JPH02254341A - 分光分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、フーリエ変換法を用いる分光分析方法に係わ
り、特に、平行平板の試料を測定する分光分析方法に関
する。

（従来の技術） 従来、フィルム状、板状などの試料あるいは固体を切り
出した板状試料などの平行平板の試料について、その試
料中の成分を分光分析法により分析する場合には、目的
成分の分光スペクトルに試料母体のスペクトルが重畳し
ているために、成分の定性、定量分析を行うには試料母
体のスペクトルを正確に除く必要がある。

例えば、半導体結晶中の不純物の分光分析には、目的ピ
ークの判別の妨げになる半導体自身の吸収スペクトル成
分を除くために、不純物を含まない高純度試料を参照試
料とした補償法が用いられる。

この場合、測定試料と参照試料との厚さを同一にする必
要があるが、これを正確に一致させるのは困難である。

従って、試料の吸収スペクトルと参照試料の吸収スペク
トルとの差スペクトルを見ながら経験的な係数を乗じて
格子吸収分を除く方法や、別に厚さを測定し、このデー
タを用いて計算によって補正する方法が採られている。

しかし、吸収スペクトルに経験的係数を乗じる方法は、
試料の厚さに比例しない表面反射分が過補正されるばか
りか、係数自体も客観性に欠ける問題がある。また、計
算により補正する場合は、試料の反射率が既知であるか
または別に７１ＰＪ定をする必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 上述した様に、従来の分光分析方法は、試料自体の吸収
スペクトルの影響を完全に除去することができず、正確
な測定ができなかった。

本発明の目的は、試料および参照試料の厚さを別に測定
することなしに測定値から試料厚さの違いを補正し、妨
害となる母体自身のスペクトルを正確に除き、目的不純
物のスペクトルを得ることができる分光分析方法を提供
することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段および作用）本発明は、光
を試料表面の法線方向から試料表面に入射させて被測定
試料の分光スペクトルに対応する干渉図形を測定する段
階と、光を試料表面の法線に対して傾けて入射させて被
測定試料の分光スペクトルに対応する干渉図形を／ｌＰ
１定する段階と、夫々の前記干渉図形の主極大と副極大
との光学的距離を求めてこの光学的距離の垂直入射の場
合と斜入射の場合との比に１および垂直入射の場合にお
ける前記光学的距離の被測定試料と参照試料との比に２
を求める段階と、前記干渉図形をフーリエ変換して試料
および参照試料の分光スペクトルを得てこの分光スペク
トルと入射光の分光スペクトルとから試料および参照試
料の吸収スペクトルを得る段階と、前記光学的距離の垂
直入射の場合と斜入射の場合との比に１を用いて前記吸
収スペクトルの試料表面による反射分を補正して第一次
補正スペクトルを得る段階と、試料および参照試料の前
記第一次補正スペクトルと前記１ｆａｃ２を用いて試料
母体の吸収スペクトルを除いた不純物のみの吸収スペク
トルを得る段階とを備えたことを特徴とする分光分析方
法である。

本発明の分光分析方法において、光学的距離の垂直入射
の場合と斜入射の場合との比に１を用いて吸収スペクト
ルの試料表面による反射分を補正し第一次補正スペクト
ルを得る段階は、垂直入射の場合の吸収スペクトルＡお
よび斜入射の場合の吸収スペクトルＡ−とに１より、試
料表面による反射分ｋ　　−Ａ−（ｋｌ−１）　　・Ａ
−を求めるこ■ とにより行われる。

また、本発明の分光分析方法において、試料および参照
試料の前記第一次補正スペクトルと前記比に２を用いて
試料母体の吸収スペクトルを除いた不純物のみの吸収ス
ペクトルを得る段階は、試料の第一次補正スペクトルＢ
　および参照試料の第一次補正スベクトルＢ、とに２よ
り、不純物のみの吸収スペクトルＢＳ−に２・町を求め
ることにより行われる。

さらに、本発明において、試料に対して斜に光を入射さ
せる場合は、その入射角度は、試料の反射率の変化との
兼ね合いから、約２０度以下が好ましい。

本発明の分析方法は、光を試料表面の法線方向から試料
表面に入射させて被測定試料の分光スペクトルに対応す
る干渉図形並びに光を試料表面の法線に対して傾けて入
射させて被測定試料の分光スペクトルに対応する干渉図
形を測定することより、試料の厚さの補正係数と吸収ス
ペクトルとを得ることができ、また、厚さの補正を行う
段階において試料母体の反射率並びに屈折率が必要ない
ために、試料表面の反射および試料母体の吸収の影響を
完全に除くことができて、正確な測定を行うことができ
る。

また、吸収スペクトルに現れる試料の両表面の干渉によ
るスペクトルベースラインのうねりは、上述の干渉図形
の段階で副極大の手前までの干渉図形を用いてフーリエ
変換することで、このうねりを除去することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。

まず、本発明の原理について、第１図乃至第３図を用い
て説明する。第１図は、分光分析装置において、試料表
面に対し入射角θで入射光を入射させ、試料の透過スペ
クトルを観測する例を示している。第１図の分光分析装
置（１）は、例えば赤外光を発する光源（２）、三光束
干渉計（３）、試料（４）を透過した光の強度を／ＩＪ
ｌ］定するための光検出器（５）から構成される。この
三光束干渉計（３）は、光源（２）からの光を振り分け
るビームスプリッタ−（１３）、固定鏡（７）、光源（
２）からの光に対して平行な方向に移動可能な移動鏡（
８）を備える。

この様な分光分析装置（１）において、光源（２）から
三光束干渉計（３）を経て試料（４）の表面の法線に対
し入射角θ、屈折角θ−で厚さｄの試料（４）に入射し
た光（９）は、反射を起こさずに透過する光（９ａ）と
試料両面での反射の後に透過してくる光（９ｂ）のため
に干渉を起こす。この様子を第２図に示す。第２図に示
す様に、この干渉図形では、光路差零のところで主極大
が、また、光路差ΔＬのところで２つの副極大が現れて
いる。この主極大と副極大との光学的距離ΔＬ５試料の
厚さｄ１屈折角θ′は、試料の屈折率ｎにより、（１）
式の関係がある。

ΔＬ−ｎ−ｄ−ｃｏｓθ−・・・＝−（１）従って、同
一試料では、垂直入射の場合と斜入射の場合のΔＬの比
に１は、（２）式で表される。

ｋｌ−ΔＬ／ΔＬ　−−１／　ｃ　ｏ　ｓθ′・・・・
・・（２）また、垂直入射で試料と参照試料の厚さが異
なる場合のΔＬの比に２は、試料厚さをｄ８、参照試料
の厚さｄ　とすると、（３）式で表される。

「 に２−ΔＬＳ／ΔＬ、−ｄ８／ｄ、・・・・・・（３）
なお、θとθ′との関係はスネルの法則により、ｓｉｎ
θ−ｎ−ｓｉｎθ゛で表される。

ところで、光検出器（５）で検出される透過光強度Ｉは
、入射光強度をＩ。、試料の吸収係数をα、反射率をＲ
１厚さをｄとすると、垂直入射の場合は（４）式で表さ
れる（庄野克房著：物理光学実験「半導体技術」　（上
）東大出版会（１９７Ｂ）参照）。

Ｉ−（１−Ｒ）　　中ｌ０−ｅＸｐ（−α争ｄ）・・・
・・（４） また、斜入射の場合には、見掛けの試料の厚さｄ′は（
５）式となる。

ｃｌ−ｄ／ｃｏｓθ−・＝−（５） 従って、斜入射の場合、検出される透過光強度工゛は、
（６）式となる。

１−一（Ｉ　　Ｒ−）　　・Ｉｏ　−ｅｘｐ　（−α・
ｄ／ｃｏｓθ′）・・・・・・（６） ここで、偏光のない入射光の場合、斜入射時の反射率Ｒ
′はＳ偏光の反射率Ｒとｐ偏光の反射率Ｒの平均であり
、以下の式の様に表される。

（以下余白） Ｒ−−（Ｒ＋Ｒ）／２ ｐ ＝　（１／２）　Ｘ　［ｆ（ｎ−ｃｏｓθ−ｃｏｓθ゛
）２十（ｋ　−ｃｏｓθ）　　ｌ／［（ｎ−ｃｏｓθ＋
ｃｏｓθ°）２＋（ｋ−ＣＯ８θ）　　Ｄｉ（ｃｏｓθ
−ｎ　’　ｃｏｓθ°）２十（ｋ−ＣＯ８θ’）　　ｌ
／［（ｃｏｓθ＋ｎ　”　ｃｏｓθ°）２＋（ｋ−ｃｏ
ｓθ’）２１１ なお、ｎ、には夫々物質の複素屈折率の実数部、虚数部
である（日本化学会綿：新実験化学＋ｉＪ座基礎技術３
光［ＩＩ］丸善（１９７Ｇ）参照）。

ところで、第３図には、入射各θに対する反射率の変化
Ｒ−／Ｒを示す。第３図において、ｎとして、５００ｃ
ｍ−１付近のＧａＡｓの屈折率２．２８７を用い、いく
つかのｋについて計算した。この図に示される様に、入
射角が数十塵、好ましくは２０度程度までであれば、反
射率の変化は十分小さいので、 （１−Ｒ−）　２−　（１−Ｒ）　２ と考えて良い。

従って、測定される見掛けの吸収スペクトルＡ（＝　　
Ｉ　ｎ　（１／　Ｉｏ　）　）は、垂直入射の場合と斜
入射の場合とで、夫々、（７）式および（８）式で表さ
れる。

Ａ　−−１ｎ　（１−Ｒ）　２＋ａ　・ｄ・・−・−（
７）Ａ”＝−Ｉｎ　（１−Ｒ）　２＋α・ｄ／ｃｏｓθ
電・・・・・（８） （２）式、（７）式および（８）式より、試料表面での
反射分（−Ｉｎ　（１−Ｒ）　２）は（９）式となる。

１ｎ（１−Ｒ）　−ｍｋ　争Ａ−（ｋｌ−１）・Ａ゛・
・・・・・（９） 従って、（７）式より、第一次補正スペクトルＢは（１
０）式で求められる。

Ｂ　−Ａ　−１ｃ　　会Ａ＋　（ｋｌ−１）・Ａ■ ・・・・・・（１０） また、（３）式と試料および参照試料の第一次補正スペ
クトルＢ　　、Ｂ　　より不純物のみの吸収スＳ　　　
　　「 ベクトルは、（１１）式で求められる。

（α　−α　）・ｄ　８”＝　Ｂ　８ｋ　２・ＢｒＳ　
　　　　「 ・・・・・・（１１） この様に、干渉図形の測定により、試料厚さの補正係数
と吸収スペクトルを得ることができ、また、厚さの補正
を行う段階において試料母体の反射率、屈折率が必要な
いので、正確な分析が可能となる。

以上説明した原理に基づ〈実施例について、第４図を用
いて説明する。第４図は、本実施例に用いられる分光分
ｉｊｉ装置を示すものであって、第１図に示されたもの
と同一のものは同一の符号を付しである。この分光分析
装置（１）は、赤外光を発する光源（２）、三光束干渉
計（３）、試料（４）が載置され、図面に垂直な軸を中
心として回動可能な回転台（ｌＯ）、光検出器（５）か
らもが成される。この三光束干渉計（３）は、第１図の
装置と同様に、光源（２）からの光を振り分けるビーム
スプリッタ−（６）、固定鏡（７）、移動鏡（８）を備
える。

この様な分光分析装置（１）において、まず、回転台（
ｌＯ）に試料（４）を栽せた後、この回転台（１０）を
回転させて支点（１１）で決まる垂直入射の固定位置ａ
に設定し、試料（４）の透過光強度を測定する。

この測定により、第２図に示される副極大を有する干渉
図形が得られる。これにより、ΔＬ　（あるいはΔＬ　
）が求められる。

次に、斜入射の位置すに設定した試料（４）に対する同
様な測定からΔＬ　　−（あるいはΔＬ　″）ｒ が求められる。この位置すは反射率の変化が無視できる
程度の入射角になれば良く、固定である必要はない。

ｋｌ８（あるいはに１ρおよびに２は各ΔＬより簡単に
算出できる。

さらに、干渉図形は、分光器のデータ処理装置でフーリ
エ変換されて吸収スペクトルとして記憶される。前記ｋ
　　、ｋ　　およびに２は、定数とじｉｓ　　　　ｌｒ て扱えるので、記憶された吸収スペクトルからデータ点
ごとに（ｌＯ）式および（１１）式の計算をすることで
、第一次補正スペクトルＢおよび不純物のみの吸収スペ
クトル（α　−α　）・ｄ　は容易にＳ　　　　　ｒ　
　　　　　　Ｓ 求められる。

上記実施例では、試料を室温で測定する場合について説
明したが、低温測定の場合でも、試料の保持部分を入射
光に対して傾斜できるようにすることで、実施例と同様
に適用することができる。

［発明の効果］ 以上の様に、本発明によれば、試料および参照試料の厚
さを別に測定することなしに測定値から試料厚さの違い
を補正し、妨害となる母体自身のスペクトルを正確に除
き、目的不純物のスペクトルを得ることができる分光分
析方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための分光分析装置を
示す平面図、第２図は第１図の装置において測定された
光路差に対する検出光強度の関係を示すグラフ、第３図
は光の入射角の変化に対する試料表面の反射率の変化を
示すグラフ、第４図は実施例に用いられる分光分析装置
を示す平面図である。 １・・・分光分析装置　　　　２・・・光源３・・・三
光束干渉計　　　　４・・・試料５・・・光検出器　　
　　　　１０・・・回転台代理人　弁理士　大　胡　典
　夫 第 忍 図 飄 人身１角 θ （崖） 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光を試料表面の法線方向から試料表面に入射させて被測
   定試料の分光スペクトルに対応する干渉図形を測定する
   段階と、光を試料表面の法線に対して傾けて入射させて
   被測定試料の分光スペクトルに対応する干渉図形を測定
   する段階と、夫々の前記干渉図形の主極大と副極大との
   光学的距離を求めてこの光学的距離の垂直入射の場合と
   斜入射の場合との比ｋ＿１および垂直入射の場合におけ
   る前記光学的距離の被測定試料と参照試料との比ｋ＿２
   を求める段階と、前記干渉図形をフーリエ変換して試料
   および参照試料の分光スペクトルを得てこの分光スペク
   トルと入射光の分光スペクトルとから試料および参照試
   料の吸収スペクトルを得る段階と、前記光学的距離の垂
   直入射の場合と斜入射の場合との比ｋ＿１を用いて前記
   吸収スペクトルの試料表面による反射分を補正して第一
   次補正スペクトルを得る段階と、試料および参照試料の
   前記第一次補正スペクトルと前記比ｋ＿２を用いて試料
   母体の吸収スペクトルを除いた不純物のみの吸収スペク
   トルを得る段階とを備えたことを特徴とする分光分析方
   法。