JPS629233A - 薄膜の形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、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。

すなわち本発明は、単分子累積ｇ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簿に利用され
るものである。

［開示の概要］ 本明細書及び図面は、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
Ｌ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。

「従来の技術」 従来、発明者にちなんでラングミュア・プロジェット法
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４８８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った累８Ｈ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った。

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。

第３図及び第４図に示されるように、液体１０２が収容
された浅くて広い角型の液槽１ｏ１の内側に１例えばポ
リプロピレン製笠の内枠１２１が水平に釣ってあり、水
面１０３．１０３’を仕切っている。

液体１０２としては、通常純水が用いられる。内枠１２
１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１幅が内
枠１２１の内幅より僅かに短かい直方体で、図中左右方
向に二次元ピストン運動可能なものとなっている。成膜
枠１２２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！２２上に固定された磁石１２５と、成膜
枠１２２の上方で図中左右に移動可能で磁石１２５に接
近すると互に反撥し合う対磁石１２６とが設けられてい
て、これによって成膜枠１２２は図中左右への移動並び
に停止が可能なものとなっている。このような重錘１２
３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。

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が韮べられている。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′上の不要になっ
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、１２゜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。

まず、成膜枠１２２を移動させて、液面１ｏ３゜！０３
′上の不要となった単分子膜簿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１２２を寄せて、例えば、〜５　Ｘ　１Ｇ
−３ｍｏＪ１　／　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１０
３上に広がり、溶媒が揮発すると、単分子膜が液面１０
３上に残されることになる。

上記単分子膜は、液面１０３上で二次元系の挙動を示す
０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、−分Ｐ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。

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
った中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
とによって、単分子膜ｍ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、セラミッ
ク、金属等が使用されている。

単分子膜を液面１０３上から基板１２０の表面に移し取
払方法は大別して２種類ある。−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１０
３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。

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／ａｍ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。もっ
とも、特別の場合、例えば、膜構成物質の化学構造、温
度条件等によっては、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
。

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）によって自動的かつ継続的に計測されるものであ
る０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とを区切っ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、表面圧と共に中分
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花量は、成膜枠−１２２の左右
の動きから求められる。

前述した成膜枠１２２の動きは、上記測定器によって計
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１２
Ｇを左右に移動させる駆動装′ｔ！（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０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って。

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。従って、成膜枠１２２を移動さ
せて単分子膜の展開面積を縮小し、その表面圧低下分を
補正して一定表面圧を維持することが必要となる。

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
態となっているか否かは、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った。

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。

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、更に高粘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
。

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（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔ
ｉｃ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：　　ＰＡＳ　）や光
熱輻射分光法（Ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ　Ｒａｄｉｏ
ｍｅｔｒｙ：　　ＰＴＲ）がある。

ＰＡＳ法は、検出器の種類によりマイクロホン法と圧電
素ｒ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ｆ法では検出器
と試料の配置が問題となり、いずれ−も液面りに展開さ
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、水蒸気子の大気変動の影響を受け
やすいという欠点がある。

一方、やはり光の吸収成分を直接測定する方法トシテ、
光熱偏向分光法（ＰｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌＤｅｆｌｅ
ｃｔｉｏｎ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：　　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、これによっ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Ｐ
ＤＳ法は、励起光とプローブ光の配置によって。

横方向（ｔｒａｎ＋ｖｅｒｓｅ）型と縦方向（ｃｏｌｌ
ｉｎｅａｒ　）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（ｐｓｏ）を用
いることが多い。

第５図ＣＰＩ）は縦方向型の例で、励起光源１１０より
出た励起光１１１は、チョッパー１１２で断続光となり
、レンズ１３４で集束されて試料１０４′に照射される
。−方、プローブ光源１０５より出たプローブ光１０６
は、レンズ！３５およびミラー等からなる光路調整器１
１７により、励起光１１１が照射されている前記試料１
０４′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
１０Ｂが試料１０４′の表面にモ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。

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／り等に比例するこ
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、試料によっては正負
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。

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２層の均一な抵抗層４を構成し、両辺にそれぞ
れ電極Ｘ！およびｘｌが配設され、裏面の８層５には共
通電極６が配設されている。

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ｇＩＱと両端の取出し電極ｘ１　。

ｘｌ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Ｘ
Ｉ、Ｘ２から出力される電流ＩＸＩ。

ＩＸ２は、 Ｉｘ＋＝Ｉｔ　　°ＲＸ２／　（ＲＸＩ＋ＲＸ２）Ｉｘ
ｚ”　Ｉｔ　　°ＲＸＩ／　（ＲＸＩ＋ＲＸ２）となり
、ざらにＸｌ−Ｘ２間の抵抗は均一の分布を保っている
ので、Ｘｌ−Ｘ２間の抵抗と長さＬとの間に次の各式が
成立する。

ＲＸＩ＋ＲＸ２＝Ｌ Ｒｘ＋＝　　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、 Ｉｘ＋＝Ｉｔ　　・（Ｌ−ｘ）　／Ｌ Ｉｘ２＝Ｉ［・ｘｌＬ のようになる、即ち、光の入射位置と光強度の情報がｘ
ｌ、ｘｌの電極に得られることになる。

さらにＩＸＩとＩＸ２の和と差の比をとり、これを位置
信号Ｐとすれば。

が得られ、ｘ＝０からＬに対応して。

ｘ＝ｏ、　　Ｐ＝１ Ｘ＝局、Ｐ＝Ｏ ｘ＝Ｌ、Ｐ＝−１ のように、光強度変化に無関係な位置信号がＭ続で得ら
れることになる。

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
ロック図により、位置信号が求められる。

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、光束が広がっている場合も、光
強度の重心的な位置信号が得られる。

Ｃ発明が解決しようとする問題点Ｊ しかしながら、上記の如きＰＯＳ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った。

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
ことが困難であった。

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。

Ｌ問題点を解決するためのＬ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ｆ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
ビーム光を会分割する分光４段と、２分割されたビーム
光のうちの少なくとも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７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ｆ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。

［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
とによって光吸収特性を測定することができる。このＰ
ＯＳ法の原理の特徴として、ＰＳＤ出力は最終的に光強
゛変分布の重心的位置の信号を得るということがある。

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１
２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
）に示されるように原点Ｏに対して点対称（１２ａ、　
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。従って、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Ｊｖ
Ｐ！Ｉされずに補償されることになる。

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−１５によって振幅分割し、
分割された２次光ビームをそれぞれミラー１８および！
７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Ｌ記構酸による光ビ
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１
０図において、ハーフミラ−１５とミラー１Ｂおよび１
７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は、第１１図における（ａ）
の如く変動が記録され１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。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を、図面と共に計則に説明する。

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。

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１０
４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［１
０１’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
スプリッタ−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−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１０３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＠　１０
７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１０８を介してロックインアンプ１０９へ
送られるようになっている。

一方、プローブ光＠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１１９ｔｏ
４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１１１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
った位置に、励起光１１１を断続光として照射するため
のチョッパー１１２が設けられている。また、励起光源
１１０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１１
１を吸収するための吸収体１１３が設けられている。

チョッパ−１１２はロックインアンプ１０９に接続され
ていて、チョッパー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っている。プローブ
光源７．励起光源１１Ｏ、チョッパー１１２及びロック
インアンプ１０８は、各々測定制御器１１４に接続され
ている。測定制御器１１４は、グローブ光８ｅ及び励起
光１１１の光路及び波長並びにチョッパー１１２による
励起光１１１の断続間隔を制御すると共に、ロックイン
アンプ１０８からの信号によって光吸収特性を算出する
ものである。

なお、液槽１０１は、少なくともプローブ光８ｅ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１
０２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午えるものであ
っ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である。

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、チョッパー１１２により断続光に
変調され、液槽１０１の液面１０３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１１１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４
ｆｉ　１０１の外へ出る。液面１０３上の気相には、全
反射の時のエバネッセント波として、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、不要な光がカットされる。断続励起光１１１が全反
射される測定部位上の領域では、液面１０３上の薄［１
０４が光を吸収し、無放射輻射過程により、断続的に熱
を発生し、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。

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の照射によっ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１０？のＰＳＤ受光面で
検出される。このとき、プローブ用光源１０５の変動に
よリ、プローブ光のビームが微少量変動したとする。こ
の微少量は、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
ａ’へ移動し、試料１０４へ向ラブローブ光はビーム８
ｅを中心として対称的に移動するビーム光８ｃ’および
８ｄ’になる。

従って、光位置検出器１０７の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、　ｐｓｎ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。

このようにして、光位置検出器１０７は、継続してプロ
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を介してロックインアンプ１０９へ送る。ロ
ックインアンプ１０９は、この検出器１０７からの信号
を受けると同時にチ厘ツバ−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って、励起光＋１１
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ｆｌｌｌｌ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。

この測定に際して、測定部位は、測定制御器１１４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の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＃　１１０及びチョ
ッパー１１２に必要な調節を全て測定制御器１１４で目
動的に行うようにし、操作をＷＵｗ１４化することも可
能である。

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によって吸
収された光エネルギーが求まる。従って、励起光１１１
の薄＠１０４への照射エネルギーをフォトセンサー等で
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。

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
プリッタ１９とハーフミラ−２１との間にイメージロー
テータ２２を配置し、ビームスプリッタ１９によって分
割されたプローブ光ビームの一方８ｄを、ビームスプリ
ッタ！９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。

第１２図（ｂ）は、同図（ａ）に示す測定系を側面から
見たもので、ビームスプリッタ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。ビームスプリッタ１８
の分割方向に沿った光源変動成分は、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、ビームスプリッ
タ１８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
ことにより、任意の如何なる方向に光源変動が起こって
も、光ビームのずれを補償することができる。

なお、イメージローテータ２２は、ビームスプリッタ１
９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。

第１４図（ａ）は、本発明の第３の実施例を示す構成図
で、−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（ｆｉ）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。

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Ｉ＼−フミラー１１８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１０３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。

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、ＰＪＤ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２１（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。

第１ｅ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９１４図で用いた１
次元ＰＳＯ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。モの他
の構成は第１図と全く同様である。

第１６図ｃｂ）、　＜ｃ＞ば同図（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、８ｆ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、その乎均となる中
点位ｉＭ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。

［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本米０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。

【図面の簡単な説明】

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ック図、第９図は本発明
の詳細な説明図、第１θ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−１１８，１７，２０・・
・ミラー、１８・・・ビームスプリフタ。 ２２・・・イメージローテータ、１０１・・・液層。 １０２・・・液体、１０３．１０３’・・・液面、１０
４・・・薄膜、１０４′・・・試料、７，１０５・・・
プローブ光源、１８、１０７・・・光位置検出器、１０
８・・・ドライバー、１０９・・・ロックインアンプ、
１１０・・・励起光源、１１４・・・測定制御器。

Claims (1)

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。