JP2001519892A

JP2001519892A - Optical method for determining mechanical properties of materials

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Publication number: JP2001519892A
Application number: JP53891097A
Authority: JP
Inventors: ハンフリージェイ．マリス; ロバートジェイ．ストーナー
Original assignee: ブラウンユニバーシティーリサーチファウンデーション
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2001-10-23
Anticipated expiration: 2017-04-10
Also published as: WO1997041418A1; DE19781728T1; JP4025369B2; DE19781728B4

Abstract

(57)【要約】サンプルの特性を調べる方法が開示される。この方法は、（a）少なくとも一つのプローブビーム波長を使用してサンプルからのデータを得、数ナノ秒未満の時間の間、ポンプビームにより誘導されるサンプルの反射率変化を測定する行程と、（b）データのバックグラウンド信号を、ある一定の物理的および化学的材料特性を導くために周知の条件下で用意された１つ以上のサンプルから同様な遅延時間の間に得られたデータと比較することによって、データを分析して少なくとも１つの材料特性を判別する行程と、（c）少なくとも一つの測定された材料特性を使用するポンプビームによって生成された超音波によって生じた、時間依存性の反射率の成分を分析する行程と、からなる。分析の第１行程は、基準サンプルの間で補間して、中間の材料特性一式を得る行程を含む。材料特性は、音速、密度、光学定数を含むことができる。一実施例において、相関のみが、バックグラウンド信号について行われる。そして、構造相、結晶配向、化学量論のうちの少なくとも１つが測定される。 (57) [Summary] A method for characterizing a sample is disclosed. The method includes the steps of (a) obtaining data from a sample using at least one probe beam wavelength and measuring a change in reflectivity of the sample induced by the pump beam for a time of less than a few nanoseconds; (B) combining the data background signal with data obtained during similar delay times from one or more samples prepared under known conditions to derive certain physical and chemical material properties; Analyzing the data to determine at least one material property by comparing; and (c) the time dependence caused by the ultrasound generated by the pump beam using the at least one measured material property. And a step of analyzing the reflectance component. The first step of the analysis involves interpolating between reference samples to obtain an intermediate set of material properties. Material properties can include sound speed, density, and optical constants. In one embodiment, only correlation is performed on the background signal. Then, at least one of the structural phase, crystal orientation, and stoichiometry is measured.

Description

【発明の詳細な説明】材料の機械的特性を判別する光学方法同時継続暫定特許出願からの優先権の主張優先権は、１９９６年４月２６日に出願されたハンフリーＪ．マリス（Hump hrey J．Maris）およびロバートＪ．ストーナー（Robert J．Stoner）による「材料の機械的特性を測定する光学方法」と題された同時継続暫定特許出願第６０／０１７，４８１号から、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下にここに主張する。優先権は、１９９６年５月８日に出願されたハンフリーＪ．マリス（ Humphrey J．Maris）およびロバートＪ．ストーナー（Robert J．Stoner）による「材料の機械的特性を測定する光学方法」と題された同時継続暫定特許出願第６０／０１７，３９１号からも、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下にここに主張する。これらの両方の暫定特許出願の開示は、本願に引用例として取り込まれている。政府権利の申告本発明は、エネルギー省が与えた認可・契約番号第ＤＥＦＧ０２‐８６ＥＲ４５２６７号の及び全米科学財団が与えた認可・契約番号ＤＭＲ‐９１２１７４７の下に、政府の支援によってなされた。政府は、本発明の一定の権利を有する。発明の技術分野本発明は、電磁放射を使用してサンプルの特性を調べる方法及び装置に関する。発明の背景現在、薄膜および界面の非破壊評価は、薄膜を使う電気、光学、機械装置の製造業者にとって関心がある。１つの非破壊技術において、圧電変換器が圧電変換器と調査すべきフィルムとの間の基板に装着され、無線周波数パルスが、圧電変換器に印加される。ストレスパルスは、基板を介してフィルムに向けて伝搬する。基板およびフィルム間の界面で、パルスの一部は、変換器に反射される。残りは、フィルムに入って、反対側で部分的に反射されて基板を介して変換器に戻る。パルスは、電気信号に変換されて、電子工学的に増幅され、オシロスコープに表示される。２つのパルス間の時間遅延は、フィルムの音速が分かっている場合はフィルムの厚さを示し、また、フィルムの厚さが分かっている場合は音速を示す。パルスの相対振幅は、フィルム内での減衰や、フィルムと基板との間の結合の質に関する情報を提供する。従来の超音波学を使用して測定できるフィルムの最小膜厚とフィルム界面状態への感度とは、パルス長により制限される。ストレスパルスの持続時間は、通常、３×１０⁵cm/secの音響速度に対して少なくとも３×１０^-2ｃｍの空間長に相当する少なくとも０．１μ秒である。フィルムが音響パルスの長さよりも厚くなければ、変換器に戻っているパルスはそのうちに重なる。０．００１μ秒と持続時間が短いパルスが使われるとしても、フィルムの厚さは、少なくとも数μでなければならない。別の技術、超音波顕微鏡法は、先端に球形レンズを有するロッドを介して音を放出する。先端は、フィルムをカバーする液体に浸される。音は、液体を介して伝搬し、サンプルの表層で反射して、ロッドを介して変換器に戻る。サンプルが水平に移動する間に、変換器に戻る信号の振幅が測定される。振幅は、サンプル表層のコンピュータ生成写真に変換される。表面下のサンプルの特性は、サンプルを上げて表面下に焦点を持っていくことにより観測される。超音波顕微鏡の横向および垂直方向の分解能は、ほぼ等しい。超短波長が結合液体に通されるときに、超音波顕微鏡に対する分解能は最大である。これによって、例えば液体ヘリウム等の低音速の液体が必要になる。液体ヘリウムを使用する超音波顕微鏡は、サンプルが０．１Ｋまで冷却されたときだけ、５００Å程度の表面形状を解像できる。別の技術は、ストレスパルスの生成および検出を含まず、フィルム厚の測定には有効である。楕円偏光計は、楕円偏光をフィルムサンプルに向けて、反射光の偏光状態を分析して３−１０Åの精度でフィルム厚を測定する。楕円偏光は、別々の偏光方向および相対移相を有する２つの成分に分解される。２つの偏光成分の偏光状態とビーム振幅と位相との変化は、反射の後観測される。楕円偏光法は、適度に透明なフィルムを使う。多くの場合、偏光放射の少なくとも１０％は、フィルムを通過しなければならない。故に、金属サンプルフィルムの厚みは、数百オングストロームを越えることができない。別の技術は、小さい針を使用して機械的にフィルム厚を測定する。針は、基板の表層を横切るように移動して、サンプルフィルムの端に達したときに、基板とフィルムとの間の高さの差を測定する。１０−１００オングストロームの精度を得ることが可能である。フィルムが鋭い、はっきりした端を欠いていたり、または堅さにおいて正確に針を支えるにはあまりにも柔らかい場合、この方法は使うことができない。ラザフォード散乱に基づく、別の非破壊法は、後方散乱されたヘリウムイオンのエネルギを測定する。この方法の横方向の分解能は貧弱である。別の技術は、抵抗測定値を使用してフィルム厚を測定する。抵抗率が周知の材料に対して、フィルム厚は、フィルムの電気抵抗を測定することにより測定される。しかし、１０００Å未満のフィルムに対して、この方法の精度は、限られる。何となれば、抵抗率がフィルム厚に依存して不均一になるからである。また別の技術において、ストレスパルスが表面に到着するとき、表層から離れた反射光ビームの方向の変化が調査される。特定の用途において、ストレスパルスは、調査されるフィルムの一側にある圧電変換器により生成される。他側に集束されるレーザビームは、サンプルを横切ったあとストレスパルスを検出する。この方法は、フィルム厚が１０ミクロンを超える場合に有効である。フィルムは、強い光ポンプビームをフィルムの表面に入射させてフィルムの表面を粉砕することによっても調べられる。しかし、この方法は、ストレスパルスの伝搬を観測するよりはむしろ、表面の破壊的な励振を観測する。熱溶解等の破壊は、光プローブビームでポンプビームの入射場所を照らして、プローブビームの強度変化を測定することによって観測される。プローブビームの強度は、フィルム表面の沸騰、融解した材料の除去、次の表面の冷却等の破壊的崩壊的な影響によって変えられる。ドーナＭ．Ｃ．（Downer，M.C.）フォークＲ．Ｌ．（F ork，R.L.）シャンクＣ．Ｖ．(Shank，C.V.)の「フェムト秒光パルスによる描画」超高速現象IV(Ultrafast Phenomena IV)編集Ｄ．Ｈ．アストン（D.H．Austo n）、Ｋ．Ｂ．アイゼンタル(K.B.Eisenthal)(スピンガ・バーラグ、ニューヨーク、1984)第１０６頁乃至１１０頁を参照のこと。他のシステムは、放射の適切に選択された波長の吸収を測定することによって、材料の厚さ、組成、濃度を測定する。この方法は、フィルムが透明基板の上にある場合だけ使用できる。米国特許第４，７１０，０３０号（タック特許(Tauc et al.)）に記載されている非破壊超音波技術において、超高周波数音パルスが、超高速レーザパルスによって生成されて検出される。音パルスは、界面を調べるために用いられる。この技術で使われる超音波周波数は、１ＴＨｚ未満であり、多くの材料において対応する音の波長は、数百Åよりも大きい。これは、この技術においてコヒーレントな縦方向音響フォノンとして生成される高周波数超音波パルスを参照することと等価である。より詳細には、タック特許波、０．０１〜１００ピコ秒までの持続期間を有するポンプおよびプローブビームの使用を教示する。これらのビームは、サンプル表面の同じ位置に入射したり、または、プローブビームの入射点は、ポンプビームの入射点に対して移動することもできる。一実施例において、測定されるフィルムは、ポンプおよびプローブビームに対して並進せしめることができる。プローブビームは、サンプルによって伝達されたりまたは反射されてもよい。タック特許によって教示された方法において、ポンプパルスは、サンプル内にストレスパルスを非破壊的に生成するために少なくとも一つの波長を有する。プローブパルスは、サンプルに案内されてストレスパルスを遮り、そして、ストレスパルスが遮られたあと、この方法は、さらに、プローブビームの強度を測定することによって、ストレスパルスによって誘起された光学定数の変化を検出する。一実施例において、ミラーおよび角立方体の間の距離が変更されて、サンプルへのポンプビームおよびプローブビームの入射の間の遅延を変化させる。更なる実施例において、光・音響学的に不活性なフィルムは、ヒ素テルル化物等の光・音響学的に活性な媒体からなる重畳フィルムを使用することによって調査される。もう一つの実施例において、フィルムおよび基板の間の結合の質は、境界でのストレスパルスの反射係数の測定値から測定でき、測定値を理論値と比較する。タック特許の方法及び装置は、簡単なフィルムに限定されず、超格子と多層の薄いフィルム構造体と他の不均一なフィルムとの層の厚さ及び界面に関する情報の獲得まで拡張される。タック特許も、１ミクロン程度のサンプル領域に対するポンプおよびプローブビームのスキャンと、反射されたり透過されるプローブビーム強度の変化のプロットとを提供する。多数の測定用途における使用に適しているが、本発明の目的は、タック特許の教示を拡張し且つ改良することである。特に、材料特性（すなわち音速、密度、光学定数等）が十分な精度で分かっている状況に対して（例えば積層源が純粋であることが分かっていたり、積層プロセスによって高い再現性の結晶構造（grain structure）や構造相（structural phase）を与えることが分かっているので）、フィッティング（fitting）は、対象のサンプル特性（例えば厚さや粘着強度）を測定するために、多数の材料特性（例えば密度、音速、光学定数）に対する所定値を使用して実行されてもよい。これは、純金属フィルムを含むサンプルに対する好ましい方法である。何となれば、それは計算的に効率的であり、故に、測定を高速にすることが可能だからである。しかし、この方法は、材料特性（例えば音速、密度および光学定数）が、温度、ガス混合物、基板種等の蒸着状態によって影響を受けることがあるフィルムを含むサンプルに対して、不正確な結果に至ることがある。かかる場合に、サンプルの厚さおよび音速により検出されたプローブ信号の時間依存性への貢献をはっきりと測定することは、可能ではない。発明の目的本発明の第１の目的は、前述及びその他の問題を克服する材料の非破壊評価用に改善された方法を提供することである。本発明の更なる目的は、ポンプ及びプローブ光ビームによって得られたデータを分析する２つのステップ法を提供することである。本発明において、バックグランド信号は、材料の機械的特性を測定するために使われ、反射率（ΔＲ（ｔ））等のポンプビームによって生成される光学特性の測定された時間依存変化は、測定された材料特性を使用して分析される。発明の概要サンプルの特性を調べる方法が開示される。この方法は、（a）少なくとも一つのプローブビーム波長を使用してサンプルからデータを獲得して、数ナノ秒未満の時間の間、ポンプビームにより誘導されるサンプルの反射率等の光学応答の過渡変化を測定する行程。（b）データを分析して、ある一定の物理的および化学的材料特性を引き出すために周知の条件下で用意された１つ以上のサンプルから同様の遅延時間範囲において得られたデータに、データのバックグラウンド信号成分を比較することによって、少なくとも一つの材料特性を判別する行程。（c）少なくとも一つの測定された材料特性を使用して、ポンプビームにより生成される超音波によって引き起こされるプローブビームの過渡応答の成分を分析する行程。分析の第１行程は、基準サンプルの間で補間して材料特性の中間セットを得る行程を含む。獲得行程は、光放射のポンプパルスに対するサンプルの少なくとも一つの過渡応答を測定する非破壊のシステムと方法とともに実行される。測定された過渡応答は、プローブパルスの反射部分の強度の変調変化ΔＲ、プローブパルスの透過部分の強度変化ΔＴ、反射ブローブパルスの偏光の変化ΔＰ、反射プローブパルスの光位相の変化Δφ、プローブパルスの反射角度の変化Δθのうちの少なくとも１つの測定を含むことができ、その各々が、プローブパルスの反射及び透過部分の特性における変化と見なされる。次に、測定された過渡応答は、サンプルの対象の少なくとも一つの特徴と対応される。一実施例において、構造相、結晶配向、化学量論等の少なくとも１つの特性と関つけられる。本発明も、次の行程から成って、サンプルの特性を調べる方法を教示する。すなわち、（a）少なくとも一つのプローブビーム波長を使用してサンプルからデータを獲得し、数ナノ秒未満の時間の間、ポンプビームにより誘導されるサンプルの光学応答内の過渡変化を測定する行程。（b）データのバックグラウンド信号成分を、同様のサンプル準備技術によって用意されたサンプルから同様の遅延時間範囲において得られたデータと比較することによって、データを分析して少なくともサンプル準備技術を判別する行程。（c）判別されたサンプル準備技術に相当するデータを使用するポンプビームによって生成された超音波によって生じる、測定時間依存性の反射率の成分を分析する行程。さらに、本発明により、サンプルの特性を調べる、以下の行程からなる方法が教示される。（a）少なくとも一つのプローブビーム波長を使用してサンプルからデータを獲得し、遅延時間の間に、ポンプビームによって誘起されたサンプルの少なくとも１つの過渡光応答の変化を測定する行程。（b）フィルムの厚みの値を仮定する行程。（c）獲得したデータの非音響成分の結果、バックグラウンド信号を、仮定した厚さを有する同じ一般的なタイプのフィルムに相当するデータと比較して、フィルムの最も可能性の高い組成を測定する行程。（d）ステップ（ｃ）の実行の結果としてフィルムの測定された物理的特性をサンプルフィルムと相関せしめる行程。この方法は、更に、（e）獲得したデータの音響成分の分析から、厚さの改善された値を推定する行程と、（f）フィルム厚と材料特性との間の収束が得られるまで行程ｃ‐ｅを繰り返す行程と、を含む。本発明も、以下の行程を含むサンプルの特性を調べる方法を含む。（a）少なくとも一つのプローブビーム波長を使用してサンプルからデータを獲得し、遅延時間の間に、ポンプビームによって誘起されたサンプルの少なくとも１つの過渡光応答の変化を測定する行程。（b）フィルムの組成を仮定する行程。（c）データの音響成分のからフィルムの厚みの値を推定し、さらに、仮定した組成を有するフィルムに基づいてフィルムの材料特性を考慮する行程。（d）推定された厚みを有する同じ一般的なタイプのフィルムに相当するバックグランド信号を比較して、フィルムの改良された組成を判別する行程。この方法は、更に、（e）行程(d)からのフィルムの材料特性をサンプルフィルムに相関させる行程と、（f）サンプルのフィルム組成と厚みとの間の収束が得られるまで行程ｃ‐ｅを繰り返す行程と、を含む。図面の簡単な説明本発明の上記および他の特徴は、添付図面と共に読むときに、次の発明の詳細な説明においてより明らかにされる。図面において、図１Ａは、本発明を実行するときの使用に適したピコ秒超音波システムの第１実施例、特に、平行且つ斜めビーム実施例の構成図である。図１Ｂは、本発明を実行するときの使用に適したピコ秒超音波システムの第２の実施例、特に垂直ポンプ且つ斜めプローブ実施例の構成図である。図１Ｃは、本発明を実行するときの使用に適切なピコ秒超音波システムの第３の実施例、特に単一波長、垂直ポンプ、斜めプローブ、合成楕円偏光実施例の構成図である。図１Ｄは、本発明を実行するときの使用に適切なピコ秒超音波システムの第４実施例、特に２つの波長、垂直ポンプ、斜めプローブ、合成楕円偏光実施例の構成図である。図１Ｅは、本発明を実行する時の使用に適切であるピコ秒超音波システムの第５実施例、特に、２つの波長、垂直入射ポンプおよびプローブ、合成楕円偏光実施例の構成図である。図２は、バックグラウンド信号に重畳されている音響エコーを示すデータを説明するグラフである。図３は、本発明による方法を示すフローチャートである。図４は、３５０℃から７６５℃までの温度範囲でアニールされるＴｉ‐Ｓｉフィルムの時間に対するピコ秒反射率を示すグラフであり、このグラフにおいて、アニールしてないサンプルの結果は、３５０℃の曲線となって示される。図５は、図４に示す曲線に相当する曲線を示すグラフであるが、この曲線からＴｉ‐Ｓｉフィルムの音響振動を強調するために低速で変化するバックグラウンド信号が除去され、曲線は、分かり易くするために互にオフセットされているグラフである。図６は、図４に示す曲線の任意の位置からのピコ秒反射率とアニール温度との比較を示すグラフであり、これはこの曲線の相関を示し、曲線がシート抵抗率を表している。図７Ａおよび図７Ｂは、最初のＴｉの厚さが予め（priori）分かっている本発明による方法を示すフローチャートである。図８Ａおよび図８Ｂは、最初のＴｉ厚さが予め分からない本発明による方法を示すフローチャートである。発明の詳細な説明本発明の教示は、以下に詳細に説明するように、タック特許の教示と共にサンプルの特徴を増やすために使うことができる。但し、これ、すなわち類似した非破壊光学ベースのシステムの使用は、本発明を実施する際の制限として解釈すべきでない。本発明の教示によれば、光パルスは、サンプルに向けられて、サンプル内の電子キャリアによって部分的に吸収される。そして、それは、その後エネルギをサンプルから成る材料へ移す。これは、サンプルの温度の小さく且つ局所化された増加を引き起こす。サンプルの光学反応の小さく且つ局所化された過渡変化は、サンプルの温度の増加と対応している。すなわち、光放射のポンプパルスに対するサンプルの少なくとも一つの過渡的且つ測定可能な反応が、明らかにされる。測定された過渡応答は、反射されたプローブパルス強度の変調変化ΔＲと、透過したプローブパルス強度の変化ΔＴと、反射されたプローブパルスの偏光の変化ΔＰと、反射プローブパルスの光学位相の変化Δφと、プローブパルスの反射角度の変化Δθとのうちの少なくとも１つの測定値を含み、その各々が、プローブパルスの反射または透過部分の特性の変化と考えられている。ポンプパルスに対するサンプルの過渡応答は、励起された電子キャリアがそのエネルギをサンプルの残りの部分に移す速度と、サンプルを含む材料の熱拡散率及び厚みとに主に依存した速度で、減衰する。タック特許により以前に開示されたように、光パルスの第２の効果は、サンプル内に超音波を生成することである。これらの超音波も、サンプルの光反射率の変化を引き起こし、この変化は、熱平衡へのサンプルリターンに対応した反射率変化よりも高速で変化する。多くのサンプルにおいて、超音波及び温度変化と対応する反射率変化が付随して発生する。本願では、超音波の貢献を除く、反射率等のサンプルの光反応の全ての過渡現象を、「バックグラウンド」信号と称する。従って、正味の反射率変化の超音波成分は、熱「バックグラウンド」信号に重なっていると言われている。典型的なデータを図２に示す。伝搬する超音波と対応する反射率変化は、タック特許によって開示された方法で分析されて、サンプルの機械的特性を測定する。反射率変化が、第２の光パルス、「プローブ」により測定され、これは、加熱パルス、「ポンプ」に対して時間τだけ遅れている。値τは、多くの場合、０．０１ピコ秒〜１００ナノ秒の範囲にある。「バックグラウンド」反射率変化の符号、大きさ、減衰率（rate of decay）は、プローブ光パルスの波長、入射角度、偏光に依存し、さらに、サンプル材料の電子および熱特性に依存する。このように、同じ材料のサンプルに対するバックグラウンド反射率変化は、準備状態が異なるために実質的に異なることがある。例えば、発明者は、異なるバックグラウンド信号が、同じ金属で構成されながらも異なる構造相を有するサンプルに対して、さらに、組成が異なる合金に対して生じることを見いだした。これらの観察は、かかる材料の熱および電子特性の間に存在する差を表している。固有の電子および熱特性に加えて、上記（構造相、合金の内容、不純物の濃度、化学量論、相混合、結晶配向等）に帰される要因は、サンプル材料の弾性特性に影響を及ぼすことがある。例えば、特定の金属の２つの構造相の弾性定数および密度は、同じ化学量論を有するサンプルの音速及び容量の観察された差に相当して、かなり異なる。同様な差は、異なる結晶配向および形状につながる状態の下で蒸着された薄膜等のサンプルに見られる。従って、「最も適当な」分析を行うとき、これらのパラメータのうちの少なくとも１つが予め分かっていることが望ましい。本発明は、可能性のある不明確さを除去することによって、以前の方法によって得られたものよりも、より正確に得られる方法を提供するものである。本発明の教示によれば、少なくとも一つのプローブ波長を使用して、数ナノ秒未満の時間の間、ポンプレーザによって誘導されたサンプルの反射率等の光学特性の過渡変化を測定することによって、データは、後述する方法及び装置によって得られる。図４も参照すると、次に、データは、次の２行程において分析される。ステップ１において、「バックグラウンド」信号は、例えば構造相等のある一定の物理的および化学的材料特性を引き起こすことが分かっている条件下で用意されたサンプルから同様な遅延時間範囲に対して得られたデータと、比較される。これは、材料特性の中間生成セットを得るために基準サンプル間の補間を含むことがある。次に、音速、密度、光学定数等を含む特性は、対象のサンプルと対応される。バックグラウンド信号は、熱反射率等の対応する物理パラメータや、拡散プロセスモデルから得られた結果と比較することができるものである。ステップ２において、音速、フィルム厚、フィルム粘着力等の対象の一つ以上のサンプル特性は、ポンプビームにより生成される超音波によって生じる、反射率等の光学特性の測定された時間依存変化から測定される。これらは、ステップ１にて測定された材料特性に応じて分析される。このように、本発明は、起こり得る曖昧性を除去することによってより大きな精度を得る方法を提供する。さらに、相関が、材料特性そのものよりもサンプル準備技術の特性で行われる。例えば、ＣＶＤ（化学蒸着法）ＴｉＮに適切な音速は、スパッタされたＴｉＮに適切な音速とは異なる。実施例図４乃至図６を参照する。サンプルシリーズは、ＲＴＰ（高速熱処理）アニール温度に晒された１０のサンプルから成る。アニール周期は、アニール温度が異なると若干異なった。アニール周期の間のチタンおよびシリコンの間の反応によって、反応が進むにつれて、電子バンド構造が変化する層を生成する。上述のように、サンプルの瞬間的な反射率の変化は、短いレーザパルスに応答して測定された。上述のように、測定信号の２つの成分が存在する。１つの成分は、レーザパルスがフィルムによって吸収されたあとに起こる弛緩現象の組合せに起因する、低速で変化する「バックグラウンド」信号である。第２の成分は、これよりも速く変化し、この層の音響振動と関係している。本発明の態様によれば、両方の成分は、与えられたサンプルの特性を調べるために解釈されて使うことができる。図４は、全サンプルに対して測定された過渡的な反射率信号を示すグラフである。サンプルがアニールされた温度をグラフに示す。データは、低速で変化するバックグラウンド信号に重ねられた約３０ピコ秒未満の時間の間の音響振動を示す。議論を容易にするために、音響信号およびバックグラウンド信号を分離し、音響信号は、別に図５にプロットする。図５の曲線は、理解しやすいように、意図的に互いに並置する。さらに、図５の曲線の配列は、図４（並置を行っていない）の曲線の順番とは相関を持たない。図４に基づいて、質的な観点から、３５０℃のサンプルは実質的にアニールしていないサンプルと類似することは明白であり、そこから、ＴｉおよびＳｉが最高温度３５０℃で殆ど反応しないことが結論として導き出される。音響信号に、３５０℃の処理の結果として変化が生じた証拠が存在する。しかしながら、その理由は、「エコー」の振幅（例えば１０ピコ秒あたりでアニールされていないサンプル用の曲線の「針のような」特徴）は、３５０℃のサンプルに対して小さいからである。これは、アニールの結果、界面が荒れたりまたはぼけたという兆候のことがあり、蒸着Ｔｉ−Ｓｉ界面よりも劣った音響反射体を作る。しかし、大きな変化は、３５０℃および４５０℃との間に発生することが分かる。負から正までのバックグラウンド信号の変化と、音響振動のさらなる減衰とに基づいて、この変化が４００℃で起こり始めたことは明白である。４５０℃では、バックグラウンド信号は殆ど正になり、音響信号はとても強くなった。これは、明確な界面によって下層のＳｉ基板から分離された新しい層が形成されたという兆候であると思われる。ラマン散乱データは、これが（Ｃ４９）ＴｉＳｉ₂層でないことを示唆するが、音響データは、分子構造が何であれ、この層は適度に均一であることを示唆している。４５０℃および５５０℃の間で、混成層の特性は、ゆっくり変化する。音響信号は、低アニール温度で観測されたものよりも弱くなるとともに規則的ではなくなり、層内の内部構造の形成を示す。５５０℃および６００℃の間に、バックグラウンドデータおよび音響データの両方に、突然の変化が存在する。ラマンデータから、この変化はＣ４９相の突然の形成と対応することが結果として導き出された。このＣ４９層の厚みがゆっくりと増加することが、最高７００°までの更なるアニールによって観測され、６５０℃および７００℃の間の変化は、６００℃および６５０℃の間の変化よりも小さい。そして、これは、飽和を示唆することがある。厚さの増加は、シフトから音響ピークの長期に亘って明らかである（これは、スラブ（slab）の振動として考えられ、この周波数はその厚さが増えるにつれて低下する）。また、音響信号の振幅の増加が観測され、これは、ＴｉＳｉ₂層および下層のＳｉの間の界面がより高温でのアニールによって、より明確になったことを示している。７６５℃でアニールされたサンプルのバックグラウンド信号に最終的な大きな変化が存在し、これは、ラマンデータが、Ｃ５４相の形成によることを示している。全シリーズの最大の音響信号が、このサンプルに対して観測された。Ｃ５４フィルムの振動の減衰率は、Ｃ４９サンプルに対して観測されたものよりも小さく、Ｃ５４層とＳｉとの間の界面がより滑らかであることを示していることに留意すべきである。チタンの周知の音速及び蒸着フィルムの音響振動の周期から、Ｔｉ層の厚みは、２３１Åであると測定された。理想的なＣ５４ＴｉＳｉ₂層に対して、対応する理論的な厚さは、５８０Åであると示すことができる。７６５℃サンプルがＣ５４であると仮定すると、(５８１±３)Åの測定された厚みが、予測結果と非常に一致した状態で得られる。これは重要である。何となれば、それは、音響情報そのものが、シリサイド層を確認するためにどのように使われるか、すなわち、最初のＴｉの厚さが分かっている場合にシリサイド層の振動期間がＣ５４形成の終了の測定としてどのように使われるかを示すからである。この点について、図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートを参照することができる。質的に、図４と同様な曲線は、チタン・シリサイドの別の厚みに対して得られるが、詳細はある程度厚さに依存する。効果的なシリサイドモニタを提供するために使うことができる技術が少なくとも２つ存在する。第１の技術は、図７Ａおよび図７Ｂに示され、広範囲のアニール温度に対して開始目標Ｔｉの厚さに対して、図４に相当する参照曲線のセットを使用する。同一の開始Ｔｉの厚さを有する次の「未知の」サンプルに対して、相は、そのピコ秒反射率を参照曲線と比較することによって測定される。第２の技術は、Ｔｉのいくつかの厚みに相当する以外は、図４と同様の曲線シリーズを使用し、曲線毎にラマン散乱（または他の適宜の技術）によって構造相を判別する。このデータから、曲線は、各層のピコ秒の反射率の符号、振幅、減衰率を支配する根本的な物理パラメータによって構成される。図８Ａおよび図８Ｂから分かるように、任意の開始Ｔｉ厚さを有する次の「未知の」サンプルに対して、相は、同じパラメータに関してそのピコ秒反射率をパラメータで表示することによって測定され、次に、これらのパラメータは、相毎に周知の値と比較される。第２の技術は、潜在的により移動できる効果を有する。但し、第１の技術も満足な結果を提供する。現在のサンプルシリーズ（２３１Å）において使用されるＴｉ厚さに対する第１の技術の動作の簡単な説明として、過渡的な反射率変化が、アニール温度に対して図４の曲線の任意の位置でプロットされている。結果を、図６に示す。この図を作る際、４５ピコ秒での過渡的な反射率変化が使用され、アニールしていないサンプルに対して得られた値に対するパーセンテージ変化として表される。曲線の質的な特徴は、アニール温度に対する抵抗率のグラフと良好に相関している。反射率データについて、抵抗率は、アニールしていないサンプルに対して得られた抵抗率に対してのパーセンテージ変化として表される。本発明による光学測定システムは、イン・ファブ(in‐fab)光学計量ツールとして包装することができる。それは、完全に非破壊で、小さいスポットサイズを有する。シリサイドのモニタに対して、それは、少なくとも例えば直径が５ミクロンである装置や筆記線構造体（scribeline structures）内の製品ウェハについて測定を行うために使用できる。この値は、使用される特定の集束光学系の関数である。先端の直径が減少するファイバなどの光ファイバ集光光学系の使用は、特に魅惑的である。パターンの複雑さおよびフィルム厚等に依存して、測定時間は、１サイト当たり例えば０．１から１０秒までの範囲である。この技術も、類似している分析技術を使用して、線及び点の規則的な配列等の小さい構造に印加することができる。本発明の教示の重要な概念は、測定されたシリサイド反応の２つの独立成分（すなわち、「バックグラウンド」信号と「音響振動」信号）を使用して矛盾のない分析を実行することである。これによって、例えば、抵抗率または反射率のみの測定だけをあてにする他のシリサイドモニタ技術から、本発明の技術は容易に区別される。矛盾のない分析によって、技術は、シリサイドの誤処理事態を検出するだけではなく、その原因を識別することができる。シリサイドのシート抵抗測定が誤り導かれるが（例えば、制御不能の読出しが、蒸着Ｔｉ層の変化を原因として、または不完全なシリサイド形成を原因として生じることがある）、本発明の技術は、アニールされたフィルムの厚みと相との明確な測定を行う。それは、理想的には製品ウェハの高いスループット測定に適しており、４点プローブ測定値を通じて得られるものと同等の高解像度フィルム地図を生成できる。図１Ａ‐１Ｅに、本発明の実施に適しているサンプル測定装置のさまざまな実施例を示す。これらのさまざまな実施例は、１９９６年８月６日に出願されたＨ．Ｊ．マリス（Maris）及びＲ．Ｊ．ストーナー（Stoner）による「改善された光学歪発生器および検出器」と題された同時継続アメリカ特許出願第08/689,287 号に開示されている。図１Ａを参照して、本発明の実施に適した装置１００の実施例を説明する。この実施例は、平行且つ傾斜実施例と称する。この実施例は、光・熱源１２０を含む。光・熱源１２０は、可変高密度照明器として作用し、コンピュータ制御により温度依存測定のサンプル熱源とビデオカメラ１２４とを照明する。代わりの加熱方法は、サンプルステージ１２２に埋め込まれた電気抵抗ヒータを使用する。光ヒータの効果は、異なる温度で高速連続測定値を可能にすることである。ビデオカメラ１２４は、オペレータに表示画像を提供して、測定システムのセットアップを容易にする。適切なパターン認識ソフトウェアも、この目的のために使用され、故に、オペレータの介入を最小にしたり除去する。サンプルステージ１２２は、好ましくは、高さ（ｚ軸）、位置（ｘおよびｙ軸）、傾き（θ）について調整可能な多段階の自由ステージであり、これによって、ポンプおよびプローブビームに対するサンプルの一部のモータ制御による位置決めが可能となる。ｚ軸は、ポンプ及びプローブの焦点領域にサンプルを鉛直に並進せしめるために使用され、ｘおよびｙ軸は、サンプルを焦点面と平行に並進せしめ、傾き軸は、ステージ１２２の向きを調整して、プローブビームに対して所望の入射角度を確立する。これは、後述する用に、検出器ＰＤＳ１、ＰＤＳ２およびローカルプロセッサを通して行われる。他の実施例において、光学ヘッドは、静止且つ傾斜可能ステージ１２２’（図示せず）に対して移動できる。これは、特に大きな物体（例えば直径３００ｍｍのウェハや機械的構造体等）のスキャンには特に重要である。本実施例において、ポンプビーム、プローブビーム、ビデオ信号は、並進可能なヘッドに対して光ファイバやファイバ束を介して供給することができる。ＢＳ５は、ビデオおよび少量のレーザ光をビデオカメラ１２４に向ける広帯域ビームスプリッタである。カメラ１２４およびローカルプロセッサが使用されて、ポンプおよびプローブビームを自動的に測定場所に位置決めする。ポンプ・プローブビームスプリッタ１２６は、入射レーザビームパルス（好ましくはピコ秒またはそれ以下の持続時間を有する）ポンプおよびプローブビームに分け、さらに非分割ビームの偏光を回転させる回転可能な半波長板（ＷＰ１）を含む。ＷＰ１が使用されて、偏光ビームスプリッタＰＢＳ１と協動して、ポンプおよびプローブ出力間の連続可変スプリットを実行する。この分割は、コンピュータによってモータによって制御されて、特定サンプルに対する最適のＳＮ比を得ることができる。適切な分割は、サンプルの反射率および粗さ等の要因に依存する。調整は、コンピュータ制御の下に動カマウントを回転させることによって実行される。第１の音響光学変調器（ＡＯＭ１）は、ポンプビームをおよそ１ＭＨｚの周波数で切り刻む。第２の音響光学変調器（ＡＯＭ２）は、ポンプ変調器ＡＯＭ１とは若干量だけ異なる周波数で、プローブビームを切り刻む。ＡＯＭ２の使用は、図１Ａに示すシステムでは随意である。後述するように、ＡＯＭは、共通のクロックソースに同期させてもよくて、ポンプおよびプローブビームを生成するレーザのパルス繰返しレート（ＰＲＲ）にも同期させてもよい。空間フィルタ１２８が使用されて、その出力で、逆反射器１２９として示す機械的遅延ラインの作用により変化する入力プローブビームに対して、実質的に不変のプローブビーム形状、直径、伝搬方向を保存する。空間フィルタ１２８は、一対の開口Ａ１、Ａ２と、一対のレンズＬ４、Ｌ５とを含む。空間フィルタの他の実施例は、上記のように光ファイバを組み込んでいる。ＷＰ２は、ＰＢＳ２によってビームスプリッタ１２６のＷＰ１・ＰＢＳ１と同様な方法で作用する第２の調整可能な半波長板である。ＷＰ２によって、目的は、参照として使用されるビーム部分（検出器１３０のＤ５への入力）に対してサンプルに入射するプローブビーム部分の比を変化させることである。ＷＰ２は、およそ単一の比を得るために順番にモータ制御することができる。ビームによって生じる電気信号は、増幅されて処理されるプローブの変調部分のみを残して、減らされる。ＰＳＤ２は、ＷＰ２と共に使用されて、プローブビームおよび参照ビームの強度の任意の所望の比を獲得する。プロセッサは、プローブおよび参照ビームの未変調部分をゼロにするために、測定値の前にＷＰ２を回転することによって、この比を調節することができる。これによって、差信号（プローブの変調部分）のみを増幅して電子回路に伝達せしめることができる。ビームスプリッタＢＳ２が使用されて、検出器Ｄ２と共に入射プローブビーム強度をサンプリングする。線形偏光子１３２が使用されて、散乱ポンプ光偏光を遮断するとともに、プローブビームを通過せしめる。レンズＬ２、Ｌ３は、それぞれポンプおよびプローブビーム用フォーカス及びコリメート対物レンズである。ビームスプリッタＢＳ１が使用されて、第１の位置感応検出装置（ＰＳＤ１）に、ポンプおよびプローブビームの一部を向ける。第１の位置感応検出装置は、サンプルステージ１２２の移動及びプロセッサと共に、オートフォーカスに使用される。ＰＳＤ１は、プロセッサ及びコンピュータ制御ステージ１２２（傾きおよびｚ軸）とともに使用されて、ポンプ及びプローブビームをサンプルに自動で集束せしめて所望のフォーカス状態を得る。検出器Ｄ１は、本発明の過渡光楕円偏光法および反射率測定実施例に対して共通に使用することができる。しかし、結果として生じる信号処理は、用途毎に異なる。過渡的な光学測定に対して、信号のＤＣ成分は、基準ビーム入力Ｄ５、または必要に応じてその一部を引いてＤ１の未変調部分をキャンセルすることによって、または、変調したもの以外の周波数を抑制するためにＤ１の出力を電気的にフィルタ処理すること等によって、抑制される。次に、信号の小変調部分は、増幅されて記憶される。楕円偏光法に対して、小変調部分は存在せず、むしろ、全信号は、回転補償器（図１Ｂ参照）の各回転の間の多数回サンプリングされ、生じた波形が分析されて、楕円偏光パラメータを生成する。楕円偏光法に対して、サンプルによる全未変調プローブビーム強度の変化は、Ｄ１およびＤ２出力信号を使用する（Ｄ２は入射プローブの強度に比例した信号を測定する）ことによって測定される。同様に、さらなる楕円偏光データが、検出器Ｄ３、Ｄ４を使用するポンプビームから得られる。ビームの一方または両方からの楕円偏光データの分析が、サンプルの特性を明らかにするために使用することができる。２つのビームの使用は、分解能を改善するために、そして、関連した式の解の曖昧性をも解決するために有効である。第３のビームスプリッタＢＳ３は、検出器Ｄ４にポンプビームの一部を向けるために使用される。そして、それは、入射ポンプ強度と比例する信号を測定する。第４のビームスプリッタＢＳ４は、検出器Ｄ３にポンプビームの一部を向けるために配置される。そして、それは、反射ポンプ強度と比例する信号を測定する。図１Ｂは、装置１０２の、垂直ポンプビーム、斜めプローブビームの実施例を示す。図１Ａと同様に符号が付された部品は、以下において異なることを示さない限り、同様に機能するものである。図１Ｂにおいて、上述の回転補償器１３２が設けられている。回転補償器１３２は、線形の四分の一波長板として動力回転マウントに取り付けられ、システムの楕円偏光計モードの一部を形成している。プレートは、プローブビームにおいて、例えば、数十Ｈｚで回転されて、サンプルに入射するプローブビームの光移相を連続的に変化させている。反射光は、分析器１３４を通過し、強度は、各回転の間複数回に亘り測定されてプロセッサに伝達される。信号は、周知のタイプの楕円偏光法により分析されて、サンプル（透明または半透明のフィルム）の特性を測定する。これによって、（パルスされた）プローブビームを使用して楕円偏光測定を実行することができる。楕円偏光測定は、パルスレーザを使用して実行される。これは、通常の条件の下では、不利である。その理由は、パルスレーザのバンド幅は、楕円偏光測定に対して通常使用されるタイプの連続波（ＣＷ）レーザよりも非常に大きいからである。過渡的な光学測定が行われている場合、回転補償器１３２は、プローブビームがポンプビームと直交する直線偏光となるように、向きが定められる。分析器１３４は、固定偏光子として具体化することができ、そのうえ、システムの楕円偏光モードの一部を形成する。システムが過渡的な光学測定に対して使用されるとき、偏光子１３４は、ポンプビームをブロックするように向きが決められる。分析器１３４は、固定偏光子として具体化されることがあり、そのうえ、システムの楕円偏光モードの一部を形成する。システムが音響測定に使用されるとき、偏光子１３４は、ポンプ偏光をブロックするように向きが決められる。楕円偏光モードで使用するときに、偏光子１３４は、入射および反射ブローブビームの平面に対して４５°に偏光された光を遮断するように、向きが決められる。図１Ｂの実施例は、更に、ダイクロイックミラー（ＤＭ２）を含む。ダイクロイックミラーは、ポンプ波長近傍の狭帯域の光に対して非常に高い反射率を呈し、それ以外の波長に対しては実質的に透明である。尚、図１Ｂにおいて、ＢＳ４が移動して、ＢＳ３と共にポンプビームをサンプリングするとともに、ポンプの一部をＤ３及び第２ＰＳＤ（ＰＳＤ２）に反射するものである。ＰＳＤ２（ポンプＰＳＤ）が、プロセッサ、コンピュータ制御ステージ１２２（傾きおよびｚ軸）、ＰＳＤ１（プローブＰＳＤ）とともに使用されて、ポンプおよびプローブビームをサンプルに自動で集束せしめて、所望のフォーカス状態を得る。また、レンズＬ１は、ポンプ、ビデオ、光学加熱集束対物レンズとして使用され、一方、オプションのレンズＬ６が使用されて、ＢＳ５からのサンプリング光をビデオカメラ１２４に集束せしめる。図１Ｃを参照して、装置１０４の実施例、特に、単一波長、垂直ポンプ、斜めプローブ、合成楕円偏光実施例を説明する。以前のように、前に記載されていない部品のみを以下に説明する。シャッタ１およびシャッタ２は、コンピュータ制御のシャッタであり、これらによって、システムは、パルスプローブビームの代わりに、楕円偏光モードにおいてヘリウム・ネオンレーザ１３６を使用することができる。過渡光学測定に対して、シャッタ１は開かれ、シャッタ２は閉ざされる。楕円偏光測定に対して、シャッタ１は閉ざされ、シャッタ２は開かれる。ヘリウム・ネオンレーザ１３６は、低出力連続波レーザであり、フィルムによっては優れた楕円偏光性能を生成することが分かっている。図１Ｄは、図１Ｃに示すシステムの二波長の実施例１Ｄである。本実施例において、ビームスプリッタ１２６は、入射未分割入射レーザビームの一つ以上の光高調波を生成する高調波スプリッタ、光高調波ジェネレータと置き換えられる。これは、入射レーザビームからの第二調波の生成に適している非線形光学材料（ＤＸ）及びレンズＬ７、Ｌ８によって行われる。ポンプビームは、ダイクロイックミラー（ＤＭ１３８ａ）によってＡＯＭ１に伝達されるように示され、一方で、プローブビームは逆反射体に反射される。逆の状況も可能である。より短い波長も伝達することができ、また、より長い波長を反射することができる。その逆も可能である。最も簡単な場合、ポンプビームは、プローブビームの第二調波である（すなわち、ポンプビームの波長は、プローブビームの半分である）。尚、本実施例において、ＡＯＭ２は省略されている。何となれば、ポンプビームの省略は、カラーフィルタＦ１によって行われ、これは、ヘテロダイン方式よりも簡単且つ費用効果があるからである。Ｆ１は、プローブビームおよびＨｅ−Ｎｅ波長に対して高い透過率を呈するが、ポンプ波長に対しては透過率は非常に低い。最後に、図１Ｅに、垂直入射、二つの波長、合成楕円偏光実施例１０８を示す。図１Ｅにおいて、プローブビームは、ＰＢＳ２に入射し、ＰＢＳ２によって通過される方向に沿って偏光される。プローブビームは、ＷＰ３、すなわち四分の一波長板を通過してサンプルから反射した後、ＰＢＳ２に戻り、殆どが反射される方向に沿って偏光され、次に検出器ブロック１３０の検出器Ｄ０に向けられる。Ｄ０は、反射されたプローブビーム強度を測定する。より詳細に、ＷＰ３によって、入射平面偏光プローブビームは、円偏光になる。偏光の利き手が、サンプルからの反射により逆にされ、反射の後ＷＰ３から発したとき、プローブビームは、その最初の偏光と直交する直線偏光になる。ＢＳ４は、オートフォーカス検出器ＡＦＤで反射プローブの一部を反射する。ＤＭ３、すなわちダイクロイックミラーは、照明器と共通の軸上のプローブビームとポンプビームとを合成する。ＤＭ３は、プローブ波長に対して高い反射率を呈し、他の大部分の波長では実質的に透明である。Ｄ１、すなわち反射ヘリウム・ネオンレーザ１３６検出器は、楕円偏光測定にのみ使用される。なお、図１Ｅを図１Ｃおよび図１Ｄに対比すると、シャッタ１は、高調波スプリッタ１３８の前で入射レーザビームをさえぎるために再び配置される。前述の説明に基づいて、測定装置の好ましい実施例のうちの選択された一つは、短い光パルス（ポンプビーム）がサンプルの表面領域に向けられ、次に第２の光パルス（プローブビーム）が同じところまたは後で近接領域に向けられるサンプルの特性調査を行う。図１Ａ乃至図１Ｅの例示した実施例の全てに示される逆反射器１２９は、ポンプおよびプローブビームの所望の瞬間的な分離を行うために使用される。装置１００、１０２、１０４、１０６、１０８は、以下の変数を測定できる。すなわち、（1）反射プローブビーム強度の小さな変調変化ΔＲ（2）透過プローブビーム強度の変化ΔＴ（3）反射プローブビームの偏光の変化ΔＰ（4）反射プローブビームの光学位相の変化Δφ （5）プローブビームの反射角の変化Δθ これらの変数(1)-(5)の全ては、ポンプパルスによって誘導されるサンプルの過渡応答と見なされる。これらの測定は、以下のものと一緒に行われる。（a）ポンプまたはプローブ光の入射角度の関数として示された任意の変数(1) -(5)の測定（b）ポンプやプローブ光に対する１つ以上の波長の関数としての任意の変数( 1)-(5)の測定（c）ポンプやプローブビームの入射および反射平均強度の測定による光反射率の測定（d）反射時のポンプやプローブビームの平均相変化の測定（e）入射および反射されたポンプやプローブビームの平均偏光及び光位相の測定変数量(c)、(d)、(e)は、ポンプビームに対するサンプルの平均または静止反応（static responses）であると考えられる。サンプルの単位面積当たり単位エネルギのポンプパルスで照射される時、コンピュータシミュレーションを使用して、サンプルの光反射率の変化Ｒ_sim(t)を計算することは、本発明に含まれる。シミュレーションも、ポンプおよびプローブビームの静止反射係数用の値を与える。システムは、例えば、図１ＣのフォトダイオードＤ１によって測定されるように、反射プローブパルス出力の過渡変化Ｐｐｒｏｂｅ‐ｒｅｆｔを測定する。さらに、入射および反射ビームにおける出力比から、ポンプおよびプローブビームの静止反射係数も測定する。入射プローブ出力は、図１ＣのフォトダイオードＤ２によって測定され、反射プローブ出力はＤ１によって測定され、入射ポンプ出力はＤ４によって測定され、反射ポンプ出力はＤ３によって測定されている。光反射率の過渡変化に対するかかるシミュレーション結果を実際のシステム測定値と相関させるために、以下のことが分かっていることが必要になる。すなわち、（a）ポンプおよびプローブビームの出力（b）これらのビームの強度分布（c）サンプル表面におけるビームの重複ポンプビームが領域Ａ_pumpに入射し、この領域内でのポンプ強度が均一であると最初に仮定する。次に、印加されたポンプパルス毎に、単位面積に吸収されるポンプエネルギは、次式で表される。式（１）において、ｆはポンプパルス列の反復レートであり、Ｒ_pumpは、ポンプビームに対する反射係数である。このように、各プローブ光パルスの光反射率の変化は、次式で表すことができる。そして、反射プローブビームの出力変化は、次式で表される。実際のシステムにおいて、実際に、サンプルの照射は、入射ポンプビームの均一強度を生成しない。さらに、プローブ光の強度も、サンプル表面での位置によって変化する。これらの変化を考慮すると、ΔＰ_probe _‐r _eft に対する式は、次式のように変形される。但し、式（４）において、有効面積Ａ_effectiveは次式のように定義される。それぞれサンプル表面でのプローブおよびポンプビームの強度である。ポンプおよびプローブビームの重複の有効面積をＡ_effectiveとする。類似の表現を、光透過率の変化ΔＴ（ｔ）、光位相の変化Δφ（ｔ）、プローブ光の反射角度の変化Δβ（ｔ）から導くことができる。以下の量、すなわち、ΔＰ_probe-reft，Ｐ_probe-inc，Ｐ_pump-inc，Ｒ_pump，Ｒ_probeは、システムによって測定される。コンピュータシミュレーションによって、ＡＲ_sim（ｔ）、Ｒ_pump、Ｒ_probeに対する予測値が得られる。このように、以下の比較を、サンプルの特性を測定するために、シミュレーションおよびシステム測定値の間で行うことができる。（１）シミュレーション及び測定反射係数Ｒ_pumpの比較（２）シミュレーションおよび測定反射係数Ｒ_probeの比較（３）反射プローブ光の出力におけるシミュレーションおよび測定過渡変化Δ Ｐ_probe _‐reftの比較シミュレーションと測定された変化の比較を行うために、Ａ_effectiveの値を知ることが必要であることが、前述の式（４）から分かる。これは、以下の方法によって行われる。（ａ）第１の方法は、直接サンプルの表面のポンプおよびプローブビームの強度変化、すなわち、位置の関数となを使用してＡ_effectiveを計算する。これは、実行できるが、工業環境において実行が困難な非常に慎重な測定を必要とする。（ｂ）第２の方法は、Ａ_effectiveが分かっているシステムＳのサンプルに対する過渡応答ΔＰ_probe _‐reftの寸法を測定する。次に、この方法は、Ａ_effecti _ve が測定されることになっているシステムＳ’の同じサンプルの反応ΔＰ_probe _‐reft を測定する。２つのシステムでの反応の比によって、２つのシステムの有効面積の比の逆数が分かる。これは、有効な方法である。何となれば、ポンプおよびプローブビームによって照らされる面積が、高速測定能力を有する機器にとって望ましいものよりも大きい、特別に構成されたシステムとなるように、システムＳが選択されるからである。面積がこのシステムに対して大きいので、位置の関数として、サンプル表面でのポンプおよびプローブビすることは、簡単である。シミュレーションした反射率変化ΔＲ_sim（ｔ）の計算に入る量が分からない場合であっても、この方法は有効である。（ｃ）第３の方法は、サンプルの過渡応答ΔＰ_probe _‐reftを測定する。ここにおいて、サンプルが、サンプルの単位面積当たり単位エネルギのポンプパルスで照射されるとき、サンプルのシミュレーションされた反射率変化ΔＲ_sim（ｔ）の計算に入る量は、分かっている。次に、測定された過渡応答ΔＰ_probe _‐ref _t を図６から予測される反応と比較することによって、有効面積Ａ_effectiveが測定される。有効面積Ａ_effectiveが一連の測定において安定していることは、重要である。これを確実にするために、図１Ａ乃至図１Ｅに示す装置は、測定毎にポンプおよびプローブビームの再現性のある強度変化を行うために、ポンプおよびプローブビームをサンプルの表面に自動的に集光せしめる手段を取り入れている。オートフォーカスシステムは、サンプル表面でのビームのサイズおよび相対位置が有効過渡応答測定に対して適切となる所定の状態にシステムを維持する機構を提供する。尚、光過渡応答の振幅がサンプルについての量的な結論を引き出すために使用されるあらゆる用途（例えばバックグラウンド信号の振幅が材料の相によって影響される時）に対して、上記した較正スキーム（calibration scheme）は測定システムの重要な特徴であり、この較正は、サンプルの表面でのポンプ及びプローブビームの重複のサイズ及び面積の測定を含むものである。コンピュータシミュレーションの結果およびシステム測定値を比較する方法の前述の説明は、測定システムの複数の検出器が較正されることを仮定している。かかるシステムが線形範囲で動作する検出器を使用し、故に、各検出器の出力電圧Ｖが入射光出力Ｐと比例することが考慮されている。検出器毎に、Ｖ＝ＧＰとなる定数Ｇが存在する。前述の説明は、定数Ｇがどの検出器でも分かっていることを仮定している。この情報が利用できない場合、Ｐ_probe _‐inc、Ｐ_pump _‐inc 、Ｐ_probe _‐reftを測定する各検出器と対応する較正因子は、Ａ_effectiveおよびｆと合成されて単一の全システム較正値Ｃになる。ゆえに、較正因子Ｃに関して、式（４）は、次式として表される。式（６）において、ΔＶ_probe _‐reftは、反射プローブ光（Ｄ１）の出力変化を測定するために使用される検出器からの出力電圧であり、Ｖ_pump _‐incは、入射ポンプ光（Ｄ４）を測定するために使用される検出器からの出力電圧であり、Ｖ_probe _‐incは入射プローブ光（Ｄ２）を測定するために使用される検出器の出力電圧である。このように、定数Ｃを測定すれば十分である。これは、以下の２つの方法のいずれかによって行われる。（ａ）第１の方法は、サンプルの過渡応答ΔＶ_probe _‐reftを測定する。尚、このサンプルに対して、サンプルが単位面積当たり単位エネルギのポンプパルスで照射されるときに、サンプルのシミュレーションされた反射率変化ΔＲ_sim（ｔ）の計算に入る量が全て分かっている。次に、この方法は、Ｖ_probe _‐inc、Ｖ_pump _‐inc を測定して、次に、測定またはコンピュータシミュレーションのいずれかによってＲ_pumpを測定する。次に、この方法は、式（６）を満たすような定数Ｃの値を見つける。（ｂ）第２の方法は、基準サンプルに対する過渡応答Ｖ_probe _‐reftを測定する。なお、このサンプルに対して、サンプルが単位面積当たり単位エネルギのポンプパルスで照射される時、過渡光応答ΔＲ（ｔ）は、例えば上記方法によって予め較正されたシステムを使用して測定される。次に、この方法は、Ｖ_probe _‐r _eft 、およびＶ_pump _‐incを測定し、測定によってＲ_pumpを判別し、次に、次式を満たすような定数Ｃの値を見つける。これらの両方の方法に対して、Ｖ_probe _‐reftの測定を行う前にオートフォーカス状態を確立することは、重要である。何となれば、Ｃは、Ａ_effectiveの値に依存するからである。上記の観点から、本発明は、２つのサンプル特性、すなわち、薄膜からなる材料の厚さおよび組成に対して最良の結果を得るために、サンプルからバックグラウンドおよび音響データの分析を使用する。なお、本発明において、「組成」は、相、形態学、結晶配向、粒径等を含むものである。分析は、特性のうちの１つに対する値を仮定して、次に、シミュレーションや周知の基準サンプルから得られたデータの比較によって、もう一方を測定する。分析は、また、１つの特性に対する値を仮定し、次に、シミュレーションや周知の基準サンプルから得られるデータとの比較によってもう一方を測定し、次に仮定した特性に対する値を改善し、次に、両方の特性に対して最良の結果を得るまで繰り返しを継続することによって、筋の通ったものになる。例えば、この繰り返しは、最初にフィルムの厚みを仮定して次にフィルムの組成を測定することによって、または、最初にフィルムに対する組成を仮定して次に厚さを測定することによって、始められる。両方とも等しく有効な方法である。例えば、第１の方法では、以下のステップが実行される。（A）図１Ｃに示すように、測定システムを較正し、オートフォーカスし、サンプルを測定する。（B）フィルムの厚み(d)に対する値を仮定する。（C）仮定した厚みを有する同じ一般的なタイプのフィルム（例えばＴｉＳｉ₂ ）に相当するバックグラウンド信号を比較して、フィルムに対して最もあり得る組成を測定する。これは、音速、密度、ｎおよびκ等の光学定数、熱膨張係数、比熱、熱伝導率、歪みに対するｎ及びκの導関数等の特定の材料特性の使用を意味する。例えば、４６‐５４ＴｉＮの材料特性は、４７−５３ＴｉＮの材料特性とは異なる。（D）ステップCからのフィルムの物理的特性をサンプルフィルムと対応させる。（E）データの音響部分の分析からｄの改善された値を推理する。（F）選択的に収束(正しい答え)が得られるまで、ステップＢ‐Ｅを繰り返す。第２の方法で、以下のステップが実行される。（A）測定システムを較正して、オートフォーカスせしめ、サンプルを測定する。（B）フィルム（例えば５０‐５０ＴｉＮ）の組成を想定する。（C）データの音響部分の分析から厚さの値を推理する。（D）想定した厚みを有する同じ一般的なタイプ（例えばＴｉＮ）のフィルムに相当するバックグラウンド信号を比較してフィルムの改善された組成を測定する。これは、例えば音速、密度、光学定数、ストレスに関する導関数等の特定の材料特性の使用を再び意味する。（E）ステップCからのフィルムの物理的特性をサンプルフィルムと対応させる。（F）選択的に収束が得られるまで、ステップＢ‐Ｅを繰り返す。第３の方法、第１の方法の簡単な変形において、以下のステップが実行される。（A）図１Ｃに示すような測定システムを較正し、オートフォーカスせしめ、サンプルを測定する。（B）フィルムの厚み（ｄ）の値を仮定する。（C）仮定した厚さを有する同じ一般的なタイプのフィルムに相当するバックグラウンド信号を比較してフィルムの可能性のある組成を測定する。（D）ステップＣからフィルムの物理的特性をサンプルフィルムに対応させる。第４の方法、第二の方法のの簡単な変形において、以下のステップが実行される。（A）測定システムを較正して、オートフォーカスせしめ、サンプルを測定する。（B）フィルムの組成を仮定する。（C）データの音響部分の分析から厚さの値を推定する。（D）ステップＣからフィルムの物理的特性をサンプルフィルムと対応させる。比較の上記ステップは、いずれも、複数の基準サンプルから測定されたり推定される基準データとやパラメータの間で随意に補間することができる。さらに、方法は、化学量論、結晶構造、形態学、構造相、合金組成、不純物の内容、ドーピングレベル、欠陥密度、同位体の内容、結晶配向等によってサンプルやフィルムの仮定した組成を修正するステップを含むことができる。本発明の教示は、内容が未知の組成要素の一つ以上を有する、III-Ｖ族および II-VI族化合物半導体等の化合物半導体とともに使用される。本発明の教示は、特に半導体材料や金属、すなわちシリサイドから成るサンプルとの使用に特に有効である。上記に関係して、本発明の教示は、比が未知の少なくとも２つの成分の合金から成るサンプルに対して有効である。実施例は、Ｔｉ‐Ｗ、Ａｕ‐Ｃｒ、Ａｌ‐Ｃｕ、Ａｌ‐Ｃｕ‐Ｓｉ、Ｓｉ‐Ｇｅ、Ｉｎ‐Ｇａ ‐Ａｓ、Ｇａ‐Ａｌ‐Ａｓ、Ｈｇ‐Ｃｄ‐Ｔｅを含む。本発明の方法は、アニール温度、アニール層の厚み、アニール層の相を測定するために、熱アニールされたサンプルに対して有効である。本発明が使用されて、サンプルに応力波を励起するのに十分なポンプ波長の有限の（有効な）吸収を有する広範囲の材料及び材料システムに対してを有する効果および材料システムに対して効果を呈する。図１Ｄに示す実施例に関して記載したように、ポンプおよびプローブパルスの波長は異なってもよい。このように、本発明は、好ましい実施例に関して示すとともに説明したが、当業者において、形態及び詳細の変形は、本発明の請求の範囲から逸脱せずに行うことができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Optical method for determining mechanical properties of materialsPriority claims from concurrent provisional patent applications Priority is set out in Humphrey J., filed April 26, 1996. Maris (Hump hrey J. Maris) and Robert J. By Stoner (Robert J. Stoner) Simultaneous Provisional Patent Application No. 6 entitled "Optical Method for Measuring Mechanical Properties of Materials" From 0 / 017,481, 35 U.S.C. S. C. Lord here under §119 (e) Stretch. Priority is set out in Humphrey J., filed May 8, 1996. Maris ( Humphrey J. Maris) and Robert J. Stoner (Robert J. Stoner) Patent application entitled "Optical Method for Measuring Mechanical Properties of Materials" From No. 60 / 017,391, 35 U.S.C. S. C. Below §119 (e) Insist here. The disclosures of both these provisional patent applications are incorporated herein by reference. Is embedded.Declaration of government rights The invention is based on the approval and contract number DEFG02-86ER4 granted by the Ministry of Energy. Approval and Contract Number DMR-9121747 of 5267 and granted by the National Science Foundation Under the auspices of the Government. The government has certain rights in the invention. Have.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and an apparatus for characterizing a sample using electromagnetic radiation. .Background of the Invention Currently, non-destructive evaluation of thin films and interfaces is based on the manufacture of electrical, optical, and mechanical devices that use thin films. Interested in the builder. In one non-destructive technology, the piezoelectric transducer The radio frequency pulse is attached to the substrate between the Applied to the heat exchanger. The stress pulse propagates through the substrate towards the film . At the interface between the substrate and the film, a portion of the pulse is reflected back to the transducer. remaining Enters the film and is partially reflected on the other side and returns to the transducer through the substrate . The pulses are converted to electrical signals, amplified electronically, and sent to an oscilloscope. Is displayed. The time delay between the two pulses is when the sound speed of the film is known Indicates the film thickness and, if the film thickness is known, indicates the speed of sound. You. The relative amplitude of the pulse is determined by the attenuation in the film and the coupling between the film and the substrate. Provide information about the quality of Minimum film thickness and film interface that can be measured using conventional ultrasound Sensitivity is limited by pulse length Is done. The duration of the stress pulse is typically 3 × 10^Fivecm / sec acoustic velocity And at least 3 × 10^-2at least 0.1 μs, corresponding to a space length of cm . If the film is not thicker than the length of the acoustic pulse, the pulse returning to the transducer Will soon overlap. Assuming that pulses with a short duration of 0.001 microsecond are used Again, the thickness of the film must be at least a few microns. Another technique, acoustic microscopy, uses a rod with a spherical lens at the tip to make sound. discharge. The tip is immersed in a liquid covering the film. Sound through the liquid Propagate, reflect off the surface of the sample, and return to the transducer via the rod. Sample is While moving horizontally, the amplitude of the signal returning to the transducer is measured. Amplitude is sampled Converted to a surface computer generated photo. The properties of the subsurface sample are Observed by raising the focus and bringing the focus below the surface. Next to the ultrasonic microscope The vertical and vertical resolutions are approximately equal. When ultra-short wavelengths are passed through the binding liquid, the resolution for the acoustic microscope is up to is there. This necessitates the use of low sonic liquids such as liquid helium. liquid Acoustic microscopy using helium is when the sample is cooled down to 0.1K Thus, a surface shape of about 500 ° can be resolved. Another technique, which does not involve the generation and detection of stress pulses, Is valid. Ellipsometers use ellipsometry Direct the light to the film sample and analyze the polarization state of the reflected light to obtain 3-10 ° accuracy Measure the film thickness with. Elliptical polarization has separate polarization directions and relative phase shifts Decomposed into two components. Changes in the polarization state of two polarization components and the beam amplitude and phase The formation is observed after reflection. Elliptical polarization uses a moderately transparent film. In many cases, less polarized radiation Both 10% must pass through the film. Therefore, the metal sample fill The thickness of the film cannot exceed a few hundred angstroms. Another technique measures film thickness mechanically using a small needle. Needle on the board Move across the surface layer of the sample film and reach the edge of the sample film. The height difference between the film and the film is measured. 10-100 angstrom accuracy It is possible to get. The film lacks sharp, sharp edges, or Use this method if it is too soft to support the needle accurately in firmness Can not do. Another nondestructive method based on Rutherford scattering is backscattered helium ions Measure the energy of The lateral resolution of this method is poor. Another technique measures film thickness using resistance measurements. Material with well-known resistivity Film thickness is measured by measuring the electrical resistance of the film. You. However, for films less than 1000 °, the accuracy of this method is: Limited. This is because the resistivity becomes non-uniform depending on the film thickness . In another technique, when a stress pulse arrives at a surface, it separates from the surface. The change in the direction of the reflected light beam is investigated. In certain applications, stress pal Is generated by a piezoelectric transducer on one side of the film being investigated. Collection on the other side The focused laser beam detects a stress pulse after traversing the sample. This method is effective when the film thickness exceeds 10 microns. The film is exposed by injecting a strong optical pump beam onto the surface of the film. It can also be determined by grinding the surface. However, this method uses a stress pulse Rather than observing the destructive excitation of the surface. Breakage such as heat melting Destruction is performed by illuminating the pump beam incident location with an optical probe beam, It is observed by measuring the change in the intensity. The intensity of the probe beam is Destructive and destructive effects such as boiling of the lum surface, removal of molten material, and cooling of the next surface Can be changed by Donna M. C. (Downer, M.C.) Fork L. (F ork, R.L.) Shank C.I. V. (Shank, C.V.) "Femtosecond optical pulse drawing Picture "Ultrafast Phenomena IV Editing D. H. Aston (D.H. Austo n), K. B. Eisenthal (Singa Barrag, New York G, 1984) pp. 106-110. Other systems rely on measuring the absorption of appropriately selected wavelengths of radiation. Measure material thickness, composition, and concentration. In this method, the film is placed on a transparent substrate Only available in some cases. No. 4,710,030 (Tauc et al.) In some non-destructive ultrasonic technologies, ultra-high-frequency sound pulses are converted to ultra-high-speed laser pulses. Therefore, it is generated and detected. The sound pulse is used to examine the interface. This The ultrasonic frequency used in this technology is less than 1 THz, which is the The corresponding sound wavelength is greater than a few hundred square meters. This is the coherence Refer to high-frequency ultrasonic pulses generated as complex longitudinal acoustic phonons Is equivalent to More specifically, the tack patent wave has a duration from 0.01 to 100 picoseconds Teach the use of pump and probe beams. These beams are The same point on the surface or the point of incidence of the probe beam It can also move relative to the point of incidence of the system. In one embodiment, the measured The lum can be translated with respect to the pump and probe beam. Professional The probe beam may be transmitted or reflected by the sample. tack In the method taught by the patent, the pump pulse is stressed within the sample. It has at least one wavelength to generate the pulses non-destructively. Plow The pulse is guided by the sample, intercepts the stress pulse, and After the laser is interrupted, the method may further measure the intensity of the probe beam. Thus, the change in the optical constant induced by the stress pulse is detected. In one embodiment, the distance between the mirror and the cube is changed to The delay between the injection of the pump and probe beams into the probe is varied. even more In an embodiment, the photo-acoustically inert film is a photo-acoustic film such as arsenic telluride. Investigated by using a superimposed film consisting of an acoustically active medium . In another embodiment, the quality of the bond between the film and the substrate is It can be measured from the measured value of the reflection coefficient of the stress pulse, and the measured value is compared with the theoretical value. The method and apparatus of the Tuck patent is not limited to simple films; Information on layer thickness and interface between thin film structures and other non-uniform films It is extended until acquisition. The Tack patent also covers sample areas of about 1 micron. Pump and probe beam scanning and reflected and transmitted probe beam And a plot of the change in the beam intensity. Although suitable for use in a number of measurement applications, the purpose of the present invention is to To extend and improve the teaching. In particular, if the material properties (ie sound velocity, density, optical constants, etc.) are known with sufficient accuracy (For example, if the source is known to be pure, Highly reproducible grain structures and structural phases phase) is known to give a A number of material properties to determine the sample properties (eg, thickness and adhesive strength) of the elephant (For example, density, sound speed, optical constant). This is the preferred method for samples containing pure metal films. What become Because it is computationally efficient and therefore allows for faster measurements. is there. However, this method requires that the material properties (eg, sound velocity, density and optical constants) be , A film that may be affected by the deposition state of the gas mixture, substrate type, etc. Inaccurate results can occur for included samples. In such cases, sump Contributes to the time dependence of the probe signal detected by the probe thickness and sound speed. It is not possible to measure it all the time.Purpose of the invention A first object of the present invention is to provide a non-destructive evaluation of materials that overcomes the above and other problems. To provide an improved method. A further object of the invention is to provide data obtained by pump and probe light beams. Is to provide a two step method for analyzing In the present invention, The land signal is used to measure the mechanical properties of the material and the reflectivity (ΔR (t) )), The measured time-dependent change in optical properties produced by the pump beam is Analyzed using the measured material properties. Summary of the Invention A method for characterizing a sample is disclosed. This method (A) data from the sample using at least one probe beam wavelength Acquisition of the sample induced by the pump beam for less than a few nanoseconds The process of measuring transient changes in optical response such as reflectivity. (B) analyze the data to derive certain physical and chemical material properties From one or more samples prepared under known conditions to a similar delay time range The background signal component of the data to the data obtained in Thus, the step of determining at least one material property. (C) using at least one measured material property, by pump beam The component of the transient response of the probe beam caused by the generated ultrasound Process to analyze. The first step of the analysis consists of interpolating between the reference samples and the intermediate section of the material properties. Including the process of obtaining The acquisition step comprises at least one transient of the sample with respect to the pump pulse of light emission. Implemented with non-destructive systems and methods for measuring response. Measured transient response The answer is the modulation change ΔR of the intensity of the reflected part of the probe pulse, the transmission of the probe pulse. Part change in intensity ΔT, change in reflected probe pulse polarization ΔP, reflection probe pulse At least the change in optical phase Δφ of the probe and the change Δθ in the reflection angle of the probe pulse. Can also include one measurement, each of which is a reflection and transmission part of the probe pulse. It is considered a change in the characteristics of the minute. Next, the measured transient response is Associated with at least one feature of the object. In one embodiment, at least one property such as structural phase, crystal orientation, stoichiometry, etc. Be involved. The present invention also teaches a method for characterizing a sample, comprising the following steps. You That is, (A) data from the sample using at least one probe beam wavelength Sample light acquired and induced by the pump beam for a time of less than a few nanoseconds The process of measuring transient changes in a scientific response. (B) The background signal component of the data is reconstructed using similar sample preparation techniques. Data obtained in a similar delay time range from the prepared sample. Process to analyze data and at least determine sample preparation techniques . (C) Pump beam using data corresponding to the identified sample preparation technique Of the measurement time-dependent reflectivity caused by the ultrasonic waves generated by the Process to analyze. Further, according to the present invention, there is provided a method for examining the characteristics of a sample, comprising the following steps: Taught. (A) data from the sample using at least one probe beam wavelength Acquire and delay at least the sample induced by the pump beam during the delay time The process of measuring one transient light response change. (B) The process of assuming the value of the film thickness. (C) Assuming the background signal as a result of the non-acoustic component of the acquired data Compared to data corresponding to the same general type of film having a different thickness. The process of measuring the most likely composition of a film. (D) measuring the measured physical properties of the film as a result of performing step (c); A process that correlates with the sample film. The method further comprises: (E) Estimating the improved value of the thickness from the analysis of the acoustic components of the acquired data The process, (F) repeating steps ce until convergence between film thickness and material properties is obtained And the process. The present invention also includes a method for characterizing a sample that includes the following steps. (A) using at least one probe beam wavelength Data from the sample and during the delay time, induced by the pump beam Measuring the change in at least one transient light response of the sample. (B) Process for assuming film composition. (C) Estimate the value of the film thickness from the acoustic component of the data, and Taking into account the material properties of the film based on the film having a different composition. (D) A bag corresponding to the same general type of film with the estimated thickness. The process of comparing the ground signal to determine the improved composition of the film. The method further comprises: (E) the process of correlating the material properties of the film from step (d) with the sample film When, (F) Step ce until convergence between the film composition and thickness of the sample is obtained Repeating the steps of BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The above and other features of the present invention, when read in conjunction with the accompanying drawings, illustrate the following details of the invention. Will be made clearer in the description. In the drawing, FIG. 1A shows a first picosecond ultrasound system suitable for use in practicing the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment, particularly, a parallel and oblique beam embodiment. FIG. 1B illustrates picoseconds suitable for use in practicing the present invention. Configuration of a Second Embodiment of the Ultrasound System, In particular a Vertical Pump and Oblique Probe Embodiment FIG. FIG. 1C illustrates a third picosecond ultrasound system suitable for use in practicing the present invention. In particular, the construction of the single wavelength, vertical pump, oblique probe, FIG. FIG. 1D shows a fourth picosecond ultrasound system suitable for use in practicing the present invention. Embodiments, especially two wavelengths, vertical pump, oblique probe, composite elliptical embodiment FIG. FIG. 1E shows a picosecond ultrasound system suitable for use in practicing the present invention. 5 embodiments, especially two wavelength, normal incidence pump and probe, synthetic elliptical polarization It is a lineblock diagram of an example. FIG. 2 illustrates data showing an acoustic echo superimposed on a background signal. It is a graph to clarify. FIG. 3 is a flowchart illustrating the method according to the present invention. FIG. 4 shows a Ti-Si film annealed in a temperature range from 350 ° C. to 765 ° C. FIG. 4 is a graph showing picosecond reflectance versus time of a film; The results for the unannealed sample are shown as a 350 ° C. curve. FIG. 5 is a graph showing a curve corresponding to the curve shown in FIG. Slowly changing background to enhance acoustic vibration of Ti-Si film Signal is removed and the curves are offset from each other for clarity. It is rough. FIG. 6 shows the relationship between the picosecond reflectance and the annealing temperature from an arbitrary position on the curve shown in FIG. 5 is a graph showing a comparison, which shows the correlation of this curve, where the curve shows the sheet resistivity. Represents. 7A and 7B show the present invention in which the initial Ti thickness is known in advance (priori). 5 is a flowchart illustrating a method according to the present invention. 8A and 8B illustrate a method according to the invention in which the initial Ti thickness is not known in advance. It is a flowchart shown. Detailed description of the invention The teachings of the present invention, together with the teachings of the Tuck patent, are described in greater detail below. Can be used to increase the characteristics of the pull. However, this, ie similar non- The use of disruptive optics-based systems should be interpreted as a limitation in the practice of the present invention. I can't. In accordance with the teachings of the present invention, a light pulse is directed at a sample to Is partially absorbed by the child carrier. And it then saves energy. Transfer to the sample material. This is due to the small and localized temperature of the sample Cause an increase. A small and localized transient in the optical response of the sample Corresponds to an increase in sample temperature. That is, for the pump pulse of light emission At least one transient and measurable response of the sample is determined. The measured transient response is And the change ΔT in the transmitted probe pulse intensity, The change in polarization ΔP of the reflected probe pulse and the optical phase of the reflected probe pulse At least one of the change Δφ of the probe pulse and the change Δθ of the reflection angle of the probe pulse. Measurements, each of which changes the characteristics of the reflected or transmitted portion of the probe pulse. Is believed to be The transient response of the sample to the pump pulse was How fast the electron carriers transfer their energy to the rest of the sample, Decays at a rate primarily dependent on the thermal diffusivity and thickness of the containing material. As previously disclosed by the Tuck patent, the second effect of the light pulse is Is to generate ultrasonic waves within the device. These ultrasonic waves also increase the light reflectance of the sample. Cause a change in the reflectivity corresponding to the sample return to thermal equilibrium. Change faster than change. For many samples, ultrasound and temperature changes A corresponding change in reflectivity is associated with it. In this application, all transient expressions of sample photo-response, such as reflectance, excluding the contribution of ultrasound The elephant is called the "background" signal. Therefore, the ultrasound of the net reflectance change The component is said to overlap the thermal "background" signal. Typical The data is shown in FIG. The propagating ultrasonic waves and the corresponding changes in reflectance are according to the Tuck patent. To measure the mechanical properties of the sample. The reflectivity change is measured by a second pulse of light, the "probe," The pulse, "pump", is delayed by time τ. The value τ is often 0. It ranges from 01 picoseconds to 100 nanoseconds. "Background" reflectance change mark The signal, size, and rate of decay are the wavelength and incident angle of the probe light pulse. , Polarization, and further, the electronic and thermal properties of the sample material. This Thus, the background reflectance change for a sample of the same material They can be substantially different because they are different. For example, the inventor The undulation signal is associated with samples composed of the same metal but having different structural phases. It has further been found that compositions arise for different alloys. These views Insight reflects the differences that exist between the thermal and electronic properties of such materials. In addition to the inherent electronic and thermal properties, the above (structural phase, alloy content, impurity concentration , Stoichiometry, phase mixing, crystal orientation, etc.) are attributed to the elastic properties of the sample material. May be affected. For example, the elastic constants of two structural phases of a particular metal and And density correspond to the observed difference in sound velocity and volume for samples with the same stoichiometry. And quite different. Similar differences can lead to different crystal orientations and shapes. Seen below in samples such as thin films deposited. Therefore, when performing the “best fit” analysis, fewer of these parameters That one knows in advance desirable. The present invention eliminates the potential ambiguity by allowing earlier Provide a more accurate method than that obtained by the method . According to the teachings of the present invention, using at least one probe wavelength, a few nanoseconds Optical characteristics such as the reflectivity of the sample induced by the pump laser during less than By measuring the nature of the transient, the data can be obtained using the methods and apparatus described below. Obtained. Referring also to FIG. 4, the data is then analyzed in the next two passes. You. In step 1, the "background" signal is a certain Prepared under conditions known to cause defined physical and chemical material properties Compared to data obtained from similar samples for similar delay time ranges . This involves interpolation between reference samples to obtain an intermediate set of material properties Sometimes. Next, characteristics including sound velocity, density, optical constants, etc. Responded. The background signal is based on the corresponding physical parameters such as heat It can be compared with the results obtained from the Seth model. In step 2, one or more of the objects such as sound speed, film thickness, and film adhesive strength The sample properties of the reflection caused by the ultrasound generated by the pump beam It is measured from the measured time-dependent changes in optical properties such as the rate. They are, The analysis is performed according to the material properties measured in step 1. In this way, the present invention achieves a larger by removing possible ambiguities. Provide a way to gain accuracy. In addition, the correlation is made on the characteristics of the sample preparation technique rather than on the material properties themselves . For example, suitable sound speeds for CVD (chemical vapor deposition) TiN are sputtered TiN The sound speed is not appropriate.Example Please refer to FIG. 4 to FIG. The sample series is RTP (Rapid Heat Treatment) Annie Consisted of 10 samples exposed to the same temperature. The annealing cycle differs in annealing temperature. It was a little different. The reaction between titanium and silicon during the annealing cycle causes the reaction to proceed This creates a layer whose electronic band structure changes. As mentioned above, Intermittent reflectivity changes were measured in response to short laser pulses. As mentioned above , There are two components of the measurement signal. One component is that the laser pulse Therefore, it changes slowly attributable to a combination of relaxation phenomena that occur after absorption. The "background" signal. The second component changes faster than this Is related to the acoustic vibration. According to an embodiment of the present invention, both components are given Can be interpreted and used to characterize a sample. FIG. 4 is a graph showing transient reflectance signals measured for all samples. You. The graph shows the temperature at which the sample was annealed. Data changes at a slow rate Shows acoustic vibration for less than about 30 picoseconds superimposed on background signal You. To facilitate discussion, separate the acoustic and background signals, The acoustic signal is plotted separately in FIG. The curves in FIG. 5 are intended for easy understanding. Graphically juxtaposed with each other. Further, the arrangement of the curves in FIG. 5 corresponds to FIG. 4 (not juxtaposed). Has no correlation with the order of the curves in (i). According to FIG. 4, from a qualitative point of view, the sample at 350 ° C. is substantially annealed. It is evident that it is similar to the unsampled sample, from which Ti and Si are the best. It is concluded that little reaction occurs at the high temperature of 350 ° C. For sound signals, There is evidence that a change has occurred as a result of the 350 ° C. treatment. However, that The reason is that the amplitude of the “echo” (eg, unannealed The “needle-like” characteristic of the sample curve) is small for the 350 ° C. sample. Because. This is a sign that the interface has become rough or blurred as a result of annealing. And produce an acoustic reflector that is inferior to the deposited Ti-Si interface. But large It can be seen that a sharp change occurs between 350 ° C. and 450 ° C. Negative to positive Based on the change of the background signal up to It is clear that this change began to take place at 400 ° C. At 450 ° C, The background signal was almost positive and the acoustic signal was very strong. this is, New layer separated from underlying Si substrate by well-defined interface Seems to be a sign. Raman scattering data shows that this is (C49) TiSi_TwoIn layers Acoustic data suggest that this layer is reasonably uniform, whatever the molecular structure. Suggests one. Between 450 ° C. and 550 ° C., the properties of the hybrid layer Changes slowly. Acoustic signal is weaker than observed at low annealing temperature As it becomes less regular, it shows the formation of internal structures in the layers. 550 ° C and Between 600 ° C and 600 ° C, both background and acoustic data There is change. From Raman data, this change corresponds to the sudden formation of the C49 phase. Was derived as a result. The thickness of this C49 layer increases slowly. Are observed by further annealing up to 700 °, 650 ° C. and 7 ° C. The change between 00 ° C is less than the change between 600 ° C and 650 ° C. And , Which may indicate saturation. The increase in thickness increases the shift of the acoustic peak from the shift. It is evident over time (this can be thought of as slab vibration, Frequency decreases as its thickness increases). Also increase the amplitude of the sound signal Was observed, indicating that TiSi_TwoThe interface between the layer and the underlying Si It shows that the annealing has made it clearer. Annealed at 765 ° C Sample background signal There is a final major change in the signal, which indicates that Raman data It shows that it depends. The largest acoustic signal of all series is Observed. C54 film vibration damping was observed for C49 samples. That the interface between the C54 layer and the Si is smoother. It should be noted that it is shown. From the well-known sound speed of titanium and the period of acoustic vibration of the deposited film, the thickness of the Ti layer is , 231 °. Ideal C54TiSi_TwoCorresponding to the layer The theoretical thickness can be shown to be 580 °. 765 ℃ sample is C Assuming a value of 54, the measured thickness of (581 ± 3) Å is very similar to the expected result. Is obtained in a state corresponding to This is important. What is it, acoustic information How it is used to identify the silicide layer, When the initial Ti thickness is known, the oscillation period of the silicide This is because it shows how it is used as a measure of termination. In this regard, the figure 7A and 7B can be referred to. Qualitatively, a curve similar to FIG. 4 is obtained for different thicknesses of titanium silicide. However, the details depend to some extent on the thickness. Can be used to provide an effective silicide monitor There are at least two possible technologies. The first technique is shown in FIGS. 7A and 7B. 4 corresponds to FIG. 4 for the starting target Ti thickness for a wide range of annealing temperatures Use a set of reference curves to The next "unknown" with the same starting Ti thickness For samples, the phase is determined by comparing its picosecond reflectance to a reference curve. Measured. The second technique is similar to FIG. 4 except that it corresponds to some thickness of Ti. Using Leeds, the structural phase is determined by Raman scattering (or other appropriate technique) for each curve. Is determined. From this data, the curves are the picosecond reflectance sign, amplitude, and reduction of each layer. It is composed of the fundamental physical parameters that govern the decay rate. As can be seen from FIG. 8A and FIG. For a "know" sample, the phase reports its picosecond reflectance for the same parameters. Parameters, and then these parameters are Is compared to a known value. The second technique has the potential to be more mobile. However, the first technology is also full Provides good results. The second for the Ti thickness used in the current sample series (231Å) As a brief explanation of the operation of the first technique, a transient change in reflectivity depends on the annealing temperature. 4 is plotted at an arbitrary position on the curve of FIG. The results are shown in FIG. this When making the diagram, a transient reflectance change at 45 picoseconds is used. Used as a percentage of the value obtained for the unannealed sample. Expressed as di-change. The qualitative characteristic of the curve is a plot of resistivity versus annealing temperature. Good correlation with rough. For the reflectance data, the resistivity is Not expressed as a percentage change relative to the resistivity obtained for the sample It is. The optical measurement system according to the present invention comprises an in-fab optical metrology tool. Can be packaged. It is completely non-destructive and has a small spot size Have. For silicide monitors, it is at least 5 micrometer in diameter, for example. Equipment and product wafers in scribeline structures. And can be used to make measurements. This value is a function of the particular focusing optics used. Is a number. The use of optical fiber focusing optics, such as fiber with a reduced tip diameter, Especially fascinating. Depending on the complexity of the pattern and film thickness, etc. The interval may range, for example, from 0.1 to 10 seconds per site. This technology also Use similar analysis techniques to mark small structures, such as a regular array of lines and points. Can be added. An important concept of the teachings of the present invention is that the two independent components of the measured silicide reaction ( The "background" signal and the "acoustic vibration" signal). To perform an appropriate analysis. This allows, for example, only resistivity or reflectivity Other silicide monitoring techniques that rely solely on measurement of From the art, the technique of the present invention is easily distinguished. Through consistent analysis, technology can: Not only can you detect silicide misprocessing situations, but you can also identify the cause. Wear. Silicide sheet resistance measurements may be misleading (eg, uncontrolled readout However, due to changes in the deposited Ti layer or due to incomplete silicide formation The technique of the present invention is compatible with the thickness of the annealed film. And make a clear measurement. It is ideally a high throughput measurement of product wafers High resolution filters equivalent to those obtained through four-point probe measurements. LUM map can be generated. 1A-1E illustrate various implementations of a sample measurement device suitable for practicing the present invention. An example is shown. These various embodiments are described in H. H., filed Aug. 6, 1996. . J. Maris and R.M. J. "Improved" by Stoner No. 08 / 689,287 entitled "Optical Strain Generator and Detector" Issue. Referring to FIG. 1A, an embodiment of an apparatus 100 suitable for implementing the present invention will be described. This This embodiment is referred to as a parallel and inclined embodiment. This embodiment includes a light / heat source 120. Light / heat source 120 is a variable high-density illuminator Acts as a computer controlled sample heat source and video camera for temperature-dependent measurements The camera 124 is illuminated. An alternative heating method is the sample stage 12 2 using an electrical resistance heater embedded in it. The effect of the optical heater is at different temperatures The goal is to enable fast continuous measurements. The video camera 124 allows the operator Provide display images to facilitate setup of the measurement system. Proper putter Recognition software can also be used for this purpose, thus eliminating operator intervention. Minimize or eliminate. The sample stage 122 preferably has a height (z axis), a position (x and y axes). ), A multi-stage free stage that can be adjusted for tilt (θ), Motor controlled position of part of sample relative to pump, probe and probe beams Decisions are possible. The z-axis vertically moves the sample in the focal region of the pump and probe Used to translate, the x and y axes translate the sample parallel to the focal plane At least, the tilt axis adjusts the direction of the stage 122, Establish the desired angle of incidence. This is because the detectors PDS1, PDS2 will be described later. And through the local processor. In another embodiment, the optical head is a stationary and tiltable stage 122 '(FIG. (Not shown). This is especially true for large objects (eg, 300 mm in diameter). Wafers and mechanical structures). In this embodiment The pump beam, probe beam, and video signal are transmitted to a translatable head. It can be supplied via fibers or fiber bundles. BS5 has a broadband that directs video and a small amount of laser light to video camera 124. It is a beam splitter. Camera 124 and local processor used Automatically position the pump and probe beam at the measurement location. The pump-probe beam splitter 126 receives the incident laser beam pulse (preferably Pumps and probe beams having a duration of less than or equal to picoseconds Rotatable half-wave plate (WP1) for rotating the polarization of the undivided beam including. WP1 is used to cooperate with polarizing beam splitter PBS1 to Perform continuously variable split between loop and probe outputs. This division is Optimal signal-to-noise ratio for a particular sample, controlled by motor Can be obtained. Proper partitioning depends on factors such as sample reflectivity and roughness. Exist. Adjustment is achieved by rotating the moving mount under computer control. Executed. The first acousto-optic modulator (AOM1) converts the pump beam to a frequency of approximately 1 MHz. Chop in numbers. The second acousto-optic modulator (AOM2) includes a pump modulator AOM1 and Cuts the probe beam at a frequency that differs by a small amount. The use of AOM2 Optional in the system shown in FIG. 1A. As described later, AOM is a common The pump and probe beams that can be synchronized to the The pulse repetition rate (PRR) may also be synchronized. A spatial filter 128 is used and, at its output, a filter shown as a retroreflector 129. For input probe beams that change due to the effects of mechanical delay lines, Preserves strange probe beam shapes, diameters, and propagation directions. The spatial filter 128 It includes a pair of openings A1, A2 and a pair of lenses L4, L5. Other than spatial filters Embodiments incorporate optical fibers as described above. WP2 is the same as WP1 · PBS1 of beam splitter 126 by PBS2. A second tunable half-wave plate acting in a similar manner. With WP2, the purpose is For the beam portion used as reference (input to D5 of detector 130). The purpose is to change the ratio of the probe beam portion incident on the sample. WP2 is Motor control can be performed sequentially to obtain approximately a single ratio. Depending on the beam The resulting electrical signal leaves only the modulated portion of the probe that is amplified and processed, Is reduced. PSD2 is used with WP2 to provide a probe beam and reference Obtain any desired ratio of beam intensities. Processor, probe and reference To rotate WP2 before the measurement to zero out the unmodulated part of the beam Thus, this ratio can be adjusted. This allows the difference signal (probe change) Key portion) can be amplified and transmitted to the electronic circuit. Beam splitter BS2 is used to detect the incident probe beam with detector D2. Sample intensity. Linear polarization The probe 132 is used to block the scatter pump light polarization and Let through. Lenses L2 and L3 are for pump and probe beams respectively Focus and collimating objective lenses. Beam splitter BS1 used And the first position-sensitive detector (PSD1) receives the pump and probe beams. Turn some. The first position-sensitive detection device moves and moves the sample stage 122. Used with the processor for autofocus. PSD1 is a processor and Used in conjunction with a computer-controlled stage 122 (tilt and z-axis) Focusing the pump and probe beams on the sample automatically to achieve the desired focus state Get. Detector D1 is compatible with the transient light ellipsometry and reflectance measurement embodiments of the present invention. Can be used through. However, the resulting signal processing varies from application to application. Become. For transient optical measurements, the DC component of the signal is the reference beam input D5 or Or, if necessary, subtract a part of it to cancel the unmodulated part of D1. Or to electrically control the output of D1 to suppress frequencies other than the modulated one. Is suppressed by, for example, filtering. Next, the small modulation portion of the signal is It is amplified and stored. For the ellipsometry, there is no small modulation part, but rather All signals are sampled multiple times during each revolution of the rotation compensator (see FIG. 1B), The resulting waveform is analyzed to generate elliptical polarization parameters. For ellipsometry, the change in total unmodulated probe beam intensity with the sample is D 1 and D2 output signals (D2 is a signal proportional to the intensity of the incident probe Measurement). Similarly, additional elliptical polarization data is detected Obtained from the pump beam using the devices D3, D4. One or both beams Analysis of these elliptical polarization data can be used to characterize the sample. Can be. The use of two beams is used to improve resolution and It is effective to resolve the ambiguity of the solution of the equation. Third beam splitter BS3 directs a portion of the pump beam to detector D4. Used for And it measures a signal proportional to the incident pump intensity . The fourth beam splitter BS4 directs a part of the pump beam to the detector D3 Arranged for. And it measures a signal proportional to the reflected pump intensity . FIG. 1B shows an embodiment of a vertical pump beam, oblique probe beam of the apparatus 102. Show. Parts labeled similarly as in FIG. 1A do not indicate differences in the following. As long as they work the same. In FIG. 1B, the above-described rotation compensator 132 Is provided. The rotation compensator 132 has a power rotation as a linear quarter wave plate. Mounted on a mount and forms part of the ellipsometer mode of the system. The plate is driven, for example, at several tens of Hz in the probe beam. To continuously change the optical phase shift of the probe beam incident on the sample. You. The reflected light passes through the analyzer 134 and the intensity is measured multiple times during each revolution. And transmitted to the processor. The signal is analyzed by a known type of ellipsometry. And measure the properties of the sample (transparent or translucent film). By this To perform ellipsometric measurements using the (pulsed) probe beam it can. Ellipsometry is performed using a pulsed laser. This is for normal conditions Below is a disadvantage. The reason is that the bandwidth of pulsed lasers is Because it is much larger than the usual type of continuous wave (CW) laser is there. If a transient optical measurement is being made, the rotation compensator 132 Is oriented such that is a linear polarization orthogonal to the pump beam. Analyzer 1 34 can be embodied as a fixed polarizer, and additionally, the elliptical polarization of the system. Form part of the optical mode. When the system is used for transient optical measurements The polarizer 134 is oriented so as to block the pump beam. The analyzer 134 may be embodied as a fixed polarizer, and furthermore, Form part of the elliptical polarization mode of the system. When the system is used for acoustic measurements , Polarizer 134 is oriented to block the pump polarization. When used in the elliptically polarized mode, the polarizer 134 can Oriented to block light polarized at 45 ° to the plane of the beam . The embodiment of FIG. 1B further includes a dichroic mirror (DM2). Dichroic Ick mirrors exhibit very high reflectivity for narrowband light near the pump wavelength. And substantially transparent to other wavelengths. Incidentally, in FIG. 1B, BS4 moves and pump beam is sampled together with BS3. Ring and reflect part of the pump to D3 and the second PSD (PSD2). Things. The PSD2 (pump PSD) is a processor, a computer controlled switch. Stage 122 (tilt and z-axis), used with PSD1 (probe PSD) To automatically focus the pump and probe beam on the sample, Get the focus state. The lens L1 is a pump, a video, an optical heating and focusing objective. Used as a lens, while optional lens L6 is used to These sampling lights are focused on the video camera 124. Referring to FIG. 1C, an embodiment of the device 104, particularly a single wavelength, vertical pump, oblique A description will be given of a probe and a synthetic elliptically polarized light embodiment. As before, not previously listed Only the parts that are not described will be described below. Shutter 1 and shutter 2 are computer-controlled shutters. Depending on the system, the pulse pro Helium-neon laser 136 in elliptically polarized light mode Can be used. For transient optical measurements, shutter 1 is opened and shut Tab 2 is closed. For elliptically polarized light measurement, shutter 1 is closed and shutter 2 Is opened. The helium-neon laser 136 is a low power continuous wave laser, Some films have been found to produce excellent elliptical polarization performance. FIG. 1D is a two-wavelength embodiment 1D of the system shown in FIG. 1C. In this embodiment, And the beam splitter 126 provides one or more light beams of the incident unsplit incident laser beam. A harmonic splitter that generates harmonics is replaced with an optical harmonic generator. This is a nonlinear optical material that is suitable for generating second harmonics from the incident laser beam ( DX) and lenses L7, L8. The pump beam is a dichroic Is shown to be transmitted to AOM1 by the mirror (DM138a), while , The probe beam is reflected by the retroreflector. The opposite situation is also possible. Shorter waves Length can also be transmitted, and longer wavelengths can be reflected. Vice versa Is also possible. In the simplest case, the pump beam is the second harmonic of the probe beam There is (ie, the wavelength of the pump beam is half of the probe beam). In the present embodiment, AOM2 is omitted. What would be Pump Bee Omission of the system is performed by the color filter F1, which is based on the heterodyne method. Easy and It is cost effective. F1 corresponds to the probe beam and He-Ne wavelength. High transmittance, but very low for the pump wavelength. Finally, FIG. 1E shows a normal incidence, two wavelength, synthetic elliptical polarization embodiment 108. . In FIG. 1E, the probe beam is incident on PBS2 and is transmitted by PBS2. Polarized along the direction passed. The probe beam is WP3, a quarter After passing through one wavelength plate and reflecting from the sample, it returns to PBS2 and most of it is reflected. And then directed to detector D0 of detector block 130 . D0 measures the reflected probe beam intensity. More specifically, WP3 causes the incident plane polarized probe beam to be circularly polarized . The dominant hand of polarization is reversed by the reflection from the sample and emanates from WP3 after reflection Then, the probe beam becomes a linear polarization orthogonal to its initial polarization. BS Reference numeral 4 reflects a part of the reflection probe by the autofocus detector AFD. DM3, a dichroic mirror, has a probe beam on the same axis as the illuminator. And the pump beam. DM3 has high reflectivity for probe wavelength And is substantially transparent at most other wavelengths. D1, the reflected helium-neon laser 136 detector, is Only used. 1E is compared with FIGS. 1C and 1D. The splitter 1 re-starts to block the incident laser beam in front of the harmonic splitter 138. And placed. Based on the foregoing description, a selected one of the preferred embodiments of the measuring device is , A short light pulse (pump beam) is directed at the surface area of the sample and then a second A light pulse (probe beam) is directed at the same or later Investigate the characteristics of the pull. The reverse shown in all of the illustrated embodiments of FIGS. 1A-1E. Reflector 129 provides the desired instantaneous separation of pump and probe beams. Used for The devices 100, 102, 104, 106, 108 can measure the following variables. That is, (1) Small modulation change ΔR of reflected probe beam intensity (2) Transmission probe beam intensity change ΔT (3) Change in polarization of reflected probe beam ΔP (4) Change in optical phase of reflected probe beam Δφ (5) Change of probe beam reflection angle Δθ All of these variables (1)-(5) are Considered to be a transient response. These measurements are taken together with: (A) any variable shown as a function of the angle of incidence of the pump or probe light (1) -Measurement of (5) (B) any variable as a function of one or more wavelengths for the pump or probe light ( 1)-(5) measurement (C) Light reflection by measuring the average intensity of incident and reflected light of pump and probe beams Measuring rate (D) Measurement of average phase change of pump and probe beams at reflection (E) The average polarization and optical phase of the incident and reflected pump and probe beams Measurement The variables (c), (d), and (e) are the average or stationary response of the sample to the pump beam. It is considered to be static responses. When irradiated with a pump pulse of unit energy per unit area of sample, Using computer simulation, the change R in the light reflectance of the sample_sim(t) The calculation is included in the present invention. Simulations include pumps and probes Gives the value for the static reflection coefficient of the beam. The system may be, for example, the photoda of FIG. 1C. Transient P of the reflected probe pulse output as measured by the diode D1 Measure the probe-reft. In addition, the output on incident and reflected beams From the ratios, the static reflection coefficients of the pump and probe beams are also measured. Injection probe The output is measured by the photodiode D2 in FIG. The incident pump output is measured by D4 and the reflected pump output is measured by D4. Force is measured by D3. The results of such simulations for transient changes in light reflectivity are compared to actual system measurements To correlate with the fixed value, You need to know. That is, (A) Pump and probe beam output (B) Intensity distribution of these beams (C) Beam overlap on sample surface Pump beam is in area A_pumpAnd the pump intensity in this area is uniform Assume first. Next, for each applied pump pulse, it is absorbed in a unit area The pump energy is represented by the following equation. In equation (1), f is the repetition rate of the pump pulse train, and R_pumpIs The reflection coefficient for the beam. Thus, the change in the light reflectance of each probe light pulse can be expressed by the following equation. You. The change in the output of the reflected probe beam is expressed by the following equation. In a real system, in fact, irradiation of the sample Does not produce a uniform intensity of the incident pump beam. Furthermore, the intensity of the probe light It depends on the position on the pull surface. Considering these changes, ΔP_probe _-R _eft Is modified as follows: However, in equation (4), the effective area A_effectiveIs defined as: The intensity of the probe and pump beam at the sample surface, respectively. Pump And the effective area of probe beam overlap_effectiveAnd Similar expressions are expressed as a change in light transmittance ΔT (t), a change in optical phase Δφ (t), It can be derived from the change Δβ (t) in the reflection angle of the light. The following quantities, ie ΔP_probe-reft, P_probe-inc, P_pump-inc, R_pump, R_probeIs measured by the system. By computer simulation What, AR_sim(T), R_pump, R_probeIs obtained. in this way The following comparison, to measure the properties of the sample, It can be done between simulation and system measurements. (1) Simulation and measured reflection coefficient R_pumpcomparison (2) Simulation and measured reflection coefficient R_probecomparison (3) Simulation and measurement transient change Δ in output of reflected probe light P_probe _-Reftcomparison To compare the simulation with the measured change, A_effectiveThe value of It is apparent from the above equation (4) that it is necessary to know. This is done in the following way Done by (A) The first method uses pump and probe beam intensities directly on the sample surface. Degree change, that is, a function of position.A using_effectiveIs calculated. This can be done, but in an industrial environment Requires very careful measurements that are difficult to perform. (B) The second method is A_effectiveFor a sample of system S for which Transient response ΔP_probe _-ReftMeasure the dimensions of Next, the method uses A_effecti _ve Is the response ΔP of the same sample of the system S ′ in which_probe _-Reft Is measured. Depending on the ratio of the reactions in the two systems, The reciprocal of the effective area ratio is known. This is an effective method. What is the pump And professional The area illuminated by the probe beam is desirable for instruments with high-speed measurement capability. System S so that it is a specially configured system that is larger than Because it is selected. Because the area is large for this system, the position function and Pump and probe via the sample surface It is easy to do. Simulated reflectance change ΔR_simTotal of (t) This method is effective even when the amount to be calculated is not known. (C) The third method is to use the transient response ΔP_probe _-ReftIs measured. here Wherein the sample is a pump pulse of unit energy per unit area of the sample Simulated reflectance change ΔR of the sample when illuminated at_sim(T The amount that goes into the calculation of) is known. Next, the measured transient response ΔP_probe _-Ref _t By comparing the effective area A with the response predicted from FIG._effectiveIs measured Is determined. Effective area A_effectiveIs important in a series of measurements . To ensure this, the device shown in FIGS. 1A to 1E uses a pump and Pump and probe for reproducible intensity changes of the probe and probe beams. It incorporates a means to automatically focus the beam onto the surface of the sample. Oh The focus system has information about the size and relative position of the beam on the sample surface. Effect transition A mechanism is provided to maintain the system in a predetermined state appropriate for response measurement. Note that the magnitude of the optical transient is used to draw quantitative conclusions about the sample. In all applications where the amplitude of the background signal is The calibration scheme described above, the measurement scheme An important feature of the stem, this calibration requires pumping and probing at the surface of the sample. It involves measuring the size and area of the beam overlap. How to compare computer simulation results and system measurements The above description assumes that the detectors of the measurement system are calibrated. Such systems use detectors operating in the linear range, and therefore the output power of each detector. It is taken into account that the pressure V is proportional to the incident light output P. V = GP for each detector There is a constant G The above explanation indicates that the constant G is known for all detectors. Is assumed. If this information is not available, P_probe _-Inc, P_pump _-Inc , P_probe _-ReftThe calibration factor associated with each detector that measures_effectiveand and f into a single overall system calibration value C. Therefore, for calibration factor C , Equation (4) is expressed as the following equation. In equation (6), ΔV_probe _-ReftIs the output change of the reflected probe light (D1) Is the output voltage from the detector used to measure_pump _-IncIs The output voltage from the detector used to measure the injection pump light (D4), V_probe _-IncIs the output of the detector used to measure the incident probe light (D2). Force voltage. Thus, it is sufficient to measure the constant C. This is the following 2 This can be done in one of two ways. (A) The first method is to use the transient response ΔV of the sample._probe _-ReftIs measured. still, For this sample, the sample is a pump pulse with unit energy per unit area Simulated reflectance change ΔR of the sample when illuminated at_sim( All the quantities that go into the calculation of t) are known. Next, the method uses V_probe _-Inc, V_pump _-Inc Measurement, then either measurement or computer simulation R_pumpIs measured. Next, this method defines a condition that satisfies equation (6). Find the value of the number C. (B) The second method is to use a transient response V to a reference sample._probe _-ReftMeasure You. It should be noted that, for this sample, the sample has a unit energy per unit area. When illuminated with a pump pulse, the transient optical response ΔR (t) can be Measured using a pre-calibrated system. Next, the method uses V_probe _-R _eft , And V_pump _-IncIs measured, and R_pumpAnd then: Satisfying Find the value of the constant C. For both of these methods, V_probe _-ReftBefore taking measurements It is important to establish a scum condition. C is A_effectiveThe value of the Because it depends on In view of the above, the present invention provides two sample properties: a material comprising a thin film. To obtain the best results for material thickness and composition, Use analysis of sound and sound data. In the present invention, “composition” refers to , Phase, morphology, crystal orientation, particle size and the like. The analysis assumes values for one of the properties, and then The other is measured by comparing data obtained from a known reference sample. The analysis also assumes values for one property and then simulates or The other is measured by comparison with data from a reference sample of Improve the values for the specified characteristics, and then obtain the best results for both characteristics. By continuing the repetition at, it makes sense. For example, this In other words, first assuming the thickness of the film, then measuring the composition of the film Therefore or By first assuming the composition for the film and then measuring the thickness, It is. Both are equally effective methods. For example, in the first method, the following steps are performed. (A) Calibrate the measurement system, autofocus and monitor as shown in FIG. 1C. Measure the sample. (B) Assume a value for the thickness (d) of the film. (C) a film of the same general type with an assumed thickness (eg TiSi_Two ) Comparing the background signal corresponding to Measure the composition. This includes sound velocity, density, optical constants such as n and κ, coefficient of thermal expansion, Use of specific material properties such as specific heat, thermal conductivity, and derivatives of n and κ for strain. To taste. For example, the material properties of 46-54 TiN are similar to those of 47-53 TiN. Different from characteristics. (D) Match the physical properties of the film from step C with the sample film . (E) infer an improved value of d from analysis of the acoustic portion of the data. (F) Repeat steps BE until convergence (correct answer) is obtained selectively . In the second method, the following steps are performed. (A) Calibrate the measurement system, autofocus, and measure the sample You. (B) Assume a composition of a film (for example, 50-50 TiN). (C) Infer the thickness value from the analysis of the acoustic part of the data. (D) a film of the same general type (eg TiN) with the assumed thickness To measure the improved composition of the film by comparing the background signal corresponding to You. This includes specific properties such as sound velocity, density, optical constants, stress derivatives, etc. The use of material properties is again implied. (E) Match the physical properties of the film from step C with the sample film . (F) Step BE is repeated until convergence is selectively obtained. In a third method, a simple variant of the first method, the following steps are performed: . (A) Calibrate the measurement system as shown in FIG. Measure the sample. (B) The value of the thickness (d) of the film is assumed. (C) Back equivalent to film of the same general type with assumed thickness Compare the ground signal to determine the potential composition of the film. (D) Match physical properties of film to sample film from step C . In a fourth method, a simple variant of the second method, the following steps are performed: You. (A) Calibrate the measurement system, autofocus, and measure the sample You. (B) Assume the composition of the film. (C) Estimate the thickness value from analysis of the acoustic part of the data. (D) Match physical properties of film to sample film from step C . Each of the above steps of the comparison is measured or estimated from multiple reference samples. Interpolation can optionally be performed between reference data and parameters. In addition, the method includes stoichiometry, crystal structure, morphology, structural phases, alloy composition, Depending on the content, doping level, defect density, isotope content, crystal orientation, etc. And modifying the assumed composition of the film or film. The teachings of the present invention relate to groups III-V having one or more of the compositional elements of unknown content. Used with compound semiconductors such as II-VI compound semiconductors. The teachings of the present invention are particularly useful for sumps comprising semiconductor materials and metals, i.e., silicides. It is particularly effective for use with files. In connection with the above, the teachings of the present invention teach that a small number of It is effective for samples consisting of at least a two component alloy. An example is T i-W, Au-Cr, Al-Cu, Al-Cu-Si, Si-Ge, In-Ga -As, Ga-Al-As, and Hg-Cd-Te. The method of the present invention includes an annealing temperature, an annealing layer thickness, and an annealing temperature. Effective for thermally annealed samples to measure the phase of the neal layer . The present invention can be used to have a pump wavelength sufficient to excite a stress wave in a sample. Has a wide range of materials and material systems with limited (effective) absorption It has an effect on fruit and material systems. Described with respect to the embodiment shown in FIG. 1D Thus, the wavelengths of the pump and probe pulses may be different. Thus, while the present invention has been shown and described with reference to a preferred embodiment, Variations in form and detail may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. be able to.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号０８／８０８，６３２ (32)優先日平成９年２月28日(1997．2．28) (33)優先権主張国米国（ＵＳ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＤＥ，ＧＢ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＲ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (31) Priority claim number 08 / 808,632 (32) Priority date February 28, 1997 (Feb. 28, 1997) (33) Priority country United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), DE, GB, IL, J P, KR

Claims

[Claims] 1. a method of characterizing a sample, Acquire data from a sample using at least one probe beam wavelength During the delay time, at least one of the samples induced by the pump beam. Measuring the change in the two transient light responses; The background signal component of the data is converted to certain physical and chemical material properties. A similar delay time from one or more samples prepared under known conditions to guide By analyzing the data and comparing the data obtained in A process of determining at least one material property; Using at least one measured material property, at least one transient light response Analyze the components of the measured change in response to determine at least one sample characteristic of the subject. Another process, Wherein the component arises from the ultrasound generated by the pump beam And how. 2. The first step of the analysis is to interpolate between the reference samples to obtain an intermediate set of material properties The method of claim 1 including a step. 3. Material properties include sound velocity, density, optical constant, coefficient of thermal expansion, specific heat, thermal conductivity, and strain. Claims comprising at least one of the following derivatives of the optical constant: 2. The method according to item 1. 4. Film stoichiometry, crystal structure, morphology, structural phase, alloy composition, content of impurities At least one of: doping level, defect density, isotope content, and crystal orientation The method of claim 1, wherein one is measured. 5. Include initial steps to calibrate the measurement system used to obtain the data, The positive path is the overlap area and size of the pump and probe beams at the sample surface 2. The method according to claim 1, further comprising the step of measuring. 6. At least one transient optical response is a modulation change in the intensity of the reflected portion of the probe pulse. ΔR, intensity change ΔT of the transmitted part of the probe pulse, polarization of the reflected probe pulse ΔP, optical phase change Δφ of reflected probe pulse, reflection angle of probe pulse 2. The method according to claim 1, wherein the measurement includes one of the degrees of change Δθ. The method described. 7. A method of characterizing a sample, Acquire data from a sample using at least one probe beam wavelength During the delay time, at least one of the samples induced by the pump beam. Measuring the change in the two transient light responses; Prepare background signal components of data using similar sample preparation techniques Comparing data obtained from one or more samples with similar delays The process of analyzing the data to determine the sample preparation technique, Using data corresponding to the identified sample preparation techniques Analyzing the component of the measured change in at least one transient light response; Wherein the component arises from the ultrasound generated by the pump beam And how. 8. The sample is characterized by comprising a wafer containing semiconductor material and metal The method according to claim 7. 9. The sample consists of a wafer containing semiconductor material and silicide. The method according to claim 7. Ten. The first step of the analysis is a reference sample prepared by different sample preparation techniques. 8. A method according to claim 7, including the step of interpolating between files. . 11． Have an initial step of calibrating the measurement system used to obtain the data, The positive path is the overlap size and area of the pump and probe beams on the surface of the sample 8. The method according to claim 7, further comprising the step of: 12． At least one transient optical response is a modulation change in the intensity of the reflected portion of the probe pulse. ΔR, the change in the intensity of the transmitted portion of the probe pulse ΔT, the polarization of the reflected probe pulse. Change in light ΔP, change in optical phase of reflected probe pulse Δφ, reflection of probe pulse 8. The method according to claim 7, including one of the measured values of the angle change Δθ. The method described in. 13. Examining sample properties to determine at least one sample property of interest A breaking system, Generates a series of pump pulses and a series of probe pulses Means for directing the pulse to the sample surface and Obtain data from the sample using at least one probe pulse wavelength The pump pulse during the delay between the individual pump and probe pulses Measuring the change in at least one transient light response of the sample induced by the Steps and One prepared under well-known conditions to guide certain physical and chemical material properties Data is backed up to data corresponding to the same delay time for one or more reference samples. Analyze data by comparing background signal components to reduce sample Means for determining at least one material property; Has, The analysis means is caused by the ultrasound generated by the pump pulse The at least one transient light using at least one measured material property. The components of the measured change in response are analyzed and at least one sample of the subject is analyzed. A non-destructive system operable to determine a pull characteristic. 14. The analysis means performs interpolation between data obtained from a plurality of reference samples. 14. The system according to claim 13, including means. 15． The material properties include sound velocity, density, optical constant, coefficient of thermal expansion, specific heat, thermal conductivity, and strain. And at least one of the derivatives of the optical constants of interest Range 13 System. 16． Film stoichiometry, crystal structure, morphology, structural phase, alloy composition, content of impurities At least one of: doping level, defect density, isotope content, and crystal orientation 14. The system of claim 13, wherein one is determined. 17． Further comprising means for calibrating the system, wherein the calibrating means comprises: Including means for establishing overlap area and size of pump and probe pulses The system according to claim 13, characterized in that: 18． At least one transient optical response is a modulation change in the intensity of the reflected portion of the probe pulse. ΔR, intensity change ΔT of the transmitted part of the probe pulse, polarization of the reflected probe pulse Change ΔP, change Δφ in optical phase of reflected probe pulse, reflection angle of probe pulse 14. The method according to claim 13, wherein the measured value includes one measured value of the change Δθ. The described system. 19. Data corresponding to a similar range of delay times is: (A) at least one reference sample; (B) the modeled diffusion process and corresponding physical parameters The method according to claim 13, wherein the image is generated from at least one of the following. The described system. 20. The sample comprises a wafer containing semiconductor material and silicide. The system according to claim 13 Stem. twenty one. The sample comprises a wafer containing semiconductor material and metal The system according to claim 13. twenty two. The sample consists of a substrate and at least one thermal anneal laminated on the surface of the substrate 14. The system according to claim 13, comprising a wafer comprising: M twenty three. Analyzing means shall report the annealing temperature of at least one thermal annealing layer The system according to claim 22, characterized in that: twenty four. Analytical means reports the presence or absence of a predicted layer corresponding to at least one thermally annealed layer 23. The system of claim 22, wherein the system is configured to: twenty five. The analyzing means reports at least one thermal anneal layer thickness. 23. The system according to claim 22. 26. A method for examining the characteristics of a sample, (A) Data from a sample using at least one probe beam wavelength Acquire and at least of the sample induced by the pump beam during the delay time Measuring the change in one transient light response; (B) a process for assuming a value of the film thickness; (C) The background signal generated from the non-acoustic component of the acquired data is Same common tie with fixed thickness Comparing the data corresponding to the film of the film to determine the composition of the film, (D) Sample the measured physical properties of the film as a result of performing Step C The process of adapting to film, A method comprising: 27. (E) Estimating the improved value of thickness from analysis of the acoustic components of the acquired data The method of claim 26, further comprising the step of: 28. (F) Step C, until convergence between film thickness and material properties is achieved 28. The method according to claim 27, further comprising a step of repeating -E. the method of. 29. The process of determining the most likely composition of the film is interpolated between the reference samples. 26. The method according to claim 26, further comprising the step of obtaining the material properties of the film. The method described in the section. 30. Material properties include sound velocity, density, optical constant, coefficient of thermal expansion, specific heat, thermal conductivity, and strain. Claims comprising at least one of the following derivatives of the optical constant: Item 30. The method according to Item 29. 31. Film stoichiometry, crystal structure, morphology, structural phase, alloy composition, content of impurities At least one of: doping level, defect density, isotope content, and crystal orientation 27. The method of claim 26, wherein one is determined. 32. At least one transient optical response is the response of the probe pulse. The modulation change ΔR of the intensity of the emitted part, the intensity change ΔT of the transmitted part of the probe pulse, The change in polarization of the probe pulse ΔP, the change in the optical phase of the reflected probe pulse Δφ, Characterized in that it includes one measured value of the change Δθ of the reflection angle of the pulse. 27. The method according to claim 26. 33. The comparison process is as follows: (A) at least one reference sample, (B) a modeled diffusion process and corresponding physical parameters, Use data corresponding to the delay time range generated from at least one of 27. The method of claim 26, wherein: 34. The sample consists of a wafer containing semiconductor material and silicide 27. The method according to claim 26, wherein 35. The sample comprises a wafer containing semiconductor material and metal 27. The method according to claim 26. 36. The sample comprises a substrate and at least one thermal anneal laminated to the surface of the substrate 27. The method of claim 26, comprising a wafer comprising: 37. Further comprising reporting an annealing temperature of the at least one thermal annealing layer 37. The method of claim 36, wherein: 38. Predictive phase corresponding to at least one thermally annealed layer 37. The method according to claim 36, further comprising the step of reporting nothing. Law. 39. Characterized in that it further comprises the step of reporting the thickness of the at least one thermal anneal layer. 37. The method of claim 36, wherein the method is characterized in that: 40. Have an initial step of calibrating the measurement system used to obtain the data, The positive stroke depends on the size of the overlap area of the pump and probe beams on the sample surface. 27. A method according to claim 26, including the step of measuring the area and the area. . 41. A method for examining the characteristics of a sample, (A) Data from the sample using at least one probe beam wavelength Acquire and at least of the sample induced by the pump beam during the delay time Measuring the change in one transient light response; (B) a process of assuming the composition of the film; (C) Estimated film thickness value from analysis of acoustic part of data and assumed composition Process including considering the material properties of the film based on the film having When, (D) a background equivalent to a film of the same general type with an estimated thickness Comparing the round signals to determine the improved composition of the film; A method comprising: 42. (E) Sample material from process D to film material The method according to claim 41, further comprising a step of associating the characteristic. The method described. 43. (F) Until convergence between composition and thickness of sample film is achieved 42. The method according to claim 42, further comprising the step of repeating steps CE. The method described in the section. 44. The process of determining the improved composition of the film is interpolated between reference samples. 42. The method according to claim 41, further comprising the step of obtaining the material properties of the film. The method described. 45. Material properties include sound velocity, density, optical constant, coefficient of thermal expansion, specific heat, thermal conductivity, and strain. Claims comprising at least one of the following derivatives of the optical constant: 42. The method according to item 41. 46. The composition of the film is stoichiometric, crystal structure, morphology, structural phase, alloy composition, impure Content, doping level, defect density, isotope content, crystal orientation 42. The method of claim 41, comprising one. 47. At least one transient optical response is a modulation change in the intensity of the reflected portion of the probe pulse. ΔR, intensity change ΔT of the transmitted part of the probe pulse, polarization of the reflected probe pulse ΔP, optical phase change Δφ of reflected probe pulse, reflection angle of probe pulse 42. The method according to claim 41, comprising one measured value of the degree change Δθ. the method of. 48. The comparison process is (A) at least one reference sample, (B) a modeled diffusion process and corresponding physical parameters, Use data corresponding to the delay time range generated from at least one of 42. The method of claim 41 wherein: 49. The sample consists of a wafer containing semiconductor material and silicide 42. The method according to claim 41, wherein 50. The sample comprises a wafer containing semiconductor material and metal 42. The method according to claim 41. 51. The sample comprises a substrate and at least one thermal anneal laminated to the surface of the substrate 42. The method of claim 41, comprising a wafer comprising: 52. Further comprising reporting an annealing temperature of the at least one thermal annealing layer 52. The method of claim 51, wherein: 53. Updated the process to report the presence of at least one thermal anneal layer and the corresponding predicted phase 52. The method according to claim 51, comprising: 54. Characterized in that it further comprises the step of reporting the thickness of at least one thermal anneal layer. 52. The method of claim 51 wherein the method is characterized in that: 55. Have an initial step of calibrating the measurement system used to obtain the data, The positive stroke is a pong on the surface of the sample. Including the step of determining the area and size of the overlap region of the probe and probe beams. 42. The method of claim 41, wherein the method is characterized in that: