JPH05180757A - 偏光解析装置 - Google Patents
偏光解析装置Info
- Publication number
- JPH05180757A JPH05180757A JP35848491A JP35848491A JPH05180757A JP H05180757 A JPH05180757 A JP H05180757A JP 35848491 A JP35848491 A JP 35848491A JP 35848491 A JP35848491 A JP 35848491A JP H05180757 A JPH05180757 A JP H05180757A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polarizer
- azimuth
- analyser
- time
- analyzer
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- Pending
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 偏光解析測定を高速で行い得るようにする。
【構成】 偏光子１と検光子３を異なる速度で回転させ
て光検出信号が最小になる点の偏光子，検光子の角位置
を検知する。
て光検出信号が最小になる点の偏光子，検光子の角位置
を検知する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は偏光解析装置の高速化を
消光法の精度で計るものである。
消光法の精度で計るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の消光法型偏光解析装置は図５に示
すような構造になっていた。この図で１は偏光子、２は
１／４波長板、３は検光子でＳは試料である。偏光子１
と１／４波長板との方位角に応じて、試料に入射する光
は長軸方向が或る方位を持った楕円偏光となっている。
試料Ｓは表面に薄膜が形成されており、その屈折率と層
厚さとに応じて入射した楕円偏光は異なる方位と楕円率
を持った楕円偏光となって反射される。この反射光を検
光子を通して光検出器４で検出測定する。測定操作は１
／４波長板の方位角を４５°に設定し、試料に入射させ
る楕円偏光の方位角を一定にして楕円率を色々に変えて
試料からの反射光が直線偏光となるときの偏光子の方位
角と、試料から反射した直線偏光の方位角を測定する。
実際には試料からの反射直線偏光と検光子の方位角が直
交するとき、光検出信号が０になるから、偏光子，検光
子の方位を色々に変えて光検出信号が０になる位置を探
すのである。
すような構造になっていた。この図で１は偏光子、２は
１／４波長板、３は検光子でＳは試料である。偏光子１
と１／４波長板との方位角に応じて、試料に入射する光
は長軸方向が或る方位を持った楕円偏光となっている。
試料Ｓは表面に薄膜が形成されており、その屈折率と層
厚さとに応じて入射した楕円偏光は異なる方位と楕円率
を持った楕円偏光となって反射される。この反射光を検
光子を通して光検出器４で検出測定する。測定操作は１
／４波長板の方位角を４５°に設定し、試料に入射させ
る楕円偏光の方位角を一定にして楕円率を色々に変えて
試料からの反射光が直線偏光となるときの偏光子の方位
角と、試料から反射した直線偏光の方位角を測定する。
実際には試料からの反射直線偏光と検光子の方位角が直
交するとき、光検出信号が０になるから、偏光子，検光
子の方位を色々に変えて光検出信号が０になる位置を探
すのである。
【０００３】上述した測定操作は偏光子１を小角度ずつ
ステップワイズに回転させ、偏光子１の各角位置毎に検
光子を一回転させて光検出信号の変化を調べて、光検出
信号が０になる点を見出すのであるから、測定には大変
時間を消費するものである。
ステップワイズに回転させ、偏光子１の各角位置毎に検
光子を一回転させて光検出信号の変化を調べて、光検出
信号が０になる点を見出すのであるから、測定には大変
時間を消費するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】測定操作の連続化と、
偏光子，検光子同時回転化により、測定所要時間を短縮
しようとする。
偏光子，検光子同時回転化により、測定所要時間を短縮
しようとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】偏光子，検光子を異なる
速度で連続回転させ、そのときの光検出信号の時間的変
化から、光検出信号が０になる時点の４ゾーンの偏光
子，検光子の方位角を内挿的に算出するようにした。
速度で連続回転させ、そのときの光検出信号の時間的変
化から、光検出信号が０になる時点の４ゾーンの偏光
子，検光子の方位角を内挿的に算出するようにした。
【０００６】
【作用】 偏光子検光子とも連続回転させるから高速回
転が可能であり、そのときの光検出信号の時間的変化か
ら光検出信号が０になるときの偏光子検光子の方位を内
挿的に算出するので、実際に光検出信号が０になる時点
が測定期間中になくてもよく、測定の高速化か達成され
る。
転が可能であり、そのときの光検出信号の時間的変化か
ら光検出信号が０になるときの偏光子検光子の方位を内
挿的に算出するので、実際に光検出信号が０になる時点
が測定期間中になくてもよく、測定の高速化か達成され
る。
【０００７】まず検光子を偏光子より速く回転させる場
合を考える。今偏光子の方位を一定にして検光子を角速
度ωで回転させると、試料からの反射光は楕円偏光であ
るから、光検出器出力即ち検光子透過光強度Ｉは一般的
に光検出出力が０となるときの検光子の方位角をφとし
て Ｉ＝Ａｓｉｎ2 （ωｔ−φ）＋Ｂ と書ける。偏光子の方位角を変えるとＡ，Ｂは変化する
から、Ａ，Ｂは偏光子の方位角の関数となる。まずＡの
値は試料からの反射光が直線偏光のとき最大で、このと
きの光検出出力Ｉｏとなり、円偏光のとき０である。他
方Ｂは円偏光のとき最大で（１／２）Ｉｏ、直線偏光の
とき０となる。偏光子の回転角速度をω’とし、反射光
が直線偏光になるときの偏光子の方位角をψとすると、 Ａ＝Ｉｏｓｉｎ2 （ω’ｔ−ψ），Ｂ＝（１／２）Ｉｏ
ｃｏｓ2 （ω’ｔ−ψ） 従って Ｉ＝Ｉｏ ｓｉｎ2 （ω’ｔ−ψ）ｓｉｎ2 （ωｔ−
φ）＋（１／２）ｃｏｓ2（ω’ｔ−ψ）…(1) これをグラフに画くと図２のようになる。上式は求める
未知数ψ，φ，Ｉｏの３個を含む時間ｔの関数であるか
ら、原理上最小限３つの時点のＩの測定値からφ，ψを
算定することができる。
合を考える。今偏光子の方位を一定にして検光子を角速
度ωで回転させると、試料からの反射光は楕円偏光であ
るから、光検出器出力即ち検光子透過光強度Ｉは一般的
に光検出出力が０となるときの検光子の方位角をφとし
て Ｉ＝Ａｓｉｎ2 （ωｔ−φ）＋Ｂ と書ける。偏光子の方位角を変えるとＡ，Ｂは変化する
から、Ａ，Ｂは偏光子の方位角の関数となる。まずＡの
値は試料からの反射光が直線偏光のとき最大で、このと
きの光検出出力Ｉｏとなり、円偏光のとき０である。他
方Ｂは円偏光のとき最大で（１／２）Ｉｏ、直線偏光の
とき０となる。偏光子の回転角速度をω’とし、反射光
が直線偏光になるときの偏光子の方位角をψとすると、 Ａ＝Ｉｏｓｉｎ2 （ω’ｔ−ψ），Ｂ＝（１／２）Ｉｏ
ｃｏｓ2 （ω’ｔ−ψ） 従って Ｉ＝Ｉｏ ｓｉｎ2 （ω’ｔ−ψ）ｓｉｎ2 （ωｔ−
φ）＋（１／２）ｃｏｓ2（ω’ｔ−ψ）…(1) これをグラフに画くと図２のようになる。上式は求める
未知数ψ，φ，Ｉｏの３個を含む時間ｔの関数であるか
ら、原理上最小限３つの時点のＩの測定値からφ，ψを
算定することができる。
【０００８】次に偏光子の方を検光子より速く回転させ
る場合を考える。今検光子を固定して偏光子を回転させ
ると、試料からの反射光は円偏光から直線偏光の範囲で
変化し方位角も変化する。従って検出される光強度Ｉは
偏光子の回転に従って上下変動しながら、検光子の回転
に従ってゆるやかに上下し、図３に示すような変化を示
す。このＩは Ｉ＝Ｉｏ［ｓｉｎ2 （ωｔ＋φ）±（１／２）ｓｉｎφ
ｓｉｎ２ωｔ ×｛ｓｉｎ（２ω’ｔ±ψ）±（−１）｝］…(2) となる。上式で正負２重記号の所は１／４波長板の方位
により、上側は方位角＋４５°のとき下側は−４５°の
場合である。上式より最小限３点の測定結果からφ，ψ
を算定することができる。
る場合を考える。今検光子を固定して偏光子を回転させ
ると、試料からの反射光は円偏光から直線偏光の範囲で
変化し方位角も変化する。従って検出される光強度Ｉは
偏光子の回転に従って上下変動しながら、検光子の回転
に従ってゆるやかに上下し、図３に示すような変化を示
す。このＩは Ｉ＝Ｉｏ［ｓｉｎ2 （ωｔ＋φ）±（１／２）ｓｉｎφ
ｓｉｎ２ωｔ ×｛ｓｉｎ（２ω’ｔ±ψ）±（−１）｝］…(2) となる。上式で正負２重記号の所は１／４波長板の方位
により、上側は方位角＋４５°のとき下側は−４５°の
場合である。上式より最小限３点の測定結果からφ，ψ
を算定することができる。
【０００９】
【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。Ｌは光源の
レーザ、１は偏光子、２は１／４波長板、３は検光子、
４は光検出器で、Ｓは試料である。これらの基本的な構
成は一般のエリプソメータと同じである。偏光子１，１
／４波長板２，検光子３は夫々装置の光軸を中心として
回転可能に保持され、夫々が独立にステッピングモータ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３で駆動されるようになっている。１／
４波長板は、試料への入射光の光軸と試料からの反射光
の光軸を含む面に平行な方向を基準方向として、その方
向と＋４５°および−４５°の二種の方位角に設定する
ためモータＭ２で駆動されるようになっている。５は制
御装置でモータドライバ６を介してステッピングモータ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を駆動する。Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は夫々
偏光子１，１／４波長板２，検光子３の方位が基準方位
になっていることを検知する光電的検出器で、制御装置
５は各偏光素子１，２，３が基準方位にあることをセン
サＰ１，Ｐ２，Ｐ３の出力によって検知し、その位置か
らステッピングモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３に送ったパルス
数を計数して夫々の偏光素子の方位を検知している。光
検出器４の出力はＡ／Ｄ変換器７を介して制御装置５に
取り込まれる。８は制御装置に種々な動作指令を与え、
また各種データを入力するためのキーボードで、９は測
定結果を表示する表示装置である。
レーザ、１は偏光子、２は１／４波長板、３は検光子、
４は光検出器で、Ｓは試料である。これらの基本的な構
成は一般のエリプソメータと同じである。偏光子１，１
／４波長板２，検光子３は夫々装置の光軸を中心として
回転可能に保持され、夫々が独立にステッピングモータ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３で駆動されるようになっている。１／
４波長板は、試料への入射光の光軸と試料からの反射光
の光軸を含む面に平行な方向を基準方向として、その方
向と＋４５°および−４５°の二種の方位角に設定する
ためモータＭ２で駆動されるようになっている。５は制
御装置でモータドライバ６を介してステッピングモータ
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を駆動する。Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は夫々
偏光子１，１／４波長板２，検光子３の方位が基準方位
になっていることを検知する光電的検出器で、制御装置
５は各偏光素子１，２，３が基準方位にあることをセン
サＰ１，Ｐ２，Ｐ３の出力によって検知し、その位置か
らステッピングモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３に送ったパルス
数を計数して夫々の偏光素子の方位を検知している。光
検出器４の出力はＡ／Ｄ変換器７を介して制御装置５に
取り込まれる。８は制御装置に種々な動作指令を与え、
また各種データを入力するためのキーボードで、９は測
定結果を表示する表示装置である。
【０００８】測定動作をスタートさせると、制御装置５
は各偏光素子１，２，３を基準方位に設定し、次いで１
／４波長板２を＋４５°の方位に設定した後、偏光子
１，検光子３を夫々所定の角速度ω’，ωで回転させ、
一定時間間隔で光検出器４の出力をサンプリングし、そ
のときの偏光子１，検光子３の方位角と共にメモリに記
入して行く。この動作は低速回転させている方の偏向素
子の半回転の間行う。次に１／４波長板の方位角を−４
５°に設定して上と同じ測定動作繰り返す。
は各偏光素子１，２，３を基準方位に設定し、次いで１
／４波長板２を＋４５°の方位に設定した後、偏光子
１，検光子３を夫々所定の角速度ω’，ωで回転させ、
一定時間間隔で光検出器４の出力をサンプリングし、そ
のときの偏光子１，検光子３の方位角と共にメモリに記
入して行く。この動作は低速回転させている方の偏向素
子の半回転の間行う。次に１／４波長板の方位角を−４
５°に設定して上と同じ測定動作繰り返す。
【０００９】実際問題として前記(1) 或は(2) の式によ
り３つの時点の光検出強度各偏光素子の方位角からφ，
ψを算出する演算は三角方程式となって大へん面倒であ
る。しかし偏光子１と検光子３の回転速度の比が或る程
度大きいときは図２，３の短周期の変化の包絡線が明確
になって来るので、以下述べるようにして消光点を内挿
的に求めることができる。
り３つの時点の光検出強度各偏光素子の方位角からφ，
ψを算出する演算は三角方程式となって大へん面倒であ
る。しかし偏光子１と検光子３の回転速度の比が或る程
度大きいときは図２，３の短周期の変化の包絡線が明確
になって来るので、以下述べるようにして消光点を内挿
的に求めることができる。
【００１０】検光子３の方が高速回転の場合図４Ａに示
すような光検出強度のデータが得られる。図は強度変化
の振幅が最大である付近のカーブの下の部分だけを示し
ている。図で点線で示す包絡線の最低位置が消光位置
で、その時点ｔの偏光子１の方位がψを与える。同じ時
点で検光子３の方位が消光角φであれば、ｔ時点で光検
出器出力は最小（原理的には０）になっているが、検光
子の方位は一般にはそのときφではない。偏光子は検光
子に比しゆっくり回っているので、ｔ時点の前後で殆ど
方位は変わっていない。従ってｔ時点の前後の光強度最
小の谷における検光子の方位は消光角に近い値である。
これらの方位角をα，β，γ等とする。βはαと略１８
０°の差があるので、γ，β−１８０°，γ…を図４Ｂ
のように時間軸上にプロットして、一曲線で結びｔ時点
に立てた垂線との交点の高さが検光子３の消光角φを与
える。以上を数式演算で行うには、図４Ａの複数の極小
点の時刻と光強度のデータから包絡線を２次曲線として
最小自乗法で決定し、この包絡線の極小点の時間ｔを算
出する。次に図４Ｂの曲線を時刻と光強度極小点の検光
子の方位角α，β，γ等のデータから２次曲線として上
と同様にして最小自乗法で決定し、ｔ時点の角度を算出
する。
すような光検出強度のデータが得られる。図は強度変化
の振幅が最大である付近のカーブの下の部分だけを示し
ている。図で点線で示す包絡線の最低位置が消光位置
で、その時点ｔの偏光子１の方位がψを与える。同じ時
点で検光子３の方位が消光角φであれば、ｔ時点で光検
出器出力は最小（原理的には０）になっているが、検光
子の方位は一般にはそのときφではない。偏光子は検光
子に比しゆっくり回っているので、ｔ時点の前後で殆ど
方位は変わっていない。従ってｔ時点の前後の光強度最
小の谷における検光子の方位は消光角に近い値である。
これらの方位角をα，β，γ等とする。βはαと略１８
０°の差があるので、γ，β−１８０°，γ…を図４Ｂ
のように時間軸上にプロットして、一曲線で結びｔ時点
に立てた垂線との交点の高さが検光子３の消光角φを与
える。以上を数式演算で行うには、図４Ａの複数の極小
点の時刻と光強度のデータから包絡線を２次曲線として
最小自乗法で決定し、この包絡線の極小点の時間ｔを算
出する。次に図４Ｂの曲線を時刻と光強度極小点の検光
子の方位角α，β，γ等のデータから２次曲線として上
と同様にして最小自乗法で決定し、ｔ時点の角度を算出
する。
【００１１】偏光子が検光子より高速回転する場合、図
３で光強度の極小点の包絡線が極小になる位置が消光位
置であるから、この場合も上述と同じにしてφ，ψを求
めることができる。
３で光強度の極小点の包絡線が極小になる位置が消光位
置であるから、この場合も上述と同じにしてφ，ψを求
めることができる。
【００１２】
【発明の効果】偏光子，検光子の回転速度の速い方を９
００°／秒、遅い方を５°／秒とすると、遅い方を１８
０°回転させることで一回の測定が完了するので、一回
の測定は３６秒で終わり、１／４波長板の方位角＋４５
°と−４５°での測定を合わせて７２秒で完了する。こ
のように本発明によれば、偏向素子を連続回転させて、
低速回転側の半回転で測定を終わることができるので、
偏光解析測定が能率的に行われる。
００°／秒、遅い方を５°／秒とすると、遅い方を１８
０°回転させることで一回の測定が完了するので、一回
の測定は３６秒で終わり、１／４波長板の方位角＋４５
°と−４５°での測定を合わせて７２秒で完了する。こ
のように本発明によれば、偏向素子を連続回転させて、
低速回転側の半回転で測定を終わることができるので、
偏光解析測定が能率的に行われる。
【図１】本発明の一実施例の平面図
【図２】上記実施例の測定データのグラフ
【図３】上記実施例の他の場合の測定データのグラフ
【図４】偏光素子の消光位置の決定手順を説明する図
【図５】従来例の平面図
１ 偏光子 ２ １／４波長板 ３ 検光子 ４ 光検出器 ５ 制御装置 Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ ステッピングモータ
Claims (1)
- 【請求項１】偏光子と検光子を互いに異なる速度で回転
させる手段と、時間データと各時間に対応する偏光子と
検光子の方位角と光検出信号のデータを採取し記憶する
手段と、上記採取したデータから光検出信号が０になる
時点の偏光子，検光子の方位角を内挿的に算出する手段
とを有する偏光解析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35848491A JPH05180757A (ja) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | 偏光解析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35848491A JPH05180757A (ja) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | 偏光解析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180757A true JPH05180757A (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=18459556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35848491A Pending JPH05180757A (ja) | 1991-12-28 | 1991-12-28 | 偏光解析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05180757A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100389566B1 (ko) * | 2000-07-25 | 2003-06-27 | 오혜근 | 동기화된 회전요소형 타원해석기 |
-
1991
- 1991-12-28 JP JP35848491A patent/JPH05180757A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100389566B1 (ko) * | 2000-07-25 | 2003-06-27 | 오혜근 | 동기화된 회전요소형 타원해석기 |
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