JP2005249674A - 高感度反射測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、測定の高感度化を簡単な構成で行うことのできる高感度反射測定装置を提供することにある。
【解決手段】分析装置１０の光出射手段１４と検出手段１６との間の光路Ｘ_１（Ｘ_４）上に設けられ、試料測定面２０に対する測定光２２の入射角θを該試料測定面２０に直交する方向に対して７０度以上９０度未満とし、該試料測定面２０よりの反射光２４に基づいて該試料測定面２０に関する情報を得る際に用いられる高感度反射測定装置１２において、該試料測定面２０に対する該測定光２２の入射角θが７０度以上９０度未満の範囲内で所望の角度となるように該光出射手段１４よりの測定光２２の光路を曲げ（Ｘ_１−Ｘ_２）、かつ前記測定光２２を所望の振動方向を持つ直線偏光として透過し、前記試料測定面２０に入射させる入射側光学素子２８を備えることを特徴とする高感度反射測定装置１２。
【選択図】 図１

Description

本発明は高感度反射測定装置、特に測定の高感度化および構成の容易化に関する。

試料の吸収特性より試料の評価を行う吸光度測定法は、本来試料の透過光を検出するものであるが、例えば赤外線の波長以下の厚さを有する薄膜の吸収測定を赤外線を用いて行う際などには不向きである。そこで、近年、赤外分光法において、例えば前記薄膜の吸収測定に有効な方法として高感度反射法が知られている。
この高感度反射法は、試料に対して大きい入射角で光を入射させ、その反射光を検出して試料測定面における光の吸収状態を判断するものであり、これを行うための高感度反射測定装置も開発されている（例えば特許文献１参照）。
特開平７−１２０３７９号公報

しかしながら、前記高感度反射測定装置においても、測定の感度に関してはより一層の改善が望まれており、これを簡単な構成で行えることが強く望まれていたものの、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は測定の高感度化をより簡単な構成で行うことのできる高感度反射測定装置を提供することにある。

くさび形偏光子
前記目的を達成するために本発明にかかる高感度反射測定装置は、分析装置の光出射手段と検出手段との間の光路上に設けられ、試料測定面に対する測定光の入射角を前記試料測定面に直交する方向に対して７０度以上９０度未満とし、前記試料測定面よりの反射光に基づいて前記試料測定面に関する情報を得る際に用いられる高感度反射測定装置において、入射側光学素子を備えることを特徴とする。
ここで、前記入射側光学素子は、前記試料測定面に対する測定光の入射角が７０度以上９０度未満の範囲内で所望の角度となるように前記光出射手段よりの測定光の光路を曲げ、かつ前記測定光を所望の振動方向を持つ直線偏光として透過し、前記試料測定面に入射させる。
なお、本発明において、前記入射側光学素子は、ワイヤーグリッド偏光子付き楔形光学素子であることが好適である。

ここで、ワイヤーグリッド偏光子付き楔形光学素子は、前記前記測定光に対する透過性を持ち且つ前記測定光の光路上の雰囲気に比較し高い屈折率を持ち、前記入射側光学素子透過後の前記測定光の入射角が前記試料測定面に対し７０度以上９０度未満の範囲内で所望の角度となるように、前記光出射手段よりの測定光の光路を曲げるくさび形の測定光透過基部に、ワイヤーグリッドを設けたものとする。
また本発明においては、さらに、くさび形の出射側光学素子と、筐体と、試料設置部と、を備える。前記入射側光学素子により前記測定光を前記試料設置部にセットされた試料の測定面に入射させ、前記試料測定面よりの反射光を前記出射側光学素子により取り出すことが好適である。

ここで、前記くさび形の出射側光学素子は、前記試料測定面よりの反射光を透過させる際に、前記試料測定面よりの反射光の光路が前記検出手段への光路と一致するように前記試料測定面よりの反射光の光路を曲げるためのものとする。
また前記筐体は、少なくとも前記入射側光学素子および前記出射側光学素子をおさめている。
前記試料設置部は、前記筐体に設けられ、前記試料がセットされる。

光制限機構
また本発明においては、試料マスクと、遮光板と、を備える。前記遮光板は、前記試料測定面との間隙を通して、前記測定光の反射点が前記試料マスクの開口で制限された試料測定面上であり且つ前記試料測定面上の反射点での入射角が前記７０度以上９０度未満の反射光のみを取り出し、それ以外の不要光を遮光することが好適である。
ここで、前記試料マスクは、前記試料測定面を制限するための開口を持つ。
また前記遮光板は、前記測定測定面に直交する方向に前記試料マスクの開口の大きさに基づいて定められた距離だけ前記試料測定面に対し間隙をおいて配置される。

また本発明においては、さらに、スペーサと、移動手段と、を備える。前記試料マスクの前記スペーサを前記遮光板に当接させて前記試料マスクを前記遮光板にセットすると、前記移動手段により、前記遮光板は前記試料測定面に対し間隙が大となる方向に前記スペーサの厚さに応じた距離だけ相対移動し、前記試料測定面と前記遮光板との間隙が前記試料マスクの開口の大きさに基づいて定められた距離となることが好適である。
ここで、前記スペーサは、前記試料マスクの試料側面の反対側となる裏面に設けられ、前記試料マスクの開口の大きさに基づいて定められた厚さを有する。
また前記移動手段は、前記試料測定面に直交する方向に前記遮光板を移動自在に設ける。

サンプルシャトル機構
また本発明においては、サンプルシャトル機構を備える。前記サンプルシャトル機構は、試料ホルダと、駆動手段と、制御手段と、を備える。所定の測定シーケンスに基づいて、前記制御手段は、前記駆動手段により、前記試料ホルダの前記測定試料と前記リファレンス試料とを交互に前記測定光の光路上に出し入れさせることにより、前記測定試料への測定光入射と前記リファレンス試料への測定光入射とが交互に行われ、前記試料測定と前記リファレンス測定とが交互に行われることが好適である。
ここで、前記サンプルシャトル機構は、測定試料に関する試料測定とリファレンス試料に関するリファレンス測定とを交互に行うためのものとする。

また前記試料ホルダは、前記サンプルシャトル機構は、前記測定試料と前記リファレンス試料とを保持し、前記測定試料と前記リファレンス試料とが交互に前記測定光の光路上に出し入れされるように、往復運動自在に設けられる。
前記駆動手段は、前記試料ホルダを往復運動させ、前記測定試料と前記リファレンス試料とを交互に前記測定光の光路上に出し入れするためのものとする。
前記制御手段は、前記駆動手段による前記試料ホルダの往復運動を制御する。

さらに本発明において、前記入射側光学素子は、ｐ偏光を生成するｐ偏光子と、ｓ偏光
を生成するｓ偏光子と、を含む。また光学素子シャトル機構を備える。前記光学素子シャトル機構は、光学素子ホルダと、駆動手段と、制御手段と、を備える。所定の測定シーケンスに基づいて、前記制御手段は、前記駆動手段により、前記光学素子ホルダの前記ｐ偏光子と前記ｓ偏光子とを交互に前記測定光の光路上に出し入れさせることにより、同一の測定試料へのｐ偏光入射とｓ偏光入射とが交互に行われ、前記試料測定と前記リファレンス測定とが交互に行われることが好適である。
ここで、前記光学素子シャトル機構は、同一の測定試料について、前記ｐ偏光による試料測定と前記ｓ偏光によるリファレンス測定とを交互に行うためのものとする。

また前記光学素子ホルダは、前記ｐ偏光子と前記ｓ偏光子とを保持し、前記ｐ偏光子と前記ｓ偏光子とが交互に前記測定光の光路上に出し入れされるように、往復運動自在に設けられる。
前記駆動手段は、前記光学素子ホルダを往復運動させ、前記ｐ偏光子と前記ｓ偏光子とを交互に前記測定光の光路上に出し入れするためのものとする。
前記制御手段は、前記駆動手段による前記光学素子ホルダの往復運動を制御する。

くさび形偏光子
本発明にかかる高感度反射測定装置によれば、測定光の光路を曲げ且つ該測定光を所望の振動方向を持つ直線偏光として透過し、試料測定面に入射させる入射側光学素子を備えることとしたので、高感度な測定が簡単な構成で行える。
また本発明においては、前記入射側光学素子が、ワイヤーグリッド偏光子付き楔形光学素子であることにより、より高感度な測定が、より簡単な構成で行える。
また本発明においては、試料測定面よりの反射光の光路を曲げて該反射光を透過させるくさび形の出射側光学素子と、光学素子をおさめている筐体と、試料がセットされる試料設置部とを備えることにより、高感度な測定が、より簡単な構成で行える。

光制限機構
また本発明においては、試料マスクの開口の大きさに基づいて定められた距離だけ試料測定面に対し間隙をおいて配置される遮光板を備えることにより、より高感度な測定が、より簡単な構成で行える。
また本発明においては、さらに、試料マスクの開口の大きさに基づいて定められた厚さを有するスペーサを遮光板に当接させて試料マスクを遮光板にセットすると、移動手段により、遮光板は試料測定面に対し間隙が大となる方向にスペーサの厚さに応じた距離だけ相対移動することにより、より高感度な測定が、より簡単な構成で行える。

サンプルシャトル機構
また本発明においては、サンプルシャトル機構により、測定試料とリファレンス試料とが交互に測定光の光路上に入れられ、測定試料に関する試料測定とリファレンス試料に関するリファレンス測定とが交互に行われることにより、より高感度な測定が、より簡単な構成で行える。
さらに本発明においては、光学素子シャトル機構により、同一の試料にｐ偏光とｓ偏光
とが交互に入射され、ｐ偏光による試料測定とｓ偏光によるリファレンス測定とが交互に行われることにより、より高感度な測定が、より簡単な構成で行える。

以下、図面に基づいて本発明の好適な一実施形態について説明する。
第一実施形態（くさび形偏光子）
本実施形態においては、高感度反射測定装置において好適なくさび形偏光子について説明する。
図１には本発明の第一実施例にかかる高感度反射測定装置を用いたＦＴＩＲ装置の概略構成が示されている。
同図に示すＦＴＩＲ装置（分析装置）１０は、赤外領域での高感度反射測定法を行うための高感度反射測定装置１２を備える。
高感度反射測定装置１２は、ＦＴＩＲ装置１０の光出射手段１４と検出器（検出手段）１６との間の試料室１８に着脱自在に設けられている。

高感度反射測定装置１２は、例えば薄膜等の試料測定面２０に対する測定光２２の入射角θを試料測定面２０に直交する方向に対して７０度以上９０度未満とし、試料測定面１２０よりの反射光２４に基づいて試料測定面２０に関する情報を得る際に用いられる。
高感度反射測定装置１２は、筐体２６と、ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓（入射側光学素子）２８と、くさび形窓板（くさび形の出射側光学素子）３０とを備える。
筐体２４内にワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８と、くさび形窓板３０とがおさめられている。筐体２６の上部に開口３２を持つ試料設置部３４が設けられている。試料は筐体２６に水平にセットされており、その際は試料設置部３４の開口３２に試料測定面２０を位置させている。

ここで、前記ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８は、赤外光を曲げる赤外透過楔形窓板と赤外透過基板ワイヤーグリッド偏光子とを一体としたものである。ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８は、試料測定面２０に対する測定光２２の入射角θが７０度以上９０度未満の範囲内で所望の角度となるように光出射手段１４よりの測定光２２の光路Ｘ_１を曲げて光路Ｘ_２とし、かつ測定光２２をｐ偏光として透過し、試料測定面２０に入射させる。
前記くさび形窓板３０は、試料測定面２０よりの反射光２４を透過させる際に、試料測定面２０よりの反射光２４の光路Ｘ_３が検出器１６への光路Ｘ_４と一致するように、試料測定面２０よりの反射光２４の光路Ｘ_３を曲げてＸ_４とするためのものとする。
このように光出射手段１４よりの測定光２２は、ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８により試料設置部３４にセットされた試料の測定面１４に入射させ、試料測定面２０よりの反射光２４は、くさび形窓板２８により取り出され、後段の検出器１６に進む。

次にワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８についてより具体的に説明する。
ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８は、くさび形の赤外透過基板に、ワイヤーグリ
ッドを設けたものである。このくさび形の赤外透過基板は、赤外領域の測定光２２に対する透過性を持ち、且つ測定光２２の光路上の雰囲気に比較し高い屈折率を持つものである。このためワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８は、一の光学素子でありながら、赤外領域の測定光を大きく曲げる効果と同時に、ｐ偏光を生成する効果が得られるものである。
この結果、本実施形態においては、高感度反射測定装置の光学素子として、ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８を用いるので、他の光学素子を用いたものに比較し、試料測定面２０に対し大きい入射角が得られるので、より高感度での測定が行える。また本実施形態においては、他の光学素子を用いたものに比較し、装置の構成が簡潔かつ頑強である。さらに本実施形態においては、他の光学素子を用いたものに比較し、高効率で安定した測定が行える。

なお、本実施形態において、ＦＴＩＲ装置１０は、光出射手段１４として光源４０と、干渉計４２とを備える。さらにＦＴＩＲ装置１０は、電気系回路４４と、コンピュータ４６と、を備える。
光源４０は赤外光４８を出射する。光源４０よりの赤外光４８は干渉計４２により赤外領域の干渉光とされる。これを測定光２２としている。
検出器１６は、試料測定面２０における光の吸収情報を持つ反射光２０の信号を電気信
号に変換する。電気系回路４４は、検出器１６よりの電気信号のサンプリングを行い、アナログ信号をデジタル信号に変換する。

コンピュータ４６は、コンピュータ本体５０、入力デバイス５２、ディスプレイ５４等よりなり、コンピュータ本体５０は、入力デバイス５２よりコンピュータ本体５０に設定された測定シーケンスに基づいて、電気系回路４４よりのインターフェログラムを積算後、フーリエ変換し、赤外スペクトルを得ている。またコンピュータ本体５０は、得られた赤外スペクトルをディスプレイ５４に表示する。
以下に、本実施形態にかかる高感度反射測定装置において好適な入射側光学素子の作用
についてより具体的に説明する。

すなわち、高感度反射測定装置は、他の測定装置に比較し、微弱な試料に関する信号を得るため光の効率がよいこと、感度が高いことが求められている。また光学素子の配置等により装置の構成が複雑化したり、大型化しやすいものであるから、装置の構成を簡単にすることが求められている。
高感度反射測定装置は、他の測定装置に比較し、このような特性を満足することが非常に重要である。
ここで、高感度反射測定法では、試料に大きい入射角の光を入射すると感度が上がる。これと同時にｐ偏光を入射すると、さらに感度が上がる。
高感度反射測定法では大きな入射角で測定光を試料測定面に入射させることが必要である。また測定光を直線偏光（ｐ偏光）にすることも必要である。

前記測定の高感度化はもちろん、高感度反射測定装置において特徴的な特性の向上のためには、数ある光路屈曲手段、偏光手段の種類及び組み合わせの中から、ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８が非常に有効であることを突き止めた。このワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８は、ワイヤーグッド偏光子と楔窓とを一体としたものである。
そして、干渉計４２よりの図中左方よりの測定光２２（光路Ｘ_１）は、高感度反射測定装置１２に入射すると、ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８に入射する。ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８では、屈折の効果により、測定光２２の光路を図中右方（光路Ｘ_１）から図中右斜め上方（光路Ｘ_２）に曲げる効果が得られる。同時にワイヤーグリッド偏光子の効果によりｐ偏光とする効果が得られる。このｐ偏光は、７０度以上９０度未満というような非常に大きな入射角で試料測定面２０に入射する。その反射光２４は、くさび形光学素子３０に入射する。くさび形光学素子３０により光路が図中右斜め下方（光路Ｘ_３）から図中右方（光路Ｘ_４）に曲げられ、高感度反射測定装置１２を出る。後段では、高感度反射測定装置１２よりの反射光２４（光路Ｘ_４）を検出して試料測定面２０における光の吸収状態を判断する。

このように本実施形態においては、入射側光学素子として、一のワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８を用いるので、他の光学素子を用いたものに比較し、大きい入射角が得られ、より高感度での測定が行える。装置の構成が簡潔かつ頑強であり、高効率で安定した測定が行える。
なお、以下のものを用いても、高感度反射測定装置において、大きい入射角を得ること、直線偏光とすることは可能であるが、以下の点で前述のような、一のワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８が特に好ましい。
すなわち、高感度反射測定装置においては、図２（Ａ）に示されるように大きい入射角を得るため、ミラー６０，６２を用いることが考えられる。偏光子としては、四角形のワイヤーグリッド偏光子６４を用いることも考えられる。

しかしながら、前記同図（Ａ）に示したものでは、大きな入射角にすると、ミラー６０，６２が大きくなること、配置が困難であること、調整が難しいことがある。
そこで、同図（Ｂ）に示されるように大きい入射角を得るため、くさび形の光学素子６６，６８を用いることが考えられる。偏光子として、四角形のワイヤーグリッド偏光子６４を用いることが考えられる。
しかしながら、前記同図（Ｂ）に示したものでは、空気よりも屈折率の高い光学素子を３枚、つまりくさび形の光学素子６６，６８を２枚と、四角形のワイヤーグリッド偏光子６４を１枚とを用いているので、光学素子での反射のロスが大きくなり、光利用効率が落ちる。

また同図（Ｃ）に示されるように大きい入射角を得るため、くさび形の光学素子６６を用いることが考えられる。偏光子として、ブリュースター角入射型偏光子７０を用いることも考えられる。このブリュースター角入射型偏光子７０は、非常に屈折率の高い基板を用いており、これに測定光をブリュースター角で入射させると、透過光がｐ偏光となるものであるが、偏光子７０が大きくなり、また偏光子７０を薄くする必要があるので、壊れやすい。
これに対し、本実施形態においては、入射側光学素子として、一のワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８を用いるので、同図（Ａ）〜同図（Ｃ）に示したものに比較し、大きい入射角が得られるので、より高感度での測定が行え、また装置の構成が簡潔かつ頑強であり、高効率で安定した測定が行える。

なお、本発明は、前記構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内であれば種々の変形が可能である。
例えば本発明においては、次のような光制限機構（第二実施形態）、シャトル機構（第三実施形態）を付加することも好適である。
なお、第二実施形態にかかる自動光制限機構、第三実施形態にかかるシャトル機構においても、前記第一実施形態と同様の理由から、ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓２８を備えた高感度反射測定装置に用いることが特に好ましい。しかしながら、前記光制限機構、前記シャトル機構を、前記図２に示した光学素子を用いた高感度反射測定装置に用いることも可能である。

第二実施形態（光制限機構）
本実施形態においては、高感度反射測定装置において好適な光制限機構について説明する。前記第一実施形態と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
図３には、第二実施形態において特徴的な光制限機構の概略構成が示されている。
同図（Ａ）は光制限機構を側面より見た図、同図（Ｂ）は開口プレート（試料マスク）を裏面より見た図である。
同図に示す光制限機構は、開口プレート（試料マスク）７２と、遮光板７４とを備える。
ここで、開口プレート７２は、その表面に試料測定面２０が設けられ、試料測定面２０を制限するための開口７６を持つ。
また遮光板７４は、試料測定面２０に直交する方向に開口プレート７２の開口７６の大きさに基づいて定められた距離だけ試料測定面２０に対し間隙をおいて配置される。

ここで、試料測定面２０の測定領域の大きさを変えるには開口７６の大きさの異なる開口プレート７２を使用する。このため開口プレート７２の開口７６の大きさに対応させて遮光板７４を図中上下させることにより、試料測定面２０に対する遮光板７４の位置高さを調整している。
したがって、遮光板７４は、試料測定面２０との間隙を通して、測定光２０の反射点が開口プレート７２の開口７６で制限された試料測定面上であり、かつ該試料測定面上の反射点での入射角が７０度以上９０度未満の反射光２４のみを取り出し、それ以外の不要光を遮光している。
なお、本実施形態において、開口プレート７２の試料側面の反対側となる裏面には、光の反射防止処理がなされている。

図４には、前記光制限機構のより具体的な構成が示されている。同図（Ａ）は試料がセットされている状態の光制限機構を側方より見た図、同図（Ｂ）は試料がセットされていない状態の光制限機構の斜視図、同図（Ｃ）は開口プレートを裏面側より見た図である。
同図においては、さらに、遮光板押さえ（スペーサ）７８ａ，７８ｂと、移動手段８０ａ，８０ｂと、を備えており、前記図３に示した光制限機構を自動光制限機構としている。
ここで、遮光板押さえ７８ａ，７８ｂは、開口プレート７２の試料側面の反対側となる裏面に設けられ、開口プレート７２の開口７６の大きさに基づいて定められた厚さを有する。

移動手段８０ａ，８０ｂは、例えばバネ等よりなり、試料測定面２０に直交する方向に遮光板７４を移動自在に設ける。本実施形態においては、バネの一端が筐体２６に設けられ、前記バネの他端が遮光板７４の下面に設けられ、遮光板７４の上下方向の移動に伴って上下方向に伸縮する。
このため自動光制限機構は、以下のように作用する。すなわち、開口プレート７２の遮光板押さえ７８ａ，７８ｂの下面を遮光板７４の上面に当接させて、開口プレート７２を遮光板７４にセットすると、移動手段８０ａ，８０ｂにより、遮光板７４は試料測定面２０に対し間隙が大となる方向に遮光板押さえ７８ａ，７８ｂの厚さに応じた距離だけ相対移動する。この結果、試料測定面２０と遮光板７４との間隙が開口プレート７２の開口の７６大きさに基づいて定められた距離に自動的に設定されるので、遮光板７４の位置高さを簡単に変えることができる。したがって、本実施形態においては、異なる大きさの開口７６を持つ開口プレート７２であっても、遮光板７４により、不要光が確実に除かれるため、測定試料の吸収強度が開口プレート７２の開口７６の大きさによらず、より信頼性のある測定が行える。

以下に、本実施形態にかかる高感度反射測定装置において好適な光制限機構の作用について、より具体的に説明する。
高感度反射測定法では、不要光を除くことは、装置の性能に大きく影響するため重要である。本発明では試料測定面に大きな入射角で光を当てるため、測定領域の大きさを変えるときには試料台の開口の大きさを変えて行う。この際に開口の大きさに応じて最適に不要光を除く必要がある。
測定領域の大きさを変えるには、開口の大きさの異なるプレートを使用することが考えられる。

開口プレートの裏面に、反射防止処理を施すことにより、不要光を減らすことが考えられる。
しかしながら、前記反射防止処理では、十分に不要光を減らせず、開口プレートの裏面からの反射光の影響が残っていることがわかった。
開口プレートの裏面からの反射光を積極的に減らすことにより、異なる大きさの開口でも、より不要光が除かれることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、開口プレートの開口の大きさを変化させると、その開口の大きさに対応し光制限部分の形状が変化し、変化後の開口になっても不要光を除去するものである。

このために本実施形態においては、開口プレート７２と、開口７６の大きさに対応し上下する遮光板７４と、遮光板押さえ７８ａ，７８ｂと、移動手段８０ａ，８０ｂと、を備え、開口プレート７２に設けられた遮光板押さえ７８ａ，７８ｂの厚さにより、遮光板７２の位置高さを変えている。
これを、図５を参照しつつ説明する。なお、同図（Ａ）は開口７６が大の開口プレート７２を用いた場合の遮光板７４の位置高さを示すものである。同図（Ｂ）は開口７６´が小の開口プレート７２´を用いた場合の遮光板７４の位置高さを示すものである。
開口７６が大の開口プレート７２の場合と、開口７６´が小の開口プレート７２´の場合とにおいては、同じ寸法の遮光板７４を使用している。

これに対し、遮光板押さえの厚さは、開口の大きさに対応させている。すなわち、開口プレート７２の場合は、大きい開口７６に対応する厚い遮光板押さえ７８としている。一方、開口プレート７２´の場合は、小さい開口７６´に対応する薄い遮光板押さえ７８´としている。
同図においては、開口マスク７２を遮光板７４にセットすると、バネ等の移動手段８０で遮光板７４を押し上げる力が働くので、同図より明らかなように開口７６，７６´の大きさによらず、遮光板押さえ７８と遮光板７４とが当接している。
ここで、開口７６が大の開口プレート７２の場合は、大きい開口７６に対応する厚い遮光板押さえ７８により、開口７６´が小の開口プレート７２´の場合に比較し、遮光板７４が試料測定面に対しより下方に位置する。一方、開口７６´が小のプレート７２´の場合は、小さい開口７６´に対応する薄い遮光板押さえ７８´により、開口７６が大の開口プレート７２の場合に比較し、遮光板７４が試料測定面に対しより上方に位置する。

したがって、試料測定面に対する遮光板７４の間隙は、自動的に開口７６，７６´の大きさに対応する距離となるので、異なる大きさの開口でも遮光板７４により、不要光が確実に除かれる。
これを図６を参照しつつ説明する。なお、同図（Ａ）開口７６が大の開口プレート７２を用いた場合の測定の様子、同図（Ｂ）は開口７６´が小のプレート７２´を用いた場合の測定の様子である。
すなわち、同図（Ａ）に示されるような開口大の開口プレートの場合は、同図（Ｂ）に比較し、試料測定面２０と遮光板７４との隙間が大きく、試料測定面２０を反射する光の領域（図中、測定領域）が広くなっている。これに対し、同図（Ｂ）に示されるような開口が小の開口プレートの場合は、同図（Ａ）に比較し、試料測定面２０と遮光板７４の隙間が小さく、試料測定面２０を反射する光の領域（図中、測定領域）が狭くなっている。

このように遮光板７４は、試料測定面２０との間隙を通して、測定光２２の反射点が試料マスクの開口で制限された試料測定面２０上であり、かつ試料測定面２０上の反射点での入射角が７０度以上９０度未満の反射光２４のみを選択的に取り出し、それ以外の不要光を遮光している。
このような必要な反射光２４の選択を行う際は、開口の大きさに応じて間隙の大きさを自動に調整しているので、異なる開口の大きさであっても、それぞれに適切な間隙が自動に設定される。これにより不要光が確実に除かれるため、測定試料の吸収強度が開口の大きさによらず、信頼性のある測定ができる。

第三実施形態（サンプルシャトル機構）
次に高感度反射測定装置において好適なサンプルシャトル機構について説明する。
高感度反射測定法は、金属表面の薄膜を高感度で測定する手法であるが、測定対象となる試料が薄膜であるため、ピークが非常に小さい場合が多い。ピークの小さい試料のスペクトルを得るためには、積算を行い、ピークをノイズから分離する手法が考えられる。
ＦＴＩＲ装置などのシングルビーム分光器は、リファレンス測定時と試料測定時とにおいて、時間的なずれが生じ、結果としてベースラインの曲がりや大気中のガスのアンバランスによるアーティファクトが生じることがある。このようなアーティファクトは小さなピークの解析時に影響を及ぼすことがある。

高感度反射測定においては、アーティファクトが発生すると、データ処理機構によりデータを補正することや、人為的にブロック積算を行うことが一般的に考えられるが、これらは煩雑な操作となる。
これに対し、本発明においては、高感度反射測定装置の試料設置部に、リファレンス測定と試料測定とを交互に行うためのシャトル機構を設け、それぞれをブロック積算することにより、アーティファクトを取り除いている。このために本実施形態においては、高感度反射測定装置のシャトル機構として、リファレンス試料と測定試料との切り替えを行うサンプルシャトル機構、ｓ偏光とｐ偏光との切り替えを行う光学素子シャトル機構を用いることができる。

（サンプルシャトル機構）
本実施形態においては、リファレンス試料と測定試料とを交互に、電動で切り替えて光路に入れるサンプルシャトル機構を用いており、サンプルシャトル機構を測定シーケンスと同期して作動させることにより、試料室の密閉を解除しないままリファレンス試料と測定試料との切り替えやブロック積算を行っている。
以下、図７に基づきサンプルシャトル機構について説明する。同図（Ａ）はリファレンス測定時、同図（Ｂ）は試料測定時の説明図である。なお、前記図１に対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
同図に示すサンプルシャトル機構１８２は、試料ホルダ１８４と、駆動手段１８６と、
制御手段１８８とを備える。

ここで、前記サンプルシャトル機構１８２は、高感度反射測定装置の試料設置部にて、リファレンス試料に関するリファレンス測定と測定試料に関する試料測定とを交互に行うためのものとする。
また前記試料ホルダ１８４は、例えば長方形の平板等よりなり、リファレンス試料１９０と測定試料１２０とを保持し、リファレンス試料１９０と測定試料１２０とが交互に測定光の光路上に出し入れされるように、図中矢印方向に、往復運動自在に設けられる。
前記駆動手段１８６は、試料ホルダ１８４を往復運動させ、リファレンス試料１９０と測定試料１２０とを交互に前記測定光の光路上に出し入れするためのものとする。
前記制御手段１８８は、駆動手段１８６による試料ホルダ１８４の往復運動を制御する。

さらに、コンピュータ本体１５０は、ブロック積算手段１９２と、フーリエ変換手段１９４と、測定シーケンス設定手段１９６とを備える。
ブロック積算回路１９２は、電気系回路１４４よりのインターフェログラムデータのブロック積算を行う。
入力デバイス１５２より入力された測定シーケンスが、測定シーケンス設定手段１９６に設定されており、駆動手段１８６よる試料ホルダ１８４の往復運動の制御（リファレンス試料と測定試料との切替制御）に関するもの、ブロック積算（リファレンスデータのブロック積算と測定データのブロック積算との切替）に関するも含まれている。

そして、制御手段１８８は、測定シーケンス設定部１９６の測定シーケンスに基づいて、駆動手段１８６により、試料ホルダ１８４のリファレンス試料１９０と測定試料１２０とを交互に前記測定光の光路上に出し入れさせる。これにより、同図（Ａ）に示されるようなリファレンス試料１９０への測定光１２２の入射と、同図（Ｂ）に示されるような測定試料１２０への測定光１２２の入射とが交互に行われ、リファレンス試料１９０に関するリファレンス測定と、測定試料１２０に関する試料測定とが交互に行われる。
またブロック積算手段１９２は、測定シーケンス設定手段１９６の測定シーケンスに基づいて、リファレンス試料１９０に関するインターフェログラムのブロック積算と測定試料１２０に関するインターフェログラムのブロック積算とを、それぞれ交互に行う。
前記ブロック積算後、フーリエ変換手段１９４は、各インターフェログラムデータをそれぞれフーリエ変換し、リファレンススペクトルデータと試料スペクトルデータとを得ている。リファレンススペクトルデータと試料スペクトルデータとの比に基づいて、測定試料に関する赤外スペクトルを得ている。

この結果、本実施形態においては、測定シーケンスに基づいて行われる、前記サンプルシャトル機構１８２による試料の切り替えや、前記ブロック積算手段１９２によるブロック積算により、ベースラインの曲がりや大気中のガスのアンバランスによるアーティファクトを取り除くことができるので、小さなピークを正確に解析することができる。特に水蒸気と重なるようなピークに関して威力を発揮すると考えられる。また前記サンプルシャトル機構１８２により、試料室の蓋を開けることなく、リファレンス試料に関するリファレンス測定と測定試料に関する試料測定とを交互に行うことができるため、試料室のパージガス置換や真空にしての測定を簡便に行うことができる。

（光学素子シャトル機構）
本実施形態においては、ｓ偏光子とｐ偏光子とを交互に、電動で切り替えて光路に入れる光学素子シャトル機構を用いており、光学素子シャトル機構を測定シーケンスと同期して作動させることにより、試料室の密閉を解除しないままｓ偏光によるリファレンス測定とｐ偏光による試料測定との切り替えや、ブロック積算を行う。
以下、図８に基づき、光学素子シャトル機構について説明する。同図（Ａ）はリファレンス測定時、同図（Ｂ）は試料測定時の説明図である。なお、前記図７に対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。

本発明において特徴的な入射側光学素子は、入射面に対して垂直なｓ偏光を生成するｓ偏光子２２８ａと、入射面に対して平行なｐ偏光を生成するｐ偏光子２２８ｂとを含む。
また前記光学素子シャトル機構２９８は、同一の測定試料２２０について、ｓ偏光２２２ａによるリファレンス測定とｐ偏光２２２ｂによる試料測定とを交互に行うためのものとする。
また前記光学素子ホルダ３００は、ｓ偏光子２２８ａとｐ偏光子２２８ｂとを保持し、ｓ偏光子２２８ａとｐ偏光子２２８ｂとが交互に、ＦＴＩＲ本体の中での光路上に出し入れされるように、図中矢印方向に、往復運動自在に設けられる。
前記駆動手段２８６は、光学素子ホルダ３００を往復運動させ、ｓ偏光子２２８ａとｐ偏光子２２８ｂとを交互に、ＦＴＩＲ本体の中での光路上に出し入れするためのものとする。

前記制御手段２８８は、駆動手段２８６による光学素子ホルダ３００の往復運動を制御する。
入力デバイス２５２より入力された測定シーケンスが、測定シーケンス設定手段２９６に設定されており、駆動手段２８６よる光学素子ホルダ３００の往復運動の制御（ｓ偏光とｐ偏光との切替制御）に関するもの、ブロック積算（ｓ偏光によるリファレンスデータのブロック積算と、ｐ偏光による試料データのブロック積算との切り替え）に関するものも含まれている。
そして、制御手段２８８は、測定シーケンス設定部２９６の測定シーケンスに基づいて、駆動手段２８６により、光学素子ホルダ３００のｓ偏光子２２８ａとｐ偏光子２２８ｂとが交互に、ＦＴＩＲ本体の中での光路上に出し入れさせる。これにより、同図（Ａ）に示されるような測定試料２２０へのｓ偏光照射と、同図（Ｂ）に示されるような測定試料２２０へのｐ偏光照射とが交互に行われ、ｓ偏光によるリファレンス測定とｐ偏光による試料測定とが交互に行われる。

またブロック積算手段２９２は、測定シーケンス設定手段２９６の測定シーケンスに基づいて、ｓ偏光照射によるリファレンスインターフェログラムのブロック積算と、ｐ偏光照射による試料インターフェログラムのブロック積算とを、それぞれ交互に行う。
前記ブロック積算後、フーリエ変換手段１９４により、測定試料に関する赤外スペクトルを得ている。
この結果、本実施形態においては、測定シーケンスに基づいて行われる、光学素子シャトル機構２９８によるｓ偏光照射とｐ偏光照射との切り替え、ブロック積算手段２９２によるリファレンスデータと試料データとのブロック積算により、前記サンプルシャトル機構を用いたものと同様、小さなピークでも正確に解析することができる。また前記光学素子シャトル機構２９２により、試料室のパージガス置換や真空にしての測定を簡便に行うことができる。

なお、シャトル機構としては、円板状のものを回転させることも考えられるが、本実施形態においては、往復運動させるものが特に好ましい。
すなわち、円板状のものでは、シャトル機構のためのスペースが大きくなり、高感度反射測定装置では、測定光を大きな入射角で試料測定面に入射させるため、その配置が難しくなる。また円板状のものでは、出し入れのタイミングにおいて再現性が得られない。特に本実施形態において好適な入射側光学素子はくさび形なので、光路上に入れる度に確実に位置決めされる必要があり、これを円板状のもので行うのは難しい。

これに対し、本実施形態においては、各ホルダを往復運動させるものを用いるので、スペースは円板状のものに比較し少なくても十分である。また本実施形態において好適な入射側光学素子の往復運動によっても、入射側光学素子の入射面と出射面とは常に一定の角度なので、入射側光学素子の出し入れの際の再現性が非常に良い。このような理由から、本実施形態にかかる高感度反射測定装置においては、前記図７又は図８に示されたような各ホルダを往復運動させるものが特に好ましい。
また測定方法、積算方法としては、図９（Ａ）に示されるようにリファレンスに関する測定を一通り終えた後に、試料に関する測定を行うことが一般的に考えられる。しかしながら、この方法を用いたのでは、リファレンス測定時と試料測定時とにおいて時間的なずれが生じると、測定環境も変化することがあるので測定の再現性が悪くなることがある。例えばベースラインの曲がりや大気中のガスのアンバランスによるアーティファクトが生じることがある。

これに対し、本実施形態においては、同図（Ｂ）に示されるような測定シーケンスに基づいて、リファレンス測定と試料測定とを交互に、短時間に行うことが好適であり、これに同期してリファレンスデータの積算の積算と試料データの積算とを、それぞれ交互に行うことが好適である。これによりリファレンス測定時と試料測定時とにおいて時間的なずれがより大幅に低減されるので、ベースラインの曲がりや大気中のガスのアンバランスによるアーティファクトの影響がより大幅に低減される。

本発明の一実施形態にかかる高感度反射測定装置を用いたＦＴＩＲ装置の概略構成の説明図である。 高感度反射測定装置において使用可能な光学系構成部材の一例である。 本発明の一実施形態にかかる高感度反射測定装置において好適な光制限機構の概略構成の説明図である。 図３に示した光制限機構の具体的な構成の説明図である。 図４に示した光制限機構の測定時の配置状態の説明図である。 図４に示した光制限機構の測定時の作用の説明図である。 本発明の一実施形態にかかる高感度反射測定装置において好適なサンプルシャトル機構の概略構成の説明図である。 本発明の一実施形態にかかる高感度反射測定装置において好適な光学素子シャトル機構の概略構成の説明図である。 前記図７又は前記図８に示した高感度反射測定装置において好適な測定シーケンスの説明図である。

符号の説明

１０，１１０，２１０ ＦＴＩＲ装置（分析装置）
１２，１１２，２１２ 高感度反射測定装置
１４ 光出射手段
１６ 検出器（検出手段）
２０，１２０，２２０ 試料測定面
２８，１２８，２２８ｂ ワイヤーグリッド偏光子付き楔形窓（入射側光学素子）

Claims (7)

1. 分析装置の光出射手段と検出手段との間の光路上に設けられ、試料測定面に対する測定光の入射角を前記試料測定面に直交する方向に対して７０度以上９０度未満とし、前記試料測定面よりの反射光に基づいて前記試料測定面に関する情報を得る際に用いられる高感度反射測定装置において、
   前記試料測定面に対する測定光の入射角が７０度以上９０度未満の範囲内で所望の角度となるように前記光出射手段よりの測定光の光路を曲げ、かつ前記測定光を所望の振動方向を持つ直線偏光として透過し、前記試料測定面に入射させる入射側光学素子を備えることを特徴とする高感度反射測定装置。
2. 請求項１記載の高感度反射測定装置において、
   前記入射側光学素子は、前記測定光に対する透過性を持ち且つ前記測定光の光路上の雰囲気に比較し高い屈折率を持ち、前記入射側光学素子透過後の前記測定光の入射角が前記試料測定面に対し７０度以上９０度未満の範囲内で所望の角度となるように、前記光出射手段よりの測定光の光路を曲げるくさび形の測定光透過基部に、ワイヤーグリッドを設けたワイヤーグリッド偏光子付き楔形光学素子であることを特徴とする高感度反射測定装置。
3. 請求項１又は２記載の高感度反射測定装置において、
   さらに、前記試料測定面よりの反射光を透過させる際に、前記試料測定面よりの反射光の光路が前記検出手段への光路と一致するように前記試料測定面よりの反射光の光路を曲げるための、くさび形の出射側光学素子と、
   少なくとも前記入射側光学素子および前記出射側光学素子をおさめている筐体と、
   前記筐体に設けられ、前記試料がセットされる試料設置部と、
   を備え、前記入射側光学素子により前記測定光を前記試料設置部にセットされた試料の測定面に入射させ、前記試料測定面よりの反射光を前記出射側光学素子により取り出すことを特徴とする高感度反射測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の高感度反射測定装置において、
   前記試料測定面を制限するための開口を持つ試料マスクと、
   前記測定測定面に直交する方向に前記試料マスクの開口の大きさに基づいて定められた距離だけ前記試料測定面に対し間隙をおいて配置される遮光板と、
   を備え、前記遮光板は、前記試料測定面との間隙を通して、前記測定光の反射点が前記試料マスクの開口で制限された試料測定面上であり且つ前記試料測定面上の反射点での入射角が前記７０度以上９０度未満の反射光のみを取り出し、それ以外の不要光を遮光することを特徴とする高感度反射測定装置。
5. 請求項４記載の高感度反射測定装置において、
   さらに、前記試料マスクの試料側面の反対側となる裏面に設けられ、前記試料マスクの開口の大きさに基づいて定められた厚さを有するスペーサと、
   前記試料測定面に直交する方向に前記遮光板を移動自在に設ける移動手段と、
   を備え、前記試料マスクの前記スペーサを前記遮光板に当接させて前記試料マスクを前記遮光板にセットすると、前記移動手段により、前記遮光板は前記試料測定面に対し間隙が大となる方向に前記スペーサの厚さに応じた距離だけ相対移動し、前記試料測定面と前記遮光板との間隙が前記試料マスクの開口の大きさに基づいて定められた距離となることを特徴とする高感度反射測定装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の高感度反射測定装置において、
   測定試料に関する試料測定とリファレンス試料に関するリファレンス測定とを交互に行うためのサンプルシャトル機構を備え、
   前記サンプルシャトル機構は、前記測定試料と前記リファレンス試料とを保持し、前記測定試料と前記リファレンス試料とが交互に前記測定光の光路上に出し入れされるように、往復運動自在に設けられた試料ホルダと、
   前記試料ホルダを往復運動させ、前記測定試料と前記リファレンス試料とを交互に前記測定光の光路上に出し入れするための駆動手段と、
   前記駆動手段による前記試料ホルダの往復運動を制御する制御手段と、
   を備え、所定の測定シーケンスに基づいて、前記制御手段は、前記駆動手段により、前記試料ホルダの前記測定試料と前記リファレンス試料とを交互に前記測定光の光路上に出し入れさせることにより、前記測定試料への測定光入射と前記リファレンス試料への測定光入射とが交互に行われ、前記試料測定と前記リファレンス測定とが交互に行われることを特徴とする高感度反射測定装置。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の高感度反射測定装置において、
   前記入射側光学素子は、ｐ偏光を生成するｐ偏光子と、ｓ偏光を生成するｓ偏光子と、を含み、
   また同一の測定試料について、前記ｐ偏光による試料測定と前記ｓ偏光によるリファレンス測定とを交互に行うための光学素子シャトル機構を備え、
   前記光学素子シャトル機構は、前記ｐ偏光子と前記ｓ偏光子とを保持し、前記ｐ偏光子と前記ｓ偏光子とが交互に前記測定光の光路上に出し入れされるように、往復運動自在に設けられた光学素子ホルダと、
   前記光学素子ホルダを往復運動させ、前記ｐ偏光子と前記ｓ偏光子とを交互に前記測定光の光路上に出し入れするための駆動手段と、
   前記駆動手段による前記光学素子ホルダの往復運動を制御する制御手段と、
   を備え、所定の測定シーケンスに基づいて、前記制御手段は、前記駆動手段により、前
   記光学素子ホルダの前記ｐ偏光子と前記ｓ偏光子とを交互に前記測定光の光路上に出し入れさせることにより、同一の測定試料へのｐ偏光入射とｓ偏光入射とが交互に行われ、前記試料測定と前記リファレンス測定とが交互に行われることを特徴とする高感度反射測定装置。

Images