JP3894863B2 - Refractive index distribution measurement method of optical crystal wafer - Google Patents

Refractive index distribution measurement method of optical crystal wafer Download PDF

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Description

【0001】
【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代になっている。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40GHz、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。
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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 Thermal Analysis)やDSC (Differential Scanning Calorimetory)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。
【0005】
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。
【0006】
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。しかしながら、この方法は次の2つの点に問題がある。
【0007】
第一の問題点として多重干渉効果が上げられる。ウエハーは通常平行に研磨されたものであるので光を通過させると一部の光が多重反射を生じいわゆる干渉パターンも同時に生じてしまう。このため透過波面の画像自体に干渉パターンが重畳されてしまうため必要な情報が埋もれてしまう問題がある。こうした干渉効果を避けるためにウエハーを平行平板ではなく3°程度のウエッジを持った基板に研磨する必要がある。ウエッジ研磨を行うことは特に大型ウエハーなどでは技術的に難し、多大の労力を要する。また製品としてのウエハーは平行平板であるため製品検査としては使用できない問題点がある。また両面に無反射コーテイングを行うこともできるがコーテイング処理が必要で特に製品検査やインライン迅速測定では使用できないといった問題点がある。
【0008】
第二の問題点として屈折率分布のみを検出できないといった問題である。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。しかしながら一般的にこうした仮定は成立しない。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ないため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。
n(x,y)=n0+Δn(x,y) (1)
L(x,y)=L0+ΔL(x,y) (2)
従って光学長OL(Optical Length)は(3)式で表現される。
OL(x,y)=n(x,y)・L(x,y)=(n0+Δn(x,y))・(L0+ΔL(x,y))
=n00 +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。
L(x,y)〜n00 +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800μm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。こういった2つの問題が存在する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。
【0010】
【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、ウエハーの表裏の干渉による影響を受けず、かつ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。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透過波面測定による屈折率または複屈折率分布測定法において、光が入射できる対向する2つの主面を有した試料において、主面鉛直方向が光軸に対して一定傾斜角度となるよう試料を傾斜させ、P偏光の偏光方向を測定試料の第一の主軸一致させた場合の第一の透過波面と、P偏光の偏光方向を第一の主軸と直交した第二の主軸に一致させた場合の第二の透過波面とから屈折率または複屈折率分布計測する方法である。
【0012】
また本発明は、透過波面測定による屈折率または複屈折率分布測定法において、光が入射できる対向する2つの主面を有した試料において、主面鉛直方向が光軸に対して一定傾斜角度となるよう試料を傾斜させ、 P偏光の偏光方向を測定試料の第一の主軸と一致させた場合の第一の透過波面と、さらに180度試料を回転させた場合の第二の透過波面と、P偏光の偏光方向を第一の主軸と直交した第二の主軸方向に一致させた場合の第三の透過波面とさらに180度試料回転させた場合の第四の透過波面とから屈折率または複屈折率分布計測する方法である。
【0013】
ここで前記一定傾斜角度は無反射となるブリュースター角度であることが好ましい。なぜならブリュースター角度に試料をセットすることにより試料両面での多重干渉による測定値御誤差を低減することができるからである。
【0014】
また前記複屈折結晶が、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く、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であることも好ましい。このようにすることにより試料回転時においても試料通過時に楕円偏光等になることが無いためより精度の高い測定を行うことができる。
【0015】
そして本発明は、光源部から発生する光を参照光と測定光に分離し、測定光を被検試料に通過させる手段と被検物を通過した測定を前記参照光と干渉させ、干渉画像を取り込む画像取得部と取得した画像を解析する演算部からなる装置において、前記のいずれかの計測方法を用いて前記被検試料の屈折率または複屈折率分布を算出することを特徴とする屈折率もしくは複屈折率の分布測定装置である。
【0016】
図4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(nx,ny)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(nz)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。
【0017】
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。
【0018】
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5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/Nb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。
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4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。
【0019】
ただし垂直入射で測定を行ったばあいウエハー表裏の間で多重干渉を生じ、この影響で観測される位相分布にはわずかに多重干渉パターンが重畳され、わずかの屈折率分布を抽出する祭に影響をうけてしまう。
【0020】
本発明では、こうした課題を解決するために、P偏光のみを用いれば表裏の干渉効果が低減できることに着目し、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。図1に示すように、入射角度がθとなるようにLiNbO3ウエハーの主面法線方向を光軸に対して斜めに傾けた場合を考える。ウエハー主面法線方向と光軸を含む面を入射面とすると、入射面内の偏光をP偏光、入射面と垂直方向の偏光をS偏光と呼ぶ。入射角度θを変えた場合のウエハー1面あたりの反射率を計算したものを図2に示した。
【0021】
θ=0度の垂直入射の場合はS波、P偏光ともに約15%程度の反射を生じる。傾けていくとP偏光の光に対して反射率は減少しθ=65度程度で無反射となる点が存在する。これはブリュースター角度と呼ばれている角度でP偏光にのみ存在することが知られている。(光・電磁波論、三好丹六著 培風館 1987)一方S波に対して反射率は角度とともに単調に増加し無反射となる角度は存在しない。
【0022】
本発明はこの点に着目し、ウエハー主面法線方向を光軸に対して傾斜させP偏光のみを利用して、干渉の効果を低減もしくは無くして屈折率分布のみを計測することを思いつくにいたったものである。理想的にはブリュースター角度と一致させて傾けることにより完全に反射率を0にすることができるが、傾き角度が大きく透過波面の画像が扁平となるため、空間分解能が劣化する。
【0023】
またウエハーを傾けてさえすれば式9より屈折率分布が計算できるわけはない。ウエハー主面法線方向を斜めにして使用するため、さらに詳細な解析が必要となる。
【0024】
以下XカットLiNbO3ウエハーを例にとって動作原理を説明する。今入ウエハー主面法制方向に対する入射角度がθとなるようにウエハーを傾けた場合を考える。まず図3(a)に示すように、ウエハーの配置はP波の偏光軸と結晶のz軸が一致する方向にセットする。このときの結晶内入射角度をθ1z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)との和であらわされる。一定屈折率成分nez1z)と空間依存性を有する成分をΔnez(x、y、θ1z)とし、このとき観測される位相差分布をΔZ1(x、y)とすると位相差分布は式(10)のように表される。
【0025】
【式10】

Figure 0003894863
【0026】
ここでφ1は位相差の一定成分である。
【0027】
さらに図3(b)のように試料を90°回転させ、偏光方向と結晶のy軸方向と一致させる。このときの結晶内入射角度をθ1yとすると観測される位相差分布ΔY1(x、y)は式(11) で与えられる。
【0028】
【式11】
Figure 0003894863
【0029】
ここでney1y)>>Δney(x,y,θ1y)、 L0>>ΔL(x,y) であるので
式(11)左辺のΔney(x,y,θ1y) ・ΔL(x,y)の項は無視することができる。またφ1=neZ1Z)・L0、φ2=ney2Z)・ L0 を仮定すると式(11)より
【0030】
【式12】
Figure 0003894863
【0031】
式(12)を用いて式(11)は式(13)のように変形される。
【0032】
【式13】
Figure 0003894863
【0033】
次に実測される屈折率の空間分布ΔneZ(x,y,θ1Z)と結晶のz軸偏光の屈折率空間分布ΔnZ(x,y)の関係式を明らかにする。ここで均質な材料を仮定するとP偏光(結晶のy軸方向の偏光)異常光屈折率の角度依存性は
【0034】
【式14】
Figure 0003894863
【0035】
一軸性結晶を仮定し、Δny=Δnx nx=ny、とすると ney(θ)の空間分布は式(15)であらわされる。
【0036】
【式15】
Figure 0003894863
【0037】
一方、試料を90°回転させP偏波とy軸方向を一致させた場合、結晶y軸方向の偏光異常光屈折率の角度依存性は
【0038】
【式16】
Figure 0003894863
【0039】
neZ(θ)の空間分布は式(17)であらわされる。
【0040】
【式17】
Figure 0003894863
【0041】
ここで係数δneZ(θ)/δnZは式(16)をnZで微分することにより次のように求められる。
【0042】
【式18】
Figure 0003894863
【0043】
式(14)から式(18)を用いて、式(13)をΔnZ(x,y)を用いて書き直すと式(19)が得られる。
【0044】
【式19】
Figure 0003894863
【0045】
式(19)より結晶の複屈折率分布ΔnZ/nZ−ΔnX/nX〜(ΔnZ−ΔnX)/nZを算出することが可能である。この場合式(19)には試料厚みの空間分布ΔL(x,y)に関する項は含まれていないため厚みむらによらず複屈折率分布のみ抽出できることがわかる。この場合常光屈折率の空間分布が異常光屈折率の空間分布と比べて無視できるほど小さいという仮定は必要無いことがわかる。したがって任意の結晶材料に関しても適用可能である。
【0046】
またLiNbO3結晶においては図4に示すように異常光屈折率ne(nx=ny) はLi組成比依存性にほとんど依存しないため空間依存性は極めて小さいためΔnX(x,y)=0とすると屈折率分布ΔnZ/nZを算出することができる。
【0047】
以上測定原理について説明したが、実際の測定装置および計算手順を説明する。図6に示すように試料透過位相を測定するためにいわゆる干渉計1を構成する。干渉計はレーザ光源部30と部分反射鏡20と試料部に配置した試料10を通過して反射鏡3により干渉計に戻った光を干渉させる干渉部から構成されている。参照ミラーまでの光学長を参照ミラーに取り付けたピエゾ素子等でわずかに変化させ干渉リングの動きから試料の位相を算出することができる。
【0048】
試料部は図3(a)に示すように試料を45度傾斜させ、P偏光が結晶のz軸方向と一致するように配置する。このときに得られる透過波面画像ΔZ1(x、y)は図7(a)に示すようにz軸方向に短縮された楕円の形状となる。
【0049】
一方、試料を90°回転させP偏光方向と試料のy軸を一致させる(図3(b))。このときに得られた透過波面の画像ΔY1(x、y)図8(a)は結晶のy軸方向に短縮された楕円の形状となる。この短軸方向の異なった2つの画像を式(19)を用いて計算するには工夫が必要となる。
【0050】
両画像とも短軸方向を拡大し、y、z軸方向とも等しい比率の円形の画像に変換する (図7(b)、8(b))。この状態で両画像の軸方向は直交しているのでどちらか一方の画像を(説明ではΔY1(x、y)画像を)90°逆回転させ両画像の座標軸方向を一致させる(図8(c))。
【0051】
こうして変換された画像ΔZ1(x、y)図7(b)、ΔY1(x、y)図8(c)を用いて式(10)より屈折率分布ΔnZ(x、y)を算出することができる。
【0052】
以上説明したように、XカットLiNbO3ウエハーの場合、試料を傾けて配置し、P偏光のまま試料を90°回転させて2つのz偏光方向、y偏光方向でのの光路長ΔZ(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20から屈折率分布Δnz(x、y)を計測することが可能であることがわかった。
【0053】
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10000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。
またP偏光のみを用いているためウエハー表裏の多重干渉による干渉パターンの影響もなく精度よく測定できる。
【0054】
さらに精度を向上させるために次の問題を解決する方法が望ましい。まず、試料がない場合の干渉計本体の透過波面に歪もしくは波面に傾きが(バイアス成分)存在する場合、試料を通過させた場合の透過波面にこのバイアス成分が重畳されることになる。従って図7(a)図8(a)に同じバイアス成分が重畳される。図8(c)のように画像を90度回転させるためこのバイアス成分も90°回転され、図7(a),図8(a)の同一量重畳されたバイアス成分でも、式20で算出する最、キャンセルされずに屈折率の傾斜成分となって観測されることになる。
【0055】
第二に、試料を90°回転させて測定するために、同じy、z座標上の観測される位相を用いて計算しても、実際には光路は同じでなくy、z座標は同じでも90°回転した光路を通過した位相差を用いることになる。このため試料厚みに傾きや大きな厚みむらがある場合は試料厚みむらの差し引き効果が弱く、結果的に計算された屈折率分布にバイアス成分や見かけ上の不均一を生じることになる。
【0056】
この2点を改良するために、図9に示すように90°ステップで試料を回転させ、4つの透過波面を計測する(ここではそれぞれ+Z画像(図9(a))、+Y画像(図9(d))、-Z画像(図9(b))、-Y画像(図9(e))と呼ぶ)。-Z画像は180°画像回転され+Z画像に加えられる。また-Y画像も180°画像回転し+Y画像にくわえ込む。ここでそれぞれ加えられた画像をZ2画像(図9(c))、Y2画像(図9(f))とすると、夫々の透過波面画像は直線傾斜などのバイアス成分はキャンセルされることになる。Z2の透過波面分布をΔZ1(x、y) (図9(c))、Y2の透過波面分布をΔY1(x、y) (図9(f))とすると式20より屈折率分布を計算することができる。このときの試料厚みは2倍となることに注意する必要がある。またZ2,Y2画像を用いることにより、ウエハー厚み方向に光路が90°回転していることによる効果は空間的に平均化され緩和させることができた。
【0057】
以上のように90°ずつ試料を回転させた際の4つの透過波面を用いて計算することにより、その分空間分解能は若干劣化するが、干渉計のバイアス成分の影響を受けることなく精度よく屈折率分布のみを測定することが可能となった。
【0058】
【発明の実施形態】
第一の実施形態として、zカット5インチLiNbO3ウエハーを用い(厚み1000μm)屈折率分布を測定した場合を図10に示す。図10(a)は測定システムの正面図、図10(b)は側面図を示す。透過波面歪(光路長)を測定するために、ZYGO社製の干渉計(GPI-XP)を使用した。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。
【0059】
まず干渉計本体1からは6インチ径のHe-Neレーザ光は出射される。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を通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。
【0060】
次に図10(a)(b)に示すようにXカットLiNbO3ウエハーの結晶のx軸が光軸12に対して角度45度となるように回転ステージ7を調整し傾けてセットする。またz軸がP偏光方向と一致するように試料台8の上で試料10をセットする。 この時,図11(a)に示すように干渉計本体の偏光方向が試料傾斜面内になるP波方向となるようにしまた試料のz軸方向がP波偏光と一致する向きに試料をセットし透過波面歪を計測する。この状態で透過波面歪ΔZ(x、y)を測定した結果を図12に示した。取得したデータは一旦、図示されていないパーソナルコンピュータの記憶装置に記録する。
【0061】
次に図11(b)に示すようにウエハー10を試料台8の上で試料x軸を中心として90度回転させ、干渉計本体P波偏光方向と結晶y軸が一致するように配置し透過波面歪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13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(図示せず)上の記憶装置に記録する。
測定が終了後、P波Z軸の透過波面歪ΔZ(x、y)とP波Y軸透過波面歪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、図7、8に示した手順で式(19)に従って屈折率nzの分布Δnz (x,y)を計算する。計測した結果を図14に示した。最大.のΔnz (x,y)の量は0.0003程度であり、小数点4桁めの屈折率分布が抽出できることがわかる。
図14を見てわかるように図12、13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。
【0062】
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KLNである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。
【0063】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、LiNbO3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。
【図面の簡単な説明】
【図1】斜め入射での光軸図
【図2】LN反射率の入射角度依存性
【図3】(a)結晶のz軸と偏光方向が平行の場合(b)結晶のy軸と偏光方向が平行の場合
【図4】LN屈折率のLi組成比依存性
【図5】厚み分布を打ち消して屈折率のみを抽出する方法の説明図
【図6】測定システムを示すブロック図
【図7】測定された画像データの回転変形の仕方を示す図
【図8】測定された画像データの回転変形の仕方を示す図
【図9】透過波面傾斜成分を取り除く測定方法
【図10】(a)測定装置の正面図(b)測定装置の側面図
【図11】偏光方向と試料の結晶軸との関係を示す図
【図12】Z軸偏光の透過波面測定図
【図13】Y軸方向の透過波面測定図
【図14】ウエハーの複屈折分布測定図
【符号の説明】
1・・干渉計、 3・・反射鏡、 4・・ミラーマウント
5、6・・チルト調整ネジ、 7・・ 回転ステージ、 8・・ 試料台
10・・試料、 12・・光軸[0001]
[Prior art]
With the progress of optical communication and IT, single crystal wafers with electro-optic effect have become an important role to play. In particular, in optical fiber communication, a wavelength division multiplexing WDM system that multiplexes and transmits light of many wavelengths on one optical fiber is used in order to cope with an explosive increase in communication volume. Furthermore, in order to cope with the increase in the amount of information, the modulation speed is increasing from 2.5 GHz to 10 GHz, and further to 40 GHz and 80 GHz in the future. In particular, as a modulator used for a long-distance trunk line system, an optical modulator using an inorganic single crystal lithium neobate (LiNbO3) crystal is used. An optical modulator using lithium neobuate forms a Mach-Zehnder-type waveguide by titanium diffusion and applies an electric field that constitutes an electrode to the Mach-Zender arm part, thereby modulating the refractive index of one arm. Is to modulate.
[0002]
As the modulation speed increases from 10 GHz to 40 GHz, the required element length increases, and a more uniform lithium neobate wafer is desired. Also, if the Li concentration is different, the titanium diffusion speed at the time of waveguide creation is different, so the optical waveguide size changes and the mode diameter of the light changes. It is considered that the manufacturing margin decreases as the design is performed at a higher speed, and even a slight change in waveguide characteristics causes a change in the operating voltage, resulting in a deterioration in yield. For this reason, a LiNbO3 substrate for a high-speed modulator of 40 GHz or more is desired to have a uniform composition distribution with a Li concentration fluctuation of 0.01 mol% or less.
[0003]
On the other hand, it is known that the Li / Nb composition ratio changes during crystal growth when the Li / Nb composition ratio deviates from the congruent composition (Li = 48.5 mol%). Therefore, the composition ratio is usually different between the upper part and the lower part of the grown ingot. Variations in composition are also observed within the wafer. Therefore, it is important to measure the Li / Nb composition ratio distribution with high accuracy in order to evaluate wafers for optical applications.
[0004]
Conventionally, as a method of measuring such a Li / Nb composition ratio, a method of cutting a wafer and measuring a Curie temperature by thermal analysis such as DTA (Differential Thermal Analysis) or DSC (Differential Scanning Calorimetory) is known. This is based on the fact that the Curie temperature Tc changes linearly with respect to the Li concentration (ΔTc / ΔLi to 1 ° C / mol%), but the measurement accuracy itself is limited (0.6 ° C) The spatial resolution is also poor (3 mm) and cannot be used practically. In addition, it is a destructive inspection and takes a long time to measure (3 hours for one point measurement).
[0005]
Conventionally, it is known that the refractive index for extraordinary light decreases linearly with respect to the Li concentration. (U.Schlarb and K.Betzler Physical Review B Vol.50, No2, 751 (1994))
If this is utilized, if the refractive index distribution with respect to extraordinary light is measured, the Li concentration distribution can be measured.
[0006]
It can be easily imagined that by measuring the change of the transmitted wavefront of the wafer, the refractive index concentration distribution in the wafer can be measured and calculated. As a device for measuring such a transmitted wavefront, for example, an interferometer such as a Twiman Green interferometer or a Michelson interferometer has been put into practical use, which has characteristics of non-contact, non-destructive, and non-contaminating. However, this method has problems in the following two points.
[0007]
The first problem is the multiple interference effect. Since the wafer is usually polished in parallel, when light is allowed to pass, some of the light undergoes multiple reflections, and so-called interference patterns also occur at the same time. For this reason, there is a problem that necessary information is buried because the interference pattern is superimposed on the image of the transmitted wavefront itself. In order to avoid such an interference effect, it is necessary to polish the wafer to a substrate having a wedge of about 3 ° instead of a parallel plate. Wedge polishing is technically difficult, especially for large wafers, and requires a lot of labor. Further, since the wafer as a product is a parallel plate, there is a problem that it cannot be used for product inspection. Although non-reflective coating can be performed on both sides, there is a problem that a coating process is required and it cannot be used particularly in product inspection or in-line rapid measurement.
[0008]
The second problem is that only the refractive index distribution cannot be detected. When the thickness of the measurement sample is ideally parallel and the thickness distribution is so small that it can be ignored, the refractive index distribution can be calculated by measuring the transmitted wavefront distortion with the sample thickness being constant. However, in general, this assumption does not hold. In particular, since a large thickness unevenness exists for a wafer-shaped large sample, normal thickness measurement of transmitted wavefronts cannot distinguish the refractive index distribution from the wafer thickness unevenness and the refractive index distribution. This will be specifically described as follows.
[0009]
If the spatial change in refractive index is Δn (x, y), the spatial change in wafer thickness is ΔL (x, y), and the constant values are n 0 and L 0 , the refractive index is n (x, y) and the wafer The thickness L (x, y) is expressed as in equations (1) and (2).
n (x, y) = n 0 + Δn (x, y) (1)
L (x, y) = L 0 + ΔL (x, y) (2)
Accordingly, the optical length OL (Optical Length) is expressed by equation (3).
OL (x, y) = n (x, y) · L (x, y) = (n 0 + Δn (x, y)) · (L 0 + ΔL (x, y))
= n 0 L 0 + L 0 · Δn (x, y) + n 0 · ΔL (x, y) + Δn (x, y) · ΔL (x, y) (3)
If the second minute amount (third term on the right side) of the equation (3) is ignored, the equation (3) is approximated as shown in (4).
L (x, y) to n 0 L 0 + L 0 · Δn (x, y) + n 0 · ΔL (x, y) (4)
Although it is desirable to make the wafer thickness uniform, in reality, the deviation ΔL (x, y) from the parallel wafer thickness distribution is about 1 μm with a 5-inch diameter. Since n 0 is about 2.2, the size of the third term is a value of 2.2 μm. Further, the refractive index fluctuation Δn (x, y) corresponding to the Li concentration deviation of 0.01 mol% is about 0.0001, and the wafer thickness L 0 is about 800 μm, so the second term size is about 0.08 μm. is there. Therefore, the size of the second term of the equation (4) to be measured is 2 to 3 orders of magnitude smaller than the size of the third term due to the uneven thickness. For this reason, it is impossible to measure the Li concentration distribution through refractive index distribution measurement by wavefront observation. Because of these two problems, it is difficult to measure the refractive index distribution using an interferometer and calculate the composition ratio distribution.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the problems of the prior art, the object of the present invention is not affected by the interference between the front and back of the wafer, and is not affected by the wafer thickness distribution. It is to be able to measure.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in a refractive index or birefringence distribution measurement method by transmission wavefront measurement, in a sample having two opposing main surfaces on which light can enter, the vertical direction of the main surface is a constant inclination angle with respect to the optical axis. Yo sample is inclined, the first transmitted wavefront in a case where to match the polarization direction of the P polarized light to the first principal axis of the sample, the second main spindle in which the polarization direction of the P polarized light orthogonal to the first spindle In this method, the refractive index or the birefringence distribution is measured from the second transmitted wavefront in the case of matching.
[0012]
Further, according to the present invention, in a refractive index or birefringence distribution measurement method by transmission wavefront measurement, in a sample having two main surfaces facing each other on which light can be incident, the vertical direction of the main surface is a constant inclination angle with respect to the optical axis. sample is inclined so that, a second transmitted wavefront of the case of rotating a first transmitted wavefront of when to match the first principal axis of the sample the polarization direction of the P polarized light, the more 180 ° sample The refractive index from the third transmitted wavefront when the polarization direction of the P-polarized light coincides with the second principal axis direction orthogonal to the first principal axis and the fourth transmitted wavefront when the sample is further rotated by 180 degrees a method of measuring the birefringence distribution.
[0013]
Here, the constant inclination angle is preferably a Brewster angle at which no reflection occurs. This is because setting the sample at the Brewster angle can reduce errors in measurement values due to multiple interference on both surfaces of the sample.
[0014]
The birefringent crystal is preferably LiNbO3 whose principal surface perpendicular direction coincides with the x or y axis, and the birefringent crystal is preferably LiNbO3 whose principal surface perpendicular direction coincides with the z axis. By doing in this way, even when the sample is rotated, elliptical polarization or the like does not occur when passing through the sample, so that more accurate measurement can be performed.
[0015]
The present invention separates the light generated from the light source unit into measurement light and reference light, and means for passing a measurement light to the subject sample, to interfere with the reference light measuring light that has passed through the test object, interference wherein an image acquisition unit for capturing an image, the apparatus comprising a computing unit for analyzing the acquired image to calculate the refractive index or birefringence distribution of the test sample using any method of measuring the And a refractive index or birefringence distribution measuring device.
[0016]
FIG. 4 shows the Li / Nb composition ratio dependence of the ordinary and extraordinary refractive indexes of LiNbO3 crystals calculated based on the data shown in Document 1. It can be seen that the ordinary light component n o (n x , n y ) of the refractive index is constant regardless of the composition ratio, whereas the extraordinary light component ne (nz) of the refractive index has a strong correlation with the composition ratio. . If there is a Li / Nb composition ratio distribution in the LiNbO3 wafer, the refractive index for polarized light in the ordinary light direction is constant, but the refractive index for polarized light in the extraordinary light changes in proportion to the Li / Nb composition ratio. Means that
[0017]
On the other hand, the distribution of the wafer thickness ΔL (x, y) is the same for both extraordinary light and ordinary light if the location is the same. Therefore, the thickness distribution ΔL (x, y) is calculated from the transmitted wavefront measurement of ordinary light polarization, and the thickness distribution ΔT (x, y) is used to cancel the effect of the thickness distribution in the transmitted wavefront measurement of abnormal light polarization. Only the refractive index distribution can be extracted.
[0018]
The x-cut LiNbO3 will be specifically described below. The LiNbO 3 crystal is a uniaxial crystal, and the extraordinary refractive index ne is in the z-axis direction, and the x and y axes have the same refractive index and the ordinary refractive index no. As shown in FIG. 5, the X-cut is another name for the wafer shape in which the X-axis is oriented in the direction perpendicular to the wafer surface, and the z-axis direction in which the refractive index changes in proportion to the Li / Nb composition ratio exists in the main surface of the wafer. . A y-axis equivalent to the x-axis also exists in the main surface.
ne (x, y) = ne 0 + Δne (x, y) (5)
no (x, y) = no 0 (6)
L (x, y) = L 0 + ΔL (x, y) (2)
Therefore, the optical path length is expressed by equation (3).
The optical path length OLo for ordinary light is
OLo (x, y) = no0 · L (x, y) = no 0 · (L 0 + ΔL (x, y))) (7)
The optical path length OLe for extraordinary light is
OLe (x, y) = ne (x, y) · L (x, y) = (ne 0 + Δn (x, y)) · (L 0 + ΔL (x, y))
~ Ne0 (L 0 + ΔL (x, y)) + L 0 · Δn (x, y) (8)
Therefore, rewriting equation (8) using equation (7)
OLe (x, y) = ne 0 OLo (x, y) / no 0 + L 0 · Δne (x, y) (9)
The optical path length OL can be measured by an interferometer or the like. Therefore, OLe (x, y) and OLo (x, y) are values that can be actually measured. Assuming that the extraordinary refractive index ne 0 , the ordinary refractive index no 0 , and the wafer thickness L 0 are known, the refractive index distribution Δne (x, y) can be calculated from the equation (9). From the refractive index distribution of the extraordinary light, it is possible to derive the Li / Nb composition ratio distribution using the configuration curve of FIG.
[0019]
However, when measuring at normal incidence, multiple interference occurs between the front and back of the wafer, and the phase distribution observed due to this influence slightly overlaps the multiple interference pattern, affecting the festival that extracts a slight refractive index distribution. Will receive.
[0020]
In order to solve these problems, the present invention focuses on the fact that the interference effect between the front and back sides can be reduced if only P-polarized light is used, and the present invention focuses on the difference in the composition ratio dependence of the refractive index due to the difference in polarization. It was. As shown in FIG. 1, let us consider a case where the principal surface normal direction of the LiNbO3 wafer is inclined with respect to the optical axis so that the incident angle is θ. If the plane including the normal direction of the main surface of the wafer and the optical axis is defined as the incident plane, the polarized light in the incident plane is referred to as P-polarized light, and the polarized light in the direction perpendicular to the incident plane is referred to as S-polarized light. FIG. 2 shows the calculated reflectance per one wafer surface when the incident angle θ is changed.
[0021]
In the case of vertical incidence of θ = 0 degree, reflection of about 15% occurs for both S wave and P polarization. When tilted, the reflectivity decreases with respect to P-polarized light, and there is a point at which no reflection occurs at about θ = 65 degrees. This is known to exist only in P-polarized light at an angle called the Brewster angle. (Optical and electromagnetic theory, Miyoshi Tanroku, Bafukan 1987) On the other hand, for S waves, the reflectance increases monotonically with the angle, and there is no angle at which no reflection occurs.
[0022]
The present invention pays attention to this point, and comes up with the idea of measuring only the refractive index distribution by tilting the normal direction of the main surface of the wafer with respect to the optical axis and using only P-polarized light to reduce or eliminate the effect of interference. It's just a matter of things. Ideally, the reflectivity can be completely reduced to 0 by inclining it so as to coincide with the Brewster angle. However, since the tilt angle is large and the image of the transmitted wavefront is flattened, the spatial resolution is deteriorated.
[0023]
Further, the refractive index distribution cannot be calculated from Equation 9 as long as the wafer is tilted. Since the wafer main surface normal direction is used obliquely, further detailed analysis is required.
[0024]
The operation principle will be described below using an X-cut LiNbO3 wafer as an example. Consider a case where the wafer is tilted so that the incident angle with respect to the normal direction of the main wafer surface is θ. First, as shown in FIG. 3A, the wafer is set in a direction in which the polarization axis of the P wave coincides with the z axis of the crystal. The angle of incidence within the crystal at this time is θ 1z . Assuming that the wafer thickness has a distribution in the plane (x, y), it is the sum of the constant thickness regardless of the position and the component ΔL (x, y) depending on the two-dimensional position of the wafer. Appears. If the constant refractive index component n ez1z ) and the spatially dependent component are Δn ez (x, y, θ 1z ), and the observed phase difference distribution is ΔZ 1 (x, y), then the phase difference The distribution is expressed as in Equation (10).
[0025]
[Formula 10]
Figure 0003894863
[0026]
Here, φ 1 is a constant component of the phase difference.
[0027]
Further, as shown in FIG. 3B, the sample is rotated by 90 ° so that the polarization direction coincides with the y-axis direction of the crystal. The phase difference distribution ΔY 1 (x, y) observed when the intra-crystal incident angle at this time is θ 1y is given by equation (11).
[0028]
[Formula 11]
Figure 0003894863
[0029]
Here, n ey1y ) >> Δn ey (x, y, θ 1y ), L 0 >> ΔL (x, y), so Δn ey (x, y, θ 1y ) on the left side of equation (11) • The term ΔL (x, y) can be ignored. Assuming φ 1 = n eZ1Z ) · L 0 and φ 2 = n ey2Z ) · L 0
[Formula 12]
Figure 0003894863
[0031]
Using equation (12), equation (11) is transformed into equation (13).
[0032]
[Formula 13]
Figure 0003894863
[0033]
Next, the relational expression between the refractive index spatial distribution Δn eZ (x, y, θ 1Z ) actually measured and the refractive index spatial distribution Δn Z (x, y) of the z-axis polarization of the crystal will be clarified. Assuming a homogeneous material, the angular dependence of the P-polarized light (polarized light in the y-axis direction of the crystal) extraordinary light refractive index is
[Formula 14]
Figure 0003894863
[0035]
Assuming a uniaxial crystal, Δn y = Δn x , If n x = n y , then the spatial distribution of n ey (θ) is expressed by equation (15).
[0036]
[Formula 15]
Figure 0003894863
[0037]
On the other hand, when the sample is rotated 90 ° so that the P polarization and the y-axis direction coincide with each other, the angular dependence of the polarization anomalous refractive index in the crystal y-axis direction is
[Formula 16]
Figure 0003894863
[0039]
The spatial distribution of n eZ (θ) is expressed by equation (17).
[0040]
[Formula 17]
Figure 0003894863
[0041]
Here, the coefficient Δn eZ (θ) / Δn Z is obtained as follows by differentiating the equation (16) by n Z.
[0042]
[Formula 18]
Figure 0003894863
[0043]
Using equation (14) to equation (18) and rewriting equation (13) using Δn Z (x, y), equation (19) is obtained.
[0044]
[Formula 19]
Figure 0003894863
[0045]
From the formula (19), it is possible to calculate the birefringence distributions Δn Z / n Z −Δn X / n X to (Δn Z −Δn X ) / n Z of the crystal. In this case, since the expression (19) does not include a term relating to the spatial distribution ΔL (x, y) of the sample thickness, it can be seen that only the birefringence distribution can be extracted regardless of the thickness unevenness. In this case, it is understood that it is not necessary to assume that the spatial distribution of the ordinary light refractive index is negligibly small compared to the spatial distribution of the extraordinary light refractive index. Therefore, it can be applied to any crystal material.
[0046]
Further, in the LiNbO3 crystal, as shown in FIG. 4, the extraordinary refractive index ne (n x = ny ) hardly depends on the Li composition ratio dependence, and therefore the spatial dependence is very small. Therefore, Δn X (x, y) = If 0, the refractive index distribution Δn Z / n Z can be calculated.
[0047]
Although the measurement principle has been described above, an actual measurement apparatus and calculation procedure will be described. As shown in FIG. 6, a so-called interferometer 1 is configured to measure the sample transmission phase. The interferometer includes a laser light source unit 30, a partial reflection mirror 20 and an interference unit that causes light reflected by the reflection mirror 3 to return to the interferometer through the sample 10 disposed in the sample unit. The phase of the sample can be calculated from the movement of the interference ring by slightly changing the optical length to the reference mirror with a piezo element or the like attached to the reference mirror.
[0048]
As shown in FIG. 3 (a), the sample portion is inclined by 45 degrees and arranged so that the P-polarized light coincides with the z-axis direction of the crystal. The transmitted wavefront image ΔZ 1 (x, y) obtained at this time has an elliptical shape shortened in the z-axis direction as shown in FIG.
[0049]
On the other hand, the sample is rotated by 90 ° so that the P-polarized light direction coincides with the y-axis of the sample (FIG. 3B). The transmitted wavefront image ΔY 1 (x, y) obtained at this time has an elliptical shape shortened in the y-axis direction of the crystal. It is necessary to devise to calculate two images with different short axis directions using the equation (19).
[0050]
Both images are enlarged in the minor axis direction and converted into circular images with the same ratio in both the y and z axis directions (FIGS. 7B and 8B). In this state, since the axial directions of both images are orthogonal, either one of the images (in the explanation, the ΔY 1 (x, y) image) is reversely rotated by 90 ° so that the coordinate axis directions of both images coincide with each other (FIG. 8 ( c)).
[0051]
Image ΔZ 1 (x, y) converted in this way FIG. 7B, ΔY 1 (x, y) Refractive index distribution Δn Z (x, y) is calculated from equation (10) using FIG. 8C. can do.
[0052]
As described above, in the case of an X-cut LiNbO3 wafer, the sample is placed at an angle, and the sample is rotated 90 ° with the P-polarized light, and the optical path length ΔZ (x, y in the two z-polarized and y-polarized directions is obtained. ), by measuring the [Delta] y (x, y) of the optical interferometer and the like, it was found that it is possible to measure the refractive index distribution Δn z (x, y) from equation 20.
[0053]
By performing such an operation, it was possible to accurately calculate a slight refractive index distribution of about 1/10000 that was hidden behind the wavefront distortion due to the thickness distribution ΔL (x, y) and was not visible.
In addition, since only P-polarized light is used, it is possible to measure accurately without the influence of interference patterns due to multiple interference on the front and back of the wafer.
[0054]
In order to further improve accuracy, a method for solving the following problem is desirable. First, when there is distortion or inclination (bias component) in the transmitted wavefront of the interferometer body when there is no sample, this bias component is superimposed on the transmitted wavefront when the sample is passed. Accordingly, the same bias component is superimposed on FIG. 7 (a) and FIG. 8 (a). As shown in FIG. 8C, this bias component is also rotated by 90 ° in order to rotate the image by 90 degrees, and the bias component with the same amount superimposed in FIG. 7A and FIG. However, it is observed as a gradient component of the refractive index without being canceled.
[0055]
Second, in order to measure by rotating the sample by 90 °, even if calculation is performed using the observed phase on the same y and z coordinates, the optical path is not the same and the y and z coordinates are the same. The phase difference passing through the optical path rotated by 90 ° is used. For this reason, if the sample thickness is inclined or has large thickness unevenness, the effect of subtracting the sample thickness unevenness is weak, and as a result, a bias component or apparent nonuniformity is generated in the calculated refractive index distribution.
[0056]
In order to improve these two points, the sample is rotated in 90 ° steps as shown in FIG. 9 and four transmitted wavefronts are measured (here, + Z image (FIG. 9 (a)), + Y image ( 9D), -Z image (FIG. 9B), -Y image (referred to as FIG. 9E)). -Z image is rotated 180 ° and added to + Z image. The -Y image is also rotated 180 ° and added to the + Y image. If the added images are Z2 image (FIG. 9C) and Y2 image (FIG. 9F), bias components such as linear inclination are canceled in each transmitted wavefront image. If the transmitted wavefront distribution of Z2 is ΔZ 1 (x, y) (Fig. 9 (c)) and the transmitted wavefront distribution of Y2 is ΔY 1 (x, y) (Fig. 9 (f)), the refractive index distribution is obtained from Equation 20. Can be calculated. It should be noted that the sample thickness at this time is doubled. Also, by using the Z2 and Y2 images, the effect of rotating the optical path by 90 ° in the wafer thickness direction was spatially averaged and alleviated.
[0057]
As described above, calculation is performed using the four transmitted wavefronts when the sample is rotated by 90 °, so that the spatial resolution is slightly degraded. However, the refraction is performed accurately without being affected by the bias component of the interferometer. It became possible to measure only the rate distribution.
[0058]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a first embodiment, FIG. 10 shows a case where a refractive index profile is measured using a z-cut 5 inch LiNbO 3 wafer (thickness: 1000 μm). FIG. 10 (a) is a front view of the measurement system, and FIG. 10 (b) is a side view. In order to measure the transmitted wavefront distortion (optical path length), an interferometer (GPI-XP) manufactured by ZYGO was used. The reflection mirror 3 is mounted on a mirror mount 4 with tilt adjustment, and tilt can be adjusted by tilt adjustment screws 5 and 6. These optical systems are arranged on a classic anti-vibration optical system, and the whole is arranged in a clean bench controlled at a temperature of 0.1 ° C.
[0059]
First, a 6-inch diameter He—Ne laser beam is emitted from the interferometer body 1. The emitted light propagates on the optical axis 12, is reflected by the reflecting mirror 3, and returns to the interferometer body through the same optical axis 12. Adjust the tilt of the reflecting mirror without a sample.
[0060]
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, the rotary stage 7 is adjusted and tilted so that the x-axis of the crystal of the X-cut LiNbO 3 wafer is at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis 12. Further, the sample 10 is set on the sample stage 8 so that the z-axis coincides with the P polarization direction. At this time, set the sample so that the polarization direction of the interferometer body is the P-wave direction in the sample tilt plane and the z-axis direction of the sample coincides with the P-wave polarization as shown in FIG. 11 (a). The transmitted wavefront distortion is measured. The measurement result of the transmitted wavefront distortion ΔZ (x, y) in this state is shown in FIG. The acquired data is once recorded in a storage device of a personal computer (not shown).
[0061]
Next, as shown in FIG. 11 (b), the wafer 10 is rotated 90 degrees on the sample stage 8 around the sample x axis, and the interferometer body P wave polarization direction is aligned with the crystal y axis and transmitted. The wavefront distortion ΔY (x, y) is measured. The result of measuring the transmitted wavefront distortion ΔY (x, y) in this state is shown in FIG. The acquired data is once recorded in a storage device on a personal computer (not shown).
After the measurement is completed, the P wave Z-axis transmitted wavefront distortion ΔZ (x, y) and the P-wave Y-axis transmitted wavefront distortion ΔY (x, y) are read from the storage area of the personal computer, and the procedure shown in FIGS. in calculating the distribution [Delta] n z refractive index n z (x, y) according to equation (19). The measured results are shown in FIG. The maximum Δn z (x, y) amount is about 0.0003, and it can be seen that the refractive index distribution of the fourth decimal place can be extracted.
As can be seen from FIG. 14, the refractive index distribution is completely different from the shape reflecting the wafer thickness distribution of FIGS. 12 and 13, indicating that the refractive index distribution independent of the wafer thickness can be accurately measured.
[0062]
In the above embodiment, the case where a LiNbO3 crystal is used as a uniaxial crystal has been described. However, the present invention is not limited to this, and the refractive index of other biaxial crystals such as LiTaO3 and KLN which are other uniaxial crystals can be measured. Obviously, it may be used.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a measurement method for quickly measuring a refractive index distribution depending on a composition ratio in a crystal such as a LiNbO 3 crystal whose refractive index changes depending on the composition ratio. .
[Brief description of the drawings]
[Fig. 1] Optical axis diagram at oblique incidence [Fig. 2] Incident angle dependence of LN reflectivity [Fig. 3] (a) When crystal z-axis and polarization direction are parallel (b) Crystal y-axis and polarization When the directions are parallel [FIG. 4] Dependence of the LN refractive index on the Li composition ratio [FIG. 5] An explanatory diagram of a method of extracting only the refractive index by canceling the thickness distribution [FIG. 6] A block diagram showing the measurement system [FIG. FIG. 8 is a diagram showing how to rotate and measure the measured image data. FIG. 8 is a diagram showing how to rotate and measure the measured image data. FIG. 9 is a measuring method for removing the transmitted wavefront slope component. Front view of the measuring device (b) Side view of the measuring device [FIG. 11] A diagram showing the relationship between the polarization direction and the crystal axis of the sample [FIG. 12] A transmitted wavefront measurement diagram of the Z-axis polarized light [FIG. Transmission wavefront measurement diagram [Fig. 14] Wafer birefringence distribution measurement diagram [Explanation of symbols]
1 ... Interferometer 3 ... Reflector 4 ... Mirror mount 5 6 ... Tilt adjustment screw 7 ... Rotary stage 8 ... Sample stage 10 ... Sample 12 ... Optical axis

Claims (6)

透過波面測定による屈折率または複屈折率分布測定法において、光が入射できる対向する2つの主面を有した試料において、主面鉛直方向が光軸に対して一定傾斜角度となるよう試料を傾斜させ、P偏光の偏光方向を測定試料の第一の主軸一致させた場合の第一の透過波面と、P偏光の偏光方向を第一の主軸と直交した第二の主軸に一致させた場合の第二の透過波面とから屈折率または複屈折率分布計測する方法。In the refractive index or birefringence distribution measurement method by transmitted wavefront measurement, the sample is tilted so that the vertical direction of the main surface is at a constant tilt angle with respect to the optical axis in a sample having two main surfaces facing each other where light can enter. is allowed, if fitted to the second spindle which is perpendicular to the first transmitted wavefront in a case where to match the polarization direction of the P polarized light to the first principal axis of the measurement sample, a first main axis the polarization direction of the P polarized light A method of measuring a refractive index or a birefringence distribution from the second transmitted wavefront. 透過波面測定による屈折率または複屈折率分布測定法において、光が入射できる対向する2つの主面を有した試料において、主面鉛直方向が光軸に対して一定傾斜角度となるよう試料を傾斜させ、 P偏光の偏光方向を測定試料の第一の主軸と一致させた場合の第一の透過波面と、さらに180度試料を回転させた場合の第二の透過波面と、P偏光の偏光方向第一の主軸と直交した第二の主軸方向に一致させた場合の第三の透過波面とさらに180度試料回転させた場合の第四の透過波面とから屈折率または複屈折率分布計測する方法。In the refractive index or birefringence distribution measurement method by transmitted wavefront measurement, the sample is tilted so that the vertical direction of the main surface is at a constant tilt angle with respect to the optical axis in a sample having two main surfaces facing each other where light can enter. The first transmitted wavefront when the polarization direction of the P- polarized light coincides with the first principal axis of the measurement sample, the second transmitted wavefront when the sample is further rotated 180 degrees, and the polarization of the P-polarized light The refractive index or birefringence distribution is calculated from the third transmitted wavefront when the direction is coincident with the second principal axis direction orthogonal to the first principal axis and the fourth transmitted wavefront when the sample is further rotated 180 degrees. a method of measuring. 前記、一定傾斜角度は無反射となるブリュースター角度であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方法。Wherein, Method person according to claim 1 or claim 2, wherein the predetermined tilt angle is Brewster angle at which no reflection. 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から請求項3のいずれかに記載の方法。The birefringent crystals, methods better according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the LiNbO3 main surface perpendicular direction coincides with the x or y axis. 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1から請求項3のいずれかに記載の方法。The birefringent crystals, methods better according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the LiNbO3 main surface perpendicular direction is coincident with the z-axis. 光源部から発生する光を参照光と測定光に分離し、測定光を被検試料に通過させる手段と被検物を通過した測定を前記参照光と干渉させ、干渉画像を取り込む画像取得部と取得した画像を解析する演算部からなる装置において、請求項1から請求項3のいずれかの方法を用いて前記被検試料の屈折率または複屈折率分布を算出することを特徴とする屈折率もしくは複屈折率の分布測定装置。The light generated from the light source unit is separated into reference light and measurement light, the measurement light and means for passing the test sample to interfere with the reference light measuring light that has passed through the test object, image acquisition to capture interference image and parts, the apparatus comprising a computing unit for analyzing the acquired image to calculate the refractive index or birefringence distribution of the test sample with how one of claims 1 to 3 Characteristic refractive index or birefringence distribution measuring device.
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