(57)【要約】【課題】透過型測定、反射型測定の切り替え構成が簡単でかつ小型化された、汎用性の高い分光分析装置を提供する。【解決手段】本発明の分光分析装置は、レーザと、レーザ光を分割して第１の分岐光と第２の分岐光とを出力する光分割手段と、第２の分岐光に可変的に時間遅延を与える遅延手段と、第１の分岐光を入力して電磁波を放射する電磁波放射手段と、電磁波を測定試料に照射する電磁波照射手段と、電磁波が測定試料を透過する透過位置と電磁波が測定試料で反射する反射位置とに測定試料を選択的に配置する測定試料配置手段と、遅延した第２の分岐光と透過電磁波とを入力してその検出信号を出力する第１の検出器と、遅延した第２の分岐光と反射電磁波とを入力してその検出信号を出力する第２の検出器と、を有する。【選択図】　図１
2004125712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザと、
前記レーザの照射光を入力して分割し、第１の分岐光と第２の分岐光とを出力する第１の光分割手段と、
前記第２の分岐光を入力し、可変的に時間遅延を与え、遅延した第２の分岐光を出力する遅延手段と、
前記第１の分岐光を入力し、電磁波を放射する電磁波放射手段と、
前記電磁波を平行化して測定試料に導き照射する電磁波平行化手段と、
電磁波が前記測定試料を透過する透過位置と、電磁波が前記測定試料で反射する反射位置とに測定試料を選択的に配置する測定試料配置手段と、
前記測定試料を前記透過位置に配置した場合、前記測定試料を透過した電磁波を第１の検出器に集光する透過電磁波集光手段と、
前記遅延した第２の分岐光をトリガーとして入力し、集光された透過電磁波を入力してその検出信号を出力する前記第１の検出器と、
前記測定試料を前記反射位置に配置した場合、前記測定試料で反射した電磁波を第２の検出器に集光する反射電磁波集光手段と、
前記遅延した第２の分岐光をトリガーとして入力し、集光された反射電磁波を入力してその検出信号を出力する前記第２の検出器と、
を有することを特徴とする分光分析装置。
【請求項２】
レーザと、
前記レーザの照射光を入力して分割し、第１の分岐光と第２の分岐光とを出力する第１の光分割手段と、
前記第２の分岐光を入力し、可変的に時間遅延を与え、遅延した第２の分岐光を出力する遅延手段と、
前記第１の分岐光を入力し、電磁波を放射する電磁波放射手段と、
前記電磁波を平行化して測定試料に導き照射する電磁波平行化手段と、
電磁波が前記測定試料を透過する透過位置と、電磁波が前記測定試料で反射する反射位置とに測定試料を選択的に配置する測定試料配置手段と、
前記測定試料を透過又は反射した電磁波を検出器に集光する電磁波集光手段と、
前記遅延した第２の分岐光をトリガーとして入力し、集光された電磁波を入力してその検出信号を出力する前記検出器と、
前記検出器が前記測定試料を透過した電磁波を検出する位置と、前記検出器が前記測定試料で反射した電磁波を検出する位置とに、少なくとも前記検出器を選択的に配置する検出器配置手段と、
を有することを特徴とする分光分析装置。
【請求項３】
前記測定試料配置手段は、前記測定試料を回転させて、前記透過位置と前記反射位置とに前記測定試料を選択的に配置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光分析装置。
【請求項４】
前記透過位置が電磁波伝播方向に対し垂直方向の位置であり、前記反射位置が電磁波伝播方向に対し４５度の方向であることを特徴とする請求項３に記載の分光分析装置。
【請求項５】
電磁波が平行化された後前記測定試料に入射されるまでの経路である第１の電磁路に配置され、平行化された電磁波を入力して偏光電磁波を透過させる偏光手段と、
前記測定試料を透過し又は反射した電磁波が前記検出器に入射されるまでの経路である第２の電磁路に配置され、前記測定試料を透過し又は反射した前記偏光電磁波を入力して所定の偏光電磁波成分を透過させる検光手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の分光分析装置。
【請求項６】
前記第１の電磁路上の位置又は前記第１の電磁路外の位置に前記偏光手段を選択的に移動させる偏光手段配置手段を更に有することを特徴とする請求項５に記載の分光分析装置。
【請求項７】
前記第２の電磁路上の位置又は前記第２の電磁路外の位置に前記検光手段を選択的に移動させる検光手段配置手段を更に有することを特徴とする請求項５に記載の分光分析装置。
【請求項８】
前記検出器配置手段は、前記検出器の出力信号のレベルを入力し、そのレベルが最も大きくなる位置に前記検出器を配置することを特徴とする請求項２に記載の分光分析装置。
【請求項９】
判別手段を更に有し、
前記測定試料配置手段又は前記検出器配置手段は位置検出手段を有し、
前記判別手段は、前記位置検出手段から得た信号に基づいて、前記検出器の出力信号が前記透過電磁波の検出信号であるか又は前記反射電磁波の検出信号であるかを自動的に判別することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかの請求項に記載の分光分析装置。
【請求項１０】
前記遅延測定手段は、前記第２の分岐光を入力して分割し、第３の分岐光及び第４の分岐光を出力する第２の分割手段を有し、
前記第３の分岐光は、前記第１の検出器又は前記測定試料を透過した電磁波を検出する位置に配置された前記検出器を照射し、
前記第４の分岐光は、前記第２の検出器又は前記測定試料で反射した電磁波を検出する位置に配置された前記検出器を照射する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光分析装置。
【請求項１１】
前記遅延測定手段は、前記第２の分岐光を入力して第１の方向又は第２の方向に選択的に出力する光路切換手段を有し、
前記第１の方向に出力された前記第２の分岐光は、前記第１の検出器又は前記測定試料を透過した電磁波を検出する位置に配置された前記検出器を照射し、
前記第２の方向に出力された前記第２の分岐光は、前記第２の検出器又は前記測定試料で反射した電磁波を検出する位置に配置された前記検出器を照射する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光分析装置。
【請求項１２】
前記電磁波は１００ＧＨｚから２０ＴＨｚの範囲の周波数であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかの請求項に記載の分光分析装置。
【請求項１３】
前記遅延手段により前記第２の分岐光の遅延時間を変化させて前記検出器、前記第１の検出器又は前記第２の検出器の出力信号を時間領域で測定する時間領域測定手段を更に有することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかの請求項に記載の分光分析装置。
【請求項１４】
演算手段を更に有し、
前記時間領域測定手段は、測定試料で反射したｐ偏光電磁波及びｓ偏光電磁波についての時間分解波形を測定し、
前記演算手段は、前記ｐ偏光電磁波及びｓ偏光電磁波についての時間分解波形をフーリエ変換し、ｐ偏光電磁波及びｓ偏光電磁波の振幅及び位相の情報を算出することを特徴とする請求項１３に記載の分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分光分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
１００ＧＨｚから２０ＴＨｚの電磁波領域（テラヘルツ電磁波領域）における電磁波の広帯域放射を用いた時間領域分光法は、測定対象である材料（測定試料）の透過率（又は反射率）とリファレンス等に対する位相差から材料の複素屈折率、複素誘電率などを、Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｋｒｏｎｉｇ変換する必要なしに、直接的に導出することができる分光法である。測定する対象は任意であり、例えば半導体、誘電体、金属、水分などの液体を含む。更に、気体固有の回転準位がテラヘルツ領域に含まれる故に、テラヘルツ電磁波領域における時間領域分光法はガスの分析にも利用される。また材料の透過率の違いを利用し、イメージングにも応用されている。このように物質の電磁波に対する光学応答に基づいて、物質の非破壊、非接触測定が可能となる。
【０００３】
固体物質にテラヘルツ電磁波領域の電磁波を放射した時の光学応答からその物質の複素屈折率、複素誘電率を導出することができる。また古典力学的理論であるＤｒｕｄｅ−ｍｏｄｅｌを用いることでその光学応答からその物質の複素電気伝導度、電子密度、移動度が導出可能である。テラヘルツ電磁波領域では、材料の電子密度に応じて電磁波の透過率が変わる。例えば大部分の金属は電磁波を反射し、大部分の半導体、プラスチックは電磁波を透過させる。このことから、測定対象に応じた測定を行う必要がある。
【０００４】
従来例１の透過測定による時間領域分光法の概要を、図８を参照して説明する。従来例１の時間領域分光法では、測定試料１１５を置いて測定試料１１５を透過した電磁波と測定試料を置かない場合の電磁波（リファレンスデータ）とを測定する。
テラヘルツ電磁波を放射させるには超短パルスレーザを電磁波放射アンテナ１１０に照射する。
パルスレーザ光源１０１はパルスレーザ光１０２を発生する。ビームスプリッタ１０３は、入力したパルスレーザ光１０２を２方向に分岐してパルスレーザ光１０４及び１０５を出力する。パルスレーザ光１０４は電磁波放射用に使用され、パルスレーザ光１０５は電磁波検出用光伝導素子１０６のトリガー用に使用する。
【０００５】
パルスレーザ光１０４は、ミラー１０７、チョッパ１０８、レンズ１０９を介してテラヘルツ電磁波放射用光伝導素子である電磁波放射アンテナ１１０に入射される。
チョッパ１０８は、１〜３ｋＨｚの周期で回転している、開口部と遮蔽部を有する回転体である。チョッパ１０８は、パルスレーザ光１０４の通過と遮断とを繰り返す。これにより信号のロックイン検出を行うことが出来る。
電磁波放射アンテナ１１０は定電圧電源１１１により電圧を印加されている。パルスレーザ光１０４が電磁波放射アンテナ１１０に入射すると、パルスレーザ光１０４が電磁波放射アンテナ１１０に照射されている間のみ光伝導素子が励起状態になり、印加電圧によりアンテナ間に瞬間電流が流れる。この瞬間電流の変化により、電磁波放射アンテナからテラヘルツ電磁波１１２が放射される。
放射された電磁波１１２は半球レンズ１１３、放物面鏡１１４により平行化され、測定試料１１５に照射される。
測定試料１１５を透過した電磁波１１６は、放物面鏡１１７、半球レンズ１１８で集光され、電磁波受信アンテナ１０６に到達する。
【０００６】
ビームスプリッタ１０３から出力された他のレーザパルス１０５はミラー１１９、リトロリフレクタ１２０、ミラー１２１、レンズ１２２を経由して電磁波受信アンテナ１０６に入力される。ここで、リトロリフレクタ１２０を具備した可動ステージ１２３を時間遅延（光学遅延）を与える方向（図８の矢印方向）に移動させることにより、レーザパルス１０５が電磁波受信アンテナ１０６を励起するタイミングを変化させる。電流増幅器１２４は、電磁波受信アンテナ１０６の出力信号を増幅する。ロックインアンプ１２５は、電流増幅器１２４の出力信号とチョッパ１０８の回転制御信号（又は回転検出信号）とを入力し、電流増幅器１２４の出力信号の中からチョッパ１０８の回転に応じた成分を取り出す。
【０００７】
コンピュータ１２６により可動ステージ１２３を移動させることで時間遅延量を変え、ロックインアンプ１２５及びチョッパ１０８によりロックイン検出を行って、各遅延時間における電磁波の振幅強度を測定する。このことで、テラヘルツ電磁波の時間分解波形（電磁波の振幅強度、位相の遅れ）を測定できる。
このように、テラヘルツ電磁波の時間領域測定法は電磁波の振幅、位相特性を同時に測定できる。電磁波のパスに測定試料を挿入した場合とそうでない場合とでそれぞれ時間分解波形を測定し、それぞれをフーリエ変換して得られた複素スペクトルの比をとると、測定試料の複素透過係数スペクトルが得られる。これから測定試料の複素屈折率や複素電気伝導度などの複素光学定数を、広くテラヘルツ電磁波領域まで求めることができる。
【０００８】
測定試料に対して電磁波の透過率が極めて低い場合、測定試料での電磁波の反射を利用する反射型測定を行う。Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ第７２巻第３０３２−３０３５頁（１９９８）に、Ｔ．　Ｉ．　Ｊｅｏｎ及びＤ．　Ｇｒｉｓｃｈｋｏｗｓｋｙが発明した従来例２の反射型測定による分光分析方法が記載されている。従来例２の反射型測定では、測定試料の表面で反射された電磁波の時間分解波形と、測定対象と同一個所に配置した金属などのリファレンス測定試料（特性が分かっている材料）の表面で反射された電磁波の時間分解波形との複素スペクトル比をとり、複素反射係数スペクトルを求めることで測定対象の電気特性を得る。しかしこの方法では、測定試料とリファレンス測定試料の位置誤差を１μｍ以下に抑える必要があり、分光装置として実用的ではない。
【０００９】
【非特許文献１】
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ第７２巻第３０３２−３０３５頁（１９９８）（Ｔ．　Ｉ．　Ｊｅｏｎ及びＤ．　Ｇｒｉｓｃｈｋｏｗｓｋｙ）
【非特許文献２】
Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ第７２巻第８号第３４２７〜３４３０頁（２００１）（ＭＡＸ　Ｋｈａｚａｎ等）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、測定試料の透過率が未知の場合はまず透過型、反射型のいずれか一方の方法で測定し、測定結果に応じて他方に測定系を組み替える必要がある。透過型と反射型の測定系は大きく異なり、その光学的位置合わせは煩雑になる。また、透過型から反射型へ、あるいは反射型から透過型へと組み替えるには時間がかかる。透過電磁波データと反射電磁波データを比較する場合にデータの精度が変わり、測定結果のばらつきが生じる。また、それぞれの測定で必要な光学部品が異なることから、透過型測定でのみ使用する光学部品、又は反射型測定でのみ使用する光学部品を備える必要がある。
【００１１】
Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ第７２巻第８号第３４２７〜３４３０頁（２００１）に、ＭＡＸ　Ｋｈａｚａｎ等が発明した透過型と反射型をともに有する従来例３の光学系の構成が記載されている。従来例３の光学系においては、透過型と反射型とを切り換える時、パルスレーザの光路を変更するだけでなく電磁波の経路（以下、「電磁路」と呼ぶ。）まで変更する必要があり、各要素の位置合わせが煩雑であり、実用的ではない。
本発明は、短時間で簡単に且つ測定精度を維持して透過型測定と反射型測定との相互切換を行うことが出来る、小型で低コストで汎用性に優れている実用的な非接触、非破壊の分光分析装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の分光分析装置は、電磁波放射アンテナ、電磁波受信アンテナ等の光学部品の配置を変えることなく、測定試料の電磁波入射角を変更して偏光子を挿入することで、簡便に透過型測定から反射型測定に切り換えることが短時間で可能な構成を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上記目標を達成する為に、本発明は以下の構成を有する。
請求項１の発明は、レーザと、前記レーザの照射光を入力して分割し、第１の分岐光と第２の分岐光とを出力する第１の光分割手段と、前記第２の分岐光を入力し、可変的に時間遅延を与え、遅延した第２の分岐光を出力する遅延手段と、前記第１の分岐光を入力し、電磁波を放射する電磁波放射手段と、前記電磁波を平行化して測定試料に導き照射する電磁波平行化手段と、電磁波が前記測定試料を透過する透過位置と、電磁波が前記測定試料で反射する反射位置とに測定試料を選択的に配置する測定試料配置手段と、前記測定試料を前記透過位置に配置した場合、前記測定試料を透過した電磁波を第１の検出器に集光する透過電磁波集光手段と、前記遅延した第２の分岐光をトリガーとして入力し、集光された透過電磁波を入力してその検出信号を出力する前記第１の検出器と、前記測定試料を前記反射位置に配置した場合、前記測定試料で反射した電磁波を第２の検出器に集光する反射電磁波集光手段と、前記遅延した第２の分岐光をトリガーとして入力し、集光された反射電磁波を入力してその検出信号を出力する前記第２の検出器と、を有することを特徴とする分光分析装置である。
【００１４】
請求項２の発明は、レーザと、前記レーザの照射光を入力して分割し、第１の分岐光と第２の分岐光とを出力する第１の光分割手段と、前記第２の分岐光を入力し、可変的に時間遅延を与え、遅延した第２の分岐光を出力する遅延手段と、前記第１の分岐光を入力し、電磁波を放射する電磁波放射手段と、前記電磁波を平行化して測定試料に導き照射する電磁波平行化手段と、電磁波が前記測定試料を透過する透過位置と、電磁波が前記測定試料で反射する反射位置とに測定試料を選択的に配置する測定試料配置手段と、前記測定試料を透過又は反射した電磁波を検出器に集光する電磁波集光手段と、前記遅延した第２の分岐光をトリガーとして入力し、集光された電磁波を入力してその検出信号を出力する前記検出器と、前記検出器が前記測定試料を透過した電磁波を検出する位置と、前記検出器が前記測定試料で反射した電磁波を検出する位置とに、少なくとも前記検出器を選択的に配置する検出器配置手段と、を有することを特徴とする分光分析装置である。
【００１５】
請求項３の発明は、前記測定試料配置手段は、前記測定試料を回転させて、前記透過位置と前記反射位置とに前記測定試料を選択的に配置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光分析装置である。
【００１６】
請求項４の発明は、前記透過位置が電磁波伝播方向に対し垂直方向の位置であり、前記反射位置が電磁波伝播方向に対し４５度の方向であることを特徴とする請求項３に記載の分光分析装置である。
【００１７】
請求項５の発明は、電磁波が平行化された後前記測定試料に入射されるまでの経路である第１の電磁路に配置され、平行化された電磁波を入力して偏光電磁波を透過させる偏光手段と、前記測定試料を透過し又は反射した電磁波が前記検出器に入射されるまでの経路である第２の電磁路に配置され、前記測定試料を透過し又は反射した前記偏光電磁波を入力して所定の偏光電磁波成分を透過させる検光手段と、を更に有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の分光分析装置である。
【００１８】
請求項６の発明は、前記第１の電磁路上の位置又は前記第１の電磁路外の位置に前記偏光手段を選択的に移動させる偏光手段配置手段を更に有することを特徴とする請求項５に記載の分光分析装置である。
【００１９】
請求項７の発明は、前記第２の電磁路上の位置又は前記第２の電磁路外の位置に前記検光手段を選択的に移動させる検光手段配置手段を更に有することを特徴とする請求項５に記載の分光分析装置である。
【００２０】
請求項８の発明は、前記検出器配置手段は、前記検出器の出力信号のレベルを入力し、そのレベルが最も大きくなる位置に前記検出器を配置することを特徴とする請求項２に記載の分光分析装置である。
【００２１】
請求項９の発明は、判別手段を更に有し、前記測定試料配置手段又は前記検出器配置手段は位置検出手段を有し、前記判別手段は、前記位置検出手段から得た信号に基づいて、前記検出器の出力信号が前記透過電磁波の検出信号であるか又は前記反射電磁波の検出信号であるかを自動的に判別することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかの請求項に記載の分光分析装置である。
【００２２】
請求項１０の発明は、前記遅延測定手段は、前記第２の分岐光を入力して分割し、第３の分岐光及び第４の分岐光を出力する第２の分割手段を有し、前記第３の分岐光は、前記第１の検出器又は前記測定試料を透過した電磁波を検出する位置に配置された前記検出器を照射し、前記第４の分岐光は、前記第２の検出器又は前記測定試料で反射した電磁波を検出する位置に配置された前記検出器を照射する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光分析装置である。
【００２３】
請求項１１の発明は、前記遅延測定手段は、前記第２の分岐光を入力して第１の方向又は第２の方向に選択的に出力する光路切換手段を有し、前記第１の方向に出力された前記第２の分岐光は、前記第１の検出器又は前記測定試料を透過した電磁波を検出する位置に配置された前記検出器を照射し、前記第２の方向に出力された前記第２の分岐光は、前記第２の検出器又は前記測定試料で反射した電磁波を検出する位置に配置された前記検出器を照射する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光分析装置である。
【００２４】
請求項１２の発明は、前記電磁波は１００ＧＨｚから２０ＴＨｚの範囲の周波数であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかの請求項に記載の分光分析装置である。
【００２５】
請求項１３の発明は、前記遅延手段により前記第２の分岐光の遅延時間を変化させて前記検出器、前記第１の検出器又は前記第２の検出器の出力信号を時間領域で測定する時間領域測定手段を更に有することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかの請求項に記載の分光分析装置である。
【００２６】
請求項１４の発明は、演算手段を更に有し、前記時間領域測定手段は、測定試料で反射したｐ偏光電磁波及びｓ偏光電磁波についての時間分解波形を測定し、前記演算手段は、前記ｐ偏光電磁波及びｓ偏光電磁波についての時間分解波形をフーリエ変換し、ｐ偏光電磁波及びｓ偏光電磁波の振幅及び位相の情報を算出することを特徴とする請求項１３に記載の分光分析装置である。
【００２７】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した本発明の実施例について、図面とともに記載する。なお、本発明は下記の実施例に限定して解釈されるものではない。
【００２８】
《実施例１》
図１〜７を用いて、本発明の実施例１の分光分析装置を説明する。図１は本発明の実施例１の分光分析装置の透過型測定を行う場合の概略構成図であり、図２は本発明の実施例１の分光分析装置の反射型測定を行う場合の概略構成図である。図１及び図２は同一の分光分析装置を示す。後述するように、図１の構成及び図２の構成の相互間の切換は容易である。
【００２９】
図１及び図２において、１はパルスレーザ光源、３及び２０は光分割手段、６Ａ及び６Ｂは電磁波受信アンテナ、７及び１８はミラー、８はチョッパ、９、２１Ａ及び２１Ｂはレンズ、１０は電磁波放射アンテナ、１１は定電圧電源、１３、１７Ａ及び１７Ｂは半球レンズ、１４、１６及び８１は放物面鏡、１９は反射鏡であるリトロリフレクタ、５０は測定試料、６０は偏光子、８０は検光子、２３は電流増幅器、２４はロックインアンプ、２５はコンピュータ、２６はディスプレイである。
実施例１の分光分析装置は、透過型測定をするための放物面鏡１６、半球レンズ１７Ａ、電磁波受信アンテナ６Ａと、反射型測定をするための放物面鏡８１、半球レンズ１７Ｂ、電磁波受信アンテナ６Ｂと、を有する。
【００３０】
［透過型測定の構成の説明］
図１（透過型測定の構成）を説明する。透過型測定は、例えば測定試料のキャリア濃度が１×１０１７（ｃｍ−３）以下である場合に有効である。
パルスレーザ光源１はパルスレーザ光２を発生する。パルスレーザ光源１は、例えばフェムト秒のパルス時間幅を有したフェムト秒パルスレーザ（又は半導体レーザ）である。光分割手段３は、入力したパルスレーザ光２を２方向に分岐してパルスレーザ光４及び５を出力する。光分割手段３は、例えばビームスプリッタである。パルスレーザ光４は電磁波放射用に、パルスレーザ光５は電磁波受信アンテナ６Ａ（又は６Ｂ）へのトリガー光として用いる。
【００３１】
パルスレーザ光４はミラー７、チョッパ８、レンズ９を介して、テラヘルツ電磁波放射用光伝導素子である電磁波放射アンテナ１０に入射される。
チョッパ８は、１〜３ｋＨｚの周期で回転している、開口部と遮蔽部を有する回転体である。チョッパ８は、パルスレーザ光４の通過と遮断とを繰り返す。これにより信号のロックイン検出を行うことが出来る。
電磁波放射アンテナ１０は定電圧電源１１により電圧を印加されている。パルスレーザ光４が電磁波放射アンテナ１０に照射された瞬間のみ光励起キャリアが発生し、定電圧電源１１からの電圧により電磁波放射アンテナ１０の電極間に瞬間電流が流れる。瞬間電流は１００フェムト秒〜１０ピコ秒の時間で流れ、この電流の時間変化によりテラヘルツ帯の電磁波１２がアンテナ１０から放射される。使用する電磁波放射アンテナが偏光特性を持つ場合は、放射直後の電磁波の最大の大きさを持つ電場ベクトルが、電磁波伝搬方向に対して垂直な面内にあり、かつ入射面に対して４５度の角度をなすように設置する。
放射された電磁波１２は半球レンズ１３、放物面鏡１４により平行化される。
【００３２】
平行化された電磁波１２は、測定試料５０に平行に（透過位置５３；図３参照）照射される。
測定試料５０は可動ステージ５１（図示しない。）に保持されている。可動ステージ５１は、図３に示すように測定試料５０の保持角度を切り換えて（透過位置５３又は反射位置５４）、測定試料への電磁波の入射角を変更する。透過位置５３は電磁波伝播方向に対し垂直方向の位置であり、反射位置５４は電磁波伝播方向に対し４５度の方向である。透過型測定（図１）において、可動ステージ５１は測定試料５０を透過位置５３（電磁波伝播方向に対し垂直方向）で保持する。
実施例において、ステージコントローラ５２はモータを駆動制御して可動ステージ５１を動かし、測定試料５０を透過位置５３又は反射位置５４に配置する。これに代えて、手動で可動ステージ５１を透過位置５３又は反射位置５４に動かしても良い。可動ステージ５１、ステージコントローラ５２及びスイッチ５５、５６（又は可動ステージ５１）を測定試料配置手段と呼ぶ。測定試料配置手段の可動ステージ５１を駆動する動力（例えばモータ、手動等）は任意である。
【００３３】
偏光子６０は可動ステージ６１に保持されている。ステージコントローラ６２はモータを駆動制御して可動ステージ６１を動かし、偏光子６０を電磁路外の位置６３（図１）又は電磁波放射アンテナ１０と測定試料５０との間の電磁路上の位置６４（図２）（電磁波が平行化された後、測定試料５０に入射されるまでの間）に保持する（図４参照）。図１においては、偏光子６０は電磁路外の位置６３に配置されている。偏光子６０は使用されない。ステージコントローラ６２及びモータに代えて、手動で可動ステージ６１を動かしても良い。可動ステージ６１、ステージコントローラ６２及びスイッチ６５、６６（又は可動ステージ６１）を偏光子配置手段と呼ぶ。偏光子配置手段の可動ステージ６１を駆動する動力（例えばモータ、手動等）は任意である。
図４は偏光子配置手段の概念図を示す。偏光子は、テラヘルツ電磁波の中から特定の偏光電磁波のみを透過させる。偏光子は太さ数μｍの金属ワイヤーを１０μｍ程度の間隔で多数並べたワイヤグリッドである。
上記のように、透過型測定を行うときは通常、偏光子６０は電磁路外に配置され、平行化された放射電磁波１０は偏光されず測定試料５０に到達する。
【００３４】
測定試料５０を透過した電磁波１５は、放物面鏡１６、半球レンズ１７Ａで集光され、電磁波受信アンテナ６Ａに到達する。
【００３５】
ビームスプリッタ３で分割されたもう一方の電磁波検出用のパルスレーザ光５は、ミラー１８、反射鏡であるリトロリフレクタ１９（光学的時間遅延手段）、ビームスプリッタ２０（光分割手段）、レンズ２１Ａを経由して電磁波受信アンテナ６Ａに入力される。
ビームスプリッタ２０はパルスレーザ光５を電磁波受信アンテナ６Ａに入射する光と電磁波受信アンテナ６Ｂに入射する光とに分割する。ビームスプリッタ２０を配置し、電磁波受信アンテナ６Ａ及び６Ｂを配置して、光学系の位置合わせを行った後は、透過型測定（図１）と反射型測定（図２）との切換時に光学素子の位置を動かさない故に、測定最適状態（最適に位置合わせをした状態）が長時間維持できる。
図１の透過型測定においては、電磁波受信アンテナ６Ａが透過電磁波の検出器として機能する。パルスレーザ光５が電磁波受信アンテナ６Ａに入力されると、電磁波受信アンテナ６Ａは瞬間的に伝導性を示す。この瞬間に電磁波受信アンテナ６Ａに到達した電磁波１５の電場に比例した電流が流れる。
【００３６】
実施例１のビームスプリッタ２０に代えて、可動ステージ８２に搭載したミラー８３を配置しても良い（光路切換手段）。図５は、可動ステージ８２に搭載したミラー８３を有する光路切換手段の概略的な構成を説明する図である。透過型測定時には可動ステージ８２がミラー８３をビームスプリッタ２０の角度及び位置に配置する（図５の８４の位置）。パルスレーザ光５はミラー８３で反射されて電磁波受信アンテナ６Ａのみに入射される。反射型測定時には可動ステージ８２がミラー８３をパルスレーザ光５の光路から外す（図５の８５の位置）。パルスレーザ光５は直進して電磁波受信アンテナ６Ｂのみに入射される。可動ステージ８２を動かしてパルスレーザ光５の光路を切り換えることにより、透過型測定時には電磁波受信アンテナ６Ａが透過電磁波の検出器として機能し、反射型測定時には電磁波受信アンテナ６Ｂが反射電磁波の検出器として機能する。
【００３７】
反射鏡であるリトロリフレクタ１９は、ビームスプリッタ３と電磁波受信アンテナ６Ａ及び６Ｂとの間に配置されている。
リトロリフレクタ１９は、可動ステージ２２（図示しない）に搭載されている。可動ステージ２２を図１又は図２の矢印の方向に移動させることにより、レーザパルス５の光路長が変化し、レーザパルス５が電磁波受信アンテナ６Ａ、６Ｂを励起するタイミング（照射タイミングの時間遅延量）は変化する。電流増幅器２３は、電磁波受信アンテナ６Ａ、６Ｂの出力信号を増幅する。ロックインアンプ２４は、電流増幅器２３の出力信号とチョッパ８の回転制御信号（又は回転検出信号）とを入力し、電流増幅器２３の出力信号の中からチョッパ８の回転に応じた成分を取り出す。
【００３８】
可動ステージ２２を移動させて時間遅延量を変えながら、各遅延時間におけるロックインアンプ２４の出力信号（テラヘルツ電磁波の電界強度に比例した電圧）の振幅を測定し、測定データをコンピュータ２５の内蔵メモリに蓄積する。その結果、電磁波の時間分解波形（時間遅延量／振幅特性）が得られる。
【００３９】
通常の透過型測定を行う場合、測定試料５０は可動ステージ５１により透過位置５３に、偏光子６０は可動ステージ６１により電磁路外の位置６３に配置する。リファレンス測定として、測定試料がない状態でのロックインアンプ２４の出力信号を測定する。次に測定試料を置いた状態での（電磁波が測定試料を透過した時の）ロックインアンプ２４の出力信号を測定する。それぞれの状態（測定材料のない時及び測定材料を置いた時）において、電流増幅器２３からの信号は、可動ステージ２２を移動させる度に取得され、ロックインアンプ２４に入力される。コンピュータ２５は可動ステージ２２の移動距離を制御する。ロックインアンプ２４に入力した信号はＡ／Ｄ変換されてコンピュータ２５に送られ、コンピュータ２５内のメモリに格納される。リファレンス測定データ（信号）、測定試料の透過電磁波による測定データ（信号）をそれぞれ別個に格納する。
【００４０】
コンピュータ２５は、上記の測定データに基づいて下記の計算を行い、計算結果であるパラメータをディスプレイ２６に表示する。
図６は、透過型測定を行ったときのリファレンス信号Ｗｒ（ｔ）（測定試料がないとき）の時間分解波形（時間領域波形）、及び測定試料であるＳｉ基板（１２．５Ωｃｍ、厚さ０．５２ｍｍ）の透過電磁波信号Ｗｓｉ（ｔ）の時間分解波形（時間領域波形）である。コンピュータ２５は、メモリに格納された電磁波の時間分解波形Ｗｒ（ｔ）、Ｗｓｉ（ｔ）をフーリエ変換し、周波数分解波形Ｅｒ（ν）、Ｅｓｉ（ν）を出力する。図７の周波数分解波形Ｅｒ（ν）、Ｅｓｉ（ν）はそれぞれ図６の時間分解波形Ｗｒ（ｔ）、Ｗｓｉ（ｔ）をフーリエ変換したグラフである。フーリエ展開後の関数パラメータνは、（２π×周波数）である。
【００４１】
【数１】
2004125712.tif 000003
【００４２】
【数２】
2004125712.tif 000004
【００４３】
リファレンス信号と透過電磁波形信号とを比較した振幅透過率比Ｔ（ν）及び位相差Δδは、下記の式で表される。
Ｔ（ν）＝｜Ｅｓｉ（ν）／Ｅｒ（ν）｜２
Δδ（ν）＝δｒ（ν）−δｓｉ（ν）
測定試料の複素光学定数ｎ＊＝（ｎ−ｉκ）（ｎは複素光学定数の実部、κは複素光学定数の虚部）は、電磁波の試料透過経緯を振幅透過率比Ｔ（ν）及び位相差Δδ（ν）を用いて表す（式（３））。Ｔ（ν）及びΔδ（ν）は実測値である。ｎ及びκは式（４）及び式（５）で表される関数である。ｎ及びκを収束させることで解を得る。ここで、ｃは光速、ｄは測定試料の厚み、ｍは測定試料内での多重反射回数である。
公知の計算式より、測定試料の複素光学定数（ｎ−ｉκ）から複素誘電率ε＝（ε１−ｉε２）　（ε１は複素誘電率の実部、ε２は複素誘電率の虚部）を得ることができる。
【００４４】
【数３】
2004125712.tif 000005
【００４５】
【数４】
2004125712.tif 000006
【００４６】
【数５】
2004125712.tif 000007
【００４７】
本発明の実施例の分光分析装置は、図１の測定方法以外の測定方法にも使用できる。例えば電磁波放射アンテナ１０と測定試料５０との間の電磁路中（電磁波が平行化された後、測定試料５０に入射されるまでの間）に偏光子６０を配置して透過型測定をすることにより、測定試料の偏光電磁波への透過率依存特性を測定できる。可動ステージ５１により測定試料に対する電磁波の入射角を変えながら透過型測定をすることにより、測定試料のブリュースタ角入射依存特性を測定できる。電磁波放射アンテナ１０と測定試料５０との間の電磁路中（電磁波が平行化された後、測定試料５０に入射されるまでの間）に偏光子６０を配置してｐ偏光電磁波を取り出し、そのｐ偏光電磁波をブリュースタ角付近で測定試料に入射させることにより、測定試料内の多重反射が緩和される故に、より精度のよい測定が可能になるであろう。
【００４８】
偏光電磁波を用いて透過型測定を行う場合、測定試料５０から放物面鏡１６までの電磁路上に検光子９０（検光手段）を配置する。可動ステージ９１に検光子９０を搭載しても良い。可動ステージ９１が、測定試料５０から放物面鏡１６までの電磁路上の位置又はその電磁路外の位置に、検光子９０を選択的に配置する。可動ステージ６１及び９１を動かして、偏光電磁波による透過型測定と通常の（偏光電磁波でない）電磁波による透過型測定とを簡単に切り換えて実行することができる。偏光電磁波を用いて透過型測定を行うことにより、測定試料の面方向の情報が得られる。
【００４９】
［反射型測定の構成の説明］
図２（反射型測定の構成）を説明する。反射型測定は、例えば測定試料のキャリア濃度が１×１０１８（ｃｍ−３）以上である場合に有効である。
図２は反射型測定を行う配置図である。まず偏光子６０を可動ステージ６１により電磁路上の位置６４に配置する。電磁波放射アンテナ１０から放射されたテラヘルツ電磁波１２のうち偏光子６０によってｓ偏光電磁波（又はｐ偏光電磁波）を取り出す（偏光子６０を透過させる。）。この状態から偏光子６０の方位角を９０度回転させればｐ偏光電磁波（又はｓ偏光電磁波）が取り出される。ｓ偏光電磁波は入射面に対して電場ベクトルが垂直な電磁波であり、ｐ偏光電磁波は入射面に対して電場ベクトルが平行な電磁波である。
【００５０】
電磁波放射アンテナ１０に偏光特性がなければ、偏光子６０を透過したｐ偏光電磁波及びｓ偏光電磁波の振幅及び位相は同一である。電磁波放射アンテナ１０が偏光特性を持つ場合は、電磁波放射アンテナ１０から放射された直後の位置で最大の大きさを持つ電場ベクトルが入射面に対し４５度の角度をなすように電磁波放射アンテナ１０を設置する。これによりｓ及びｐ偏光電磁波の振幅及び位相は同一になる。
上記調整の後、可動ステージ５１により測定試料を反射位置５４（例えば電磁波入射面に対し４５度の方向）に配置する。偏光子６０の方位角を調整してｐ及びｓ偏光電磁波を測定試料５０に平行に斜入射させる。
【００５１】
測定試料５０を反射したテラヘルツ電磁波３０（ｐ偏光電磁波又はｓ偏光電磁波）は、測定試料５０と反射電磁波を受信する電磁波受信アンテナ６Ｂ間の電磁路中に配置された検光子８０（検光手段）に平行に入射される。検光子８０は偏光子６０と同様のワイヤグリッドであり、反射電磁波３０の中から、電磁波受信アンテナ６Ｂが検出感度の最も高い偏光成分のみを通過させる。検光子８０を透過したテラヘルツ電磁波は放物面鏡８１及び半球レンズ１７Ｂで集光され、電磁波検出用光伝導素子である電磁波受信アンテナ６Ｂ（電磁波検出手段）に入射される。
【００５２】
検出アンテナ６Ｂは実施例１の電磁波受信アンテナ６Ａと同様に働く。すなわち、フェムト秒レーザパルス５によって励起された瞬間に印加されているテラヘルツ電磁波の電場に比例した信号を出力する。検出アンテナ６Ｂが偏光特性を持つ場合は、その検出感度の最も高い方向が電磁波伝搬方向に対して垂直な面内にあり且つ入射面に対して４５度の角度をなすように、電磁波受信アンテナ６Ｂを設置する。
【００５３】
図１と同様な方法で、リトロリフレクタ１９を搭載する可動ステージ２２を移動させて時間遅延量を変えながら、各遅延時間におけるロックインアンプ２４の出力信号（テラヘルツ電磁波の電界強度に比例した電圧）の振幅を測定し、測定データをコンピュータ２５の内蔵メモリに蓄積する。時間領域測定されたｐ偏光電磁波信号、ｓ偏光電磁波信号は同様にコンピュータ２５内のメモリにそれぞれ格納される。偏光子６０の方位角（ｐ偏光角又はｓ偏光角）をスイッチ等により検出して、ロックインアンプ２４の出力信号がｐ偏光電磁波信号であるか又はｓ偏光電磁波信号であるかを自動的に判別し、それぞれの信号をメモリの所定の場所に格納するようにしても良い。
【００５４】
ｐ偏光電磁波波形及びｓ偏光電磁波の時間分解波形Ｗｐ（ｔ）及びＷｓ（ｔ）をそれぞれフーリエ変換すると、反射電磁波の振幅と位相の情報を含んだ複素スペクトルＥｐ（ν）、Ｅｓ（ν）がそれぞれ得られる。
【００５５】
【数６】
2004125712.tif 000008
【００５６】
【数７】
2004125712.tif 000009
【００５７】
ｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の複素スペクトルの比をとると、ｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の振幅反射率比ｒｐ（ν）／ｒｓ（ν）及び位相差δｐ−δｓのスペクトルが得られる。
【００５８】
【数８】
2004125712.tif 000010
【００５９】
これらは従来知られている偏光解析法におけるエリプソメトリック・アングルのそれぞれｔａｎΨ（ν）≡ｒｐ／ｒｓとΔ（ν）≡δｐ−δｓに対応している。エリプソメトリック・アングルから偏光解析法を援用して複素光学定数スペクトルを導出することができる。得られたエリプソメトリック・アングルの周波数変化から複素光学定数スペクトルを導出する方法は古くから知られており、例えばＲ．Ｍ．　Ａ．　Ａｚｚａｍ　ａｎｄ　Ｎ．　Ｍ．　Ｂａｓｈａｒａ、　”Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ　ａｎｄ　Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ　Ｌｉｇｈｔ”　（Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ、　１９８７）などに記載されている。
複素光学定数（ｎ−ｉκ）から、複素誘電率ε＝ε１−ｉε２　を求めることができる。θ０を電磁波の試料への入射角として、ε１は式（９）のようにｎとκで表される。
【００６０】
【数９】
2004125712.tif 000011
【００６１】
同様にε２は式（１０）のようにｎとκで表される。
【００６２】
【数１０】
2004125712.tif 000012
【００６３】
さらに、これらの複素誘電率は、複素電気伝導度σ＝σ１−ｉσ２　（σ１は複素電気伝導度の実部、σ２は複素電気伝導度の虚部）と式（１１）及び式（１２）のような関係式があり、電極パターンを形成することなく、非接触、非破壊で電気特性を測定出来る。ε０は真空中の誘電率である。
【００６４】
【数１１】
2004125712.tif 000013
【００６５】
【数１２】
2004125712.tif 000014
【００６６】
本発明によれば単一の入射角におけるｓ偏光電磁波及びｐ偏光電磁波の反射波の時間分解波形測定のみでエリプソメトリック・アングルであるｔａｎΨ及びΔが求められ、入射角依存性を測定する必要がない。
さらに本発明によれば、以上で示したように、互いに直交する方位角に偏光子を設定した状態における各々の反射電磁波の時間分解波形を測定することで試料の複素光学定数スペクトルを導出できる。
従来の分光偏光解析方法では偏光子の方位角依存性を詳細に知ることが必要であったため、方位角をわずかずつ変えながら多数回測定する必要があったが、本発明によれば、２回のみの測定で複素光学定数スペクトルが得られる。
本発明のテラヘルツ波偏光解析方法及び装置は、試料で反射された複数の偏光電磁波の時間分解波形を測定することにより、種々の複素データを導出出来る。本発明のテラヘルツ波偏光解析方法及び装置においては、リファレンスデータを測定しない。
【００６７】
通常の（偏光電磁波でない）電磁波を用いて）反射型測定を行っても良い。可動ステージ９２に検光子８０を搭載しても良い。可動ステージ９２が、測定試料５０から放物面鏡８１までの電磁路上の位置又はその電磁路外の位置に、検光子８０を選択的に配置する。可動ステージ６１及び９２を動かして、偏光電磁波による反射型測定と通常の（偏光電磁波でない）電磁波による反射型測定とを簡単に切り換えて実行することができる。
【００６８】
《実施例２》
図１、２及び９を用いて、本発明の実施例２の分光分析装置を説明する。実施例１の分光分析装置は、透過電磁波を検出するための電磁波受信アンテナ６Ａ、レンズ２１Ａ及び半球レンズ１７Ａと、反射電磁波を検出するための電磁波受信アンテナ６Ｂ、レンズ２１Ｂ及び半球レンズ１７Ｂと、を別個に有していた。実施例２の分光分析装置は、実施例１のこれらの要素に代えて、透過電磁波及び反射電磁波のいずれの電磁波の受信にも使用する共用電磁波受信アンテナ７０、レンズ７５及び半球レンズ７６を有する。
【００６９】
実施例２において、共用電磁波受信アンテナ７０、レンズ７５及び半球レンズ７６は可動ステージ７１に搭載されている。図９は、実施例２の可動ステージ７１及び共用電磁波受信アンテナ７０等の模式的な構成及び位置切換動作を説明するための図である。図９において、ステージコントローラ７２はモータを駆動制御して可動ステージ７１を反時計回り又は時計回りに４５度回転させ、共用電磁波受信アンテナ７０、レンズ７５及び半球レンズ７６を透過電磁波受信位置７３又は反射電磁波受信位置７４に配置する。ステージコントローラ７２及びモータに代えて、手動で可動ステージ７１を動かしても良い。可動ステージ７１、ステージコントローラ７２及び位置検出用のスイッチ等（又は可動ステージ７１）を検出器配置手段と呼ぶ。検出器配置手段の可動ステージ７１を駆動する動力（例えばモータ、手動等）は任意である。
可動ステージ７１の中心軸上に、分割手段２０が配置されている（図９において図示していない。）。
【００７０】
透過型測定を行う場合、図９の透過電磁波受信位置７３の近傍で、検出感度が最も高くなる位置（信号増幅器２３の出力レベルが最も高くなる位置）に電磁波受信アンテナ７０を配置する。コンピュータ２５は、可動ステージ７１又はその駆動手段であるモータ等に取り付けた位置検出手段（例えばスイッチ及び光エンコーダ）からの位置情報を読み出すことにより、電磁波受信アンテナ７０からの測定データを透過電磁波の測定データであると判断し、その電磁波データをメモリに格納する。
反射型測定を行う場合は、図９の反射電磁波受信位置７４の近傍で、検出感度が最も高くなる位置（信号増幅器２３の出力レベルが最も高くなる位置）に電磁波受信アンテナ７０を配置する。コンピュータ２５は、可動ステージ７１又はその駆動手段であるモータ等に取り付けた位置検出手段からの位置情報を読み出すことにより、電磁波受信アンテナ７０からの測定データを反射電磁波の測定データであると判断し、その電磁波データをメモリに格納する。
【００７１】
それ以外の点において、実施例２の分光分析装置は、実施例１と同一の構成（図１及び２）を有する。
１つの電磁波受信アンテナ７０を、透過型測定においても反射型測定においても使用する故に、実施例１のように２つの電磁波受信アンテナの特性の相違を補正する必要がない。電磁波受信アンテナは高価である故に、安価な分光分析装置を実現できる。
反射型測定において、偏光子６０の方位角（ｐ偏光角又はｓ偏光角）をスイッチ等により検出して、ロックインアンプ２４の出力信号がｐ偏光電磁波信号であるか又はｓ偏光電磁波信号であるかを自動的に判別し、それぞれの信号をメモリの所定の場所に格納するようにしても良い。
【００７２】
本実施例において、例えば測定試料配置手段のスイッチ５５、５６（図３）、及び／又は偏光子配置手段のスイッチ６５、６６（図４）の出力信号に基づいて、測定データが透過電磁波の測定データか又は反射電磁波の測定データかを自動的に判別することができる。各スイッチの出力信号に基づいて、モータの停止位置を決定すると共に、測定方法の自動判別を行う。測定データが透過電磁波の測定データか又は反射電磁波の測定データかに応じて、測定データの検出レベルを切り換え、それぞれ別のメモリに格納する。
例えば、各可動ステージ５１、６１、７１に取り付けられた光エンコーダが出力する位置信号、又は可動ステージ５１、６１、７１を駆動するモータの相信号を読み出しても良い。コンピュータ２５がこれらの信号に基づいて、測定データが透過電磁波の測定データか又は反射電磁波の測定データかを自動的に判別することができる。測定データが透過電磁波の測定データか又は反射電磁波の測定データかの判別方法は上記の方法に限られず、その他任意の手段を用いることができる。
実施例１又は２において、１つの操作ボタンを押すだけで、透過型測定の構成（図１）と反射型測定の構成（図２）とを自動的に切り換えられるようにしても良い。操作者が透過型測定又は反射型測定を指定すると、可動ステージ５１、６１及び７１等が自動的に関連して動き、分光分析装置を透過型測定又は反射型測定の構成にする。同様に１つの操作ボタンを押すだけで、偏光電磁波による測定の構成と通常の（偏光電磁波でない）電磁波による測定の構成とを自動的に切り換えるようにしても良い。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の分光分析装置は、１台の装置で透過型測定と反射型測定とを簡単に切り換えて実施することができる。透過型測定と反射型測定との切換時に光学系を大幅に組み替える必要がない故に、測定時間の短縮化、小型化が可能となる。
１つの電磁波受信アンテナを、透過型測定においても反射型測定においても使用する故に、複数の電磁波受信アンテナの特性の相違を補正するという必要がない。電磁波受信アンテナは高価である故に、安価な分光分析装置を実現できる。一度測定試料や光学部品を設置した後は、測定方法を変更する時に光学部品を増減する必要がなく、設置した光学部品を動かす必要がない。一度光学部品等を設置した後は、高い精度を要求される位置合わせが不要になるので、測定に最適な状態を長時間保持できる。
【００７４】
薄膜、バルク測定試料、気体等を含む広い範囲の測定対象を測定できるので、汎用性の高い実用的な非接触、非破壊測定装置として利用できる。
測定試料の透過率は測定試料のキャリア密度に依存している。本発明は透過型と反射型とを容易に切換可能であるので、測定試料のキャリア密度が未知であっても、瞬時に測定方法を切り換えて測定試料に適した測定をすることができる。測定対象がバルク測定試料、基板上薄膜測定試料又は多層膜測定試料である場合、本発明の分光分析装置により透過率測定及び反射型測定を組み合わせて実行することで、測定試料内のキャリア密度の局在分布情報を瞬時に得ることが可能になると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】透過型分光分析測定時における本発明の実施例１の分光分析装置の概略構成図
【図２】反射型分光分析測定時における本発明の実施例１の分光分析装置の概略構成図
【図３】測定試料配置手段の概略的な構成、並びに透過型測定及び反射型測定を行うときの測定試料の位置を説明する図
【図４】偏光子移動手段の概略的な構成、並びに透過型測定及び反射型測定を行うときの偏光子位置を説明する図
【図５】光路切換手段の概略的な構成を説明する図
【図６】本発明の透過型測定方法で測定されたＳｉ基板の時間分解波形を示す図
【図７】図５の時間分解波形をフーリエ変換した結果である周波数分解波形
【図８】従来例１の透過型分光分析測定を行うための分光分析装置の概略構成図
【図９】本発明の実施例２の可動ステージ及び共用電磁波受信アンテナ等の模式的な構成及び位置切換動作を説明するための図
【符号の説明】
１、１０１　パルスレーザ光源
２、１０２　パルスレーザ光
３、２０、１０３　ビームスプリッタ
４、１０４　電磁波放射アンテナ用パルスレーザ光
５、１０５　電磁波受信アンテナ用パルスレーザ光
６Ａ、６Ｂ、７０、１０６　電磁波検出用光伝導素子（電磁波受信アンテナ）
７，１８、８３、１１９、１２１　ミラー
８，１０８　チョッパ
９、２１Ａ、２１Ｂ、７５、１０９、１２２　レンズ
１０、１１０　電磁波放射用光伝導素子（電磁波放射アンテナ）
１１、１１１　定電圧電源
１２、１１２　放射電磁波
１３、１７Ａ、１７Ｂ、７６、１１３、１１８　半球レンズ
１４、１６、８１、１１４、１１７　放物面鏡
１５、１１６　透過電磁波
３０　反射電磁波
１９、１２０　リトロリフレクタ
２２、５１、６１、７１、８２、９１、９２、１２３　可動ステージ
２３、１２４　信号増幅器
２４、１２５　ロックインアンプ
２５、１２６　コンピュータ
２６　ディスプレイ
５０、１１５　測定試料
５２、６２、７２　ステージコントローラ
５３、６３、７３　透過位置
５４、６４、７４　反射位置
５５、５６、６５、６６　位置検出素子（スイッチ）
６０　偏光子
８０、９０　検光子
【図１】
2004125712.tif 000015
【図２】
2004125712.tif 000016
【図３】
2004125712.tif 000017
【図４】
2004125712.tif 000018
【図５】
2004125712.tif 000019
【図６】
2004125712.tif 000020
【図７】
2004125712.tif 000021
【図８】
2004125712.tif 000022
【図９】
2004125712.tif 000023