JP2000292261A - 分光光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 紫外域での偏光測定が可能な分光光度計を得
ることである。 【解決手段】 分光器１０の出口スリット１の後に、イ
メージローテータ５、ローションプリズム２、第２スリ
ット４を配設し、出口スリット１と第２スリット４とを
略共役になす結像光学系３を設け、第２スリット４から
出た光を試料室内の投射光学系により試料面に入射させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分光光度計に関
し、特に紫外域で使用するに好適な分光光度計に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、紫外域の光を使用する高性能の光
学機器が広く使用されるようになった。特に、半導体チ
ップを製作するための光学系は、年々使用波長が短波長
化され、極紫外の光学系の開発が最近非常に盛んであ
る。それに伴い、紫外域で使用されるレンズや鏡の光学
素子にも高性能な透過率、反射率が求められるになって
おり、紫外域の光学材料や薄膜の開発も非常に盛んにな
ってきた。そして、またそれらの光学材料や素子を測定
するための高性能な分光光度計が必要になってきた。

【０００３】さらに、これらの分光光度計には、ただ単
に、光学材料やコートの分光特性だけでなく、偏光によ
る分光特性も測定できる機能が求められている。一般に
レンズなどの光学素子に、入射角を持って光が入射する
時、P偏向、S偏光による偏光特性が現れる。そのためレ
ンズの薄膜等を開発する上では、分光特性の偏光依存性
の測定が不可欠である。

【０００４】そして、このような状況の中、従来では、
入射光を常光線と異常光線に分離する偏光素子としてフ
ッ化マグネシウム（MgF₂）のローションプリズムがよく
用いられてきた。この理由としては、波長120nm以下の
光学素子の透過率、反射率などの測定を考えた場合、光
を透過させる複屈折材料が他に容易に得られないからで
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フッカ
マグネシウム（MgF₂）のローションプリズムは、常光線
と異常光線の分離幅が小さく、これが分光光度計を構成
する際に問題となる。以下、ローションプリズムを用い
た常光線と異常光線の分離方法について説明する。

【０００６】ローションプリズムは、二つのプリズムを
互いに光学軸が直交する様に張り合わせたもので、入射
側のプリズムの光学軸は、プリズムへの入射光の光軸と
平行になるようなっている。そして、射出側のプリズム
は光学軸の方向が入射光の光軸と直交するように配置さ
れている。このため、光が一番目のプリズムを透過する
ときは偏光状態に関わらず、屈折率は同一である。しか
し、光が二番目のプリズムに入ると、偏光状態によって
屈折率が異なる。この場合、二番目のプリズムに対して
常光線となる偏光状態の光は、一番目のプリズムと同じ
屈折率となるので、プリズムの境界で光は屈折せず、プ
リズムを透過する。一方、二番目のプリズムで異常光線
となる偏光状態を持つ光は、二つのプリズムの境界で屈
折し、光の入射方向と異なる方向に光が出ていく。その
結果、ローションプリズムからの光りの射出角に違いに
より、偏光状態が異なる光を分離することができる。

【０００７】具体的な光学系の構成は図２のようにな
る。図2にあるように、分光器の出口スリット１を光源
とし、結像光学系３により出口スリット１に共役な位置
に遮蔽スリット４を配置し、出口スリット１と結像光学
系３の間にローションプリズム２を入れる。このような
配置により、出口スリット１からローションプリズム２
に入射した光のうち、常光線は直進してローションプリ
ズム２からでた後、結像光学系３により遮蔽スリット４
上に出口スリット１を結像し、遮蔽スリット４から出て
行く。一方、異常光線は、ローションプリズム２に入射
した後、内部で屈折する。そのため結像光学系３による
異常光線の出口スリット１の像位置は、遮蔽スリット４
からずれた位置にできる。従って、異常光線は遮蔽スリ
ット４により遮断されることになる。ゆえに、遮光スリ
ット４から出てくる光は常光線のみとなる。

【０００８】ところで、この時、光を完全に分離するに
は、常光線と異常光線の像が重ならないことが必要であ
る。これは、出口スリット１の像の分離方向を出口スリ
ット１の方向に対して直交するようにすれば、出口スリ
ット１の像のずれ量は、出口スリット１の幅以上あれば
十分であるので、容易に達成できる。しかしながら、分
光光度計の場合、偏光をP偏向とS偏向とに切り替えて測
定する必要がある。従来は、ローションプリズム２を光
軸回りに90°回転することによって、P偏向とS偏向の切
り替えを行ってきた。つまり、常光線の偏光面を90°回
転し、偏光面が90°回転した偏光光を取り出していたわ
けである。しかし、このようにローションプリズム２を
90°回転すると、光線の分離方向も90°回転してしま
う。そのため、遮光スリット４面上にできる二つのスリ
ット像は、スリット方向に平行にずれることになる。図
３にこの様子を示す。図３から分かるように、常光線と
異常光線とを完全に分離するには、両者を出口スリット
１の長さより多くずらさなければならない。出口スリッ
ト１を短くすると、常光線と異常光線との分離量が少な
くてすむが、光源の面積が減る分、光量が少なくなる。
通常の可視光の場合、強力な光源が存在するため、出口
スリット１を短くしても装置の構成が可能である。しか
し、極紫外の場合、強い光源が少ないないのと感度の良
い検出器が少ないため、出口スリット１を短くして光量
を減少させることは装置を構成する上で大きな問題とな
る。従って、光量の減少を抑えて常光線と異常光線とを
分離するためには、スリット像の分離量を大きくする必
要がある。スリット像の分離量を大きくするには、以下
の二つの方法がある。

【０００９】ローションプリズム2を出口スリット１
から離す。 常光線と異常光線との分離量（分離角）が大きなロー
ションプリズム２を使う。 しかしながら、、の両方の場合ともローションプリ
ズム２が大きくなる傾向になり、コストの増加になる。
の場合、ローションプリズム２を出口スリット１から
離す事により、ローションプリズム２が作る出口スリッ
ト１の開口の虚像は、図２のように、もとの出口スリッ
ト１から離れていく。しかし、ローションプリズム２を
出口スリット１から離すと、出口スリット１の開口から
出た光が広がっているため、ローションプリズム２の口
径が大きくなる。ローションプリズム２は、高価な素子
なので、これは、これは装置全体のコストアップにつな
がる。また、の場合も、分離角を大きくすれば、遮光
スリット４面上の、２つのスリット像は離れていく。し
かし、分離角を大きくするには、プリズムの頂点の角度
を小さくする必要がある。そして、頂点の角度を小さく
して同じ有功径を確保しようとするとローションプリズ
ム２の長さが長くなり、やはり装置全体のコストアップ
につながる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１に記載の
発明は、分光器の出口スリットの後に、イメージロテー
タ、ローションプリズム、第２スリットを配設すると共
に、前記出口スリットと前記第２スリットとを略共役に
なす結像光学系を設け、前記第２スリットから出た光を
試料面に入射させた分光光度計である。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、上記記載
の発明にさらに、前記ローションプリズムと前記スリッ
トとを同期して光軸を中心に回転させる第１回転手段
と、前記イメージローテータを前記ローションプリズム
と前記スリットの半分の回転角で前記ローションプリズ
ムと前記スリットの回転に同期させて光軸を中心に回転
させる第2回転手段とを設けた分光光度計である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１に示
し、この実施例をもとに本発明を説明する。本実施例で
は、光源としての分光器１０の出口スリット１を出射し
た光は、イメージローテータ５、ローションプリズム
２、結像光学系３を透過し、遮光スリット４に入射す
る。結像光学系３により、遮光スリット４は出口スリッ
ト１と共役になっており、出口スリット１のスリットの
像が遮光スリット４の開口に略重なる。遮光スリット４
の背後には不図示の試料室が設けてあり、遮光スリット
４から射出した常光線（直線偏光）を被測定薄膜に所定
の角度で照射し、その入射光と反射光とをそれぞれ光電
素子等で光電変換し、被測定薄膜への入射光と反射光と
の強度比から、被測定薄膜の反射率を測定するように構
成している。イメージローテータ５は光軸回りに回転可
能であり、イメージローテータ５が作る出口スリット１
の開口の虚像が出口スリット１のスリットに平行になる
ようにイメージローテータ５の向きが設置してある。そ
してさらに、ローションプリズム２で光が常光線と異常
光線とに分離するが、この時、光りの分離方向が分光器
の出口スリット１のスリットの方向に直交するように配
置する。するとこのとき、遮光スリット４面上に常光線
と異常光線の作る二つのスリット像が、スリット方向に
対し直交した方向に分離してできる。そして、実施例で
は、遮光スリット４のスリットを常光線の作るスリット
像に一致するように設置してある。このようにすること
により遮光スリット４からは、常光線の偏光状態の光だ
けを取り出す事ができる。

【００１３】そして、偏光状態を切り替える時は、ロー
ションプリズム２を90°回転させる。この時光線の分離
方向も90°回転するので、図３のスリット像のように、
二つのスリット像はスリットの長手方向にずれる。そし
て、この時、遮光スリット４面上のスリット像の分離量
が小さいと、二つの像が重なってしまって完全に一つの
偏光光だけを取り出す事ができない。そこで、ローショ
ンプリズム２の回転に同期して、イメージローテータ５
を45°回転させる。こうすることにより、出口スリット
１の像が90°回転し、遮光スリット面上にできた二つの
スリット像は、重ならなくなる。そして、さらに遮光ス
リット４を90°回転させることにより、常光線の作るス
リット像の光だけを取り出す事ができ、所望の偏光光だ
け得ることができる。すなわち、第１回転制御装置１１
によってローションプリズム２と遮光スリット４とを一
体に90度回転させると共に、第２回転制御装置１２によ
ってイメージローテータ５を45°回転させる。このよう
にして、偏光方位が90度異なる光を選択的に得ることが
できる。以上の実施の態様は種々の変形が可能であり、
例えば、結像光学系３の位置はローションプリズム２と
遮光スリット４との間に限られず、出口スリット１と遮
光スリット４との共役関係が保たれればその位置は自由
に選択できるし、また、１枚のレンズのみでなく、複数
のレンズをローションプリズム２やイメージローテータ
５を挟む様に設けることもできる。

【００１４】

【発明の効果】以上のように、本発明を用いる事によ
り、特に紫外域での偏光測定が可能な分光光度計を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の態様を示すブロック図である。

【図２】従来の技術を示すブロック図である。

【図３】ローションプリズムを90度回転した時のスリッ
ト像の様子を示す図である。

【図４】ローションプリズムを90度、イメージローテー
タ45度回転した時のスリット像の様子を示す図である。

【符号の説明】 1．出口スリット 2．ローションプリズム 3．結像光学系 4．遮光スリット 5．イメージローテータ 10．分光器 11．第１回転制御装置 12．第2回転制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分光器の出口スリットの後に、イメージ
   ロテータ、ローションプリズム、第２スリットを配設す
   ると共に、前記出口スリットと前記第２スリットとを略
   共役になす結像光学系を設け、前記第２スリットから出
   た光を試料面に入射させることを特徴とする分光光度
   計。
2. 【請求項２】 前記ローションプリズムと前記スリット
   とを同期して光軸を中心に回転させる第１回転手段と、
   前記イメージローテータを前記ローションプリズムと前
   記スリットの半分の回転角で前記ローションプリズムと
   前記スリットの回転に同期させて光軸を中心に回転させ
   る第２回転手段とを有することを特徴とする請求項１に
   記載の分光光度計。