JPH04138328A - 偏光角測定装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、例えば半導体の結晶成長の状態を分析するの
に使用される偏光角測定装置に関する。

（ロ）従来の技術 ブルースター（Ｄ　、　Ｂ　ｒｅｗｓｔｅｒ）の法則に
よれば、屈折率ｎの物質表面に、ｔａｎθ−ｎで決まる
特定の角θで入射する光の反射光は、完全な直線偏光と
なり、入射面に垂直に偏るのであって、前記の特定の角
θは、偏光角もしくはブルースター角と言われる。

半導体の製造に当たっては、半導体表面の偏光角を測定
することで、半導体表面の結晶状態が分析される。

ところで、従来、偏光角を測定する装置として、第２図
および第３図に示すようなものがある。

いずれの従来装置も、入射系２１と反射系２２とを備え
、入射系２１は、偏光子２３により偏光した光を試料Ｓ
に照射し、反射系２２は、試料Ｓからの反射光を受光す
る検出器２４を備える。

第２図の従来装置では、入射系２Ｉは一定位置に固定さ
れており、これに対して、試料Ｓと検出器２４とはゴニ
オメータにより所定の関係で変位するようになっており
、試料Ｓがある角度θたけ傾斜すると、検出器２４がそ
の倍角２θだけ回転変位する。

第３図の装置では、試料Ｓが一定位置に固定され、これ
に対して入射系２１と検出器２４とがゴニオメータによ
り試料Ｓの照射ポイントを中心に等角に回転変位する。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記のような従来の測定装置では、それぞれ次のような
問題がある。

まず、第２図の測定装置では、固定の入射系２１に対し
て試料Ｓを傾斜させる必要があるので、試料Ｓを取り出
したり、母材から切り出さなければならない。そのため
、製造途中の試料についてはその状態のままで偏光角の
測定ができず、製造ラインでの材料分析には適さない。

また、第３図の測定装置では、試料Ｓを傾斜させる必要
はなく、したがって試料Ｓを切り出さなくてもよいが、
互いに離間している入射系２１と反射系２２とを連動し
て等角度に回転変位させなければならないので、両者の
藺に機械的な連動手段が必要で、そのためのスペースを
確保しなければならず、また、互いに離れた系を機械的
に正確に連動させることは難しく、高精度の測定が行え
ない。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって
、入射系のみを回転変位させることで測定を可能にして
、試料を傾斜させたり、入射系と反射系との連動させた
りする必要をなくし、製造ライン上の試料についても、
高精度の測定が行えるようにすることを課題とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、上記の課題を達成するために、試料を中心に
回転変位可能な入射系と、試料に対して一定位置に配置
される反射系とからなる偏光角測定装置であって、入射
系は、試料表面に偏光した平行光を所要の角度で照射す
るものであり、反射系は、コリメータレンズと反射鏡と
からなり、コリメータレンズは、試料表面からの反射光
を受１−する位置にあって試料の照射ポイントを焦点と
するものであり、反射鏡は、コリメータレンズの出射側
の焦点位置で試料からの反射光をその入射光路と同一の
光路に反射するものであり、入射系は、さらにビームス
プリッタと検出器とを含み、ビームスプリッタは、反射
系から試料表面を経た反射光を検出器に導くものである
構成とした。

（ホ）作用 上記の構成において、測定に当たっては、試料と反射系
とを、１互に一定の位置関係に固定しておいて、入射系
を試料を中心に所要の角度位置に回転変位させる。

入射系から試料表面には、偏光された平行光が照射され
、試料表面で反射される。試料表面での反射光は、反射
系のコリメータレンズを透過して反射鏡に反射される。

この場合、試料表面への入射角が変化しても、その反射
光は、コリメータレンズにより平行光となって反射鏡に
入射する。したがって、反射鏡により反射された光は、
入射光路と同一の光路を逆行する。そして、試料表面で
再び反射されて入射系に戻り、ビームスプリッタを介し
て検出器に入射する。検出器では、試料表面で２回反射
された光が受光され、その強度が検出されることになる
。

（へ）実施例 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例に係る偏光角測定装置の構成
図である。

同図において、Ｓは試料、■は入射系、２は反射系であ
る。

入射系ｌは、全体が試料Ｓを中心に回転変位可能で、外
部から分光結晶等で分光した単色光りが入射されるもの
であり、入射単色光の光束を絞るスリット３と、このス
リット３を通過した単色光を平行光にするコリメータレ
ンズ４と、方位を入射面内に合わせた偏光子５等の入射
用光学手段を備え、これら入射用光学手段により、試料
Ｓ表面に所定の方位に偏光した平行光を照射するように
なっている。

また、この入射系１には、検出器６とビームスプリッタ
７とが含まれている。検出器６は、前記の入射用光学手
段による入射光路から外れた位置に配置されている。ビ
ームスプリッタ７は、スリット３とコリメータレンズ４
との間に位置して、入射光路に沿って試料Ｓ側から逆行
してくる光を検出器６に導く。

一方、反射系２は、試料Ｓに対して一定位置に配置され
るものであって、色消しのコリメータレンズ８と反射鏡
９とからなる。

色消しコリメータレンズ８は、試料Ｓ表面からの反射光
を受ける位置にあって、試料Ｓの照射ポイントから焦点
距離ｆ分だけ離れている。

反射鏡９は、色消しレンズ８の出射側で焦点距離ｆ分だ
け離れた位置に設けられた平面鏡であって、試料Ｓから
の反射光をその入射光路と同一の光路に反射するように
なっている。

上記の構成において、スリット３で絞られた単色光りは
、ビームスプリッタ７を透過し、コリメータレンズ４に
より平行光とされた上で、偏光子５で所要の方位に偏光
されて、試料Ｓ表面に照射される。

この入射光は、試料Ｓ表面で反射されて、反射系２に入
射する。反射系２では、試料Ｓからの反射光が色消しコ
リメータレンズ８を通過し、コリメータレンズ８の光軸
と平行な光路を経て、反射鏡９表面に焦点を結ぶ。この
ように、試料Ｓからの反射光は、反射鏡９表面に焦点を
結んだ状態で垂直に入射するから、入射光路と同一の光
路を逆行する。そして、色消しコリメータレンズ８によ
り平行光となって、試料Ｓ表面に戻り、試料Ｓ表面に反
射されて入射系１に逆方向から入射する。

入射系１では、反射系２からの反射光は、偏光子５を経
て、ビームスプリッタ７に達する。そして、このビーム
スプリッタ７で入射光路から分岐し、検出器６に入射す
る。検出器６では、試料Ｓ表面て２回反射された光が受
光され、その強度が検出される。

測定に当たっては、試料Ｓと反射系２とを相互に一定の
位置関係に固定しておいて、入射系ｌを試料Ｓを中心に
回転変位させ、それぞれの角度で試料Ｓ表面、反射系２
を往復してくる光の強度を検出すればよい。検出器６で
の受光強度の極小角度が偏光角となる。

この場合、試料Ｓに対して、入射系１の回転変位の角度
を変えると、試料Ｓに対する入射角が変化し、それに応
じて反射系２への入射角も変化するが、この反射系２へ
の入射光は、必ず色消しコリメータレンズ８の焦点を通
過するから、該レンズ８の出射側では光軸と平行の光路
に沿って進むことになり、反射鏡９に垂直に入射する。

したがって、入射系ｌの回転変位の角度が変わっても、
反射鏡９での反射光は、常にその入射光路と同一の光路
を逆行して試料Ｓ表面を経て入射系ｌに戻ることになり
、反射系２を試料Ｓに対して変位させる必要はない。

なお、ビームスプリッタ７の設置位置は、スリット３と
コリメータレンズ４との間に限定されず、反射系２から
の反射光は、入射系ｌ内のいずれかの個所で入射光路か
ら分岐させればよい。

（ト）発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、試料を一定位置に
固定した状態でその偏光角の測定が行えるから、製造ラ
イン上にある試料についても、切り出すことなくそのま
まで、結晶状態等の材料分析が行える。

また、測定に当たっては、検出器を含む入射系のみを回
転変位させればよく、反射系を動かす必要がないから、
入射系と反射系との連動機構が不要で、機構が簡略化す
るばかりでなく、入射系の回転変位だけで測定が行える
から、高精度の測定が可能となる。

しかも、本発明の場合、入射光は試料の同一個所に２回
反射されて検出器に受光されるから、入射角による反射
光の強弱の差がほぼ２倍に拡大されることになり、検出
感度が高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る偏光角測定装置の構成
図である。 第２図および第３図は、いずれも従来例の構成図である
。 Ｓ・・試料、ｌ・・・入射系、２・・反射系、５・・偏
光子、６・・検出器、７・ビームスプリッタ、８・・色
消しコリメータレンズ、９・・反射鏡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料を中心に回転変位可能な入射系と、試料に対
   して一定位置に配置される反射系とからなる偏光角測定
   装置であって、 入射系は、試料表面に偏光した平行光を所要の角度で照
   射するものであり、 反射系は、コリメータレンズと反射鏡とからなり、 コリメータレンズは、試料表面からの反射光を受ける位
   置にあって試料の照射ポイントを焦点とするものであり
   、 反射鏡は、コリメータレンズの出射側の焦点位置で試料
   からの反射光をその入射光路と同一の光路に反射するも
   のであり、 入射系は、さらにビームスプリッタと検出器とを含み、 ビームスプリッタは、反射系から試料表面を経た反射光
   を検出器に導くものである、 ことを特徴とする偏光角測定装置。