熱弾性特性測定装置、熱弾性特性測定方法
【課題】測定対象とする試料に加工を施すことなく、試料の熱特性を高感度で測定できること。
【解決手段】試料１にパルス光Ｌ０を照射して弾性波を生じさせ、試料１との間にその試料１に生じる弾性波を伝搬するカップリング材２が充填された状態で金属薄膜１１が配置され、その金属薄膜１１の表面に測定光（レーザ光）を照射して表面プラズモン共鳴を生じさせるとともに、パルス光Ｌ０の照射によって試料１に弾性波を生じさせ、光検出器６により測定光Ｌ１の金属薄膜１１に対する反射光Ｌ２の強度を検出する。予め、反射光Ｌ２の検出結果に基づいて、測定光Ｌ１の照射角度θを調節することにより、金属薄膜１１表面の熱弾性特性を高感度で測定できる状態に調節する。
【解決手段】試料１にパルス光Ｌ０を照射して弾性波を生じさせ、試料１との間にその試料１に生じる弾性波を伝搬するカップリング材２が充填された状態で金属薄膜１１が配置され、その金属薄膜１１の表面に測定光（レーザ光）を照射して表面プラズモン共鳴を生じさせるとともに、パルス光Ｌ０の照射によって試料１に弾性波を生じさせ、光検出器６により測定光Ｌ１の金属薄膜１１に対する反射光Ｌ２の強度を検出する。予め、反射光Ｌ２の検出結果に基づいて、測定光Ｌ１の照射角度θを調節することにより、金属薄膜１１表面の熱弾性特性を高感度で測定できる状態に調節する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象である試料について弾性波が生じた場合の特性変化を測定する熱弾性特性測定装置及び熱弾性特性測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスや電子情報の記録メディアの集積度が益々向上し、また、その動作速度が益々高速化する中、そのデバイス等におけるサブマイクロメートルからナノメートルの単位の高い空間分解能で熱特性（熱物性）を測定し、その測定結果に基づいて発熱対策や熱設計を行うことが非常に重要となっている。
例えば、高密度光記録デバイスはレーザ光により記録層が加熱されるが、その記録層の温度上昇は、記録層、多層薄膜及び基板等の各薄膜材料の熱特性に依存する。このため、高密度光記録デバイスについて高精度の熱設計を行うためには、それを構成する薄膜材料各々の微小領域の熱特性（熱物性）を測定することが不可欠である。また、発熱によって熱膨張する薄膜が、熱応力によって剥離する可能性を評価する上でも、薄膜材料の微小領域の熱特性を測定することは重要である。その他、Ｓｉ基板とその表層膜との密着度を評価するために行われるＳＯＩウェハの表面近傍の欠陥検出や、半導体レーザ、高周波パワーデバイス、ＤＶＤ記録膜等の熱負荷が高い薄膜デバイスの熱解析、応力解析、欠陥検出及び膜の密着度評価や、光学的に不透明な金属膜の膜圧測定等のアプリケーションにおいても、薄膜材料の微小域における熱特性を測定することは重要である。
これに対し、特許文献１には、試料に加熱用のレーザ光と他の測温用のレーザ光とを照射し、測温用のレーザ光の反射光の強度を検出することにより、試料の温度変化を測定する微小領域熱物性測定装置が示されている。また、特許文献１には、反射光の変化（反射率の変化）の検出感度を高めるために、試料の表面に金属薄膜を形成させることも示されている。
【特許文献１】特開２０００−１２１５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、試料の温度変化に起因する反射率の変化、特に微小領域での反射率の変化は非常に微小であることが多く、特許文献１に示されるように、試料の温度変化をその試料の反射率の変化（測温用のレーザ光の反射光の強度変化）として検出する場合、検出感度が悪いという問題点があった。これに対し、特許文献１に示されるように、試料の反射率変化の感度を上げるために、試料表面に金属薄膜を形成させる加工を施す場合、試料ごとに金属薄膜を形成させる加工が手間であるという問題点もあった。さらに、金属薄膜が形成された試料はもはや製品として用いることはできないため、良品と不良品とを分ける検査等には採用できないという問題点もあった。
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定対象とする試料に加工を施すことなく、試料の熱特性を高感度で測定できる熱弾性特性測定装置及び熱弾性特性測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は、半導体や記録メディア等の所定の試料について弾性波が生じた場合の特性変化、即ち、熱弾性特性を測定する熱弾性特性測定装置或いはその方法に適用されるものであり、その特徴は、前記試料との間にその試料に生じる弾性波を伝搬する弾性波伝搬媒体が充填された状態で金属薄膜が配置され、所定の測定光照射手段によりその金属薄膜の表面に所定の測定光を照射して表面プラズモン共鳴を生じさせるとともに、所定の弾性波生成手段によって前記試料に弾性波を生じさせ、所定の反射光検出手段により前記測定光の前記金属薄膜に対する反射光の強度を検出するように構成されていることである。
これにより、試料が弾性波によって加熱されるとともに、前記弾性波伝搬媒体の屈折率が変化する結果、その媒体に接する金属薄膜の表面プラズモン共鳴の状態が変化し、これにより金属薄膜の反射率、即ち、前記反射光の強度が大きく変化する。また、弾性波による試料の加熱状態の変化と前記弾性波伝搬媒体の屈折率変化及び金属薄膜の反射率変化（即ち、前記反射光の強度変化）との間には相関関係がある。従って、上記構成によれば、試料の弾性波による微小な加熱状態の変化（熱特性）を、前記反射光の強度変化として高感度で測定できる。しかも、測定対象とする試料に加工を施すことを要さない。
【０００５】
ここで、前記弾性波生成手段としては、パルス変調や正弦波変調等による強度変調を施したレーザ光を前記試料に照射する手段が考えられる。これにより、圧電素子を試料に接触させる等の手段に比べ、ごく微小な領域に高い精度でかつ非接触で弾性波を発生させることができ好適である。
また、前記反射光検出手段の検出結果に基づいて前記測定光の前記金属薄膜に対する照射角度（入射角度）を調節する測定光照射角度調節手段や、同検出結果に基づいて前記測定光の波長を調節する測定光波長調節手段を（これらの一方又は両方を）設けた構成が望ましい。
これにより、金属薄膜の表面に生じさせる表面プラズモン共鳴の状態を、熱弾性特性を高感度で測定できる状態に調節することが可能となる。
また、前記金属薄膜を保持する具体的な構成として、前記測定光及び前記反射光を透過させつつ前記金属薄膜を保持するプリズム等の金属薄膜保持手段を設けることが考えられる。
なお、前記弾性波伝搬媒体としては、液状若しくはゲル状の非圧縮性流体（例えば、水、アルコール、油等）が考えられる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、試料が弾性波によって加熱されるとともに、その弾性波が金属薄膜に伝搬することにより、金属薄膜の表面プラズモン共鳴の状態が変化し、その金属薄膜に照射した測定光の反射光強度が大きく変化する。その結果、試料の弾性波による微小な加熱状態の変化（熱特性）を、前記反射光の強度変化として高感度で測定できる。しかも、測定対象とする試料ごとに金属薄膜を形成させるという加工の手間を要さず、さらに、熱弾性特性の測定専用の試料を別途用意する必要がないため、良品と不良品とを分ける検査等の幅広い分野への適用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに、図１は本発明の実施形態に係る熱弾性特性測定装置Ｘの概略構成を表す図、図２は熱弾性特性測定装置Ｘにおけるパルス光の照射方式の第１実施例を表す図、図３は熱弾性特性測定装置Ｘにおけるパルス光の照射方式の第２実施例を表す図、図４は表面プラズモン共鳴状態の金属薄膜における測定光の入射角と反射率との関係を表すグラフ、図５は熱弾性特性測定装置Ｘによる測定手順を表すフローチャートである。
【０００８】
本発明の実施形態に係る熱弾性特性測定装置Ｘは、測定対象である試料１に弾性波を生じさせ、その弾性波が生じた場合の試料１の特性変化を測定する装置である。
以下、図１を参照しつつ、熱弾性特性測定装置Ｘの構成について説明する。
図１に示すように、熱弾性特性測定装置Ｘは、プリズム３、測定光レーザ４、測定光反射ミラー５及びその方向調節装置５ａ、光検出器６、レンズ７、信号処理装置８、コンピュータ９、パルスレーザ１０、金属薄膜１１及びパルス光反射ミラー１２等を備えて構成されている。
プリズム３は、その下面に金属薄膜１１が形成されており、その金属薄膜１１の保持部材として機能するものである。金属薄膜１１は、例えば厚さ５０ｎｍ程度の薄膜であり、真空蒸着等によりプリズム３の下面に保持されている。その材質としては、金や銀等が望ましい。
また、プリズム３の下面の金属薄膜１１は、試料１との間に、後述する測定光Ｌ１の照射によってその試料１に生じる弾性波を伝搬する媒体であるカップリング材２（弾性波伝搬媒体の一例）が充填された状態で配置される。このカップリング材２は、液状若しくはゲル状の非圧縮性流体（例えば、水、アルコール、油等）である。
ここで、カップリング材２は、スポイド等により試料１の表面に垂らして金属薄膜１１と試料１との間に滞留させてもよく、或いは水等の粘性の低いカップリング材２を金属薄膜１１と試料１との間に流して流動させてもよい。
【０００９】
測定光レーザ４は、所定の波長のレーザ光（レーザビーム）である測定光Ｌ１をプリズム３の下面に形成された金属薄膜１１の表面（プリズム３側の面）に照射するものであり、これにより、金属薄膜１１の表面に表面プラズモン共鳴を生じさせる（測定光照射手段の一例）。
表面プラズモン共鳴とは、金属薄膜１１の表面の電子波と、その表面に所定の照射角度（入射角度）で照射された光（測定光Ｌ１）とがカップリングを起こす現象をいい、この表面プラズモン共鳴が生じている状態では、照射光の反射率が著しく低下する。この表面プラズモン共鳴の発生条件は、金属薄膜１１の材質や厚み、照射光（測定光Ｌ１）の照射角度及び波長、金属薄膜１１に接するカップリング材２の屈折率（或いは誘電率といっても等価である）の各条件の組合せによって定まる。本実施形態では、金属薄膜１１の厚み及び測定光Ｌ１の波長が一定であるものとする。このため、測定光Ｌ１の照射角度及びカップリング材２の屈折率によって表面プラズモン共鳴の発生状態が定まり、その結果、測定光Ｌ１の反射率が定まる。
ここで、熱弾性特性測定装置Ｘでは、測定光Ｌ１を試料１に向けて変向する測定光反射ミラー５が、方向調節装置５ａによりその向き（即ち、測定光Ｌ１の試料１に対する照射角度）が調節可能に支持されている。この方向調節装置５ａによって測定光Ｌの試料１に対する照射角度を調節することにより、金属薄膜１１における表面プラズモン共鳴の発生状態を調節できる。
【００１０】
図１に示すように、測定光Ｌ１は、プリズム３内にその一の側面（図１に向かって左側の傾斜面）からその面に対して垂直或いはほぼ垂直の方向に入射し、下面の金属薄膜１１に反射した反射光Ｌ２は、プリズム３外へ他の側面（図１に向かって右側の傾斜面）からその面に対して垂直或いはほぼ垂直の方向に出射する。このように、プリズム３は、測定光Ｌ１及び反射光Ｌ２を透過させつつ金属薄膜１１を保持する（金属薄膜保持手段の一例）。なお、金属薄膜１１の保持手段は、必ずしもプリズム３でなくても、測定光Ｌ１及びその反射光Ｌ２をほとんど損失なく透過させつつ金属薄膜１１を保持できるガラス等により構成される他の部材であってもかまわない。
パルスレーザ１０は、例えばパルス幅が１０ｐｓ（ピコｓｅｃ）程度の短パルスのレーザ光Ｌ０を出力するものであり、そのパルス光Ｌ０が試料２の背面（金属薄膜１１の配置側と反対側の面）に照射され、試料１に弾性波を生じさせる機能を果たす（弾性波生成手段の一例）。図１に示す例では、パルス光反射ミラー１２によりパルス光Ｌ０が変向されて試料１の背面に照射されている。
なお、ここでは、試料１に弾性波を生じさせる手段として、パルス光Ｌ０（パルス変調したレーザ光）を試料１に照射するパルスレーザ１０を設けているが、この他、例えば正弦波の強度変調を施したレーザ光を出力するレーザ光出力装置等、強度変調したレーザ光を試料１に照射する他の手段を採用することも考えられる。
【００１１】
光検出器６は、測定光Ｌ１が金属薄膜１１の表面に対して反射した反射光Ｌ２の強度を電気信号（電圧）に変換することによって検出するものであり（反射光検出手段の一例）、例えば、フォトダイオード等によって構成されている。なお、反射光Ｌ２は、レンズ７により集光されて光検出器６に入射される。
信号処理装置８は、光検出器８により検出された反射光Ｌ２の検出信号（強度信号）に対し、増幅処理やノイズ除去のためのフィルタリング処理等の信号処理を施すものである。この信号処理装置８により処理後の反射光検出信号は、コンピュータ９に取り込まれる。
コンピュータ９は、所定の制御プログラムを実行することにより、反射光検出信号を取り込んでハードディスク等の記憶装置に記録するとともに、パルスレーザ１０によるパルス光Ｌ０の出力タイミングの制御及び方向調節装置５ａの制御（即ち、測定光Ｌ１の試料１に対する照射角度の制御）、並びに反射光検出信号についての各種演算処理を行うものである。
ここで、図１には示していないが、測定光Ｌ１及びパルス光Ｌ０の軌道に対する試料１の相対位置を移動させる移動機構を設ければなお好適である。この移動機構により位置を移動させつつ測定を行うことにより、試料１の部位ごとの特性を容易に測定して特性分布を得ることができる。この場合の移動機構としては、例えば、試料１のエッジ部をロボットアーム等により把持することによって試料１を移動させるものや、或いはパルス光Ｌ０を透過させる透明なガラス等の材料からなる試料台に試料１を載置させ、その試料台を移動させるもの等が考えられる。
【００１２】
図４は、表面プラズモン共鳴状態にある厚み５０ｎｍの金属薄膜１１における測定光Ｌ１の照射角度θ（入射角）と反射率との関係を表すグラフである。
また、図４におけるグラフｇ１、ｇ２及びｇ３の各々は、カップリング材２である水の屈折率が、所定の基準屈折率（＝n0）であるとき（ｇ１）、その基準屈折率に対して１０-4分だけ変化した屈折率（＝n0(1＋10E−4)）であるとき（ｇ２）、及びその基準屈折率に対して１０-3分だけ変化した屈折率（＝n0(1＋10E−3)）であるとき（ｇ３）のグラフを表す。
図４からわかるように、表面プラズモン共鳴状態にある金属薄膜１１の反射率は、測定光Ｌ１の照射角度θが所定の角度（図４の例では、７１．０°〜７１．５°の間）である場合にほぼ０（ゼロ）に近い最低の状態となり、その前後の角度における変化が急峻となる。
また、カップリング材２の屈折率がわずか１０-3分だけ変化しただけで、測定光Ｌ１の照射角度θに対する反射率の特性が、照射角度θについて０．１°程度シフトした状態となる。このように、カップリング材２の屈折率の微小な変化によって金属薄膜１１における表面プラズモン共鳴の状態が変化し、金属薄膜１１の反射率（即ち、反射光Ｌ２の強度）が大きく変化する。
例えば、図４のグラフの測定条件において、測定光Ｌ１の照射角度θが７０．５°に設定されている場合、カップリング材２の屈折率が基準屈折率（＝n0）である場合の反射率Ｒ１に対し、同屈折率が１０-3分だけ変化したときの反射率Ｒ２は、約１．２８倍にもなる（Ｒ２／Ｒ１≒１．２８）。即ち、反射光Ｌ２の強度が約１．２８倍に変化する。これにより、試料１の弾性波による微小な加熱状態の変化（熱特性）を、反射光Ｌ２の強度変化として高感度で測定できる。
【００１３】
次に、図５に示すフローチャートを参照しつつ、熱弾性特性測定装置Ｘによる熱弾性特性の測定手順について説明する。
測定手順は、大別して測定光Ｌ１の照射角度を調整するための調整工程（Ｓ１〜Ｓ５）と、測定光Ｌ１の照射角度が調整された状態で試料１を測定する測定工程（Ｓ６〜Ｓ１０）とに分けられ、事前に調整工程が行われた上で、１回又は複数回の測定工程が行われる。なお、以下に示すＳ１、Ｓ２、…は、処理手順（ステップ）の識別符号を表す。
＜調整工程：ステップＳ１〜Ｓ５＞
調整工程では、まず、測定光レーザ４による測定光の出力が開始される（Ｓ１）。
次に、コンピュータ９により方向調節装置５ａを制御して測定光Ｌ１の試料１に対する照射角度（以下、照射角度θという）を設定し（Ｓ２）、そのときの反射光Ｌ２の強度を光検出器６及び信号処理装置８を通じて検出するとともに、検出結果をコンピュータ９によりその記憶装置（ハードディスク等）に記録する（Ｓ３）という処理が、コンピュータ９により照射角度θの設定が所定の角度範囲について終了したと判別（Ｓ４）されるまで繰り返される。
このステップＳ２〜Ｓ４の処理により、図４のグラフにおける縦軸（反射率）が反射光Ｌ２の強度に置き換わった対応関係である、照射角度θと反射光Ｌ２の強度との対応関係を表す情報（以下、照射角・反射光強度対応情報という）がコンピュータ９の記憶手段に記録される。
そして、コンピュータ９により、前記照射角・反射光強度対応情報に基づいて、高い測定感度が得られる設定照射角度θ0が決定され、さらに、コンピュータ９が方向調節装置５ａを制御することにより、照射角度θがその決定された設定照射角度θ0となるように調節される（Ｓ５）。
このように、方向調節装置５ａ及びこれを制御するコンピュータ９により、光検出器６による反射光Ｌの強度の検出結果に基づいて、測定光Ｌ１の金属薄膜１１に対する照射角度θが調節される（Ｓ２〜Ｓ５：測定光照射角度調節手段の一例）。
例えば、照射角度θの単位変化幅に対する反射光Ｌ２の強度変化幅が最も大きくなるときの照射角度θが設定照射角度θ0とされる。これにより、試料１の加熱状態変化に対する反射光Ｌ２の強度変化が大きくなるように調整でき、高い測定感度を確保することができる。
以上の調整工程は、例えば、測定対象とする試料１ごと、或いはその試料１の種類（材質や形状等）ごと等に行われる。
また、ステップＳ１〜Ｓ５の終了後、不図示の後処理（測定光レーザ４の停止処理等）が行われた後に当該調整工程が終了する。
【００１４】
＜測定工程：ステップＳ６〜Ｓ１１＞
調整工程の終了後、まず、測定工程では、照射角度θがステップＳ５で設定された設定照射角度θ0に保持（固定）された状態で、測定光レーザ４による測定光の出力が開始される（Ｓ６）。これにより、金属薄膜１１の表面に測定光Ｌ１が照射され、金属薄膜１１に表面プラズモン共鳴が生じる（測定光照射工程の一例）。
次に、コンピュータ９がパルスレーザ１０を制御することにより、パルス光Ｌ０の出力条件（パルス幅や照射時間等）の設定（Ｓ７）及びその設定条件でのパルス光の出力（試料１に対する照射）（Ｓ９）が行われるとともに、パルス光の照射前後に渡る反射光Ｌ２の強度が、光検出器６及び信号処理装置８を通じて検出されるとともに、検出結果がコンピュータ９によりその記憶装置に記録される（Ｓ８、Ｓ１０：反射光検出工程の一例）。このとき、パルス光Ｌ０の出力タイミング（出力状態の時間軸）と反射光Ｌ２の強度の検出タイミング（検出値の時間軸）との対応関係を表す情報や、パルス光の出力条件に関する情報も併せて記録される。
ステップＳ９の処理により、測定光Ｌ１が照射されている試料１に弾性波が生じ（弾性波生成工程の一例）。
このステップＳ７〜Ｓ１０の処理が、コンピュータ９により所定の測定終了条件が成立したと判別（Ｓ１１）されるまで繰り返され、その測定終了条件が成立した際に、不図示の後処理（測定光レーザ４の停止処理等）が行われた後に測定工程が終了する。
【００１５】
以上に示した測定を行うことにより、試料１がパルス光Ｌ０の照射により生じた弾性波によって加熱されるとともに、その弾性波が金属薄膜１１に伝搬することにより、金属薄膜１１の表面プラズモン共鳴の状態が変化し、その金属薄膜１１に照射した測定光の反射光Ｌ２の強度が大きく変化する。
その結果、試料１の弾性波による微小な加熱状態の変化（熱特性）を、反射光Ｌ２の強度変化として高感度で測定できる。しかも、測定対象とする試料１ごとに金属薄膜１１を形成させるという加工の手間を要しない。
また、表面プラズモン共鳴が生じている状況下では、金属薄膜１１の反射率は、その表層の数十ｎｍ程度の深さの部分の応力（屈折率）の変化に対して敏感であることから、熱弾性特性測定装置Ｘは、超短波長（例えば、数十ｎｍの波長）の弾性波の検出に極めて有効である。
なお、ステップＳ７〜Ｓ１０の処理により得られた測定データは、測定後にコンピュータ９により解析され、これにより試料１の熱弾性特性の評価がなされる。
例えば、パルス光Ｌ０の照射前後の反射光Ｌ２の強度の変化量、パルス光Ｌ０の出力時点から反射光Ｌ２の強度が変化するまでの時間（弾性波の試料１への到達時間に相当）、反射光Ｌ２の強度の周波数特性等が解析され、その解析結果に基づいて試料１の熱特性が評価される。より具体的には、当該熱弾性特性測定装置Ｘにより、熱特性が既知の基準試料についてステップＳ１〜Ｓ１１の手順で測定してその測定データを記録しておき、その基準試料の測定データと、測定対象とする試料１の測定データとの比較によって試料１の熱特性が評価される。
【００１６】
ところで、図１には、パルス光Ｌ０を試料１の背面側から照射する例について示したが、これに限るものではない。
図２は、パルス光Ｌ０が、試料２のおもて面（金属薄膜１１が配置された側の面）における、金属薄膜１１に対する測定光Ｌ１の照射部近傍に照射され、これにより試料１に弾性波を生じさせるパルス光の照射方式（第１実施例）を表したものである。この第１実施例では、金属薄膜１１にパルス光Ｌ０を通過させる微小な孔１１ａが形成され、パルス光Ｌ０がプリズム３を透過して試料１に照射される。
また、図３は、パルス光Ｌ０が、試料２のおもて面における、金属薄膜１１に対する測定光Ｌ１の照射部から少し離れた部分に照射され、これにより試料１に弾性波を生じさせるパルス光の照射方式（第２実施例）を表したものである。この第２実施例では、主として試料１の表層に生じて伝搬される弾性波（表面波）の影響が反射光Ｌ２の強度に反映され、試料１の表層部分の熱弾性特性を選択的に測定することが可能である。
このような図２及び図３に示すパルス光の照射方式を採用することも、本発明の実施形態の一例である。
【００１７】
また、前述した実施形態では、光検出器６による反射光Ｌ２の検出結果に基づいて、測定光Ｌ１の試料１に対する照射角度θを調節する（Ｓ２〜Ｓ５）例を示したが、これ以外の構成も考えられる。
例えば、方向調節装置５ａの代わりに、或いはそれに加えて、測定光レーザ４により出力される測定光Ｌ１の波長を調節可能とする波長調節装置を設け、コンピュータ９がその波長調節装置を制御することにより、光検出器６による反射光Ｌ２の検出結果に基づいて、測定光Ｌ１の波長を調節する構成とすることも考えられる（測定光波長調節手段の一例）。なお、反射光Ｌ２の検出強度に基づいて、測定光Ｌ１の照射角度θ及び波長のいずれか一方の調節、或いは両方の調節を行うことが考えられる。
このような構成によっても、試料１の加熱状態変化に対する反射光Ｌ２の強度変化が大きくなるように調整でき、高い測定感度を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、弾性波により加熱された試料の熱特性を測定する熱弾性特性測定装置或いはその方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る熱弾性特性測定装置Ｘの概略構成を表す図。
【図２】熱弾性特性測定装置Ｘにおけるパルス光の照射方式の第１実施例を表す図。
【図３】熱弾性特性測定装置Ｘにおけるパルス光の照射方式の第２実施例を表す図。
【図４】表面プラズモン共鳴状態の金属薄膜における測定光の入射角と反射率との関係を表すグラフ。
【図５】熱弾性特性測定装置Ｘによる測定手順を表すフローチャート。
【符号の説明】
【００２０】
Ｘ ：熱弾性特性測定装置
１ ：試料
２ ：カップリング材
３ ：プリズム
４ ：測定光レーザ
５ ：測定光反射ミラー
５ａ ：方向調節装置
６ ：光検出器
７ ：レンズ
８ ：信号処理装置
９ ：コンピュータ
１０ ：パルスレーザ
１１ ：金属薄膜
１２ ：パルス光反射ミラー
Ｓ１、Ｓ２、… ：処理手順（ステップ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象である試料について弾性波が生じた場合の特性変化を測定する熱弾性特性測定装置及び熱弾性特性測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスや電子情報の記録メディアの集積度が益々向上し、また、その動作速度が益々高速化する中、そのデバイス等におけるサブマイクロメートルからナノメートルの単位の高い空間分解能で熱特性（熱物性）を測定し、その測定結果に基づいて発熱対策や熱設計を行うことが非常に重要となっている。
例えば、高密度光記録デバイスはレーザ光により記録層が加熱されるが、その記録層の温度上昇は、記録層、多層薄膜及び基板等の各薄膜材料の熱特性に依存する。このため、高密度光記録デバイスについて高精度の熱設計を行うためには、それを構成する薄膜材料各々の微小領域の熱特性（熱物性）を測定することが不可欠である。また、発熱によって熱膨張する薄膜が、熱応力によって剥離する可能性を評価する上でも、薄膜材料の微小領域の熱特性を測定することは重要である。その他、Ｓｉ基板とその表層膜との密着度を評価するために行われるＳＯＩウェハの表面近傍の欠陥検出や、半導体レーザ、高周波パワーデバイス、ＤＶＤ記録膜等の熱負荷が高い薄膜デバイスの熱解析、応力解析、欠陥検出及び膜の密着度評価や、光学的に不透明な金属膜の膜圧測定等のアプリケーションにおいても、薄膜材料の微小域における熱特性を測定することは重要である。
これに対し、特許文献１には、試料に加熱用のレーザ光と他の測温用のレーザ光とを照射し、測温用のレーザ光の反射光の強度を検出することにより、試料の温度変化を測定する微小領域熱物性測定装置が示されている。また、特許文献１には、反射光の変化（反射率の変化）の検出感度を高めるために、試料の表面に金属薄膜を形成させることも示されている。
【特許文献１】特開２０００−１２１５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、試料の温度変化に起因する反射率の変化、特に微小領域での反射率の変化は非常に微小であることが多く、特許文献１に示されるように、試料の温度変化をその試料の反射率の変化（測温用のレーザ光の反射光の強度変化）として検出する場合、検出感度が悪いという問題点があった。これに対し、特許文献１に示されるように、試料の反射率変化の感度を上げるために、試料表面に金属薄膜を形成させる加工を施す場合、試料ごとに金属薄膜を形成させる加工が手間であるという問題点もあった。さらに、金属薄膜が形成された試料はもはや製品として用いることはできないため、良品と不良品とを分ける検査等には採用できないという問題点もあった。
従って、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定対象とする試料に加工を施すことなく、試料の熱特性を高感度で測定できる熱弾性特性測定装置及び熱弾性特性測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は、半導体や記録メディア等の所定の試料について弾性波が生じた場合の特性変化、即ち、熱弾性特性を測定する熱弾性特性測定装置或いはその方法に適用されるものであり、その特徴は、前記試料との間にその試料に生じる弾性波を伝搬する弾性波伝搬媒体が充填された状態で金属薄膜が配置され、所定の測定光照射手段によりその金属薄膜の表面に所定の測定光を照射して表面プラズモン共鳴を生じさせるとともに、所定の弾性波生成手段によって前記試料に弾性波を生じさせ、所定の反射光検出手段により前記測定光の前記金属薄膜に対する反射光の強度を検出するように構成されていることである。
これにより、試料が弾性波によって加熱されるとともに、前記弾性波伝搬媒体の屈折率が変化する結果、その媒体に接する金属薄膜の表面プラズモン共鳴の状態が変化し、これにより金属薄膜の反射率、即ち、前記反射光の強度が大きく変化する。また、弾性波による試料の加熱状態の変化と前記弾性波伝搬媒体の屈折率変化及び金属薄膜の反射率変化（即ち、前記反射光の強度変化）との間には相関関係がある。従って、上記構成によれば、試料の弾性波による微小な加熱状態の変化（熱特性）を、前記反射光の強度変化として高感度で測定できる。しかも、測定対象とする試料に加工を施すことを要さない。
【０００５】
ここで、前記弾性波生成手段としては、パルス変調や正弦波変調等による強度変調を施したレーザ光を前記試料に照射する手段が考えられる。これにより、圧電素子を試料に接触させる等の手段に比べ、ごく微小な領域に高い精度でかつ非接触で弾性波を発生させることができ好適である。
また、前記反射光検出手段の検出結果に基づいて前記測定光の前記金属薄膜に対する照射角度（入射角度）を調節する測定光照射角度調節手段や、同検出結果に基づいて前記測定光の波長を調節する測定光波長調節手段を（これらの一方又は両方を）設けた構成が望ましい。
これにより、金属薄膜の表面に生じさせる表面プラズモン共鳴の状態を、熱弾性特性を高感度で測定できる状態に調節することが可能となる。
また、前記金属薄膜を保持する具体的な構成として、前記測定光及び前記反射光を透過させつつ前記金属薄膜を保持するプリズム等の金属薄膜保持手段を設けることが考えられる。
なお、前記弾性波伝搬媒体としては、液状若しくはゲル状の非圧縮性流体（例えば、水、アルコール、油等）が考えられる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、試料が弾性波によって加熱されるとともに、その弾性波が金属薄膜に伝搬することにより、金属薄膜の表面プラズモン共鳴の状態が変化し、その金属薄膜に照射した測定光の反射光強度が大きく変化する。その結果、試料の弾性波による微小な加熱状態の変化（熱特性）を、前記反射光の強度変化として高感度で測定できる。しかも、測定対象とする試料ごとに金属薄膜を形成させるという加工の手間を要さず、さらに、熱弾性特性の測定専用の試料を別途用意する必要がないため、良品と不良品とを分ける検査等の幅広い分野への適用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに、図１は本発明の実施形態に係る熱弾性特性測定装置Ｘの概略構成を表す図、図２は熱弾性特性測定装置Ｘにおけるパルス光の照射方式の第１実施例を表す図、図３は熱弾性特性測定装置Ｘにおけるパルス光の照射方式の第２実施例を表す図、図４は表面プラズモン共鳴状態の金属薄膜における測定光の入射角と反射率との関係を表すグラフ、図５は熱弾性特性測定装置Ｘによる測定手順を表すフローチャートである。
【０００８】
本発明の実施形態に係る熱弾性特性測定装置Ｘは、測定対象である試料１に弾性波を生じさせ、その弾性波が生じた場合の試料１の特性変化を測定する装置である。
以下、図１を参照しつつ、熱弾性特性測定装置Ｘの構成について説明する。
図１に示すように、熱弾性特性測定装置Ｘは、プリズム３、測定光レーザ４、測定光反射ミラー５及びその方向調節装置５ａ、光検出器６、レンズ７、信号処理装置８、コンピュータ９、パルスレーザ１０、金属薄膜１１及びパルス光反射ミラー１２等を備えて構成されている。
プリズム３は、その下面に金属薄膜１１が形成されており、その金属薄膜１１の保持部材として機能するものである。金属薄膜１１は、例えば厚さ５０ｎｍ程度の薄膜であり、真空蒸着等によりプリズム３の下面に保持されている。その材質としては、金や銀等が望ましい。
また、プリズム３の下面の金属薄膜１１は、試料１との間に、後述する測定光Ｌ１の照射によってその試料１に生じる弾性波を伝搬する媒体であるカップリング材２（弾性波伝搬媒体の一例）が充填された状態で配置される。このカップリング材２は、液状若しくはゲル状の非圧縮性流体（例えば、水、アルコール、油等）である。
ここで、カップリング材２は、スポイド等により試料１の表面に垂らして金属薄膜１１と試料１との間に滞留させてもよく、或いは水等の粘性の低いカップリング材２を金属薄膜１１と試料１との間に流して流動させてもよい。
【０００９】
測定光レーザ４は、所定の波長のレーザ光（レーザビーム）である測定光Ｌ１をプリズム３の下面に形成された金属薄膜１１の表面（プリズム３側の面）に照射するものであり、これにより、金属薄膜１１の表面に表面プラズモン共鳴を生じさせる（測定光照射手段の一例）。
表面プラズモン共鳴とは、金属薄膜１１の表面の電子波と、その表面に所定の照射角度（入射角度）で照射された光（測定光Ｌ１）とがカップリングを起こす現象をいい、この表面プラズモン共鳴が生じている状態では、照射光の反射率が著しく低下する。この表面プラズモン共鳴の発生条件は、金属薄膜１１の材質や厚み、照射光（測定光Ｌ１）の照射角度及び波長、金属薄膜１１に接するカップリング材２の屈折率（或いは誘電率といっても等価である）の各条件の組合せによって定まる。本実施形態では、金属薄膜１１の厚み及び測定光Ｌ１の波長が一定であるものとする。このため、測定光Ｌ１の照射角度及びカップリング材２の屈折率によって表面プラズモン共鳴の発生状態が定まり、その結果、測定光Ｌ１の反射率が定まる。
ここで、熱弾性特性測定装置Ｘでは、測定光Ｌ１を試料１に向けて変向する測定光反射ミラー５が、方向調節装置５ａによりその向き（即ち、測定光Ｌ１の試料１に対する照射角度）が調節可能に支持されている。この方向調節装置５ａによって測定光Ｌの試料１に対する照射角度を調節することにより、金属薄膜１１における表面プラズモン共鳴の発生状態を調節できる。
【００１０】
図１に示すように、測定光Ｌ１は、プリズム３内にその一の側面（図１に向かって左側の傾斜面）からその面に対して垂直或いはほぼ垂直の方向に入射し、下面の金属薄膜１１に反射した反射光Ｌ２は、プリズム３外へ他の側面（図１に向かって右側の傾斜面）からその面に対して垂直或いはほぼ垂直の方向に出射する。このように、プリズム３は、測定光Ｌ１及び反射光Ｌ２を透過させつつ金属薄膜１１を保持する（金属薄膜保持手段の一例）。なお、金属薄膜１１の保持手段は、必ずしもプリズム３でなくても、測定光Ｌ１及びその反射光Ｌ２をほとんど損失なく透過させつつ金属薄膜１１を保持できるガラス等により構成される他の部材であってもかまわない。
パルスレーザ１０は、例えばパルス幅が１０ｐｓ（ピコｓｅｃ）程度の短パルスのレーザ光Ｌ０を出力するものであり、そのパルス光Ｌ０が試料２の背面（金属薄膜１１の配置側と反対側の面）に照射され、試料１に弾性波を生じさせる機能を果たす（弾性波生成手段の一例）。図１に示す例では、パルス光反射ミラー１２によりパルス光Ｌ０が変向されて試料１の背面に照射されている。
なお、ここでは、試料１に弾性波を生じさせる手段として、パルス光Ｌ０（パルス変調したレーザ光）を試料１に照射するパルスレーザ１０を設けているが、この他、例えば正弦波の強度変調を施したレーザ光を出力するレーザ光出力装置等、強度変調したレーザ光を試料１に照射する他の手段を採用することも考えられる。
【００１１】
光検出器６は、測定光Ｌ１が金属薄膜１１の表面に対して反射した反射光Ｌ２の強度を電気信号（電圧）に変換することによって検出するものであり（反射光検出手段の一例）、例えば、フォトダイオード等によって構成されている。なお、反射光Ｌ２は、レンズ７により集光されて光検出器６に入射される。
信号処理装置８は、光検出器８により検出された反射光Ｌ２の検出信号（強度信号）に対し、増幅処理やノイズ除去のためのフィルタリング処理等の信号処理を施すものである。この信号処理装置８により処理後の反射光検出信号は、コンピュータ９に取り込まれる。
コンピュータ９は、所定の制御プログラムを実行することにより、反射光検出信号を取り込んでハードディスク等の記憶装置に記録するとともに、パルスレーザ１０によるパルス光Ｌ０の出力タイミングの制御及び方向調節装置５ａの制御（即ち、測定光Ｌ１の試料１に対する照射角度の制御）、並びに反射光検出信号についての各種演算処理を行うものである。
ここで、図１には示していないが、測定光Ｌ１及びパルス光Ｌ０の軌道に対する試料１の相対位置を移動させる移動機構を設ければなお好適である。この移動機構により位置を移動させつつ測定を行うことにより、試料１の部位ごとの特性を容易に測定して特性分布を得ることができる。この場合の移動機構としては、例えば、試料１のエッジ部をロボットアーム等により把持することによって試料１を移動させるものや、或いはパルス光Ｌ０を透過させる透明なガラス等の材料からなる試料台に試料１を載置させ、その試料台を移動させるもの等が考えられる。
【００１２】
図４は、表面プラズモン共鳴状態にある厚み５０ｎｍの金属薄膜１１における測定光Ｌ１の照射角度θ（入射角）と反射率との関係を表すグラフである。
また、図４におけるグラフｇ１、ｇ２及びｇ３の各々は、カップリング材２である水の屈折率が、所定の基準屈折率（＝n0）であるとき（ｇ１）、その基準屈折率に対して１０-4分だけ変化した屈折率（＝n0(1＋10E−4)）であるとき（ｇ２）、及びその基準屈折率に対して１０-3分だけ変化した屈折率（＝n0(1＋10E−3)）であるとき（ｇ３）のグラフを表す。
図４からわかるように、表面プラズモン共鳴状態にある金属薄膜１１の反射率は、測定光Ｌ１の照射角度θが所定の角度（図４の例では、７１．０°〜７１．５°の間）である場合にほぼ０（ゼロ）に近い最低の状態となり、その前後の角度における変化が急峻となる。
また、カップリング材２の屈折率がわずか１０-3分だけ変化しただけで、測定光Ｌ１の照射角度θに対する反射率の特性が、照射角度θについて０．１°程度シフトした状態となる。このように、カップリング材２の屈折率の微小な変化によって金属薄膜１１における表面プラズモン共鳴の状態が変化し、金属薄膜１１の反射率（即ち、反射光Ｌ２の強度）が大きく変化する。
例えば、図４のグラフの測定条件において、測定光Ｌ１の照射角度θが７０．５°に設定されている場合、カップリング材２の屈折率が基準屈折率（＝n0）である場合の反射率Ｒ１に対し、同屈折率が１０-3分だけ変化したときの反射率Ｒ２は、約１．２８倍にもなる（Ｒ２／Ｒ１≒１．２８）。即ち、反射光Ｌ２の強度が約１．２８倍に変化する。これにより、試料１の弾性波による微小な加熱状態の変化（熱特性）を、反射光Ｌ２の強度変化として高感度で測定できる。
【００１３】
次に、図５に示すフローチャートを参照しつつ、熱弾性特性測定装置Ｘによる熱弾性特性の測定手順について説明する。
測定手順は、大別して測定光Ｌ１の照射角度を調整するための調整工程（Ｓ１〜Ｓ５）と、測定光Ｌ１の照射角度が調整された状態で試料１を測定する測定工程（Ｓ６〜Ｓ１０）とに分けられ、事前に調整工程が行われた上で、１回又は複数回の測定工程が行われる。なお、以下に示すＳ１、Ｓ２、…は、処理手順（ステップ）の識別符号を表す。
＜調整工程：ステップＳ１〜Ｓ５＞
調整工程では、まず、測定光レーザ４による測定光の出力が開始される（Ｓ１）。
次に、コンピュータ９により方向調節装置５ａを制御して測定光Ｌ１の試料１に対する照射角度（以下、照射角度θという）を設定し（Ｓ２）、そのときの反射光Ｌ２の強度を光検出器６及び信号処理装置８を通じて検出するとともに、検出結果をコンピュータ９によりその記憶装置（ハードディスク等）に記録する（Ｓ３）という処理が、コンピュータ９により照射角度θの設定が所定の角度範囲について終了したと判別（Ｓ４）されるまで繰り返される。
このステップＳ２〜Ｓ４の処理により、図４のグラフにおける縦軸（反射率）が反射光Ｌ２の強度に置き換わった対応関係である、照射角度θと反射光Ｌ２の強度との対応関係を表す情報（以下、照射角・反射光強度対応情報という）がコンピュータ９の記憶手段に記録される。
そして、コンピュータ９により、前記照射角・反射光強度対応情報に基づいて、高い測定感度が得られる設定照射角度θ0が決定され、さらに、コンピュータ９が方向調節装置５ａを制御することにより、照射角度θがその決定された設定照射角度θ0となるように調節される（Ｓ５）。
このように、方向調節装置５ａ及びこれを制御するコンピュータ９により、光検出器６による反射光Ｌの強度の検出結果に基づいて、測定光Ｌ１の金属薄膜１１に対する照射角度θが調節される（Ｓ２〜Ｓ５：測定光照射角度調節手段の一例）。
例えば、照射角度θの単位変化幅に対する反射光Ｌ２の強度変化幅が最も大きくなるときの照射角度θが設定照射角度θ0とされる。これにより、試料１の加熱状態変化に対する反射光Ｌ２の強度変化が大きくなるように調整でき、高い測定感度を確保することができる。
以上の調整工程は、例えば、測定対象とする試料１ごと、或いはその試料１の種類（材質や形状等）ごと等に行われる。
また、ステップＳ１〜Ｓ５の終了後、不図示の後処理（測定光レーザ４の停止処理等）が行われた後に当該調整工程が終了する。
【００１４】
＜測定工程：ステップＳ６〜Ｓ１１＞
調整工程の終了後、まず、測定工程では、照射角度θがステップＳ５で設定された設定照射角度θ0に保持（固定）された状態で、測定光レーザ４による測定光の出力が開始される（Ｓ６）。これにより、金属薄膜１１の表面に測定光Ｌ１が照射され、金属薄膜１１に表面プラズモン共鳴が生じる（測定光照射工程の一例）。
次に、コンピュータ９がパルスレーザ１０を制御することにより、パルス光Ｌ０の出力条件（パルス幅や照射時間等）の設定（Ｓ７）及びその設定条件でのパルス光の出力（試料１に対する照射）（Ｓ９）が行われるとともに、パルス光の照射前後に渡る反射光Ｌ２の強度が、光検出器６及び信号処理装置８を通じて検出されるとともに、検出結果がコンピュータ９によりその記憶装置に記録される（Ｓ８、Ｓ１０：反射光検出工程の一例）。このとき、パルス光Ｌ０の出力タイミング（出力状態の時間軸）と反射光Ｌ２の強度の検出タイミング（検出値の時間軸）との対応関係を表す情報や、パルス光の出力条件に関する情報も併せて記録される。
ステップＳ９の処理により、測定光Ｌ１が照射されている試料１に弾性波が生じ（弾性波生成工程の一例）。
このステップＳ７〜Ｓ１０の処理が、コンピュータ９により所定の測定終了条件が成立したと判別（Ｓ１１）されるまで繰り返され、その測定終了条件が成立した際に、不図示の後処理（測定光レーザ４の停止処理等）が行われた後に測定工程が終了する。
【００１５】
以上に示した測定を行うことにより、試料１がパルス光Ｌ０の照射により生じた弾性波によって加熱されるとともに、その弾性波が金属薄膜１１に伝搬することにより、金属薄膜１１の表面プラズモン共鳴の状態が変化し、その金属薄膜１１に照射した測定光の反射光Ｌ２の強度が大きく変化する。
その結果、試料１の弾性波による微小な加熱状態の変化（熱特性）を、反射光Ｌ２の強度変化として高感度で測定できる。しかも、測定対象とする試料１ごとに金属薄膜１１を形成させるという加工の手間を要しない。
また、表面プラズモン共鳴が生じている状況下では、金属薄膜１１の反射率は、その表層の数十ｎｍ程度の深さの部分の応力（屈折率）の変化に対して敏感であることから、熱弾性特性測定装置Ｘは、超短波長（例えば、数十ｎｍの波長）の弾性波の検出に極めて有効である。
なお、ステップＳ７〜Ｓ１０の処理により得られた測定データは、測定後にコンピュータ９により解析され、これにより試料１の熱弾性特性の評価がなされる。
例えば、パルス光Ｌ０の照射前後の反射光Ｌ２の強度の変化量、パルス光Ｌ０の出力時点から反射光Ｌ２の強度が変化するまでの時間（弾性波の試料１への到達時間に相当）、反射光Ｌ２の強度の周波数特性等が解析され、その解析結果に基づいて試料１の熱特性が評価される。より具体的には、当該熱弾性特性測定装置Ｘにより、熱特性が既知の基準試料についてステップＳ１〜Ｓ１１の手順で測定してその測定データを記録しておき、その基準試料の測定データと、測定対象とする試料１の測定データとの比較によって試料１の熱特性が評価される。
【００１６】
ところで、図１には、パルス光Ｌ０を試料１の背面側から照射する例について示したが、これに限るものではない。
図２は、パルス光Ｌ０が、試料２のおもて面（金属薄膜１１が配置された側の面）における、金属薄膜１１に対する測定光Ｌ１の照射部近傍に照射され、これにより試料１に弾性波を生じさせるパルス光の照射方式（第１実施例）を表したものである。この第１実施例では、金属薄膜１１にパルス光Ｌ０を通過させる微小な孔１１ａが形成され、パルス光Ｌ０がプリズム３を透過して試料１に照射される。
また、図３は、パルス光Ｌ０が、試料２のおもて面における、金属薄膜１１に対する測定光Ｌ１の照射部から少し離れた部分に照射され、これにより試料１に弾性波を生じさせるパルス光の照射方式（第２実施例）を表したものである。この第２実施例では、主として試料１の表層に生じて伝搬される弾性波（表面波）の影響が反射光Ｌ２の強度に反映され、試料１の表層部分の熱弾性特性を選択的に測定することが可能である。
このような図２及び図３に示すパルス光の照射方式を採用することも、本発明の実施形態の一例である。
【００１７】
また、前述した実施形態では、光検出器６による反射光Ｌ２の検出結果に基づいて、測定光Ｌ１の試料１に対する照射角度θを調節する（Ｓ２〜Ｓ５）例を示したが、これ以外の構成も考えられる。
例えば、方向調節装置５ａの代わりに、或いはそれに加えて、測定光レーザ４により出力される測定光Ｌ１の波長を調節可能とする波長調節装置を設け、コンピュータ９がその波長調節装置を制御することにより、光検出器６による反射光Ｌ２の検出結果に基づいて、測定光Ｌ１の波長を調節する構成とすることも考えられる（測定光波長調節手段の一例）。なお、反射光Ｌ２の検出強度に基づいて、測定光Ｌ１の照射角度θ及び波長のいずれか一方の調節、或いは両方の調節を行うことが考えられる。
このような構成によっても、試料１の加熱状態変化に対する反射光Ｌ２の強度変化が大きくなるように調整でき、高い測定感度を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、弾性波により加熱された試料の熱特性を測定する熱弾性特性測定装置或いはその方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る熱弾性特性測定装置Ｘの概略構成を表す図。
【図２】熱弾性特性測定装置Ｘにおけるパルス光の照射方式の第１実施例を表す図。
【図３】熱弾性特性測定装置Ｘにおけるパルス光の照射方式の第２実施例を表す図。
【図４】表面プラズモン共鳴状態の金属薄膜における測定光の入射角と反射率との関係を表すグラフ。
【図５】熱弾性特性測定装置Ｘによる測定手順を表すフローチャート。
【符号の説明】
【００２０】
Ｘ ：熱弾性特性測定装置
１ ：試料
２ ：カップリング材
３ ：プリズム
４ ：測定光レーザ
５ ：測定光反射ミラー
５ａ ：方向調節装置
６ ：光検出器
７ ：レンズ
８ ：信号処理装置
９ ：コンピュータ
１０ ：パルスレーザ
１１ ：金属薄膜
１２ ：パルス光反射ミラー
Ｓ１、Ｓ２、… ：処理手順（ステップ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の試料について弾性波が生じた場合の特性変化を測定する熱弾性特性測定装置であって、
前記試料との間に該試料に生じる弾性波を伝搬する弾性波伝搬媒体が充填された状態で配置される金属薄膜と、
前記金属薄膜の表面に所定の測定光を照射して表面プラズモン共鳴を生じさせる測定光照射手段と、
前記試料に弾性波を生じさせる弾性波生成手段と、
前記測定光の前記金属薄膜に対する反射光の強度を検出する反射光検出手段と、
を具備してなることを特徴とする熱弾性特性測定装置。
【請求項２】
前記弾性波生成手段が、強度変調したレーザ光を前記試料に照射する手段である請求項１に記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項３】
前記弾性波生成手段が、パルス変調したレーザ光を前記試料に照射する手段である請求項２に記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項４】
前記反射光検出手段の検出結果に基づいて前記測定光の前記金属薄膜に対する照射角度を調節する測定光照射角度調節手段を具備してなる請求項１〜３のいずれかに記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項５】
前記反射光検出手段の検出結果に基づいて前記測定光の波長を調節する測定光波長調節手段を具備してなる請求項１〜４のいずれかに記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項６】
前記測定光及び前記反射光を透過させつつ前記金属薄膜を保持する金属薄膜保持手段を具備してなる請求項１〜５のいずれかに記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項７】
前記金属薄膜保持手段がプリズムである請求項６に記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項８】
前記弾性波伝搬媒体が、液状若しくはゲル状の非圧縮性流体である請求項１〜７のいずれかに記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項９】
所定の試料について弾性波が生じることによる特性変化を測定する熱弾性特性測定方法であって、
前記試料との間に該試料に生じる弾性波を伝搬する弾性波伝搬媒体が充填された状態で配置される金属薄膜の表面に、所定の測定光を照射して表面プラズモン共鳴を生じさせる測定光照射工程と、
前記測定光が照射されている前記試料に弾性波を生じさせる弾性波生成工程と、
前記測定光の前記金属薄膜に対する反射光の強度を検出する反射光検出工程と、
を有してなることを特徴とする熱弾性特性測定方法。
【請求項１】
所定の試料について弾性波が生じた場合の特性変化を測定する熱弾性特性測定装置であって、
前記試料との間に該試料に生じる弾性波を伝搬する弾性波伝搬媒体が充填された状態で配置される金属薄膜と、
前記金属薄膜の表面に所定の測定光を照射して表面プラズモン共鳴を生じさせる測定光照射手段と、
前記試料に弾性波を生じさせる弾性波生成手段と、
前記測定光の前記金属薄膜に対する反射光の強度を検出する反射光検出手段と、
を具備してなることを特徴とする熱弾性特性測定装置。
【請求項２】
前記弾性波生成手段が、強度変調したレーザ光を前記試料に照射する手段である請求項１に記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項３】
前記弾性波生成手段が、パルス変調したレーザ光を前記試料に照射する手段である請求項２に記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項４】
前記反射光検出手段の検出結果に基づいて前記測定光の前記金属薄膜に対する照射角度を調節する測定光照射角度調節手段を具備してなる請求項１〜３のいずれかに記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項５】
前記反射光検出手段の検出結果に基づいて前記測定光の波長を調節する測定光波長調節手段を具備してなる請求項１〜４のいずれかに記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項６】
前記測定光及び前記反射光を透過させつつ前記金属薄膜を保持する金属薄膜保持手段を具備してなる請求項１〜５のいずれかに記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項７】
前記金属薄膜保持手段がプリズムである請求項６に記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項８】
前記弾性波伝搬媒体が、液状若しくはゲル状の非圧縮性流体である請求項１〜７のいずれかに記載の熱弾性特性測定装置。
【請求項９】
所定の試料について弾性波が生じることによる特性変化を測定する熱弾性特性測定方法であって、
前記試料との間に該試料に生じる弾性波を伝搬する弾性波伝搬媒体が充填された状態で配置される金属薄膜の表面に、所定の測定光を照射して表面プラズモン共鳴を生じさせる測定光照射工程と、
前記測定光が照射されている前記試料に弾性波を生じさせる弾性波生成工程と、
前記測定光の前記金属薄膜に対する反射光の強度を検出する反射光検出工程と、
を有してなることを特徴とする熱弾性特性測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１７０９６０（Ｐ２００７−１７０９６０Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６８４４２（Ｐ２００５−３６８４４２）
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００１３０２５９）株式会社コベルコ科研 (174)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２１日（２００５．１２．２１）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００１３０２５９）株式会社コベルコ科研 (174)
【Ｆターム（参考）】
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