KR20240022446A

KR20240022446A - 측정 장치

Info

Publication number: KR20240022446A
Application number: KR1020237031840A
Authority: KR
Inventors: 겐이치로 이케무라; 겐고 스즈키; 가즈야 이구치; 아키히로 나카무라
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2024-02-20
Also published as: US20240175825A1; JPWO2022264521A1; EP4310482A1; CN117529649A; WO2022264521A1; TW202314227A

Abstract

측정 장치(1)는 여기광원(2)과, 측정물(S)이 내부에 배치되는 적분구(4)와, 여기 광학계(3)와, 피측정광(L2)을 검출하는 광 검출기(6)와, 제1 검출 광학계(7)를 구비하고, 제1 검출 광학계(7)는 피측정광(L2)의 검출 범위를 제한하는 개구부(36)를 가지고, 여기 광학계(3) 및 제1 검출 광학계(7)는, 여기광(L1)의 광축과, 피측정광(L2)의 광축을 분리하는 분리 광학 소자(18)와, 렌즈(19)(제1 집광 소자)와, 렌즈(34)(제2 집광 소자)를 가지고, 측정물(S)에 입사되는 여기광(L1)의 광축과, 적분구(4)로부터 출사되는 피측정광(L2)의 광축은, 분리 광학 소자(18)와 렌즈(19)에 의해서 비스듬하게 교차하고, 조사 스폿(La)과 개구부(36)는, 렌즈(19)와 렌즈(34)에 의해서 광학적으로 공역인 관계로 되어 있다.

Description

측정 장치

본 개시는 측정 장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 등의 측정물의 검사에 이용되는 측정 수법으로서, 예를 들면 포토루미네선스 측정(이하 「PL 측정」이라고 기재함)이 알려져 있다. PL 측정은, 예를 들면, 반도체 재료에 대해서 밴드 갭보다 높은 에너지를 가지는 광을 조사함으로써 생긴 전자와 홀의 재결합에 의해서 방출되는 광을 측정하는 수법이다. 종래에는, PL의 강도나 파장마다의 정보를 기초로 하여 측정물의 품질을 평가해 왔지만, 반도체 웨이퍼의 품질 담보의 관점으로부터는, 결함의 정량성이나 재현성의 향상이 요구되고 있다.

다른 측정 수법으로서, 전방위 포토루미네선스 측정(이하 「ODPL 측정」이라고 기재함)이 알려져 있다(예를 들면 비특허 문헌 1 참조). ODPL 측정은 적분구를 이용하여 측정물에 흡수된 여기광의 포톤수 및 전방위로의 발광 포톤수를 측정하는 수법이다. ODPL 측정에서는, 불순물 밀도나 점 결함 밀도 등을 포함하는 비복사 재결합에 영향을 받는 밴드단 발광의 발광 양자 효율을 산출할 수 있기 때문에, 결함의 정량화가 가능해져 있다.

ODPL 측정에서는, 전단의 스텝으로서, 적분구를 이용한 측정물의 외부 양자 효율(EQE)의 측정을 실시한다. 또, 후단의 스텝으로서, 측정물의 표준 PL 스펙트럼을 이용한 측정물의 내부 양자 효율(IQE)의 산출을 실시한다. 외부 양자 효율은, 측정물에서 흡수된 여기광의 포톤수에 대한 측정물의 외부로 방출된 발광 포톤수의 비율이다. 내부 양자 효율은 측정물에서 흡수된 여기광의 포톤수에 대한 측정물에서 발생한 발광 포톤수의 비율이다.

내부 양자 효율에 측정물로부터의 광 취출 효율의 영향을 고려한 것이 외부 양자 효율이 되기 때문에, 측정물의 표준 PL 스펙트럼과 외부 양자 효율이 얻어지면, 측정물의 내부 양자 효율을 산출할 수 있다. 예를 들면 GaN 결정에서는, 결정성이 높고, 결함수가 적은 재료일수록 내부 양자 효율이 높아지는 경향을 볼 수 있다(비특허 문헌 1 참조). 즉, 내부 양자 효율은 그 재료의 결정 품질을 직접 반영하고 있는 것이며, 웨이퍼 제조시에 웨이퍼 재료의 결정 품질을 평가함으로써, 디바이스의 수명이나 성능에 연결되는 인자의 평가가 가능해진다.

비특허 문헌 1: "Demonstration of omnidirectional photoluminescence (ODPL) spectroscopy for precise determination of internal quantum efficiency of radiation in GaN single crystals" Kazunobu Kojima et al., Applied Physics Letter 111, 032111 (2017) 비특허 문헌 2: "Determination of absolute value of quantum efficiency of radiation in high quality GaN single crystals using an integrating sphere" Kazunobu Kojima et al., Journal of Applied Physics 120, 015704 (2016)

적분구를 이용한 측정은 해당 적분구에 입사된 광 및 측정물로부터 발생한 전방위의 광을 검출하게 된다. 이 때문에, 일반적으로는, 측정물의 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 때에는, 적분구는 이용되고 있지 않다(예를 들면 비특허 문헌 2 참조). 그렇지만, ODPL 측정을 실시할 때는, 측정의 편리성의 관점으로부터, 적분구에 측정물을 배치한 채의 상태에서 측정물의 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 수 있는 것이 바람직하다.

본 개시는 상기 과제의 해결을 위해서 이루어진 것으로, 적분구에 측정물을 배치한 채의 상태에서 측정물의 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 수 있는 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 일 측면에 따른 측정 장치는, 여기광을 출력하는 여기광원과, 측정물이 내부에 배치되는 적분구와, 적분구에 배치된 측정물을 향해서 여기광을 도광하는 여기 광학계와, 여기광의 조사에 의해서 적분구 내의 측정물에서 생긴 피측정광을 검출하는 광 검출기와, 적분구로부터 광 검출기를 향해서 측정광을 도광하는 제1 검출 광학계를 구비하고, 제1 검출 광학계는 광 검출기에 있어서의 피측정광의 검출 범위를 제한하는 개구부를 가지고, 여기 광학계 및 제1 검출 광학계는, 적분구 내의 측정물을 향하는 여기광의 광축과, 적분구로부터 출력되어 광 검출기를 향하는 피측정광의 광축을 분리하는 분리 광학 소자와, 측정물 상에 여기광의 조사 스폿을 형성하는 제1 집광 소자와, 개구부에 피측정광을 집광하는 제2 집광 소자를 가지고, 여기 광학계에 있어서 적분구 내의 측정물에 입사되는 여기광의 광축과, 제1 검출 광학계에 있어서 적분구로부터 출사되는 피측정광의 광축은, 분리 광학 소자와 제1 집광 소자에 의해서 비스듬하게 교차(斜交)하고, 측정물 상의 여기광의 조사 스폿과 개구부는, 제1 집광 소자와 제2 집광 소자에 의해서 광학적으로 공역인 관계로 되어 있다.

이 측정 장치에서는, 여기 광학계에 있어서 적분구 내의 측정물에 입사되는 여기광의 광축과, 제1 검출 광학계에 있어서 적분구로부터 출사되는 피측정광의 광축이 분리 광학 소자와 제1 집광 소자에 의해서 비스듬하게 교차되어 있다. 이것에 의해, 적분구 내의 측정물에서 반사된 여기광이 광 검출기에서 직접 검출되는 것을 방지할 수 있다. 또, 이 측정 장치에서는, 적분구 내에 배치된 측정물 상의 여기광의 조사 스폿과, 제1 검출 광학계에 배치된 개구부가 제1 집광 소자와 제2 집광 소자에 의해서 광학적으로 공역인 관계로 되어 있다. 이것에 의해, 적분구 내에서의 다중 산란의 영향을 억제할 수 있어, 여기광의 입사에 의해서 측정물의 표면에서 발생한 피측정광만을 적분구로부터 취출하여 검출하는 것이 가능해진다. 따라서, 이 측정 장치에서는, 적분구에 측정물을 배치한 채의 상태에서 측정물의 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 수 있다.

분리 광학 소자는 여기광을 통과시키는 개구부와, 피측정광을 반사하는 반사면을 가지는 천공 미러에 의해서 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 분리 광학 소자를 간편하게 구성할 수 있다. 또, 필터 등을 이용하여 여기광의 광축과 피측정광의 광축을 분리하는 경우에 비해, 여기광의 강도나 피측정광의 강도의 불필요한 감쇠를 회피할 수 있다.

적분구에 입사되는 여기광의 광축이 측정물의 표면에 대해서 경사져 있고, 적분구로부터 출사되는 피측정광의 광축이 측정물의 표면에 대해서 수직으로 되어 있어도 된다. 이 경우, 피측정광을 광 검출기로 도광하는 제1 검출 광학계의 구축이 용이해진다.

적분구에 입사되는 여기광의 광축이 측정물의 표면에 대해서 수직으로 되어 있고, 적분구로부터 출사되는 피측정광의 광축이 측정물의 표면에 대해서 경사져 있어도 된다. 이 경우, 적분구 내의 측정물로 여기광을 도광하는 여기 광학계의 구축이 용이해진다.

제1 집광 소자는 해당 제1 집광 소자의 초점 심도 내에 측정물의 표면이 위치하도록 배치되어 있어도 된다. 이것에 의해, 피측정광의 광축이 측정물의 표면에 대해서 경사지는 경우에도, 측정물에 초점을 맞추는 것이 용이해진다.

측정 장치는 적분구 내에서 확산 반사된 피측정광을 적분구로부터 광 검출기를 향해서 도광하는 제2 검출 광학계와, 광 검출기에 대해서 제1 검출 광학계 및 제2 검출 광학계 중 일방을 광학적으로 접속하는 전환부를 더 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 제2 검출 광학계를 이용하여 적분구 내에서 확산 반사된 피측정광을 적분구로부터 광 검출기를 향해서 도광시킴으로써, 적분구를 이용한 측정물의 외부 양자 효율의 측정을 실시할 수 있다. 전환부에 의해서 광 검출기와 접속되는 광학계를 전환함으로써, 측정물을 적분구에 배치한 상태를 유지한 채로, 표준 PL 스펙트럼의 측정과 외부 양자 효율의 측정을 동일한 장치 내에서 실시할 수 있다.

전환부는 피측정광의 광축 상에 진퇴 가능하게 배치된 감쇠 소자를 포함하여 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 광 검출기에서의 피측정광의 포화를 바람직하게 방지할 수 있다.

본 개시에 의하면, 적분구에 측정물을 배치한 채의 상태에서 측정물의 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 측정 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 외부 양자 효율의 산출 수법을 나타내는 도면이다.
도 3은 표준 PL 스펙트럼의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 분리 광학 소자의 구성의 일례를 나타내는 모식적인 도면이다.
도 5는 표준 PL 스펙트럼 측정에 있어서의 여기 광학계와 제1 검출 광학계의 광학적인 접속 상태를 나타내는 모식적인 도면이다.
도 6은 전환부의 구성의 일례를 나타내는 모식적인 도면이다.
도 7은 도 1에 나타낸 측정 장치를 이용한 ODPL 측정의 순서도이다.
도 8은 준비 스텝의 순서도이다.
도 9는 표준 PL 스펙트럼 측정 스텝의 순서도이다.
도 10은 외부 양자 효율 측정 스텝의 순서도이다.
도 11은 내부 양자 효율 산출 스텝의 순서도이다.
도 12는 표준 PL 스펙트럼 측정에 있어서의 여기 광학계와 제1 검출 광학계의 광학적인 접속 상태의 변형예를 나타내는 모식적인 도면이다.
도 13은 표준 PL 스펙트럼 측정에 있어서의 여기 광학계와 제1 검출 광학계의 광학적인 접속 상태의 별개의 변형예를 나타내는 모식적인 도면이다.
도 14는 전환부의 구성의 별개의 예를 나타내는 모식적인 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 개시의 일 측면에 따른 측정 장치의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.

［측정 장치의 개략］

도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 측정 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 동 도면에 나타내는 측정 장치(1)는, 예를 들면 측정물(S)의 비파괴 검사를 행하는 장치로서 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 측정물(S)로서, 화합물 반도체 결정을 예시한다. 보다 구체적으로는, 측정물(S)은 질화 갈륨(GaN) 반도체 결정이다. GaN 반도체는 가시/자외의 발광 디바이스 외, 고주파 디바이스, 파워 디바이스로의 응용이 기대되는 재료이다. GaN 반도체를 이용한 디바이스의 특성은, 관통 전위(轉位)와 같은 구조 결함, 점 결함, 미량 불순물의 혼입에 의해서 크게 영향을 받는 것이 알려져 있다. 측정 장치(1)는 디바이스의 수율을 개선하여, 양산화를 추진할 수 있도록, GaN 반도체 결정의 구조 결함의 분포 및 결함의 정량성의 쌍방을 검사하는 장치로서 구성되어 있다.

측정 장치(1)에서는, GaN 반도체 결정의 구조 결함의 분포 및 결함의 정량성의 쌍방을 검사할 때, 측정물(S)에 대한 전방위 포토루미네선스 측정(이하 「ODPL 측정」이라고 기재함)을 실시한다. ODPL 측정에서는, 전단의 스텝으로서, 적분구를 이용한 측정물(S)의 외부 양자 효율(EQE)의 측정을 실시한다. 또, 후단의 스텝으로서, 측정물(S)의 표준 포토루미네선스 스펙트럼(이하 「표준 PL 스펙트럼」이라고 기재함)을 이용한 측정물(S)의 내부 양자 효율(IQE)의 산출을 실시한다.

외부 양자 효율은 측정물에서 흡수된 여기광의 포톤수에 대한 측정물의 외부로 방출된 발광 포톤수의 비율이다. 도 2에 나타내는 그래프는, 적분구에 샘플을 배치하지 않은 상태에서 여기광을 적분구에 입력했을 경우에 적분구로부터 출력되는 피측정광의 스펙트럼(도 2의 그래프 A)과, 적분구에 샘플을 배치한 상태에서 여기광을 적분구에 입력했을 경우에 적분구로부터 출력되는 피측정광의 스펙트럼(도 2의 그래프 B)을 일례로서 나타낸 것이다. 측정물에서 흡수된 여기광의 포톤수는, 여기광의 파장 영역에 있어서의 그래프 A의 스펙트럼과 그래프 B의 스펙트럼의 차분(도 2의 영역 D1)에 상당한다. 측정물의 외부로 방출된 발광 포톤수는, 피측정광의 발광 파장 영역에 있어서의 그래프 A의 스펙트럼과 그래프 B의 스펙트럼의 차분(도 2의 영역 D2)에 상당한다.

내부 양자 효율은, 측정물에서 흡수된 여기광의 포톤수에 대한 측정물에서 발생한 발광 포톤수의 비율이다. 내부 양자 효율에 측정물로부터의 광 취출 효율의 영향을 고려한 것이 외부 양자 효율이 된다. 측정물로부터의 광 취출 효율은, 해당 측정물의 재료에 의해서 정해지는 이미 알려진 값이다. 예를 들면 GaN 결정의 광 취출 효율은, 2.55%라고 추측된다(상기 비특허 문헌 2 참조).

따라서, 측정물(S)의 표준 PL 스펙트럼과 외부 양자 효율이 얻어지면, 측정물(S)의 내부 양자 효율을 도출할 수 있다. 예를 들면 GaN 결정에서는, 결정성이 높고, 결함수가 적은 재료일수록 내부 양자 효율이 높아지는 경향을 볼 수 있다(예를 들면 상술한 비특허 문헌 1 참조). 즉, 내부 양자 효율은, 그 재료의 결정 품질을 직접 반영하고 있는 것으로, 웨이퍼 제조시에 웨이퍼 재료의 결정 품질을 평가함으로써, 디바이스의 수명이나 성능에 연결되는 인자의 평가가 가능해진다.

내부 양자 효율의 산출에는, 측정물의 표준 PL 스펙트럼의 측정이 필요하다. 적분구를 이용한 측정은, 해당 적분구에 입사된 광 및 측정물(S)로부터 발생한 전방위의 광을 검출하게 된다. 적분구를 이용하여 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시하려고 했을 경우, 예를 들면 도 3에 나타내는 것처럼, 전방위의 발광을 검출하기 때문에, 표준 PL 스펙트럼이 본래 가지는 피크(도 3의 피크 A) 외에 스펙트럼의 피크(도 3의 피크 B)가 생겨 버리게 된다. 이 때문에, 일반적으로는, 측정물의 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 때에 적분구는 이용되고 있지 않다. 이것에 대해, 측정 장치(1)에서는, 측정의 편리성의 관점으로부터, 적분구에 측정물(S)을 배치한 채의 상태에서 측정물(S)의 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 수 있도록 구성에 고안이 이루어져 있다. 이하, 이 측정 장치(1)의 구성에 대해 상술한다.

［측정 장치의 구성］

측정 장치(1)는, 도 1에 나타내는 것처럼, 여기광원(2)과, 여기 광학계(3)와, 적분구(4)와, XY 스테이지(5)와, 광 검출기(6)와, 제1 검출 광학계(7)와, 제2 검출 광학계(8)와, 연산부(12)를 구비하여 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는 금속 등의 부재에 의해서 구성된 하우징(13) 내에, 여기 광학계(3), 적분구(4), 광 검출기(6), 제1 검출 광학계(7), 및 제2 검출 광학계(8)가 수용되어 있다. 여기광원(2), XY 스테이지(5), 및 연산부(12)는, 하우징(13)에 대해서 외부 장착이 되어 있다.

여기광원(2)은 측정물(S)에 대한 여기광(L1)을 출력하는 장치이다. 여기광원(2)은 코히런트 광원 및 인코히렌트 광원 중 어느 것이어도 된다. 코히런트 광원으로서는, 예를 들면 엑시머 레이저(파장 193nm), YAG 레이저 제2 고조파(파장 532nm), YAG 레이저 제4 고조파(파장 266nm), 반도체 레이저(예를 들면 InGaN 반도체 레이저(파장 375nm~530nm), 적색 반도체 레이저, 적외 반도체 레이저), 반도체 여기 전고체 UV 레이저(파장 320nm), HeCd 레이저(파장 325nm) 등을 이용할 수 있다. 인코히렌트 광원으로서는, 예를 들면 수은 램프(파장 365nm), LED 광원 등을 이용할 수 있다. 여기광원(2)으로부터 출력되는 여기광(L1)은, 펄스광 및 CW광 중 어느 것이어도 된다. 측정물(S)이 GaN 반도체 결정인 경우, 여기광원(2)으로서는, 상기 광원 중, 예를 들면 YAG 레이저 제4 고조파(파장 266nm), 반도체 여기 전고체 UV 레이저(파장 320nm), HeCd 레이저(파장 325nm) 등이 이용된다.

여기 광학계(3)는 측정물(S)을 향해서 여기광(L1)을 도광하는 광학계이다. 여기 광학계(3)는, 예를 들면 가변 감쇠 필터(16)와, 미러(17)와, 분리 광학 소자(18)와, 렌즈(19)(제1 집광 소자)를 포함하여 구성되어 있다. 가변 감쇠 필터(16)는 측정물(S)에 조사하는 여기광(L1)의 강도를 변화시키기 위한 소자이며, 측정물(S)을 향하는 여기광(L1)의 강도를 조정한다.

분리 광학 소자(18)는 측정물(S)을 향하는 여기광(L1)의 광축과, 여기광(L1)의 조사에 의해서 측정물(S)에서 생긴 피측정광(L2)의 광축을 분리하는 소자이다. 본 실시 형태에서는, 분리 광학 소자(18)는 도 4에 나타내는 것처럼, 이른바 천공 미러에 의해서 구성되어 있고, 여기광(L1)을 통과시키는 개구부(21)와, 후술의 피측정광(L2)을 반사하는 반사면(22)을 가지고 있다. 반사면(22)에 있어서, 피측정광(L2)은 개구부(21)로부터 어긋난 위치에서 반사된다. 이것에 의해, 측정물(S)을 향하는 여기광(L1)의 광축과, 적분구(4)로부터 출력되어 광 검출기(6)를 향하는 피측정광(L2)의 광축이 분리된다.

렌즈(19)는, 예를 들면 볼록 렌즈에 의해서 구성되어 있다. 렌즈(19)는 적분구(4)를 향하는 여기광(L1)을 측정물(S)의 표면에 집광시킨다. 즉, 렌즈(19)는 적분구(4) 내의 측정물(S) 상에 여기광(L1)의 조사 스폿(La)(도 5 참조)을 형성한다. 또, 렌즈(19)는 적분구(4)로부터의 피측정광(L2)을 평행광화한다.

적분구(4)는 반사 코팅이 실시된 구체 내벽에서 광을 확산 반사시켜 공간적으로 적분하는 장치이다. 적분구(4)의 형상은, 구 모양으로 한정되지 않고, 반구 모양이어도 된다. 적분구(4)의 내부에는, 측정물(S)이 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, XY 스테이지(5)에 접속된 암(23)의 선단 부분이 적분구(4)의 내부로 연장되어 있고, 해당 암(23)의 선단 부분에 측정물(S)이 유지되어 있다. 이것에 의해, 측정물(S)은 적분구(4)의 내부에 있어서 XY면 면내 방향으로 주사 가능하게 되어 있다.

적분구(4)는 제1 포트(24) 및 제2 포트(25)를 가지고 있다. 제1 포트(24)는 XY 스테이지(5)에 의한 측정물(S)의 주사면(XY면)에 직교하는 방향으로 개구되어 있다. 제2 포트(25)는 제1 포트(24)의 개구 방향과 직교하는 방향(X방향 또는 Y방향)으로 개구되어 있다. 본 실시 형태에서는, 제1 포트(24)가 표준 PL 스펙트럼 측정용의 포트로 되어 있고, 제2 포트(25)가 외부 양자 효율 측정용의 포트로 되어 있다. 표준 PL 스펙트럼 측정에서는, 여기 광학계(3)에 의해서 측정물(S)을 향하는 여기광(L1)과, 적분구(4) 내의 측정물(S)에서 생긴 피측정광(L2)이, 모두 적분구(4)의 제1 포트(24)를 통과하도록 되어 있다. 외부 양자 효율 측정에서는, 여기 광학계(3)에 의해서 측정물(S)을 향하는 여기광(L1)이 제1 포트(24)를 통과하고, 적분구(4) 내에서 확산 반사된 피측정광(L2)이 제2 포트(25)를 통과하도록 되어 있다.

광 검출기(6)는 여기광(L1)의 조사에 의해서 적분구(4) 내의 측정물(S)에서 생긴 피측정광(L2)을 검출하는 장치이다. 광 검출기(6)는 전환부(31)를 통해서, 제1 검출 광학계(7) 및 제2 검출 광학계(8)의 일방에 대해서 광학적으로 접속되어 있다. 광 검출기(6)로서는, 예를 들면 CMOS, CCD, EM－CCD, 광전자 증배관, SiPM(MPPC), APD(SPAD), 포토 다이오드(어레이 모양의 것도 포함함) 등을 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 광 검출기(6)는 BT－CCD(이면 입사형 CCD를 내장한 멀티 채널 광 검출기)에 의해서 구성되어 있다. 광 검출기(6)는 검출 결과에 기초하는 신호를 연산부(12)에 출력한다. 광 검출기(6)에는, 피측정광(L2)의 포화를 억제하기 위한 소자(예를 들면 가변 감쇠 필터)가 내장되어 있어도 된다.

제1 검출 광학계(7)는, 표준 PL 스펙트럼 측정에 있어서, 적분구(4)로부터 광 검출기(6)를 향해서 피측정광(L2)을 도광하는 광학계이다. 제1 검출 광학계(7)는, 여기 광학계(3)와 공통의 렌즈(19) 및 분리 광학 소자(18)에 더하여, 다이클로익 미러(32)와, 미러(33)와, 렌즈(34)(제2 집광 소자)를 포함하여 구성되어 있다. 적분구(4)의 제1 포트(24)로부터 출력한 피측정광(L2)은, 제1 검출 광학계(7)에 의해서 도광되어, 광 검출기 입력단(35)을 통해서 광 검출기(6)에 입력된다.

도 5는 표준 PL 스펙트럼 측정에 있어서의 여기 광학계와 제1 검출 광학계의 광학적인 접속 상태를 나타내는 모식적인 도면이다. 동 도면에 나타내는 것처럼, 표준 PL 스펙트럼 측정에서는, 적분구(4)에 측정물(S)을 배치한 채의 상태에서 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 때, 측정물(S)을 향하는 여기광(L1)의 광축과, 여기광(L1)의 조사에 의해서 측정물(S)에서 생긴 피측정광(L2)의 광축이 상술한 분리 광학 소자(18)에 의해서 분리되어 있다. 이 때문에, 여기 광학계(3)에 있어서 렌즈(19)를 통해서 적분구(4) 내의 측정물(S)에 입사되는 여기광(L1)의 광축과, 제1 검출 광학계(7)에 있어서 적분구(4)로부터 출사되는 피측정광(L2)의 광축이 일정한 각도를 가지고 비스듬하게 교차한 상태로 되어 있다.

도 5의 예에서는, 측정물(S)에 입사되는 여기광(L1)의 광축이 측정물(S)의 표면(XY면)에 대해서 경사져 있고, 피측정광(L2)의 광축이 측정물(S)의 표면(XY면)에 대해서 수직으로 되어 있다. 측정물(S)로부터 생기는 피측정광(L2)의 배광 특성을 고려했을 경우, 도 5와 같이 법선 상의 PL 성분을 측정할 수 있는 양태로 하는 것이, 표준 PL 측정을 행할 때의 최적 배치가 된다. 피측정광(L2)의 광축이 측정물(S)의 표면에 대해서 수직인 경우, 측정물(S) 전체를 피사계 심도의 범위에 두는(초점이 맞아 있는 상태로 함) 것이 가능해짐과 아울러, 렌즈 등의 수차의 영향을 가장 받기 어려워진다. 한편, 여기광(L1)의 광축이 측정물(S)의 표면에 대해서 수직인 양태로 해도 된다. 이 경우, 피측정광(L2)의 광축은 측정물(S)의 표면에 대해서 경사지지만, 여기 광학계(3)에 시프트 렌즈나 틸트 렌즈를 이용함으로써, 측정물(S) 전체를 피사계 심도의 범위에 두는 것이 가능해져, PL 성분의 측정이 가능해진다. 이와 같이, 여기광(L1)의 광축과 피측정광(L2)의 광축이 비스듬하게 교차함으로써, 적분구(4) 내의 측정물(S)에서 반사된 여기광(L1)이 광 검출기(6)에서 직접 검출되는 것을 방지할 수 있다.

제1 검출 광학계(7)에는, 광 검출기(6)에 있어서의 피측정광(L2)의 검출 범위를 제한하는 개구부(36)가 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 광 검출기(6)는 파이버 입력형의 검출기로 되어 있다. 또, 광 검출기 입력단(35)은 광 파이버의 소선을 묶은 번들 파이버(37)에 의해서 구성되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 번들 파이버(37)의 단면(37a)이 광 검출기(6)에 있어서의 피측정광(L2)의 검출 범위를 제한하는 개구부(36)에 상당한다.

도 5에 나타내는 것처럼, 측정물(S)을 향하는 여기광(L1)은, 렌즈(19)에 의해서 집광되어, 측정물(S)의 표면에 결상된다. 여기광(L1)의 조사에 의해서 측정물(S)에서 생긴 피측정광(L2)은, 렌즈(19)에 의해서 평행광화된 후, 렌즈(34)에 의해서 집광되어, 번들 파이버(37)의 단면(37a)(개구부(36))에 결상된다. 즉, 측정물(S) 상의 여기광(L1)의 조사 스폿(La)과 개구부(36)는, 광학적으로 공역인 관계로 되어 있다. 조사 스폿(La)과 개구부(36)가 광학적으로 공역인 관계로 되어 있음으로써, 적분구(4) 내에서의 다중 산란의 영향을 억제할 수 있고, 여기광(L1)의 입사에 의해서 측정물(S)의 표면에서 발생한 피측정광(L2)만을 적분구(4)로부터 취출하여 검출하는 것이 가능해진다. 따라서, 측정 장치(1)에서는, 적분구(4)에 측정물(S)을 배치한 채의 상태에서 측정물(S)의 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 수 있다.

제2 검출 광학계(8)는, 외부 양자 효율 측정에 있어서, 적분구(4) 내에서 확산 반사된 피측정광(L2)을 적분구(4)로부터 광 검출기(6)를 향해서 도광하는 광학계이다. 제2 검출 광학계(8)에서는, 적분구(4)의 제2 포트(25)로부터 출력한 피측정광(L2)은, 제1 검출 광학계(7)와는 별개의 광 검출기 입력단(38)을 통해서 광 검출기(6)에 입력된다. 광 검출기 입력단(38)은, 예를 들면 제1 검출 광학계(7)의 광 검출기 입력단(35)과 마찬가지로, 광 파이버의 소선을 묶은 번들 파이버(39)(도 6 참조)에 의해서 구성되어 있다.

전환부(31)는, 광 검출기(6)에 대해서 제1 검출 광학계(7) 및 제2 검출 광학계(8)의 일방을 광학적으로 접속하는 부분이다. 전환부(31)는, 예를 들면 도 6에 나타내는 것처럼, 한 쌍의 라이트 가이드(41A, 41B)와, 비축(off-axis) 포물면 미러(42)를 포함하여 구성되어 있다. 라이트 가이드(41A)에는, 제1 검출 광학계(7)측의 광 검출기 입력단(35)(번들 파이버(37))이 광학적으로 접속되어 있다. 라이트 가이드(41B)에는, 제2 검출 광학계(8)측의 광 검출기 입력단(38)(번들 파이버(39))이 광학적으로 접속되어 있다. 비축 포물면 미러(42)는, 예를 들면 스텝 모터 등의 구동 수단에 의해서 반사면의 방향이 가변으로 되어 있다. 비축 포물면 미러(42)가 라이트 가이드(41A, 41B)의 일방과 광학적으로 결합함으로써, 라이트 가이드(41A)로부터의 여기광(L1) 및 라이트 가이드(41B)로부터의 여기광(L1)의 일방만이 광 검출기(6)를 향해서 도광된다.

연산부(12)는 광 검출기(6)로부터 출력되는 신호에 기초하여, 측정물(S)의 외부 양자 효율 및 내부 양자 효율을 산출하는 부분이다. 물리적으로는, RAM, ROM 등의 메모리, CPU 등의 프로세서(연산 회로), 통신 인터페이스, 하드 디스크 등의 격납부, 디스플레이 등의 표시부를 구비하여 구성된 컴퓨터 시스템이다. 컴퓨터 시스템으로서는, 예를 들면 퍼스널 컴퓨터, 클라우드 서버, 스마트 디바이스(스마트 폰, 태블릿 단말 등) 등을 들 수 있다. 연산부(12)는 PLC(programmable logic controller)에 의해서 구성되어 있어도 되고, FPGA(Field-programmable gate array) 등의 집적 회로에 의해서 구성되어 있어도 된다.

연산부(12)는, 표준 PL 스펙트럼 측정에 있어서, 광 검출기(6)로부터 출력되는 신호에 기초하여 표준 PL 스펙트럼의 측정 데이터를 생성하여, 해당 측정 데이터를 격납부에 저장한다. 연산부(12)는, 외부 양자 효율 측정에 있어서, 광 검출기(6)로부터 출력되는 신호(측정 신호 및 레퍼런스 신호)에 기초하여 측정물(S)의 외부 양자 효율을 산출하여, 산출 데이터를 격납부에 저장한다. 또, 연산부(12)는 표준 PL 스펙트럼의 측정 데이터와 외부 양자 효율의 산출 데이터에 기초하여 측정물(S)의 내부 양자 효율을 산출하고, 산출 데이터를 격납부에 저장한다. 연산부(12)는 얻어진 표준 PL 스펙트럼의 측정 데이터, 외부 양자 효율의 산출 데이터, 및 내부 양자 효율의 산출 데이터를 모니터 등에 출력해도 된다.

［측정 장치를 이용한 ODPL 측정의 실시 절차］

도 7은 측정 장치를 이용한 ODPL 측정의 순서도이다. 동 도면에 나타내는 것처럼, 측정 장치(1)를 이용한 ODPL 측정에서는, 준비 스텝(스텝 S01), 표준 PL 스펙트럼 측정 스텝(스텝 S02), 외부 양자 효율 측정 스텝(스텝 S03), 내부 양자 효율 산출 스텝(스텝 S04)을 차례로 실시한다.

준비 스텝 S01에서는, 도 8에 나타내는 것처럼, 먼저, 전환부(31)의 설정을 행한다(스텝 S11). 여기에서는, 전환부(31)의 비축 포물면 미러(42)를 구동하여, 광 검출기(6)에 대해서 제2 검출 광학계(8)를 광학적으로 접속한다. 다음으로, 여기광원(2)으로부터 여기광(L1)을 출력하고(스텝 S12), 여기광(L1)의 강도의 조정을 행한다(스텝 S13). 여기광(L1)의 강도의 조정은, 여기광(L1)의 입사에 의해서 적분구(4)로부터 출력되는 광이 광 검출기(6)에서 포화되지 않도록, 가변 감쇠 필터(16) 혹은 광 검출기(6)에 내장되는 가변 감쇠 필터 등을 조정함으로써 실시된다. 여기광(L1)의 강도의 조정 후, 여기광(L1)의 출력을 정지한다(스텝 S14). 그리고, XY 스테이지(5)의 암(23)을 적분구(4)로부터 분리시키고 나서 측정물(S)을 유지하고, 암(23)에 유지된 상태에서 측정물(S)을 적분구(4) 내에 배치한다(스텝 S15).

표준 PL 스펙트럼 측정 스텝 S02에서는, 도 9에 나타내는 것처럼, 먼저, 전환부(31)의 설정을 행한다(스텝 S21). 여기에서는, 전환부(31)의 비축 포물면 미러(42)를 구동하여, 광 검출기(6)에 대해서 제1 검출 광학계(7)를 광학적으로 접속한다. 다음으로, 여기광원(2)으로부터 여기광(L1)을 출력하여 적분구(4) 내의 측정물(S)에 여기광(L1)을 입사시켜(스텝 S22), 광 검출기(6)의 노광 시간의 설정을 행한다(스텝 S23). 광 검출기(6)의 노광 시간을 설정한 후, 여기광(L1)의 조사에 의해서 적분구(4)의 제1 포트(24)로부터 출력되는 피측정광(L2)을 제1 검출 광학계(7)에 의해서 광 검출기(6)로 도광하여, 측정물(S)의 표준 PL 스펙트럼 측정을 실시한다(스텝 S24). 측정 종료 후, 여기광의 출력을 정지하고(스텝 S25), 측정 데이터를 저장한다(스텝 S26).

외부 양자 효율 측정 스텝 S03에서는, 도 10에 나타내는 것처럼, 먼저, 전환부(31)의 설정을 행한다(스텝 S31). 여기에서는, 전환부(31)의 비축 포물면 미러(42)를 구동하여, 광 검출기(6)에 대해서 제2 검출 광학계(8)를 광학적으로 접속한다. 다음으로, 여기광원(2)으로부터 여기광(L1)을 출력하여 적분구(4) 내의 측정물(S)에 여기광(L1)을 입사시켜(스텝 S32), 광 검출기(6)의 노광 시간의 설정을 행한다(스텝 S33). 광 검출기(6)의 노광 시간을 설정한 후, 여기광(L1)의 조사에 의해서 적분구(4)의 제2 포트(25)로부터 출력되는 피측정광(L2)을 제2 검출 광학계(8)에 의해서 광 검출기(6)로 도광하여, 확산 반사광의 측정을 실시한다(스텝 S34). 측정 종료 후, 여기광(L1)의 출력을 정지하고(스텝 S35), 적분구(4)로부터 측정물(S)을 취출한다(스텝 S36).

측정물(S)을 취출한 후, 다시 여기광(L1)의 출력을 개시하여(스텝 S37), 레퍼런스 측정을 실시한다(스텝 S38). 레퍼런스 측정에서는, 적분구(4)에 측정물(S)을 배치하지 않는 상태에서, 적분구(4)의 제2 포트(25)로부터 출력되는 피측정광(L2)을 제2 검출 광학계(8)에 의해서 광 검출기(6)로 도광하여, 확산 반사광의 측정을 실시한다(스텝 S38). 측정 종료 후, 여기광(L1)의 출력을 정지한다(스텝 S39). 그 후, 스텝 S34의 측정 결과와 스텝 S38의 측정 결과에 기초하여, 측정물(S)에서 흡수된 여기광(L1)의 포톤수에 대한 측정물(S)의 외부로 방출된 발광 포톤수의 비율을 산출한다. 이것에 의해, 측정물(S)의 외부 양자 효율을 산출하고(스텝 S40), 산출 데이터를 저장한다(스텝 S41).

내부 양자 효율 산출 스텝 S04에서는, 도 11에 나타내는 것처럼, 스텝 S26에서 저장한 표준 PL 스펙트럼 측정의 측정 데이터와, 스텝 S41에서 저장한 외부 양자 효율의 산출 데이터를 각각 판독한다(스텝 S51). 다음으로, 판독을 행한 표준 PL 스펙트럼 측정의 측정 데이터와, 외부 양자 효율의 산출 데이터와, 재료에 의해서 이미 알려진 측정물(S)의 광 취출 효율에 기초하여, 측정물(S)의 내부 양자 효율을 산출한다(스텝 S52). 산출 데이터를 저장하고, 처리가 완료된다(스텝 S53).

［측정 장치의 작용 효과］

이상 설명한 것처럼, 이 측정 장치(1)에서는, 여기 광학계(3)에 있어서 적분구(4) 내의 측정물(S)에 입사되는 여기광(L1)의 광축과, 제1 검출 광학계(7)에 있어서 적분구(4)로부터 출사되는 피측정광(L2)의 광축이 분리 광학 소자(18)와 렌즈(19)에 의해서 비스듬하게 교차되어 있다. 이것에 의해, 적분구(4) 내의 측정물(S)에서 반사된 여기광(L1)이 광 검출기(6)에서 직접 검출되는 것을 방지할 수 있다. 또, 이 측정 장치(1)에서는, 적분구(4) 내에 배치된 측정물(S) 상의 여기광(L1)의 조사 스폿(La)과, 제1 검출 광학계(7)에 배치된 개구부(36)가 렌즈(19)와 렌즈(34)에 의해서 광학적으로 공역인 관계로 되어 있다. 이것에 의해, 적분구(4) 내에서의 다중 산란의 영향을 억제할 수 있어, 여기광(L1)의 입사에 의해서 측정물(S)의 표면에서 발생한 피측정광(L2)만을 적분구(4)로부터 취출하여 검출하는 것이 가능해진다. 따라서, 이 측정 장치(1)에서는, 적분구(4)에 측정물(S)을 배치한 채의 상태에서 측정물(S)의 표준 PL 스펙트럼의 측정을 실시할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 분리 광학 소자(18)는 여기광(L1)을 통과시키는 개구부(21)와, 피측정광(L2)을 반사하는 반사면(22)을 가지는 천공 미러에 의해서 구성되어 있다. 이 경우, 분리 광학 소자(18)를 간편하게 구성할 수 있다. 또, 필터 등을 이용하여 여기광(L1)의 광축과 피측정광(L2)의 광축을 분리하는 경우에 비해, 여기광(L1)의 강도나 피측정광(L2)의 강도의 불필요한 감쇠를 회피할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 적분구(4)에 입사되는 여기광(L1)의 광축이 측정물(S)의 표면에 대해서 경사져 있고, 적분구(4)로부터 출사되는 피측정광(L2)의 광축이 측정물(S)의 표면에 대해서 수직으로 되어 있다. 이 경우, 피측정광(L2)을 광 검출기(6)로 도광하는 제1 검출 광학계(7)의 구축이 용이해진다.

본 실시 형태에서는, 측정 장치(1)는 적분구(4) 내에서 확산 반사된 피측정광(L2)을 적분구(4)로부터 광 검출기(6)를 향해서 도광하는 제2 검출 광학계(8)와, 광 검출기(6)에 대해서 제1 검출 광학계(7) 및 제2 검출 광학계(8)의 일방을 광학적으로 접속하는 전환부(31)를 더 구비하고 있다. 이 경우, 제2 검출 광학계(8)를 이용하여 적분구(4) 내에서 확산 반사된 피측정광(L2)을 적분구(4)로부터 광 검출기(6)를 향해서 도광함으로써, 적분구(4)를 이용한 측정물(S)의 외부 양자 효율의 측정을 실시할 수 있다. 전환부(31)에 의해서 광 검출기(6)와 접속되는 광학계를 전환함으로써, 측정물(S)을 적분구(4)에 배치한 상태를 유지한 채로, 표준 PL 스펙트럼의 측정과 외부 양자 효율의 측정을 동일한 장치 내에서 실시할 수 있다.

［변형예］

본 개시는 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태에서는, 적분구(4)에 입사되는 여기광(L1)의 광축이 측정물(S)의 표면에 대해서 경사져 있고, 적분구(4)로부터 출사되는 피측정광(L2)의 광축이 측정물(S)의 표면에 대해서 수직으로 되어 있는 양태를 예시했다. 그렇지만, 여기광(L1)의 광축 및 피측정광(L2)의 광축의 경사의 관계는, 반전되어 있어도 된다. 즉, 도 12에 나타내는 것처럼, 적분구(4)에 입사되는 여기광(L1)의 광축이 측정물(S)의 표면에 대해서 수직으로 되어 있고, 적분구(4)로부터 출사되는 피측정광(L2)의 광축이 측정물(S)의 표면에 대해서 경사져 있어도 된다. 이 경우, 적분구(4) 내의 측정물(S)로 여기광(L1)을 도광하는 여기 광학계(3)의 구축이 용이해진다.

또 본 변형예에서는, 렌즈(19)는 해당 렌즈(19)의 초점 심도 내에 측정물(S)의 표면이 위치하도록 배치되어 있다. 렌즈(19)로서는, 피사계 심도가 깊은 렌즈나, 틸트 렌즈, 시프트 렌즈를 이용해도 된다. 이 경우, 측정물(S)의 표면 상에 있어서, 광 검출기(6)에 의한 검출 범위의 전체에 초점을 맞추는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 피측정광(L2)의 광축이 측정물(S)의 표면에 대해서 경사지는 경우에도, 측정물(S)에 초점을 맞추는 것이 용이해진다.

또, 적분구(4)를 대신하여, 적분 반구(4A)를 이용해도 된다. 도 13의 예에서는, 적분 반구(4A)는 제1 포트(24A) 및 제2 포트(25A)를 가지고 있다. 제1 포트(24A)는 XY 스테이지(5)에 의한 측정물(S)의 주사면(XY면)에 경사지는 방향으로 개구되어 있다. 제2 포트(25A)는 XY 스테이지(5)에 의한 측정물(S)의 주사면(XY면)에 수직인 방향으로 개구되어 있다.

도 13의 예에서는, 여기 광학계(3)에 의해서 측정물(S)을 향하는 여기광(L1)은, 렌즈(51)에 의해서 집광되어, 적분 반구(4A)의 제1 포트(24A)를 통과하여 적분 반구(4A) 내에 입사한다. 또, 적분 반구(4A) 내의 측정물(S)에서 생긴 피측정광(L2)은, 적분 반구(4A)의 제2 포트(25A)를 통과하여 적분 반구(4A)로부터 출사되어, 렌즈(52)에 의해서 평행광화된다. 이러한 구성에 의해서도, 여기 광학계(3)에 있어서 적분 반구(4A) 내의 측정물(S)에 입사되는 여기광(L1)의 광축과, 제1 검출 광학계(7)에 있어서 적분 반구(4A)로부터 출사되는 피측정광(L2)의 광축을, 분리 광학 소자(18)와 렌즈(51)에 의해서 비스듬하게 교차시킬 수 있다.

또, 전환부(31)의 구성에 대해서도, 다른 양태를 취할 수 있다. 도 14는 전환부의 구성의 별개의 예를 나타내는 모식적인 도면이다. 본 변형예에 따른 전환부(61)는, 기체부(71)와, 입력부(72)와, 필터 유닛(73)(감쇠 소자)과, 출력부(74)를 가지고 있다. 기체부(71)는, 예를 들면 직사각형의 판 모양을 이루고 있고, 입력부(72A, 72B)측으로부터 출력부(74)측을 향해 일 방향으로 연장되어 있다.

입력부(72)에는, 한 쌍의 입력 단자(75A, 75B)와, 한 쌍의 미러(76, 77)가 마련되어 있다. 입력 단자(75A)에는, 제1 검출 광학계(7)측의 광 검출기 입력단(35)(번들 파이버(37))이 광학적으로 접속되는 입력 단자(75B)에는, 제2 검출 광학계(8)측의 광 검출기 입력단(38)(번들 파이버(39))이 광학적으로 접속된다.

필터 유닛(73)은 입력부(72)와 출력부(74)의 사이에 배치되어 있다. 필터 유닛(73)은 감광(減光) 필터 유닛(81)과, 로우패스 필터 유닛(82)에 의해서 구성되어 있다. 감광 필터 유닛(81)은, 예를 들면 감광도가 상이한 3개의 감광 필터(81A~81C)를 가지고 있다. 로우패스 필터 유닛(82)은, 예를 들면 컷 파장이 상이한 3개의 로우패스 필터(82A~82C)를 가지고 있다. 출력부(74)에는 출력 단자(83)와, 미러(84)가 마련되어 있다. 출력 단자(83)는 광 검출기(6)에 광학적으로 접속된다.

입력부(72), 감광 필터 유닛(81), 및 로우패스 필터 유닛(82)은, 예를 들면 기체부(71)의 연재(延在) 방향에 직교하는 방향으로 슬라이드 가능하게 되어 있다. 입력부(72)의 슬라이드에 의해, 미러(76) 및 미러(77) 중 일방이 출력부(74)의 미러(84)와 광학적으로 접속된다. 이것에 의해, 입력 단자(75A)로부터의 피측정광(L2) 및 입력 단자(75B)로부터의 피측정광(L2)의 일방만이 광 검출기(6)를 향해서 도광된다.

또, 감광 필터 유닛(81) 및 로우패스 필터 유닛(82)의 슬라이드에 의해, 감광 필터(81A~81C) 및 로우패스 필터(82A~82C)가 입력부(72)와 출력부(74) 사이의 피측정광(L2)의 광축 상에 진퇴 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 출력 단자(83)로부터 출력되는 피측정광(L2)의 강도를 다단계로 조정하는 것이 가능해져, 광 검출기(6)에서의 피측정광(L2)의 포화를 바람직하게 방지할 수 있다.

1…측정 장치 2…여기광원
3…여기 광학계 4…적분구
6…광 검출기 7…제1 검출 광학계
8…제2 검출 광학계 18…분리 광학 소자
19, 51…렌즈(제1 집광 소자) 21…개구부
22…반사면 31, 61…전환부
34…렌즈(제2 집광 소자) 36…개구부
73…필터 유닛(감쇠 소자) L1…여기광
L2…피측정광 La…조사 스폿
S…측정물

Claims

여기광을 출력하는 여기광원과,
측정물이 내부에 배치되는 적분구와,
상기 적분구에 배치된 상기 측정물을 향해서 상기 여기광을 도광하는 여기 광학계와,
상기 여기광의 조사에 의해서 상기 적분구 내의 상기 측정물에서 생긴 피측정광을 검출하는 광 검출기와,
상기 적분구로부터 상기 광 검출기를 향해서 상기 피측정광을 도광하는 제1 검출 광학계를 구비하고,
상기 제1 검출 광학계는, 상기 광 검출기에 있어서의 상기 피측정광의 검출 범위를 제한하는 개구부를 가지고,
상기 여기 광학계 및 상기 제1 검출 광학계는, 상기 적분구 내의 상기 측정물을 향하는 상기 여기광의 광축과, 상기 적분구로부터 출력하여 상기 광 검출기를 향하는 상기 피측정광의 광축을 분리하는 분리 광학 소자와,
상기 측정물 상에 상기 여기광의 조사 스폿을 형성하는 제1 집광 소자와,
상기 개구부에 상기 피측정광을 집광하는 제2 집광 소자를 가지고,
상기 여기 광학계에 있어서 상기 적분구 내의 상기 측정물에 입사되는 상기 여기광의 광축과, 상기 제1 검출 광학계에 있어서 상기 적분구로부터 출사되는 상기 피측정광의 광축은, 상기 분리 광학 소자와 상기 제1 집광 소자에 의해서 비스듬하게 교차하고,
상기 측정물 상의 상기 여기광의 조사 스폿과 상기 개구부는, 상기 제1 집광 소자와 상기 제2 집광 소자에 의해서 광학적으로 공역인 관계로 되어 있는 측정 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 분리 광학 소자는 상기 여기광을 통과시키는 개구부와, 상기 피측정광을 반사하는 반사면을 가지는 천공 미러에 의해서 구성되어 있는 측정 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 적분구에 입사되는 여기광의 광축이 상기 측정물의 표면에 대해서 경사져 있고, 상기 적분구로부터 출사되는 상기 피측정광의 광축이 상기 측정물의 표면에 대해서 수직으로 되어 있는 측정 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
적분구에 입사되는 여기광의 광축이 측정물의 표면에 대해서 수직으로 되어 있고, 적분구로부터 출사되는 피측정광의 광축이 측정물의 표면에 대해서 경사져 있는 측정 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 집광 소자는 해당 제1 집광 소자의 초점 심도 내에 상기 측정물의 표면이 위치하도록 배치되어 있는 측정 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적분구 내에서 확산 반사된 상기 피측정광을 상기 적분구로부터 상기 광 검출기를 향해서 도광하는 제2 검출 광학계와,
상기 광 검출기에 대해서 상기 제1 검출 광학계 및 상기 제2 검출 광학계 중 일방을 광학적으로 접속하는 전환부를 더 구비하는 측정 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 전환부는 상기 피측정광의 광축 상에 진퇴 가능하게 배치된 감쇠 소자를 포함하여 구성되어 있는 측정 장치.