光学測定装置
【課題】試料の全反射光のみならず、拡散反射光や反射ヘイズ率などの反射特性を個別に測定（算出）可能にし、この特徴を活かして試料の膜厚を算出する。
【解決手段】全反射光を積分球２により集光させる第１反射光測定光学系３と、拡散反射光を前記積分球２により集光させる第２反射光測定光学系３と、積分球２により集光された光を検出する検出光学系７とを備え、第１反射光測定光学系３及び検出光学系７により得られた全反射光と第２反射光測定光学系３及び検出光学系７により得られた拡散反射光から反射ヘイズ率を算出するとともに、全反射光から試料の膜厚を算出する。
【解決手段】全反射光を積分球２により集光させる第１反射光測定光学系３と、拡散反射光を前記積分球２により集光させる第２反射光測定光学系３と、積分球２により集光された光を検出する検出光学系７とを備え、第１反射光測定光学系３及び検出光学系７により得られた全反射光と第２反射光測定光学系３及び検出光学系７により得られた拡散反射光から反射ヘイズ率を算出するとともに、全反射光から試料の膜厚を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光分析装置などの光学測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、積分球を用いた光学特性測定装置としては、反射型のもの及び透過型のものがある。そして、反射型のものと透過型のものとを組み合わせることで、特許文献１、２に示すように、１つの光学特性測定装置において試料の反射特性及び透過特性を測定可能なものが考えられている。
【０００３】
特許文献１に示す光学特性測定装置は、積分球に第１開口、第２開口及び第３開口が設けられている。そして、反射特性測定時には、第１開口に試料が配置されるとともに、第２開口及び第３開口からそれぞれ反射光及び拡散光を受光するように構成されている。一方、透過特性測定時には、第３開口に試料が配置されるとともに、第２開口及び第３開口からそれぞれ透過光及び拡散光を受光するように構成されている。
【０００４】
特許文献２に示す光学特性測定装置は、２つの積分球の間に試料を配置して、それら２つの積分球それぞれに検出器を設けたものである。そして、入射側の積分球で全反射光を検出し、反対側の積分球で全透過光を検出するように構成されている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２のものでは、全反射光量及び全透過光量のみを検出することを意図したものであり、全反射光量以外の測定項目、例えば拡散反射光や反射ヘイズ率を測定することは意図していない。
【０００６】
さらに従来、特許文献３に示すように、積分球を用いて膜厚を測定する場合もあったが、この例でもヘイズ率を測定することは意図されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２４３５５０号公報
【特許文献２】特開平６−２０１５８１号公報
【特許文献３】特開２００６−２１４９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、試料の全反射光のみならず、拡散反射光や反射ヘイズ率などの反射特性を個別に測定（算出）可能にし、この特徴を活かして試料の膜厚を算出することができることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る光学測定装置は、試料に光を照射して当該試料からの第１反射光を積分球により集光させる第１反射光測定光学系と、前記試料に光を照射して当該試料からの第２反射光を前記積分球により集光させる第２反射光測定光学系と、前記積分球により集光された光を検出する検出光学系とを備え、前記第１反射光測定光学系及び前記検出光学系により得られた第１反射光と前記第２反射光測定光学系及び前記検出光学系により得られた第２反射光とに基づいて全反射光及び拡散反射光を求め、当該全反射光及び拡散反射光から反射ヘイズ率を算出するとともに、前記全反射光から前記試料の膜厚を算出することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、第１反射光及び第２反射光から全反射光及び拡散反射光を求めることにより、試料の全反射光率や反射ヘイズ率などの反射特性を個別に測定可能にするだけでなく、その全反射光を用いて試料の膜厚を算出することができる。また膜厚を算出する際に用いる全反射光が積分球を用いて得られたものであるため、光量ロスを防ぐことができ膜厚の測定精度を向上させることもできる。
【００１１】
ここで前記第１反射光が全反射光そのものであり、前記第２反射光が拡散反射光そのものであれば、第１反射光及び第２反射光から全反射光及び拡散反射光を算出する手間を省くことができる。なお、前記第１反射光が正反射光であり、前記第２反射光が拡散反射光である場合には、第１反射光及び第２反射光を足し合わせることにより全反射光を求めることができる。
【００１２】
また、前記積分球が、試料を臨む位置に設けられた第１の開口部、当該第１の開口部と対向する位置に設けられた第２の開口部を有し、前記第１反射光測定光学系及び前記第２反射光測定光学系が、前記第２の開口部から前記第１の開口部を介して、前記試料に反射測定用の光を照射する共通の反射測定光学系からなり、前記第２の開口部を開閉可能な第１の反射部材をさらに備え、前記第１の反射部材が、反射測定において、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部の一部を塞ぎ、前記反射測定光学系からの光を前記試料に照射させて当該試料からの正反射光を積分球内に反射させる中間位置の間で移動可能であることが望ましい。これならば、第１反射光測定光学系及び第２反射光測定光学系を共通化して測定誤差発生の要因を減らし、また装置構成を簡略化することができるだけでなく、反射測定において、反射部材を開放位置及び中間位置の間で移動させることで、試料の反射特性を測定することができる。また、試料に対して、積分球とは反対側から第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射し、この際反射部材で第２の開口部を開閉することによって試料の透過測定を測定することができる。つまり、本発明は、従来の透過測定に用いられていた積分球を利用して反射測定を行うことができるようになる。したがって、１つの積分球を用いて試料を移動させることなく、反射測定及び透過測定を行うことができるようになる。
【００１３】
具体的に１つの試料を移動させることなく反射測定及び透過測定の両方を測定できるようにするためには、前記試料に対して、前記積分球とは反対側から前記第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射する透過測定光学系と、前記第２の開口部を開閉可能な第２の反射部材とをさらに備え、前記第２の反射部材が、透過測定において、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部全体を閉塞する閉塞位置の間で移動可能であることが望ましい。
【００１４】
前記反射部材を自動的に移動させることによって試料の各測定項目を１つのシーケンスとして取得可能にするとともに、ユーザの負担を軽減するためには、前記第１の反射部材を移動させる第１の移動機構と、前記第２の反射部材を移動させる第２の移動機構とを備えており、前記第１の移動機構が、反射測定において、前記第１の反射部材を前記開放位置及び前記中間位置の間で移動させるとともに、前記第２の移動機構が、透過測定において、前記第２の反射部材を前記開放位置及び前記閉塞位置の間で移動させるものであることが望ましい。このとき、前記試料の反射測定及び透過測定を連続した１つのシーケンスとして行うことで、反射測定及び透過測定を全自動で測定できるようになる。
【００１５】
なお、第1の反射部材、第2の反射部材、第1の移動機構、第2の移動機構と便宜上呼んでいるが、これらは、単一の反射部材や移動機構又は別々の反射部材や移動機構で構成される場合も含む。
【００１６】
本発明の光学測定装置を、高速測定を可能にしたものとするためには、前記反射測定において、全反射光率、拡散反射光率、反射ヘイズ率及び膜厚の測定を行うものであり、前記透過測定において、全透過光率、拡散透過光率及び透過ヘイズ率の測定を行うものであることが望ましい。
【００１７】
前記光学測定装置において試料の反射ヘイズ率を測定するための反射部材の具体的な位置態様としては、前記反射測定において、全光反射率を測定する際に、前記反射部材が中間位置にあり、拡散反射光率を測定する際に、前記反射部材が開放位置にあることが望ましい。
【００１８】
また、本発明に係る光学測定方法としては、試料を臨む位置に設けられた第１の開口部、当該第１の開口部と対向する位置に設けられた第２の開口部、及びそれら開口部とは異なる位置に設けられた受光用開口部を有する積分球と、前記第２の開口部から前記第１の開口部を介して、前記試料に反射測定用の光を照射する反射測定光学系と、前記試料に対して、前記積分球とは反対側から前記第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射する透過測定光学系と、前記第２の開口部を開閉可能な反射部材とを備えた光学測定装置を用いた光学測定方法であって、反射測定において、前記反射部材を、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部の一部を塞ぎ、前記反射測定光学系からの光を前記試料に照射させて当該試料からの正反射光を積分球内に反射させる中間位置の間で移動させ、透過測定において、前記反射部材を、前記開放位置、及び前記第２の開口部全体を閉塞する閉塞位置の間で移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
このように構成した本発明によれば、試料の全反射光のみならず、拡散反射光や反射ヘイズ率などの反射特性を個別に測定（算出）可能にし、この特徴を活かして試料の膜厚を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の光学測定装置の構成を概略的に示す図。
【図２】同実施形態の反射測定を示す模式図。
【図３】同実施形態の透過測定を示す模式図。
【図４】変形実施形態の光学測定装置の構成及び測定方法を概略的に示す図。
【図５】変形実施形態の光学測定装置の構成及び測定方法を概略的に示す図。
【図６】変形実施形態の光学測定装置の構成を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る光学測定装置の一例として分光分析装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係る分光分析装置１００は、例えば太陽電池パネル等を構成する透明導電膜（例えばＴＣＯ膜）を有するガラス基板や半導体基板において、当該透明導電膜の透過特性及び反射特性を測定するものである。
【００２３】
具体的にこのものは、図１に示すように、試料Ｗの上部に設けられた積分球２と、試料Ｗに反射測定用の光Ｌ１を照射する反射測定光学系３と、試料Ｗに対して透過測定用の光Ｌ２を照射する透過測定光学系４と、反射部材５と、この反射部材５を移動させる移動機構６と、積分球内の光を検出する検出光学系７とを具備する。なお、本実施形態の分光分析装置１００は、試料Ｗが載置されたステージ（不図示）に対して少なくとも水平方向（ＸＹ平面上）に相対移動可能に構成されている。なお、符号Ｈは、積分球２を収容する暗箱である。
【００２４】
以下、各部２〜７について具体的に説明する。
【００２５】
積分球２は、球内面が白色拡散反射面で構成されており、球外から球内に入射した光束を多重反射するものである。具体的に積分球２は、図１に示すように、試料表面の直上に配置されており、当該下部に試料表面（本実施形態では透明導電膜を有する面）を臨むように第１の開口部２１が形成されている。そして、当該第１の開口部２１と対向する位置（積分球２の上部）に第２の開口部２２が設けられている。また、第１の開口部２１及び第２の開口部２２とは異なる位置に受光用開口部２３が形成されている。本実施形態の受光用開口部２３は、前記第１の開口部２１及び第２の開口部２２の対向方向と直交する位置（具体的には積分球２の側方部）に設けられている。この受光用開口部２３には、後述する分光検出器７２に光を伝達するための光伝達素子である光ファイバ７１が接続されている。このように構成された積分球２は従来の透過測定に用いられている積分球と同様の構成である。なお、受光用開口部２３の位置は、直交する位置に限られず適宜設定可能である。
【００２６】
反射測定光学系３は、図１及び図２に示すように、第２の開口部２２から第１の開口部２１を介して試料Ｗに反射測定用の光Ｌ１を照射するものである。具体的に反射測定光学系３は、積分球２の第２の開口部２２から第１の開口部２１に向かって反射測定用の光Ｌ１を照射するものであり、キセノンランプ３１１を有する光源部３１と、当該光源部３１からの光を第２に開口部２２に伝達する伝達光学系としての光ファイバ３２とを備えている。なお、光源部３１としては、キセノンランプの他にハロゲンランプ等であっても良い。伝達光学系３２としては、光ファイバを用いた構成の他、ミラーやレンズ等の光学素子を用いて構成しても良い。また光源部３１は、キセノンランプ３１１からの光量を制御するシャッタ機構３１２等を備えている。
【００２７】
また反射測定光学系３により第２の開口部２２から積分球２に入射する光Ｌ１の光軸は、図２に示すように、鉛直方向（第１の開口部２１及び第２の開口部２２の対向方向、つまり試料表面の法線方向）から若干傾斜している。これにより反射測定用の光Ｌ１は、試料表面で正反射して生じる正反射光が第２の開口部２２から導出されるとともに再度光源３側に戻らないような位置関係で入射される。
【００２８】
透過測定光学系４は、図１及び図３に示すように、試料Ｗに対して、積分球２とは反対側（試料裏面側）から第１の開口部２１に向かって透過測定用の光Ｌ２を照射するものであり、前記反射測定光学系３と同様に、キセノンランプ４１１を有する光源部４１と、当該光源部４１からの光を第１の開口部２１に伝達する伝達光学系としての光ファイバ４２とを備えている。なお、光源部４１としては、キセノンランプの他にハロゲンランプ等であっても良い。伝達光学系４２としては、光ファイバを用いた構成の他、ミラーやレンズ等の光学素子を用いて構成しても良い。また光源部４１は、キセノンランプ４１１からの光量を制御するシャッタ機構４１２等を備えている。
【００２９】
また透過測定光学系４は、それからの光Ｌ２が、図３に示すように、試料Ｗに対して垂直（第１の開口部２１及び第２の開口部２２の対向方向、つまり試料表面の法線方向に沿って）に入射され、第1の開口部２１及び第２の開口部２２から外部に射出されるような位置関係で構成される。
【００３０】
これら反射測定光学系３及び透過測定光学系４は、演算制御装置８によって制御されて、反射測定用の光Ｌ１又は透過測定用の光Ｌ２が選択的に積分球２に照射されるように制御される。
【００３１】
反射部材５は、第２の開口部２２を開閉可能なものであり、反射測定に用いられる第１の反射部材５１（図２参照）と透過測定に用いられる第２の反射部材５２（図３参照）とを有する。これら反射部材５１、５２は、第２の開口部２２を向く面が積分球内面と同様、白色反射拡散面で構成された反射板である。
【００３２】
第１の反射部材５１は、図２に示すように、第２の開口部２２に対向して設けられて、当該第２の開口部２２全体を開放する開放位置Ｐ（図２（Ｃ）参照）及び第２の開口部２２の一部を塞ぐ中間位置Ｑ（図２（Ａ）、（Ｂ）参照）の間でスライド移動するように構成されている。この中間位置Ｑは、反射測定において、反射測定光学系３からの光Ｌ１を試料Ｗに照射させて当該試料Ｗからの正反射光Ｌ１１を積分球内に反射させる位置である。中間位置Ｑの具体例としては、例えば第２の開口部２２の半分を塞ぎ半分が開口する位置である。そして第１の反射部材５１は、後述する移動機構６によって前記開放位置Ｐ及び中間位置Ｑの間でスライド移動される。
【００３３】
また第２の反射部材５２は、図３に示すように、第２の開口部２２に対向して設けられて、当該第２の開口部２２全体を開放する開放位置Ｒ（図３（Ｃ）参照）及び第２の開口部２２全体を閉塞する閉塞位置Ｓ（図３（Ａ）、（Ｂ）参照）の間でスライド移動するように構成されている。そして第２の反射部材５２は、後述する移動機構６によって前記開放位置Ｒ及び閉塞位置Ｓの間でスライド移動される。
【００３４】
移動機構６は、前記第１の反射部材５１を開放位置Ｐ及び中間位置Ｑに選択的にスライド移動させる第１の移動機構６１と、前記第２の反射部材５２を開放位置Ｒ及び閉塞位置Ｓに選択的にスライド移動させる第２の移動機構６２とを有する。具体的な構成としては、図示しないが、ソレノイド等のアクチュエータと、前記反射部材５１、５２の各位置Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓを検出する複数の位置センサとを有する。このアクチュエータは、演算制御装置８によって制御されるものであり、位置センサからの位置検出信号を受信した演算制御装置８が、アクチュエータを駆動して所望の位置に第１の反射部材５１及び第２の反射部材５２を移動させる。
【００３５】
検出光学系７は、前記積分球２の受光用開口部２３に接続された光伝達部たる光ファイバ７１と、当該光ファイバ７１により伝達された光を分光する分光検出器７２とを備えている。この分光検出器７２により得られた各波長毎の光強度信号は演算制御装置８に出力される。なお、光伝達部としては、光ファイバを用いた構成の他、ミラーやレンズ等の光学素子を用いて構成しても良い。演算制御装置８は、得られた光強度信号を用いて、全光反射率（全反射光量）、拡散反射率（拡散反射光量）及び反射ヘイズ率、全光透過率（全光透過量）、拡散透過率（拡散反射光量）及び透過ヘイズ率等を算出する。なお、演算制御装置８は、以下に説明する分光分析装置１００の測定シーケンスを自動的に行うための測定用プログラムがメモリに格納されており、その測定シーケンスに基づいて、ＣＰＵ及び周辺機器が協働して、反射測定光学系３、透過測定光学系４及び移動機構６等を制御する。
【００３６】
次にヘイズ率測定を例とした本実施形態の分光分析装置１００の動作について図２及び図３を参照して説明する。
【００３７】
まず、積分球２の第１の開口部２１に設けられた閉塞部材９を移動機構１０により移動させて第１の開口部２１を閉塞するとともに、第２の開口部２２に設けられた第２の反射部材５２を第２の移動機構６２により閉塞位置Ｓに移動させて第２の開口部２２を閉塞する。なお、移動機構６及び移動機構１０は演算制御装置８により制御される。また演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号をバックグラウンド信号（暗電流信号）として記録する。なお、閉塞部材９は、透過測定光学系４の光源部４１に設けても良い。
【００３８】
その後、演算制御装置８は、閉塞部材９を移動させて第１の開口部２１を開放するとともに、第２の反射部材５２を開放位置Ｒに移動させて第２の開口部２２を開放する。そして反射測定又は透過測定を行う。以下、反射測定を行った後、透過測定を行う場合の測定シーケンスについて説明する。なお、これらを前後逆に行っても良い。
【００３９】
まず、図２の（Ａ）に示すように、積分球２の下部に反射率既知の標準試料Ｗｓ（例えばＢａｒｅ Ｓｉ）を配置して検出光学系７の反射測定用のリファレンス信号を取得する。このとき、第１の反射部材５１は、第１の移動機構６１によって開放位置Ｐ等の初期位置から中間位置Ｑに移動される。なお、初期位置が中間位置Ｑであれば第１の反射部材５１は移動されない。また、第１の反射部材５１が中間位置Ｑにある状態で第２の反射部材５２は開放位置Ｒにある。そして、この中間位置Ｑに移動された後に反射測定用光源部３１により反射測定用の光Ｌ１が第２の開口部２２から積分球２内に照射される。積分球２内に照射された光Ｌ１は、第１の開口部２１を通過して標準試料Ｗｓに照射されて正反射及び拡散反射する。正反射した光Ｌ１１は、第２の開口部２２の一部を塞いでいる第１の反射部材５１の反射拡散面に当たり積分球２内部に反射される。また拡散反射した光Ｌ１２は、積分球２内面で反射する。これらの光Ｌ１１、Ｌ１２は、受光用開口部２３を介して検出光学系７によって検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を反射測定用のリファレンス信号として記録する。
【００４０】
次に、図３の（Ａ）に示すように、積分球２の下部に何も配置しない状態（つまり標準試料Ｗｓが空気）で、検出光学系７の透過測定用のリファレンス信号を取得する。このとき、第１の反射部材５１は、第１の移動機構６１によって開放位置Ｐに移動されるとともに、第２の反射部材５２は、第２の移動機構６２によって開放位置Ｒから閉塞位置Ｓに移動される。そして、第２の反射部材５２が閉塞位置Ｓに移動された後に、透過測定用光源部４１により透過測定用の光Ｌ２が第１の開口部２１に向かって照射される。第１の開口部２１から積分球２内に照射された光は、第２の開口部２２を閉塞している第２の反射部材５２によって積分球２内部に反射される。この反射された光は積分球２内で反射して受光用開口部２３を介して検出光学系７によって検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を透過測定用のリファレンス信号として記録する。
【００４１】
次に、図２の（Ｂ）に示すように、積分球２の下部に測定対象試料である例えばＴＣＯ膜を有するガラス基板Ｗを配置して、全反射光量測定を行う。このとき、第１の反射部材５１は中間位置Ｑにある。そして、反射測定光学系３により反射測定用の光Ｌ１が、第１の反射部材５１により一部が開口した第２の開口部２２から積分球２内に照射される。積分球２内に照射された光Ｌ１は、第１の開口部２１を通過して測定対象試料Ｗに照射されて正反射及び拡散反射する。正反射した光Ｌ１１は、第２の開口部２２の一部を塞いでいる第１の反射部材５１の反射拡散面に当たり積分球２内部に反射される。また拡散反射した光Ｌ１２は、積分球２内面で反射する。これらの光Ｌ１１、Ｌ１２は、受光用開口部２３を介して分光光学系によって全反射光量（＝正反射光量＋拡散反射光量）として検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を全反射光量信号として記録する。
【００４２】
この全反射光量測定の後、図２の（Ｃ）に示すように、拡散反射光量測定を行う。このとき、第１の反射部材５１は、第１の移動機構６１によって中間位置Ｑから開放位置Ｐに移動される。そして、第１の反射部材５１が開放位置Ｐに移動された後、反射測定光学系３により反射測定用の光Ｌ１が第２の開口部２２から積分球２内に照射される。積分球２内に照射された光Ｌ１は、第１の開口部２１を通過して測定対象試料Ｗに照射されて正反射及び拡散反射する。正反射した光Ｌ１１は、第２の開口部２２から積分球２外部に出る。一方、拡散反射した光Ｌ１２は、積分球２内部で反射して、受光用開口部２３を介して検出光学系７によって拡散反射光量として検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を拡散反射光量信号として記録する。
【００４３】
以上の一連の反射測定により、全反射光量及び拡散反射光量を測定することができる。また演算制御装置８は、得られたバックグラウンド信号、反射測定用のリファレンス信号、全反射光量信号及び拡散反射光量信号を用いて、全光反射率（＝｛（全反射光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）、拡散反射光率（＝｛（拡散反射光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）、及び正反射光率（＝｛（全反射光量−拡散反射光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）を算出する。また演算制御装置８は、これら全光反射率及び拡散反射率を用いて反射ヘイズ率（＝（拡散反射光率／全光反射率）×１００）を算出する。さらに、演算制御装置８は、上記各値を光が照射された位置（Ｘ座標、Ｙ座標）と関連付けてメモリに記録する。
【００４４】
さらに演算制御装置８は、上記で測定した全反射光量及び拡散反射光量から正反射光量のスペクトルを演算して、当該正反射光量のスペクトルから試料Ｗに形成された膜（例えば透明導電膜）の膜厚を算出することもできる。このとき、演算制御装置８は、前記正反射光量のスペクトルにより得られた膜厚と、別の膜厚測定装置により得られた試料Ｗの膜厚との相関データを生成し、この相関データに基づいて、前記正反射光量のスペクトルにより得られた膜厚を補正することもできる。
【００４５】
次に、図３の（Ｂ）に示すように、積分球２の下部に測定対象試料である例えばＴＣＯ膜を有するガラス基板Ｗの全透過光量測定を行う。このとき、第２の反射部材５２は閉塞位置Ｓにある。そして、透過測定光学系４により透過測定用の光Ｌ２が、試料Ｗに対して積分球２とは反対側から第１の開口部２１に向かって照射される。透過測定用の光Ｌ２は試料Ｗを透過する際に正透過及び拡散透過する。正透過した光Ｌ２１は、第２の開口部２２全体を閉塞している第２の反射部材５２によって積分球２内部に反射される。また拡散透過した光Ｌ２２は、積分球２内面で反射する。これらの光Ｌ２１、Ｌ２２は、受光用開口部２３を介して検出光学系によって、全透過光量（＝正透過光量＋拡散透過光量）として検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を全透過光量信号として記録する。
【００４６】
この全透過光量測定後、図３の（Ｃ）に示すように、拡散反射光量測定を行う。このとき、第２の反射部材５２は、第２の移動機構６２によって、閉塞位置Ｓから開放位置Ｒに移動される。そして、第２の反射部材５２が開放位置Ｒに移動された後、透過測定光学系４により透過測定用の光Ｌ２が、試料Ｗに対して積分球２とは反対側から第１の開口部２１に向かって照射される。透過測定用の光Ｌ２は試料Ｗを透過する際に正透過及び拡散透過する。正透過した光Ｌ２１は、開放された第２の開口部２２から積分球２外部に出る。一方、拡散透過した光Ｌ２２は、積分球２内部で反射して、受光用開口部２３を介して検出光学系７によって拡散透過光量として検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を拡散透過光量信号として記録する。
【００４７】
以上の一連の透過測定により、全透過光量及び拡散透過光量を測定することができる。またこの全透過光量及び拡散透過光量の比（拡散透過光量／全透過光量）によって透過ヘイズ率を算出することができる。また演算制御装置８は、得られたバックグラウンド信号、透過測定用のリファレンス信号、全透過光量信号及び拡散透過光量信号を用いて、全光透過率（＝｛（全透過光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）、拡散透過光率（＝｛（拡散透過光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）、及び正透過光率（＝｛（全透過光量−拡散透過光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）を算出する。また演算制御装置８は、これら全光透過率及び拡散透過率を用いて透過ヘイズ率（＝（拡散透過光率／全光透過率）×１００）を算出する。さらに、演算制御装置８は、上記各値を光が照射された位置（Ｘ座標、Ｙ座標）と関連付けてメモリに記録する。
【００４８】
なお、以上の測定シーケンスにおいて、拡散反射光量を測定した後に全反射光量を測定するようにしても良いし、拡散透過光量を測定した後に全透過光量を測定するようにしても良い。その他、拡散反射光量、全反射光量、拡散透過光量及び全透過光量を測定する順番は適宜変更可能である。このように適宜変更が可能なのは、試料Ｗの移動をすることなく、第１の反射部材５１の位置及び第２の反射部材５２の位置（つまり第１の移動機構６１及び第２の移動機構６２の制御）及び反射測定光学系３、透過測定光学系４の動作（つまり光源部３１、４２内のシャッタ機構３１１、４１１等の制御）によって各測定項目の切り替えが可能とされているからである。
【００４９】
このように構成した本実施形態に係る分光分析装置１００によれば、１つの積分球２を用いて試料Ｗを移動させることなく、自動的に試料Ｗの全反射光量、拡散反射光量や反射ヘイズ率などの反射特性測定及び全透過光量、透過拡散光量や透過ヘイズ率などの透過特性測定を行うことができる。
【００５０】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態の光学測定装置は、反射測定及び透過測定を行い反射ヘイズ率及び透過ヘイズ率を測定するものであったが、反射測定のみを行い反射ヘイズ率を測定するものであっても良い。また、このとき、反射ヘイズ率を求めるときに測定した全反射光に基づいて、試料表面に形成された膜の膜厚を測定するものであっても良い。この場合、演算制御装置８は、検出光学系７により得られた全光反射光の反射スペクトルを膜厚フィッティングやフーリエ変換することにより、試料表面の膜厚を算出する。このように検出光学系７により得られた全光反射光を用いて膜厚を算出することにより、試料の全反射光率、正反射光率や反射ヘイズ率などの反射特性を個別に測定可能にするだけでなく、その全反射光を用いて試料の膜厚を算出することができる。また膜厚を算出する際に用いる全反射光が積分球を用いて得られたものであるため、光量ロスを防ぐことができ膜厚の測定精度を向上させることができる。
【００５１】
反射部材について前記実施形態では、開放位置及び中間位置の間をスライド移動する第１反射部材及び開放位置及び閉塞位置の間をスライド移動する第２反射部材を有するものであったが、単一の反射部材により構成しても良い。この場合、単一の反射部材は単一の移動機構により開放位置、中間位置及び閉塞位置の間を、各位置で停止可能にスライド移動する。
【００５２】
反射測定光学系について前記実施形態では、全反射光である第１反射光を測定する第１反射光測定光学系及び拡散反射光である第２反射光測定光学系を単一の反射測定光学系により構成しているが、図４に示すように、個別の光学系３ａ、３ｂとして構成しても良い。この場合、第１反射光測定光学系３ａは、それからの光が鉛直方向から傾斜して試料Ｗに照射されるように配置する。第２反射光測定光学系３ｂは、それからの光が鉛直方向に試料Ｗに照射されるように配置する。そして、全反射光量測定においては、第１反射光測定光学系３ａから光を試料Ｗに照射する（図４（Ａ）参照）とともに、拡散反射光量測定においては、第２反射光測定光学系３ｂから光を試料Ｗに照射する（図４（Ｂ）参照）。なお、積分球２には、第１開口部２１及び受光用開口部２３の他に、第１反射光測定光学系３ａ及び第２反射光測定光学系３ｂそれぞれに対応した開口部２４、２５が設けられている。
【００５３】
また反射測定光学系については、図５に示すように、単一の反射測定光学系３を用いて構成しても良い。この場合、積分球２には、入射用の開口部２６が設けられるとともに、試料Ｗにより正反射した光を外部に導出可能な導出用の開口部２７が設けられている。さらに開口部２７の外側には、当該開口部２７を開閉可能な反射部材５が設けられている。この反射部材５は移動機構（不図示）により開口部２７全体を閉塞する閉塞位置及び開口部２７全体を開放する開放位置の間でスライド移動する。そして、全反射光量測定においては、移動機構により反射部材５を閉塞位置に移動させて、反射測定光学系３により試料Ｗに光を照射する（図５（Ａ）参照）。一方、拡散反射光量測定においては、移動機構により反射部材５を開放位置に移動させて、反射測定光学系３により試料Ｗに光を照射する（図５（Ｂ）参照）。
【００５４】
また、第１の反射部材の中間位置は、反射測定用の光が積分球内に入射する程度に第２開口部が開いており、なおかつ、試料によって正反射した光が積分球内に反射される程度で第２の開口部の一部を塞いでいればよく、前記実施形態のように第２の開口部を半分閉塞した位置に限られない。
【００５５】
さらに、前記実施形態では試料を積分球の下部に配置する構成としているが、積分球の上部に配置する構成としても良い。その他、試料を積分球の側方に配置する構成としても良い。
【００５６】
加えて、前記実施形態で得られたヘイズ率を、他の分光光度計の測定値と関連付けて、その測定を相関補正するように構成しても良い。
【００５７】
その上、前記実施形態では受光用開口部及び検出光学系が１つの例を示したが、それらを複数組有するものであっても良い。また複数の受光用開口部を設け、その受光用開口部からの光を１つの検出光学系により検出するように構成しても良い。
【００５８】
さらに加えて、前記実施形態では、反射測定光学系及び透過測定光学系それぞれに光源部を設けているが、図６に示すように、両者光学系の光源部を共通として、伝達光学系により光源部からの光を切り換えて照射するように構成しても良い。
【００５９】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１００・・・分光分析装置（光学測定装置）
Ｗ ・・・試料
２ ・・・積分球
２１ ・・・第１の開口部
２２ ・・・第２の開口部
２３ ・・・受光用開口部
３ ・・・反射測定光学系
Ｌ１ ・・・反射測定用の光
４ ・・・透過測定光学系
Ｌ２ ・・・透過測定用の光
５１ ・・・第１の反射部材
Ｐ ・・・開放位置
Ｑ ・・・中間位置
５２ ・・・第２の反射部材
Ｒ ・・・開放位置
Ｓ ・・・閉塞位置
６１ ・・・第１の移動機構
６２ ・・・第２の移動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光分析装置などの光学測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、積分球を用いた光学特性測定装置としては、反射型のもの及び透過型のものがある。そして、反射型のものと透過型のものとを組み合わせることで、特許文献１、２に示すように、１つの光学特性測定装置において試料の反射特性及び透過特性を測定可能なものが考えられている。
【０００３】
特許文献１に示す光学特性測定装置は、積分球に第１開口、第２開口及び第３開口が設けられている。そして、反射特性測定時には、第１開口に試料が配置されるとともに、第２開口及び第３開口からそれぞれ反射光及び拡散光を受光するように構成されている。一方、透過特性測定時には、第３開口に試料が配置されるとともに、第２開口及び第３開口からそれぞれ透過光及び拡散光を受光するように構成されている。
【０００４】
特許文献２に示す光学特性測定装置は、２つの積分球の間に試料を配置して、それら２つの積分球それぞれに検出器を設けたものである。そして、入射側の積分球で全反射光を検出し、反対側の積分球で全透過光を検出するように構成されている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２のものでは、全反射光量及び全透過光量のみを検出することを意図したものであり、全反射光量以外の測定項目、例えば拡散反射光や反射ヘイズ率を測定することは意図していない。
【０００６】
さらに従来、特許文献３に示すように、積分球を用いて膜厚を測定する場合もあったが、この例でもヘイズ率を測定することは意図されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２４３５５０号公報
【特許文献２】特開平６−２０１５８１号公報
【特許文献３】特開２００６−２１４９３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、試料の全反射光のみならず、拡散反射光や反射ヘイズ率などの反射特性を個別に測定（算出）可能にし、この特徴を活かして試料の膜厚を算出することができることをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明に係る光学測定装置は、試料に光を照射して当該試料からの第１反射光を積分球により集光させる第１反射光測定光学系と、前記試料に光を照射して当該試料からの第２反射光を前記積分球により集光させる第２反射光測定光学系と、前記積分球により集光された光を検出する検出光学系とを備え、前記第１反射光測定光学系及び前記検出光学系により得られた第１反射光と前記第２反射光測定光学系及び前記検出光学系により得られた第２反射光とに基づいて全反射光及び拡散反射光を求め、当該全反射光及び拡散反射光から反射ヘイズ率を算出するとともに、前記全反射光から前記試料の膜厚を算出することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、第１反射光及び第２反射光から全反射光及び拡散反射光を求めることにより、試料の全反射光率や反射ヘイズ率などの反射特性を個別に測定可能にするだけでなく、その全反射光を用いて試料の膜厚を算出することができる。また膜厚を算出する際に用いる全反射光が積分球を用いて得られたものであるため、光量ロスを防ぐことができ膜厚の測定精度を向上させることもできる。
【００１１】
ここで前記第１反射光が全反射光そのものであり、前記第２反射光が拡散反射光そのものであれば、第１反射光及び第２反射光から全反射光及び拡散反射光を算出する手間を省くことができる。なお、前記第１反射光が正反射光であり、前記第２反射光が拡散反射光である場合には、第１反射光及び第２反射光を足し合わせることにより全反射光を求めることができる。
【００１２】
また、前記積分球が、試料を臨む位置に設けられた第１の開口部、当該第１の開口部と対向する位置に設けられた第２の開口部を有し、前記第１反射光測定光学系及び前記第２反射光測定光学系が、前記第２の開口部から前記第１の開口部を介して、前記試料に反射測定用の光を照射する共通の反射測定光学系からなり、前記第２の開口部を開閉可能な第１の反射部材をさらに備え、前記第１の反射部材が、反射測定において、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部の一部を塞ぎ、前記反射測定光学系からの光を前記試料に照射させて当該試料からの正反射光を積分球内に反射させる中間位置の間で移動可能であることが望ましい。これならば、第１反射光測定光学系及び第２反射光測定光学系を共通化して測定誤差発生の要因を減らし、また装置構成を簡略化することができるだけでなく、反射測定において、反射部材を開放位置及び中間位置の間で移動させることで、試料の反射特性を測定することができる。また、試料に対して、積分球とは反対側から第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射し、この際反射部材で第２の開口部を開閉することによって試料の透過測定を測定することができる。つまり、本発明は、従来の透過測定に用いられていた積分球を利用して反射測定を行うことができるようになる。したがって、１つの積分球を用いて試料を移動させることなく、反射測定及び透過測定を行うことができるようになる。
【００１３】
具体的に１つの試料を移動させることなく反射測定及び透過測定の両方を測定できるようにするためには、前記試料に対して、前記積分球とは反対側から前記第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射する透過測定光学系と、前記第２の開口部を開閉可能な第２の反射部材とをさらに備え、前記第２の反射部材が、透過測定において、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部全体を閉塞する閉塞位置の間で移動可能であることが望ましい。
【００１４】
前記反射部材を自動的に移動させることによって試料の各測定項目を１つのシーケンスとして取得可能にするとともに、ユーザの負担を軽減するためには、前記第１の反射部材を移動させる第１の移動機構と、前記第２の反射部材を移動させる第２の移動機構とを備えており、前記第１の移動機構が、反射測定において、前記第１の反射部材を前記開放位置及び前記中間位置の間で移動させるとともに、前記第２の移動機構が、透過測定において、前記第２の反射部材を前記開放位置及び前記閉塞位置の間で移動させるものであることが望ましい。このとき、前記試料の反射測定及び透過測定を連続した１つのシーケンスとして行うことで、反射測定及び透過測定を全自動で測定できるようになる。
【００１５】
なお、第1の反射部材、第2の反射部材、第1の移動機構、第2の移動機構と便宜上呼んでいるが、これらは、単一の反射部材や移動機構又は別々の反射部材や移動機構で構成される場合も含む。
【００１６】
本発明の光学測定装置を、高速測定を可能にしたものとするためには、前記反射測定において、全反射光率、拡散反射光率、反射ヘイズ率及び膜厚の測定を行うものであり、前記透過測定において、全透過光率、拡散透過光率及び透過ヘイズ率の測定を行うものであることが望ましい。
【００１７】
前記光学測定装置において試料の反射ヘイズ率を測定するための反射部材の具体的な位置態様としては、前記反射測定において、全光反射率を測定する際に、前記反射部材が中間位置にあり、拡散反射光率を測定する際に、前記反射部材が開放位置にあることが望ましい。
【００１８】
また、本発明に係る光学測定方法としては、試料を臨む位置に設けられた第１の開口部、当該第１の開口部と対向する位置に設けられた第２の開口部、及びそれら開口部とは異なる位置に設けられた受光用開口部を有する積分球と、前記第２の開口部から前記第１の開口部を介して、前記試料に反射測定用の光を照射する反射測定光学系と、前記試料に対して、前記積分球とは反対側から前記第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射する透過測定光学系と、前記第２の開口部を開閉可能な反射部材とを備えた光学測定装置を用いた光学測定方法であって、反射測定において、前記反射部材を、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部の一部を塞ぎ、前記反射測定光学系からの光を前記試料に照射させて当該試料からの正反射光を積分球内に反射させる中間位置の間で移動させ、透過測定において、前記反射部材を、前記開放位置、及び前記第２の開口部全体を閉塞する閉塞位置の間で移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
このように構成した本発明によれば、試料の全反射光のみならず、拡散反射光や反射ヘイズ率などの反射特性を個別に測定（算出）可能にし、この特徴を活かして試料の膜厚を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の光学測定装置の構成を概略的に示す図。
【図２】同実施形態の反射測定を示す模式図。
【図３】同実施形態の透過測定を示す模式図。
【図４】変形実施形態の光学測定装置の構成及び測定方法を概略的に示す図。
【図５】変形実施形態の光学測定装置の構成及び測定方法を概略的に示す図。
【図６】変形実施形態の光学測定装置の構成を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る光学測定装置の一例として分光分析装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係る分光分析装置１００は、例えば太陽電池パネル等を構成する透明導電膜（例えばＴＣＯ膜）を有するガラス基板や半導体基板において、当該透明導電膜の透過特性及び反射特性を測定するものである。
【００２３】
具体的にこのものは、図１に示すように、試料Ｗの上部に設けられた積分球２と、試料Ｗに反射測定用の光Ｌ１を照射する反射測定光学系３と、試料Ｗに対して透過測定用の光Ｌ２を照射する透過測定光学系４と、反射部材５と、この反射部材５を移動させる移動機構６と、積分球内の光を検出する検出光学系７とを具備する。なお、本実施形態の分光分析装置１００は、試料Ｗが載置されたステージ（不図示）に対して少なくとも水平方向（ＸＹ平面上）に相対移動可能に構成されている。なお、符号Ｈは、積分球２を収容する暗箱である。
【００２４】
以下、各部２〜７について具体的に説明する。
【００２５】
積分球２は、球内面が白色拡散反射面で構成されており、球外から球内に入射した光束を多重反射するものである。具体的に積分球２は、図１に示すように、試料表面の直上に配置されており、当該下部に試料表面（本実施形態では透明導電膜を有する面）を臨むように第１の開口部２１が形成されている。そして、当該第１の開口部２１と対向する位置（積分球２の上部）に第２の開口部２２が設けられている。また、第１の開口部２１及び第２の開口部２２とは異なる位置に受光用開口部２３が形成されている。本実施形態の受光用開口部２３は、前記第１の開口部２１及び第２の開口部２２の対向方向と直交する位置（具体的には積分球２の側方部）に設けられている。この受光用開口部２３には、後述する分光検出器７２に光を伝達するための光伝達素子である光ファイバ７１が接続されている。このように構成された積分球２は従来の透過測定に用いられている積分球と同様の構成である。なお、受光用開口部２３の位置は、直交する位置に限られず適宜設定可能である。
【００２６】
反射測定光学系３は、図１及び図２に示すように、第２の開口部２２から第１の開口部２１を介して試料Ｗに反射測定用の光Ｌ１を照射するものである。具体的に反射測定光学系３は、積分球２の第２の開口部２２から第１の開口部２１に向かって反射測定用の光Ｌ１を照射するものであり、キセノンランプ３１１を有する光源部３１と、当該光源部３１からの光を第２に開口部２２に伝達する伝達光学系としての光ファイバ３２とを備えている。なお、光源部３１としては、キセノンランプの他にハロゲンランプ等であっても良い。伝達光学系３２としては、光ファイバを用いた構成の他、ミラーやレンズ等の光学素子を用いて構成しても良い。また光源部３１は、キセノンランプ３１１からの光量を制御するシャッタ機構３１２等を備えている。
【００２７】
また反射測定光学系３により第２の開口部２２から積分球２に入射する光Ｌ１の光軸は、図２に示すように、鉛直方向（第１の開口部２１及び第２の開口部２２の対向方向、つまり試料表面の法線方向）から若干傾斜している。これにより反射測定用の光Ｌ１は、試料表面で正反射して生じる正反射光が第２の開口部２２から導出されるとともに再度光源３側に戻らないような位置関係で入射される。
【００２８】
透過測定光学系４は、図１及び図３に示すように、試料Ｗに対して、積分球２とは反対側（試料裏面側）から第１の開口部２１に向かって透過測定用の光Ｌ２を照射するものであり、前記反射測定光学系３と同様に、キセノンランプ４１１を有する光源部４１と、当該光源部４１からの光を第１の開口部２１に伝達する伝達光学系としての光ファイバ４２とを備えている。なお、光源部４１としては、キセノンランプの他にハロゲンランプ等であっても良い。伝達光学系４２としては、光ファイバを用いた構成の他、ミラーやレンズ等の光学素子を用いて構成しても良い。また光源部４１は、キセノンランプ４１１からの光量を制御するシャッタ機構４１２等を備えている。
【００２９】
また透過測定光学系４は、それからの光Ｌ２が、図３に示すように、試料Ｗに対して垂直（第１の開口部２１及び第２の開口部２２の対向方向、つまり試料表面の法線方向に沿って）に入射され、第1の開口部２１及び第２の開口部２２から外部に射出されるような位置関係で構成される。
【００３０】
これら反射測定光学系３及び透過測定光学系４は、演算制御装置８によって制御されて、反射測定用の光Ｌ１又は透過測定用の光Ｌ２が選択的に積分球２に照射されるように制御される。
【００３１】
反射部材５は、第２の開口部２２を開閉可能なものであり、反射測定に用いられる第１の反射部材５１（図２参照）と透過測定に用いられる第２の反射部材５２（図３参照）とを有する。これら反射部材５１、５２は、第２の開口部２２を向く面が積分球内面と同様、白色反射拡散面で構成された反射板である。
【００３２】
第１の反射部材５１は、図２に示すように、第２の開口部２２に対向して設けられて、当該第２の開口部２２全体を開放する開放位置Ｐ（図２（Ｃ）参照）及び第２の開口部２２の一部を塞ぐ中間位置Ｑ（図２（Ａ）、（Ｂ）参照）の間でスライド移動するように構成されている。この中間位置Ｑは、反射測定において、反射測定光学系３からの光Ｌ１を試料Ｗに照射させて当該試料Ｗからの正反射光Ｌ１１を積分球内に反射させる位置である。中間位置Ｑの具体例としては、例えば第２の開口部２２の半分を塞ぎ半分が開口する位置である。そして第１の反射部材５１は、後述する移動機構６によって前記開放位置Ｐ及び中間位置Ｑの間でスライド移動される。
【００３３】
また第２の反射部材５２は、図３に示すように、第２の開口部２２に対向して設けられて、当該第２の開口部２２全体を開放する開放位置Ｒ（図３（Ｃ）参照）及び第２の開口部２２全体を閉塞する閉塞位置Ｓ（図３（Ａ）、（Ｂ）参照）の間でスライド移動するように構成されている。そして第２の反射部材５２は、後述する移動機構６によって前記開放位置Ｒ及び閉塞位置Ｓの間でスライド移動される。
【００３４】
移動機構６は、前記第１の反射部材５１を開放位置Ｐ及び中間位置Ｑに選択的にスライド移動させる第１の移動機構６１と、前記第２の反射部材５２を開放位置Ｒ及び閉塞位置Ｓに選択的にスライド移動させる第２の移動機構６２とを有する。具体的な構成としては、図示しないが、ソレノイド等のアクチュエータと、前記反射部材５１、５２の各位置Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓを検出する複数の位置センサとを有する。このアクチュエータは、演算制御装置８によって制御されるものであり、位置センサからの位置検出信号を受信した演算制御装置８が、アクチュエータを駆動して所望の位置に第１の反射部材５１及び第２の反射部材５２を移動させる。
【００３５】
検出光学系７は、前記積分球２の受光用開口部２３に接続された光伝達部たる光ファイバ７１と、当該光ファイバ７１により伝達された光を分光する分光検出器７２とを備えている。この分光検出器７２により得られた各波長毎の光強度信号は演算制御装置８に出力される。なお、光伝達部としては、光ファイバを用いた構成の他、ミラーやレンズ等の光学素子を用いて構成しても良い。演算制御装置８は、得られた光強度信号を用いて、全光反射率（全反射光量）、拡散反射率（拡散反射光量）及び反射ヘイズ率、全光透過率（全光透過量）、拡散透過率（拡散反射光量）及び透過ヘイズ率等を算出する。なお、演算制御装置８は、以下に説明する分光分析装置１００の測定シーケンスを自動的に行うための測定用プログラムがメモリに格納されており、その測定シーケンスに基づいて、ＣＰＵ及び周辺機器が協働して、反射測定光学系３、透過測定光学系４及び移動機構６等を制御する。
【００３６】
次にヘイズ率測定を例とした本実施形態の分光分析装置１００の動作について図２及び図３を参照して説明する。
【００３７】
まず、積分球２の第１の開口部２１に設けられた閉塞部材９を移動機構１０により移動させて第１の開口部２１を閉塞するとともに、第２の開口部２２に設けられた第２の反射部材５２を第２の移動機構６２により閉塞位置Ｓに移動させて第２の開口部２２を閉塞する。なお、移動機構６及び移動機構１０は演算制御装置８により制御される。また演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号をバックグラウンド信号（暗電流信号）として記録する。なお、閉塞部材９は、透過測定光学系４の光源部４１に設けても良い。
【００３８】
その後、演算制御装置８は、閉塞部材９を移動させて第１の開口部２１を開放するとともに、第２の反射部材５２を開放位置Ｒに移動させて第２の開口部２２を開放する。そして反射測定又は透過測定を行う。以下、反射測定を行った後、透過測定を行う場合の測定シーケンスについて説明する。なお、これらを前後逆に行っても良い。
【００３９】
まず、図２の（Ａ）に示すように、積分球２の下部に反射率既知の標準試料Ｗｓ（例えばＢａｒｅ Ｓｉ）を配置して検出光学系７の反射測定用のリファレンス信号を取得する。このとき、第１の反射部材５１は、第１の移動機構６１によって開放位置Ｐ等の初期位置から中間位置Ｑに移動される。なお、初期位置が中間位置Ｑであれば第１の反射部材５１は移動されない。また、第１の反射部材５１が中間位置Ｑにある状態で第２の反射部材５２は開放位置Ｒにある。そして、この中間位置Ｑに移動された後に反射測定用光源部３１により反射測定用の光Ｌ１が第２の開口部２２から積分球２内に照射される。積分球２内に照射された光Ｌ１は、第１の開口部２１を通過して標準試料Ｗｓに照射されて正反射及び拡散反射する。正反射した光Ｌ１１は、第２の開口部２２の一部を塞いでいる第１の反射部材５１の反射拡散面に当たり積分球２内部に反射される。また拡散反射した光Ｌ１２は、積分球２内面で反射する。これらの光Ｌ１１、Ｌ１２は、受光用開口部２３を介して検出光学系７によって検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を反射測定用のリファレンス信号として記録する。
【００４０】
次に、図３の（Ａ）に示すように、積分球２の下部に何も配置しない状態（つまり標準試料Ｗｓが空気）で、検出光学系７の透過測定用のリファレンス信号を取得する。このとき、第１の反射部材５１は、第１の移動機構６１によって開放位置Ｐに移動されるとともに、第２の反射部材５２は、第２の移動機構６２によって開放位置Ｒから閉塞位置Ｓに移動される。そして、第２の反射部材５２が閉塞位置Ｓに移動された後に、透過測定用光源部４１により透過測定用の光Ｌ２が第１の開口部２１に向かって照射される。第１の開口部２１から積分球２内に照射された光は、第２の開口部２２を閉塞している第２の反射部材５２によって積分球２内部に反射される。この反射された光は積分球２内で反射して受光用開口部２３を介して検出光学系７によって検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を透過測定用のリファレンス信号として記録する。
【００４１】
次に、図２の（Ｂ）に示すように、積分球２の下部に測定対象試料である例えばＴＣＯ膜を有するガラス基板Ｗを配置して、全反射光量測定を行う。このとき、第１の反射部材５１は中間位置Ｑにある。そして、反射測定光学系３により反射測定用の光Ｌ１が、第１の反射部材５１により一部が開口した第２の開口部２２から積分球２内に照射される。積分球２内に照射された光Ｌ１は、第１の開口部２１を通過して測定対象試料Ｗに照射されて正反射及び拡散反射する。正反射した光Ｌ１１は、第２の開口部２２の一部を塞いでいる第１の反射部材５１の反射拡散面に当たり積分球２内部に反射される。また拡散反射した光Ｌ１２は、積分球２内面で反射する。これらの光Ｌ１１、Ｌ１２は、受光用開口部２３を介して分光光学系によって全反射光量（＝正反射光量＋拡散反射光量）として検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を全反射光量信号として記録する。
【００４２】
この全反射光量測定の後、図２の（Ｃ）に示すように、拡散反射光量測定を行う。このとき、第１の反射部材５１は、第１の移動機構６１によって中間位置Ｑから開放位置Ｐに移動される。そして、第１の反射部材５１が開放位置Ｐに移動された後、反射測定光学系３により反射測定用の光Ｌ１が第２の開口部２２から積分球２内に照射される。積分球２内に照射された光Ｌ１は、第１の開口部２１を通過して測定対象試料Ｗに照射されて正反射及び拡散反射する。正反射した光Ｌ１１は、第２の開口部２２から積分球２外部に出る。一方、拡散反射した光Ｌ１２は、積分球２内部で反射して、受光用開口部２３を介して検出光学系７によって拡散反射光量として検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を拡散反射光量信号として記録する。
【００４３】
以上の一連の反射測定により、全反射光量及び拡散反射光量を測定することができる。また演算制御装置８は、得られたバックグラウンド信号、反射測定用のリファレンス信号、全反射光量信号及び拡散反射光量信号を用いて、全光反射率（＝｛（全反射光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）、拡散反射光率（＝｛（拡散反射光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）、及び正反射光率（＝｛（全反射光量−拡散反射光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）を算出する。また演算制御装置８は、これら全光反射率及び拡散反射率を用いて反射ヘイズ率（＝（拡散反射光率／全光反射率）×１００）を算出する。さらに、演算制御装置８は、上記各値を光が照射された位置（Ｘ座標、Ｙ座標）と関連付けてメモリに記録する。
【００４４】
さらに演算制御装置８は、上記で測定した全反射光量及び拡散反射光量から正反射光量のスペクトルを演算して、当該正反射光量のスペクトルから試料Ｗに形成された膜（例えば透明導電膜）の膜厚を算出することもできる。このとき、演算制御装置８は、前記正反射光量のスペクトルにより得られた膜厚と、別の膜厚測定装置により得られた試料Ｗの膜厚との相関データを生成し、この相関データに基づいて、前記正反射光量のスペクトルにより得られた膜厚を補正することもできる。
【００４５】
次に、図３の（Ｂ）に示すように、積分球２の下部に測定対象試料である例えばＴＣＯ膜を有するガラス基板Ｗの全透過光量測定を行う。このとき、第２の反射部材５２は閉塞位置Ｓにある。そして、透過測定光学系４により透過測定用の光Ｌ２が、試料Ｗに対して積分球２とは反対側から第１の開口部２１に向かって照射される。透過測定用の光Ｌ２は試料Ｗを透過する際に正透過及び拡散透過する。正透過した光Ｌ２１は、第２の開口部２２全体を閉塞している第２の反射部材５２によって積分球２内部に反射される。また拡散透過した光Ｌ２２は、積分球２内面で反射する。これらの光Ｌ２１、Ｌ２２は、受光用開口部２３を介して検出光学系によって、全透過光量（＝正透過光量＋拡散透過光量）として検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を全透過光量信号として記録する。
【００４６】
この全透過光量測定後、図３の（Ｃ）に示すように、拡散反射光量測定を行う。このとき、第２の反射部材５２は、第２の移動機構６２によって、閉塞位置Ｓから開放位置Ｒに移動される。そして、第２の反射部材５２が開放位置Ｒに移動された後、透過測定光学系４により透過測定用の光Ｌ２が、試料Ｗに対して積分球２とは反対側から第１の開口部２１に向かって照射される。透過測定用の光Ｌ２は試料Ｗを透過する際に正透過及び拡散透過する。正透過した光Ｌ２１は、開放された第２の開口部２２から積分球２外部に出る。一方、拡散透過した光Ｌ２２は、積分球２内部で反射して、受光用開口部２３を介して検出光学系７によって拡散透過光量として検出される。演算制御装置８は、このとき検出光学系７により得られた光強度信号を拡散透過光量信号として記録する。
【００４７】
以上の一連の透過測定により、全透過光量及び拡散透過光量を測定することができる。またこの全透過光量及び拡散透過光量の比（拡散透過光量／全透過光量）によって透過ヘイズ率を算出することができる。また演算制御装置８は、得られたバックグラウンド信号、透過測定用のリファレンス信号、全透過光量信号及び拡散透過光量信号を用いて、全光透過率（＝｛（全透過光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）、拡散透過光率（＝｛（拡散透過光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）、及び正透過光率（＝｛（全透過光量−拡散透過光量−バックグラウンド光量）／（リファレンス光量−バックグラウンド光量）｝×１００）を算出する。また演算制御装置８は、これら全光透過率及び拡散透過率を用いて透過ヘイズ率（＝（拡散透過光率／全光透過率）×１００）を算出する。さらに、演算制御装置８は、上記各値を光が照射された位置（Ｘ座標、Ｙ座標）と関連付けてメモリに記録する。
【００４８】
なお、以上の測定シーケンスにおいて、拡散反射光量を測定した後に全反射光量を測定するようにしても良いし、拡散透過光量を測定した後に全透過光量を測定するようにしても良い。その他、拡散反射光量、全反射光量、拡散透過光量及び全透過光量を測定する順番は適宜変更可能である。このように適宜変更が可能なのは、試料Ｗの移動をすることなく、第１の反射部材５１の位置及び第２の反射部材５２の位置（つまり第１の移動機構６１及び第２の移動機構６２の制御）及び反射測定光学系３、透過測定光学系４の動作（つまり光源部３１、４２内のシャッタ機構３１１、４１１等の制御）によって各測定項目の切り替えが可能とされているからである。
【００４９】
このように構成した本実施形態に係る分光分析装置１００によれば、１つの積分球２を用いて試料Ｗを移動させることなく、自動的に試料Ｗの全反射光量、拡散反射光量や反射ヘイズ率などの反射特性測定及び全透過光量、透過拡散光量や透過ヘイズ率などの透過特性測定を行うことができる。
【００５０】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態の光学測定装置は、反射測定及び透過測定を行い反射ヘイズ率及び透過ヘイズ率を測定するものであったが、反射測定のみを行い反射ヘイズ率を測定するものであっても良い。また、このとき、反射ヘイズ率を求めるときに測定した全反射光に基づいて、試料表面に形成された膜の膜厚を測定するものであっても良い。この場合、演算制御装置８は、検出光学系７により得られた全光反射光の反射スペクトルを膜厚フィッティングやフーリエ変換することにより、試料表面の膜厚を算出する。このように検出光学系７により得られた全光反射光を用いて膜厚を算出することにより、試料の全反射光率、正反射光率や反射ヘイズ率などの反射特性を個別に測定可能にするだけでなく、その全反射光を用いて試料の膜厚を算出することができる。また膜厚を算出する際に用いる全反射光が積分球を用いて得られたものであるため、光量ロスを防ぐことができ膜厚の測定精度を向上させることができる。
【００５１】
反射部材について前記実施形態では、開放位置及び中間位置の間をスライド移動する第１反射部材及び開放位置及び閉塞位置の間をスライド移動する第２反射部材を有するものであったが、単一の反射部材により構成しても良い。この場合、単一の反射部材は単一の移動機構により開放位置、中間位置及び閉塞位置の間を、各位置で停止可能にスライド移動する。
【００５２】
反射測定光学系について前記実施形態では、全反射光である第１反射光を測定する第１反射光測定光学系及び拡散反射光である第２反射光測定光学系を単一の反射測定光学系により構成しているが、図４に示すように、個別の光学系３ａ、３ｂとして構成しても良い。この場合、第１反射光測定光学系３ａは、それからの光が鉛直方向から傾斜して試料Ｗに照射されるように配置する。第２反射光測定光学系３ｂは、それからの光が鉛直方向に試料Ｗに照射されるように配置する。そして、全反射光量測定においては、第１反射光測定光学系３ａから光を試料Ｗに照射する（図４（Ａ）参照）とともに、拡散反射光量測定においては、第２反射光測定光学系３ｂから光を試料Ｗに照射する（図４（Ｂ）参照）。なお、積分球２には、第１開口部２１及び受光用開口部２３の他に、第１反射光測定光学系３ａ及び第２反射光測定光学系３ｂそれぞれに対応した開口部２４、２５が設けられている。
【００５３】
また反射測定光学系については、図５に示すように、単一の反射測定光学系３を用いて構成しても良い。この場合、積分球２には、入射用の開口部２６が設けられるとともに、試料Ｗにより正反射した光を外部に導出可能な導出用の開口部２７が設けられている。さらに開口部２７の外側には、当該開口部２７を開閉可能な反射部材５が設けられている。この反射部材５は移動機構（不図示）により開口部２７全体を閉塞する閉塞位置及び開口部２７全体を開放する開放位置の間でスライド移動する。そして、全反射光量測定においては、移動機構により反射部材５を閉塞位置に移動させて、反射測定光学系３により試料Ｗに光を照射する（図５（Ａ）参照）。一方、拡散反射光量測定においては、移動機構により反射部材５を開放位置に移動させて、反射測定光学系３により試料Ｗに光を照射する（図５（Ｂ）参照）。
【００５４】
また、第１の反射部材の中間位置は、反射測定用の光が積分球内に入射する程度に第２開口部が開いており、なおかつ、試料によって正反射した光が積分球内に反射される程度で第２の開口部の一部を塞いでいればよく、前記実施形態のように第２の開口部を半分閉塞した位置に限られない。
【００５５】
さらに、前記実施形態では試料を積分球の下部に配置する構成としているが、積分球の上部に配置する構成としても良い。その他、試料を積分球の側方に配置する構成としても良い。
【００５６】
加えて、前記実施形態で得られたヘイズ率を、他の分光光度計の測定値と関連付けて、その測定を相関補正するように構成しても良い。
【００５７】
その上、前記実施形態では受光用開口部及び検出光学系が１つの例を示したが、それらを複数組有するものであっても良い。また複数の受光用開口部を設け、その受光用開口部からの光を１つの検出光学系により検出するように構成しても良い。
【００５８】
さらに加えて、前記実施形態では、反射測定光学系及び透過測定光学系それぞれに光源部を設けているが、図６に示すように、両者光学系の光源部を共通として、伝達光学系により光源部からの光を切り換えて照射するように構成しても良い。
【００５９】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１００・・・分光分析装置（光学測定装置）
Ｗ ・・・試料
２ ・・・積分球
２１ ・・・第１の開口部
２２ ・・・第２の開口部
２３ ・・・受光用開口部
３ ・・・反射測定光学系
Ｌ１ ・・・反射測定用の光
４ ・・・透過測定光学系
Ｌ２ ・・・透過測定用の光
５１ ・・・第１の反射部材
Ｐ ・・・開放位置
Ｑ ・・・中間位置
５２ ・・・第２の反射部材
Ｒ ・・・開放位置
Ｓ ・・・閉塞位置
６１ ・・・第１の移動機構
６２ ・・・第２の移動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に光を照射して当該試料からの第１反射光を積分球により集光させる第１反射光測定光学系と、
前記試料に光を照射して当該試料からの第２反射光を前記積分球により集光させる第２反射光測定光学系と、
前記積分球により集光された光を検出する検出光学系とを備え、
前記第１反射光測定光学系及び前記検出光学系により得られた第１反射光と前記第２反射光測定光学系及び前記検出光学系により得られた第２反射光とに基づいて全反射光及び拡散反射光を求め、当該全反射光及び拡散反射光から反射ヘイズ率を算出するとともに、前記全反射光から前記試料の膜厚を算出することを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
前記第１反射光が全反射光であり、前記第２反射光が拡散反射光である請求項１記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記積分球が、試料を臨む位置に設けられた第１の開口部、当該第１の開口部と対向する位置に設けられた第２の開口部を有し、
前記第１反射光測定光学系及び前記第２反射光測定光学系が、前記第２の開口部から前記第１の開口部を介して、前記試料に反射測定用の光を照射する共通の反射測定光学系からなり、
前記第２の開口部を開閉可能な第１の反射部材をさらに備え、
前記第１の反射部材が、反射測定において、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部の一部を塞ぎ、前記反射測定光学系からの光を前記試料に照射させて当該試料からの正反射光を積分球内に反射させる中間位置の間で移動可能である請求項１又は２記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記試料に対して、前記積分球とは反対側から前記第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射する透過測定光学系と、
前記第２の開口部を開閉可能な第２の反射部材とをさらに備え、
前記第２の反射部材が、透過測定において、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部全体を閉塞する閉塞位置の間で移動可能である請求項３記載の光学測定装置。
【請求項５】
前記試料の反射測定及び透過測定を連続して行うものである請求項３又は４記載の光学測定装置。
【請求項６】
前記反射測定において、全反射光率、拡散反射光率及び反射ヘイズ率の測定を行うものであり、前記透過測定において、全透過光率、拡散透過光率及び透過ヘイズ率の測定を行うものである請求項３、４又は５記載の光学測定装置。
【請求項７】
前記反射測定において、全光反射率を測定する際に、前記第１の反射部材が中間位置にあり、拡散反射光率を測定する際に、前記第１の反射部材が開放位置にある請求項２、３、４又は５記載の光学測定装置。
【請求項８】
試料を臨む位置に設けられた第１の開口部、当該第１の開口部と対向する位置に設けられた第２の開口部、及びそれら開口部とは異なる位置に設けられた受光用開口部を有する積分球と、前記第２の開口部から前記第１の開口部を介して、前記試料に反射測定用の光を照射する反射測定光学系と、前記試料に対して、前記積分球とは反対側から前記第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射する透過測定光学系と、前記第２の開口部を開閉可能な反射部材とを備えた光学測定装置を用いた光学測定方法であって、
反射測定において、前記反射部材を、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部の一部を塞ぎ、前記反射測定光学系からの光を前記試料に照射させて当該試料からの正反射光を積分球内に反射させる中間位置の間で移動させ、
透過測定において、前記反射部材を、前記開放位置、及び前記第２の開口部全体を閉塞する閉塞位置の間で移動させることを特徴とする光学測定方法。
【請求項１】
試料に光を照射して当該試料からの第１反射光を積分球により集光させる第１反射光測定光学系と、
前記試料に光を照射して当該試料からの第２反射光を前記積分球により集光させる第２反射光測定光学系と、
前記積分球により集光された光を検出する検出光学系とを備え、
前記第１反射光測定光学系及び前記検出光学系により得られた第１反射光と前記第２反射光測定光学系及び前記検出光学系により得られた第２反射光とに基づいて全反射光及び拡散反射光を求め、当該全反射光及び拡散反射光から反射ヘイズ率を算出するとともに、前記全反射光から前記試料の膜厚を算出することを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
前記第１反射光が全反射光であり、前記第２反射光が拡散反射光である請求項１記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記積分球が、試料を臨む位置に設けられた第１の開口部、当該第１の開口部と対向する位置に設けられた第２の開口部を有し、
前記第１反射光測定光学系及び前記第２反射光測定光学系が、前記第２の開口部から前記第１の開口部を介して、前記試料に反射測定用の光を照射する共通の反射測定光学系からなり、
前記第２の開口部を開閉可能な第１の反射部材をさらに備え、
前記第１の反射部材が、反射測定において、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部の一部を塞ぎ、前記反射測定光学系からの光を前記試料に照射させて当該試料からの正反射光を積分球内に反射させる中間位置の間で移動可能である請求項１又は２記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記試料に対して、前記積分球とは反対側から前記第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射する透過測定光学系と、
前記第２の開口部を開閉可能な第２の反射部材とをさらに備え、
前記第２の反射部材が、透過測定において、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部全体を閉塞する閉塞位置の間で移動可能である請求項３記載の光学測定装置。
【請求項５】
前記試料の反射測定及び透過測定を連続して行うものである請求項３又は４記載の光学測定装置。
【請求項６】
前記反射測定において、全反射光率、拡散反射光率及び反射ヘイズ率の測定を行うものであり、前記透過測定において、全透過光率、拡散透過光率及び透過ヘイズ率の測定を行うものである請求項３、４又は５記載の光学測定装置。
【請求項７】
前記反射測定において、全光反射率を測定する際に、前記第１の反射部材が中間位置にあり、拡散反射光率を測定する際に、前記第１の反射部材が開放位置にある請求項２、３、４又は５記載の光学測定装置。
【請求項８】
試料を臨む位置に設けられた第１の開口部、当該第１の開口部と対向する位置に設けられた第２の開口部、及びそれら開口部とは異なる位置に設けられた受光用開口部を有する積分球と、前記第２の開口部から前記第１の開口部を介して、前記試料に反射測定用の光を照射する反射測定光学系と、前記試料に対して、前記積分球とは反対側から前記第１の開口部に向かって透過測定用の光を照射する透過測定光学系と、前記第２の開口部を開閉可能な反射部材とを備えた光学測定装置を用いた光学測定方法であって、
反射測定において、前記反射部材を、前記第２の開口部を開放する開放位置、及び前記第２の開口部の一部を塞ぎ、前記反射測定光学系からの光を前記試料に照射させて当該試料からの正反射光を積分球内に反射させる中間位置の間で移動させ、
透過測定において、前記反射部材を、前記開放位置、及び前記第２の開口部全体を閉塞する閉塞位置の間で移動させることを特徴とする光学測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１３２８６１（Ｐ２０１２−１３２８６１Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８６９３７（Ｐ２０１０−２８６９３７）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【Ｆターム（参考）】
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