JP2003294620A - 光学結晶ウエハーの屈折率分布および組成比分布の測定方法 - Google Patents
光学結晶ウエハーの屈折率分布および組成比分布の測定方法Info
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- JP2003294620A JP2003294620A JP2002093135A JP2002093135A JP2003294620A JP 2003294620 A JP2003294620 A JP 2003294620A JP 2002093135 A JP2002093135 A JP 2002093135A JP 2002093135 A JP2002093135 A JP 2002093135A JP 2003294620 A JP2003294620 A JP 2003294620A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、この従来技術の問題点に鑑
み、ウエハー厚みの分布の影響を受けずにより精度が高
くかつ迅速な方法で試料の屈折率分布を計測できるよう
にすることにある。 【構成】ｚカット５インチLiNbO3ウエハーを用い（厚み
７００μｍ）屈折率分布を測定した装置の配置を図４に
示す。透過波面歪（光路長）を測定するために、ZYGO社
の干渉計（モデル）を使用した。測定時の偏光状態を切
り替えることができる。反射ミラー３はチルト調整の付
属したミラーマウント４に装着され、チルト調整ねじ
５，６，７によりあおりを調整することができる。これ
らの光学系は防振光学定番上に配置され、全体は温度
０．１℃で制御されたクリーンベンチ内に配置されてい
る。
み、ウエハー厚みの分布の影響を受けずにより精度が高
くかつ迅速な方法で試料の屈折率分布を計測できるよう
にすることにある。 【構成】ｚカット５インチLiNbO3ウエハーを用い（厚み
７００μｍ）屈折率分布を測定した装置の配置を図４に
示す。透過波面歪（光路長）を測定するために、ZYGO社
の干渉計（モデル）を使用した。測定時の偏光状態を切
り替えることができる。反射ミラー３はチルト調整の付
属したミラーマウント４に装着され、チルト調整ねじ
５，６，７によりあおりを調整することができる。これ
らの光学系は防振光学定番上に配置され、全体は温度
０．１℃で制御されたクリーンベンチ内に配置されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信などに用いら
れる光学結晶の屈折率分布や組成比分布を測定する方法
に関する。
れる光学結晶の屈折率分布や組成比分布を測定する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信やITの進展に伴って、電気光学効
果を有する単結晶ウエハーが重要な役目を果たすそうと
している。特に光ファイバ通信においては、通信量の爆
発的増大に対応するために、１本の光ファイバに多くの
波長の光を多重化して伝送させる波長多重通信WDM方式
が使用されている。さらに情報量の増大にも対応するた
め、２．５GHｚから１０GHｚへ、将来的にはさらに４０
GHｚ、８０GHｚへの変調スピードの高速化が進展しよう
としている。特に長距離幹線系に用いられる変調器とし
ては無機単結晶であるネオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶
を用いた光変調器が用いられる。ネオブ酸リチウムを用
いた光変調器は、チタン拡散によりマッハツエンダー型
導波路を形成しマッハツエンダーのアーム部に電極を構
成電界を印加することにより片側のアームの屈折率を変
調して光を変調するものである。
果を有する単結晶ウエハーが重要な役目を果たすそうと
している。特に光ファイバ通信においては、通信量の爆
発的増大に対応するために、１本の光ファイバに多くの
波長の光を多重化して伝送させる波長多重通信WDM方式
が使用されている。さらに情報量の増大にも対応するた
め、２．５GHｚから１０GHｚへ、将来的にはさらに４０
GHｚ、８０GHｚへの変調スピードの高速化が進展しよう
としている。特に長距離幹線系に用いられる変調器とし
ては無機単結晶であるネオブ酸リチウム（LiNbO3）結晶
を用いた光変調器が用いられる。ネオブ酸リチウムを用
いた光変調器は、チタン拡散によりマッハツエンダー型
導波路を形成しマッハツエンダーのアーム部に電極を構
成電界を印加することにより片側のアームの屈折率を変
調して光を変調するものである。
【０００３】１０GHｚから４０GHｚに変調速度が増す
と、必要な素子長も長くなりより均質なネオブ酸リチウ
ムウエハーが望まれている。またLi濃度が異なると導波
路作成時のチタン拡散スピードが異なるため光導波路サ
イズが変化し光のモード径が変化する。高速動作で設計
するほど作製マージンが低下し、わずかな導波路特性の
変化でも動作電圧の変化をもたらし歩留まりの悪化を生
じると考えられる。このために４０GHｚ以上の高速変調
器用のLiNbO3基板にはLi濃度変動０．０１モル％以下の
組成分布の均一性が望まれている。
と、必要な素子長も長くなりより均質なネオブ酸リチウ
ムウエハーが望まれている。またLi濃度が異なると導波
路作成時のチタン拡散スピードが異なるため光導波路サ
イズが変化し光のモード径が変化する。高速動作で設計
するほど作製マージンが低下し、わずかな導波路特性の
変化でも動作電圧の変化をもたらし歩留まりの悪化を生
じると考えられる。このために４０GHｚ以上の高速変調
器用のLiNbO3基板にはLi濃度変動０．０１モル％以下の
組成分布の均一性が望まれている。
【０００４】一方、LiNbO3結晶はコングルエント組成
（Li=４８．５モル%）からLi/Nb組成比がずれると結晶育
成中にLi/Nb組成比が変化することが知られている。し
たがって育成したインゴットの上部と下部では組成比が
異なってくるのが通常である。またウエハー内でも組成
のばらつきが観測される。したがって光学用途のウエハ
ー評価をするには高精度にLi/Nb組成比分布を計測する
ことが重要である。
（Li=４８．５モル%）からLi/Nb組成比がずれると結晶育
成中にLi/Nb組成比が変化することが知られている。し
たがって育成したインゴットの上部と下部では組成比が
異なってくるのが通常である。またウエハー内でも組成
のばらつきが観測される。したがって光学用途のウエハ
ー評価をするには高精度にLi/Nb組成比分布を計測する
ことが重要である。
【０００５】従来こうしたLi/Nb組成比を測定する方法
としてウエハーを裁断して、DTA (Differential Ther
mal Analysis)やDSC (Differential Scanning Calor
imetory)などの熱分析によるキューリ温度を測定する方
法が知られている。キューリ温度TcがＬｉ濃度に対して
直線的に変化する（ΔTc/ΔLi〜１℃/mol%）ことを利用
したものであるが、測定精度そのものに限界がある
（０．６℃）ばかりでなく空間分解能も悪く（３ｍｍ）
実用的に用いることができない。また破壊検査であるう
え測定に膨大な時間がかかる（１点の測定で３時間）と
いった欠点があった。
としてウエハーを裁断して、DTA (Differential Ther
mal Analysis)やDSC (Differential Scanning Calor
imetory)などの熱分析によるキューリ温度を測定する方
法が知られている。キューリ温度TcがＬｉ濃度に対して
直線的に変化する（ΔTc/ΔLi〜１℃/mol%）ことを利用
したものであるが、測定精度そのものに限界がある
（０．６℃）ばかりでなく空間分解能も悪く（３ｍｍ）
実用的に用いることができない。また破壊検査であるう
え測定に膨大な時間がかかる（１点の測定で３時間）と
いった欠点があった。
【０００６】また従来より、異常光に対する屈折率がLi
濃度に対して直線的に減少することが知られている。
(U.Schlarb and K.Betzler Physical Review B Vol.50,
No2,751 (1994)) これを利用すれば異常光に対する屈折率分布を計測すれ
ばLi濃度分布を測定することができることになる。
濃度に対して直線的に減少することが知られている。
(U.Schlarb and K.Betzler Physical Review B Vol.50,
No2,751 (1994)) これを利用すれば異常光に対する屈折率分布を計測すれ
ばLi濃度分布を測定することができることになる。
【０００７】これらはウェハーの透過波面の変化を測定
することにより、ウェハ内の屈折率濃分布を測定算出す
ることは容易に想像できる。こうした透過波面を測定す
るものとして例えばトワイマングリーン干渉計またはマ
イケルソン干渉計等の干渉計で非接触，非破壊，非汚染
という特性を備える装置が実用化されている。測定試料
の厚みが理想的に平行で、厚み分布が無視できる程小さ
い場合は、試料厚み一定として透過波面歪を計測するこ
とにより屈折率分布を算出することが可能である。
することにより、ウェハ内の屈折率濃分布を測定算出す
ることは容易に想像できる。こうした透過波面を測定す
るものとして例えばトワイマングリーン干渉計またはマ
イケルソン干渉計等の干渉計で非接触，非破壊，非汚染
という特性を備える装置が実用化されている。測定試料
の厚みが理想的に平行で、厚み分布が無視できる程小さ
い場合は、試料厚み一定として透過波面歪を計測するこ
とにより屈折率分布を算出することが可能である。
【０００８】しかしながら、一般的にこの仮定は成立し
ない。特にウエハー状の大型試料については大きな厚み
むらが存在するため通常の透過波面透位相差測定ではウ
エハーの厚みむらと屈折率分布を弁別することができず
屈折率分布を計測することができない。これを具体的に
説明すると次のようになる。
ない。特にウエハー状の大型試料については大きな厚み
むらが存在するため通常の透過波面透位相差測定ではウ
エハーの厚みむらと屈折率分布を弁別することができず
屈折率分布を計測することができない。これを具体的に
説明すると次のようになる。
【０００９】屈折率の空間的変化をΔｎ(x,y)、ウエハ
ー厚みの空間的変化をΔＬ(x,y)、一定値をそれぞれn0,
Ｌ0とすると屈折率をｎ(x,y),ウエハー厚みをＬ(x,y)
は（１),（２）式のように表記される。
ー厚みの空間的変化をΔＬ(x,y)、一定値をそれぞれn0,
Ｌ0とすると屈折率をｎ(x,y),ウエハー厚みをＬ(x,y)
は（１),（２）式のように表記される。
【００１０】
ｎ(x,y)＝ｎ0+Δｎ(x,y) ・・ （１）
Ｌ(x,y)＝Ｌ0+ΔＬ(x,y) ・・ （２）
従って光学長ＯL(OpticalLength)は（３）式で表現され
る。
る。
【００１１】
ＯL(x,y)＝ｎ(x,y)・Ｌ(x,y)＝(n0+Δｎ(x,y))・(Ｌ0+ΔＬ(x,y))
=n0Ｌ0 +Ｌ0・Δｎ(x,y)+n0・ΔＬ(x,y)+Δｎ(x,y)・ΔＬ(x,y)
・・（３）
（３）式の２次の微小量（右辺第３項）を無視すると
（３）式は（４）のように近似される。
（３）式は（４）のように近似される。
【００１２】
L(x,y)〜n0Ｌ0 +Ｌ0・Δｎ(x,y)+n0・ΔＬ(x,y) ・・（４）
ウエハーの厚みは均一に作製することが望ましいが、現
実的にウエハーの厚み分布平行からのずれΔＬ(x,y)は
５インチ径で１μｍ程度存在する。ｎ0は２．２程度で
あるため第三項の大きさは２.２μｍもの値となる。ま
たLi濃度ずれ０．０１モル％に相当する屈折率変動Δｎ
(x,y)は０．０００１程度で、ウエハー厚みL0は８００
μｍ程度であるため第二項の大きさは０．０８μｍ程度
である。したがって測定したい（４）式の第二項の大き
さは厚みむらに起因する第三項の大きさに比較して２〜
３桁も小さなものとなる。このため透波面観測による屈
折率分布測定を通じたLi濃度分布測定は不可能である。
このため干渉計を用いて屈折率分布を測定し、組成比分
布を算出することは困難であった。
実的にウエハーの厚み分布平行からのずれΔＬ(x,y)は
５インチ径で１μｍ程度存在する。ｎ0は２．２程度で
あるため第三項の大きさは２.２μｍもの値となる。ま
たLi濃度ずれ０．０１モル％に相当する屈折率変動Δｎ
(x,y)は０．０００１程度で、ウエハー厚みL0は８００
μｍ程度であるため第二項の大きさは０．０８μｍ程度
である。したがって測定したい（４）式の第二項の大き
さは厚みむらに起因する第三項の大きさに比較して２〜
３桁も小さなものとなる。このため透波面観測による屈
折率分布測定を通じたLi濃度分布測定は不可能である。
このため干渉計を用いて屈折率分布を測定し、組成比分
布を算出することは困難であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
従来技術の問題点に鑑み、ウエハー厚みの分布の影響を
受けずにより精度が高くかつ迅速な方法で試料の屈折率
分布を計測できるようにすることにある。
従来技術の問題点に鑑み、ウエハー厚みの分布の影響を
受けずにより精度が高くかつ迅速な方法で試料の屈折率
分布を計測できるようにすることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明では、こうした課
題を解決するために、偏光の違いによる屈折率の組成比
依存性の違いに着目して本発明にいたった。すなわち本
発明は、組成比に依存した第一の屈折率と組成比に依存
しない第二の屈折率を有し、光が入射できる対向する２
つの主面を有し、主面と平行方向に第一の屈折率を有す
る結晶軸の投影成分を有した複屈折結晶に対して、第一
の屈折率を感じる偏光方向の第一の透過波面歪と第二の
屈折率を感じる偏光方向の第二の透過波面歪を観測し、
第二の透過波面歪から算出した試料厚み分布を用いて、
第１の透過波面歪から試料厚みの項を取り除き、第一の
屈折率の分布のみを測定する方法である。これによりX-
cutのLN （LiNbO3）の屈折率分布を測定できる。
題を解決するために、偏光の違いによる屈折率の組成比
依存性の違いに着目して本発明にいたった。すなわち本
発明は、組成比に依存した第一の屈折率と組成比に依存
しない第二の屈折率を有し、光が入射できる対向する２
つの主面を有し、主面と平行方向に第一の屈折率を有す
る結晶軸の投影成分を有した複屈折結晶に対して、第一
の屈折率を感じる偏光方向の第一の透過波面歪と第二の
屈折率を感じる偏光方向の第二の透過波面歪を観測し、
第二の透過波面歪から算出した試料厚み分布を用いて、
第１の透過波面歪から試料厚みの項を取り除き、第一の
屈折率の分布のみを測定する方法である。これによりX-
cutのLN （LiNbO3）の屈折率分布を測定できる。
【００１５】また本発明は組成比に依存した第一の屈折
率と組成比に依存しない第二の屈折率を有し、光が入射
できる対向する２つの主面を有し、主面内に第一の屈折
率を有する結晶軸の投影成分を有した複屈折結晶に対し
て、第一の屈折率を感じる偏光方向の第一の透過波面歪
と第二の屈折率を感じる偏光方向の第二の透過波面歪を
観測し、第二の透過波面歪から算出した試料厚み分布を
用いて第１の透過波面歪から試料厚みの項を取り除き、
組成比分布を測定する方法である。これによりX-cutのL
N組成比分布が測定できる。
率と組成比に依存しない第二の屈折率を有し、光が入射
できる対向する２つの主面を有し、主面内に第一の屈折
率を有する結晶軸の投影成分を有した複屈折結晶に対し
て、第一の屈折率を感じる偏光方向の第一の透過波面歪
と第二の屈折率を感じる偏光方向の第二の透過波面歪を
観測し、第二の透過波面歪から算出した試料厚み分布を
用いて第１の透過波面歪から試料厚みの項を取り除き、
組成比分布を測定する方法である。これによりX-cutのL
N組成比分布が測定できる。
【００１６】また本発明は、組成比に依存した第一の屈
折率と組成比に依存しない第二の屈折率を有し、光が入
射できる対向する２つの主面を有し、主面に垂直方向と
第一の屈折率を有する結晶軸方向が一致した複屈折結晶
に対して、概複屈折結晶を傾斜させ配置し第一の屈折率
を感じる偏光方向の第一の透過波面歪と第二の屈折率を
感じる偏光方向の第二の透過波面歪を観測し、第二の透
過波面歪から算出した試料厚み分布を用いて、第１の透
過波面歪から試料厚みの項を取り除き、第一の屈折率分
布を測定する方法。これによりZ-cutのLNの屈折率分布
が測定できる。
折率と組成比に依存しない第二の屈折率を有し、光が入
射できる対向する２つの主面を有し、主面に垂直方向と
第一の屈折率を有する結晶軸方向が一致した複屈折結晶
に対して、概複屈折結晶を傾斜させ配置し第一の屈折率
を感じる偏光方向の第一の透過波面歪と第二の屈折率を
感じる偏光方向の第二の透過波面歪を観測し、第二の透
過波面歪から算出した試料厚み分布を用いて、第１の透
過波面歪から試料厚みの項を取り除き、第一の屈折率分
布を測定する方法。これによりZ-cutのLNの屈折率分布
が測定できる。
【００１７】また本発明は、組成比に依存した第一の屈
折率と組成比に依存しない第二の屈折率を有し、光が入
射できる対向する２つの主面を有し、主面に垂直方向と
第一の屈折率を有する結晶軸方向が一致した複屈折結晶
に対して、概複屈折結晶を傾斜させ配置し第一の屈折率
を感じる偏光方向の第一の透過波面歪と第二の屈折率を
感じる偏光方向の第二の透過波面歪を観測し、第二の透
過波面歪から算出した試料厚み分布を用いて、第１の透
過波面歪から試料厚みの項を取り除き、組成比分布を測
定する方法。これによりZ-cutのLNの組成比分布を測定
できる。
折率と組成比に依存しない第二の屈折率を有し、光が入
射できる対向する２つの主面を有し、主面に垂直方向と
第一の屈折率を有する結晶軸方向が一致した複屈折結晶
に対して、概複屈折結晶を傾斜させ配置し第一の屈折率
を感じる偏光方向の第一の透過波面歪と第二の屈折率を
感じる偏光方向の第二の透過波面歪を観測し、第二の透
過波面歪から算出した試料厚み分布を用いて、第１の透
過波面歪から試料厚みの項を取り除き、組成比分布を測
定する方法。これによりZ-cutのLNの組成比分布を測定
できる。
【００１８】前記複屈折結晶が、主面垂直方向がｘまた
はｙ軸と一致したLiNbO3であることが好ましい。これに
よりｘ−YcutのLNの屈折率分布が測定できる。
はｙ軸と一致したLiNbO3であることが好ましい。これに
よりｘ−YcutのLNの屈折率分布が測定できる。
【００１９】また前記複屈折結晶が、主面垂直方向がｚ
軸と一致したLiNbO3であるが好ましい。これによりｚ−
カットのLNの分布が測定できる図１に文献１で示されたデ
ータをもとに、算出したLiNbO3結晶の常光、異常光屈折
率のLi/Nb組成比依存性を示す。屈折率の常光成分noは
組成比に影響されず一定であるのに対して屈折率の異常
光成分neは組成比率を強い相関関係にあることがわか
る。これはLiNbO3ウエハー中にLi/Nb組成比分布がある
とすると、常光方向の偏光に対する屈折率は一定である
が、異常光の偏光に対する屈折率はLi/Nb組成比に比例
して変化していることを意味する。
軸と一致したLiNbO3であるが好ましい。これによりｚ−
カットのLNの分布が測定できる図１に文献１で示されたデ
ータをもとに、算出したLiNbO3結晶の常光、異常光屈折
率のLi/Nb組成比依存性を示す。屈折率の常光成分noは
組成比に影響されず一定であるのに対して屈折率の異常
光成分neは組成比率を強い相関関係にあることがわか
る。これはLiNbO3ウエハー中にLi/Nb組成比分布がある
とすると、常光方向の偏光に対する屈折率は一定である
が、異常光の偏光に対する屈折率はLi/Nb組成比に比例
して変化していることを意味する。
【００２０】一方ウエハー厚みの分布ΔL(x,y)は場所が
同じであれば異常光、常光ともに同じ値である。従っ
て、常光偏光の透過波面測定から厚み分布ΔL (x,y)を
算出し、異常光偏光の透過波面測定でその厚み分布ΔT
(x,y)を使用して厚み分布による効果を相殺して、屈折
率分布のみを抽出することができる。
同じであれば異常光、常光ともに同じ値である。従っ
て、常光偏光の透過波面測定から厚み分布ΔL (x,y)を
算出し、異常光偏光の透過波面測定でその厚み分布ΔT
(x,y)を使用して厚み分布による効果を相殺して、屈折
率分布のみを抽出することができる。
【００２１】以下ｘカットLiNbO3について具体的に説明
する。ＬｉＮｂＯ3結晶は１軸性結晶であり、異常光屈
折率ｎeはｚ軸方向、ｘ、ｙ軸は屈折率は等しく常光屈
折率noとなる。図２に示すようにXカットはX軸がウエハ
ー面垂直方向に向いたウエハー形態の別称で、Ｌｉ/Ｎ
ｂ組成比に比例して屈折率が変化するｚ軸方向がウエハ
ー主面内に存在する。またｘ軸と等価なｙ軸も主面内に
存在する。
する。ＬｉＮｂＯ3結晶は１軸性結晶であり、異常光屈
折率ｎeはｚ軸方向、ｘ、ｙ軸は屈折率は等しく常光屈
折率noとなる。図２に示すようにXカットはX軸がウエハ
ー面垂直方向に向いたウエハー形態の別称で、Ｌｉ/Ｎ
ｂ組成比に比例して屈折率が変化するｚ軸方向がウエハ
ー主面内に存在する。またｘ軸と等価なｙ軸も主面内に
存在する。
【００２２】
ｎe(x,y)＝ｎe0+Δｎe (x,y) ・・ （５）
ｎo(x,y)＝ｎo0 ・・ （６）
L (x,y)＝L0+ΔL (x,y) ・・ （２）
従って光路長は（３）式で表現される。常光に対する光
路長OLoは OLo(x,y)＝ｎo0・L (x,y)＝no0・(L0+ΔL (x,y))) ・・ （７） 異常光に対する光路長OLeは OLe(x,y)＝ｎe(x,y)・L (x,y)＝(ne0+Δｎ(x,y))・(L0+ΔL (x,y)) 〜ne0（L0 +ΔL (x,y)）+ L0・Δｎ(x,y) ・・ （８） 従って（８）式を（７）式を用いて書き直すと OLe(x,y)＝ne0 OLo(x,y)/ no0 +L0・Δｎe(x,y) ・・ （９） 干渉計等により光路長OLを測定することができる。従っ
てOLe(x,y),OLo(x,y)は実測できる値である。異常光屈
折率ｎe0、常光屈折率 no0、ウエハー厚みL0はわかって
いるものとすると（９）式から屈折率分布Δｎe(x,y)を
算出することができる。この異常光の屈折率分布から図
１の構成曲線を用いてLi・Nb組成比分布を導出すること
が可能である。
路長OLoは OLo(x,y)＝ｎo0・L (x,y)＝no0・(L0+ΔL (x,y))) ・・ （７） 異常光に対する光路長OLeは OLe(x,y)＝ｎe(x,y)・L (x,y)＝(ne0+Δｎ(x,y))・(L0+ΔL (x,y)) 〜ne0（L0 +ΔL (x,y)）+ L0・Δｎ(x,y) ・・ （８） 従って（８）式を（７）式を用いて書き直すと OLe(x,y)＝ne0 OLo(x,y)/ no0 +L0・Δｎe(x,y) ・・ （９） 干渉計等により光路長OLを測定することができる。従っ
てOLe(x,y),OLo(x,y)は実測できる値である。異常光屈
折率ｎe0、常光屈折率 no0、ウエハー厚みL0はわかって
いるものとすると（９）式から屈折率分布Δｎe(x,y)を
算出することができる。この異常光の屈折率分布から図
１の構成曲線を用いてLi・Nb組成比分布を導出すること
が可能である。
【００２３】一方、ｚカットLiNbO3ウエハーの場合につ
いて説明する。ｚカットウエハーはｚ軸がウエハーに垂
直方向、面内にｘ、ｙ軸（いずれもno）となるため光を
垂直に入射した場合等方的となり複屈折を感じないとい
った問題がある。
いて説明する。ｚカットウエハーはｚ軸がウエハーに垂
直方向、面内にｘ、ｙ軸（いずれもno）となるため光を
垂直に入射した場合等方的となり複屈折を感じないとい
った問題がある。
【００２４】これを解決するために本発明では、ｚカッ
トウエハーを斜めに傾斜させ、入射面に対してP波、S波
となる互いに直交した偏光成分で透過波面を観測するこ
とにより屈折率分布のみを検出する方法を考案した。入
射面（入射光、透過光がなす面）内で進行方向に垂直は
偏光方向をＰ波、それと直交した偏光方向をＳ波と呼ん
でいる。以下動作原理について説明する。
トウエハーを斜めに傾斜させ、入射面に対してP波、S波
となる互いに直交した偏光成分で透過波面を観測するこ
とにより屈折率分布のみを検出する方法を考案した。入
射面（入射光、透過光がなす面）内で進行方向に垂直は
偏光方向をＰ波、それと直交した偏光方向をＳ波と呼ん
でいる。以下動作原理について説明する。
【００２５】今入射角度がθとなるようにウエハーを傾
けた場合を考える。図３に示すようにウエハーの傾き角
度をθ、ウエハー内のP波の屈折角度をθe、S波の屈折
角度をθoとする。ウエハーの厚みは面内（ｘ、ｙ）で
分布を持つと仮定し、位置によらず一定の値の厚みL0と
ウエハーの２次元的な位置に依存した成分ΔL（ｘ、
ｙ）との和とする。P波の場合は透過波面の光路長ΔY
(x,y)は式１１のように表される。
けた場合を考える。図３に示すようにウエハーの傾き角
度をθ、ウエハー内のP波の屈折角度をθe、S波の屈折
角度をθoとする。ウエハーの厚みは面内（ｘ、ｙ）で
分布を持つと仮定し、位置によらず一定の値の厚みL0と
ウエハーの２次元的な位置に依存した成分ΔL（ｘ、
ｙ）との和とする。P波の場合は透過波面の光路長ΔY
(x,y)は式１１のように表される。
【００２６】
【式１1】
【００２７】一方、S波の光路長ΔX(x,y)は式１２で表
される。 S波の場合は結晶のＸ軸方向の偏光方向でLi/
Nb組成比によらず一定の屈折率を感じるため厚み依存性
の成分ΔL(x,y)のみを検出することとなる。
される。 S波の場合は結晶のＸ軸方向の偏光方向でLi/
Nb組成比によらず一定の屈折率を感じるため厚み依存性
の成分ΔL(x,y)のみを検出することとなる。
【００２８】
【式１２】
【００２９】式１１で表されるΔL(x、y)を式１２を使っ
て消去すると式１３で表される。
て消去すると式１３で表される。
【００３０】
【式１３】
【００３１】S波とP波の光路長ΔX(x,y)、ΔY(x,y)は干
渉計により実測される値とすると式１３を変形するとP
波の伝播方向θに対する屈折率ne（θ）の空間分布は式
１４であらわされることになる。
渉計により実測される値とすると式１３を変形するとP
波の伝播方向θに対する屈折率ne（θ）の空間分布は式
１４であらわされることになる。
【００３２】
【式１４】
【００３３】式１４より伝播角度θ方向の異常光屈折率
分布Δｎe(x,y)が求まる。これよりLiNbO3結晶のｘ軸方
向の屈折率分布Δｎz（x、y）に変換する必要がある。伝
播角度をθ（ｚ軸からの頂角）とした時の異常光（P
波）屈折率はnx,nzと式１５の関係式で表される。ここ
でｎx, nzはLiNbO3結晶軸のｘ軸、ｙ軸方向の偏光に対
する屈折率である。
分布Δｎe(x,y)が求まる。これよりLiNbO3結晶のｘ軸方
向の屈折率分布Δｎz（x、y）に変換する必要がある。伝
播角度をθ（ｚ軸からの頂角）とした時の異常光（P
波）屈折率はnx,nzと式１５の関係式で表される。ここ
でｎx, nzはLiNbO3結晶軸のｘ軸、ｙ軸方向の偏光に対
する屈折率である。
【００３４】
【式１５】
【００３５】式１５をnzで微分すると式１６となる。
【００３６】
【式１６】
【００３７】波長６３３ｎｍで式６の係数を計算すると
入射角度θ＝４５度のときδne/δnz〜０．１０６とな
る。従って実測されたΔｎe(x,y)よりΔｎz(x,y)は式１
７で計算される。従って式１７より屈折率ｎzの分布Δ
ｎz(x,y)を算出することができる。
入射角度θ＝４５度のときδne/δnz〜０．１０６とな
る。従って実測されたΔｎe(x,y)よりΔｎz(x,y)は式１
７で計算される。従って式１７より屈折率ｎzの分布Δ
ｎz(x,y)を算出することができる。
【００３８】
【式１７】
【００３９】以上説明したように、ｚカットLiNbO3ウエ
ハーの場合、試料を傾けて２つの直交した偏光方向でそ
れぞれ光路長ΔX(x、y)、ΔY(x,y)を光学干渉計等により
測定することにより、式１４〜１７より屈折率分布Δｎ
z(x、y)を計測することが可能であることがわかった。
ハーの場合、試料を傾けて２つの直交した偏光方向でそ
れぞれ光路長ΔX(x、y)、ΔY(x,y)を光学干渉計等により
測定することにより、式１４〜１７より屈折率分布Δｎ
z(x、y)を計測することが可能であることがわかった。
【００４０】こうした操作を行うことにより、厚み分布
ΔＬ(x、y)による波面歪中に隠れて見えなかった１００
００分の１の程度のわずかな屈折率分布を精度よく算出
することが可能となった。
ΔＬ(x、y)による波面歪中に隠れて見えなかった１００
００分の１の程度のわずかな屈折率分布を精度よく算出
することが可能となった。
【００４１】
【発明の実施の形態】ｚカット５インチLiNbO3ウエハー
を用い（厚み７００μｍ）屈折率分布を測定した装置の
配置を図４に示す。透過波面歪（光路長）を測定するた
めに、ZYGO社の干渉計（モデル）を使用した。測定時の
偏光状態を切り替えることができる。反射ミラー３はチ
ルト調整の付属したミラーマウント４に装着され、チル
ト調整ねじ５，６，７によりあおりを調整することがで
きる。これらの光学系は防振光学定番上に配置され、全
体は温度０．１℃で制御されたクリーンベンチ内に配置
されている。
を用い（厚み７００μｍ）屈折率分布を測定した装置の
配置を図４に示す。透過波面歪（光路長）を測定するた
めに、ZYGO社の干渉計（モデル）を使用した。測定時の
偏光状態を切り替えることができる。反射ミラー３はチ
ルト調整の付属したミラーマウント４に装着され、チル
ト調整ねじ５，６，７によりあおりを調整することがで
きる。これらの光学系は防振光学定番上に配置され、全
体は温度０．１℃で制御されたクリーンベンチ内に配置
されている。
【００４２】まず干渉計本体１から出たHe-Neレーザ光
は拡大系２で６インチまで拡大されて出射される。拡大
系２中には一部の強度を干渉計本体１に戻す部分反射ミ
ラー（図示せず）が装着されている。出射された光は光
軸１２上を伝搬し、反射ミラー３により反射され、同じ
光軸１２をとおり干渉計本体に戻る。サンプルない状態
で反射ミラーのあおりを調整する。
は拡大系２で６インチまで拡大されて出射される。拡大
系２中には一部の強度を干渉計本体１に戻す部分反射ミ
ラー（図示せず）が装着されている。出射された光は光
軸１２上を伝搬し、反射ミラー３により反射され、同じ
光軸１２をとおり干渉計本体に戻る。サンプルない状態
で反射ミラーのあおりを調整する。
【００４３】次に図５に示すようにｚカットLiNbO3ウエ
ハーの結晶のｘ軸が紙面垂直方向、ｚ軸が光軸１２に対
して角度４５度となるように傾けてセットする。
ハーの結晶のｘ軸が紙面垂直方向、ｚ軸が光軸１２に対
して角度４５度となるように傾けてセットする。
【００４４】干渉計本体の偏光方向がS波方向となるよ
うに切り替えノブ（図示せず）で選択し、透過波面歪を
計測する。この状態で透過波面歪ΔX(x、y)を測定した結
果を図７に示した。縦軸はは長さの単位ｎｍで表示され
ている。取得したデータは一旦パーソナルコンピュータ
８上の記憶装置に記録する。
うに切り替えノブ（図示せず）で選択し、透過波面歪を
計測する。この状態で透過波面歪ΔX(x、y)を測定した結
果を図７に示した。縦軸はは長さの単位ｎｍで表示され
ている。取得したデータは一旦パーソナルコンピュータ
８上の記憶装置に記録する。
【００４５】S波偏光成分はLiNbO3ウエハーのｘ軸方向
の偏光の屈折率を感じるため、図１からわかるようにLi
/Nb組成に依存せず一定の屈折率となる。このため厚み
分布による効果のみを感じることになる。ウエハー厚み
は中央部が薄くなったすり鉢上となっておりその周辺部
との差は１０μｍ程度である。
の偏光の屈折率を感じるため、図１からわかるようにLi
/Nb組成に依存せず一定の屈折率となる。このため厚み
分布による効果のみを感じることになる。ウエハー厚み
は中央部が薄くなったすり鉢上となっておりその周辺部
との差は１０μｍ程度である。
【００４６】次に図６に示すように試料は動かさず干渉
計本体の偏光方向がP波方向となるように切り替えノブ
（図示せず）で選択し、透過波面歪ΔY(x、y)を計測す
る。この状態で透過波面歪ΔY(x、y)を測定した結果を図
８に示した。取得したデータは一旦パーソナルコンピュ
ータ８上の記憶装置に記録する。
計本体の偏光方向がP波方向となるように切り替えノブ
（図示せず）で選択し、透過波面歪ΔY(x、y)を計測す
る。この状態で透過波面歪ΔY(x、y)を測定した結果を図
８に示した。取得したデータは一旦パーソナルコンピュ
ータ８上の記憶装置に記録する。
【００４７】測定が終了後、S波の透過波面歪ΔX(x、y)
とP波の透過波面歪ΔY(x、y)をパーソナルコンピュータ
の記憶領域より読み出して１４式に従って異常光屈折率
分布Δｎe(x,y)を算出し、さらに１７式に従って屈折率
ｎzの分布Δｎz(x,y)に変換した結果を図９に示した。
とP波の透過波面歪ΔY(x、y)をパーソナルコンピュータ
の記憶領域より読み出して１４式に従って異常光屈折率
分布Δｎe(x,y)を算出し、さらに１７式に従って屈折率
ｎzの分布Δｎz(x,y)に変換した結果を図９に示した。
【００４８】図９を見てわかるように図６のウエハー厚
み分布を反映した形状とはまったく異なった屈折率分布
を示しており、ウエハー厚みに依存しない屈折率分布を
精度よく計測できることがわかった。
み分布を反映した形状とはまったく異なった屈折率分布
を示しており、ウエハー厚みに依存しない屈折率分布を
精度よく計測できることがわかった。
【００４９】上記実施形態においては、一軸性結晶とし
てLiNbO3結晶を使用した場合について説明したが、これ
に限らず他の一軸性結晶であるＬｉＴａＯ3やＫ3Ｌｉ2
Ｎｂ5Ｏ15（KLN）のような他の二軸性結晶の屈折率測定
に用いてもよいことは明らかである。
てLiNbO3結晶を使用した場合について説明したが、これ
に限らず他の一軸性結晶であるＬｉＴａＯ3やＫ3Ｌｉ2
Ｎｂ5Ｏ15（KLN）のような他の二軸性結晶の屈折率測定
に用いてもよいことは明らかである。
【００５０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、Li
NbO3結晶などのように組成比により屈折率が変化する結
晶において、組成比に依存した屈折率分布を迅速に測定
する測定法を提供することができる。
NbO3結晶などのように組成比により屈折率が変化する結
晶において、組成比に依存した屈折率分布を迅速に測定
する測定法を提供することができる。
【図１】Ｌｉ濃度と屈折率との関係を示す図。
【図２】Xカットのウエハーと結晶方位を示す図。
【図３】ウエハーを傾けたときの各角度を説明する図。
【図４】屈折率分布を測定する装置の配置図。
【図５】S波を用いて測定する場合の結晶配置図。
【図６】P波を用いて測定する場合の結晶配置図。
【図７】S波を用いて測定した透過波面歪みを示す図。
【図８】P波を用いて測定した透過波面歪みを示す図。
【図９】屈折率分布を示す図。
１： 干渉計本体 ２：拡大系 ３：
反射ミラー ４：ミラーマウント、 ５，６，７： チルト調
整ネジ ８：パーソナルコンピュータ
反射ミラー ４：ミラーマウント、 ５，６，７： チルト調
整ネジ ８：パーソナルコンピュータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB01 CC19 EE07 FF51
GG05 LL09 LL12
2G059 AA02 BB08 BB15 CC20 DD16
EE05 EE09 GG01 GG04 JJ13
JJ15 JJ19 KK01 LL01 MM01
MM10
Claims (8)
- 【請求項１】組成比に依存した第一の屈折率と組成比に
依存しない第二の屈折率を有し、光が入射できる対向す
る２つの主面を有し、主面と平行方向に第一の屈折率を
有する結晶軸の投影成分を有した複屈折結晶に対して、
第一の屈折率を感じる偏光方向の第一の透過波面歪と第
二の屈折率を感じる偏光方向の第二の透過波面歪を観測
し、第二の透過波面歪から算出した試料厚み分布を用い
て、第１の透過波面歪から試料厚みの項を取り除き、第
一の屈折率の分布を測定する方法。 - 【請求項２】組成比に依存した第一の屈折率と組成比に
依存しない第二の屈折率を有し、光が入射できる対向す
る２つの主面を有し、主面内に第一の屈折率を有する結
晶軸の投影成分を有した複屈折結晶に対して、第一の屈
折率を感じる偏光方向の第一の透過波面歪と第二の屈折
率を感じる偏光方向の第二の透過波面歪を観測し、第二
の透過波面歪から算出した試料厚み分布を用いて第１の
透過波面歪から試料厚みの項を取り除き、組成比分布を
測定する方法。 - 【請求項３】組成比に依存した第一の屈折率と組成比に
依存しない第二の屈折率を有し、光が入射できる対向す
る２つの主面を有し、主面に垂直方向と第一の屈折率を
有する結晶軸方向が一致した複屈折結晶に対して、概複
屈折結晶を傾斜させ配置し第一の屈折率を感じる偏光方
向の第一の透過波面歪と第二の屈折率を感じる偏光方向
の第二の透過波面歪を観測し、第二の透過波面歪から算
出した試料厚み分布を用いて、第１の透過波面歪から試
料厚みの項を取り除き、第一の屈折率分布を測定する方
法。 - 【請求項４】組成比に依存した第一の屈折率と組成比に
依存しない第二の屈折率を有し、光が入射できる対向す
る２つの主面を有し、主面に垂直方向と第一の屈折率を
有する結晶軸方向が一致した複屈折結晶に対して、概複
屈折結晶を傾斜させ配置し第一の屈折率を感じる偏光方
向の第一の透過波面歪と第二の屈折率を感じる偏光方向
の第二の透過波面歪を観測し、第二の透過波面歪から算
出した試料厚み分布を用いて、第１の透過波面歪から試
料厚みの項を取り除き、組成比分布を測定する方法。 - 【請求項５】前記複屈折結晶が、主面垂直方向がｘまた
はｙ軸と一致したLiNbO3であることを特徴とする請求項
１に記載の屈折率の分布を測定する方法。 - 【請求項６】前記複屈折結晶が、主面垂直方向がｘまた
はｙ軸と一致したLiNbO3であることを特徴とする請求項
２に記載の組成比分布の測定方法 - 【請求項７】前記複屈折結晶が、主面垂直方向がｚ軸と
一致したLiNbO3であることを特徴とする請求項３に記載
の屈折率分布を測定する方法。 - 【請求項８】前記複屈折結晶が、主面垂直方向がｚ軸と
一致したLiNbO3であることを特徴とする請求項４に記載
の組成比分布を測定する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002093135A JP3913087B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 光学結晶ウエハーの屈折率分布および組成比分布の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002093135A JP3913087B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 光学結晶ウエハーの屈折率分布および組成比分布の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003294620A true JP2003294620A (ja) | 2003-10-15 |
| JP3913087B2 JP3913087B2 (ja) | 2007-05-09 |
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ID=29237746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002093135A Expired - Fee Related JP3913087B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 光学結晶ウエハーの屈折率分布および組成比分布の測定方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3913087B2 (ja) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62203046A (ja) * | 1986-03-03 | 1987-09-07 | Olympus Optical Co Ltd | 光学的記録媒体用基盤の屈折率の測定装置 |
| JPH04303739A (ja) * | 1991-03-30 | 1992-10-27 | Kanzaki Paper Mfg Co Ltd | 試料の光学主軸判定方法 |
| JPH04320904A (ja) * | 1991-04-19 | 1992-11-11 | Ricoh Co Ltd | 薄膜の屈折率・膜厚測定方法 |
| JPH07128225A (ja) * | 1993-10-29 | 1995-05-19 | Ono Sokki Co Ltd | 結晶軸検出装置 |
| JPH08201277A (ja) * | 1995-01-31 | 1996-08-09 | New Oji Paper Co Ltd | 複屈折測定方法及び装置 |
| JPH09218016A (ja) * | 1995-12-08 | 1997-08-19 | Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan | 光干渉法による測定対象物の屈折率と厚さの同時測定方法及びそのための装置 |
| JPH10325795A (ja) * | 1996-08-04 | 1998-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 媒質の測定方法および測定装置 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002093135A patent/JP3913087B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH10325795A (ja) * | 1996-08-04 | 1998-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 媒質の測定方法および測定装置 |
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|---|---|
| JP3913087B2 (ja) | 2007-05-09 |
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