JPH0989663A - Light absorption measurement device - Google Patents

Light absorption measurement device

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JPH0989663A
JPH0989663A JP7245797A JP24579795A JPH0989663A JP H0989663 A JPH0989663 A JP H0989663A JP 7245797 A JP7245797 A JP 7245797A JP 24579795 A JP24579795 A JP 24579795A JP H0989663 A JPH0989663 A JP H0989663A
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JP
Japan
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light
sample
acoustic
measuring
absorption amount
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JP7245797A
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Japanese (ja)
Inventor
Kajiro Ushio
嘉次郎 潮
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便で、一般的光学系にも広く適用可能であ
り、光による雑音の低減を行なうことができる光音響法
による光吸収量計測装置を提供すること。 【解決手段】 固体状のサンプル18に計測光22を照
射したときの光吸収に起因する該サンプル18の体積変
化により発生する音響信号を計測することで、該サンプ
ル18の光吸収量を計測する光吸収量計測装置であり、
音響検知素子20が音響整合をとられた状態にて、該サ
ンプル18または該サンプル18を保持するホルダー1
9に設けられている光吸収量計測装置において、前記サ
ンプル18に照射される計測光22を遮蔽することな
く、かつ前記ホルダー19及び/または音響検知素子2
0を該計測光22及び該計測光22の反射散乱光、迷光
等の光から遮蔽する遮蔽部材32、33を設けたことを
特徴とする光吸収量計測装置。
(57) An object of the present invention is to provide a light absorption amount measuring device by a photoacoustic method, which is simple and widely applicable to general optical systems and can reduce noise due to light. SOLUTION: A light absorption amount of the sample 18 is measured by measuring an acoustic signal generated by a volume change of the sample 18 caused by light absorption when a solid sample 18 is irradiated with measurement light 22. It is a light absorption measuring device,
The sample 18 or the holder 1 for holding the sample 18 in a state where the acoustic detection element 20 is acoustically matched.
In the optical absorption amount measuring device provided in 9, the holder 19 and / or the acoustic detecting element 2 are provided without blocking the measuring light 22 with which the sample 18 is irradiated.
An optical absorption amount measuring device characterized in that shielding members 32 and 33 for shielding 0 from the measuring light 22 and reflected and scattered light of the measuring light 22, stray light and the like are provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光吸収量計測装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light absorption amount measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】様々な光応用技術の進展に伴い、光学計
測の要求は益々高度化している。特に近年の傾向とし
て、可視光に比べて波長が非常に長い、あるいは短い光
における物性評価に関心が集まっている。例えば、超短
波長の光では、各種エキシマレーザなどが微細加工やリ
ソグラフに用いられており、光学素子などの計測評価が
不可欠になりつつある。
2. Description of the Related Art With the progress of various optical application technologies, the demand for optical measurement has become more sophisticated. In particular, as a recent trend, attention is being paid to the evaluation of physical properties of light having a wavelength extremely longer or shorter than that of visible light. For example, with light of ultrashort wavelength, various excimer lasers and the like are used for microfabrication and lithography, and measurement and evaluation of optical elements and the like are becoming indispensable.

【0003】光学素子などで要求される評価項目のう
ち、重要な項目の一つは、光の吸収である。光の吸収計
測では一般に、光学的に直接測定する方法(光強度を光
センサで検出する方式)がとられているが、この方法に
は限界がある。即ち、光源光が短波長(200nm以
下)の場合に、現状では安定した光源や光量測定法が確
立されておらず、特に微小な吸収量(微小な光量差)を
みるときに大きく安定性がおちる。
Among the evaluation items required for optical elements and the like, one of the important items is absorption of light. In the light absorption measurement, generally, a method of directly measuring optically (a method of detecting the light intensity by an optical sensor) is used, but this method has a limit. That is, when the light source light has a short wavelength (200 nm or less), a stable light source and a light quantity measuring method have not been established at present, and the stability is large especially when a minute absorption amount (a minute light amount difference) is observed. Fall

【0004】また、エキシマレーザ等のパルスレーザを
用いると、その検出にあたって、光センサの応答速度が
遅いことに起因する問題点が生じることもある。さら
に、吸収量のみを光学的方法で分離測定することは困難
であり、必ず表面等での散乱量を含んだ値として検出さ
れる。そこで、従来の光学的方法によらない、微小な光
吸収量を測定する方法がいくつか提案、実行されてい
る。その多くは、光の吸収を無輻射遷移である熱として
計測する方法である。
Further, when a pulse laser such as an excimer laser is used, a problem may occur due to the slow response speed of the optical sensor when detecting the pulse laser. Further, it is difficult to separately measure only the absorption amount by an optical method, and it is always detected as a value including the scattering amount on the surface or the like. Therefore, some methods of measuring a minute amount of light absorption, which do not rely on the conventional optical method, have been proposed and implemented. Most of them are methods of measuring light absorption as heat which is a non-radiative transition.

【0005】代表的な方法は、カロリメトリとして知ら
れている、サンプルの光吸収による温度上昇を熱電対な
どの温度計測手段で直接測定する方法である。また、温
度上昇によりサンプル或いはその近傍雰囲気に生じた変
形及び(変形の)緩和によって発生する音響信号を検出
し、それから光吸収量を逆算する光音響測定法と呼ばれ
る方法もある。
A typical method is known as calorimetry, in which the temperature rise due to light absorption of the sample is directly measured by a temperature measuring means such as a thermocouple. There is also a method called a photoacoustic measurement method in which an acoustic signal generated by deformation and (relaxation of) deformation of a sample or an atmosphere in the vicinity of the sample due to temperature rise is detected and the amount of light absorption is calculated backward from the acoustic signal.

【0006】更に最近では、吸収加熱により生ずるサン
プル或いはその近傍の屈折率分布や変位を光によって検
出(光ビームの偏向や光路差の検出など)する方法も盛
んに行われている。この中で、音響測定を行う光音響測
定法(以下、光音響法と略称する場合がある)は比較的
簡便に行なえ、測定感度も高いことから、液体、粉体、
薄膜材料などに広く試みられている。
More recently, a method of detecting the refractive index distribution and displacement of the sample or its vicinity caused by absorption heating by light (deflection of light beam, detection of optical path difference, etc.) has been actively used. Among them, the photoacoustic measurement method for performing acoustic measurement (hereinafter, sometimes abbreviated as photoacoustic method) is relatively easy to perform and has high measurement sensitivity.
Widely tried for thin film materials.

【0007】この方法では、サンプル或いはその近傍雰
囲気において、断続光の照射による加熱冷却で生じた体
積変化である音響をマイクロフォンや、サンプルまたは
サンプルホルダーにとりつけた圧電素子トランスデュー
サ(音響検知素子の一例)などにより電気信号に変換し
て検出する。かかる電気信号の強度または位相などの解
析により、物質の無輻射遷移に関するさまざまな情報を
得ることができるが、音響波の大きさは通常、熱エネル
ギー(即ち、光吸収量)に比例するので(詳しい理論
は、例えば論文J.Appl.Phys, vol.47,No1, pp64. J.App
l.Phys, vol.51,No6, pp3343. Can.J.Phys,vol.64,pp14
7 など参照)、ここから光の吸収量を算出できる。
According to this method, a piezoelectric element transducer (an example of an acoustic detection element) in which sound that is a volume change caused by heating and cooling by irradiation of intermittent light in a sample or an atmosphere in the vicinity thereof is attached to a microphone or a sample or a sample holder It is converted into an electric signal and detected. By analyzing the intensity or phase of the electric signal, various information regarding the non-radiative transition of the substance can be obtained, but the magnitude of the acoustic wave is usually proportional to the thermal energy (that is, the amount of light absorption) ( Detailed theory can be found in the paper J.Appl.Phys, vol.47, No1, pp64. J.App
l.Phys, vol.51, No6, pp3343.Can.J.Phys, vol.64, pp14
7), and the amount of light absorption can be calculated from here.

【0008】この方法によれば、微小な吸収であって
も、光強度の大きなものを用いることによって検出信号
量を大きくでき、感度のよい測定が可能になる。光音響
法は、物質の無輻射遷移過程の解析などの分析方法とし
て用いられるとともに、光吸収量の測定法として、その
感度や測定の簡便性の点から注目されている。
According to this method, even if the absorption is minute, the amount of detection signal can be increased by using the one having high light intensity, and the measurement can be performed with high sensitivity. The photoacoustic method is used as an analytical method such as an analysis of a non-radiative transition process of a substance, and has been attracting attention as a method of measuring a light absorption amount in terms of its sensitivity and ease of measurement.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】光吸収量を光音響法で
計測する際に、雑音が問題になることが多い。雑音の起
因はいくつかあり、電磁雑音、機械的振動による雑音の
他、光による雑音も大きい。計測光がサンプルに入射す
る場合、普通は集光されたスポットの状態にあるが、様
々の要因によりスポット以外の部分へも光が到達する。
例えば、集光レンズ面からの反射、散乱による光、ま
た、サンプルそのものにより散乱された光、サンプル周
辺から反射、散乱された光、また他光源からの迷光など
である。
Noise is often a problem when measuring the amount of light absorption by the photoacoustic method. There are several causes of noise, and in addition to electromagnetic noise, noise caused by mechanical vibration, noise caused by light is also large. When the measurement light is incident on the sample, it is usually in the state of a condensed spot, but due to various factors, the light also reaches a portion other than the spot.
For example, it is light reflected and scattered from the surface of the condenser lens, light scattered by the sample itself, light reflected and scattered from the periphery of the sample, and stray light from other light sources.

【0010】これらの光が音響検知素子に直接入射する
と、検知素子そのものの振動を発生させて大きな雑音に
なる他、検知素子と音響的につながっている部材(サン
プルのホルダーなど)への光入射も、特にその部材が光
を吸収するものであると、雑音を生む。このような光照
射(光入射)による雑音は、電磁雑音や振動雑音と異な
り、サンプルからの音響信号と周波数も近く(生ずるメ
カニズムが同じであるため)、周波数分離などの信号処
理の段階で除くことは困難である。
When these lights are directly incident on the acoustic sensing element, the sensing element itself vibrates to generate a large noise, and the light is incident on a member acoustically connected to the sensing element (sample holder, etc.). Also produces noise, especially if the member is one that absorbs light. Unlike electromagnetic noise and vibration noise, the noise caused by such light irradiation (light incident) has a frequency close to that of the acoustic signal from the sample (because the same mechanism is used), and is eliminated at the stage of signal processing such as frequency separation. Is difficult.

【0011】これらの影響を低減するためにいくつかの
工夫がなされており、例えば、サンプルホルダーとして
透明なバーを用いて、サンプルホルダーに照射した光を
透過させて、音響を生じないようにしたり、ホルダーを
屈曲させ、サンプルから生ずる散乱光が、音響検知素子
に入射しないようにする方策などが考案されている(Ap
pl.Opt, Vol.20,No4, p606, Appl.Phys.Lett,Vol.35,No
11,p843, Rev. Mod.Phys.,Vol.53,No.3, p517 な
ど)。
Several measures have been taken in order to reduce these effects. For example, a transparent bar is used as the sample holder so that the light applied to the sample holder is transmitted so that no sound is generated. , A method of bending the holder so that scattered light generated from the sample does not enter the acoustic sensing element (Ap
pl.Opt, Vol.20, No4, p606, Appl.Phys.Lett, Vol.35, No
11, p843, Rev. Mod.Phys., Vol.53, No.3, p517, etc.).

【0012】しかしながら、いずれも特殊なホルダーが
必要であり、その用意やサンプルのセッティングにおい
て面倒であるという問題点を有する。また、光学部材か
らの反射散乱光がある場合等には、光学系に適用しても
有効ではないという問題点を有する。いずれにしても、
光による雑音はその原因に応じて対処の必要があり、場
合によっては光学系そのものから大幅に変更(例えばレ
ンズ系をサンプルより遠ざけたり、光を反射する部材を
交換したりすること)を要求され、煩雑であるという問
題点があった。
However, all of them have a problem that a special holder is required, which is troublesome in preparation and setting of the sample. In addition, when reflected and scattered light from the optical member is present, there is a problem that it is not effective when applied to an optical system. In any case,
Noise due to light needs to be dealt with according to its cause, and in some cases it may be required to make drastic changes from the optical system itself (for example, moving the lens system farther from the sample or replacing the light-reflecting member). However, there was a problem that it was complicated.

【0013】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、簡便で、一般的光学系にも広く適用可能で
あり、光による雑音の低減を行なうことができる光音響
法による光吸収量計測装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above problems, is simple, is widely applicable to general optical systems, and absorbs light by a photoacoustic method capable of reducing noise due to light. An object is to provide a quantity measuring device.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「固体状のサンプルに計測光を照射したときの光吸収
に起因する該サンプルの体積変化により発生する音響信
号を計測することで、該サンプルの光吸収量を計測する
光吸収量計測装置であり、音響検知素子が音響整合をと
られた状態にて、該サンプルまたは該サンプルを保持す
るホルダーに設けられている光吸収量計測装置におい
て、前記サンプルに照射される計測光を遮蔽することな
く、かつ前記ホルダー及び/または音響検知素子を該計
測光及び該計測光の反射散乱光、迷光等の光から遮蔽す
る遮蔽部材を設けたことを特徴とする光吸収量計測装置
(請求項1)」を提供する。
Therefore, the first aspect of the present invention is to measure an acoustic signal generated by a volume change of a solid sample caused by light absorption when the sample is irradiated with the measurement light. A light absorption amount measuring device for measuring the light absorption amount of the sample, wherein the light absorption amount is provided in the sample or a holder holding the sample in a state where the acoustic detection element is acoustically matched. In the apparatus, a shielding member is provided that does not shield the measurement light with which the sample is irradiated and that shields the holder and / or the acoustic detection element from the measurement light and light such as reflected and scattered light of the measurement light and stray light. An optical absorption amount measuring device (claim 1) "is provided.

【0015】また、本発明は第二に「前記遮蔽部材が前
記サンプル、ホルダー、及び音響検知素子から音響的イ
ンピーダンス的に大きく隔てられた状態にて設けられて
いることを特徴とする請求項1記載の光吸収量計測装置
(請求項2)」を提供する。また、本発明は第三に「前
記遮蔽部材が前記計測光の95%以上を反射することを
特徴とする請求項1または2記載の光吸収量計測装置
(請求項3)」を提供する。
A second aspect of the present invention is that "the shielding member is provided in a state of being largely separated in acoustic impedance from the sample, the holder, and the acoustic detecting element. An optical absorption amount measuring device as set forth in claim 2 is provided. In addition, the present invention thirdly provides the “light absorption amount measuring device (claim 3) according to claim 1 or 2, wherein the shielding member reflects 95% or more of the measurement light”.

【0016】また、本発明は第四に「前記音響信号を信
号計測時間を選定することにより分離計測する計測系を
設けたことを特徴とする請求項1〜3記載の光吸収量計
測装置(請求項4)」を提供する。
In a fourth aspect of the present invention, there is provided a light absorption amount measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein a measuring system for separately measuring the acoustic signal by selecting a signal measuring time is provided. Claim 4) "is provided.

【0017】[0017]

【発明の実施の態様】本発明にかかる光による雑音の低
減原理を図1を用いて説明する。この例では、パルスレ
ーザでの計測系として説明する。光源からの光は通常、
各種光学系により集光されてサンプル2に照射される。
この例における計測サンプル2は、ガラス基板上の薄膜
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle of light noise reduction according to the present invention will be described with reference to FIG. In this example, a measurement system using a pulse laser will be described. The light from the light source is usually
The sample 2 is condensed by various optical systems and irradiated on the sample 2.
The measurement sample 2 in this example is a thin film on a glass substrate.

【0018】サンプル2は金属製のサンプルホルダー1
にセッティングされている。サンプル2とサンプルホル
ダー1は音響整合を取るために、適切なマッチング材料
を介して接触している。信号検出は、ホルダー1に取り
付けられた音響検知素子(圧電素子など)4により行な
われる。
Sample 2 is a metal sample holder 1
Is set to. The sample 2 and the sample holder 1 are in contact with each other via a suitable matching material for acoustic matching. Signal detection is performed by an acoustic detection element (piezoelectric element or the like) 4 attached to the holder 1.

【0019】できるだけ大きな音響信号を検出するため
には、ホルダー1は音を伝えやすい材料(音響インピー
ダンスの小さい金属など)により作製することが好まし
い。また、音響検知素子4はホルダー1に接着剤5等に
より強固に固定され、安定に音響整合がとられている。
この状態にて、サンプル2に光照射を行なった場合、サ
ンプルホルダー1には集光レンズや周囲の部材などから
の反射散乱光7が照射される。その結果、サンプル2に
音響的に強く接合している音響検知素子4は雑音となる
音響信号を検出する。特に照射光強度が大きいときに、
この影響が大きい。
In order to detect an acoustic signal as large as possible, the holder 1 is preferably made of a material that easily transmits sound (metal having a small acoustic impedance). Further, the acoustic detection element 4 is firmly fixed to the holder 1 with the adhesive 5 or the like, and stable acoustic matching is achieved.
In this state, when the sample 2 is irradiated with light, the sample holder 1 is irradiated with the reflected and scattered light 7 from the condenser lens and surrounding members. As a result, the acoustic detection element 4 acoustically strongly bonded to the sample 2 detects an acoustic signal that becomes noise. Especially when the irradiation light intensity is high,
This effect is great.

【0020】そこで、本発明では図1に示すように、例
えばサンプルホルダー1の直前の位置に、音響を生じに
くい振動吸収材料である光遮蔽板(遮蔽部材の一例)9
を配置した。これにより、サンプルホルダー1への光照
射を、小さく抑えることが可能であり、そこからの音響
発生を防ぐことができる。遮蔽板9は、サンプルホルダ
ー1よりも音響発生及び音響伝搬が小さい材料により構
成するので、音響インピーダンスの小さいサンプルホル
ダー1よりも全体としての雑音音響は抑えられる。
Therefore, according to the present invention, as shown in FIG. 1, for example, a light shielding plate (an example of a shielding member) 9 which is a vibration absorbing material which hardly causes sound is provided at a position immediately before the sample holder 1.
Was placed. Thereby, the light irradiation to the sample holder 1 can be suppressed to a small level, and the sound generation from the light can be prevented. Since the shield plate 9 is made of a material that produces less sound and propagates less sound than the sample holder 1, noise noise as a whole can be suppressed more than that of the sample holder 1 having a small acoustic impedance.

【0021】遮蔽板9を設けても、なおも遮蔽より発生
する音響が問題になる場合には、図1に示すように、遮
蔽板9とホルダー及びそれにつながる音響検知素子との
接触を同様に、音響を伝えにくい(高音響インピーダン
スの)材料11を介して、即ち音響的インピーダンス的
に大きく隔てられた状態にて行なうと、さらに抑えるこ
とができるので好ましい(請求項2の一例)。
Even if the shield plate 9 is provided, if the sound generated by the shield still poses a problem, as shown in FIG. 1, contact between the shield plate 9 and the holder and the acoustic detecting element connected thereto should be similarly performed. Further, it is preferable to perform through the material 11 that is hard to transmit sound (high acoustic impedance), that is, in a state in which the acoustic impedance is largely separated (further example).

【0022】また、サンプル透過後の光も雑音を生むこ
とがある。特に光が広がって進行していく場合など、適
切な光吸収のための措置を行なわないと、反射散乱光の
影響は大きい。例えば、図1のような構成のサンプル保
持では、反射光8が音響検知素子8(通常電磁雑音低減
のため、金属で覆われている)やサンプルホルダー1の
裏面へあたって大きな雑音音響を生ずる。
The light transmitted through the sample may also generate noise. Especially when the light spreads and travels, the reflected scattered light has a great influence unless proper measures for light absorption are taken. For example, in the case of holding the sample having the configuration as shown in FIG. 1, the reflected light 8 hits the acoustic detection element 8 (which is usually covered with metal to reduce electromagnetic noise) and the back surface of the sample holder 1 to generate a large noise sound. .

【0023】これを防ぐためには、金属筒で覆われた音
響検知素子を、やはり音響を発生しにくく伝えにくい材
料(ラバーや発泡材など)からなるカバー(遮蔽部材の
一例)10により反射光から遮蔽すればよい。特に、こ
れら遮蔽の効果が顕著なのは、サンプルから音響伝達さ
れた初期の段階である。
In order to prevent this, the acoustic detecting element covered with a metal tube is protected from reflected light by a cover (an example of a shielding member) 10 which is also made of a material (rubber, foam material, etc.) that hardly produces and transmits sound. It should be shielded. In particular, the effect of these shieldings is remarkable in the initial stage of acoustic transmission from the sample.

【0024】前述したような遮蔽板や遮蔽カバー(遮蔽
部材)が光照射により音響を発生しても、音響インピー
ダンスの大きなものを介して音響検出部(サンプル、サ
ンプルホルダー、音響検知素子)と接触していれば(請
求項2)、サンプルからの音響に比較して、その雑音音
響は遅れて観測される。パルス光のような過渡的音響を
観察する計測では、時間的にこれらの音響雑音を信号取
込みの時間を制限することにより除去が可能になる(請
求項4)。
Even if the shielding plate or the shielding cover (shielding member) as described above generates sound by light irradiation, it contacts with the sound detecting portion (sample, sample holder, sound detecting element) through the one having a large acoustic impedance. If so (claim 2), the noise sound is observed later than the sound from the sample. In a measurement for observing a transient sound such as pulsed light, it is possible to remove these acoustic noises by limiting the time of signal acquisition in terms of time (claim 4).

【0025】遮蔽部材の配置は原則的に、サンプルの計
測光照射部分以外への光を遮蔽すればよく様々の方法が
あるが、前述したように、できるだけ音響検知素子への
音響及び伝搬影響の小さい配置にすることが好ましい
(請求項2)。遮蔽部材としては光を通さないことが必
要であるが、光を積極的に反射するもの、例えば95%
以上の光を反射するものを使用することにより音響を抑
えた形にすることもできるので好ましい(請求項3)。
There are various methods for disposing the shielding member, as long as it shields the light other than the measurement light irradiation portion of the sample. However, as described above, the influence of sound and propagation on the sound detecting element is minimized. A small arrangement is preferable (claim 2). It is necessary for the shielding member to be impermeable to light, but one that positively reflects light, for example 95%
It is preferable to use a material that reflects the above-mentioned light, since it is possible to suppress the sound.

【0026】こうすると、遮蔽物自身の光吸収が小さく
なるので、より雑音影響を小さくできる可能性がある
が、反射光の処理には留意する必要があることは言うま
でもない。以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
In this case, since the light absorption of the shield itself becomes small, there is a possibility that the influence of noise can be further reduced, but it goes without saying that it is necessary to pay attention to the processing of reflected light. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0027】[0027]

【実施例1】図2は本実施例の光吸収量計測装置の概略
構成図である。光源12はArF エキシマレーザ(波長1
93nm)であり、パルス幅は約20nsecのものを用いて
いる。光22はレンズ光学系13、16を通してサンプ
ル18に集光、照射される。
[Embodiment 1] FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a light absorption amount measuring apparatus of this embodiment. The light source 12 is an ArF excimer laser (wavelength 1
93 nm) and the pulse width is about 20 nsec. The light 22 is condensed and irradiated on the sample 18 through the lens optical systems 13 and 16.

【0028】最終的なサンプル面への集光は、スリット
像を対物レンズ16で結像することにより行なわれ、サ
ンプル面での光の径は約3mmΦである。光学系に挿入し
たズームレンズ13により光強度を調節しており、光強
度は図1に示す石英ガラス15の反射を用いた分岐光路
において、光センサ(バイプラナ型フォトマルチプライ
ヤ)17によりモニタされている。
The final focusing on the sample surface is performed by forming a slit image with the objective lens 16, and the diameter of the light on the sample surface is about 3 mmΦ. The light intensity is adjusted by the zoom lens 13 inserted in the optical system, and the light intensity is monitored by an optical sensor (biplanar type photomultiplier) 17 in the branched optical path using the reflection of the quartz glass 15 shown in FIG. There is.

【0029】計測光は空気中ではわずかに吸収されるの
で、計測系は全体として窒素パージされた雰囲気チャン
バー23内に配置されている。ホルダー19は、図3に
示すように板状であり、V字型の切れ込みが入ったAl
板を両側からはさんで固定した構造にした。音響信号
は、圧電材料であるPZT(ジルコン酸チタン酸鉛)に
アルミナの受信板を付けた構成のセンサ(音響検知素子
の一例)20により検知した。センサ20は、Al製サ
ンプルホルダー19に接着剤28により固定した。
Since the measuring light is slightly absorbed in the air, the measuring system as a whole is arranged in the nitrogen-purged atmosphere chamber 23. The holder 19 has a plate shape as shown in FIG. 3, and is made of Al having a V-shaped notch.
The plate is sandwiched and fixed from both sides. The acoustic signal was detected by a sensor (an example of an acoustic detecting element) 20 having a structure in which a receiving plate made of alumina was attached to PZT (lead zirconate titanate) which is a piezoelectric material. The sensor 20 was fixed to the Al sample holder 19 with an adhesive 28.

【0030】ホルダー19は、光学ホルダー30にゴム
板29を介して固定されている。弾性体であるゴムで固
定する理由は、光学ホルダー30とホルダー19をでき
るだけ音響的に切り離すためである。サンプル18は、
薄膜を1μm以下に形成した30mmΦで厚さ2mmの
円形ペレット状の石英ガラス基板(測定波長光透過)で
あり、丁度幅2mmに設定してあるホルダー19のV字
型溝にぐらつくことなく、ぴたりとはまる。
The holder 19 is fixed to the optical holder 30 via a rubber plate 29. The reason why the elastic rubber is used for fixing is to separate the optical holder 30 and the holder 19 acoustically as much as possible. Sample 18 is
It is a circular pellet-shaped quartz glass substrate (transmission for measuring wavelength) with a thickness of 30 mm and a thickness of 2 mm in which a thin film is formed with a thickness of 1 μm or less. It fits.

【0031】溝とサンプル18の隙間には、絶縁性の溶
媒27がマッチング液材として、溝の淵からあふれるま
で注入される。マッチング液剤としては、低粘度で気泡
ができにくく、かつ揮発性が低いベンゼン系溶媒を用い
た。こうしてセットされたサンプル18に、ズームレン
ズ13を駆動して光強度を変えながら光照射を行ない、
センサ20の出力(電圧)を計測した。サンプル18の
吸収による光音響信号発生は、光照射後約8μsecで
あった。
Insulating solvent 27 is injected as a matching liquid material into the gap between the groove and the sample 18 until it overflows from the edge of the groove. As the matching liquid agent, a benzene-based solvent having low viscosity, less likely to cause bubbles, and low volatility was used. The sample 18 set in this way is irradiated with light while changing the light intensity by driving the zoom lens 13.
The output (voltage) of the sensor 20 was measured. The photoacoustic signal generation due to the absorption of the sample 18 was about 8 μsec after the light irradiation.

【0032】信号には適切なフィルタリングを行ない、
電磁雑音振動雑音を除いた。本実施例では、音響のメイ
ンの共振周波数が150kHZ程度であり、この付近の
波長を選択して(FFTによる)の計測も行なった。ズ
ームレンズを制御しているパーソナルコンピュータ25
により、モニタしている光強度信号と連動させて1パル
ス照射ごとに計測、記録されるようにした。
The signal is appropriately filtered,
Electromagnetic noise Vibration noise was excluded. In the present embodiment, the main acoustic resonance frequency is about 150 kHz, and wavelengths near this are also selected (by FFT) for measurement. Personal computer 25 controlling the zoom lens
Thus, measurement and recording are performed for each pulse irradiation in conjunction with the monitored light intensity signal.

【0033】サンプル部分以外への光照射による雑音を
調べるため、サンプルを置かない状態にて音響信号をと
った。光音響信号発生から約10μsecの間の信号を
観察したところ、5mJ程度のエネルギーのパルス光
で、振幅約5〜80mVの雑音が観察され、FFTのピ
ーク信号は約40mVであった。これは相当大きな雑音
であり、低吸収(約0.5%)のサンプルからの音響信号
とほぼ同等であった。
In order to investigate the noise caused by the light irradiation to the portion other than the sample portion, an acoustic signal was taken without placing the sample. When a signal was observed for about 10 μsec from the photoacoustic signal generation, noise with an amplitude of about 5 to 80 mV was observed with pulsed light having an energy of about 5 mJ, and the FFT peak signal was about 40 mV. This was a significant amount of noise, about the same as the acoustic signal from the low absorption (about 0.5%) sample.

【0034】そこで、図3(b)のようにホルダー19
の前面部分にラバーの板(遮蔽部材の一例)32を配置
した。ラバー板32は、集光される計測光の部分だけが
開いた構造であり、光学ホルダー30にゴム板29を介
してホルダー19と挟み込んで、ねじ31により固定し
ている。こうすることにより、ホルダー19への照射に
よる雑音が約1/10に低減された。これは前述した時
間範囲の音響到達直後の信号をみた結果であり、さらに
照射後時間が経過したときの雑音信号は観察された。
Therefore, as shown in FIG. 3B, the holder 19
A rubber plate (an example of a shielding member) 32 was placed on the front surface of the. The rubber plate 32 has a structure in which only the portion of the condensed measurement light is opened, and is sandwiched between the optical holder 30 and the holder 19 via the rubber plate 29, and is fixed by the screw 31. By doing so, noise due to irradiation of the holder 19 was reduced to about 1/10. This is the result of observing the signal immediately after the arrival of the sound in the time range described above, and the noise signal was observed when the time elapsed after irradiation.

【0035】しかし、それは、音響発生後100μse
c以上後であり、前記範囲での信号観察では殆ど影響が
なかった。
However, it is 100 μse after the sound is generated.
After c or more, there was almost no influence in the signal observation in the above range.

【0036】[0036]

【実施例2】実施例1では、ビームトラップと言われる
ような良好な光の吸収体をサンプルの後に配置しておら
ず、サンプル後方には黒色スプレーで着色した金属板2
1が配置してあるのみである。ビームはサンプル面での
集光後、広がりながら進んでこの金属板に入射した後反
射して音響センサ(ステンレス製の筒でカバーされてい
る)に再入射する。また、サンプルホルダーの裏面にも
入射する。そのため、これらによる雑音音響も検知され
る。
Second Embodiment In the first embodiment, a good light absorber called a beam trap is not arranged after the sample, and a metal plate 2 colored with black spray is provided behind the sample.
1 is only arranged. After converging on the sample surface, the beam propagates while spreading, enters the metal plate, is reflected, and then re-enters the acoustic sensor (covered by a stainless steel cylinder). It also enters the back surface of the sample holder. Therefore, noise sound caused by these is also detected.

【0037】そこで、本実施例では図4に示すように、
音響センサ20を囲うようなスポンジ製の遮蔽カバー
(遮蔽部材の一例)33を用い、音響センサ20及びホ
ルダー19裏面を反射光から遮蔽するようにしたとこ
ろ、実施例1で述べた雑音がさらに(実施例1の信号時
間範囲で)1/5以下となった。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG.
When a shielding cover (an example of a shielding member) 33 made of sponge surrounding the acoustic sensor 20 is used to shield the acoustic sensor 20 and the back surface of the holder 19 from the reflected light, the noise described in the first embodiment is further ( It becomes 1/5 or less (in the signal time range of Example 1).

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の光吸収量計
測装置によれば、簡便で、さまざまの光学系に適用でき
る方式により、音響計測における光雑音を低減でき、感
度のよい計測が可能になるばかりでなく、サンプルセッ
ティング部分の設計の自由度を大きくすることができ
る。
As described above, according to the optical absorption amount measuring apparatus of the present invention, the optical noise in acoustic measurement can be reduced and the measurement can be performed with high sensitivity by the method that is simple and applicable to various optical systems. Not only is it possible to increase the degree of freedom in designing the sample setting part.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】は、本発明にかかる遮蔽部材配置の一例を示す
概略断面図であり、上図(a)は遮蔽しない場合、下図
(b)は遮蔽した場合をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a shielding member arrangement according to the present invention. The upper diagram (a) shows the case without shielding and the lower diagram (b) shows the case with shielding.

【図2】は、実施例の光吸収量計測装置の概略構成図で
ある。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a light absorption amount measuring device according to an embodiment.

【図3】は、実施例1における配置を示す概略図であ
り、上図(a)は遮蔽しない計測の場合、下図(b)は
遮蔽板を配置した計測の場合をそれぞれ示す。いずれも
左図が光進行の横から見た断面図であり、右図が正面図
である。
3A and 3B are schematic diagrams showing the arrangement in the first embodiment. The upper diagram (a) shows a case of measurement without shielding and the lower diagram (b) shows a case of measurement with a shielding plate. In each case, the left figure is a cross-sectional view as seen from the side of light traveling, and the right figure is a front view.

【図4】は、実施例2における遮蔽カバー(遮蔽部材)
配置を示す概略断面図である。
FIG. 4 is a shielding cover (shielding member) according to the second embodiment.
It is a schematic sectional drawing which shows arrangement.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・サンプルホルダー 2・・計測サンプル(薄膜を形成した基板) 3・・音響マッチング材 4・・音響検知素子 5・・接着剤(音響マッチング材と兼用) 6・・計測光 7・・反射、散乱光を表す 8・・裏面からの反射、散乱光を表す 9・・遮蔽板(遮蔽部材の一例) 10・・音響検知素子遮蔽カバー(遮蔽部材の一例) 11・・高音響インピーダンス材料 12・・エキシマレーザ 13・・ズームレンズ 14・・スリット 15・・石英ガラス板 16・・対物レンズ 17・・光量モニタセンサ 18・・薄膜サンプル 19・・サンプルホルダー(Al製) 20・・アルミナ受信板つきPZT圧電素子(音響検知
素子の一例) 21・・着色金属板 22・・レーザ光 23・・窒素パージチャンバー 24・・アンプ、周波数分解(FFT) 25・・パーソナルコンピュータ 26・・レーザスポット 27・・マッチング液 28・・接着剤 29・・ゴム 30・・光学ホルダー 31・・おさえねじ 32・・ラバー遮蔽板(遮蔽部材の一例) 33・・スポンジ遮蔽カバー(遮蔽部材の一例) 以 上
1 ・ ・ Sample holder 2 ・ ・ Measurement sample (Substrate with thin film) 3 ・ ・ Acoustic matching material 4 ・ ・ Acoustic detection element 5 ・ ・ Adhesive (also used as acoustic matching material) 6 ・ ・ Measuring light 7 ・ ・ Reflection Represents scattered light 8. Reflects back surface and scattered light 9. Shield plate (an example of a shielding member) 10. Acoustic detection element shielding cover (an example of a shielding member) 11. High acoustic impedance material 12・ ・ Excimer laser 13 ・ ・ Zoom lens 14 ・ ・ Slit 15 ・ ・ Quartz glass plate 16 ・ ・ Objective lens 17 ・ ・ Light intensity monitor sensor 18 ・ ・ Thin film sample 19 ・ ・ Sample holder (made of Al) 20 ・ ・ Alumina receiver plate PZT Piezoelectric element (an example of acoustic detection element) 21 .. Colored metal plate 22 .. Laser light 23 .. Nitrogen purge chamber 24 .. Amplifier, frequency decomposition (FF ) 25..Personal computer 26..Laser spot 27..Matching liquid 28..Adhesive 29..Rubber 30..Optical holder 31..Retaining screw 32..Rubber shield plate (an example of shielding member) 33 .. Sponge cover (an example of shield)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体状のサンプルに計測光を照射したと
きの光吸収に起因する該サンプルの体積変化により発生
する音響信号を計測することで、該サンプルの光吸収量
を計測する光吸収量計測装置であり、音響検知素子が音
響整合をとられた状態にて、該サンプルまたは該サンプ
ルを保持するホルダーに設けられている光吸収量計測装
置において、 前記サンプルに照射される計測光を遮蔽することなく、
かつ前記ホルダー及び/または音響検知素子を該計測光
及び該計測光の反射散乱光、迷光等の光から遮蔽する遮
蔽部材を設けたことを特徴とする光吸収量計測装置。
1. A light absorption amount for measuring the light absorption amount of the sample by measuring an acoustic signal generated by a volume change of the sample caused by the light absorption when the solid sample is irradiated with the measurement light. A light absorption amount measuring device which is a measuring device and is provided in the sample or a holder holding the sample in a state where the acoustic detecting element is acoustically matched, and shields the measuring light with which the sample is irradiated. Without doing
Further, a light absorption amount measuring device comprising a shield member for shielding the holder and / or the acoustic detecting element from the measurement light and light such as reflected and scattered light of the measurement light and stray light.
【請求項2】 前記遮蔽部材が前記サンプル、ホルダ
ー、及び音響検知素子から音響的インピーダンス的に大
きく隔てられた状態にて設けられていることを特徴とす
る請求項1記載の光吸収量計測装置。
2. The light absorption amount measuring device according to claim 1, wherein the shielding member is provided in a state of being largely separated from the sample, the holder, and the acoustic detecting element in terms of acoustic impedance. .
【請求項3】 前記遮蔽部材が前記計測光の95%以上
を反射することを特徴とする請求項1または2記載の光
吸収量計測装置。
3. The light absorption amount measuring device according to claim 1, wherein the shielding member reflects 95% or more of the measurement light.
【請求項4】 前記音響信号を信号計測時間を選定する
ことにより分離計測する計測系を設けたことを特徴とす
る請求項1〜3記載の光吸収量計測装置。
4. The light absorption amount measuring device according to claim 1, further comprising a measuring system for separately measuring the acoustic signal by selecting a signal measuring time.
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