JP3343795B2 - 偏光解析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料からの反射光束ま
たは透過光束の偏光状態の変化から、試料の物理特性を
測定する偏向解析装置に関する。

【０００２】■

【従来の技術】光源からの光束を偏光子とコンペンセー
タとを通して所定の偏光状態に設定し、この光束を試料
に照射し、コンペンセータの方位角を所定の方位角に固
定し、偏光子と検光子の方位角を変化させることによ
り、試料からの反射光束に消光条件を設定し、試料の複
素屈折率、複屈折率、薄膜試料の膜厚などの物理特性を
測定する偏光解析装置は、従来から大学の研究室や企業
の研究部門では広く利用されている。この種の偏光解析
装置については、例えば光学的測定ハンドブック（朝倉
書店 １９８２年１０月１日）に内容が解説記載されて
いる。

【０００３】この種の偏光解析装置では、消光条件を定
めるために、偏光子及び検光子を交互に回転させて、完
全な消光状態が達成されるまでこの回転が繰り返され
る。通常は、先ず偏光子を方位角０°から９０°の範囲
にわたって回転させ、検出器に入る光量が最小の位置を
検出してその位置に偏光子を止め、次に、検光子を方位
角−９０°から９０°の範囲で回転させ、検出器に入る
光量が最小の位置に検光子を止める。そして、通常は、
この操作を５回から１０回繰り返し、最終的な消光点位
置に偏光子及び検光子を位置決め設定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の偏光解析装置で
は、前述のように、偏光子と検光子とを５回から１０回
回転させて、最終的な消光点位置を設定するが、偏光子
や検光子はプリズムを使用した光学素子であり、慣性が
大きく且つ光軸調整のために精密なあおり機構に搭載さ
れて回転するので、高速回転をさせることはできず、消
光操作に時間がかかるという問題がある。

【０００５】また、この種の偏光解析装置では、系統誤
差を補正するために、一点の測定において、２箇所ない
し４箇所の異なる領域（ゾーン）の消光点を求める必要
があり、装置設計に測定時間短縮のための技術が取り入
れられいるにもかかわらず、一点の測定に数１０秒を要
している。

【０００６】この種の偏光解析装置では、消光条件を求
めた後に、各光学素子の方位角を基に、解析演算を行な
って試料の特性値を得て測定を終了するが、この解析演
算は、近年のコンピュータの性能向上によって、瞬時に
実行可能であり、所要測定時間の殆どは、消光条件の設
定に費やされている。また、より高精度の測定を行なう
ために消光点をより正確に求めようとすると、消光動作
の繰り返し回数を増加させることが必要で、さらに測定
時間が長くなる。

【０００７】この場合、オペレータが予想される試料の
光学特性を、事前に偏光解析装置に入力し、予想消光位
置に光学素子を移動させておくことも可能ではあるが、
一般には、試料の光学特性を調査して入力する時間がか
なりかかり、実質的に偏光解析時間の短縮にはならない
ことが多い。このために、この種の偏光解析装置は、研
究開発の分野では広く有用に利用されているが、生産現
場での製品検査に利用されるには至っていない。

【０００８】本発明は、前述したようなこの種の偏光解
析装置の現状に鑑みてなされたものであり、その目的
は、消光動作が短時間で行なわれ、試料の偏光解析を適
確且つ迅速に実行する偏光解析装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、光源からの光束を、偏光子
を通して所定の偏光状態に設定し、該光束を所定の入射
角で試料に照射し、前記試料からの反射光或いは透過光
を、コンペンセータと検光子とにより消光し、受光セン
サによって、試料での透過或いは反射により生じた偏光
状態の変化量を検出することにより、前記試料の物理特
性を測定する偏光解析装置において、前記コンペンセー
タと前記検光子との間に設けられ、前記コンペンセータ
から出射される光束の一部を分岐するビームスプリッタ
と、該ビームスプリッタにより分岐された光束の楕円率
を測定し、前記光束がほぼ直線偏光となる状態を検出す
る直線偏光検出手段と、該直線偏光検出手段の検出信号
に基づき、前記偏光子の方位角を、前記光束がほぼ直線
偏光となる方位角に設定する制御手段とを有することを
特徴とするものである。

【００１０】同様に前記目的を達成するために、請求項
２記載の発明は、光源からの光束を、偏光子とコンペン
セータとを通して所定の偏光状態に設定し、該光束を、
所定の入射角で試料に照射し、前記試料からの反射光或
いは透過光を、検光子により消光し、受光センサによっ
て、試料での透過或いは反射により生じた偏光状態の変
化量を検出することにより、前記試料の物理特性を測定
する偏光解析装置において、前記試料と前記検光子との
間に設けられ、前記コンペンセータから出射される光束
の一部を分岐するビームスプリッタと、該ビームスプリ
ッタにより分岐された光束の楕円率を測定し、前記光束
がほぼ直線偏光となる状態を検出する直線偏光検出手段
と、該直線偏光検出手段の検出信号に基づき、前記偏光
子の方位角を、前記光束がほぼ直線偏光となる方位角に
設定する制御手段とを有することを特徴とするものであ
る。

【００１１】同様に前記目的を達成するために、請求項
３記載発明は、請求項１または請求項２記載の発明にお
いて、前記直線偏光検出手段が、回転自在に保持され、
前記ビームスプリッタにより分岐された光束が入射され
るポラライザと、該ポラライザを回転駆動する駆動器
と、前記ポラライザの出射光の光量を測定する光量測定
器と、該光量測定器の出力信号の変動量を測定する変調
度測定器とからなることを特徴とするものである。

【００１２】同様に前記目的を達成するために、請求項
４記載発明は、請求項１または請求項２記載の発明にお
いて、前記直線偏光検出手段が、回転自在に保持され、
前記ビームスプリッタにより分岐された光束が入射され
る二分の一波長板と、該二分の一波長板を回転駆動する
駆動器と、前記二分の一波長板の後段に配設されるポラ
ライザと、該ポラライザの出射光の光量を測定する光量
測定器と、該光量測定器の出力信号の変動量を測定する
変調度測定器とからなることを特徴とするものである。

【００１３】同様に前記目的を達成するために、請求項
５記載発明は、請求項１または請求項２記載の発明にお
いて、前記直線偏光検出手段が、端面に反射鏡部が設け
られ、回転自在に保持され、前記ビームスプリッタによ
り分岐された光束が入射するポラライザと、該ポラライ
ザを回転駆動する駆動器と、前記端面での反射光の光量
を測定する光量測定器と、該光量測定器の出力信号の変
動量を測定する変調度測定器とからなることを特徴とす
るものである。

【００１４】同様に前記目的を達成するために、請求項
６記載発明は、請求項１または請求項２記載の発明にお
いて、前記直線偏光検出手段が、端面に反射鏡部が設け
られ、回転自在に保持され、前記ビームスプリッタによ
り分岐された光束が入射する四分の一波長板と、該四分
の一波長板を回転駆動する駆動器と、前記端面での反射
光が透過するポラライザと、該ポラライザの出射光の光
量を測定する光量測定器と、該光量測定器の出力信号の
変動量を測定する変調度測定器とからなることを特徴と
するものである。

【００１５】同様に前記目的を達成するために、請求項
７記載発明は、請求項１ないし請求項６の何れかに記載
の発明において、前記ビームスプリッタが、全反射プリ
ズムにより光路を変更する形式であり、前記直線偏光検
出手段の作動時に、前記制御手段の制御信号に基づい
て、前記ビームスプリッタを光路に挿入する挿入手段を
さらに有することを特徴とするものである。

【００１６】同様に前記目的を達成するために、請求項
８記載発明は、請求項１ないし請求項６の何れかに記載
の発明において、前記ビームスプリッタが、全反射鏡に
より光路を変更する形式であり、前記直線偏光検出手段
の作動時に、前記制御手段の制御信号に基づいて、前記
ビームスプリッタを光路に挿入する挿入手段と、前記全
反射鏡により分岐された光路に配置される波長板とをさ
らに有することを特徴とするものである。

【００１７】同様に前記目的を達成するために、請求項
９記載発明は、請求項１ないし請求項８の何れかに記載
の発明において、前記直線偏光検出手段が、回転する光
学素子の方位角を検出する角度検出手段と、該角度検出
手段の検出角に基づいて、前記検光子の方位角を消光条
件位置に設定する角度設定手段とをさらに有することを
特徴とするものである。

【００１８】

【作用】請求項１記載の発明では、光源からの光束を偏
光子を通して所定の偏光状態に設定し、該光束が所定の
入射角で試料に照射され、試料からの反射光或いは透過
光が、コンペンセータ、検光子を介して受光センサに入
射される。また、コンペンセータと前記検光子との間に
設けられたビームスプリッタによって、コンペンセータ
から出射される光束の一部が、直線偏光検出手段に分岐
され、分岐された光束の楕円率が測定され、該光束がほ
ぼ直線偏光となる状態が検出される。そして、制御手段
によって、直線偏光検出手段の検出信号に基づき、偏光
子の方位角が、光束がほぼ直線偏光となる方位角に設定
され、コンペンセータと検光子とによる消光により、試
料での透過或いは反射により生じた偏光状態の変化量が
検出されて試料の物理特性が測定される

【００１９】請求項２記載の発明では、光源からの光束
を偏光子及びコンペンセータを通して所定の偏光状態に
設定し、該光束が所定の入射角で試料に照射され、試料
からの反射光或いは透過光が、検光子を介して受光セン
サに入射される。また、試料と検光子との間に設けられ
たビームスプリッタによって、試料からの光束の一部
が、直線偏光検出手段に分岐され、分岐された光束の楕
円率が測定され、該光束がほぼ直線偏光となる状態が検
出される。そして、制御手段によって、直線偏光検出手
段の検出信号に基づき、偏光子の方位角が、光束がほぼ
直線偏光となる方位角に設定され、コンペンセータと検
光子とによる消光により、試料での透過或いは反射によ
り生じた偏光状態の変化量が検出されて試料の物理特性
が測定される

【００２０】請求項７または請求項８記載の発明では、
請求項１または請求項２記載の発明での作用に加えて、
直線偏光検出手段の作動時に、制御手段の制御信号に基
づいて、挿入手段によりビームスプリッタが光路に挿入
される。

【００２１】請求項９記載の発明では、請求項１または
請求項２記載の発明での作用に加えて、直線偏光検出手
段によって、回転する光学素子の方位角が検出され、検
出された方位角に基づいて、検光子の方位角が消光条件
位置に設定される。

【００２２】

【実施例】

［第１の実施例］本発明の第１の実施例を図１及び図２
を参照して説明する。図１は本実施例の全体構成を示す
説明図、図２は本実施例の直線偏光検出手段の構成を示
す説明図である。

【００２３】本実施例では、図１に示すように、光源１
からの光束が入射され、少なくとも０°〜９０°の角度
範囲または０°〜−９０°の角度範囲を、光軸に垂直な
面内で回転自在で、方位角が連続的に変化する直線偏光
を出射する偏光子２が設けられている。この偏光子２に
対して、光源１の光束が、偏光子２を介して直線偏光光
束として照射される試料９が配設されている。この試料
９からの反射光束は、所定の楕円率の楕円偏光となる
が、この楕円偏光が透過され、楕円偏光の直交する振幅
成分間に所定の位相差を設定し、偏光状態を変化させる
コンペンセータ３が試料９に対して配設されている。

【００２４】また、コンペンセータ３からの射出光束が
入射され、該射出光束を透過光束と反射光束とに二分す
るビームスプリッタ６が、コンペンセータ３の後段に配
設されている。このビームスプリッタ６は、直角プリズ
ムの斜面に、金属及び誘電体からなる反射層を堆積形成
し、他の直角プリズムと斜面を対向させて張り合わせた
形式のものが使用される。このビームスプリッタ６から
の透過光束が入射され、光軸に垂直な面内で回転自在
で、該回転によって消光状態を設定する検光子４が、ビ
ームスプリッタ６の後段に配設され、検光子４の後段に
は受光センサ５が配設されている。

【００２５】一方、ビームスプリッタ６からの反射光束
が入射される直線偏光検出手段７が設けられ、この直線
偏光検出手段７には、直線偏光検出手段７の検出信号に
よって、偏光子２の回転を制御する制御手段８が接続さ
れ、制御手段８には偏光子２が接続されている。

【００２６】本実施例の直線偏光検出手段７は、図２に
示すような構成になっていて、ポラライザ１１として
は、偏光解析装置の偏光素子として通常使用されるグラ
ントムソンプリズムが使用され、このポラライザ１１は
光軸を中心に中空軸により回転可能に保持され、中空軸
が駆動器１２の回転軸１６に連結され、駆動器１２によ
ってポラライザ１１が回転されるように構成されてい
る。

【００２７】このポラライザ１１の後段には、ポラライ
ザ１１を透過するビームスプリッタ６からの反射光束が
入射される光量測定器１０が配設されている。そして、
光量測定器１０には、光量測定器１０の出力信号の変動
量を測定する変調度測定器１７が接続され、変調度測定
器１７が制御手段８に接続されている。

【００２８】このような構成の本実施例の偏光解析動作
について説明する。オペレータは、複素屈折率や複屈折
などを測定しようとする試料や、膜厚や複素屈折率など
を測定しようとする薄膜状の試料を、試料９として所定
位置に配置し、光源１よりの光束が所定の入射角にな
り、受光センサ５に光束が入射するように、試料９のあ
おり角を調整する。

【００２９】この状態で通常の消光動作が実行可能にな
るが、本実施例では、通常の消光動作の前に、制御手段
８からの回転指令が偏光子２に入力され、該回転指令に
基づいて、偏光子２は、少なくとも方位角０°〜９０
°、０°〜−９０°の何れかの領域を含む角度範囲を回
転する。この場合、偏光子２は該角度範囲を通過するよ
うに回転後停止してもよいし、制御手段８から停止指令
が発せられるまで、該角度範囲を含む領域で定常的な回
転を継続してもよい。その回転方向も、時計回り方向、
反時計回り方向の何れでもよく、回転開始位置の制限も
なく、通常は前回の停止位置から回転を開始する。

【００３０】このように回転する偏光子２を透過する光
源１からの光束は、方位角が連続的に変化する直線偏光
となって試料９に照射され、試料９からの反射光は、所
定楕円率の楕円偏光として、コンペンセータ３に入射す
る。コンペンセータ３としては、通常四分の一波長板が
使用され、該入射光束は、コンペンセータ３によって、
コンペンセータ３の二つの光学軸に沿う互いに直交する
振幅成分間に、コンペンセータ３で定まる位相差が付加
されて偏光状態が変化する。

【００３１】このコンペンセータ３からの透過光の一部
は、ビームスプリッタ６によって分岐され、分岐光束は
楕円偏光として直線偏光検出手段７に入射される。この
場合、直線偏光検出手段７のポラライザ１１の射出光量
は、その透過軸方位が、入射する楕円偏光の長軸に一致
すると最大に、短軸に一致すると最小になり、光量測定
器１０からは時間的に変動する信号出力が変調度測定器
１７に入力される。

【００３２】そして、偏光子２が回転するにつれて、楕
円偏光の楕円率が変化し、消光状態における方位角近傍
では、直線偏向に近い楕円偏光になるので、ポラライザ
１１の透過軸方位が楕円偏光の短軸に一致すると射出光
量は小さくなり、信号出力の時間的変動量を測定してい
る変調度測定器１７の出力信号が最大となる。

【００３３】本実施例では、変調度測定器１７は、光量
測定器１０の出力信号からポラライザ１１の回転周期に
同期した周波数成分を抽出し、抽出成分の増幅信号を偏
光子２の回転角に対して微分し、微分値が０となる点
が、制御手段８によって、ビームスプリッタ６により分
岐された光束が直線偏光となる偏光子２の方位角として
検出される。このような状態の偏光子２の方位角は、消
光状態における偏光子２の方位角にほかならず、偏光解
析の原理から、この状態は偏光子２の方位角０°〜９０
°、０°〜−９０°の範囲に一つずつ存在する。

【００３４】この消光状態の方位角を、直線偏光検出手
段７が検出すると、入射光束が直線偏光となったことを
示す信号が制御手段８に入力され、制御手段８は該信号
によって、偏光子２の回転を停止させる。このようにし
て、偏光子２は、偏光子方位角が消光状態における方位
角にほぼ等しい位置に停止する。

【００３５】この後に本実施例では、通常の消光動作を
開始するが、前述のように、偏光子２の方位角が消光時
の方位角にほぼ等しく設定されているので、検光子４に
入射する光束はほぼ直線偏光となっており、検光子４を
回転させて入射する直線偏光の方位角に直交させるだけ
の簡単な操作でほぼ完全な消光状態が達成される。かり
に極めて正確な測定を行なう場合で、より完全な消光点
を求める必要がある場合でも、偏光子２及び検光子４の
回転角は僅かで、消光動作の繰り返しは必要ない。

【００３６】このように、本実施例によると、試料の特
性が未知な場合でも、偏光子２の回転角は９０°以下、
検光子２の回転角は１８０°以下であり、偏光子２と検
光子４とを交互に回転させる必要はなく、簡単な操作で
完全な消光状態を設定することができ、偏光解析の必要
時間を大幅に削減することが可能になる。

【００３７】また、本実施例の直線偏光検出手段７で
は、ポラライザ１１は定常的に回転するだけで、絶対的
な方位設定機構は不要であり、駆動器１２には精密な制
御機構のない簡単なモータが使用でき、光量測定器１０
も短時間内の安定性があれば十分で、シリコンフォトダ
イオードが使用でき、製造コストを低くすることが可能
である。

【００３８】発明者等の実測によると、本実施例によ
り、シリコン上の厚さ７ｎｍの酸化珪素膜を試料とし
て、その厚みを測定したところ、従来の装置による測定
時間が約３０秒であるのに対して、２秒で測定を終了す
ることができ、測定時間が大幅に短縮されることが確認
された。

【００３９】［第２の実施例］本発明の第２の実施例を
図３を参照して説明する。図３は本実施例の直線偏光検
出手段の構成を示す説明図である。

【００４０】本実施例では、直線偏光検出手段７Ａが、
図３に示すような構成を取り、ポラライザ１１を固定
し、ポラライザ１１の前段に設けた二分の一波長板１３
を、駆動器１２によって回転させる構成にしてある。

【００４１】一般に、消光動作を行なう前に行なわれ、
偏光子２の方位角を消光時の方位角にほぼ等しく設定す
る動作は、なるべく短時間で終了することが望ましい。
このためには、直線偏光検出手段７の応答時間を短縮さ
せることが必要で、単位時間当たりのポラライザ１１の
回転数を増加させることが必要になる。

【００４２】しかし、ポラライザ１１は結晶を用いたプ
リズムであるので、機械的強度が比較的小さくて重いた
めに、高速回転をさせると、遠心力のために結晶の接着
面が剥離して破壊するおそれがある。また、光軸調整の
ために精密なあおり機構に搭載されていて、空気抵抗や
駆動器の駆動力の面からも、高速化には限度がある。例
えば、ポラライザ１１に最適のグラントムソンプリズム
を使用する場合、その回転数の上限はほぼ毎分６００回
転であり、これ以上の高速回転を長時間続けると、遠心
力のために接着層の剥離が生じるおそれがある。

【００４３】ところで、変調度測定器１７において、直
線偏光状態を検出するには、ポラライザ１１の回転によ
る光量の脈動がおよそ２０〜３０周期必要であり、図２
の直線偏光検出手段７では、この周期は１〜２秒に当た
り、これが応答時間の最小時間となる。

【００４４】この応答時間をさらに短縮するために、本
実施例では、前述したように、ポラライザ１１を固定
し、その前段に設けた二分の一波長板１３を回転する構
成を取っている。本実施例のその他の部分の構成は、す
でに図１及び図２を参照して説明した第１の実施例と同
一なので、重複する説明は行なわない。

【００４５】このように、二分の一波長板１３を回転す
ると、光学の原理から入射する楕円偏光及び直線偏光
は、その方位が２倍の回転速度で回転される。このため
に、ポラライザ１１を透過した後の光量の脈動は、二分
の一波長板１３の回転数の２倍の周期が得られ、応答時
間を短縮することが可能になる。また、二分の一波長板
１３は軽量であり、さの接着面が回転軸に垂直なので、
遠心力の影響を受けず、極めて高い回転数での長時間の
回転に耐えることができる。

【００４６】本実施例によると、毎分５０００回転程度
の回転数は実現でき、周期が２倍になることもあり、そ
の応答時間は第１の実施例の１／１０００以下に短縮さ
れる。従って、測定時間を大幅に短縮させて、試料の高
精度の偏光解析を行なうことが可能になる。本実施例の
その他の動作及び効果は、すでに説明した第１の実施例
と同一なので、重複する説明は行なわない。

【００４７】［第３の実施例］本発明の第３の実施例を
図４を参照して説明する。図４は本実施例の直線偏光検
出手段の構成を示す説明図である。

【００４８】本実施例では、直線偏光検出手段７Ｂが、
図４に示すような構成を取り、ポラライザ１１の端面に
反射鏡１５が固定され、この反射鏡１５に駆動器１２の
回転軸１６が固定され、駆動器１２によってポラライザ
１１が回転される構成を取っている。このポラライザ１
１の入射面側に、光量測定器１０と変調度測定器１７と
が配設されている。本実施例のその他の部分の構成は、
すでに説明した第１の実施例と同一なので、重複する説
明は行なわない。

【００４９】本実施例では、ポラライザ１１の入射面側
に、光量測定器１０と変調度測定器１７とを配設する折
り返し光学系とすることにより、直線偏光検出手段７Ｂ
の光路長を変えずに直線偏光検出手段７Ｂの全長を短縮
して小型化が実現される。また、ポラライザ１１の端面
の反射鏡１５に回転軸１６が固定でき、中空の回転軸や
連結機構が不要となり、直線偏光検出手段７Ｂの構成が
簡単となり、製造コストを削減することも可能になる。
本実施例の動作及びその他の効果は、すでに説明した第
１の実施例と同一なので、重複する説明は行なわない。

【００５０】［第４の実施例］本発明の第４の実施例を
図５を参照して説明する。図５は本実施例の直線偏光検
出手段の構成を示す説明図である。

【００５１】本実施例では、直線偏光検出手段７Ｃが、
図５に示すような構成を取り、四分の一波長板１４の端
面に反射鏡１５が固定され、この反射鏡１５に駆動器１
２の回転軸１６が固定され、駆動器１２によって四分の
一波長板１４が回転される構成を取っている。この四分
の一波長板１４の入射面側に、ポラライザ１１、光量測
定器１０及び変調度測定器１７が配設されている。本実
施例のその他の部分の構成は、すでに説明した第２の実
施例と同一なので、重複する説明は行なわない。

【００５２】本実施例では、四分の一波長板１４の入射
面側に、ポラライザ１１、光量測定器１０及び変調度測
定器１７を配設する折り返し光学系とすることにより、
直線偏光検出手段７Ｃの光路長を変えずに直線偏光検出
手段７Ｃの全長を短縮して小型化が実現される。本実施
例の動作及びその他の効果は、すでに説明した第２の実
施例と同一なので、重複する説明は行なわない。

【００５３】［第５の実施例］本発明の第５の実施例を
説明する。本実施例は、すでに説明した第１の実施例に
対して、ビームスプリッタ６を全反射プリズムにより光
路を変更する形式にし、直線偏光手段の作動時に、制御
手段８の制御信号に基づいて、ビームスプリッタ６を光
路に挿入する挿入手段を、さらに設けた構成を取ってい
る。本実施例のその他の部分の構成は、すでに説明した
第１の実施例と同一なので、重複する説明は行なわな
い。

【００５４】一般に、ビームスプリッタ６は、製作時の
ばらつきなどにより、完成品の特性は必ずしも完全でな
く、若干の偏光状態の変化を生じることがあり、その特
性を検査し、要求される測定精度に見合った特性のビー
ムスプリッタを選択して、偏光解析装置に組み込む必要
がある。このようにして組み込まれたビームスプリッタ
の不完全性は、非常に小さいので、通常の偏光解析には
何らの問題も生じない。ところが、原理上で達成できる
最高の精度が要求される解析を行なう場合には、ビーム
スプリッタの残留不完全性による透過光の偏光状態の変
化が無視できなくなる。

【００５５】本実施例は、この問題を解決するもので、
ビームスプリッタに分岐光の偏光状態を変化させない全
反射プリズムが使用され、偏光子２の方位角を消光状態
時の値のごく近傍に設定した後の消光操作時には、挿入
手段によって、ビームスプリッタが光路から除去される
ので、ビームスプリッタの不完全性による測定精度の低
下を生ずることなく、試料の高精度の偏光解析を行なう
ことが可能になる。本実施例のその他の動作及び効果
は、すでに説明した第１の実施例と同一なので、重複す
る説明は行なわない。

【００５６】［第６の実施例］本発明の第６の実施例を
説明する。本実施例は、すでに説明した第１の実施例に
対して、ビームスプリッタ６を全反射鏡により光路を変
更する形式にし、直線偏光手段の作動時に、制御手段８
の制御信号に基づいて、ビームスプリッタ６を光路に挿
入する挿入手段と、全反射鏡により分岐された光路に配
置される波長板とを、さらに設けた構成を取っている。
本実施例のその他の部分の構成は、すでに説明した第１
の実施例と同一なので、重複する説明は行なわない。

【００５７】この種の偏光解析装置の測定時間を短縮す
るためには、ビームスプリッタとしては、全反射プリズ
ムよりも軽量な全反射鏡を使用するのが有利であるが、
全反射鏡は、反射時の偏光状態の変化が大きく、直線偏
光が入射しても分岐される反射光は、楕円偏光になって
しまう。本実施例は、この問題を解決し、分岐光路に配
置した波長板の位相差を、全反射鏡での反射により生じ
る偏光状態の変化量に等しく設定することにより、ビー
ムスプリッタとして軽量な全反射鏡を使用しても、高精
度の測定が可能になる。

【００５８】従って、本実施例によると、第５の実施例
よりも測定時間をさらに短縮して、試料の高精度の偏光
解析を行なうことが可能になる。本実施例のその他の動
作及び効果は、すでに説明した第５の実施例と同一なの
で、重複する説明は行なわない。

【００５９】［第７の実施例］本発明の第７の実施例を
説明する。本実施例は、すでに説明した第１の実施例に
対して、回転する光学素子の方位角を検出する角度検出
手段と、該角度検出手段の検出角に基づいて、検光子の
方位角を、消光条件位置に設定する角度設定手段とがさ
らに設けられている。本実施例のその他の部分の構成
は、すでに説明した第１の実施例と同一なので、重複す
る説明は行なわない。

【００６０】第１の実施例では、直線偏光検出手段７に
よつて、偏光子２の方位角が消光状態での方位角にほぼ
等しい位置にセットされた後、検光子４を１８０°以下
の角度回転させる消光操作が必要である。

【００６１】本実施例は、この消光操作の時間を大幅に
短縮するもので、例えば回転する光学素子がポラライザ
の場合、直線偏光状態でのポラライザの方位角が角度検
出手段により検出され、角度設定手段によって、検光子
４の方位角が消光条件角度に設定される。従って、本実
施例によると、検光子４の回転開始時点が早まり、測定
所要時間をさらに短縮して、試料の偏光解析を行なうこ
とが可能になる。本実施例のその他の動作及び効果は、
すでに説明した第１の実施例と同一なので、重複する説
明は行なわない。

【００６２】なお、各実施例では試料からの反射光に基
づいた測定を行なう場合を説明したが、本発明はこれら
の実施例に限定されるものではなく、試料が透明な場合
には、試料の透過光に基づいた測定を行なうことも可能
である。さらに、各実施例では、試料とビームスプリッ
タ間にコンペンセータを配設した場合を説明したが、本
発明は、これらの実施例に限定されるものでなく、コン
ペンセータを、偏光子と試料間に配設することも可能で
ある。そして、第５の実施例ないし第７の実施例におい
ては、図２に示す直線偏光検出手段を有する場合を説明
したが、本発明は、各実施例に限定されるものでなく、
第５の実施例ないし第７の実施例において、図３ないし
図５に示す直線偏光検出手段を有する構成のものとする
ことも可能である。

【００６３】

【発明の効果】請求項１ないし請求項３の何れかに記載
の発明によると、偏光子を通して所定の偏光状態に設定
された光源からの光束が、試料に照射され、試料からの
反射光或いは透過光が、検光子を介して受光センサに入
射され、検光子の前段に設けられたビームスプリッタに
よって、試料からの光束の一部が、直線偏光検出手段に
分岐されて分岐光束の楕円率が測定され、該測定に基づ
いて、偏光子の方位角が、分岐光束がほぼ直線偏光とな
る方位角に設定され、検光子による簡単な消光状態の設
定によって、試料により生じた偏光状態の変化量が検出
されるので、試料の物理特性の適確な測定を、簡単な操
作で、測定時間を短縮して行なうことが可能になる。請
求項４記載の発明によると、請求項１記載の発明で得ら
れる効果に加えて、ビームスプリッタにより分岐された
光束を、回転駆動される二分の一波長板を介して、ポラ
ライザに入射しているので、遠心力の影響が少ない状態
で、二分の一波長板を高速回転することができ、試料の
物理特性の適確な測定を、さらに測定時間を短縮して行
なうことが可能になる。請求項５または請求項６記載の
発明によると、請求項１記載の発明で得られる効果に加
えて、ビームスプリッタにより分岐された光束が、端面
に反射鏡部を設けたポラライザに入射されるので、折り
返し光学系が構成され、装置全体を大幅に小型化するこ
とが可能になる。請求項７記載の発明によると、請求項
１ないし請求項６の何れかに記載の発明で得られる効果
に加えて、消光操作時に、ビームスプリッタが光学系か
ら除かれるので、ビームスプリッタの特性に基づく、測
定精度の低下がなくなり、試料の物理特性のより適確な
測定を行なうことが可能になる。請求項８記載の発明に
よると、請求項７記載の発明で得られる効果に加えて、
ビームスプリッタが軽量化し、試料の物理特性の適確な
測定を、さらに測定時間を短縮して行なうことが可能に
なる。請求項９記載の発明によると、請求項１ないし請
求項８の何れかに記載の発明で得られる効果に加えて、
回転する光学素子の方位角が検出され、該検出角に基づ
いて、検光子の方位角が消光条件に設定されるので、さ
らに測定時間を短縮して試料の物理特性の適確な測定を
行なうことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の全体構成を示す説明図
である。

【図２】同実施例の直線偏光検出手段の構成を示す説明
図である。

【図３】本発明の第２の実施例の直線偏光検出手段の構
成を示す説明図である。

【図４】本発明の第３の実施例の直線偏光検出手段の構
成を示す説明図である。

【図５】本発明の第４の実施例の直線偏光検出手段の構
成を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 試料 ２ 偏光子 ３ コンペンセータ ４ 検光子 ５ 受光センサ ６ ビームスプリッタ ７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ 直線偏光検出手段 ８ 制御手段 １０ 光量測定器 １１ ポラライザ １２ 駆動器 １３ 二分の一波長板 １４ 四分の一波長板 １５ 反射鏡 １７ 変調度測定器

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G01J 4/00 - 4/04 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光束を、偏光子を通して所定
   の偏光状態に設定し、該光束を所定の入射角で試料に照
   射し、前記試料からの反射光或いは透過光を、コンペン
   セータと検光子とにより消光し、受光センサによって、
   試料での透過或いは反射により生じた偏光状態の変化量
   を検出することにより、前記試料の物理特性を測定する
   偏光解析装置において、 前記コンペンセータと前記検光子との間に設けられ、前
   記コンペンセータから出射される光束の一部を分岐する
   ビームスプリッタと、 該ビームスプリッタにより分岐された光束の楕円率を測
   定し、前記光束がほぼ直線偏光となる状態を検出する直
   線偏光検出手段と、 該直線偏光検出手段の検出信号に基づき、前記偏光子の
   方位角を、前記光束がほぼ直線偏光となる方位角に設定
   する制御手段とを有することを特徴とする偏光解析装
   置。
2. 【請求項２】 光源からの光束を、偏光子とコンペンセ
   ータとを通して所定の偏光状態に設定し、該光束を、所
   定の入射角で試料に照射し、前記試料からの反射光或い
   は透過光を、検光子により消光し、受光センサによっ
   て、試料での透過或いは反射により生じた偏光状態の変
   化量を検出することにより、前記試料の物理特性を測定
   する偏光解析装置において、 前記試料と前記検光子との間に設けられ、前記コンペン
   セータから出射される光束の一部を分岐するビームスプ
   リッタと、 該ビームスプリッタにより分岐された光束の楕円率を測
   定し、前記光束がほぼ直線偏光となる状態を検出する直
   線偏光検出手段と、 該直線偏光検出手段の検出信号に基づき、前記偏光子の
   方位角を、前記光束がほぼ直線偏光となる方位角に設定
   する制御手段とを有することを特徴とする偏光解析装
   置。
3. 【請求項３】 前記直線偏光検出手段が、回転自在に保
   持され、前記ビームスプリッタにより分岐された光束が
   入射されるポラライザと、該ポラライザを回転駆動する
   駆動器と、前記ポラライザの出射光の光量を測定する光
   量測定器と、該光量測定器の出力信号の変動量を測定す
   る変調度測定器とからなることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載の偏光解析装置。
4. 【請求項４】 前記直線偏光検出手段が、回転自在に保
   持され、前記ビームスプリッタにより分岐された光束が
   入射される二分の一波長板と、該二分の一波長板を回転
   駆動する駆動器と、前記二分の一波長板の後段に配設さ
   れるポラライザと、該ポラライザの出射光の光量を測定
   する光量測定器と、該光量測定器の出力信号の変動量を
   測定する変調度測定器とからなることを特徴とする請求
   項１または請求項２記載の偏光解析装置。
5. 【請求項５】 前記直線偏光検出手段が、端面に反射鏡
   部が設けられ、回転自在に保持され、前記ビームスプリ
   ッタにより分岐された光束が入射するポラライザと、該
   ポラライザを回転駆動する駆動器と、前記端面での反射
   光の光量を測定する光量測定器と、該光量測定器の出力
   信号の変動量を測定する変調度測定器とからなることを
   特徴とする請求項１または請求項２記載の偏光解析装
   置。
6. 【請求項６】 前記直線偏光検出手段が、端面に反射鏡
   部が設けられ、回転自在に保持され、前記ビームスプリ
   ッタにより分岐された光束が入射する四分の一波長板
   と、該四分の一波長板を回転駆動する駆動器と、前記端
   面での反射光が透過するポラライザと、該ポラライザの
   出射光の光量を測定する光量測定器と、該光量測定器の
   出力信号の変動量を測定する変調度測定器とからなるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の偏光解析
   装置。
7. 【請求項７】 前記ビームスプリッタが、全反射プリズ
   ムにより光路を変更する形式であり、前記直線偏光検出
   手段の作動時に、前記制御手段の制御信号に基づいて、
   前記ビームスプリッタを光路に挿入する挿入手段をさら
   に有することを特徴とする請求項１ないし請求項６の何
   れかに記載の偏光解析装置。
8. 【請求項８】 前記ビームスプリッタが、全反射鏡によ
   り光路を変更する形式であり、前記直線偏光検出手段の
   作動時に、前記制御手段の制御信号に基づいて、前記ビ
   ームスプリッタを光路に挿入する挿入手段と、前記全反
   射鏡により分岐された光路に配置される波長板とをさら
   に有することを特徴とする請求項１ないし請求項６の何
   れかに記載の偏光解析装置。
9. 【請求項９】 前記直線偏光検出手段が、回転する光学
   素子の方位角を検出する角度検出手段と、該角度検出手
   段の検出角に基づいて、前記検光子の方位角を消光条件
   位置に設定する角度設定手段とをさらに有することを特
   徴とする請求項１ないし請求項８の何れかに記載の偏光
   解析装置。