スペクトル領域干渉法に基づく高速分光偏光計測

基于谱域干涉的高速光谱偏振测量

• 批准号: 11750034
• 负责人: 岡 和彦
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750034/
• 关键词: エリプソメトリ; 分光偏光計; 偏光; 分光; リタデーション; チャネルスペクトル; 薄膜; その場測定

分光エリプソメトリは、薄膜の膜厚などを非接触かつ非破壊で測定する方法として、様々な分野で用いられている。この計測法では、多色光を測定対象の表面に斜入射し、反射光の各波長毎の偏光状態を求め、それから薄膜の膜厚や複素屈折率などを得る。この反射光の偏光状態を調べる際に現用のエリプソメトリでは、回転検光子などの機械的可動部を有する偏光計が利用されてきた。このため現用の偏光計では、測定に要する時間がこれらの機械的な素子の制御時間により制約されていた。薄膜成長中に膜厚のその場測定を行う際には、より高速な分光エリプソメータを実現することが望まれる。このような背景の下で本研究では、機械的可動部を有しない新しい分光偏光計測法を考案した。この分光偏光計測法では、波長に依存した偏光状態を持つ被測定光を、2枚の水晶移相子と検光子を順に透過させた後、分光器に入射する。分光器から得られるスペクトルには、異なる周期で振動する3つの成分が含まれる。フーリエ変換を用いた信号処理によって各々を分離検出すると、被測定光の偏光状態をあらわすストークスパラメータの波長分布S_0(λ),S_1(λ),S_2(λ)およびS_3(λ)が得られる。この偏光計では、移相子や検光子などの制御が不要で、分光器から得られる一つのスペクトルより、被測定光の偏光状態の波長分布を表す全てのパラメータを同時に、かつ独立に求められるという特徴を持つ。本年度は、前年の偏光計動作確認実験を受け、実際にエリプソメータを試作しその特性を調べた。Si基板上のSiO_2薄膜の膜厚を、一回のスペクトル測定のみで2nm以下の精度で測定できることが示された。さらに、その誤差要因の解析も行い、分光エリプソメータの設計指針を明らかにした。

The method of measuring the thickness of a thin film by spectroscopic analysis is non-contact and non-destructive. This measurement method is used to determine the polarization state of each wavelength of oblique incident and reflected light on the surface of the image. The film thickness and refractive index of the film are obtained. The polarization state of the reflected light is modulated by the current polarization sensor, and the mechanical movable part of the reflected light is utilized. The time required for measurement and control of mechanical elements are controlled by the polarizers currently in use. The field measurement of film thickness during film growth is expected to be performed at high speed. In this paper, the movable part of the mechanism is studied. This spectropolarimetry method is wavelength dependent, polarization state dependent, measured light dependent, two crystal phase shifters, photon dependent, forward transmission dependent, and spectrometer dependent. The spectroscope is divided into three parts: the first part is composed of three parts, the second part is composed of three parts, and the third part is composed of three parts. The wavelength distributions S_0 (λ), S_1 (λ), S_2 (λ) and S_3 (λ) of the measured light are obtained by using the polarization state of the measured light. The polarometer is used to detect the polarization state of the light measured. The wavelength distribution of the polarization state of the measured light is completely determined. At the same time, the characteristics of the light are determined independently. This year, compared with the previous year's polarometer operation confirmation, the actual test results were adjusted. The thickness of SiO_2 thin film on Si substrate was measured with accuracy below 2 nm. The design guidelines for the analysis of error factors and spectroscopic parameters are clearly defined.

项目成果

岡和彦: "チャネルスペクトルを用いた分光エリプソメトリ"光波センシング技術研究会講演論文集. 26. 107-114 (2000)

Kazuhiko Oka：“使用通道光谱的光谱椭偏仪”光波传感技术研究组论文集 26. 107-114 (2000)。

K. Oka and T.Kato: "Spectroscopic Polarimetry with a channeled spectrum"Optics Letters. 24. 1475-1477 (1999)

K. Oka 和 T.Kato：“带有通道光谱的光谱偏振测定法”《光学快报》。