JPH0510821A - 位相差制御装置及び方法 - Google Patents
位相差制御装置及び方法Info
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- JPH0510821A JPH0510821A JP3190995A JP19099591A JPH0510821A JP H0510821 A JPH0510821 A JP H0510821A JP 3190995 A JP3190995 A JP 3190995A JP 19099591 A JP19099591 A JP 19099591A JP H0510821 A JPH0510821 A JP H0510821A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、光弾性変調子を備えたエリプソメー
タや旋光分散計等に用いられる位相差制御装置及び方法
に関し、光弾性変調子に入射する光の波長や光弾性変調
子自体もしくはその雰囲気の温度が変化しても、光弾性
変調子によって与えられる位相差の振幅を一定値に保持
することを目的とする。 【構成】複屈折性偏光子１４Ａで入射光を常光と異常光
の２つの直線偏光に分離し、その一方を参照光束ＬＲと
し、他方を主光束ＬＭとし、これら参照光束ＬＲ及び主
光束ＬＭを、角周波数ωで振動される光弾性変調子１６
に通し、光弾性変調子１６を通った参照光束ＬＲを、検
光子４２を介して光電子増倍管４４で検出し、この検出
信号に含まれている角周波数２ωの交流成分の振幅と直
流成分との比が一定になるように、光弾性変調子１６を
角周波数ωで振動させる。
タや旋光分散計等に用いられる位相差制御装置及び方法
に関し、光弾性変調子に入射する光の波長や光弾性変調
子自体もしくはその雰囲気の温度が変化しても、光弾性
変調子によって与えられる位相差の振幅を一定値に保持
することを目的とする。 【構成】複屈折性偏光子１４Ａで入射光を常光と異常光
の２つの直線偏光に分離し、その一方を参照光束ＬＲと
し、他方を主光束ＬＭとし、これら参照光束ＬＲ及び主
光束ＬＭを、角周波数ωで振動される光弾性変調子１６
に通し、光弾性変調子１６を通った参照光束ＬＲを、検
光子４２を介して光電子増倍管４４で検出し、この検出
信号に含まれている角周波数２ωの交流成分の振幅と直
流成分との比が一定になるように、光弾性変調子１６を
角周波数ωで振動させる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光弾性変調子を備えた
エリプソメータ、旋光分散計（ＯＲＤ）、円二色性分散
計（ＣＤ）、直線二色性分散計（ＬＤ）及び直線複屈折
分散計（ＬＢ）等に用いられる位相差制御装置及び方法
に関する。
エリプソメータ、旋光分散計（ＯＲＤ）、円二色性分散
計（ＣＤ）、直線二色性分散計（ＬＤ）及び直線複屈折
分散計（ＬＢ）等に用いられる位相差制御装置及び方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来のエリプソメータを示す。
【０００３】光源１０から放射された連続スペクトル光
は、分光器１２で波長選択され、偏光子１４を通って直
線偏光となり、光弾性変調子１６を通って、互いに直交
する方向に電気ベクトルが振動する直線偏光成分間に位
相差δが与えられる。この位相差δは、駆動回路１８か
ら光弾性変調子１６に加えられる電圧Ｖ0ｓｉｎωｔに
応じてδ＝δ0ｓｉｎωｔと変化する（正確には、δ＝
δ0ｓｉｎ（ωｔ−φ）となるが、本案とは直接関係し
ないので説明の簡単化のためφ＝０とする）。ここにδ
0は位相差振幅、ωは角周波数、ｔは時間である。光弾
性変調子１６を通った光束は、入射角φで試料２０に入
射し、試料２０で反射され、検光子２２を通って光電子
増倍管２４で検出される。
は、分光器１２で波長選択され、偏光子１４を通って直
線偏光となり、光弾性変調子１６を通って、互いに直交
する方向に電気ベクトルが振動する直線偏光成分間に位
相差δが与えられる。この位相差δは、駆動回路１８か
ら光弾性変調子１６に加えられる電圧Ｖ0ｓｉｎωｔに
応じてδ＝δ0ｓｉｎωｔと変化する（正確には、δ＝
δ0ｓｉｎ（ωｔ−φ）となるが、本案とは直接関係し
ないので説明の簡単化のためφ＝０とする）。ここにδ
0は位相差振幅、ωは角周波数、ｔは時間である。光弾
性変調子１６を通った光束は、入射角φで試料２０に入
射し、試料２０で反射され、検光子２２を通って光電子
増倍管２４で検出される。
【０００４】光電子増倍管２４の出力のうち、直流線分
が選択的にＤＣアンプ２６で増幅され、感度調節回路２
８に供給される。感度調節回路２８は、この直流成分の
大きさ（電圧）が一定になるように光電子増倍管２４の
感度を調節する。
が選択的にＤＣアンプ２６で増幅され、感度調節回路２
８に供給される。感度調節回路２８は、この直流成分の
大きさ（電圧）が一定になるように光電子増倍管２４の
感度を調節する。
【０００５】一方、光電子増倍管２４の出力のうち交流
成分は、コンデンサＣ1 を介してロックインアンプ３０
及び３２に供給される。ロックインアンプ３０及び３２
にはそれぞれ、駆動回路１８から参照信号Ｖr ｓｉｎω
ｔ及びＶr ｓｉｎ２ωｔが供給される。ロックインアン
プ３０及び３２はそれぞれ、入力信号に含まれる角周波
数ω及び２ωの成分の振幅に比例した電圧Ａ1及びＡ2を
出力する。これら電圧Ａ1及びＡ2は、それぞれＡ／Ｄ変
換器３４及び３６に供給されてデジタル化され、マイク
ロコンピュータ３８に供給される。
成分は、コンデンサＣ1 を介してロックインアンプ３０
及び３２に供給される。ロックインアンプ３０及び３２
にはそれぞれ、駆動回路１８から参照信号Ｖr ｓｉｎω
ｔ及びＶr ｓｉｎ２ωｔが供給される。ロックインアン
プ３０及び３２はそれぞれ、入力信号に含まれる角周波
数ω及び２ωの成分の振幅に比例した電圧Ａ1及びＡ2を
出力する。これら電圧Ａ1及びＡ2は、それぞれＡ／Ｄ変
換器３４及び３６に供給されてデジタル化され、マイク
ロコンピュータ３８に供給される。
【０００６】ここで、位相差振幅δ0を、０次ベッセル
関数Ｊ0（δ0）の値が０になるように、すなわち、δ0
＝２．４０５ラジアンとなるようにすると、マイクロコ
ンピュータ３８により、測定すべき値を容易に求めるこ
とが可能となる。
関数Ｊ0（δ0）の値が０になるように、すなわち、δ0
＝２．４０５ラジアンとなるようにすると、マイクロコ
ンピュータ３８により、測定すべき値を容易に求めるこ
とが可能となる。
【０００７】一方、振幅Ｖ0を一定にして分光器１２を
波長走査すると、位相差振幅δ0が変化する。そこで、
マイクロコンピュータ３８は、分光器１２を波長走査さ
せながら、波長λに応じて駆動回路１８の出力電圧の振
幅Ｖ0を変化させる。λとＶ0の関係は、予めマイクロコ
ンピュータ３８にプログラム設定されている。
波長走査すると、位相差振幅δ0が変化する。そこで、
マイクロコンピュータ３８は、分光器１２を波長走査さ
せながら、波長λに応じて駆動回路１８の出力電圧の振
幅Ｖ0を変化させる。λとＶ0の関係は、予めマイクロコ
ンピュータ３８にプログラム設定されている。
【０００８】マイクロコンピュータ３８は、これらφ、
λ、δ0、Ａ1及びＡ2に基づいて、公知の方法で、試料
２０の基板屈折率又は基板表面に形成された膜の厚さ及
び屈折率を求める。
λ、δ0、Ａ1及びＡ2に基づいて、公知の方法で、試料
２０の基板屈折率又は基板表面に形成された膜の厚さ及
び屈折率を求める。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、光弾性変調
子１６自体やその雰囲気の温度が変化しても位相差振幅
δ0が変化し、測定値が不正確になる。このような問題
は、旋光分散計（ＯＲＤ）、円二色性分散計（ＣＤ）、
直線二色性分散計（ＬＤ）及び直線複屈折分散計（Ｌ
Ｂ）等においても同様の原因で生ずる。
子１６自体やその雰囲気の温度が変化しても位相差振幅
δ0が変化し、測定値が不正確になる。このような問題
は、旋光分散計（ＯＲＤ）、円二色性分散計（ＣＤ）、
直線二色性分散計（ＬＤ）及び直線複屈折分散計（Ｌ
Ｂ）等においても同様の原因で生ずる。
【００１０】本発明の目的は、このような問題点に鑑
み、光弾性変調子に入射する光の波長や光弾性変調子自
体やその雰囲気の温度が変化しても、光弾性変調子によ
って与えられる位相差の振幅を一定値に保持することが
できる位相差制御装置及び方法を提供することにある。
み、光弾性変調子に入射する光の波長や光弾性変調子自
体やその雰囲気の温度が変化しても、光弾性変調子によ
って与えられる位相差の振幅を一定値に保持することが
できる位相差制御装置及び方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及びその作用】本発明に係
る位相差制御装置及び方法を、実施例図中の対応する構
成要素の符号を引用して説明する。
る位相差制御装置及び方法を、実施例図中の対応する構
成要素の符号を引用して説明する。
【００１２】第１発明に係る位相差制御装置では、例え
ば図１に示す如く、入射光を主光束ＬＭと参照光束ＬＲ
の偏光に分割する分割偏光器、例えば複屈折性偏光子１
４Ａと、分割された参照光束ＬＲ及び主光束ＬＭが通さ
れ、角周波数ωで振動される光弾性変調子１６と、光弾
性変調子１６を通った参照光束ＬＲが通される検光子４
２と、検光子４２を通った参照光束ＬＲを検出する光検
出器４４と、光検出器４４の出力に含まれている角周波
数２ωの交流成分の振幅と直流成分の大きさとの比が一
定になるように、光弾性変調子１６を角周波数ωで振動
させる光弾性変調子制御回路１８Ａ、４６〜５０とを備
えている。
ば図１に示す如く、入射光を主光束ＬＭと参照光束ＬＲ
の偏光に分割する分割偏光器、例えば複屈折性偏光子１
４Ａと、分割された参照光束ＬＲ及び主光束ＬＭが通さ
れ、角周波数ωで振動される光弾性変調子１６と、光弾
性変調子１６を通った参照光束ＬＲが通される検光子４
２と、検光子４２を通った参照光束ＬＲを検出する光検
出器４４と、光検出器４４の出力に含まれている角周波
数２ωの交流成分の振幅と直流成分の大きさとの比が一
定になるように、光弾性変調子１６を角周波数ωで振動
させる光弾性変調子制御回路１８Ａ、４６〜５０とを備
えている。
【００１３】上記構成において、参照光束ＬＲ及び主光
束ＬＭが光弾性変調子１６を通ると、参照光束ＬＲ及び
主光束ＬＭのいずれについても、互いに直交する方向に
電気ベクトルが振動する直線偏光成分間に位相差δが与
えられる。上記比は、光弾性変調子１６に入射する光の
波長λや光弾性変調子１６及びその雰囲気の温度に依存
せず、この位相差δの振幅δ0のみによる。換言すれ
ば、本第１発明のようにこの比を一定にすれば、位相差
振幅δ0も一定になる。
束ＬＭが光弾性変調子１６を通ると、参照光束ＬＲ及び
主光束ＬＭのいずれについても、互いに直交する方向に
電気ベクトルが振動する直線偏光成分間に位相差δが与
えられる。上記比は、光弾性変調子１６に入射する光の
波長λや光弾性変調子１６及びその雰囲気の温度に依存
せず、この位相差δの振幅δ0のみによる。換言すれ
ば、本第１発明のようにこの比を一定にすれば、位相差
振幅δ0も一定になる。
【００１４】厳密には、参照光束ＬＲに与えられる位相
差振幅δRと主光束ＬＭに与えられる位相差振幅δM（上
記δ0）とは、光弾性変調子１６を通る位置や光弾性変
調子１６内の光路長の違いにより僅かに異なる。しか
し、両者の比δR／δMは、光の波長や光弾性変調子１６
の温度や光弾性変調子１６の雰囲気温度に依存しない。
δRを一定にすれば、δMも一定になる。したがって、位
相差振幅δRを一定に制御することにより位相差振幅δM
を精度よく一定に制御することができる。
差振幅δRと主光束ＬＭに与えられる位相差振幅δM（上
記δ0）とは、光弾性変調子１６を通る位置や光弾性変
調子１６内の光路長の違いにより僅かに異なる。しか
し、両者の比δR／δMは、光の波長や光弾性変調子１６
の温度や光弾性変調子１６の雰囲気温度に依存しない。
δRを一定にすれば、δMも一定になる。したがって、位
相差振幅δRを一定に制御することにより位相差振幅δM
を精度よく一定に制御することができる。
【００１５】この第１発明の第１態様では、例えば図１
に示す如く、光検出器は光電子増倍管４４であり、光弾
性変調子制御回路は、光検出器４４の出力に含まれてい
る直流成分を増幅するＤＣアンプ４６と、該直流成分の
大きさが一定値になるように該光電子増倍管の感度を調
節する感度調節回路４８と、光検出器４４の出力に含ま
れている角周波数２ωの交流成分の振幅の平方に比例し
た信号を生成するロックインアンプ５０と、ロックイン
アンプ５０の出力が一定になるように、光弾性変調子１
６を角周波数ωで振動させる光弾性変調子駆動回路１８
Ａとを備えている。
に示す如く、光検出器は光電子増倍管４４であり、光弾
性変調子制御回路は、光検出器４４の出力に含まれてい
る直流成分を増幅するＤＣアンプ４６と、該直流成分の
大きさが一定値になるように該光電子増倍管の感度を調
節する感度調節回路４８と、光検出器４４の出力に含ま
れている角周波数２ωの交流成分の振幅の平方に比例し
た信号を生成するロックインアンプ５０と、ロックイン
アンプ５０の出力が一定になるように、光弾性変調子１
６を角周波数ωで振動させる光弾性変調子駆動回路１８
Ａとを備えている。
【００１６】上記分割偏光器は、例えば、図１に示す如
く、入射光束を常光と異常光の２つの直線偏光に分割
し、その一方を参照光束とし、他方を主光束とする複屈
折性偏光子１４Ａ、又は、図５に示す如く、入射光を透
過光束と反射光束に分割するビームスプリッタ１４２
と、偏光子１４と、該透過光束と該反射光束を偏光子１
４に通させる反射器１４３とを備えた構成である。
く、入射光束を常光と異常光の２つの直線偏光に分割
し、その一方を参照光束とし、他方を主光束とする複屈
折性偏光子１４Ａ、又は、図５に示す如く、入射光を透
過光束と反射光束に分割するビームスプリッタ１４２
と、偏光子１４と、該透過光束と該反射光束を偏光子１
４に通させる反射器１４３とを備えた構成である。
【００１７】前者の分割偏光器は構成が簡単である。後
者の分割偏光器は紫外域の波長の光を使用する場合に有
効である。
者の分割偏光器は紫外域の波長の光を使用する場合に有
効である。
【００１８】本発明に係る位相差制御方法では、上記い
ずれかの位相差制御装置を用い、主光束の光路に配置さ
れた検光子２２の透過軸を分割偏光器１４Ａの透過軸に
対し０゜にしたときと９０゜にしたときとで、検光子２
２を透過した光の強度信号に含まれる変調角周波数２ω
の交流成分の強度が互いに等しくなるようにし、このと
きの、光検出器４４の出力に含まれている角周波数２ω
の交流成分の振幅と直流成分の大きさとの比を一定に保
つ。
ずれかの位相差制御装置を用い、主光束の光路に配置さ
れた検光子２２の透過軸を分割偏光器１４Ａの透過軸に
対し０゜にしたときと９０゜にしたときとで、検光子２
２を透過した光の強度信号に含まれる変調角周波数２ω
の交流成分の強度が互いに等しくなるようにし、このと
きの、光検出器４４の出力に含まれている角周波数２ω
の交流成分の振幅と直流成分の大きさとの比を一定に保
つ。
【００１９】この構成の場合、参照光束の光路に配置さ
れた検光子４２の透過軸を分割偏光器１４Ａの透過軸に
対し０゜にしたときと９０゜にしたときとで、検光子４
２を透過した光の強度信号に含まれる変調角周波数２ω
の交流成分の強度が互いに等しくなるようにした場合よ
りも正確にＪ0 （δ0）＝０とすることができる。この
Ｊ0は０次のベッセル関数である。この比を一定にすれ
ば、主光束側の対応する比も一定になり、δ0は光弾性
変調子１６に入射する光の波長λや光弾性変調子１６及
びその雰囲気の温度によらず一定になる。また、Ｊ
0（δ0）＝０となるので、位相差振幅δ0の値を容易に
知得することができ、位相差制御装置が適用されたエリ
プソメータ等で、測定すべき値を容易に求めることが可
能となる。
れた検光子４２の透過軸を分割偏光器１４Ａの透過軸に
対し０゜にしたときと９０゜にしたときとで、検光子４
２を透過した光の強度信号に含まれる変調角周波数２ω
の交流成分の強度が互いに等しくなるようにした場合よ
りも正確にＪ0 （δ0）＝０とすることができる。この
Ｊ0は０次のベッセル関数である。この比を一定にすれ
ば、主光束側の対応する比も一定になり、δ0は光弾性
変調子１６に入射する光の波長λや光弾性変調子１６及
びその雰囲気の温度によらず一定になる。また、Ｊ
0（δ0）＝０となるので、位相差振幅δ0の値を容易に
知得することができ、位相差制御装置が適用されたエリ
プソメータ等で、測定すべき値を容易に求めることが可
能となる。
【００２０】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
する。
【００２１】（１）第１実施例
図１は、本発明が適用された第１実施例のエリプソメー
タを示す。図６と同一構成要素には、同一符号を付して
しその説明を省略する。
タを示す。図６と同一構成要素には、同一符号を付して
しその説明を省略する。
【００２２】このエリプソメータでは、分光器１２と光
弾性変調子１６との間に、分割偏光器として複屈折性偏
光子１４Ａ、例えばローションプリズムを配置してい
る。複屈折性偏光子１４Ａを通った光束は、主光束ＬＭ
と参照光束ＬＲとに分割される。例えば、主光束ＬＭは
正常光であり、参照光束ＬＲは異常光であって、電気ベ
クトル振動方向は互いに垂直になっている。
弾性変調子１６との間に、分割偏光器として複屈折性偏
光子１４Ａ、例えばローションプリズムを配置してい
る。複屈折性偏光子１４Ａを通った光束は、主光束ＬＭ
と参照光束ＬＲとに分割される。例えば、主光束ＬＭは
正常光であり、参照光束ＬＲは異常光であって、電気ベ
クトル振動方向は互いに垂直になっている。
【００２３】主光束ＬＭ及び参照光束ＬＲは光弾性変調
子１６を通り、主光束ＬＭはその後、図６と同一の光路
を通る。
子１６を通り、主光束ＬＭはその後、図６と同一の光路
を通る。
【００２４】一方、参照光束ＬＲは、検光子４２を通っ
て光電子増倍管４４で検出される。光電子増倍管４４の
出力のうち、直流線分が選択的にＤＣアンプ４６で増幅
され、感度調節回路４８に供給される。感度調節回路４
８は、この直流成分の大きさ（電圧）が一定になるよう
に光電子増倍管４４の感度を調節する。
て光電子増倍管４４で検出される。光電子増倍管４４の
出力のうち、直流線分が選択的にＤＣアンプ４６で増幅
され、感度調節回路４８に供給される。感度調節回路４
８は、この直流成分の大きさ（電圧）が一定になるよう
に光電子増倍管４４の感度を調節する。
【００２５】光電子増倍管４４の出力のうち交流成分
は、コンデンサＣ2 を介してロックインアンプ５０に供
給される。この信号は、ロックインアンプ５０に参照信
号としても供給される。ロックインアンプ５０からは、
角周波数２ωの電圧信号の振幅Ｂ2が取り出され、作動
アンプ５２の非反転入力端子に供給される。作動アンプ
５２の反転入力端子には、目標値設定器５２で設定され
た電圧Ｅが供給される。作動アンプ５２の出力は、スイ
ッチＳＷを介し動作信号として駆動回路１８Ａに供給さ
れる。駆動回路１８Ａは、この動作信号が０になるよう
に、出力電圧Ｖ0ｓｉｎωｔの振幅Ｖ0を調節する。な
お、駆動回路１８Ａは、スイッチＳＷをオフにすると、
出力電圧Ｖ0ｓｉｎωｔの振幅Ｖ0をある一定値にする。
は、コンデンサＣ2 を介してロックインアンプ５０に供
給される。この信号は、ロックインアンプ５０に参照信
号としても供給される。ロックインアンプ５０からは、
角周波数２ωの電圧信号の振幅Ｂ2が取り出され、作動
アンプ５２の非反転入力端子に供給される。作動アンプ
５２の反転入力端子には、目標値設定器５２で設定され
た電圧Ｅが供給される。作動アンプ５２の出力は、スイ
ッチＳＷを介し動作信号として駆動回路１８Ａに供給さ
れる。駆動回路１８Ａは、この動作信号が０になるよう
に、出力電圧Ｖ0ｓｉｎωｔの振幅Ｖ0を調節する。な
お、駆動回路１８Ａは、スイッチＳＷをオフにすると、
出力電圧Ｖ0ｓｉｎωｔの振幅Ｖ0をある一定値にする。
【００２６】この第１実施例では、波長λに応じてＶ0
を変化させるための信号をマイクロコンピュータ３８か
ら駆動回路１８Ａへ供給する必要がない。他の点は図６
の場合と同一である。
を変化させるための信号をマイクロコンピュータ３８か
ら駆動回路１８Ａへ供給する必要がない。他の点は図６
の場合と同一である。
【００２７】次に、目標値設定器５２に対する目標値設
定方法を説明する。以下においては、分光器１２の選択
波長は固定しておく。
定方法を説明する。以下においては、分光器１２の選択
波長は固定しておく。
【００２８】（Ａ）最初に、検光子４２の透過軸方位を
複屈折性偏光子１４Ａの透過軸方位と平行にする。すな
わち、スイッチＳＷをオフにした状態で、信号Ｂ2が最
大値になるように検光子４２の回転角を調整して固定す
る。
複屈折性偏光子１４Ａの透過軸方位と平行にする。すな
わち、スイッチＳＷをオフにした状態で、信号Ｂ2が最
大値になるように検光子４２の回転角を調整して固定す
る。
【００２９】（Ｂ）主光束ＬＭを試料２０で反射させず
に、検光子２２に入射させる。そして、検光子２２の透
過軸方位を複屈折性偏光子１４Ａの透過軸方位と平行に
する。すなわち、信号Ａ2が最大値になるように検光子
２２の回転角を調整して固定する。
に、検光子２２に入射させる。そして、検光子２２の透
過軸方位を複屈折性偏光子１４Ａの透過軸方位と平行に
する。すなわち、信号Ａ2が最大値になるように検光子
２２の回転角を調整して固定する。
【００３０】（Ｃ）スイッチＳＷをオンにし、目標値設
定器５４の出力電圧Ｅを変化させ、この電圧Ｅとロック
インアンプ３２の出力電圧Ａ2との関係を測定する。電
圧Ｅを変化させると振幅Ｖ0も変化し、Ｖ0と｜Ａ2｜と
の関係は、例えば図２中のＦのようになる。
定器５４の出力電圧Ｅを変化させ、この電圧Ｅとロック
インアンプ３２の出力電圧Ａ2との関係を測定する。電
圧Ｅを変化させると振幅Ｖ0も変化し、Ｖ0と｜Ａ2｜と
の関係は、例えば図２中のＦのようになる。
【００３１】（Ｄ）次に、検光子２２を光軸の回りに９
０°回転させた状態で、目標値設定器５４の出力電圧Ｅ
を変化させ、この電圧Ｅとロックインアンプ３２の出力
電圧Ａ2との関係を測定する。電圧Ｅを変化させると振
幅Ｖ0も変化し、Ｖ0と｜Ａ2｜との関係は、例えば図２
中のＧのようになる。
０°回転させた状態で、目標値設定器５４の出力電圧Ｅ
を変化させ、この電圧Ｅとロックインアンプ３２の出力
電圧Ａ2との関係を測定する。電圧Ｅを変化させると振
幅Ｖ0も変化し、Ｖ0と｜Ａ2｜との関係は、例えば図２
中のＧのようになる。
【００３２】（Ｅ）同一のＥに対し上記（Ｃ）における
｜Ａ2｜と上記（Ｄ）における｜Ａ2｜とが等しくなるよ
うに電圧Ｅ＝Ｅ0を設定する。これは、図２のＦとＧの
交点の電圧｜Ａ2｜＝Ｅ0を求め、これをＢ2の目標値Ｅ0
として目標値設定器５２に対し設定することに相当す
る。
｜Ａ2｜と上記（Ｄ）における｜Ａ2｜とが等しくなるよ
うに電圧Ｅ＝Ｅ0を設定する。これは、図２のＦとＧの
交点の電圧｜Ａ2｜＝Ｅ0を求め、これをＢ2の目標値Ｅ0
として目標値設定器５２に対し設定することに相当す
る。
【００３３】このような設定を行なった後に、従来と同
様にして、試料２０に対する測定を行う。
様にして、試料２０に対する測定を行う。
【００３４】次に、上記設定の作用効果を説明する。
【００３５】分光器１２の出力光をストークスベクトル
Ｉで表し、複屈折性偏光子１４Ａ、光弾性変調子１６及
び検光子２２をミュラー行列Ｐ90、Ｍ45及びＡ90で表す
と、検光子２２の出力光はＡ90Ｍ45Ｐ90Ｉとなり、具体
的には次式で表される。
Ｉで表し、複屈折性偏光子１４Ａ、光弾性変調子１６及
び検光子２２をミュラー行列Ｐ90、Ｍ45及びＡ90で表す
と、検光子２２の出力光はＡ90Ｍ45Ｐ90Ｉとなり、具体
的には次式で表される。
【００３６】
【数１】
上式の計算を行うと、検光子２２の出力光の強度Ｉ
0は、 Ｉ0＝（１＋ｃｏｓδ）／４ ・・・（１） となる。
0は、 Ｉ0＝（１＋ｃｏｓδ）／４ ・・・（１） となる。
【００３７】ここで、上述の如く、
δ＝δ0ｓｉｎωｔ ・・・（２）
であり、また、ｉ次のベッセル関数をＪi と記すと、
ｃｏｓ（δ0ｓｉｎωｔ）＝Ｊ0（δ0）＋２Ｊ2 （δ0）ｃｏｓ（２ωｔ）
＋２Ｊ4 （δ0）ｃｏｓ（４ωｔ）＋・・・ ・・・（３）
と展開される。
【００３８】したがって、光電子増倍管２４の増幅率を
Ｇ0 、ＤＣアンプ２６の増幅率をＧ1 、ロックインアン
プ３２の増幅率をＧ2とすると、ＤＣアンプ２６の出力
Ｄ及びロックインアンプ３２の出力Ａ2は、次式で表わ
される。
Ｇ0 、ＤＣアンプ２６の増幅率をＧ1 、ロックインアン
プ３２の増幅率をＧ2とすると、ＤＣアンプ２６の出力
Ｄ及びロックインアンプ３２の出力Ａ2は、次式で表わ
される。
【００３９】
Ｄ＝Ｋ1 Ｇ0 Ｇ1 ｛１＋Ｊ0（δ0）｝ ・・・（４）
Ａ2＝Ｋ2 Ｇ0 Ｇ2 Ｊ2 （δ0） ・・・（５）
ここに、Ｋ1 及びＫ2 は定数である。
【００４０】上式（１）及び（２）から、次式
Ａ2＝Ｋ2 ＤＧ2 Ｊ2 （δ0）／〔Ｋ1 Ｇ1 ｛１＋Ｊ0（δ0）｝〕
・・・（６）
が得られる。本実施例では、ＤＣアンプ２６の増幅率Ｇ
1 及び出力Ｄ、並びに、ロックインアンプ３２の増幅率
Ｇ2 は一定であり、式（６）中、Ｋ2 ＤＧ2 ／Ｋ1 Ｇ1
は一定値になる。
1 及び出力Ｄ、並びに、ロックインアンプ３２の増幅率
Ｇ2 は一定であり、式（６）中、Ｋ2 ＤＧ2 ／Ｋ1 Ｇ1
は一定値になる。
【００４１】上記同様にして、検光子２２を上記状態か
ら光軸の回りに９０°回転させた場合には、ロックイン
アンプ３２の出力は、 Ａ2＝Ｋ2 ＤＧ2 Ｊ2 （δ0）／〔Ｋ1 Ｇ1 ｛１−Ｊ0（δ0）｝〕 ・・・（７） となる。
ら光軸の回りに９０°回転させた場合には、ロックイン
アンプ３２の出力は、 Ａ2＝Ｋ2 ＤＧ2 Ｊ2 （δ0）／〔Ｋ1 Ｇ1 ｛１−Ｊ0（δ0）｝〕 ・・・（７） となる。
【００４２】したがって、図２におけるＦとＧの交点で
は、式（６）と式（７）とから、Ｊ0（δ0）＝０、すな
わち、δ0＝２．４０５ラジアンとなる。式（６）及び
式（７）から明らかなように、Ａ2は、光弾性変調子１
６に入射する光の波長λや光弾性変調子１６及びその雰
囲気の温度に依存せず、位相差振幅δ0のみによる。換
言すれば、Ａ2が一定であれば、位相差振幅δ0も一定で
ある。
は、式（６）と式（７）とから、Ｊ0（δ0）＝０、すな
わち、δ0＝２．４０５ラジアンとなる。式（６）及び
式（７）から明らかなように、Ａ2は、光弾性変調子１
６に入射する光の波長λや光弾性変調子１６及びその雰
囲気の温度に依存せず、位相差振幅δ0のみによる。換
言すれば、Ａ2が一定であれば、位相差振幅δ0も一定で
ある。
【００４３】厳密には、参照光束ＬＲに与えられる位相
差振幅δRと主光束ＬＭに与えられる位相差振幅δM（上
記δ0）とは、光弾性変調子１６を通る位置や光弾性変
調子１６内の光路長の違いにより僅かに異なる。しか
し、両者の比δR／δMは、光の波長や光弾性変調子１６
の温度や光弾性変調子１６の雰囲気温度に依存しない。
δRを一定にすれば、δMも一定になる。
差振幅δRと主光束ＬＭに与えられる位相差振幅δM（上
記δ0）とは、光弾性変調子１６を通る位置や光弾性変
調子１６内の光路長の違いにより僅かに異なる。しか
し、両者の比δR／δMは、光の波長や光弾性変調子１６
の温度や光弾性変調子１６の雰囲気温度に依存しない。
δRを一定にすれば、δMも一定になる。
【００４４】したがって、上記方法により目標値を設定
すれば、波長λや温度が変化しても、δ0は２．４０５
ラジアンに保たれる。すなわち、δ0＝２．４０５ラジ
アンとなるように、電圧振幅Ｖ0が変化する。
すれば、波長λや温度が変化しても、δ0は２．４０５
ラジアンに保たれる。すなわち、δ0＝２．４０５ラジ
アンとなるように、電圧振幅Ｖ0が変化する。
【００４５】なお、上記（Ｂ）の次に検光子２２を光軸
の回りに４５゜回転させて検光子２２の回転を固定し、
光弾性変調子１６と検光子２２との間または検光子２２
と光電子増倍管２４との間に不図示の較正用偏光子を配
置し、上記（Ｃ）においてはこの較正用偏光子の透過軸
を複屈折性偏光子１４Ａの透過軸と平行にし、上記
（Ｄ）においてはこの較正用偏光子の透過軸をこの状態
から光軸の回りに９０゜回転させた状態にしてもよい。
また、ロックインアンプ５０は、角周波数２ωの電圧信
号の振幅を平方した電圧を出力するものであっても、本
発明の効果が得られる。
の回りに４５゜回転させて検光子２２の回転を固定し、
光弾性変調子１６と検光子２２との間または検光子２２
と光電子増倍管２４との間に不図示の較正用偏光子を配
置し、上記（Ｃ）においてはこの較正用偏光子の透過軸
を複屈折性偏光子１４Ａの透過軸と平行にし、上記
（Ｄ）においてはこの較正用偏光子の透過軸をこの状態
から光軸の回りに９０゜回転させた状態にしてもよい。
また、ロックインアンプ５０は、角周波数２ωの電圧信
号の振幅を平方した電圧を出力するものであっても、本
発明の効果が得られる。
【００４６】（２）試験例
次に、本実施例の効果を示す試験例を説明する。
【００４７】図３は、図１に示す装置を用い、試料２０
を除き、複屈折性偏光子１４Ａと検光子２２の両光軸を
同一直線上に配置し、分光器１２の選択波長を固定した
ときの、この装置の電源をオンにしてからの経過時間に
対するロックインアンプ３２の出力Ａ2の変化を示す。
図３（Ａ）は、複屈折性偏光子１４Ａの透過軸と検光子
２２の透過軸を平行にした場合であり、（Ｂ）は複屈折
性偏光子１４Ａの透過軸に対し検光子２２の透過軸を９
０°回転させた場合である。
を除き、複屈折性偏光子１４Ａと検光子２２の両光軸を
同一直線上に配置し、分光器１２の選択波長を固定した
ときの、この装置の電源をオンにしてからの経過時間に
対するロックインアンプ３２の出力Ａ2の変化を示す。
図３（Ａ）は、複屈折性偏光子１４Ａの透過軸と検光子
２２の透過軸を平行にした場合であり、（Ｂ）は複屈折
性偏光子１４Ａの透過軸に対し検光子２２の透過軸を９
０°回転させた場合である。
【００４８】図４は、図６に示す従来装置を用いた場合
の、前記同様の条件下でのロックインアンプ３２の出力
Ａ2の変化を示す。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ
図３（Ａ）及び（Ｂ）に対応している。
の、前記同様の条件下でのロックインアンプ３２の出力
Ａ2の変化を示す。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ
図３（Ａ）及び（Ｂ）に対応している。
【００４９】これらのグラフから、本発明の有効性が明
かである。
かである。
【００５０】（３）第２実施例
図５は、本発明の第２実施例の分割偏光器の構成を示
す。
す。
【００５１】上記各実施例において、複屈折性偏光子１
４Ａがグラントムソンプリズムである場合、グラントム
ソンプリズムを構成する２つのプリズムの境界面が光学
用接着剤で接着されているため、紫外線透過率が幾分減
少し、有効透過波長域は３５０〜２３００ｎｍ程度であ
る。
４Ａがグラントムソンプリズムである場合、グラントム
ソンプリズムを構成する２つのプリズムの境界面が光学
用接着剤で接着されているため、紫外線透過率が幾分減
少し、有効透過波長域は３５０〜２３００ｎｍ程度であ
る。
【００５２】そこで、例えば３５０ｎｍ以下の紫外域に
わたる波長の光を使用する場合には、図７に示すような
構成の分割偏光器を使用する。
わたる波長の光を使用する場合には、図７に示すような
構成の分割偏光器を使用する。
【００５３】この分割偏光器は、分光器１２Ａからの発
散光束を平行光束にする凹面鏡１４１と、凹面鏡１４１
で反射された平行光束を透過光束と反射光束とに２分割
するビームスプリッタ１４２と、この透過光束を反射さ
せる平面鏡１４３と、ビームスプリッタ１４２及び平面
鏡１４３で反射された光束が通される偏光子１４とから
なる。例えば、平面鏡１４３で反射された光束が主光束
ＬＭとして用いられ、ビームスプリッタ１４２で反射さ
れた光束が参照光束ＬＲとして用いられる。主光束ＬＭ
と参照光束ＬＲは、偏光子１４の同一点に通し、かつ、
両光束のなす角をできるだけ小さくした方が好ましい。
この角度は、偏光子１４がその機能を果たす最大許容視
野角以内でありかつ参照光束ＬＲを主光束ＬＭから分離
して検光子４２に入射させることができれる角度以上で
あればよく、例えば３〜２０゜の範囲内の角度である。
散光束を平行光束にする凹面鏡１４１と、凹面鏡１４１
で反射された平行光束を透過光束と反射光束とに２分割
するビームスプリッタ１４２と、この透過光束を反射さ
せる平面鏡１４３と、ビームスプリッタ１４２及び平面
鏡１４３で反射された光束が通される偏光子１４とから
なる。例えば、平面鏡１４３で反射された光束が主光束
ＬＭとして用いられ、ビームスプリッタ１４２で反射さ
れた光束が参照光束ＬＲとして用いられる。主光束ＬＭ
と参照光束ＬＲは、偏光子１４の同一点に通し、かつ、
両光束のなす角をできるだけ小さくした方が好ましい。
この角度は、偏光子１４がその機能を果たす最大許容視
野角以内でありかつ参照光束ＬＲを主光束ＬＭから分離
して検光子４２に入射させることができれる角度以上で
あればよく、例えば３〜２０゜の範囲内の角度である。
【００５４】他の点は、上記第１実施例と同一である。
【００５５】なお、本発明には外にも種々の変形例が含
まれる。例えば、上式（４）及び（５）から明らかなよ
うに、感度調節回路４８を用いずに、ロックインアンプ
５０の出力とＤＣアンプ４６の出力の平方との比を駆動
回路１８Ａに供給する構成であってもよい。また、位相
差振幅δ0は２．４０５ラジアンに限定されず、δ0を一
定に制御するものであればよい。例えば、円二色性分散
計（ＣＤ）や直線複屈折分散計（ＬＢ）では位相差振幅
δ0を１．８４０ラジアンに、旋光分散計（ＯＲＤ）や
直線二色性分散計（ＬＤ）では位相差振幅δ0を３．０
５ラジアンに制御するのが好ましい。さらに、上記実施
例では、本発明に係る位相差制御装置及び方法をエリプ
ソメータに適用した場合を説明したが、本発明は光弾性
変調子を備えた他の装置、例えば旋光分散計（ＯＲ
Ｄ）、円二色性分散計（ＣＤ）、直線二色性分散計（Ｌ
Ｄ）及び直線複屈折分散計（ＬＢ）等の測定装置にも適
用できることは勿論である。
まれる。例えば、上式（４）及び（５）から明らかなよ
うに、感度調節回路４８を用いずに、ロックインアンプ
５０の出力とＤＣアンプ４６の出力の平方との比を駆動
回路１８Ａに供給する構成であってもよい。また、位相
差振幅δ0は２．４０５ラジアンに限定されず、δ0を一
定に制御するものであればよい。例えば、円二色性分散
計（ＣＤ）や直線複屈折分散計（ＬＢ）では位相差振幅
δ0を１．８４０ラジアンに、旋光分散計（ＯＲＤ）や
直線二色性分散計（ＬＤ）では位相差振幅δ0を３．０
５ラジアンに制御するのが好ましい。さらに、上記実施
例では、本発明に係る位相差制御装置及び方法をエリプ
ソメータに適用した場合を説明したが、本発明は光弾性
変調子を備えた他の装置、例えば旋光分散計（ＯＲ
Ｄ）、円二色性分散計（ＣＤ）、直線二色性分散計（Ｌ
Ｄ）及び直線複屈折分散計（ＬＢ）等の測定装置にも適
用できることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明に係る位相差
制御装置及び方法によれば、光弾性変調子に入射する光
の波長や光弾性変調子もしくはその雰囲気の温度が変化
しても、光弾性変調子により与えられる位相差の振幅を
一定値に保持することができるという優れた効果を奏
し、エリプソメータ、旋光分散計、円二色性分散計、直
線二色性分散計及び直線複屈折分散計等の測定精度向上
に寄与するところが大きい。
制御装置及び方法によれば、光弾性変調子に入射する光
の波長や光弾性変調子もしくはその雰囲気の温度が変化
しても、光弾性変調子により与えられる位相差の振幅を
一定値に保持することができるという優れた効果を奏
し、エリプソメータ、旋光分散計、円二色性分散計、直
線二色性分散計及び直線複屈折分散計等の測定精度向上
に寄与するところが大きい。
【図１】本発明に係る位相差制御装置が適用された第１
実施例のエリプソメータの構成図である。
実施例のエリプソメータの構成図である。
【図２】目標値設定器５２に設定される目標値の決定方
法説明図である。
法説明図である。
【図３】図１において、試料２０を除き、複屈折性偏光
子１４Ａと検光子２２の両光軸を同一直線上に配置し、
分光器１２の選択波長を固定したときの、この装置の電
源をオンにしてからの経過時間に対するロックインアン
プ３２の出力Ａ2の変化を示すグラフであり、（Ａ）は
複屈折性偏光子１４Ａの透過軸と検光子４２の透過軸を
平行にした場合であり、（Ｂ）はこの状態から複屈折性
偏光子１４Ａの透過軸に対し検光子２２の透過軸を９０
°回転させた場合である。
子１４Ａと検光子２２の両光軸を同一直線上に配置し、
分光器１２の選択波長を固定したときの、この装置の電
源をオンにしてからの経過時間に対するロックインアン
プ３２の出力Ａ2の変化を示すグラフであり、（Ａ）は
複屈折性偏光子１４Ａの透過軸と検光子４２の透過軸を
平行にした場合であり、（Ｂ）はこの状態から複屈折性
偏光子１４Ａの透過軸に対し検光子２２の透過軸を９０
°回転させた場合である。
【図４】図６に示す従来装置を用いた場合の、図３
（Ａ）及び（Ｂ）に対応した図である。
（Ａ）及び（Ｂ）に対応した図である。
【図５】本発明の第２実施例の分割偏光器の構成を示す
図である。
図である。
【図６】従来のエリプソメータの構成図である。
１０ 光源
１２ 分光器
１４ 偏光子
１４Ａ 複屈折性偏光子
１４１ 凹面鏡
１４２ ビームスプリッタ
１４３ 平面鏡
１６ 光弾性変調子
１８、１８Ａ 駆動回路
２０ 試料
２２、４２ 検光子
２４、４４ 光電子増倍管
２６、４６ ＤＣアンプ
２８、４８ 感度調節回路
３０、３２、５０、５６ ロックインアンプ
３４、３６ Ａ／Ｄ変換器
３８ マイクロコンピュータ
４０ Ｄ／Ａ変換器
５２ 目標値設定器
５４ １／４波長板
Ｃ1 、Ｃ2 コンデンサ路
ＬＭ 主光束
ＬＲ 参照光束
Claims (5)
- 【請求項１】 入射光を主光束（ＬＭ）と参照光束（Ｌ
Ｒ）の偏光に分割する分割偏光器（１４Ａ）と、 分割された該参照光束及び主光束が通され、角周波数ω
で振動される光弾性変調子（１６）と、 該光弾性変調子を通った参照光束が通される検光子（４
２）と、 該検光子を通った参照光束を検出する光検出器（４４）
と、 該光検出器の出力に含まれている角周波数２ωの交流成
分の振幅と直流成分の大きさとの比が一定になるよう
に、該光弾性変調子を角周波数ωで振動させる光弾性変
調子制御回路（１８Ａ、４６〜５０）と、 を有することを特徴とする位相差制御装置。 - 【請求項２】 前記光検出器（４４）は光電子増倍管
（４４）であり、 前記光弾性変調子制御回路は、 該光検出器の出力に含まれている直流成分を増幅するＤ
Ｃアンプ（４６）と、 該直流成分の大きさが一定値になるように該光電子増倍
管の感度を調節する感度調節回路（４８）と、 該光検出器の出力に含まれている角周波数２ωの交流成
分の振幅の平方に比例した信号を生成するロックインア
ンプ（５０）と、 該ロックインアンプの出力が一定になるように、該光弾
性変調子を角周波数ωで振動させる光弾性変調子駆動回
路（１８Ａ）と、 を有することを特徴とする請求項１記載の位相差制御装
置。 - 【請求項３】 前記分割偏光器（１４Ａ）は、入射光束
を常光と異常光の２つの直線偏光に分割し、その一方を
参照光束とし、他方を主光束とする複屈折性偏光子であ
ることを特徴とする請求項１又は２記載の位相差制御装
置。 - 【請求項４】 前記分割偏光器は、入射光を透過光束と
反射光束に分割するビームスプリッタ（１４２）と、偏
光子（１４）と、該透過光束と該反射光束を該偏光子に
通させる反射器（１４３）とを有することを特徴とする
請求項１又は２記載の位相差制御装置。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の
位相差制御装置を用い、 前記主光束の光路に配置された検光子（２２）の透過軸
を前記分割偏光器（１４Ａ）の透過軸に対し０゜にした
ときと９０゜にしたときとで、該検光子を透過した光の
強度信号に含まれる変調角周波数２ωの交流成分の強度
が互いに等しくなるようにし、このときの、前記光検出
器の出力に含まれている角周波数２ωの交流成分の振幅
と直流成分の大きさとの比を一定に保つことを特徴とす
る位相差制御方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3190995A JPH0772700B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 位相差制御装置及び方法 |
| US07/909,378 US5298973A (en) | 1991-07-05 | 1992-07-06 | Phase difference controller and method for controlling phase difference |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3190995A JPH0772700B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 位相差制御装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510821A true JPH0510821A (ja) | 1993-01-19 |
| JPH0772700B2 JPH0772700B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=16267116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3190995A Expired - Lifetime JPH0772700B2 (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | 位相差制御装置及び方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5298973A (ja) |
| JP (1) | JPH0772700B2 (ja) |
Cited By (3)
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| WO2001057487A1 (fr) * | 2000-01-31 | 2001-08-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dispositif de controle de longueur d'onde, procede de reglage correspondant, source lumineuse stabilisee, et systeme de communication utilisant des sources lumineuses stabilisees |
| WO2019163457A1 (ja) | 2018-02-26 | 2019-08-29 | 日本分光株式会社 | 位相差制御装置 |
| WO2020188841A1 (ja) * | 2019-03-15 | 2020-09-24 | 日本分光株式会社 | 円二色性測定装置および円二色性測定方法 |
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| US5548404A (en) * | 1994-09-23 | 1996-08-20 | Sunshine Medical Instruments, Inc. | Multiple wavelength polarization-modulated ellipsometer with phase-generated carrier |
| US5798837A (en) | 1997-07-11 | 1998-08-25 | Therma-Wave, Inc. | Thin film optical measurement system and method with calibrating ellipsometer |
| US6278519B1 (en) | 1998-01-29 | 2001-08-21 | Therma-Wave, Inc. | Apparatus for analyzing multi-layer thin film stacks on semiconductors |
| US6970278B1 (en) * | 1998-03-16 | 2005-11-29 | Hinds Instruments, Inc. | Controlling resonant photoelastic modulators |
| US6483584B1 (en) * | 2000-04-14 | 2002-11-19 | National Science Council | Device for measuring the complex refractive index and thin film thickness of a sample |
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| JP2002260354A (ja) * | 2001-03-02 | 2002-09-13 | Funai Electric Co Ltd | サーボ制御装置およびゲイン調整方法 |
| US8773662B2 (en) * | 2010-07-22 | 2014-07-08 | Vuv Analytics, Inc. | Methods and apparatus for vacuum ultraviolet (VUV) or shorter wavelength circular dichroism spectroscopy |
| US8446584B2 (en) * | 2011-05-13 | 2013-05-21 | Kla-Tencor Corporation | Reconfigurable spectroscopic ellipsometer |
| JP6306438B2 (ja) * | 2014-06-02 | 2018-04-04 | 浜松ホトニクス株式会社 | 円二色性計測方法及び円二色性計測装置 |
| CN112630879B (zh) * | 2020-12-25 | 2022-09-30 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种相位延迟元件及相位延迟装置 |
| CN113884466A (zh) * | 2021-08-30 | 2022-01-04 | 清华大学深圳国际研究生院 | 基于弱测量的表面折射率成像传感器及其测量方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1283927A (fr) * | 1960-12-27 | 1962-02-09 | Saint Gobain | Dispositif de mesure des différences de marche des vibrations d'une lumière polarisée |
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