JP3311497B2 - フーリエ変換分光位相変調偏光解析法 - Google Patents
フーリエ変換分光位相変調偏光解析法Info
- Publication number
- JP3311497B2 JP3311497B2 JP14741194A JP14741194A JP3311497B2 JP 3311497 B2 JP3311497 B2 JP 3311497B2 JP 14741194 A JP14741194 A JP 14741194A JP 14741194 A JP14741194 A JP 14741194A JP 3311497 B2 JP3311497 B2 JP 3311497B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- phase modulation
- component
- analyzer
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、偏光解析法に関し、特
に、プロセス装置に組み込んで、薄膜形成過程、エッチ
ング過程、表面清浄過程等において、試料の偏光解析パ
ラメータを高速に計測するのに使用可能なフーリエ変換
分光位相変調偏光解析法に関するものである。
に、プロセス装置に組み込んで、薄膜形成過程、エッチ
ング過程、表面清浄過程等において、試料の偏光解析パ
ラメータを高速に計測するのに使用可能なフーリエ変換
分光位相変調偏光解析法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光を物質に照射した場合、入射光の偏光
状態と反射光の偏光状態とは、図8に模式的に示すよう
に、一般に異なる。これは、P偏光(入射面に平行な偏
光成分)とS偏光(入射面に垂直な偏光成分)との間
に、反射率と反射の際の位相ずれに差があるためで、こ
のような偏光状態の変化は、P偏光とS偏光の位相差の
変化分Δと振幅反射率比角Ψとの2つのパラメータで表
す。ここで、P偏光、S偏光各々の複素反射係数rP 、
rS の比rP /rS (複素反射率比)は、この2つのパ
ラメータΔ、Ψを用いて次のように表される。
状態と反射光の偏光状態とは、図8に模式的に示すよう
に、一般に異なる。これは、P偏光(入射面に平行な偏
光成分)とS偏光(入射面に垂直な偏光成分)との間
に、反射率と反射の際の位相ずれに差があるためで、こ
のような偏光状態の変化は、P偏光とS偏光の位相差の
変化分Δと振幅反射率比角Ψとの2つのパラメータで表
す。ここで、P偏光、S偏光各々の複素反射係数rP 、
rS の比rP /rS (複素反射率比)は、この2つのパ
ラメータΔ、Ψを用いて次のように表される。
【0003】rP /rS =tan Ψexp (iΔ) このΔ、Ψは、光の波長、入射角、物質の複素屈折率、
さらに膜がある場合には膜厚等の値によって決まる。し
たがって、Δ、Ψを測定すれば、物質の複素屈折率や膜
厚が求まる。
さらに膜がある場合には膜厚等の値によって決まる。し
たがって、Δ、Ψを測定すれば、物質の複素屈折率や膜
厚が求まる。
【0004】上記の2つのパラメータΔ、Ψを求める方
法が偏光解析法であり、パラメータΔ、Ψは偏光解析パ
ラメータと呼ばれる。従来知られた偏光解析法には、消
光位置検出法、回転検光子法、位相変調法等があり、こ
の中、消光位置検出法は、入射側で偏光子の回転と1/
4波長板を用いて試料からの反射光が直線偏光になる入
射楕円偏光を作り、検出器の出力が極小になるように反
射側の検光子を回転させてΔ、Ψを測定する方法であ
る。回転検光子法は、試料に入射面に対して45°方位
の直線偏光を入射させ、反射して楕円偏光になった反射
光を光軸中心に回転する検光子を通して検出すると、反
射光の楕円偏光状態を反映した周期的な信号が得られる
ので、これによりΔ、Ψを測定する方法である。位相変
調法は、図6に模式的に示すように、入射側に光弾性変
調素子(Photo Elastic Modulat
or:PEM)を導入し、偏光子で直線偏光にされた光
のP偏光成分とS偏光成分の間に周波数ωで変調された
位相差δを導入し、反射光を検光子を通して検出し、そ
の直流成分と周波数ωの成分と周波数2ωの成分から
Δ、Ψを測定する方法である。
法が偏光解析法であり、パラメータΔ、Ψは偏光解析パ
ラメータと呼ばれる。従来知られた偏光解析法には、消
光位置検出法、回転検光子法、位相変調法等があり、こ
の中、消光位置検出法は、入射側で偏光子の回転と1/
4波長板を用いて試料からの反射光が直線偏光になる入
射楕円偏光を作り、検出器の出力が極小になるように反
射側の検光子を回転させてΔ、Ψを測定する方法であ
る。回転検光子法は、試料に入射面に対して45°方位
の直線偏光を入射させ、反射して楕円偏光になった反射
光を光軸中心に回転する検光子を通して検出すると、反
射光の楕円偏光状態を反映した周期的な信号が得られる
ので、これによりΔ、Ψを測定する方法である。位相変
調法は、図6に模式的に示すように、入射側に光弾性変
調素子(Photo Elastic Modulat
or:PEM)を導入し、偏光子で直線偏光にされた光
のP偏光成分とS偏光成分の間に周波数ωで変調された
位相差δを導入し、反射光を検光子を通して検出し、そ
の直流成分と周波数ωの成分と周波数2ωの成分から
Δ、Ψを測定する方法である。
【0005】ところで、赤外域での偏光解析法は、薄膜
の膜厚と誘電関数(n−ik;nは屈折率、kは消衰係
数)を同時に決定できると同時に、薄膜中の赤外活性な
化学結合が誘電関数の共鳴分散として検出できる。この
分析法は、薄膜形成中の構成化学結合種の変化等をその
場で計測可能であり、基板と薄膜の界面や、基板や薄膜
の表面状態を原子レベルで制御することが要求されてき
ている最近の半導体プロセスにおいて、有効な役割を果
たしつつある。このような赤外域の偏光解析法の例とし
ては、仏国特許第86−11021号をあげることがで
きる。
の膜厚と誘電関数(n−ik;nは屈折率、kは消衰係
数)を同時に決定できると同時に、薄膜中の赤外活性な
化学結合が誘電関数の共鳴分散として検出できる。この
分析法は、薄膜形成中の構成化学結合種の変化等をその
場で計測可能であり、基板と薄膜の界面や、基板や薄膜
の表面状態を原子レベルで制御することが要求されてき
ている最近の半導体プロセスにおいて、有効な役割を果
たしつつある。このような赤外域の偏光解析法の例とし
ては、仏国特許第86−11021号をあげることがで
きる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の赤外域偏光解析
法は、フーリエ変換赤外分光器と回転検光子型偏光解析
装置、又は、分散型赤外分光器と位相変調偏光解析装置
を組み合わせて行われていた。前者は、フーリエ変換分
光法を用いるため、広範囲の波数域を短時間かつ高い感
度で分光可能であるという特徴を有するが、回転検光子
による位相変調を行っており、その回転周波数が数十H
z程度であることが律速して、表面状態の速い変化には
追従できないというい問題点を有している。
法は、フーリエ変換赤外分光器と回転検光子型偏光解析
装置、又は、分散型赤外分光器と位相変調偏光解析装置
を組み合わせて行われていた。前者は、フーリエ変換分
光法を用いるため、広範囲の波数域を短時間かつ高い感
度で分光可能であるという特徴を有するが、回転検光子
による位相変調を行っており、その回転周波数が数十H
z程度であることが律速して、表面状態の速い変化には
追従できないというい問題点を有している。
【0007】後者は、変調周波数が約50kHzという
高速変調が可能であるという特徴を有する位相変調素子
による位相変調を行うため、速い現象に追従可能であ
る。しかし、位相変調偏光解析装置は、紫外−可視域の
分散型分光器を用いた偏光解析法の対象波数域を赤外域
に変更した方式であるため、感度が低く、また、速い現
象に追従するためには、分光器の波数掃引幅を狭くしな
ければならないという問題点を有している。
高速変調が可能であるという特徴を有する位相変調素子
による位相変調を行うため、速い現象に追従可能であ
る。しかし、位相変調偏光解析装置は、紫外−可視域の
分散型分光器を用いた偏光解析法の対象波数域を赤外域
に変更した方式であるため、感度が低く、また、速い現
象に追従するためには、分光器の波数掃引幅を狭くしな
ければならないという問題点を有している。
【0008】フーリエ変換分光器と高速位相変調素子を
組み合わせた場合には、両者の特徴が活かされ、高速か
つ高感度の計測が可能になり得る。しかし、この場合、
マイケルソン干渉計の移動鏡が移動している最中の光が
位相変調を受けることになるため、位相変調を受けたイ
ンターフェログラム信号から偏光解析パラメータを求め
なければならない。このような信号処理は、従来のフー
リエ変換赤外分光法、回転検光子型偏光解析法及び位相
変調偏光解析法の信号処理法を用いて実現することがで
きなかった。
組み合わせた場合には、両者の特徴が活かされ、高速か
つ高感度の計測が可能になり得る。しかし、この場合、
マイケルソン干渉計の移動鏡が移動している最中の光が
位相変調を受けることになるため、位相変調を受けたイ
ンターフェログラム信号から偏光解析パラメータを求め
なければならない。このような信号処理は、従来のフー
リエ変換赤外分光法、回転検光子型偏光解析法及び位相
変調偏光解析法の信号処理法を用いて実現することがで
きなかった。
【0009】本発明このような従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的は、フーリエ変換赤外
分光法と位相変調偏光解析法を結び付けて、高速かつ高
感度の赤外偏光解析が可能となるフーリエ変換分光位相
変調偏光解析法を提供することであり、特に、位相変調
を受けたインターフェログラムから偏光解析パラメータ
を求める信号処理方法を提供することである。
てなされたものであり、その目的は、フーリエ変換赤外
分光法と位相変調偏光解析法を結び付けて、高速かつ高
感度の赤外偏光解析が可能となるフーリエ変換分光位相
変調偏光解析法を提供することであり、特に、位相変調
を受けたインターフェログラムから偏光解析パラメータ
を求める信号処理方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のフーリエ変換分
光位相変調偏光解析法では、光源から出た光はマイケル
ソン干渉計を経てあらゆる波数の光が干渉した光とな
り、偏光子、位相変調素子を経て試料表面で反射し、そ
の反射光が検光子を通して検出器に入射される。偏光
子、検光子の方位角は、それぞれ±45°、±45°に
設定する。位相変調素子は方位角0°又は90に設定
し、方位角方向の偏光とそれに垂直な偏光の位相差を周
波数ωで変調する。本方法では、従来のフーリエ変換分
光法と異なり、検出器から出力される光強度信号の中、
直流成分、ω成分、2ω成分が同期検波により検出さ
れ、これら3つの信号の干渉計移動鏡位置依存性(イン
ターフェログラム)が記録される。これらのインターフ
ェログラムは高速フーリエ変換され、直流成分、ω成
分、2ω成分の波数依存性(スペクトル)に変換され
る。これら3つのスペクトルは、予め校正された変調角
の値のベッセル関数値を用い、四則演算により偏光パラ
メータのスペクトルに変換することが可能である。
光位相変調偏光解析法では、光源から出た光はマイケル
ソン干渉計を経てあらゆる波数の光が干渉した光とな
り、偏光子、位相変調素子を経て試料表面で反射し、そ
の反射光が検光子を通して検出器に入射される。偏光
子、検光子の方位角は、それぞれ±45°、±45°に
設定する。位相変調素子は方位角0°又は90に設定
し、方位角方向の偏光とそれに垂直な偏光の位相差を周
波数ωで変調する。本方法では、従来のフーリエ変換分
光法と異なり、検出器から出力される光強度信号の中、
直流成分、ω成分、2ω成分が同期検波により検出さ
れ、これら3つの信号の干渉計移動鏡位置依存性(イン
ターフェログラム)が記録される。これらのインターフ
ェログラムは高速フーリエ変換され、直流成分、ω成
分、2ω成分の波数依存性(スペクトル)に変換され
る。これら3つのスペクトルは、予め校正された変調角
の値のベッセル関数値を用い、四則演算により偏光パラ
メータのスペクトルに変換することが可能である。
【0011】変調角の校正時には、光源から出た光は、
マイケルソン干渉計、偏光子、位相変調素子を経て、直
接検光子を通して検出器に入射されるような光学系を構
成する。偏光子、検光子の方位角は、試料測定時と同じ
それぞれ±45°、±45°に設定し、位相変調素子は
0°又は90に設定し、方位角方向の偏光とそれに垂直
な偏光の位相差を周波数ωで変調する。検出器から出力
される光強度信号の中、直流成分、周波数2ω成分が同
期検波により検出され、これら2つの信号のインターフ
ェログラムが記録される。これらのインターフェログラ
ムは高速フーリエ変換され、直流成分、周波数2ω成分
のスペクトルに変換される。直流成分と周波数2ω成分
のスペクトル強度の比は、変調角の関数になっており、
その関数を変調角について解くことにより、変調角のス
ペクトルが得られ、偏光パラメータの波長依存性の校正
が可能となる。
マイケルソン干渉計、偏光子、位相変調素子を経て、直
接検光子を通して検出器に入射されるような光学系を構
成する。偏光子、検光子の方位角は、試料測定時と同じ
それぞれ±45°、±45°に設定し、位相変調素子は
0°又は90に設定し、方位角方向の偏光とそれに垂直
な偏光の位相差を周波数ωで変調する。検出器から出力
される光強度信号の中、直流成分、周波数2ω成分が同
期検波により検出され、これら2つの信号のインターフ
ェログラムが記録される。これらのインターフェログラ
ムは高速フーリエ変換され、直流成分、周波数2ω成分
のスペクトルに変換される。直流成分と周波数2ω成分
のスペクトル強度の比は、変調角の関数になっており、
その関数を変調角について解くことにより、変調角のス
ペクトルが得られ、偏光パラメータの波長依存性の校正
が可能となる。
【0012】すなわち、前記の目的を達成する本発明の
フーリエ変換分光位相変調偏光解析法は、試料入射側に
偏光子と位相変調素子を順に配置し、試料反射側に検光
子と受光器を順に配置して、偏光子で直線偏光にされた
光のP偏光成分とS偏光成分の間に周波数ωで変調され
た位相差δを導入し、反射光を検光子を通して検出し、
その直流成分と周波数ωの成分と周波数2ωの成分か
ら、反射の際のP偏光とS偏光の位相差の変化分Δと振
幅反射率比角Ψとの2つの偏光解析パラメータを求める
位相変調偏光解析法において、光源から受光器に到る光
路中にフーリエ分光のための干渉計を配置し、さらに、
前記偏光子の方位角(P)が±45°、前記位相変調素
子の方位角(M)が0°又は90°、前記検光子の方位
角が(A)±45°(これらの方位角P、M、Aは相互
に独立)となるように配置した状態で、位相変調及び干
渉変調を受けた光を前記受光器で測定し、得られた干渉
光信号の直流成分idc(x)、周波数ωの成分i
1 (x)、周波数2ωの成分i2 (x)の3成分を検出
し、また、試料を取り除いた状態で、前記検光子と受光
器を前記位相変調素子を透過した光を直接入射させる配
置にし、前記偏光子、前記位相変調素子、及び、前記検
光子の方位角を同じままで、位相変調及び干渉変調を受
けた光を前記受光器で測定し、得られた干渉光信号の直
流成分、周波数2ωの成分の2成分を検出し、これら2
成分をフーリエ変換して得られる値から前記位相変調素
子の変調振幅の波数依存性を求め、それを用いて前記3
成分をフーリエ変換して得られるIdc(k),I
1 (k),I2 (k)から次式(33)及び(34)に
基づいて前記Δ、Ψを求めることを特徴とする方法であ
る。 ±sin 2Ψ(k)sin Δ(k)=[I1 (k)/2J1 (δ0 (k))]/ [Idc(k)−I2 (k)J0 (δ0 (k))/2J2 (δ0 (k))] ・・・(33) ±sin 2Ψ(k)cos Δ(k)=[I2 (k)/2J2 (δ0 (k))]/ [Idc(k)−I2 (k)J0 (δ0 (k))/2J2 (δ0 (k))] ・・・(34) ただし、δ0 (k)は、前記位相変調素子の変調振幅で
あり、式(33)及び(34)における±の符号は次の
表2による。
フーリエ変換分光位相変調偏光解析法は、試料入射側に
偏光子と位相変調素子を順に配置し、試料反射側に検光
子と受光器を順に配置して、偏光子で直線偏光にされた
光のP偏光成分とS偏光成分の間に周波数ωで変調され
た位相差δを導入し、反射光を検光子を通して検出し、
その直流成分と周波数ωの成分と周波数2ωの成分か
ら、反射の際のP偏光とS偏光の位相差の変化分Δと振
幅反射率比角Ψとの2つの偏光解析パラメータを求める
位相変調偏光解析法において、光源から受光器に到る光
路中にフーリエ分光のための干渉計を配置し、さらに、
前記偏光子の方位角(P)が±45°、前記位相変調素
子の方位角(M)が0°又は90°、前記検光子の方位
角が(A)±45°(これらの方位角P、M、Aは相互
に独立)となるように配置した状態で、位相変調及び干
渉変調を受けた光を前記受光器で測定し、得られた干渉
光信号の直流成分idc(x)、周波数ωの成分i
1 (x)、周波数2ωの成分i2 (x)の3成分を検出
し、また、試料を取り除いた状態で、前記検光子と受光
器を前記位相変調素子を透過した光を直接入射させる配
置にし、前記偏光子、前記位相変調素子、及び、前記検
光子の方位角を同じままで、位相変調及び干渉変調を受
けた光を前記受光器で測定し、得られた干渉光信号の直
流成分、周波数2ωの成分の2成分を検出し、これら2
成分をフーリエ変換して得られる値から前記位相変調素
子の変調振幅の波数依存性を求め、それを用いて前記3
成分をフーリエ変換して得られるIdc(k),I
1 (k),I2 (k)から次式(33)及び(34)に
基づいて前記Δ、Ψを求めることを特徴とする方法であ
る。 ±sin 2Ψ(k)sin Δ(k)=[I1 (k)/2J1 (δ0 (k))]/ [Idc(k)−I2 (k)J0 (δ0 (k))/2J2 (δ0 (k))] ・・・(33) ±sin 2Ψ(k)cos Δ(k)=[I2 (k)/2J2 (δ0 (k))]/ [Idc(k)−I2 (k)J0 (δ0 (k))/2J2 (δ0 (k))] ・・・(34) ただし、δ0 (k)は、前記位相変調素子の変調振幅で
あり、式(33)及び(34)における±の符号は次の
表2による。
【0013】
【0014】
【作用】本発明においては、位相変調偏光解析法におい
て、光源から受光器に到る光路中にフーリエ分光のため
の干渉計を配置し、位相変調及び干渉変調を受けた光を
受光器で測定し、得られた干渉光信号の直流成分、周波
数ωの成分、周波数2ωの成分の3成分を検出し、これ
ら3成分をフーリエ変換して得られる値から反射の際の
P偏光とS偏光の位相差の変化分Δと振幅反射率比角Ψ
との2つの偏光解析パラメータを求めるので、広範囲の
波数域の偏光解析パラメータを高速かつ高感度で計測す
ることが可能となる。
て、光源から受光器に到る光路中にフーリエ分光のため
の干渉計を配置し、位相変調及び干渉変調を受けた光を
受光器で測定し、得られた干渉光信号の直流成分、周波
数ωの成分、周波数2ωの成分の3成分を検出し、これ
ら3成分をフーリエ変換して得られる値から反射の際の
P偏光とS偏光の位相差の変化分Δと振幅反射率比角Ψ
との2つの偏光解析パラメータを求めるので、広範囲の
波数域の偏光解析パラメータを高速かつ高感度で計測す
ることが可能となる。
【0015】また、試料の測定時から位相変調素子の変
調振幅の波数依存性のための測定に移行する際、又はそ
の逆に移行する際に、偏光子、位相変調素子、検光子そ
れぞれの方位角を何ら変更しなくてもよいため、配置に
変動箇所が少なく、正確で短時間の測定が可能になる。
調振幅の波数依存性のための測定に移行する際、又はそ
の逆に移行する際に、偏光子、位相変調素子、検光子そ
れぞれの方位角を何ら変更しなくてもよいため、配置に
変動箇所が少なく、正確で短時間の測定が可能になる。
【0016】
【実施例】まず、図6に示したような従来の分散型の位
相変調法について説明する。ある波数kに対する反射光
は次式で与えられる(Rev.Sci.Instru
m.53(7),Jul.1982,pp.969−9
77)。
相変調法について説明する。ある波数kに対する反射光
は次式で与えられる(Rev.Sci.Instru
m.53(7),Jul.1982,pp.969−9
77)。
【0017】 I(k,t)=I0 (k)+IS (k)sin [δ(k,t)] +IC (k)cos [δ(k,t)]・・・(1) ここで、PEMでの変調角(位相差)δ(k,t)と各
係数は、 δ(k,t)=δ0 (k)sin ωt ・・・(2) I0 (k)=K(k)[1+cos 2Acos 2Mcos 2(M−P)− (cos 2A+cos 2Mcos 2(M−P))cos 2Ψ− sin 2Asin 2Mcos 2(M−P)sin 2sin 2Ψcos Δ] ・・・(3) IS (k)=K(k)[−sin 2(M−P)sin 2Asin 2Ψsin Δ] ・・・(4) IC (k)=K(k)[−sin 2(M−P){sin 2M(cos 2Ψ− cos 2A)+cos 2Msin 2Asin 2Ψsin Δ}] ・・・(5) K(k)=|rP (k)2 +rS (k)2 |/4 ・・・(6) で与えられる。ここで、偏光子の通過軸の方位角P、P
EMの圧力軸の方位角M、検光子の通過軸の方位角A
は、図7に示されるように、x−z面を入射面にとった
とき、入射面から測定される。
係数は、 δ(k,t)=δ0 (k)sin ωt ・・・(2) I0 (k)=K(k)[1+cos 2Acos 2Mcos 2(M−P)− (cos 2A+cos 2Mcos 2(M−P))cos 2Ψ− sin 2Asin 2Mcos 2(M−P)sin 2sin 2Ψcos Δ] ・・・(3) IS (k)=K(k)[−sin 2(M−P)sin 2Asin 2Ψsin Δ] ・・・(4) IC (k)=K(k)[−sin 2(M−P){sin 2M(cos 2Ψ− cos 2A)+cos 2Msin 2Asin 2Ψsin Δ}] ・・・(5) K(k)=|rP (k)2 +rS (k)2 |/4 ・・・(6) で与えられる。ここで、偏光子の通過軸の方位角P、P
EMの圧力軸の方位角M、検光子の通過軸の方位角A
は、図7に示されるように、x−z面を入射面にとった
とき、入射面から測定される。
【0018】特別な場合として、P=±45°,M=0
°又は90°,A=±45°(P,M,Aは相互に独
立)の場合、 I0 (k)=K(k) ・・・(7) IS (k)=±K(k)[sin 2Ψsin Δ] ・・・(8) IC (k)=±K(k)[sin 2Ψcos Δ] ・・・(9) となる。ただし、式(8)及び(9)における±の符号
は次の表1による。
°又は90°,A=±45°(P,M,Aは相互に独
立)の場合、 I0 (k)=K(k) ・・・(7) IS (k)=±K(k)[sin 2Ψsin Δ] ・・・(8) IC (k)=±K(k)[sin 2Ψcos Δ] ・・・(9) となる。ただし、式(8)及び(9)における±の符号
は次の表1による。
【0019】 したがって、I0 (k),IS (k),IC (k)を決
定することにより、Ψ(k),Δ(k)を決定すること
ができる。反射光を2ωの周波数成分までに帶域制限す
ると、次のようになる。
定することにより、Ψ(k),Δ(k)を決定すること
ができる。反射光を2ωの周波数成分までに帶域制限す
ると、次のようになる。
【0020】 I(k,t)=Idc(k)+I1 (k)sin ωt+I2 (k)cos 2ωt ・・・(10) ここで、各係数は、 Idc(k)=I0 (k)+IC (k)J0 (δ0 (k)) ・・・(11) I1 (k)=2IS (k)J1 (δ0 (k)) ・・・(12) I2 (k)=2IC (k)J2 (δ0 (k)) ・・・(13) で与えられる。ただし、J0 ,J1 ,J2 はそれぞれ0
次、1次、2次のベッセル関数である。
次、1次、2次のベッセル関数である。
【0021】したがって、直流成分Idc(k)、ω成分
I1 (k)、2ω成分I2 (k)を計測によって決定す
ることにより、I0 (k),IS (k),IC (k)が
次のように得られる。
I1 (k)、2ω成分I2 (k)を計測によって決定す
ることにより、I0 (k),IS (k),IC (k)が
次のように得られる。
【0022】 I0 (k)=Idc(k) −I2 (k)J0 (δ0 (k))/2J2 (δ0 (k))・・・(14) IS (k)=I1 (k)/2J1 (δ0 (k)) ・・・(15) IC (k)=I2 (k)/2J2 (δ0 (k)) ・・・(16) これらの式(14)〜(16)の値と式(7)〜(9)
の関係から、Ψ(k)、Δ(k)を求めることができ
る。もちろん、式(7)〜(9)は特別の場合の関係で
あるが、それに限定されず、一般的な式(3)〜(5)
に基づいてΨ(k),Δ(k)を求めることができる。
上記したRev.Sci.Instrum.53
(7),Jul.1982,pp.969−977にお
いては、J0 (δ0 (k))=0になるようにδ
0 (k)を2.405radに設定して、上記の式(1
4)〜(16)を簡単にしている。
の関係から、Ψ(k)、Δ(k)を求めることができ
る。もちろん、式(7)〜(9)は特別の場合の関係で
あるが、それに限定されず、一般的な式(3)〜(5)
に基づいてΨ(k),Δ(k)を求めることができる。
上記したRev.Sci.Instrum.53
(7),Jul.1982,pp.969−977にお
いては、J0 (δ0 (k))=0になるようにδ
0 (k)を2.405radに設定して、上記の式(1
4)〜(16)を簡単にしている。
【0023】以上の方法は、全ての波数の光を一度に取
り込むフーリエ変換分光の場合には、そのまま用いるこ
とはできない。その一つの案として、次のような手法が
考えられる。フーリエ変換前の反射光強度は、式(1
0)を逆フーリエ変換して次のようになる。
り込むフーリエ変換分光の場合には、そのまま用いるこ
とはできない。その一つの案として、次のような手法が
考えられる。フーリエ変換前の反射光強度は、式(1
0)を逆フーリエ変換して次のようになる。
【0024】 i(x,t)=idc(x)+i1 (x)sin ωt+i2 (x)cos 2ωt ・・・(17) ここで、各係数は式(10)の各係数をそのまま逆フー
リエ変換したもので、 i(x,t)=F-1[I(k,t)] ・・・(18) idc(x)=F-1[Idc(k)] ・・・(19) i1 (x)=F-1[I1 (k)] ・・・(20) i2 (x)=F-1[I2 (k)] ・・・(21) で与えられる。
リエ変換したもので、 i(x,t)=F-1[I(k,t)] ・・・(18) idc(x)=F-1[Idc(k)] ・・・(19) i1 (x)=F-1[I1 (k)] ・・・(20) i2 (x)=F-1[I2 (k)] ・・・(21) で与えられる。
【0025】したがって、フーリエ変換分光の場合にI
dc(k),I1 (k),I2 (k)を求めるには、フー
リエ変換前のインターフェログラム信号の直流成分、ω
成分、2ω成分を計測し、それぞれを別個にフーリエ変
換すればよいことになる。Ψ(k)、Δ(k)の値を計
算するためには、Idc(k),I1 (k),I2 (k)
から式(14)〜(16)によりI0 (k),I
S (k),IC (k)を計算する必要がある。その際、
δ0 (k)すなわちPEMの変調振幅を用いる必要があ
る。しかしながら、PEMの変調角に波数依存性がある
のが一般的であり、上記の先行技術のように、δ
0 (k)=2.405radに固定することは、フーリ
エ変換分光の場合、原理的に不可能であるので、δ
0 (k)は各波数によって異なることを前提にしなけれ
ばならない。
dc(k),I1 (k),I2 (k)を求めるには、フー
リエ変換前のインターフェログラム信号の直流成分、ω
成分、2ω成分を計測し、それぞれを別個にフーリエ変
換すればよいことになる。Ψ(k)、Δ(k)の値を計
算するためには、Idc(k),I1 (k),I2 (k)
から式(14)〜(16)によりI0 (k),I
S (k),IC (k)を計算する必要がある。その際、
δ0 (k)すなわちPEMの変調振幅を用いる必要があ
る。しかしながら、PEMの変調角に波数依存性がある
のが一般的であり、上記の先行技術のように、δ
0 (k)=2.405radに固定することは、フーリ
エ変換分光の場合、原理的に不可能であるので、δ
0 (k)は各波数によって異なることを前提にしなけれ
ばならない。
【0026】しかし、δ0 (k)が各波数において既知
であれば、図4のフローチャートに示すように、ステッ
プST1で、検出器から得られるインターフェログラム
信号の帯域を2ωに制限して式(17)の信号を得て、
次いで、ステップST2で、このようにして得られた信
号の直流成分idc(x)、ω成分i1 (x)、2ω成分
i2 (x)を分離し、ステップST3で、それぞれの成
分を別個にフーリエ変換してIdc(k),I1 (k),
I2 (k)を得て、次に、ステップST4で、既知のδ
0 (k)のテーブルを参照にして、式(14)〜(1
6)によりI0 (k),IS (k),IC (k)を計算
し、そして、ステップST5で、式(7)〜(9)を用
いて偏光解析パラメータΨ(k),Δ(k)を求めるこ
とができる(図4では、P=−45°,M=0°,A=
−45°を想定している。)。なお、一般的な配置にお
いては、式(7)〜(9)の代わりに、一般式(3)〜
(5)を用いてΨ(k),Δ(k)を求めることができ
る。
であれば、図4のフローチャートに示すように、ステッ
プST1で、検出器から得られるインターフェログラム
信号の帯域を2ωに制限して式(17)の信号を得て、
次いで、ステップST2で、このようにして得られた信
号の直流成分idc(x)、ω成分i1 (x)、2ω成分
i2 (x)を分離し、ステップST3で、それぞれの成
分を別個にフーリエ変換してIdc(k),I1 (k),
I2 (k)を得て、次に、ステップST4で、既知のδ
0 (k)のテーブルを参照にして、式(14)〜(1
6)によりI0 (k),IS (k),IC (k)を計算
し、そして、ステップST5で、式(7)〜(9)を用
いて偏光解析パラメータΨ(k),Δ(k)を求めるこ
とができる(図4では、P=−45°,M=0°,A=
−45°を想定している。)。なお、一般的な配置にお
いては、式(7)〜(9)の代わりに、一般式(3)〜
(5)を用いてΨ(k),Δ(k)を求めることができ
る。
【0027】以上から、PEMの変調振幅δ0 (k)を
予め知っていれば、フーリエ変換分光位相変調偏光解析
法が実現可能であるということが言える。そこで、本発
明においては、試料の配置を除いて、入射光が検出器に
直接到達するように配置して、以下のようにしてこのδ
0 (k)を求め、これを用いて、図4のような順序で偏
光解析パラメータΨ(k),Δ(k)を求める。
予め知っていれば、フーリエ変換分光位相変調偏光解析
法が実現可能であるということが言える。そこで、本発
明においては、試料の配置を除いて、入射光が検出器に
直接到達するように配置して、以下のようにしてこのδ
0 (k)を求め、これを用いて、図4のような順序で偏
光解析パラメータΨ(k),Δ(k)を求める。
【0028】以上の式(1)〜(16)は反射方式の偏
光解析についての式であったが、入射光が検出器に到達
するまでに受けた偏光状態の変化がΨとΔで表されれ
ば、透過方式の場合についても成り立つ。透過方式にお
いて、試料が置かれるべき位置に何も置かないと、そこ
での偏光状態の変化はないので、 rP (k)=1 ・・・(22) rS (k)=1 ・・・(23) となる。tan Ψexp (iΔ)=rP (k)/rS (k)
であるので、 tan Ψ=1 即ち Ψ=45° ・・・(24) Δ=0° ・・・(25) となる。このとき、光学系として、試料を配置した反射
方式の測定と同じP=±45°,M=0°又は90°,
A=±45°(P,M,Aは相互に独立)の配置とする
と、 I0 (k)=K(k) ・・・(26) IS (k)=±K(k)[sin 2Ψsin Δ]=0 ・・・(27) IC (k)=±K(k)[sin 2Ψcos Δ]=±K(k) ・・・(28) となる。ただし、式(28)における±の符号は表1の
式(9)と同様な関係で定まる。したがって、式(1
0)で表される検出器の出力信号の直流、ω、2ω成分
は、式(11)〜(13)より、 Idc(k)=K(k)(1±J0 (δ0 (k))) ・・・(29) I1 (k)=0 ・・・(30) I2 (k)=±2K(k)J2 (δ0 (k)) ・・・(31) となる。
光解析についての式であったが、入射光が検出器に到達
するまでに受けた偏光状態の変化がΨとΔで表されれ
ば、透過方式の場合についても成り立つ。透過方式にお
いて、試料が置かれるべき位置に何も置かないと、そこ
での偏光状態の変化はないので、 rP (k)=1 ・・・(22) rS (k)=1 ・・・(23) となる。tan Ψexp (iΔ)=rP (k)/rS (k)
であるので、 tan Ψ=1 即ち Ψ=45° ・・・(24) Δ=0° ・・・(25) となる。このとき、光学系として、試料を配置した反射
方式の測定と同じP=±45°,M=0°又は90°,
A=±45°(P,M,Aは相互に独立)の配置とする
と、 I0 (k)=K(k) ・・・(26) IS (k)=±K(k)[sin 2Ψsin Δ]=0 ・・・(27) IC (k)=±K(k)[sin 2Ψcos Δ]=±K(k) ・・・(28) となる。ただし、式(28)における±の符号は表1の
式(9)と同様な関係で定まる。したがって、式(1
0)で表される検出器の出力信号の直流、ω、2ω成分
は、式(11)〜(13)より、 Idc(k)=K(k)(1±J0 (δ0 (k))) ・・・(29) I1 (k)=0 ・・・(30) I2 (k)=±2K(k)J2 (δ0 (k)) ・・・(31) となる。
【0029】したがって、式(29)と(31)から、 I2 (k)/Idc(k) =±2J2 (δ0 (k))/(1±J0 (δ0 (k)))・・(32) となる。この式(32)をδ0 (k)について解けば、
検出器からの信号の直流成分と2ω成分とからδ
0 (k)が得られる。
検出器からの信号の直流成分と2ω成分とからδ
0 (k)が得られる。
【0030】フーリエ変換分光を行った場合にも、イン
ターフェログラムのidc(x),i2 (x)のフーリエ
変換値からIdc(k),I2 (k)が求められるので、
式(32)を用いることによりδ0 (k)を求めること
ができる。
ターフェログラムのidc(x),i2 (x)のフーリエ
変換値からIdc(k),I2 (k)が求められるので、
式(32)を用いることによりδ0 (k)を求めること
ができる。
【0031】もちろん、式(26)〜(28)は特別な
配置の場合で、一般的には、式(3)〜(5)に式(2
4)、(25)に基づいてΨ=45°、Δ=0°を代入す
ることによりI0 (k),IS (k),IC (k)を求
め、その値と式(11)〜(13)によりIdc(k),
I1 (k),I2 (k)をδ0 (k)の関数として求
め、それらを連立してδ0 (k)が得られる。
配置の場合で、一般的には、式(3)〜(5)に式(2
4)、(25)に基づいてΨ=45°、Δ=0°を代入す
ることによりI0 (k),IS (k),IC (k)を求
め、その値と式(11)〜(13)によりIdc(k),
I1 (k),I2 (k)をδ0 (k)の関数として求
め、それらを連立してδ0 (k)が得られる。
【0032】以上のことから、偏光子と検光子が向かい
合った光学系において計測を行えば、検出器からの信号
の直流成分と2ω成分とから、δ0 (k)を求めること
ができる。また、途中に窓があっても、光軸に対して窓
が垂直になっていれば、窓がP偏光とS偏光に与える影
響は同じであるので、偏光状態は変化しない。
合った光学系において計測を行えば、検出器からの信号
の直流成分と2ω成分とから、δ0 (k)を求めること
ができる。また、途中に窓があっても、光軸に対して窓
が垂直になっていれば、窓がP偏光とS偏光に与える影
響は同じであるので、偏光状態は変化しない。
【0033】上記の特別な配置の中、P=−45°,M
=0°,A=−45°の配置の場合の位相変調素子(P
EM)の変調振幅δ0 (k)に対するI2 (k)/Idc
(k)の変化を図5に示す。この図から、I2 /Idcが
一つ定まれば、対応するδ0一意的に決まることが分か
る。
=0°,A=−45°の配置の場合の位相変調素子(P
EM)の変調振幅δ0 (k)に対するI2 (k)/Idc
(k)の変化を図5に示す。この図から、I2 /Idcが
一つ定まれば、対応するδ0一意的に決まることが分か
る。
【0034】以上のようにして、試料の配置を除いて、
入射光が検出器に直接到達するように配置してδ
0 (k)を求め、これを用いて、図4のフローチャート
に従って偏光解析パラメータΨ(k),Δ(k)を求め
ることができる。
入射光が検出器に直接到達するように配置してδ
0 (k)を求め、これを用いて、図4のフローチャート
に従って偏光解析パラメータΨ(k),Δ(k)を求め
ることができる。
【0035】以下、図1及び図2を参照して、上記の本
発明のフーリエ変換分光位相変調偏光解析法の実施例に
ついて説明する。図1は本発明の1実施例の偏光解析法
を実施する装置の構成を示す。図示の装置は、位相変調
素子4をフーリエ変換赤外分光器に挿入したフーリエ変
換赤外分光位相変調偏光解析装置を構成しており、光源
1と、移動鏡を含み光源1からの赤外光を受けてインタ
ーフェログラムを作るマイケルソン干渉計2と、マイケ
ルソン干渉計2から出た変調光が入射する位置に設けら
れた方位角(P)±45°を持つ偏光子3と、方位角
(M)0°又は90°を持ち周波数ωで位相差を変調す
る位相変調素子(PEM)4と、位相変調素子4で位相
変調を受けた光が入射する位置に配置された試料7表面
から反射した光路中に方位角(A)±45°を持つ検光
子5と、検光子5を通過した光を光電変換する受光器6
とを有しており、8、8’は試料7表面に光を集光し、
また、試料7表面の照射点から発散する光を平行光に変
える凹面鏡、9、9’は光路を曲げる平面鏡である。
発明のフーリエ変換分光位相変調偏光解析法の実施例に
ついて説明する。図1は本発明の1実施例の偏光解析法
を実施する装置の構成を示す。図示の装置は、位相変調
素子4をフーリエ変換赤外分光器に挿入したフーリエ変
換赤外分光位相変調偏光解析装置を構成しており、光源
1と、移動鏡を含み光源1からの赤外光を受けてインタ
ーフェログラムを作るマイケルソン干渉計2と、マイケ
ルソン干渉計2から出た変調光が入射する位置に設けら
れた方位角(P)±45°を持つ偏光子3と、方位角
(M)0°又は90°を持ち周波数ωで位相差を変調す
る位相変調素子(PEM)4と、位相変調素子4で位相
変調を受けた光が入射する位置に配置された試料7表面
から反射した光路中に方位角(A)±45°を持つ検光
子5と、検光子5を通過した光を光電変換する受光器6
とを有しており、8、8’は試料7表面に光を集光し、
また、試料7表面の照射点から発散する光を平行光に変
える凹面鏡、9、9’は光路を曲げる平面鏡である。
【0036】図1の装置において、ある移動鏡位置xに
おいて計測される光強度信号iの時間t依存性は次式で
与えられる。 i(x,t)=idc(x)+i1 (x)sin ωt+i2 (x)cos 2ωt ・・・(17) ここで、idc(x),i1 (x),i2 (x)はそれぞ
れ受光器6で得られる信号の直流成分、ω成分、2ω成
分である。これら3つの成分を同期検波し、独立にフー
リエ変換を施すと、3つの成分の波数k依存性I
dc(k),I1 (k),I2 (k)に変換される。これ
らの値と、偏光解析パラメータΨ(k)、Δ(k)との
間には、式(14)〜(16)と式(7)〜(9)か
ら、次のような関係がある。
おいて計測される光強度信号iの時間t依存性は次式で
与えられる。 i(x,t)=idc(x)+i1 (x)sin ωt+i2 (x)cos 2ωt ・・・(17) ここで、idc(x),i1 (x),i2 (x)はそれぞ
れ受光器6で得られる信号の直流成分、ω成分、2ω成
分である。これら3つの成分を同期検波し、独立にフー
リエ変換を施すと、3つの成分の波数k依存性I
dc(k),I1 (k),I2 (k)に変換される。これ
らの値と、偏光解析パラメータΨ(k)、Δ(k)との
間には、式(14)〜(16)と式(7)〜(9)か
ら、次のような関係がある。
【0037】 ±sin 2Ψ(k)sin Δ(k)=[I1 (k)/2J1 (δ0 (k))]/ [Idc(k)−I2 (k)J0 (δ0 (k))/2J2 (δ0 (k))] ・・・(33) ±sin 2Ψ(k)cos Δ(k)=[I2 (k)/2J2 (δ0 (k))]/ [Idc(k)−I2 (k)J0 (δ0 (k))/2J2 (δ0 (k))] ・・・(34) ただし、式(33)及び(34)における±の符号は次
の表2による。
の表2による。
【0038】 したがって、上式(33)、(34)よりΨ(k)、Δ
(k)のスペクトルが得られるが、ここで、δ0 (k)
は位相変調素子4での変調角の変調振幅の波数依存性で
ある。J0 (δ0 (k)),J1 (δ0 (k)),J2
(δ0 (k))はそれぞれ0次、1次、2次のベッセル
関数である。
(k)のスペクトルが得られるが、ここで、δ0 (k)
は位相変調素子4での変調角の変調振幅の波数依存性で
ある。J0 (δ0 (k)),J1 (δ0 (k)),J2
(δ0 (k))はそれぞれ0次、1次、2次のベッセル
関数である。
【0039】Ψ(k)、Δ(k)のスペクトルを式(3
3)、(34)により得る際に必要となるδ0 (k)
は、次のようにして決定する。図2はその1実施例を行
うための装置である。この装置は、図1の位相変調素子
4をフーリエ変換赤外分光器に挿入したフーリエ変換赤
外分光位相変調偏光解析装置を構成しており、光源1
と、移動鏡を含み光源1からの赤外光を受けてインター
フェログラムを作るマイケルソン干渉計2と、マイケル
ソン干渉計2から出た変調光が入射する位置に設けられ
た方位角(P)±45°を持つ偏光子3と、方位角
(M)0°又は90°を持ち周波数ωで位相差を変調す
る位相変調素子(PEM)4と、位相変調素子4で位相
変調を受けた光が入射する位置に配置された試料7表面
から反射した光路中に方位角(A)±45°を持つ検光
子5と、検光子5を通過した光を光電変換する受光器6
とを有している。この装置は、光源1、マイケルソン干
渉計2、偏光子3、検光子5、受光器6も図1のものを
同じものを用い、図1の反射方式のものの試料7を除い
て、偏光子3、位相変調素子4、検光子5の方位角を同
じまま変更せずに、透過方式に配置変更したものであ
る。
3)、(34)により得る際に必要となるδ0 (k)
は、次のようにして決定する。図2はその1実施例を行
うための装置である。この装置は、図1の位相変調素子
4をフーリエ変換赤外分光器に挿入したフーリエ変換赤
外分光位相変調偏光解析装置を構成しており、光源1
と、移動鏡を含み光源1からの赤外光を受けてインター
フェログラムを作るマイケルソン干渉計2と、マイケル
ソン干渉計2から出た変調光が入射する位置に設けられ
た方位角(P)±45°を持つ偏光子3と、方位角
(M)0°又は90°を持ち周波数ωで位相差を変調す
る位相変調素子(PEM)4と、位相変調素子4で位相
変調を受けた光が入射する位置に配置された試料7表面
から反射した光路中に方位角(A)±45°を持つ検光
子5と、検光子5を通過した光を光電変換する受光器6
とを有している。この装置は、光源1、マイケルソン干
渉計2、偏光子3、検光子5、受光器6も図1のものを
同じものを用い、図1の反射方式のものの試料7を除い
て、偏光子3、位相変調素子4、検光子5の方位角を同
じまま変更せずに、透過方式に配置変更したものであ
る。
【0040】図2に示した装置においても、ある移動鏡
位置xにおいて計測される光強度信号iの時間t依存性
は式(17)で与えられる。図1の場合と同様にして同
期検波し、フーリエ変換を施した3つの成分の波数k依
存性の中、Idc(k)とI2(k)に関しては、その比
率が次式で与えられる。
位置xにおいて計測される光強度信号iの時間t依存性
は式(17)で与えられる。図1の場合と同様にして同
期検波し、フーリエ変換を施した3つの成分の波数k依
存性の中、Idc(k)とI2(k)に関しては、その比
率が次式で与えられる。
【0041】 I2 (k)/Idc(k) =±2J2 (δ0 (k))/(1±J0 (δ0 (k)))・・(32) したがって、上式よりδ0 (k)が得られる。また、こ
の得られたδ0 (k)から、J0 (δ0 (k),J
1 (δ0 (k)),J2 (δ0 (k))を予め計算して
おくことができるため、式(33)及び(34)を用い
たΨ(k)、Δ(k)の計算時に、δ0 (k)からベッ
セル関数の計算をする必要はない。
の得られたδ0 (k)から、J0 (δ0 (k),J
1 (δ0 (k)),J2 (δ0 (k))を予め計算して
おくことができるため、式(33)及び(34)を用い
たΨ(k)、Δ(k)の計算時に、δ0 (k)からベッ
セル関数の計算をする必要はない。
【0042】以上は、特定の方位角に偏光子3、検光子
5及び位相変調素子4を設定すものとしたが、前記した
ように、試料7を入れた反射方式の配置及び位相変調素
子4の変調振幅の波数依存性δ0 (k)を求める透過方
式の配置において、これらの方位角をそれ以外の方位角
に設定しても、式(3)〜(5)と式(11)〜(1
3)によりΨ(k),Δ(k)を求めることができ、ま
た、式(3)〜(5)にΨ=45°、Δ=0°を代入す
ることによりI0 (k),IS (k),IC (k)を求
め、その値と式(11)〜(13)によりIdc(k),
I1 (k),I2(k)をδ0 (k)の関数として求
め、それらを連立してδ0 (k)を求めることもできる
が、これらの場合は、偏光子3、位相変調素子4、検光
子5それぞれの方位角を、反射方式の配置から透過方式
の配置へ変える際に、変更する必要があり、再調整に時
間がかかり繁雑であり、また、測定が長時間中断するこ
とになり、好ましくない。これに対して、両測定時にこ
れらの方位角を何ら変更しない本発明の方式において
は、変動箇所が少なく正確な測定が可能で、短時間でδ
0(k)を求めることができ、好ましい方式である。
5及び位相変調素子4を設定すものとしたが、前記した
ように、試料7を入れた反射方式の配置及び位相変調素
子4の変調振幅の波数依存性δ0 (k)を求める透過方
式の配置において、これらの方位角をそれ以外の方位角
に設定しても、式(3)〜(5)と式(11)〜(1
3)によりΨ(k),Δ(k)を求めることができ、ま
た、式(3)〜(5)にΨ=45°、Δ=0°を代入す
ることによりI0 (k),IS (k),IC (k)を求
め、その値と式(11)〜(13)によりIdc(k),
I1 (k),I2(k)をδ0 (k)の関数として求
め、それらを連立してδ0 (k)を求めることもできる
が、これらの場合は、偏光子3、位相変調素子4、検光
子5それぞれの方位角を、反射方式の配置から透過方式
の配置へ変える際に、変更する必要があり、再調整に時
間がかかり繁雑であり、また、測定が長時間中断するこ
とになり、好ましくない。これに対して、両測定時にこ
れらの方位角を何ら変更しない本発明の方式において
は、変動箇所が少なく正確な測定が可能で、短時間でδ
0(k)を求めることができ、好ましい方式である。
【0043】なお、マイケルソン干渉計2の配置位置に
関しては、光源1と偏光子3の間に限定されず、光源1
から受光器6に到る光路の任意の位置に設けてもよい。
関しては、光源1と偏光子3の間に限定されず、光源1
から受光器6に到る光路の任意の位置に設けてもよい。
【0044】この測定装置では、測定光路中に反射鏡
9、8、8’、9’を挿入するため、位相変調素子4と
検光子5との間に挟まれた部分全体の複素反射率比ta
n Ψeffexp (iΔeff )が計測される。試料7の複
素反射率比をtan Ψexp (iΔ)、全ての反射鏡による
総合の複素反射率比をtan ΨM exp (iΔM )とする
と、tan Ψeff exp (iΔeff )=tan ΨM exp (iΔ
M )tan Ψexp (iΔ)で与えられる。したがって、試
料7のみの複素反射率比は、複素反射率比が既知の試料
7を用いて計測することにより、 tan ΨM exp (iΔM )={tan Ψeff exp (iΔeff )} /{tan Ψexp (iΔ)}・・・(35) により校正される。また、赤外偏光解析法で通常計測対
象となる光学密度は、基板の上に薄膜がない場合とある
場合の比を用いて計算されるため、薄膜の有無によらな
い反射鏡の複素反射率の影響は、比をとることにより消
去され、校正の必要はない。
9、8、8’、9’を挿入するため、位相変調素子4と
検光子5との間に挟まれた部分全体の複素反射率比ta
n Ψeffexp (iΔeff )が計測される。試料7の複
素反射率比をtan Ψexp (iΔ)、全ての反射鏡による
総合の複素反射率比をtan ΨM exp (iΔM )とする
と、tan Ψeff exp (iΔeff )=tan ΨM exp (iΔ
M )tan Ψexp (iΔ)で与えられる。したがって、試
料7のみの複素反射率比は、複素反射率比が既知の試料
7を用いて計測することにより、 tan ΨM exp (iΔM )={tan Ψeff exp (iΔeff )} /{tan Ψexp (iΔ)}・・・(35) により校正される。また、赤外偏光解析法で通常計測対
象となる光学密度は、基板の上に薄膜がない場合とある
場合の比を用いて計算されるため、薄膜の有無によらな
い反射鏡の複素反射率の影響は、比をとることにより消
去され、校正の必要はない。
【0045】上記の第1の実施例においては、δ
0 (k)を求める際、試料測定に用いたのと同じ光源
1、マイケルソン干渉計2、偏光子3、位相変調素子
4、検光子5及び受光器6を用いたが、試料7の前の光
源1、マイケルソン干渉計2、偏光子3、位相変調素子
4のみを試料測定に用いたのと同じものを用い、検光子
及び受光器として別の検光子5’及び受光器6’を用い
てもよい。また、試料7への測定光の入射角を調整可能
に構成することも重要である。図3の実施例は、この両
者を兼ね備えた実施例であり、図1と同じ構成要素は同
じ符号で示してある。この実施例においては、実施例1
と同様、光源1と、移動鏡を含み光源1からの赤外光を
受けてインターフェログラムを作るマイケルソン干渉計
2と、マイケルソン干渉計2から出た変調光が入射する
位置に設けられた方位角(P)±45°を持つ偏光子3
と、方位角(M)0°又は90°を持ち周波数ωで位相
差を変調する位相変調素子(PEM)4と、位相変調素
子4で位相変調を受けた光の光路を曲げる平面鏡9と、
平面鏡9から反射光を試料7表面に集光する凹面鏡8
と、集光位置に配置された試料7と、試料7表面から反
射された光を平行光に変える凹面鏡8’と、凹面鏡8’
からの平行光の光路を曲げる平面鏡9’と、平面鏡9’
から反射した光路中に配置された方位角(A)±45°
を持つ検光子5と、検光子5を通過した光を光電変換す
る受光器6とからなる。
0 (k)を求める際、試料測定に用いたのと同じ光源
1、マイケルソン干渉計2、偏光子3、位相変調素子
4、検光子5及び受光器6を用いたが、試料7の前の光
源1、マイケルソン干渉計2、偏光子3、位相変調素子
4のみを試料測定に用いたのと同じものを用い、検光子
及び受光器として別の検光子5’及び受光器6’を用い
てもよい。また、試料7への測定光の入射角を調整可能
に構成することも重要である。図3の実施例は、この両
者を兼ね備えた実施例であり、図1と同じ構成要素は同
じ符号で示してある。この実施例においては、実施例1
と同様、光源1と、移動鏡を含み光源1からの赤外光を
受けてインターフェログラムを作るマイケルソン干渉計
2と、マイケルソン干渉計2から出た変調光が入射する
位置に設けられた方位角(P)±45°を持つ偏光子3
と、方位角(M)0°又は90°を持ち周波数ωで位相
差を変調する位相変調素子(PEM)4と、位相変調素
子4で位相変調を受けた光の光路を曲げる平面鏡9と、
平面鏡9から反射光を試料7表面に集光する凹面鏡8
と、集光位置に配置された試料7と、試料7表面から反
射された光を平行光に変える凹面鏡8’と、凹面鏡8’
からの平行光の光路を曲げる平面鏡9’と、平面鏡9’
から反射した光路中に配置された方位角(A)±45°
を持つ検光子5と、検光子5を通過した光を光電変換す
る受光器6とからなる。
【0046】この実施例においては、試料7の入射側の
平面鏡9は、実線のの位置と破線のの位置の間を切
り換え可能になっており、実線位置に配置される場合
には、実施例1と同様にして式(17)の強度信号iが
得られ、その直流成分、ω成分、2ω成分をフーリエ変
換してIdc(k),I1 (k),I2 (k)を求め、式
(33)、(34)より、Ψ(k)、Δ(k)のスペク
トルを求める。また、平面鏡9を破線位置に切り換え
ると、位相変調素子4で位相変調を受けた光は、別の組
の検光子5’及び受光器6’に入射するように、検光子
5’及び受光器6’が配置されている。この場合の検光
子5’の方位角(A)は±45°であり固定されてい
る。この検光子5’及び受光器6’を用いて、図2の場
合と同様にして、式(32)によりδ0 (k)が得られ
る。この場合、両測定時に、偏光子3、位相変調素子
4、検光子5、検光子5’の方位角は何れも固定されて
おり、変動箇所は平面鏡9のみであり、正確で短時間の
測定が可能になる。
平面鏡9は、実線のの位置と破線のの位置の間を切
り換え可能になっており、実線位置に配置される場合
には、実施例1と同様にして式(17)の強度信号iが
得られ、その直流成分、ω成分、2ω成分をフーリエ変
換してIdc(k),I1 (k),I2 (k)を求め、式
(33)、(34)より、Ψ(k)、Δ(k)のスペク
トルを求める。また、平面鏡9を破線位置に切り換え
ると、位相変調素子4で位相変調を受けた光は、別の組
の検光子5’及び受光器6’に入射するように、検光子
5’及び受光器6’が配置されている。この場合の検光
子5’の方位角(A)は±45°であり固定されてい
る。この検光子5’及び受光器6’を用いて、図2の場
合と同様にして、式(32)によりδ0 (k)が得られ
る。この場合、両測定時に、偏光子3、位相変調素子
4、検光子5、検光子5’の方位角は何れも固定されて
おり、変動箇所は平面鏡9のみであり、正確で短時間の
測定が可能になる。
【0047】また、図3の場合は、偏光解析パラメータ
Δ、Ψの入射角φ依存性等を測定できるようにするた
め、凹面鏡8、8’は、図示の一点鎖線のように、それ
ぞれ平面鏡9から反射光路、平面鏡9’への入射光路に
そって同じ距離だけ移動可能になっており、それに伴っ
て試料7も図の上方に移動するようになっている。そし
て、凹面鏡8からの反射光路と凹面鏡8’への入射光路
が試料7表面で交差するように、両凹面鏡8、8’は相
互に反対に回転可能になっており、試料7への入射角φ
が連続的に変更できる。凹面鏡8、8’及び試料7の上
記のような移動と回転は、例えば特公昭47−3991
1号公報に基づいて、リンク機構を用いて簡単に実現で
きる。なお、上記のように、試料7への入射角φを連続
的に変更できる機構としては、特公昭47−39911
号公報のものに限定されず、特公平2−48848号公
報のもの等、公知の種々の機構を用いることができる。
Δ、Ψの入射角φ依存性等を測定できるようにするた
め、凹面鏡8、8’は、図示の一点鎖線のように、それ
ぞれ平面鏡9から反射光路、平面鏡9’への入射光路に
そって同じ距離だけ移動可能になっており、それに伴っ
て試料7も図の上方に移動するようになっている。そし
て、凹面鏡8からの反射光路と凹面鏡8’への入射光路
が試料7表面で交差するように、両凹面鏡8、8’は相
互に反対に回転可能になっており、試料7への入射角φ
が連続的に変更できる。凹面鏡8、8’及び試料7の上
記のような移動と回転は、例えば特公昭47−3991
1号公報に基づいて、リンク機構を用いて簡単に実現で
きる。なお、上記のように、試料7への入射角φを連続
的に変更できる機構としては、特公昭47−39911
号公報のものに限定されず、特公平2−48848号公
報のもの等、公知の種々の機構を用いることができる。
【0048】以上、本発明のフーリエ変換分光位相変調
偏光解析法をその原理と実施例に基づいて説明してきた
が、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可
能である。
偏光解析法をその原理と実施例に基づいて説明してきた
が、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可
能である。
【0049】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のフーリエ変換分光位相変調偏光解析法によると、位相
変調偏光解析法において、光源から受光器に到る光路中
にフーリエ分光のための干渉計を配置し、位相変調及び
干渉変調を受けた光を受光器で測定し、得られた干渉光
信号の直流成分、周波数ωの成分、周波数2ωの成分の
3成分を検出し、これら3成分をフーリエ変換して得ら
れる値から反射光のP偏光とS偏光の位相差Δと反射振
幅比角Ψとの2つの偏光解析パラメータを求めるので、
広範囲の波数域の偏光解析パラメータを高速かつ高感度
で計測することが可能となる。
のフーリエ変換分光位相変調偏光解析法によると、位相
変調偏光解析法において、光源から受光器に到る光路中
にフーリエ分光のための干渉計を配置し、位相変調及び
干渉変調を受けた光を受光器で測定し、得られた干渉光
信号の直流成分、周波数ωの成分、周波数2ωの成分の
3成分を検出し、これら3成分をフーリエ変換して得ら
れる値から反射光のP偏光とS偏光の位相差Δと反射振
幅比角Ψとの2つの偏光解析パラメータを求めるので、
広範囲の波数域の偏光解析パラメータを高速かつ高感度
で計測することが可能となる。
【0050】また、試料の測定時から位相変調素子の変
調振幅の波数依存性のための測定に移行する際、又はそ
の逆に移行する際に、偏光子、位相変調素子、検光子そ
れぞれの方位角を何ら変更しなくてもよいため、配置に
変動箇所が少なく、正確で短時間の測定が可能になる。
調振幅の波数依存性のための測定に移行する際、又はそ
の逆に移行する際に、偏光子、位相変調素子、検光子そ
れぞれの方位角を何ら変更しなくてもよいため、配置に
変動箇所が少なく、正確で短時間の測定が可能になる。
【図1】本発明の1実施例の偏光解析法を実施する装置
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図2】変調角の変調振幅の波数依存性を求める配置を
示す図である。
示す図である。
【図3】本発明の別の実施例の偏光解析法を実施する装
置の構成を示す図である。
置の構成を示す図である。
【図4】本発明の偏光解析法により偏光解析パラメータ
を求める演算のフローチャートである。
を求める演算のフローチャートである。
【図5】変調角の変調振幅を求めるためのグラフであ
る。
る。
【図6】従来の分散型の位相変調法のための配置を示す
図である。
図である。
【図7】偏光子、位相変調素子、検光子の方位角を定義
するための図である。
するための図である。
【図8】光を物質に照射した場合の入射光の偏光状態と
反射光の偏光状態を模式的に示す図である。
反射光の偏光状態を模式的に示す図である。
1…光源 2…マイケルソン干渉計 3…偏光子 4…位相変調素子(PEM) 5、5’…検光子 6、6’…受光器 7…試料 8、8’…凹面鏡 9、9’…平面鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01J 4/00 - 4/04 JICSTファイル(JOIS) WPI/L(QUESTEL) 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)
Claims (1)
- 【請求項1】 試料入射側に偏光子と位相変調素子を順
に配置し、試料反射側に検光子と受光器を順に配置し
て、偏光子で直線偏光にされた光のP偏光成分とS偏光
成分の間に周波数ωで変調された位相差δを導入し、反
射光を検光子を通して検出し、その直流成分と周波数ω
の成分と周波数2ωの成分から、反射の際のP偏光とS
偏光の位相差の変化分Δと振幅反射率比角Ψとの2つの
偏光解析パラメータを求める位相変調偏光解析法におい
て、光源から受光器に到る光路中にフーリエ分光のため
の干渉計を配置し、さらに、前記偏光子の方位角(P)
が±45°、前記位相変調素子の方位角(M)が0°又
は90°、前記検光子の方位角が(A)±45°(これ
らの方位角P、M、Aは相互に独立)となるように配置
した状態で、位相変調及び干渉変調を受けた光を前記受
光器で測定し、得られた干渉光信号の直流成分i
dc(x)、周波数ωの成分i1 (x)、周波数2ωの成
分i2 (x)の3成分を検出し、また、試料を取り除い
た状態で、前記検光子と受光器を前記位相変調素子を透
過した光を直接入射させる配置にし、前記偏光子、前記
位相変調素子、及び、前記検光子の方位角を同じまま
で、位相変調及び干渉変調を受けた光を前記受光器で測
定し、得られた干渉光信号の直流成分、周波数2ωの成
分の2成分を検出し、これら2成分をフーリエ変換して
得られる値から前記位相変調素子の変調振幅の波数依存
性を求め、それを用いて前記3成分をフーリエ変換して
得られるIdc(k),I1 (k),I2 (k)から次式
(33)及び(34)に基づいて前記Δ、Ψを求めるこ
とを特徴とするフーリエ変換分光位相変調偏光解析法。 ±sin 2Ψ(k)sin Δ(k)=[I1 (k)/2J1 (δ0 (k))]/ [Idc(k)−I2 (k)J0 (δ0 (k))/2J2 (δ0 (k))] ・・・(33) ±sin 2Ψ(k)cos Δ(k)=[I2 (k)/2J2 (δ0 (k))]/ [Idc(k)−I2 (k)J0 (δ0 (k))/2J2 (δ0 (k))] ・・・(34) ただし、δ0 (k)は、前記位相変調素子の変調振幅で
あり、式(33)及び(34)における±の符号は次の
表2による。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14741194A JP3311497B2 (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | フーリエ変換分光位相変調偏光解析法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14741194A JP3311497B2 (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | フーリエ変換分光位相変調偏光解析法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0815130A JPH0815130A (ja) | 1996-01-19 |
JP3311497B2 true JP3311497B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=15429698
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14741194A Expired - Lifetime JP3311497B2 (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | フーリエ変換分光位相変調偏光解析法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3311497B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2784749B1 (fr) * | 1998-10-14 | 2000-12-29 | Instruments Sa | Appareil de caracterisation optique de materiau en couche mince |
FR2811761B1 (fr) * | 2000-07-17 | 2002-10-11 | Production Rech S Appliquees | Ellipsometre a haute resolution spatiale fonctionnant dans l'infrarouge |
EP1376100B1 (en) * | 2002-06-17 | 2006-04-05 | Horiba Jobin Yvon S.A.S. | Achromatic spectroscopic ellipsometer with high spatial resolution |
JP4625908B2 (ja) * | 2005-10-18 | 2011-02-02 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 偏光変調型イメージング・エリプソメータ |
JP5198980B2 (ja) * | 2008-09-02 | 2013-05-15 | 株式会社モリテックス | 光学異方性パラメータ測定方法及び測定装置 |
WO2010106589A1 (ja) * | 2009-03-18 | 2010-09-23 | 株式会社村田製作所 | 光測定装置及び光測定方法 |
CN102033048B (zh) * | 2010-12-31 | 2012-05-23 | 天津大学 | 一种消除环境杂散光干扰的吸收光谱测量方法 |
US9568422B2 (en) * | 2012-12-17 | 2017-02-14 | Advantest Corporation | Light beam incident device and reflected light measurement device |
KR101431186B1 (ko) * | 2013-09-16 | 2014-08-18 | 가천대학교 산학협력단 | 광변조 및 위상 변화값을 이용한 바이오센싱 시스템 및 바이오센싱 방법 |
WO2016152108A1 (ja) | 2015-03-25 | 2016-09-29 | 日本電気株式会社 | 光測定装置 |
JP7290243B2 (ja) * | 2019-03-29 | 2023-06-13 | Tianma Japan株式会社 | ガス検知装置 |
WO2023197124A1 (zh) * | 2022-04-12 | 2023-10-19 | 华为技术有限公司 | 用于检测待测样品表面状态的装置 |
-
1994
- 1994-06-29 JP JP14741194A patent/JP3311497B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0815130A (ja) | 1996-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4647207A (en) | Ellipsometric method and apparatus | |
US8125641B2 (en) | Method and apparatus for phase-compensated sensitivity-enhanced spectroscopy (PCSES) | |
US10365163B2 (en) | Optical critical dimension metrology | |
JP3909363B2 (ja) | 分光偏光計測方法 | |
JP4140737B2 (ja) | 広帯域分光回転補償器楕円偏光計 | |
US10890487B2 (en) | Integrated polarization interferometer and snapshot specro-polarimeter applying same | |
JP3803550B2 (ja) | 分光楕円偏光計 | |
EP0300508B1 (en) | Film thickness-measuring apparatus | |
US6353477B1 (en) | Regression calibrated spectroscopic rotating compensator ellipsometer system with pseudo-achromatic retarder system | |
US6084675A (en) | Adjustable beam alignment compensator/retarder with application in spectroscopic ellipsometer and polarimeter systems | |
US7889339B1 (en) | Complementary waveplate rotating compensator ellipsometer | |
US7286226B2 (en) | Method and apparatus for measuring birefringence | |
JP3311497B2 (ja) | フーリエ変換分光位相変調偏光解析法 | |
US6822738B1 (en) | Spectroscopic rotating compensator ellipsometer system with pseudo-achromatic retarder system | |
US6181421B1 (en) | Ellipsometer and polarimeter with zero-order plate compensator | |
JP2002543381A (ja) | 自己較正機能を備える表面特性解析用システム | |
JPH06317408A (ja) | 偏光解析法を用いて透明層の特性値を決定するための方法 | |
JP3285365B2 (ja) | フォトアレイ検出器を備える回帰較正による回転補正器型分光エリプソメータシステム | |
US7342661B2 (en) | Method for noise improvement in ellipsometers | |
Naciri et al. | Fixed polarizer, rotating-polarizer and fixed analyzer spectroscopic ellipsometer: accurate calibration method, effect of errors and testing | |
JPH06288835A (ja) | エリプソメータ | |
CN113358604B (zh) | 一种斜入射式光谱型反射差分测量装置及方法 | |
US11740176B2 (en) | Fast and accurate mueller matrix infrared spectroscopic ellipsometer | |
RU2805776C1 (ru) | Способ измерения спектра анизотропного отражения полупроводниковых материалов и устройство для его осуществления | |
US11821833B2 (en) | Fast and accurate Mueller matrix infrared ellipsometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020508 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070627 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |