| 【発明の名称】 |
偏光測定ユニット |
| 【発明者】 |
【氏名】政尾 克也
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| 【要約】 |
【課題】従来の偏光測定装置においては、被測定試料の大型化が進むにつれ装置が大型化し、また被測定物全体の測定に要する時間は長くなる。この発明は上述した問題点を解決するためなされたもので、１回での測定が高速に行える偏光解析装置を構成するための小型で高い信頼性のある測定ユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】この発明では、被測定試料に光を射出させたり反射光を取り入れたりするための窓を備えたパッケージの中に、半導体レーザーと光検出器を有する半導体基板と、コリメーターレンズと、ミラーと、偏光素子と、検光素子と、光導波路とを設けるよう構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】被測定試料の偏光特性を測定するためのユニットであって、光が透過する窓を備えたパッケージの中に、半導体レーザーと光検出器を有する半導体基板に、半導体レーザーからの光を平行光束にするためのコリメーターレンズと、射出光を直線偏光に変えるための偏光素子と、前記被測定試料からの反射光を直線偏光に変換するための検光素子と、光導波路とを設けるよう構成したチップを搭載することを特徴とする偏光測定ユニット |
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】 この発明は半導体などの被測定試料の膜厚や屈折率を測定するために使用される偏光解析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】 偏光解析装置は光源、偏光素子、検光素子、光検出器を用いるが、従来の装置においてはそのおのおのを独立の装置として組み合わせる構成であった。
【０００３】偏光解析装置の１つの構成は比較的細い光束を被測定試料の１点にあてて、反射光をホトマルチメーターなどの光検出器を用いて測定する。（１点測定型の偏光解析装置）
その他の構成は、比較的太い半径の光束を被測定試料の比較的広い範囲にあてて、反射光をＣＣＤエリアセンサーなどの光検出器を用いて測定する。（面測定型の偏光解析装置）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の装置においては、測定装置はかなりのスペースをしめ、被測定試料の大型化が進むにつれ装置が大型化することは避けられなかった。
【０００５】面測定型の偏光解析装置においては１回の測定における測定点数は非常に大きいが、それでもより細かい面内分解能で測定しようとすれば、視野はそれに反比例して小さくなり、被測定物を走査しないと全体の測定ができないので、被測定物全体の測定に要する時間は長くなる。
【０００６】この発明は上述したこれらの問題点を解決するためなされたもので、１回での測定が高速に行える偏光解析装置を構成するための小型で高い信頼性のある測定ユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するため、この発明では、被測定試料に光を射出し反射光を取り入れたりするための窓を備えたパッケージの中に、半導体レーザーと光検出器を有する半導体基板と、半導体レーザーからの光を平行光束にするためのコリメーターレンズと、コリメーターレンズと射出窓との間に前記被測定試料に斜めに光を当てるため光路を変更するためのミラーと射出光を直線偏光に変えるための偏光素子とを置く。
【０００８】入射窓と光検出器の間には前記被測定試料からの反射光を直線偏光に変換するための検光素子と、特定の反射角度の反射光のみを通過させるように設計された光導波路を設けるよう構成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】 本発明を偏光解析装置として使用するためには、被測定試料の表面に近接して本発明の偏光ユニットを複数個取り付ける。ユニットに含まれる半導体レーザーの光出力、および偏光素子と検光素子の方位角は外部にあるコンピューターによって制御される。またユニットに含まれる光検出器からの電圧出力は外部にあるコンピューターに入力される。
【００１０】そして本ユニットの半導体レーザーを発光させ、偏光素子または検光素子にかかる電圧を制御することによって射出光の直線偏光の方位角を変化させるか、または被測定試料の表面からの反射光の偏光成分を検出することによって、被測定試料の表面の反射による偏光の変化を測定する。
【００１１】被測定試料はＸＹステージによって走査させる。もし十分に多くの数の本偏光ユニットを取り付ければ、ユニット間の隙間を埋めて測定する程度のステージの移動で試料全体をカバーできるので、装置全体のサイズは小さくできる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の偏光ユニットについて添付図面を参照しながら説明する。
【００１３】図１はこの発明の第１実施例を示すものである。この偏光測定ユニット１は、偏光解析に必要な光学系をチップ２として半導体基板３の上に作成し、射出窓１５と入射窓１６とを持つパッケージ１９の中に封入したものである。
【００１４】図２は第１実施例におけるチップ２であって、半導体基板３の上に、射出側には半導体レーザー４、コリメーターレンズ５、ＫＤＰなどのポッケルス効果素子を偏光子７とし、チップサイズを小さくするためにコリメーターレンズ５と偏光子７の間にはミラー６を置く。ミラー６は半導体基板３をエッチングしアルミニュウムなどの金属を真空蒸着して作成する。フォトダイオード８は射出光のモニターのためのものである。
【００１５】被測定試料２１による反射光を測定するための構成としては、ポッケルス素子を検光子９とし、光導波路１１と、光導波路１１に密着して複数個のピクセルを持つＣＣＤセンサー１２を置く。チップサイズを小さくするために検光子９と光導波路１１の間にはミラー１０を置く。光導波路１１は、クラッド１４となる半導体と、その中にそれより屈折率の低い材料（細孔でもよい）であるコア１３とからなっている。コア１３のピッチと径は測定の空間分解能を定める。
【００１６】チップ２はパッケージ１９の中にあって、パッケージ１９は射出窓１５と入射窓１６を持っており窓は光路と直交するように配置されている。チップ２全体はパッケージ１９の中に封入されているので、光学素子の汚染や、空気の揺らぎによる光路の揺らぎの影響は最小限に押さえることができる。
【００１７】このユニット１による偏光測定の動作は、半導体レーザー４から１本のビームを射出させ、それをコリメーターレンズ５によって平行光とし、偏光素子７によって直線偏光とし、射出窓１５より斜めに被測定試料２１に照射する。コリメーターレンズ５と偏光子７の間に置いたミラー６によって偏光解析に適している角度（約７０゜）の斜め入射光として測定試料２１に照射されるようにする。
【００１８】測定試料２１から反射された光は入射窓１６からユニット１内に入射しポッケルス素子である検光子９によって直線偏光の成分を取り出される。その光は光導波路１１によって光検出器１２へ導かれる。
【００１９】図３、図４は光導波路１１の説明図である。コア１３の入り口と出口は光路と平行であるので、この光導波路１１をとおる光は入射反射の関係を満たす光のみである。ＣＣＤセンサー１２のピクセルのピッチ及び径と光導波路１１の入り口のコアのピッチ及び径との関係を調節することによって、この光導波路１１は拡大（図３）または縮小（図４）の役割をする。したがってコア１３の中間の形は曲がっていてもよい。ＣＣＤセンサー１２のピクセルの径は光導波路１１の出口のコア径より大きくする。
【００２０】図５は、この発明の第２実施例の構成を示すものである。この実施例は測定試料２１に対して異なる入射角での測定が一度にできるようにしたものである。この実施例においては第１実施例におけるミラー６、ミラー１０の代りに放物面鏡１７を使用する。光束は放物面の軸に平行に放物面鏡１７に当たるようにするので、光線のそれぞれは異なる角度によって放物面鏡１７の焦点に集まる。その焦点の位置を被測定試料２１の表面に一致させることによって異なる入射角度での測定を一度に行うことができる。
【００２１】図６は第２実施例におけるチップ２であって、射出側には半導体レーザー４、コリメーターレンズ５、偏光子７、射出光のモニターのためのフォトダイオード８を置く。
【００２２】反射側の構成としては、検光子９と、光導波路１１と、光導波路１１に密着して複数個のピクセルを持つＣＣＤセンサー１２を置く。
【００２３】半導体基板３を放物面をなすようにエッチングしてその内側に金属を蒸着して放物面鏡１７になるようにする。ＣＣＤセンサー１２のピクセルの位置の違いは試料２１に当たる入射角の違いに対応する。
【００２４】チップ２全体は窓１８を持つパッケージ１９の中に封入されている。
【００２５】図７は、この発明の第３実施例の構成を示すものである。この実施例は第２実施例と同じく測定試料２１に対して異なる入射角での測定が一度にできるようにしたものである。この実施例においては第２実施例における放物面鏡１７および窓１８のかわりに平凸レンズ２０を使用する。光束は平凸レンズ２０の軸に平行に平凸レンズ２０に当たるようにするので、光線のそれぞれは異なる角度によって平凸レンズ２０の焦点に集まる。その焦点の位置を被測定試料２１の表面に一致させることによって異なる入射角度での測定を一度に行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、窓を備えたパッケージの中に半導体レーザー、受光素子、偏光素子、光導波路およびミラーを一体化した構成なので、小型であり、それを多数個並列的に装置に取り付けることによって同時に多数の並列的な測定をおこなうことができ、かつ主要部がパッケージ内にあるので外部環境の影響を受けない信頼性の高い測定を行うことができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９３０１８９１２
【氏名又は名称】株式会社ユーレカ
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２６日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４８５３８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月１７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−８９１９３ |
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