JPH0675005B2 - 分光光度計の反射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、試料の分光透過率や分光反射率を測定する分
光光度計に関し、特に紫外からら近赤外波長域における
固体試料の分光反射率を測定する際に使用する反射装置
に関する。

「従来技術およびその問題点」 分光光学系と受光光学系を有する分光光度計の試料室に
配設されるこの種の反射装置は、カメラ、複写機等の精
密産業におけるレンズコーティング膜の分光反射率測定
や、各種反射鏡の分光反射率測定に使用されている。ま
た半導体産業においては、ゲルマニウムやシリコンウェ
ハー等のエピタキシャル層の干渉による膜厚測定および
屈折率の測定等に使用されている。この分光光度計の反
射装置は、基本的には、分光光学計から出射した光束を
測定試料に入射させ、測定試料からの反射光を受光光学
系で受光するようにしたものであって、試料に対する光
束の入射角度は、およそ7.5゜〜60゜の範囲で使用目的
に応じた角度が設定されている。第５図は試料に対する
光束の入射角度が45゜の場合の従来装置の例であり、こ
れを例にとって、従来装置の問題点を説明する。

本発明の対象とする反射装置10は、分光光度計１の試料
室２内に装着される。試料室２は遮光用の蓋３によって
開閉可能である。反射装置10の装着は、反射装置10の筐
体11の底面に螺合固定した複数の位置決めピン12と、試
料室２の底部に穿けた位置決め孔2aとの係合による。筐
体11の両側面には、入射側開口13と出射側開口14が形成
されており、また筐体11の上面は試料載置面15となって
いて、その中央に測定用開口16が穿けられている。反射
装置10内には、頂角135゜を挟む反射面17aと17bに全反
射コートが施された三角形反射鏡17が配設されている。
この三角形反射鏡17はプリズム台18に固着され、このプ
リズム台18が固定ねじ19で筐体11底部に固定されてい
る。分光光度計１は、周知のように光源および分光器か
らなる分光光学系４を備えており、操作部５に設けられ
たスイッチ６により、所定の波長の光束Ｌが出射され
る。光束Ｌは、試料室２に開口する出射窓2bを通過し、
試料室２内で一旦集光した後発散して、入射窓2cから受
光光学系７に入射するように構成されている。

以上の従来の分光光度系１および反射装置10によって固
体測定試料Ｓの分光反射率を測定するには、試料室２の
蓋３を開け、反射装置10の試料載置面15上に、測定用開
口16を覆うようにして測定試料Ｓを載置する。蓋３はそ
の後閉めて試料室２内に有害な光線が入らないようにす
る。この状態において分光光学系４から光束Ｌを出射す
ると、該光束Ｌは出射窓2bおよび装置10の入射側開口13
を介して三角形反射鏡17に入射し、反射面17aで全反射
して測定試料Ｓに45゜の角度で入射する。そして、測定
試料Ｓで反射した光束Ｌは、三角形反射鏡17の反射面17
bで全反射されて、分光光学系４の延長光軸上に戻り、
出射側開口14の近傍で一旦集光されてから、発散して入
射窓2cから受光光学系７に入射する。

よって試料載置面15上に測定試料Ｓの代わりに標準試料
を置いた場合の測定値を予め求めておき、この測定値に
よって受光光学系７に入射した光の測定値を較正すれ
ば、測定試料Ｓの反射率が得られ、この結果はCRT画面
８上に表示される。

ところがこの従来の反射装置10では、標準試料での較正
および異なる測定試料Ｓの測定の都度、遮蔽蓋３を開閉
しなければならないという煩雑さがあった。また測定試
料Ｓの大きさは試料室２の大きさで制約を受け、通常は
直径50〜80mmφ程度しか測定できないため、大きな試料
の測定に際しては、試料を小さく切断して測定を行なわ
なければならない。ところが、最近の半導体産業におい
ては、直径８インチ（204.2mm）程度の大型のシリコウ
ェハーやゲルマニウムウェハーが使用され、また複写機
等には、長さ250mm程度の反射鏡が使用されるため、こ
れらを測定、検査の度に切断していたのでは、歩留りが
極端に悪くなってしまう。さらに上記従来装置では、測
定試料Ｓに入射する光束が試料面上では集光せずにある
広がりを持っているため、小型カメラ、ビデオ、コンパ
クトディスク等に使用される微小レンズや微小反射鏡等
の測定が困難である。つまり従来装置は、大きな試料の
いずれについても、その測定を効率的に行なうことがで
きなかった。

「発明の目的」 本発明は、このような従来装置の問題点を解決し、大き
な試料、小さな試料のいずれも測定が可能で、しかも測
定の際、分光光度計の試料室の遮光蓋の開閉の必要がな
い反射装置を得ることを目的とする 「発明の概要」 本発明の反射装置はこのため、試料室に拘束を入射させ
る分光光学系と、試料室に入射し測定試料で反射した光
束を受光する受光光学系とを備えた分光光度計におい
て、試料室に挿脱可能な筐体を設け、この筐体の上部
に、試料室の外部に位置する試料載置面を設け、筐体
に、この試料載置面の法線に関しほぼ対象に位置する入
射集光鏡と出射集光鏡、分光光学計からの光束を略平行
光束して入射集光鏡に入射させる入射側反射器、及び、
この入射側反射器及び入射集光鏡を介し試料載置面上の
測定試料に入射して反射した光束を、出射集光鏡を介し
て受光光学系に入射させる受光側反射器を設けたことを
特徴としている。

このように、試料室に挿脱可能な筐体の上部に、試料室
の外部に位置する試料載置面を設けると、試料の大小を
問うことがなく、また分光光学系からの光束を略平行光
束にして入射集光鏡に集光させる入射側反射器を設ける
ことにより、分光光学系から試料面までの光路長を任意
のものとすることができ、従って、試料の形状及び位置
についての自由度が増す。

入射側反射器は、具体的には、例えば、トーリック状、
楕円状、または球状の凸面反射鏡から構成することがで
きる。

また、入射側反射器と受光側反射器とは、単一の三角形
反射鏡から構成すれば、より部品点数の少ない反射装置
を得ることができる。

「発明の実施例」 以下図示実施例について本発明を説明する。第１図ない
し第３図は本発明の第一の実施例を示すもので、第１図
は本発明の反射装置を分光光度計の試料室に組込んだ状
態を示す断面図、第２図は本発明反射装置は断面とせず
に示した分光光度計全体の要部の断面図、第３図は三角
形反射鏡の入射側反射器での光束の反射様子を示す斜視
図である。

本発明の反射装置20は、従来装置と同様に分光光度計１
の試料室２内に装着されるもので、筐体21の下面には、
位置決め孔2aに嵌まる複数の位置決めピン22が螺合固定
されている。筐体21には、従来装置と同様に、その両側
面に入射側開口23と出射側開口24が形成されている。分
光光度計１については、第５図の従来装置との共通部分
には共通の符号を付している。

筐体21の上部には、試料室２から上方に突出する中空円
筒状の試料台25が止めねじ26によって固定されており、
この試料台25の上面が試料載置面27を構成している。こ
の試料載置面27には測定用開口28が穿けられている。

試料台25の中には、測定用開口28の中央を通る試料載置
面27の法線SLに関して対称な位置に対称形状の入射集光
鏡30と出射集光鏡31が設けられている。また分光光度計
１の分光光学系４から受光光学系７に至る光路中には、
入射側反射器32が設けられていて、この入射集光鏡30と
入射側反射器32か協働して、分光光学系４からの光束Ｌ
を試料載置面27畳に置いた測定試料Ｓに集光させる。ま
た出射集光鏡31は、第三集光鏡33および平面鏡34とから
なる受光側反射器35と協働して、測定試料Ｓで反射した
光束を再び分光光学系４の延長光軸上に戻すとともに、
光束Ｌを一旦本反射装置20内で集光した後、発散させて
受光光学系７に与える作用をする。入射側反射器32と平
面鏡34は同一の三角形反射器36に設けられている。また
入射集光鏡30と出射集光鏡31はそれぞれ、筐体21の上部
開口37の左右に上側が互いに接近するように斜め設けた
支持段部38に当て付けれ、押え環39で着脱可能に保持さ
れている。また第三集光鏡33と、三角形反射器36を固定
したプリズム台40とは、固定ねじ41で筐体21底部に固定
されている。

試料台25と試料室２との間の遮光構造は次のようになっ
ている。試料室２の上端部には、中央に円形開口44を有
する遮光蓋45が着脱可能に設けられ、この遮光蓋45と試
料台25との間に環状遮光体46が挿入されている。この環
状遮光体46は遮光蓋45上に載置されるもので、その内周
面に、試料台25と弾接する弾性遮光体47を有していて、
この隙間から試料室２内に有害光が進入するのを防いで
いる。環状遮光体46は、試料台25の試料載置面27上に載
置される測定試料Ｓの大きさに比して十分大きい径を有
している。

上記構成の本反射装置20は、第１図、第２図のようにそ
の筐体21を試料室２内にセットすると、試料室２から試
料台25が突出する。この突出している試料台25の試料載
置面27に測定試料Ｓを載置し、その状態で、分光光度計
１の分光光学系４から所定波長の光束Ｌを出射させる。
前述のようにこの光束Ｌの出射は、操作部５のスイッチ
６によって行なわれる。光束Ｌは、本反射装置20がない
状態では、第２図に光路図を示すように、試料室２内で
一度集光し、その後発散して受光光学系７に入射するよ
うになされている。

出射窓2bから試料室２内に出射された光束Ｌは、筐体21
の入射側開口23を通って入射側反射器32に入射し、ここ
で全反射した後、入射集光鏡30により測定試料Ｓに集光
する。測定試料Ｓへの入射角度は、図示例では45゜であ
る。

入射側反射器32は、入射側反射器32から入射集光鏡30に
至る光束をほぼ平行とする曲面からなっている。このよ
うな曲面は、光束Ｌが長方形状の集光光束の場合はトー
リック状の凸面で構成することができる。第３図はこの
トーリック状の凸面による反射の概念図で、入射側反射
器32の互いに直交するｘ軸、ｙ軸方向の曲率は、長方形
状の光束Ｌの縦横の光束角度に応じて、入射側反射器32
で反射した後の光束が縦横ともほぼ平行光束となるよう
に設定されている。光束Ｌが正方形状または円形状の光
束の場合には、入射側反射器32を楕円状または球状の凸
面とすることにより入射側反射器32で全反射光束をほぼ
平行光束とすることができる。

このように入射側反射器32で全反射して平行光となった
光束は、入射集光鏡30によって45゜の入射角度で集光さ
れる。この入射集光鏡30は、単なる凹面鏡から構成して
もよいが、測定試料Ｓ上での集光径を小さくするため、
球面収差を除去した楕円状の凹面から構成するのが好ま
しい。

測定試料Ｓで集光した光束は、測定試料Ｓの反射率に応
じて、入射角度と等しい45゜の反射角度で反射し、発散
光束となるが、測定試料Ｓの法線に体し入射集光鏡30と
対称な位置に配置した出射集光鏡31によって、ほぼ平行
光に戻され、さらに受光側反射器35によって一旦筐体21
内で集光した後、発散した受光光学系７に至る。よって
標準試料との較正によって、標準試料に対する測定試料
Ｓの45゜反射率をCRT画面８上で知ることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明では、測定試料
Ｓに与えられる光束Ｌが集光されるために、測定試料Ｓ
は測定用開口28を覆う程度の小さいものでよく、また試
料載置面27が試料室２の外部に突出しているために、試
料室２の大きさに制約を受けることがなく、試料載置面
27上に載置できるものすべて測定ができる。そして測定
試料Ｓの交換は、外部に露出している試料載置面27上で
簡単に行なうことができ、従来装置の如き遮光蓋３の開
閉の手間がない。

また入射側反射器32から入射集光鏡30に至る光束、およ
び出射集光鏡31から受光側反射器35に至る光束をほぼ平
行光束とすることで、これらの光学部材の曲率や配置に
若干の変更を加えるだけで、測定試料Ｓへの入射角度
を、60゜、30゜、15゜、7.5゜等、45゜以外の角度に広
げることが可能である。

第４図は本発明の第二の実施例を示すものである。この
実施例は、第一の実施例における入射側反射器32、第三
集光鏡33、および平面鏡34を単一の三角形反射鏡50で構
成した点が第一の実施例と異なる。この三角形反射鏡50
は、第一の実施例における第三集光鏡33と平面鏡34の作
用を単一の反射面51によって行なわせるとともに、この
反射面51と入射側反射器32とを一体化して構成したもの
である。この三角形反射鏡50を固定したプリズム台52は
固定ねじ53によって筐体21の底部に固定されている。こ
の他の点は第一の実施例と同一であり、同一部分には同
一の符号を付している。

この実施例によれば、より少ない部品点数で同様の機能
を得ることができる。

「発明の効果」 以上のように本発明の分光光度計の反射装置は、分光光
度計の試料室内に挿脱される筐体に、試料室の外部に位
置する試料載置面が設けられているから、試料の交換が
容易であり、また試料の大きさに制約がない。また筐体
には、入射側と出射側の集光鏡及び反射器がそれぞれ設
けられていて、入射側反射器は、分光光学系からの光束
を略平行光束にして入射集光鏡に入射させるから、分光
光学系から試料載置面までの光路長に自由度が得られ
る。よって試料載置面の位置に自由度が得られ、試料の
位置及び大きさを選ぶことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第一の実施例を示すもの
で、第１図は本発明の反射装置を分光光度計の試料室に
組込んだ状態を示す断面図、第２図は本発明反射装置は
断面とせずに示した分光光度計全体の要部の断面図、第
３図は三角形反射鏡の入射側反射器での光束の反射様子
を示す斜視図である。 第４図は本発明の第二の実施例を示す第１図と同様の要
部の断面図、 第５図は従来の分光光度計の反射装置の例を示す要部の
断面図である。 １……分光光度計、２……試料室、４……分光光学系、
７……受光光学系、20……反射装置、21……筐体、23…
…入射側開口、24……出射側開口、25……試料台、27…
…試料載置面、28……測定用開口、30……入射集光鏡、
31……出射集光鏡、32……入射側反射器、33……第三集
光鏡（受光側反射器）、34……平面鏡（受光側反射
器）、35……受光側反射器、50……三角形反射鏡。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料室に光束を入射させる分光光学系と、
   上記試料室に入射し測定試料で反射した光束を受光する
   受光光学系とを備えた分光光度計において、 上記試料室に挿脱可能な筐体を設け、 この筐体の上部に、上記試料室の外部に位置する試料載
   置面を設け、 上記筐体に、 この試料載置面の法線に関しほぼ対称に位置する入射集
   光鏡、 上記分光光学系からの光束を略平行光束にして上記入射
   集光鏡に入射させる入射側反射器、及び、 この入射側反射器及び入射集光鏡を介して上記試料載置
   面上の測定試料に入射し該測定試料で反射した光束を、
   上記出射集光鏡を介して受光光学系に入射させる受光側
   反射器、 を設けたことを特徴とする分光光度計の反射装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、入射側反
   射器は、トーリック状、楕円状、または球状の凸面反射
   鏡から構成されている分光光度計の反射装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、入射側反射器と受光側反射器とは、単一の三角形反
   射鏡に形成されている分光光度計の反射装置。