JPH10160572A

JPH10160572A - 紫外領域用分光光度計

Info

Publication number: JPH10160572A
Application number: JP8321420A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Niikura; 宏新倉
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】測定再現性、測定精度が良く、安価で小型の
紫外領域用分光光度計を提供する。【解決手段】光源系と、分光器と、測定光学系と、ガ
ス導入系及び排気系とを有する紫外領域用分光光度計で
あって、該紫外領域用分光光度計内の酸素分圧が７．６
×１０^-2Torr又は酸素濃度が０．０１％以下であること
を特徴とする紫外領域用分光光度計。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は紫外領域（１００ｎ
ｍ以上３００ｎｍ以下）において使用される光学材料、
光学薄膜等の分光特性を測定するのに用いられる分光光
度計に関するものである。

【０００２】

【従来技術】様々な光応用技術の進展に伴い、光学計測
の要求は益々高度化している。特に近年の傾向として、
可視光に比べて波長が非常に長い、或いは短い光におけ
る物性評価に関心が集まっている。例えば、超短波長の
光では、各種エキシマレーザ等が微細加工やリソグラフ
ィに用いられており、光学素子等の計測評価が不可欠に
なりつつある。

【０００３】一般に、光学材料、光学薄膜等の分光特性
（透過率、反射率）を測定するためには、分光光度計を
用いる。可視領域用分光光度計は、測定光学系が光源か
らの光を測定光と参照光に分離するダブルビーム方式で
ある。紫外領域（１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）での
分光特性を測定する紫外領域用分光光度計は、１９０ｎ
ｍ以下の光は空気中の酸素の吸収によって急激に減衰し
する。また、光を吸収した酸素はオゾンとなり、光学系
にダメージを与え、さらに、オゾンは２５０ｎｍから２
６０ｎｍ付近に吸収をもち、光が減衰する。これらのこ
とより装置内が高真空化されている。

【０００４】しかしながら、高真空状態では、電気制御
系にノイズがのるため高速回転により光を測定光と参照
光に分離するチョッパーを用いることができない。その
ため紫外領域用分光光度計の測定光学系には、一般的に
使用されている可視領域用分光光度計と同じダブルビー
ム方式を用いることができない。また、同様な理由によ
り、光電子倍増管（フォトマル）を用いることができな
い。

【０００５】従って、図３に示すように紫外領域用分光
光度計では測定光学系はシングルビーム方式で、受光方
式はシンチレータで受光し、その反射光をファイバーを
用いて装置外に設置されたフォトマルまで伝送する方式
を採用している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シング
ルビーム方式の紫外領域用分光光度計では、ダブルビー
ム方式における参照光と測定光によるデータに相当する
データを取得するためにサンプルの出し入れを行わなけ
ればならないので、測定の再現性及び測定精度が悪く、
測定時間がかかるという問題点がある。

【０００７】また、上記理由により、受光方式はシンチ
レータで受光し、その反射光をファイバーを用いて装置
外に設置されたフォトマルまで伝送する方式を採用して
いるので、測定の再現性及び測定精度が悪いという問題
点がある。また、紫外領域用分光光度計の装置内を高真
空にするためには、非常に多くの時間を要し、高真空化
するための真空ポンプなどが必要になるため装置が大型
化し、高価になるという問題点がある。

【０００８】そこで、本発明は、このような問題点に鑑
み、測定再現性、測定精度が良く、安価で小型の紫外領
域用分光光度計を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、光路長が１００ｃｍの光学系における真空紫外波
長（１００〜２００ｎｍ）の透過率は、酸素による吸収
が少ない１１０ｎｍ付近で、酸素分圧が７．６E-3Torr
（酸素濃度０．００１％）の場合は、９９．９％であ
り、酸素による吸収が多い１２０ｎｍ、１４０ｎｍ付近
で酸素分圧が７．６E-6Torr（酸素濃度１．０E-6％）の
場合は９９．２％であることを見いだした。

【００１０】従って、本発明者は、この点に着目して紫
外領域の測定波長において光の吸収の起因となる酸素濃
度の限界値を求めて酸素を不活性ガス、窒素ガス、又は
これらの混合ガスによって置換するに至った。本発明は
第一に「光源系と、分光器と、測定光学系と、ガス導入
系及び排気系とを有する紫外領域用分光光度計であっ
て、該紫外領域用分光光度計内の酸素分圧が７．６×１
０^-2Torr又は酸素濃度が０．０１％以下であることを特
徴とする紫外領域用分光光度計（請求項１）」を提供す
る。

【００１１】また、本発明は第二に「前記測定光学系が
前記光源からの光を測定光と参照光とに分離するダブル
ビーム方式であることを特徴とする請求項１記載の紫外
領域用分光光度計（請求項２）」を提供する。また、本
発明は第三に「前記紫外領域用分光光度計内は不活性ガ
ス、窒素ガス、又はこれらの混合ガスにより置換されて
なる請求項１又は２記載の紫外領域用分光光度計（請求
項３）」を提供する。

【００１２】また、本発明は第四に「前記不活性ガス、
窒素ガス、又はこれらの混合ガスの純度が９９．９９％
以上であることを特徴とする請求項１〜３記載の紫外領
域用分光光度計（請求項４）」を提供する。また、本発
明は第五に「前記不活性ガスが、ヘリウムガス、アルゴ
ンガスであることを特徴とする請求項１〜４記載の紫外
領域用分光光度計（請求項５）」を提供する。

【００１３】また、本発明は第六に「前記光源系、分光
器及び測定光学系はそれぞれスリットにより空間が仕切
られていることを特徴とする請求項１〜５記載の紫外領
域用分光光度計（請求項６）」を提供する。また、本発
明は第七に「前記紫外領域用分光光度計の使用波長範囲
が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とす
る請求項１〜６記載の紫外領域用分光光度計（請求項
７）」を提供する。

【００１４】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を図面を参
照して説明する。図１、２は、本発明にかかる紫外領域
用分光光度計の概略図である。本発明にかかる紫外領域
用分光光度計は、光源系１と、分光器３と、測定光学系
６と、ガス導入系１６及び排気系１７とを有する。

【００１５】本発明にかかる紫外線領域用分光光度計内
の酸素分圧は７．６×１０^-2Torr又は酸素濃度は０．０
１％以下であることが好ましい。酸素分圧が７．６×１
０^-2Torr又は酸素濃度が０．０１％より大きくなると、
紫外領域（１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下）の光は酸素
の吸収によって急激に減衰し、正確な分光特性を測定す
ることができなくなるからである。

【００１６】本発明にかかる紫外線領域用分光光度計内
の酸素分圧を７．６×１０^-2Torr又は酸素濃度を０．０
１％以下にするために、純度９９．９９％以上の不活性
ガス（例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス等）、窒素
ガス、又はこれらの混合ガスにより置換して行う。光源
１は使用目的に合わせて連続光（例えば、重水素ランプ
等）、単一波長光（例えば、レーザー光等）を使用する
ことができる。

【００１７】測定光学系６は光源１からの光を測定光と
参照光とに分離するダブルビーム方式が好ましい。不活
性ガス（例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス等）、窒
素ガス、又はこれらの混合ガスによる置換を行うための
ガス導入口１６及び排気口１７は、装置側面の上部と下
部にそれぞれ設けられており、置換するガスの比重が酸
素より大きい場合は、下部より導入して、上部から排気
し、置換するガスの比重が酸素より小さい場合は、上部
より導入して、下部から排気する。

【００１８】紫外領域用分光光度計内の光源系１、分光
器３及び測定光学系６をそれぞれスリット４で仕切り、
それぞれの装置側面にガス導入口１６及び排気口１７を
設けても良い。その様な方法を採用することにより置換
効率を向上させることができる。さらに置換効率を上げ
るために排気ポンプを装置外に設置しても良い。

【００１９】透過率を測定する場合は、図１に示すよう
に、光源１から出射された光は集光レンズ２によって集
光され、分光器３にて分光された後、第１チョッパー７
で測定光と参照光に分離され、参照光はリファレンス９
を透過し、ミラー１０、第２チョッパー１３を経て、光
電子倍増管（フォトマル）１５にて検知される一方、測
定光はサンプル１１を透過し、ミラー１２、第２チョッ
パー１３を経て、光電子倍増管（フォトマル）１５にて
検知される。

【００２０】反射率を測定する場合は、図２に示すよう
に、光源１から出射された光は集光レンズ２によって集
光され、分光器３にて分光された後、第１チョッパー７
で測定光と参照光に分離され、参照光はリファレンス９
で反射し、ミラー１０を経て、光電子倍増管（フォトマ
ル）１５にて検知される一方、測定光はサンプル１１で
反射し、ミラー１０を経て、光電子倍増管（フォトマ
ル）１５にて検知される。

【００２１】第１チョッパー７とリファレンス９との間
の光路途中に設けられた遮光板８は、第１チョッパー７
の切り替えによって、完全に参照光と測定光とが分離出
来るように、参照光でも測定光でもない間隙を作るよう
に、制御されている。第２のチョッパーは、第１のチョ
ッパー７と遮光板８によって生じる参照光、測定光、参
照光でも測定光でもない間隙のタイミングに合わせて制
御されている。

【００２２】反射率を測定する場合の例として図２が示
されているが、ミラー１０の代わりに第２チョッパー１
３を用いて図１に示すような構成にしてもよい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳しく説明
するが、本発明はこれらの例に限定されるものではな
い。［透過率測定について］［実施例１］石英ガラスの透過率を図１で示すような透
過率測定系の紫外領域用分光光度計を用いて測定した。
光路長（光源１から光電子倍増管１５までの長さ）は約
９０ｃｍである。

【００２４】紫外領域用分光光度計は、光源系１と、分
光器３と、測定光学系６と、ガス導入系１６及び排気系
１７とを有し、光源系１、分光器３及び測定光学系６は
それぞれスリット４で仕切られており、それぞれの装置
側面にガス導入口１６及び排気口１７が設けられてい
る。光源１は重水素ランプを用い、装置内の分光器３は
真空紫外線（測定範囲１１５〜３５０ｎｍ）用を用い
た。

【００２５】先ず、Φ３０ｍｍの石英ガラス１１を図示
されていないサンプルホルダーにセットし、その後それ
ぞれの装置側面に設けられた上部ガス導入口１６から純
度９９．９９９％の窒素ガスを５〜２０リットル／分の
流量で導入し、下部ガス排気口１７から酸素を排出し、
置換を行った。測定光学系６の空間は大きいので、置換
効率を上げるために、ガス導入口１６及び排気口１７を
各々２ヶ所設けた。さらに置換効率を上げるために、数
分間ロータリーポンプで排気とガス導入を数回繰り返し
た。

【００２６】ガス置換完了後、重水素ランプ１を点灯さ
せ、安定後、窒素ガスの導入流量を５リットル／分以下
にし、１６０nm〜２７０nmまでの透過率を測定した。測
定結果は表１に示す。［実施例２］置換ガスとして純度９９．９９９９％の窒
素ガスを用いた以外は、実施例１で用いた透過率測定系
の紫外領域用分光光度計で同様な方法で石英ガラスの透
過率を測定した。測定結果は表１に示す。［実施例３］置換ガスとして純度９９．９９９９９９％
のヘリウムガスを用いた以外は、実施例１で用いた透過
率測定系の紫外領域用分光光度計で同様な方法で石英ガ
ラスの透過率を測定した。測定結果は表１に示す。［比較例１］空気中で、実施例１で用いた透過率測定系
の紫外領域用分光光度計で同様な方法で石英ガラスの透
過率を測定した。測定結果は表１に示す。［比較例２］石英ガラスの透過率を図３で示すように真
空紫外分光器（マクファーソン社製）を用いて測定し
た。装置内の真空度は５．０E-4Torrであった。測定結
果は表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】［反射率測定について］［実施例４］アルミ蒸着したミラーの反射率を図２で示
すような反射率測定系の紫外領域用分光光度計を用いて
測定した。光路長（光源１から光電子倍増管までの長
さ）は約９０ｃｍである。

【００２９】光源１は重水素ランプを用い、装置内の分
光器３は真空紫外線（測定範囲１１５〜３５０ｎｍ）用
を用いた。先ず、Φ３０ｍｍのアルミ蒸着したミラー１
１を図示されていないサンプルホルダーにセットし、そ
の後それぞれの装置側面に設けられた下部ガス導入口１
６から純度９９．９９９９％のアルゴンガスを５〜２０
リットル／分の流量で導入し、上部ガス排気口１７から
酸素を排出し、置換を行った。

【００３０】測定光学系６の空間は大きいので、置換効
率を上げるために、ガス導入口１６及び排気口１７を各
々２ヶ所設けた。さらに置換効率を上げるために、数分
間ロータリーポンプで排気とガス導入を数回繰り返し
た。ガス置換完了後、重水素ランプ１を点灯させ、安定
後、窒素ガスの導入流量を５リットル／分以下にし、１
６０ｎｍ〜２７０ｎｍまでの反射率を測定した。測定結
果は表２に示す。［実施例５］置換ガスとして純度９９．９９９９％の窒
素ガスを用いた以外は、実施例４で用いた反射率測定系
の紫外領域用分光光度計で同様な方法でアルミ蒸着した
ミラーの反射率を測定した。測定結果は表２に示す。［実施例６］光路長が２０ｃｍの反射率測定系の紫外領
域用分光光度計を用いて、置換ガスとして純度９９．９
９９９％の窒素ガスを用いた以外は、実施例４と同様な
方法でアルミ蒸着したミラーの反射率を測定した。測定
結果は表２に示す。［比較例３］空気中で、実施例２で用いた反射率測定系
の紫外領域用分光光度計で同様な方法でアルミ蒸着ミラ
ーの反射率を測定した。測定結果は表２に示す。［比較例４］アルミ蒸着したミラーの反射率を図３で示
すように真空紫外分光器（マクファーソン社製）を用い
て測定した。装置内の真空度は５．０E-4Torrであっ
た。測定結果は表２に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り、紫外領域の測定波長
において光の吸収の起因となる酸素濃度の限界値を求め
て酸素を不活性ガス、窒素ガス、又はこれらの混合ガス
によって置換しているので、酸素に起因する光の吸収が
なく、しかも光を吸収した酸素がオゾンに変化すること
もないので、光学系に対してダメージを与えることもな
い。

【００３３】また、高真空状態では使用することが出来
ないダブルビーム方式の採用、フォトマルへの光の直入
化が可能であり、測定の再現性、測定精度を向上させ、
測定の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる透過率測定系の紫外領域用分光
光度計の概略断面図である。

【図２】本発明にかかる反射率測定系の紫外領域用分光
光度計の概略断面図である。

【図３】従来の紫外線用分光光度計の概略断面図であ
る。

【符号の簡単な説明】１、２１・・・光源２・・・集光レンズ３、２３・・・分光器４、１４、２２、２４・・・スリット５・・・コンデンサーレンズ６・・・測定光学系７・・・第１チョッパー１３・・・第２チョッパ
ー８・・・遮光板９・・・リファレンス１０、１２、２５・・・ミラー１１、２８・・・サンプル１５・・・光電子倍増管（フォトマル）１６・・・ガス導入系（口）１７・・・ガス排気系（口）２６、２７・・・絞り２９・・・シンチレータ（受光部）３０・・・ターボ分子ポンプ３１・・・ロータリーポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源系と、分光器と、測定光学系と、ガス
導入系及び排気系とを有する紫外領域用分光光度計であ
って、該紫外領域用分光光度計内の酸素分圧が７．６×
１０ ^-2Torr又は酸素濃度が０．０１％以下であることを
特徴とする紫外領域用分光光度計。
【請求項２】前記測定光学系が前記光源からの光を測定
光と参照光とに分離するダブルビーム方式であることを
特徴とする請求項１記載の紫外領域用分光光度計。
【請求項３】前記紫外領域用分光光度計内は不活性ガ
ス、窒素ガス、又はこれらの混合ガスにより置換されて
なる請求項１又は２記載の紫外領域用分光光度計。
【請求項４】前記不活性ガス、窒素ガス、又はこれらの
混合ガスの純度が９９．９９％以上であることを特徴と
する請求項３記載の紫外領域用分光光度計。
【請求項５】前記不活性ガスが、ヘリウムガス、アルゴ
ンガスであることを特徴とする請求項３又は４記載の紫
外領域用分光光度計。
【請求項６】前記光源系、分光器及び測定光学系はそれ
ぞれスリットにより空間が仕切られていることを特徴と
する請求項１〜５記載の紫外領域用分光光度計。
【請求項７】前記紫外領域用分光光度計の使用波長範囲
が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とす
る請求項１〜６記載の紫外領域用分光光度計。