ系を用
いて収束光を入射させた場合を考えれば、例えば収束光
の内の入射角が異なる位置にある光束A、Bでは試料か
ら異なった複屈折位相差を受けるため、収束光全体が受
ける複屈折位相差量は、光束を微小部分に分けたときの
各微小光束がそれぞれ受ける位相差を積算したものとな
る。従って、収束光を試料に入射させる場合には、厳密
な意味で光の入射角を規定できず、試料の複屈折量を正
確に測定できないといった問題があった。
Considering the case where convergent light is made incident using a lens system as shown in FIG. 33, for example, light beams A and B at different incident angles in the convergent light have different complexities from the sample. Because of the refraction phase difference, the amount of birefringence phase difference received by the entire convergent light is the sum of the phase differences received by each minute light beam when the light beam is divided into minute portions. Therefore, when the convergent light is incident on the sample, the incident angle of the light cannot be defined in a strict sense, and there has been a problem that the amount of birefringence of the sample cannot be accurately measured.

【0011】この発明は、このような従来の問題を考慮
してなされたものであり、空間分解能を高めつつ、対象
物の複屈折量を正確に測定することを、目的とする。
The present invention has been made in consideration of such conventional problems, and has as its object to accurately measure the amount of birefringence of an object while improving spatial resolution.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者は、試料に対して平行光を入射した場合で
の複屈折の顕微計測法について各種の検討・考察を行っ
てきた。
In order to achieve the above-mentioned object, the present inventor has conducted various studies and considerations on a method for microscopic measurement of birefringence when parallel light is incident on a sample.

【0013】例えば、レーザ光のビーム径を平行光のま
まで細くする方法としては、光検出器の入射側にピンホ
ールを配置する場合が想定される。しかしながら、この
場合にはピンホールのエッジ部分で光の進行方向が屈折
し、干渉や回折といった現象が生じやすい。その結果、
位相情報の異なる干渉縞パターンを光検出器の受光面上
に投影する可能性があるため、光の位相成分が一定とは
ならず、正確な複屈折量を求めることは困難であること
が分かった。
For example, as a method of reducing the beam diameter of the laser light while keeping the parallel light, it is assumed that a pinhole is arranged on the incident side of the photodetector. However, in this case, the traveling direction of light is refracted at the edge of the pinhole, and phenomena such as interference and diffraction are likely to occur. as a result,
Since there is a possibility of projecting interference fringe patterns with different phase information on the light receiving surface of the photodetector, the phase component of the light will not be constant, and it will be difficult to obtain an accurate birefringence. Was.

【0014】そこで、ピンホールのように光の干渉や回
折現象等の外乱を殆ど受けずにレーザ光のビーム径を平
行光のままで細くする方法として、光ファイバを用いて
光束の一部を取り出して光伝送させるアイデアに着目し
た。
In order to reduce the beam diameter of the laser beam while keeping the beam diameter parallel and hardly suffering from disturbances such as light interference and diffraction phenomena as in a pinhole, a part of a light beam is cut using an optical fiber. We focused on the idea of extracting and transmitting light.

【0015】この発明に係る複屈折測定光学系は、上述
の着目点に基づいて完成されたものであり、対象物に向
けて所定の偏光状態となる光信号を出射する光源側光学
系と、この光源側光学系からの光信号を上記対象物を介
してその対象物の複屈折情報を偏光解析可能な光信号と
して検出する偏光検出光学系と、この検出側光学系から
の光信号を電気信号に変換して検出する光検出器とを備
えると共に、この光検出器と対象物との間にその対象物
側から光検出器側に向けて光信号の光束の一部を取り出
して光伝送する光伝送路、好ましくは光ファイバを配置
したことを特徴とする。
A birefringence measuring optical system according to the present invention has been completed based on the above-mentioned point of interest, and includes a light source side optical system for emitting an optical signal having a predetermined polarization state toward an object; A polarization detection optical system that detects an optical signal from the light source side optical system through the object as an optical signal capable of analyzing the birefringence of the object through polarization analysis, and an electric signal from the detection side optical system. A light detector that converts the light into a signal and detects the light, and extracts a part of the light beam of the optical signal from the object side to the light detector side between the light detector and the object to transmit the light. An optical transmission line, preferably an optical fiber, is provided.

【0016】この発明の好ましい態様としては、1):
光ファイバを偏光検出光学系と光検出器との間に配置す
る、2):光ファイバは所定の光弾性定数をもつ材料で
構成したコアを備える、3):光ファイバを対象物と偏
光検出光学系との間に配置する、4):光ファイバは対
象物側に向けて尖鋭化させた先端部を備える、5):光
ファイバに偏光検出光学系の少なくとも一部を一体に取
り付ける、6):光ファイバの少なくとも対象物側の先
端部を光信号の光束内で自在にスキャンさせる機構を備
える、7):光ファイバは複数本の光ファイバであり、
この複数本の光ファイバを並列状に配置する場合等の少
なくとも1つを採用する。
In a preferred embodiment of the present invention, 1):
An optical fiber is disposed between a polarization detection optical system and a photodetector. 2): The optical fiber has a core made of a material having a predetermined photoelastic constant. 3): Polarization detection of the optical fiber with an object. 4): the optical fiber is provided with a tip sharpened toward the object side; 5): at least a part of the polarization detection optical system is integrally attached to the optical fiber; ): A mechanism for freely scanning at least the tip of the optical fiber on the object side within the light beam of the optical signal. 7): The optical fiber is a plurality of optical fibers.
At least one such as a case where the plurality of optical fibers are arranged in parallel is adopted.

【0017】ここで、光ファイバの種類は、特に限定さ
れるものではなく、各種コア径をもつ市販品等のいずれ
であってもよい。例えばコア径が異なる複数の光ファイ
バを並べて配置すれば、同時に異なる空間分解能で複屈
折測定を実施できる。また、市販品のコア径よりも細い
開口径の光ファイバが必要であれば、例えば光ファイバ
を延伸加工する等の方法により先端部を尖鋭化させて開
口を細くしたものを用いてもよい。
Here, the type of the optical fiber is not particularly limited, and may be any of commercially available products having various core diameters. For example, if a plurality of optical fibers having different core diameters are arranged side by side, birefringence measurement can be performed simultaneously with different spatial resolutions. If an optical fiber having an opening diameter smaller than the core diameter of a commercially available product is required, an optical fiber having a narrower opening by sharpening the distal end portion by, for example, stretching the optical fiber may be used.

【0018】この発明に係る高空間分解能偏光解析装置
は、上記の光伝送路を用いた複屈折測定光学系を備えた
ことを特徴とする。
A high spatial resolution ellipsometer according to the present invention includes a birefringence measuring optical system using the above optical transmission line.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る複屈折測定
光学系および高空間分解能偏光解析装置の具体的な実施
形態を図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific embodiments of a birefringence measuring optical system and a high spatial resolution ellipsometer according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】(第1実施形態)図1に示す複屈折測定光
学系は、例えば複屈折の測定ダイナミックレンジを広く
確保するために特開平8−327498号公報で提案さ
れている複屈折測定装置を適用したものである。
(First Embodiment) The birefringence measuring optical system shown in FIG. 1 uses, for example, a birefringence measuring apparatus proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-327498 to secure a wide dynamic range for measuring birefringence. Applied.

【0021】この測定光学系は、周波数安定化横ゼーマ
ンレーザ(以下「STZL(Stabi-lized Transverse Z
eeman Laser)」)10で生成される2周波直交直線偏
光をλ/2波長板(HWP)20を介して対象物OBに
入射し、その透過光を対象物OBの複屈折位相差、主軸
方位および旋光角の情報を偏光解析可能な光信号として
直線偏光子(LP)30を介してフォトダイオード等の
光検出器4で検出するようになっている。この光学系に
は、直線偏光子30と光検出器4との間に光ファイバ5
が配置されている。
This measuring optical system uses a frequency stabilized transverse Zeeman laser (hereinafter referred to as “STZL (Stabi-lized Transverse Z)”.
eeman Laser) ”) The two-frequency orthogonal linearly polarized light generated in 10 is incident on the object OB via a λ / 2 wavelength plate (HWP) 20, and the transmitted light is subjected to the birefringence phase difference and principal axis direction of the object OB. The optical rotation angle information is detected by a photodetector 4 such as a photodiode via a linear polarizer (LP) 30 as an optical signal that can be subjected to polarization analysis. This optical system includes an optical fiber 5 between the linear polarizer 30 and the photodetector 4.
Is arranged.

【0022】ここで、この光ファイバ5を用いた複屈折
計測の原理を説明する。
Here, the principle of birefringence measurement using the optical fiber 5 will be described.

【0023】まず、光ファイバ5を配置しない場合で
は、図2及び図3に示すようにレーザビームの全領域に
相当する部分が光検出器4に直接入射するため、複屈折
計測上の空間分解能は、図3に示す如くレーザ光のビー
ム幅で定まる領域Bとなる。この場合には、ビーム内の
微小エリアの複屈折分布については計測困難である。
First, when the optical fiber 5 is not disposed, a portion corresponding to the entire region of the laser beam is directly incident on the photodetector 4 as shown in FIGS. Is a region B determined by the beam width of the laser light as shown in FIG. In this case, it is difficult to measure the birefringence distribution of a small area in the beam.

【0024】次いで、光ファイバ5を配置した場合で
は、図4に示すようにレーザビーム中に挿入配置した光
ファイバ5の開口部により直線偏光子30からのレーザ
光の一部が取り出され、光検出器4で検出される。ここ
で計測される光信号は、光ファイバ5の開口径とほぼ同
じ太さで取り出された光束の一部であり、例えばレーザ
ビームが平行であれば、試料OBの計測領域も光ファイ
バ5の開口径と等しく、図示の如く領域Aとなる。
Next, when the optical fiber 5 is arranged, a part of the laser light from the linear polarizer 30 is extracted from the opening of the optical fiber 5 inserted and arranged in the laser beam as shown in FIG. Detected by the detector 4. The optical signal measured here is a part of a light beam extracted with a thickness substantially equal to the opening diameter of the optical fiber 5. For example, if the laser beam is parallel, the measurement area of the sample OB is It is equal to the opening diameter, and becomes a region A as shown in the figure.

【0025】従って、この実施形態によれば光ファイバ
5を配置したため、その開口径を利用して複屈折計測上
の空間分解能を高めるように制限しつつ、そこから取り
出した光信号の光強度のみを回折や干渉現象等の外乱を
殆ど受けずに光検出器側に伝搬させることができる。な
お、光ファイバ5には偏光状態を変化させる性質もある
が、この光学系配置の場合では複屈折計測上の偏光状態
を考慮すべき構成要素は図中のSTZL10、λ/2波
長板20、および直線偏光子30であるため、殆ど無視
できる。
Therefore, according to this embodiment, since the optical fiber 5 is arranged, the spatial resolution in the birefringence measurement is limited by using the aperture diameter, and only the light intensity of the optical signal extracted therefrom is increased. Can be propagated to the photodetector side with almost no disturbance such as diffraction or interference phenomenon. Although the optical fiber 5 also has a property of changing the polarization state, in the case of this optical system arrangement, the components to be considered in the polarization state in the birefringence measurement are STZL 10 in FIG. And because it is a linear polarizer 30, it can be almost ignored.

【0026】この実施形態では、計測すべき試料の複屈
折情報が直線偏光子を通過した後の光信号の光強度変化
のみに含まれているために光ファイバを複屈折測定原理
に基づいて機能する最も光検出器側の偏光素子と光検出
器との間に配置してあるが、この発明は必ずしもこれに
限定されるものではない。また光の集光特性上で特に必
要がある場合や光強度が弱く検出感度が上がらない場合
には光ファイバと光検出器との間にレンズ系を挿入して
も構わない。
In this embodiment, since the birefringence information of the sample to be measured is included only in the change in the light intensity of the optical signal after passing through the linear polarizer, the optical fiber functions based on the birefringence measurement principle. Although it is arranged between the polarizing element closest to the photodetector and the photodetector, the present invention is not necessarily limited to this. Further, when it is particularly necessary in terms of the light condensing characteristics or when the light intensity is weak and the detection sensitivity does not increase, a lens system may be inserted between the optical fiber and the photodetector.

【0027】この実施形態では、光ファイバを配置すべ
き複屈折測定光学系としてSTZL、λ/2波長板、お
よび直線偏光子を採用してあるが、この発明は必ずしも
これに限定されるものではない。
In this embodiment, the STZL, the λ / 2 wave plate, and the linear polarizer are employed as the birefringence measuring optical system in which the optical fiber is to be arranged, but the present invention is not necessarily limited to this. Absent.

【0028】例えば図5に示す複屈折測定光学系は、こ
の発明の複屈折測定原理に基づく基本構成を上位概念化
したものであり、光検出器4、光ファイバ5のほか、レ
ーザ、白色光源、白色光源と分光器の組み合わせ、白色
光源と波長選択フィルタの組み合わせ等で構成される光
源部1と、この光源部1と試料OBとの間に載置される
全ての光学素子を含む光源側光学系2と、試料OBと光
検出器4との間に載置される全ての光学素子を含む検出
側光学系3とを備えている。ここで、光源部1と光源側
光学系2とが本発明の偏光出射光学系に、また検出側光
学系3が本発明の偏光検出光学系にそれぞれ相当する。
For example, the birefringence measuring optical system shown in FIG. 5 is a high-level concept of the basic configuration based on the birefringence measuring principle of the present invention. In addition to the photodetector 4 and the optical fiber 5, a laser, a white light source, Light source unit 1 including a combination of a white light source and a spectroscope, a combination of a white light source and a wavelength selection filter, and light source side optics including all optical elements placed between the light source unit 1 and the sample OB The system includes a system 2 and a detection-side optical system 3 including all optical elements mounted between the sample OB and the photodetector 4. Here, the light source unit 1 and the light source side optical system 2 correspond to the polarized light emitting optical system of the present invention, and the detection side optical system 3 corresponds to the polarized light detection optical system of the present invention.

【0029】この光源部1、光源側光学系2、および検
出側光学系3の具体的な適用例としては、上記構成(S
TZL10、λ/2波長板20、および直線偏光子3
0)のほか、例えば以下の図6〜図13のいずれか1つ
又はこれらの組み合わせ等であってもよい。
As a specific application example of the light source unit 1, the light source side optical system 2, and the detection side optical system 3, the above configuration (S
TZL10, λ / 2 wave plate 20, and linear polarizer 3
0), for example, any one of the following FIGS. 6 to 13 or a combination thereof.

【0030】図6に示す測定光学系は、光源部1にST
ZL10、光源側光学系2にλ/4板21、検出側光学
系3にλ/4板31および直線偏光子30をそれぞれ採
用した高速複屈折測定法(例えば特開平8−25449
5号公報)を適用したものである。
The measuring optical system shown in FIG.
ZL10, a high-speed birefringence measurement method using a λ / 4 plate 21 for the light source side optical system 2 and a λ / 4 plate 31 and the linear polarizer 30 for the detection side optical system 3 (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-25449).
No. 5).

【0031】図7に示す測定光学系は、光源部1にレー
ザ11、光源側光学系2に周波数シフタ(直線偏光子、
ビームスプリッタ、音響光学素子(AOM)、反射ミラ
ー等で構成)22およびλ/4板21、検出側光学系3
にλ/4板31、直線偏光子30をそれぞれ採用したも
のであり、図6に示す光学系と比べると、そのSTZL
10の代わりに音響光学素子を組み合わせた周波数シフ
タ22と通常のレーザ11とを用いた点が相違する。
The measuring optical system shown in FIG. 7 has a laser 11 in the light source 1 and a frequency shifter (linear polarizer,
A beam splitter, an acousto-optic element (AOM), a reflection mirror, etc.) 22 and a λ / 4 plate 21, a detection-side optical system 3
6 employs a λ / 4 plate 31 and a linear polarizer 30, respectively. Compared with the optical system shown in FIG.
The difference is that a frequency shifter 22 in which an acousto-optic element is combined and a normal laser 11 are used in place of 10.

【0032】図8に示す測定光学系は、光源部1にレー
ザ11、光源側光学系2に直線偏光子23および光弾性
変調素子(PEM)24、検出側光学系3に直線偏光子
30をそれぞれ採用したものである。この場合では、図
9に示すように、レーザ11に代えて光源部1に白色光
源12と分光器13との組み合わせを採用した構成でも
よい。
The measuring optical system shown in FIG. 8 includes a laser 11 in the light source section 1, a linear polarizer 23 and a photoelastic modulator (PEM) 24 in the light source side optical system 2, and a linear polarizer 30 in the detection side optical system 3. Each is adopted. In this case, as shown in FIG. 9, a configuration in which a combination of a white light source 12 and a spectroscope 13 is employed in the light source unit 1 instead of the laser 11 may be employed.

【0033】図10に示す測定光学系は、光源側光学系
2に直線偏光子23、検出側光学系3に直線偏光子30
をそれぞれ採用した、例えば回転検光子法や回転偏光子
法などを適用したものである。この場合の変形例とし
て、図11に示す試料OBと直線偏光子30との間に位
相子32を配置した場合、図12に示す試料OBと直線
偏光子23との間に位相子25を配置した場合、同様の
2つの位相子25、32を配置した場合(図13参照)
等も適用可能である。
The measuring optical system shown in FIG. 10 has a linear polarizer 23 in the light source side optical system 2 and a linear polarizer 30 in the detection side optical system 3.
For example, a rotating analyzer method or a rotating polarizer method is applied. As a modification of this case, when the phase shifter 32 is arranged between the sample OB and the linear polarizer 30 shown in FIG. 11, the phase shifter 25 is arranged between the sample OB and the linear polarizer 23 shown in FIG. When the same two phase shifters 25 and 32 are arranged (see FIG. 13)
Etc. can also be applied.

【0034】なお、この実施形態では、試料の透過光を
計測する光学配置を採用してあるが、この発明は必ずし
もこれに限定されるものではなく、例えば図14に示す
ように、試料の反射光を計測する位置に検出側光学系
3、光ファイバ4、および光検出器5を配置してもよ
い。このように反射光を計測する構成では、特に光を殆
ど透過しない試料等の場合により有効となる。
Although this embodiment employs an optical arrangement for measuring the transmitted light of the sample, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The detection-side optical system 3, the optical fiber 4, and the photodetector 5 may be arranged at positions where light is measured. Such a configuration for measuring the reflected light is particularly effective for a sample that hardly transmits light.

【0035】(第2実施形態)図15に示す高空間分解
能偏光解析装置は、上記と同様の特開平8−32749
8号公報で提案されている複屈折測定装置を適用したも
のであり、上述の複屈折測定光学系(レーザ光源(ST
ZL10)、λ/2波長板20、および直線偏光子3
0)のほか、λ/2波長板20及び直線偏光子30の回
転駆動に関するモータドライバ6、信号処理用のロック
インアンプ7、データ演算用のコンピュータ8、試料搭
載用のXYステージ9、およびSTZL用のレーザコン
トローラ10aを搭載したものである。
(Second Embodiment) A high spatial resolution ellipsometer shown in FIG.
No. 8, the birefringence measuring device proposed in Japanese Patent Application Laid-open No. 8 is applied, and the birefringence measuring optical system (laser light source (ST
ZL10), λ / 2 wave plate 20, and linear polarizer 3
0), a motor driver 6 for rotationally driving the λ / 2 wavelength plate 20 and the linear polarizer 30, a lock-in amplifier 7 for signal processing, a computer 8 for data calculation, an XY stage 9 for mounting a sample, and STZL. Equipped with a laser controller 10a.

【0036】この偏光解析装置は、ロックインアンプ7
の信号処理により光検出器4による検出信号からレーザ
コントローラ10aによる参照信号と同じ周波数の交流
成分の正弦波信号と余弦波信号を取り出し、その処理信
号に基づくコンピュータ8の演算処理により試料OBの
複屈折位相差、主軸方位および旋光角を求めるようにな
っている。
The ellipsometer includes a lock-in amplifier 7
The sine wave signal and the cosine wave signal of the AC component having the same frequency as the reference signal by the laser controller 10a are extracted from the detection signal by the photodetector 4 by the signal processing of the photodetector 4. The refraction phase difference, the principal axis azimuth, and the optical rotation angle are obtained.

【0037】次に、この光ファイバ5を用いた偏光解析
装置の有効性を確認する検証実験を試みた。この測定実
験では、試料OBとして複屈折量可変の光学素子である
バビネソレイユ補償子(以下「BSC」)を使用し、こ
のBSCの複屈折量と主軸方位のいずれか1つの設定値
を一次関数的に変化させたときの測定値との間の相関関
係を調べたものである。
Next, a verification experiment for confirming the effectiveness of the polarization analyzer using the optical fiber 5 was attempted. In this measurement experiment, a Babinet Soleil compensator (hereinafter, referred to as “BSC”), which is an optical element having a variable birefringence, is used as a sample OB, and any one of the birefringence of the BSC and the principal axis direction is set as a linear function. It is a result of examining the correlation between the measured value and the time when the value is changed.

【0038】図16は、BSCの複屈折量を変化させた
場合を説明するものである。この場合には、BSCの設
定値に対して測定値が直線状に変化し、両者の相関性が
高いことが確認された。ここで、複屈折量は180度で
折り返しているが、主軸方位が反転、即ち90度変化し
ているものとして計測されているため、物理的にはほぼ
正しい値が得られた。図17に示すBSCの主軸方位を
変化させた場合についても、同様にBSCの設定値と測
定値とが良い相関を示すことが確認された。
FIG. 16 illustrates a case where the birefringence of the BSC is changed. In this case, the measured value changed linearly with respect to the set value of BSC, and it was confirmed that the correlation between them was high. Here, although the birefringence amount is turned back at 180 degrees, since it is measured that the principal axis direction is reversed, that is, the main axis direction is changed by 90 degrees, an almost physically correct value is obtained. Also in the case where the main axis direction of the BSC shown in FIG. 17 was changed, it was similarly confirmed that the set value of the BSC and the measured value showed a good correlation.

【0039】この測定実験により、光ファイバ5を用い
た高空間分解能の複屈折計測法が原理だけでなく実際に
も有効であり、例えば試料面上のレーザビームの照射ス
ポットを2次元的にスキャンさせることにより、複屈折
分布も高空間分解能で計測できることが実証された。
According to this measurement experiment, the birefringence measurement method with high spatial resolution using the optical fiber 5 is effective not only in principle but also in practice. For example, a laser beam irradiation spot on a sample surface is two-dimensionally scanned. By doing so, it was demonstrated that the birefringence distribution can also be measured with high spatial resolution.

【0040】そこで、この高空間分解能の複屈折計測の
有効性を調べる実験を行った。この測定実験では、試料
OBとしては、図18に示すアクリル製のフロッピーデ
ィスクのケース(以下「FDケース」)を使用し、その
FDケースの測定部としてケース内側の縁部に成形され
た突起状のノッチ部を選定した。
Therefore, an experiment was conducted to examine the effectiveness of the high spatial resolution birefringence measurement. In this measurement experiment, an acrylic floppy disk case (hereinafter, referred to as an “FD case”) shown in FIG. 18 was used as the sample OB, and a protrusion formed on the inner edge of the case was used as a measurement part of the FD case. Notch was selected.

【0041】このようなノッチ部では、その成形時に高
分子配向での複屈折が急峻に変化している。このこと
は、従来から簡便な複屈折観察法として知られている鋭
敏色板法を用いた観察装置により色合いの変化として明
瞭に確認された。この鋭敏色板法によれば、複屈折を殆
ど示さない部分は赤紫色、複屈折を示す部分はその赤紫
色からの色合いが変化した色で観察される。このような
複屈折を示すFDケースノッチ部を測定場所(図18参
照)として、複屈折計測を行った。比較のため、同様の
計測を従来例でも行った。その結果を図19及び図20
に示す。
In such a notch, the birefringence in the polymer orientation changes sharply during molding. This was clearly confirmed as a change in color tone by an observation device using a sharp color plate method conventionally known as a simple birefringence observation method. According to this sensitive color plate method, a portion showing almost no birefringence is observed in red-violet, and a portion exhibiting birefringence is observed in a color whose hue has changed from red-violet. The birefringence was measured using the FD case notch showing such birefringence as a measurement location (see FIG. 18). For comparison, the same measurement was performed in the conventional example. FIGS. 19 and 20 show the results.
Shown in

【0042】図19は光ファイバ検出法の場合、図20
は従来例の場合をそれぞれ説明するものである。ここ
で、試料の複屈折が大きく且つ試料内で分子がねじれた
ような配向をしていれば、一般に複屈折だけでなく旋光
性も示す。その結果、測定値(複屈折位相差、主軸方
位、および施光角)に関しては、図20に示す従来法の
場合と比べて、図19に示す光ファイバを用いた場合で
は起伏が多く、複屈折変化の様子がより細かい精度で計
測されていることが確認された。同様の実験を数回繰り
返して行ったが、いずれの場合も同様の傾向を示してい
た。
FIG. 19 shows the case of the optical fiber detection method,
, Respectively, describe the case of the conventional example. Here, if the birefringence of the sample is large and the molecules are oriented in a twisted manner in the sample, not only birefringence but also optical rotation is generally exhibited. As a result, with respect to the measured values (birefringence phase difference, principal axis direction, and light application angle), the use of the optical fiber shown in FIG. It was confirmed that the state of refraction change was measured with finer accuracy. The same experiment was repeated several times, and in each case, the same tendency was shown.

【0043】この実施形態では、XYステージで試料を
走査させる方法を採用してあるが、この発明はこれに限
定されるものではなく、ビーム中で光ファイバを走査さ
せる方法でもよい。特に微小範囲をスキャンさせる場合
には、大きな試料を精密に駆動させるには比較的高価な
走査ステージが必要になるため、例えば図21に示すよ
うに光ファイバ5を走査させる方法が望ましく、これに
より、二次的にはXYステージの小型化を図って位置決
め精度をより向上させる等の利点もある。
In this embodiment, the method of scanning the sample with the XY stage is adopted, but the present invention is not limited to this, and a method of scanning an optical fiber in a beam may be used. In particular, when scanning a very small area, a relatively expensive scanning stage is required to precisely drive a large sample. Therefore, for example, a method of scanning the optical fiber 5 as shown in FIG. 21 is desirable. Secondly, there are also advantages such as miniaturization of the XY stage to further improve the positioning accuracy.

【0044】(第3実施形態)一般の光ファイバでは、
その湾曲等により内部応力が発生し、それに伴う光弾性
効果で光ファイバ内を光信号が通過する際に偏光状態が
変化してしまうため、その配置位置は上述のように検出
側光学系と光検出器との間に実質的に限定されてしま
う。この実施形態では、光ファイバの材質を工夫するこ
とにより、その配置位置の選択枝を広げるものである。
(Third Embodiment) In a general optical fiber,
Due to the internal stress caused by the curvature and the like, the polarization state changes when the optical signal passes through the optical fiber due to the photoelastic effect that accompanies it. It is substantially confined to the detector. In this embodiment, the selection of the arrangement position is expanded by devising the material of the optical fiber.

【0045】即ち、図22に示す複屈折測定光学系は、
光ファイバ5に光弾性定数が0または偏光状態に大きな
影響を与えないほど小さな材料、例えば鉛高含有ガラス
等で構成されたコアを有するものを使用したため、その
光ファイバ5を試料OBと検出側光学系3との間に配置
可能としたものである。
That is, the birefringence measuring optical system shown in FIG.
Since the optical fiber 5 is made of a material having a photoelastic constant of 0 or a material small enough not to have a significant effect on the polarization state, for example, a material having a core made of glass containing high lead content, the optical fiber 5 is connected to the sample OB and the detection side. It can be arranged between the optical system 3.

【0046】この実施形態によれば、光ファイバを試料
に近接配置できることから、目視や光学顕微鏡により試
料面上を観察することで、測定位置をより正確に決定し
やすいといった利点もある。
According to this embodiment, since the optical fiber can be arranged close to the sample, there is an advantage that the measurement position can be more accurately determined by observing the sample surface visually or by an optical microscope.

【0047】なお別の態様として、図23に示す複屈折
測定光学系は、光源側光学系2と試料OBとの間にも同
様の光ファイバ5を載置したものである。この場合に
は、上記効果に加え、複屈折測定用の光学素子と試料と
の互いの位置関係をより一層フレキシブルに変化させる
ことができ、その結果、例えば真空装置、加熱処理装
置、オイルバス等のチャンバー100内に試料OBを設
置した状態でも複屈折測定が可能となり、複屈折の温度
依存性等の様々な特性測定もより一層容易に実施できる
といった利点もある。
As yet another mode, the birefringence measuring optical system shown in FIG. 23 has a similar optical fiber 5 placed between the light source side optical system 2 and the sample OB. In this case, in addition to the above-mentioned effects, the mutual positional relationship between the optical element for birefringence measurement and the sample can be changed more flexibly, and as a result, for example, a vacuum device, a heat treatment device, an oil bath, etc. The birefringence measurement can be performed even in a state where the sample OB is set in the chamber 100, and there is an advantage that various characteristics such as temperature dependence of birefringence can be measured more easily.

【0048】(第4実施形態)一般に、レンズを用いて
試料上に光ビームを集光させれば、試料面上での空間分
解能は向上するものの、試料に対してビーム内の光束が
それぞれ異なる入射角をもつために正確な複屈折量を求
めることができないが、この実施形態では、このような
集束レンズを用いた場合でも、光ファイバを用いた複屈
折計測が可能となるように工夫したものである。
(Fourth Embodiment) In general, if a light beam is focused on a sample using a lens, the spatial resolution on the sample surface is improved, but the light flux in the beam differs from the sample. Although an accurate birefringence amount cannot be obtained due to the incident angle, in this embodiment, even when such a converging lens is used, it has been devised that birefringence measurement using an optical fiber becomes possible. Things.

【0049】図24に示す複屈折測定光学系は、光源側
光学系2と試料OBとの間に集束レンズ60を、また試
料OBと検出側光学系3との間にコリメータレンズ61
を配置した構成で、試料を通過後の光束をコリメータレ
ンズ61で平行光とし、その光軸上に載置した光ファイ
バ5により、試料OB内を直進した光速のみを選択して
取り出すようになっている。
The birefringence measuring optical system shown in FIG. 24 has a focusing lens 60 between the light source side optical system 2 and the sample OB, and a collimator lens 61 between the sample OB and the detection side optical system 3.
The collimator lens 61 converts the light beam that has passed through the sample into parallel light, and the optical fiber 5 placed on the optical axis selects and extracts only the speed of light that travels straight through the sample OB. ing.

【0050】この実施形態によれば、光ビームを試料上
の限られた領域にのみ照射可能となるため、特に試料に
屈折率などの構造が存在して光の回折等を起こすような
場合に有効である。平行光を試料に入射させれば、計測
範囲外の領域にも光ビームが照射され、その照射領域か
らの回折光が信号のノイズ源として光ファイバに入射す
る可能性があるためである。即ち、光ビームの小さな照
射スポットを試料上に形成すれば、計測範囲外の領域か
らの余分な光信号の計測を未然に防ぐ効果がある。また
試料上に光スポットを形成することで、計測位置をより
容易に観察できる等の利点もある。
According to this embodiment, since the light beam can be irradiated only to a limited area on the sample, especially when the sample has a structure such as a refractive index and causes light diffraction or the like. It is valid. This is because, if the parallel light is incident on the sample, the light beam is also irradiated to a region outside the measurement range, and the diffracted light from the irradiated region may enter the optical fiber as a signal noise source. That is, if a small irradiation spot of the light beam is formed on the sample, there is an effect of preventing measurement of an extra light signal from a region outside the measurement range. Further, by forming a light spot on the sample, there is an advantage that the measurement position can be more easily observed.

【0051】なお図25に示す複屈折測定光学系は、上
述のコリメータレンズを除いて集束レンズ60のみを用
いたものであるが、試料OBからの光信号の広がりの中
心部、即ち光軸上の光束のみは直進すること、従って光
軸上の微小領域については平行光と見做すことができる
ことから、この場合でも上記と同様の効果が得られる。
The birefringence measuring optical system shown in FIG. 25 uses only the converging lens 60 except for the collimator lens described above. However, the central part of the spread of the optical signal from the sample OB, that is, on the optical axis Only the luminous flux travels straight, and therefore, a minute area on the optical axis can be regarded as parallel light. Therefore, in this case, the same effect as described above can be obtained.

【0052】(第5実施形態)図26に示す複屈折測定
光学系は、光源部1と光源側光学系2との間に入射光の
ビーム幅を拡大して平行光束として出射させる等の機能
を有するビームエキスパンダ70を配置し、XYステー
ジ9により光ファイバ5を2次元状にスキャンさせて試
料OBの複屈折の2次元分布を求めるものである。
(Fifth Embodiment) The birefringence measuring optical system shown in FIG. 26 has a function of expanding the beam width of incident light between the light source unit 1 and the light source side optical system 2 and emitting the light as a parallel light beam. Is arranged, and the optical fiber 5 is two-dimensionally scanned by the XY stage 9 to obtain a two-dimensional distribution of birefringence of the sample OB.

【0053】このビームエキスパンダ70を用いれば、
試料面上の光の照射面積をより大きくして、一度の走査
で計測できる領域を広くできるといった利点がある。
Using this beam expander 70,
There is an advantage that the irradiation area of the light on the sample surface can be made larger and the area that can be measured by one scan can be widened.

【0054】この実施形態では、ビームエキスパンダを
光源部と光源側光学系との間に配置してあるが、この発
明はこれに限定されるものではなく、例えば図27に示
すように、光源側光学系2と試料OBとの間に配置して
も同様の効果が得られる。
In this embodiment, the beam expander is arranged between the light source unit and the light source side optical system. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The same effect can be obtained even if it is arranged between the side optical system 2 and the sample OB.

【0055】(第6実施形態)この実施形態では、上記
複屈折計測で用いる光ファイバとして、例えば近年、光
の回折限界を超える顕微鏡として研究開発が進められて
いる走査型トンネル顕微鏡(STM)に代表される走査
型プローブ顕微鏡(SPM)の内の近接場光学顕微鏡用
の走査プローブに採用されているものを適用している。
(Sixth Embodiment) In this embodiment, a scanning tunneling microscope (STM), which is under research and development in recent years as a microscope exceeding the diffraction limit of light, is used as an optical fiber for the above-described birefringence measurement. Among the typical scanning probe microscopes (SPMs), those employed as scanning probes for near-field optical microscopes are applied.

【0056】即ち、図28(a)および(b)に示すコ
ア51とこれを覆うクラッド52を有する二重円筒状の
光ファイバ5は、図示の如く、例えば一部に熱を加えて
軟化させてその両側から引っ張る溶融延伸法等の製造法
を用いて先端部を先鋭化させたものである。このような
光ファイバ5を用いれば、その開口を元のサイズよりも
一層小さくできるため、複屈折計測上の空間分解能をよ
り一層高めるといった利点がある。
That is, as shown in the figure, the double cylindrical optical fiber 5 having the core 51 and the clad 52 covering the core 51 shown in FIGS. The tip is sharpened by using a manufacturing method such as a melt drawing method in which it is pulled from both sides. If such an optical fiber 5 is used, the aperture can be made smaller than the original size, and there is an advantage that the spatial resolution in birefringence measurement is further enhanced.

【0057】(第7実施形態)図29に示す光ファイバ
5は、偏光子や位相子等の高分子薄膜、蒸着膜(位相子
と偏光子の多層膜(合成膜)も含む)または蒸着後の着
色加工法等を用いて製作された光学素子で構成した検出
側光学系3を、蒸着やスパッタリング法等を用いて開口
部に一体に貼り付けたものである。
(Seventh Embodiment) The optical fiber 5 shown in FIG. 29 may be a polymer thin film such as a polarizer or a retarder, a vapor-deposited film (including a multilayer film (synthetic film) of the retarder and the polarizer) or a film after the vapor deposition. The detection-side optical system 3 composed of an optical element manufactured by using the coloring method or the like is integrally adhered to the opening by vapor deposition or sputtering.

【0058】この実施形態によれば、光ファイバと検出
側光学系(偏光素子)とを一体化する構成としたため、
光弾性定数が0に近い特殊な光ファイバを使用しなくて
も、比較的簡素な構成で試料に近接する位置に光ファイ
バを配置できるため、第3実施形態と同様の効果が得ら
れる。
According to this embodiment, since the optical fiber and the detection-side optical system (polarizing element) are integrated,
Even if a special optical fiber having a photoelastic constant close to 0 is not used, the optical fiber can be arranged at a position close to the sample with a relatively simple configuration, and the same effect as in the third embodiment can be obtained.

【0059】なお、検出側光学系の偏光子等を複屈折原
理に基づいて回転させる必要がある場合には、光ファイ
バ自体を光軸を中心に回転させる構成を追加すればよ
い。
When it is necessary to rotate the polarizer or the like of the optical system on the detection side on the basis of the birefringence principle, a configuration for rotating the optical fiber itself about the optical axis may be added.

【0060】この実施形態では、光ファイバに検出側光
学系を一体に取り付けてあるが、これに加えて、例えば
前述の図23に示す光学系の場合には光源側光学系を一
体に取り付けることも可能である。
In this embodiment, the detection-side optical system is integrally attached to the optical fiber. In addition, for example, in the case of the optical system shown in FIG. Is also possible.

【0061】(第8実施形態)図30に示す偏光解析装
置は、検出側光学系3の出射側に複数本の光ファイバ5
a…5aを並列状に配置し、この各光ファイバ5a…5
aの出力側に個別に光検出器4a…4aを割り当て、そ
の複数の光検出器4a…4aにより検出された光電流信
号を交換器41で切り替えながら1台のロックインアン
プ7や図示しないA/D変換器等の信号処理装置で処理
するものである。
(Eighth Embodiment) The ellipsometer shown in FIG. 30 uses a plurality of optical fibers 5 on the exit side of the detection-side optical system 3.
a ... 5a are arranged in parallel, and each of these optical fibers 5a ... 5a
4a are individually assigned to the output side of a, and while the photocurrent signals detected by the plurality of photodetectors 4a... 4a are switched by the exchanger 41, one lock-in amplifier 7 and A (not shown) The signal is processed by a signal processing device such as a / D converter.

【0062】この実施形態では、交換器を用いてチャン
ネル切り替えを行う構成としてあるが、これに限定され
るものではなく、例えば図31に示すように各光検出器
4a…4aに複数のロックインアンプ7a…7aを個別
に接続して並列処理を行う構成であってもよい。
In this embodiment, the channel is switched by using an exchange. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. The configuration may be such that the amplifiers 7a to 7a are individually connected to perform parallel processing.

【0063】また光ファイバの開口径は同じものに限定
されず、例えば互いに異なる開口径の光ファイバを用い
れば、複数の空間分解能で同時に複屈折を計測できる利
点もある。光ファイバの配列形態は、1次元状でも2次
元状でもよい。
The aperture diameter of the optical fibers is not limited to the same one. For example, if optical fibers having different aperture diameters are used, there is an advantage that birefringence can be measured simultaneously with a plurality of spatial resolutions. The arrangement of the optical fibers may be one-dimensional or two-dimensional.

【0064】なお上記第1〜第8実施形態は独立した構
成として限定されるものではなく、この発明の範囲内で
適宜に組み合わせた構成としてもよい。
The first to eighth embodiments are not limited to independent configurations, and may be appropriately combined within the scope of the present invention.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、試料の複屈折やその面内分布特性の顕微測定を従来
例の偏光顕微鏡を用いた定性的な観察ではなく、定量的
に測定できる。特にレンズを用いて収束光を試料に透過
させ、その透過光の全てを検出する従来例の場合と比べ
ると、平行光をそのまま通過させ、または平行光と見な
せる部分のみを光ファイバに代表される光伝送路を介し
て選択して取り出す構成が可能であるため、空間分解能
を高めつつ、試料に対する斜入射複屈折の影響等を未然
に回避でき、複屈折量をより正確に計測できるといった
利点がある。
As described above, according to the present invention, microscopic measurement of the birefringence and in-plane distribution characteristics of a sample is performed quantitatively, not qualitatively using a conventional polarizing microscope. it can. In particular, compared to the conventional example in which convergent light is transmitted through a sample using a lens and all of the transmitted light is detected, parallel light is allowed to pass as it is, or only a portion that can be regarded as parallel light is represented by an optical fiber. Since the structure can be selected and extracted through the optical transmission line, the advantage is that the effect of oblique incidence birefringence on the sample can be avoided beforehand, and the amount of birefringence can be measured more accurately, while enhancing the spatial resolution. is there.

【0066】従って、この発明に係る光学系および装置
は、光ディスクのピット近傍の複屈折分布の様子や液晶
ディスプレイの画素毎の動作状況または光学結晶に形成
される光導波路の様子等を観測でき、これらの研究開
発、品質評価・管理に広く利用できる。
Therefore, the optical system and apparatus according to the present invention can observe the state of the birefringence distribution near the pits of the optical disk, the operation state of each pixel of the liquid crystal display, the state of the optical waveguide formed in the optical crystal, and the like. It can be widely used for research and development, quality evaluation and management.

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

【図1】この発明の第1実施形態に係る複屈折測定光学
系の全体構成を示す概念図。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a birefringence measurement optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】複屈折計測の原理を説明する従来例の複屈折測
定光学系の概念図。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a conventional birefringence measuring optical system for explaining the principle of birefringence measurement.

【図3】従来例の場合の空間分解能を説明する概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a spatial resolution in the case of a conventional example.

【図4】光ファイバを用いた場合の空間分解能を説明す
る概念図。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating spatial resolution when an optical fiber is used.

【図5】上位概念化した複屈折測定光学系の概要図。FIG. 5 is a schematic diagram of a birefringence measuring optical system that has been conceptualized as a generic concept.

【図6】λ/4板等を用いた場合の複屈折測定光学系の
概念図。
FIG. 6 is a conceptual diagram of a birefringence measuring optical system when a λ / 4 plate or the like is used.

【図7】周波数シフタ等を用いた場合の複屈折測定光学
系の概念図。
FIG. 7 is a conceptual diagram of a birefringence measuring optical system when a frequency shifter or the like is used.

【図8】光弾性変調素子等を用いた場合の複屈折測定光
学系の概念図。
FIG. 8 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when a photoelastic modulation element or the like is used.

【図9】白色光源等を用いた場合の複屈折測定光学系の
概念図。
FIG. 9 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when a white light source or the like is used.

【図10】両側に直線偏光子を用いた場合の複屈折測定
光学系の概念図。
FIG. 10 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when linear polarizers are used on both sides.

【図11】検出側に位相子を用いた場合の複屈折測定光
学系の概念図。
FIG. 11 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when a phaser is used on the detection side.

【図12】光源側に位相子を用いた場合の複屈折測定光
学系の概念図。
FIG. 12 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when a phase shifter is used on the light source side.

【図13】両側に位相子を用いた場合の複屈折測定光学
系の概念図。
FIG. 13 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when a retarder is used on both sides.

【図14】反射光を検出する場合の複屈折測定光学系の
概念図。
FIG. 14 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when detecting reflected light.

【図15】この発明の第2実施形態に係る高空間分解能
偏光解析装置の全体構成を示す概念図。
FIG. 15 is a conceptual diagram showing the entire configuration of a high spatial resolution ellipsometer according to a second embodiment of the present invention.

【図16】BSCの複屈折量を変化させた場合の実験結
果を説明するグラフ。
FIG. 16 is a graph illustrating experimental results when the birefringence of BSC is changed.

【図17】BSCの主軸方位を変化させた場合の実験結
果を説明するグラフ。
FIG. 17 is a graph illustrating an experimental result when the main axis direction of the BSC is changed.

【図18】検証実験に用いたFDケースの概要図。FIG. 18 is a schematic diagram of an FD case used in a verification experiment.

【図19】光ファイバを用いた本発明の場合の実験結果
を説明するグラフ。
FIG. 19 is a graph illustrating experimental results in the case of the present invention using an optical fiber.

【図20】従来例の場合の実験結果を説明するグラフ。FIG. 20 is a graph illustrating an experimental result in the case of a conventional example.

【図21】光ファイバを走査させる場合の光学系の要部
を説明する概念図。
FIG. 21 is a conceptual diagram illustrating a main part of an optical system when scanning an optical fiber.

【図22】試料と検出側光学系との間に光ファイバを配
置した場合の複屈折測定光学系の概念図。
FIG. 22 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when an optical fiber is arranged between a sample and a detection-side optical system.

【図23】試料と光源側光学系との間にも光ファイバを
配置した場合の複屈折測定光学系の概念図。
FIG. 23 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when an optical fiber is also arranged between a sample and a light source side optical system.

【図24】集束レンズを用いた場合の複屈折測定光学系
の概念図。
FIG. 24 is a conceptual diagram of a birefringence measuring optical system when a focusing lens is used.

【図25】集束レンズを用いた場合の別の複屈折測定光
学系の概念図。
FIG. 25 is a conceptual diagram of another birefringence measuring optical system when a focusing lens is used.

【図26】ビームエキスパンダを用いた場合の複屈折測
定光学系の概念図。
FIG. 26 is a conceptual diagram of a birefringence measurement optical system when a beam expander is used.

【図27】ビームエキスパンダの配置位置を変えた場合
の概念図。
FIG. 27 is a conceptual diagram when an arrangement position of a beam expander is changed.

【図28】(a)及び(b)は、先端部を先鋭化させた
光ファイバの説明図。
FIGS. 28A and 28B are explanatory views of an optical fiber having a sharpened end.

【図29】検出側光学系を一体に貼り付けた光ファイバ
の説明図。
FIG. 29 is an explanatory diagram of an optical fiber in which a detection-side optical system is integrally attached.

【図30】複数本の光ファイバを用いた場合の高空間偏
光解析装置の概念図。
FIG. 30 is a conceptual diagram of a high spatial polarization analyzer when a plurality of optical fibers are used.

【図31】複数本の光ファイバを用いた場合の別の高空
間偏光解析装置の概念図。
FIG. 31 is a conceptual diagram of another high spatial polarization analyzer when a plurality of optical fibers are used.

【図32】従来例の入射角度の違いによる複屈折変化の
様子を説明する図で、(a)は垂直入射の場合の概念
図。(b)および(c)は斜入射の場合の概念図。
32A and 32B are diagrams illustrating a state of change in birefringence due to a difference in incident angle in a conventional example, and FIG. 32A is a conceptual diagram in the case of normal incidence. (B) and (c) are conceptual diagrams in the case of oblique incidence.

【図33】従来例の試料に対して収束光が入射する場合
を説明する概念図。
FIG. 33 is a conceptual diagram illustrating a case where convergent light is incident on a sample of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源部 2 光源側光学系 3 検出側光学系 4、4a 光検出器 5、5a 光ファイバ 6 モータドライバ 7、7a ロックインアンプ 8 コンピュータ 9 X−Yステージ 10 周波数安定化横ゼーマンレーザ(STZL) 10a レーザコントローラ 20 λ/2波長板(HWP) 30 直線偏光子(LP) 41 交換器 51 コア 52 クラッド 60 集束レンズ 61 コリメータレンズ 70 ビームエキスパンダ Reference Signs List 1 light source unit 2 light source side optical system 3 detection side optical system 4, 4a photodetector 5, 5a optical fiber 6 motor driver 7, 7a lock-in amplifier 8 computer 9 XY stage 10 frequency stabilized lateral Zeeman laser (STZL) 10a Laser Controller 20 λ / 2 Wavelength Plate (HWP) 30 Linear Polarizer (LP) 41 Exchanger 51 Core 52 Clad 60 Focusing Lens 61 Collimator Lens 70 Beam Expander

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象物に向けて所定の偏光状態となる光
信号を出射する偏光出射光学系と、この偏光出射光学系
からの光信号を上記対象物を介してその対象物の複屈折
情報を偏光解析可能な光信号として検出する偏光検出光
学系と、この偏光検出光学系からの光信号を電気信号に
変換して検出する光検出器とを備え、この光検出器と上
記対象物との間にその対象物側から上記光検出器側に向
けて上記光信号の光束の一部を取り出して光伝送する光
伝送路を配置したことを特徴とする複屈折測定光学系。
1. A polarized light emitting optical system for emitting an optical signal having a predetermined polarization state toward an object, and an optical signal from the polarized light emitting optical system is transmitted through the object to obtain birefringence information of the object. A polarization detection optical system that detects the light as an optical signal that can be analyzed for polarization, and a light detector that converts the light signal from the polarization detection optical system into an electric signal and detects the light signal. A birefringence measuring optical system, wherein an optical transmission path for extracting a part of the light beam of the optical signal from the object side to the photodetector side and transmitting the light is disposed.
【請求項2】 前記光伝送路を光ファイバで構成した請
求項1記載の複屈折測定光学系。
2. The birefringence measuring optical system according to claim 1, wherein said optical transmission path is constituted by an optical fiber.
【請求項3】 前記光ファイバを前記偏光検出光学系と
前記光検出器との間に配置した請求項2記載の複屈折測
定光学系。
3. The birefringence measuring optical system according to claim 2, wherein said optical fiber is disposed between said polarization detecting optical system and said photodetector.
【請求項4】 前記光ファイバは所定の光弾性定数をも
つ材料で構成したコアを備えた請求項2記載の複屈折測
定光学系。
4. The birefringence measurement optical system according to claim 2, wherein said optical fiber has a core made of a material having a predetermined photoelastic constant.
【請求項5】 前記光ファイバを前記対象物と前記偏光
検出光学系との間に配置した請求項4記載の複屈折測定
光学系。
5. The birefringence measuring optical system according to claim 4, wherein said optical fiber is disposed between said object and said polarization detecting optical system.
【請求項6】 前記光ファイバは前記対象物側に向けて
尖鋭化させた先端部を備えた請求項2記載の複屈折測定
光学系。
6. The birefringence measuring optical system according to claim 2, wherein the optical fiber has a tip portion sharpened toward the object side.
【請求項7】 前記光ファイバに前記偏光検出光学系の
少なくとも一部を一体に取り付けた請求項2記載の複屈
折測定光学系。
7. The birefringence measuring optical system according to claim 2, wherein at least a part of said polarization detecting optical system is integrally attached to said optical fiber.
【請求項8】 前記光ファイバの少なくとも前記対象物
側の先端部を前記光信号の光束内で自在にスキャンさせ
る機構を備えた請求項2記載の複屈折測定光学系。
8. The birefringence measurement optical system according to claim 2, further comprising a mechanism for freely scanning at least a tip portion of the optical fiber on the object side within the light flux of the optical signal.
【請求項9】 前記光ファイバは複数本の光ファイバで
あり、この複数本の光ファイバを並列状に配置した請求
項2記載の複屈折測定光学系。
9. The birefringence measuring optical system according to claim 2, wherein the optical fiber is a plurality of optical fibers, and the plurality of optical fibers are arranged in parallel.
【請求項10】 請求項1から9までのいずれか1項記
載の複屈折測定光学系を備えたことを特徴とする高空間
分解能偏光解析装置。
10. A high spatial resolution ellipsometer comprising the birefringence measuring optical system according to claim 1. Description:
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