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JP5140789B2 - Spectroscopic polarimeter - Google Patents
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  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

この発明は、チャネルドスペクトルを用いて行う測定対象物の分光偏光特性の計測を高精度に行うための装置及び方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for performing measurement of spectral polarization characteristics of a measurement object using a channeled spectrum with high accuracy.

光は、「横波」の性質を有する。互いに直交する3軸(x,y,z)を前提として、光の進行方向をz軸方向とすると、光の振動方向はxy平面に沿った方向となる。xy平面内における光の振動方向には偏りが存在する。この光の偏りは「偏光」と称される。この明細書においては、以下に、光の偏り方を「偏光状態」と称する。この偏光状態は、一般に、光の波長(色)によって異なる。   Light has the property of “transverse wave”. On the premise of three axes (x, y, z) orthogonal to each other, assuming that the traveling direction of light is the z-axis direction, the vibration direction of light is a direction along the xy plane. There is a bias in the vibration direction of light in the xy plane. This polarization of light is called “polarized light”. In this specification, the method of polarization of light is hereinafter referred to as “polarization state”. This polarization state generally varies depending on the wavelength (color) of light.

測定対象物に対して、ある偏光状態の光を入射させ、透過光や反射光等の出射光を取得すると、測定対象物が光に対する異方性を有すると、入射光と出射光との間で偏光状態の変化が観察される。この偏光状態の変化から、測定対象物の異方性に関する情報を取得することを「偏光計測」と称する。なお、このような異方性の原因としては、分子構造の異方性、応力(圧力)の存在、局所電場や磁場の存在等が挙げられる。   When light in a certain polarization state is incident on the measurement object and outgoing light such as transmitted light or reflected light is obtained, if the measurement object has anisotropy with respect to the light, it is between the incident light and the outgoing light. A change in the polarization state is observed. Obtaining information on the anisotropy of the measurement object from the change in the polarization state is referred to as “polarization measurement”. Examples of such anisotropy include molecular structure anisotropy, the presence of stress (pressure), the presence of a local electric field and a magnetic field, and the like.

入射光と出射光との間における偏光状態の変化を、各波長毎に求め、それらから測定対象物の異方性に関する情報を取得することを特に「分光偏光計測」と称する。この分光偏光計測によれば、単一波長(単色)による計測の場合に比べて、格段に多くの情報を取得できる利点がある。この分光偏光計測においては、入射光と出射光の間における偏光状態の変化についての情報を取得する装置、すなわち偏光分光装置がキーデバイスとなる。   The change in the polarization state between the incident light and the outgoing light is obtained for each wavelength, and obtaining information on the anisotropy of the measurement object from them is particularly called “spectral polarization measurement”. According to this spectroscopic polarimetry, there is an advantage that much more information can be acquired compared to the case of measurement using a single wavelength (monochrome). In this spectroscopic polarimetry, a device that acquires information about a change in polarization state between incident light and outgoing light, that is, a polarization spectroscopic device is a key device.

分光偏光計測の応用分野としては、分光エリプソメトリ分野、医療分野等が知られている。例えば、分光エリプソメトリ分野においては、薄膜の膜厚や複素屈折率を非破壊かつ非接触で計測できることから、光エレクトロニクス機器、半導体の検査、研究等への応用がなされている。医療分野においては、幾種かの細胞が偏光特性を有することから、緑内障やガン細胞の早期発見への試みがなされている。   As application fields of spectroscopic polarimetry, the spectroscopic ellipsometry field, the medical field, and the like are known. For example, in the spectroscopic ellipsometry field, the film thickness and complex refractive index of a thin film can be measured non-destructively and in a non-contact manner, so that it has been applied to optoelectronic equipment, semiconductor inspection, research, and the like. In the medical field, since some types of cells have polarization characteristics, attempts have been made to early detect glaucoma and cancer cells.

従来の代表的な分光偏光計測法として、回転移相子法と偏光変調法とが知られている。
これらの方法では、機械的ないし電気的な偏光制御素子を用いて、計測対象光に変調をかけ、それに伴うスペクトルの変化から偏光状態、例えばストークスパラメータ等を求めている。
As a typical representative spectropolarimetry method, a rotational phase shifter method and a polarization modulation method are known.
In these methods, a measurement light is modulated using a mechanical or electrical polarization control element, and a polarization state, such as a Stokes parameter, is obtained from a change in spectrum accompanying the modulation.

しかしながら、これらの計測手法には[1]機械的、又は電気的駆動装置が必要であること、[2]偏光制御装置の条件を変えながら、複数のスペクトルを繰り返し測定しなければならないこと、等の問題点が指摘されていた。   However, these measurement methods require [1] a mechanical or electrical drive device, [2] have to repeatedly measure multiple spectra while changing the conditions of the polarization control device, etc. The problem was pointed out.

これらの問題点を解決するためにチャネルド分光偏光計測法が、先に考案された(非特許文献1参照)。   In order to solve these problems, a channeled spectroscopic polarimetry has been devised (see Non-Patent Document 1).

また、非特許文献1では、試料と分光器の間に2枚の移相子が設置されていたが、特許文献1及び非特許文献2では、試料と光源の間に2枚の移相子を設置する構成による計測が提案されている。これにより、試料による光線の向きの変動があった場合でも、計測誤差の少ない計測を可能としている。   In Non-Patent Document 1, two phase shifters are installed between the sample and the spectroscope. However, in Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, two phase shifters are provided between the sample and the light source. The measurement by the composition which installs is proposed. As a result, even when the direction of the light beam varies depending on the sample, it is possible to perform measurement with a small measurement error.

特許文献1に示される偏光分光装置の構成を図1に示す。図示されていない移相子の厚み比を除き、図1に示された構成は本発明にも共通する構成である。図1に示される光学系は、光源7、偏光子P、移相子R1及びR2、検光子A、分光器8から構成される。光源7を出た光は偏光子P、移相子R1、移相子R2を順に透過し、試料Dを反射又は透過し、検光子Aを透過し、分光器8へと入射する。その後、分光器8において入射光のスペクトルが取得され、後述する手順により、試料の分光偏光パラメータ等が算出される。   FIG. 1 shows the configuration of the polarization spectrometer disclosed in Patent Document 1. Except for the thickness ratio of the phase shifter which is not shown, the configuration shown in FIG. 1 is also a configuration common to the present invention. The optical system shown in FIG. 1 includes a light source 7, a polarizer P, phase shifters R 1 and R 2, an analyzer A, and a spectrometer 8. The light emitted from the light source 7 passes through the polarizer P, the phase shifter R1, and the phase shifter R2 in order, reflects or transmits the sample D, passes through the analyzer A, and enters the spectroscope 8. Thereafter, the spectrum of the incident light is acquired by the spectroscope 8, and the spectral polarization parameter and the like of the sample are calculated by the procedure described later.

移相子R1と移相子R2の速軸の方向は互いに45°傾けられており、偏光子Pの透過軸の方向は移相子R2の速軸の方向と一致している。なお、図中では、移相子の速軸を「fast」遅軸を「slow」と表記している。また、θは、移相子R2の速軸に対する検光子の透過軸の方位角である。   The directions of the fast axes of the phase shifter R1 and the phase shifter R2 are inclined by 45 °, and the direction of the transmission axis of the polarizer P coincides with the direction of the fast axis of the phase shifter R2. In the figure, the fast axis of the phase shifter is represented as “fast” and the slow axis is represented as “slow”. Further, θ is the azimuth angle of the transmission axis of the analyzer with respect to the fast axis of the phase shifter R2.

2つの移相子R1,R2のそれぞれにおいて、直交偏光成分間に生ずる位相差は周波数に依存する。このため、光スペクトルアナライザとして機能する分光器からは、3つのキャリア成分を含むチャネルドスペクトルが得られる。各々のキャリア成分の振幅と位相は、試料の分光偏光パラメータにより変調されている。したがって、フーリエ変換を利用した信号処理をコンピュータにて施せば、各分光偏光パラメータを求めることができる。   In each of the two phase shifters R1 and R2, the phase difference generated between the orthogonal polarization components depends on the frequency. For this reason, a channeled spectrum including three carrier components is obtained from the spectroscope functioning as an optical spectrum analyzer. The amplitude and phase of each carrier component are modulated by the spectral polarization parameter of the sample. Therefore, each spectral polarization parameter can be obtained by performing signal processing using Fourier transform on a computer.

実験の結果の一例が図2(非特許文献2より引用)に示されている。これは、薄膜試料の反射光を計測することで、薄膜試料の分光偏光パラメータであるエリプソメトリックパラメータΨ、Δの波長λに対する特性であるΨ(λ)、Δ(λ)を計測したものである。図2の2本の実線は、それぞれエリプソメトリックパラメータΨ(λ)、Δ(λ)を示している。試料の分光偏光パラメータが周波数に依存して変化することが理解されるであろう。   An example of the result of the experiment is shown in FIG. 2 (cited from Non-Patent Document 2). This is the measurement of the ellipsometric parameter Ψ, which is the spectral polarization parameter of the thin film sample, and the characteristics Ψ (λ), Δ (λ) with respect to the wavelength λ, by measuring the reflected light of the thin film sample. . The two solid lines in FIG. 2 indicate the ellipsometric parameters Ψ (λ) and Δ (λ), respectively. It will be appreciated that the spectral polarization parameter of the sample varies with frequency.

また、この計測した、エリプソメトリックパラメータΨ(λ)、Δ(λ)を理論値とフィッティングすることにより、膜厚52.6nmとの結果を得ている(理論値は図2の点線)。この膜厚算出においては、膜厚値をフィッティングパラメータとして、計測値と理論値との二乗誤差が最も小さくなる膜厚値を求めた。従来の回転移相子法で計測した値49.3nmと比較的近い計測結果となっている。   Further, by fitting the measured ellipsometric parameters ψ (λ) and Δ (λ) with theoretical values, a result with a film thickness of 52.6 nm is obtained (theoretical values are dotted lines in FIG. 2). In this film thickness calculation, the film thickness value was used as a fitting parameter, and the film thickness value with the smallest square error between the measured value and the theoretical value was obtained. The measurement result is relatively close to the value of 49.3 nm measured by the conventional rotary phase shifter method.

このようにチャネルド分光偏光計測法によれば、分光光量の特性を周波数分析(あるいは、波数解析)すれば、試料の分光偏光パラメータを求めることができる。尤も、周波数分析に先立って、2つの移相子R1,R2のそれぞれについて、リタデーションをあらかじめ求めておくことが必要である。ここで、リタデーションとは、速軸成分と遅軸成分との間に生ずる位相差のことである。   As described above, according to the channeled spectroscopic polarimetry, the spectral polarization parameter of the sample can be obtained by frequency analysis (or wave number analysis) of the characteristic of the spectral light quantity. However, prior to frequency analysis, it is necessary to obtain retardation in advance for each of the two phase shifters R1 and R2. Here, the retardation is a phase difference generated between the fast axis component and the slow axis component.

上述のチャネルド分光偏光計測法によれば、[1]回転移相子等の機械的な可動素子が不要であること、[2]電気光学的変調器等の能動的な素子が不要であること、[3]1枚のスペクトルから4つのストークスパラメータが一度に求まり、いわゆるスナップショットな測定ができること、[4]構成が簡単であり、小型化に適すること、等の利点が得られる。また、試料の傾きの変動に対してもR1,R2のそれぞれのリタデーションは変動せず、計測誤差の少ない計測を可能としている。
特開2006−308550号公報 加藤貴之、岡和彦、田中哲、大塚喜弘、"周波数領域干渉法に基づく偏光のスペクトル分布測定,"第34回応用物理学会北海道支部学術講演会講演予稿集(応用物理学会北海道支部、札幌、1998)、p.41 H. Okabe, K. Matoba, M. Hayakawa, A. Taniguchi, K. Oka, H. Naito, N. Nakatsuka,"New configuration of channeled spectropolarimeter for snapshot polarimetric measurement of materials", Proceedings of SPIE, Vol.5878, 2005年8月31日, p. 58780H
According to the above-mentioned channeled spectroscopic polarimetry, [1] a mechanical movable element such as a rotary phase shifter is unnecessary, and [2] an active element such as an electro-optic modulator is unnecessary. In addition, [3] four Stokes parameters can be obtained from one spectrum at a time, so-called snapshot measurement can be performed, and [4] the configuration is simple and suitable for miniaturization. Further, the retardations of R1 and R2 do not change even when the inclination of the sample is changed, thereby enabling measurement with a small measurement error.
JP 2006-308550 A Takayuki Kato, Kazuhiko Oka, Satoshi Tanaka, Yoshihiro Otsuka, "Spectral distribution measurement of polarized light based on frequency domain interferometry," Proceedings of the 34th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics Hokkaido (Sapporo, 1998, Japan Society of Applied Physics, Sapporo, 1998) ), P.41 H. Okabe, K. Matoba, M. Hayakawa, A. Taniguchi, K. Oka, H. Naito, N. Nakatsuka, "New configuration of channeled spectropolarimeter for snapshot polarimetric measurement of materials", Proceedings of SPIE, Vol.5878, August 31, 2005, p. 58780H

しかしながら、特許文献1及び非特許文献2に示すチャネルド分光偏光計測法にあっては、計測誤差の要因についての理論が充分に検討されておらず、そのため、高精度に計測するために最適となる2枚の移相子の厚さの比が不明であった。   However, in the channeled spectroscopic polarimetry shown in Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, the theory about the cause of the measurement error has not been sufficiently studied, and is therefore optimal for measuring with high accuracy. The thickness ratio of the two phase shifters is unknown.

非特許文献2に示されるように、2枚の移相子の厚さの比を2:1と設定した場合に、複屈折試料のリタデーションδ(σ)を計測し、真値との比較により計測精度を評価した。ここで、σは波長λの逆数であり、以下、波数と呼ぶ。なお、チャネルド分光偏光計測法を用いて複屈折試料のリタデーションδ(σ)を求める手法については、特許文献1の段落0226以降に明記されているため、ここでは割愛する。   As shown in Non-Patent Document 2, when the thickness ratio of the two phase shifters is set to 2: 1, the retardation δ (σ) of the birefringent sample is measured and compared with the true value. Measurement accuracy was evaluated. Here, σ is the reciprocal of the wavelength λ, and hereinafter referred to as the wave number. Note that the method for obtaining the retardation δ (σ) of the birefringent sample by using the channeled spectroscopic ellipsometry is specified in paragraph 0226 and subsequent paragraphs of Patent Document 1, and is omitted here.

図3に計測値δ(σ)の横軸を波長軸に変換したδ(λ)の結果を示す。チャネルド分光偏光計測法(点線)と、一般的な測定方法のひとつである回転補償子法(実線) の2つの手法で同条件での計測結果を比較することで、チャネルド分光偏光計測法の計測精度を確認した。図3の結果からわかるように、複屈折試料のリタデーションを計測すると、従来手法に比べて大きな計測誤差が生じる。この誤差は再現性のあるもので、計測原理に起因する系統誤差と考えられる。   FIG. 3 shows the result of δ (λ) obtained by converting the horizontal axis of the measured value δ (σ) into the wavelength axis. Channeled spectroscopic polarimetry by comparing the measurement results under the same conditions with the two methods of the channeled spectroscopic ellipsometry (dotted line) and the rotation compensator method (solid line), which is one of the general measuring methods. The measurement accuracy of was confirmed. As can be seen from the results of FIG. 3, when measuring the retardation of a birefringent sample, a large measurement error occurs compared to the conventional method. This error is reproducible and is considered to be a systematic error caused by the measurement principle.

また、図2に示した非特許文献2の膜厚を算出した実験結果においても、従来の回転移相子法で計測した値49.3nmに対して実験結果52.6nmと若干の差異があり、チャネルド分光偏光計測法には計測原理に起因する系統誤差が含まれていると推定できる。
このように、従来の理論では説明できない誤差が存在していた。
Also, in the experimental result of calculating the film thickness of Non-Patent Document 2 shown in FIG. 2, there is a slight difference from the experimental result of 52.6 nm with respect to the value of 49.3 nm measured by the conventional rotary phase shifter method. It can be estimated that the system spectroscopic polarimetry includes a systematic error due to the measurement principle.
Thus, there existed errors that could not be explained by conventional theories.

本発明は、上述したような問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、従来のチャネルド分光偏光計測装置を用いた場合に現れる誤差を低減し、より一層高精度な分光偏光計測を可能にする装置及び方法を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to reduce errors that appear when a conventional channeled spectroscopic polarimeter is used, and to achieve higher accuracy. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method that enable spectroscopic polarimetry.

この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。   Still other objects and operational effects of the present invention will be easily understood by those skilled in the art by referring to the following description.

本発明の偏光分光装置は、光源と、偏光子と、第1の移相子と、第2の移相子とを、光源から出た光が偏光子、第1の移相子、第2の移相子の順で透過した後に測定対象領域に向けて出射されるような配置で備えており、第1の移相子は、その主軸方向が偏光子の透過軸の方向と異なるようにして固定配置され、第2の移相子は、第1の移相子と同じ材料からなり、その主軸方向が第1の移相子の主軸方向とは異なるようにして固定配置された、投光光学系と、前記投光光学系から出射し測定対象領域において反射又は透過した光を透過させる検光子と、前記検光子を透過した光の分光光量を求める手段とを備え、第1の移相子の厚みをD1、第2の移相子の厚みをD2としたときに、D1とD2との比が、17/7≦D1/D2≦7、9/7≦D1/D2≦5/3いずれかを満たすものである。 The polarization spectrometer according to the present invention includes a light source, a polarizer, a first phase shifter, and a second phase shifter, wherein light emitted from the light source is a polarizer, a first phase shifter, and a second phase shifter. The first phase shifter is arranged so that its main axis direction is different from the direction of the transmission axis of the polarizer. The second phase shifter is made of the same material as the first phase shifter, and is fixedly arranged such that its main axis direction is different from the main axis direction of the first phase shifter. An optical optical system; an analyzer that transmits light emitted from the light projecting optical system and reflected or transmitted in the measurement target region; and a means for obtaining a spectral light amount of the light transmitted through the analyzer. D 1 the thickness of the retarder, the first retarder and the thickness is taken as D 2, the ratio of D 1 and D 2 are, 17/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 7,9 / 7 ≦ any of D 1 / D 2 ≦ 5/ 3 It is intended to meet the.

ここで、「検光子」は、互いに直交関係にある偏光成分に対して異なる透過率を示す光学素子であり、板状又はフィルム状のものに限られない。例えば偏光ビームスプリッタは、「検光子」として用いることができる。「分光光量を求める手段」としては、分光器を用いてもよいし、波長が走査される光源を用いてもよい。波長が走査される光源が用いられる場合の受光器は受光量を検出できるものであればよく、受光量の検出タイミングが光の波長と対応付けられる。   Here, the “analyzer” is an optical element that exhibits different transmittances with respect to polarization components that are orthogonal to each other, and is not limited to a plate-like or film-like one. For example, a polarizing beam splitter can be used as an “analyzer”. As the “means for obtaining the spectral light amount”, a spectroscope may be used, or a light source whose wavelength is scanned may be used. The light receiver in the case where a light source whose wavelength is scanned is used as long as it can detect the amount of received light, and the detection timing of the received light amount is associated with the wavelength of light.

このような偏光分光装置を用いれば、第1の移相子の厚みと第2の移相子の厚みの比を少なくとも上記範囲とすることにより、計測原理に起因する、分光偏光パラメータの計測結果に含まれる系統誤差を低減することができる。   If such a polarization spectrometer is used, the measurement result of the spectral polarization parameter resulting from the measurement principle is obtained by setting the ratio of the thickness of the first phase shifter and the thickness of the second phase shifter to at least the above range. It is possible to reduce the systematic error included in.

本明細書に詳述する理由により、前記D1とD2との比が、実質的に、D1/D2=3満たす場合が最も好ましい。 For reasons described herein, the ratio of the D 1 and D 2 are substantially most preferable if it meets the D 1 / D 2 = 3.

前記偏光分光装置と、偏光分光装置によって求められた分光光量を用いて測定対象領域に配置された測定対象物の分光偏光パラメータの少なくとも1つを求める演算装置とを組み合わせると、分光偏光計測装置を得ることができる。   Combining the polarized light spectroscopic device with an arithmetic device for obtaining at least one of the spectral polarization parameters of the measurement object arranged in the measurement target region using the spectral light amount obtained by the polarization spectroscopic device, Can be obtained.

ここで、「演算装置」は偏光分光装置と一体の装置としてもよいし、ネットワークを介するなどして偏光分光装置とは別の場所に設置してもよい。   Here, the “arithmetic apparatus” may be an apparatus integrated with the polarization spectrometer, or may be installed at a location different from the polarization spectrometer via a network or the like.

「測定対象物」には、分光偏光計測の対象としたい分光偏光特性が未知の試料が含まれるほか、例えば位相の補償子のような、分光偏光特性が既知の偏光素子が光路上に置かれる場合においては、そのような偏光素子も「測定対象物」に含まれる。   The “measurement object” includes a sample whose spectral polarization characteristic is unknown and that is to be subjected to spectral polarization measurement, and a polarizing element whose spectral polarization characteristic is known, such as a phase compensator, is placed on the optical path. In some cases, such a polarizing element is also included in the “measurement object”.

前記偏光分光装置の投光光学系と検光子とを含む光学装置、又は前記偏光分光装置の投光光学系を含む投光装置は、移相子の特徴的な厚み比を実現しているサブユニットであって、これらを用いて分光偏光パラメータの計測を行うことにより課題を解決することができる。   An optical device including a light projecting optical system and an analyzer of the polarization spectroscopic device or a light projecting device including a light projecting optical system of the polarization spectroscopic device realizes a characteristic thickness ratio of the phase shifter. The unit can solve the problem by measuring the spectral polarization parameter using these units.

本発明の分光偏光計測方法は、測定対象物を用意するステップと、前記偏光分光装置を用意するステップと、前記偏光分光装置を用いて測定対象物についての分光光量を求めるステップとを備えたものである。   The spectral polarization measurement method of the present invention includes a step of preparing a measurement object, a step of preparing the polarization spectroscopy device, and a step of obtaining a spectral light amount of the measurement object using the polarization spectroscopy device. It is.

実際に計測結果を得るためには、前記分光偏光計測方法に加えて、求めた分光光量を用いて、測定対象物の分光偏光パラメータの少なくとも1つを求めるステップを実行すればよい。このステップは、分光光量を求めるまでのステップとは別の場所で又は時間をおいて実行してもよい。   In order to actually obtain the measurement result, in addition to the spectral polarization measurement method, a step of obtaining at least one of the spectral polarization parameters of the measurement object may be executed using the obtained spectral light quantity. This step may be executed at a place different from the step until the spectral light amount is obtained or at a time interval.

測定対象物の分光偏光パラメータの少なくとも1つを求めるステップにおいて、本明細書第2節に開示される理論にしたがい、第2の移相子の速軸の透過率及び遅軸の透過率を用いて演算がなされる、又は、より特定していえば、第2の移相子の速軸の透過率と遅軸の透過率の比の逆正接(γ2(σ))を用いて演算がなされるようにしてもよい。この場合において、本明細書に開示される理論式と表現は異なるが数学的に等価な演算が行われる場合も含まれる。 In the step of determining at least one of the spectral polarization parameters of the measurement object, the fast axis transmission and the slow axis transmission of the second phase shifter are used according to the theory disclosed in section 2 of this specification. Or, more specifically, using the arc tangent (γ 2 (σ)) of the ratio of the fast axis transmission to the slow axis transmission of the second phase shifter. You may make it do. In this case, a case in which a mathematically equivalent operation is performed although the expression is different from the theoretical formula disclosed in the present specification is also included.

測定対象物の分光偏光パラメータの少なくとも1つを求めるステップにおいて、γ2誤差項の影響を除去するための補正演算がなされるようにしてもよい。「γ2誤差項」については本明細書3.2節において説明されている。このようにすると、3.2節に詳述する理由により、計測原理に起因する系統誤差をさらに低減することができる。 In the step of obtaining at least one of the spectral polarization parameters of the measurement object, a correction operation for removing the influence of the γ 2 error term may be performed. The “γ 2 error term” is described in section 3.2 of this specification. In this way, the systematic error due to the measurement principle can be further reduced for the reason detailed in Section 3.2.

2枚の移相子の厚み比が適切に設計された分光偏光計測装置を用いることにより、計測原理に起因する、分光偏光パラメータの計測結果に含まれる系統誤差を低減することができる。   By using a spectroscopic polarization measurement device in which the thickness ratio of the two phase shifters is appropriately designed, systematic errors included in the measurement result of the spectroscopic polarization parameter due to the measurement principle can be reduced.

まず、第1節で、特許文献1の手法を一般化して説明する。当節での説明は数式的には特許文献1と等価ではあるが、本発明に繋がる理論を展開するため、特許文献1をより一般化し理論式を再構築した。次に第2節で、従来の理論式では考慮されていなかった誤差要因を考慮した理論式を説明する。第3節で、新たな理論式より導かれる発明の構成を説明し、最後に第4節で、誤差低減効果の実験実証を説明する。   First, in Section 1, the method of Patent Document 1 is generalized and described. Although the explanation in this section is mathematically equivalent to Patent Document 1, in order to develop the theory that leads to the present invention, Patent Document 1 is generalized and the theoretical formula is reconstructed. Next, in Section 2, a theoretical formula that considers error factors that were not considered in the conventional theoretical formula will be described. Section 3 describes the configuration of the invention derived from the new theoretical formula, and finally Section 4 describes experimental verification of the error reduction effect.

1 試料の分光偏光パラメータを算出する理論:従来理論
特許文献1に示される偏光分光装置の構成を図1に示す。図示されていない移相子の厚み比を除き、図1に示された構成は本発明にも共通する構成である。図1に示される光学系は、光源7、偏光子P、移相子R1及びR2、検光子A、分光器8から構成される。光源7を出た光は偏光子P、移相子R1、移相子R2を順に透過し、試料Dを反射又は透過し、検光子Aを透過し、分光器8へと入射する。その後、分光器8において入射光のスペクトルが取得され、後述する手順により、試料の分光偏光パラメータ等が算出される。
1 Theory for calculating the spectral polarization parameter of a sample: conventional theory FIG. 1 shows the configuration of a polarization spectrometer shown in Patent Document 1. Except for the thickness ratio of the phase shifter which is not shown, the configuration shown in FIG. 1 is also a configuration common to the present invention. The optical system shown in FIG. 1 includes a light source 7, a polarizer P, phase shifters R 1 and R 2, an analyzer A, and a spectrometer 8. The light emitted from the light source 7 passes through the polarizer P, the phase shifter R1, and the phase shifter R2 in order, reflects or transmits the sample D, passes through the analyzer A, and enters the spectroscope 8. Thereafter, the spectrum of the incident light is acquired by the spectroscope 8, and the spectral polarization parameter and the like of the sample are calculated by the procedure described later.

移相子R1と移相子R2の速軸の方向は互いに45°傾けられており、偏光子Pの透過軸の方向は移相子R2の速軸の方向と一致している。なお、図中では、移相子の速軸を「fast」遅軸を「slow」と表記している。また、θは、移相子R2の速軸に対する検光子の透過軸の方位角である。   The directions of the fast axes of the phase shifter R1 and the phase shifter R2 are inclined by 45 °, and the direction of the transmission axis of the polarizer P coincides with the direction of the fast axis of the phase shifter R2. In the figure, the fast axis of the phase shifter is represented as “fast” and the slow axis is represented as “slow”. Further, θ is the azimuth angle of the transmission axis of the analyzer with respect to the fast axis of the phase shifter R2.

ここで、移相子とは、互いに直交する直線偏光成分間の位相差を、素子透過前後で変化させる性質の素子である。この位相差の変化量をリタデーションと呼ぶ。また、この2つの直線偏光方向に沿って取った座標軸を主軸と呼び、そのうち、位相が相対的に速く進む直線偏光に沿った軸を速軸、他方の軸を遅軸と呼ぶ。   Here, the phase shifter is an element having a property of changing a phase difference between linearly polarized light components orthogonal to each other before and after transmission through the element. This amount of change in phase difference is called retardation. The coordinate axes taken along the two linearly polarized directions are called main axes, and the axis along the linearly polarized light whose phase advances relatively fast is called the fast axis and the other axis is called the slow axis.

ここで、「分光偏光パラメータ」とは、本明細書においては、測定対象物の分光偏光特性を表すパラメータの意味で用いる。これは、測定対象物を反射あるいは透過することによって生ずる偏光変化を、定量的に表すために用いられるパラメータの総称である。エリプソメトリックパラメータΨ(σ)、Δ(σ)や複屈折媒質のリタデーションδ(σ)は、分光偏光パラメータの例である。なお、一般に、測定対象物の分光偏光特性は4×4のミューラー行列の16の要素によって完全に表されるが、この16の要素が全て独立な変数である場合は少なく、分光偏光計測においては、これらの全ての要素が高々2〜3のパラメータのみから決まる場合が多い。実用的には、分光偏光パラメータとしてこれらの独立なパラメータが求められればよい。さらには、独立か非独立かにかかわらず、分光偏光パラメータの一部を求めるだけで十分な用途もある。   Here, the “spectral polarization parameter” is used in the present specification to mean a parameter representing the spectral polarization characteristic of the measurement object. This is a general term for parameters used to quantitatively represent a change in polarization caused by reflection or transmission of an object to be measured. Ellipsometric parameters Ψ (σ), Δ (σ) and retardation δ (σ) of the birefringent medium are examples of spectral polarization parameters. In general, the spectral polarization characteristic of the measurement object is completely expressed by 16 elements of a 4 × 4 Mueller matrix, but there are few cases where these 16 elements are all independent variables. Often, all these factors are determined from only a few parameters at most. Practically, these independent parameters may be obtained as the spectroscopic polarization parameters. Furthermore, there are applications in which it is sufficient to obtain only a part of the spectral polarization parameter regardless of whether it is independent or non-independent.

また、このとき、試料のミューラー行列を

Figure 0005140789

と記述する。 At this time, the Mueller matrix of the sample
Figure 0005140789

Is described.

また、光の偏光度、楕円率角、方位角等をより効率的に表すためのパラメータとしては、ストークスパラメータ(Stokes Parameter)が使用される。このストークスパラメータは、以下の定義を有する4つのパラメータにより構成される。
S0 : 全強度
S1 : 方位0°、90°直線偏光成分強度の差
S2 : 方位±45°直線偏光成分強度の差
S3 : 左右円偏光成分強度の差
A Stokes parameter is used as a parameter for more efficiently expressing the degree of polarization of light, ellipticity angle, azimuth angle, and the like. This Stokes parameter is composed of four parameters having the following definitions.
S 0 : Total strength
S 1 : Difference in azimuth 0 °, 90 ° linear polarization component intensity
S 2 : Azimuth ± 45 ° Difference in linearly polarized light component intensity
S 3 : Difference in intensity of left and right circularly polarized light components

互いに直交する3軸をS1 ,S2 ,S3 とする三次元空間において原点を中心とする半径Sの球を想定すると、任意の光の偏光状態は、この三次元空間上の1点として表され、偏光度は次式で表される。
偏光度= (原点から点(S1 ,S2 ,S3 )までの距離)/S0
= (S2 1 + S2 2 + S2 31/2 /S0
Assuming a sphere with a radius S 0 centered at the origin in a three-dimensional space in which three axes orthogonal to each other are S 1 , S 2 , and S 3 , the polarization state of any light is one point in this three-dimensional space. And the degree of polarization is expressed by the following equation.
Polarization degree = (distance from the origin to the point (S 1, S 2, S 3)) / S 0
= (S 2 1 + S 2 2 + S 2 3 ) 1/2 / S 0

ここで、ミューラー行列について図4を参照しながら説明する。ミューラー行列とは、測定対象となる試料や偏光素子等への反射や透過等の光の相互作用を表した行列である。例として、偏光状態1(State of Polarization 1)として偏光状態がストークスパラメータS(σ)で表される光が試料へと入射し、偏光素子や試料等の測定対象物の影響を受け、偏光状態がS´(σ)で表される偏光状態2(State of Polarization 2)として出射した場合を考える(図4(a)参照)。このとき、測定対象のミューラー行列は、4×4の行列として図4(b)で示される関係式で表される。   Here, the Mueller matrix will be described with reference to FIG. The Mueller matrix is a matrix representing the interaction of light such as reflection or transmission to a sample or a polarizing element to be measured. As an example, light whose polarization state is represented by the Stokes parameter S (σ) as the polarization state 1 (State of Polarization 1) enters the sample, is affected by the measurement object such as a polarizing element or sample, and the polarization state Is emitted as a polarization state 2 (State of Polarization 2) represented by S ′ (σ) (see FIG. 4A). At this time, the Mueller matrix to be measured is expressed as a 4 × 4 matrix by the relational expression shown in FIG.

この測定対象のミューラー行列を一つのスペクトルより求めることが特許文献1の理論であるが、その理論を以下に、
1.投光部の役割
2.分光器で得られるスペクトルと試料の分光偏光パラメータの関係
3.各信号成分の復調の手順
4.分光擬ストークスパラメータの波数分解能について
5.計測試料の例
の順番で説明する。
The theory of Patent Document 1 is to obtain the Mueller matrix to be measured from one spectrum.
1. Role of the light projecting department 2. Relationship between spectrum obtained by spectroscope and spectral polarization parameter of sample 3. Demodulation procedure of each signal component 4. Wavenumber resolution of spectral pseudo-Stokes parameters A description will be given in the order of examples of measurement samples.

1.1 投光部の役割 − チャネルドスペクトル偏光状態発生器(CSPSG)
本節では、光学系の投光部(光源7、偏光子P、移相子R1及びR2)の役割を考える。これは、偏光状態が変調された光を射出する「偏光状態発生器」と定義することができる。これを特に「チャネルドスペクトル偏光状態発生器(Channeled Spectroscopic Polarization State Generator、以下CSPSGと呼ぶ)」と名付ける。この光学的意味合いを説明する。
1.1 Role of the projector-Channeled spectrum polarization state generator (CSPSG)
In this section, the role of the light projecting unit (light source 7, polarizer P, phase shifters R1 and R2) of the optical system is considered. This can be defined as a “polarization state generator” that emits light whose polarization state is modulated. This is specifically named “Channeled Spectroscopic Polarization State Generator (hereinafter referred to as CSPSG)”. This optical meaning will be described.

図5にチャネルドスペクトル偏光状態発生器CSPSGの構成を示す。この光学系は、光源7から出射された光を、偏光子P、移相子R1及びR2を透過させる構成であり、図1の光源から試料手前までの構成要素と同じ構成となる。また、素子の方位角も図1と同じである。なお、図5では、偏光子P、移相子R1、移相子R2のそれぞれは密着しているように図示されているが、実際には、各素子間には空気または接着剤の層が存在する。このとき、CSPSGから出射される光は、偏光状態が波数軸に沿って変調された光となる。CSPSGから出射されるストークスベクトルSPSG(σ)は、偏光子P、移相子R1、及び移相子R2のミューラー行列を用いた計算より、

Figure 0005140789

となる。ここで、φj(σ)(j=1,2)は移相子R(j=1,2)のリタデーション、P0(σ)は光源のスペクトルである。 FIG. 5 shows the configuration of the channeled spectrum polarization state generator CCSPG. This optical system is configured to transmit light emitted from the light source 7 through the polarizer P and the phase shifters R1 and R2, and has the same configuration as the components from the light source in FIG. Also, the azimuth angle of the element is the same as in FIG. In FIG. 5, the polarizer P, the phase shifter R1, and the phase shifter R2 are shown in close contact with each other, but actually, an air or adhesive layer is provided between the elements. Exists. At this time, the light emitted from the CSPSG is light whose polarization state is modulated along the wavenumber axis. The Stokes vector S PSG (σ) emitted from the CSPSG is calculated by using the Mueller matrix of the polarizer P, the phase shifter R1, and the phase shifter R2.
Figure 0005140789

It becomes. Here, φ j (σ) (j = 1, 2) is the retardation of the phase shifter R j (j = 1, 2), and P 0 (σ) is the spectrum of the light source.

φj(σ)(j=1,2)は次式のように波数σに対して比例係数2πLjで線形に変化する項と、非線形に変化する項Φj(σ)に分解できる。

φj(σ) = 2πB(σ)Djσ= 2πLjσ+ Φj(σ), (3)

ただし、

Figure 0005140789

となる。ここで、Dj はRjの厚さであり、B(σ)はその複屈折である。また、σ0は被測定光の中心波数を示す。以下、移相子のリタデーションφj(σ)を基準位相関数とよぶ。 φ j (σ) (j = 1, 2) can be decomposed into a term that changes linearly with a proportional coefficient 2πL j with respect to the wave number σ and a term Φ j (σ) that changes nonlinearly as in the following equation.

φ j (σ) = 2πB (σ) D j σ = 2πL j σ + Φ j (σ), (3)

However,
Figure 0005140789

It becomes. Here, D j is the thickness of R j , and B (σ) is its birefringence. Further, σ 0 indicates the center wave number of the light to be measured. Hereinafter, the retardation φ j (σ) of the phase shifter is referred to as a reference phase function.

今、B(σ)の分散(波数に対する変化率)がそれほど大きくないとするとΦj(σ)は小さくなり、式(3)からわかるように、φj(σ)は波数σに対してほぼ線形に増加することとなる。式(3)を式(2)に代入すると、

Figure 0005140789

ただし、
Figure 0005140789

となる。式(6)より、CSPSGから出射される光は、次の3つの特徴をもつ、波数軸に沿って変調された光であることがわかる。(a) S1(σ) は周期1/Lで擬似正弦的に変調されている。(b)S2(σ) とS3(σ) は、両者とも、周期1/Lと1/Lの、2つの擬似正弦的に変調された成分からなっている。(c) S2(σ) とS3(σ) において、同じ周期の擬似正弦成分は、初期位相が互いに90度異なっている。よって、CSPSGから出射された光は、4つストークスパラメータそれぞれが独立に異なる周期又は位相で変調された光と考えることができる。これより、このCSPSGは完備な偏光状態発生器と言える。従来の構成は、この完備な偏光状態発生器であるCSPSGと光源と検光子と分光器とを組み合わせ、測定対象物の分光偏光パラメータを求める構成であると定義することができる。 Now, if the dispersion of B (σ) (rate of change with respect to wave number) is not so large, Φ j (σ) becomes small, and as can be seen from equation (3), φ j (σ) is almost equal to wave number σ. It will increase linearly. Substituting equation (3) into equation (2),
Figure 0005140789

However,
Figure 0005140789

It becomes. From the equation (6), it can be seen that the light emitted from the CSPSG is light modulated along the wavenumber axis having the following three characteristics. (A) S 1 (σ) is modulated in a pseudo-sinusoidal manner with a period 1 / L 1 . (B) S 2 (σ) and S 3 (σ) both consist of two pseudo-sinusoidally modulated components with periods 1 / L and 1 / L + . (C) In S 2 (σ) and S 3 (σ), the initial phases of pseudo-sine components having the same period differ from each other by 90 degrees. Therefore, the light emitted from the CSPSG can be considered as light in which each of the four Stokes parameters is independently modulated with a different period or phase. Thus, it can be said that this CSPSG is a complete polarization state generator. The conventional configuration can be defined as a configuration in which the complete polarization state generator, CSPSG, a light source, an analyzer, and a spectrometer are combined to obtain a spectral polarization parameter of a measurement object.

1.2 分光器で得られるスペクトルと試料の分光偏光パラメータの関係
本節では、分光器で得られるスペクトルについて図6を用いて説明する。CSPSGから出射光が、計測対象である試料と偏光状態計測器(polarization state analyzer (PSA)、以下PSAと略す)から構成されるブロックに入射され、そのブロックを透過(又は反射)した光が分光器に入射している。ここで偏光状態計測器(PSA)とは偏光状態を計測するために計測対象である試料と光電素子の間に設置される光学系の呼称である(参照:『Polarized Light Second Edition(ポラライズド ライト 第2版)』Dennis Goldstein (デニス ゴールドスタイン)著 P.533-534)。以下では、この試料とPSAを合わせたブロックをS-PSA(sample and PSA) ブロックと呼ぶ。なお、分光偏光パラメータが既知の偏光素子を試料の前又は後ろに設置していてもかまわない。ここで、S-PSAブロックの分光偏光パラメータの波数軸での変化が、CSPSGからの出射光の偏光状態の変動に比べ充分小さいと仮定し、S-PSAブロックの分光偏光パラメータを求める。S-PSAブロックの各素子のミューラー行例を掛け合わせたS-PSAブロック全体のミューラー行列をMa(σ)とおく。この時、分光器で得られるスペクトルは次式で示される。

Figure 0005140789
1.2 Relationship between spectrum obtained by spectroscope and spectral polarization parameter of sample In this section, a spectrum obtained by a spectroscope will be described with reference to FIG. The light emitted from the CSPSG is incident on a block composed of a sample to be measured and a polarization state analyzer (PSA), hereinafter referred to as PSA, and the light transmitted through (or reflected by) the block is spectrally separated. Is incident on the vessel. Here, the polarization state measuring instrument (PSA) is the name of the optical system installed between the sample to be measured and the photoelectric element in order to measure the polarization state (refer to “Polarized Light Second Edition”). (2nd edition) ”Dennis Goldstein (P.533-534). Hereinafter, a block obtained by combining the sample and the PSA is referred to as an S-PSA (sample and PSA) block. A polarizing element having a known spectral polarization parameter may be installed in front of or behind the sample. Here, it is assumed that the change of the spectral polarization parameter of the S-PSA block on the wavenumber axis is sufficiently smaller than the fluctuation of the polarization state of the outgoing light from the CSPSG, and the spectral polarization parameter of the S-PSA block is obtained. Let M a (σ) be the Mueller matrix of the entire S-PSA block multiplied by the Mueller row example of each element of the S-PSA block. At this time, the spectrum obtained by the spectroscope is expressed by the following equation.
Figure 0005140789

これは、得られたスペクトルP(σ)がMa(σ) の1行目の4要素に依存していることを示す。なお、上の式では、分光器が細かい振動成分の振幅を減衰なく計測できていると仮定している。式(2)を式(11)に代入し、分光器での計測時での振動成分の振幅の減衰を考慮すると、

Figure 0005140789

ここで
Figure 0005140789

となる。n0(σ)、n-(σ)、n1(σ)、n+(σ)は分光器が細かい振動成分に十分ついていけないことによる減衰振幅率を示し、以下では基準振幅関数と呼ぶ。式(12)からわかるように、分光器から得られるスペクトルP(σ)には、4つの成分が含まれている。このうちの1つは波数σに対して緩やかに変動する成分であり、ma 00(σ)に関する情報が含まれている。残りの3つは、波数σに対して振動する擬似正弦的な成分となっており、ma 01(σ)又はma 23(σ)に関する情報をもっている。これらを模式的に示したのが図7である。よって、信号P(σ)の各成分の振幅と位相を復調すれば、受光したスペクトルP(σ)よりMa(σ)の1行目の4要素ma 0k (k = 0,1,2, 3)を求められることがわかる。なお、これら4要素ma 0k (k = 0,1,2, 3)を特許文献1では試料の分光擬ストークスパラメータと命名していた。以下、本明細書でも便宜上、分光擬ストークスパラメータと命名する。この4つの分光擬ストークスパラメータの復調の手順を次節で説明する。 This indicates that the obtained spectrum P (σ) depends on the four elements in the first row of M a (σ). In the above equation, it is assumed that the spectroscope can measure the amplitude of the fine vibration component without attenuation. Substituting equation (2) into equation (11) and taking into account the attenuation of the amplitude of the vibration component during measurement with the spectrometer,
Figure 0005140789

here
Figure 0005140789

It becomes. n 0 (σ), n (σ), n 1 (σ), and n + (σ) indicate the attenuation amplitude rate due to the spectroscope not being sufficiently attached to the fine vibration component, and hereinafter referred to as a reference amplitude function. As can be seen from the equation (12), the spectrum P (σ) obtained from the spectroscope includes four components. One of these is a component that fluctuates gently with respect to the wave number σ, and includes information about m a 00 (σ). The remaining three are pseudo-sinusoidal components that vibrate with respect to the wave number σ, and have information on m a 01 (σ) or m a 23 (σ). These are schematically shown in FIG. Therefore, if the amplitude and phase of each component of the signal P (σ) are demodulated, the four elements m a 0k (k = 0,1,2) in the first row of M a (σ) from the received spectrum P (σ). , 3) is required. Note that these four elements m a 0k (k = 0, 1, 2, 3) are named as spectral pseudo-Stokes parameters of the sample in Patent Document 1. Hereinafter, for the sake of convenience, this specification will also be referred to as a spectral pseudo-Stokes parameter. The procedure for demodulating these four spectral pseudo-Stokes parameters will be described in the next section.

1.3 各信号成分の復調の手順
4つの分光擬ストークスパラメータma 0k (k = 0, 1, 2, 3)の復調のための信号処理法の一つの手順として、「フーリエ変換法」を図8を参照しつつ説明する。
1.3 Demodulation procedure for each signal component As one procedure for signal processing for demodulation of the four spectral pseudo-Stokes parameters m a 0k (k = 0, 1, 2, 3), the “Fourier transform method” is used. This will be described with reference to FIG.

この方法では、チャネルド分光偏光計測装置内の分光器で測定されたスペクトルP(σ)をまず逆フーリエ変換する。得られるのは、分光器入射光の相関関数

Figure 0005140789

ただし、
Figure 0005140789

である。ここで、hは光路差である。この相関関数C(h)は、図8の右上部に示されるように、各振動成分の周期の逆数0,±L,±L,±Lを中心とする7つの成分を含むこととなる。 In this method, the spectrum P (σ) measured by the spectroscope in the channeled spectropolarimeter is first subjected to inverse Fourier transform. The result is a correlation function of the incident light from the spectrometer.
Figure 0005140789

However,
Figure 0005140789

It is. Here, h is an optical path difference. This correlation function C (h) includes seven components centered on reciprocals 0, ± L , ± L 1 , ± L + of the period of each vibration component, as shown in the upper right part of FIG. It becomes.

ここで、これらの周期の逆数0,±L,±L,±Lを適当に設計すれば、C(h)に含まれる各成分を、h軸上で互いに分離することができる。なお、周期の逆数は式(4)より、移相子の複屈折率と厚みより決まる。このうちh =0,L,L,Lを中心とする4つの成分を取り出して、各々をフーリエ変換すると、

Figure 0005140789

となる。よって、偏光計自体の特性のみで決まるパラメータである、
Figure 0005140789

を測定前に較正しておけば、4つの分光擬ストークスパラメータma 0k (k = 0,1,2,3)が、上式より求められることがわかる。 Here, if the reciprocals 0, ± L , ± L 1 , ± L + of these periods are appropriately designed, the components included in C (h) can be separated from each other on the h axis. Note that the reciprocal of the period is determined by the birefringence and thickness of the phase shifter from Equation (4). Of these, four components centered on h = 0, L , L 1 , L + are extracted and each is Fourier transformed.
Figure 0005140789

It becomes. Therefore, it is a parameter determined only by the characteristics of the polarimeter itself.
Figure 0005140789

Is calibrated before measurement, it can be seen that four spectral pseudo-Stokes parameters m a 0k (k = 0, 1, 2, 3) can be obtained from the above equation.

なお、基準振幅関数と基準位相関数を測定前に較正する手順については、特許文献1に記述されているため、ここでは割愛する。   Note that the procedure for calibrating the reference amplitude function and the reference phase function before the measurement is described in Patent Document 1, and is therefore omitted here.

1.4 分光擬ストークスパラメータの波数分解能について
求まるパラメータの波数分解能は、分光偏光計測装置の性能において重要な指標である。ただし、チャネルド分光偏光計測装置においては、分光器によって離散的に取得されたスペクトルを図8に示すように逆フーリエ変換とフーリエ変換という処理後に分光擬ストークスパラメータが求まるため、それらの処理に伴う周波数特性が求めるパラメータの特性となる。この分光擬ストークスパラメータの周波数特性については、他方式の分光偏光計測装置においては波数分解能に相当する特性であり、使用者の立場では波数分解能と差異がないため、この特性をここでは、分光擬ストークスパラメータの波数分解能ということにする。なお、チャネルド分光偏光計測装置においては、分光器の波数分解能と分光擬ストークスパラメータの波数分解能は異なる値となることを注記する。
1.4 Wavenumber Resolution of Spectral Pseudo-Stokes Parameter The wavenumber resolution of the obtained parameter is an important index in the performance of the spectroscopic polarimeter. However, in the channeled spectroscopic polarimetry apparatus, the spectrum pseudo-Stokes parameter is obtained after processing of inverse Fourier transform and Fourier transform, as shown in FIG. The frequency characteristic is the parameter characteristic to be obtained. The frequency characteristic of this spectral pseudo-Stokes parameter is equivalent to the wave number resolution in other types of spectropolarimeters, and there is no difference from the wave number resolution from the user's standpoint. This is called the wave number resolution of the Stokes parameter. Note that in the channeled spectroscopic polarimeter, the wave number resolution of the spectroscope and the wave number resolution of the spectral pseudo-Stokes parameter are different values.

この節では、求まる分光擬ストークスパラメータの波数分解能を決める要因について、前節で使用した図8を参照しつつ説明する。また、分光器の波数分解能を考慮した時に、分光擬ストークスパラメータの波数分解能を最も高周波に適用できる最適な移相子の厚み比について述べる。   In this section, the factors that determine the wave number resolution of the obtained spectral pseudo-Stokes parameter will be described with reference to FIG. 8 used in the previous section. In addition, when considering the wave number resolution of the spectroscope, the optimum thickness ratio of the phase shifter that can apply the wave number resolution of the spectral pseudo-Stokes parameter to the highest frequency will be described.

まず、分光擬ストークスパラメータの波数分解能が何によって決まるかを説明する。前節に述べたように、分光擬ストークスパラメータは図8の右下部にあるように各成分を取り出したものをフーリエ変換することにより求まる。ここで、図8の右上部から右下部の各成分を取り出す過程においては、関数C(h)に一定幅を持ち且つその中心が成分の中心と一致する窓関数を積算することにより求められる。窓関数は、フーリエ変換で一般的に用いられている矩形窓、ハニング窓、ハミング窓などがある。この窓関数の特性については、フーリエ変換の専門書に記述があるのでここでは割愛する。ここで重要なのは、フーリエ変換の特性により、求まる分光擬ストークスパラメータの波数分解能はこの窓関数の幅によって決まることである。この窓関数の幅が広いほうがフーリエ変換後に求まる分光擬ストークスパラメータの波数分解能は高くなる。逆に言えば、波数分解能を高くするためには、各成分を取り出す際に用いる窓関数の幅を広くする必要がある。しかしながら、窓関数の幅が広すぎると、他の成分が混ざってしまい、計測の誤差となる。よって、窓関数の幅は、図8の右上部から明らかなように、h軸上の各成分の間隔で制限される。よって、分光擬ストークスパラメータの波数分解能はh軸上の各成分の間隔が最も狭い場所での間隔で決まる。なお先に述べたように、ここで各成分の中心の位置L,L,Lは、式(4)、(7)、(8)より移相子の厚みで決まるため、移相子の厚みの設計が重要となる。 First, what is determined by the wave number resolution of the spectral pseudo-Stokes parameter will be described. As described in the previous section, the spectral pseudo-Stokes parameter is obtained by Fourier transform of the extracted components as shown in the lower right part of FIG. Here, in the process of extracting each component from the upper right part to the lower right part in FIG. 8, the function C (h) is obtained by integrating a window function having a constant width and the center of which coincides with the center of the component. Examples of the window function include a rectangular window, a Hanning window, and a Hamming window that are generally used in Fourier transform. The characteristics of this window function are not described here because they are described in a special book on Fourier transform. What is important here is that the wave number resolution of the obtained spectral pseudo-Stokes parameter is determined by the width of the window function due to the characteristics of the Fourier transform. The wider the window function, the higher the wave number resolution of the spectral pseudo-Stokes parameter obtained after Fourier transformation. Conversely, in order to increase the wave number resolution, it is necessary to widen the width of the window function used when extracting each component. However, if the window function is too wide, other components will be mixed, resulting in measurement errors. Therefore, the width of the window function is limited by the interval of each component on the h-axis, as is apparent from the upper right part of FIG. Therefore, the wave number resolution of the spectral pseudo-Stokes parameter is determined by the interval where the interval between the components on the h-axis is the narrowest. As described above, the center positions L , L 1 and L + of each component are determined by the thickness of the phase shifter from the equations (4), (7), and (8). The thickness design is important.

次に、波数分解能が最も高くなる、移相子の厚み比について述べる。各成分の間隔をできるだけ広くすれば波数分解能は高くなるが、その際に、分光器の分解能の制限がある。よって、各成分の中で最も振動周期が高いLの許容される設計上の上限値が、分光器の分解能で制約される。この時、波数分解能は各成分の間隔の内で最も狭い場所によって決まるため、各成分の間隔を等間隔にする設計が最適な設計となる。各成分の間隔を等間隔にするには、式(4)、(7)、(8)より、2枚の移相子の厚み比は2:1であることが求まる。 Next, the thickness ratio of the phase shifter that provides the highest wave number resolution will be described. If the interval between each component is made as wide as possible, the wave number resolution becomes high, but there is a limitation on the resolution of the spectrometer at that time. Therefore, an allowable design upper limit value of L + having the highest vibration period among the components is limited by the resolution of the spectrometer. At this time, since the wave number resolution is determined by the narrowest part among the intervals of the respective components, the design in which the intervals of the respective components are equally spaced is the optimum design. In order to make the interval of each component equal, it can be found from the equations (4), (7), and (8) that the thickness ratio of the two phase shifters is 2: 1.

1.5 計測試料の例
非特許文献2にある一例として、試料に薄膜試料、PSAに検光子を用い、試料から反射された光をPSAを通して分光器で受光して、薄膜試料のエリプソメトリックパラメータΨ(σ),Δ(σ)を計測する光学系を示す(図9)。検光子の方位角を45°としたとき、S-PSAブロックの各素子のミューラー行列を掛け合わせた4つの分光擬ストークスパラメータは、

Figure 0005140789

となる。この方程式を解くと、試料のエリプソメトリックパラメータΨ(σ),Δ(σ)は
Figure 0005140789

となり、ma 0k (k = 0,1,2,3)より求められることが理解できる。この実験結果が先に説明した非特許文献2に明記されている図2の計測結果となる。 1.5 Example of measurement sample As an example in Non-Patent Document 2, a thin film sample is used as the sample, an analyzer is used as the PSA, and the light reflected from the sample is received by the spectroscope through the PSA. An optical system for measuring Ψ (σ) and Δ (σ) is shown (FIG. 9). When the azimuth angle of the analyzer is 45 °, the four spectral pseudo-Stokes parameters multiplied by the Mueller matrix of each element of the S-PSA block are
Figure 0005140789

It becomes. Solving this equation, the ellipsometric parameters Ψ (σ) and Δ (σ) of the sample are
Figure 0005140789

Thus, it can be understood that it is obtained from m a 0k (k = 0, 1, 2, 3). This experimental result becomes the measurement result of FIG. 2 specified in the nonpatent literature 2 demonstrated previously.

また、他の一例として、複屈折性をもつ試料の透過光を計測し、その複屈折試料の方位角αとリタデーションδ(σ)を計測する光学系を考える(図10)。前例と同様に、検光子の方位角を45°としたとき、4つの分光擬ストークスパラメータは、

Figure 0005140789

となる。この方程式を解くと試料の方位角αとリタデーションδ(σ)は、
Figure 0005140789

となり、ma 0k (k =0,1,2,3)より求められることが理解できる。 As another example, consider an optical system that measures the transmitted light of a sample having birefringence and measures the azimuth angle α and retardation δ (σ) of the birefringent sample (FIG. 10). As in the previous example, when the azimuth angle of the analyzer is 45 °, the four spectral pseudo-Stokes parameters are
Figure 0005140789

It becomes. Solving this equation, the azimuth α and retardation δ (σ) of the sample are
Figure 0005140789

Thus, it can be understood that it is obtained from m a 0k (k = 0, 1, 2, 3).

2 誤差要因を考慮した理論式
本発明の発明者らは従来手法では導き出されていなかった誤差要因とその要因を含めた理論式を見出した。
2 Theoretical Formula Considering Error Factors The inventors of the present invention have found an error factor that has not been derived by the conventional method and a theoretical formula including the factor.

従来の理論では、2枚の移相子の透過率を同じであると仮定して、理論式が導出されていた。しかし、実際には、移相子の界面での透過率が屈折率で決まるため、速軸と遅軸の透過率は自ずから異なる。例えば、移相子を方解石としたときは、その速軸の透過率Tf (σ)及び遅軸の透過率Ts(σ)は波数1.54cm-1(波長650nm)で、それぞれTf (σ) = 0.92, Ts(σ) = 0.88となる。この速軸と遅軸の透過率の違いが、従来手法では導き出されていなかった誤差要因である。なお、ここでの透過率は、各移相子の界面は空気に接触しているものとし、移相子の前後両界面の透過率の積として計算した。 In the conventional theory, the theoretical formula is derived on the assumption that the transmittance of the two phase shifters is the same. However, in practice, since the transmittance at the interface of the phase shifter is determined by the refractive index, the transmittance of the fast axis and the slow axis are naturally different. For example, when the phase shifter is calcite, the fast axis transmittance T f (σ) and the slow axis transmittance T s (σ) are 1.54 cm −1 (wavelength 650 nm), and T f ( σ) = 0.92, T s (σ) = 0.88. This difference in transmittance between the fast axis and the slow axis is an error factor that has not been derived by the conventional method. The transmittance here was calculated as the product of the transmittances of the front and rear interfaces of the phase shifter, assuming that the interface of each phase shifter is in contact with air.

この誤差要因を説明するため、速軸と遅軸の透過率の違いを考慮した理論式を以下で導出する。2枚の移相子R1,R2の速軸と遅軸の透過率の比の逆正接をそれぞれγ1, γ2として

Figure 0005140789

と定義すると、式(12)で求めていた分光器から得られるスペクトルP(σ)は次式の形に変わる。
Figure 0005140789
In order to explain this error factor, a theoretical formula that takes into account the difference in transmittance between the fast axis and the slow axis is derived below. The inverse tangent of the ratio of the transmittance of the fast axis and the slow axis of the two phase shifters R1, R2 is γ 1 and γ 2
Figure 0005140789

Is defined, the spectrum P (σ) obtained from the spectroscope determined by the equation (12) changes into the following equation.
Figure 0005140789

上記式で、各振動成分の振幅に、sin2γ1 sin2γ2、sin2γ1 、又は sin2γ2 cos2γ1 の係数が積算されているが、それらは基準振幅関数とn-(σ)、n1(σ)、n+(σ)、又はn2(σ)との積としてまとめて較正されるので、それらも基準振幅関数に含まれると考えてよい。よって式(36)は次式の形となる。

Figure 0005140789
In the above formula, the amplitude of each vibration component, sin2γ 1 sin2γ 2, sin2γ 1 , or Sin2ganma 2 is the coefficient of Cos2ganma 1 are accumulated, they reference amplitude function and n - (σ), n 1 (σ) , N + (σ), or n 2 (σ) are collectively calibrated and may be considered to be included in the reference amplitude function. Therefore, Expression (36) takes the form of the following expression.
Figure 0005140789

ここで、γ2の値は、偏光計自体の特性のみで決まるパラメータであり、例えば移相子R1,R2の屈折率とR1,R2の前後に存在する媒質(空気または接着剤)の屈折率より理論的に算出可能である。よって、γ2を事前に求めておき、式(37)に代入することは可能であり、式(12)と同様の考え方で、式(37)より、Ma(σ)の1行目の4要素を求められると思われる。しかし、2枚の移相子の厚さの比によっては、回避不可能な誤差成分があることが式(37)より説明できる。以下に、この誤差成分とこの誤差を回避する手法について説明する。 Here, the value of γ 2 is a parameter determined only by the characteristics of the polarimeter itself. For example, the refractive index of the phase shifters R1 and R2 and the refractive index of the medium (air or adhesive) existing before and after R1 and R2. It can be calculated more theoretically. Therefore, it is possible to obtain γ 2 in advance and substitute it into the expression (37). From the expression (37), the first line of M a (σ) can be calculated in the same way as the expression (12). It seems that four elements are required. However, it can be explained from Equation (37) that there is an unavoidable error component depending on the thickness ratio of the two phase shifters. Hereinafter, this error component and a method for avoiding this error will be described.

図11に透過率の依存性を考慮した場合と、考慮していない場合、それぞれについて、パワースペクトルの模式図とチャネルドスペクトルを定式化したもの(式(37),(12))を示す。式(37)の5つの項は、第一項から順に、DC成分、L成分、L成分、L成分、L成分である。移相子の透過率の結晶軸依存性を考慮すると、考慮しない場合では存在しないはずの振動成分(キャリア周波数L2 :cos (φ2 − Arg (m23)))の存在が明らかになる。以降、この振動成分を" 第5の振動成分"と呼ぶことにする。キャリア周波数は式(4)に示すように移相子の厚みに比例するため、移相子の厚みによっては、この" 第5の振動成分"(L)が偏光計測に使用する振動成分(L,L,L)とオーバーラップする(図12)。移相子R1、R2の厚みをそれぞれD1、D2とすると、移相子の厚みがD2 : D1 = 1 : 2の場合、L=Lとなり、振動成分がオーバーラップし、偏光計測に誤差が生じる。" 従来の課題"で見られる誤差は、このオーバーラップによるものである。 FIG. 11 shows a schematic diagram of a power spectrum and a formulation of a channeled spectrum (Equations (37) and (12)) when the dependency on transmittance is taken into consideration and when not taken into consideration. Five terms of equation (37), in order from paragraph, DC component, L - component, L 1 component, L + components, is L 2 component. Considering the crystal axis dependence of the transmittance of the phase shifter, the existence of a vibration component (carrier frequency L 2 : cos (φ 2 −Arg (m 23 ))) that should not exist if not considered becomes clear. Hereinafter, this vibration component is referred to as a “fifth vibration component”. Since the carrier frequency is proportional to the thickness of the phase shifter as shown in Equation (4), depending on the thickness of the phase shifter, this “fifth vibration component” (L 2 ) is a vibration component ( L -, L 1, L + ) and overlap (Figure 12). If the thickness of the phase shifters R1 and R2 is D 1 and D 2 , respectively, when the thickness of the phase shifter is D 2 : D 1 = 1: 2, L 2 = L and the vibration components overlap, An error occurs in the polarization measurement. The error seen in the "Previous Issues" is due to this overlap.

3 発明の構成
3.1 移相子の厚み比の最適化
新しく見出した誤差要因に対応するため、偏光計測に使用する振動成分(L,L,L)と偏光計測に使用しない" 第5の振動成分"(L)がオーバーラップしないよう、移相子厚み比D1,D2を適切な値にする(図13)。言い換えると、式(37)で表される5つの項が、フーリエ変換法によって互いに独立して分解できるよう、移相子厚み比D1,D2を適切な値にすることである。このように移相子の厚みを適切にすることで、透過率の違いによる誤差を回避することができる。
3 Invention Configuration 3.1 Optimization of Thickness Ratio of Phase Shifter To cope with newly found error factors, vibration components (L , L 1 , L + ) used for polarization measurement and not used for polarization measurement ” The phase shifter thickness ratios D 1 and D 2 are set to appropriate values so that the fifth vibration component “(L 2 ) does not overlap (FIG. 13). In other words, the phase shifter thickness ratios D 1 and D 2 are set to appropriate values so that the five terms represented by the equation (37) can be decomposed independently of each other by the Fourier transform method. Thus, the error by the difference in the transmittance | permeability can be avoided by making the thickness of a phase shifter suitable.

最適な厚み比は、1.4節で議論したように、波数分解能が最も高くなるときである。1.4節と同じ考え方により、最適な厚み比はDC成分を加えた5つの成分の間隔が等間隔になる時である。よって5つの成分が等間隔になるD1/D2=3 (D1:D2 = 3 : 1)(図14)、最適な厚み比になる。これは透過率の違いを考慮しない場合、つまり第5の振動成分(L)を無視した場合での最適な厚み比D1/D2=2とは異なる。 The optimum thickness ratio is when the wavenumber resolution is highest as discussed in section 1.4. Based on the same concept as in Section 1.4, the optimal thickness ratio is when the intervals of the five components including the DC component are equal. Therefore, D 1 / D 2 = 3 (D 1 : D 2 = 3: 1) (FIG. 14) in which the five components are equally spaced is the optimum thickness ratio. This is different from the optimum thickness ratio D 1 / D 2 = 2 when the difference in transmittance is not considered, that is, when the fifth vibration component (L 2 ) is ignored.

また、最適な厚み比でなくても偏光計測は可能である。計測に適切な移相子厚み比の設定には、DC成分を含めた5つの成分の間隔が重要である。この適切な移相子の厚み比の範囲を求める考え方を次の2つの考え方にそって説明していく。
考え方1:振動成分うち最も高周波な成分Lの振動周波数を固定して考えた時
考え方2:振動成分の各成分の間隔のなかで最も小さな間隔を固定して考えた時
なお、後で示されるが、2つの考え方の結果は同じ結果になる。
Polarization measurement is possible even if the thickness ratio is not optimal. In order to set a phase shifter thickness ratio suitable for measurement, an interval between five components including a DC component is important. The idea of obtaining the appropriate thickness ratio range of the phase shifter will be described according to the following two concepts.
Concept 1: When considering the vibration frequency of the highest frequency component L + out of the vibration components Concept 2: When considering the smallest interval among the components of the vibration component However, the results of the two ideas are the same.

[考え方1]
分光偏光計測装置に必要とする分光器の分解能を決めるLの値を一定として、図15に、D1/D2≧1の時に縦軸に厚み比D1/D2をとり横軸に各振動成分L,L,L,Lをプロットした。またグラフの右側に、各振動成分の山の間隔で、最も間隔の狭い幅ΔLminをプロットした。最適な厚み比は1.4節に示す考え方よりΔLminが最も大きくなる比である。図より、ΔLminが最も大きくなるD1/D2 = 3 (D1 : D2 = 3 : 1)が前述どおり最適であることがわかる。
[Concept 1]
Assuming that the L + value that determines the resolution of the spectroscope required for the spectroscopic polarimeter is constant, the vertical axis indicates the thickness ratio D 1 / D 2 when D 1 / D 2 ≧ 1, and the horizontal axis indicates each vibration component L 1, L 2, L - , was plotted L +. In addition, on the right side of the graph, the narrowest width ΔL min is plotted at the intervals of the peaks of each vibration component. The optimum thickness ratio is the ratio at which ΔL min is the largest compared to the concept shown in Section 1.4. From the figure, it can be seen that D 1 / D 2 = 3 (D 1 : D 2 = 3: 1) where ΔL min is the largest is optimal as described above.

つぎに、最適な厚み比D1/D2 = 3で得られる波数分解能に対して、1/2の波数分解能になる厚み比は不適切という基準により、適切な厚み比を示すことにする。1/2程度の波数分解能の劣化は分光偏光計測装置の実用的価値において大きな差はないと考えられるためである。図15にΔLminが最適値の1/2以下になる厚み比をハッチングで示した。数式の一覧として図16にD1/D2 ≧ 1 の場合でのΔLminを、Lと厚み比D1/D2を用いて表した。D1/D2=3でのΔLmin=1/4Lに対して、ΔLminが1/2倍の1/8Lになる領域を求めると、適切な移相子の厚みは、

17/7≦D1/D2≦7 (38)

9/7≦D1/D2≦5/3 (39)

である。以上により、D1及びD2の厚み比は、式(38),(39)のいずれかを満足すれば、ある程度の波数分解能を維持したまま、速軸と遅軸の透過率の違いに起因する誤差を除去することが可能となる。
Next, with respect to the wave number resolution obtained at the optimum thickness ratio D 1 / D 2 = 3, an appropriate thickness ratio will be shown based on the criterion that the thickness ratio that achieves a wave number resolution of 1/2 is inappropriate. This is because the degradation of the wave number resolution of about 1/2 is considered not to have a large difference in the practical value of the spectropolarimeter. In FIG. 15, the thickness ratio at which ΔL min is 1/2 or less of the optimum value is indicated by hatching. As a list of mathematical expressions, ΔL min in the case of D 1 / D 2 ≧ 1 is shown in FIG. 16 using L + and the thickness ratio D 1 / D 2 . When ΔL min = 1 / 4L + at D1 / D2 = 3, the area where ΔL min is 1 / 8L + , which is 1/2, is obtained.

17/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 7 (38)

9/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 5/3 (39)

It is . The upper than the thickness ratio of D 1 and D 2 are formula (38), is satisfied or (39), while maintaining a certain wavenumber resolution, the difference in the transmittance of the fast axis and slow axis It is possible to remove the error caused by it.

[考え方2]
発明が適用される具体的な用途が決まっているものとすると、分光偏光計測装置で求めることが必要なパラメータの波数分解能が与えられる。求められるパラメータの波数分解能を決めるΔLminを一定として、図17に、厚み比D1/D2≧1におけるさまざまな厚み比での、L,L,L,Lをプロットした。最も高周波なLの振動周波数より、分光器に求められる分解能が決まる。Lが最も小さくなるときに分光器の分解能が最も低くてよい。図17よりLが最も小さくなるのはD1/D2 = 3 (D1 : D2 = 3 : 1)のときであり、この厚み比が最適であると考えることができる。
[Concept 2]
Assuming that the specific application to which the invention is applied is determined, the wave number resolution of the parameter that needs to be obtained by the spectropolarimeter is given. FIG. 17 plots L 1 , L 2 , L , and L + at various thickness ratios with a thickness ratio D 1 / D 2 ≧ 1, assuming that ΔL min that determines the wave number resolution of the required parameters is constant. The resolution required for the spectroscope is determined by the vibration frequency of L + which is the highest frequency. The spectrometer resolution may be lowest when L + is smallest. From FIG. 17, L + is the smallest when D 1 / D 2 = 3 (D 1 : D 2 = 3: 1), and it can be considered that this thickness ratio is optimal.

また、厚み比D1/D2=1,2の近傍や厚み比が大きい場合には、高分解能な分光器が必要になることがわかる。 It can also be seen that a high-resolution spectrometer is required in the vicinity of the thickness ratio D 1 / D 2 = 1, 2 or when the thickness ratio is large.

そこで、最適な厚み比D1/D2=3において必要な分解能に対して2倍以上の分解能の分光器を必要とする厚み比は不適切という基準により、適切な厚み比の領域を示すことにする。2倍以上の分解能を得るためには、分光器の大きさを大きくする必要があるなどのため、コストアップや装置の大型化が必要となるためである。図17にLが最小値の2倍以上になる厚み比をハッチングで示した。一覧として図18にD1/D2≧1の場合でのLを、ΔLminと厚み比D1/D2を用いて表した。D1/D2=3でのL= 4ΔLminに対して、Lが2倍の8ΔLminになる領域を求めると、適切な移相子の厚みは、

17/7≦D1/D2≦7 (42)

9/7≦D1/D2≦5/3 (43)

である。以上により、D1及びD2の厚み比は、式(42),(43)のいずれかを満足すれば、波数分解能を維持し、分光器の大幅なコストアップなしに、速軸と遅軸の透過率の違いに起因する誤差を除去することが可能となる。
Therefore, an appropriate thickness ratio region should be indicated based on the criterion that the thickness ratio that requires a spectrometer with a resolution of at least twice the required resolution at the optimal thickness ratio D 1 / D 2 = 3 is inappropriate. To. This is because, in order to obtain a resolution of 2 times or more, it is necessary to increase the size of the spectrometer, so that it is necessary to increase the cost and the size of the apparatus. In FIG. 17, the thickness ratio at which L + is twice or more the minimum value is indicated by hatching. As a list, L + in the case of D 1 / D 2 ≧ 1 is shown in FIG. 18 using ΔL min and the thickness ratio D 1 / D 2 . When the region where L + is doubled to 8ΔL min with respect to L + = 4ΔL min at D 1 / D 2 = 3 is determined, the appropriate thickness of the phase shifter is

17/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 7 (42)

9/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 5/3 (43)

It is . The upper than the thickness ratio of D 1 and D 2 are formula (42), is satisfied or (43), keeping the wave number resolution, without significant increase in cost of the spectrometer, fast axis and slow It is possible to remove an error caused by a difference in the transmittance of the shaft.

3.2 移相子の速軸と遅軸の透過率を用いた演算
オーバーラップの課題を解決した時に、式(37)にはまだ誤差要因が残る。その誤差要因は移相子の速軸と遅軸の透過率を、分光擬ストークスパラメータを算出する演算式に組込むことにより解決できる。その誤差要因とそれを解決する演算手法を本節で述べる。
3.2 Computation using the transmissivity of the fast axis and slow axis of the phase shifter When the overlap problem is solved, there still remains an error factor in equation (37). The error factor can be solved by incorporating the transmissivity of the fast axis and slow axis of the phase shifter into an arithmetic expression for calculating the spectral pseudo-Stokes parameter. This section describes the error factors and calculation methods to solve them.

式(12)と式(37)を比べた時に、第1項と第3項の成分より求められるパラメータが

Figure 0005140789

と異なっている。よって、従来の計算手法だと、求めた擬ストークスパラメータm a 00 (σ)及びm a 01 (σ)にcos 2γ2 m a 01 (σ)及びcos 2γ2 m a 00 (σ)がそれぞれ誤差として加算される。この2つの付加項を「γ2誤差項」とよぶ。補正については、事前にγ2を求めておくことで、m a 00 (σ)及びm a 01 (σ)を変数とした連立方程式を解くと、誤差要因を除去したm a 00 (σ)及びm a 01 (σ)が求まる。連立方程式の解については容易であるため、割愛する。 When comparing Equation (12) and Equation (37), the parameters obtained from the components of the first and third terms are
Figure 0005140789

Is different. Therefore, when it conventional calculation method, the obtained quasi-Stokes parameter m a 00 (σ) and m a 01 (σ) in cos 2γ 2 m a 01 (σ ) and cos 2γ 2 m a 00 (σ ) error, respectively Is added as These two additional terms are called “γ 2 error terms”. For correction, by obtaining γ 2 in advance, solving the simultaneous equations with m a 00 (σ) and m a 01 (σ) as variables, m a 00 (σ) and m a 01 (σ) is obtained. Since it is easy to solve the simultaneous equations, it is omitted.

なお、移相子の速軸と遅軸の透過率は、主に次の3つの手法のいずれかを用いて求めることができる。
(1)文献より入手できる移相子の屈折率および移相子の前後に存在する媒質の屈折率を用いて、理論的に算出して求める。
(2)分光擬ストークスパラメータが既知の状態で測定し、それにより求められる式(37)第3項のcosφ1(σ)の係数(又は第1項)から、γを求める。分光擬ストークスパラメータが既知とすると、cosφ1(σ)の係数には未知数が2つ(γ2とn1(σ))であるため、2つ以上の状態を計測することで、連立方程式により求まる。
(3)移相子の前後の媒質を空気とする場合は、透過率を計測することができる機器を用いて、直接透過率を測定する。
Note that the transmittance of the fast axis and the slow axis of the phase shifter can be obtained mainly by using one of the following three methods.
(1) It is calculated theoretically using the refractive index of the phase shifter available from literature and the refractive index of the medium existing before and after the phase shifter.
(2) Measurement is performed in a state where the spectral pseudo-Stokes parameter is known, and γ 2 is obtained from the coefficient (or the first term) of cos φ 1 (σ) in the third term obtained by the equation (37). If the spectral pseudo-Stokes parameter is known, there are two unknowns (γ 2 and n 1 (σ)) in the coefficient of cosφ 1 (σ), so by measuring two or more states, I want.
(3) When the medium before and after the phase shifter is air, the transmittance is directly measured using a device capable of measuring the transmittance.

4 誤差低減効果の実験実証
移相子の厚みを最適なD1/D2 = 3 にして、複屈折試料のリタデーションを計測した結果を図19に示す。図3に示したD1/D2 = 2 の場合に比べ、回転補償子法(RCE)との誤差を大幅に改善することができた。
4. Experimental Demonstration of Error Reduction Effect FIG. 19 shows the result of measuring retardation of a birefringent sample with the thickness of the phase shifter set to D 1 / D 2 = 3. Compared to the case of D 1 / D 2 = 2 shown in FIG. 3, the error with the rotation compensator method (RCE) could be greatly improved.

以下に、本発明の好適な実施例を図20〜図24を参照しつつ、詳細に説明する。分光偏光計測装置の一実施例の構成図が図20に示されている。同図に示されるように、この装置は、投光側ユニット200と受光側ユニット300とを備えている。なお、400は試料である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. A configuration diagram of an embodiment of the spectroscopic polarimeter is shown in FIG. As shown in the figure, this apparatus includes a light projecting side unit 200 and a light receiving side unit 300. In addition, 400 is a sample.

投光側ユニット200は、電源201と、電源201から給電されて点灯する光源202と、光源202の出射方向前面側に配置されたピンホール板203と、ピンホール板203のピンホール通過光を平行光化するコリメートレンズ204と、コリメートレンズ204の前面側にあって通過光を開閉するシャッタ205と、シャッタ通過光が入射される偏光子206と、偏光子の透過光が順に透過する第1の移相子207及び、第2の移相子208を含んでいる。   The light emitting side unit 200 includes a power source 201, a light source 202 that is lit by being supplied with power from the power source 201, a pinhole plate 203 disposed on the front side in the emission direction of the light source 202, and light passing through the pinhole of the pinhole plate 203 A collimating lens 204 for collimating light, a shutter 205 on the front side of the collimating lens 204 for opening and closing the passing light, a polarizer 206 on which the light passing through the shutter is incident, and a first light through which the transmitted light from the polarizer is transmitted. The phase shifter 207 and the second phase shifter 208 are included.

第2の移相子208を通過後の光は投光側ユニット200から出射されて、測定対象領域、すなわち試料が設置されることが予定されている領域に向けて出射される。測定対象領域に試料400が設置されている場合、試料400を透過又は試料400で反射された光は、受光側ユニット300へと入射される。   The light after passing through the second phase shifter 208 is emitted from the light projecting unit 200 and emitted toward the measurement target region, that is, the region where the sample is scheduled to be installed. When the sample 400 is installed in the measurement target region, the light transmitted through the sample 400 or reflected by the sample 400 is incident on the light receiving side unit 300.

受光側ユニット300内における入射光路上には、検光子301と、分光器302とが順に設置されている。ここで、第2の移相子208の速軸の方向と検光子301の透過軸の方向との相対角度は既知の角度となるよう設定されている。   On the incident light path in the light receiving side unit 300, an analyzer 301 and a spectroscope 302 are installed in this order. Here, the relative angle between the direction of the fast axis of the second phase shifter 208 and the direction of the transmission axis of the analyzer 301 is set to be a known angle.

分光器302内には、入射光を分光する回折格子302aと、回折格子302aにて分光された光がその受光面に入射されるCCD302bと、CCD302bの受光出力をデジタル信号に変換するA/D変換器302cとを含んでいる。A/D変換器302cから得られるデジタル受光出力信号は、分光器302から取り出され、これがパソコン(PC)等のコンピュータ303にて処理される。   In the spectroscope 302, a diffraction grating 302a that splits incident light, a CCD 302b on which light dispersed by the diffraction grating 302a is incident on a light receiving surface, and an A / D that converts a light reception output of the CCD 302b into a digital signal. Converter 302c. A digital light reception output signal obtained from the A / D converter 302c is taken out from the spectroscope 302 and processed by a computer 303 such as a personal computer (PC).

周知の通り、コンピュータ303は、マイクロプロセッサ等で構成される演算処理部303aと、ROM,RAM,HDD等で構成されるメモリ部303bと、ディスプレイ,プリンタ,各種データ出力装置,通信装置等で構成される測定結果出力部303cとを含んでいる。   As is well known, the computer 303 includes an arithmetic processing unit 303a configured by a microprocessor, a memory unit 303b configured by ROM, RAM, HDD, and the like, a display, a printer, various data output devices, a communication device, and the like. Measurement result output unit 303c.

次に、分光偏光計測装置のセンサヘッド部に関するより具体的な構成図が図21に示されている。センサヘッド部100は光を出射する投光部110と、試料を反射又は透過した光を受光する受光部120と、それら投光部110と受光部120を保護するハウジング130とを含んでいる。なお、50は試料である。   Next, FIG. 21 shows a more specific configuration diagram regarding the sensor head portion of the spectroscopic polarimeter. The sensor head unit 100 includes a light projecting unit 110 that emits light, a light receiving unit 120 that receives light reflected or transmitted from the sample, and a housing 130 that protects the light projecting unit 110 and the light receiving unit 120. Reference numeral 50 denotes a sample.

投光部110は光源(図示せず)から発せられた光を通過させる光ファイバーケーブル111と、光ファイバーケーブル111からの透過光を通過させるケーブルヘッド112と、ケーブルヘッド112からの通過光を平行光化するコリメートレンズ(投光レンズ)115と、コリメートレンズ115の前面側にあって入射光を透過させる偏光子116と、偏光子からの出射光が順に透過する第1の移相子117及び第2の移相子118と、これらの光学系をハウジング130に据え付ける光学系保持部材113及び取り付け部材114を含む。なお、実線119は投光部110内を通過する光の投光軸である。   The light projecting unit 110 converts the light emitted from a light source (not shown) through the optical fiber cable 111, the cable head 112 through which the light transmitted from the optical fiber cable 111 passes, and the light passing through the cable head 112 is converted into parallel light. A collimating lens (projecting lens) 115, a polarizer 116 on the front side of the collimating lens 115 that transmits incident light, a first phase shifter 117 and a second phase shifter 117 that sequentially transmit light emitted from the polarizer. , And an optical system holding member 113 and a mounting member 114 for mounting these optical systems on the housing 130. A solid line 119 is a light projection axis of light passing through the light projecting unit 110.

受光部120は、試料50に反射又は透過された光を透過させる検光子122と、検光子122からの透過光を集光させる受光レンズ123と、受光レンズ123を経た光を通過させるケーブルヘッド126と、分光器(図示せず)へと接続される光ファイバーケーブル127と、これらの光学系をハウジング130に据え付ける取り付け部材124及び光学系保持部材125とを含む。なお、実線121は試料50に反射又は透過された光の受光軸である。   The light receiving unit 120 includes an analyzer 122 that transmits light reflected or transmitted to the sample 50, a light receiving lens 123 that collects light transmitted from the analyzer 122, and a cable head 126 that passes light that has passed through the light receiving lens 123. And an optical fiber cable 127 connected to a spectroscope (not shown), an attachment member 124 for mounting these optical systems on the housing 130, and an optical system holding member 125. A solid line 121 is a light receiving axis of light reflected or transmitted by the sample 50.

測定に入る前に、2つの事前較正を行う。1つめの事前較正手順1のフローチャートが図22に示されている。まず、ステップ2001では、移相子118の透過率を用いて、式(35)よりγを算出する。 Two pre-calibrations are performed before entering the measurement. A flowchart of the first pre-calibration procedure 1 is shown in FIG. First, in step 2001, γ 2 is calculated from equation (35) using the transmittance of the phase shifter 118.

次にステップ2002では、算出したγがメモリ部303bに保存され、これにより事前較正1が完了する。 Next, in step 2002, the calculated γ 2 is stored in the memory unit 303b, whereby pre-calibration 1 is completed.

次に事前較正手順2のフローチャートが図23に示されている。同図に示されるように事前較正手順として、先ず、ステップ2101では、装置に光を入射させる。ただし、この装置において、第2の移相子208の速軸の方向と検光子301の透過軸の方向との相対角度は既知の角度となっており、第2の移相子208と検光子301との間には光の偏光状態を変化させる素子は配置されていないものとする。   Next, a flowchart of the pre-calibration procedure 2 is shown in FIG. As shown in the figure, as a pre-calibration procedure, first, in step 2101, light is incident on the apparatus. However, in this apparatus, the relative angle between the direction of the fast axis of the second phase shifter 208 and the direction of the transmission axis of the analyzer 301 is a known angle, and the second phase shifter 208 and the analyzer It is assumed that no element that changes the polarization state of light is disposed between the element 301 and the element 301.

次に、ステップ2102では、分光器にて、検光子301からの透過光における分光光量を測定する。このとき、不要な光、例えば迷光の影響を低減させるのにシャッタ205を活用できる。具体的には、シャッタ開と閉それぞれの状態で測定されたスペクトルの差をとれば、不要光分のスペクトルは相殺される。   Next, in Step 2102, the spectral light amount in the transmitted light from the analyzer 301 is measured with a spectroscope. At this time, the shutter 205 can be used to reduce the influence of unnecessary light such as stray light. Specifically, if the difference between the spectra measured in the shutter open and closed states is taken, the spectrum of unnecessary light is canceled.

次に、ステップ2103では、受光した光の分光光量を分光器よりコンピュータ303に転送して演算処理部303aにおける演算に供する。   Next, in step 2103, the spectral light amount of the received light is transferred from the spectroscope to the computer 303 for use in computation in the arithmetic processing unit 303a.

次に、ステップ2104では、コンピュータ303において、演算処理部303aはメモリ部303bよりγを取得する。 Next, in step 2104, in the computer 303, the arithmetic processing unit 303a acquires γ 2 from the memory unit 303b.

次に、ステップ2105では、演算処理部303aにて、受光した光の分光光量とγより、基準位相関数と基準振幅関数が算出される。 Next, in step 2105, by the arithmetic processing section 303a, from the spectral intensity and gamma 2 of the received light, the reference phase functions and reference amplitude functions are calculated.

次に、ステップ2106では、算出した基準位相関数と基準振幅関数がメモリ部303bに保存され、これにより事前較正手順2が完了する。   Next, in step 2106, the calculated reference phase function and reference amplitude function are stored in the memory unit 303b, whereby the pre-calibration procedure 2 is completed.

次に、測定手順のフローチャートが図24に示されている。同図に示されるように、測定手順として、先ず、ステップ2201においては、装置に光を入射させる。   Next, a flowchart of the measurement procedure is shown in FIG. As shown in the figure, as a measurement procedure, first, in step 2201, light is incident on the apparatus.

次に、ステップ2202では、分光器302にて試料400を反射又は透過した後、検光子301を透過した透過光の分光光量を計測する。このとき、不要な光、例えば迷光の影響を低減させるのにはシャッタ205を活用することができる。具体的には、シャッタ開と閉それぞれの状態で測定されたスペクトルの差をとれば、不要光分のスペクトルは相殺される。   Next, in step 2202, the spectroscopic light quantity of the transmitted light that has passed through the analyzer 301 after being reflected or transmitted by the spectroscope 302 is measured. At this time, the shutter 205 can be used to reduce the influence of unnecessary light, for example, stray light. Specifically, if the difference between the spectra measured in the shutter open and closed states is taken, the spectrum of unnecessary light is canceled.

次に、ステップ2203では、透過光の分光光量を分光器302よりコンピュータ303へと転送して、演算処理部303aにおける処理に供する。   Next, in step 2203, the spectral light quantity of the transmitted light is transferred from the spectroscope 302 to the computer 303 and used for processing in the arithmetic processing unit 303a.

次に、ステップ2204では、コンピュータ303において、演算処理部303aはメモリ部303bより基準位相関数と基準振幅関数とγを取得する。 Next, in step 2204, the computer 303, the arithmetic processing unit 303a acquires reference phase functions and reference amplitude functions and the gamma 2 from the memory unit 303b.

次に、ステップ2205では、コンピュータ303において、演算処理部303aは測定した分光光量、及び基準位相関数・基準振幅関数を用いて、基準位相関数の変化量(Δφ及びΔφ)を算出する。なお、基準位相関数の変化量を求める理論及び手法について本明細書では割愛しているが、特許文献1と同じ手法が適応でき、特許文献1の段落0174〜0216に明記されている。 Next, in step 2205, in the computer 303, the arithmetic processing unit 303 a calculates the change amount (Δφ 2 and Δφ 1 ) of the reference phase function using the measured spectral light amount and the reference phase function / reference amplitude function. Note that the theory and method for obtaining the amount of change in the reference phase function are omitted in this specification, but the same method as in Patent Document 1 can be applied, and is specified in paragraphs 0174 to 0216 of Patent Document 1.

次に、ステップ2206では、コンピュータ303において、演算処理部303aは測定した分光光量、基準位相関数・基準振幅関数の変化量、およびγを用いて、分光擬ストークスパラメータを算出する。 Next, in step 2206, in the computer 303, the arithmetic processing unit 303 a calculates a spectral pseudo-Stokes parameter using the measured spectral light amount, the amount of change in the reference phase function / reference amplitude function, and γ 2 .

次に、ステップ2207では、コンピュータ303において、演算処理部303aは試料400の分光偏光パラメータを出力する。このとき、測定結果出力部303cとしては、メモリ、ハードディスク、他の処理部(膜厚、複素屈折率算出部等)などを挙げることができる。   Next, in step 2207, in the computer 303, the arithmetic processing unit 303a outputs the spectral polarization parameter of the sample 400. At this time, examples of the measurement result output unit 303c include a memory, a hard disk, and other processing units (film thickness, complex refractive index calculation unit, etc.).

以上説明したように、この実施例の分光偏光計測装置においては、図20及び図21に示されるシステム構成において、図22及び図23に示される事前較正手順並びに図24に示される測定手順を経ることにより、試料の分光偏光パラメータを算出するものである。   As described above, in the spectroscopic polarimeter of this embodiment, the pre-calibration procedure shown in FIGS. 22 and 23 and the measurement procedure shown in FIG. 24 are performed in the system configuration shown in FIGS. Thus, the spectral polarization parameter of the sample is calculated.

偏光分光装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a polarization spectrometer. 従来の装置による実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result by the conventional apparatus. 従来の装置による複屈折試料のリタデーションの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the retardation of the birefringent sample by the conventional apparatus. 分光偏光計測に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding spectral polarization measurement. チャネルドスペクトル偏光状態発生器CSPSGの構成図である。It is a block diagram of a channeled spectrum polarization state generator CCSPG. CSPSGを用いた分光偏光計測を説明する図である。It is a figure explaining the spectroscopic polarimetry using CSPSG. 分光器から得られるチャネルドスペクトルとその4つの成分との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the channeled spectrum obtained from a spectrometer and its four components. フーリエ変換法の説明図である。It is explanatory drawing of a Fourier-transform method. 薄膜試料のエリプソメトリックパラメータを求める光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system which calculates | requires the ellipsometric parameter of a thin film sample. 複屈折試料の方位角とリタデーションの計測に関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the measurement of the azimuth and retardation of a birefringent sample. 移相子の透過率の結晶軸依存性によって生じる第5の振動成分を説明する図である。It is a figure explaining the 5th vibration component produced by the crystal axis dependence of the transmittance | permeability of a phase shifter. 移相子の厚み比によって振動成分が重なることを説明する図である。It is a figure explaining that a vibration component overlaps with the thickness ratio of a phase shifter. 振動成分が重ならない状態について説明する図である。It is a figure explaining the state where a vibration component does not overlap. 移相子の厚み比が3:1の場合の振動成分を示す図である。It is a figure which shows the vibration component in case the thickness ratio of a phase shifter is 3: 1. 最も高周波な振動成分の振動周波数Lを固定した場合の移相子の厚み比の影響を説明する図である。It is a figure explaining the influence of the thickness ratio of a phase shifter when the vibration frequency L + of the highest frequency vibration component is fixed. 移相子の厚み比の範囲に応じてΔLminを求める式を示す図である。Is a diagram showing an equation for [Delta] L min depending on the range of the thickness ratio of the retarder. 振動成分の最も小さな間隔ΔLminを固定した場合の移相子の厚み比の影響を説明する図である。Is a diagram illustrating the effect of retarders thickness ratio for fixed smallest spacing [Delta] L min vibration components. 移相子の厚み比の範囲に応じてLを求める式を示す図である。It is a figure which shows the type | formula which calculates | requires L + according to the range of the thickness ratio of a phase shifter. 本発明を適用して複屈折試料のリタデーションを計測した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the retardation of the birefringent sample by applying this invention. 分光偏光計測装置の一実施例の構成図(その1)である。It is a block diagram (the 1) of one Example of a spectroscopic polarimeter. 分光偏光計測装置の一実施例の構成図(その2)である。It is a block diagram (the 2) of one Example of a spectroscopic polarimeter. 事前較正手順1を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing a pre-calibration procedure 1. 事前較正手順2を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a pre-calibration procedure 2. 測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a measurement procedure.

符号の説明Explanation of symbols

7 光源
8 分光器
50 試料
100 センサヘッド
110 投光部
111 光ファイバケーブル
112 ケーブルヘッド
113 光学系保持部材
114 取り付け部材
115 コリメートレンズ
116 偏光子
117 第1の移相子
118 第2の移相子
119 投光軸
120 受光部
121 受光軸
122 検光子
123 受光レンズ
124 取り付け部材
125 光学系保持部材
126 ケーブルヘッド
127 光ファイバケーブル
130 ハウジング
200 投光側ユニット
201 電源
202 光源
203 ピンホール板
204 コリメートレンズ
205 シャッタ
206 偏光子
207 第1移相子
208 第2移相子
300 受光側ユニット
301 検光子
302 分光器
303 コンピュータ
302a 回折格子
302b CCD
302c A/D変換器
303a 演算処理部
303b メモリ部
303c 測定結果出力部
400 試料
A 検光子
D 光を反射または透過させる試料
P 偏光子
R1 移相子
R2 移相子
7 Light source 8 Spectrometer 50 Sample 100 Sensor head 110 Projection unit 111 Optical fiber cable 112 Cable head 113 Optical system holding member 114 Mounting member 115 Collimator lens 116 Polarizer 117 First phase shifter 118 Second phase shifter 119 Light Emitting Shaft 120 Light Receiving Section 121 Light Receiving Shaft 122 Analyzer 123 Light Receiving Lens 124 Mounting Member 125 Optical System Holding Member 126 Cable Head 127 Optical Fiber Cable 130 Housing 200 Light Emitting Side Unit 201 Power Supply 202 Light Source 203 Pinhole Plate 204 Collimating Lens 205 Shutter 206 Polarizer 207 First phase shifter 208 Second phase shifter 300 Light receiving side unit 301 Analyzer 302 Spectroscope 303 Computer 302a Diffraction grating 302b CCD
302c A / D converter 303a Arithmetic processing unit 303b Memory unit 303c Measurement result output unit 400 Sample A analyzer D Sample that reflects or transmits light P Polarizer R1 Phase shifter R2 Phase shifter

Claims (14)

光源と、偏光子と、第1の移相子と、第2の移相子とを、光源から出た光が偏光子、第1の移相子、第2の移相子の順で透過した後に測定対象領域に向けて出射されるような配置で備えており、第1の移相子は、その主軸方向が偏光子の透過軸の方向と異なるようにして固定配置され、第2の移相子は、第1の移相子と同じ材料からなり、その主軸方向が第1の移相子の主軸方向とは異なるようにして固定配置された、投光光学系と、
前記投光光学系から出射し測定対象領域において反射又は透過した光を透過させる検光子と、
前記検光子を透過した光の分光光量を求める手段とを備え、
第1の移相子の厚みをD1、第2の移相子の厚みをD2としたときに、D1とD2との比が、
17/7≦D1/D2≦7、
9/7≦D1/D2≦5/3
いずれかを満たす、偏光分光装置。
Light emitted from the light source passes through the light source, the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter in the order of the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter. The first phase shifter is fixedly arranged such that the principal axis direction thereof is different from the direction of the transmission axis of the polarizer, and the second phase shifter is arranged to be emitted toward the measurement target region. The phase shifter is made of the same material as the first phase shifter, and is fixedly arranged so that the principal axis direction thereof is different from the principal axis direction of the first phase shifter;
An analyzer that transmits light emitted from the light projecting optical system and reflected or transmitted in the measurement target region;
Means for obtaining a spectral light amount of light transmitted through the analyzer,
A first retarder and the thickness D 1, the second retarder and the thickness is taken as D 2, the ratio of D 1 and D 2, and the
17/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 7,
9/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 5/3
A polarization spectrometer that satisfies any of the above.
前記D1とD2との比が、実質的に、D1/D2=3満たす、請求項1に記載の偏光分光装置。 The ratio of the D 1 and D 2 are substantially satisfy D 1 / D 2 = 3, the polarimetric spectroscope according to claim 1. 光源と、偏光子と、第1の移相子と、第2の移相子とを、光源から出た光が偏光子、第1の移相子、第2の移相子の順で透過した後に測定対象領域に向けて出射されるような配置で備えており、第1の移相子は、その主軸方向が偏光子の透過軸の方向と異なるようにして固定配置され、第2の移相子は、第1の移相子と同じ材料からなり、その主軸方向が第1の移相子の主軸方向とは異なるようにして固定配置された、投光光学系と、
前記投光光学系から出射し測定対象領域において反射又は透過した光を透過させる検光子と、
前記検光子を透過した光の分光光量を求める手段と
を備えた偏光分光装置と、
前記分光光量を用いて、測定対象領域に配置された測定対象物の分光偏光パラメータの少なくとも1つを求める演算装置とを備え、
第1の移相子の厚みをD1、第2の移相子の厚みをD2としたときに、D1とD2との比が、
17/7≦D1/D2≦7、
9/7≦D1/D2≦5/3
いずれかを満たす、分光偏光計測装置。
Light emitted from the light source passes through the light source, the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter in the order of the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter. The first phase shifter is fixedly arranged such that the principal axis direction thereof is different from the direction of the transmission axis of the polarizer, and the second phase shifter is arranged to be emitted toward the measurement target region. The phase shifter is made of the same material as the first phase shifter, and is fixedly arranged so that the principal axis direction thereof is different from the principal axis direction of the first phase shifter;
An analyzer that transmits light emitted from the light projecting optical system and reflected or transmitted in the measurement target region;
A polarization spectrometer comprising: means for obtaining a spectral light amount of light transmitted through the analyzer;
An arithmetic unit that obtains at least one of the spectral polarization parameters of the measurement object disposed in the measurement target region using the spectral light amount;
A first retarder and the thickness D 1, the second retarder and the thickness is taken as D 2, the ratio of D 1 and D 2, and the
17/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 7,
9/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 5/3
A spectroscopic polarimeter that satisfies any one of the above.
前記D1とD2との比が、実質的に、D1/D2=3満たす、請求項3に記載の分光偏光計測装置。 The ratio of the D 1 and D 2 are substantially satisfy D 1 / D 2 = 3, the spectroscopic polarimeter of claim 3. 光源と、偏光子と、第1の移相子と、第2の移相子とを、光源から出た光が偏光子、第1の移相子、第2の移相子の順で透過した後に測定対象領域に向けて出射されるような配置で備えており、第1の移相子は、その主軸方向が偏光子の透過軸の方向と異なるようにして固定配置され、第2の移相子は、第1の移相子と同じ材料からなり、その主軸方向が第1の移相子の主軸方向とは異なるようにして固定配置された、投光光学系と、
前記投光光学系から出射し測定対象領域において反射又は透過した光を透過させる検光子とを備え、
第1の移相子の厚みをD1、第2の移相子の厚みをD2としたときに、D1とD2との比が、
17/7≦D1/D2≦7、
9/7≦D1/D2≦5/3
いずれかを満たす、光学装置。
Light emitted from the light source passes through the light source, the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter in the order of the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter. The first phase shifter is fixedly arranged such that the principal axis direction thereof is different from the direction of the transmission axis of the polarizer, and the second phase shifter is arranged to be emitted toward the measurement target region. The phase shifter is made of the same material as the first phase shifter, and is fixedly arranged so that the principal axis direction thereof is different from the principal axis direction of the first phase shifter;
An analyzer that transmits light emitted from the light projecting optical system and reflected or transmitted in the measurement target region;
A first retarder and the thickness D 1, the second retarder and the thickness is taken as D 2, the ratio of D 1 and D 2, and the
17/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 7,
9/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 5/3
An optical device that satisfies any of the following.
前記D1とD2との比が、実質的に、D1/D2=3満たす、請求項5に記載の光学装置。 The ratio between D 1 and D 2 are substantially satisfy D 1 / D 2 = 3, the optical device according to claim 5. 光源と、偏光子と、第1の移相子と、第2の移相子とを、光源から出た光が偏光子、第1の移相子、第2の移相子の順で透過した後に測定対象領域に向けて出射されるような配置で備えており、第1の移相子は、その主軸方向が偏光子の透過軸の方向と異なるようにして固定配置され、第2の移相子は、第1の移相子と同じ材料からなり、その主軸方向が第1の移相子の主軸方向とは異なるようにして固定配置され、
第1の移相子の厚みをD1、第2の移相子の厚みをD2としたときに、D1とD2との比が、
17/7≦D1/D2≦7、
9/7≦D1/D2≦5/3
いずれかを満たす、投光装置。
Light emitted from the light source passes through the light source, the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter in the order of the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter. The first phase shifter is fixedly arranged such that the principal axis direction thereof is different from the direction of the transmission axis of the polarizer, and the second phase shifter is arranged to be emitted toward the measurement target region. The phase shifter is made of the same material as the first phase shifter, and is fixedly disposed such that the principal axis direction thereof is different from the principal axis direction of the first phase shifter.
A first retarder and the thickness D 1, the second retarder and the thickness is taken as D 2, the ratio of D 1 and D 2, and the
17/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 7,
9/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 5/3
A floodlighting device that meets any of these requirements.
前記D1とD2との比が、実質的に、D1/D2=3満たす、請求項7に記載の投光装置。 The ratio of the D 1 and D 2 are substantially satisfy D 1 / D 2 = 3, the light projecting device of claim 7. 測定対象物を用意するステップと、
光源と、偏光子と、第1の移相子と、第2の移相子とを、光源から出た光が偏光子、第1の移相子、第2の移相子の順で透過した後に測定対象領域に向けて出射されるような配置で備えており、第1の移相子は、その主軸方向が偏光子の透過軸の方向と異なるようにして固定配置され、第2の移相子は、第1の移相子と同じ材料からなり、その主軸方向が第1の移相子の主軸方向とは異なるようにして固定配置された、投光光学系と、
前記投光光学系から出射し測定対象領域において反射又は透過した光を透過させる検光子と、
前記検光子を透過した光の分光光量を求める手段とを備え、
第1の移相子の厚みをD1、第2の移相子の厚みをD2としたときに、D1とD2との比が、
17/7≦D1/D2≦7、
9/7≦D1/D2≦5/3
いずれかを満たす、偏光分光装置を用意するステップと、
前記偏光分光装置を用いて測定対象物についての分光光量を求めるステップと、
を備えた分光偏光計測方法。
Preparing a measurement object;
Light emitted from the light source passes through the light source, the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter in the order of the polarizer, the first phase shifter, and the second phase shifter. The first phase shifter is fixedly arranged such that the principal axis direction thereof is different from the direction of the transmission axis of the polarizer, and the second phase shifter is arranged to be emitted toward the measurement target region. The phase shifter is made of the same material as the first phase shifter, and is fixedly arranged so that the principal axis direction thereof is different from the principal axis direction of the first phase shifter;
An analyzer that transmits light emitted from the light projecting optical system and reflected or transmitted in the measurement target region;
Means for obtaining a spectral light amount of light transmitted through the analyzer,
A first retarder and the thickness D 1, the second retarder and the thickness is taken as D 2, the ratio of D 1 and D 2, and the
17/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 7,
9/7 ≦ D 1 / D 2 ≦ 5/3
Satisfy one of the steps of providing a polarimetric spectroscope,
Obtaining a spectral light amount for a measurement object using the polarization spectrometer;
A spectroscopic polarimetry method comprising:
前記D1とD2との比が、実質的に、D1/D2=3満たす、請求項9に記載の分光偏光計測方法。 The ratio of the D 1 and D 2 are substantially satisfies D 1 / D 2 = 3, spectroscopic polarimetry according to claim 9. さらに、求めた前記分光光量を用いて、測定対象物の分光偏光パラメータの少なくとも1つを求めるステップを備えた、請求項9又は10に記載の分光偏光計測方法。   The spectral polarization measurement method according to claim 9, further comprising a step of obtaining at least one of the spectral polarization parameters of the measurement object using the obtained spectral light amount. 前記測定対象物の分光偏光パラメータの少なくとも1つを求めるステップにおいて、第2の移相子の速軸の透過率及び遅軸の透過率を用いて演算がなされる、請求項11に記載の分光偏光計測方法。   The spectroscopic method according to claim 11, wherein in the step of obtaining at least one of the spectral polarization parameters of the measurement object, calculation is performed using the fast axis transmittance and the slow axis transmittance of the second phase shifter. Polarization measurement method. 前記測定対象物の分光偏光パラメータの少なくとも1つを求めるステップにおいて、第2の移相子の速軸の透過率と遅軸の透過率の比の逆正接(γ2(σ))を用いて演算がなされる、請求項11に記載の分光偏光計測方法。 In the step of obtaining at least one of the spectral polarization parameters of the measurement object, the arc tangent (γ 2 (σ)) of the ratio between the fast axis transmittance and the slow axis transmittance of the second phase shifter is used. The spectroscopic polarimetry method according to claim 11, wherein the calculation is performed. 前記測定対象物の分光偏光パラメータの少なくとも1つを求めるステップにおいて、γ2誤差項の影響を除去するための補正演算がなされる、請求項11に記載の分光偏光計測方法。 The spectral polarization measurement method according to claim 11, wherein in the step of obtaining at least one of the spectral polarization parameters of the measurement object, correction calculation is performed to remove the influence of the γ 2 error term.
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