JPH0675006B2 - 分光光度計 - 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を
有する分光光度計に関する。

「従来技術およびその問題点」 この種の分光光度計は、分光光学系と受光光学系を有す
る分光光学計の本体と、この分光光度計本体の試料室に
配設される反射装置とからなっており、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
計は、基本的には、分光光学系から出射した束を反射装
置の試料載置面に置いた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４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。

分光光度計の本体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２と、これから出射された光束Ｌを
受光する受光光学系３とを備えており、この分光光学系
２と受光光学系３の間に試料室４が位置している。操作
部５に設けられたスイッチ６により、分光光学系２から
所定の波長の光束Ｌを出射させると、この光束Ｌは、試
料室４に開口する出射窓4bを通過し、試料室４内で一旦
集光した後発散して、入射窓4cから受光光学系３に入射
する。

試料室４は遮光用の蓋７によって開閉可能であり、中に
反射装置10が装着される。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
４の底部に穿けた位置決め孔4a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。

以上の従来の分光光度計によって固体測定試料Ｓの分光
反射率を測定するには、本体１の試料室４の蓋７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７はその後閉め
て試料室４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２から光束Ｌを出射すると、外
光束Ｌは出射窓4bおよび反射装置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17bで全
反射されて、分光光学系２の延長光時上に戻り、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4c
から受光光学系３に入射する。

よって試料装置面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３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、遮光蓋７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（204.2.mm）程度の大型のシリコン
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。

「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
な試料を切断することなく測定でき、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
置を有する分光光度計を得ることを目的とする。

「発明の概要」 本発明の分光光度計は、その反射装置を、試料室に挿脱
可能な筐体と、この筐体の上部に一体に設けられた、そ
の上面を試料載置面とする試料台とから構成して、筐体
を試料室にセットした状態ではこの試料載置面を試料室
の外部に突出させ、一方、試料室を遮光する蓋体には、
この試料台が突出する突出開口を設け、さらに、この突
出開口と試料台との間に、試料載置面より下方に位置す
る環状遮光体を介在させたことを特徴としている。

この構成によると、試料載置面が試料室の外部にあるた
め、試料の大きさに制約を受けることがなく、しかも試
料の交換の度に遮光蓋体を開閉する手間を省くことがで
きる。そして、試料室の遮光は、遮光蓋体と環状遮光体
の両者によってなされるため、確実に、外光の影響が測
定値に及ぶことがない。さらに、環状遮光体は、試料載
置面より下方に位置しているため、試料に接触してこれ
を汚染するおそれがない。

「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図は環状遮光体体の斜視
図である。第４図の従来装置と同一の構成部分には同一
の符号を付している。

分光光度計本体１の試料室４内に装着される反射装置20
の筐体21の下面には、従来品と同様に、位置決め孔4aに
嵌まる複数の位置決めピン22が螺合固定され、またその
両側面には入射側開口23と出射側開口24が形成されてい
る。

筐体21の上部には、試料室４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
計本体１の分光光学系２から受光光学系３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が協動して、分光光学系２からの
光束Ｌを試料載置面27上に置いた測定試料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２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３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
めに設けた支持段部38に当て付けられ、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。

本発明は、試料室４から突出する試料台25と試料室４と
の間の遮光構造を特徴の一つとする。試料室４の上端部
には、中央に円形の突出開口44を有する遮光蓋体45が着
脱可能に設けられ、この遮光蓋体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
光蓋体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４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、およびこの試料台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。そしてこの環状遮光体46の表面に
は、第３図に示すように、試料載置面27（測定用開口2
8）の中心を中心とする同心の複数の環状Ｖ溝48が刻設
されている。この複数の環状Ｖ溝48は、試料載置面27に
置く測定試料Ｓの中心を測定開口28に合わせる際の目安
線となる。

上記構成の本分光光度計は、第１図、第２図のように試
料室４内にセットし、試料室４から突出している試料台
25の試料載置面27に測定試料Ｓを載置した状態で、分光
光度計本体１の分光光学系２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４内で一度集光し、その後発散して受光光学系３に
入射するようになされている。

出射窓4bから試料室４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
至る光束はほぼ平行とする曲面であることが望ましい。
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。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で全反射した光束をほぼ平行光束とすること
ができる。

このようにして入射側反射器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の法線に対し入射集光鏡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、発散して受光光学系３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、試料載置
面27が試料室４の外部に突出しているために、試料室４
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の測定ができる。また、試料載置
面27は、筐体21と一体の試料台25の上面に設けられてい
るため、筐体21、つまり、筐体21内部の入射側及び出射
側の集光鏡30、31、反射器36、35の位置と、試料載置面
27との位置関係が狂うことがなく、従って、性格な測定
ができる。さらに測定試料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
置の如き遮光蓋体７の開閉の手間がない。そして試料室
４の遮光は、突出開口44を有する遮光蓋体45と、この遮
光蓋体45と試料台25の間に設けた環状遮光体46によっ
て、行なっているため、確実に行なうことができる。特
に環状遮光体、46の内周面に弾性遮光体47を設けると、
最も光が侵入しやすい試料台25の外周を効果的に遮光す
ることができる。また環状遮光体46の表面に形成した複
数の同心の環状Ｖ溝48は、シリコンウェハーやゲルマニ
ウムウェハー等の大型で環状の試料の中心を正しく測定
開口28に合致させるために有効である。環状Ｖ溝48の直
径は、ウェハー径に応じた間隔、例えば１インチ間隔
（半径でいうと1/2インチ間隔）に形成するのがよい。
この環状目安線48は、勿論環状遮光体46の表面に描いた
線から形成してもよい。

さらに上記実施例の光学系によると、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いという効果が得ら
れる。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。ただし本発明は測定試料
Ｓに与える光束の光学系の如何を問うものではなく、以
上は一例を示すものである。

「発明の効果」 以上のように本発明の分光光度計は、試料載置面が、分
光光度計の試料室の外部に突出しているから、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。すな
わち直径が８インチ以上の極めて大きな測定試料でも切
断することなしに測定することが可能である。また試料
台と試料室との間は、遮光蓋体と、環状遮光体によって
遮光されるため、外光が測定に悪影響を与えることがな
い。そしてこの環状遮光体は、試料載置面より下方に位
置しているため、試料が環状遮光体に接触して汚染する
おそれがない。さらに環状遮光体の内周面に試料台と弾
接する弾性遮光体を設ければ、さらに確実に遮光するこ
とができる。また環状遮光体を十分大径なものとし、そ
の表面に試料載置面と同心の環状目安線を設ければ、試
料が大径であってもその中央を簡単に試料載置面の中央
に一致させることができる。

【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図は反射装置を分光光度計本体の試料室に組込
んだ状態を示す断面図、第２図は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図は環状
遮光体の斜視図である。 第４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……分光光度計本体、２……分光光学系、３……受光
光学系、４……試料室、20……反射装置、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、44……突出開口、45……遮光
蓋体、46……環状遮光体、47……弾性遮光体、48……環
状Ｖ溝（環状目安線）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】分光光学系と受光光学系を有する分光光度
   計の本体と、この分光光度計の試料室に配設される反射
   装置とを備え、この反射装置は、その試料載置面に載置
   した測定試料に対し上記分光光学系から出射した光束を
   入射させ、測定試料からの反射光を上記受光光学系で受
   光する分光光度計において、 上記反射装置は、試料室に挿脱可能な筐体と、この筐体
   の上部に一体に設けられた、上面を上記試料載置面とす
   る試料台とを備えていて、この試料台の試料載置面は筐
   体を試料室にセットした状態では上記試料室の外部に突
   出し、 上記試料室を閉塞する蓋体には、この試料台が突出する
   突出開口が穿設されており、 さらにこの突出開口と試料台との間に、上記試料載置面
   より下方に位置する環状遮光体が介在していることを特
   徴とする分光光度計。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、環状遮光
   体は試料台に比して十分大径で、その内周面には、試料
   台の外周に弾接する弾性遮光体が設けられている分光光
   度計。
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、環状遮光体には、試料載置面の中心を中心とする複
   数の同心円からなる載置目安線が設けられている分光光
   度計。