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PEMデュアルロックイン方式(日本分光特許:第2064627号)は、波 長に応じたPEMの駆動電圧を光サーボ(日本分光特許:第2081599 号)で自動制御しているため、高精度で高速な波長スキャン測定が可 能です。
PEMデュアルロックイン方式は高速な電気的変調(50kHz)であるため、 偏光子の機械的回転を伴う方式に比べはるかに高速で、1msecから のデータサンプリングが可能です。(ELC-300では20μsec)
PEMデュアルロックイン方式により、機械的誤差のない静的な測定系 が実現しました。さらに光サーボ、光リファレンス(日本分光特許:第 2672414号)の採用で高い安定性を得ています。

PEMデュアルロックイン方式は、誘電体、半導体の極薄膜に最大感度 が得られる独自の偏光素子の配置を採用しており、高感度な薄膜分析 が可能です。
焦点距離250mmのダブルモノクロメータとXeランプから構成され るモノクロ光源およびHe-Neレーザ光源を標準搭載し、簡単な操作で 切り換えられます。また、半導体レーザ等のオプション光源の搭載が可 能です。(M-210、M-550を除く)
多種多様な測定要求に対応したステージブロック群が用意してあり、 ユーザサイドでの交換が可能です。 また、大型試料室を標準装備し、サブベース上をユーザに開放してい るので、様々な応用測定が可能です。
M-210型 レーザエリプソメータHe-Neレーザ光源専用でエリプソメータをローコストで提供
M-220型 分光エリプソメータ高性能、高速サンプリング、コストパフォーマンスを誇るエリプソメータを実現
M-230型 紫外分光エリプソメータ紫外領域対応光学系により240nmからの測定が可能
M-240型 近赤外分光エリプソメータ近赤外用分光器を搭載し切り換えで1700nmまでをカバー
M-550型 水平置分光エリプソメータ試料ステージが水平置きタイプの汎用膜厚測定システム
ELC-300型 液晶専用分光エリプソメータ20μsecの時間分解で液晶配向のダイナミクスを高感度に検出

革新的なPEMデュアルロックイン方式、光サーボ、光リファレンス制御
PEMデュアルロックイン方式は、電気的な偏光変調素子であ るPEM(Photo Elastic Modulator)により高速変調(ω =50kHz)された光を試料に照射し、反射光の偏光変化を、 ω(50kHz)信号、2ω(100kHz)信号を同時にロックインア ンプで取り込むことで測定を行います。
PEMは透過窓板の屈折率を制御する素子であることから、 温度等の環境変化に敏感です。 日本分光では、温調機構に加え、独自の光サーボ、光リファレ ンスを採用し、環境変化に対する安定性を格段に向上させま した。光サーボは、PEMの変調状態を参照光学系によりモニ タし、一定の変調状態に制御することで、
1)測定波長に最適なPEM駆動電圧の自動設定
2)温度等の環境変動に起因するドリフトの補償
を実現しています。さらに光リファレンスはロックインアンプ の参照信号を参照光学系から生成するため、全波長で位相ズ レのない検波を可能にしています。これらの革新的な技術が あって初めて、PEMの持つ高いパフォーマンスを発揮するこ とができます。

■ PEM法の原理図



膜厚や膜屈折率が未知の試料に対しては、ΔΨスペクトル を測定して基板のスペクトルと重ね書きをすると測定波長 の決定に役立ちます。また、干渉によるフリンジ波形が観測 されない波長域では膜表面のみからの反射光を測定して いるので膜厚に関する情報は得られず、複素屈折率の情報 のみが得られます。スペクトルを保存し多層膜モデル解析 ソフト(オプション)を併用すればスペクトル測定のメリット が生じ、解析力が向上します。
自動X-θマッピングステージを用い膜厚と膜屈折率の面内分布を測定します。結果の表示にはカラーマップ、等高線図、鳥 瞰図が有り、視覚的に面内分布が分ります。
4インチ基板上のシリコン酸化膜の膜厚分布を示します。平均膜厚と平均屈折率はそれぞれ902Åと2.01と得られ、共に 中心部で高く、周辺部で低くなっています。計算条件を変更した膜厚値の再計算や左上図の測定点をマウスで指定して各 測定点の膜厚と膜屈折率の確認ができます。
ΔΨスペクトルを測定し、試料を記述する解析モデルを建 てて膜厚や屈折率スペクトルをフィッティングパラメータと して決定します。半導体、金属、誘電体について代表的な物 質のライブラリを備えており、このライブラリは測定や解析 の結果を登録して順次拡張することができます。中間層と して上下2つの媒質の有効媒質近似や表面ラフネス層を 導入して近似の精度を高めることができます。コーシーモ デル、ドルーデモデル、Tauc-Lorentzモデルなどのモデル 式を用いて屈折率スペクトルのプロファイルを拘束するこ とにより、20層までの多層膜に対しても強力な解析が可 能となります。
5層膜の解析例
光学ガラスや液晶用フィルムなどが応力を受けた時に生じる小さな位相差を測定して、その勾配から光弾性定数を算出し ます。セナルモン法では大きな荷重を加えなければ観測不能だった位相差を、逆正弦関数より算出するM-200シリーズで は微小な荷重で観測可能です。
ガラスでは張力と圧力と2方向の外力印加が可能ですが、フィルムの場合には張力を加えて測定します。フィルムに対して は初期荷重、終荷重、ステップを設定した後、自動的に印加、測定、解析までを行う、光弾性測定用透過ステージとソフトウエ アをオプションで用意しています。


可動部の無い電気的変調により、最小取込み20μsecからの高速サンプリン グが可能です。液晶ディレクタの電場に対する応答など、サブミリ秒でのダイ ナミクスの解析に威力を発揮します。
一般に配向膜界面の液晶分子は、アンカリングの影響を受けてバルク液晶と 電場に対する応答が異なります。この配向メカニズムを検証する上で液晶分 子の電場応答測定が不可欠です。

 AXQ-100 自動X-θマッピングステージ

 試料サイズ:3〜8インチ円形試料もしくは角形試料
 試 料 厚:最大10mm
 保持方法:真空吸着による鉛直保持
 専用プログラム付属
 MDR-102 複屈折測定用透過ステージ

 試料サイズ:50mm×80mm
           〜2インチ円形試料もしくは角形試料
 微動距離:横軸 ±20mm 縦軸 ±20mm
     光軸を中心とした回転 360゜上下左右あおり 60゜
 試 料 厚:最大5mm
 ADR-106 異方性解析ステージ

 試料サイズ:40×40〜50×60mm フィルム
      100×100mm t=1〜5mm 液晶セル
 設定角度:回転 360゜ 左右あおり ±45°
 専用プログラム付属
 PES-105 光弾性測定用透過ステージ

 試   料:幅20mm、長さ50mmのフィルム
 印加外圧:5kg重以下
 専用プログラム付属

■仕 様
型 式 M-210 M-220 M-230 M-240 M-550 ELC-300
ハードウェア
測定方法 PEMデュアルロックイン方式、光サーボ/光リファレンス制御方式
分光器 - ダブルモノクロメータ
自動波長駆動装置
ダブルモノクロメータ
(260〜900nm)
シングルモノクロメータ
(900〜1700nm)
自動波長駆動装置
シングルモノクロメータ
自動波長駆動装置
ダブルモノクロメータ
自動波長駆動装置
測定波長 632.8nm He-Neレーザ - 632.8nm He-Neレーザ
- 260〜860nm Xe光源 240〜700nm Xe光源 260〜900nm Xe光源
900〜1700nm ハロゲンランプ
(切換方式)
350〜800nm Xe光源 260〜860nm Xe光源
入射角範囲 40゜〜 90゜連続自動設定(0.01゜ステップ) 45゜〜 90゜連続自動設定(0.01゜ステップ) 40゜〜 90゜連続自動設定(0.01゜ステップ)
膜厚測定範囲 0〜99999Å
測定時間 1msec以上 20μsec〜16sec
測定精度 ※ 屈折率    ±0.01
膜厚     ±1Å
消衰係数   ±0.01
※精度は、測定時間100msec以上に関してのものです。また、表面状態、膜質により精度は異なります。
試料室 試料垂直置き 試料水平置き 試料垂直置き
検出系 検光子(グランテーラプリズム)
紫外可視域:光電子増倍管 近赤外域:InGaAs-PINフォトダイオード(M-240)
ソフトウェア
本体標準       1. 時間変化測定
      2.膜厚測定
      3.Δ-Ψシミュレーション
      4.スペクトル測定・解析
      5.誘電率計算
      6.反射率算出
      *印はM-210では分光タイプではないので使用できません
オプション
プログラム
      1. マッピング測定(自動X-θマッピングステージに付属)
      2.多層膜解析
      3.多入射角測定
      4.感度シミュレーション
      5.リターデーションコーシースペクトル近似
      6.楕円率測定・解析、波長固定複屈折測定(異方性解析ステージに付属)
      7.3次元屈折率測定(異方性解析ステージが必要)
      8.光弾性定数測定(光弾性測定用透過ステージに付属)
      *印はM-210では分光タイプではないので使用できません
      ▲印はM-550では透過測定ができないので使用できません