JPH04269643A - 偏光解析方法及び時間分解エリプソメータ - Google Patents
偏光解析方法及び時間分解エリプソメータInfo
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- JPH04269643A JPH04269643A JP3030647A JP3064791A JPH04269643A JP H04269643 A JPH04269643 A JP H04269643A JP 3030647 A JP3030647 A JP 3030647A JP 3064791 A JP3064791 A JP 3064791A JP H04269643 A JPH04269643 A JP H04269643A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/21—Polarisation-affecting properties
- G01N21/211—Ellipsometry
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信，光コンピュータ
等に応用すべき材料、あるいはデバイスの基礎物性に関
する偏光解析方法及び時間分解エリプソメータに関する
。
等に応用すべき材料、あるいはデバイスの基礎物性に関
する偏光解析方法及び時間分解エリプソメータに関する
。
【０００２】
【従来の技術】従来の屈折率を測定するエリプソメータ
については、光学的測定ハンドブック（田幸敏治他編集
，１９８６年，朝倉書店出版）の第２５６頁から第２６
４頁において述べられている。従来は、物質の基底状態
の屈折率の変化を測定することしか考えられていないた
め、光励起や、屈折率の時間変化の測定については、考
慮されていなかった。
については、光学的測定ハンドブック（田幸敏治他編集
，１９８６年，朝倉書店出版）の第２５６頁から第２６
４頁において述べられている。従来は、物質の基底状態
の屈折率の変化を測定することしか考えられていないた
め、光励起や、屈折率の時間変化の測定については、考
慮されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光を照射することによ
り、物質の複素屈折率が変化する性質は、光スイッチ，
光双安定素子，光空間変調器など、光通信や光コンピュ
ータの基礎デバイスに応用されつつある。光照射による
物質の複素屈折率の変化量は、その大きさはもとより、
時間応答特性も、デバイス化した場合の応答速度を決め
るため、重要な情報である。従来、物質の複素屈折率を
測定するエリプソメータは、光照射による変化を測定で
きるようにはなっていなかった。本発明の目的は、光照
射による物質の複素屈折率の変化を時間分解測定できる
ようにすることにある。
り、物質の複素屈折率が変化する性質は、光スイッチ，
光双安定素子，光空間変調器など、光通信や光コンピュ
ータの基礎デバイスに応用されつつある。光照射による
物質の複素屈折率の変化量は、その大きさはもとより、
時間応答特性も、デバイス化した場合の応答速度を決め
るため、重要な情報である。従来、物質の複素屈折率を
測定するエリプソメータは、光照射による変化を測定で
きるようにはなっていなかった。本発明の目的は、光照
射による物質の複素屈折率の変化を時間分解測定できる
ようにすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】光照射による物質の複素
屈折率の変化を測定するため、測定光とは別に、パルス
の励起光を試料に照射できるようにする。光励起に同期
させて、測定光の反射光の偏光解析を行なうことにより
、光照射による物質の複素屈折率が測定できる。時間分
解をするためには、測定光を連続光とし、屈折率変化に
伴う、検出光強度の変化を、オシロスコープやボックス
カーなどの電気的サンプリング手法を用いて測定する。 また、時間分解をするための別の方法として、測定光を
パルス光とし、励起光と測定光の間に遅延時間を設け、
遅延時間を変化させることも可能である。特に、後者の
方法は、電気的手法が追い着かないピコ秒，フェムト秒
の測定に有用である。さらに、これらの方法を用いて、
屈折率の変化分に伴う信号強度を上げるために、測定光
の一部が検光子を透過するようにしておくのも良い。
屈折率の変化を測定するため、測定光とは別に、パルス
の励起光を試料に照射できるようにする。光励起に同期
させて、測定光の反射光の偏光解析を行なうことにより
、光照射による物質の複素屈折率が測定できる。時間分
解をするためには、測定光を連続光とし、屈折率変化に
伴う、検出光強度の変化を、オシロスコープやボックス
カーなどの電気的サンプリング手法を用いて測定する。 また、時間分解をするための別の方法として、測定光を
パルス光とし、励起光と測定光の間に遅延時間を設け、
遅延時間を変化させることも可能である。特に、後者の
方法は、電気的手法が追い着かないピコ秒，フェムト秒
の測定に有用である。さらに、これらの方法を用いて、
屈折率の変化分に伴う信号強度を上げるために、測定光
の一部が検光子を透過するようにしておくのも良い。
【０００５】
【作用】励起光としてパルス光を用いる理由は、時間分
解をするため必要であるのに加えて、強強度の光が得ら
れるという利点もある。試料を光励起しない状態で、通
常のエリプソメータを組んでおく。
解をするため必要であるのに加えて、強強度の光が得ら
れるという利点もある。試料を光励起しない状態で、通
常のエリプソメータを組んでおく。
【０００６】例えば消光法を用いるときは、反射光が消
えるように偏光板や、補償板を調節する。この状態で励
起光を照射し試料の屈折率が変化すると、反射光が検光
子からもれてくる。このもれ光の強度変化を、時間分解
して測定すれば、光照射による複素屈折率の変化が判る
。励起後のある時刻での複素屈折率の絶対値は、その時
刻でのもれ光が最小になるように、通常の消光法を行な
えば良い。
えるように偏光板や、補償板を調節する。この状態で励
起光を照射し試料の屈折率が変化すると、反射光が検光
子からもれてくる。このもれ光の強度変化を、時間分解
して測定すれば、光照射による複素屈折率の変化が判る
。励起後のある時刻での複素屈折率の絶対値は、その時
刻でのもれ光が最小になるように、通常の消光法を行な
えば良い。
【０００７】時間分解の方法としては、通常よく知られ
たオシロスコープやボックスカーなどの電気的サンプリ
ング手法を用いることができる。この場合は、測定光は
連続光を用い、励起前後の変化を測定すればよい。この
時の時間分解能は、励起光のパルス幅、電気的サンプリ
ングの応答速度により決まる。励起光光源としてピコ秒
、フェムト秒レーザを用いれば、電気的サンプリングの
時間分解能がほぼシステムの時間分解能になり、現在の
ところ１００ピコ秒程度が得られる。より高速の測定を
するには、測定光にもピコ秒，フェムト秒レーザを用い
、よく知られたポンププローブ法をおこなえば良い。 この時は、励起光パルスと測定光パルスの遅延時間は、
それぞれの光路差により制御するので、フェムト秒の精
度が可能となり、システムの時間分解能は、励起光のパ
ルス幅で決まることになる。さらにこの場合は、電気的
測定は、直流、あるいは低周波で行なうことができ、励
起光に強度変調をかけ、位相検波することで高感度な測
定をすることができる。
たオシロスコープやボックスカーなどの電気的サンプリ
ング手法を用いることができる。この場合は、測定光は
連続光を用い、励起前後の変化を測定すればよい。この
時の時間分解能は、励起光のパルス幅、電気的サンプリ
ングの応答速度により決まる。励起光光源としてピコ秒
、フェムト秒レーザを用いれば、電気的サンプリングの
時間分解能がほぼシステムの時間分解能になり、現在の
ところ１００ピコ秒程度が得られる。より高速の測定を
するには、測定光にもピコ秒，フェムト秒レーザを用い
、よく知られたポンププローブ法をおこなえば良い。 この時は、励起光パルスと測定光パルスの遅延時間は、
それぞれの光路差により制御するので、フェムト秒の精
度が可能となり、システムの時間分解能は、励起光のパ
ルス幅で決まることになる。さらにこの場合は、電気的
測定は、直流、あるいは低周波で行なうことができ、励
起光に強度変調をかけ、位相検波することで高感度な測
定をすることができる。
【０００８】励起光遮断時に、測定光を検光子で完全消
光した場合、得られる信号は３次の非線形感受率に起因
する非線形屈折率に関与する。ここで、励起光遮断時に
検光子の透過光を一部透過させた場合、１次の感受率と
３次の非線形感受率の積に起因する信号が得られるので
、信号強度が大きく取れる。
光した場合、得られる信号は３次の非線形感受率に起因
する非線形屈折率に関与する。ここで、励起光遮断時に
検光子の透過光を一部透過させた場合、１次の感受率と
３次の非線形感受率の積に起因する信号が得られるので
、信号強度が大きく取れる。
【０００９】
【実施例】〔実施例１〕本発明の一実施例を図１を用い
て説明する。モードロックフェムト秒レーザの出力光を
ビームスプリッタ１２で１０：１に分岐し、強度の大き
い方を励起光２３とし、小さい方を測定光２４として用
いる。それぞれのビームは、反射鏡１３により所定の光
路をとる。また、各ビ−ムにはコーナーキューブプリズ
ムｐと微動ステージを用いた光遅延器１４により遅延を
かける。
て説明する。モードロックフェムト秒レーザの出力光を
ビームスプリッタ１２で１０：１に分岐し、強度の大き
い方を励起光２３とし、小さい方を測定光２４として用
いる。それぞれのビームは、反射鏡１３により所定の光
路をとる。また、各ビ−ムにはコーナーキューブプリズ
ムｐと微動ステージを用いた光遅延器１４により遅延を
かける。
【００１０】測定光２４は、偏光子１９を通したのち、
１／２波長板２２で偏光方向を調節し、レンズ２５で試
料１５に集光する。反射光は、レンズ２５でコリメート
し、バビネ・ソレイユ位相補償板１６と検光子１７を通
し、受光器１８で光電変換してロックインアンプ２１に
入力する。これは、通常のエリプソメータと光遅延器１
４を除き同じ構成である。通常用意されている入射角の
調整や測定装置はここでも用いているが、図には明記し
ていない。
１／２波長板２２で偏光方向を調節し、レンズ２５で試
料１５に集光する。反射光は、レンズ２５でコリメート
し、バビネ・ソレイユ位相補償板１６と検光子１７を通
し、受光器１８で光電変換してロックインアンプ２１に
入力する。これは、通常のエリプソメータと光遅延器１
４を除き同じ構成である。通常用意されている入射角の
調整や測定装置はここでも用いているが、図には明記し
ていない。
【００１１】励起光２３は、ミラー１３，レンズ２５で
試料１５に導く。照射位置は、測定光の照射位置と一致
させるか、包括するようにする。アパーチャ４０は、励
起光の散乱光が受光器に入るのを妨いでいる。励起光２
３も偏光子１９と１／２波長板２２で偏光方向を調節で
きるようにしている。
試料１５に導く。照射位置は、測定光の照射位置と一致
させるか、包括するようにする。アパーチャ４０は、励
起光の散乱光が受光器に入るのを妨いでいる。励起光２
３も偏光子１９と１／２波長板２２で偏光方向を調節で
きるようにしている。
【００１２】実施例のモードロックフェムト秒レーザは
８２ＭＨｚの繰返しパルス列なので、光チョッパで３ｋ
Ｈｚの強度変調をかけ、受光器１８として応答速度の遅
いものを用いれば、これに同期させてロックインアンプ
２１で同期検波ができる。ここでは、受光器１８として
光電子増倍管を用いた。励起光を遮断した状態で、検光
子１７の透過光が最小になるようにバビネ・ソレイユ位
相補償板１６を調節しておく。これは、通常よく行なわ
れる消光法である。この状態で励起光を照射すると、光
照射による複素屈折率の変化にともなって検光子１７の
透過光が増加し、ロックインアンプ２１で検出できる。 時間分解のためには、測定光に遅延をかければ、励起後
、遅延時間だけ後の情報を得ることができる。プリズム
ｐの位置を少しずつずらして、遅延時間を少しずつ変え
ながら、夫々の遅延時間についての情報を集めれば試料
の時間変化に対する連続的な特性を得ることが出来る。
８２ＭＨｚの繰返しパルス列なので、光チョッパで３ｋ
Ｈｚの強度変調をかけ、受光器１８として応答速度の遅
いものを用いれば、これに同期させてロックインアンプ
２１で同期検波ができる。ここでは、受光器１８として
光電子増倍管を用いた。励起光を遮断した状態で、検光
子１７の透過光が最小になるようにバビネ・ソレイユ位
相補償板１６を調節しておく。これは、通常よく行なわ
れる消光法である。この状態で励起光を照射すると、光
照射による複素屈折率の変化にともなって検光子１７の
透過光が増加し、ロックインアンプ２１で検出できる。 時間分解のためには、測定光に遅延をかければ、励起後
、遅延時間だけ後の情報を得ることができる。プリズム
ｐの位置を少しずつずらして、遅延時間を少しずつ変え
ながら、夫々の遅延時間についての情報を集めれば試料
の時間変化に対する連続的な特性を得ることが出来る。
【００１３】本実施例では、励起光と測定光に、同じ波
長のレーザ光を用いたが、すくなくとも一方を非線形光
学効果を用いて波長変換すれば、異なる波長での屈折率
変化を測定することができる。この時、励起光を波長変
換したほうが、光学素子が少ない分、光学素子の波長特
性に伴う再調整が少なくて済むので、より好ましい。 〔実施例２〕本発明の別の実施例を図２を用いて説明す
る。図２において、図１で付した符号と同一の符号は同
一物又は均等物である。図２の実施例は、測定光として
連続光を用いたものである。連続発振のＨｅＮｅレーザ
を測定光２４として用い、励起光２３にはＱスイッチＹ
ＡＧレーザのＳＨＧ２６を用いた。バビネ・ソレイユ位
相補償板１６を光源側に配置しているが、等方性試料の
場合は同じであり、良く行なわれることで特に今回の発
明には関与しない。受光器１８の出力を、ＱスイッチＹ
ＡＧレーザの発振と同期をとってサンプリングオシロス
コープ２７で観測している。
長のレーザ光を用いたが、すくなくとも一方を非線形光
学効果を用いて波長変換すれば、異なる波長での屈折率
変化を測定することができる。この時、励起光を波長変
換したほうが、光学素子が少ない分、光学素子の波長特
性に伴う再調整が少なくて済むので、より好ましい。 〔実施例２〕本発明の別の実施例を図２を用いて説明す
る。図２において、図１で付した符号と同一の符号は同
一物又は均等物である。図２の実施例は、測定光として
連続光を用いたものである。連続発振のＨｅＮｅレーザ
を測定光２４として用い、励起光２３にはＱスイッチＹ
ＡＧレーザのＳＨＧ２６を用いた。バビネ・ソレイユ位
相補償板１６を光源側に配置しているが、等方性試料の
場合は同じであり、良く行なわれることで特に今回の発
明には関与しない。受光器１８の出力を、ＱスイッチＹ
ＡＧレーザの発振と同期をとってサンプリングオシロス
コープ２７で観測している。
【００１４】本実施例では、励起光２３にはＱスイッチ
ＹＡＧレーザのＳＨＧを用いたが、色素レーザや、Ｔｉ
サファイヤレーザなどの波長可変レーザを用いることで
、分光が可能となる。また、励起光や測定光として、キ
セノンランプなどを分光器で分光して用いてもよい。
ＹＡＧレーザのＳＨＧを用いたが、色素レーザや、Ｔｉ
サファイヤレーザなどの波長可変レーザを用いることで
、分光が可能となる。また、励起光や測定光として、キ
セノンランプなどを分光器で分光して用いてもよい。
【００１５】実施例１と２において、励起光遮断時に検
光子１７の透過光を一部透過させた場合、信号強度が大
きく取れるので、受光器１８として直線性の良いフォト
ダイオードを用いると良い。フォトダイオードは光電子
増倍管に比べ安価であるので、低コストにできるという
効果もある。
光子１７の透過光を一部透過させた場合、信号強度が大
きく取れるので、受光器１８として直線性の良いフォト
ダイオードを用いると良い。フォトダイオードは光電子
増倍管に比べ安価であるので、低コストにできるという
効果もある。
【００１６】〔実施例３〕本発明の偏光解析の別の実施
例を図３を用いて説明する。図３では、図１のロックイ
ンアンプの入力部、即ちバビネ・ソレイユ位相補償板１
６から受光器１８の部分のみを示す。励起光を遮断した
状態で、測定光２４の反射光をバビネ・ソレイユ位相補
償板１６を用いて円偏光にし、検光子３０で直交する２
つの偏光成分に分け、それぞれを受光器１８でうけ、差
動増幅器３１で差をとり、ロックインアンプやサンプリ
ングオシロスコープにシグナルとして入力する。励起光
を遮断した状態で、差動増幅器３１の出力は零となるよ
うに調整される。励起により試料の複素屈折率が変化し
、反射光の偏光が変化すると、直交する２つの偏光成分
の強度に差が生じるため差動増幅器３１の出力を測定す
れば、偏光の回転角が判る。ここでは、これをバランス
法と呼ぶことにする。この方法によれば、一方の偏光強
度が減り、もう一方の偏光強度が増すので、信号強度が
倍になるという効果がある。
例を図３を用いて説明する。図３では、図１のロックイ
ンアンプの入力部、即ちバビネ・ソレイユ位相補償板１
６から受光器１８の部分のみを示す。励起光を遮断した
状態で、測定光２４の反射光をバビネ・ソレイユ位相補
償板１６を用いて円偏光にし、検光子３０で直交する２
つの偏光成分に分け、それぞれを受光器１８でうけ、差
動増幅器３１で差をとり、ロックインアンプやサンプリ
ングオシロスコープにシグナルとして入力する。励起光
を遮断した状態で、差動増幅器３１の出力は零となるよ
うに調整される。励起により試料の複素屈折率が変化し
、反射光の偏光が変化すると、直交する２つの偏光成分
の強度に差が生じるため差動増幅器３１の出力を測定す
れば、偏光の回転角が判る。ここでは、これをバランス
法と呼ぶことにする。この方法によれば、一方の偏光強
度が減り、もう一方の偏光強度が増すので、信号強度が
倍になるという効果がある。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、光照射による物質の複
素屈折率の変化を時間分解測定できるという効果がある
。
素屈折率の変化を時間分解測定できるという効果がある
。
【図１】パルス測定光を用いた時間分解エリプソメータ
の構成図。
の構成図。
【図２】連続測定光を用いた時間分解エリプソメータの
構成図。
構成図。
【図３】図３は、偏光解析にバランス法を用いた場合の
主要部の構成図である。
主要部の構成図である。
１１…フェムト秒レーザ、１４…光遅延器、１５…試料
、１６…バビネ・ソレイユ位相補償板、１７…検光子、
１８…受光器、１９…偏光子、２０…光チョッパ、２１
…ロックインアンプ、２３…励起光、２４…測定光、２
５…ＨｅＮｅレーザ、２６…ＱスイッチＹＡＧレーザ、
２７…サンプリングオシロスコープ、３０…検光子、３
１…差動増幅器、４０…アパーチャ。
、１６…バビネ・ソレイユ位相補償板、１７…検光子、
１８…受光器、１９…偏光子、２０…光チョッパ、２１
…ロックインアンプ、２３…励起光、２４…測定光、２
５…ＨｅＮｅレーザ、２６…ＱスイッチＹＡＧレーザ、
２７…サンプリングオシロスコープ、３０…検光子、３
１…差動増幅器、４０…アパーチャ。
Claims (7)
- 【請求項１】光源より試料を照射する測定光を発するこ
と、試料による測定光の反射光の偏光を解析すること、
および試料を励起するためのパルス光源より試料に励起
光を照射することよりなり、光励起による前記反射光の
偏光変化を解析することを特徴とする偏光解析方法。 - 【請求項２】試料を照射する測定光を発する光源と、そ
の反射光の偏光を解析する装置よりなるエリプソメータ
において、試料を励起するためのパルス光源を有し、光
励起による前記反射光の偏光変化を解析する機構を有す
ることを特徴とする時間分解エリプソメータ。 - 【請求項３】請求項１に記載の偏光解析方法において、
測定光として連続光を用い、その反射光の偏光変化を電
気的にサンプリングすることを特徴とする偏光解析方法
。 - 【請求項４】請求項２に記載の時間分解エリプソメータ
において、測定光として連続光を用い、その反射光の偏
光変化を電気的にサンプリングすることを特徴とする時
間分解エリプソメータ。 - 【請求項５】請求項１に記載の偏光解析方法において、
測定光としてパルス光を用い、測定光と励起光との間に
遅延時間を設け、遅延時間を変化させて、各々の遅延時
間毎に測定光の反射光の偏光変化を測定することを特徴
とする偏光解析方法。 - 【請求項６】請求項２に記載の時間分解エリプソメータ
において、測定光としてパルス光を用い、測定光と励起
光との間に遅延時間を設け、遅延時間を変化させて、各
々の遅延時間毎に測定光の反射光の偏光変化を測定する
ことを特徴とする時間分解エリプソメータ。 - 【請求項７】請求項２，４および６のいずれかに記載の
時間分解エリプソメータにおいて、励起光遮断時に当該
反射光が検光子の一部を透過するように構成されている
ことを特徴とする時間分解エリプソメータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3030647A JPH04269643A (ja) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | 偏光解析方法及び時間分解エリプソメータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3030647A JPH04269643A (ja) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | 偏光解析方法及び時間分解エリプソメータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04269643A true JPH04269643A (ja) | 1992-09-25 |
Family
ID=12309605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3030647A Pending JPH04269643A (ja) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | 偏光解析方法及び時間分解エリプソメータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04269643A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006313140A (ja) * | 2005-05-07 | 2006-11-16 | Junichi Nishizawa | テラヘルツ波発生装置及び方法あるいは分光計測装置及び方法 |
| JP2010223822A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 分光エリプソメータおよび偏光解析方法 |
-
1991
- 1991-02-26 JP JP3030647A patent/JPH04269643A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006313140A (ja) * | 2005-05-07 | 2006-11-16 | Junichi Nishizawa | テラヘルツ波発生装置及び方法あるいは分光計測装置及び方法 |
| JP2010223822A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 分光エリプソメータおよび偏光解析方法 |
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