JP4168543B2 - 光学特性測定ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学素子の光学特性を測定するために好適な光学特性測定ユニットに関する。なお、ここでいう、光学特性とは、例えば、透過率、反射率、および、透過または反射における光の位相変化（詳細は後述する）から選ばれる特性をいう。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子の光学特性の典型例として、透過率や反射率がある。また、透過率や反射率には、予め値付けされている基準物に対する相対値で表される相対透過率や相対反射率と、当該素子自体から求める絶対透過率や絶対反射率がある。また、透過率や反射率の、波長による変化は、それぞれ、分光透過率および分光反射率と呼ばれている。
【０００３】
透過率や反射率を測定する場合、最も一般的には、上記の分光透過率や分光反射率が測定される。また、透過率や反射率を測定する場合、光の入射角の変化に対する透過率や反射率の測定も、しばしば行われる。
【０００４】
また、光学素子の光学特性の他の例として、光学素子を構成する部材の屈折率や、薄膜の光学定数がある。これら屈折率や光学定数は、通常は、被測定物を光が透過することによる光の位相変化（以下、「透過における光の位相変化」という）の入射角依存性、または、被測定物により光が反射されることによる光の位相の変化（以下、「反射における光の位相変化」という）の入射角依存性を測定し、この測定結果を解析することで得られる。
【０００５】
透過率や反射率の測定は、通常は、市販の分光光度計とこれに付属する専用の光学系とを用いて行われる。また、透過や反射における光の位相変化は、通常は、エリプソメータを用いて行われる。以下それらの従来例について説明する。
【０００６】
光学素子の透過率を、分光光度計を用いてかつ光の入射角依存性をも考慮して測定する従来の装置として、以下のような装置があった。図２５は、その説明図である。ただし、分光光度計の詳細（モノクロメータ部や受光部等）の図示は省略してある。
【０００７】
この従来装置では、被測定物１１が、ゴニオメータ１３に固定される。被測定物１１は、ゴニオメータ１３により所定の角度に回転される。そのため、被測定物１１を透過した光量（被検光量）を、入射角θを変えながら測定できる。また、測定系に被測定物１１を設置しない状態での光量（基準光量）を測定する。これら被検光量および基準光量から、透過率の入射角依存性を測定できる。
【０００８】
また、光学素子の絶対反射率を測定する従来装置として、例えば日本工業規格（ＪＩＳＫ０１１５−１９９２）に規定されているＶＮ法と称される方法を利用した装置がある。図２６（Ａ）および（Ｂ）は、その説明図である。
【０００９】
このＶＮ法では、３枚のミラーＭ１〜Ｍ３が用いられる。そして、第１の状態として、光路がＶ字状になるように、これらミラーＭ１〜Ｍ３が配置される（図２６（Ａ））。そしてこの光学系から出力される光量（基準光量）が受光部（図示せず）で測定される。この基準光量は、Ｉｒ＝Ｉｏ×Ｒ１×Ｒ２×Ｒ３で表される。ただし、Ｉｏは入射光量、Ｒ１〜Ｒ３は、ミラーＭ１〜Ｍ３それぞれの反射率である。
【００１０】
次に、図２６（Ｂ）に示したように、被測定物１１が光路に挿入される。ただし、被測定物１１およびミラーＭ１〜Ｍ３によりＮ字状の光路が形成されるように、ミラーＭ２，Ｍ３が移動又は回転される。そして、この光学系から出力される光量（被検光量）が受光部で測定される。この被検光量は、Ｉｓ＝Ｉｏ×Ｒ１×Ｒ２×Ｒ３×Ｒｓで表される。ただし、Ｒｓは被測定物１１の被検面の絶対反射率である。
【００１１】
被検光量は基準光量に被検面の絶対反射率が積算された量であるので、被検面の絶対反射率Ｒｓは、Ｒｓ＝Ｉｓ／Ｉｒにより求まる。
【００１２】
なお、通常、上記の透過率測定や反射率測定を行う場合、ダブルビーム方式を採用することで、測定精度の向上を図っている。すなわち、光源の光を被測定物を含む経路を進む光と、他の経路を進んで受光部に向かう光とに分ける。そして、この他の経路を経ている光を監視して、光源の強度変動等の情報を得る。こうして得た情報により被測定物の測定結果を補正して、測定精度の向上を図っている。
【００１３】
また、相対反射率を測定する従来装置として以下のような装置がある。図２７（Ａ）および（Ｂ）はその説明図である。
【００１４】
この装置の場合、ミラーＭ１，Ｍ２がハの字状に配置されている。ただし、ミラーＭ１，Ｍ２は、それぞれの反射面が他方のミラー側ではなく反対向きとなるように、配置されている。ハの字状のミラーＭ１，Ｍ２の上方に、基準物１５（図２７（Ａ）参照）または被測定物１１（図２７（Ｂ）参照）が置かれる。測定光はミラーＭ１に入射された後、基準物１５（または被測定物１１）およびミラーＭ２を経て受光部（図示せず）に至る。ハの字の上方に基準物１５を置いたときの光量Ｉｒと、被測定物１１を置いた時の光量Ｉｓとをそれぞれ測定する。相対反射率は、前記絶対反射率と同様、Ｒｓ＝Ｉｓ／Ｉｒにより求まる。
【００１５】
また、エリプソメータを用いて偏光解析を行う場合は、任意の角度で被測定物に光を照射してこのときの反射光を受光する必要があるため、通常、以下の様な構成がとられる。図２８はその説明図である。
【００１６】
被測定物１１はゴニオステージ１７上に置かれる。光源部１９は、その位置が変わらないよう固定されている。この光源部１９は、例えば、光源１９ａ、波長フィルタ１９ｂ、集光光学系１９ｃおよび偏光子１９ｄで構成されている。受光部２１は、ゴニオステージ１７の回転に同期して同軸で回転するステージ２３に固定されている。この受光部２１は、例えば、検光子２１ａ、集光光学系２１ｂおよび受光素子２１ｃで構成されている。被測定物１１の被検面１１ａへの入射角は、ゴニオステージ１７を回転させることで変わる。また、この入射角をθとしたとき、受光部２１が固定されているステージ２３は２θ回転して、被測定物１１からの光を受ける構造となっている。そのため、入射角を変えての測光が行える。
【００１７】
エリプソメータを用いて測定した情報から、光の位相変化を算出するには、偏光解析特有の計算理論と方法とが用いられる。これは、例えば文献１（光学的測定ハンドブック、田幸 敏治監修、朝倉書店）に記載されているが、本願の説明に直接関係がないので、ここではその説明を省略する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
光学特性測定装置として、従来は上記のような各種の装置があったが、これらでは、以下のような問題点があった。
【００１９】
先ず、図２６を用いて説明した絶対反射率測定装置の場合、入射角を変化させて反射率を測定することができない。それを実現するためには、入射角ごとに、ＶＮ光学系をそれぞれ用意する必要がある。また、入射角を違えたＶＮ光学系を用意したとしても、予め予定した離散的な入射角についての測定しか出来ない。すなわち、任意の入射角での反射率測定および、連続的に入射角を変えての反射率測定はできない。
【００２０】
また、図２７を用いて説明した相対反射率測定装置の場合も、入射角を変化させて反射率を測定することができない。それを実現するためには、入射角ごとにハの字状の光学系をそれぞれ用意する必要がある。また、入射角を違えたハの字状の光学系を用意したとしても、予め予定した離散的な入射角についての測定しか出来ない。すなわち、任意の入射角での反射率測定および、連続的に入射角を変えての反射率測定はできない。
【００２１】
また、図２６を用いて説明した装置および図２７を用いて説明した装置いずれの場合も、入射角を変えての測定を行おうとするごとに、ＶＮ光学系またはハの字状の光学系を交換し、かつ、交換した光学系の調整をする必要がある。また、光学系を交換するため、その都度、厳密には、光路差、収差、焦点距離、光量などの光学的特性が変わってしまうという問題も生じる。
【００２２】
また、エリプソメータを用いる場合、被測定物を移動させつつ受光部を移動させる構造が必要なため、機械的な原因による測定の不安定さが生じる。また、受光部が異なる位置に移動されるため、例えば磁界分布の影響を受けるので、測定精度を高めにくい。また、構造上、装置の設置面積も大きくなる。
【００２３】
また、エリプソメータは基本的にダブルビーム測光を行えない。したがって、測定中の光源の強度変動や偏光の変動を補償できない。そのため、測定精度を高めにくい。
【００２４】
この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従ってこの発明の目的は、光学系の光学的特性や受光部の位置を変えずに、入射角を任意に変えながら透過率、反射率、および透過や反射における光の位相変化の少なくとも１つを従来に比べて簡易に測定できる光学特性測定ユニットを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
（ａ）そこで、この発明の光学特性測定ユニットは、以下のような構成を具える。その説明を図１（Ａ）および（Ｂ）を参照して行う。これら図１（Ａ）および（Ｂ）それぞれは、光学特性測定ユニットの基本構成を説明する図である。ただし、図１（Ａ）は、この発明に係る光学特性測定ユニット３０によって、この発明でいう第１の測定を実施する場合を考慮した図、図１（Ｂ）はこの発明でいう第２の測定を実施する場合を考慮した図である。
【００２６】
この光学特性測定ユニット３０は、第１の測定時は入射光を第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４の順で反射し（図１（Ａ）参照）、第２の測定時は入射光を第１の反射面Ｍ１、第５の反射面Ｍ５、第６の反射面Ｍ６および第４の反射面Ｍ４の順で反射する（図１（Ｂ）参照）、第１〜第６の反射面Ｍ１〜Ｍ６と、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を回転させる反射面回転装置３１と、被測定物３３（基準物の場合も含む）を第２および第３の反射面Ｍ２、Ｍ３間、または、第５および第６の反射面Ｍ５、Ｍ６間に入れ出しする物体移動装置３５とを具える。さらに、反射面移動装置３７（詳細は後述する）を具える。
【００２７】
そして、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を、これら反射面Ｍ１〜Ｍ４を経る光路がＮ字状となるように、かつ、第１の反射面Ｍ１に入射される入射光Ｌ１と第４の反射面Ｍ４から出射される出射光Ｌ２とが同軸となるように配置してある。ただし、Ｎ字状とは、略Ｎ字状の場合も含む。また、この図１（Ａ）および（Ｂ）の例では、図面の背面から見たときに光路がＮ字状となっている。
【００２８】
さらに、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４それぞれを、前記Ｎ字状の光路を含む平面に対してそれぞれの反射面が垂直になるように配置してある。
【００２９】
さらに、入射光Ｌ１の第１の反射面Ｍ１での入射点Ａおよび出射光Ｌ２の出射点Ｄを結ぶ線分と、第２の反射面Ｍ２から第３の反射面Ｍ３に進む光線の軌道ＢＣとの交点を光学系中心Ｏと定義したとき、第２の反射面Ｍ２を、この光学系中心Ｏと入射点Ａとを焦点とする第１の回転楕円面により、構成してある。
【００３０】
さらに、第３の反射面Ｍ３を、光学系中心Ｏと出射光Ｌ２の出射点Ｄとを焦点とする第２の回転楕円面により、構成してある。
【００３１】
さらに、第５の反射面Ｍ５を、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光に変える反射面としてある。典型的には、第５の反射面Ｍ５は、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光にできかつ該平行光を光学系中心Ｏを通るよう反射できる位置に配置した反射面（例えば第１の放物面鏡）としてある。なお、ここでいう平行光とは、実質的に平行光とみなせる場合も含む（以下、同様）。
【００３２】
さらに、第６の反射面Ｍ６を、第５の反射面Ｍ５からの光を第４の反射面Ｍ４に集光する反射面としてある。典型的には、第６の反射面Ｍ６は、第５の反射面前記第１の放物面鏡からの光を受けこれを前記第４の反射面上に集光できる位置に配置した反射面（例えば第２の放物面鏡）としてある。
【００３３】
さらに、反射面回転装置３１を、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４の配置位置各々（具体的には図１（Ａ）、（Ｂ）中の入射点Ａ、出射点Ｄ各々）で、前記Ｎ字状の光路を含む平面に垂直な軸（図１（Ａ）、（Ｂ）の紙面と垂直な軸）を中心として、前記第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を連動させて回転する装置としてある。
【００３４】
なお、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４それぞれの回転方向および回転量は、入射光Ｌ１と反射光Ｌ２とを同軸にできるように決める。したがって、両反射面Ｍ１，Ｍ４の回転方向は、同一方向の場合、反対方向の場合のいずれもあり得る。また、両反射面Ｍ１，Ｍ４の回転量は同じ場合も、異なる場合もあり得る。また、連動して回転とは、同期して回転する場合、そうでない場合いずれの場合もあり得る。ただし、典型的には、同期して回転する。
【００３５】
さらに、物体移動装置３５を、被測定物３３の被測定面３３ａが光学系中心Ｏを含む位置になるように被測定物３３を第２および第３の反射面Ｍ２、Ｍ３間、または、第５及び第６の反射面Ｍ５、Ｍ６間に挿入する挿入状態と、挿入しない非挿入状態とを選択的に形成する装置としてある。
【００３６】
（ｂ）この発明の光学特性測定ユニットの作用について、図１（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。
【００３７】
この発明の光学特性測定ユニットでは、第１、第２、第３および第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を用いての光学特性測定、すなわち第１の測定（図１（Ａ）参照）と、第１、第５、第６および第４の反射面Ｍ１、Ｍ５、Ｍ６およびＭ４を用いての光学特性測定、すなわち第２の測定（図１（Ｂ）参照）とを、行うことができる。
【００３８】
▲１▼：この第１の測定（図１（Ａ）参照）では、次のような作用が得られる。入射点Ａと出射点Ｄとを結ぶ線分ＡＤに対して、光学系中心Ｏで直交する線分ＯＨを、考える。この線分ＯＨと、第２の反射面Ｍ２から第３の反射面Ｍ３に向かう光の軌道ＢＣとのなす角度をθとする。この発明では、被測定物３３の被測定面３３ａが光学系中心Ｏを含む位置になるように、被測定物３３を第２および第３の反射面間に挿入する第１の状態を形成できる。すると、この第１の状態では、この角度θは、被測定面３３ａへの光の入射角になる。
【００３９】
然も、この発明の装置では、第１の反射面Ｍ１を上記の所定の回転軸を中心に回転させることが出来、かつ、第２の反射面Ｍ２を所定の回転楕円面で構成してあるので、第１の反射面Ｍ１を回転することにより、被測定物に対する光の入射角θを任意に（連続的の場合も含む）変化させることができる。これについて、以下、詳細に説明する。
【００４０】
図２は、被測定物３３を、第２および第３の反射面Ｍ２、Ｍ３間に上記の通り挿入した場合の、第１の反射面Ｍ１と、被測定物３３と、回転楕円面で構成された第２の反射面Ｍ２とで構成される光学系を示した図である。ただし、第２の反射面Ｍ２として、ここでは、楕円モデルを考えている。すなわち、回転楕円面は、実際は、図２の楕円を図２のｘ軸を中心として必要な角度回転させた軌跡で形付けられる反射面であるが、ここでは、楕円のモデルを考えている。また、図２は図１の一部を天地を逆転させて表した図に相当する。
【００４１】
反射面回転装置３１により第１の反射面Ｍ１を回転させた時の角度をφとする。すると、この角度φと、被測定物３３への光の入射角θとは、次のような関係になる。
【００４２】
被測定物３３に入射する光と線分ＡＯとのなす角度をψとすると、ψ＝π／２−θである。楕円Ｍ２の離心率をｅ、楕円Ｍ２の焦点の座標をそれぞれ（−ｃ、０）、（ｃ、０）とする。すると、φとψとの正接は、それぞれ以下の（１）式および（２）式で表される。
【００４３】
ｔａｎφ＝ｙ／（ｃ＋ｘ） ・・・（１）
ｔａｎψ＝ｙ／（ｃ−ｘ） ・・・（２）
これら式から、ｘ、ｙをφ、ψを用いて表すと、それぞれ以下の（３）式および（４）式のようになる。
【００４４】
ｘ＝ｃ（ｔａｎφ−ｔａｎψ）／（ｔａｎφ＋ｔａｎψ）・・・（３）
ｙ＝２ｃ（ｔａｎφｔａｎψ）／（ｔａｎφ＋ｔａｎψ）・・・（４）
ここで、楕円の式とパラメータとを以下のようにおく。
【００４５】
（ｘ／ａ）2 ＋（ｙ／ｂ）2 ＝１ ・・・（５）
ｅ2 ＝（ａ2 ＋ｂ2 ）／ａ2 ・・・（６）
ｃ2 ＝ａ2 ＋ｂ2 ・・・（７）
（５）式に（３）式、（４）式を代入し、さらに、適宜（６）式、（７）式の関係を用いてｔａｎψについて解くと、以下の式が得られる。
【００４６】
ｔａｎψ＝｛（１−ｅ2 ）2 ｔａｎφ±√２・ｅ（１−ｅ2 ）ｔａｎ2 φ｝／（１−ｅ2 ）2 −４ｅ2 ｔａｎφ｝ ・・・（８）
この（８）式を、ｔａｎψ＝ｃｏｔφの関係を用いて、φについて解くことで次の式が得られる。
【００４７】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（１−ｅ2 ）2 −４ｅ2 ｔａｎφ｝／｛（１−ｅ2 ）2 ｔａｎφ±√２・ｅ（１−ｅ2 ）ｔａｎ2 φ｝ ・・・（９）
この（９）式から判るように、被測定面３３ａへの光の入射角θは、第１の反射面Ｍ１を回転させる角度φによって変化させることができる。然も、入射点Ａ、光学系中心Ｏそれぞれが、楕円Ｍ２の焦点に位置するため、楕円の性質からφを変化させても光学系中心Ｏは移動することがなく、かつ、光路ＡＢＯの長さも変化しない。このことは、第１の反射面Ｍ１を回転させたとしても、この光学系では、光路長、焦点距離、収差などが保存されることを意味する。したがって、光路長、焦点距離、収差などを変えることなく、入射角依存性を考慮した透過率、反射率等の光学特性を測定できる。
【００４８】
さらに、この発明の光学特性測定ユニットでは、第１の反射面Ｍ１および第４の反射面Ｍ４を連動させて移動できるので、次のような作用が得られる。この説明を図１（Ａ）を再び参照して行う。
【００４９】
第１の反射面Ｍ１を角度φ回転させると、既に説明した様に被測定物３３の被測定面（光学系中心Ｏ）への光の入射角θは、上記の（９）式に従い変化する。この光学系中心Ｏを通過した光は、第３の反射面Ｍ３によって反射された後、第４の反射面Ｍ４に達する。この第４の反射面Ｍ４は、反射面回転装置３１により、第１の反射面Ｍ１に連動させて任意の角度回転させることができる。そのため、入射光Ｌ１と、出射光Ｌ２とを同軸にすることができる。これは、受光部（図示せず）を、第４の反射面Ｍ４の後段でかつ線分ＡＤの延長線上に固定して配置できることを意味する。
【００５０】
また、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を回転させるのみで、入射角を変えての光学特性の測定が可能になる。したがって、従来装置で問題となっていた光学系の交換や、交換した光学系の調整は、本発明の装置では行わずに済む。
【００５１】
また、この発明の光学特性測定ユニットでは、物体移動装置３５により、被測定物３３の入れ出しができる。そのため、透過率、反射率、透過・反射における光の位相変化などの各種の光学特性を測定できる。
【００５２】
例えば、上記の第１の測定の１種として、被測定物の透過率及び又は、透過における位相変化を、入射角を変化させながら測定する場合、次の様に行うことができる。図３（Ａ）および（Ｂ）はその説明図である。
【００５３】
先ず、物体移動装置３５により、被測定物を光学系に挿入しない状態を形成する（図３（Ａ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながら、出射光Ｌ２の強度を測定する。この処理を第１の処理とする。なお、両反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながらとは、被測定物３３への入射角を所望の通り変化できるように、第１の反射面Ｍ１を回転させ、かつ、入射光Ｌ１と出射光Ｌ２とが同軸となるように第４の反射面Ｍ４を回転させることをいう（以下、同様）。
【００５４】
次に、物体移動装置３５により、被測定物３３の被測定面３３ａが光学系中心Ｏを含む位置（以下、この位置を「所定位置」ともいう。）になるように、被測定物３３を第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間に挿入した状態を形成する（図３（Ｂ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながら出射光Ｌ２の強度を測定する。この処理を第２の処理とする。
【００５５】
ただし、第１の処理と第２の処理とは、いずれを先に実施しても良い。
【００５６】
次に、これら第１の処理および第２の処理それぞれで測定した出射光強度に基づいて、前記物体の透過率及び又は透過における光の位相変化を測定する。
【００５７】
これについてさらに詳細に説明する。図３（Ａ）に示した第１の処理で得られる入射角θに依存する出射光Ｌ２の光量を、Ｉｒ（θ）とすると、Ｉｒ（θ）は、次の式で表される。
【００５８】
Ｉｒ（θ）＝Ｉｏ×Ｒ１（θ）×Ｒ２（θ）×Ｒ３（θ）×Ｒ４（θ） ・・・（１０）
ただし、Ｉｏは入射光量、Ｒ１（θ）〜Ｒ４（θ）それぞれは、角度θでの各反射面の反射率である。
【００５９】
また、図３（Ｂ）に示した第２の処理で得られる入射角θに依存する出射光Ｌ２の光量を、Ｉｓ（θ）とすると、Ｉｓ（θ）は、次の式で表せる。
【００６０】
Ｉｓ（θ）＝Ｉｏ×Ｒ１（θ）×Ｒ２（θ）×Ｒ３（θ）×Ｒ４（θ）×Ｒｓ（θ） ・・・（１１）
ただし、Ｒｓ（θ）は、角度θでの被測定物３３の透過率である。
【００６１】
第２の処理で測定される光量Ｉｓ（θ）中の、被測定物３３に依存する成分（すなわちＲｓ（θ））以外の成分は、第１の処理で測定される成分と同じである。そのため、入射角θを考慮した被測定物の透過率を、Ｔｓ（θ）とすると、該Ｔｓ（θ）は、以下の（１２）式により求まる。
【００６２】
Ｔｓ（θ）＝Ｉｓ（θ）／Ｉｒ（θ）・・・（１２）
また、透過における位相変化を求める場合は、先ず、上記の第１の処理での位相特性Φ１（θ）と、上記の第２の処理での位相特性Φ２（θ）とをそれぞれ求める。
【００６３】
これら位相特性Φ１（θ）、Φ２（θ）は、例えば、以下の様にして測定出来る。
【００６４】
先ず、光源として例えば図２８を用いて説明した光源部１９、受光部として例えば図２８を用いて説明した受光部２１をそれぞれ用意する。この光源部１９を、第１の反射面Ｍ１の前段に配置し、この受光部２１を第４の反射面Ｍ４の後段に配置する。この光源部１９からの光を、この発明の光学特性測定ユニット３０に、入射光Ｌ１として入射させる。そして、上記の第１の処理および第２の処理それぞれで受光部２１で測定される光強度と、公知の偏光解析特有の計算理論とから、位相特性Φ１（θ）、Φ２（θ）を算出する。これら算出したΦ１（θ）およびΦ２（θ）を用いて、被測定物３３についての透過における位相変化は、
Φｓ＝Φ２（θ）−Φ１（θ） ・・・（１３）
により求まる。
【００６５】
▲２▼：一方、この発明の光学特性測定ユニットでは、第２の測定（図１（Ｂ）参照）を実施する場合、次のような作用が得られる。
【００６６】
この第２の測定では、入射光Ｌ１が第１の反射面Ｍ１、第５の反射面Ｍ５、第６の反射面Ｍ６および第４の反射面Ｍ４の順で反射される。なお、このような反射経路を形成するには、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を反射面回転装置３１によって所定位置まで回転させれば良い。
【００６７】
然も、第５の反射面Ｍ５を、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光に変える反射面としてある。より具体的には、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光に変えかつ光学系中心Ｏを通るように反射する反射面で、第５の反射面を構成してある。そのため、光学系中心Ｏに平行光を通すことができる。
【００６８】
また、第６の反射面Ｍ６を、第５の反射面Ｍ５からの光を第４の反射面Ｍ４に集光する反射面としてある。そのため、第５の反射面から出た光は第４の反射面に集光される。
【００６９】
このようなとき、第５および第６の反射面間であって、光学系中心Ｏの辺りに、被測定物３３を例えば物体移動装置３５により入れ出しすると、図１（Ｂ）に示した光学系での出力光強度として、被測定物３３がある場合と、無い場合それぞれの光強度を、図示しない受光素子により測定することができる。従って、被測定物３３がある場合と無い場合とでの、光強度の比、すなわち、透過率を求めることができる。然も、この様にして求まる透過率は、測定光が平行光の場合の透過率である。このように、この発明の光学特性測定ユニットでは、第２の測定をした場合、平行光を用いての、被測定物の透過率を測定することができる。また、この第２の測定時において、被測定物自体を、光学系中心Ｏを中心に、前記Ｎ字状の光路を含む平面内で回転させることで、平行光を用いて、被測定物の透過率の角度依存性も測定できる。
【００７０】
平行光を用いて被測定物の透過率を測定できるということは、ＮＡ（開口数）を持たない（実質的に持たない）測定光によって、被測定物の透過率を測定できることを意味する。
【００７１】
ＮＡを持つ測定光、特に大きいＮＡをもつ測定光により被測定物の透過率を測定した場合、この被測定物に入射する測定光の光束中心付近の光と、該光束の端付近の光とでは、被測定物入射面での屈折角が異なってしまう。測定光のＮＡに起因して上記の様に屈折角が異なった場合、被測定物の厚さが薄い場合は、それ程影響はないが、被測定物の厚さが厚い程、上記中心付近の光と端付近の光各々の、被測定物から出るときの進行方向がズレてくる。そのため、被測定物を出た光の焦点位置が異なったり、一部の光が後段の光学系に入射されなかったり等の問題が生じる。従って、厚さが厚い被測定物の透過率の測定精度を高めることができない。
【００７２】
ところが、この発明の光学特性測定ユニットでは、上記の如く、第２の測定時には、測定光として平行光を用いた測定を行えるので、上記のＮＡに起因する問題を解決又は低減することができる。
【００７３】
（ｃ）また、この発明の光学特性測定ユニットの発明を実施するに当たり、好ましくは、第３の反射面Ｍ３および第４の反射面Ｍ４を、前記Ｎ字状のための配置にするＮ状態と、該Ｎ状態に対して線分ＡＤを回転軸として１８０度回転させた配置にする状態（これを非Ｎ状態という）とを選択的に形成する反射面移動装置３７をさらに具えた構成とするのが良い。
【００７４】
このような反射面移動装置３７を具えた装置の場合、該装置を例えば以下のように使用することで、被測定物３３の反射率（絶対反射率）及び又は、反射における位相変化を、入射角を変化させながら測定できる。図４（Ａ）〜（Ｄ）はその説明図である。
【００７５】
先ず、物体移動装置３５により、被測定物３３を所定位置に挿入しない状態を形成する。然も、反射面移動装置３７により、第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４をＮ字状のための配置にする（図４（Ａ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながら出射光Ｌ２の強度（例えば光量Ｉｒ（θ））を測定する（図４（Ｂ））。この処理を第１の処理とする。
【００７６】
次に、物体移動装置３５により、被測定物３３を所定位置に挿入した状態を形成する。然も、反射面移動装置３７により、第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４をＮ字状の位置から線分ＡＤを軸に１８０度回転させた配置にする（図４（Ｃ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を適正に回転させながら出射光Ｌ２の強度（例えば光量Ｉｓ（θ））を測定する（図４（Ｄ））。この処理を第２の処理とする。
【００７７】
ただし、第１の処理と第２の処理とは、いずれを先に実施しても良い。
【００７８】
なお、これら第１の処理および第２の処理をそれぞれ実施すると、第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４は、Ｎ状態または非Ｎ状態になるように、反射面移動装置３７によって移動される。しかし、この発明では第３および第４の反射面の構成や配置等を上記のごとく工夫してあるため、Ｍ３，Ｍ４をこのように移動しても、Ｍ３，Ｍ４の移動前後での光学系における光路長、焦点距離、収差等の光学的特性は変わらない。すなわち、光学的特性は、保存される。
【００７９】
次に、上記の第１の処理および第２の処理それぞれで測定した出射光強度に基づいて、入射角θを考慮した被測定物３３の反射率Ｒｓ（θ）を求める。このＲｓ（θ）は、
Ｒｓ（θ）＝Ｉｓ（θ）／Ｉｒ（θ）・・・（１４）
により求まる。その原理は、上記の透過率測定の場合と同様である。
【００８０】
また、反射における位相変化Φ（θ）は、上記の透過における位相変化を求めた方法に準じた方法で求めることができる。すなわち、第２の処理で求める位相特性Φ２（θ）が反射における位相特性であること以外は、下記の（１５）式により、反射における位相変化を求めることができる。
【００８１】
Φｓ＝Φ１（θ）−Φ２（θ） ・・・（１５）。
【００８２】
（ｄ）また、反射面移動装置３７を具える好適例の光学特性測定ユニット３０の場合、以下のように使用することで、基準物の反射率に対する被測定物の反射率（すなわち相対反射率）及び又は、基準物の反射における位相変化に対する、被測定物の反射における位相変化（これを、以下、「反射における相対位相変化」という）を測定することもできる。図５（Ａ）および（Ｂ）は、その説明図である。
【００８３】
先ず、反射面移動装置３７により、第３及び第４の反射面Ｍ３，Ｍ４を非Ｎ字状態にする。然も、物体移動装置３５により、基準物３９を、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間の所定位置（被測定物３３を挿入する場合の位置）に挿入する（図５（Ａ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながら出射光Ｌ２の強度（例えば光量Ｉｒ（θ））を測定する（図５（Ａ））。この処理を第１の処理とする。
【００８４】
次に、基準物３９の代わりに被測定物３３を挿入すること以外は、図５（Ａ）を用いて説明したと同様にして、出射光Ｌ２の強度（例えば光量Ｉｓ（θ））を測定する（図５（Ｂ））。この処理を第２の処理とする。
【００８５】
次に、これら第１および第２の処理それぞれで測定した出射光強度に基づいて、被測定物３３の基準物３９に対する相対反射率及び又は相対位相変化を測定する。ただし、この場合は、Ｉｒ（θ）およびΦ１（θ）は、それぞれ基準物についてのものである。これらを用いること以外は、相対反射率は上記の（１４）式により、また、相対位相変化は上記の（１５）式により求めることが出来る。
【００８６】
なお、反射面移動装置を具えた構成とする場合、反射面移動装置として、図６に示したように、第４の反射面Ｍ４のみをＮ状態（図６（Ａ）参照）および非Ｎ状態（図６（Ｂ）参照）に選択的に変化させる反射面移動装置３７ａを具え、そして、第３の反射面Ｍ３が前記非Ｎ状態にされた場合に相当する位置に、第３の反射面相当の第７の反射面Ｍ７を具える構成としても良い。
【００８７】
この場合、第３の反射面Ｍ３を移動させないで済む分、反射面移動装置３７ａの構成を簡単にすることができる。ただしこの場合、第３の反射面Ｍ３と第７の反射面Ｍ７の個体差の影響を受けやすくなるので、光学的特性をより保存したい場合は、第７の反射面Ｍ７を設けずに第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４を移動する構成（図４を参照して説明した構成）の方が好ましい。
【００８８】
（ｅ）なお、この発明の光学特性測定ユニットでは、入射光としてビーム径が小さいものを用いる場合、入射光のＦ値が大きい場合、および又は光学系全体が小さいため光路長が短い場合等は、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３それぞれを、回転楕円面で構成する代わりに、前記Ｎ字状の光路を含む平面に垂直な方向に曲率を持たない楕円円筒面、または、前記回転楕円面に近似な形状を持つ球面、または、前記回転楕円面に近似な形状を持つ円筒面で構成しても良い。ビーム径が小さい場合等は、入射角を変えても第１の反射面Ｍ１で反射された光は図２の楕円モデルの線上のどこかに入射される。すなわち、図２の紙面に垂直な方向への光の広がりは少ない。そのため、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３を上記のような球面または円筒面で構成しても、Ｍ２，Ｍ３を回転楕円面で構成する場合と等価な光学系が実現できる。にもかかわらず、上記の球面や円筒面は、いずれも、回転楕円面に比べて、作製が容易であるので、例えば、光学特性測定ユニットのコスト低減を図ることができる。
【００８９】
（ｆ）また、この発明の光学特性測定ユニットの発明を実施するに当たり、反射面回転装置３１の代わりに、図７に示したように、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を、入射点Ａおよび出射点Ｄを結ぶ線分ＡＤを回転軸として連動させて回転する反射面回転装置４１（以下、第２の反射面回転装置４１ともいう。）を具える構成としても良い。
【００９０】
この第２の反射面回転装置４１を用いて、第１の反射面Ｍ１を線分ＡＤを回転軸として角度α回転させた場合の、被測定面３３ａへの光の入射角θは、以下の（１６）式により表せる。
【００９１】
θ＝ａｒｃｃｏｓ｛ｃｏｓθ0 ｃｏｓα｝・・・（１６）
このようにθが与えられる理由を、図８を参照して説明する。ただし、この図８において、Ｎは被測定面３３ａの法線ベクトル、Ｓ0 はα＝０（第１の反射面Ｍ１の初期状態）での被測定面３３ａへの入射光線のベクトル、Ｓは第１の反射面Ｍ１を線分ＡＤを回転軸として、角度α回転させた時の被測定面３３ａへの入射光線のベクトルである。これら３つのベクトルはすべて単位ベクトルであるとする。また、θ0 は、α＝０での被測定面３３ａへの入射角である。なお、図８では、計算を簡略化するため、ベクトルＳ0 の方向をｚ軸と定め、かつ、ベクトルＳの移動する平面がｙｚとなるようにｙ軸を定めてある。このとき、法線ベクトルＮは自動的にｘｚ平面内にある。
【００９２】
ベクトルＮの成分は以下の（１７）式の通りであり、また、ベクトルＳの成分は以下の（１８）式の通りである。
【００９３】
Ｎ＝（ｓｉｎθ0 、０、ｃｏｓθ0 ）・・・（１７）
Ｓ＝（０、ｓｉｎα、ｃｏｓα） ・・・（１８）
入射角θは、上記の各ベクトルの内積を使って以下の（１９）式のように表すことができる。
【００９４】
Ｎ・Ｓ＝｜Ｎ｜｜Ｓ0 ｜ｃｏｓθ ・・・（１９）
ここで、｜Ｎ｜｜Ｓ0 ｜＝ｃｏｓθ0 ｃｏｓα、｜Ｎ｜＝１、｜Ｓ0 ｜＝１であるので、これらを（１９）式に代入し、かつ、該式を変形すると、上記の（１６）式が得られる。
【００９５】
θ0 ＝１０度とすると、第１の反射面Ｍ１の回転角度αを０〜９０度の範囲で変化させることにより、入射角θを１０〜９０度の範囲で任意に変化させることができる。
【００９６】
この第２の反射面回転装置４１を用いると、反射面回転装置３１を用いる場合とは異なる光学特性測定ユニットを設計することができる。そのため、光学特性測定ユニットの設計自由度が向上する。
【００９７】
なお、第２の反射面回転装置４１を用いる構成の場合も、第２の反射面Ｍ２が、入射点Ａおよび光学系中心Ｏを焦点とする回転楕円面であるので、第１の反射面Ｍ１を回転させても、第１および第２の反射面Ｍ１，Ｍ２を経た反射光は、常に光学系中心Ｏを通過する。然も、点Ａから、点Ｂを経て、光学系中心Ｏに至る光路長も、第１の反射面Ｍ１を回転させても、変化しない。また、この第２の反射面回転装置４１の場合も、第１の反射面Ｍ１の回転に連動させて第４の反射面Ｍ４を回転させることができる。そして、第４の反射面Ｍ４の回転方向および回転量は、第４の反射面Ｍ４からの出射光Ｌ２が、第１の反射面Ｍ１への入射光と同軸になるように、設定することができる。
【００９８】
これらのことから、第２の反射面回転装置４１を用いる構成の場合も、光路長、焦点距離、収差などの光学的特性を保存することができる。
【００９９】
なお、この第２の反射面回転装置４１を用いる構成の場合で、第２の測定、すなわち、第１、第５、第６及び第４の反射面を用いた平行光による透過率測定をするためには、第１および第２の反射面Ｍ１、Ｍ４がある所定位置の時に、第１の反射面Ｍ１から第５の反射面に光が反射され、かつ、第６の反射面からの光が第４の反射面Ｍ４に集光されるように、第５および第６の反射面の位置を考慮すれば良い。
【０１００】
（ｇ）この第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットの場合も、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４の回転のさせ方が反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットの場合と異なること以外は、反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットについて説明した場合と同様にして、被測定物の透過率、透過における位相変化、反射率、反射における位相変化を測定できる。以下、簡単に説明する。
【０１０１】
図７（Ａ）および（Ｂ）は、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットで、透過率および又は透過における位相変化を測定する場合の説明図である。第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間に被測定物を挿入しない状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図７（Ａ））。第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間の所定位置に被測定物３３を挿入した状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図７（Ｂ））。これら測定で得た情報から、透過率および又は透過における位相変化を求める原理は、反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットの場合と同様であるので、その説明は省略する。
【０１０２】
図９（Ａ）および（Ｂ）は、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットで、絶対反射率および又は反射における位相変化を測定する場合の説明図である。第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間に被測定物を挿入しない状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図９（Ａ））。第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間の所定位置に被測定物３３を挿入した状態で、かつ、第３および第４の反射面をＡＤ線を中心として図９（Ａ）の状態から１８０度回転させた状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図９（Ｂ））。これら測定で得た情報から、絶対反射率および又は反射における位相変化を求める原理は、反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットの場合と同様であるので、その説明は省略する。
【０１０３】
図１０（Ａ）および（Ｂ）は、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットで、相対反射率および又は相対位相変化を測定する場合の説明図である。
【０１０４】
第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４を、Ｎ字状を構成する位置ではなく、該位置に対して線分ＡＤを中心として１８０度回転させた位置（非Ｎ字状の位置）に、反射面回転装置３１（図１参照）により、移動しておく。そして、基準物３９を所定位置に置く（図１０（Ａ））。そしてこの状態で出射光Ｌ２の強度を測定する。次に、基準物の代わりに被測定物３３を所定位置に置く。そして、この状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図１０（Ｂ））。これら測定で得た情報から、相対反射率および又は反射における相対位相変化を求める原理は、反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットの場合と同様であるので、その説明は省略する。
【０１０５】
（ｈ）なお、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットの場合で、入射光のビーム径が小さい場合や、入射光のＦ値が大きい場合や、光学系全体が小さいために光路長が短い場合は、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３を回転楕円面で構成していた代わりに、後述する所定の円筒面で構成しても良い。これについて、図１１を参照して詳細に説明する。
【０１０６】
第２の反射面回転装置４１を用いた場合、第１の反射面Ｍ１を回転させた時の第２の反射面Ｍ２への光の入射点の軌跡は、図１１（Ａ）に網点模様で示したように、回転楕円面の短周に沿うようになる。然も、図１１（Ｂ）に示したように、回転楕円面の、楕円成分が最も少ない部分に沿うようになる。すなわち、図１１（Ｃ）に示したように、球面成分を持つ面に沿うようになる。したがって、Ｍ２に入る光線のビーム系が小さい場合等では、図１１（Ｄ）に示したように、ＡＤ線を軸とする円筒面の一部で第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３それぞれを構成しても、本発明の作用・効果が得られる。
【０１０７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。ただし、説明に用いる各図は、この発明を理解出来る程度に概略的に示してあるにすぎない。また、以下の説明に用いる各図において、同様な構成成分については、同一の番号を付して示す。そして、同様な構成成分の重複説明を省略することもある。
【０１０８】
１．第１の実施の形態
図１２は、第１の実施の形態の光学特性測定ユニットを説明するための斜視図である。
【０１０９】
この光学特性測定ユニットでは、基板５１上に、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を、これら反射面を経る光路がＮ字状となるように、配置してある。
【０１１０】
さらに、この基板５１上の所定の位置に、第５および第６の反射面Ｍ５、Ｍ６を、配置してある。この所定の位置とは、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を、この発明でいう第２の測定を実施する際の任意の位置に固定した時に、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光にできかつ該平行光を光学系中心Ｏを通るよう反射できる、第５の反射面の設置位置であり、また、この第５の反射面Ｍ５からの光を受けこれを第４の反射面Ｍ４上に集光できる、第６の反射面の設置位置である。
【０１１１】
これら第５および第６の反射面Ｍ５、Ｍ６それぞれは、例えば放物面鏡で構成することができる。第５の反射面Ｍ５を放物面鏡で構成した場合、この放物面鏡Ｍ５を、例えば、その焦点が第１の反射面Ｍ１のＡ点若しくはその近傍に位置し、かつ、その頂点が適正な位置になるように配置することで、この発明でいう第５の反射面を実現することができる。また、第６の反射面を放物面鏡で構成した場合、この放物面鏡Ｍ６を、例えば、その焦点が第４の反射面Ｍ４のＤ点若しくはその近傍に位置し、かつ、その頂点が適正な位置になるように配置することで、この発明でいう第６の反射面を実現することができる。もちろん、これは一例にすぎない。
【０１１２】
また、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４それぞれを、平面鏡で構成してある。また、第２の反射面Ｍ２を、入射点Ａと光学系中心Ｏとを焦点とする回転楕円面の一部で構成してある。また、第３の反射面Ｍ３を、光学系中心Ｏと出射点Ｄとを焦点とする回転楕円面の一部で構成してある。
【０１１３】
そして、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３それぞれを、基板５１に固定してある。これに対して、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４それぞれは、基板５１に固定していない。
【０１１４】
この第１の反射面Ｍ１を、第１回転軸５３の一端と接続してある。この第１回転軸５３は、基板５１の貫通孔５１ａ通って基板５１の裏面に至っている。この第１の回転軸５３の他端を、第１プーリ５５と接続してある。
【０１１５】
また、第４の反射面Ｍ４を、第２回転軸５７の一端と接続してある。この第２回転軸５７は、基板５１の貫通孔５１ｂ通って基板５１の裏面に至っている。この第２の回転軸５７の他端を、第２プーリ５９と接続してある。
【０１１６】
また、この光学特性測定ユニットは、回転手段として例えば任意好適なモータ６１を具えている。このモータ６１のシャフト６１ａに、第３のプーリ６３および第４のプーリ６５を接続してある。モータとしては、例えばステッピングモータを用いることができる。
【０１１７】
第３のプーリ６３と第１のプーリ５５とを、ベルト６７により結合してある。第４のプーリ６５と第２のプーリ５９とを、ベルト６９により結合してある。
【０１１８】
この第１の実施の形態では、回転軸５３，５７と、各プーリ５５，５９，６３，６５と、モータ６１とにより、反射面回転装置３１を構成している。
【０１１９】
また、この光学特性測定ユニットは、物体移動装置３５を具える。この物体移動装置３５は、被測定物（基準物の場合も含む）を、この発明でいう所定位置に入れ出しする。この物体移動装置３５は、任意好的な、移動機構で構成することができる。
【０１２０】
この第１の実施の形態の場合、モータ６１を回転させると、この回転は、各プーリと回転軸とにより第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４に伝わる。そのため、この例の場合は、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を、同一方向に、同一角度回転させることができる。
【０１２１】
なお、第２の反射面Ｍ２を構成する回転楕円面と、第３の反射面Ｍ３を構成する回転楕円面とが同一の形状である場合、第１の反射面Ｍ１をφ回転させたことに対する第４の反射面Ｍ４の回転角度および回転方向は、第１の反射面Ｍ１と同じで済む。Ｍ２，Ｍ３の形状が異なる場合は、両者の形状の違いを考慮して、第４の反射面Ｍ４の駆動条件を決定する必要がある。
【０１２２】
この図１２に示した実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、図３（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明した各処理が可能である。したがって、被測定物の透過率および又は透過における位相変化を測定することができる。
【０１２３】
さらに、この図１２に示した実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、第１、第５、第６および第４の反射面を用いることによる、図１（Ｂ）を参照して説明した第１の測定、すなわち平行光を用いての透過率測定を行うことができる。
【０１２４】
２．第２の実施の形態
図１３は、第２の実施の形態の光学特性測定ユニットを説明するための斜視図である。
【０１２５】
第１の実施の形態では、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を、最終的には、共通のモータ６１に結合していた。これに対し、この第２の実施の形態では、第１および第２の反射面Ｍ１，Ｍ４それぞれを、別々のモータ７１，７３に結合してある。
【０１２６】
この第２の実施の形態の場合、モータ７１，７３と回転軸５３，５７とで、反射面回転装置３１を構成している。
【０１２７】
この第２の実施の形態の場合、モータ７１，７３を別々に駆動できるので、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４の 回転方向および回転量をそれぞれ任意に制御できる。
【０１２８】
また、モータ７３と回転軸５７とからなる部分は、第４の反射面Ｍ４を線分ＡＤを中心として１８０度移動させる反射面移動装置３７の役割も担っている。
【０１２９】
さらに、第１の実施の形態では、第３の反射面Ｍ３を基板５１に固定していたが、この第２の実施の形態では、第３の反射面Ｍ３は基板５１に固定していない。然も、第３の反射面Ｍ３は、反射面移動装置３７によって、線分ＡＤを中心として、１８０度回転移動できる構成としてある。
【０１３０】
第３の反射面Ｍ３を移動するための反射面移動装置３７は、任意好適な移動機構により構成することができる。
【０１３１】
この第２の実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、反射面移動装置３７を用いることで、第３の反射面Ｍ３を線分ＡＤを回転軸として１８０度回転できるので、図４（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明した各処理を行える。そのため、被測定物の絶対反射率および又は反射における位相変化を測定できる。
【０１３２】
さらに、この第２の実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、図５（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明した各処理が行えるので、被測定物の相対反射率および又は反射における相対位相変化を測定できる。
【０１３３】
また、この第２の実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明した透過率の測定と、図１（Ｂ）を参照して説明した平行光を用いての透過率の測定とを、第１の実施の形態と同様に、行うことができる。
【０１３４】
したがって、この第２の実施の形態の光学特性測定ユニットによれば、▲１▼被測定物の絶対反射率および又は反射における位相変化、▲２▼被測定物の相対反射率および又は反射における相対位相変化、▲３▼被測定物の透過率および又は透過における位相変化、▲４▼平行光を用いての被測定物の透過率をそれぞれ測定できる。
【０１３５】
３．第３の実施の形態
図１４は、この発明の光学特性測定ユニットをエリプソメータに適用した例を説明する図である。
【０１３６】
このエリプソメータは、この発明の光学特性測定ユニット３０と、光源部８１と、受光部８３とを具える。
【０１３７】
光源部８１は、例えば、任意の波長の光を出力する光源（例えばモノクロメータ）８１ａと、偏光子８１ｂとで構成できる。受光部８３は、例えば、検光子８３ａと受光素子８３ｂとで構成出来る。
【０１３８】
光源部８１からの光を、入射光Ｌ１として、第１の反射面Ｍ１に入射させる。受光部８３は、第４の反射面Ｍ４の後段であって、ＡＤ線上に配置してある。
【０１３９】
この図１４に示したエリプソメータの場合、光源部８１と光学特性測定ユニット３０と、受光部８３とが直線状に配置された構造のエリプソメータを実現できる。然も、ゴニオステージなどを用いずにエリプソメータを実現できる。従って、この発明の光学特性測定ユニットの特徴を有した新規なエリプソメータを実現できる。
【０１４０】
４．第４の実施の形態
図１５は、この発明の光学特性測定ユニットを、市販の分光光度計９０に組み合わせる例を説明する図である。
【０１４１】
分光光度計９０は、光源部９１と、測定部９３とを具える。測定部９３には、リファレンス光路とサンプル光路とが形成されている。光源部９１は、リファレンス光路およびサンプル光路に交互に光を出力する。これら光を、説明上、リファレンス光Ｌｒおよびサンプル光Ｌｓと呼ぶ。
【０１４２】
この発明の光学特性測定ユニット３０はサンプル光路中に配置される。受光部９５は、リファレンス光Ｌｒおよびサンプル光Ｌｓを交互に受光する。
【０１４３】
この実施の形態によれば、市販の分光光度計とこの発明の光学特性測定ユニットとにより、▲１▼被測定物の絶対反射率および又は反射における位相変化、▲２▼被測定物の相対反射率および又は反射における相対位相変化、▲３▼被測定物の透過率および又は透過における位相変化、▲４▼平行光を用いての被測定物の透過率をそれぞれ測定できる。
【０１４４】
しかも、これら測定のいずれを行う場合も、光学系の交換や、調整を特にすることなく、目的の測定を行うことができる。
【０１４５】
５．第５の実施の形態
図１６は、この発明の光学特性測定ユニットを、エリプソメータに適用した例であって、しかも、ダブルビーム方式を適用する例を説明する図である。
【０１４６】
この実施の形態の装置では、光源部８１と受光部８３との間に、リファレンス光路１０１と、サンプル光路１０３とが形成されている。そして、リファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３それぞれに、この発明の光学特性測定ユニット３０を挿入してある。
【０１４７】
光源部８１から出た光は、第１チョッパミラー１０５により時間的に振り分けられる。そして、リファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３を進む。
【０１４８】
受光部８３の前段に第２チョッパミラー１０７が設けてある。この第２チョッパミラー１０７は、リファレンス光路１０１を経てきたリファレンス光と、サンプル光路１０３を経てきたサンプル光とを、選択的に受光部８３に入力する。
【０１４９】
この実施の形態の装置によれば、ダブルビーム方式による測光が可能なエリプソメータが実現される。そのため、この発明の光学特性測定ユニットの特徴を有しかつダブルビーム方式の利点（測定精度の高い）新規なエリプソメータを実現することができる。
【０１５０】
６．第６の実施の形態
この発明の光学特性測定ユニットでは、第２および第３の反射面を回転楕円面又は、所定の球面、楕円円筒面若しくは円筒面（以下、これらを回転楕円面等という）で構成すると述べた。しかしこの発明では、例えば平面鏡又は球面鏡を回転楕円面等に相当するように移動させて使用する場合も、この発明でいう回転楕円面等に含まれる。これについて図１７を参照して説明する。
【０１５１】
図１７では、第２の反射面Ｍ２および第３の反射面Ｍ３それぞれを、平面鏡または球面鏡で構成してある。そして、この平面鏡又は球面鏡Ｍ２を、第１の反射面Ｍ１を回転させた際のＭ１からの光線を受けることができ、かつ、この受けた光を光学系中心Ｏに出射できるように、第１の反射面Ｍ１の回転に同期させて移動する構成としてある。一方、この平面鏡又は球面鏡Ｍ３を、第２の反射面Ｍ２の移動に同期して移動し、かつ、第２の反射面Ｍ２からの光線を受けることができ、かつ、この受けた光を第４の反射面のＤ点に出射できるように、移動する構成としてある。
【０１５２】
この第６の実施の形態の場合、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３それぞれを平面鏡または球面鏡で構成できるので、回転楕円面を用いる場合に比べて、第２および第３の反射面自体を小型かつ安価にできる。ただし、この場合は、光線を追従できるように平面鏡又は球面鏡を駆動する機構が必要になる。
【０１５３】
【実施例】
以下、いくつかの実施例として、光学特性ユニット３０を用いた測定結果について、比較例と共に説明する。ただし、以下で説明する波長、入射角、被測定物はいずれも例示にすぎない。従って、この発明がこれらに何ら限定されるものではない。
【０１５４】
１．第１実施例
先ず、厚さが厚い被測定物の絶対透過率を、平行光を用いて測定する例を説明する。そのため、先ず、図１（Ｂ）の光学系において、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光Ｌ２の強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１は、波長１７５〜２５０ｎｍの範囲で変化させる。また、図１（Ｂ）の光学系において、図１（Ｂ）に示した様に被測定物３３を、該光学系に入れる。そして、Ｉｒを測定したと同様にして、出射光Ｌ２の強度Ｉｓを測定する。ただし、被測定物３３として、縦が２０ｍｍ、横が２０ｍｍ、厚さが５０ｍｍである直方体状の石英、すなわち測定部位の厚さが５０ｍｍというように厚い被測定物を用いる。
【０１５５】
上記求めたＩｓおよびＩｒから、波長毎の透過率Ｔｓを、Ｉｓ／Ｉｒに従い求める。この結果を、図１８に、横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとって示した。
【０１５６】
図１８から明らかなように、この発明によれば、厚さが厚い被測定物であっても、透過率特性を測定できることが分かる。
【０１５７】
（比較例）
第１実施例で用いた被測定物、すなわち厚さが５０ｍｍの被測定物を用い、図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明した様に、透過率を測定する。すなわち、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を用いた透過率測定を行う。
【０１５８】
この比較例１の測定では、被測定物を挿入した時の測定（Ｉｓ測定）の際に、被測定物から出た光の光束が、受光素子（図示せず）の受光面より大きくなってしまい、そのため、第１の実施例に比べて、透過率は小さな値になってしまった（図示せず）。これは、入射光Ｌ１が平行光でない（ＮＡを持つ光の）ため、入射光Ｌ１が、厚さが厚い被測定物中で多方面に広がってしまうためと考えられる。
【０１５９】
これら第１実施例と比較例とから分かるように、この発明の光学特性測定ユニットによれば、厚みが厚い被測定物の透過率も精度良く測定できることが分かる。
【０１６０】
２．第２実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に薄膜を形成した光学部品の絶対透過率を測定する。そのため、先ず、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍのｐ偏光を用い、かつ、薄膜への入射光の入射角を５〜３０度の範囲で変化させる。次に、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物（薄膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、透過率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１６１】
この結果を、図１９に、横軸に入射角（ｄｅｇ）をとり、縦軸に透過率をとって示した。
【０１６２】
図１９から明らかなように、この発明によれば、透過率の入射角依存性を測定できることが分かる。
【０１６３】
３．第３実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に反射防止膜を形成した光学部品の絶対透過率を測定する。そのため、先ず、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光を用い、かつ、反射防止膜への入射角を３０度とする。次に、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物（反射防止膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、透過率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１６４】
この結果を、図２０に、横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとって示した。
【０１６５】
図２０から明らかなように、この発明によれば、反射防止膜の絶対透過率の波長依存性を測定できることが分かる。
【０１６６】
４．第４実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成した薄膜の透過における光の位相変化を測定する。そのため、先ず、図３（Ｂ）の光学系において、石英基板のみを測定位置に入れた状態で位相特性φｒ（θ）を測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍの光を用い、かつ、薄膜への入射角を３０、５０、６０度とする。次に、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物（薄膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、φｒ（θ）を求めたと同様にして位相特性φｓ（θ）を測定する。そして、これらφｒ（θ）およびφｓ（θ）から、薄膜の透過における光の位相変化を、φｓ（θ）−φｒ（θ）として求める。
【０１６７】
この第４実施例によれば、薄膜の透過における光の位相変化を測定出来ることが分かる。
【０１６８】
５．第５実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成したミラーの絶対反射率（入射角依存性）を測定する。そのため、先ず、図４（Ａ）、（Ｂ）に示した様に、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍのｐ偏光を用い、かつ、ミラーへの入射角を３５〜５５度とする。次に、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示した様に、第３及び第４の反射面Ｍ３、Ｍ４を、反射面移動装置３７によって移動すると共に、被測定物（ミラーを有した石英基板）を測定位置に入れ、そして、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、反射率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１６９】
この結果を、図２１に、横軸に入射角をとり、縦軸に反射率をとって示した。
【０１７０】
図２１から明らかなように、この発明によれば、ミラーの絶対反射率の入射角依存性を測定できることが分かる。
【０１７１】
６．第６実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成したミラーの絶対反射率（波長依存性）を測定する。そのため、先ず、図４（Ａ）、（Ｂ）に示した様に、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光を用い、かつ、ミラーへの入射角を４５度とする。次に、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示した様に、第３及び第４の反射面Ｍ３、Ｍ４を、反射面移動装置３７によって移動すると共に、被測定物（ミラーを有した石英基板）を測定位置に入れ、そして、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、反射率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１７２】
この結果を、図２２に、横軸に波長をとり、縦軸に反射率をとって示した。
【０１７３】
図２２から明らかなように、この発明によれば、ミラーの反射率の波長依存性を測定できることが分かる。
【０１７４】
７．第７実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが１０ｍｍの石英基板上に形成した反射防止膜の相対反射率を測定する。そのため、先ず、図５（Ａ）に示す様に、基準物３９として石英基板のみを測定位置に入れた状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍのｐ偏光を用いる。また、入射角は２０〜４０度の範囲で変化させる。次に、図５（Ｂ）に示す様に、被測定物３３（反射防止膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、反射率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１７５】
この結果を、図２３に、横軸に入射角をとり、縦軸に反射率をとって示した。
【０１７６】
図２３から明らかなように、この発明によれば、反射防止膜の相対反射率の入射角依存性を測定できることが分かる。
【０１７７】
８．第８実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが１０ｍｍの石英基板上に形成した薄膜の相対反射率を測定する。そのため、先ず、図５（Ａ）に示す様に、基準物３９として石英基板のみを測定位置に入れた状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光を用いる。また、入射角は３０度とする。次に、図５（Ｂ）に示す様に、被測定物３３（反射防止膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、反射率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１７８】
この結果を、図２４に、横軸に波長をとり、縦軸に反射率をとって示した。
【０１７９】
図２４から明らかなように、この発明によれば、薄膜の相対反射率の波長依存性を測定できることが分かる。
【０１８０】
９．第９実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが１０ｍｍの石英基板上に形成した薄膜の反射における光の位相変化を測定する。そのため、先ず、図５（Ａ）に示す様に、基準物３９として石英基板のみを測定位置に入れた状態で位相特性φｒ（θ）を測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍのｐ偏光を用いる。また、入射角は３０、５０、６０度とする。次に、図５（Ｂ）に示すように、被測定物３３（薄膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、φｒ（θ）を求めたと同様にして位相特性φｓ（θ）を測定する。そして、これらφｒ（θ）およびφｓ（θ）から、薄膜の透過における光の位相変化Φｓ（θ）を、φｓ（θ）−φｒ（θ）として求める。また、この位相変化Φｓ（θ）より、この被測定物の屈折率、吸収定数を求める。
【０１８１】
この第９実施例によれば、薄膜の反射における光の位相変化、屈折率、吸収定数を測定出来ることが分かる。
【０１８２】
１０．第１０実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１、サンプル光路１０３それぞれを、第２の測定が出来る状態、すなわち、第１、第５、第６および第４の反射面Ｍ１、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ４を入射光が進む状態にする（ただし、図１６では第１の測定状態を示してある。）。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、縦が２０ｍｍ、横が２０ｍｍ、厚さが５０ｍｍである直方体状の石英（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１７５〜２５０ｎｍの範囲の光とする。
【０１８３】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い透過率を求める。
【０１８４】
この第１０実施例によれば、所望の透過率測定を行えることが分かった。
【０１８５】
１１．第１１実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１、サンプル光路１０３それぞれを、第１の測定が出来る状態、すなわち、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を入射光が進む状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成された薄膜（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１９０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を５〜３０度とする。
【０１８６】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い透過率を求める。
【０１８７】
この第１１実施例によれば、所望の透過率測定を行えることが分かった。
【０１８８】
１２．第１２実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１、サンプル光路１０３それぞれを、第１の測定が出来る状態、すなわち、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を入射光が進む状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成された薄膜（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を３０度とする。
【０１８９】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い透過率を求める。
【０１９０】
この第１２実施例によれば、所望の透過率測定を行えることが分かった。
【０１９１】
１３．第１３実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１を、図１６の様にＮ状態にし、一方、サンプル光路１０３を、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成されたミラー（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１９０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を３５〜５５で変化させる。
【０１９２】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い反射率を求める。
【０１９３】
この第１３実施例によれば、所望の反射率測定を行えることが分かった。
【０１９４】
１４．第１４実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１を、図１６の様にＮ状態にし、一方、サンプル光路１０３を、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成されたミラー（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を４５度とする。
【０１９５】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い反射率を求める。
【０１９６】
この第１４実施例によれば、所望の反射率測定を行えることが分かった。
【０１９７】
１５．第１５実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３それぞれを、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成された反射防止膜（図示せず）を入れ、一方、リファレンス光路１０１の光学系中心付近に、基準物として石英基板のみを入れる。ただし、入射光は波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を３０度とする。
【０１９８】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い反射率を求める。
【０１９９】
この第１５実施例によれば、所望の反射率測定を行えることが分かった。
【０２００】
１６．第１６実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３それぞれを、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成された反射防止膜（図示せず）を入れ、一方、リファレンス光路１０１の光学系中心付近に、基準物として石英基板のみを入れる。ただし、入射光は波長１９０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を１５〜４５度の範囲で変化させる。
【０２０１】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い反射率を求める。
【０２０２】
この第１６実施例によれば、所望の反射率測定を行えることが分かった。
【０２０３】
１７．第１７実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３それぞれを、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが１０ｍｍの石英基板上に形成された薄膜（図示せず）を入れ、一方、リファレンス光路１０１の光学系中心付近に、基準物として石英基板のみを入れる。ただし、入射光は波長１９０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を３０、４５、６０とする。
【０２０４】
そして、リファレンス光路１０１側の位相特性φｒ（θ）とサンプル光路１０３側の位相特性φｓ（θ）とを測定する。そして、これらφｒ（θ）およびφｓ（θ）から、薄膜の反射における光の位相変化Φｓ（θ）を、φｓ（θ）−φｒ（θ）として求める。また、この位相変化Φｓ（θ）より、この被測定物の屈折率、吸収定数を求める。
【０２０５】
この第１７実施例によれば、薄膜の反射における光の位相変化、屈折率、吸収定数を測定出来ることが分かる。
【０２０６】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の光学特性測定ユニットによれば、第１の測定時は入射光を第１〜第４の反射面の順に反射し、第２の測定時は入射光を第１、第５、第６および第４の反射面の順に反射する所定配置および所定構成の第１〜第６の反射面と、前記第１の反射面および前記第４の反射面を回転させる反射面回転装置と、被測定物を前記第２および第３の反射面間、または、第５および第６の反射面間に入れ出しする物体移動装置とを具える。このため、光学系を交換することなく透過率および又は透過における光の位相変化を、入射角を変えながら測定出来る。また、第２の測定時では、平行光を用いた透過率測定が行えるので、厚みが厚い被測定物であっても精度良く透過率を測定することができる。
【０２０７】
また、この発明の好適例の光学特性測定ユニットによれば、第３および第４の反射面を移動するための所定の反射面移動装置をさらに具える。このため、光学系を交換することなく、▲１▼透過率および又は透過における光の位相変化、▲２▼反射率および又は反射における光の位相変化、▲３▼相対反射率および又は相対位相変化、▲４▼平行光による透過率特性の、任意の光学特性を、入射角を変えながら測定出来る。
【０２０８】
従ってこの発明の光学特性測定ユニットによれば、光学系の光学的特性や受光部の位置を変えずに、入射角を任意に変えながら透過率、反射率、透過や反射における光の位相変化を従来に比べて簡易に測定でき、また、厚みが厚い被測定物の透過率測定も所望の通り行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光学特性測定ユニットの構成を説明する図である。
【図２】この発明の光学特性測定ユニットで被測定物への入射角を変えることが出来る理由を説明する図である。
【図３】この発明の光学特性測定ユニットを用いて、透過率および又は透過における光の位相変化を測定する場合の説明図である。
【図４】この発明の光学特性測定ユニットを用いて、絶対反射率および又は反射における光の位相変化を測定する場合の説明図である。
【図５】この発明の光学特性測定ユニットを用いて、相対反射率および又は反射における光の相対位相変化を測定する場合の説明図である。
【図６】この発明の光学特性測定ユニットの変形例の説明図である。
【図７】この発明の光学特性測定ユニットの他の変形例の説明図である。然も、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットを用いて、透過率および又は透過における光の位相変化を測定する場合の説明図である。
【図８】第２の反射面回転装置４１の作用を説明する図である。
【図９】第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットを用いて、絶対反射率および又は反射における光の位相変化を測定する場合の説明図である。
【図１０】第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットを用いて、相対反射率および又は反射における光の相対位相変化を測定する場合の説明図である。
【図１１】この発明で用いる第２および第３の反射面の変形例の説明図である。
【図１２】第１の実施の形態の説明図である。
【図１３】第２の実施の形態の説明図である。
【図１４】第３の実施の形態の説明図である。
【図１５】第４の実施の形態の説明図である。
【図１６】第５の実施の形態の説明図である。
【図１７】第６の実施の形態の説明図である。
【図１８】第１の実施例での測定結果を説明する図である。
【図１９】第２の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２０】第３の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２１】第５の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２２】第６の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２３】第７の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２４】第８の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２５】従来の透過率測定装置の説明図である。
【図２６】従来の絶対反射率測定装置の説明図である。
【図２７】従来の相対反射率測定装置の説明図である。
【図２８】従来のエリプソメータの説明図である。
【符号の説明】
Ｍ１：第１の反射面
Ｍ２：第２の反射面
Ｍ３：第３の反射面
Ｍ４：第４の反射面
Ｍ５：第５の反射面
Ｍ６：第６の反射面
Ｍ７：第７の反射面
Ａ：入射点
Ｄ：出射点
Ｏ：光学系中心
３０：光学特性測定ユニット
３１：反射面回転装置
３３：被測定物
３３ａ：被測定面
３５：物体移動装置
３７、３７ａ：反射面移動装置
３９：基準物
４１：反射面回転装置（第２の反射面回転装置）
５１：基板
５１ａ，５１ｂ：貫通孔
５３：第１回転軸
５５：第１プーリ
５７：第２回転軸
５９：第２プーリ
６１，７１，７３：回転手段（例えばモータ）
６１ａ：シャフト
６３：第３プーリ
６５：第４プーリ
６７，６９：ベルト
８１：光源部
８１ａ：光源
８１ｂ：偏光子
８３：受光部
８３ａ：検光子
８３ｂ：受光素子
９０：分光光度計
９１：光源部
９３：測定部
９５：受光部
１０１：リファレンス光路
１０３：サンプル光路
１０５：第１チョッパミラー
１０７：第２チョッパミラー
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学素子の光学特性を測定するために好適な光学特性測定ユニットに関する。なお、ここでいう、光学特性とは、例えば、透過率、反射率、および、透過または反射における光の位相変化（詳細は後述する）から選ばれる特性をいう。
【０００２】
【従来の技術】
光学素子の光学特性の典型例として、透過率や反射率がある。また、透過率や反射率には、予め値付けされている基準物に対する相対値で表される相対透過率や相対反射率と、当該素子自体から求める絶対透過率や絶対反射率がある。また、透過率や反射率の、波長による変化は、それぞれ、分光透過率および分光反射率と呼ばれている。
【０００３】
透過率や反射率を測定する場合、最も一般的には、上記の分光透過率や分光反射率が測定される。また、透過率や反射率を測定する場合、光の入射角の変化に対する透過率や反射率の測定も、しばしば行われる。
【０００４】
また、光学素子の光学特性の他の例として、光学素子を構成する部材の屈折率や、薄膜の光学定数がある。これら屈折率や光学定数は、通常は、被測定物を光が透過することによる光の位相変化（以下、「透過における光の位相変化」という）の入射角依存性、または、被測定物により光が反射されることによる光の位相の変化（以下、「反射における光の位相変化」という）の入射角依存性を測定し、この測定結果を解析することで得られる。
【０００５】
透過率や反射率の測定は、通常は、市販の分光光度計とこれに付属する専用の光学系とを用いて行われる。また、透過や反射における光の位相変化は、通常は、エリプソメータを用いて行われる。以下それらの従来例について説明する。
【０００６】
光学素子の透過率を、分光光度計を用いてかつ光の入射角依存性をも考慮して測定する従来の装置として、以下のような装置があった。図２５は、その説明図である。ただし、分光光度計の詳細（モノクロメータ部や受光部等）の図示は省略してある。
【０００７】
この従来装置では、被測定物１１が、ゴニオメータ１３に固定される。被測定物１１は、ゴニオメータ１３により所定の角度に回転される。そのため、被測定物１１を透過した光量（被検光量）を、入射角θを変えながら測定できる。また、測定系に被測定物１１を設置しない状態での光量（基準光量）を測定する。これら被検光量および基準光量から、透過率の入射角依存性を測定できる。
【０００８】
また、光学素子の絶対反射率を測定する従来装置として、例えば日本工業規格（ＪＩＳＫ０１１５−１９９２）に規定されているＶＮ法と称される方法を利用した装置がある。図２６（Ａ）および（Ｂ）は、その説明図である。
【０００９】
このＶＮ法では、３枚のミラーＭ１〜Ｍ３が用いられる。そして、第１の状態として、光路がＶ字状になるように、これらミラーＭ１〜Ｍ３が配置される（図２６（Ａ））。そしてこの光学系から出力される光量（基準光量）が受光部（図示せず）で測定される。この基準光量は、Ｉｒ＝Ｉｏ×Ｒ１×Ｒ２×Ｒ３で表される。ただし、Ｉｏは入射光量、Ｒ１〜Ｒ３は、ミラーＭ１〜Ｍ３それぞれの反射率である。
【００１０】
次に、図２６（Ｂ）に示したように、被測定物１１が光路に挿入される。ただし、被測定物１１およびミラーＭ１〜Ｍ３によりＮ字状の光路が形成されるように、ミラーＭ２，Ｍ３が移動又は回転される。そして、この光学系から出力される光量（被検光量）が受光部で測定される。この被検光量は、Ｉｓ＝Ｉｏ×Ｒ１×Ｒ２×Ｒ３×Ｒｓで表される。ただし、Ｒｓは被測定物１１の被検面の絶対反射率である。
【００１１】
被検光量は基準光量に被検面の絶対反射率が積算された量であるので、被検面の絶対反射率Ｒｓは、Ｒｓ＝Ｉｓ／Ｉｒにより求まる。
【００１２】
なお、通常、上記の透過率測定や反射率測定を行う場合、ダブルビーム方式を採用することで、測定精度の向上を図っている。すなわち、光源の光を被測定物を含む経路を進む光と、他の経路を進んで受光部に向かう光とに分ける。そして、この他の経路を経ている光を監視して、光源の強度変動等の情報を得る。こうして得た情報により被測定物の測定結果を補正して、測定精度の向上を図っている。
【００１３】
また、相対反射率を測定する従来装置として以下のような装置がある。図２７（Ａ）および（Ｂ）はその説明図である。
【００１４】
この装置の場合、ミラーＭ１，Ｍ２がハの字状に配置されている。ただし、ミラーＭ１，Ｍ２は、それぞれの反射面が他方のミラー側ではなく反対向きとなるように、配置されている。ハの字状のミラーＭ１，Ｍ２の上方に、基準物１５（図２７（Ａ）参照）または被測定物１１（図２７（Ｂ）参照）が置かれる。測定光はミラーＭ１に入射された後、基準物１５（または被測定物１１）およびミラーＭ２を経て受光部（図示せず）に至る。ハの字の上方に基準物１５を置いたときの光量Ｉｒと、被測定物１１を置いた時の光量Ｉｓとをそれぞれ測定する。相対反射率は、前記絶対反射率と同様、Ｒｓ＝Ｉｓ／Ｉｒにより求まる。
【００１５】
また、エリプソメータを用いて偏光解析を行う場合は、任意の角度で被測定物に光を照射してこのときの反射光を受光する必要があるため、通常、以下の様な構成がとられる。図２８はその説明図である。
【００１６】
被測定物１１はゴニオステージ１７上に置かれる。光源部１９は、その位置が変わらないよう固定されている。この光源部１９は、例えば、光源１９ａ、波長フィルタ１９ｂ、集光光学系１９ｃおよび偏光子１９ｄで構成されている。受光部２１は、ゴニオステージ１７の回転に同期して同軸で回転するステージ２３に固定されている。この受光部２１は、例えば、検光子２１ａ、集光光学系２１ｂおよび受光素子２１ｃで構成されている。被測定物１１の被検面１１ａへの入射角は、ゴニオステージ１７を回転させることで変わる。また、この入射角をθとしたとき、受光部２１が固定されているステージ２３は２θ回転して、被測定物１１からの光を受ける構造となっている。そのため、入射角を変えての測光が行える。
【００１７】
エリプソメータを用いて測定した情報から、光の位相変化を算出するには、偏光解析特有の計算理論と方法とが用いられる。これは、例えば文献１（光学的測定ハンドブック、田幸 敏治監修、朝倉書店）に記載されているが、本願の説明に直接関係がないので、ここではその説明を省略する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
光学特性測定装置として、従来は上記のような各種の装置があったが、これらでは、以下のような問題点があった。
【００１９】
先ず、図２６を用いて説明した絶対反射率測定装置の場合、入射角を変化させて反射率を測定することができない。それを実現するためには、入射角ごとに、ＶＮ光学系をそれぞれ用意する必要がある。また、入射角を違えたＶＮ光学系を用意したとしても、予め予定した離散的な入射角についての測定しか出来ない。すなわち、任意の入射角での反射率測定および、連続的に入射角を変えての反射率測定はできない。
【００２０】
また、図２７を用いて説明した相対反射率測定装置の場合も、入射角を変化させて反射率を測定することができない。それを実現するためには、入射角ごとにハの字状の光学系をそれぞれ用意する必要がある。また、入射角を違えたハの字状の光学系を用意したとしても、予め予定した離散的な入射角についての測定しか出来ない。すなわち、任意の入射角での反射率測定および、連続的に入射角を変えての反射率測定はできない。
【００２１】
また、図２６を用いて説明した装置および図２７を用いて説明した装置いずれの場合も、入射角を変えての測定を行おうとするごとに、ＶＮ光学系またはハの字状の光学系を交換し、かつ、交換した光学系の調整をする必要がある。また、光学系を交換するため、その都度、厳密には、光路差、収差、焦点距離、光量などの光学的特性が変わってしまうという問題も生じる。
【００２２】
また、エリプソメータを用いる場合、被測定物を移動させつつ受光部を移動させる構造が必要なため、機械的な原因による測定の不安定さが生じる。また、受光部が異なる位置に移動されるため、例えば磁界分布の影響を受けるので、測定精度を高めにくい。また、構造上、装置の設置面積も大きくなる。
【００２３】
また、エリプソメータは基本的にダブルビーム測光を行えない。したがって、測定中の光源の強度変動や偏光の変動を補償できない。そのため、測定精度を高めにくい。
【００２４】
この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従ってこの発明の目的は、光学系の光学的特性や受光部の位置を変えずに、入射角を任意に変えながら透過率、反射率、および透過や反射における光の位相変化の少なくとも１つを従来に比べて簡易に測定できる光学特性測定ユニットを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
（ａ）そこで、この発明の光学特性測定ユニットは、以下のような構成を具える。その説明を図１（Ａ）および（Ｂ）を参照して行う。これら図１（Ａ）および（Ｂ）それぞれは、光学特性測定ユニットの基本構成を説明する図である。ただし、図１（Ａ）は、この発明に係る光学特性測定ユニット３０によって、この発明でいう第１の測定を実施する場合を考慮した図、図１（Ｂ）はこの発明でいう第２の測定を実施する場合を考慮した図である。
【００２６】
この光学特性測定ユニット３０は、第１の測定時は入射光を第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４の順で反射し（図１（Ａ）参照）、第２の測定時は入射光を第１の反射面Ｍ１、第５の反射面Ｍ５、第６の反射面Ｍ６および第４の反射面Ｍ４の順で反射する（図１（Ｂ）参照）、第１〜第６の反射面Ｍ１〜Ｍ６と、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を回転させる反射面回転装置３１と、被測定物３３（基準物の場合も含む）を第２および第３の反射面Ｍ２、Ｍ３間、または、第５および第６の反射面Ｍ５、Ｍ６間に入れ出しする物体移動装置３５とを具える。さらに、反射面移動装置３７（詳細は後述する）を具える。
【００２７】
そして、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を、これら反射面Ｍ１〜Ｍ４を経る光路がＮ字状となるように、かつ、第１の反射面Ｍ１に入射される入射光Ｌ１と第４の反射面Ｍ４から出射される出射光Ｌ２とが同軸となるように配置してある。ただし、Ｎ字状とは、略Ｎ字状の場合も含む。また、この図１（Ａ）および（Ｂ）の例では、図面の背面から見たときに光路がＮ字状となっている。
【００２８】
さらに、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４それぞれを、前記Ｎ字状の光路を含む平面に対してそれぞれの反射面が垂直になるように配置してある。
【００２９】
さらに、入射光Ｌ１の第１の反射面Ｍ１での入射点Ａおよび出射光Ｌ２の出射点Ｄを結ぶ線分と、第２の反射面Ｍ２から第３の反射面Ｍ３に進む光線の軌道ＢＣとの交点を光学系中心Ｏと定義したとき、第２の反射面Ｍ２を、この光学系中心Ｏと入射点Ａとを焦点とする第１の回転楕円面により、構成してある。
【００３０】
さらに、第３の反射面Ｍ３を、光学系中心Ｏと出射光Ｌ２の出射点Ｄとを焦点とする第２の回転楕円面により、構成してある。
【００３１】
さらに、第５の反射面Ｍ５を、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光に変える反射面としてある。典型的には、第５の反射面Ｍ５は、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光にできかつ該平行光を光学系中心Ｏを通るよう反射できる位置に配置した反射面（例えば第１の放物面鏡）としてある。なお、ここでいう平行光とは、実質的に平行光とみなせる場合も含む（以下、同様）。
【００３２】
さらに、第６の反射面Ｍ６を、第５の反射面Ｍ５からの光を第４の反射面Ｍ４に集光する反射面としてある。典型的には、第６の反射面Ｍ６は、第５の反射面前記第１の放物面鏡からの光を受けこれを前記第４の反射面上に集光できる位置に配置した反射面（例えば第２の放物面鏡）としてある。
【００３３】
さらに、反射面回転装置３１を、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４の配置位置各々（具体的には図１（Ａ）、（Ｂ）中の入射点Ａ、出射点Ｄ各々）で、前記Ｎ字状の光路を含む平面に垂直な軸（図１（Ａ）、（Ｂ）の紙面と垂直な軸）を中心として、前記第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を連動させて回転する装置としてある。
【００３４】
なお、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４それぞれの回転方向および回転量は、入射光Ｌ１と反射光Ｌ２とを同軸にできるように決める。したがって、両反射面Ｍ１，Ｍ４の回転方向は、同一方向の場合、反対方向の場合のいずれもあり得る。また、両反射面Ｍ１，Ｍ４の回転量は同じ場合も、異なる場合もあり得る。また、連動して回転とは、同期して回転する場合、そうでない場合いずれの場合もあり得る。ただし、典型的には、同期して回転する。
【００３５】
さらに、物体移動装置３５を、被測定物３３の被測定面３３ａが光学系中心Ｏを含む位置になるように被測定物３３を第２および第３の反射面Ｍ２、Ｍ３間、または、第５及び第６の反射面Ｍ５、Ｍ６間に挿入する挿入状態と、挿入しない非挿入状態とを選択的に形成する装置としてある。
【００３６】
（ｂ）この発明の光学特性測定ユニットの作用について、図１（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。
【００３７】
この発明の光学特性測定ユニットでは、第１、第２、第３および第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を用いての光学特性測定、すなわち第１の測定（図１（Ａ）参照）と、第１、第５、第６および第４の反射面Ｍ１、Ｍ５、Ｍ６およびＭ４を用いての光学特性測定、すなわち第２の測定（図１（Ｂ）参照）とを、行うことができる。
【００３８】
▲１▼：この第１の測定（図１（Ａ）参照）では、次のような作用が得られる。入射点Ａと出射点Ｄとを結ぶ線分ＡＤに対して、光学系中心Ｏで直交する線分ＯＨを、考える。この線分ＯＨと、第２の反射面Ｍ２から第３の反射面Ｍ３に向かう光の軌道ＢＣとのなす角度をθとする。この発明では、被測定物３３の被測定面３３ａが光学系中心Ｏを含む位置になるように、被測定物３３を第２および第３の反射面間に挿入する第１の状態を形成できる。すると、この第１の状態では、この角度θは、被測定面３３ａへの光の入射角になる。
【００３９】
然も、この発明の装置では、第１の反射面Ｍ１を上記の所定の回転軸を中心に回転させることが出来、かつ、第２の反射面Ｍ２を所定の回転楕円面で構成してあるので、第１の反射面Ｍ１を回転することにより、被測定物に対する光の入射角θを任意に（連続的の場合も含む）変化させることができる。これについて、以下、詳細に説明する。
【００４０】
図２は、被測定物３３を、第２および第３の反射面Ｍ２、Ｍ３間に上記の通り挿入した場合の、第１の反射面Ｍ１と、被測定物３３と、回転楕円面で構成された第２の反射面Ｍ２とで構成される光学系を示した図である。ただし、第２の反射面Ｍ２として、ここでは、楕円モデルを考えている。すなわち、回転楕円面は、実際は、図２の楕円を図２のｘ軸を中心として必要な角度回転させた軌跡で形付けられる反射面であるが、ここでは、楕円のモデルを考えている。また、図２は図１の一部を天地を逆転させて表した図に相当する。
【００４１】
反射面回転装置３１により第１の反射面Ｍ１を回転させた時の角度をφとする。すると、この角度φと、被測定物３３への光の入射角θとは、次のような関係になる。
【００４２】
被測定物３３に入射する光と線分ＡＯとのなす角度をψとすると、ψ＝π／２−θである。楕円Ｍ２の離心率をｅ、楕円Ｍ２の焦点の座標をそれぞれ（−ｃ、０）、（ｃ、０）とする。すると、φとψとの正接は、それぞれ以下の（１）式および（２）式で表される。
【００４３】
ｔａｎφ＝ｙ／（ｃ＋ｘ） ・・・（１）
ｔａｎψ＝ｙ／（ｃ−ｘ） ・・・（２）
これら式から、ｘ、ｙをφ、ψを用いて表すと、それぞれ以下の（３）式および（４）式のようになる。
【００４４】
ｘ＝ｃ（ｔａｎφ−ｔａｎψ）／（ｔａｎφ＋ｔａｎψ）・・・（３）
ｙ＝２ｃ（ｔａｎφｔａｎψ）／（ｔａｎφ＋ｔａｎψ）・・・（４）
ここで、楕円の式とパラメータとを以下のようにおく。
【００４５】
（ｘ／ａ）2 ＋（ｙ／ｂ）2 ＝１ ・・・（５）
ｅ2 ＝（ａ2 ＋ｂ2 ）／ａ2 ・・・（６）
ｃ2 ＝ａ2 ＋ｂ2 ・・・（７）
（５）式に（３）式、（４）式を代入し、さらに、適宜（６）式、（７）式の関係を用いてｔａｎψについて解くと、以下の式が得られる。
【００４６】
ｔａｎψ＝｛（１−ｅ2 ）2 ｔａｎφ±√２・ｅ（１−ｅ2 ）ｔａｎ2 φ｝／（１−ｅ2 ）2 −４ｅ2 ｔａｎφ｝ ・・・（８）
この（８）式を、ｔａｎψ＝ｃｏｔφの関係を用いて、φについて解くことで次の式が得られる。
【００４７】
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（１−ｅ2 ）2 −４ｅ2 ｔａｎφ｝／｛（１−ｅ2 ）2 ｔａｎφ±√２・ｅ（１−ｅ2 ）ｔａｎ2 φ｝ ・・・（９）
この（９）式から判るように、被測定面３３ａへの光の入射角θは、第１の反射面Ｍ１を回転させる角度φによって変化させることができる。然も、入射点Ａ、光学系中心Ｏそれぞれが、楕円Ｍ２の焦点に位置するため、楕円の性質からφを変化させても光学系中心Ｏは移動することがなく、かつ、光路ＡＢＯの長さも変化しない。このことは、第１の反射面Ｍ１を回転させたとしても、この光学系では、光路長、焦点距離、収差などが保存されることを意味する。したがって、光路長、焦点距離、収差などを変えることなく、入射角依存性を考慮した透過率、反射率等の光学特性を測定できる。
【００４８】
さらに、この発明の光学特性測定ユニットでは、第１の反射面Ｍ１および第４の反射面Ｍ４を連動させて移動できるので、次のような作用が得られる。この説明を図１（Ａ）を再び参照して行う。
【００４９】
第１の反射面Ｍ１を角度φ回転させると、既に説明した様に被測定物３３の被測定面（光学系中心Ｏ）への光の入射角θは、上記の（９）式に従い変化する。この光学系中心Ｏを通過した光は、第３の反射面Ｍ３によって反射された後、第４の反射面Ｍ４に達する。この第４の反射面Ｍ４は、反射面回転装置３１により、第１の反射面Ｍ１に連動させて任意の角度回転させることができる。そのため、入射光Ｌ１と、出射光Ｌ２とを同軸にすることができる。これは、受光部（図示せず）を、第４の反射面Ｍ４の後段でかつ線分ＡＤの延長線上に固定して配置できることを意味する。
【００５０】
また、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を回転させるのみで、入射角を変えての光学特性の測定が可能になる。したがって、従来装置で問題となっていた光学系の交換や、交換した光学系の調整は、本発明の装置では行わずに済む。
【００５１】
また、この発明の光学特性測定ユニットでは、物体移動装置３５により、被測定物３３の入れ出しができる。そのため、透過率、反射率、透過・反射における光の位相変化などの各種の光学特性を測定できる。
【００５２】
例えば、上記の第１の測定の１種として、被測定物の透過率及び又は、透過における位相変化を、入射角を変化させながら測定する場合、次の様に行うことができる。図３（Ａ）および（Ｂ）はその説明図である。
【００５３】
先ず、物体移動装置３５により、被測定物を光学系に挿入しない状態を形成する（図３（Ａ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながら、出射光Ｌ２の強度を測定する。この処理を第１の処理とする。なお、両反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながらとは、被測定物３３への入射角を所望の通り変化できるように、第１の反射面Ｍ１を回転させ、かつ、入射光Ｌ１と出射光Ｌ２とが同軸となるように第４の反射面Ｍ４を回転させることをいう（以下、同様）。
【００５４】
次に、物体移動装置３５により、被測定物３３の被測定面３３ａが光学系中心Ｏを含む位置（以下、この位置を「所定位置」ともいう。）になるように、被測定物３３を第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間に挿入した状態を形成する（図３（Ｂ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながら出射光Ｌ２の強度を測定する。この処理を第２の処理とする。
【００５５】
ただし、第１の処理と第２の処理とは、いずれを先に実施しても良い。
【００５６】
次に、これら第１の処理および第２の処理それぞれで測定した出射光強度に基づいて、前記物体の透過率及び又は透過における光の位相変化を測定する。
【００５７】
これについてさらに詳細に説明する。図３（Ａ）に示した第１の処理で得られる入射角θに依存する出射光Ｌ２の光量を、Ｉｒ（θ）とすると、Ｉｒ（θ）は、次の式で表される。
【００５８】
Ｉｒ（θ）＝Ｉｏ×Ｒ１（θ）×Ｒ２（θ）×Ｒ３（θ）×Ｒ４（θ） ・・・（１０）
ただし、Ｉｏは入射光量、Ｒ１（θ）〜Ｒ４（θ）それぞれは、角度θでの各反射面の反射率である。
【００５９】
また、図３（Ｂ）に示した第２の処理で得られる入射角θに依存する出射光Ｌ２の光量を、Ｉｓ（θ）とすると、Ｉｓ（θ）は、次の式で表せる。
【００６０】
Ｉｓ（θ）＝Ｉｏ×Ｒ１（θ）×Ｒ２（θ）×Ｒ３（θ）×Ｒ４（θ）×Ｒｓ（θ） ・・・（１１）
ただし、Ｒｓ（θ）は、角度θでの被測定物３３の透過率である。
【００６１】
第２の処理で測定される光量Ｉｓ（θ）中の、被測定物３３に依存する成分（すなわちＲｓ（θ））以外の成分は、第１の処理で測定される成分と同じである。そのため、入射角θを考慮した被測定物の透過率を、Ｔｓ（θ）とすると、該Ｔｓ（θ）は、以下の（１２）式により求まる。
【００６２】
Ｔｓ（θ）＝Ｉｓ（θ）／Ｉｒ（θ）・・・（１２）
また、透過における位相変化を求める場合は、先ず、上記の第１の処理での位相特性Φ１（θ）と、上記の第２の処理での位相特性Φ２（θ）とをそれぞれ求める。
【００６３】
これら位相特性Φ１（θ）、Φ２（θ）は、例えば、以下の様にして測定出来る。
【００６４】
先ず、光源として例えば図２８を用いて説明した光源部１９、受光部として例えば図２８を用いて説明した受光部２１をそれぞれ用意する。この光源部１９を、第１の反射面Ｍ１の前段に配置し、この受光部２１を第４の反射面Ｍ４の後段に配置する。この光源部１９からの光を、この発明の光学特性測定ユニット３０に、入射光Ｌ１として入射させる。そして、上記の第１の処理および第２の処理それぞれで受光部２１で測定される光強度と、公知の偏光解析特有の計算理論とから、位相特性Φ１（θ）、Φ２（θ）を算出する。これら算出したΦ１（θ）およびΦ２（θ）を用いて、被測定物３３についての透過における位相変化は、
Φｓ＝Φ２（θ）−Φ１（θ） ・・・（１３）
により求まる。
【００６５】
▲２▼：一方、この発明の光学特性測定ユニットでは、第２の測定（図１（Ｂ）参照）を実施する場合、次のような作用が得られる。
【００６６】
この第２の測定では、入射光Ｌ１が第１の反射面Ｍ１、第５の反射面Ｍ５、第６の反射面Ｍ６および第４の反射面Ｍ４の順で反射される。なお、このような反射経路を形成するには、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を反射面回転装置３１によって所定位置まで回転させれば良い。
【００６７】
然も、第５の反射面Ｍ５を、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光に変える反射面としてある。より具体的には、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光に変えかつ光学系中心Ｏを通るように反射する反射面で、第５の反射面を構成してある。そのため、光学系中心Ｏに平行光を通すことができる。
【００６８】
また、第６の反射面Ｍ６を、第５の反射面Ｍ５からの光を第４の反射面Ｍ４に集光する反射面としてある。そのため、第５の反射面から出た光は第４の反射面に集光される。
【００６９】
このようなとき、第５および第６の反射面間であって、光学系中心Ｏの辺りに、被測定物３３を例えば物体移動装置３５により入れ出しすると、図１（Ｂ）に示した光学系での出力光強度として、被測定物３３がある場合と、無い場合それぞれの光強度を、図示しない受光素子により測定することができる。従って、被測定物３３がある場合と無い場合とでの、光強度の比、すなわち、透過率を求めることができる。然も、この様にして求まる透過率は、測定光が平行光の場合の透過率である。このように、この発明の光学特性測定ユニットでは、第２の測定をした場合、平行光を用いての、被測定物の透過率を測定することができる。また、この第２の測定時において、被測定物自体を、光学系中心Ｏを中心に、前記Ｎ字状の光路を含む平面内で回転させることで、平行光を用いて、被測定物の透過率の角度依存性も測定できる。
【００７０】
平行光を用いて被測定物の透過率を測定できるということは、ＮＡ（開口数）を持たない（実質的に持たない）測定光によって、被測定物の透過率を測定できることを意味する。
【００７１】
ＮＡを持つ測定光、特に大きいＮＡをもつ測定光により被測定物の透過率を測定した場合、この被測定物に入射する測定光の光束中心付近の光と、該光束の端付近の光とでは、被測定物入射面での屈折角が異なってしまう。測定光のＮＡに起因して上記の様に屈折角が異なった場合、被測定物の厚さが薄い場合は、それ程影響はないが、被測定物の厚さが厚い程、上記中心付近の光と端付近の光各々の、被測定物から出るときの進行方向がズレてくる。そのため、被測定物を出た光の焦点位置が異なったり、一部の光が後段の光学系に入射されなかったり等の問題が生じる。従って、厚さが厚い被測定物の透過率の測定精度を高めることができない。
【００７２】
ところが、この発明の光学特性測定ユニットでは、上記の如く、第２の測定時には、測定光として平行光を用いた測定を行えるので、上記のＮＡに起因する問題を解決又は低減することができる。
【００７３】
（ｃ）また、この発明の光学特性測定ユニットの発明を実施するに当たり、好ましくは、第３の反射面Ｍ３および第４の反射面Ｍ４を、前記Ｎ字状のための配置にするＮ状態と、該Ｎ状態に対して線分ＡＤを回転軸として１８０度回転させた配置にする状態（これを非Ｎ状態という）とを選択的に形成する反射面移動装置３７をさらに具えた構成とするのが良い。
【００７４】
このような反射面移動装置３７を具えた装置の場合、該装置を例えば以下のように使用することで、被測定物３３の反射率（絶対反射率）及び又は、反射における位相変化を、入射角を変化させながら測定できる。図４（Ａ）〜（Ｄ）はその説明図である。
【００７５】
先ず、物体移動装置３５により、被測定物３３を所定位置に挿入しない状態を形成する。然も、反射面移動装置３７により、第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４をＮ字状のための配置にする（図４（Ａ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながら出射光Ｌ２の強度（例えば光量Ｉｒ（θ））を測定する（図４（Ｂ））。この処理を第１の処理とする。
【００７６】
次に、物体移動装置３５により、被測定物３３を所定位置に挿入した状態を形成する。然も、反射面移動装置３７により、第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４をＮ字状の位置から線分ＡＤを軸に１８０度回転させた配置にする（図４（Ｃ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を適正に回転させながら出射光Ｌ２の強度（例えば光量Ｉｓ（θ））を測定する（図４（Ｄ））。この処理を第２の処理とする。
【００７７】
ただし、第１の処理と第２の処理とは、いずれを先に実施しても良い。
【００７８】
なお、これら第１の処理および第２の処理をそれぞれ実施すると、第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４は、Ｎ状態または非Ｎ状態になるように、反射面移動装置３７によって移動される。しかし、この発明では第３および第４の反射面の構成や配置等を上記のごとく工夫してあるため、Ｍ３，Ｍ４をこのように移動しても、Ｍ３，Ｍ４の移動前後での光学系における光路長、焦点距離、収差等の光学的特性は変わらない。すなわち、光学的特性は、保存される。
【００７９】
次に、上記の第１の処理および第２の処理それぞれで測定した出射光強度に基づいて、入射角θを考慮した被測定物３３の反射率Ｒｓ（θ）を求める。このＲｓ（θ）は、
Ｒｓ（θ）＝Ｉｓ（θ）／Ｉｒ（θ）・・・（１４）
により求まる。その原理は、上記の透過率測定の場合と同様である。
【００８０】
また、反射における位相変化Φ（θ）は、上記の透過における位相変化を求めた方法に準じた方法で求めることができる。すなわち、第２の処理で求める位相特性Φ２（θ）が反射における位相特性であること以外は、下記の（１５）式により、反射における位相変化を求めることができる。
【００８１】
Φｓ＝Φ１（θ）−Φ２（θ） ・・・（１５）。
【００８２】
（ｄ）また、反射面移動装置３７を具える好適例の光学特性測定ユニット３０の場合、以下のように使用することで、基準物の反射率に対する被測定物の反射率（すなわち相対反射率）及び又は、基準物の反射における位相変化に対する、被測定物の反射における位相変化（これを、以下、「反射における相対位相変化」という）を測定することもできる。図５（Ａ）および（Ｂ）は、その説明図である。
【００８３】
先ず、反射面移動装置３７により、第３及び第４の反射面Ｍ３，Ｍ４を非Ｎ字状態にする。然も、物体移動装置３５により、基準物３９を、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間の所定位置（被測定物３３を挿入する場合の位置）に挿入する（図５（Ａ））。そして、反射面回転装置３１により第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を適正に回転させながら出射光Ｌ２の強度（例えば光量Ｉｒ（θ））を測定する（図５（Ａ））。この処理を第１の処理とする。
【００８４】
次に、基準物３９の代わりに被測定物３３を挿入すること以外は、図５（Ａ）を用いて説明したと同様にして、出射光Ｌ２の強度（例えば光量Ｉｓ（θ））を測定する（図５（Ｂ））。この処理を第２の処理とする。
【００８５】
次に、これら第１および第２の処理それぞれで測定した出射光強度に基づいて、被測定物３３の基準物３９に対する相対反射率及び又は相対位相変化を測定する。ただし、この場合は、Ｉｒ（θ）およびΦ１（θ）は、それぞれ基準物についてのものである。これらを用いること以外は、相対反射率は上記の（１４）式により、また、相対位相変化は上記の（１５）式により求めることが出来る。
【００８６】
なお、反射面移動装置を具えた構成とする場合、反射面移動装置として、図６に示したように、第４の反射面Ｍ４のみをＮ状態（図６（Ａ）参照）および非Ｎ状態（図６（Ｂ）参照）に選択的に変化させる反射面移動装置３７ａを具え、そして、第３の反射面Ｍ３が前記非Ｎ状態にされた場合に相当する位置に、第３の反射面相当の第７の反射面Ｍ７を具える構成としても良い。
【００８７】
この場合、第３の反射面Ｍ３を移動させないで済む分、反射面移動装置３７ａの構成を簡単にすることができる。ただしこの場合、第３の反射面Ｍ３と第７の反射面Ｍ７の個体差の影響を受けやすくなるので、光学的特性をより保存したい場合は、第７の反射面Ｍ７を設けずに第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４を移動する構成（図４を参照して説明した構成）の方が好ましい。
【００８８】
（ｅ）なお、この発明の光学特性測定ユニットでは、入射光としてビーム径が小さいものを用いる場合、入射光のＦ値が大きい場合、および又は光学系全体が小さいため光路長が短い場合等は、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３それぞれを、回転楕円面で構成する代わりに、前記Ｎ字状の光路を含む平面に垂直な方向に曲率を持たない楕円円筒面、または、前記回転楕円面に近似な形状を持つ球面、または、前記回転楕円面に近似な形状を持つ円筒面で構成しても良い。ビーム径が小さい場合等は、入射角を変えても第１の反射面Ｍ１で反射された光は図２の楕円モデルの線上のどこかに入射される。すなわち、図２の紙面に垂直な方向への光の広がりは少ない。そのため、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３を上記のような球面または円筒面で構成しても、Ｍ２，Ｍ３を回転楕円面で構成する場合と等価な光学系が実現できる。にもかかわらず、上記の球面や円筒面は、いずれも、回転楕円面に比べて、作製が容易であるので、例えば、光学特性測定ユニットのコスト低減を図ることができる。
【００８９】
（ｆ）また、この発明の光学特性測定ユニットの発明を実施するに当たり、反射面回転装置３１の代わりに、図７に示したように、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を、入射点Ａおよび出射点Ｄを結ぶ線分ＡＤを回転軸として連動させて回転する反射面回転装置４１（以下、第２の反射面回転装置４１ともいう。）を具える構成としても良い。
【００９０】
この第２の反射面回転装置４１を用いて、第１の反射面Ｍ１を線分ＡＤを回転軸として角度α回転させた場合の、被測定面３３ａへの光の入射角θは、以下の（１６）式により表せる。
【００９１】
θ＝ａｒｃｃｏｓ｛ｃｏｓθ0 ｃｏｓα｝・・・（１６）
このようにθが与えられる理由を、図８を参照して説明する。ただし、この図８において、Ｎは被測定面３３ａの法線ベクトル、Ｓ0 はα＝０（第１の反射面Ｍ１の初期状態）での被測定面３３ａへの入射光線のベクトル、Ｓは第１の反射面Ｍ１を線分ＡＤを回転軸として、角度α回転させた時の被測定面３３ａへの入射光線のベクトルである。これら３つのベクトルはすべて単位ベクトルであるとする。また、θ0 は、α＝０での被測定面３３ａへの入射角である。なお、図８では、計算を簡略化するため、ベクトルＳ0 の方向をｚ軸と定め、かつ、ベクトルＳの移動する平面がｙｚとなるようにｙ軸を定めてある。このとき、法線ベクトルＮは自動的にｘｚ平面内にある。
【００９２】
ベクトルＮの成分は以下の（１７）式の通りであり、また、ベクトルＳの成分は以下の（１８）式の通りである。
【００９３】
Ｎ＝（ｓｉｎθ0 、０、ｃｏｓθ0 ）・・・（１７）
Ｓ＝（０、ｓｉｎα、ｃｏｓα） ・・・（１８）
入射角θは、上記の各ベクトルの内積を使って以下の（１９）式のように表すことができる。
【００９４】
Ｎ・Ｓ＝｜Ｎ｜｜Ｓ0 ｜ｃｏｓθ ・・・（１９）
ここで、｜Ｎ｜｜Ｓ0 ｜＝ｃｏｓθ0 ｃｏｓα、｜Ｎ｜＝１、｜Ｓ0 ｜＝１であるので、これらを（１９）式に代入し、かつ、該式を変形すると、上記の（１６）式が得られる。
【００９５】
θ0 ＝１０度とすると、第１の反射面Ｍ１の回転角度αを０〜９０度の範囲で変化させることにより、入射角θを１０〜９０度の範囲で任意に変化させることができる。
【００９６】
この第２の反射面回転装置４１を用いると、反射面回転装置３１を用いる場合とは異なる光学特性測定ユニットを設計することができる。そのため、光学特性測定ユニットの設計自由度が向上する。
【００９７】
なお、第２の反射面回転装置４１を用いる構成の場合も、第２の反射面Ｍ２が、入射点Ａおよび光学系中心Ｏを焦点とする回転楕円面であるので、第１の反射面Ｍ１を回転させても、第１および第２の反射面Ｍ１，Ｍ２を経た反射光は、常に光学系中心Ｏを通過する。然も、点Ａから、点Ｂを経て、光学系中心Ｏに至る光路長も、第１の反射面Ｍ１を回転させても、変化しない。また、この第２の反射面回転装置４１の場合も、第１の反射面Ｍ１の回転に連動させて第４の反射面Ｍ４を回転させることができる。そして、第４の反射面Ｍ４の回転方向および回転量は、第４の反射面Ｍ４からの出射光Ｌ２が、第１の反射面Ｍ１への入射光と同軸になるように、設定することができる。
【００９８】
これらのことから、第２の反射面回転装置４１を用いる構成の場合も、光路長、焦点距離、収差などの光学的特性を保存することができる。
【００９９】
なお、この第２の反射面回転装置４１を用いる構成の場合で、第２の測定、すなわち、第１、第５、第６及び第４の反射面を用いた平行光による透過率測定をするためには、第１および第２の反射面Ｍ１、Ｍ４がある所定位置の時に、第１の反射面Ｍ１から第５の反射面に光が反射され、かつ、第６の反射面からの光が第４の反射面Ｍ４に集光されるように、第５および第６の反射面の位置を考慮すれば良い。
【０１００】
（ｇ）この第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットの場合も、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４の回転のさせ方が反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットの場合と異なること以外は、反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットについて説明した場合と同様にして、被測定物の透過率、透過における位相変化、反射率、反射における位相変化を測定できる。以下、簡単に説明する。
【０１０１】
図７（Ａ）および（Ｂ）は、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットで、透過率および又は透過における位相変化を測定する場合の説明図である。第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間に被測定物を挿入しない状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図７（Ａ））。第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間の所定位置に被測定物３３を挿入した状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図７（Ｂ））。これら測定で得た情報から、透過率および又は透過における位相変化を求める原理は、反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットの場合と同様であるので、その説明は省略する。
【０１０２】
図９（Ａ）および（Ｂ）は、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットで、絶対反射率および又は反射における位相変化を測定する場合の説明図である。第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間に被測定物を挿入しない状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図９（Ａ））。第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３間の所定位置に被測定物３３を挿入した状態で、かつ、第３および第４の反射面をＡＤ線を中心として図９（Ａ）の状態から１８０度回転させた状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図９（Ｂ））。これら測定で得た情報から、絶対反射率および又は反射における位相変化を求める原理は、反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットの場合と同様であるので、その説明は省略する。
【０１０３】
図１０（Ａ）および（Ｂ）は、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットで、相対反射率および又は相対位相変化を測定する場合の説明図である。
【０１０４】
第３および第４の反射面Ｍ３，Ｍ４を、Ｎ字状を構成する位置ではなく、該位置に対して線分ＡＤを中心として１８０度回転させた位置（非Ｎ字状の位置）に、反射面回転装置３１（図１参照）により、移動しておく。そして、基準物３９を所定位置に置く（図１０（Ａ））。そしてこの状態で出射光Ｌ２の強度を測定する。次に、基準物の代わりに被測定物３３を所定位置に置く。そして、この状態で出射光Ｌ２の強度を測定する（図１０（Ｂ））。これら測定で得た情報から、相対反射率および又は反射における相対位相変化を求める原理は、反射面回転装置３１を具えた光学特性測定ユニットの場合と同様であるので、その説明は省略する。
【０１０５】
（ｈ）なお、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットの場合で、入射光のビーム径が小さい場合や、入射光のＦ値が大きい場合や、光学系全体が小さいために光路長が短い場合は、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３を回転楕円面で構成していた代わりに、後述する所定の円筒面で構成しても良い。これについて、図１１を参照して詳細に説明する。
【０１０６】
第２の反射面回転装置４１を用いた場合、第１の反射面Ｍ１を回転させた時の第２の反射面Ｍ２への光の入射点の軌跡は、図１１（Ａ）に網点模様で示したように、回転楕円面の短周に沿うようになる。然も、図１１（Ｂ）に示したように、回転楕円面の、楕円成分が最も少ない部分に沿うようになる。すなわち、図１１（Ｃ）に示したように、球面成分を持つ面に沿うようになる。したがって、Ｍ２に入る光線のビーム系が小さい場合等では、図１１（Ｄ）に示したように、ＡＤ線を軸とする円筒面の一部で第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３それぞれを構成しても、本発明の作用・効果が得られる。
【０１０７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。ただし、説明に用いる各図は、この発明を理解出来る程度に概略的に示してあるにすぎない。また、以下の説明に用いる各図において、同様な構成成分については、同一の番号を付して示す。そして、同様な構成成分の重複説明を省略することもある。
【０１０８】
１．第１の実施の形態
図１２は、第１の実施の形態の光学特性測定ユニットを説明するための斜視図である。
【０１０９】
この光学特性測定ユニットでは、基板５１上に、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を、これら反射面を経る光路がＮ字状となるように、配置してある。
【０１１０】
さらに、この基板５１上の所定の位置に、第５および第６の反射面Ｍ５、Ｍ６を、配置してある。この所定の位置とは、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を、この発明でいう第２の測定を実施する際の任意の位置に固定した時に、第１の反射面Ｍ１からの光を平行光にできかつ該平行光を光学系中心Ｏを通るよう反射できる、第５の反射面の設置位置であり、また、この第５の反射面Ｍ５からの光を受けこれを第４の反射面Ｍ４上に集光できる、第６の反射面の設置位置である。
【０１１１】
これら第５および第６の反射面Ｍ５、Ｍ６それぞれは、例えば放物面鏡で構成することができる。第５の反射面Ｍ５を放物面鏡で構成した場合、この放物面鏡Ｍ５を、例えば、その焦点が第１の反射面Ｍ１のＡ点若しくはその近傍に位置し、かつ、その頂点が適正な位置になるように配置することで、この発明でいう第５の反射面を実現することができる。また、第６の反射面を放物面鏡で構成した場合、この放物面鏡Ｍ６を、例えば、その焦点が第４の反射面Ｍ４のＤ点若しくはその近傍に位置し、かつ、その頂点が適正な位置になるように配置することで、この発明でいう第６の反射面を実現することができる。もちろん、これは一例にすぎない。
【０１１２】
また、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４それぞれを、平面鏡で構成してある。また、第２の反射面Ｍ２を、入射点Ａと光学系中心Ｏとを焦点とする回転楕円面の一部で構成してある。また、第３の反射面Ｍ３を、光学系中心Ｏと出射点Ｄとを焦点とする回転楕円面の一部で構成してある。
【０１１３】
そして、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３それぞれを、基板５１に固定してある。これに対して、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４それぞれは、基板５１に固定していない。
【０１１４】
この第１の反射面Ｍ１を、第１回転軸５３の一端と接続してある。この第１回転軸５３は、基板５１の貫通孔５１ａ通って基板５１の裏面に至っている。この第１の回転軸５３の他端を、第１プーリ５５と接続してある。
【０１１５】
また、第４の反射面Ｍ４を、第２回転軸５７の一端と接続してある。この第２回転軸５７は、基板５１の貫通孔５１ｂ通って基板５１の裏面に至っている。この第２の回転軸５７の他端を、第２プーリ５９と接続してある。
【０１１６】
また、この光学特性測定ユニットは、回転手段として例えば任意好適なモータ６１を具えている。このモータ６１のシャフト６１ａに、第３のプーリ６３および第４のプーリ６５を接続してある。モータとしては、例えばステッピングモータを用いることができる。
【０１１７】
第３のプーリ６３と第１のプーリ５５とを、ベルト６７により結合してある。第４のプーリ６５と第２のプーリ５９とを、ベルト６９により結合してある。
【０１１８】
この第１の実施の形態では、回転軸５３，５７と、各プーリ５５，５９，６３，６５と、モータ６１とにより、反射面回転装置３１を構成している。
【０１１９】
また、この光学特性測定ユニットは、物体移動装置３５を具える。この物体移動装置３５は、被測定物（基準物の場合も含む）を、この発明でいう所定位置に入れ出しする。この物体移動装置３５は、任意好的な、移動機構で構成することができる。
【０１２０】
この第１の実施の形態の場合、モータ６１を回転させると、この回転は、各プーリと回転軸とにより第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４に伝わる。そのため、この例の場合は、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４を、同一方向に、同一角度回転させることができる。
【０１２１】
なお、第２の反射面Ｍ２を構成する回転楕円面と、第３の反射面Ｍ３を構成する回転楕円面とが同一の形状である場合、第１の反射面Ｍ１をφ回転させたことに対する第４の反射面Ｍ４の回転角度および回転方向は、第１の反射面Ｍ１と同じで済む。Ｍ２，Ｍ３の形状が異なる場合は、両者の形状の違いを考慮して、第４の反射面Ｍ４の駆動条件を決定する必要がある。
【０１２２】
この図１２に示した実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、図３（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明した各処理が可能である。したがって、被測定物の透過率および又は透過における位相変化を測定することができる。
【０１２３】
さらに、この図１２に示した実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、第１、第５、第６および第４の反射面を用いることによる、図１（Ｂ）を参照して説明した第１の測定、すなわち平行光を用いての透過率測定を行うことができる。
【０１２４】
２．第２の実施の形態
図１３は、第２の実施の形態の光学特性測定ユニットを説明するための斜視図である。
【０１２５】
第１の実施の形態では、第１および第４の反射面Ｍ１、Ｍ４を、最終的には、共通のモータ６１に結合していた。これに対し、この第２の実施の形態では、第１および第２の反射面Ｍ１，Ｍ４それぞれを、別々のモータ７１，７３に結合してある。
【０１２６】
この第２の実施の形態の場合、モータ７１，７３と回転軸５３，５７とで、反射面回転装置３１を構成している。
【０１２７】
この第２の実施の形態の場合、モータ７１，７３を別々に駆動できるので、第１および第４の反射面Ｍ１，Ｍ４の 回転方向および回転量をそれぞれ任意に制御できる。
【０１２８】
また、モータ７３と回転軸５７とからなる部分は、第４の反射面Ｍ４を線分ＡＤを中心として１８０度移動させる反射面移動装置３７の役割も担っている。
【０１２９】
さらに、第１の実施の形態では、第３の反射面Ｍ３を基板５１に固定していたが、この第２の実施の形態では、第３の反射面Ｍ３は基板５１に固定していない。然も、第３の反射面Ｍ３は、反射面移動装置３７によって、線分ＡＤを中心として、１８０度回転移動できる構成としてある。
【０１３０】
第３の反射面Ｍ３を移動するための反射面移動装置３７は、任意好適な移動機構により構成することができる。
【０１３１】
この第２の実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、反射面移動装置３７を用いることで、第３の反射面Ｍ３を線分ＡＤを回転軸として１８０度回転できるので、図４（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明した各処理を行える。そのため、被測定物の絶対反射率および又は反射における位相変化を測定できる。
【０１３２】
さらに、この第２の実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、図５（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明した各処理が行えるので、被測定物の相対反射率および又は反射における相対位相変化を測定できる。
【０１３３】
また、この第２の実施の形態の光学特性測定ユニットの場合、図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明した透過率の測定と、図１（Ｂ）を参照して説明した平行光を用いての透過率の測定とを、第１の実施の形態と同様に、行うことができる。
【０１３４】
したがって、この第２の実施の形態の光学特性測定ユニットによれば、▲１▼被測定物の絶対反射率および又は反射における位相変化、▲２▼被測定物の相対反射率および又は反射における相対位相変化、▲３▼被測定物の透過率および又は透過における位相変化、▲４▼平行光を用いての被測定物の透過率をそれぞれ測定できる。
【０１３５】
３．第３の実施の形態
図１４は、この発明の光学特性測定ユニットをエリプソメータに適用した例を説明する図である。
【０１３６】
このエリプソメータは、この発明の光学特性測定ユニット３０と、光源部８１と、受光部８３とを具える。
【０１３７】
光源部８１は、例えば、任意の波長の光を出力する光源（例えばモノクロメータ）８１ａと、偏光子８１ｂとで構成できる。受光部８３は、例えば、検光子８３ａと受光素子８３ｂとで構成出来る。
【０１３８】
光源部８１からの光を、入射光Ｌ１として、第１の反射面Ｍ１に入射させる。受光部８３は、第４の反射面Ｍ４の後段であって、ＡＤ線上に配置してある。
【０１３９】
この図１４に示したエリプソメータの場合、光源部８１と光学特性測定ユニット３０と、受光部８３とが直線状に配置された構造のエリプソメータを実現できる。然も、ゴニオステージなどを用いずにエリプソメータを実現できる。従って、この発明の光学特性測定ユニットの特徴を有した新規なエリプソメータを実現できる。
【０１４０】
４．第４の実施の形態
図１５は、この発明の光学特性測定ユニットを、市販の分光光度計９０に組み合わせる例を説明する図である。
【０１４１】
分光光度計９０は、光源部９１と、測定部９３とを具える。測定部９３には、リファレンス光路とサンプル光路とが形成されている。光源部９１は、リファレンス光路およびサンプル光路に交互に光を出力する。これら光を、説明上、リファレンス光Ｌｒおよびサンプル光Ｌｓと呼ぶ。
【０１４２】
この発明の光学特性測定ユニット３０はサンプル光路中に配置される。受光部９５は、リファレンス光Ｌｒおよびサンプル光Ｌｓを交互に受光する。
【０１４３】
この実施の形態によれば、市販の分光光度計とこの発明の光学特性測定ユニットとにより、▲１▼被測定物の絶対反射率および又は反射における位相変化、▲２▼被測定物の相対反射率および又は反射における相対位相変化、▲３▼被測定物の透過率および又は透過における位相変化、▲４▼平行光を用いての被測定物の透過率をそれぞれ測定できる。
【０１４４】
しかも、これら測定のいずれを行う場合も、光学系の交換や、調整を特にすることなく、目的の測定を行うことができる。
【０１４５】
５．第５の実施の形態
図１６は、この発明の光学特性測定ユニットを、エリプソメータに適用した例であって、しかも、ダブルビーム方式を適用する例を説明する図である。
【０１４６】
この実施の形態の装置では、光源部８１と受光部８３との間に、リファレンス光路１０１と、サンプル光路１０３とが形成されている。そして、リファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３それぞれに、この発明の光学特性測定ユニット３０を挿入してある。
【０１４７】
光源部８１から出た光は、第１チョッパミラー１０５により時間的に振り分けられる。そして、リファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３を進む。
【０１４８】
受光部８３の前段に第２チョッパミラー１０７が設けてある。この第２チョッパミラー１０７は、リファレンス光路１０１を経てきたリファレンス光と、サンプル光路１０３を経てきたサンプル光とを、選択的に受光部８３に入力する。
【０１４９】
この実施の形態の装置によれば、ダブルビーム方式による測光が可能なエリプソメータが実現される。そのため、この発明の光学特性測定ユニットの特徴を有しかつダブルビーム方式の利点（測定精度の高い）新規なエリプソメータを実現することができる。
【０１５０】
６．第６の実施の形態
この発明の光学特性測定ユニットでは、第２および第３の反射面を回転楕円面又は、所定の球面、楕円円筒面若しくは円筒面（以下、これらを回転楕円面等という）で構成すると述べた。しかしこの発明では、例えば平面鏡又は球面鏡を回転楕円面等に相当するように移動させて使用する場合も、この発明でいう回転楕円面等に含まれる。これについて図１７を参照して説明する。
【０１５１】
図１７では、第２の反射面Ｍ２および第３の反射面Ｍ３それぞれを、平面鏡または球面鏡で構成してある。そして、この平面鏡又は球面鏡Ｍ２を、第１の反射面Ｍ１を回転させた際のＭ１からの光線を受けることができ、かつ、この受けた光を光学系中心Ｏに出射できるように、第１の反射面Ｍ１の回転に同期させて移動する構成としてある。一方、この平面鏡又は球面鏡Ｍ３を、第２の反射面Ｍ２の移動に同期して移動し、かつ、第２の反射面Ｍ２からの光線を受けることができ、かつ、この受けた光を第４の反射面のＤ点に出射できるように、移動する構成としてある。
【０１５２】
この第６の実施の形態の場合、第２および第３の反射面Ｍ２，Ｍ３それぞれを平面鏡または球面鏡で構成できるので、回転楕円面を用いる場合に比べて、第２および第３の反射面自体を小型かつ安価にできる。ただし、この場合は、光線を追従できるように平面鏡又は球面鏡を駆動する機構が必要になる。
【０１５３】
【実施例】
以下、いくつかの実施例として、光学特性ユニット３０を用いた測定結果について、比較例と共に説明する。ただし、以下で説明する波長、入射角、被測定物はいずれも例示にすぎない。従って、この発明がこれらに何ら限定されるものではない。
【０１５４】
１．第１実施例
先ず、厚さが厚い被測定物の絶対透過率を、平行光を用いて測定する例を説明する。そのため、先ず、図１（Ｂ）の光学系において、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光Ｌ２の強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１は、波長１７５〜２５０ｎｍの範囲で変化させる。また、図１（Ｂ）の光学系において、図１（Ｂ）に示した様に被測定物３３を、該光学系に入れる。そして、Ｉｒを測定したと同様にして、出射光Ｌ２の強度Ｉｓを測定する。ただし、被測定物３３として、縦が２０ｍｍ、横が２０ｍｍ、厚さが５０ｍｍである直方体状の石英、すなわち測定部位の厚さが５０ｍｍというように厚い被測定物を用いる。
【０１５５】
上記求めたＩｓおよびＩｒから、波長毎の透過率Ｔｓを、Ｉｓ／Ｉｒに従い求める。この結果を、図１８に、横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとって示した。
【０１５６】
図１８から明らかなように、この発明によれば、厚さが厚い被測定物であっても、透過率特性を測定できることが分かる。
【０１５７】
（比較例）
第１実施例で用いた被測定物、すなわち厚さが５０ｍｍの被測定物を用い、図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明した様に、透過率を測定する。すなわち、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を用いた透過率測定を行う。
【０１５８】
この比較例１の測定では、被測定物を挿入した時の測定（Ｉｓ測定）の際に、被測定物から出た光の光束が、受光素子（図示せず）の受光面より大きくなってしまい、そのため、第１の実施例に比べて、透過率は小さな値になってしまった（図示せず）。これは、入射光Ｌ１が平行光でない（ＮＡを持つ光の）ため、入射光Ｌ１が、厚さが厚い被測定物中で多方面に広がってしまうためと考えられる。
【０１５９】
これら第１実施例と比較例とから分かるように、この発明の光学特性測定ユニットによれば、厚みが厚い被測定物の透過率も精度良く測定できることが分かる。
【０１６０】
２．第２実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に薄膜を形成した光学部品の絶対透過率を測定する。そのため、先ず、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍのｐ偏光を用い、かつ、薄膜への入射光の入射角を５〜３０度の範囲で変化させる。次に、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物（薄膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、透過率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１６１】
この結果を、図１９に、横軸に入射角（ｄｅｇ）をとり、縦軸に透過率をとって示した。
【０１６２】
図１９から明らかなように、この発明によれば、透過率の入射角依存性を測定できることが分かる。
【０１６３】
３．第３実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に反射防止膜を形成した光学部品の絶対透過率を測定する。そのため、先ず、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光を用い、かつ、反射防止膜への入射角を３０度とする。次に、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物（反射防止膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、透過率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１６４】
この結果を、図２０に、横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとって示した。
【０１６５】
図２０から明らかなように、この発明によれば、反射防止膜の絶対透過率の波長依存性を測定できることが分かる。
【０１６６】
４．第４実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成した薄膜の透過における光の位相変化を測定する。そのため、先ず、図３（Ｂ）の光学系において、石英基板のみを測定位置に入れた状態で位相特性φｒ（θ）を測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍの光を用い、かつ、薄膜への入射角を３０、５０、６０度とする。次に、図３（Ｂ）の光学系において、被測定物（薄膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、φｒ（θ）を求めたと同様にして位相特性φｓ（θ）を測定する。そして、これらφｒ（θ）およびφｓ（θ）から、薄膜の透過における光の位相変化を、φｓ（θ）−φｒ（θ）として求める。
【０１６７】
この第４実施例によれば、薄膜の透過における光の位相変化を測定出来ることが分かる。
【０１６８】
５．第５実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成したミラーの絶対反射率（入射角依存性）を測定する。そのため、先ず、図４（Ａ）、（Ｂ）に示した様に、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍのｐ偏光を用い、かつ、ミラーへの入射角を３５〜５５度とする。次に、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示した様に、第３及び第４の反射面Ｍ３、Ｍ４を、反射面移動装置３７によって移動すると共に、被測定物（ミラーを有した石英基板）を測定位置に入れ、そして、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、反射率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１６９】
この結果を、図２１に、横軸に入射角をとり、縦軸に反射率をとって示した。
【０１７０】
図２１から明らかなように、この発明によれば、ミラーの絶対反射率の入射角依存性を測定できることが分かる。
【０１７１】
６．第６実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成したミラーの絶対反射率（波長依存性）を測定する。そのため、先ず、図４（Ａ）、（Ｂ）に示した様に、被測定物を測定位置に入れない状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光を用い、かつ、ミラーへの入射角を４５度とする。次に、図４（Ｃ）、（Ｄ）に示した様に、第３及び第４の反射面Ｍ３、Ｍ４を、反射面移動装置３７によって移動すると共に、被測定物（ミラーを有した石英基板）を測定位置に入れ、そして、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、反射率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１７２】
この結果を、図２２に、横軸に波長をとり、縦軸に反射率をとって示した。
【０１７３】
図２２から明らかなように、この発明によれば、ミラーの反射率の波長依存性を測定できることが分かる。
【０１７４】
７．第７実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが１０ｍｍの石英基板上に形成した反射防止膜の相対反射率を測定する。そのため、先ず、図５（Ａ）に示す様に、基準物３９として石英基板のみを測定位置に入れた状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍのｐ偏光を用いる。また、入射角は２０〜４０度の範囲で変化させる。次に、図５（Ｂ）に示す様に、被測定物３３（反射防止膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、反射率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１７５】
この結果を、図２３に、横軸に入射角をとり、縦軸に反射率をとって示した。
【０１７６】
図２３から明らかなように、この発明によれば、反射防止膜の相対反射率の入射角依存性を測定できることが分かる。
【０１７７】
８．第８実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが１０ｍｍの石英基板上に形成した薄膜の相対反射率を測定する。そのため、先ず、図５（Ａ）に示す様に、基準物３９として石英基板のみを測定位置に入れた状態で出射光強度Ｉｒを測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光を用いる。また、入射角は３０度とする。次に、図５（Ｂ）に示す様に、被測定物３３（反射防止膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、Ｉｒを求めたと同様にして出射光強度Ｉｓを測定する。そして、これらＩｒおよびＩｓから、反射率を、Ｉｓ／Ｉｒとして求める。
【０１７８】
この結果を、図２４に、横軸に波長をとり、縦軸に反射率をとって示した。
【０１７９】
図２４から明らかなように、この発明によれば、薄膜の相対反射率の波長依存性を測定できることが分かる。
【０１８０】
９．第９実施例
直径２０ｍｍかつ厚さが１０ｍｍの石英基板上に形成した薄膜の反射における光の位相変化を測定する。そのため、先ず、図５（Ａ）に示す様に、基準物３９として石英基板のみを測定位置に入れた状態で位相特性φｒ（θ）を測定する。ただし、入射光Ｌ１として波長１９０ｎｍのｐ偏光を用いる。また、入射角は３０、５０、６０度とする。次に、図５（Ｂ）に示すように、被測定物３３（薄膜を有した石英基板）を測定位置に入れた状態で、φｒ（θ）を求めたと同様にして位相特性φｓ（θ）を測定する。そして、これらφｒ（θ）およびφｓ（θ）から、薄膜の透過における光の位相変化Φｓ（θ）を、φｓ（θ）−φｒ（θ）として求める。また、この位相変化Φｓ（θ）より、この被測定物の屈折率、吸収定数を求める。
【０１８１】
この第９実施例によれば、薄膜の反射における光の位相変化、屈折率、吸収定数を測定出来ることが分かる。
【０１８２】
１０．第１０実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１、サンプル光路１０３それぞれを、第２の測定が出来る状態、すなわち、第１、第５、第６および第４の反射面Ｍ１、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ４を入射光が進む状態にする（ただし、図１６では第１の測定状態を示してある。）。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、縦が２０ｍｍ、横が２０ｍｍ、厚さが５０ｍｍである直方体状の石英（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１７５〜２５０ｎｍの範囲の光とする。
【０１８３】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い透過率を求める。
【０１８４】
この第１０実施例によれば、所望の透過率測定を行えることが分かった。
【０１８５】
１１．第１１実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１、サンプル光路１０３それぞれを、第１の測定が出来る状態、すなわち、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を入射光が進む状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成された薄膜（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１９０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を５〜３０度とする。
【０１８６】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い透過率を求める。
【０１８７】
この第１１実施例によれば、所望の透過率測定を行えることが分かった。
【０１８８】
１２．第１２実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１、サンプル光路１０３それぞれを、第１の測定が出来る状態、すなわち、第１〜第４の反射面Ｍ１〜Ｍ４を入射光が進む状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成された薄膜（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を３０度とする。
【０１８９】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い透過率を求める。
【０１９０】
この第１２実施例によれば、所望の透過率測定を行えることが分かった。
【０１９１】
１３．第１３実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１を、図１６の様にＮ状態にし、一方、サンプル光路１０３を、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成されたミラー（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１９０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を３５〜５５で変化させる。
【０１９２】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い反射率を求める。
【０１９３】
この第１３実施例によれば、所望の反射率測定を行えることが分かった。
【０１９４】
１４．第１４実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１を、図１６の様にＮ状態にし、一方、サンプル光路１０３を、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成されたミラー（図示せず）を入れる。ただし、入射光は波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を４５度とする。
【０１９５】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い反射率を求める。
【０１９６】
この第１４実施例によれば、所望の反射率測定を行えることが分かった。
【０１９７】
１５．第１５実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３それぞれを、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成された反射防止膜（図示せず）を入れ、一方、リファレンス光路１０１の光学系中心付近に、基準物として石英基板のみを入れる。ただし、入射光は波長１７５〜２５０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を３０度とする。
【０１９８】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い反射率を求める。
【０１９９】
この第１５実施例によれば、所望の反射率測定を行えることが分かった。
【０２００】
１６．第１６実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３それぞれを、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが２ｍｍの石英基板上に形成された反射防止膜（図示せず）を入れ、一方、リファレンス光路１０１の光学系中心付近に、基準物として石英基板のみを入れる。ただし、入射光は波長１９０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を１５〜４５度の範囲で変化させる。
【０２０１】
そして、リファレンス光路１０１側の出射光強度Ｉｒと、サンプル光路側の出射光強度Ｉｓとを測定し、これらから、Ｉｓ／Ｉｒに従い反射率を求める。
【０２０２】
この第１６実施例によれば、所望の反射率測定を行えることが分かった。
【０２０３】
１７．第１７実施例
図１６を用いて説明したダブルビーム方式エリプソメータのリファレンス光路１０１およびサンプル光路１０３それぞれを、図４（Ｃ）の様に、非Ｎ状態にする。然も、サンプル光路１０３の光学系中心付近に、被測定物として、直径２０ｍｍかつ厚さが１０ｍｍの石英基板上に形成された薄膜（図示せず）を入れ、一方、リファレンス光路１０１の光学系中心付近に、基準物として石英基板のみを入れる。ただし、入射光は波長１９０ｎｍのｐ偏光とし、薄膜への入射角を３０、４５、６０とする。
【０２０４】
そして、リファレンス光路１０１側の位相特性φｒ（θ）とサンプル光路１０３側の位相特性φｓ（θ）とを測定する。そして、これらφｒ（θ）およびφｓ（θ）から、薄膜の反射における光の位相変化Φｓ（θ）を、φｓ（θ）−φｒ（θ）として求める。また、この位相変化Φｓ（θ）より、この被測定物の屈折率、吸収定数を求める。
【０２０５】
この第１７実施例によれば、薄膜の反射における光の位相変化、屈折率、吸収定数を測定出来ることが分かる。
【０２０６】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明の光学特性測定ユニットによれば、第１の測定時は入射光を第１〜第４の反射面の順に反射し、第２の測定時は入射光を第１、第５、第６および第４の反射面の順に反射する所定配置および所定構成の第１〜第６の反射面と、前記第１の反射面および前記第４の反射面を回転させる反射面回転装置と、被測定物を前記第２および第３の反射面間、または、第５および第６の反射面間に入れ出しする物体移動装置とを具える。このため、光学系を交換することなく透過率および又は透過における光の位相変化を、入射角を変えながら測定出来る。また、第２の測定時では、平行光を用いた透過率測定が行えるので、厚みが厚い被測定物であっても精度良く透過率を測定することができる。
【０２０７】
また、この発明の好適例の光学特性測定ユニットによれば、第３および第４の反射面を移動するための所定の反射面移動装置をさらに具える。このため、光学系を交換することなく、▲１▼透過率および又は透過における光の位相変化、▲２▼反射率および又は反射における光の位相変化、▲３▼相対反射率および又は相対位相変化、▲４▼平行光による透過率特性の、任意の光学特性を、入射角を変えながら測定出来る。
【０２０８】
従ってこの発明の光学特性測定ユニットによれば、光学系の光学的特性や受光部の位置を変えずに、入射角を任意に変えながら透過率、反射率、透過や反射における光の位相変化を従来に比べて簡易に測定でき、また、厚みが厚い被測定物の透過率測定も所望の通り行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光学特性測定ユニットの構成を説明する図である。
【図２】この発明の光学特性測定ユニットで被測定物への入射角を変えることが出来る理由を説明する図である。
【図３】この発明の光学特性測定ユニットを用いて、透過率および又は透過における光の位相変化を測定する場合の説明図である。
【図４】この発明の光学特性測定ユニットを用いて、絶対反射率および又は反射における光の位相変化を測定する場合の説明図である。
【図５】この発明の光学特性測定ユニットを用いて、相対反射率および又は反射における光の相対位相変化を測定する場合の説明図である。
【図６】この発明の光学特性測定ユニットの変形例の説明図である。
【図７】この発明の光学特性測定ユニットの他の変形例の説明図である。然も、第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットを用いて、透過率および又は透過における光の位相変化を測定する場合の説明図である。
【図８】第２の反射面回転装置４１の作用を説明する図である。
【図９】第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットを用いて、絶対反射率および又は反射における光の位相変化を測定する場合の説明図である。
【図１０】第２の反射面回転装置４１を具えた光学特性測定ユニットを用いて、相対反射率および又は反射における光の相対位相変化を測定する場合の説明図である。
【図１１】この発明で用いる第２および第３の反射面の変形例の説明図である。
【図１２】第１の実施の形態の説明図である。
【図１３】第２の実施の形態の説明図である。
【図１４】第３の実施の形態の説明図である。
【図１５】第４の実施の形態の説明図である。
【図１６】第５の実施の形態の説明図である。
【図１７】第６の実施の形態の説明図である。
【図１８】第１の実施例での測定結果を説明する図である。
【図１９】第２の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２０】第３の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２１】第５の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２２】第６の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２３】第７の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２４】第８の実施例での測定結果を説明する図である。
【図２５】従来の透過率測定装置の説明図である。
【図２６】従来の絶対反射率測定装置の説明図である。
【図２７】従来の相対反射率測定装置の説明図である。
【図２８】従来のエリプソメータの説明図である。
【符号の説明】
Ｍ１：第１の反射面
Ｍ２：第２の反射面
Ｍ３：第３の反射面
Ｍ４：第４の反射面
Ｍ５：第５の反射面
Ｍ６：第６の反射面
Ｍ７：第７の反射面
Ａ：入射点
Ｄ：出射点
Ｏ：光学系中心
３０：光学特性測定ユニット
３１：反射面回転装置
３３：被測定物
３３ａ：被測定面
３５：物体移動装置
３７、３７ａ：反射面移動装置
３９：基準物
４１：反射面回転装置（第２の反射面回転装置）
５１：基板
５１ａ，５１ｂ：貫通孔
５３：第１回転軸
５５：第１プーリ
５７：第２回転軸
５９：第２プーリ
６１，７１，７３：回転手段（例えばモータ）
６１ａ：シャフト
６３：第３プーリ
６５：第４プーリ
６７，６９：ベルト
８１：光源部
８１ａ：光源
８１ｂ：偏光子
８３：受光部
８３ａ：検光子
８３ｂ：受光素子
９０：分光光度計
９１：光源部
９３：測定部
９５：受光部
１０１：リファレンス光路
１０３：サンプル光路
１０５：第１チョッパミラー
１０７：第２チョッパミラー
Claims (5)
- 第１の測定時は入射光を第１〜第４の反射面の順で反射し、第２の測定時は入射光を第１、第５、第６および第４の反射面の順で反射する、第１〜第６の反射面と、
前記第１および第４の反射面を回転させる反射面回転装置と、
被測定物を前記第２および第３の反射面間、または、前記第５および第６の反射面間に入れ出しする物体移動装置とを具え、
前記第１〜第４の反射面を、前記第１〜第４の反射面を経る光路がＮ字状となるように、かつ、前記第１の反射面に入射される入射光と前記第４の反射面から出射される出射光とが同軸となるように、配置してあり、
前記第１および第４の反射面それぞれを、前記Ｎ字状の光路を含む平面に対して垂直に配置した反射面としてあり、
前記入射光の前記第１の反射面での入射点Ａおよび前記第４の反射面での出射点Ｄを結ぶ線分と、前記第２の反射面から前記第３の反射面に進む光線の軌道との交点を、光学系中心Ｏと定義したとき、前記第２の反射面を、前記光学系中心Ｏと前記入射点Ａとを焦点とする第１の回転楕円面により構成してあり、
前記第３の反射面を、前記光学系中心Ｏと前記出射点Ｄとを焦点とする第２の回転楕円面により構成してあり、
前記第５の反射面を、前記第１の反射面からの光を平行光に変える反射面としてあり、
前記第６の反射面を、前記第５の反射面からの光を前記第４の反射面に集光する反射面としてあり、
前記反射面回転装置を、前記第１および第４の反射面の配置位置各々で前記Ｎ字状の光路を含む平面に直交する軸をそれぞれ中心として、前記第１および第４の反射面を連動させて回転する装置としてあり、
前記物体移動装置を、前記被測定物の被測定面が前記光学系中心を含む位置になるように前記被測定物を前記第２および第３の反射面間、または、前記第５および第６の反射面間に挿入する挿入状態と、挿入しない非挿入状態とを選択的に形成する装置としてあること
を特徴とする光学特性測定ユニット。 - 請求項１に記載の光学特性測定ユニットにおいて、
前記第５の反射面を、前記第１の反射面からの光を平行光にできかつ該平行光を前記光学系中心Ｏを通るよう反射できる位置に配置した、第１の放物面鏡とし、
前記第６の反射面を、前記第１の放物面鏡からの光を受けこれを前記第４の反射面上に集光できる位置に配置した、第２の放物面鏡としたこと
を特徴とする光学特性測定ユニット。 - 請求項１に記載の光学特性測定ユニットにおいて、
前記反射面回転装置の代わりに、前記入射点Ａおよび前記出射点Ｄを結ぶ前記線分を回転軸として前記第１および第４の反射面を連動させて回転する反射面回転装置を具えることを特徴とする光学特性測定ユニット。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学特性測定ユニットにおいて、
前記第３の反射面および前記第４の反射面を、前記Ｎ字状の配置にするＮ状態と、該Ｎ状態に対して前記線分を回転軸として１８０度回転させた配置にする非Ｎ状態とを選択的に形成する反射面移動装置をさらに具えたこと
を特徴とする光学特性測定ユニット。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学特性測定ユニットにおいて、
前記第４の反射面のみを前記Ｎ字状の配置にするＮ状態と、該Ｎ状態に対して前記線分を回転軸として１８０度回転させた配置にする非Ｎ状態とを選択的に形成する反射面移動装置を具え、
前記第３の反射面を、前記線分を回転軸として１８０度回転させた位置に、第３の反射面相当の第７の反射面を具えること
を特徴とする光学特性測定ユニット。
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