JPH01216235A - 複屈折の測定方法 - Google Patents

複屈折の測定方法

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JPH01216235A
JPH01216235A JP63042796A JP4279688A JPH01216235A JP H01216235 A JPH01216235 A JP H01216235A JP 63042796 A JP63042796 A JP 63042796A JP 4279688 A JP4279688 A JP 4279688A JP H01216235 A JPH01216235 A JP H01216235A
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light
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Sunao Kiyomoto
清本 直
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Orc Manufacturing Co Ltd
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラスチック材のばか各種透明物質の3次元的
な異方性、又は屈折率楕円体を容易に解明し得る複屈折
の測定方法及びその装置に関するものである。
〔従来の技術〕
光が物体を透過、又はその表面で反射する際の偏光状態
を検出し、前記物体の異方性、光学定数。
あるいは物体の表面に付着した薄膜の厚み等を測定する
ため、エリプソメトリ−(ellipsometry)
と呼ばれる測定装置が広く使用されている。
以下、第5図を参照して回転検光子法を採用した透過型
の測定装置について説明すると、この装置は光源(He
−Neレーザー)1、偏光子2.174波長板3、水平
な軸受4に傾動自在に支持した試料台5、シンクロナス
モーター6によって断続的に小角度ずつ回転駆動される
検光子7、該検光子7の各角度位置θおよびデータ信号
fを出力する角度検出器8、受光した光の強さを検出し
て光電変換する検出器9、該検出器9から送られた光強
度のアナログ信号C及び角度検出器8から送られたデー
タ信号fをA/D変換するA/Dコンバータ13、該コ
ンバータ13から送られたディジタル信号を所定のプロ
グラムに従って演算、解析する小型演算機14(例えば
l BM 1130 )等からなる。
次に、測定方法について説明する。光源1から放射され
た単色の平行光は偏光子2.1/4波長板3を通って楕
円偏光となり試料15に入射する。
試料15の内部で複屈折し、偏光度が変化した楕円偏光
は検光子7を通って検出器9に入射する。
検出器9は検光子7の各角度位置θ、ごとに受光した光
を光電変換して光の強度に対応したアナログ信号CをA
/Dコンバータ13に送る。A/Dコンバータ13は図
示しないロータリーエンコーダからのスタートパルスと
サンプリングパルスによって前記アナログ信号Cを1回
転256個(=2”)のディジタル信号1.に変換し、
演算機14に入力する。
ここで、演算機14は受は取った各ディジタル信号1i
を積算してその平均値I0を算出しく演算式(1)を参
照)、更に演算式(2)(3)を用いてa、  bの値
(a、bは検出器9が受光した楕円偏光の長。
短軸方向の成分)を算出し、楕円率a / bを求める
。
楕円率a / bは、楕円偏光を構成する正常光線と異
常光線の位相差δ、あるいは試料15の内部を前記光線
が通過した際の時間差に対応しているので、このδを用
いて複屈折位相差Δndを式(4)によって算出する。
Δnd=δ・λ/2π(nm)    (4)ここに、
Δn””Ino  nel no ;正常光線の屈折率 n、H異常光線の屈折率 d;試料の厚み λ;真空中におけるレーザー光の波長 である。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上の測定によって試料に対する成る方向の複屈折位相
差Δndが求まったが、等軸結晶体、単光軸結晶体及び
双光軸結晶体を除<−殻物質の複屈折位相差は式(5)
に示すように物質の3次元的な異方性、測定光の入射方
向によって種々変化する。
Δn d ”” f (nw* nY+ ng+ ff
t  β)(5)n X+ n V+ n w  ;屈
折率楕円体のx、  y。
2方向の長袖 α;入射角 β;方位角 従って、前述のように平行光を用いて3次元的な異方性
を求めようとすると、試料台5の傾斜及び傾斜の方向を
少しづつ変えてその都度測定を繰り返し、莫大なデータ
を蓄積せねばならず、多大な時間を必要とするため測定
はほとんど不可能である。従って、従来の測定方法は3
次元的な測定を断念し、入射角だけを種々変更すること
によって2次元的に複屈折を求めるようにしており、物
質の異方性を充分に解明できないという問題点があった
。
本発明は前述の問題点に鑑み、1回の測定操作で多数の
複屈折位相差のデータを蒐集し、物質の3次元的な異方
性、又は屈折率楕円体を容易に解明できる複屈折の測定
方法及びその装置を提供することを技術的課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
前記の課題は試料に対し種々の方向から単色光を同時に
入射させ、前記試料を透過した光を多数の光電変換素子
で検出し、各光電変換素子ごとに偏光解析を行うことを
特徴とする複屈折の測定方法及びその装置によって達成
される。
(作用〕 試料に対し種々の方向から測定光を入射させ、試料を透
過した各方向の光をエリアセンサー又はラインセンサー
で検出し、前記センサーを構成する各光電変換素子ごと
に演算を行って複屈折位相差を求めるので、1回の測定
操作で多数のデータを蓄積することが可能になり、これ
らのデータを解析することによって物質の3次元的な異
方性、又は複屈折楕円体を容易に解明することができる
。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。尚、
従来の技術を説明した際の測定装置各部と同じ役割りを
果す部分には同じ符号を付して示す。
第1図ないし第3図は本発明を実施するための測定装置
の第1の実施例を示すもので、この実施例の装置はHe
−Neレーザーを放射する光源1、該光源lから放射さ
れたレーザービームの断面を拡大スるレーザービームエ
キスパンタ21% ミツ一22、偏光子2.1/4波長
板3、凸レンズ23゜24、該凸レンズ23.24の中
間位置に配置した試料台25、シンクロナスモーター6
及び減速装置26を介して断続的に繰り返し小角度で(
中心角で360+256度づつ)回転駆動される検光子
7、該検光子7を通過した光を受光するエリアセンサー
27、該エリアセンサー27から送られたアナログ信号
C等をディジタル信号に変換するA/Dコンバータ13
、該A/Dコンバータ13から入力したディジタル信号
を所定のプログラムに従って演算し且つ演算値を処理す
るパーソナルコンピュータ28、演算結果を画像表示す
る表示袋ff (CRT)29、前記検光子7の各角度
位置θ直及びデータ信号fを出力する角度検出器8など
からなる。
エリアセンサー27は受光面に稠密に配設したフォトダ
イオードアレー31と各フォトダイオードが光電変換し
た電荷を次々に送り出す転送部(図示せず)などからな
り、公知の市販品を使用する。又、レー枦−ビームエキ
スパンダー21も公知の市販品を使用する。
次に、本装置の作動及び取扱要領を説明する。
光源lから放射された単色のレーザービーム32はエキ
スパンダー21及びミラー22によって拡大した断面を
有する平行光33となり、偏光子2及び1/4波長板3
を通って楕円偏光の状態で凸レンズ23に入り、該凸レ
ンズ23′によって集光され試料15に入射する。この
際、測定光を種々の方向(入射角α、方位角β)から試
料15に入射させるため、集光用の凸レンズ23はその
焦点16が試料15の下端近傍に来るように予め調整さ
れている。
試料15を通過した各方向の光は試料の3次元的な異方
性、入射角α、方位角βに従ってそれぞれ偏光度が異な
った楕円偏光となり、凸レンズ24に向って発散する。
凸レンズ24を通過した光は、測定装置の軸線30に平
行な光33となって検光子7を通り、エリアセンサー2
7に受光され    □る。エリアセンサー27が出力
したアナログ信号Cはディジタル信号に変換されてコン
ピュータ28に入力し、コンピュータ28は入力した各
電気信号を、該信号を発生させた各ダイオードの場所と
関連させてコンピュータ28内のメモリー(図示せず)
に記憶しておく。
ここで、シンクロナスモーター6は自動的に中心角で3
60/256度だけ検光子7を回転させ、この新しい角
度位置において前回と同様の一連の操作、すなわち受光
、光電変換、A/D変換、演算、記憶の操作が繰り返さ
れる。かくして検光子7が中心角で360度、すなわち
1回転すると、コンピュータ28は各ダイオードごとに
記憶していたデータ(夏1.0)を前述の式(1)(2
)(3)(4)を用いて演算し、各ダイオードの場所に
対応した複屈折位相差Δndを算出する。
各ダイオードの場所は入射光の各入射角α及び各方位角
βの種々な組み合わせに対応しているので、従来の測定
方法を用いた場合に要求される莫大な回数の測定、すな
わち試料台の傾き及び方向を少しづつ変えて行う煩られ
しい測定操作を、僅か1回の測定操作で済ましたことに
なり、測定時間を大幅に短縮することができる。
このようにして求めた複屈折位相差Δndのデータを解
析すると、試料15の光軸及び屈折率楕円体を簡単に求
めることができる。すなわち光軸に平行に入射した光は
複屈折の影響を受けないので、見掛は上のΔndの値が
ゼロになるダイオードの場所を検索すると、この場所と
凸レンズ23の焦点16を結ぶ方向が光軸の方向である
。
コンピュータの演算結果を表示装置に画像表示した例を
第2図及び第3図に示す、第2図は光軸と測定装置の軸
線30を含む平面がエリアセンサー27の受光面と交差
する線を横軸として入射角αを目盛り、又、各入射角α
に対応する複屈折位相差Δndを縦軸に目盛ったもので
ある。この図によると入射角αが+3度のところでΔn
dがゼロになっているので、光軸がほぼ入射角3度の方
向に延びていることが分かる。
尚、この図の曲wAeは複屈折楕円体の成る断面の一部
分を示しており、この断面のほかに更に光軸を含み且つ
紙面に直角な断面及び光軸に直角に交差し且つ紙面に直
角な断面についてΔndのデータを求めると、屈折率楕
円体を立体的に求めることができる。
第3図はエリアセンサー27上の成るダイオードに入力
した光の強弱の差I、−2・(検出した最大値と最小値
の差)を縦軸に、又、検光子70角度位置θ五を横軸に
示したものである。I p−p’が最大値を示すのは複
屈折位相差Δndがゼロであることを意味するので、方
位角θ1.θ2のところで、このダイオードが光軸の延
長線上に所在したことを知る。
本発明の第2の実施例を第4図に示す。この例はエリア
センサーの代りにラインセンサー35を旋回可能に配置
したもので、これ以外は第1の実施例と変わるところは
ない。この実施例によると、検光子7の各角度位置ごと
にモータ36を用いてラインセンサー32を360度回
転させるので、測定時間が若干長くなるが、装置の構造
が簡単になる利点がある。
尚、本発明は前述の実施例にのみ限定されるものではな
く、例えば測定装置の軸線の方向を鉛直に設定する代り
にそれ以外の方向に設定してもよいこと等、その他本発
明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得るこ
とは勿論である。
〔発明の効果〕
以上に述べたごとく本発明は次の優れた効果を発揮する
。
(i)試料に対し単色光を種々の方向から同時に入射さ
せ、試料を透過した各方向の光を別個に検出するので、
平行光を使用する従来の測定法におけるごと(試料を傾
斜させたり、傾斜の方向を変えて多数の測定を繰り返え
す必要がない。従って測定に要する時間を大幅に短縮す
ることができる(1つの楕円体を見積る時間が従来の方
法に比べて1/100程度で済む)。
[ii]第(i)項の結果、従来の測定方法の限界を越
えて、物質の3次元的な異方性、又は屈折率楕円体を容
易に解明することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の方法を実施するための測
定装置の第1の実施例を示し、第1図は全体配置図、第
2図は成る方位角における入射角と複屈折位相差の関係
を示す図、第3図は受光面の成る場所における光の強弱
の差と検光子の回転角との関係を示す図、第4図は第2
の実施例である測定装置の1部を示す配置図、第5図は
従来の測定装置の説明図である。 l・・・光源       15・・・試料21・・・
レーザービームエキスパンダー27・・・エリアセンサ
ー 32・・・レーザービーム35・・・ラインセンサ
ー 第2図 0   θIT、   θ22π;初

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)試料に対し種々の方向から単色光を同時に入射さ
    せ、前記試料を透過した光を多数の光電変換素子で検出
    し、各光電変換素子ごとに偏光解析を行うことを特徴と
    する複屈折の測定方法。
  2. (2)レンズで集光した単色光を試料に入射させる請求
    項(1)に記載の複屈折の測定方法。
  3. (3)各光電変換素子ごとに複屈折位相差を求め、各光
    電変換素子の場所に対応する光の入射角及び入射方向と
    前記複屈折位相差との関係から屈折率楕円体を求める請
    求項(1)に記載の複屈折の測定方法。
  4. (4)レーザービームの断面を拡大してレンズで集光す
    る請求項(2)に記載の複屈折の測定方法。
  5. (5)光源から放射した単色光を偏光子と1/4波長板
    を通して試料に入射し、前記試料を透過した光を検光子
    を通して検出器で検出し、コンピュータを利用して偏光
    解析を行う複屈折の測定装置において、1/4波長板と
    検光子の間に相互に焦点を共有するように一対の凸レン
    ズを相対して配置し、前記1対の凸レンズの中間位置に
    試料台を設けたことを特徴とする複屈折の測定装置。
  6. (6)検出器が多数の光電変換素子を面状、又は線状に
    配置した光センサーで構成されている請求項(5)に記
    載の複屈折の測定装置。
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