JPH1030997A - 光吸収分布測定方法及びその装置 - Google Patents

光吸収分布測定方法及びその装置

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JPH1030997A
JPH1030997A JP8187381A JP18738196A JPH1030997A JP H1030997 A JPH1030997 A JP H1030997A JP 8187381 A JP8187381 A JP 8187381A JP 18738196 A JP18738196 A JP 18738196A JP H1030997 A JPH1030997 A JP H1030997A
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light
light absorption
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JP8187381A
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Hiroyuki Sugimura
博之 杉村
Nobuyuki Nakagiri
伸行 中桐
Takuma Yamamoto
琢磨 山本
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光吸収による試料の温度変化を微小な温度測
定手段によって局所的に測定することにより、試料の光
吸収効率や光吸収スペクトルなどの空間分布を、照射光
の波長よりも高い空間分解能で測定できる。 【解決手段】 光源1の光を、分光器2を通して、試料
5を支持する光透過性の薄膜4の裏面から照射する。原
子間力顕微鏡におけるカンチレバー6の探針先端には、
熱電対の接点7を設ける。薄膜4の裏面から照射した光
は、薄膜4を透過して試料5に吸収され、薄膜4表面上
のうち試料5の存在する場所の温度が局所的に上昇す
る。この温度変化を熱電対の接点7を走査して測定し、
薄膜4面上の試料5の有無の分布、すなわち光吸収効率
の分布を測定する。また、分光器2を用いて、試料5へ
の照射光の波長を走査し、波長変化に伴う温度変化から
試料5の吸収スペクトルを測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、物質の光吸収特
性を測定光の波長よりも高い空間分解能で測定可能な光
吸収分布測定方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、薄膜材料の評価・同定を行うため
に、その光吸収スペクトル、特に赤外線吸収スペクトル
が、しばしば用いられている。また、薄膜材料を評価す
る上において、材料の平均的な性質を計測するだけでな
く、その物性ないし組成の分布を評価できることも望ま
れていた。
【0003】従来の光吸収スペクトル装置では、試料に
光を照射し、試料を透過する光の強度を測定することに
よって、試料の光吸収スペクトルを測定していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
光吸収スペクトル装置を用いて、試料の光吸収スペクト
ル特性の分布を測定する際には、レンズ等の光学系を使
用して照射光を絞り込むことによって行っていた。従っ
て、測定の空間分解能は、光学系によって絞り込まれる
照射光の大きさに依存し、このため、空間分解能はたか
だか照射光の波長の半分程度までしか実現できなかっ
た。
【0005】本発明は、光吸収による試料の温度変化を
微小な温度測定手段によって局所的に測定することによ
り、試料の光吸収効率や光吸収スペクトルなどの空間分
布を、照射光の波長よりも高い空間分解能で測定できる
光吸収分布測定方法及びその装置を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光吸収分布
測定方法は、支持体に設置された試料に光を一様に照射
し、この光を照射した領域内の光吸収による試料の局所
的な温度変化を温度測定手段により順次測定して、試料
の光吸収の空間分布を測定するようにしたものである。
【0007】光吸収性の試料に光を照射すると、試料は
光を吸収しそのほとんどは熱に変わり、試料の温度は上
昇する。この光吸収熱による試料の温度変化を、温度測
定手段を用いて局所的に次々に測定する。この温度測定
により、試料の光吸収効率などの空間分布がわかる。こ
のように、本発明では、照射光を光学系で細く絞るので
はなく、照射光はある程度の広がりをもたせて当て、照
射した領域の各部分を温度測定手段により局所的に次々
に測定している。このため、測定の空間分解能は、照射
光の波長にはよらず、温度測定手段が有する、より高い
空間分解能で測定できることとなる。
【0008】上記において、試料への照射光が温度測定
手段によって遮蔽されるのを避けるために、試料に対し
温度測定手段とは反対の側、または試料及び温度測定手
段の側方側ないし斜め側から光を照射するようにする
と、正確な測定が行える。あるいは、支持体を照射光を
透過させる透明材質で形成し、この支持体上に試料を設
置し、支持体を透過させて試料に光を照射すると共に、
試料に対し支持体とは反対の側から温度測定手段により
測定を行うようにしてもよい。
【0009】また、上記において、試料に照射される光
の波長を走査することにより、試料の吸収スペクトルの
空間分布を測定することもできる。
【0010】本発明の光吸収分布測定装置は、試料を支
持する光透過性の支持体と、この支持体の裏面より一様
に光を照射する照射手段と、試料の局所的な温度変化の
空間分布を測定する温度測定手段とを備えたものであ
る。
【0011】照射手段からの照射光は、支持体の裏面に
当たり、支持体を透過して試料に照射される。この照射
光を吸収して温度上昇した試料の局所的な温度変化は温
度測定手段によって計測される。
【0012】上記において、温度測定手段としては、熱
電対、サーミスター、白金抵抗温度計などが挙げられる
が、微小な温度センサーないし熱センサーとしては熱電
対が適している。熱電対は、その接点部分を微小な板バ
ネ上に取り付け、その板バネの撓みが一定になるように
制御しながら、熱電対の接点部を試料の表面に接触また
は近接させつつ走査する制御手段を設けるのがよい。こ
の際、原子間力顕微鏡の技術を適用するのが望ましい。
なお、熱電対の接点部を振動させながら走査するように
してもよい。
【0013】前記照射手段は、一様な光強度を有し且つ
ある程度広がりのある照射光を照射できるものがよい。
また、照射手段に、試料への照射光の波長を走査するた
めの分光手段を設ければ、試料の吸収スペクトルを測定
できる。
【0014】また、前記支持体は、メッシュ状にした
り、あるいは膜厚10μm以下の薄膜とするのが好まし
い。試料はその表面を通じての放射以外は熱的に孤立さ
れているのが望ましく、支持体をメッシュ状や薄膜状と
すると、試料の熱が支持体を通じて逃げにくくなり、光
吸収による試料の温度変化を正確に測定できる。また、
支持体の材質としては、シリコン、シリコン化合物(窒
化シリコン、酸化シリコン、炭化シリコンもしくはそれ
らの複合化合物など)、もしくはゲルマニウムなどが赤
外透過性を有し、また作製上などからも好ましい。これ
は、赤外吸収では、物質の構造などによる特有の吸収ス
ペクトルが現れやすく、試料の物性・組成評価や不純物
分析などに適しているからである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の光吸収分布測定
方法の一実施形態を図1を用いて説明する。図1に示す
ように、光源1の光が、分光器2を通して、試料5を支
持する支持体の裏面から照射されるようになっている。
支持体は、開口ないし窓3aを有する支持枠3と、支持
枠3上に窓3aを覆って設けられた光透過性の薄膜4と
からなり、薄膜4の窓3a上に位置するところに試料5
が設置される。原子間力顕微鏡におけるカンチレバー6
先端部の探針先端には、熱電対の接点7が設けられてい
る。熱電対の接点7は温度計8に接続されている。
【0016】薄膜4の裏面から照射された光は、光透過
性の薄膜4を透過し、試料5に吸収され、薄膜4表面上
のうち試料5の存在する場所の温度が局所的に上昇す
る。この温度変化を熱電対の接点7によって測定するこ
とにより、薄膜4面上の試料5の存在する場所と存在し
ない場所の分布、すなわち光吸収効率の分布を測定する
ことができる。また、分光器2の回折格子やプリズム等
の分光手段を用いて、試料5への照射光の波長を走査
し、それに伴う温度変化を測定することによって、粒状
の試料5の一個一個の光吸収スペクトルを測定すること
が可能となる。
【0017】温度変化の測定方法としては、光を照射し
てからある程度の時間が経過し、試料の温度が一定にな
ったときの値を計測しても良いし、光照射を変調させて
その変調周期に追従する成分の振幅を測定しても良い。
また、試料の光吸収熱が熱伝導によって支持体を通じて
周囲へ拡散してしまうと、測定の空間分解能が劣化する
ので、それを防ぐために、試料は上記のような薄膜状あ
るいはメッシュ状の支持体上に設置することが好まし
い。また、上記の支持枠3のようなものだけで試料を支
持するようにしてもよい。なお、計測を真空下で行うこ
とも、対流による熱拡散の低減のためには有効である。
【0018】また、上記の実施形態では、光吸収性の試
料の有無(存在)の分布を求めたが、試料の光吸収効率
や光吸収スペクトルの面内分布も測定することができ
る。また、上記測定から、試料の熱伝導特性なども求め
ることが可能である。
【0019】
【実施例】次に、図2により本発明を具体化した実施例
を説明する。図2に示すように、シリコン製の支持枠9
に張りつけられた窒化シリコン(膜厚0.2μm)の支
持体10の表面に、試料として、フォトリソグラフィ技
術によってグラファイト・スパッタ膜の細線11(線幅
0.5μm、膜厚0.2μm、間隔2μm)を作製し
た。光源には、波長1064nmのNd-YAGレーザ
ー12を用い、チョッパー13(変調周波数100H
z)を通して強度変調された光を、支持体10の裏面か
ら照射した(照射光強度はおよそ100J/m2)。な
お、17はレーザー12からの光をチョッパー13に集
光するコンデンサーであり、18はチョッパー13から
の発散光を平行光にするコリメーターである。
【0020】まず、原子間力顕微鏡に取りつけた、熱電
対プローブ14を支持体10の表面に1nNの力で接触
させ、支持体の表面凹凸像を得た。この像では、グラフ
ァイト膜の細線11が凸に、細線11が無く窒化シリコ
ンの支持体10が露出している部分が凹として観察され
た。
【0021】その後、支持体10の裏面から強度変調さ
れたレーザー光を照射した。そして、プローブ14を凸
部および凹部に移動させ、プローブ14先端にその接点
が設けられた熱電対に発生する熱起電力をプリアンプ1
5で増幅し、その100kHz変調成分をロックインア
ンプ16で測定した。凸部ではおよそ0.2mVの熱起
電力が観測されたが、凹部で観察された熱起電力は0.
1mVであった。この凹部で観察された熱起電力は、支
持体10を透過した照射光によって直接熱電対が加熱さ
れたことによる温度変化を示しており、凸部の細線11
の光吸収による温度変化への寄与分は、この値を凸部で
の熱起電力より差し引いた値となる。
【0022】さらに、原子間力顕微鏡によって支持体1
0の表面をプローブ14によって走査しながら、局所的
な熱起電力の値をプローブ14の位置に対してプロット
し、支持体10表面の熱吸収体(この場合はグラファイ
ト膜の細線11)の空間分布を画像化することができ
た。得られた画像は、線幅0.5μmのグラファイト細
線を明瞭に解像しており、この実施例の光吸収分布測定
装置が1μm以下という高い空間分解能を有しているこ
とが確認できた。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、試料に照射光を一様に当て、照射した領域の
各部分を温度測定手段により局所的に次々に測定するよ
うにしているため、測定の空間分解能は、照射光の波長
によらずに、微小な温度測定手段が有する、より高い空
間分解能で試料の光吸収特性を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光吸収分布測定方法の一実施形態
を説明する説明図である。
【図2】本発明に係る光吸収分布測定装置の一実施例を
示す構成図である。
【符号の説明】
1 光源 2 分光器 3 支持枠 3a 窓 4 薄膜 5 試料 6 カンチレバー 7 熱電対の接点 8 温度計 9 支持枠 10 支持体 11 細線 12 Nd−YAGレーザー 13 チョッパー 14 熱電対プローブ 15 プリアンプ 16 ロックインアンプ 17 コンデンサー 18 コリメーター

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持体に設置された試料に光を一様に照
    射し、この光を照射した領域内の光吸収による試料の局
    所的な温度変化を温度測定手段により順次測定して、試
    料の光吸収の空間分布を測定するようにしたことを特徴
    とする光吸収分布測定方法。
  2. 【請求項2】 前記試料への照射光が前記温度測定手段
    によって遮蔽されるのを避けるために、試料に対し温度
    測定手段とは反対の側、または試料及び温度測定手段の
    側方側から光を照射するようにしたことを特徴とする請
    求項1記載の光吸収分布測定方法。
  3. 【請求項3】 前記支持体を前記照射光を透過させる透
    明材質で形成し、この支持体上に前記試料を設置し、支
    持体を透過させて試料に光を照射すると共に、試料に対
    し支持体とは反対の側から前記温度測定手段により測定
    を行うようにしたことを特徴とする請求項1記載の光吸
    収分布測定方法。
  4. 【請求項4】 前記試料に照射される光の波長を走査す
    ることにより、試料の吸収スペクトルを測定するように
    したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項記
    載の光吸収分布測定方法。
  5. 【請求項5】 試料を支持する光透過性の支持体と、こ
    の支持体の裏面より一様に光を照射する照射手段と、試
    料の局所的な温度変化の空間分布を測定する温度測定手
    段とを備えたことを特徴とする光吸収分布測定装置。
  6. 【請求項6】 前記温度測定手段が、熱電対を用いてい
    ることを特徴とする請求項5記載の光吸収分布測定装
    置。
  7. 【請求項7】 前記熱電対の接点部分を微小な板バネ上
    に取り付け、その板バネの撓みが一定になるように制御
    しながら、熱電対の接点部を前記試料の表面に接触また
    は近接させつつ走査する制御手段を備えていることを特
    徴とする請求項6記載の光吸収分布測定装置。
  8. 【請求項8】 前記照射手段が、前記試料への照射光の
    波長を走査するための分光手段を備えていることを特徴
    とする請求項5乃至7のいずれか一項記載の光吸収分布
    測定装置。
  9. 【請求項9】 前記支持体が、メッシュ状であることを
    特徴とする請求項5乃至8のいずれか一項記載の光吸収
    分布測定装置。
  10. 【請求項10】 前記支持体が、膜厚10μm以下の薄
    膜であることを特徴とする請求項5乃至8のいずれか一
    項記載の光吸収分布測定装置。
  11. 【請求項11】 前記支持体の材質が、シリコン、シリ
    コン化合物もしくはゲルマニウムであることを特徴とす
    る請求項5乃至10のいずれか一項記載の光吸収分布測
    定装置。
  12. 【請求項12】 前記シリコン化合物が、窒化シリコ
    ン、酸化シリコン、炭化シリコンもしくはそれらの複合
    化合物であることを特徴とする請求項11記載の光吸収
    分布測定装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010103807A1 (ja) * 2009-03-11 2010-09-16 コニカミノルタセンシング株式会社 光学特性測定装置、光学特性測定方法および二分光放射率係数測定方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010103807A1 (ja) * 2009-03-11 2010-09-16 コニカミノルタセンシング株式会社 光学特性測定装置、光学特性測定方法および二分光放射率係数測定方法
JPWO2010103807A1 (ja) * 2009-03-11 2012-09-13 コニカミノルタオプティクス株式会社 光学特性測定装置、光学特性測定方法および二分光放射率係数測定方法

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