JPH11132952A

JPH11132952A - 吸収量測定装置

Info

Publication number: JPH11132952A
Application number: JP9301544A
Authority: JP
Inventors: Atsunobu Murakami; 敦信村上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】光学材料や光学薄膜の吸収量測定において、
斜入射光や偏光に対する吸収量の測定を行うことのでき
る吸収量測定装置を提供する。【解決手段】サンプル１を光源７からの光の光軸に対
して傾動自在に支持可能なサンプルホルダ１２により、
サンプル１へ照射される光の入射角度を任意に設定する
ことができる。これにより、斜入射光に対する吸収量測
定を行うことができる。又、照射光の光軸上に、所定の
角度で入射したときＰ偏光又はＳ偏光の反射率がほぼ零
となる薄膜が形成された少なくとも２枚のパラレル板１
３を有する偏光素子８を設置することにより、偏光に対
する吸収量測定も可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学材料及び光学
薄膜の光学特性のうち、光の吸収量の測定を行うための
吸収量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】様々な光応用技術の伸展に伴い、可視光
に比べて非常に短い波長の光に対する物性評価の関心が
高まっており、特に超短波長の各種エキシマレーザなど
が微細加工やリソグラフィに用いられることから、それ
ら光源に対する光学材料や光学薄膜の物性の計測とその
評価が不可欠になっている。

【０００３】光学材料や光学薄膜に要求される重要な物
性評価項目のひとつに光の吸収量がある。従来、この吸
収量は、分光光度計を用いる方法、すなわち分光光度計
により測定される透過率と反射率をもとに、散乱測定器
により測定される散乱量を考慮した計算を行って求める
方法のほか、吸収量を光学的に直接測定する方法等も用
いられていた。

【０００４】そして近年、エキシマステッパー等の光学
系において、レーザーミラーやハーフミラー等の斜入射
用ミラーの吸収量がＳ偏光とＰ偏光とで異なることが分
かってきたことから、斜入射光や偏光に対する光の吸収
量を測定することのできる装置が重要となってきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の吸収量
測定装置では、直入射光に対する場合には問題なかった
が、斜入射光や偏光に対する吸収量の評価は難しかっ
た。これは、偏光した光を入射させ、且つ入射角度を任
意に設定することができるような使い勝手のよい測定装
置がなかったためであった。

【０００６】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、光学材料や光学薄膜の吸収量測定におい
て、斜入射光や偏光に対する吸収量の測定を行うことの
できる吸収量測定装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る吸収量測定装置は、光学材料又は光
学薄膜を測定対象とし、光源（例えば、エキシマレーザ
光源）から照射される光に対する測定対象の吸収量を測
定する吸収量測定装置であって、測定対象を光の光軸に
対して傾動自在に支持可能な支持装置を有する。これに
より、測定対象に対する光の入射角度を任意に変化させ
て測定対象の吸収量を測定することができるので、斜入
射光に対する測定対象の吸収量を測定することができ
る。

【０００８】ここで上記支持装置は、例えば、測定対象
を載置する載置部材と、この載置部材を鉛直軸まわりに
回転自在に支持するとともにその回転角度を計測可能な
回転台とを有するようなものである。又、光源と測定対
象との間の光の光軸上に偏光素子（例えば、所定の角度
で光が入射したときＰ偏光又はＳ偏光の反射率がほぼ零
となる薄膜が形成された、少なくとも２枚のパラレル板
を用いたもの）を設けることにより、偏光に対する測定
対象の吸収量を測定することができる。なお、この測定
対象の吸収量の測定には、測定対象に光を照射したとき
の光吸収に起因する測定対象の体積変化により発生する
音響信号を用いることが望ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、実施例により、本発明の好
ましい実施形態について説明する。本実施例では、光学
材料又は光学薄膜である測定対象の光の吸収量を検出す
る方法として、取り扱いが簡易であり、比較的ルーチン
ワークに向いている光音響法を用いた。

【００１０】

【実施例１】先ず、本発明の吸収量測定装置を用いた第
１の実施例について説明する。この第１の実施例では、
任意の入射角度に対する吸収量を測定する例を示す。図
１及び図２は、光学材料又は光学薄膜であるサンプル１
を固定するサンプルホルダ１２（特許請求の範囲の支持
装置に相当）の概略図である。鉛直軸まわりに回転自在
なゴニオメータ（角度計）５の上方の土台４には載置部
材３が設けられ、サンプル１はこの載置部材３及びＡＥ
センサ２に対して２本のアクリルねじ６により固定され
る。サンプル１は、光が照射される部分を中心として鉛
直軸まわりに回転できる位置に設置される（ゴニオメー
タ５及び土台４が特許請求の範囲の回転台に相当す
る）。ＡＥセンサ２は一種の圧電素子で、サンプル１内
に発生した光音響信号を電気信号として捉えるものであ
る。

【００１１】ゴニオメータ５は固定部５ｂ及び回転部５
ａよりなり、回転部５ａの固定部５ｂに対する回転角度
を読み取ることにより、光軸のサンプル１に対する入射
角を設定することができる。又、載置部材３のシールド
部分は、サンプル１が回転した際にＡＥセンサ２に散乱
光が当たるのを防ぐ形状をしている。

【００１２】測定装置の構成を図３に示す。これは装置
を側面から見た概略図である（但し、本実施例では偏光
素子８はないものとする）。光源７はパルス発振するＡ
ｒＦエキシマレーザ光源（パルス波長１９３nm、パルス
幅１０ns）とし、この光源７とサンプル１との間にはハ
ーフミラー１０が置かれるとともに、このハーフミラー
１０を挟むように２つの光学系９、すなわちレーザのパ
ワーを調整するズームレンズ９ａ及び対物レンズ９ｂが
配置される。又、受光素子（例えばバイプラナ）１１が
図の位置に設置され、ハーフミラー１０より分離された
光の強度を検出する。ここで、ハーフミラー１０は未コ
ートの素ガラスであってもよい。信号処理装置１４には
ＡＥセンサ２及び受光素子１１からの信号が入力され、
これら両信号をもとに演算処理を行う。

【００１３】光源７より発振されたパルス光は、ズーム
レンズ９ａを経てハーフミラー１０へ照射され、ここで
透過光Ｔと反射光Ｒに分離される。そして分離された反
射光Ｒは、受光素子１１において光強度信号として検出
され、信号処理装置１４へ送られる。

【００１４】一方、透過光Ｔは対物レンズ９ｂを経てサ
ンプル１へ照射されるが、サンプル１中で光の吸収が起
これば、吸収が起こった部分で熱膨張が起こり、この熱
膨張に比例して発生する音波により光音響信号が発生す
る。そしてこの光音響信号はＡＥセンサ２で検出されて
信号処理装置１４へ送られる。

【００１５】光音響信号は測定対象の吸収エネルギー量
に比例するので、光強度を変化させながら光音響信号の
変化率を測定すれば、光強度に対する吸収エネルギー量
変化の傾きが得られる。光強度は受光素子１１により、
光音響信号はＡＥセンサ２により検出されるので、これ
らの信号を取り入れて信号処理装置１４において演算処
理することにより、光強度に対する吸収エネルギー変化
量の傾きが求められる。

【００１６】更に、信号処理装置１４において、サンプ
ル１の吸収エネルギー変化量の傾きを、吸収量が既知の
サンプルにおける光強度に対する吸収エネルギー変化量
の傾きと比較することにより、サンプル１の吸収量が見
積もられて出力される。ここで、吸収量が微小となると
きであっても、光強度の大きい光を照射することにより
検出信号を大きくして測定できるので、精度（感度）の
良い測定が可能である。又、吸収量の補正及び校正に
は、比較的吸収量の多いＺｒＯ₂膜を用いた測定結果を
用いる。この比較的吸収量の多い膜の吸収量は、精度の
良い分光光度計を用いれば測定できる。

【００１７】上記測定装置において、サンプル１を直径
３０ｍｍ、厚さ３ｍｍの蛍石基板上にＭｇＦ_{2 、}ＬａＦ
₃を片面成膜した（４５度入射の）レーザーミラーと
し、測定の前処理として、アルコールでの手拭きを行っ
た後、ＵＶ洗浄機にて１０分間の光洗浄を行った。

【００１８】測定は、０度、１５度、３０度、４５度の
４つの入射角度で行い、各入射角度において照射パワー
を変化させながら光音響信号を３０点採取し、吸収エネ
ルギー量変化の傾きを最小自乗法により求めた。図５に
は、最終的に求められた各入射角度に対する吸収量を示
す。入射角０度では、３．２５％あった吸収量が、入射
角４５度では、０．９８％になった。これにより、入射
角度が０度から４５度に近づくと、次第に反射帯域に入
ってくるため、吸収量は０に近づくことが分かった。

【００１９】

【実施例２】次に、本発明の吸収量測定装置を用いた第
２の実施例について説明する。この第２の実施例では、
偏光に対する吸収量を測定する例を示す。測定装置の構
成は図３に示す通りであり、本実施例では偏光素子８が
用いられる。光源７にはパルスレーザ（又はランプやＣ
Ｗレーザ）光源を用いるが、通常、これらの光源７はラ
ンダムな偏光を持っているため、この光軸上に偏光素子
８を設置することにより、照射光を偏光とすることがで
きる。２枚のパラレル板１３からなる偏光素子８は図３
の位置に配置される。

【００２０】各パラレル板１３の両面には多層膜（２
層）が形成されており、この多層膜（２層）は所定の角
度で光が入射したときＰ偏光成分の反射率はほとんど零
でほぼ全量透過し、Ｓ偏光成分は数十％反射するという
特性を有するものである。ここで、２枚のパラレル板１
３を図４のように光軸に垂直な面に対して所定の角度で
互いに逆向きに傾斜して配置すれば、光源７からの光は
図４のように進むので、２枚のパラレル板１３を通過し
た光は実質的にＰ偏光成分の光だけで構成されていると
みなすことができる。又、図４から分かるように、１枚
のパラレル板１３を通過させるだけではレーザ光の光軸
がずれてしまうが、逆向きに等しい角度を持たせて光軸
に対して傾斜させ向かい合った２枚のパラレル板１３を
使用することにより、光軸のずれを防ぐことができる。

【００２１】第１の実施例と同様に、光源７より発振さ
れたパルス光は、偏光素子８、ズームレンズ９ａを経て
ハーフミラー１０へ照射され、透過光Ｔと反射光Ｒとへ
分離される。分離された反射光Ｒは受光素子１１におい
て光強度信号として検出され、信号処理装置１４へ送ら
れる。一方、透過光Ｔは対物レンズ９ｂを経てサンプル
１へ照射される。

【００２２】更に、前述した２枚のパラレル板１３が配
置された偏光素子８を光軸を回転軸として９０度回転さ
せて設定することにより、Ｓ偏光が得られる。このよう
に、本発明の吸収量測定装置では、偏光素子８を光軸ま
わりに９０度回転させて設置し直すことで、偏光素子８
からの出射光をＳ又はＰ偏光に変化させることができ
る。

【００２３】このような構成の測定装置を用いて、サン
プル１及び光源７、測定の前処理は第１の実施例と同様
にして、入射角４５度におけるＰ偏光、Ｓ偏光を入射し
たときの吸収量測定を行った。図６に吸収量の測定結果
を示す。Ｓ偏光の方がＰ偏光での吸収量よりもわずかに
大きい値を示した。この結果から、直入射のみでは分か
らなかったＰ偏光、Ｓ偏光の反射帯域でのわずかな反射
率の差が吸収率にも反映されていることが実験的に分か
った。

【００２４】本実施例は、エキシマレーザとその波長で
のレーザーミラーについての例であったが、本発明の吸
収量測定装置はハーフミラーや広帯域反射防止膜につい
ても同様の効果を発揮する。更に、光学部品の硝材につ
いても、又他の測定波長についても測定が可能である。
吸収量の測定法は、本実施例における光音響法に替え
て、カロリメトリー法やフォトディフラクション法を用
いても可能である。従って本発明は、上記実施例に限定
されるものではなく、種々の変更が可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る吸収量測定
装置によれば、測定対象を光の光軸に対して任意に傾動
させて設定することのできる支持装置を用いた吸収測定
装置を用いることにより、斜入射光に対する吸収量を測
定することができる。又、照射光の光軸上に２枚のパラ
レル板を有する偏光素子を設置することにより、偏光に
対する吸収量測定も可能となり、Ｓ偏光、Ｐ偏光に対す
るわずかな吸収量の違いについても測定することができ
る。なお、吸収量の測定に光音響法を用いれば、簡易に
且つ精度良く測定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸収量測定装置のサンプルホルダの概
略図である。

【図２】本発明の吸収量測定装置のサンプルホルダの平
面図である。

【図３】本発明の吸収量測定装置の概略図である。

【図４】偏光素子を用いてＰ偏光を得る過程を示す概略
図である。

【図５】本発明の吸収量測定装置を用いて測定した吸収
量の入射角依存性を示す図表である。

【図６】本発明の吸収量測定装置を用いて測定した吸収
量のＳ、Ｐ偏光依存性を示す図表である。

【符号の説明】

１サンプル２ＡＥセンサ３載置部材５ゴニオメータ７光源８偏光素子１０ハーフミラー１１受光素子１２サンプルホルダ１３パラレル板１４信号処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学材料又は光学薄膜を測定対象とし、
光源から照射される光に対する前記測定対象の吸収量を
測定する吸収量測定装置であって、前記測定対象を前記光の光軸に対して傾動自在に支持可
能な支持装置を有することを特徴とする吸収量測定装
置。
【請求項２】前記支持装置が、前記測定対象を載置す
る載置部材と、この載置部材を鉛直軸まわりに回転自在
に支持するとともにその回転角度を計測可能な回転台と
を有することを特徴とする請求項１記載の吸収量測定装
置。
【請求項３】前記光源と前記測定対象との間の前記光
の前記光軸上に偏光素子を設けることを特徴とする請求
項１又は請求項２記載の吸収量測定装置。
【請求項４】前記偏光素子が、所定の角度で光が入射
したときＰ偏光又はＳ偏光の反射率がほぼ零となる薄膜
が形成された少なくとも２枚のパラレル板を有すること
を特徴とする請求項３記載の吸収量測定装置。
【請求項５】前記光源がエキシマレーザ光源であるこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の吸収量
測定装置。
【請求項６】前記測定対象の吸収量の測定に、前記測
定対象に光を照射したときの光吸収に起因する前記測定
対象の体積変化により発生する音響信号を用いることを
特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の吸収量測定
装置。