RC2®(二重回転補償子型高速分光エリプソメーター)

RC2はJ.A.Woollam社の25年にわたるエリプソメトリーへの取り組みや経験から生まれました。これまでの装置の特徴と革新的な新技術(二重回転補償子、色収差の少ない補償子、先進的な光源と次世代スペクトロメーターなど)が結びついて開発されており、すべてにおいて優れた分光エリプソメーターと言えます。

RC2の特長

高度な測定性能

RC2はミューラー行列の全16成分を取得できる世界初の分光エリプソメーターです。極めて高度なサンプル、あるいはナノ構造のサンプルなどの特徴を解き明かすためには、ミューラー行列全成分を測定可能なエリプソメーターが適しています。

Question 16: ミューラー行列(Mueller-Matrix)とは?

最高精度

光学設計の大幅な改良により、通常の分光エリプソメトリー( SE )、一般化分光エリプソメトリー(g-SE)、ミューラー行列分光エリプソメトリー(MM-SE)、それぞれの測定において最高精度のデータを取得できるようになりました。

二重回転補償子

RC2はサンプルの前後に1つずつ計2つの同期回転する補償子を備えています。これにより高精度かつ高速でのミューラー行列全成分の測定が可能となりました。

色収差の少ない補償子設計

特許取得済みの色収差の少ない補償子は、紫外域から近赤外域の広い波長範囲にわたって適した光学素子です。

広い波長範囲

RC2は紫外(最小193nm)から近赤外(最大2500nm)までの波長をカバーできる初めてのCCDタイプの分光エリプソメーターです。

高速測定

2つの補償子が同期して連続回転することで、従来のように固定した光学素子を90°回転させ2個所で測定してデータを平均化する必要がないため、より高速かつ高精度に測定できます。全スペクトル(数百~千以上の波長)を同時に一瞬にして測定できます。

先進的な光源

RC2に搭載された次世代の光源には、自動的に光強度を調整する機能が備わっています。これにより、さまざまな反射率のサンプルに適した強度で測定することができます。

異方性のアプリケーション

一般化エリプソメトリー

多くの薄膜の評価では、通常のエリプソメトリー測定で十分です。しかし、異方性を持つサンプルについては、さらに高度な測定が必要です。

通常のエリプソメトリーでは2つの値(Ψ、Δ)を測定しますが、一般化エリプソメトリーでは6つの値を取得します。この追加の情報は、交差偏光に関する成分を評価します。

Jones Matrix for Anisotropic Sample:
jones-matrix-for-anisotropic-sample

Generalized Ellipsometry Measures:

generalized-ellipsometry-measurements-equation

pen-optical-constants

異方性PEN(Polyethylene Naphthalate)
透過型一般化エリプソメトリー測定は、異方性PENフィルムの複屈折に高い感度を持ちます。

可変入射角での透過型一般化エリプソメトリー測定を用いると、PEN基材の2軸異方性の各方向の屈折率(nx ≠ ny ≠ nz)を求められます。

完全なミューラー行列

RC2はミューラー行列のすべての成分を取得できます。
規格化されたミューラー行列エリプソメトリーの15成分にはサンプルが持つ光学特性の全ての情報が含まれます。
RC2はサンプルが持つ異方性や偏光解消の情報を完全に取得できる唯一の分光エリプソメーターです。

Mueller matrix for anisotropic, depolarizing sample:

anisotropic-mueller-matrix-equation

Viewing the entire Mueller matrix allows access to different polarization effects in advanced samples. The yellow and green sections are related to Diattenuation and Polarizance, respectively. The red section shows unrotated Retardance. Further rotating the sample will shift this information into different regions of the Mueller matrix.

ミューラー行列全体からは、高度なサンプルにおける、さまざまな偏光の効果を見出すことができます。黄色と緑色の部分はそれぞれ、複吸収性と偏光能に関係しています。赤い部分は進相軸が入射角に平行または垂直な場合のリターダンスに関係しています。さらにサンプルが回転することで、リターダンスの情報はミューラー行列エリプソメトリーの異なる成分にも移動します。

rotation-mueller-matrix-ellipsometry-data

サンプルを回転させた時のミューラー行列の変化を表したものです。 ミューラー行列の右下の9つの成分に、異方性サンプルによって引き起こされるリターダンスの情報がみられます。

液晶

ねじれネマティック液晶(Twisted nematic liquid crystal)薄膜は、光学軸の方向が 深さ方向で徐々に変化する光学的異方性を示す非常に複雑な構造をもちます。
2つのガラス基板にサンドイッチされた厚い液晶は異方性と偏光解消の両方を もつため、透過のミューラー行列分光エリプソメトリ―が最適な測定方法となります。

twisted-liquid-crystal

下図はねじれ液晶のミューラー行列の測定・解析結果です。 このデータから液晶の各方向の屈折率、光学軸のねじれ角、プレチルト角を求めることができます。

liquid-crystal-mueller-matrix-ellipsometry-data

仕様

装置概要 二重回転補償子型エリプソメーター(特許取得済)
CCDによる全波長での同時測定
フレキシブルなシステム構成
波長範囲 D
D+NIR
X
X+NIR
X+XNIR
U
U+NIR
193-1000 nm
193-1690 nm
210-1000 nm
210-1690 nm
210-2500 nm
210-1000 nm
210-1690 nm
測定波長数 D
D+NIR
X
X+NIR
X+XNIR
U
U+NIR
~800
~1075
~790
~1065
~1065
~790
~1065
ディテクター CCD
入射角範囲 45°-90° (水平自動入射角ベース)
20°-90° (垂直自動入射角ベース)
~65° (集光専用ベース)
65° (固定入射角ベース)
65° (テストベース)
データ取得時間 0.3 秒 (通常2-10 秒)
基板厚さ 18mm(最大)

必要設備

電源 100 VAC, 50/60Hz, 15 A

自動マッピングステージをつけることはできますか?
様々なサイズのマッピングステージに対応しています。

装置設置台は付属していますか?
写真のような設置台はオプションですが、PCや装置制御用のボックスをまとめて収納できます。

RC-2はin-situでも使用できますか?
チャンバーに光源とレシーバーユニットを取り付けて使用できます。

使用するソフトウェアはCompleteEASEとWVASEのどちらですか?
CompleteEASEです。

M-2000とRC-2の違いは何ですか?
M-2000は回転補償子を用いて最初に製品化された高速分光エリプソメーターで、長い間研究や生産の現場で使用されてきました。RC-2は回転補償子を2つ使用した最新の高速分光エリプソメーターです。広い波長範囲(最小:193nm 最大:2500nm)でミューラー行列全16成分の測定が可能であり、あらゆるサンプルを最高精度で評価できます。

Question 16: ミューラー行列(Mueller-Matrix)とは?

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