(57)【要約】      （修正有）【課題】常光屈折率と異常光屈折率の差が0.01以下という極めて小さい薄膜試料であっても、複素屈折率比を特定する光学異方性パラメータを精密に測定できる装置を提供する。【解決手段】偏光子をＰ方向に、検光子をＳ方向にセットした直交ニコルの状態で、測定点と検光子の間に配された波長板を回転させながら反射光の光強度Ａ11を測定し、偏光子をＰ＋δ方向に、検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で、波長板を回転させながら反射光の光強度Ｂ11を測定し、偏光子をＰ−δ方向にセットし、検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で、波長板を回転させながら反射光の光強度Ｂ12を測定し、偏光子をＳ方向に、検光子をＰ方向にセットした直交ニコルの状態で、波長板を回転させながら反射光の光強度Ｃ11を測定し、これらの光強度に基づき、複素反射率比のΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを測定する。【選択図】図１
2015014524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から偏光子を介して測定対象面上の測定点へ一定の入射角度で偏光を入射させ、前記測定点からの反射光に含まれる特定の偏光成分の光強度を検光子を介して測定する受光素子とを備えた光学系と、
前記測定対象面を前記測定点に立てた法線の周りに相対回転させて測定方位を変更する測定方位調整装置と、
各測定方位ごとに、前記測定点と検光子との間に配された波長板を所定角度間隔で半回転又は一回転させて前記受光素子で測定された波長板の回転角θに対する光強度データに基づき、複素振幅反射率比Ｒpp≡tanΨpp・exp(iΔpp)、Ｒps≡tanΨps・exp(iΔps)、Ｒsp≡tanΨsp・exp(iΔsp)で定義されるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出する演算装置を備えた光学異方性パラメータ測定装置において、
前記演算装置は、前記測定対象面を基準としてこれに直交し且つ入射光線を含む面内方向（Ｐ方向）で振動する直線偏光をＰ偏光とし、Ｐ方向に直交する面内方向（Ｓ方向）に振動する直線偏光をＳ偏光としたときに、各測定方位ごとに、前記偏光子及び検光子の一方をＰ方向とし、他方をS方向とする二つの直交ニコル状態で測定した光強度Ａ11（θ）及びＣ11（θ）と、前記偏光子及び検光子をプラス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ11（θ）と、マイナス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ12（θ）に基づいて、回転角θにおける光強度と、回転角−θにおける光強度の和と差を
ＴＡ（θ）＝Ａ11（θ）＋Ａ11（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ11（θ）−Ａ11（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ11（θ）＋Ｂ12（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ11（θ）＋Ｃ11（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ11（θ）−Ｃ11（−θ）
により算出して、所定の記憶領域に記憶させ、
前記ＴＡ、ＤＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＤＣに基づいて、各測定方位におけるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出することを特徴とする光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項２】
前記光強度Ａ11（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ11（θ）は、偏光子をＰ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ12（θ）は、偏光子をＰ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ11（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項１記載の光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項３】
前記光強度Ａ11（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ11（θ）は、偏光子をＳ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ12（θ）は、偏光子をＳ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ11（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項１記載の光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項４】
光源から偏光子を介して測定対象面上の測定点へ一定の入射角度で偏光を入射させ、前記測定点からの反射光に含まれる特定の偏光成分の光強度を検光子を介して測定する受光素子とを備えた光学系と、
前記測定対象面を前記測定点に立てた法線の周りに相対回転させて測定方位を変更する測定方位調整装置と、
各測定方位ごとに、前記偏光子と測定点との間に配された波長板を所定角度間隔で半回転又は一回転させて前記受光素子で測定された波長板の回転角θに対する光強度データに基づき、複素振幅反射率比Ｒpp≡tanΨpp・exp(iΔpp)、Ｒps≡tanΨps・exp(iΔps)、Ｒsp≡tanΨsp・exp(iΔsp)で定義されるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出する演算装置を備えた光学異方性パラメータ測定装置において、
前記演算装置は、前記測定対象面を基準としてこれに直交し且つ入射光線を含む面内方向（Ｐ方向）で振動する直線偏光をＰ偏光とし、Ｐ方向に直交する面内方向（Ｓ方向）に振動する直線偏光をＳ偏光としたときに、各測定方位ごとに、前記偏光子及び検光子の一方をＰ方向とし、他方をS方向とする二つの直交ニコル状態で測定した光強度Ａ21（θ）及びＣ21（θ）と、前記偏光子及び検光子をプラス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ21（θ）と、マイナス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ22（θ）に基づいて、回転角θにおける光強度と、回転角−θにおける光強度の和と差を
ＴＡ（θ）＝Ａ21（θ）＋Ａ21（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ21（θ）−Ａ21（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ21（θ）＋Ｂ22（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ21（θ）＋Ｃ21（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ21（θ）−Ｃ21（−θ）
により算出して、所定の記憶領域に記憶させ、
前記ＴＡ、ＤＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＤＣに基づいて、各測定方位におけるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出することを特徴とする光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項５】
前記光強度Ａ21（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ21（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ22（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ21（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項４記載の光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項６】
前記光強度Ａ21（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ21（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ22（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ21（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項４記載の光学異方性パラメータ測定装置。
【請求項７】
光源から偏光子を介して測定対象面上の測定点へ一定の入射角度で偏光を入射させ、前記測定対象面を前記測定点に立てた法線の周りに相対回転させて各測定方位ごとに、前記測定点からの反射光に含まれる特定の偏光成分の光強度を検光子を介して受光素子で受光させ、前記測定点と検光子との間に配された波長板を所定角度間隔で半回転又は一回転させて測定された波長板の回転角θに対する光強度データに基づき、複素振幅反射率比Ｒpp≡tanΨpp・exp(iΔpp)、Ｒps≡tanΨps・exp(iΔps)、Ｒsp≡tanΨsp・exp(iΔsp)で定義されるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを測定する光学異方性パラメータ測定方法において、
前記測定対象面を基準としてこれに直交し且つ入射光線を含む面内方向（Ｐ方向）で振動する直線偏光をＰ偏光とし、Ｐ方向に直交する面内方向（Ｓ方向）に振動する直線偏光をＳ偏光としたときに、各測定方位ごとに、前記偏光子及び検光子の一方をＰ方向とし、他方をS方向とする二つの直交ニコル状態で測定した光強度Ａ11（θ）及びＣ11（θ）と、前記偏光子及び検光子をプラス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ11（θ）と、マイナス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ12（θ）に基づいて、回転角θにおける光強度と、回転角−θにおける光強度の和と差を
ＴＡ（θ）＝Ａ11（θ）＋Ａ11（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ11（θ）−Ａ11（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ11（θ）＋Ｂ12（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ11（θ）＋Ｃ11（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ11（θ）−Ｃ11（−θ）
により算出し、
前記ＴＡ、ＤＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＤＣに基づいて、各測定方位におけるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出することを特徴とする光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項８】
前記光強度Ａ11（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ11（θ）は、偏光子をＰ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ12（θ）は、偏光子をＰ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ11（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項７記載の光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項９】
前記光強度Ａ11（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ11（θ）は、偏光子をＳ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ12（θ）は、偏光子をＳ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ11（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項７記載の光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項１０】
光源から偏光子を介して測定対象面上の測定点へ一定の入射角度で偏光を入射させ、前記測定対象面を前記測定点に立てた法線の周りに相対回転させて各測定方位ごとに、前記測定点からの反射光に含まれる特定の偏光成分の光強度を検光子を介して受光素子で受光させ、前記偏光子と測定点との間に配された波長板を所定角度間隔で半回転又は一回転させて測定された波長板の回転角θに対する光強度データに基づき、複素振幅反射率比Ｒpp≡tanΨpp・exp(iΔpp)、Ｒps≡tanΨps・exp(iΔps)、Ｒsp≡tanΨsp・exp(iΔsp)で定義されるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを測定する光学異方性パラメータ測定方法において、
前記測定対象面を基準としてこれに直交し且つ入射光線を含む面内方向（Ｐ方向）で振動する直線偏光をＰ偏光とし、Ｐ偏光に直交する面内方向（Ｓ方向）に振動する直線偏光をＳ偏光としたときに、各測定方位ごとに、前記偏光子及び検光子の一方をＰ方向とし、他方をS方向とする二つの直交ニコル状態で測定した光強度Ａ21（θ）及びＣ21（θ）と、前記偏光子及び検光子をプラス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ21（θ）と、マイナス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ22（θ）に基づいて、回転角θにおける光強度と、回転角−θにおける光強度の和と差を
ＴＡ（θ）＝Ａ21（θ）＋Ａ21（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ21（θ）−Ａ21（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ21（θ）＋Ｂ22（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ21（θ）＋Ｃ21（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ21（θ）−Ｃ21（−θ）
により算出し、
前記ＴＡ、ＤＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＤＣに基づいて、各測定方位におけるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出することを特徴とする光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項１１】
前記光強度Ａ21（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ21（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ22（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ21（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項１０記載の光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項１２】
前記光強度Ａ21（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ21（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ22（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ21（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項１０記載の光学異方性パラメータ測定方法。
【請求項１３】
光源から偏光子を介して測定対象面上の測定点へ一定の入射角度で偏光を入射させ、前記測定対象面を前記測定点に立てた法線の周りに相対回転させて各測定方位ごとに、前記測定点からの反射光に含まれる特定の偏光成分の光強度を検光子を介して受光素子で受光させ、前記測定点と検光子との間に配された波長板を所定角度間隔で半回転又は一回転させて測定された波長板の回転角θに対する光強度データに基づき、複素振幅反射率比Ｒpp≡tanΨpp・exp(iΔpp)、Ｒps≡tanΨps・exp(iΔps)、Ｒsp≡tanΨsp・exp(iΔsp)で定義されるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを測定する光学異方性パラメータ測定用プログラムにおいて、
前記測定対象面を基準としてこれに直交し且つ入射光線を含む面内方向（Ｐ方向）で振動する直線偏光をＰ偏光とし、Ｐ方向に直交する面内方向（Ｓ方向）に振動する直線偏光をＳ偏光としたときに、各測定方位ごとに、前記偏光子及び検光子の一方をＰ方向とし、他方をS方向とする二つの直交ニコル状態で測定した光強度Ａ11（θ）及びＣ11（θ）と、前記偏光子及び検光子をプラス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ11（θ）と、マイナス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ12（θ）に基づいて、回転角θにおける光強度と、回転角−θにおける光強度の和と差を
ＴＡ（θ）＝Ａ11（θ）＋Ａ11（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ11（θ）−Ａ11（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ11（θ）＋Ｂ12（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ11（θ）＋Ｃ11（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ11（θ）−Ｃ11（−θ）
により算出して、各測定方位ごとに所定の記憶領域に記憶させる和分及び差分データ算出手段と、
前記ＴＡ、ＤＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＤＣに基づいて、各測定方位におけるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出する異方性パラメータ算出手段と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定用プログラム。
【請求項１４】
前記光強度Ａ11（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ11（θ）は、偏光子をＰ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ12（θ）は、偏光子をＰ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ11（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項１３記載の光学異方性パラメータ測定用プログラム。
【請求項１５】
前記光強度Ａ11（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ11（θ）は、偏光子をＳ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ12（θ）は、偏光子をＳ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ11（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項１３記載の光学異方性パラメータ測定用プログラム。
【請求項１６】
光源から偏光子を介して測定対象面上の測定点へ一定の入射角度で偏光を入射させ、前記測定対象面を前記測定点に立てた法線の周りに相対回転させて各測定方位ごとに、前記測定点からの反射光に含まれる特定の偏光成分の光強度を検光子を介して受光素子で受光させ、前記偏光子と測定点との間に配された波長板を所定角度間隔で半回転又は一回転させて測定された波長板の回転角θに対する光強度データに基づき、複素振幅反射率比Ｒpp≡tanΨpp・exp(iΔpp)、Ｒps≡tanΨps・exp(iΔps)、Ｒsp≡tanΨsp・exp(iΔsp)で定義されるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを測定する光学異方性パラメータ測定用プログラムにおいて、
前記測定対象面を基準としてこれに直交し且つ入射光線を含む面内方向（Ｐ方向）で振動する直線偏光をＰ偏光とし、Ｐ方向に直交する面内方向（Ｓ方向）に振動する直線偏光をＳ偏光としたときに、各測定方位ごとに、前記偏光子及び検光子の一方をＰ方向とし、他方をS方向とする二つの直交ニコル状態で測定した光強度Ａ21（θ）及びＣ21（θ）と、前記偏光子及び検光子をプラス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ21（θ）と、マイナス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ22（θ）に基づいて、回転角θにおける光強度と、回転角−θにおける光強度の和と差を
ＴＡ（θ）＝Ａ21（θ）＋Ａ21（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ21（θ）−Ａ21（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ21（θ）＋Ｂ22（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ21（θ）＋Ｃ21（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ21（θ）−Ｃ21（−θ）
により算出して、各測定方位ごとに所定の記憶領域に記憶させる和分及び差分データ算出手段と、
前記ＴＡ、ＤＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＤＣに基づいて、各測定方位におけるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出する異方性パラメータ算出手段と、
を備えたことを特徴とする光学異方性パラメータ測定用プログラム。
【請求項１７】
前記光強度Ａ21（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ21（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ22（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ21（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項１６記載の光学異方性パラメータ測定用プログラム。
【請求項１８】
前記光強度Ａ21（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ21（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｂ22（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、
前記光強度Ｃ21（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される請求項１６記載の光学異方性パラメータ測定用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学異方性を有する試料について複素振幅反射率比Ｒpp、Ｒps、Ｒspを特定するデータを取得するための光学異方性パラメータ測定装置、測定方法及び測定用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は化合物半導体薄膜を特定の基板上に積層することによって作製され、その薄膜の特性がＬＥＤの発光効率、発光特性を決定する。
例えば、青色ＬＥＤの場合、サファイア基板上にIII-Ｖ族化合物半導体薄膜を積層して作製するが、その特性はサファイア基板表面の状態に大きく依存するため、基板表面の状態を事前に評価することはＬＥＤの性能向上、生産性向上のために重要である。
【０００３】
サファイア基板の状態を評価する方法としてＸ線回折構造解析法がある。この方法はＸ線を使用するため、扱いが容易でなく、使用環境が限定されるという問題がある。扱いが容易な方法として、可視光や赤外光を用いた方法がある。なかでも透過型エリプソメトリは、サファイア基板の屈折率異方性の大きさと方向を測定することができる。
しかし、透過型エリプソメトリでは、基板厚さ方向全体の影響を受けるという問題がある。基板表面の測定が必要な場合、反射型エリプソメトリでの測定が必要である。
【０００４】
これまで、本出願人は、従来のエリプソメトリに換えて、高速簡便に光学異方性パラメータを測定し得る迅速に光学異方性パラメータ測定装置を提案している（特許文献１）。
これによれば、三種類の偏光状態で測定することにより、複素振幅反射率比Ｒpp、Ｒps、ＲspのtanΨpp、tanΨsp、tanΨps及びΔpp、Δsp、Δpsを算出し、異方性物質の屈折率、屈折率の方向、薄膜の場合は膜厚をそれぞれ求めることができる。
しかしながら、サファイア基板の常光屈折率と異常光屈折率との屈折率差Δｎは0.01以下と小さいため、この方法でもサファイア基板表面の測定は困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６０３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、常光屈折率と異常光屈折率の差が0.01以下という極めて小さい光学異方性試料であっても、複素振幅反射率比Ｒpp、Ｒps、ＲspのΨpp、Ψsp、Ψps及びΔpp、Δsp、Δpsを精密に測定できるようにすることを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明は、光源から偏光子を介して測定対象面上の測定点へ一定の入射角度で偏光を入射させ、前記測定点からの反射光に含まれる特定の偏光成分の光強度を検光子を介して測定する受光素子とを備えた光学系と、
前記測定対象面を前記測定点に立てた法線の周りに相対回転させて測定方位を変更する測定方位調整装置と、
各測定方位ごとに、前記測定光学系の測定点と検光子との間に配された波長板を所定角度間隔で半回転又は一回転させて前記測定光学系で得られた波長板の回転角θに対する光強度データに基づき、複素振幅反射率比Ｒpp≡tanΨpp・exp(iΔpp)、Ｒps≡tanΨps・exp(iΔps)、Ｒsp≡tanΨsp・exp(iΔsp)で定義されるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出する演算装置を備えた光学異方性パラメータ測定装置において、
前記演算装置は、前記測定対象面を基準としてこれに直交し且つ入射光線を含む面内方向（Ｐ方向）で振動する直線偏光をＰ偏光とし、Ｐ方向に直交する面内方向（Ｓ方向）に振動する直線偏光をＳ偏光としたときに、各測定方位ごとに、
前記偏光子及び検光子の一方をＰ方向とし、他方をＳ方向とする二つの直交ニコル状態で測定した光強度Ａ11（θ）及びＣ11（θ）と、前記偏光子及び検光子をプラス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ11（θ）と、マイナス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ12（θ）に基づいて、回転角θにおける光強度と、回転角−θにおける光強度の和と差を
ＴＡ（θ）＝Ａ11（θ）＋Ａ11（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ11（θ）−Ａ11（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ11（θ）＋Ｂ12（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ11（θ）＋Ｃ11（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ11（θ）−Ｃ11（−θ）
により算出して、所定の記憶領域に記憶させ、
前記ＴＡ、ＤＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＤＣに基づいて、各測定方位におけるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出することを特徴とする。
【０００８】
ここで、直交ニコルとは、偏光子がＰ方向にセットされたときに検光子がＳ方向にセットされた状態、あるいは、偏光子がＳ方向にセットされたときに検光子がＰ方向にセットされた状態をいう。
また、不完全直交ニコルとは、偏光子がＰ±δ（０＜δ＜π／２）方向にセットされたときに検光子がＳ方向にセットされた状態、あるいは、偏光子がＳ±δ（０＜δ＜π／２）方向にセットされたときに検光子がＰ方向にセットされた状態をいう。
【０００９】
具体的には、光強度Ａ11（θ）は、偏光子をＰ方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした直交ニコル状態で測定され、光強度Ｂ11（θ）は、偏光子をＰ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、光強度Ｂ12（θ）は、偏光子をＰ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＳ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定され、光強度Ｃ11（θ）は、偏光子をＳ方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした直交ニコル状態で測定される。
【００１０】
また、光強度Ｂ11（θ）は、偏光子をＳ＋δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定し、光強度Ｂ12（θ）は、偏光子をＳ−δ（０＜δ＜π／２）方向にセットし、前記検光子をＰ方向にセットした不完全直交ニコル状態で測定する場合であっても全く同様である。
【００１１】
さらに、波長板を偏光子と測定点との間に配した場合は、不完全直交ニコルは、偏光子がＰ方向にセットされたときに検光子がＳ±δ（０＜δ＜π／２）方向にセットされた状態、あるいは、偏光子がＳ方向にセットされたときに検光子がＰ±δ（０＜δ＜π／２）方向にセットされた状態をいう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、Ｐ偏光を照射したときの反射光に含まれるＳ偏光の光強度として、波長板の回転角θに対応する反射光の光強度Ａ11（θ）を測定し、回転角±θにおける光強度Ａ11（±θ）の差ＤＡ（θ）を用いているので、当該差分データについてはノイズがキャンセルされ、精度向上につながる。
また、Ｓ偏光を照射したときの反射光に含まれるＰ偏光の光強度として、波長板の回転角θに対応する反射光の光強度Ｃ11（θ）を測定し、回転角±θにおける光強度Ｃ11（±θ）の差ＤＣ（θ）を用いているので、同様に、差分データについてはノイズがキャンセルされ、精度向上につながる。
【００１３】
また、Ｐ+δ偏光及びＰ−δ偏光を照射したときの反射光に含まれるＳ偏光の光強度として、波長板を回転させながら二種類の光強度Ｂ11及びＢ12を測定したときの和分データには、未知数としてΨpp、Ψsp2、Ψps2、Ψps・Ψspが独立して依存することになるが、サファイアのような光学異方性の小さな試料では、一次数Ψppに比して、二次数Ψps2，Ψsp2，ΨpsΨspが極めて小さくなるため、光強度Ｂ11及びＢ12の和分データからΨppを求める際、他の成分の影響を受けにくく、精度向上につながる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、複素振幅反射率比Ｒpp、Ｒps、Ｒspを特定するΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspの六つのパラメータを高精度で算出することができ、これらの各値は、「配向方位」「光学軸の傾斜角」「常光屈折率」「異常光屈折率」の四つのパラメータの関数として表すことができるので、測定されたΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspの六つの値に基づき、コンピュータを用いてフィッティングを行う従来公知の手法により、前記４つの光学異方性パラメータを高精度で算出することができる。
【００１５】
またさらに、試料が薄膜である場合は、算出されたΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspの六つのパラメータを、「配向方位」「光学軸の傾斜角」「常光屈折率」「異常光屈折率」「膜厚」の五つのパラメータの関数として表すことができるので、測定されたΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspの六つの値に基づき、コンピュータを用いてフィッティングを行う従来公知の手法により、前記五つの光学異方性パラメータを高精度で算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る光学異方性パラメータ測定装置の一例を示す説明図。
【図２】その測定処理手順を示すフローチャート。
【図３】その演算処理手順を示すフローチャート。
【図４】波長板回転角に対する光強度Ａ11（θ）と、Ａ11（θ）及びＡ11（−θ）の和及び差を示すグラフ。
【図５】波長板回転角に対する光強度Ｂ11及びＢ12と、これらの和を示すグラフ。
【図６】波長板回転角に対する光強度Ｃ11（θ）と、Ｃ11（θ）及びＣ11（−θ）の和及び差を示すグラフ。
【図７】サファイアｍ面の複素反射率比のΨxy及びΔxyを示すグラフ。
【図８】サファイアｒ面の複素反射率比のΨxy及びΔxyを示すグラフ。
【図９】光学異方性パラメータ測定装置の他の実施例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、常光屈折率と異常光屈折率の差が0.01以下という極めて小さい試料の表面であっても、複素屈折率比を特定する光学異方性パラメータを精密に測定するという目的を達成するために、
光源から偏光子を介して測定対象面上の測定点へ一定の入射角度で偏光を入射させ、前記測定点からの反射光に含まれる特定の偏光成分の光強度を検光子を介して測定する受光素子とを備えた光学系と、
前記測定対象面を前記測定点に立てた法線の周りに相対回転させて測定方位を変更する測定方位調整装置と、
各測定方位ごとに、前記測定光学系の測定点と検光子との間に配された波長板を所定角度間隔で半回転又は一回転させて前記測定光学系で得られた波長板の回転角θに対する光強度データに基づき、複素振幅反射率比Ｒpp≡tanΨpp・exp(iΔpp)、Ｒps≡tanΨps・exp(iΔps)、Ｒsp≡tanΨsp・exp(iΔsp)で定義されるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出する演算装置を備えた光学異方性パラメータ測定装置において、
前記演算装置は、前記測定対象面を基準としてこれに直交し且つ入射光線を含む面内方向（Ｐ方向）で振動する直線偏光をＰ偏光とし、Ｐ方向に直交する面内方向（Ｓ方向）に振動する直線偏光をＳ偏光としたときに、各測定方位ごとに、
前記偏光子及び検光子の一方をＰ方向とし、他方をＳ方向とする二つの直交ニコル状態で測定した光強度Ａ11（θ）及びＣ11（θ）と、前記偏光子及び検光子をプラス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ11（θ）と、マイナス方向に偏位させた不完全直交ニコルとした状態で測定した光強度Ｂ12（θ）に基づいて、回転角θにおける光強度と、回転角−θにおける光強度の和と差を
ＴＡ（θ）＝Ａ11（θ）＋Ａ11（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ11（θ）−Ａ11（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ11（θ）＋Ｂ12（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ11（θ）＋Ｃ11（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ11（θ）−Ｃ11（−θ）
により算出して、所定の記憶領域に記憶させ、
前記ＴＡ、ＤＡ、ＴＢ、ＴＣ、ＤＣに基づいて、各測定方位におけるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを算出する。
【実施例１】
【００１８】
図１に示す本例の光学異方性パラメータ測定装置１は、ステージ２に置かれた試料３の測定対象面４上の測定点Ｍに対して照射した入射光とその反射光の偏光状態の変化に基づいてその測定点Ｍにおける複素振幅反射率比Ｒpp≡tanΨpp・exp(iΔpp)、Ｒps≡tanΨps・exp(iΔps)、Ｒsp≡tanΨsp・exp(iΔsp)で定義されるΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspを測定するものである。
【００１９】
この光学異方性パラメータ測定装置１は、レーザなどの光源５から測定対象面４上の測定点Ｍへ所定の測定方位から偏光子６を介して一定の入射角度で偏光を入射させ、測定点Ｍからの反射光に含まれる特定の偏光成分の光強度を検光子８を介して測定する受光素子９とを備えた光学系１０と、前記ステージ２を測定点Ｍに立てた法線Ｖの周りに相対回転させて測定対象面４の測定方位を変更する測定方位調整装置１１と、受光素子９で測定された光強度データに基づき、光学異方性パラメータを算出する演算装置１２を備えている。
【００２０】
測定方位調整装置１１は、ステージ２又は光学系１０のいずれか一方を測定点Ｍに立てた法線Ｖの周りに回転駆動することにより、測定方位を調整する。
例えば、ステージ２が回動可能に構成されている場合は、ステージ２を回転することにより測定方位が調整され、光学系１０が回動可能に構成されている場合は、光学系１０を前記法線Ｖの周りに回転させることにより調整される。
このとき理想的には、ステージ２又は光学系１０を相対回転させる回転軸と法線Ｖが一致していることが望ましいが、測定点Ｍからの反射光を受光素子９の有効範囲内で受光できる程度の誤差であれば、法線Ｖと回転軸に多少のずれや傾きがあっても測定にはほとんど影響しない。
【００２１】
なお、本明細書では、偏光についてＰ偏光というときは、測定対象面４を基準としてこれに直交し且つ入射光線を含む面内方向（Ｐ方向）で振動する直線偏光をいい、Ｓ偏光はこれに直交する面内方向（Ｓ方向）で振動する直線偏光をいう。
また、Ｐ±δ偏光というときは、Ｐ方向から角度±δだけ傾斜したＰ±δ方向の面内で振動する直線偏光をいい、Ｓ±δ偏光というときは、Ｓ方向から角度±δだけ傾斜したＳ±δ方向の面内で振動する直線偏光をいう。
【００２２】
偏光子６は、光源５から照射されたレーザ光を、Ｐ偏光、Ｐ＋δ偏光、Ｐ−δ偏光及びＳ偏光に偏光化し得るように図示しないモータ制御によりＰ方向、Ｐ＋δ方向、Ｐ−δ方向及びＳ方向に位置決めされるように回動可能に配されている。
検光子８は、反射光のうち、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分を透過し得るように図示しないモータ制御によりＳ方向及びＰ方向に位置決めされるように回動可能に配されている。
また、測定点Ｍと検光子８との間には、波長板１３が図示しないモータ制御により回転可能に配されている。
【００２３】
図２は、演算装置１２における測定処理手順を示すフローチャートである。
測定が開始されると、まず、ステップＳＴＰ１で測定方位調整装置１１により測定方位φ＝０となるように測定対象面４を位置決めする。
【００２４】
ステップＳＴＰ２では、光源５からの光をＰ偏光に偏光化させるように偏光子６をＰ方向にセットし、反射光に含まれるＳ偏光成分の光強度を検出し得るように検光子８をＳ方向にセットした直交ニコルの状態で、波長板１３を所定角度間隔（例えば３°間隔）で半回転又は一回転させ、その回転角θに対する反射光の光強度Ａ11（θ）を受光素子９で測定し、そのデータを所定の記憶領域に記憶させる。
【００２５】
ステップＳＴＰ３では、光源５からの光をＰ＋δ（例えばδ＝５°、０＜δ＜π／２）偏光に偏光化させるように偏光子６をＰ＋δ方向にセットし、反射光に含まれるＳ偏光成分の光強度を検出し得るように検光子８をＳ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で、波長板１３を半回転又は一回転させる間に所定角度間隔（例えば３°間隔）の回転角θごとに測定された反射光の光強度Ｂ11（θ）を測定し、そのデータを所定の記憶領域に記憶させる。
なお、光強度Ｂ11（θ）は、偏光子６をＳ＋δ方向にセットし、検光子８をＰ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で測定しても同様である。
【００２６】
ステップＳＴＰ４では、光源５からの光をＰ−δ偏光に偏光化させるように偏光子６をＰ−δ方向にセットし、反射光に含まれるＳ偏光成分の光強度を検出し得るように検光子８をＳ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で、波長板１３を半回転又は一回転させる間に所定角度間隔（例えば３°間隔）の回転角θごとに測定された反射光の光強度Ｂ12（θ）を測定し、そのデータを所定の記憶領域に記憶させる。
なお、光強度Ｂ12（θ）は、偏光子６をＳ−δ方向にセットし、検光子８をＰ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で測定しても同様である。
【００２７】
ステップＳＴＰ５では、光源５からの光をＳ偏光に偏光化させるように偏光子６をＳ方向にセットし、反射光に含まれるＰ偏光成分の光強度を検出し得るように検光子８をＰ方向にセットした直交ニコルの状態で、波長板１３を半回転又は一回転させる間に所定角度間隔（例えば３°間隔）の回転角θごとに測定された反射光の光強度Ｃ11（θ）を測定し、そのデータを所定の記憶領域に記憶させる。
【００２８】
そして、ステップＳＴＰ６では、ステージ２が一回転されたかを判断する。
測定方位φ＝３６０°（あるいは３５５°）でない場合は一回転されていないと判断してステップＳＴＰ７に移行し、測定方位φ＝φ＋５とセットしてステージ２を＋５°回転させて、ステップＳＴＰ２に戻り、ステージ２が一回転されるまで測定が繰り返される。
【００２９】
図３は、このように測定された６種類の光強度に基づいて、光学異方性パラメータを算出する演算装置１２の処理手順である。
例えば、測定方位φ＝０°における光強度の測定が終了した時点で、演算処理が実行開始され、ステップＳＴＰ２１でφ＝０°とし、ステップＳＴＰ２２で方位角φの光強度Ａ11（θ）、Ｂ11（θ）、Ｂ12（θ）、Ｃ11（θ）を読み出し、ステップＳＴＰ２３で、以下の式に基づき、和と差を算出して所定の記憶領域に記憶させる。
ＴＡ（θ）＝Ａ11（θ）＋Ａ11（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ11（θ）−Ａ11（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ11（θ）＋Ｂ12（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ11（θ）＋Ｃ11（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ11（θ）−Ｃ11（−θ）
【００３０】
ここで、θの符号は回転方向を示し、回転開始位置から正方向（右回転）の角度をプラスとしたときに、回転終了位置から逆方向（左回転）の角度をマイナスとして表す。
例えば、波長板１３を半回転（１８０°）させる場合、ＴＡ（θ）は、
ＴＡ（０）＝Ａ11（０）＋Ａ11（−０）＝Ａ11（０）＋Ａ11（180）
ＴＡ（30）＝Ａ11（30）＋Ａ11（−30）＝Ａ11（30）＋Ａ11（150）
ＴＡ（60）＝Ａ11（60）＋Ａ11（−60）＝Ａ11（60）＋Ａ11（120）
で算出され、波長板１３を一回転（３６０°）させる場合は、
ＴＡ（０）＝Ａ11（０）＋Ａ11（−０）＝Ａ11（０）＋Ａ11（360）
ＴＡ（30）＝Ａ11（30）＋Ａ11（−30）＝Ａ11（30）＋Ａ11（330）
ＴＡ（60）＝Ａ11（60）＋Ａ11（−60）＝Ａ11（60）＋Ａ11（300）
で算出される。他の和分データ及び差分データも同様である。
なお、回転角−θにおける光強度Ａ11（−θ）及び光強度Ｃ11（−θ）は、波長板１３を逆転することにより実測してもよい。
【００３１】
ここで、和Ｔｘ（θ）と差Ｄｘ（θ）は、一般に、
式１：Ｔｘ（θ）＝Ｉ０[Ｔ1+Ｔ2*sin(２θ)+Ｔ3*sin(４θ)+Ｔ4*cos(４θ)]
式２：Ｄｘ（θ）＝Ｉ０[Ｄ1+Ｄ2*sin(２θ)+Ｄ3*sin(４θ)+Ｄ4*cos(４θ)]
で表される。
そこで、ステップＳＴＰ２４で、算出された和Ｔｘ（θ）及び差Ｄｘ（θ）の各データに基づいて、各係数Ｄ１〜Ｄ４及びＴ１〜Ｔ４をそれぞれ決定する。この場合、和Ｔｘ（θ）及び差Ｄｘ（θ）のグラフが、実測された光強度に基づいて算出された和及び差のデータと一致するようにフーリエフィッティングをかけることにより行う。
【００３２】
ステップＳＴＰ２５では、以下の式３及び式４により、測定方位φにおけるΨpsとΔpsを算出する。
Ψps及びΔpsは、Ｔｃ（θ）及びＤｃ（θ）の係数Ｔ4、Ｄ2、Ｄ4を用いて、以下のように表される。
式３：tan(Δps)＝Ｄ2/Ｄ4
式４：４tan(Ψps)sin(Δps) /(1-tan2Ψps)＝Ｄ2/Ｔ4
ここで、未知数は、ΨpsとΔpsのみであるから、この式３及び式４により、測定方位φにおける複素振幅反射率比のΨps及びΔpsを算出できる。
【００３３】
次いで、ステップＳＴＰ２６で、以下の式５〜８により、測定方位φにおける複素振幅反射率比のΨpp及びΨspと、Δpp及びΔspを算出する。
まず、ＴＢ（θ）の係数Ｔ1〜Ｔ4を用いて、式５及び６が成り立つ。
式５：[tanΨpp・sinΔpp＋tanΨps・tanΨsp・sin(Δps−Δsp)]/[tanΨpp・cosΔpp
＋tanΨps・tanΨsp・cos(Δps−Δsp)］=Ｔ2/２Ｔ3
式６：(tan2Ψpp＋tan2Ψps・tan2δ＋３tan2Ψsp＋３tan2δ)/(−tan2Ψpp−tan2Ψps
・tan2δ＋tan2Ψsp＋tan2P)＝Ｔ1/Ｔ4
また、ＴＡ（θ）、ＤＡ（θ）の係数Ｄ2、Ｄ4、Ｔ4を用いて、式７及び８が成り立つ。
式７：tan(Δpp−Δsp)＝Ｄ2/Ｄ4
式８：４[tanΨsp/tanΨpp]sin(Δpp−Δsp)/(１−tan2Ψsp/tan2Ψpp)＝Ｄ2/Ｔ4
式５〜８中、Ψps及びΔpsは式３及び４で算出されて既知であるから、未知数は、Ψpp、Ψspと、Δpp、Δspの四つとなり、これら各式５〜８により、測定方位φにおける複素振幅反射率比のΨpp及びΨspと、Δpp及びΔspを算出できる。
【００３４】
なお、式５の分子、分母の第２項は、サファイア基板のように異方性が小さい場合、tanΨpp >> tanΨps・tanΨspより第１項に比べて影響は十分小さい。これは、Δppを精度良く測定することができることを意味する。
同様に式６の分子、分母の第２項、第３項は、サファイア基板のように異方性が小さい場合、tan2Ψpp >> tan2Ψps，tan2Ψspより第１項に比べて影響は十分小さい。これは、Ψppを精度良く測定することができることを意味する。
【００３５】
次いで、ステップＳＴＰ２７に移行し、測定方位φ＝３６０°（あるいは３５５°）であるか否かが判断され、ＮＯの場合はステップＳＴＰ２８で測定方位φ＝φ＋５と置き換えてステップＳＴＰ２２に戻り、ＹＥＳの場合はステップＳＴＰ２９に移行する。
ステップＳＴＰ２９では、算出されたΨxy及びΔxyに基づいて、必要に応じて光学異方性に依存する物理量を算出し、処理を終了する。
【００３６】
次いで、本発明方法を用いて、サファイア薄膜を試料としてその表面の複素振幅反射率比のΨpp、Ψsp、Ψps及びΔpp、Δsp、Δpsを算出する場合について説明する。
まず、測定方位調整装置１１により測定方位φ＝０となるようにステージ２を位置決めし、その測定方位で、波長板１３の回転角に対応した各光強度Ａ11、Ｂ11、Ｂ12、Ｃ11を測定する。
【００３７】
光強度Ａ11は、偏光子６をＰ方向にセットし、検光子８をＳ方向にセットした状態で、波長板１３を回転しながら測定する。
光強度Ｂ11は、偏光子６をＰ＋δ（又はＳ＋δ）方向にセットし、検光子８をＳ（又はＰ）方向にセットした状態で、波長板１３を回転しながら測定し、光強度Ｂ12は、偏光子６をＰ−δ方向にセットし、検光子８をＳ方向にセットした状態で、波長板１３を回転しながら測定する。
光強度Ｃ11は、偏光子６をＳ方向にセットし、検光子８をＰ方向にセットした状態で、波長板１３を回転しながら測定する。
【００３８】
なお、図１の表中、偏光子及び検光子の向きを（  ）内に示すようにして、光強度Ｂ11は、偏光子６をＳ＋δ方向にセットし、検光子８をＰ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で測定し、光強度Ｂ12は、偏光子６をＳ−δ方向にセットし、検光子８をＰ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で測定しても同様である。
【００３９】
一方、各測定方位φについて測定が終了するたびに、測定されたデータに基づいて光学異方性パラメータを上述した手順で算出する。
すなわち、光強度Ｃ11（θ）及びＣ11（−θ）の和及び差に基づいてその測定方位におけるΨps及びΔpsを算出し、光強度Ａ11（θ）及びＡ11（−θ）の和及び差と、光強度Ｂ11（θ）及びＢ12（−θ）の和に基づいてその測定方位におけるΨpp、Ψsp及びΔpp、Δspを算出する。
このようにして、各測定方位φ＝０〜３６０°（あるいは３５５°）に対するΨxy及びΔxyを算出することができる。
【００４０】
図４〜９が測定方位φ＝０°における測定結果／算出結果を示すグラフである。
図４はＰ偏光を照射しＳ偏光の強度を測定したときのグラフで、図４（ａ）が波長板１３の回転角θに対する光強度Ａ11（θ）、図４（ｂ）はＡ11（θ）とＡ11（−θ）の和ＴＡ（θ）、図４（ｃ）はその差ＤＡ（θ）である。
そして、算出された和ＴＡ（θ）及び差ＤＡ（θ）のデータを式１及び式２でフーリエフィッティングし、その係数Ｔ4、Ｄ2、Ｄ4を求める。
【００４１】
図５はＰ＋δ偏光及びＰ−δ偏光を照射しＳ偏光の強度を測定したときのグラフで、図５（ａ）がＰ＋δ偏光を照射し波長板１３の回転角θに対する光強度Ｂ11（θ）、図５（ｂ）がＰ−δ偏光を照射し波長板１３を逆方向に回転させたときの回転角−θに対する光強度Ｂ12（−θ）、図５（ｃ）はこれらの和Ｔ（Ｂ１）である。
そして、算出された和ＴＢ（θ）のデータを式１でフーリエフィッティングし、その係数Ｔ1〜Ｔ4を求める。
【００４２】
図６はＳ偏光を照射しＰ偏光の強度を測定したときのグラフで、図６（ａ）が波長板１３を正方向に回転させたときの回転角θに対する光強度Ｃ11（θ）、図６（ｂ）がＣ11（θ）とＣ11（−θ）の和ＴＣ（θ）、図６（ｄ）はその差ＤＣ（θ）である。
そして、算出された和ＴＣ（θ）及び差ＤＣ（θ）のデータを式１及び式２でフーリエフィッティングし、その係数Ｔ4、Ｄ2、Ｄ4を求める。
【００４３】
このようにして求められた各係数と、式３〜式８により、複素振幅反射率比Ｒpp、Ｒps、Ｒspを特定するΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspが測定方位ごとに算出される。
【００４４】
図７は、サファイアのｍ面について、０〜３６０°の各測定方位φについて算出された複素振幅反射率比のΨxy及びΔxyのグラフである。
図７（ａ）及び（ｂ）が測定方位φに対するΨpp及びΔpp、（ｃ）及び（ｄ）が測定方位φに対するΨsp及びΔsp、（ｅ）及び（ｆ）が測定方位φに対するΨps及びΔpsであり、いずれも、○印が算出された値である。
【００４５】
また、図８は、サファイアのｒ面について、０〜３６０°の各測定方位φについて算出された複素振幅反射率比のΨxy及びΔxyのグラフである。
図８（ａ）及び（ｂ）が測定方位φに対するΨpp及びΔpp、（ｃ）及び（ｄ）が測定方位φに対するΨsp及びΔsp、（ｅ）及び（ｆ）が測定方位φに対するΨps及びΔpsであり、いずれも、○印が算出された値である。
【００４６】
このようにして算出された複素振幅反射率比のΨpp、Ψsp、Ψps及びΔpp、Δsp、Δpsの各値は、「配向方位」「光学軸の傾斜角」「常光屈折率」「異常光屈折率」の四つの光学異方性パラメータの関数として表すことができるので、測定されたΨpp、Ψps、Ψsp及びΔpp、Δps、Δspの六つの値に基づき、コンピュータを用いてフィッティングを行う従来公知の手法により、例えば非線形最小二乗法（修正マーカット法）により最も測定値に近い値を選択すれば、前記４つの光学異方性パラメータを高精度で算出することができる。
また、薄膜の場合は、「膜厚」をパラメータとする従来公知の関数を立てることもできるので、コンピュータを用いてフィッティングを行う従来公知の手法により、同様にその値を測定することができる。
【００４７】
測定精度を確認するために、ｍ面及びｒ面に対して平行にカッティングされたサファイアを用いて、本発明方法でΨpp、Ψsp、Ψps及びΔpp、Δsp、Δpsに基づき、常光屈折率ｎo、異常光屈折率ｎe、ｍ面及びｒ面の傾斜角度について、これらの値を算出した。
既知のデータとして、サファイアの常光屈折率ｎo＝1.772、異常光屈折率ｎe＝1.764、ｍ面の傾斜角度９０°、ｒ面の傾斜角度６１.２°であった。
本発明による測定値は、ｍ面については、
常光屈折率ｎo＝1.772
異常光屈折率ｎe＝1.764
傾斜角度８９.６°
であり、ｒ面については、
常光屈折率ｎo＝1.774
異常光屈折率ｎe＝1.765
ｒ面の傾斜角度６１.０°
であった。
屈折率は誤差2/1000以下の精度で測定することができ、光学軸の傾斜角度は誤差5/1000以下の精度で測定することができた。
【実施例２】
【００４８】
図９は、本発明の他の実施形態を示す説明図である。なお、図１と重複する部分については同一符号を付して詳細説明を省略する。
【００４９】
本例の光学異方性パラメータ測定装置２１は、光学系１０の波長板１３が偏光板６と測定点Ｍの間に配されている。
すなわち、偏光子６は、光源５から照射されたレーザ光を、Ｐ偏光及びＳ偏光に偏光化し得るように図示しないモータ制御によりＰ方向及びＳ方向に位置決め可能に配されており、偏光子６と測定点Ｍとの間には、波長板１３が図示しないモータ制御により回転可能に配されている。
検光子８は、反射光のうち、Ｓ偏光成分、Ｓ＋δ偏光成分、Ｓ−δ偏光成分及びＰ偏光成分を透過し得るように図示しないモータ制御によりＳ方向、Ｓ＋δ方向、Ｓ−δ方向及びＰ方向に位置決め可能に配されている。
【００５０】
演算装置１２における測定処理手順を、図２に示すフローチャートを参照して説明する。
測定が開始されると、ステップＳＴＰ１で測定方位φ＝０となるようにステージ２を位置決めし、ステップＳＴＰ２〜７で光強度Ａ21、Ｂ21、Ｂ22、Ｃ21を測定する。
【００５１】
光強度Ａ21は、偏光子６をＰ方向にセットし、検光子８をＳ方向にセットした直交ニコルの状態で、波長板１３を正方向に回転しながら測定して、測定結果を所定の記憶領域に記憶させる（ステップＳＴＰ２）。
【００５２】
光強度Ｂ21は、偏光子６をＰ方向にセットし、検光子８をＳ＋δ方向にセットした状態で、波長板１３を正方向に回転しながら測定して、測定結果を所定の記憶領域に記憶させ（ステップＳＴＰ３）、光強度Ｂ22は、検光子８をＳ＋δ方向にセットした状態で、波長板１３を逆方向に回転しながら測定して、所定の記憶領域に記憶させる（ステップＳＴＰ４）。
なお、図９の表中、偏光子及び検光子の向きを（  ）内に示すようにして、光強度Ｂ21（θ）は、偏光子６をＳ方向にセットし、検光子８をＰ＋δ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で測定し、光強度Ｂ22（θ）は、偏光子６をＳ方向にセットし、検光子８をＰ−δ方向にセットした不完全直交ニコルの状態で測定しても同様である。
【００５３】
光強度Ｃ21は、偏光子６をＳ方向にセットし、検光子８をＰ方向にセットした直交ニコルの状態で、波長板１３を正方向に回転しながら測定して、測定結果を所定の記憶領域に記憶させる（ステップＳＴＰ５）。
そして、ステージ２が一回転するまで、測定を繰り返す（ステップＳＴＰ６〜７）。
なお本例も、実施例と同様、上記各ステップＳＴＰ２〜７において、波長板１３は、正方向及び逆方向に１８０°又は３６０°回転され、各光強度は波長板１３が例えば３°回転するごとに測定される。
【００５４】
このように測定された６種類の光強度に基づいて、演算装置１２で各測定方位φにおける光学異方性パラメータを算出する手順を、図３を読み替えて説明する。
この演算処理は、例えば、測定方位φ＝０°における光強度の測定が終了した時点で実行開始され、ステップＳＴＰ２１でφ＝０°とし、ステップＳＴＰ２２で方位角φの光強度Ａ21、Ｂ21、Ｂ22、Ｃ21を読み出し、ステップＳＴＰ２３で光強度の和及び差を以下のように算出する。
ＴＡ（θ）＝Ａ21（θ）＋Ａ21（−θ）
ＤＡ（θ）＝Ａ21（θ）−Ａ21（−θ）
ＴＢ（θ）＝Ｂ21（θ）＋Ｂ22（−θ）
ＴＣ（θ）＝Ｃ21（θ）＋Ｃ21（−θ）
ＤＣ（θ）＝Ｃ21（θ）−Ｃ21（−θ）
【００５５】
次いで、ステップＳＴＰ２４で、算出された和Ｔｘ（θ）及び差Ｄｘ（θ）の各データに基づいて、実施例１と同様、式１及び式２の各係数Ｄ１〜Ｄ４及びＴ１〜Ｔ４をそれぞれ決定する。
【００５６】
ステップＳＴＰ２５では、式９及び式１０により、測定方位φにおける複素反射比率比のΨspとΔspを算出する。
ΨspとΔspは、ＴＡ（θ）及びＤＡ（θ）の係数Ｔ4、Ｄ2、Ｄ4を用いて、以下のように表される。
式  ９：tan(Δsp)＝Ｄ2/Ｄ4
式１０：４tan(Ψsp)sin(Δsp)/(1−tan2Ψsp)＝Ｄ2/Ｔ4
ここで、未知数は、ΨspとΔspのみであるから、この式９及び１０により、測定方位φにおける複素振幅反射率比のΨspとΔspを算出できる。
【００５７】
次いで、ステップＳＴＰ２６で、式１１〜１４により、測定方位φにおける複素振幅反射率比のΨpp及びΨspと、Δpp及びΔspを算出する。
まず、ＴＢ（θ）の係数Ｔ1〜Ｔ4を用いて、式５及び６が成り立つ。
式１１：[tanΨpp・sinΔpp＋tanΨps・tanΨsp・sin(Δsp−Δps)]/[(tanΨpp・cosΔpp
＋tanΨsp・tanΨps・cos(Δsp−Δps)]=Ｔ2/２Ｔ3
式１２：(tan2Ψpp＋tan2Ψps・tan2δ＋３tan2Ψsp＋３tan2δ)/(−tan2Ψpp−tan2Ψps
・tan2δ＋tan2Ψsp＋tan2δ)=Ｔ1/Ｔ4
【００５８】
また、ＴＣ（θ）及びＤＣ（θ）の係数Ｔ4、Ｄ2、Ｄ4を用いて、式１３及び１４が成り立つ。
式１３：tan(Δpp−Δps)＝Ｄ2/Ｄ4
式１４：４[tanΨps/tanΨpp]sin(Δpp−Δps)/(１−tan2Ψps/tan2Ψpp)＝Ｄ2/Ｔ4
式１１〜１４中、Ψsp及びΔspは式３及び４で算出されて既知であるから、未知数は、Ψpp、Ψpsと、Δpp、Δpsの四つとなり、これら各式１１〜１４により、測定方位φにおける複素振幅反射率比のΨpp及びΨpsと、Δpp及びΔpsを算出できる。
【００５９】
次いで、ステップＳＴＰ２７に移行し、測定方位φ＝３６０°（あるいは３５５°）であるか否かが判断され、ＮＯの場合はステップＳＴＰ２８で測定方位φ＝φ＋５と置き換えてステップＳＴＰ２２に戻り、ＹＥＳの場合はステップＳＴＰ２９に移行する。
ステップＳＴＰ２９では、算出されたΨxy及びΔxyに基づいて、必要に応じて光学異方性に依存する物理量を算出し、処理を終了する。
【００６０】
そして、実施例１と同様、各測定方位φ＝０〜３６０°（あるいは３５５°）についてΨxy及びΔxyを算出し（ステップＳＴＰ２８〜２９）、算出されたΨxy及びΔxyに基づいて、必要に応じて光学異方性に依存する物理量を算出し（ステップＳＴＰ３０）、処理を終了する。
【００６１】
本実施例によっても、実施例１と同程度の精度で、「常光屈折率」「異常光屈折率」「傾斜角度」などの物理量を算出することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、光学異方性を有する薄膜試料の製品検査、品質検査などに適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  ２１  光学異方性パラメータ測定装置
２    ステージ
３    試料
４    測定対象面
Ｍ    測定点
５    光源
６    偏光子
８    検光子
９    受光素子
１０  光学系
Ｖ    法線
１１  測定方位調整装置
１２  演算装置
１３  波長板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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