JPH0518896A

JPH0518896A - 小さな吸光量の検出用測定方法

Info

Publication number: JPH0518896A
Application number: JP3027313A
Authority: JP
Inventors: Bernd Sartorius; ザルトリウスベルント
Original assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Current assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1993-01-26
Also published as: EP0443702A3; EP0443702A2; US5185645A

Abstract

(57)【要約】【目的】最新のテクノロジー、殊に半導体の分野では
任意の物質材料における小さな吸光量（値）の測定が必
要となっており、その際の測定精度及び測定速度に対す
る要求はプロセス実施上の簡易性及び経済性と共に益々
増大しており、このような要求を充足することが本発明
の目的である。【構成】当該の検出された測定−及び基準信号Ｕ_Mc，
Ｕ_Rcを差形成Ｄの形で共にアナログ的に収集生成するこ
とにより小さな吸光量を直接的に測定し、上記の差形成
の形の測定及び基準信号のアナログ的収集生成によって
は被検物質ＭＡなしでの測定の際の零ΔＩ_Bへの生成差
ΔＩ_Bの適合調整により測定光ビームと基準光ビーム
Ｍ，Ｒ間の自然の（固有）強度差ΔＭが自動的に考慮さ
れるようにしたのである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は任意の物質材料における
小さな吸光量（値）検出のための測定方法であって、異
なる波長の測定ビーム及び基準ビームの透過光強度の少
なくとも準同時的検出を行ない、ここにおいて該異なる
波長は実質的に測定光ビームが吸収されるように異なっ
たものであるようにし、更に、測定ビームと基準ビーム
との固有（自然の）強度差を考慮して当該の検出された
測定及び基準ビーム信号を共にアナログ的に収集生成す
る測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】異なった波長を有する測定、基準光ビー
ムの使用によりシステマティックないし系統誤差として
測定結果に影響を及ぼし得る障害作用、影響が除去され
得る。このために、測定光ビームの波長が、次のように
選定される、即ち、当該測定光ビームが最適に被検物質
により吸収されるように選定される。最適の吸収量
（値）は固体、液体、ガス体の場合特性吸収バンドの領
域において、また、固体の場合においてバンド（縁）端
上方に生じる。要するに、被検物質の吸収能力（吸収
率）は透過光ビームの波長に著しく依存する。付加的
に、被検物質を通って透過の際測定光ビームは反射とか
分散、汚れなどの障害作用により減衰されたり、又は他
の媒体による付加的吸収で減衰される。そのような障害
作用、影響は全般的損失として広汎なバックグラウンド
ないし背景要因を有する、それというのはそのような影
響因子は波長との依存性が大きくないからである。基準
光ビームの波長は測定波長に隣接するが、被検物質の透
明スペクトル領域にて選定される。従って基準光ビーム
は殆ど吸収されず、実質的に障害要因、影響によっての
み減衰される。要するに、基準光ビームによっては吸収
のない際の光透過強度が検出され、これに対して、測定
光ビームによっては吸収のある際の光透過強度が検出さ
れる。検出された測定−及び基準信号の共通の収集生成
の際両光ビームにおける障害作用による相対的強度減衰
が十分同じものとなる。両波長間の固有（自然の）強度
差に関して信号を補正すれば、物理的に被検物質の吸光
量に相応する強度差のみが残存する。

【０００３】先に述べたような測定方法は型録、“Ｔｒ
ａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓＰｈｏｔｏｍｅｔｅｒ” Ｐｉ
ｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＧｍｂＨ社、Ｎａｓｓａ
ｕｓｔｒａｓｓｅ３５，Ｄ−６２３８Ｈｏｆｈｅｉ
ｍ−Ｗａｌｌａｕから公知である。上記公知方法によっ
ては高い交番周波数で交番的に検出される測定−及び基
準信号を、それの商の形でアナログ的に共に収集生成す
ることにより小さな吸光量が測定される。測定−及び基
準光ビーム間の固有（自然）強度差の考慮が、被検物質
による吸収のない際の両光ビームの強度−商の計算上の
組込により行なわれる。要するに、上記公知方法では吸
光量は間接的に測定される。それというのはその検出さ
れた商は吸光量に対する直接的尺度ではないからであ
る。当該吸光量は上記商に対する数１との差によりはじ
めて得られる。上記換算には強められた誤差伝播が伴な
う。小さな吸光量の場合、吸光量の比較的強い変化（例
えば１％から２％へ、即ち相対的に１００％だけ）が起
ると、当該商のわずかな変化のみ（例えば０．９９から
０．９８への変化、即ち相対的に１％）が生ぜしめられ
る。従ってわずかな測定誤差又はデジタル化跳躍的変化
によって、吸光量測定の際の遥かに一層大きな不精確性
が生ぜしめられる。よって殊に、小さな吸光量の場合、
当該誤差は無造作に吸光量のオーダをとったり又はこれ
を超過するおそれがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】多くの適用例において
当該技術の一層の発展開発さ中にあって、小さな吸光量
を高精度に測定し得る上述の測定方法が益々重要になっ
て来ている。これに関連して、吸光量を著しく高速に測
定しようとする必要性が生じている。更に、測定方法は
それのシーケンス及び実施のための手段において常に簡
単且経済的なものでなければならない。

【０００５】

【課題解決のための手段】その種の高い要求は本発明の
測定方法によれば次のようにして充足される、即ち、上
記の検出された測定−及び基準信号を差形成の形で共に
アナログ的に収集生成することにより小さな吸光量を直
接的に測定し、上記の差形成の形の測定及び基準信号の
アナログ的収集生成によっては被検物質なしでの測定の
際の零への生成差の適合により測定光ビームと基準光ビ
ーム間の自然の（固有）強度差が自動的に考慮されるよ
うにしたのである。

【０００６】吸光量の直接的測定によって本発明の測定
方法は著しく精確且高速に機能する。当該測定は直接的
であると称され得る、それというのは、測定−及び基準
信号間のアナログ的に形成された差によって、吸光量の
物理的定義付け（確定、規定）が実現されるからであ
る。それにより、固有（自然の）強度差の自動的考慮に
より、さらにそれ以上の計算上手間及び所要時間を要さ
ずに、所期の吸光量に対する測定値が得られる。それに
より得られる高い測定速度には高い測定分解能が伴な
う。それというのは分解領域はたんに当該差のオーダの
みを有し、何倍もより高い、個別量のオーダを有しない
からである。測定精度の著しい改善は本発明の測定方法
では次のようにして行なわれ得る、即ち、直接的差形成
の際介入する測定技術上の誤差が増幅されないからであ
る。つまり、絶対的測定技術上誤差は比較的小さい吸光
量のほうに向って同様に小さくなっていき、決定的な相
対誤差がほぼ変らない状態に保持される。障害量（これ
は波長依存性はわずかである）の影響は差形成によって
小さくなって、その影響は大したものでないようにな
る。光源及び評価電子回路の時間的変動はその種の直接
的差形成の際十分に補償される。

【０００７】論文“Ｄｉｒｅｃｔｏｂｓｅｒｖａｔｉ
ｏｎｏｆｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｄｅｅｐ
ｌｅｖｅｌ（ＥＬ２）ｉｎｕｎｄｏｐｅｄｓｅｍ
ｉｉｎｓｕｌａｔｉｎｇＧａＡｓ”，Ｂｒｏｚｅｌ
ｅｔａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ
４２（７），１Ａｐｒｉｌ１９８３，第６１０頁以
降からは、検出された測定−及び基準信号から差を形成
することが公知であるが、この差は数学的に計算される
のではない。このためには測定−及び基準信号が個別
に、時間的にずれてデジタル的に収集生成される。その
際生じる相対誤差は収集生成される大きな個別値に係わ
る。従って、上記生起相対誤差は遥かに小さい差の直接
的測定の際、生ぜしめられる相対誤差より決定的に大で
ある。更にデジタル化の際、跳躍的誤差が生じる。更
に、測定−及び基準信号は相互に時間的間隔をおいて検
出され、その結果測定−及び基準光ビームは時間的に著
しく安定でなければならない。測定結果はすべての個別
信号の生起及びそれの計算上の処理の後はじめて得られ
るようになる。

【０００８】検出された測定−及び基準信号のアナログ
的の共の収集生成を用いての吸光量ないし強度差の直接
的測定は論文“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｑｕｉ
ｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ
ｍａｐｐｉｎｇｏｆｍｉｄｇａｐｆｌａｗｃｏ
ｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌ
ａｔｉｎｇＧａＡｓｗａｆｅｒｓｂｙｍｅａｓ
ｕｒｅｍｅｎｔｏｆｎｅａｒｉｎｆｒａｒｅｄｔ
ｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ”，Ｄｏｂｒｉｌｌａｅ
ｔａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５８
（１），１Ｊｕｌｙ１９８５，第２０８頁以降から
公知である。この測定方法では先ず被検物質上の基準点
にて吸光量が高いコストをかけて精確に測定され、電子
的に補償される。次いで、ひきつづいての測定の際、相
対的吸光量が、基準点における吸光量に対する差として
直接的に測定される。但し、測定−及び基準光ビームは
同じ波長を有する。従ってシステマチック誤差としての
反射損失は現実性（実際状態）に対する相応の偏差及び
大きな所要時間の甘受のもとで数学的に考慮される。分
散損失は考慮されない。測定−及び基準光ビームの検出
は時間的に大きな間隔をおいて行なわれる。測定光ビー
ム、補償信号、評価電子回路は相応して時間安定的でな
ければならない。

【０００９】高い測定精度及び高速性にも拘らず、本発
明の測定方法はそれのシーケンス及びそれの実現手法の
点で簡単である。上記の簡易性は非複雑の直接的差形成
のほかに、特に、差形成の際の固有（自然）強度差の自
動的考慮により達成される。形成（生成）された差にお
いて直接的に利用可能な結果（これはそれの異なる波長
に基づき測定−及び基準光ビームの固有（自然）の異な
る強度と無関係である）を得るには強度差が考慮されな
ければならない。従来技術の計算上の考慮に比して、当
該の考慮は本発明の方法では自動的に行なわれる。この
ためには、被検物質のない際に、測定列（一連の測定）
の開始前に測定された差を零に制御しさえすればよい。
個々のパラメータをそれの測定又は計算により検出する
ことは必要でない。上記の零調整によっては測定−及び
基準光ビーム間の強度差が補償され、その結果すべての
障害（ノイズ）パラメータがほぼ同じ作用を有する。そ
のような調整補償操作（当該補償によってすべての生起
する障害量が実質的に、即ち、それの著しくわずかな波
長依存性に基くわずかな差を除いて、差形成の際除去さ
れる）によってのみ、当該差ないし吸光量の直接的測定
が可能となり有意義なものとなる。更に、零調整によっ
て周囲からの影響によるマトリクス効果をも十分に考慮
し得る。

【００１０】本発明の測定方法の有利な実施例によれ
ば、生成差の、零への（適合）調整を両光ビームのうち
の強いほうのものの減衰により光学的に行ない得る。そ
のような方法ステップは著しく簡単であり、相応のビー
ム路中にて例えばグレースケールの複雑でない調整しか
必要でない。この実施例ではグレー調整度の再現性が、
例えばマイクロメータねじの位置を介して達成される。

【００１１】有利で且同様に簡単にして同じ作用効果を
奏する本発明の他の実施例によれば、零への生成差の調
整が電子的に、差形成の際相応の重み付けの設定調整に
より行なわれる。この実施例では零調整が、例えばコン
ピュータにより著しく精確に、差形成前の可調整抵抗カ
スケードを介しての、増幅率のデジタル変化調整により
行なわれ得る。精確な再現性及び零調整の常時の可制御
性が確保される。機械的調整上の問題、及びそれに伴な
うゆるみの問題は起こり得ない。零調整は著しく時間安
定的である。

【００１２】２つの上述の零調整方法は直接的に測定構
成体において行なわれる、すなわち、測定方法自体と密
接な関連を有するのであり、これは所定の特性曲線によ
る計算上の調整操作（これは本来の方法から切離される
ものとなる）とは対照的に異なったものである。

【００１３】本発明の方法の別の実施例によれば測定−
及び基準光ビームがそのつどモノクロマチック光源によ
り生ぜしめられる。可能な光源は例えばレーザダイオー
ドである。これによってはそれのわずかなビーム直径に
基づき高い局所分解能が確保される。相応の光学的装置
構成によって両光ビームは１つのビーム路中にて高速の
時間的交番にて被検物質を通って供給される。測定−及
び基準光ビーム間の交番が、機械的にチョッパにより又
は電気的にレーザダイオードの変調により行なわれ得
る。第１の場合では常に１つの光ビームが隠蔽される。
第２の場合には両レーザダイオードが、交流動作中制御
される。両方の場合においてコンピュータ制御が用いら
れ得る。

【００１４】論文“Ａｃｔｉｖｅｌａｙｅｒｔｈｉ
ｃｋｎｅｓｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ
ｆｏｒｄｏｕｂｌｅｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕ
ｒｅｌａｓｅｒｗａｆｅｒｓ”，Ｎａｋａｎｏｅ
ｔａｌ．，ＯＰＴＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮ
Ｇ，Ｊａｎｕａｒｙ１９８９，Ｖｏｌ．２８Ｎ
ｏ．１，第０４２頁以降、からはレーザサブストレー
トにてネット（正味）吸光量の測定のため２つのレーザ
ダイオードの使用が公知である。上記レーザダイオード
は時間的に著しく大きな間隔をおいて順次作動される、
換言すれば、被検物質が先ず全面的に測定光ビームで走
査され、次いで、基準光ビームで走査される。つまり、
相応の測定持続時間のもとでの個別測定の大きな時間ず
れを意味する。

【００１５】従って、出力−又は温度ドリフトの回避の
ためのレーザダイオードの著しく良好な安定化が必要で
ある。上記両ダイオードの出力調整手段は上記公知測定
方法では設けられていない。吸収（吸光）のない際の上
記両レーザダイオードの出力比ないし出力関係は勘案、
算入される。当該測定結果はコンピュータにより求めら
れ、第２の通過（一貫）走査過程の終了後商として生起
する。個別値からの商形成を介しての小さな吸光量の測
定の際の既述の大きな障害（誤差）影響のほかに、被検
物質の２度の走査による時間的に広く相互に離れている
通過（貫通）測定過程に基づき、そのつど同一の測定個
所の検出のための（位置）調整上の問題が克服されねば
ならない。

【００１６】本発明の測定方法の別の実施例によれば、
測定−及び基準光ビームを、物質透過後光学的に分割さ
れる、唯１つの（単一）光源の光ビームからろ波すると
好適である。そのようなプロセス手法によっては測定及
び基準光ビームが、精確に同じビーム路で、即ち、共通
の光ビームのビーム路で、被検物質を通過することが保
証されるようになる。もって、測定個所は精確に規定、
確定されたものとなり、両ビームに対して同じものとな
る。測定個所におけるビーム重なりのための、またひき
つづいてのビーム路における複雑な（位置）調整操作は
回避される。更に、唯１つの光源の強度の変動は測定及
び基準光ビームに対して同じような影響を及ぼし、その
結果、上記変動は差形成の際固有（自然）強度差の自動
的考慮により補償される。本発明によれば生じた個別ビ
ームから測定−及び基準光ビームがろ波され得るよう
に、物質透過後はじめて光ビームは光学的に分割される
のである。光学的分割の際は、どのような比（割合）で
光ビームが分割されるかは重要でない、それというの
は、当該比は差形成に際して、変らない分割比のもとで
の先に実施された零調整によりなされる両光ビームの対
称化を介して自動的に考慮されるからである。％（割
合）の量としての吸光量の検出はそれの精度の点で影響
を受けない。当該分割比を検出することは何ら重要でな
く、任意であってよく、その結果、分割の実現には極め
て簡単な構成素子が使用され得る。

【００１７】本発明の測定方法の実施例により測定−及
び基準光ビームを交互に第１周波および第２周波でクロ
ック制御するようにすれば、当該測定及び基準信号のア
ナログ的収集生成のため周知のロックインアンプ技術が
使用され得る。これにより検出された信号を、それに人
為的にないし擬似的に重畳された周波に基づき識別、区
別することが可能となる。その種方法、プロセス手法は
次のような場合常に有用である、即ち、測定−及び基準
信号が唯１つの検出器により発生される場合はいつも有
用である。従って、本発明により２つの周波の使用の場
合、一方では測定−及び基準信号が差形成のため、ま
た、他方では付加的に例えば基準信号が規格化目的のた
め収集生成され処理され得る。更に、別の障害作用、影
響、殊に全般的バックグラウンドノイズ（障害）、ビー
ム路中の空間光又は塵埃等がロックインアンプ技術によ
り除去され得る。このために、先に定められた周波、ま
た位相にも対応づけられた信号のみが処理される。他の
周波及び位相を有するノイズが、考慮されない。

【００１８】測定−及び基準光ビームが唯１つの光ビー
ムからろ波される場合、本発明の方法の別の有利な実施
例によれば、共通の光ビームがクロック制御される。こ
の場合、ロックインアンプ技術が、既述の利点を以て使
用され得る。たんに１つの周波が用いられるので、ロッ
クインアンプの時定数が著しく小に選定され得、それに
より、短い調整時間、従って高い測定精度が生ぜしめら
れる。差形成及び規格化目的のための測定−及び基準信
号の区別のため２つの検出器であって、簡単な電子構成
部品から成るものが使用される。

【００１９】本発明の測定方法の別の有利な実施例によ
れば、測定−及び基準光ビームの光透過強度の検出が同
時に行なわれる。即時的（リアルタイムの）同時性のた
めの従来技術における検出の擬似（準）同時性の上述の
プロセスステップにより先ず、光源、検出器又は評価ユ
ニットの特性曲線−及び温度ドリフトのような時間依存
性の障害作用、影響がなくなる。更に、また、測定速度
が高められる、それというのは別の信号の到来まで信号
がもはや一時記憶される必要がないからである。従っ
て、一時記憶に結合された誤差が回避される。同時の検
出に基く一時記憶の省略にはアナログ的に収集生成され
た測定値から連続的測定列を形成し得るようになる。一
時記憶に基く測定値の離散化が省かれる。要するに、被
検物質は本発明の方法の上記の実施例により連続的に、
例えば質量流で又は表面を介して、その吸光特性に基づ
き（この特性はやはり時間的に極めて迅速に変化し得
る）検査され得る。同時検出の前提となるのは並列的に
２つの検出器に導かれ得るために、測定−及び基準光ビ
ームが、被検物質を通過後同時に生じるということであ
る。上記前提条件は、上記の本発明の実施例により簡単
に次のようにして充足される、即ち、測定−及び基準光
ビームが、唯１つの光ビームからそれの分割後ろ波され
るようにするのである。

【００２０】本発明の測定方法の実施例によれば、小さ
な吸光量を場所（位置ないし局所）に依存して測定す
る。これにより、測定された吸光量が１つの所定の場所
（局所）に対応づけられ得る。このことが有利であるの
は固体の場合屡々起るような非物質性の生じる場合であ
る。その際当該場所（局所）の変化によって、固体物質
の表面全体に亙っての吸光量が離散的に又は連続的に−
相応のプロセス過程の選択に応じて−検出され得る。

【００２１】本発明の別の実施例によれば位置（局所）
に依存する測定の際、測定−及び基準光ビームが測定場
所にフォーカシングされる。上記手段によって本来の測
定個所は著しく小さくなり、つまり、場所（局所）分解
能が高められる。一般的に吸光量測定のための焦点ない
し測定個所は固体物質にて測定さるべき層を有するそれ
の上面に位置する。その際その被測定層は高い局所分解
能を確保するため光源から離隔されている。それの後面
における分散は当該後面が比較的平滑であると見做され
得る場合には通常の集光レンズで検出され得る。但し、
被検物質として粗い後面を有する固体の場合には、本発
明の別の実施例により、当該焦点（フォーカス）がそれ
の後面に位置するようにすると好適である。而して、粗
い後面にて光ビームの分散により誤りを来たすことな
く、固体による吸光を精確に測定することができる。極
めて粗い表面においても生じる分散は後置の集光レンズ
のフォーカスのところに現われ（位置し）、その際その
集光レンズの口径は次のような大きさに選定されさえす
ればよい、即ち、照明円錐ないし光円錐に対して分散し
た光が当該集光レンズによりほぼ完全に捕捉されるよう
な大きさに選定されさえすればよい。

【００２２】本発明の別の実施例によれば、非透明又は
反射性後面を有する被検物質の場合、照射面側で光透過
強度の検出が行なわれると好適である。そのようなプロ
セスステップによっては当該後面を通しての測定−及び
基準光ビームの透過を不可能にする固体とかガス体とか
液体において連続的プロセス監視のためにも測定方法の
適用が可能になる。前提となるのは被検物質の後面にお
いて又は当該被検物質が光を十分反射しない際は直接つ
づく付加的ミラーにて測定−及び基準光ビームが、反射
されるということである。上記前提条件は殊に金属コン
タクトを有する固体サンプル又は金属支持体上の固体サ
ンプルの場合、又は当該室空間後壁にてミラーを以ての
液状又はガス状媒体におけるプロセスシーケンスに対す
る観測室空間に対して成立つ。また、そのようなプロセ
ス手法が比較的わずかなスペースしか要しないことも有
利である。従って、クライオスタット、サンプル作製な
いし準備処理室等におけるサンプルには、上記の本発明
の測定方法の実施例は殊に好適である。同じことが、一
方の側からのみ操作可能なサンプルに対しても成立つ。
更に、このプロセスステップでは生じる２度の吸光が相
応に考慮され得る。更に、基準信号は既にサンプル表面
にて反射され、よって吸光に寄与しない成分に関して補
正さるべきである。

【００２３】被検物質の表面にて反射される光成分が未
知か、又は変化し易い場合には、上記光成分は計算上考
慮され得ない。その際、本発明の実施例によれば、被検
物質が暗野（ダークフィールド）方式に従って照明を受
けるようにするとよい。そのようなそれ自体公知の方法
によっては吸光のためには供給されない、サンプル表面
に反射された光成分が、ビーム路外に排除され、その結
果、その光成分は検出され得ない。これに対して吸光の
ために供給される光成分は次のような大きな空間角度で
分散される、即ち、当該排除装置のところを通って照射
されて検出され得るような大きな空間角度で分散され
る。

【００２４】本発明の測定方法の別の実施例によれば、
被検物質の特有の（特異的）特性を検出するためのルミ
ネセンス（蛍光ないし発光）方式に当該測定方法が組合
される。上記方法はルミネセンス（発光ないし蛍光）励
起のための短波長のレーザ、ダイクロイックミラー（こ
れはそれの波長に依存してビームを反射又は透過す
る）、長波長のエミッションスペクトルの検出のため
の、後置接続の検出器付可調整モノクロメータで動作す
るルミネセンス（蛍光）を用いて被検物質の特異的特
性、殊に半導体のそれ、及び特にバンド（縁）端が検出
され得る。両測定方法の結合（これは例えば方向変換ミ
ラーを介して行なわれ得る）により、被検物質に対し
て、唯１つの準備（製剤）プロセス及び装置構成にて、
差当り、先ず、所要の特有の特性、次いで小さな吸光量
が測定され得る。つまり、大きな時間節減及び作業節減
並びに、被検物質のたんにわずかな負荷が達成される。
高価な清浄（純粋）空間（クリーンルーム）では両プロ
セス装置構成の組合せによるスペース節減が重要であ
る。

【００２５】本発明の小さな吸光量の測定のための測定
方法の適用手法は多様である。当該方法適用分野に対す
る特別な基準は当該方法が非破壊的に且被検物質を何ら
損なうことなく動作することである。吸光量測定は固
体、液状、ガス状物質にて行なわれ得る。吸光量測定は
離散的に又は連続的に、流動物質の場合は場所（局所）
依存性を以て、又は固体の場合は位置（局所）分解能を
以て行なわれ得る。

【００２６】検出された吸光値（量）は、種々の測定の
ため用いられ得る。それらの測定手法を詳述し得るた
め、吸光量を算出し得る数式を計算すると有用である。

【００２７】

【数１】

【００２８】

【数２】

【００２９】小さなｋｄの際べき乗項は極めて小さいの
で、良好な近似で下式を代入し得る。

【００３０】

【数３】

【００３１】それにより、Ｉに対して下式が得られる。

【００３２】

【数４】

【００３３】但し、差Ｉ_o−Ｉは本発明の測定方法によ
り直接測定可能な吸光量である。

【００３４】本発明の測定方法の適用により吸光量Ｉ_o
−Ｉ及びＩ_oを、吸光のない際の基準光ビームの強度と
して検知すれば、当該式により、当該厚さが知られてい
れば被検物質の吸光係数ｋを求めることができ、また
は、逆に、吸光係数が既知であれば当該厚さを求めるこ
とができる。サンドウィッチ−サンプルの場合、種々異
なる層（膜）の厚さを選択的に測定できる（当該層が異
なるバンド（縁）端、ひいては異なる吸光特性を有する
際）。第３の手法として、被検物質の既知の厚さ及び吸
光係数のもとで、吸光量に対して責任ある（関与する）
要因（原因）、例えば固体又は外部媒体における障害原
子、ないし液体又はガスにおける粒子の濃度測定を実施
し得る。生物的又は化学的サンプル（製剤）の物質分析
も可能である。

【００３５】特別に重要であるのは半導体物質材料の層
厚測定のための小さな吸光量測定のための本発明の測定
方法である。それらの半導体膜（層）の作製及び処理
（加工）上の近代的テクノロジーによって、当該膜は益
々薄くなり、益々障害の影響を受け易くなっている。従
って、その種半導体膜を極めて精確にその厚さ（これは
極端な場合たんに１ｎｍにもなり得る）の点で、またそ
れの組成の点で監視制御することが必要である。厚さに
おける偏位、不都合な構造欠陥、又はドーピング材料の
劣悪な分布によって、半導体が使いものにならないおそ
れがある。このことは殊に所謂“量子−井戸−レーザ”
における使用についても成立つ。そのようなレーザの場
合、波長が調整され、あふれ電流が層（膜）厚の選定に
よって最小化され得る。その際その膜厚は極めて薄いの
で、物質の固体特性が既に変化するほどのものである。
更に、生産上、夫々の半導体チップを完全に検査し得る
ことは極めて重要である。部分個所における抜取りサン
プル又は破壊検査はこの場合無意味である。上記適用事
例には本発明の測定方法が極めて好適である。この方法
はほぼ０．０１〜２μｍの膜厚領域を有し得、非破壊的
に、極めて精確に、著しく迅速に動作し、連続的膜厚測
定を可能にする。従って、実施例では当該適用形態に関
連する。

【００３６】次に図を用いて本発明の測定方法及びこれ
を実施するための特に有利な実施例に就いて説明する。

【００３７】図１に略示する、本発明による小さな吸光
量（値）（わずかな吸光状態）の測定のための測定方法
は３つのプロセスステップａ，ｂ，ｃに細分化されてい
る。前ステップａでは被検物質ＭＡのない際の基本測定
が行なわれて、当該測定装置の実際状態が検出される。
次いで、調整ステップ段ｂでは上記前ステップ段ａにて
場合により検出される零偏差が調整される。測定ステッ
プ段ｃでは本来の測定列（一連の測定）が実行される。
わかり易くするため３つのプロセスステップａ，ｂ，ｃ
が時間的順序で示してある。生じる強度Ｉ_M，Ｉ_Rは夫々
測定時間ｔに関して小さなダイヤグラムで示してあり、
それらダイヤグラムは諸関係をわかり易く明瞭化するた
めに用いられる。

【００３８】前ステップａにおいて基本測定を実施する
ため、選ばれた測定波長λ_R及び基本強度Ｉ_Ra（これは
発生源に依存する）を有する測定光ビーム、及び、選定
された基準波長λ_R及び基本強度Ｉ_Ra（これは同様に発
生源に依存する）を有する基準光ビームが検出部ＤＥに
供給される。上記発生源の種類に依存して、測定−及び
基準光ビームＭ，Ｒは個別ビームとして又は共に発生す
る。図１ではこのことは上位の光ビーム路Ｓによって示
されており、この光ビーム路中には測定−及び基準光ビ
ームＭ，Ｒが含まれている。基本強度Ｉ_MA及びＩ_RAの検
出（部）ＤＥは測定−及び基準光ビームＭ，Ｒの時間的
に迅速に交番する供給のもとで擬似（準）同時的に、又
は、時間的に並列的供給のもとで同時に行なわれ得る。

【００３９】上記検出（部）ＤＥにより測定信号Ｕ_Ma及
び基準信号Ｕ_Raが生じる。これら信号は１つのアナログ
の共通の収集生成部Ｅに導かれる。上記の共通の収集生
成（部）Ｅは測定−及び基準信号Ｕ_Ma，Ｕ_Ra間の差形成
（部）Ｄの形で行なわれる。上記差形成（部）Ｄの結果
として、強度Ｉ_Ma，Ｉ_Ra間の差ΔＩが、直接測定された
吸光量（状態表示）ＬＡとなってアナログ指示装置Ａに
より指示される。但し、前ステップ段ａにおける基本測
定の場合、吸光量（状態表示）ＬＡは起こり得ない。そ
れというのは、ビーム路Ｓ中に吸光物質ＭＡが存在して
いないからである。指示された強度差ΔＩは測定−及び
基準光ビームＭ，Ｒ間の固有（自然の）強度差ΔＩ_Nで
あり、上記強度差は異なる波長λ_M，λ_Rに原因があり、
それにより測定−及び基準光ビームＭ，Ｒの異なった重
み付けがなされる。上記強度差ΔＩ_Nが考慮されなけれ
ば、それによってはいずれの測定結果も誤ったものにさ
れ、その結果、アナログ指示装置Ａにて指示される値は
測定された吸光量（値）ＬＡについての迅速及び直接的
情報を与え得なくなることとなる。従って、測定方法で
は零への差形成（部）Ｄの調整（部）ＡＮの形態の固有
（自然）強度差ΔＩ_Nの自動的（考慮）をする機能
（部）Ｂが行なわれる。それにより、今やアナログ指示
装置Ａにより指示される後続のいずれの測定結果も、付
加的準備処理操作なしで、直接的に測定された吸光量
（値）（状態）ＬＡとして解釈され得る。

【００４０】零への上記差形成（部）Ｄの調整（部）Ａ
Ｎは調整ステップ段ｂにおいて行なわれる。光学的零調
整（部）ＯＡ又は電子的零調整（部）ＥＡが行なわれ得
る。上記の選択的手法は図１では前ステップ段ａにおけ
る差形成部Ｄのところに破線の作用線で示してある。但
し、そのつど両調整手法のうちの唯１つのみが実施さ
れ、その際両手法によっては同一の作用が奏される。光
学的零調整ＯＡの実施の際、両光ビームＭ，Ｒのうちの
強いほうのものが次の程度まで減衰される、即ち、アナ
ログ指示装置Ａにより指示される差ΔＩ_bが零になる
（Ｉ＝０）まで減衰される。図１に示す例では基準光ビ
ームＲの基本強度Ｉ_Raは測定光ビームＭの基本強度Ｉ_Md
より大である。要するに、基準光ビームＲは例えばグレ
ースケールにより次の程度まで減衰される、即ち、それ
の調整強度Ｉ_Rbが測定光ビームＭ（これは非制御状態に
保持されている）の基本強度Ｉ_Maと一致するまで（Ｉ_Ma
＝Ｉ_Mb＝Ｉ_Rb）減衰される。そこで、光学的調整ＯＡに
より、測定光ビームＭ及び基準光ビームＲが光学的に相
互に対称づけられていて、その結果それら光ビームは常
に波長に依存する外部からの影響による同じ絶対的減衰
を受けるようになる。

【００４１】当該対称化を光学的にでなく電子的に、電
子零調整ＥＡにより行なう場合にも同じ結果が得られ
る。この場合、上記強度Ｉ_Ma，Ｉ_Raは変らないように保
持されるが、それの相応の測定−及び基準信号Ｕ_Ma，Ｕ
_Raは差形成Ｄの際相応の重み付けの設定調整によって電
気的に異なった入力として加わり、その結果当該差が零
となる（ΔＵ＝０）信号Ｕ_Mb，Ｕ_Rbが生じる。上記重み
付けは例えば差形成Ｄの際の増幅率のコンピュータ制御
の可変操作により調整され得る。

【００４２】固有（自然の）強度差ΔＩ_Nに基づいての
零への調整ＡＮのほかに、上記調整ＡＮによってはマト
リクス−効果が十分補償され得る。更に、（適合）調整
ステップ段ｂでは例えば、測定結果を場合により誤らせ
るサブストレートディスク（吸収層のない）、又は手段
（被分析物質のない状態で）が、ビーム路Ｓ中に挿入さ
れ、強度差ΔＩが零へ調整される。

【００４３】光学的調整ＯＡ又は電子的調整ＥＡを有す
る調整ステップ段ｂにおける調整−測定及び場合により
マトリクス効果の実施の後、今や、固有の（自然）の強
度差ΔＩ_Nが、測定結果への作用の点で、それの自動的
に考慮Ｂされることにより常に中和（補償）せしめられ
る。そこで、測定ステップ段ｃにおいては本来の測定が
行なわれ得る。更に、被検物質ＭＡが、ビーム路Ｓ中に
挿入され、その結果、測定−及び基準光ビームＭ，Ｒが
透過する。その場合測定光ビームＭはそれの測定波長λ
_M（これは当該物質の吸収特性（縁）端より上方ないし
被検物質ＭＡの吸収帯（バンド）に選ばれている）に基
づき、当該物質ＭＡにより最適に吸収される。更に、測
定光ビームは付加的障害影響、殊に反射、分散により減
衰される。それの基本強度Ｉ_Maは透過光強度Ｉ_Mcに低下
される。これに対して、基準光ビームは基準波長λ_Rを
有しこの基準波長は被検物質ＭＡの透明（トランスパレ
ント）スペクトル領域にて測定波長λ_Mの近くに選ばれ
ている。従って基準光ビームは被検物質ＭＡによってた
んに大して吸収されず、主として、生じる障害作用、影
響を受ける。それの調整強度Ｉ_Rb（光学的調整ＯＡの場
合；Ｉ_Ra電子的調整ＥＡの場合）は透過光強度Ｉ_Rbに低
下するが、この透過光強度はいずれにしろ測定光ビーム
Ｍの透過光強度Ｉ_Mcより大である。後続の検出ＤＥによ
っては測定−及び基準信号Ｕ_Mc，Ｕ_Rcが生じる（光学的
調整ＯＡの場合；電子的調整ＥＡの場合はＵ_Ra）。それ
ら信号は自然強度差ΔＩ_Nを自動的に考慮しつつＢアナ
ログ差形成（部）Ｄに供給される。直接的に測定された
値としての上記差形成Ｄの高速及び高精度の測定結果が
被検物質ＭＡによる光吸収（吸光）量情報ＬＡとなる。
すべての障害影響が差形成（部）Ｄの際補償される。

【００４４】それにひきつづいて吸光量情報ＬＡの測定
結果は例えばグラフィック表示（部）ＧＤにて処理され
得る。上記表示は連続的に又は離散的にないし個別的に
（検出Ｄの種類、形式に応じて）、また、場所（局所、
位置）に無関係に全測定時間ｔに亙って、又は測定場所
ｘに依存して（被検物質ＭＡの種類、形式に応じて）行
なわれ得る。

【００４５】図２には測定プロセスの実施のための特に
有利な実施例を示す。上記実施例に特有のことは唯１つ
の光源２０と２つの検出器２１，２２が設けられている
ことである。上記検出（部）ＤＥは同時に精確に働く。
被検物質ＭＡは図示の実施例では吸光量情報ＬＡの測定
により当該厚さを測定しようとする固体物質である。上
記固体物質は吸光性ＩｎＧａＡｓＰ−層（膜）２４を有
するエピタキシアル半導体チップ２３である。その際そ
の膜（層）は透光性（トランスパレントの）ＩｎＰ−層
（膜）２５上に成長被着されている。上記吸光性層
（膜）２４は０．０１〜２μｍの厚さを有し、上記透光
性（トランスパレント）膜２５は３００μｍの厚さを有
する。

【００４６】光源２０から発して、１つの共通の光ビー
ム路Ｓは先ず第１集光レンズ２６、次いで空間フィルタ
２７を通り、しかる後第２集光レンズ２８を通って一層
より良好なビーム集束のため導かれる。空間フィルタ２
７は光源代替物を成し、それの厚さのある絞りにより、
高精度の測定個所−分解能のための改善されたビーム焦
点合せに用いられる。空間フィルタ２７の後方に、回転
チョッパ２９が設けられており、この回転チョッパは交
番光として、例えば１ＫＨｚの周波ｆとしてビーム路Ｓ
をクロック制御する。これにより、詳細を後述するよう
に、周知のロックインアンプ技術が用いられ得る。第２
集光レンズ２８の後方にてビーム路Ｓは方向変換ミラー
３０に当り、そこから第３集光レンズ３１を通って半導
体チップ２３に当る。焦点合せ点（フォーカシングポイ
ント）３３は半導体チップ２３の平滑後面２５に基づき
それの上面２４に位置する。粗い後面を有する被検固体
物質の場合、フォーカシングポイント（焦点）３３はそ
のような粗い後面上に位置し、分散光をできるだけ完全
に検出収集し得るように構成されている。フォーカシン
グポイント３３の直径はビーム路Ｓの品質に依存し、良
好な精度を以て１００μｍ及びそれ以下になり得る。

【００４７】半導体チップ２３の後方に第４集光レンズ
３４が設けられておりこのレンズは生じる分散光の分散
角に相応して大きな開口度（口径）を有する。上記第４
集光レンズ３４の後方にて、ビーム路Ｓはビームスプリ
ッタ３５へ導かれ、このビームスプリッタによってはビ
ーム路Ｓは２つの個別ビーム３６，３７に分割される。
零調整に基づきビームスプリッタ３５の分割比は重要で
なく、自動的に考慮される。ビームスプリッタ３５によ
り偏向される個別ビーム３６からは測定波長−フィルタ
３８により、測定波長λ_Mを有する測定光ビームＭがろ
波される。上記測定波長は半導体チップ２３の吸収性Ｉ
ｎＧａＡｓＰ−層バンド（縁）端に相応して次のよう
に、即ち測定光ビームＭが最大限吸収されるように選定
されている。更に、測定光ビームは透光の際、生じる障
害作用、影響、主に反射及び分散により減衰を受ける。
ビームスプリッタ３５を通る個別ビーム３７は基準波長
−フィルタ３９を通して導かれ、それにより、基準波長
λ_Rを有する基準光ビームＲが選別される。基準波長λ_R
はＩｎＧａＡｓＰ−層２４の透光（明）スペクトル領域
にてバンド（縁）端の近くに次のように選定されてい
る、すなわち吸光（状態）量ＬＡが最小になるように選
定されている。従って、基準光ビームＲは半導体チップ
２３のところを透光の際主に障害作用、影響により減衰
される。

【００４８】図示の実施例では測定−及び基準光ビーム
Ｍ，Ｒ間の固有（自然）強度差ΔＩ_N（図１参照）は光
学的調整ＯＡにより自動的に補償される。このために可
変のグレイフィルタ４０が基準光ビームＲ中に設けられ
ている。このフィルタ４０は手動によりマイクロメータ
ねじにより、又は電動的にコンピュータ制御によりその
位置の点で変化され得る。グレイフィルタ４０による人
為的強度減衰の後基準光ビームＲは第５集光レンズ４１
を介して第１検出器２１上へ導かれる。測定光ビームＭ
は第６集光レンズ４２を介してそれ以上の操作を施さず
に、第２検出器２２へ当る。検出器２１，２２を有する
絶対的に同時の検出（部）ＤＥは上述の装置構成により
次のようにして可能にされる、即ち、光ビームＳが物質
透過後光学的に分割され、生じる個別ビーム３５，３６
から測定−及び基準光ビームＭ，Ｒがろ光されるように
するのである。両検出器（これは例ではＩｎＧａＡｓ−
又はＧｅ−フォトダイオードである）の各々が、電気的
プリアンプ４３，４４に接続されており、これらプリア
ンプは検出器２１，２２により発生されるフォト電流
を、電圧の形の測定−及び基準信号に変換する。上記プ
リアンプ４３，４４を用いて、電子的調整操作をそれの
増幅率のコンピュータ制御の可変（調整）操作により行
ない得る。

【００４９】次いで、生ぜしめられた測定−及び基準信
号Ｕ_M，Ｕ_Rは差動アンプ４５の形の１つのアナログの共
通の収集生成部Ｅに導かれ、上記差動アンプはアンプ個
別信号Ｕ_M，Ｕ_Rから、所期の吸光量情報ＬＡに対する尺
度として信号差ΔＵを形成する。上記信号差は高い分解
精度で測定され得る。差動アンプ４５は第１ロックイン
アンプであり、これにより周波数及び位相選択的に全般
的障害作用が抑圧され得る。求められた測定−及び基準
信号Ｕ_M，Ｕ_Rのみが上記の第１ロックインアンプ４６に
より、チョッパ２９で加えられた交番周波ｆに基づき位
相選択的に処理される。第２ロックインアンプ４７によ
ってはアナログ的に検出された信号差ΔＵと同時に基準
信号Ｕ_Rが測定される。両測定量ΔＵ，Ｕ_Rは層厚の計算
のため必要である。この計算は図示の実施例ではコンピ
ュータ４８（Ａｔａｒｉ，ＶＥＭ−バス，Ｒｈｏｔｒｏ
ｎ）で行なわれる。上記コンピュータ４８によっては測
定テーブル３２及び可変のグレイフィルタ４０も制御さ
れ所要の校正が実施される。電子的調整ＥＡの場合、コ
ンピュータ４８はプリアンプ−増幅率の制御をも引受け
ることができる。その場合計算された層厚はプロッタ４
９に導かれ、このプロッタによっては例では半導体チッ
プ２３の３次元的層厚−マッピングが作成される。アナ
ログ的に求められた吸光値（量）の別個の直接的表示
（ＧＤ；図１参照）は本実施例では設けられていない。
図３には測定方法実施のための装置の実施例が示してあ
り、この実施例が図２の実施例と実質的に異なる点は唯
１つの検出器６０が用いられていることである。当該検
出（部）ＤＥは擬似同時的に行なわれる。図２における
光学的構成と一致する素子は同じ参照番号を有し、ここ
では詳述しない。

【００５０】図示の実施例では、第１個別光ビーム３６
は別の方向変換ミラー６１により第２個別光ビーム３７
に平行に導かれる。測定−及び基準光Ｍ，Ｒは第１チョ
ッパ６２により第１周波ｆ１で一緒に交互にクロック制
御され、基準光ビームＲは第２チョッパ６３により第２
周波ｆ２で付加的にクロック制御される。周波ｆ１によ
る第１のクロック制御によっては測定−及び基準光ビー
ムＭ，Ｒが時間的に高速で交互に別の集光レンズ６４を
介して検出器６０に導かれるようになる。測定光ビーム
Ｍのビーム路中への基準光ビームＲの光学的入力結合が
付加的に必要である。このことは第３の方向変換ミラー
６５と第２ビームスプリッタ６６を介して行なわれる。
上記の入力結合装置構成部６５，６６を介しては、基準
光ビームＲがなお付加的に、第２チョッパ６３により調
整された周波ｆ２と共に検出器６０に供給される。従っ
て唯１つの検出器６０は第１周波ｆ１にて交互に測定及
び基準光ビームＭ，Ｒを検出し、第２周波ｆ２にて基準
光ビームＲのみを検出する。

【００５１】検出された測定−及び基準信号Ｕ_M，Ｕ_Rは
唯１つのプリアンプ６７に供給される。上記信号Ｕ_M，
Ｕ_Rは単一の検出器６０と単一のプリアンプ６７で処理
されるので、検出器と複数プリアンプとの間での可能な
ドリフトが避けられる。固有（自然）強度差ΔＩ_Nを考
慮することＢはもっぱら光学的調整ＯＡにより行なわれ
る。異なった変調に基づき、測定−及び基準信号Ｕ_M，
Ｕ_Rから第１ロックインアンプ４６ないし差動アンプ４
５により当該差ΔＵが形成される。その場合、第１ロッ
クインアンプ４６は線路６８を介して第１チョッパ６２
の周波ｆ１と相関づけられている。第２のロックインア
ンプ４７によっては基準信号Ｕ_Rが付加的に準備処理さ
れる。その際線路６９を介しては第２ロックインアンプ
４７が第２チョッパ６３の周波ｆ２に相関づけられる。
当該評価はコンピュータ４８を介して行なわれる。更
に、測定テーブル３２の自動的制御のための制御線路７
０と、光学的調整ＯＡのための可変グレイフィルタ４０
の自動的制御線路７１が付加的に示してある。

【００５２】図４には測定−及び基準光ビームＭ，Ｒの
発生上、図２、図３における２つの先行の実施例と異な
る、測定方法を実施する測定装置の一部を示す。上記光
ビームは既述の装置構成において２つの個別ビームから
ろ波によって形成され、上記個別ビームは１つの光源の
唯１つの光ビームの光学的分割により生じるものであ
る。図４に示す構成では測定−及び基準光ビームＭ，Ｒ
が、直接的に２つのモノクロマチック光源を用いて発生
される。選んだ例では被検物質ＭＡに相応して選定され
た波長λ_M，λ_Rを有する２つの出力安定化されたレーザ
ダイオード８０，８１が用いられている。鮮鋭に集束さ
れたレーザ光の使用によりμｍより小の領域での高い局
所分解能が達成される。更に、相応のレーザダイオード
８０，８１の出力制御による電子的調整ＥＡ（図１参
照）が可能である（図示せず）。

【００５３】測定−及び基準光ビームＭ，Ｒのひきつづ
いてのビーム路が実質的に図３のそれに相応する。先
ず、測定−及び基準光ビームＭ，Ｒがひきつづいての収
束のため集光レンズ８２，８３を介して導かれ、しかる
後チョッパ８４により共に交互に周波ｆ３でクロック制
御される。付加的に、−既述の理由から−基準光ビーム
Ｒには第２チョッパ８５によりさらに周波ｆ４が重畳さ
れる。使用されるレーザダイオード８０，８１は交番動
作においても著しく安定した出力信号を生じさせるの
で、機械的チョッパ８４，８５は電気的変調部により置
換されてもよい（図示せず）。このためには両レーザダ
イオード８０，８１を交番動作において１８０°の位相
ずれを以て制御しさえすればよい。それにより、上記レ
ーザダイオードは交番的に作動、遮断され得る。被検物
質ＭＡ上の同一の測定個所に対する測定光ビームＭのビ
ーム路Ｓ中への基準光ビームＲの入力結合のため、基準
光ビームが先ず方向変換ミラー８６を介し、次いでビー
ムスプリッタ８７を介して導かれる。両ビームＭ，Ｒは
図示の実施例では例えばスペース上の理由から、さらに
別の方向変換ミラー８８を介してそれの方向の点で９０
°旋回される。被検物質ＭＡの最後に、やはり、各１つ
の集光レンズ８９，９０が設けられている。被検物質Ｍ
Ａは方向Ｘ，Ｙにて、図示してない測定テーブル（３
２；図３参照）により摺動可能に配置されている。検出
（部）ＤＥは唯１つの検出器９１で行なわれ、この検出
器は図３の検出器６０と同一のものであり得る。

【００５４】検出器９１の後方のひきつづいての構成は
図３のそれと一致し、ここでは再び示すことはしてな
い。同様に固有（自然）強度差Ｉ_Nを自動的に考慮する
ことも示してない。上記の自動的考慮は既述の形式で、
光学的調整（ＯＡ；図２参照）チョッパ８４の前の相応
の光ビームの減衰により、又は相応のレーザダイオード
８０，８１の出力制御を用いての電子的調整（ＥＡ；図
２参照）により行なわれ得る。

【００５５】図５に示す測定方法を実施する装置の部分
は実質的に図２の既述の構成と一致する。唯１つの相違
点は検出（部）ＤＥ（図５中たんに略示してある）が被
検物質ＭＡの照射−反射面１００の側にて行なわれるこ
とである。その他の一致点に関しては既述の細部は図２
と同じ参照番号で付されている。図５には示してない、
検出、収集生成、調整、評価は第２図におけると同一で
あり、ここでは詳述されない。

【００５６】図５に示す装置構成は次のような場合常に
好適である、即ち、被検物質ＭＡにより測定−及び基準
光ビームＭ，Ｒの透光（過）がなされ得ない場合、又
は、被検物質ＭＡの所定の配置構成に基づき透過形照明
のためのスペースが存在しない場合、特に有利である。
図５には固体物質に対する照射−反射形装置構成が示し
てある。上記装置構成は例えば液状又はガス状媒体のプ
ロセス観測にも使用可能である。重要なことは被検物質
ＭＡ（選ばれた実施例では固体物質の吸収性層１０１の
厚さを測定しようとするものである）はその後面１０２
（この後面は透明のサブストレート１０３により形成さ
れる）にてレフレクタ１０４を有することである。図示
の例では透明サブストレート１０３に固定的に結合され
た金属−支持体が用いられている。但し、蒸着された金
属コンタクト（例えばＡｕ）又は外部ミラーであっても
よい。

【００５７】ビーム路Ｓは半透過性ミラー１０５を介し
て被検物質ＭＡへ導かれる。レフレクタ１０４にて上記
ビーム路は反射され、次いで、ミラー１０５を通り、既
述の形式（図２）で、検出（部）ＤＥに供給される。要
するに光源２０による照明部及び検出（部）ＤＥは両者
共被検物質ＭＡの照射−反射面側１００に位置し、この
ことはまたスペース節減を意味する。

【００５８】その種装置構成において注目し評価におい
て相応に考慮しなければならないことは測定光ビームＭ
が２度吸収性膜１０１により減衰され、かつ、基準光ビ
ームＲの被検（検出さるべき）強度Ｉ_Rc（図１参照）
が、吸収性層１０１の表面およびレフレクタ１０４にお
ける反射による２つの反射成分を有することである。

【００５９】吸収性層１０１の表面における反射成分が
未知である場合、上記反射成分は暗野−方式に従っての
被検材料ＭＡの照明により検出（部）ＤＥから除外され
得る。上記方式による装置構成は図５には示されていな
いが、この個所で簡単に述べる、それというのは上記装
置構成はたんに詳細部においてのみ相違するからであ
る。吸収された層１０１の表面にて反射された光ビーム
を排除するために、（当該の反射された光が誤って吸収
測定のため検出されないように）、ビーム路Ｓは著しく
小さい方向変換ミラーを介して（半透過性ミラー１０５
の代わりに）被検物質ＭＡへ向けられる。選択的に、小
さな孔を有し、光源２０及び検出（部）ＤＥの入れ替え
のなされた大きな方向変換ミラーも可能である。光入射
は被検物質ＭＡに対して垂直であり、吸収性層１０１の
表面にフォーカシングされている。それにより、表面に
て反射された光成分が、精確に、ビーム路Ｓ中に小さな
方向変換ミラーを介して光源２０へ戻され導かれる。上
記光成分は検出ビーム路中には達しない。同じ効果は次
のような場合にも達成される、即ちフォーカシングの代
わりに、平行な光ビームが、被検物質ＭＡへ当る、（例
えば第４集光レンズ３４と被検物質ＭＡとの間の小さな
方向変換ミラーの配置によって）場合にも同じ効果が達
成される。

【００６０】吸収層及び透明層１０１，１０３を通る光
成分がレフレクタ１０４にて反射される。このレフレク
タは不透明に構成されており、その結果、光成分は大き
な空間角度にて反射される（同じ効果は被検物質ＭＡの
粗い分散性の後面によっても生ぜしめられる）。反射さ
れた光は第４集光レンズ３４（これは相応に大きな口径
を有する）により集光され、小さな方向変換ミラーのと
ころを通って検出ビーム路中に検出（部）ＤＥへ導かれ
る。評価の際、やはり、検出された光成分の２度の吸収
が考慮さるべきである。

【００６１】図６では小さな吸光量に対する測定方式
と、それ自体公知のルミネセンス（蛍光）方式との組合
せの装置構成例を示す。次に、ごく基本的に、当該関係
の形成のため上記方法について説明する。本発明にとっ
て重要なことは次のような両方法の結合である、即ち被
検物質ＭＡのたんに１度必要な調節により、また、両方
法により測定されたパラメータの、同じ検査ポイントへ
の対応づけにより、シーケンス及びプロセスの持続時間
に就いて著しい改良を達成する両方法の結合が重要であ
る。更に、第２図に示す参照符号が、同じ装置構成部分
である場合には引継がれる。

【００６２】ルミネセンス（発光ないし蛍光）方式は半
導体物質の特有の（特異的）特性、殊にバンド端（吸収
端）検出に用いられる。ＩｎＧａＡｓＰ又はＧａＡｌＡ
ｓのような技術的に重要な混合結晶ではバンド縁は、混
合比によって調整され得る。バンド（縁）端はオプトエ
レクトロニック構成素子における最重要設計パラメータ
のうちの１つである。ルミネセンス（蛍光）エミッショ
ンスペクトルから当該パラメータが検出され得る。小さ
な吸光量測定のための測定方法にとって重要なことは、
バンド端の検出結果測定波長が最適に選定され、そのつ
ど検査さるべき層の吸光係数が当該測定波長のもとで導
出され得ることである。ルミネセンス（蛍光）測定方法
の実施のため、被検物質ＭＡの吸光性層２４はレーザダ
イオード１２０のモノクロマチック光の照射を受ける。
上記レーザダイオードは電流給電部１２１から給電を受
ける。光のビーム路Ｓは第１集光レンズ１２２と、バッ
クグラウンドノイズをろ波するための色フィルタ１２３
と、ダイクロイックミラー１２４と、方向変換ミラー１
２５と、第２集光レンズ１２６とを経て延びている。被
検物質ＭＡは光により励起されて特性ビームのエミッシ
ョンがなされる（ルミネセンス（蛍光）効果）。上記の
エミッションされた（放射された）ルミネセンス（蛍
光）ビームは方向変換ミラー１２５を介してダイクロイ
ックミラー１２４に供給される。上記ミラーはそれの波
長に依存して反射又は通過させる特性を有する。上記ミ
ラーはレーザダイオード１２０の光は反射されるが被検
物質ＭＡのエミッション（放射）された光が通過される
ように調整されている（第６図中矢印で示す）。レーザ
ー残留ビームのブロッキングのための別の色フィルタ１
２７の通過後ルミネセンス（蛍光）ビームが第３の集光
レンズ１２８により、可調整モノクロメータ１２９中に
結像される。電動調整部１３０によってはモノクロメー
タ１２９は波長の点で変化される。スペクトル的に選別
された光はモノクロメータ１２９の後方で、第４の集光
レンズ１３１により検出器１３２上に結像され、この検
出器によりエミッションスペクトルが検出される。

【００６３】モノクロメータ１２９の前のビーム路Ｓ中
にて、第２の方向変換ミラー１３３が挿入され、発光
（蛍光）積分値−結晶品質に対する重要な尺度−が別の
検出器１３４で検出される。検出器１３２，１３４の信
号はロックインアンプ１３５の差入力側へ供給され、そ
の際スイッチ１３６を介してそのつど必要とされない検
出器１３２，１３４が短絡される。ステップモータ１３
７を介しての測定テーブル３２及び波長調整部１３０の
制御はコンピュータ１３８によってなされる。コンピュ
ータ１３８は同時に評価にも用いられる。

【００６４】小さな吸光量（値）ＬＡの測定のための測
定方法を次のようにしてルミネセンス（蛍光）測定方法
に対する既述の構成体中に組込結合される。光源２０か
ら発するビーム路Ｓは先ず、既述の形式で、第５集光レ
ンズ１３９から成る装置構成部と、空間フィルタ２７
と、チョッパ２９と、第６集光レンズ１４０とを介して
第３方向変換ミラー１４１へ導かれる。このミラー１４
１はビーム路Ｓを第７集光レンズ１４２を介して被検物
質ＭＡへ向ける。透過後ビーム路Ｓは第２集光レンズ１
２６、方向変換ミラー１２５、ダイクロイックミラー１
２４（これは図示の例ではレーザダイオード１２０の光
の波長のみを通過させない）、色フィルタ１２７、第３
集光レンズ１２８を介して導かれる。第２方向変換ミラ
ー１３３の代わりに、ビームスプリッタ１４３が挿入さ
れる。このビームスプリッタは光ビームＳを第１の部分
光ビーム１４４と、第２部分光ビーム１４５とに分割す
る。次いで、反射された第１の部分光ビーム１４４は今
や挿入されている基準波長フィルタ３９によってろ波さ
れ、その結果基準光ビームＲが形成される。モノクロメ
ータ１２９は測定波長λ_Mに調整され、第２部分光ビー
ム１３０からは測定光ビームＭがろ波される。次いで、
測定−及び基準光ビームＭ，Ｒは検出器１３２，１３４
により検出され、測定−及び基準信号Ｕ_M，Ｕ_Rは差形成
（部）Ｄに供給される。その場合スイッチ１３６は零位
置におかれており、両検出器１３２，１３４のいずれを
も短絡させない。基準信号Ｕ_Rを得るため短時間検出器
１３２はスイッチ１３６を介して短絡されるか、又は基
準信号Ｕ_Rは高い測定速度を得るため並列的に第２ロッ
クインアンプへ導かれる（図示せず）。

【００６５】差信号ΔＵ及び基準信号Ｕ_Rは−既に述べ
た如く−測定された小さな吸光量から被検物質ＭＡの層
厚の計算のため必要である。小さな吸光量の直接測定の
ため必要な、自然強度差ΔＩ_Nの考慮Ｂは差形成Ｄの際
の電子的調整ＥＡによる両測定方法の組合せないし相互
結合−実施のための図示の装置構成において行なわれ
る。

【００６６】

【発明の効果】本発明の測定方法は吸光量の直接的測定
によって著しく精確且高速に機能するようになり、当該
直接測定において測定−及び基準信号間のアナログ的に
形成された差によって、吸光量の物理的定義付け（確
定、規定）が実現され、それにより、固有（自然の）強
度差の自動的考慮により、さらにそれ以上の計算上手間
及び所要時間を要さずに、所期の吸光量に対する測定値
が得られ、またそれにより得られる高い測定速度には高
い測定分解能が伴ない、測定精度の著しい改善が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】３つのステップ段における基本的プロセスシー
ケンスを示す図である

【図２】１つの光源と２つの検出器を有する本発明の測
定方法実施装置の装置構成図である

【図３】１つの光源と１つの検出器を有する本発明の測
定方法実施装置の装置構成図である

【図４】２つの光源と１つの検出器を有する本発明の測
定方法実施装置の装置構成の一部を示す図である

【図５】照射−反射面側にて検出の行なわれる本発明の
方法実施装置の装置構成の一部を示す図である

【図６】本発明の測定方法をルミネセンス測定手法と組
合せて実施した装置構成の一部を示す図である

【符号の説明】

ａ基本測定用前ステップ段ｂ吸光量（値）測定用（適合）調整ステップ段ｃ測定列用測定ステップ段ｔ測定時間ｘ測定場所ｙ測定場所ｆ周波数 λ 波長Ｍ測定光ビームＲ基準光ビームＤＥ検出（部）Ｓビーム路Ｅアナログ的共通収集生成（部）Ｄ差形成（部）Ａアナログ的指示装置Ｂ ΔＩ_Nの自動的考慮（実施部）ＡＮ零への（適合）調整（部）ＯＡ光学的（適合）調整（部）ＥＡ電気的調整（部）ＭＡ被検物質（材料）ＧＤグラフィック表示ＬＡ吸光量（値）Ｉ_M Ｍの強度、全般的Ｉ_Ma Ｍの基本強度Ｉ_Mc Ｍの光透過強度Ｉ_R Ｒの強度、全般的Ｉ_Ra Ｒの基本強度Ｉ_Rb Ｒの調整強度（ＯＡの際）Ｉ_Rc Ｒの光透過強度（ＯＡの際） ΔＩ強度差、全般的 ΔＩ_N Ｍ，Ｒ間の固有（自然）強度差 ΔＩ_b 零に対する調整差Ｕ_Ma Ｍ、基本測定の測定信号Ｕ_Ra Ｒ、基本測定の基準信号Ｕ_Mb Ｍ（ＥＡの際の）調整信号Ｕ_Rb Ｒ（ＥＡの際の）調整信号Ｕ_Mc Ｍの測定信号、測定Ｕ_Rc Ｒの測定信号、測定 ΔＵ信号差２０光源２１第１検出器２２第２検出器２３半導体チップ２４吸収（性）層２５透明（トランスパレント）層２６第１集光レンズ２７空間フィルタ２８第２集光レンズ２９チョッパ３０方向変換ミラー３１第３集光レンズ３２測定テーブル３３フォーカシングポイント（焦点）３４第４集光レンズ３５ビームスプリッタ３６第１個別ビーム３７第２個別ビーム３８測定波長−フィルタ３９基準波長−フィルタ４０可変グレイフィルタ４１第５集光レンズ４２第６集光レンズ４３第１プリアンプ４４第２プリアンプ４５差動アンプ４６第１ロックインアンプ４７第２ロックインアンプ４８コンピュータ４９プロッタ６０唯１の（単一）検出器６１第２方向変換ミラー６２周波ｆ１を有する第１チョッパ６３周波ｆ２を有する第２チョッパ６４別の集光レンズ６５第３の方向変換ミラー６６第２ビームスプリッタ６７唯１つの（単一）プリアンプ６８６２用の線路６９６３用の線路７０３２用の制御線路７１４６用の制御線路８０波長λ_Mを有するレーザダイオード８１波長λ_Rを有するレーザダイオード８２集光レンズ８３集光レンズ８４周波ｆ３を有する第１チョッパ８５周波ｆ４を有する第２チョッパ８６第１方向変換ミラー８７ビームスプリッタ８８第２方向変換ミラー８９集光レンズ９０集光レンズ９１検出器１００照射−反射面側１０１吸収（性）層１０２後面１０３透明層１０４レフレクタ１０５半透過性ミラー１２０レーザダイオード１２１電流給電部１２２第１集光レンズ１２３色フィルタ１２４ダイクロイックミラー１２５第１方向変換ミラー１２６第２集光レンズ１２７別の色フィルタ１２８第３集光レンズ１２９モノクロメータ１３０波長調整（部）１３１第４集光レンズ１３２検出器１３３第２方向変換ミラー１３４別の検出器１３５ロックインアンプ１３６スイッチ１３７ステップモータ１３８コンピュータ１３９第５集光レンズ１４０第６集光レンズ１４１第３方向変換ミラー１４２第７集光レンズ１４３ビームスプリッタ１４４第１部分光ビーム１４５第２部分光ビーム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】任意の物質材料における小さな吸光量検
出のための測定方法であって、異なる波長の測定ビーム
及び基準ビームの透過光強度の少なくとも準同時的検出
を行ない、ここにおいて該異なる波長は実質的に測定光
ビームが吸収されるように異なったものであるように
し、更に、測定ビームと基準ビームとの自然の（固有）
強度差を考慮して当該の検出された測定及び基準ビーム
信号を共にアナログ的に収集生成する測定方法におい
て、上記の検出された測定−及び基準信号（Ｕ_Mc，
Ｕ_Rc）を差形成（Ｄ）の形で共にアナログ的に収集生成
することにより小さな吸光量を直接的に測定し、上記の
差形成の形の測定及び基準信号のアナログ的収集形成に
よっては被検物質（ＭＡ）なしでの測定の際の零（ΔＩ
_B）への生成差（ΔＩ_B）の適合調整により測定光ビーム
と基準光ビーム（Ｍ，Ｒ）間の自然の（固有）強度差
（ΔＭ）が自動的に考慮されるようにしたことを特徴と
する小さな吸光量の検出用測定方法。
【請求項２】生成された差（ΔＩ_N）の、零（ΔＩ_b）
への調整（ＡＮ）を、両光ビーム（Ｒ）のうちの比較的
に強いものの強度（Ｉ_Ra）の減衰によって行なう請求項
１記載の方法。
【請求項３】上記の形成（生成）された差（ΔＩ_N）
の、零への調整（ＡＮ）を、電子的に、差形成（Ｄ）の
際の相応の重み付けの設定操作により行なう請求項１記
載の方法。
【請求項４】測定−及び基準光ビーム（Ｍ，Ｒ）を夫
々モノクロマチック光源（８０，８１）によって生じさ
せる請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】測定−及び基準光ビーム（Ｍ，Ｒ）を、
物質材料透過後光学的に分割される（３５）唯１つの光
源（２０）の光ビームからろ波する請求項２又は３記載
の方法。
【請求項６】測定−及び基準光ビーム（Ｍ，Ｒ）を、
交互に第１周波（ｆ１）で、また基準光ビーム（Ｒ）を
付加的に第２周波（ｆ２）でクロック制御する請求項２
又は３記載の方法。
【請求項７】上記の共通の光ビームをクロック制御す
る（２９）請求項５記載の方法。
【請求項８】測定−及び基準ビーム（Ｍ，Ｒ）の上記
光透過強度（Ｉ_Mc，Ｉ_Rc）の検出（ＤＥ）を同時に行な
う請求項５記載の方法。
【請求項９】上記の小さな吸光量（ＬＡ）を場所（位
置）に依存して（３２）測定する請求項１から８までの
いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】測定−及び基準光ビーム（Ｍ，Ｒ）を
測定個所（３３）にフォーカシングする請求項９記載の
方法。
【請求項１１】被検材料物質として粗い後面を有する
固体の場合、当該焦点はそれの後面に位置するようにし
た請求項９記載の方法。
【請求項１２】非透明又は反射性後面を有する被検物
質材料の場合、透過光強度（Ｉ_Mc，Ｉ_Rc）の検出（Ｄ
Ｅ）を照射面（１００）上で行なう請求項１から１１ま
でのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】上記被検物質材料（ＭＡ）は暗野方式
に従って照明を受けるようにした請求項１２記載の方
法。
【請求項１４】当該測定方法は被検物質（ＭＡ）の特
有の（特異的）特性を検出するため、ルミネセンス（蛍
光）−測定方法と組合せ、相互結合されるようにした請
求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。