JPH0575059B2 - - Google Patents

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JPH0575059B2
JPH0575059B2 JP14832185A JP14832185A JPH0575059B2 JP H0575059 B2 JPH0575059 B2 JP H0575059B2 JP 14832185 A JP14832185 A JP 14832185A JP 14832185 A JP14832185 A JP 14832185A JP H0575059 B2 JPH0575059 B2 JP H0575059B2
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light
light source
film
excitation light
liquid
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Kenji Saito
Takeshi Eguchi
Harunori Kawada
Yoshinori Tomita
Takashi Nakagiri
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Canon Inc
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/171Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明では、液面上に展開された薄膜の特性を
光学的に測定し、かつ成膜制御する手段を有する
装置に関するもので、更に詳しくは、薄膜の種々
の特性分析の基礎となる光吸収特性の測定を行な
い、かつ成膜制御する装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to an apparatus having means for optically measuring the characteristics of a thin film developed on a liquid surface and for controlling film formation. The present invention relates to an apparatus for measuring light absorption characteristics, which is the basis for analyzing various characteristics of thin films, and for controlling film formation.

すなわち本発明は、単分子累積膜等の形成に際
し、累積すべく液面上に展開された薄膜の特性分
析等に利用されるものである。
That is, the present invention is utilized for characteristic analysis of a thin film spread on a liquid surface to be accumulated when forming a monomolecular cumulative film or the like.

[開示の概要] 本明細書及び図面には、液面上に展開された薄
膜の特性を光学的に測定し、かつ成膜する手段を
有する薄膜形成装置において、プローブ光源より
出射されたビーム光を2分割する光分割手段と、
前記2分割光を、プローブ光源の変動に起因する
ビーム光の変動に対して、その補償すべき方向成
分が互いに対称となる2本のビーム光にする手段
と、それらのビーム光を前記測定部位又はその近
傍へ導く光学素子と、ビーム光を受光する光位置
検出器とを備えた装置とすることにより、光源自
体の変動に起因する光ビームの出射方向ずれの影
響を除去し、液面上に展開されている薄膜の光吸
収特性の測定精度を向上させる技術を開示するも
のである。
[Summary of the Disclosure] This specification and drawings describe a beam light emitted from a probe light source in a thin film forming apparatus having means for optically measuring the characteristics of a thin film developed on a liquid surface and forming the film. a light splitting means for splitting into two;
means for converting the two-split light into two light beams whose directional components are symmetrical to each other to compensate for fluctuations in the beam light due to fluctuations in the probe light source; By using a device equipped with an optical element that guides the light beam to or near the liquid surface, and an optical position detector that receives the beam light, the influence of deviation in the light beam emission direction caused by fluctuations in the light source itself can be removed, and the This paper discloses a technology that improves the accuracy of measuring the light absorption characteristics of thin films, which has been developed in the past.

[従来の技術] 従来、発明者にちなんでラングミユア・ブロジ
エツト法と呼ばれる単分子膜累積法(以下LB法
という。新実験化学講座18巻498頁〜507頁丸善参
照)においては、液面上に形成した単分子膜を基
板の表面上に移し取り、1枚ずつ重ねて超薄膜を
作るため、液面上の薄膜の特性が重要となる。
LB法により基板上に移し取つた累積膜の構造や
分子配向が、液面上の展開単分子膜の状態を基に
していることは当然であるが、その状態がそのま
ま基板上に移されているかどうかには問題があつ
た。
[Prior art] Conventionally, in the monomolecular film accumulation method (hereinafter referred to as the LB method; see Maruzen, New Experimental Chemistry Course, Vol. 18, pp. 498-507), which is called the Langmiur-Blodgett method after the inventor, The formed monomolecular film is transferred onto the surface of a substrate and layered one by one to create an ultra-thin film, so the characteristics of the thin film on the liquid surface are important.
It is natural that the structure and molecular orientation of the cumulative film transferred onto the substrate by the LB method are based on the state of the developed monomolecular film on the liquid surface, but this state is not directly transferred onto the substrate. There was a question as to whether there were any.

以下、単分子累積膜を得るための液槽101及
びその手順を説明する。
The liquid tank 101 and its procedure for obtaining a monomolecular cumulative film will be described below.

第3図及び第4図に示されるように、液体10
2が収容された浅くて広い角型の液槽101の内
槽に、例えばポリプロピレン製等の内枠121が
水平に釣つてあり、水面103,103′を仕切
つている。液体102としては、通常純水が用い
られる。内枠121の内側には、例えばやはりポ
リプロピレン製等の成膜枠122が浮かべられて
いる。成膜枠122は、幅が内枠121の内幅よ
り僅かに短い直方体で、図中左右方向に二次元ピ
ストン運動可能なものとなつている。成膜枠12
2には、成膜枠122を図中右方に引張るための
重錘123が滑車124を介して結び付けられて
いる。また、成膜枠122上に固定された磁石1
25と、成膜枠122の上方で図中左右に移動可
能で磁石125に接近すると互いに反撥し合う対
磁石126とが設けられていて、これによつて成
膜枠122は図中左右への移動並びに停止が可能
なものとなつている。このような重錘123や一
組の磁石125,126の代りに、回転モーター
やプーリーを用いて直接成膜枠122を移動させ
るものもある。
As shown in FIGS. 3 and 4, the liquid 10
An inner frame 121 made of, for example, polypropylene is suspended horizontally in the inner tank of a shallow and wide rectangular liquid tank 101 in which a liquid containing 2 is housed, and partitions water surfaces 103 and 103'. As the liquid 102, pure water is usually used. Inside the inner frame 121, a film forming frame 122 made of, for example, polypropylene is floated. The film forming frame 122 is a rectangular parallelepiped whose width is slightly shorter than the inner width of the inner frame 121, and is capable of two-dimensional piston movement in the left-right direction in the figure. Film forming frame 12
A weight 123 for pulling the film forming frame 122 to the right in the figure is connected to the frame 2 via a pulley 124. In addition, the magnet 1 fixed on the film forming frame 122
25 and a pair of magnets 126 which are movable from side to side in the figure above the film forming frame 122 and repel each other when approaching the magnet 125, thereby allowing the film forming frame 122 to move from side to side in the figure. It can be moved and stopped. Instead of such a weight 123 or a set of magnets 125, 126, there is also a method in which a rotary motor or a pulley is used to directly move the film forming frame 122.

内枠121内の両側には、吸引パイプ127を
介して吸引ポンプ(図示されていない)に接続さ
れた吸引ノズル128が並べられている。この吸
引ノズル128は、単分子膜や単分子累積膜内に
不純物が混入してしまうのを防止するために、液
面103,103′上の不要になつた前工程の単
分子膜等を迅速に除去するのに用いられるもので
ある。尚、120は基板ホルダ129に取付けら
れて垂直に上下される基板である。
Suction nozzles 128 connected to a suction pump (not shown) via suction pipes 127 are arranged on both sides of the inner frame 121 . This suction nozzle 128 quickly removes unnecessary monomolecular films from the previous process on the liquid surfaces 103 and 103' in order to prevent impurities from entering the monomolecular film or monomolecular cumulative film. It is used to remove Note that 120 is a substrate that is attached to a substrate holder 129 and is vertically moved up and down.

まず、成膜枠122を移動させて、液面10
3,103′上の不要となつた単分子膜等を掃き
寄せながら吸引ノズル128からすすり出し、液
面103,103′を浄化する。こうして清浄化
された液面103,103′の左端に成膜枠12
2を寄せて、例えば、〜5×10-3mol/lの濃度
でベンゼン、クロロホルム等の揮発性溶媒に溶か
した膜構成物質の溶液を、スポイト等で数滴液面
103上にたらす。この溶液が液面103上に広
がり、溶媒が揮発すると、単分子膜が液面103
上に残されることになる。
First, the film forming frame 122 is moved so that the liquid level 10
3, 103' is swept away and sucked out from the suction nozzle 128 to purify the liquid surface 103, 103'. A film forming frame 12 is placed on the left end of the liquid surfaces 103, 103' that have been cleaned in this way.
2, and drop a few drops of a solution of a membrane constituent material dissolved in a volatile solvent such as benzene or chloroform at a concentration of, for example, 5×10 −3 mol/l onto the liquid surface 103 using a dropper or the like. When this solution spreads on the liquid surface 103 and the solvent evaporates, a monomolecular film forms on the liquid surface 103.
It will be left on top.

上記単分子膜は、液面103上で二次元系の挙
動を示す。分子の面密度が低いときには二次元気
体の気体膜と呼ばれ、一分子当りの占有面積と表
面圧との間に二次元理想気体の状態方程式が成立
する。
The monomolecular film exhibits two-dimensional behavior on the liquid surface 103. When the areal density of molecules is low, it is called a gas film of a secondary gas, and a two-dimensional ideal gas equation of state is established between the occupied area per molecule and the surface pressure.

次いで、この気体膜の状態から、徐々に成膜枠
122を右方に動かし、単分子膜が展開している
液面103の領域を次第に縮めて面密度を増して
やると、分子間相互作用が強まり、二次元液体の
液体膜を経て二次元固体の固体膜へと変わる。こ
の固体膜となると、分子の配列配向はきれいに揃
い、高度の秩序性及び均一な超薄膜性を持つに至
る。そして、このときに基板120の表面に当該
固体膜となつた単分子膜を付着させて移し取るこ
とが可能となる。また、同一の基板に複数回単分
子膜を重ねて移し取ることによつて、単分子累積
膜を得ることができる。尚、基板120として
は、例えばガラス、合成樹脂、セラミツク、金属
等が使用されている。
Next, from this gas film state, the film forming frame 122 is gradually moved to the right to gradually reduce the area of the liquid surface 103 where the monomolecular film is developed and increase the areal density, thereby increasing the intermolecular interaction. It becomes stronger and changes from a liquid film of a two-dimensional liquid to a solid film of a two-dimensional solid. In this solid film, the molecules are arranged and oriented neatly, resulting in a high degree of order and uniform ultra-thin film properties. At this time, the monomolecular film that has become a solid film can be attached to the surface of the substrate 120 and transferred. Moreover, a monomolecular cumulative film can be obtained by stacking and transferring a monomolecular film to the same substrate multiple times. Incidentally, as the substrate 120, for example, glass, synthetic resin, ceramic, metal, etc. are used.

単分子膜を液面103上から基板120の表面
に移し取る方法は大別して2種類ある。一は垂直
浸漬法で他は水平付着法である。垂直浸漬法と
は、液面103上の単分子膜に累積操作に好適な
一定の表面圧をかけながら、膜を横切る方向、即
ち、垂直方向に基板120を上下させることによ
り単分子膜を移し取る方法である。水平付着法と
は、基板120を水平に保ちながら上から液面1
03にできるだけ近づけ、わずかに傾けて一端か
ら単分子膜に触れて付着する方法である。
There are roughly two types of methods for transferring the monomolecular film from the liquid surface 103 to the surface of the substrate 120. One is the vertical dipping method and the other is the horizontal deposition method. The vertical immersion method is a method in which the monomolecular film is transferred by moving the substrate 120 up and down in the direction across the film, that is, in the vertical direction, while applying a constant surface pressure suitable for cumulative operation to the monomolecular film on the liquid surface 103. This is the way to take it. The horizontal adhesion method is to apply liquid level 1 from above while keeping the substrate 120 horizontal.
03 as close as possible, tilt it slightly, and touch the monomolecular film from one end to attach it.

上記基板120へ移し取るのに好適な単分子膜
の状態下において当該移し取り操作を行うべく、
単分子膜の表面圧を計測することが行われてい
る。一般に、移し取るのに好適な単分子膜の表面
圧は15〜30dyn/cmとされている。この範囲外で
は、分子の配列配向が乱れたり膜の剥れを生じや
すくなる。もつとも、特別の場合、例えば、膜構
成物質の化学構造、温度条件等によつては、好適
な表面圧の値が上記範囲からはみ出ることもある
ので、上記範囲は一応の目安である。
In order to perform the transfer operation under conditions of a monomolecular film suitable for transfer to the substrate 120,
Measurement of the surface pressure of monolayers has been carried out. Generally, the surface pressure of a monomolecular film suitable for transfer is 15 to 30 dyn/cm. Outside this range, the arrangement and orientation of molecules may be disturbed and the film may easily peel off. However, in special cases, for example, depending on the chemical structure of the membrane constituents, temperature conditions, etc., a suitable surface pressure value may fall outside of the above range, so the above range is only a rough guide.

上記単分子膜の表面圧は、表面圧測定器(図示
されていない)によつて自動的かつ継続的に計測
されるものである。表面圧の測定器としては、単
分子膜に覆われていない液面103′と、単分子
膜に覆われた液面103との表面張力の差から間
接的に求める方法を応用したものや、単分子膜に
覆われていない液面103′と、単分子膜に覆わ
れた液面103とを区切つて浮ぶことになる成膜
枠122に加わる二次元的圧力を直接測定するも
の等があり、各々特色がある。また、通常、表面
圧と共に単分子膜の一分子当りの占有面積及びそ
の変化量も計測される。占有面積及びその変化量
は、成膜枠122の左右の動きから求められる。
The surface pressure of the monomolecular film is automatically and continuously measured by a surface pressure measuring device (not shown). Surface pressure measuring instruments include those that apply a method of indirectly determining the surface tension from the difference in surface tension between the liquid surface 103' that is not covered with a monomolecular film and the liquid surface 103 that is covered with a monomolecular film; There are methods that directly measure the two-dimensional pressure applied to the film forming frame 122 that separates the liquid surface 103' not covered with a monomolecular film from the liquid surface 103 covered with a monomolecular film and floats. , each with its own characteristics. In addition to the surface pressure, the occupied area per molecule of the monomolecular film and the amount of change thereof are also usually measured. The occupied area and the amount of change thereof are determined from the left and right movement of the film forming frame 122.

前述した成膜枠122の動きは、上記測定器に
よつて計測される単分子膜の表面圧に基づいて制
御されるものである。即ち、移し取り操作に好適
な範囲内で選ばれた一定の表面圧を単分子膜が常
に維持するよう、対磁石126を左右に移動させ
る駆動装置(図示されていない)が表面圧測定器
により計測された単分子膜の表面圧に基づいて制
御される。この成膜枠122の移動制御は、膜構
成物質の溶液滴下後、単分子膜の移し取り操作開
始迄だけでなく、移し取り操作中も継続して成さ
れるものである。例えば、移し取り操作におい
て、単分子膜が基板120に移し取られて行くに
従つて、液面103上の単分子膜分子の面密度は
低下し、表面圧も低下することになる。従つて、
成膜枠122を移動させて単分子膜の展開面積を
縮小し、その表面圧低下を補正して一定表面圧を
維持することが必要となる。
The movement of the film forming frame 122 described above is controlled based on the surface pressure of the monomolecular film measured by the measuring device. That is, a driving device (not shown) for moving the counter magnet 126 from side to side is controlled by a surface pressure measuring device so that the monomolecular film always maintains a constant surface pressure selected within a range suitable for the transfer operation. It is controlled based on the measured surface pressure of the monolayer. This movement control of the film forming frame 122 is performed not only after dropping the solution of the film constituent material until the start of the monomolecular film transfer operation, but also continuously during the transfer operation. For example, in a transfer operation, as the monolayer is transferred to the substrate 120, the surface density of the monolayer molecules on the liquid surface 103 decreases, and the surface pressure also decreases. Therefore,
It is necessary to move the film forming frame 122 to reduce the developed area of the monomolecular film and to correct the decrease in surface pressure to maintain a constant surface pressure.

上述のように、単分子累積膜を得るには種々の
微妙な調整が要求されるものである。しかし、こ
れまでどのような条件が最適条件となるかは種々
の実験によらなければならず、また液面103上
の単分子膜が累積に適した状態となつているか否
かは、表面圧等で間接的に確認することしかでき
ず、正確さに欠けるものであつた。
As mentioned above, various delicate adjustments are required to obtain a monomolecular cumulative film. However, what conditions are optimal has to be determined through various experiments, and whether the monomolecular film on the liquid surface 103 is in a state suitable for accumulation depends on the surface pressure. It was only possible to confirm this indirectly through methods such as methods, and it lacked accuracy.

次に、このような薄膜の特性を、直接的に測定
する場合の基礎となる光吸収特性の測定法につい
て説明する。
Next, a method for measuring light absorption characteristics, which is the basis for directly measuring the characteristics of such a thin film, will be explained.

従来、ある試料の光吸収特性を測定する方法と
しては、透過率又は反射率から光吸収特性を求め
る方法がある。しかし、試料に光が照射された場
合、透過光、反射光の他に散乱光があり、更に高
精度を期すためには光の吸収成分を直接測定する
方法が光吸収特性評価上重要となる。
Conventionally, as a method for measuring the light absorption characteristics of a certain sample, there is a method of determining the light absorption characteristics from transmittance or reflectance. However, when a sample is irradiated with light, there is scattered light in addition to transmitted light and reflected light, and in order to achieve even higher accuracy, it is important to directly measure the absorption component of light in evaluating light absorption characteristics. .

光の吸収成分を直接測定する方法としては、断
続的に光を照射すると、試料に吸収された光エネ
ルギーが無輻射緩和過程により、断続的に熱に変
換されることを利用した測定法である光音響分光
法(Photoacoustic Spectroscopy:PAS)や光
熱輻射分光法(Photothermal Radiometry:
PTR)がある。
A method for directly measuring the absorption component of light is a measurement method that utilizes the fact that when a sample is irradiated with light intermittently, the light energy absorbed by the sample is intermittently converted into heat through a non-radiative relaxation process. Photoacoustic Spectroscopy (PAS) and Photothermal Radiometry:
PTR).

PAS法は、検出器の種類によりマイクロホン
法と圧電素子法に分けられるが、マイクロホン法
では試料を密閉した試料室にいれる必要があり、
圧電素子法では検出器と試料の配置が問題とな
り、いずれも液面上に展開された薄膜の測定の様
な、特異な環境下にある試料の測定には不向きで
ある。また、PTR法は、赤外線検出器を用いて
いることから、水蒸気等の大気変動の影響を受け
やすいという欠点がある。
The PAS method can be divided into the microphone method and the piezoelectric element method depending on the type of detector, but the microphone method requires the sample to be placed in a sealed sample chamber.
The piezoelectric element method has problems with the placement of the detector and sample, and both methods are unsuitable for measuring samples in unique environments, such as measuring thin films spread on the liquid surface. Furthermore, since the PTR method uses an infrared detector, it has the disadvantage of being susceptible to atmospheric changes such as water vapor.

一方、やはり光の吸収成分を直接測定する方法
として、光熱偏向分光法(Photothermal
Deflection Spectroscopy:PDS)と言われる方
法がある。このPDS法は、試料の光吸収による
発熱と共に、試料内及び試料近傍に温度分布が生
じて屈折率が変化し、これによつてそこに入射す
る光が偏向することを利用したものである。即
ち、試料の測定部位に、光吸収されたときに発熱
による温度分布を生じさせて屈折率を変化させる
励起光と、これによる偏向量を測定するためのプ
ローブ光とを照射し、励起光の波長とプローブ光
の偏向量とから試料の光吸収特性を測定するもの
である。この方法は、試料と検出系が独立に設定
でき、現場での計測や遠隔計測に適している。こ
のPDS法は、励起光とプローブ光の配置によつ
て、横方向(transverse)型と縦方向
(collinear)型の2通りがあり、いずれも上記の
ように試料の励起光吸収量に応じたプローブ光の
偏向量を測定するもので、検出器に位置敏感検出
器(PSD)を用いることが多い。
On the other hand, photothermal deflection spectroscopy is a method for directly measuring the absorption components of light.
There is a method called Deflection Spectroscopy (PDS). This PDS method utilizes the fact that in addition to heat generation due to light absorption by the sample, a temperature distribution occurs within and near the sample, causing a change in the refractive index, which deflects the incident light. That is, the measurement site of the sample is irradiated with excitation light that generates a temperature distribution due to heat generation when the light is absorbed and changes the refractive index, and probe light that measures the amount of deflection caused by the excitation light. The light absorption characteristics of the sample are measured from the wavelength and the amount of deflection of the probe light. This method allows the sample and detection system to be set independently, making it suitable for on-site measurements and remote measurements. There are two types of this PDS method, transverse type and collinear type, depending on the arrangement of the excitation light and probe light. It measures the amount of deflection of the probe light, and often uses a position sensitive detector (PSD) as the detector.

第5図aは縦方向型の例で、励起光源110よ
り出た励起光111は、チヨツパー112で断続
光となり、レンズ134で集束されて試料10
4′に照射される。一方、プローブ光源105よ
り出たプローブ光106は、レンズ135および
ミラー等からなる光路調整器117により、励起
光111が照射されている前記試料104′の領
域を通過させられ、光位置検出器107へと至
り、破線で示されるように偏向したときの偏向量
が測定される。第5図bは横方向型の例で、プロ
ーブ光106が試料104′の表面に平行に照射
される点が縦方向型と相違するだけで他は同様で
ある。
FIG. 5a shows an example of a vertical type, in which excitation light 111 emitted from an excitation light source 110 becomes intermittent light at a chopper 112, is focused by a lens 134, and is placed on the sample 10.
4' is irradiated. On the other hand, the probe light 106 emitted from the probe light source 105 is passed through the area of the sample 104' that is irradiated with the excitation light 111 by an optical path adjuster 117 consisting of a lens 135 and a mirror, and is passed through the area of the sample 104' that is irradiated with the excitation light 111. The amount of deflection when the beam is deflected as shown by the broken line is measured. FIG. 5b shows an example of the horizontal type, which is the same as the vertical type except that the probe light 106 is irradiated parallel to the surface of the sample 104'.

このPDS法の理論的取扱いは、試料内の熱伝
導方程式を解けばよく、偏向角φとして測定され
る偏向量は、励起光強度、屈折率の温度係数
(n/T)、プローブ光の通過する領域での温度勾
配(T/x)等に比例することになる。試料の光
吸収係数に比例する項は(T/x)に含まれる。
また(n/T)は、試料によつては正負いずれか
の値をとり得、このことは偏向角も正負両方の場
合があることを示している。
The theoretical treatment of this PDS method is to solve the heat conduction equation within the sample, and the amount of deflection measured as the deflection angle φ is determined by the excitation light intensity, the temperature coefficient of refractive index (n/T), and the passage of the probe light. It is proportional to the temperature gradient (T/x) etc. in the region where A term proportional to the light absorption coefficient of the sample is included in (T/x).
Further, (n/T) can take either a positive or negative value depending on the sample, which indicates that the deflection angle can also be both positive and negative.

第6図は、1次元PSDの構造例を示す縦断面
図である。第6図において、1次元PSDは、平
板状シリコン3の表面にP層の均一な抵抗層4を
構成し、両辺にそれぞれ電極X1およびX2が配設
され、裏面のN層5には共通電極6が配設されて
いる。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an example of the structure of a one-dimensional PSD. In FIG. 6, the one-dimensional PSD consists of a uniform resistance layer 4 of a P layer on the surface of a flat silicon 3, electrodes X 1 and X 2 are arranged on both sides, and an N layer 5 on the back surface. A common electrode 6 is provided.

第7図は、その動作原理を示す模式図である。
光Qの入射位置に対応させた光生成電荷は、その
エネルギーに相当する光電流として前記抵抗層4
に達し、その位置Qと両端の取出し電極X1,X2
までの距離に逆比例して分割され、各電極から出
力される。入射光による光電流をILとすると、電
極X1,X2から出力される電流Ix1,Ix2は、 Ix1=IL・Rx2/(Rx1+Rx2) Ix2=IL・Rx1/(Rx1+Rx2) となり、さらにX1−X2間の抵抗は均一の分布を
保つているので、X1−X2間の抵抗と長さLとの
間に次の各式が成立する。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the principle of operation.
The photo-generated charge corresponding to the incident position of the light Q is transferred to the resistive layer 4 as a photocurrent corresponding to its energy.
reaches the position Q and the extraction electrodes X 1 and X 2 at both ends.
It is divided in inverse proportion to the distance to and output from each electrode. If the photocurrent due to incident light is I L , the currents I x1 and I x2 output from the electrodes X 1 and X 2 are as follows: I x1 = I L・R x2 / (R x1 + R x2 ) I x2 = I L・R x1 / (R x1 + R x2 ), and since the resistance between X 1 and X 2 maintains a uniform distribution, the following equations are established between the resistance between X 1 and X 2 and the length L. holds true.

Rx1+Rx2=L Rx1=x Rx2=L−x このため、各電極から取り出される信号はLと
xで表わされ、 Ix1=IL・(L−x)/L Ix2=IL・x/L のようになる。即ち、光の入射位置と光強度の情
報がX1,X2の電極に得られることになる。
R x1 + R x2 = L R x1 = x R x2 = L-x Therefore, the signal taken out from each electrode is represented by L and x, and I x1 = I L・(L-x)/L I x2 = I L・x/L. That is, information about the incident position of light and the light intensity can be obtained from the X 1 and X 2 electrodes.

さらに、Ix1とIx2の和と差の比をとり、これを
位置信号Pとすれば、 P=Ix1−Ix2/Ix1+Ix2=L−2x/L が得られ、x=0からLに対応して、 x=0,P=1 x=1/2,P=0 x=L,P=−1 のように、光強度変化に無関係な位置信号が連続
で得られることになる。
Furthermore, if we take the ratio of the sum and difference of I x1 and I x2 and use this as the position signal P, we get P=I x1 −I x2 /I x1 +I x2 =L−2 x /L, and x= Corresponding to 0 to L, position signals unrelated to light intensity changes can be obtained continuously, such as x = 0, P = 1 x = 1/2, P = 0 x = L, P = -1. become.

以上は1次元の場合であるが、2次元の位置検
出器についても同様に考えられ、第8図に示され
る動作回路のブロツク図により、位置信号が求め
られる。
Although the above is a one-dimensional case, the same can be considered for a two-dimensional position detector, and the position signal can be obtained using the block diagram of the operating circuit shown in FIG.

ここで、PSDの動作原理から、2点以上の光
入射がある場合は、各々の光強度に比例して重み
付けされた位置信号が得られる。また、光束が広
がつている場合も、光強度の重心的な位置信号が
得られる。
Here, according to the operating principle of PSD, if there are two or more points of light incidence, position signals weighted in proportion to the respective light intensities are obtained. Furthermore, even when the light beam is spread out, a position signal of the center of gravity of the light intensity can be obtained.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記の如きPDS法を、液面上
に展開された単分子膜などの測定にそのまま適用
すると、試料である薄膜が超薄膜であるために生
じる不都合があつた。即ち、このようなPSDを
用いた測定では、光源自体の出射角の変動が測定
精度に大きな影響を与え、特に、プローブ光にガ
スレーザーを用いた測定では、高精度に位置検出
を行うことが不可能で、所望の光吸収特性を得る
ことが困難であつた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, if the PDS method described above is directly applied to the measurement of a monomolecular film spread on a liquid surface, there are inconveniences that arise because the thin film that is the sample is an ultra-thin film. It was hot. In other words, in measurements using such a PSD, fluctuations in the emission angle of the light source itself have a large effect on measurement accuracy, and in particular, in measurements using a gas laser as the probe light, it is difficult to perform highly accurate position detection. It has been difficult to obtain desired light absorption characteristics.

本発明は、このような光源自体の変動の影響を
除去し、PSDの分解能の限界まで測定精度を上
昇させ、液面上に展開された単分子膜のようにき
わめて薄く特異な環境下にある試料についても、
その光吸収特性を高精度かつ高感度に測定できる
薄膜の形成装置を提供することを目的とする。
The present invention eliminates the influence of such fluctuations in the light source itself, increases measurement accuracy to the limit of PSD resolution, and improves measurement accuracy even in extremely thin and unique environments such as a monomolecular film spread on a liquid surface. Regarding the sample,
It is an object of the present invention to provide a thin film forming apparatus that can measure its light absorption characteristics with high accuracy and sensitivity.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、励起光を出射する励起光源と、出射
された励起光を薄膜の測定部位の手前で強度変調
する光強度変調器と、ビーム光を出射するプロー
ブ光源と、出射されたビーム光を2分割する分光
手段と、2分割されたビーム光のうち少なくとも
1本の通過位置を縦方向に反転させる光学素子
と、該光学素子を通過したビーム光と他方のビー
ム光を、前記プローブ光源の変動に起因するビー
ム光の変動に対して、その補償すべき方向成分が
互いに対称となる2本のビーム光にする手段と、
それらのビーム光を前記測定部位又はその近傍へ
導く光学素子と、ビーム光を受光する光位置検出
器とを備えた薄膜形成装置とすることを特徴とす
るものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides an excitation light source that emits excitation light, a light intensity modulator that modulates the intensity of the emitted excitation light in front of a measurement site of a thin film, and a light intensity modulator that emits a beam light. A probe light source, a spectrometer that divides the emitted beam light into two, an optical element that vertically inverts the passing position of at least one of the two divided beam lights, and a beam light that has passed through the optical element. means for converting the other beam into two beams whose directional components are symmetrical to each other to compensate for fluctuations in the beam light due to fluctuations in the probe light source;
The present invention is characterized in that the thin film forming apparatus includes an optical element that guides the light beams to the measurement site or the vicinity thereof, and an optical position detector that receives the light beams.

[作用] 励起光が試料たる薄膜に吸収されると、励起光
の照射時と非照射時とでは測定部位及びその近傍
の屈折率が変化するので、これをプローブ光の偏
向量として検出することによつて非吸収特性を測
定することができる。このPDS法の原理の特徴
として、PDS出力は最終的に光強度分布の重心
的位置の信号を得るということがある。
[Function] When the excitation light is absorbed by the thin film that is the sample, the refractive index of the measurement site and its vicinity changes between when the excitation light is irradiated and when it is not irradiated, so this can be detected as the amount of deflection of the probe light. The non-absorption properties can be measured by A feature of the principle of this PDS method is that the PDS output ultimately obtains a signal at the center of gravity of the light intensity distribution.

第9図は、本発明による補償方法の原理を説明
する座標図である。第9図aは、光源から出射さ
れる光ビームの平均出射方向に垂直な平面上に、
互いに直交するX−Y座標軸を設定したもので、
出射光の偏向量が矢印12で示されている。仮
に、所要の光学系により、上記の座標軸を反転さ
せたとすると、その投影は第9図bのように
X′−Y′となり、出射光の偏向量も矢印13で示
される如くになる。これらの互いに反転した光ビ
ームが目標照射面に照射されると、その座標は第
9図cに示されるよう原点0に対して点対称12
a,13aとなり、両方の光ビーム強度が等しい
とすれば、光ビーム・エネルギーの重心位置は原
点と常に一致する。従つて、上記の条件を満足す
る光学系を使用すれば、光源の変動が生じても、
照射ビームの強度中心は影響されずに補償される
ことになる。
FIG. 9 is a coordinate diagram illustrating the principle of the compensation method according to the present invention. FIG. 9a shows that on a plane perpendicular to the average emission direction of the light beam emitted from the light source,
The X-Y coordinate axes are orthogonal to each other.
The amount of deflection of the emitted light is indicated by an arrow 12. If the above coordinate axes are inverted using the required optical system, the projection will be as shown in Figure 9b.
X'-Y', and the amount of deflection of the emitted light also becomes as shown by arrow 13. When these mutually inverted light beams are irradiated onto the target irradiation surface, their coordinates are point symmetrical 12 with respect to the origin 0, as shown in FIG. 9c.
a, 13a, and if the intensities of both light beams are equal, the center of gravity of the light beam energy always coincides with the origin. Therefore, if you use an optical system that satisfies the above conditions, even if the light source fluctuates,
The intensity center of the irradiation beam will be compensated for unaffected.

第10図は、上記の原理に基づく効果を一次元
的に検証する基本的装置の概略構成図で、He−
Ne光源14からの光ビームをハーフミラー15
によつて振幅分割し、分割された2次光ビームを
それぞれミラー16および17により光位置検出
器18へ照射させ、光源14の変動を記録するも
のである。第11図は上記構成による光ビームの
位置ずれ量の測定結果のグラフであり、縦軸は光
ビームの検出位置Pを示し、横軸は時間tを示
す。第10図においてハーフミラー15とミラー
16および17とから成る光学系を介さずに、直
接光位置検出器18へ光ビームを照射した場合に
は、第11図におけるaの如く変動が記録され、
本発明により補償された場合は第11図のbのよ
うになり、光源変動が除去されているのがわか
る。
Figure 10 is a schematic configuration diagram of a basic device for one-dimensionally verifying the effect based on the above principle.
The light beam from the Ne light source 14 is transferred to the half mirror 15
The amplitude of the divided secondary light beams is divided by , and the divided secondary light beams are irradiated onto an optical position detector 18 by mirrors 16 and 17, respectively, and fluctuations of the light source 14 are recorded. FIG. 11 is a graph of the measurement results of the amount of positional deviation of the light beam with the above configuration, where the vertical axis shows the detection position P of the light beam, and the horizontal axis shows the time t. In FIG. 10, when the light beam is directly irradiated onto the optical position detector 18 without passing through the optical system consisting of the half mirror 15 and mirrors 16 and 17, fluctuations as shown in a in FIG. 11 are recorded,
When compensated according to the present invention, the result is as shown in FIG. 11b, and it can be seen that the light source fluctuation is removed.

[実施例] 以下、本発明の実施例を、図面と共に詳細に説
明する。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の第1の実施例を示す構成図
である。この実施例は、プローブ光の図中縦方向
の偏向を一次元PSDにより測定する場合のもの
である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. This example is for measuring the deflection of probe light in the vertical direction in the figure using a one-dimensional PSD.

第1図において、101は液層、102は液体
で、この液体102の液面103上には試料とな
る薄膜104が展開されている。なお、図示され
る薄膜104は、単分子膜を模式的に表わしたも
のである。また、液槽101の側方にはプローブ
光源7が設けられている。このプローブ光源7か
ら出射された光ビーム8得はビームスプリツター
により2つの光ビーム8a,8dに分離され、ミ
ラー20及びハーフミラー21で再び1つの光ビ
ーム8eに結合され、液面103直下で液面10
3と平行方向に照射されるものである。また、プ
ローブ光源7と液槽101を挟んで相対向する位
置には、送られて来るプローブ光8eの位置を検
出する光位置検出器107が設けられている。こ
の光位置検出器107の信号は、ドライバー10
8を介してロツクインアンプ109へ送られるよ
うになつている。
In FIG. 1, 101 is a liquid layer, 102 is a liquid, and a thin film 104 serving as a sample is developed on the surface 103 of this liquid 102. Note that the illustrated thin film 104 is a schematic representation of a monomolecular film. Further, a probe light source 7 is provided on the side of the liquid tank 101. The light beam 8 emitted from the probe light source 7 is separated into two light beams 8a and 8d by a beam splitter, and then combined again into one light beam 8e by a mirror 20 and a half mirror 21, which is placed directly below the liquid surface 103. liquid level 10
It is irradiated in a direction parallel to 3. Further, an optical position detector 107 is provided at a position opposite to the probe light source 7 with the liquid tank 101 interposed therebetween, for detecting the position of the probe light 8e sent thereto. The signal of this optical position detector 107 is transmitted to the driver 10
8 to the lock-in amplifier 109.

一方、プローブ光源7のやや下方には励起光源
110が設けられている。この励起光源110
は、薄膜104が展開されている液面103で全
反射される角度で、液体102側から励起光11
1を薄膜104の測定部位に向けて照射するもの
である。励起光111の光路に沿つた位置に、励
起光111を断続光として照射するためのチヨツ
パー112が設けられている。また、励起光源1
10から照射されて液面103で全反射された励
起光111が液槽101から出た位置には、この
励起光111を吸収するための吸収体113が設
けられている。
On the other hand, an excitation light source 110 is provided slightly below the probe light source 7. This excitation light source 110
is the angle at which the thin film 104 is totally reflected on the liquid surface 103 on which the excitation light 11 is applied from the liquid 102 side.
1 is irradiated toward the measurement site of the thin film 104. A chopper 112 for irradiating the excitation light 111 as intermittent light is provided at a position along the optical path of the excitation light 111. In addition, excitation light source 1
An absorber 113 for absorbing the excitation light 111 is provided at a position where the excitation light 111 emitted from the liquid tank 10 and totally reflected by the liquid surface 103 exits the liquid tank 101 .

チヨツパー112はロツクインアンプ109に
接続されていて、チヨツパー112から送られる
励起光111の断続状態を示す信号を参照信号と
して、検出器107からの信号を同期検出できる
ようになつている。プローブ光源7、励起光源1
10、チヨツパー112及びロツクインアンプ1
09は、各々測定制御器114に接続されてい
る。測定制御器114は、プローブ光8e及び励
起光111の光路及び波長並びにチヨツパー11
2による励起光111の断続間隔を制御すると共
に、ロツクインアンプ109からの信号によつて
光吸収特性を算出するものである。
The chopper 112 is connected to a lock-in amplifier 109, and the signal from the detector 107 can be synchronously detected using a signal indicating the intermittent state of the excitation light 111 sent from the chopper 112 as a reference signal. Probe light source 7, excitation light source 1
10, chopper 112 and lock-in amplifier 1
09 are each connected to the measurement controller 114. The measurement controller 114 controls the optical path and wavelength of the probe light 8e and the excitation light 111, as well as the chopper 11.
2 controls the intermittent interval of the excitation light 111, and calculates the light absorption characteristic based on the signal from the lock-in amplifier 109.

なお、液槽101は、少なくともプローブ光8
e及び励起光111の光路となる部分に透明な窓
を設けておけば、ことさら全体を透明とする必要
はない。また、液体102は、励起光111につ
いて吸収の小さいものであれば、プローブ光8e
へ多少の直接影響を与えるものであつても測定に
さほど悪影響はないが、透明であることが好まし
い。また、第1図は、光制御系及び液層部のみを
示したものであり、第3図、第4図で示した成膜
部及び表面圧コントロール部は省略してある。
Note that the liquid tank 101 receives at least the probe light 8.
If a transparent window is provided in the part that becomes the optical path of e and the excitation light 111, it is not necessary to make the whole part transparent. Further, if the liquid 102 has a small absorption with respect to the excitation light 111, the probe light 8e
Even if it has some direct influence on the measurement, it will not have a bad effect on the measurement, but it is preferable that it be transparent. Further, FIG. 1 shows only the light control system and the liquid layer section, and the film forming section and surface pressure control section shown in FIGS. 3 and 4 are omitted.

次に作用を説明する。まず、励起光源110よ
り出射された励起光111は、チヨツパー112
により断続光に変調され、液槽101の液面10
3上に展開されている薄膜104の測定部位を液
面103下より照射する。このとき、励起光11
1は、入射角が液体102の臨界角より大きくな
るように入射され、液面103で全反射され、液
体102内を通過して液槽101の外へ出る。液
面103上の気相には、全反射の時のエバネツセ
ント波として、波長オーダー以下のごくわずかな
光がしみ出すだけである。液槽101から出た励
起光111は、吸収体113により吸収され、不
要な光がカツトされる。断続励起光111が反射
される測定部位上の領域では、液面103上の薄
膜104が光を吸収し、無放射輻射過程により、
断続的に熱を発し、そのため、近傍の屈折率変化
が断続的に生じることになる。
Next, the action will be explained. First, the excitation light 111 emitted from the excitation light source 110 is transmitted to the chopper 112.
The liquid level 10 of the liquid tank 101 is modulated into intermittent light by
The measurement site of the thin film 104 spread on the liquid surface 103 is irradiated from below the liquid surface 103. At this time, the excitation light 11
1 is incident with an incident angle larger than the critical angle of the liquid 102, is totally reflected at the liquid surface 103, passes through the liquid 102, and exits the liquid tank 101. Only a very small amount of light, on the order of a wavelength, seeps into the gas phase on the liquid surface 103 as an evanescent wave during total reflection. Excitation light 111 emitted from liquid tank 101 is absorbed by absorber 113, and unnecessary light is cut out. In the region on the measurement site where the intermittent excitation light 111 is reflected, the thin film 104 on the liquid surface 103 absorbs the light, and due to a non-radiative radiation process,
Heat is emitted intermittently, which causes intermittent changes in the refractive index in the vicinity.

一方、プローブ光源7から出射されるプローブ
光8eは、液面103直下を液面103と平行に
通るため、上記励起光111の照射によつて断続
的に屈折率が変化する領域を通過することにな
る。この屈折率の断続的変化を生じる測定部位近
傍を、前記プローブ光8eが通過すると、変化し
た屈折率分布に応じて、点線で示されるように光
路が偏向し、光位置検出器107のPSD受光面
で検出される。このとき、プローブ光源105の
変動により、プローブ光のビームが微小量変動し
たとする。この微小量は、励起光照射領域に比較
しても充分小さく、試料の吸収による偏向量が変
わらない程度として、第2図の部分拡大図に示す
如く、ビーム光8aはビーム光8′へ移動し、試
料104へ向かうプローブ光はビーム8eを中心
として対称的に移動するビーム光8c′および8
d′になる。従つて、光位置検出器107をPSD受
光面においても、光源変動のない場合の試料の吸
収による偏向量に対応した位置を中心として、互
いに対称な方向へそれぞれ移動することになり、
PSDの測定原理から、出力は試料の吸収に対応
した値に一定となり、プローブ用光源の変動の影
響が除去されたことになる。
On the other hand, since the probe light 8e emitted from the probe light source 7 passes directly below the liquid surface 103 in parallel to the liquid surface 103, it passes through a region where the refractive index changes intermittently due to the irradiation with the excitation light 111. become. When the probe light 8e passes near the measurement site where the refractive index changes intermittently, the optical path is deflected as shown by the dotted line according to the changed refractive index distribution, and the PSD light is received by the optical position detector 107. Detected on the surface. At this time, assume that the beam of the probe light fluctuates by a minute amount due to fluctuations in the probe light source 105. This minute amount is sufficiently small compared to the excitation light irradiation area, and the amount of deflection due to absorption by the sample does not change.As shown in the partially enlarged view of FIG. 2, the beam light 8a moves to the beam light 8'. The probe light directed toward the sample 104 is beam light 8c' and 8, which move symmetrically around beam 8e.
becomes d′. Therefore, the optical position detectors 107 are moved in mutually symmetrical directions on the PSD light-receiving surface as well, centering on the position corresponding to the amount of deflection due to absorption of the sample when there is no light source fluctuation.
Based on the measurement principle of PSD, the output is constant at a value corresponding to the absorption of the sample, and the influence of fluctuations in the probe light source is eliminated.

このようにして、光位置検出器107は、断続
してプローブ光8eを受け、プローブ光8eの受
光位置をドライバー108を介してロツクインア
ンプ109へ送る。ロツクインアンプ109は、
この検出器107からの信号を受けると同時にチ
ヨツパー112からの信号を受けており、両信号
を同期させることによつて、励起光111照射時
のプローブ光8eの受光位置信号と、励起光11
1非照射時のプローブ光8eの受光位置信号とを
S/N比良く区分けして測定制御器114へ送
る。測定制御器114は、この送られて来た信号
に基づき、その時の励起光111の波長について
のプローブ光8eの偏向量を求め、これに基づい
て光吸収特性を算出する。また、励起光111の
波長を順次変えながら同様の測定を行えば、薄膜
104の分光吸収特性を得ることができる。
In this manner, the optical position detector 107 receives the probe light 8e intermittently and sends the receiving position of the probe light 8e to the lock-in amplifier 109 via the driver 108. The lock-in amplifier 109 is
At the same time as the signal from the detector 107 is received, the signal from the chopper 112 is also received, and by synchronizing both signals, the light reception position signal of the probe light 8e when the excitation light 111 is irradiated and the light reception position signal of the probe light 8e when the excitation light 111 is irradiated are
1 and the light reception position signal of the probe light 8e during non-irradiation are separated with a good S/N ratio and sent to the measurement controller 114. Based on this sent signal, the measurement controller 114 determines the amount of deflection of the probe light 8e for the wavelength of the excitation light 111 at that time, and calculates the light absorption characteristic based on this. Furthermore, by performing similar measurements while sequentially changing the wavelength of the excitation light 111, the spectral absorption characteristics of the thin film 104 can be obtained.

この測定に際して、測定部位は、測定制御器1
14で励起光111の光路を調節することで自由
に選択でき、また液面103を位置に応じてやは
り測定制御器114でプローブ光8eの光路を調
節して正確を期すことができる。また、プローブ
光源7、励起光源110及びチヨツパー112に
必要な調節を全て測定制御器114で自動的に行
うようにし、操作を簡略化することも可能であ
る。
In this measurement, the measurement part is the measurement controller 1
The optical path of the excitation light 8e can be freely selected by adjusting the optical path of the excitation light 111 at 14, and accuracy can be ensured by adjusting the optical path of the probe light 8e using the measurement controller 114 depending on the position of the liquid level 103. Further, it is also possible to automatically make all necessary adjustments to the probe light source 7, excitation light source 110, and chopper 112 by the measurement controller 114, thereby simplifying the operation.

励起光111の測定部位における光量分布、液
体102の熱による屈折率変化の特性、プローブ
光8eの入射ビーム位置及びその時の偏向量から
薄膜104によつて吸収された光エネルギーが求
まる。従つて、励起光111の薄膜104への照
射エネルギーをフオトセンサー等でモニターして
おけば、両者から薄膜104の絶対的な光吸収特
性が得られる。そして、励起光111の波長を変
化させることにより、絶対的分光吸収特性が得ら
れる。また、励起光111の各波長における相対
強度を予め求め、波長に対応したプローブ光8e
の偏向量を求めるだけでも、相対的な分光吸収特
性を得ることができる。光吸収特性の相対値、絶
対値は、測定の目的に応じ適宜選択すればよい。
The light energy absorbed by the thin film 104 is determined from the light intensity distribution of the excitation light 111 at the measurement site, the characteristics of the refractive index change due to heat of the liquid 102, the incident beam position of the probe light 8e, and the amount of deflection at that time. Therefore, by monitoring the irradiation energy of the excitation light 111 onto the thin film 104 with a photo sensor or the like, the absolute light absorption characteristics of the thin film 104 can be obtained from both. Then, by changing the wavelength of the excitation light 111, absolute spectral absorption characteristics can be obtained. In addition, the relative intensity at each wavelength of the excitation light 111 is determined in advance, and the probe light 8e corresponding to the wavelength is
Relative spectral absorption characteristics can be obtained by simply determining the amount of deflection. The relative value and absolute value of the light absorption characteristic may be appropriately selected depending on the purpose of measurement.

第12図aは、本発明の第2の実施例を示す構
成図である。この実施例は、プローブ光の任意の
方向の偏向を2次元PSDにより測定する場合の
もので、ビームスプリツタ19とハーフミラー2
1との間にイメージローテータ22を配置し、ビ
ームスプリツタ19によつて分割されたプローブ
光ビームの一方8dを、ビームスプリツタ19の
分割方向と直交する方向に、その上下の通過位置
が反転するように構成されている。その他の構成
は第1図と全く同様である。
FIG. 12a is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. This embodiment is for measuring the deflection of probe light in any direction using a two-dimensional PSD, and includes a beam splitter 19 and a half mirror 2.
An image rotator 22 is placed between the beam splitter 19 and one of the probe light beams 8d split by the beam splitter 19, and its upper and lower passing positions are reversed in a direction perpendicular to the splitting direction of the beam splitter 19. is configured to do so. The other configurations are exactly the same as in FIG. 1.

第12図bは、同図aに示す測定系を側面から
見たもので、ビームスプリツタ19により2分割
された光ビームのうち、イメージローテータ22
を通過する光ビーム8dの光路を示している。ビ
ームスプリツタ19の分割方向に沿つた光源変動
成分は、第9図で説明した原理で除去されるが、
それと直交する方向の光源変動成分は、第12図
bで明らかな如く、ビームスプリツタ19に影響
されない、そこで、第13図の部分拡大図で示さ
れるように、イメージローテータ22により光ビ
ームの通過位置が反転するのを利用し、変動した
光ビーム8d′の変動方向を反転させ、本発明の原
理に基づいて、ずれを補償させる。このように、
両成分を合成するとにより、任意の如何なる方向
に光源変動が起こつても、光ビームのずれを補償
することができる。
FIG. 12b is a side view of the measurement system shown in FIG.
The optical path of the light beam 8d passing through is shown. The light source fluctuation component along the splitting direction of the beam splitter 19 is removed by the principle explained in FIG.
The light source fluctuation component in the direction perpendicular to the light source is not affected by the beam splitter 19, as is clear from FIG. 12b, and therefore, as shown in the partially enlarged view of FIG. Taking advantage of the position reversal, the direction of fluctuation of the fluctuated light beam 8d' is reversed, and the shift is compensated for based on the principle of the present invention. in this way,
By combining both components, it is possible to compensate for the deviation of the light beam even if the light source fluctuates in any arbitrary direction.

なお、イメージローテータ22は、ビームスプ
リツタ19により2分割されたプローブ光8c,
8dのどれらの光路に入れても良い。
Note that the image rotator 22 receives the probe light 8c, which is split into two by the beam splitter 19.
It may be placed in any optical path of 8d.

第14図aは、本発明の第3の実施例を示す構
成図で、一次元PSDにより測定する場合のもの
である。前述の実施例では、いずれも励起光を液
面下から入射させたが、この実施例は第14図a
に示すように、液面上側から励起光入射させるよ
うにしたものである。
FIG. 14a is a block diagram showing a third embodiment of the present invention, in which measurement is performed using one-dimensional PSD. In each of the above embodiments, the excitation light was incident from below the liquid surface, but in this embodiment, the excitation light was introduced from below the liquid surface.
As shown in the figure, the excitation light is made to enter from above the liquid surface.

第14図aにおいて、プローブ光源7から出射
されたプローブ光ビーム8aはハーフミラー11
8により2つの光ビーム8f,8gに分離され、
8fはプローブ光として液面103直下で液面1
03と平行方向に照射され、光位置検出器107
のPSD受光面へ向かう。他方、8gは参照光と
して、ミラー117で反射され、励起光111が
照射されていない参照領域の液面103で全反射
され同じく光位置検出器のPSD受光面へ向かう。
PSD受光面上ではそれぞれ8fはS、8gはR位
置に照射される。
In FIG. 14a, the probe light beam 8a emitted from the probe light source 7 is reflected by the half mirror 11.
8 into two light beams 8f and 8g,
8f is a probe light that is directly below the liquid level 103 and reaches the liquid level 1.
03 and the optical position detector 107
toward the PSD light-receiving surface. On the other hand, 8g serves as a reference light, which is reflected by a mirror 117, totally reflected by the liquid surface 103 in the reference area where the excitation light 111 is not irradiated, and also directed toward the PSD light receiving surface of the optical position detector.
On the PSD light receiving surface, 8f is irradiated to the S position and 8g is irradiated to the R position.

プローブ光源の変動により、第15図に示すよ
うにビームが8aから8a′へ動いたとすると、
PSD受光面上では第14図bに示す矢印の方向
にビーム照射位置は互いに反対方向へ移動する。
この光路を図示したのが第15図の破線である。
このような変動が生じた時に、PSDの出力は測
定原理から、SとRの光量が同じとするば、常に
その中点位置(図中M)の一定位置を表わすこと
になり、光源変動による影響は除去される。
If the beam moves from 8a to 8a' as shown in FIG. 15 due to fluctuations in the probe light source, then
On the PSD light receiving surface, the beam irradiation positions move in opposite directions in the direction of the arrow shown in FIG. 14b.
This optical path is illustrated by the broken line in FIG.
When such fluctuations occur, the PSD output will always represent a constant midpoint position (M in the figure) from the measurement principle, assuming that the S and R light intensities are the same. The effect is removed.

第16図aは、本発明の第4の実施例を示す構
成図である。この実施例は、前記実施例第14図
で用いた1次元PSDを、2次元PSDに置き換え
て2次元的に偏向量を測定する場合のもので、イ
メージローテータ22を光ビーム8fの後にい
れ、紙面と垂直方向にビームを回転させるように
構成したものである。その他の構成は第1図と全
く同様である。
FIG. 16a is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the one-dimensional PSD used in the above-mentioned embodiment FIG. 14 is replaced with a two-dimensional PSD to measure the amount of deflection two-dimensionally. The beam is configured to rotate in a direction perpendicular to the plane of the paper. The other configurations are exactly the same as in FIG. 1.

第16図b,cは同図aに示す測定系を、側面
から見たもので、bは光路8f、cは光路8gに
関して示したものである。この場合の、PSD受
光面上での位置を同図dに示す。dにおいて、8
fはS、8gはRに示される位置に照射されたと
すると、光源変動により8aがずれると、S,R
はそれぞれ矢印の方向へ移動するが、その平均と
なる中点位置Mは変化せず、PSDからの出力は
常に一定となるため、光源変動の影響は除去され
る。
FIGS. 16b and 16c show the measurement system shown in FIG. 16a viewed from the side, with b and c showing the optical path 8f and 8g, respectively. The position on the PSD light-receiving surface in this case is shown in Figure d. In d, 8
Assuming that f is irradiated at the position shown in S and 8g is irradiated in the position shown in R, if 8a shifts due to light source fluctuation, S, R
move in the directions of the arrows, but the average midpoint position M does not change, and the output from the PSD is always constant, so the influence of light source fluctuations is removed.

[発明の効果] 以上、説明したとおり、本発明によれば、光源
自体の変動に起因する光ビームの出射方向ずれの
影響を除去することが可能で、PSD本来の分解
能の限界まで測定精度を向上させることができる
ため、液面上に展開された単分子膜のようにきわ
めて薄く特異な環境下にある試料についても、そ
の光吸収特性を高精度かつ高感度に測定し、かつ
成膜制御を行うことのできる薄膜形成装置を提供
することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to eliminate the influence of deviation in the emission direction of the light beam due to fluctuations in the light source itself, and it is possible to increase measurement accuracy to the limit of the PSD's original resolution. This allows us to measure the light absorption characteristics of extremely thin samples under unique environments, such as a monomolecular film spread on a liquid surface, with high precision and sensitivity, and to control film formation. It is possible to provide a thin film forming apparatus that can perform the following steps.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第12図、第14図、第16図は本発
明の各実施例を示す構成図、第2図、第13図、
第15図は反転ビームの説明図、第3図、第4図
は従来のLB膜形成装置の構成図、第5図は従来
のPSD装置の構成図、第6図はPSD素子の構造
図、第7図はPSD素子の動作原理図、第8図は
動作回路のブロツク図、第9図は本発明の原理の
説明図、第10図はその原理の検証機構の構成
図、第11図は検証結果のグラフである。 15,21……ハーフミラー、16,17,2
0……ミラー、19……ビームスプリツタ、22
……イメージローテータ、101……液層、10
2……液体、103,103′……液面、104
……薄膜、104′……試料、7,105……プ
ローブ光源、18,107……光位置検出器、1
08……ドライバー、109……ロツクインアン
プ、110……励起光源、114……測定制御
器。
1, 12, 14, and 16 are configuration diagrams showing each embodiment of the present invention, FIG. 2, FIG. 13,
FIG. 15 is an explanatory diagram of an inverted beam, FIGS. 3 and 4 are configuration diagrams of a conventional LB film forming apparatus, FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional PSD apparatus, and FIG. 6 is a structural diagram of a PSD element. Fig. 7 is a diagram of the operating principle of the PSD element, Fig. 8 is a block diagram of the operating circuit, Fig. 9 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, Fig. 10 is a configuration diagram of the verification mechanism of the principle, and Fig. 11 is This is a graph of the verification results. 15, 21...Half mirror, 16, 17, 2
0...Mirror, 19...Beam splitter, 22
...Image rotator, 101 ...Liquid layer, 10
2...Liquid, 103, 103'...Liquid level, 104
... Thin film, 104' ... Sample, 7,105 ... Probe light source, 18,107 ... Optical position detector, 1
08... Driver, 109... Lock-in amplifier, 110... Excitation light source, 114... Measurement controller.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 励起光を出射する励起光源と、出射された励
起光を単分子膜の測定部位の手前で強度変調する
光強度変調器と、ビーム光を出射するプローブ光
源と、出射されたビーム光を2分割する光分割手
段と、前記2分割光を、プローブ光源の変動に起
因するビーム光の変動に対して、その補償すべき
方向成分が互いに対称となる2本のビーム光にす
る手段と、それらのビーム光を前記測定部位又は
その近傍へ導く光学素子と、ビーム光を受光する
光位置検出器とを備えることを特徴とする単分子
膜の形成装置。 2 補償する光ビームを構成する際に、薄膜の形
成された液面の全反射を利用することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の薄膜の形成装置。
[Claims] 1. An excitation light source that emits excitation light, a light intensity modulator that modulates the intensity of the emitted excitation light in front of the measurement site of the monolayer, a probe light source that emits a beam light, and an emission light source that emits excitation light. a light splitting means for splitting the split light beam into two; and a light splitting means for splitting the split light into two light beams whose directional components are symmetrical to each other to compensate for fluctuations in the beam light due to fluctuations in the probe light source. What is claimed is: 1. A monomolecular film forming apparatus comprising: a means for forming a monomolecular film; an optical element that guides the light beams to the measurement site or the vicinity thereof; and an optical position detector that receives the light beams. 2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein total reflection of the liquid surface on which the thin film is formed is utilized when forming the compensating light beam.
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