ジェー・エー・ウーラム・ジャパン - どのようにエリプソメーターを作るか？

エリプソメトリーは一世紀以上前から使用されてきた用途の広い技術です。今日ではいくつかの光学構成のエリプソメーターが開発されています。広く使用されているいくつかの光学構成を図１に示します。
これらの全ての光学構成は同じ基本要素を備えています。全てのエリプソメーターは光源から始まって
受光器で終わっています。また全てのエリプソメーターには２つの偏光子が必要です。第１の偏光子は入射する偏光状態をつくり第２の偏光子（検光子）は反射してくる偏光状態を測定します。測定されるサンプルは２つの偏光子の間に位置しています。図１の矢印の円は連続回転する構成要素を意味しています。
それぞれの構成要素や光学構成は、下記をご欄下さい。

エリプソメーターの光学構成

P-polarizer

C-compensator

S-sample

M-modulator

A-analyzer

図１: エリプソメーターの光学構成

エリプソメトリーの構成要素:

光源

エリプソメーターには光源が必要です。これにはレーザー又は様々な種類のランプが用いられます。
レーザーを用いたエリプソメーターの利点は、光の強度が強いことと光が平行であることから小さいスポットを作ることが出来ます。しかしながらレーザー光は１つの波長しか持ちません。分光エリプソメトリーは広い波長領域を必要とします。この広い波長領域を満たすために以下のようなランプが用いられます。

ランプの種類	スペクトル帯	波長
重水素 (D2)	真空紫外－紫外	140nm-300nm
キセノン (Xe)	紫外－可視－近赤外	190nm-2 microns
ハロゲン (QTH)	可視－近赤外	350nm-2 microns
Sグローバーランプ	近赤外－赤外	1.5 microns-40 microns

モノクロメーター（分光器）

エリプソメトリー測定の柔軟さを最大限にするためにモノクロメーターが用いられます。モノクロメーターは光の任意の波長や波長帯を作り出すことが出来ます。これは光にあたると変質するような光に感度のある材料を測定するときには重要な能力となります。モノクロメーターを用いると様々な利点がある一方、弊社の M2000^® のようなアレイ式のエリプソメーターに比べで測定が遅いという欠点があります。弊社の VASE^® は、HS-190^TMというモノクロメーターを使用しています。

ディテクター（受光器）

どのようなエリプソメーターの光学構成でも、ディテクターは検光子を通ってきた光の強度を測定する目的で使用されます。光の強度は電場強度の二乗に比例しています。光の強度を測定するどのようなデバイスもエリプソメーターのディテクターになります。
下の表は、弊社のエリプソメーターで使われている様々なディテクターです。これらのディテクターは波長
レンジに応じて使用されます。

J.A.Woollam社製装置のディテクター

VASE	M2000	IR-VASE
フォトダイオード	ダイオードアレイ	HgCdTe
光電子増倍管	CCD アレイ	(MCT)

偏光子と検光子

エリプソメトリー測定で最も重要な光学要素は偏光子です。偏光子は光ビームをその透過軸に沿った直線偏光に変換します。市販品でも理想に近い偏光子がありますが、分光エリプソメーターの波長域に整合させる必要があります。偏光子の消光比は偏光子の透過軸に平行か直角かで透過する光の比を表したものです。一般的にはこの消光比は10^-6かそれ以上です。

補償子（コンペンセーター）

補償子は直線偏光を円偏光に変換します。理想的な補償子は、リターデーションが正確に90度（または
1/4波長）である光学的な位相遅延器です。位相遅延器は便利ですが正確なリターデーションが光軸や
波長によってかわってしまうために用いることが難しいという点もあります。回転する偏光子と回転する
補償子の組合せは、偏光していない光をどのような楕円偏光にも変換出来ます。補償子を用いると多くの
利点がある為に現在の弊社の装置には補償子は幅広く使われています。補償子の重要性に関する詳細な情報は弊社のコンペンセーターを参照して下さい。

光弾性変調器

この変調器は波長板を振動させたもので一般的には石英で出来ています。これは補償子の高速変調という特定のエリプソメーターのタイプに使用されます。しかしこれは温度に非常に敏感で又各波長で装置を補正する必要があります。

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Table of Contents

どのようにエリプソメーターを作るか？

屈折率とは何か？