熱物性解析方法、この方法を用いた熱物性解析装置、及び、熱物性解析プログラム
【課題】被測定物に成膜された金属膜の光浸透深さが不明であっても、当該被測定物についての熱物性を精度よく解析・評価できる熱物性解析方法、この方法を用いた熱物性解析装置、及びこの装置に用いられるプログラムを提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、被測定物１１上に膜厚の異なる第１金属膜１２ａと第２金属膜１２ｂとを成膜し、第１及び第２金属膜１２ａ，１２ｂに加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とをそれぞれ照射し、反射した検出光Ｂ２ａの第１反射光強度変化と第２反射光強度変化とをそれぞれ検出し、第１及び第２反射光強度変化の比較から求めた特定の時刻ｔ１に基づき第１反射光強度変化に対して所定の規格化を行い、解析モデルに基づく演算結果が前記規格化された第１反射光強度変化と所定範囲で一致するような解析モデルを探索し、これに基づき被測定物１１の熱物性値を決定することを特徴とする。
【解決手段】本発明は、被測定物１１上に膜厚の異なる第１金属膜１２ａと第２金属膜１２ｂとを成膜し、第１及び第２金属膜１２ａ，１２ｂに加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とをそれぞれ照射し、反射した検出光Ｂ２ａの第１反射光強度変化と第２反射光強度変化とをそれぞれ検出し、第１及び第２反射光強度変化の比較から求めた特定の時刻ｔ１に基づき第１反射光強度変化に対して所定の規格化を行い、解析モデルに基づく演算結果が前記規格化された第１反射光強度変化と所定範囲で一致するような解析モデルを探索し、これに基づき被測定物１１の熱物性値を決定することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物表面の測定部位に加熱光を照射して加熱すると共にこの測定部位に検出光を反射させてこの反射光を受光し、その受光強度の変化から前記測定部位の温度変化を検出して熱物性についての解析・評価を行う熱物性解析方法、熱物性解析装置、及び熱物性解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、薄い被測定物、例えば薄膜試料の熱物性についての解析評価のための測定方法として、特許文献１に記載された方法が知られている。この方法は、いわゆるサーモリフレクタンス法であり、共通の短パルスレーザが加熱光（加熱用パルス光）と検出光（検出用パルス光）とに分岐され、これら加熱光と検出光とが透明基板上に形成された薄膜試料における測定部位の表裏各面に照射されることにより熱拡散測定が行われる。
【０００３】
具体的に、サーモリフレクタンス法では、短パルスレーザの分岐光のうち一方の加熱光が変調手段によって変調されると共に光路遅延手段によって遅延されつつ測定部位の一方の面に照射され、他方の検出光が測定部位の他方の面に照射される。そして、測定部位の他方の面で反射された検出光が検出され、その検出信号（強度信号）における加熱光の変調成分が検出される。
【０００４】
この状態で、光路遅延手段によって加熱光の遅延状態を変化させることで、測定部位の過渡的な温度変化（光学的反射率の変化）が測定され、その過渡的な温度変化（過渡温度応答）が解析されることによって測定部位（被測定物）の熱物性値が得られる。
【０００５】
しかし、この方法では、前記薄膜試料の裏面側（検出光が照射される面の反対側）に配置された基板（部材）が加熱光を透過する素材でなければ、前記加熱光が前記薄膜試料の裏面に到達することができず、当該薄膜試料を加熱することができない。即ち、不透明な基板の表面に形成された薄膜試料の熱物性に対しその解析のための測定ができないという問題が生じていた。
【０００６】
そこで、前記加熱光と検出光とを薄膜試料の表面、即ち、同一面に照射し、その反射検出光から測定部位の温度変化を検出することが考えられた。このように加熱光と検出光とが共に薄膜試料の表面に照射されることで、薄膜試料の裏面側に配置された基板が不透明な素材で構成されていても当該薄膜試料が加熱光によって加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−８３１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記のサーモリフレクタンス法では、被測定物の表面を加熱したときの当該表面における光学的な反射率の変化に基づいて熱物性値を得ているため、被測定物の表面状態や光学的性質の影響が大きかった。また、被測定物が非常に薄いと加熱光の一部が被測定物を透過して裏側の基板に到達し、基板が加熱される場合がある。この場合、基板からの熱の影響を受け、被測定物自体の温度変化が正確に評価できなくなる。
【０００９】
そこで、被測定物の表面に金属膜（金属薄膜）を成膜し、この金属膜への加熱光と検出光との照射により得られた金属膜表面の温度変化と、金属膜から被測定物への熱浸透とに基づいて被測定物の熱物性値を算出する方法が考えられた。
【００１０】
この方法において、被測定物についての熱物性解析を精度よく行うためには、その表面に成膜される金属膜の吸収係数に基づいて決定される光浸透深さが重要となる。
【００１１】
しかし、被測定物の表面上に成膜された金属膜に対し、その吸収係数を測定することが困難な場合があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、被測定物の表面に成膜された金属膜の光浸透深さが不明であっても当該被測定物についての熱物性を精度よく解析・評価することができる熱物性解析方法、この方法を用いた熱物性解析装置、及び、熱物性解析プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、被測定物の測定部位に光を照射し、その反射光に基づいて前記被測定物の熱物性についての解析を行う熱物性解析方法であって、前記被測定物の表面に所定の膜厚の第１の金属膜を成膜する第１成膜工程と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚の第２の金属膜を成膜する第２成膜工程と、前記第１の金属膜に表面側から加熱光と検出光とをそれぞれ照射し、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化を検出する第１の検出工程と、前記第２の金属膜に表面側から前記加熱光と前記検出光とをそれぞれ照射し、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第２の反射光強度変化を検出する第２の検出工程と、前記第１の反射光強度変化と前記第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行う規格化工程と、所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化工程において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索する探索工程と、前記探索工程において探索された解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定する決定工程と、を備えることを特徴とする。尚、本発明において同一の金属とは、種類が同じで且つ光浸透深さも同じ金属のことをいう。
【００１４】
このように検出した反射光強度変化に対して所定の規格化を行うことで同一の熱物性値を有する被測定物で且つその表面に成膜された金属膜の膜厚が同一であれば前記金属膜の光浸透深さに関わりなく反射光強度変化の減衰波形が所定の範囲で同一となることを利用することによって、金属膜の光浸透深さが不明であっても、被測定物の熱物性を精度よく解析・評価することができる。具体的には、異なる膜厚の金属膜表面で反射された検出光（反射検出光）の強度変化を比較することによって被測定物の影響が反射検出光の強度変化に現れる時刻（特定の時刻）を求め、被測定物の影響が現れた反射検出光の強度変化のみの比較を可能とすべく、この時刻に着目した所定の規格化を行う。そして、この規格化した結果と所定の範囲で一致する解析モデルを演算によって求め、この一致した解析モデルの熱物性値を被測定物の物性値と擬制することで、金属膜の光浸透深さに関わりなく被測定物の熱物性値を精度よく得られる。
【００１５】
この場合、前記規格化工程における所定の規格化は、具体的には、前記特定の時刻を基準にし、そのときの反射光強度が１となるような規格化である。
【００１６】
このような規格化により、特定の時刻以降の反射光強度変化には被測定物の影響が現れた状態となるため、この特定の時刻以降の反射光強度変化に着目することにより、金属膜の光浸透深さが不明であっても、被測定物の熱物性を精度よく解析・評価することができる。
【００１７】
本発明に係る熱物性解析装置においては、前記規格化工程では、前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜のうちの膜厚の小さい方の金属膜表面で反射された検出光の反射光強度変化に対して前記所定の規格化が行われること、が好ましい。
【００１８】
かかる構成によれば、金属膜の膜厚が小さい方が検出した反射光強度変化に被測定物の影響が大きく現れるため、この反射光強度変化に対して所定の規格化を行い、これと所定の範囲で一致する解析モデルを探索することにより、被測定物の熱物性をより高精度に解析・評価することが可能となる。
【００１９】
前記探索工程では、具体的には、熱拡散率を所定の値としたときの被測定物の表面に前記第１及び第２の金属膜と同種で且つ所定の光浸透深さの金属によって所定の膜厚の第３の金属膜が成膜された第１の解析モデルと、前記所定の値の熱拡散率の被測定物の表面に前記第３の金属膜と同一の金属によって異なる膜厚の第４の金属膜が成膜された第２の解析モデルと、を用い、これら各解析モデルの熱伝導方程式によって導出された結果に前記規格化工程における所定の規格化と同様の規格化を行った演算結果が、前記規格化工程において規格化された結果と前記所定の範囲で一致するような前記熱拡散率の値が算出されること、が好ましい。
【００２０】
かかる構成によれば、熱拡散率の値のみを変更して演算を繰り返すだけで、演算結果が規格化工程において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような解析モデルを探索することができる。これにより、被測定物の熱物性値（熱拡散率）を導出することができる。
【００２１】
このように解析モデルを用いて熱拡散率を求める場合、前記検出光は、所定のパルス幅のパルス光線であり、前記探索工程では、前記熱伝導方程式によって前記加熱光が照射されたときの前記第３の金属膜表面の時間的な温度変化と前記第４の金属膜表面の時間的な温度変化とがそれぞれ算出され、これら第３の金属膜表面の時間的な温度変化及び第４の金属膜表面の時間的な温度変化に対して前記検出光のパルス幅に基づく補正がそれぞれ行われ、これら補正後の第３の金属膜表面の時間的な温度変化と第４の金属膜表面の時間的な温度変化とに基づいて前記規格化工程における所定の規格化と同様の規格化が行われること、がより好ましい。
【００２２】
実測で得られるパルス光からなる検出光の反射光に基づく反射光強度変化は、検出光のパルス幅分の時間平均の反射率変化である。そのため、計算によって求められた第３及び第４の金属膜表面の時間的な温度変化にこのパルス幅の時間平均を考慮した補正を行うことによって、より高精度の熱物性の解析・評価を行うことができる。
【００２３】
また、上記課題を解消すべく、本発明は、被測定物の測定部位に光を照射し、その反射光に基づいて前記被測定物の熱物性についての解析を行う熱物性解析装置であって、前記測定部位を加熱するための加熱光を照射する加熱光照射手段と、前記測定部位に温度変化を検出するための検出光を照射する検出光照射手段と、前記測定部位からの前記検出光の反射光の強度を測定する反射光測定手段と、前記反射光測定手段で測定された前記反射光の強度変化に基づいて前記被測定物の熱物性を導出する解析手段と、前記解析手段での解析結果を出力する出力手段と、を備える。そして、前記解析手段は、前記被測定物の表面に所定の膜厚で成膜された第１の金属膜に表面側から前記加熱光照射手段と前記検出光照射手段とにより前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射されたときに、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光を前記反射光測定手段で測定することによって検出された反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚で成膜された第２の金属膜に表面側から前記加熱光照射手段と前記検出光照射手段とにより前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射されたときに、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光を前記反射光測定手段で測定することにより検出された反射光強度の時間的な変化である第２の反射光強度変化と、をそれぞれ格納する記憶部と、前記記憶部に格納された前記第１の反射光強度変化と前記第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行う規格化部と、所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化部において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索する探索部と、前記探索部において探索された前記解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定し、この熱物性値を解析結果として前記出力手段に出力する決定部と、を有することを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、異なる膜厚の第１の金属膜と第２の金属膜とが成膜された被測定物をそれぞれ測定することにより、各金属膜の光浸透深さが不明であっても、被測定物の熱物性を精度よく解析・評価することができる。
【００２５】
また、上記課題を解消すべく、本発明は、被測定物の熱物性についての解析を行うためのプログラムであって、前記被測定物の表面に所定の膜厚で成膜された第１の金属膜に表面側から加熱光と検出光とがそれぞれ照射され、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化の情報と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚で成膜された第２の金属膜に表面側から前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射され、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光の時間的な反射光強度の変化である第２の反射光強度変化の情報とをコンピュータが受け取ることで、このコンピュータに、これら第１の反射光強度変化と第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行わせる規格化手順と、所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化手順において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索させる探索手順と、前記探索手順において探索された前記所定の範囲で一致する解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定させる決定手順と、を実行させる。
【００２６】
このプログラムを用いれば、異なる膜厚の金属膜（第１の金属膜及び第２の金属膜）表面で反射された検出光の時間的な強度変化の情報をそれぞれコンピュータに与えることにより、金属膜の光浸透深さが不明であっても、被測定物の熱物性が精度よく解析・評価される。
【発明の効果】
【００２７】
以上より、本発明によれば、被測定物の表面に成膜された金属膜の光浸透深さが不明であっても、当該被測定物についての熱物性を精度よく解析・評価することができる熱物性解析方法、この方法を用いた熱物性解析装置、及び、熱物性解析プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る熱物性解析装置の概略構成図である。
【図２】前記熱物性解析装置のコンピュータにおける解析手段の機能ブロック図である。
【図３】反射検出光の強度変化のデータに対して検出光のパルス幅に基づく補正を行った結果を示す図である。
【図４】前記熱物性解析装置において薄膜試料の熱物性を解析するときのフローを示す図である。
【図５】実施例において得られた反射検出光の強度変化を規格化したデータを示す図である。
【図６】前記規格化したデータのうちの膜厚が５０ｎｍのデータに対して所定の規格化を行った結果を示す図である。
【図７】前記規格化したデータのうちの膜厚が１００ｎｍのデータに対して所定の規格化を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
図１に示されるように、本実施形態に係る熱物性解析装置（以下、単に「解析装置」とも称する。）１０は、加熱光照射手段によって薄膜試料（被測定物）１１の表面に成膜された金属膜１２表面の測定部位１１２（以下、単に「測定部位１１２」とも称する。）に加熱光Ｂ１を照射すると共に検出光照射手段よって測定部位１１２に温度変化を検出するための検出光Ｂ２を照射し、反射光測定手段により測定部位１１２からの検出光Ｂ２ａの強度を測定することにより、前記測定部位１１２の温度変化を測定する（熱拡散測定を行う）サーモリフレクタンス法に基づく熱物性解析を行う装置である。本実施形態では、薄膜試料１１が基板Ｋ上に成膜され、この薄膜試料１１の表面に金属膜１２としてモリブデン（Ｍｏ）膜が成膜される。
【００３１】
尚、本実施形態の解析装置１０は、１つのパルスレーザ２１から周期的に出射（放射）される基幹パルスレーザ（基幹パルス光）Ｂ０を２分岐させて、その一方を加熱用パルス光（以下、単に「加熱光」とも称する。）Ｂ１、他方を検出用パルス光（以下、単に「検出光」とも称する。）Ｂ２としている。
【００３２】
以下、解析装置１０について具体的に説明する。
【００３３】
解析装置１０は、加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の双方を出射する光出射手段２０と、加熱光Ｂ１を薄膜試料１１の測定部位１１２（詳しくは、薄膜試料１１の表面に成膜された金属膜１２表面における測定部位１１２）まで導光する第１の光学系３０と、検出光Ｂ２を測定部位１１２まで導光する第２の光学系４０と、測定部位１１２で反射された検出光（反射検出光）Ｂ２ａの強度を測定する検出光測定手段６０と、測定部位１１２からの反射検出光Ｂ２ａを検出光測定手段６０まで導光する第３の光学系７０と、検出光測定手段６０での測定結果から薄膜試料１１の熱物性について解析・評価するコンピュータ８０と、コンピュータ８０における解析結果を外部に出力する出力手段８２と、ステージ１３とを備える。
【００３４】
光出射手段２０は、所定周期のパルス光を出射するパルスレーザ２１と、このパルスレーザ２１から出射されたパルス光を加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とに分岐する第１ビームスプリッタ２２とを有する。
【００３５】
パルスレーザ２１は、所定周期で断続する数ピコ秒〜十ピコ秒程度の幅の単位パルス光ＰＬで構成される基幹パルス光（基幹パルスビーム）Ｂ０を出射する光源である。例えば、本実施形態に係るパルスレーザ２１は、パルスＹＡＧレーザであり、波長が５３２ｎｍ、パルス幅が１２ｐｓ、繰り返し周波数が８０ＭＨｚのパルス光（パルス状のビーム）Ｂ０を出力する。
【００３６】
第１ビームスプリッタ２２は、パルスレーザ２１から出力される基幹パルス光Ｂ０を分岐させるもので、加熱光（加熱用パルス光）Ｂ１と検出光（検出用パルス光）Ｂ２とに２分岐させる。この第１ビームスプリッタ２２は、基幹パルス光Ｂ０を分岐した後、加熱光Ｂ１を第１の光学系３０に入射させると共に検出光Ｂ２を第２の光学系４０に入射させる。本実施形態では、第１ビームスプリッタ２２として偏光ビームスプリッタが用いられる。この第１ビームスプリッタの下流側に、偏光素子２３，２４が配置される。この第１ビームスプリッタ２２で分岐された光（加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２）が偏光素子２３，２４を通過することにより、加熱光Ｂ１が第１の偏光方向に偏光すると共に検出光Ｂ２が第２の偏光方向に偏光する。尚、第１の偏光方向と第２の偏光方向とでは偏光方向が異なり、例えば、互いに直交する。本実施形態では、加熱光Ｂ１がｐ偏光で検出光Ｂ２がｓ偏光となるように偏光される。
【００３７】
第１の光学系３０は、ミラー３１と、集光レンズ３２と、第２ビームスプリッタ３３とを有し、光出射手段２０から出射された加熱光Ｂ１を測定部位１１２まで導光する。この第１の光学系３０は、加熱光Ｂ１を測定部位１１２に対して垂直方向（即ち、薄膜試料１１に対して法線方向）から照射するように導光する。また、第１の光学系３０には、加熱光Ｂ１を強度変調するための変調手段３４が設けられている。
【００３８】
集光レンズ３２は、第１の光学系３０で導光される加熱光Ｂ１を測定部位１１２に向けて集光するものである。この集光レンズ３２は、その焦点位置が測定部位１１２になるように配置されている。これにより、集光レンズ３２によって集光された加熱光Ｂ１は、測定部位１１２において集束する。尚、本実施形態の集光レンズ３２は、第２の光学系４０の一部を構成すると共に第３の光学系７０の一部も構成している。
【００３９】
第２ビームスプリッタ３３は、偏光ビームスプリッタであり、第２の偏光方向に偏光された光を透過させると共に第１の偏光方向の光を反射する。即ち、本実施形態の第２ビームスプリッタ３３では、第２の偏光方向に偏光されている検出光Ｂ２は透過するが、第１の偏光方向に偏光されている加熱光Ｂ１は反射される。この第２ビームスプリッタ３３は、当該第２ビームスプリッタ３３で反射した加熱光Ｂ１を当該ビームスプリッタ３３を通過した後の検出光Ｂ２に同軸又は略同軸となるように合流させる。尚、本実施形態の第２ビームスプリッタ３３は、第３の光学系７０の一部も構成する。この第３の光学系７０における第２ビームスプリッタ３３の作用については後述する。
【００４０】
変調手段３４は、変調器３５と発振器３６とを有し、変調器３５が発振器３６からの変調信号に基づいて加熱光Ｂ１を強度変調し、その結果、加熱光Ｂ１が所定の周波数Ｆ１のパルス光となる。本実施形態では、変調器３５として音響光学変調器が用いられ、加熱光Ｂ１が強度変調され周波数が２００ｋＨｚのパルス光となる。
【００４１】
第２の光学系４０は、ミラー４１と、光路遅延装置４２と、集光レンズ３２と、を有し、光出射手段２０から出射された検出光Ｂ２を測定部位１１２まで導光する。本実施形態の第２の光学系４０は、検出光Ｂ２を測定部位１１２に対して垂直方向から照射するように導光する。
【００４２】
光路遅延装置４２は、加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２との間で測定部位１１２におけるパルス光到達の時間差を生じさせるものであり、その時間差を例えばピコ秒オーダーの精度で調節可能（可変）である。この光路遅延装置４２は、検出光Ｂ２の光路上で検出光Ｂ２を反射し、光路長を変更するために移動可能な反射部材４３を備える。この反射部材４３は、当該光路遅延装置４２に入射してきた検出光Ｂ２を、当該検出光Ｂ２に対し、平行でその進行方向が反対となるように反射する。本実施形態の光路遅延装置４２では、反射部材４３として一対のミラーが用いられる。これら一対のミラー４３は、各反射面が互いに直交するように配置される。
【００４３】
光路遅延装置４２は、一対のミラー４３を搭載し、入射してくる検出光Ｂ２に対する一対のミラー４３の姿勢を維持した状態で当該一対のミラー４３を当該光路遅延装置４２に入射してくる検出光Ｂ２の光軸方向（図１における矢印β方向）に移動させる移動ステージ４４、及びこの移動ステージ４４をコンピュータ８０からの制御指令に従って駆動する駆動機構（図示せず）等を備えている。
【００４４】
第２の光学系４０における集光レンズ３２は、当該第２の光学系４０で導光される検出光Ｂ２を測定部位１１２に向けて集光する。第２ビームスプリッタ３３の下流側では、加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが同軸となっているため、これら加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが共に測定部位１１２に集光される。
【００４５】
検出光測定手段６０は、測定部位１１２からの反射検出光Ｂ２ａを受光する光検出器６１と、この光検出器６１と発振器３６とが接続されるロックインアンプ６２と、を有する。
【００４６】
光検出器６１は、ロックインアンプ６２に接続され、受光した反射検出光Ｂ２ａの強度を熱反射信号として出力するものである。
【００４７】
ロックインアンプ６２は、光検出器６１から出力される熱反射信号から変調手段３４で変調した周波数成分を検出（抽出）するものである。ロックインアンプ６２は、コンピュータ８０と接続され、抽出した周波数成分を反射検出光Ｂ２ａの強度変化としてコンピュータ８０に出力する。
【００４８】
第３の光学系７０は、集光レンズ３２と、第２ビームスプリッタ３３と、第３ビームスプリッタ７１とを有し、測定部位１１２で反射された反射検出光Ｂ２ａを光検出器６１まで導光する。
【００４９】
第３の光学系７０における第２ビームスプリッタ３３は、測定部位１１２に対して垂直方向から入射した加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の各反射光のうち、反射加熱光をミラー３１側に反射すると共に反射検出光Ｂ２ａを通過させる。これにより、測定部位１１２で反射した反射加熱光と反射検出光Ｂ２ａのうち反射検出光Ｂ２ａのみを光検出器６１に導光することができる。
【００５０】
第３ビームスプリッタ７１は、第２の光学系４０により導光される検出光Ｂ２の光路上に配置されている。本実施形態の第３ビームスプリッタ７１は、測定部位１１２に向って垂直方向に進む検出光Ｂ２を通過させると共に測定部位１１２から同軸上に戻ってきた反射検出光Ｂ２ａを光検出器６１に向けて反射する。
【００５１】
コンピュータ８０は、種々の入力信号の解析処理等を行うと共に解析装置１０の各構成部位の制御等を行うものであり、薄膜試料１１の熱物性を解析・評価するための解析手段９０を有する。この解析手段９０は、図２にも示されるように、情報（データ）を出し入れ自在に格納する記憶部９２と、記憶部９２に格納された反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化（反射光強度変化）の情報（以下、単に「強度変化」とも称する。）に対して所定の規格化を行う規格化部９４と、規格化部９４で規格化された結果と一致する解析モデルを探索する探索部１００と、探索部１００での結果に基づき薄膜試料１１の熱物性値を決定する決定部９６とを備える。このコンピュータ８０には所定のプログラムが組み込まれ、このプログラムの実行によって機能的に規格化部９４と探索部１００と決定部９６とが構成される。
【００５２】
記憶部９２は、検出光測定手段６０によって測定された反射検出光Ｂ２ａの強度変化を格納可能な部位である。即ち、記憶部９２は、ロックインアンプ６２で検出された周波数成分を格納する。本実施形態の記憶部９２には、表面に第１の金属膜１２ａが成膜された薄膜試料１１の測定部位１１２における反射検出光Ｂ２ａを検出光測定手段６０で測定することにより検出された時間的な強度変化である第１の強度変化と、表面に第２の金属膜１２ｂが成膜された薄膜試料１１の測定部位１１２における反射検出光Ｂ２ａを検出光測定手段６０によって測定することにより検出された時間的な強度変化である第２の強度変化とが格納される。
【００５３】
ここで、第１の金属膜１２ａは、薄膜試料１１の表面に成膜された所定の厚さの金属膜であり、第２の金属膜１２ｂは、薄膜試料１１の表面に成膜され、第１の金属膜１２ａと同一の金属で且つ異なる膜厚の金属膜である。具体的に、本実施形態では、第１の金属膜１２ａは、モリブデンにより膜厚が５０ｎｍとなるように薄膜試料１１の表面に成膜された金属膜であり、第２の金属膜１２ｂは、光浸透深さが第１の金属膜１２ａと同一のモリブデンにより膜厚が１００ｎｍとなるように薄膜試料１１の表面に成膜された金属膜である。これら第１の金属膜１２ａと第２の金属膜１２ｂとは、２つの薄膜試料１１，１１の表面に別々に成膜されてもよく、共通（１つ）の薄膜試料１１表面の異なる部位にそれぞれ成膜されてもよい。
【００５４】
規格化部９４は、記憶部９２に格納された第１の強度変化と第２の強度変化との比較から求められる第１特定時刻（特定の時刻）ｔ１に基づいて当該第１の強度変化に対して所定の規格化を行う部位である。具体的に、規格化部９４は、先ず、第１の強度変化と第２の強度変化とをそれぞれ以下の式（１）によって規格化し、その減衰波形を比較したときに信号強度に差が現れる時刻である第１特定時刻ｔ１を求める（図５参照）。
【００５５】
【数１】
ここで、検出された反射検出光Ｂ２ａの強度のピーク値をＲｂ、加熱光Ｂ１のパルスが測定部位１１２に入射する前の反射検出光Ｂ２ａの強度をＲｐ、反射検出光Ｂ２ａの強度をＲ（ｔ）、このＲ（ｔ）を式（１）で規格化した結果をＲｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ（ｔ）とする。
【００５６】
次に、規格化部９４は、この第１特定時刻ｔ１を基準にして（０秒にして）そのときの信号強度が１となるような規格化（所定の規格化）を、式（１）によって規格化された第１の強度変化に対して行う。具体的に、規格化部９４は、先に求めた第１特定時刻ｔ１から以下の式（２）によって式（１）により規格化された第１の強度変化に対して、再度、規格化する。
【００５７】
【数２】
ここで、Ｒｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ（ｔ）を式（２）で規格化した結果をＲｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ（ｔ’）とする。
【００５８】
このように検出した反射検出光Ｂ２ａの強度変化に対して所定の規格化を行うことにより、同一の薄膜試料１１で且つその表面に成膜された金属膜１２の膜厚が同一であれば金属膜の光浸透深さに関わりなく反射検出光Ｂ２ａの強度変化の減衰波形が所定の範囲で同一となることを利用し、金属膜１２の光浸透深さが不明であっても、薄膜試料１１の熱物性を精度よく解析・評価することが可能となる。これは、異なる膜厚の金属膜（本実施形態では第１の金属膜１２ａ及び第２の金属膜１２ｂ）表面で反射された検出光（反射検出光）Ｂ２の時間的な強度変化を比較することによって薄膜試料１１の影響が反射検出光Ｂ２ａの強度変化に現れる時刻（第１特定時刻）ｔ１を求め、この第１特定時刻ｔ１に着目した所定の規格化を行うことにより、薄膜試料１１の影響が現れている反射検出光Ｂ２ａの強度変化のみの比較（図６参照）が可能となるからである。
【００５９】
この所定の規格化（式（２）による規格化）が行われた第１の強度変化は、規格化部９４に一時的に格納される。
【００６０】
尚、金属膜１２の膜厚が小さい方が検出した反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化に薄膜試料１１の影響が大きく現れるため、本実施形態では、第１の強度変化に対して所定の規格化を行っているが、これに限定されない。即ち、膜厚の大きい第２の金属膜１２ｂからの反射検出光Ｂ２ａの強度変化（第２の強度変化）に対して所定の規格化を行ってもよく、また両方の強度変化に対してそれぞれ所定の規格化を行ってもよい。このような反射検出光Ｂ２ａの強度変化に対して所定の規格化を行っても、規格化後の減衰波形において第１特定時刻ｔ１以降の波形は、金属膜１２内に加熱光Ｂ１からの熱が十分に拡散して金属膜１２から薄膜試料１１への熱の流入の仕方が当該金属膜１２の光浸透深さに依存しない状態となっている。そのため、この範囲（第１特定時刻ｔ１以降）の波形に基づけば光浸透深さが不明でも薄膜試料１１の熱物性についての解析・評価が可能となる。
【００６１】
探索部１００は、所定の解析モデルに基づく演算結果が規格化部９４において所定の規格化が行われた第１の強度変化と所定の範囲（第１特定時刻ｔ１以降の範囲）で一致するような解析モデルを探索する部位である。この探索部１００は、所定の熱伝導方程式を解く演算部１０１と、演算部１０１での計算結果に対して所定の補正を行う補正部１０２と、補正された計算結果から後述の第２特定時刻ｔ２を特定する時刻特定部１０３と、第２特定時刻ｔ２に基づいて所定の規格化を行う演算規格化部１０４と、規格化部９４において規格化され格納されている結果（所定の規格化が行われた第１の強度変化）と演算規格化部１０４において規格化された結果（所定の規格化が行われた後述の第３の強度変化）とを比較する比較部１０５と、を備える。
【００６２】
演算部１０１は、熱拡散率αを所定の値としたときの薄膜試料１１の表面に第１及び第２の金属膜１２ａ，１２ｂと同じ金属であるモリブデン（所定の光浸透深さ）によって所定の膜厚（本実施形態では、５０ｎｍ）の第３の金属膜が成膜された第１の解析モデルと、前記所定の値の熱拡散率αの薄膜試料１１の表面に第３の金属膜と同一のモリブデン（第３の金属膜を形成するモリブデンと光浸透深さが同じもの）によって異なる膜厚（本実施形態では、１００ｎｍ）の第４の金属膜が成膜された第２の解析モデルと、を用い、これら各解析モデルについての熱伝導方程式を解くための部位である。具体的に、演算部１０１は、各解析モデルについて、以下の式（３）に示す熱伝導方程式を温度Ｔについて解く。尚、加熱熱量Ｑとして、本実施形態では、例えば以下の式（４）を用いる。
【００６３】
【数３】
ここで、Ｔは温度、αは熱拡散率、Ｑは熱量である。
【００６４】
【数４】
【００６５】
ここで、Ａは加熱光Ｂ１の振幅、Ｗは加熱光Ｂ１のガウシアンビーム径、ｄは金属膜の光浸透深さ、ｒ、ｚは円筒座標系における径方向の座標と深さ方向の座標である。
【００６６】
尚、演算部１０１において、解析モデルの各パラメータ（例えば、金属膜を構成する金属の種類や、膜厚、基板Ｋの物性値等）は、当該解析装置１０で測定する薄膜試料１１表面に成膜された金属膜に基づいて変更可能である。この変更は、例えば、コンピュータ８０に接続されたキーボード等の入力手段（図示省略）からの入力によって行われる。
【００６７】
演算部１０１は、第１の解析モデルの熱伝導方程式（式（３））をＴについて解くことにより、第３の金属膜に対して加熱光Ｂ１を照射したときの当該第３の金属膜表面の時間的な温度変化（第３の強度変化）を算出する。また、演算部１０１は、第２の解析モデルの熱伝導方程式（式（３））をＴについて解くことにより、第４の金属膜に対して加熱光Ｂ１を照射したときの当該第４の金属膜表面の時間的な温度変化（第４の強度変化）を算出する。
【００６８】
この演算部１０１は、比較部１０５において所定の結果が得られなかったときには、熱伝導方程式（式（３））における熱拡散率αの値を変更し、この変更した熱伝導方程式（式（３））をＴについて解く。
【００６９】
補正部１０２は、第３の強度変化と第４の強度変化とをそれぞれ式（１）によって規格化し、これら規格化された第３の強度変化と第４の強度変化とに対して、図３に示すような検出光Ｂ２のパルス幅に基づく補正を行う部位である。即ち、検出光測定手段６０による実測では、検出光Ｂ２のパルス幅分の時間平均の反射率変化としての第１及び第２の強度変化が得られているため、補正部１０２は、演算部１０１での計算結果に、このパルス幅の影響が含まれるように以下の式（５）に基づく補正を行う。
【００７０】
【数５】
【００７１】
図１及び図２に戻り、時刻特定部１０３は、規格化部９４と同様に、補正部１０２で補正された第３及び第４の強度変化の減衰波形を比較したときに信号強度に差が現れる時刻（第２特定時刻）ｔ２を特定（算出）する部位である。
【００７２】
演算規格化部１０４は、時刻特定部１０３で特定された第２特定時刻ｔ２を基準に、そのときの信号強度が１となるように第３の強度変化を式（２）によって規格化（所定の規格化）する部位である。
【００７３】
比較部１０５は、規格化部９４で規格化され格納されている第１の強度変化を規格化部９４から引き出し、これと演算規格化部１０４で規格化された第３の強度変化とを比較し、所定の判断を行う部位である。具体的に、先ず、比較部１０５は、所定の規格化が行われた第３の強度変化と所定の規格化が行われた第１の強度変化とが、所定の範囲、即ち、規格化後の０秒以降（第１特定時刻ｔ１及び第２特定時刻ｔ２以降）の範囲において減衰波形が一致するか否かを判断する。比較部１０５は、一致する（図６参照）と判断した場合には、そのときの第３の強度変化が得られた解析モデルを決定部９６に出力し、一致しないと判断した場合には、演算部１０１にそのときの第３の強度変化が得られた解析モデルのパラメータ（本実施形態では、熱拡散率αの値）を変更し、この変更した解析モデルについての熱伝導方程式（式（３））をＴについて解くように指示する。これにより、所定の規格化が行われた第３の強度変化と所定の規格化が行われた第１の強度変化とが所定の範囲で一致するまで、演算部１０１による計算（演算）が繰り返し行われる。
【００７４】
決定部９６は、探索部１００（詳しくは、比較部１０５）から送られてきた解析モデルにおける熱拡散率αの値を薄膜試料１１の熱物性値（本実施形態では熱拡散率の値）であると決定し、この値を解析結果として出力手段８２に出力する。
【００７５】
出力手段８２は、コンピュータ８０での解析結果（詳しくは決定部９６から送られてきた解析結果）を外部へ出力するものである。本実施形態の出力手段８２は、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、ＰＤＰ等の表示手段で構成されているが、これに限定されず、プリンタ等の印刷手段や、他の装置等へ出力するように構成されてもよい。また、出力手段８２は、これらを組み合わせたものでもよい。
【００７６】
ステージ１３は、薄膜試料１１が成膜された基板Ｋを支持すると共にコンピュータ８０からの制御指令に従って、薄膜試料１１の位置を２次元方向（加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の照射方向に対して垂直若しくはほぼ垂直な面の方向）に移動可能ないわゆるＸ−Ｙステージである。即ち、コンピュータ８０によってステージ１３を制御することにより、加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の照射位置に薄膜試料１１の表面に成膜された金属膜１２表面おける所望の測定部位１１２を位置合わせすることができる。
【００７７】
以上のように構成される解析装置１０では、図４を参照しつつ以下に説明するように、薄膜試料１１の熱物性の解析・評価が行われる。
【００７８】
測定対象となる薄膜試料１１が２つ用意され、一方の薄膜試料１１の表面に第１の金属膜１２ａが成膜され、他方の薄膜試料１１の表面に第１の金属膜１２ａと異なる膜厚の第２の金属膜１２ｂが成膜される（ステップＳ１）。本実施形態では、前記のように第１の金属膜１２ａがモリブデンにより膜厚が５０ｎｍとなるように成膜され、第２の金属膜１２ｂがモリブデンにより膜厚が１００ｎｍとなるように成膜される。尚、第１の金属膜１２ａと第２の金属膜１２ｂとを構成するモリブデンは、同一の光浸透深さを有する。
【００７９】
解析装置１０により、第１の金属膜１２ａが成膜された薄膜試料１１と第２の金属膜１２ｂが成膜された薄膜試料１１とにおける反射検出光Ｂ２ａの強度がそれぞれ測定される（ステップＳ２）。具体的には、解析装置１０によって、第１の金属膜１２ａが成膜された薄膜試料１１に対して表側から加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが照射され、金属膜１２ａ表面の測定部位１１２で反射した検出光（反射検出光）Ｂ２ａの強度が測定され、第１の強度変化が検出される。
【００８０】
詳しくは、表面に第１の金属膜１２ａを有する薄膜試料１１が成膜された基板Ｋがステージ１３上に設置される。加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の照射位置に薄膜試料１１表面（詳しくは、薄膜試料１１上に成膜された第１の金属膜１２ａ表面）における測定部位１１２が位置するようにコンピュータ８０によりステージ１３が制御される。次に、光出射手段２０によって加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが出射される。加熱光Ｂ１は、第１の光学系３０により導光されて測定部位１１２に照射される一方、検出光Ｂ２は、第２の光学系４０により導光されて測定部位１１２に照射される。
【００８１】
より詳しくは、パルスレーザ２１により出射された基幹パルス光Ｂ０が第１ビームスプリッタ２２により加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とに分岐される。このとき、第１ビームスプリッタ２２により分岐された加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２が偏光素子２３，２４を通ることにより、加熱光Ｂ１は第１の偏光方向に偏光され、検出光Ｂ２は第２の偏光方向に偏光される。加熱光Ｂ１は、変調手段３４により強度変調されて所定の周期（周波数）Ｆ１となり、ミラー３１、第２ビームスプリッタ３３によって順に反射された後、集光レンズ３２により集光されて測定部位１１２に照射される。一方、検出光Ｂ２は、加熱光Ｂ１に対して所定のパルス光到達時間差で測定部位１１２に到達するように光路遅延装置４２によって光路長を調節されたあとに測定部位１１２に照射される。そして、さらに検出光Ｂ２は、光路遅延装置４２によって光路長が変更され、若しくは変更されつつ、測定部位１１２に照射される。
【００８２】
測定部位１１２で反射された検出光（反射検出光）Ｂ２ａは、第３の光学系７０によって検出光測定手段６０まで導光される一方、測定部位１１２で反射された加熱光（反射加熱光）は第３の光学系７０の途中でその進行を阻止される。即ち、反射検出光Ｂ２ａが、第２ビームスプリッタ３３を通過した後、第３ビームスプリッタ７１により反射されて光検出器６１に到達する一方、反射加熱光が、第２ビームスプリッタ３３によってミラー３１側に反射される。
【００８３】
検出光測定手段６０において、前記導光された反射検出光Ｂ２ａの強度が測定され、その時間的な強度変化が検出される。具体的に、光検出器６１が受光した反射検出光Ｂ２ａの強度が光検出器６１から強度信号として出力される。この強度信号を受け取ったロックインアンプ６２において、当該強度信号から変調手段３４での強度変調の周期成分が検出され、これを第１の強度変化としてコンピュータ８０に送信される。
【００８４】
同様にして、解析装置１０によって、第２の金属膜１２ｂが成膜された薄膜試料１１に対して表側から加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが照射され、金属膜１２ｂ表面の測定部位１１２で反射した検出光（反射検出光）Ｂ２ａの強度が測定され、第２の強度変化が検出される。
【００８５】
このように検出された第１の強度変化と第２の強度変化とは、解析手段９０の記憶部９２にそれぞれ格納される。
【００８６】
解析手段９０では、第１の強度変化と第２の強度変化とが記憶部９２に格納されると、規格化部９４が第１の強度変化と第２の強度変化とを記憶部９２から引き出して比較し、この比較に基づいて第１特定時刻ｔ１を算出する（ステップＳ３）。本実施形態の規格化部９４では、第１の強度変化と第２の強度変化とを式（１）によって規格化し、その減衰波形を比較したときの強度信号に差が現れる時刻（第１特定時刻）ｔ１を算出する（図５参照）。
【００８７】
さらに、規格化部９４は、このように求められた第１特定時刻ｔ１を基準にして、式（１）で規格化された第１の強度変化を更に規格化（所定の規格化）し（ステップＳ４）、その結果を一時的に格納する。この第１特定時刻ｔ１に着目して式（２）を用いた規格化（所定の規格化）により、第１の強度変化を減衰波形で表すと、０秒以降の波形の全体に薄膜試料１１の影響が現れた状態となっている。
【００８８】
規格化部９４において第１の強度変化に対する所定の規格化が行われると、探索部１００において、所定の解析モデルに基づく演算結果が前記所定の規格化が行われた第１の強度変化と所定の範囲で一致するような解析モデルの探索が行われる。
【００８９】
具体的に、先ず、演算部１０１が、所定の解析モデルについての熱伝導方程式をＴについて解く。この解析モデルとして、熱拡散率αを所定の値とした薄膜試料の表面に厚さの異なる金属膜がそれぞれ成膜された２つの解析モデル（前記の第１の解析モデルと第２の解析モデル）が用いられる。
【００９０】
演算部１０１は、これら２つの解析モデル（第１の解析モデル及び第２の解析モデル）についての各熱伝導方程式（式（３））を温度Ｔについてそれぞれ解く（ステップＳ５）。このように演算部１０１が２つの解析モデルについての熱伝導方程式を温度Ｔについてそれぞれ解くことにより、当該演算部１０１において、第３の金属膜に対して加熱光Ｂ１を照射したときの当該第３の金属膜表面の時間的な温度変化（第３の強度変化）と、第４の金属膜に対して加熱光Ｂ１を照射したときの当該第４の金属膜表面の時間的な温度変化（第４の強度変化）とが得られる。
【００９１】
演算部１０１において第３の強度変化と第４の強度変化とが算出されると、補正部１０２において、これら第３の強度変化と第４の強度変化とが式（１）によって規格化された後、式（５）により検出光Ｂ２のパルス幅に基づく補正が行われる（ステップＳ６）。
【００９２】
時刻特定部１０３は、補正部１０２で補正された第３及び第４の強度変化の減衰波形を比較し、信号強度に差が現れる時刻（第２特定時刻）ｔ２を特定する（ステップＳ７）。このように時刻特定部１０３で第２特定時刻が特定されると、演算規格化部１０４が、この第２特定時刻ｔ２を基準に、補正部１０２で補正された第３の強度変化に対して式（２）による規格化を行う（ステップＳ８）。これにより、第３の強度変化は、ステップＳ４と同様に、減衰波形で表したときに、０秒以降の波形の全体に亘って薄膜試料の影響が現れた状態、即ち、０秒以降の波形が、第３の金属膜内で加熱光Ｂ１による熱が十分に拡散して当該金属膜から薄膜試料への熱の流入の仕方が第３の金属膜の光浸透深さに依存しなくなった状態となっている。
【００９３】
比較部１０５は、演算規格化部１０４で第３の強度変化が規格化されると、規格化部９４に格納されている所定の規格化が行われた第１の強度変化を引き出し、これと演算規格化部１０４において所定の規格化が行われた第３の強度変化とを比較する（ステップＳ９）。具体的には、比較部１０５は、前記の第３の強度変化の減衰波形と前記の第１の強度変化の減衰波形とが所定の規格化後の０秒以降の範囲において波形が一致するか否かを判断する（図６参照）。この範囲の波形は、金属膜１２内で加熱光Ｂ１による熱が十分に拡散して金属膜１２から薄膜試料１１への熱の流入の仕方が金属膜１２の光浸透深さに依存しなくなった状態での波形であるため、金属膜１２の光浸透深さに関わりなく、薄膜試料１１の熱物性値（詳しくは、熱拡散率）に基づく波形となっている。そのため、この範囲の波形が一致すれば、金属膜１２の光浸透深さの値に関わりなく、第１の金属膜１２ａが成膜されている薄膜試料１１の熱物性値と、第３の金属膜が成膜されている薄膜試料（第１解析モデルの薄膜試料）の熱物性値とが一致していることが分る。
【００９４】
比較部１０５が前記の判断において一致しないと判断した場合には、探索部１００は、ステップＳ５に戻って第１及び第２の解析モデルの熱拡散率αの値を変更し、比較部１０５が、前記の第３の強度変化の減衰波形と前記の第１の強度変化の減衰波形とが所定の範囲で一致すると判断するまでステップＳ５からステップＳ９までを繰り返す。
【００９５】
比較部１０５が一致すると判断すると、そのときの第３の強度変化が得られた解析モデル（第１の解析モデル）の情報を決定部９６に出力し、これを受け取った決定部９６がこの解析モデルにおける熱拡散率αの値を測定対象である薄膜試料１１の熱物性値（熱拡散率αの値）であると決定する（ステップＳ１０）。
【００９６】
この決定に基づき、出力手段８２が薄膜試料１１についての熱物性の解析・評価結果を表示する。具体的には、出力手段８２が薄膜試料１１の熱物性値（熱拡散率αの値）を表示する（ステップＳ１１）。
【００９７】
以上のように本実施形態の解析装置１０では、検出した反射検出光Ｂ２ａの強度変化に対して所定の規格化（式（２））を行うことで同一の熱物性値を有する薄膜試料で且つその表面に成膜された金属膜１２の膜厚が同一であれば金属膜１２の光浸透深さに関わりなく反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化の減衰波形が所定の範囲で同一となることを利用することによって、金属膜１２の光浸透深さが不明であっても、薄膜試料１１の熱物性を精度よく解析・評価することができる。具体的には、異なる膜厚の金属膜１２ａ，１２ｂの表面で反射された反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化（第１の強度変化と第２の強度変化と）を比較することによって薄膜試料１１の影響が反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化に現れる時刻（第１特定時刻）ｔ１を求め、薄膜試料１１の影響が現れた反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化のみの比較を可能とすべく、この時刻ｔ１に着目した所定の規格化（式（２））を行う。そして、この規格化した結果と所定の範囲で一致する解析モデルを演算によって求め、この一致した解析モデルの熱物性値（本実施形態では熱拡散率α）を薄膜試料１１の物性値と擬制することで、金属膜１２の光浸透深さに関わりなく薄膜試料１１の熱物性値を精度よく得られる。
【００９８】
尚、本発明の熱物性解析方法、この方法を用いた熱物性解析装置、及び熱物性解析プログラムは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９９】
例えば、本実施形態の熱物性解析装置１０では、金属膜の膜厚が異なる２つの解析モデルを用い、実測での結果（反射検出光の強度変化）に所定の規格化を行ったものと、２つの解析モデルに基づく演算結果に所定の規格化を行ったものとが所定範囲で一致するような解析モデルを探索しているが、これに限定されない。即ち、実測での結果に所定の規格化を行ったもの（第１の強度変化）と所定の範囲で一致する解析モデルを演算によって求めることが可能であれば、１つの解析モデルや３つ以上の解析モデルを用いた演算を行うようにしてもよい。
【０１００】
また、本実施形態では、第１及び第２の強度変化が直接、解析装置１０によって検出されているが、これに限定されず、他の測定装置等によって検出された第１及び第２の強度変化のデータを解析装置１０（詳しくは、コンピュータ８０の解析手段９０）が受け取るように構成されてもよい。
【実施例１】
【０１０１】
ガラス基板上に膜厚３００ｎｍのＣｕ膜を成膜してこれを薄膜試料とし、その表面にＭｏ（モリブデン）膜を成膜したサンプルを複数用意し、各サンプルのＭｏ膜に上記実施形態と同様の加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２を照射して、反射された検出光（反射検出光）Ｂ２ａの強度の時間的な変化をそれぞれ測定した。
【０１０２】
具体的に各サンプルとして、Ｍｏ膜の膜厚が５０ｎｍで光浸透深さがｄ＝１４ｎｍのものと、Ｍｏ膜の膜厚が５０ｎｍで光浸透深さがｄ＝５ｎｍのものと、Ｍｏ膜の膜厚が１００ｎｍで光浸透深さがｄ＝１４ｎｍのものと、Ｍｏ膜の膜厚が１００ｎｍで光浸透深さがｄ＝５ｎｍのものとを用意し、上記の測定を行った。
【０１０３】
測定によって検出された各サンプルからの反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化のデータを規格化したものを図５に示す。このグラフから分るように、光浸透深さが同じ組同士の減衰波形は、加熱直後では一致しているが、ある時刻（ｔ１、ｔ’１秒（上記実施形態における第１特定時刻））から傾きが異なる。この傾きの違いは、Ｍｏ膜の膜厚に起因するものであり、一方のサンプル（膜厚が１００ｎｍのもの）では加熱光Ｂ１による熱がＭｏ膜内だけで拡散しているのに対し、他方のサンプル（膜厚５０ｎｍのもの）では加熱光Ｂ１による熱がＭｏ膜内で十分に拡散してＣｕ膜に到達しこのＣｕ膜の影響が波形上に現れているためと考えられる。
【０１０４】
この図５のグラフにおける膜厚が５０ｎｍで光浸透深さがｄ＝１４ｎｍのデータに対し、ｔ１が０秒、ｔ１での信号強度が１となるような規格化（上記実施形態における所定の規格化）を行った。また、図５のグラフにおける膜厚が５０ｎｍで光浸透深さがｄ＝５ｎｍのデータに対し、ｔ’１が０秒、ｔ’１での信号強度が１となるような規格化（上記実施形態における所定の規格化）を行った。これら規格化を行った結果を図６に示す。
【０１０５】
この図６から分るように、０秒以降の範囲（上記実施形態における所定の範囲）で減衰波形（減衰曲線）が一致している。このことから薄膜試料（この実施例のＣｕ膜）が同一で、その表面に成膜された金属膜（この実施例でのＭｏ膜）が同種の金属で且つ膜厚が同一であれば、光浸透深さが異なっていても、即ち、金属膜の光浸透深さに関わりなく所定の規格化を行った反射検出光の強度変化の減衰波形は、０秒以降で一致することが確認できた。
【０１０６】
また、所定の規格化を図５のグラフにおける膜厚が１００ｎｍの両データに対して行った結果を図７に示す。この結果においても、０秒以降の範囲で減衰波形が一致している。これにより、２つの異なる膜厚の金属膜からそれぞれ得られた反射検出光の強度変化のうち、膜厚の厚い方の金属膜から得られた反射検出光の強度変化に対して所定の規格化を行っても、金属膜の光浸透深さに関わりなく薄膜試料の熱物性値を求めることが可能であることが分る。
【符号の説明】
【０１０７】
１０ 熱物性解析装置
１１ 薄膜試料（被測定物）
１２ 金属膜
１２ａ 第１の金属膜
１２ｂ 第２の金属膜
９０ 解析手段
９２ 記憶部
９４ 規格化部
９６ 決定部
１００ 探索部
１１２ 測定部位
Ｂ１ 加熱光
Ｂ２ 検出光
Ｂ２ａ 反射検出光
Ｋ 基板
ｔ１ 第１特定時刻（特定の時刻）
α 熱拡散率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物表面の測定部位に加熱光を照射して加熱すると共にこの測定部位に検出光を反射させてこの反射光を受光し、その受光強度の変化から前記測定部位の温度変化を検出して熱物性についての解析・評価を行う熱物性解析方法、熱物性解析装置、及び熱物性解析プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、薄い被測定物、例えば薄膜試料の熱物性についての解析評価のための測定方法として、特許文献１に記載された方法が知られている。この方法は、いわゆるサーモリフレクタンス法であり、共通の短パルスレーザが加熱光（加熱用パルス光）と検出光（検出用パルス光）とに分岐され、これら加熱光と検出光とが透明基板上に形成された薄膜試料における測定部位の表裏各面に照射されることにより熱拡散測定が行われる。
【０００３】
具体的に、サーモリフレクタンス法では、短パルスレーザの分岐光のうち一方の加熱光が変調手段によって変調されると共に光路遅延手段によって遅延されつつ測定部位の一方の面に照射され、他方の検出光が測定部位の他方の面に照射される。そして、測定部位の他方の面で反射された検出光が検出され、その検出信号（強度信号）における加熱光の変調成分が検出される。
【０００４】
この状態で、光路遅延手段によって加熱光の遅延状態を変化させることで、測定部位の過渡的な温度変化（光学的反射率の変化）が測定され、その過渡的な温度変化（過渡温度応答）が解析されることによって測定部位（被測定物）の熱物性値が得られる。
【０００５】
しかし、この方法では、前記薄膜試料の裏面側（検出光が照射される面の反対側）に配置された基板（部材）が加熱光を透過する素材でなければ、前記加熱光が前記薄膜試料の裏面に到達することができず、当該薄膜試料を加熱することができない。即ち、不透明な基板の表面に形成された薄膜試料の熱物性に対しその解析のための測定ができないという問題が生じていた。
【０００６】
そこで、前記加熱光と検出光とを薄膜試料の表面、即ち、同一面に照射し、その反射検出光から測定部位の温度変化を検出することが考えられた。このように加熱光と検出光とが共に薄膜試料の表面に照射されることで、薄膜試料の裏面側に配置された基板が不透明な素材で構成されていても当該薄膜試料が加熱光によって加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−８３１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記のサーモリフレクタンス法では、被測定物の表面を加熱したときの当該表面における光学的な反射率の変化に基づいて熱物性値を得ているため、被測定物の表面状態や光学的性質の影響が大きかった。また、被測定物が非常に薄いと加熱光の一部が被測定物を透過して裏側の基板に到達し、基板が加熱される場合がある。この場合、基板からの熱の影響を受け、被測定物自体の温度変化が正確に評価できなくなる。
【０００９】
そこで、被測定物の表面に金属膜（金属薄膜）を成膜し、この金属膜への加熱光と検出光との照射により得られた金属膜表面の温度変化と、金属膜から被測定物への熱浸透とに基づいて被測定物の熱物性値を算出する方法が考えられた。
【００１０】
この方法において、被測定物についての熱物性解析を精度よく行うためには、その表面に成膜される金属膜の吸収係数に基づいて決定される光浸透深さが重要となる。
【００１１】
しかし、被測定物の表面上に成膜された金属膜に対し、その吸収係数を測定することが困難な場合があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、被測定物の表面に成膜された金属膜の光浸透深さが不明であっても当該被測定物についての熱物性を精度よく解析・評価することができる熱物性解析方法、この方法を用いた熱物性解析装置、及び、熱物性解析プログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、被測定物の測定部位に光を照射し、その反射光に基づいて前記被測定物の熱物性についての解析を行う熱物性解析方法であって、前記被測定物の表面に所定の膜厚の第１の金属膜を成膜する第１成膜工程と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚の第２の金属膜を成膜する第２成膜工程と、前記第１の金属膜に表面側から加熱光と検出光とをそれぞれ照射し、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化を検出する第１の検出工程と、前記第２の金属膜に表面側から前記加熱光と前記検出光とをそれぞれ照射し、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第２の反射光強度変化を検出する第２の検出工程と、前記第１の反射光強度変化と前記第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行う規格化工程と、所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化工程において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索する探索工程と、前記探索工程において探索された解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定する決定工程と、を備えることを特徴とする。尚、本発明において同一の金属とは、種類が同じで且つ光浸透深さも同じ金属のことをいう。
【００１４】
このように検出した反射光強度変化に対して所定の規格化を行うことで同一の熱物性値を有する被測定物で且つその表面に成膜された金属膜の膜厚が同一であれば前記金属膜の光浸透深さに関わりなく反射光強度変化の減衰波形が所定の範囲で同一となることを利用することによって、金属膜の光浸透深さが不明であっても、被測定物の熱物性を精度よく解析・評価することができる。具体的には、異なる膜厚の金属膜表面で反射された検出光（反射検出光）の強度変化を比較することによって被測定物の影響が反射検出光の強度変化に現れる時刻（特定の時刻）を求め、被測定物の影響が現れた反射検出光の強度変化のみの比較を可能とすべく、この時刻に着目した所定の規格化を行う。そして、この規格化した結果と所定の範囲で一致する解析モデルを演算によって求め、この一致した解析モデルの熱物性値を被測定物の物性値と擬制することで、金属膜の光浸透深さに関わりなく被測定物の熱物性値を精度よく得られる。
【００１５】
この場合、前記規格化工程における所定の規格化は、具体的には、前記特定の時刻を基準にし、そのときの反射光強度が１となるような規格化である。
【００１６】
このような規格化により、特定の時刻以降の反射光強度変化には被測定物の影響が現れた状態となるため、この特定の時刻以降の反射光強度変化に着目することにより、金属膜の光浸透深さが不明であっても、被測定物の熱物性を精度よく解析・評価することができる。
【００１７】
本発明に係る熱物性解析装置においては、前記規格化工程では、前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜のうちの膜厚の小さい方の金属膜表面で反射された検出光の反射光強度変化に対して前記所定の規格化が行われること、が好ましい。
【００１８】
かかる構成によれば、金属膜の膜厚が小さい方が検出した反射光強度変化に被測定物の影響が大きく現れるため、この反射光強度変化に対して所定の規格化を行い、これと所定の範囲で一致する解析モデルを探索することにより、被測定物の熱物性をより高精度に解析・評価することが可能となる。
【００１９】
前記探索工程では、具体的には、熱拡散率を所定の値としたときの被測定物の表面に前記第１及び第２の金属膜と同種で且つ所定の光浸透深さの金属によって所定の膜厚の第３の金属膜が成膜された第１の解析モデルと、前記所定の値の熱拡散率の被測定物の表面に前記第３の金属膜と同一の金属によって異なる膜厚の第４の金属膜が成膜された第２の解析モデルと、を用い、これら各解析モデルの熱伝導方程式によって導出された結果に前記規格化工程における所定の規格化と同様の規格化を行った演算結果が、前記規格化工程において規格化された結果と前記所定の範囲で一致するような前記熱拡散率の値が算出されること、が好ましい。
【００２０】
かかる構成によれば、熱拡散率の値のみを変更して演算を繰り返すだけで、演算結果が規格化工程において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような解析モデルを探索することができる。これにより、被測定物の熱物性値（熱拡散率）を導出することができる。
【００２１】
このように解析モデルを用いて熱拡散率を求める場合、前記検出光は、所定のパルス幅のパルス光線であり、前記探索工程では、前記熱伝導方程式によって前記加熱光が照射されたときの前記第３の金属膜表面の時間的な温度変化と前記第４の金属膜表面の時間的な温度変化とがそれぞれ算出され、これら第３の金属膜表面の時間的な温度変化及び第４の金属膜表面の時間的な温度変化に対して前記検出光のパルス幅に基づく補正がそれぞれ行われ、これら補正後の第３の金属膜表面の時間的な温度変化と第４の金属膜表面の時間的な温度変化とに基づいて前記規格化工程における所定の規格化と同様の規格化が行われること、がより好ましい。
【００２２】
実測で得られるパルス光からなる検出光の反射光に基づく反射光強度変化は、検出光のパルス幅分の時間平均の反射率変化である。そのため、計算によって求められた第３及び第４の金属膜表面の時間的な温度変化にこのパルス幅の時間平均を考慮した補正を行うことによって、より高精度の熱物性の解析・評価を行うことができる。
【００２３】
また、上記課題を解消すべく、本発明は、被測定物の測定部位に光を照射し、その反射光に基づいて前記被測定物の熱物性についての解析を行う熱物性解析装置であって、前記測定部位を加熱するための加熱光を照射する加熱光照射手段と、前記測定部位に温度変化を検出するための検出光を照射する検出光照射手段と、前記測定部位からの前記検出光の反射光の強度を測定する反射光測定手段と、前記反射光測定手段で測定された前記反射光の強度変化に基づいて前記被測定物の熱物性を導出する解析手段と、前記解析手段での解析結果を出力する出力手段と、を備える。そして、前記解析手段は、前記被測定物の表面に所定の膜厚で成膜された第１の金属膜に表面側から前記加熱光照射手段と前記検出光照射手段とにより前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射されたときに、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光を前記反射光測定手段で測定することによって検出された反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚で成膜された第２の金属膜に表面側から前記加熱光照射手段と前記検出光照射手段とにより前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射されたときに、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光を前記反射光測定手段で測定することにより検出された反射光強度の時間的な変化である第２の反射光強度変化と、をそれぞれ格納する記憶部と、前記記憶部に格納された前記第１の反射光強度変化と前記第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行う規格化部と、所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化部において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索する探索部と、前記探索部において探索された前記解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定し、この熱物性値を解析結果として前記出力手段に出力する決定部と、を有することを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、異なる膜厚の第１の金属膜と第２の金属膜とが成膜された被測定物をそれぞれ測定することにより、各金属膜の光浸透深さが不明であっても、被測定物の熱物性を精度よく解析・評価することができる。
【００２５】
また、上記課題を解消すべく、本発明は、被測定物の熱物性についての解析を行うためのプログラムであって、前記被測定物の表面に所定の膜厚で成膜された第１の金属膜に表面側から加熱光と検出光とがそれぞれ照射され、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化の情報と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚で成膜された第２の金属膜に表面側から前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射され、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光の時間的な反射光強度の変化である第２の反射光強度変化の情報とをコンピュータが受け取ることで、このコンピュータに、これら第１の反射光強度変化と第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行わせる規格化手順と、所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化手順において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索させる探索手順と、前記探索手順において探索された前記所定の範囲で一致する解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定させる決定手順と、を実行させる。
【００２６】
このプログラムを用いれば、異なる膜厚の金属膜（第１の金属膜及び第２の金属膜）表面で反射された検出光の時間的な強度変化の情報をそれぞれコンピュータに与えることにより、金属膜の光浸透深さが不明であっても、被測定物の熱物性が精度よく解析・評価される。
【発明の効果】
【００２７】
以上より、本発明によれば、被測定物の表面に成膜された金属膜の光浸透深さが不明であっても、当該被測定物についての熱物性を精度よく解析・評価することができる熱物性解析方法、この方法を用いた熱物性解析装置、及び、熱物性解析プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る熱物性解析装置の概略構成図である。
【図２】前記熱物性解析装置のコンピュータにおける解析手段の機能ブロック図である。
【図３】反射検出光の強度変化のデータに対して検出光のパルス幅に基づく補正を行った結果を示す図である。
【図４】前記熱物性解析装置において薄膜試料の熱物性を解析するときのフローを示す図である。
【図５】実施例において得られた反射検出光の強度変化を規格化したデータを示す図である。
【図６】前記規格化したデータのうちの膜厚が５０ｎｍのデータに対して所定の規格化を行った結果を示す図である。
【図７】前記規格化したデータのうちの膜厚が１００ｎｍのデータに対して所定の規格化を行った結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
図１に示されるように、本実施形態に係る熱物性解析装置（以下、単に「解析装置」とも称する。）１０は、加熱光照射手段によって薄膜試料（被測定物）１１の表面に成膜された金属膜１２表面の測定部位１１２（以下、単に「測定部位１１２」とも称する。）に加熱光Ｂ１を照射すると共に検出光照射手段よって測定部位１１２に温度変化を検出するための検出光Ｂ２を照射し、反射光測定手段により測定部位１１２からの検出光Ｂ２ａの強度を測定することにより、前記測定部位１１２の温度変化を測定する（熱拡散測定を行う）サーモリフレクタンス法に基づく熱物性解析を行う装置である。本実施形態では、薄膜試料１１が基板Ｋ上に成膜され、この薄膜試料１１の表面に金属膜１２としてモリブデン（Ｍｏ）膜が成膜される。
【００３１】
尚、本実施形態の解析装置１０は、１つのパルスレーザ２１から周期的に出射（放射）される基幹パルスレーザ（基幹パルス光）Ｂ０を２分岐させて、その一方を加熱用パルス光（以下、単に「加熱光」とも称する。）Ｂ１、他方を検出用パルス光（以下、単に「検出光」とも称する。）Ｂ２としている。
【００３２】
以下、解析装置１０について具体的に説明する。
【００３３】
解析装置１０は、加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の双方を出射する光出射手段２０と、加熱光Ｂ１を薄膜試料１１の測定部位１１２（詳しくは、薄膜試料１１の表面に成膜された金属膜１２表面における測定部位１１２）まで導光する第１の光学系３０と、検出光Ｂ２を測定部位１１２まで導光する第２の光学系４０と、測定部位１１２で反射された検出光（反射検出光）Ｂ２ａの強度を測定する検出光測定手段６０と、測定部位１１２からの反射検出光Ｂ２ａを検出光測定手段６０まで導光する第３の光学系７０と、検出光測定手段６０での測定結果から薄膜試料１１の熱物性について解析・評価するコンピュータ８０と、コンピュータ８０における解析結果を外部に出力する出力手段８２と、ステージ１３とを備える。
【００３４】
光出射手段２０は、所定周期のパルス光を出射するパルスレーザ２１と、このパルスレーザ２１から出射されたパルス光を加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とに分岐する第１ビームスプリッタ２２とを有する。
【００３５】
パルスレーザ２１は、所定周期で断続する数ピコ秒〜十ピコ秒程度の幅の単位パルス光ＰＬで構成される基幹パルス光（基幹パルスビーム）Ｂ０を出射する光源である。例えば、本実施形態に係るパルスレーザ２１は、パルスＹＡＧレーザであり、波長が５３２ｎｍ、パルス幅が１２ｐｓ、繰り返し周波数が８０ＭＨｚのパルス光（パルス状のビーム）Ｂ０を出力する。
【００３６】
第１ビームスプリッタ２２は、パルスレーザ２１から出力される基幹パルス光Ｂ０を分岐させるもので、加熱光（加熱用パルス光）Ｂ１と検出光（検出用パルス光）Ｂ２とに２分岐させる。この第１ビームスプリッタ２２は、基幹パルス光Ｂ０を分岐した後、加熱光Ｂ１を第１の光学系３０に入射させると共に検出光Ｂ２を第２の光学系４０に入射させる。本実施形態では、第１ビームスプリッタ２２として偏光ビームスプリッタが用いられる。この第１ビームスプリッタの下流側に、偏光素子２３，２４が配置される。この第１ビームスプリッタ２２で分岐された光（加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２）が偏光素子２３，２４を通過することにより、加熱光Ｂ１が第１の偏光方向に偏光すると共に検出光Ｂ２が第２の偏光方向に偏光する。尚、第１の偏光方向と第２の偏光方向とでは偏光方向が異なり、例えば、互いに直交する。本実施形態では、加熱光Ｂ１がｐ偏光で検出光Ｂ２がｓ偏光となるように偏光される。
【００３７】
第１の光学系３０は、ミラー３１と、集光レンズ３２と、第２ビームスプリッタ３３とを有し、光出射手段２０から出射された加熱光Ｂ１を測定部位１１２まで導光する。この第１の光学系３０は、加熱光Ｂ１を測定部位１１２に対して垂直方向（即ち、薄膜試料１１に対して法線方向）から照射するように導光する。また、第１の光学系３０には、加熱光Ｂ１を強度変調するための変調手段３４が設けられている。
【００３８】
集光レンズ３２は、第１の光学系３０で導光される加熱光Ｂ１を測定部位１１２に向けて集光するものである。この集光レンズ３２は、その焦点位置が測定部位１１２になるように配置されている。これにより、集光レンズ３２によって集光された加熱光Ｂ１は、測定部位１１２において集束する。尚、本実施形態の集光レンズ３２は、第２の光学系４０の一部を構成すると共に第３の光学系７０の一部も構成している。
【００３９】
第２ビームスプリッタ３３は、偏光ビームスプリッタであり、第２の偏光方向に偏光された光を透過させると共に第１の偏光方向の光を反射する。即ち、本実施形態の第２ビームスプリッタ３３では、第２の偏光方向に偏光されている検出光Ｂ２は透過するが、第１の偏光方向に偏光されている加熱光Ｂ１は反射される。この第２ビームスプリッタ３３は、当該第２ビームスプリッタ３３で反射した加熱光Ｂ１を当該ビームスプリッタ３３を通過した後の検出光Ｂ２に同軸又は略同軸となるように合流させる。尚、本実施形態の第２ビームスプリッタ３３は、第３の光学系７０の一部も構成する。この第３の光学系７０における第２ビームスプリッタ３３の作用については後述する。
【００４０】
変調手段３４は、変調器３５と発振器３６とを有し、変調器３５が発振器３６からの変調信号に基づいて加熱光Ｂ１を強度変調し、その結果、加熱光Ｂ１が所定の周波数Ｆ１のパルス光となる。本実施形態では、変調器３５として音響光学変調器が用いられ、加熱光Ｂ１が強度変調され周波数が２００ｋＨｚのパルス光となる。
【００４１】
第２の光学系４０は、ミラー４１と、光路遅延装置４２と、集光レンズ３２と、を有し、光出射手段２０から出射された検出光Ｂ２を測定部位１１２まで導光する。本実施形態の第２の光学系４０は、検出光Ｂ２を測定部位１１２に対して垂直方向から照射するように導光する。
【００４２】
光路遅延装置４２は、加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２との間で測定部位１１２におけるパルス光到達の時間差を生じさせるものであり、その時間差を例えばピコ秒オーダーの精度で調節可能（可変）である。この光路遅延装置４２は、検出光Ｂ２の光路上で検出光Ｂ２を反射し、光路長を変更するために移動可能な反射部材４３を備える。この反射部材４３は、当該光路遅延装置４２に入射してきた検出光Ｂ２を、当該検出光Ｂ２に対し、平行でその進行方向が反対となるように反射する。本実施形態の光路遅延装置４２では、反射部材４３として一対のミラーが用いられる。これら一対のミラー４３は、各反射面が互いに直交するように配置される。
【００４３】
光路遅延装置４２は、一対のミラー４３を搭載し、入射してくる検出光Ｂ２に対する一対のミラー４３の姿勢を維持した状態で当該一対のミラー４３を当該光路遅延装置４２に入射してくる検出光Ｂ２の光軸方向（図１における矢印β方向）に移動させる移動ステージ４４、及びこの移動ステージ４４をコンピュータ８０からの制御指令に従って駆動する駆動機構（図示せず）等を備えている。
【００４４】
第２の光学系４０における集光レンズ３２は、当該第２の光学系４０で導光される検出光Ｂ２を測定部位１１２に向けて集光する。第２ビームスプリッタ３３の下流側では、加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが同軸となっているため、これら加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが共に測定部位１１２に集光される。
【００４５】
検出光測定手段６０は、測定部位１１２からの反射検出光Ｂ２ａを受光する光検出器６１と、この光検出器６１と発振器３６とが接続されるロックインアンプ６２と、を有する。
【００４６】
光検出器６１は、ロックインアンプ６２に接続され、受光した反射検出光Ｂ２ａの強度を熱反射信号として出力するものである。
【００４７】
ロックインアンプ６２は、光検出器６１から出力される熱反射信号から変調手段３４で変調した周波数成分を検出（抽出）するものである。ロックインアンプ６２は、コンピュータ８０と接続され、抽出した周波数成分を反射検出光Ｂ２ａの強度変化としてコンピュータ８０に出力する。
【００４８】
第３の光学系７０は、集光レンズ３２と、第２ビームスプリッタ３３と、第３ビームスプリッタ７１とを有し、測定部位１１２で反射された反射検出光Ｂ２ａを光検出器６１まで導光する。
【００４９】
第３の光学系７０における第２ビームスプリッタ３３は、測定部位１１２に対して垂直方向から入射した加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の各反射光のうち、反射加熱光をミラー３１側に反射すると共に反射検出光Ｂ２ａを通過させる。これにより、測定部位１１２で反射した反射加熱光と反射検出光Ｂ２ａのうち反射検出光Ｂ２ａのみを光検出器６１に導光することができる。
【００５０】
第３ビームスプリッタ７１は、第２の光学系４０により導光される検出光Ｂ２の光路上に配置されている。本実施形態の第３ビームスプリッタ７１は、測定部位１１２に向って垂直方向に進む検出光Ｂ２を通過させると共に測定部位１１２から同軸上に戻ってきた反射検出光Ｂ２ａを光検出器６１に向けて反射する。
【００５１】
コンピュータ８０は、種々の入力信号の解析処理等を行うと共に解析装置１０の各構成部位の制御等を行うものであり、薄膜試料１１の熱物性を解析・評価するための解析手段９０を有する。この解析手段９０は、図２にも示されるように、情報（データ）を出し入れ自在に格納する記憶部９２と、記憶部９２に格納された反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化（反射光強度変化）の情報（以下、単に「強度変化」とも称する。）に対して所定の規格化を行う規格化部９４と、規格化部９４で規格化された結果と一致する解析モデルを探索する探索部１００と、探索部１００での結果に基づき薄膜試料１１の熱物性値を決定する決定部９６とを備える。このコンピュータ８０には所定のプログラムが組み込まれ、このプログラムの実行によって機能的に規格化部９４と探索部１００と決定部９６とが構成される。
【００５２】
記憶部９２は、検出光測定手段６０によって測定された反射検出光Ｂ２ａの強度変化を格納可能な部位である。即ち、記憶部９２は、ロックインアンプ６２で検出された周波数成分を格納する。本実施形態の記憶部９２には、表面に第１の金属膜１２ａが成膜された薄膜試料１１の測定部位１１２における反射検出光Ｂ２ａを検出光測定手段６０で測定することにより検出された時間的な強度変化である第１の強度変化と、表面に第２の金属膜１２ｂが成膜された薄膜試料１１の測定部位１１２における反射検出光Ｂ２ａを検出光測定手段６０によって測定することにより検出された時間的な強度変化である第２の強度変化とが格納される。
【００５３】
ここで、第１の金属膜１２ａは、薄膜試料１１の表面に成膜された所定の厚さの金属膜であり、第２の金属膜１２ｂは、薄膜試料１１の表面に成膜され、第１の金属膜１２ａと同一の金属で且つ異なる膜厚の金属膜である。具体的に、本実施形態では、第１の金属膜１２ａは、モリブデンにより膜厚が５０ｎｍとなるように薄膜試料１１の表面に成膜された金属膜であり、第２の金属膜１２ｂは、光浸透深さが第１の金属膜１２ａと同一のモリブデンにより膜厚が１００ｎｍとなるように薄膜試料１１の表面に成膜された金属膜である。これら第１の金属膜１２ａと第２の金属膜１２ｂとは、２つの薄膜試料１１，１１の表面に別々に成膜されてもよく、共通（１つ）の薄膜試料１１表面の異なる部位にそれぞれ成膜されてもよい。
【００５４】
規格化部９４は、記憶部９２に格納された第１の強度変化と第２の強度変化との比較から求められる第１特定時刻（特定の時刻）ｔ１に基づいて当該第１の強度変化に対して所定の規格化を行う部位である。具体的に、規格化部９４は、先ず、第１の強度変化と第２の強度変化とをそれぞれ以下の式（１）によって規格化し、その減衰波形を比較したときに信号強度に差が現れる時刻である第１特定時刻ｔ１を求める（図５参照）。
【００５５】
【数１】
ここで、検出された反射検出光Ｂ２ａの強度のピーク値をＲｂ、加熱光Ｂ１のパルスが測定部位１１２に入射する前の反射検出光Ｂ２ａの強度をＲｐ、反射検出光Ｂ２ａの強度をＲ（ｔ）、このＲ（ｔ）を式（１）で規格化した結果をＲｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ（ｔ）とする。
【００５６】
次に、規格化部９４は、この第１特定時刻ｔ１を基準にして（０秒にして）そのときの信号強度が１となるような規格化（所定の規格化）を、式（１）によって規格化された第１の強度変化に対して行う。具体的に、規格化部９４は、先に求めた第１特定時刻ｔ１から以下の式（２）によって式（１）により規格化された第１の強度変化に対して、再度、規格化する。
【００５７】
【数２】
ここで、Ｒｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ（ｔ）を式（２）で規格化した結果をＲｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ（ｔ’）とする。
【００５８】
このように検出した反射検出光Ｂ２ａの強度変化に対して所定の規格化を行うことにより、同一の薄膜試料１１で且つその表面に成膜された金属膜１２の膜厚が同一であれば金属膜の光浸透深さに関わりなく反射検出光Ｂ２ａの強度変化の減衰波形が所定の範囲で同一となることを利用し、金属膜１２の光浸透深さが不明であっても、薄膜試料１１の熱物性を精度よく解析・評価することが可能となる。これは、異なる膜厚の金属膜（本実施形態では第１の金属膜１２ａ及び第２の金属膜１２ｂ）表面で反射された検出光（反射検出光）Ｂ２の時間的な強度変化を比較することによって薄膜試料１１の影響が反射検出光Ｂ２ａの強度変化に現れる時刻（第１特定時刻）ｔ１を求め、この第１特定時刻ｔ１に着目した所定の規格化を行うことにより、薄膜試料１１の影響が現れている反射検出光Ｂ２ａの強度変化のみの比較（図６参照）が可能となるからである。
【００５９】
この所定の規格化（式（２）による規格化）が行われた第１の強度変化は、規格化部９４に一時的に格納される。
【００６０】
尚、金属膜１２の膜厚が小さい方が検出した反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化に薄膜試料１１の影響が大きく現れるため、本実施形態では、第１の強度変化に対して所定の規格化を行っているが、これに限定されない。即ち、膜厚の大きい第２の金属膜１２ｂからの反射検出光Ｂ２ａの強度変化（第２の強度変化）に対して所定の規格化を行ってもよく、また両方の強度変化に対してそれぞれ所定の規格化を行ってもよい。このような反射検出光Ｂ２ａの強度変化に対して所定の規格化を行っても、規格化後の減衰波形において第１特定時刻ｔ１以降の波形は、金属膜１２内に加熱光Ｂ１からの熱が十分に拡散して金属膜１２から薄膜試料１１への熱の流入の仕方が当該金属膜１２の光浸透深さに依存しない状態となっている。そのため、この範囲（第１特定時刻ｔ１以降）の波形に基づけば光浸透深さが不明でも薄膜試料１１の熱物性についての解析・評価が可能となる。
【００６１】
探索部１００は、所定の解析モデルに基づく演算結果が規格化部９４において所定の規格化が行われた第１の強度変化と所定の範囲（第１特定時刻ｔ１以降の範囲）で一致するような解析モデルを探索する部位である。この探索部１００は、所定の熱伝導方程式を解く演算部１０１と、演算部１０１での計算結果に対して所定の補正を行う補正部１０２と、補正された計算結果から後述の第２特定時刻ｔ２を特定する時刻特定部１０３と、第２特定時刻ｔ２に基づいて所定の規格化を行う演算規格化部１０４と、規格化部９４において規格化され格納されている結果（所定の規格化が行われた第１の強度変化）と演算規格化部１０４において規格化された結果（所定の規格化が行われた後述の第３の強度変化）とを比較する比較部１０５と、を備える。
【００６２】
演算部１０１は、熱拡散率αを所定の値としたときの薄膜試料１１の表面に第１及び第２の金属膜１２ａ，１２ｂと同じ金属であるモリブデン（所定の光浸透深さ）によって所定の膜厚（本実施形態では、５０ｎｍ）の第３の金属膜が成膜された第１の解析モデルと、前記所定の値の熱拡散率αの薄膜試料１１の表面に第３の金属膜と同一のモリブデン（第３の金属膜を形成するモリブデンと光浸透深さが同じもの）によって異なる膜厚（本実施形態では、１００ｎｍ）の第４の金属膜が成膜された第２の解析モデルと、を用い、これら各解析モデルについての熱伝導方程式を解くための部位である。具体的に、演算部１０１は、各解析モデルについて、以下の式（３）に示す熱伝導方程式を温度Ｔについて解く。尚、加熱熱量Ｑとして、本実施形態では、例えば以下の式（４）を用いる。
【００６３】
【数３】
ここで、Ｔは温度、αは熱拡散率、Ｑは熱量である。
【００６４】
【数４】
【００６５】
ここで、Ａは加熱光Ｂ１の振幅、Ｗは加熱光Ｂ１のガウシアンビーム径、ｄは金属膜の光浸透深さ、ｒ、ｚは円筒座標系における径方向の座標と深さ方向の座標である。
【００６６】
尚、演算部１０１において、解析モデルの各パラメータ（例えば、金属膜を構成する金属の種類や、膜厚、基板Ｋの物性値等）は、当該解析装置１０で測定する薄膜試料１１表面に成膜された金属膜に基づいて変更可能である。この変更は、例えば、コンピュータ８０に接続されたキーボード等の入力手段（図示省略）からの入力によって行われる。
【００６７】
演算部１０１は、第１の解析モデルの熱伝導方程式（式（３））をＴについて解くことにより、第３の金属膜に対して加熱光Ｂ１を照射したときの当該第３の金属膜表面の時間的な温度変化（第３の強度変化）を算出する。また、演算部１０１は、第２の解析モデルの熱伝導方程式（式（３））をＴについて解くことにより、第４の金属膜に対して加熱光Ｂ１を照射したときの当該第４の金属膜表面の時間的な温度変化（第４の強度変化）を算出する。
【００６８】
この演算部１０１は、比較部１０５において所定の結果が得られなかったときには、熱伝導方程式（式（３））における熱拡散率αの値を変更し、この変更した熱伝導方程式（式（３））をＴについて解く。
【００６９】
補正部１０２は、第３の強度変化と第４の強度変化とをそれぞれ式（１）によって規格化し、これら規格化された第３の強度変化と第４の強度変化とに対して、図３に示すような検出光Ｂ２のパルス幅に基づく補正を行う部位である。即ち、検出光測定手段６０による実測では、検出光Ｂ２のパルス幅分の時間平均の反射率変化としての第１及び第２の強度変化が得られているため、補正部１０２は、演算部１０１での計算結果に、このパルス幅の影響が含まれるように以下の式（５）に基づく補正を行う。
【００７０】
【数５】
【００７１】
図１及び図２に戻り、時刻特定部１０３は、規格化部９４と同様に、補正部１０２で補正された第３及び第４の強度変化の減衰波形を比較したときに信号強度に差が現れる時刻（第２特定時刻）ｔ２を特定（算出）する部位である。
【００７２】
演算規格化部１０４は、時刻特定部１０３で特定された第２特定時刻ｔ２を基準に、そのときの信号強度が１となるように第３の強度変化を式（２）によって規格化（所定の規格化）する部位である。
【００７３】
比較部１０５は、規格化部９４で規格化され格納されている第１の強度変化を規格化部９４から引き出し、これと演算規格化部１０４で規格化された第３の強度変化とを比較し、所定の判断を行う部位である。具体的に、先ず、比較部１０５は、所定の規格化が行われた第３の強度変化と所定の規格化が行われた第１の強度変化とが、所定の範囲、即ち、規格化後の０秒以降（第１特定時刻ｔ１及び第２特定時刻ｔ２以降）の範囲において減衰波形が一致するか否かを判断する。比較部１０５は、一致する（図６参照）と判断した場合には、そのときの第３の強度変化が得られた解析モデルを決定部９６に出力し、一致しないと判断した場合には、演算部１０１にそのときの第３の強度変化が得られた解析モデルのパラメータ（本実施形態では、熱拡散率αの値）を変更し、この変更した解析モデルについての熱伝導方程式（式（３））をＴについて解くように指示する。これにより、所定の規格化が行われた第３の強度変化と所定の規格化が行われた第１の強度変化とが所定の範囲で一致するまで、演算部１０１による計算（演算）が繰り返し行われる。
【００７４】
決定部９６は、探索部１００（詳しくは、比較部１０５）から送られてきた解析モデルにおける熱拡散率αの値を薄膜試料１１の熱物性値（本実施形態では熱拡散率の値）であると決定し、この値を解析結果として出力手段８２に出力する。
【００７５】
出力手段８２は、コンピュータ８０での解析結果（詳しくは決定部９６から送られてきた解析結果）を外部へ出力するものである。本実施形態の出力手段８２は、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ、ＰＤＰ等の表示手段で構成されているが、これに限定されず、プリンタ等の印刷手段や、他の装置等へ出力するように構成されてもよい。また、出力手段８２は、これらを組み合わせたものでもよい。
【００７６】
ステージ１３は、薄膜試料１１が成膜された基板Ｋを支持すると共にコンピュータ８０からの制御指令に従って、薄膜試料１１の位置を２次元方向（加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の照射方向に対して垂直若しくはほぼ垂直な面の方向）に移動可能ないわゆるＸ−Ｙステージである。即ち、コンピュータ８０によってステージ１３を制御することにより、加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の照射位置に薄膜試料１１の表面に成膜された金属膜１２表面おける所望の測定部位１１２を位置合わせすることができる。
【００７７】
以上のように構成される解析装置１０では、図４を参照しつつ以下に説明するように、薄膜試料１１の熱物性の解析・評価が行われる。
【００７８】
測定対象となる薄膜試料１１が２つ用意され、一方の薄膜試料１１の表面に第１の金属膜１２ａが成膜され、他方の薄膜試料１１の表面に第１の金属膜１２ａと異なる膜厚の第２の金属膜１２ｂが成膜される（ステップＳ１）。本実施形態では、前記のように第１の金属膜１２ａがモリブデンにより膜厚が５０ｎｍとなるように成膜され、第２の金属膜１２ｂがモリブデンにより膜厚が１００ｎｍとなるように成膜される。尚、第１の金属膜１２ａと第２の金属膜１２ｂとを構成するモリブデンは、同一の光浸透深さを有する。
【００７９】
解析装置１０により、第１の金属膜１２ａが成膜された薄膜試料１１と第２の金属膜１２ｂが成膜された薄膜試料１１とにおける反射検出光Ｂ２ａの強度がそれぞれ測定される（ステップＳ２）。具体的には、解析装置１０によって、第１の金属膜１２ａが成膜された薄膜試料１１に対して表側から加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが照射され、金属膜１２ａ表面の測定部位１１２で反射した検出光（反射検出光）Ｂ２ａの強度が測定され、第１の強度変化が検出される。
【００８０】
詳しくは、表面に第１の金属膜１２ａを有する薄膜試料１１が成膜された基板Ｋがステージ１３上に設置される。加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２の照射位置に薄膜試料１１表面（詳しくは、薄膜試料１１上に成膜された第１の金属膜１２ａ表面）における測定部位１１２が位置するようにコンピュータ８０によりステージ１３が制御される。次に、光出射手段２０によって加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが出射される。加熱光Ｂ１は、第１の光学系３０により導光されて測定部位１１２に照射される一方、検出光Ｂ２は、第２の光学系４０により導光されて測定部位１１２に照射される。
【００８１】
より詳しくは、パルスレーザ２１により出射された基幹パルス光Ｂ０が第１ビームスプリッタ２２により加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とに分岐される。このとき、第１ビームスプリッタ２２により分岐された加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２が偏光素子２３，２４を通ることにより、加熱光Ｂ１は第１の偏光方向に偏光され、検出光Ｂ２は第２の偏光方向に偏光される。加熱光Ｂ１は、変調手段３４により強度変調されて所定の周期（周波数）Ｆ１となり、ミラー３１、第２ビームスプリッタ３３によって順に反射された後、集光レンズ３２により集光されて測定部位１１２に照射される。一方、検出光Ｂ２は、加熱光Ｂ１に対して所定のパルス光到達時間差で測定部位１１２に到達するように光路遅延装置４２によって光路長を調節されたあとに測定部位１１２に照射される。そして、さらに検出光Ｂ２は、光路遅延装置４２によって光路長が変更され、若しくは変更されつつ、測定部位１１２に照射される。
【００８２】
測定部位１１２で反射された検出光（反射検出光）Ｂ２ａは、第３の光学系７０によって検出光測定手段６０まで導光される一方、測定部位１１２で反射された加熱光（反射加熱光）は第３の光学系７０の途中でその進行を阻止される。即ち、反射検出光Ｂ２ａが、第２ビームスプリッタ３３を通過した後、第３ビームスプリッタ７１により反射されて光検出器６１に到達する一方、反射加熱光が、第２ビームスプリッタ３３によってミラー３１側に反射される。
【００８３】
検出光測定手段６０において、前記導光された反射検出光Ｂ２ａの強度が測定され、その時間的な強度変化が検出される。具体的に、光検出器６１が受光した反射検出光Ｂ２ａの強度が光検出器６１から強度信号として出力される。この強度信号を受け取ったロックインアンプ６２において、当該強度信号から変調手段３４での強度変調の周期成分が検出され、これを第１の強度変化としてコンピュータ８０に送信される。
【００８４】
同様にして、解析装置１０によって、第２の金属膜１２ｂが成膜された薄膜試料１１に対して表側から加熱光Ｂ１と検出光Ｂ２とが照射され、金属膜１２ｂ表面の測定部位１１２で反射した検出光（反射検出光）Ｂ２ａの強度が測定され、第２の強度変化が検出される。
【００８５】
このように検出された第１の強度変化と第２の強度変化とは、解析手段９０の記憶部９２にそれぞれ格納される。
【００８６】
解析手段９０では、第１の強度変化と第２の強度変化とが記憶部９２に格納されると、規格化部９４が第１の強度変化と第２の強度変化とを記憶部９２から引き出して比較し、この比較に基づいて第１特定時刻ｔ１を算出する（ステップＳ３）。本実施形態の規格化部９４では、第１の強度変化と第２の強度変化とを式（１）によって規格化し、その減衰波形を比較したときの強度信号に差が現れる時刻（第１特定時刻）ｔ１を算出する（図５参照）。
【００８７】
さらに、規格化部９４は、このように求められた第１特定時刻ｔ１を基準にして、式（１）で規格化された第１の強度変化を更に規格化（所定の規格化）し（ステップＳ４）、その結果を一時的に格納する。この第１特定時刻ｔ１に着目して式（２）を用いた規格化（所定の規格化）により、第１の強度変化を減衰波形で表すと、０秒以降の波形の全体に薄膜試料１１の影響が現れた状態となっている。
【００８８】
規格化部９４において第１の強度変化に対する所定の規格化が行われると、探索部１００において、所定の解析モデルに基づく演算結果が前記所定の規格化が行われた第１の強度変化と所定の範囲で一致するような解析モデルの探索が行われる。
【００８９】
具体的に、先ず、演算部１０１が、所定の解析モデルについての熱伝導方程式をＴについて解く。この解析モデルとして、熱拡散率αを所定の値とした薄膜試料の表面に厚さの異なる金属膜がそれぞれ成膜された２つの解析モデル（前記の第１の解析モデルと第２の解析モデル）が用いられる。
【００９０】
演算部１０１は、これら２つの解析モデル（第１の解析モデル及び第２の解析モデル）についての各熱伝導方程式（式（３））を温度Ｔについてそれぞれ解く（ステップＳ５）。このように演算部１０１が２つの解析モデルについての熱伝導方程式を温度Ｔについてそれぞれ解くことにより、当該演算部１０１において、第３の金属膜に対して加熱光Ｂ１を照射したときの当該第３の金属膜表面の時間的な温度変化（第３の強度変化）と、第４の金属膜に対して加熱光Ｂ１を照射したときの当該第４の金属膜表面の時間的な温度変化（第４の強度変化）とが得られる。
【００９１】
演算部１０１において第３の強度変化と第４の強度変化とが算出されると、補正部１０２において、これら第３の強度変化と第４の強度変化とが式（１）によって規格化された後、式（５）により検出光Ｂ２のパルス幅に基づく補正が行われる（ステップＳ６）。
【００９２】
時刻特定部１０３は、補正部１０２で補正された第３及び第４の強度変化の減衰波形を比較し、信号強度に差が現れる時刻（第２特定時刻）ｔ２を特定する（ステップＳ７）。このように時刻特定部１０３で第２特定時刻が特定されると、演算規格化部１０４が、この第２特定時刻ｔ２を基準に、補正部１０２で補正された第３の強度変化に対して式（２）による規格化を行う（ステップＳ８）。これにより、第３の強度変化は、ステップＳ４と同様に、減衰波形で表したときに、０秒以降の波形の全体に亘って薄膜試料の影響が現れた状態、即ち、０秒以降の波形が、第３の金属膜内で加熱光Ｂ１による熱が十分に拡散して当該金属膜から薄膜試料への熱の流入の仕方が第３の金属膜の光浸透深さに依存しなくなった状態となっている。
【００９３】
比較部１０５は、演算規格化部１０４で第３の強度変化が規格化されると、規格化部９４に格納されている所定の規格化が行われた第１の強度変化を引き出し、これと演算規格化部１０４において所定の規格化が行われた第３の強度変化とを比較する（ステップＳ９）。具体的には、比較部１０５は、前記の第３の強度変化の減衰波形と前記の第１の強度変化の減衰波形とが所定の規格化後の０秒以降の範囲において波形が一致するか否かを判断する（図６参照）。この範囲の波形は、金属膜１２内で加熱光Ｂ１による熱が十分に拡散して金属膜１２から薄膜試料１１への熱の流入の仕方が金属膜１２の光浸透深さに依存しなくなった状態での波形であるため、金属膜１２の光浸透深さに関わりなく、薄膜試料１１の熱物性値（詳しくは、熱拡散率）に基づく波形となっている。そのため、この範囲の波形が一致すれば、金属膜１２の光浸透深さの値に関わりなく、第１の金属膜１２ａが成膜されている薄膜試料１１の熱物性値と、第３の金属膜が成膜されている薄膜試料（第１解析モデルの薄膜試料）の熱物性値とが一致していることが分る。
【００９４】
比較部１０５が前記の判断において一致しないと判断した場合には、探索部１００は、ステップＳ５に戻って第１及び第２の解析モデルの熱拡散率αの値を変更し、比較部１０５が、前記の第３の強度変化の減衰波形と前記の第１の強度変化の減衰波形とが所定の範囲で一致すると判断するまでステップＳ５からステップＳ９までを繰り返す。
【００９５】
比較部１０５が一致すると判断すると、そのときの第３の強度変化が得られた解析モデル（第１の解析モデル）の情報を決定部９６に出力し、これを受け取った決定部９６がこの解析モデルにおける熱拡散率αの値を測定対象である薄膜試料１１の熱物性値（熱拡散率αの値）であると決定する（ステップＳ１０）。
【００９６】
この決定に基づき、出力手段８２が薄膜試料１１についての熱物性の解析・評価結果を表示する。具体的には、出力手段８２が薄膜試料１１の熱物性値（熱拡散率αの値）を表示する（ステップＳ１１）。
【００９７】
以上のように本実施形態の解析装置１０では、検出した反射検出光Ｂ２ａの強度変化に対して所定の規格化（式（２））を行うことで同一の熱物性値を有する薄膜試料で且つその表面に成膜された金属膜１２の膜厚が同一であれば金属膜１２の光浸透深さに関わりなく反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化の減衰波形が所定の範囲で同一となることを利用することによって、金属膜１２の光浸透深さが不明であっても、薄膜試料１１の熱物性を精度よく解析・評価することができる。具体的には、異なる膜厚の金属膜１２ａ，１２ｂの表面で反射された反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化（第１の強度変化と第２の強度変化と）を比較することによって薄膜試料１１の影響が反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化に現れる時刻（第１特定時刻）ｔ１を求め、薄膜試料１１の影響が現れた反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化のみの比較を可能とすべく、この時刻ｔ１に着目した所定の規格化（式（２））を行う。そして、この規格化した結果と所定の範囲で一致する解析モデルを演算によって求め、この一致した解析モデルの熱物性値（本実施形態では熱拡散率α）を薄膜試料１１の物性値と擬制することで、金属膜１２の光浸透深さに関わりなく薄膜試料１１の熱物性値を精度よく得られる。
【００９８】
尚、本発明の熱物性解析方法、この方法を用いた熱物性解析装置、及び熱物性解析プログラムは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００９９】
例えば、本実施形態の熱物性解析装置１０では、金属膜の膜厚が異なる２つの解析モデルを用い、実測での結果（反射検出光の強度変化）に所定の規格化を行ったものと、２つの解析モデルに基づく演算結果に所定の規格化を行ったものとが所定範囲で一致するような解析モデルを探索しているが、これに限定されない。即ち、実測での結果に所定の規格化を行ったもの（第１の強度変化）と所定の範囲で一致する解析モデルを演算によって求めることが可能であれば、１つの解析モデルや３つ以上の解析モデルを用いた演算を行うようにしてもよい。
【０１００】
また、本実施形態では、第１及び第２の強度変化が直接、解析装置１０によって検出されているが、これに限定されず、他の測定装置等によって検出された第１及び第２の強度変化のデータを解析装置１０（詳しくは、コンピュータ８０の解析手段９０）が受け取るように構成されてもよい。
【実施例１】
【０１０１】
ガラス基板上に膜厚３００ｎｍのＣｕ膜を成膜してこれを薄膜試料とし、その表面にＭｏ（モリブデン）膜を成膜したサンプルを複数用意し、各サンプルのＭｏ膜に上記実施形態と同様の加熱光Ｂ１及び検出光Ｂ２を照射して、反射された検出光（反射検出光）Ｂ２ａの強度の時間的な変化をそれぞれ測定した。
【０１０２】
具体的に各サンプルとして、Ｍｏ膜の膜厚が５０ｎｍで光浸透深さがｄ＝１４ｎｍのものと、Ｍｏ膜の膜厚が５０ｎｍで光浸透深さがｄ＝５ｎｍのものと、Ｍｏ膜の膜厚が１００ｎｍで光浸透深さがｄ＝１４ｎｍのものと、Ｍｏ膜の膜厚が１００ｎｍで光浸透深さがｄ＝５ｎｍのものとを用意し、上記の測定を行った。
【０１０３】
測定によって検出された各サンプルからの反射検出光Ｂ２ａの時間的な強度変化のデータを規格化したものを図５に示す。このグラフから分るように、光浸透深さが同じ組同士の減衰波形は、加熱直後では一致しているが、ある時刻（ｔ１、ｔ’１秒（上記実施形態における第１特定時刻））から傾きが異なる。この傾きの違いは、Ｍｏ膜の膜厚に起因するものであり、一方のサンプル（膜厚が１００ｎｍのもの）では加熱光Ｂ１による熱がＭｏ膜内だけで拡散しているのに対し、他方のサンプル（膜厚５０ｎｍのもの）では加熱光Ｂ１による熱がＭｏ膜内で十分に拡散してＣｕ膜に到達しこのＣｕ膜の影響が波形上に現れているためと考えられる。
【０１０４】
この図５のグラフにおける膜厚が５０ｎｍで光浸透深さがｄ＝１４ｎｍのデータに対し、ｔ１が０秒、ｔ１での信号強度が１となるような規格化（上記実施形態における所定の規格化）を行った。また、図５のグラフにおける膜厚が５０ｎｍで光浸透深さがｄ＝５ｎｍのデータに対し、ｔ’１が０秒、ｔ’１での信号強度が１となるような規格化（上記実施形態における所定の規格化）を行った。これら規格化を行った結果を図６に示す。
【０１０５】
この図６から分るように、０秒以降の範囲（上記実施形態における所定の範囲）で減衰波形（減衰曲線）が一致している。このことから薄膜試料（この実施例のＣｕ膜）が同一で、その表面に成膜された金属膜（この実施例でのＭｏ膜）が同種の金属で且つ膜厚が同一であれば、光浸透深さが異なっていても、即ち、金属膜の光浸透深さに関わりなく所定の規格化を行った反射検出光の強度変化の減衰波形は、０秒以降で一致することが確認できた。
【０１０６】
また、所定の規格化を図５のグラフにおける膜厚が１００ｎｍの両データに対して行った結果を図７に示す。この結果においても、０秒以降の範囲で減衰波形が一致している。これにより、２つの異なる膜厚の金属膜からそれぞれ得られた反射検出光の強度変化のうち、膜厚の厚い方の金属膜から得られた反射検出光の強度変化に対して所定の規格化を行っても、金属膜の光浸透深さに関わりなく薄膜試料の熱物性値を求めることが可能であることが分る。
【符号の説明】
【０１０７】
１０ 熱物性解析装置
１１ 薄膜試料（被測定物）
１２ 金属膜
１２ａ 第１の金属膜
１２ｂ 第２の金属膜
９０ 解析手段
９２ 記憶部
９４ 規格化部
９６ 決定部
１００ 探索部
１１２ 測定部位
Ｂ１ 加熱光
Ｂ２ 検出光
Ｂ２ａ 反射検出光
Ｋ 基板
ｔ１ 第１特定時刻（特定の時刻）
α 熱拡散率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の測定部位に光を照射し、その反射光に基づいて前記被測定物の熱物性についての解析を行う熱物性解析方法であって、
前記被測定物の表面に所定の膜厚の第１の金属膜を成膜する第１成膜工程と、
前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚の第２の金属膜を成膜する第２成膜工程と、
前記第１の金属膜に表面側から加熱光と検出光とをそれぞれ照射し、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化を検出する第１の検出工程と、
前記第２の金属膜に表面側から前記加熱光と前記検出光とをそれぞれ照射し、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第２の反射光強度変化を検出する第２の検出工程と、
前記第１の反射光強度変化と前記第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行う規格化工程と、
所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化工程において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索する探索工程と、
前記探索工程において探索された解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定する決定工程と、を備えることを特徴とする熱物性解析方法。
【請求項２】
前記規格化工程における所定の規格化は、前記特定の時刻を基準にし、そのときの反射光強度が１となるような規格化であることを特徴とする請求項１に記載の熱物性解析方法。
【請求項３】
前記規格化工程では、前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜のうちの膜厚の小さい方の金属膜表面で反射された検出光の反射光強度変化に対して前記所定の規格化が行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱物性解析方法。
【請求項４】
前記探索工程では、熱拡散率を所定の値としたときの被測定物の表面に前記第１及び第２の金属膜と同種で且つ所定の光浸透深さの金属によって所定の膜厚の第３の金属膜が成膜された第１の解析モデルと、前記所定の値の熱拡散率の被測定物の表面に前記第３の金属膜と同一の金属によって異なる膜厚の第４の金属膜が成膜された第２の解析モデルと、を用い、これら各解析モデルの熱伝導方程式によって導出された結果に前記規格化工程における所定の規格化と同様の規格化を行った演算結果が、前記規格化工程において規格化された結果と前記所定の範囲で一致するような前記熱拡散率の値が算出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱物性解析方法。
【請求項５】
前記検出光は、所定のパルス幅のパルス光線であり、
前記探索工程では、前記熱伝導方程式によって前記加熱光が照射されたときの前記第３の金属膜表面の時間的な温度変化と前記第４の金属膜表面の時間的な温度変化とがそれぞれ算出され、これら第３の金属膜表面の時間的な温度変化及び第４の金属膜表面の時間的な温度変化に対して前記検出光のパルス幅に基づく補正がそれぞれ行われ、これら補正後の第３の金属膜表面の時間的な温度変化と第４の金属膜表面の時間的な温度変化とに基づいて前記規格化工程における所定の規格化と同様の規格化が行われることを特徴とする請求項４に記載の熱物性解析方法。
【請求項６】
被測定物の測定部位に光を照射し、その反射光に基づいて前記被測定物の熱物性についての解析を行う熱物性解析装置であって、
前記測定部位を加熱するための加熱光を照射する加熱光照射手段と、
前記測定部位に温度変化を検出するための検出光を照射する検出光照射手段と、
前記測定部位からの前記検出光の反射光の強度を測定する反射光測定手段と、
前記反射光測定手段で測定された前記反射光の強度変化に基づいて前記被測定物の熱物性を導出する解析手段と、
前記解析手段での解析結果を出力する出力手段と、を備え、
前記解析手段は、前記被測定物の表面に所定の膜厚で成膜された第１の金属膜に表面側から前記加熱光照射手段と前記検出光照射手段とにより前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射されたときに、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光を前記反射光測定手段で測定することによって検出された反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚で成膜された第２の金属膜に表面側から前記加熱光照射手段と前記検出光照射手段とにより前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射されたときに、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光を前記反射光測定手段で測定することにより検出された反射光強度の時間的な変化である第２の反射光強度変化と、をそれぞれ格納する記憶部と、
前記記憶部に格納された前記第１の反射光強度変化と前記第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行う規格化部と、
所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化部において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索する探索部と、
前記探索部において探索された前記解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定し、この熱物性値を解析結果として前記出力手段に出力する決定部と、を有することを特徴とする熱物性解析装置。
【請求項７】
被測定物の熱物性についての解析を行うためのプログラムであって、
前記被測定物の表面に所定の膜厚で成膜された第１の金属膜に表面側から加熱光と検出光とがそれぞれ照射され、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化の情報と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚で成膜された第２の金属膜に表面側から前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射され、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光の時間的な反射光強度の変化である第２の反射光強度変化の情報とをコンピュータが受け取ることで、
このコンピュータに、
これら第１の反射光強度変化と第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行わせる規格化手順と、
所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化手順において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索させる探索手順と、
前記探索手順において探索された前記所定の範囲で一致する解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定させる決定手順と、を実行させるための熱物性解析プログラム。
【請求項１】
被測定物の測定部位に光を照射し、その反射光に基づいて前記被測定物の熱物性についての解析を行う熱物性解析方法であって、
前記被測定物の表面に所定の膜厚の第１の金属膜を成膜する第１成膜工程と、
前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚の第２の金属膜を成膜する第２成膜工程と、
前記第１の金属膜に表面側から加熱光と検出光とをそれぞれ照射し、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化を検出する第１の検出工程と、
前記第２の金属膜に表面側から前記加熱光と前記検出光とをそれぞれ照射し、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第２の反射光強度変化を検出する第２の検出工程と、
前記第１の反射光強度変化と前記第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行う規格化工程と、
所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化工程において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索する探索工程と、
前記探索工程において探索された解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定する決定工程と、を備えることを特徴とする熱物性解析方法。
【請求項２】
前記規格化工程における所定の規格化は、前記特定の時刻を基準にし、そのときの反射光強度が１となるような規格化であることを特徴とする請求項１に記載の熱物性解析方法。
【請求項３】
前記規格化工程では、前記第１の金属膜及び前記第２の金属膜のうちの膜厚の小さい方の金属膜表面で反射された検出光の反射光強度変化に対して前記所定の規格化が行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱物性解析方法。
【請求項４】
前記探索工程では、熱拡散率を所定の値としたときの被測定物の表面に前記第１及び第２の金属膜と同種で且つ所定の光浸透深さの金属によって所定の膜厚の第３の金属膜が成膜された第１の解析モデルと、前記所定の値の熱拡散率の被測定物の表面に前記第３の金属膜と同一の金属によって異なる膜厚の第４の金属膜が成膜された第２の解析モデルと、を用い、これら各解析モデルの熱伝導方程式によって導出された結果に前記規格化工程における所定の規格化と同様の規格化を行った演算結果が、前記規格化工程において規格化された結果と前記所定の範囲で一致するような前記熱拡散率の値が算出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱物性解析方法。
【請求項５】
前記検出光は、所定のパルス幅のパルス光線であり、
前記探索工程では、前記熱伝導方程式によって前記加熱光が照射されたときの前記第３の金属膜表面の時間的な温度変化と前記第４の金属膜表面の時間的な温度変化とがそれぞれ算出され、これら第３の金属膜表面の時間的な温度変化及び第４の金属膜表面の時間的な温度変化に対して前記検出光のパルス幅に基づく補正がそれぞれ行われ、これら補正後の第３の金属膜表面の時間的な温度変化と第４の金属膜表面の時間的な温度変化とに基づいて前記規格化工程における所定の規格化と同様の規格化が行われることを特徴とする請求項４に記載の熱物性解析方法。
【請求項６】
被測定物の測定部位に光を照射し、その反射光に基づいて前記被測定物の熱物性についての解析を行う熱物性解析装置であって、
前記測定部位を加熱するための加熱光を照射する加熱光照射手段と、
前記測定部位に温度変化を検出するための検出光を照射する検出光照射手段と、
前記測定部位からの前記検出光の反射光の強度を測定する反射光測定手段と、
前記反射光測定手段で測定された前記反射光の強度変化に基づいて前記被測定物の熱物性を導出する解析手段と、
前記解析手段での解析結果を出力する出力手段と、を備え、
前記解析手段は、前記被測定物の表面に所定の膜厚で成膜された第１の金属膜に表面側から前記加熱光照射手段と前記検出光照射手段とにより前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射されたときに、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光を前記反射光測定手段で測定することによって検出された反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚で成膜された第２の金属膜に表面側から前記加熱光照射手段と前記検出光照射手段とにより前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射されたときに、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光を前記反射光測定手段で測定することにより検出された反射光強度の時間的な変化である第２の反射光強度変化と、をそれぞれ格納する記憶部と、
前記記憶部に格納された前記第１の反射光強度変化と前記第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行う規格化部と、
所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化部において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索する探索部と、
前記探索部において探索された前記解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定し、この熱物性値を解析結果として前記出力手段に出力する決定部と、を有することを特徴とする熱物性解析装置。
【請求項７】
被測定物の熱物性についての解析を行うためのプログラムであって、
前記被測定物の表面に所定の膜厚で成膜された第１の金属膜に表面側から加熱光と検出光とがそれぞれ照射され、この第１の金属膜表面で反射された前記検出光の反射光強度の時間的な変化である第１の反射光強度変化の情報と、前記被測定物の表面に前記第１の金属膜と同一の金属で且つ異なる膜厚で成膜された第２の金属膜に表面側から前記加熱光と前記検出光とがそれぞれ照射され、この第２の金属膜表面で反射された前記検出光の時間的な反射光強度の変化である第２の反射光強度変化の情報とをコンピュータが受け取ることで、
このコンピュータに、
これら第１の反射光強度変化と第２の反射光強度変化との比較から求められる特定の時刻に基づいて当該第１の反射光強度変化又は／及び当該第２の反射光強度変化に対して所定の規格化を行わせる規格化手順と、
所定の解析モデルに基づく演算結果が前記規格化手順において規格化された反射光強度変化と所定の範囲で一致するような前記解析モデルを探索させる探索手順と、
前記探索手順において探索された前記所定の範囲で一致する解析モデルに基づいて前記被測定物の熱物性値を決定させる決定手順と、を実行させるための熱物性解析プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−４７４７５（Ｐ２０１２−４７４７５Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７１６３（Ｐ２０１０−１８７１６３）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【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２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【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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