JP2002516984A

JP2002516984A - 構造物の性質を測定する装置及び方法

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Publication number: JP2002516984A
Application number: JP2000551218A
Authority: JP
Inventors: フックス，マーティン; ジェイバネット，マシュー; エイネルソン，キース; エイロジャーズ，ジョン
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2002-06-11
Also published as: US6795198B1; EP1000316A1; WO1999061866A1

Abstract

(57)【要約】少なくとも一層（１０）を有する構造物の性質を測定する方法及び装置を開示する。装置は、光学パルス（１２）を発生させるレーザ（５２）と、前記光学パルスを少なくとも二つの励起パルス（１２’、１２’’）に分割するビームスプリッタ（６２）と、前記構造物上に又は前記構造物中に前記励起パルスを空間的及び一時的に重ねて、前記構造物の性質を変化させる、例えば時間依存表面リプル（１７ａ、１７ｂ）を発生する音波を発する励起パターン（１５）を形成する光学システム（７０）と、プローブビーム（２０）を発振させて信号ビーム（２０’）を発生させる光源（５４）とを具備する。ビームスプリッタのような回折素子を利用することにより、前記構造物に上記素子の像を写し、信号ビームとして前記構造物により反射されたプローブビームを利用することにより、正確で、且つ信頼性のある測定を実行することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は構造物の性質を測定する装置に関し、該装置は、光学パルスを発生させるレーザと、前記光学パルスを受け、それを分割して少なくとも二つの励起パルスを発生さ
せるビームスプリッタと、前記少なくとも二つの励起パルスを受け、前記パルスを空間的及び一時的に構
造物上に又は構造物に重ねて、音波を、電子的応答を、若しくは前記構造物の少
なくともある部分を変化させる熱的応答を発する励起パターンを形成する光学シ
ステムと、プローブビームを発生させて前記構造物の前記部分を感知して信号ビームを発
生させる光源と、前記信号ビームを受け、応答して光誘起電気信号を発生する光学的検出システ
ムと、前記光誘起電気信号を解析して前記構造物の性質を測定するアナライザーとを
具備する。

【０００２】更に、本発明は前記構造物の性質を測定する方法にも関する。

【０００３】マイクロエレクトロニクス装置の製造中に、金属及び金属合金の薄いフィルム
はシリコンウエハに堆積させ、電気的導体、接着促進層や拡散バリアとして利用
される。例えば、マイクロプロセッサーは銅、タングステン及びアルミニウムの
金属フィルムを電気的導体やインターコネクトとして利用し、チタンやタンタル
を接着促進層として、更にチタン：窒化物やタンタル：窒化物を拡散バリアとし
て利用する。上記フィルムの膜厚の変動により、その電気的及び機械的性質を変
質させ、マイクロプロセッサーの性能に影響を与える。金属フィルムの目標膜厚
値はその機能により変化し、導体及びインターコネクタでは、一般には３０００
から１００００オングストロームの厚さであり、一方、接着促進及び拡散バリア
層では、一般には１００と５００オングストロームとの間の厚さである。

【０００４】マイクロプロセッサーの製造中に、フィルムは目標値の数パーセント以内の厚
さを有するように堆積させる。上記の厳しい許容度のため、フィルムの厚さはマ
イクロプロセッサーの製造中及び/又はその後に、品質制御されたパラメータと
して、しばしば測定される。非接触、非破壊測定技術（例えば、光学的技法）は
、「モニター」サンプルよりもむしろ、パターン化された「生成物」サンプルを
測定可能にするので好ましい。生成物サンプルの測定には、製造工程における誤
差を正確に示し、更に、モニターサンプルに関連するコストを低減させる。

【０００５】薄く不透明なフィルムを測定する光学的方法は開示されている。例えば、米国
特許第５、６３３、７１１号（発明名称“MEASUREMENT OF MATERIAL PROPERTIES
WITH OPTICALLY INDUCED PHONONS”）、米国特許第５、５４６、８１１号（発
明名称“OPTICAL MEASUREMENT OF STRESS IN THIN FILM SAMPLES”）、米国特許
第５、６７２、８３０号（発明名称“MEASURING ANISOTROPIC MATERIALS IN THI
N FILMS”）、米国特許出願第０８/７８３、０４６号（発明名称“METHOD AND
DEVICE FOR MEASURING THE THICKNESS OF OPAQUE AND TRANSPARENT FILMS”）に
は、衝撃刺激熱的散乱（impulsive stimulated thermal scattering、「ISTS」
）と呼ばれる光学的測定技法が開示されている。ISTSでは、二つの光学パルスが
サンプル上に重なり、反対方向に伝播する音波を発する空間的及び一時的に変化
する励起パターンが生じる。上記特許及び適用は本出願と同じ発明者であり、本
願の参考文献として引用される。米国特許第５、３９４、４１３号（発明名称“
PASSIVELY Q‐SWITCHED PICOSECOND MICROLASERS”）には、励起パルスを発振さ
せるのに利用される小型の「マイクロレーザ」が記載されている。米国特許第５
、７３４、４７０号（発明名称“DEVICE AND METHOD FOR TIME‐RESOLVED OPTIC
AL MESUREMENTS”）には、単一のパルスが回折マスク、例えば位相マスクをどの
ように通過し、二つの光学パルスが発生するかが説明されている。更に、上記特
許も本願の参考文献として引用される。

【０００６】 ISTSでは、音波は交互の一連のピークとゼロを含む「過渡格子」を誘発する。
プローブパルスは格子を照射し、回折されて一組の信号ビームが発生する。信号
ビームの一つ又は双方が検出され、解析されてサンプルの性質を測定する。

【０００７】 ISTSの別の実施態様では、二つの励起ビームが部分的反射ミラー（例えば、ビ
ームスプリッタ）により単一のビームから分離され、過渡格子を形成するのに利
用される。それからプローブビームが格子のピーク若しくはゼロに集束され、そ
の位置で反射され、検出され、更に解析されてサンプルの性質を決定する。この
場合において、回折ビームは検出されない。上記測定における精度には、固定さ
れるべき格子の位相、つまりピークとゼロの位置はプローブビームに対して固定
されていなければならないことが必要である。一般には、ピーク及びゼロは数ミ
クロンだけ離れており、よってレーザビームのほんのわずかな変動により、上記
構成部品はプローブビームに対して移動する。短い時間に、プローブビームにマ
ップ化された変動（例えば、信号）が平均化させる。一般には、従来からのレー
ザにより発生したビームは空間的な変動を受け、光学的検出器と、閉ループフィ
ードバックシステムと、電気光学的光変調器（又は同様な手段）とを具備するア
クティブ安定化システムが測定には利用される。かかるシステムはピークとゼロ
の位置を固定し、装置を一層複雑にするが、反射ビームを正確に測定することが
できるようになる。

【０００８】米国特許第４、５２２、５１０号には、別の光学的技術が開示されており、単
一の励起ビームがサンプルに照射され、吸収されて「熱波」を開始する。プロー
ブビームが熱波から反射され、解析されてサンプルの性質（例えば、打込みイオ
ンの濃度）を決定する。

【０００９】本発明の目的は特許請求の範囲の請求項１のプレアンブルで説明した種類の装
置及び方法を提供し、格子の位相が簡単な手段により固定されている。

【００１０】前記装置は、ビームスプリッタは回折素子であり、信号ビームはある部分で反
射されたプローブビームにより構成されることを特徴とする。

【００１１】励起パルスの光学的パルスを分割させる唯一つの回折素子と、その後のパルス
に重ねるように励起パルスに共通する一つの光学システムとを利用することによ
り、上記パルスにより誘発される格子は、分割に利用される部分的反射ミラーと
重ねるために利用される追加のミラーの場合よりは、一層安定になる。

【００１２】装置の好ましい実施態様では、光学システムは前記部分の回折素子の像を形成
することを特徴とする。

【００１３】過渡格子のピーク及びゼロは回折素子により決定され、回折素子に照射するレ
ーザビームの位置又は方向における空間的変動にもかかわらず、長時間での安定
化が達成される。過渡格子を安定化させるための閉ループフィードバックシステ
ムは必要ない。

【００１４】更に、好ましくは、装置はレーザがマイクロチップレーザであることを特徴す
る。

【００１５】小型マイクロチップレーザの使用により、過渡格子の空間的変動をも最小化さ
せる。なぜなら、かかるレーザから発振されたビームは、多分レーザのコンパク
トな幾何学的配置によりほんのわずかな空間的変動を受けるからである。励起パ
ターンから発する音波は構造体の性質を変化させ、例えば、時間依存「表面リプ
ル」を発生させる、若しくはサンプルの屈折率又は吸収係数のような光学的性質
を変化させる。表面リプルは、表面の形態における時間依存変化として定義され
、一般には、ピークからゼロまでの振幅は数オングストローム又はそれ以下であ
る。装置は、プローブビームを発生させて、そのビームは変化した性質を含む構
造物の領域から反射して信号ビームを発生させる光源をさらに具備する。光学的
検出システムは反射信号ビームを受け、応答して光誘導電気信号を発生する。ア
ナライザーは前記信号を解析して構造物の性質を測定する。

【００１６】実施態様では、回折素子は、光学的に透明な基板（例えば、石英プレート又は
顕微鏡スライド）を有する位相マスクである。通常、その基板には、０．１と１
００ミクロンの間の空間的周期性を有する一連の平行溝により特徴付けられる一
つ又はそれ以上のパターンの特徴を有する。

【００１７】前述したしように、一般には、レーザはダイオードでポンプされ、受動的Ｑス
イッチ動作のマイクロチップである。例えば、レーザはＮｄ：ＹＡＧ、チタン：
サファイア、クロム：ＬＩＳＡＦ、上記材料の類似物、又はファイバーレーザで
ある。典型的な実施態様では、レーザは５ｍｍ以下の膜厚を有するＮｄ：ＹＡＧ
層を特徴とする。装置で利用するレーザは典型的には１ナノ秒若しくはそれ以下
の継続時間を有するパルスを発振する。

【００１８】一般には、音波は構造表面を変化させる。音波がその表面の時間依存リプルを
発生させるときに、プローブビームが整列され、リプルから偏向されて信号ビー
ムを形成する。この場合には、光学的検出システムは、プローブビームの偏向角
度で変化する電気信号を発生させる検出器（例えば、バイ‐セル検出器又は後述
するフォトダイオード）を具備する。あるいは、変化した性質は、屈折率又は吸
収係数のような構造物の光学的性質である。本願では、プローブビームは変化し
た光学的性質を含む構造物のある領域から反射され、光学的検出システムは反射
信号ビームの位相を検出するように配置される。本願では、光学的検出システム
は干渉計を具備する。

【００１９】他の実施態様では、光学システムは構造物上に又は構造物中に励起パルスを集
め、そして重ねる少なくとも一つのレンズを具備する。例えば、光学システムは
約１：１の倍率比を有するレンズペア（例えば、アクロマートペア）を具備する
。「約１：１」とは、０．８：１と１．２：１との間を意味する。更に、装置は
音波にプローブレーザビームを集束させるレンズを具備する。例えば、音波が時
間依存リプルモルフォロジーを発生させるときに、プローブビームはピーク、ゼ
ロピークとゼロとの間の領域、又はその部分を照射する。プローブビームは屈折率
又は吸収係数における時間依存変化をするサンプルの領域をも照射する。

【００２０】アナライザーは音波の周波数又は位相速度を決定するように配置される。上記
パラメータは、構造物の一つ又はそれ以上の層の厚さを求めるために利用される
。例えば、アナライザーは周波数又は位相速度、層の密度、並びに励起パターン
の波長を解析することにより、層の厚さを計算するように配置される。別の実施
態様では、アナライザーは構造物の密度、抵抗力、接着力、デラミネーション、
弾性力、粗さ又は反射力を求めるように配置される。この計算の詳細は、本願の
参考文献として引用された前述した特許及び特許出願に記載されている。

【００２１】通常、構造物にはシリコンウエハが含まれ、層はアルミニウム、タングステン
、銅、チタン、タンタル、チタン：窒化物、タンタル：窒化物、金、銀、白金又
はそれらの合金からなる金属フィルムである。

【００２２】別の態様では、装置は光学パルスを発生させる受動的Ｑスイッチ作動レーザと
、前記光学パルスの一部分を受けてトリガーパルスを発生させるフォトダイオー
ドとを特徴とする。装置の他の構成部品は、前述したものと同じである。この場
合、装置は光誘起電気信号（例えば、光検出器からの）とトリガーパルスを受け
るデータ収集システムを具備する。応答して、システムはデータ信号（例えば、
後述する信号波形）を発生し、解析されて構造物の層の厚さを測定する。

【００２３】別の態様では、前述した装置は薄いフィルムを含まない構造物からの性質を測
定する。例えば、構造物はイオン打込みシリコンウエハのような半導体である。
性質はウエハに打込められたイオンのエネルギーやイオン濃度である。

【００２４】前述した方法及び装置の双方は多くの利点を有する。例えば、本発明は、サン
プルに接触する必要なく、多層構造における薄いフィルムの厚さを効率良く測定
する全ての光学測定技術を利用する。その後、厚さの値は製造工程（例えば、マ
イクロエレクトロニクス装置の製造）を制御するために利用される。装置は全て
の光学計測学の利点を特徴とする。各測定は非接触であり、素早く（典型的には
２以下）、遠隔（光学システムはサンプルから１０ｃｍまで測定）まで測定し、
小さい領域（約２０ミクロン程の小ささ）で行うことが可能である。このように
して収集されたデータは解析され、例えば数オングストロームの精度と再現性で
フィルムの厚さを決定する。

【００２５】格子のピーク及びゼロが集束プローブビームに対して固定されている際に、反
射モード配置で収集されたデータは最適化される。格子を安定化させる二つの主
要な構成部品を以下に説明する；ｉ）サンプルに格子の像を写す回折マスクが、
ビームスプリッタとして部分的反射光学部品に代わって利用され、ｉｉ）空間的
に安定したビームを発生させる小型マイクロチップレーザが、従来からのレーザ
に代わって利用される。単独で若しくは組合わせて利用される上記構成部品は、
反射モードで収集されたデータのＳＮ比を増大させる。これにより、測定される
サンプルの精度及び正確さが改善する。

【００２６】光学システムの回折光学部品（例えば、位相マスク）の使用には特に利点があ
り、具体的には、反射プローブビームが測定される際に、その後解析されてフィ
ルムの厚さを求める。上記実施態様では、プローブビームは通常光学的に誘導さ
れる格子のピーク及びゼロの幅よりも小さいスポットに集束される。例えば、ス
ポットは格子ピーク、格子ゼロ、又は隣接ピークとゼロとの間の領域に位置する
。サンプルはプローブビームを反射する、若しくは透過し、ｉ）ビーム偏向、ｉ
ｉ）音波若しくは他の光誘導過程による反射率又は透過率における変化、及び/
又はｉｉｉ）反射又は透過ビームの光学的位相又は振幅を求めるように測定され
る。

【００２７】回折マスクのパターンはサンプルに像を写し、励起パターンを形成する。これ
は、回折マスクに照射するレーザビームの位置若しくは方向における空間的変動
にもかかわらず、過渡格子のピーク及びゼロが長い時間にわたって空間的に安定
していることを意味している。格子位相を安定化させる閉ループフィードバック
システムは必要ではない。プローブビームが変調される程度は、格子パターンに
わたってプローブビームを移動させることにより、若しくはピーク及びゼロの位
置を移動させるパターンへ回折マスクを中継（translate）させることにより最
適化される。

【００２８】加えて、位相マスクにより分離されたパルスから、ビームスプリッタに依存す
る従来からのビーム分割方法により分離されるパルスにより発生するものと比較
して、非常に強い信号ビームが発生する。位相マスクを離れるパルスは平行「位
相フロント」を有し、一方、部分的反射ミラーにより分離されたパルスは角度の
ある位相フロントを有するということである。サンプルで重なったときに、平行
位相フロントは角度のある位相フロントよりも多くの光領域が発生する。これに
より、音波の減衰が減少し、よって測定精度が向上する。この利点は係属中の出
願（PHA ２３．５７７）（本出願と同じ日に出願した発明名称“METHOD AND DE
VICE FOR MEASURING THE THICKNESS OF THIN FILMS IN MULTILAYER STRUCTURES
”）に詳細に記載されており、その内容は本願の参考文献に引用されている。

【００２９】更に、反射モード幾何学的配置において小型マイクロチップレーザを利用する
ことにより、格子の空間的変動を最小化させ、よって測定データの質を向上させ
る。マイクロチップレーザから発振されたビームは、多分レーザのコンパクトな
幾何学的配置により非常に小さな空間的変動を受けるということである。典型的
なマイクロチップレーザは、可飽和吸収体（一般にはCｒ^+４：YAG）に結合した
ゲインメディア（一般にはNd：YAG）の薄い層を特徴とする。この構造の全サイ
ズは、通常１ｍｍ^３以下である。動作中に、マイクロチップレーザは外部ダイオ
ードレーザによりポンプされる。その小さいサイズのため、マイクロチップレー
ザはポンピング工程中に一様に加熱され、空冷のみをさせる必要がある。上記要
因は、通常大きなレーザに存在する「ポインティング不安定性」（つまり空間的
ビーム変動）の量をかなり減少させる。これにより、基本的には空間的ジターを
有しない非常に安定したビームが生じ、結果として励起パターンの空間的安定性
が向上する。他の利点は、回折マスク及び画像システムの使用により、サンプル
表面の励起パターンを形成させるのに必要とされる光学素子（例えば、ミラー、
ビームスプリッタ）の数を削減させるということである。単一のレンズペアのみ
が必要である。このシンプルな光学システムは、励起パターンと他の光学部品（
例えば、ミラー及びビームスプリッタ）により生じるプローブ領域との間の空間
的変動を潜在的に減少させ、よって高SN比を有する信号波形を得ることが可能と
なる。

【００３０】図１Ａから図１Ｃ及図４は、本発明による測定方法２と光学システム５０を示
し、反射モード幾何学的形態に配置された励起レーザパルス１２’、１２’’及
びプローブレーザビーム２０は、基板１１に配された薄いフィルム１０を測定す
る。図４はマイクロチップレーザ５２からの励起レーザパルス１２が位相マスク
６６を照射して励起パルス１２’、１２’’を発生させる。方法２及びシステム
５０は、例えばフィルムの厚さを求める。パルス１２’、１２’’は角度θでサ
ンプルに収束して重なり、光学的に干渉して空間的に周期性のある励起パターン
１５が生じる。パターン１５は、約０．１と１００ミクロンの空間的波長で発生
する交互のライト領域１５ａ−ｆとダーク領域１６ａ−ｅとを特徴とする。フィ
ルム１０はライト領域１５ａ−ｆでの放射線を吸収し、応答してＩＳＴＳによる
反対に伝播する音波を発するように熱的に膨張する。その音波は、励起パターン
１５の波長にマッチした空間的に周期性のある時間依存パターンでフィルムの性
質を変化させる。図１Ｃでは、音波はフィルム表面を変化させ、交互のピーク１
７ａとゼロ１７ｂを含む空間的に周期性のある時間依存リプル１７が形成される
。上記特徴は、ｉ）励起パターンの波長と、ｉｉ）フィルムの厚さと、ｉｉｉ）
フィルムの密度及び音速度とに依存する周波数で上下に起伏する。

【００３１】変化したフィルムは、音波から反射する連続プローブレーザビーム２０により
反射モード配置で測定され、高速度光検出器８０で検出される。リプルが形成さ
れるときに、フィルム表面は入射プローブビーム２０を偏向させて反射信号ビー
ム２０’、２０’’を形成する。信号ビーム２０’、２０’’は、表面リプルの
振動サイクルに依存する角度φ_ｎでフィルム１０を離れる。例えば、図１Ｃでは
、プローブビームはリプルピーク１７ａの側の領域１８を照射し、角度φ_１（垂
直ベクトル１９に対して）で偏向され、信号ビーム２０‘が生じる。図１Ｄは、
その後、ピーク１７ａは下に起伏し、リプル１７はあまり深くならない。プロー
ブビームは、比較的平らな領域１８を照射し、よって信号ビーム２０’’はφ_１以下であるφ_２の角度でサンプルを離れる。音波が伝播するにつれて、偏向角度
は音響周波数（一般には２００ＭＨｚと１ＧＨｚとの間）でφ_１とφ_２との間を
連続的に振動する。光検出器（図４の８０）は反射ビームを検出してデータ掃引
（data sweep）を決定する。多重（例えば、５０と５００との間）データ掃引は
まとめて平均化され、それからデータ収集エレクトロニクスでのアナログ‐デジ
タル変換器でデジタル化され、図９Ａと同様な信号波形が形成される。コンピュ
ータは後述されるように、信号波形を解析してフィルムの厚さを測定する。

【００３２】反射モード配置で測定された膜厚の精度と再現性は、変調信号ビームの周波数
をどのように正確にかつ再現可能に測定するかに依存し、精度及び再現性は信号
波形のＳＮ比に依存する。この比は平均データ掃引の数が増すにつれて改善する
。ＳＮ比が５００：１又はそれ以上であるとき、フィルムの厚さは、夫々通常３
以下の再現性で、２０オングストロームの精度で求められる。

【００３３】反射モード配置では、信号波形のＳＮ比は、プローブビームとリプル（つまり
、均等的には励起パターンのライト領域）のピーク及びゼロとの間の空間的変動
を最小化させることにより最大化させる。例えば、上記構成部品間に変動が存在
しないならば、測定データ掃引は同じ位相であり、上記掃引をまとめて平均化さ
せることにより発生した信号波形は明確な周波数を有する。逆に、プローブ領域
とピーク及びゼロとの間の空間的変動はランダムであり比較的大きいならば、個
々のデータ掃引はランダム位相で振動する。これにより平均信号波形の周波数は
「ウォッシュアウト（wash out）」され、膜厚測定に適さない。

【００３４】図２Ａ‐Ｂ及び図３Ａ−Ｂは、１）先行技術の測定方法（図２Ａ‐２Ｂ）では
、プローブ領域１１８は励起パターン１１５のライト領域１１５ａ−ｆに対して
変動する；２）本発明の測定（図３Ａ−３Ｂ）ではプローブ領域１８は励起パタ
ーンのライト領域１１５ａ−ｆに対して固定している；ことを示すことにより、
上記の点を説明する。先行技術の方法では、ライト領域１１５ａ−ｆの位相は矢
印１２０で示すように、基板１１１に配したフィルム１１０の平面に沿って変動
する。データ掃引がｔ＝ｔ_０で測定されるときに、プローブ領域１１８はライト
領域１１５ｄと１１５ｅとの間に位置する。変動のため、その後のｔ＝ｔ_１では
、プローブ領域は光領域１１５ｅの頂部に直接位置する。よって、時間ｔ＝ｔ_０で測定されたデータ掃引（矢印１２１ａにより示す）はδ_０の位相を有するが、
一方、時間ｔ＝ｔ_１で測定されたデータ掃引（矢印１２１ｂにより示す）はδ_１の異なる位相を有する。このような多くのデータ掃引がまとめて平均化されると
、結果生じた信号波形での振動はウォッシュアウトされ、生じた信号波形は図９
Ｂに示す波形２０２と同じようである。上記データには明確な周波数が存在せず
、よってフィルム１１０の厚さは正確に測定できない。

【００３５】図３Ａ−３Ｂは、本発明での励起パターン１５のライト領域１５ａ−ｆは変動
しないことを示す。よって、時間ｔ＝ｔ_０、ｔ_１では、プローブ領域１８はライ
ト領域１５ａ−ｆに対して固定されており、上記時間で測定されたデータ掃引（
矢印１２０ａ，ｂで示す）は同じ位相δ_０を有する。上記のように多重データ掃
引をまとめて平均化させることにより生じた信号波形は、図９Ａに示す波形２０
０のようであり、つまり明確な周波数により特徴付けられる。上記データから、
フィルム１０の厚さは正確に測定される。再び図４を参照するに、光学システム５０は、基板１１に配置された薄いフィ
ルム１０で音響モードを開始し測定することにより、反射モード配置でフィルム
厚さを測定する。正確な測定はプロービング領域１８に対して励起パターン１５
の位相を固定することにより行われ、上記構成部品間の空間的ジターは最小化さ
れる。特に、励起パターンの位相でのジターは、１）フィルムで音響モードを励
起するように殆ど又は全くポインティング不安定性を受けない小型マイクロチッ
プレーザ５２を利用することと、２）フィルム表面に位相マスク６２からパター
ン６６の像を写して励起パターン１５を形成することにより最小される。このよ
うにして行われた反射モード測定は正確（典型的には２０オングストローム以内
）で、再現性（典型的には３オングストローム以下）があり、迅速（ポイント当
たり２秒以下）であり、小さい領域（数ミクロン以下）で行われる。

【００３６】システム５０では、マイクロチップレーザ５２は薄いフィルム１０での時間依
存音響フォノンを開始させ、第二の「プローブ」レーザ５４は応答を測定して信
号波形（図９Ａに示すのと同様）を発生させる。その波形は高速度光検出器８０
で検出され、それから解析されて関心のある性質を決定する。

【００３７】マイクロチップレーザ５２は、約５００ピコ秒の継続時間、約２μＪのエネル
ギー、波長５３２ｎｍを有するレーザパルスを特徴とするパルス１２を発生させ
る。具体的には、レーザ５２は、通常、受動的Ｑスイッチ作動するＮｄ：ＹＡＧ
/Ｃｒ^４+：ＹＡＧマイクロチップレーザであり、例えば、本願の参考文献として
引用されている米国特許第５、３９４、４１３号に記載されている。作動中、パ
ルス１２はガラスプレート６５から部分的に反射され（約５％）、低速度光検出
器６７へ行く。応答した光検出器６７は光誘導トリガーパルス（以下に詳述する
）を発生させて、そのパルスはデータ収集エレクトロニクスへ送られ、信号波形
を測定するのに利用される。ビームの残りはコリメータレンズ６０とシリンドリ
カルレンズ６４を通過し、回折位相マスク６２のパターン６６に集束される。マ
スク６２は任意の透明基板（例えば、石英又は溶融シリカ）から作られ、パター
ン６６は、０．１と１００ミクロンの間の間隔と、入射光波長の回折を最大にす
る深さｄ（ｄ〜λ/４）とを具有するようにエッチングされた一連の平行溝を有
する。パターンはマイクロチップレーザからパルスを分離させて少なくとも二つ
の励起レーザパルス１２’、１２’’になり、パターンでの溝の空間に依存する
角度Θで位相マスクを離れる。パルス１２’、１２’’はアクロマートレンズペ
ア７０に衝突し、サンプルにパルスを集束させて重ねる。パルスは光学的に干渉
して空間的及び一時的に変化するパターン１５をフィルム１０の表面に又はその
表面上に形成する。そのパターンには、前述したように一連の周期的正弦波の「
ライト」（建設的干渉）と「ダーク」（破壊的干渉）領域とがある。パターン１
５の長さ及び幅は、夫々通常約５００と４０ミクロンである。

【００３８】励起放射パターン１５は、位相マスクのパターンの空間的波長に対応する波長
及び配向を有するフィルム１０の音波を励起する。音響モードの励起はＩＳＴＳ
により起こり、全ての光学技法は前述の通りである。音響モードは、フィルムの
又はフィルム表面上の光学的性質（例えば、屈折率の時間依存変化）及び/又は
物理的性質（例えば、時間依存リプルの形態）を変化させる。変調周波数はフィ
ルムの厚さ、密度及び音速度に依存する。

【００３９】光学的システム５０は初期のレーザパルス１２と位相マスク６２との間の小さ
な空間的変動が励起パターンの位相又は波長を変化させないように設計されてい
る。例えば、アクロマートレンズペア７０はマスク６２の回折パターン６６の像
をサンプルに写すように配置され、励起パターン１５が生じる。通常、イメージ
ングは０．８：１２と１．２：１の間であり、位相マスクとアクロマートペアの
中心からのサンプルとの双方の空間が２Ｆであるならば、イメージングは１：１
である。ここでＦはアクロマートレンズペアの有効焦点距離である。更に、パタ
ーン６６はその面積（通常、１‐４ｍｍ^２）が集束励起パルスの面積（通常、５
０ｘ３００ミクロン）よりもかなり大きくなるように設計される。溝の空間はパ
ターン全体で一様である。これにより、マイクロチップレーザからのパルスでの
小さな空間的変動があっても、作動中に同じパターンはいつもイメージングされ
ることを確実にする。

【００４０】更に、励起パターンでのジターは、マイクロチップレーザが殆ど若しくは全く
ポインティング変動を受けないので、最小化される。何れの理論にも拘束される
ことなく、パルスの安定性はレーザのコンパクトな幾何学的配置に起因するよう
である。図５は、米国特許第５、３９４，４１３号記載のレーザと同じ典型的な
マイクロチップレーザ５２の断面図を示す。レーザ５２のマイクロチップ９０は
薄いＣｒ^+４：ＹＡＧ可飽和吸収体９２（典型的には０．５ｍｍｘ１．５ｍｍｘ
１．０−１．５の厚さ）に拡散結合したＮｄ：ＹＡＧのゲイン層９１（典型的に
は１．５ｍｍｘ１．５ｍｍｘ１．０−１．５ｍｍの厚さ）を特徴とする。全体の
マイクロチップ９０はダイオードレーザ９５からのポンプビーム９３により照射
される。波長８０８．５ｎｍを有するポンプビーム９３は、約１．２Ｗのパワー
であり、Ｎｄ：ＹＡＧにより効率良く吸収されるように選択される。通常、ダイ
オードレーザ９５は、マイクロチップレーザ９０が明確な周波数（典型的には３
００−５００Ｈｚ）を発振させるように変調される。マイクロチップ９０に照射
する前に、ダイオードレーザ９５からのビーム９３がレンズ９７（例えば、ＧＲ
ＩＮレンズ）を通過し、そのレンズはゲイン層９１の露出面にビームを集束させ
る。ゲイン層９１は８０８．５ｎｍで透明（Ｔ＞９０％）であり、Ｎｄ：ＹＡＧ
層の基本発振周波数である１０６４ｎｍで高い反射率（Ｒ＞９９％）である塗布
物９８を含む。可飽和吸収体層９２は、１０６４ｎｍでそれなりの反射率（〜８
５％）を有する塗布物９９を含む。全体のマイクロチップ９０は、マイクロチッ
プレーザ（１０６４ｎｍ）の基本波長を５３２ｎｍへ変換させる非線形光学結晶
体１０１（典型的にはポタシウムトリホスフェート、又はＫＴＰ）を更に具有す
る金属筐体１００に含まれる。矢印１０５で示す筐体１０１から発振するパルス
の性質は、以下の表１に示す。表１：マイクロチップレーザの性質波長：５３２ｎｍパルスエネルギー：２−４μＪパルス継続時間：５００ｐｓ繰返し速度：３００−５００Ｈｚパルスとパルスとのジター：０．１−５０μｓその小型サイズのため、マイクロチップレーザ９０はポンピング工程中に均一
に加熱され、対流（つまり、空気）冷却のみが必要である。例えば、図５はダイ
オードレーザから放射されるポンプビーム９３がどのようにレンズ９７に照射し
、マイクロチップ９０の露出面１０２の面積と比肩し得る面積（約１ｍｍ^２）に
集束するかを示す。ポンプビーム９３はマイクロチップを一様に加熱し、熱レン
ズ及びポインティング不安定性に至る熱的勾配を最小化させる。このようにして
生じたパルスは、基本的には空間的ジッターを有しない。前述したように、これ
により、パルスと位相マスクとの間の変動は更に減り、よって励起パターンの空
間的安定性は更に増し、反射モード実験で測定されたデータの質を劣化させる変
動を減少させる。

【００４１】マイクロレーザチップにより発生した励起パターンは空間的ジターを欠いてい
るが、この光源により発生した光学パルスはあるパルスから次のパルスへ変化す
る一時的なジターを有する。例えば、マイクロチップレーザ空隙で確立するため
に、ゲインに必要とする時間は時間と共に変化し、つまり殆どいつもマイクロチ
ップレーザのような受動的Ｑスイッチ作動するレーザで存在するならば、この一
時的にジターは起こる。一時的ジターはレーザパルスが発振するときに影響を与
え、時間依存信号波形からの音響周波数を正確に測定するために説明しなければ
ならない。

【００４２】マイクロチップレーザパルスでの一時的ジターを説明するために、図４に示す
光学システムは、低速度光検出器６７にパルス１２の僅かな部分（例えば、５％
）を反射させるガラスプレート６５を具備し、その検出器は光誘導電子トリガー
パルスを発生する。いったん発生すれば、トリガーパルスはデータ収集システム
に送られ、解析のために信号波形をデジタル化するアナログ‐デジタル変換機及
び/又は位相感知増幅器を起動させるために利用される。このトリガーパルスは
光学パルスと完全に同位相であり、受動的Ｑスイッチ作動するレーザに典型的に
存在する一時的ジターを説明する。

【００４３】例えば、図６は時間ｔ＝ｔ_０、ｔ_２で発生したレーザパルス１５２ａ、１５２
ｂと、図６のフォトダイオード６７により発生した対応する光誘導トリガーパル
ス１５５ａ，１５５ｂとの模式的な時間依存プロファイルを示す。トリガーパル
ス１５５ａと１５５ｂ、並びにレーザパルス１５２ａと１５２ｂは同位相であり
、双方ともそれぞれｔ＝ｔ_１、ｔ_２で発生する。したがって、トリガーパルス１
５５ａ，１５５ｂはデータ収集エレクトロニクスへ送られ、信号波形を発生させ
るトリガーとして利用される。例えば、図９Ａには、トリガーとして上記パルス
を利用して発生させた信号波形２００を示す。上記波形から測定された音響周波
数は、約３Åの厚さの繰返し性（repeatability）に相当する約０．０１ＭＨｚ
の繰返し性を有する。一時的ジターの影響を示すために、図６は変調ダイオード
レーザからの放射が送られてマイクロチップレーザをポンプさせるときに、時間
間隔を表わすパルス１６０ａ、１６０ｂをさらに示す。一時的ジターのため、時
間ｔ＝ｔ_２でマイクロチップレーザから発振したレーザパルス１５２ｂは、時間
ｔ＝ｔ_２でダイオードレーザからのパルス１６０ｂと一致しない。したがって、
このパルスはデータ収集エレクトロニクス用のトリガーとして利用できない。図
９Bは、ダイオードレーザからのパルスがデータ収集エレクトロニクスを起動さ
せるように利用されるときに発生した信号波形２０２を示す。波形２０２は、明
確な周波数を明らかに欠いており、上記データから測定することができない。

【００４４】再び図４を参照するに、プローブレーザ５４は、第一のレンズ５５によりコリ
メートされ、第二のレンズ７１で領域１８に集束するプローブビーム２０を発生
させることにより、光学システムで開始される音波を測定する。ビーム２０は比
較的長いパルス（典型的には数百ナノ秒若しくはそれ以上）を特徴とし、フィル
ムにより十分に吸収されず（典型的には８３０−８７０nm）、フィルム面から反
射される波長を有する。通常、殆ど若しくは全く空間的変動を受けない励起パタ
ーンと同様に、プローブレーザビームは小型レーザダイオードから発振する。集
束後、領域１８は励起場１５内に完全に存在する。例えば、プローブビームは励
起パターンのピーク、ゼロ、又はピークとゼロとの間に集束される。このように
して、励起パターンとプローブ領域との間の相対的位置は、固定されたままであ
る。

【００４５】プローブビーム２０は励起パターン１５により発生した音波から反射され、レ
ンズ７６により集められ、そのレンズにより光誘導電子信号を発生させる高速度
検出器８０に集束される。それからその信号はデータ収集エレクトロニクスで解
析され、信号波形を発生させる。例えば、データ収集エレクトロニクスは、信号
ビームの変調成分を検出して信号波形を発生させるロック‐イン増幅器のような
位相感知増幅器を具備する。コンピュータ（図示せず）は信号波形を解析してフ
ーリエ変換させ、音響周波数若しくは位相速度を決定する。フィルムの厚さは、
励起パターンの波長とフィルム密度と、前述した引用文献で説明した音速度に沿
って、周波数（又は位相速度）を処理することにより決定される。

【００４６】図７及び図８は、音響周波数を求めるため、図４の光学システム５０へ導入可
能である反射プローブビームを検出するためのシステムを示す。まず、図７を参
照するに、マルチ‐セル検出器１７０は四つの異なるセル１７０ａ−ｄを特徴と
し、各セルは照射プローブビームのパワーに依存する大きさを有する光誘導電気
信号を発生させる。検出器１７０は、ISTS開始音波によりフィルム表面に形成さ
れた起伏するリプル形態で時間依存的に変調された偏向プローブビームを測定す
る。例えば、時間ｔ＝ｔ_０では、反射プローブビームは角度φ_０で偏向され、領
域１８０を照射し、夫々の四つのセル１７０ａ−ｄを重なる。リプルは音響周波
数で起伏し、よってその後の時間ｔ＝ｔ_１でプローブビームを異なる角度φ_１で
偏向させる。それからプローブビームは検出器の単一セル１７０ｂ内の領域１８
２を照射し、よって各セルで発生した光誘起電気信号の大きさを変化させる。コ
ンピュータ（図示せず）は電気信号の差異を解析して音響周波数を決定する。

【００４７】図８は、音波の周波数を測定する別の検出システム１８５を示す。システム１
８５は光学的干渉計を利用し、音波により生じるプローブビームの位相シフトを
検出する。その詳細は、その内容が本願の参考文献として引用されるJ. Appl. P
hysics, 82(10) 15 November 1997, pp. 4758 ‐ 62のYao-chunらによる“Real-
time detection of laser‐induced transient gratings and surface acoustic
wave pulses with a Michelson interferometer”に記載されている。検出シス
テム１８５において、プローブレーザ１９０はビームスプリッタ１９２を通過す
るビーム１９１を発生させ、そのビームスプリッタはビーム１９１’の約５０％
を透過し、ビーム１９１’’の残りを反射してミラー１９３へ向かわせる（つま
り、経路長ａｂに沿って）。ミラー１９３はビームを反射させてビームスプリッ
タを経由して光検出器１９４へ向かわせる（つまり経路長ｂｃに沿って）。ビー
ムの透過部分１９１’はフィルム１９６の外部表面の起伏にある部分１９５を照
射する（経路長ａｄ）。上記部分１９５はビームを反射させて部分的反射ミラー
１９２へ向かわせ、それからビームを反射して光検出器１０へ向かわせる（経路
長ｄｃ）。上記配置では、経路ａｂ/ｂｃと経路ａｄ/ｄｃに沿って伝播するビー
ムは、検出器の感光性領域１９７で干渉する。光学経路長ａｂ/ｂｃ及びａｄ/ｄ
ｃはISTSで音響フォノンを励起する前は同等である。いったんフォノンが励起さ
れると、起伏するリプルは音響周波数でリプル振幅（典型的には数オングストロ
ーム）に等しい距離だけ、経路長ａｄ/ｄｃを調整する。この調整により、経路
長ａｂ/ｂｃに沿って伝播するビームに対して、経路長ａｄ/ｄｃに沿って伝播す
るビームの位相が変化し、よって検出器１９４の感光性領域１９７での干渉（例
えば、建設的から破壊的干渉へ）が変化する。これにより、検出器により発生し
た光誘導電気信号が変調される。コンピュータ（図示せず）は、音響周波数を測
定するのに応じた光誘導電気信号を検出する。

【００４８】いったん検出されれば、その内容が本願の参考文献として引用される前述の米
国特許第５、６３３、７１１号、５、５４６、８１１号及び５，６７２、８３０
号、並びに発明名称“METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE THICKNESS OF OPA
QUE AND TRANSPARENT FILMS”である米国特許出願第０８/７８３、４８６号に記
載されている方法により、周波数は解析される。

【００４９】他の実施態様は前述した本発明の範囲内にある。特に、図４に示す以外の光学
システムは位相マスクを利用して、音波を励起させるように励起場を発生させ、
音波を測定するために反射モードの幾何学的配置を利用する。かかるシステムは
、例えば、その内容が本願の参考文献として引用される米国特許出願第０８/８
８５、５５５号（発明名称“IMPROVED TRANSIENT‐GRATING METHOD AND APPARAT
US FOR MESURING MATERIAL PROPERTIES”）に記載されている。

【００５０】同様に、位相マスクは振幅マスク、回折格子、音響若しくは電気光学変調器の
ような同様な回折光学素子と交換可能であり、励起パターンを生じさせる。回折
素子は、二つ以上の空間的周波数を同時に発生させるパターンを含み、非周期性
である励起パターン、又はライト領域を含む励起パターンは、一連の平行線以外
の形である。例えば、回折素子は一連の同心円、楕円若しくは他の形を含む励起
パターンを発生させる。回折マスクにとって他の許容なパターンは、その内容が
本願の参考文献として引用される米国特許出願第０８/３７７、３１０号（発明
名称“DEVICE AND METHOD FOR TIME‐RESOLVED OPTICAL MEASUREMENTS”）に記
載されている。

【００５１】同様に、Nd：YAG/Cr^+４：YAGレーザ以外のマイクロチップレーザは、励起パル
スを発生させるのに利用可能である。例えば、そのレーザはチタン：サファイア
、クロム：LISAF、リング又はファイバーレーザである。

【００５２】他の実施態様において、光学システムは信号ビームの大きさが増すように変更
可能である。例えば、信号の大きさはヘテロダイン増幅方法を利用して増大させ
ることが可能である。一般には、ヘテロダイン増幅は、光検出器の感光性領域の
信号ビームからの位相成分で、ヘテロダインビームと呼ばれる更なる光学ビーム
からの位相成分を空間的及び一時的な重ねることにより行われる。この工程は検
出器で測定された信号の大きさを増大させ、よって厚さ測定の精度と正確さを向
上させる。

【００５３】他の実施態様では、プローブビームのある部分は、反射プローブビームに沿っ
て回折され、測定される。回折ビームの測定の詳細は、前述した米国特許第５、
６３３、７１１号、５、５４６、８１１号及び５、６７２、８３０号に記載され
ている。

【００５４】更に別の実施態様では、信号波形の周波数は解析され、サンプルの厚さ以外の
性質を決定する。例えば、周波数は解析されて、薄いフィルムの接着力、密度、
剛度、弾性力、表面粗さ、並びに他の機械的若しくは物理的性質を決定する。加
えて、周波数以外の信号波形が解析され、サンプルの他の性質を決定する。例え
ば、波形の形が解析され、接着の程度、表面粗さ、又は構造物中の一つ以上のフ
ィルムの成分を決定する。波形から測定される他の性質には、打込みイオンの濃
度及びエネルギーのようなイオン打込みシリコンウエハの性質がある。上記性質
の測定は、その内容が本願の参考文献に引用される、例えば、米国特許出願第０
８/８８５、７８６号（発明名称“METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING THE CO
NCENTRATION OF IONS IMPLANTED IN SEMICONDUCTOR MATERIALS”）や米国特許出
願第０８/９２６、８５０号（発明名称“IMPROVED METHOD AND APPARATUS FOR M
EASURING THE CONCETRATION OF IONS IMPLANRED IN SEMICONDUCTOR MATERIALS”
）に記載されている。

【００５５】本発明の方法及び装置は、多様な構造物の測定に利用可能である。例えば、そ
の方法はマイクロエレクトロニクス産業で利用されている金属フィルムの厚さを
決定する際に特に有効である。かかる金属フィルムには、アルミニウム、銅、タ
ングステン、チタン、タンタル、チタン：窒化物、タンタル：窒化物、金、白金
、ニオブ及びそれらの合金がある。上記金属は単層及び多層構造に含まれる。測
定可能な他の材料には、ポリマー、ダイアモンド様塗布物、埋込透明フィルムが
ある。

【００５６】更に、構造物の性質を測定するための、音響応答を放出する実施態様を議論を
したが、本発明は、構造物の性質を測定する他の方法として熱的及び/又は電子
的応答の放出をもカバーする。熱的応答とは、構造物で誘発された光誘導温度上
昇を意味し、電子的応答とは、構造物で光誘導された応答であって、電子、ホー
ル、電子‐ホールペア、電荷キャリア、電荷若しくはイオンが発生及び/又は開
始していることを意味する。

【００５７】更に別の実施態様も特許請求の範囲内である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａから図１Ｄは、励起パターンでの照射前に、励起パターンで照射中、時
間依存リプルが構造物の表面に存在するとき、そのリプルが構造物の表面に存在
しないときの、本発明による「反射モード」幾何学的配置で測定される構造物の
平面図を夫々示す。

【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、プローブビームがｔ＝ｔ_０とｔ＝ｔ_１で構造物に照射し
た際の、先行技術による反射モード配置で測定された構造物の平面図を夫々示す
。

【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、プローブビームがｔ＝ｔ_０とｔ＝ｔ_１で構造物に照射し
た際の、本発明による反射モード配置で測定された構造物の平面図を夫々示す。

【図４】本発明による光学システムの模式的断面図を示す。

【図５】図４の光学システムに利用されるマイクロチップレーザの模式的断面図を示す
。

【図６】マイクロチップにより発生したレーザ及びトリガーパルスの、模式的時間依存
プロファイルを示す。

【図７】図４の光学システムでの反射信号ビームを検出するためのバイ‐セル検出器の
模式的断面図を示す。

【図８】図４の光学システムでの反射信号ビームを検出するための干渉計検出器の模式
的断面図を示す。

【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、一時的及び/又は空間的変動が励起パターンに存在しな
いときと、一時的及び/又は空間的変動が励起パターンに存在するときに、夫々
測定された信号波形である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ１， 5621 ＢＡＥｉｎｄｈｏｖｅｎ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者ネルソン，キースエイオランダ国，5656 アーアーアインドーフェン，プロフ・ホルストラーン６ (72)発明者ロジャーズ，ジョンエイオランダ国，5656 アーアーアインドーフェン，プロフ・ホルストラーン６Ｆターム(参考） 2F065 AA30 FF51 GG06 JJ05 JJ18 LL42 2F069 AA46 GG07 2G040 AA07 AB07 BA08 BA25 EA04 EA06 EC02 2G047 AA06 BC14 BC18 BC20 CA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学パルスを発生させるレーザと、前記光学パルスを受け、前記光学パルスを分割させて少なくとも二つの励起パ
ルスを発生させるビームスプリッタと、前記少なくとも二つの励起パルスを受け、前記構造物上又は前記構造物中に前
記パルスを空間的及び一時的に重ね、音波を、電子的応答を、若しくは前記構造
物の少なくともある部分を変化させる熱的応答を発する励起パターンを形成する
光学システムと、前記構造物の前記部分を感知して信号ビームを発生させるプローブビームを発
生させる光源と、前記信号ビームを受け、応答して光誘導電気信号を発生させる光学的検出シス
テムと、前記光誘導電気信号を解析して前記構造物の性質を測定するアナライザーとか
らなる構造物の性質を測定する装置であって、前記ビームスプリッタは回折素子
であり、前記信号ビームは前記部分により反射されたプローブビームにより構成
されることを特徴とする装置。
【請求項２】前記光学システムは前記部分に回折素子の像を形成すること
を特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】前記レーザはマイクロチップレーザであることを特徴とする
請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】前記回折素子は、０．１ミクロンと１００ミクロンとの間の
空間的周期性を有する一連の溝からなるパターンを含む光学的に透明な基板を有
するマスクである請求項１又は２記載の装置。
【請求項５】前記マスクは位相マスクである請求項４記載の装置。
【請求項６】前記位相マスクは複数のパターンを有する請求項５記載の装
置。
【請求項７】前記レーザはダイオードでポンプされるレーザである請求項
３記載の装置。
【請求項８】前記レーザは受動的Ｑスイッチ作動するレーザである請求項
７記載の装置。
【請求項９】前記レーザはＮｄ：ＹＡＧ、チタン：サファイア、クロム：
ＬＩＳＡＦ又はファイバーレーザからなる請求項８記載の装置。
【請求項１０】前記Ｎｄ：ＹＡＧは５ｍｍ以下の厚さを有する層からなる
請求項８記載の装置。
【請求項１１】光学的、機械的若しくは物理的性質は音波により前記部分
で変化する請求項１記載の装置。
【請求項１２】前記音波は表面に時間依存リプルを発生させる請求項１１
記載の装置。
【請求項１３】前記プローブビームは整列して時間依存リプルから偏向し
、信号ビームを形成する請求項１２記載の装置。
【請求項１４】前記光学的検出システムは前記プローブビームの偏向角度
が変化したときに変化する電気信号を発生する検出器を具備する請求項１３記載
の装置。
【請求項１５】前記光学的検出システムは単一のフォトダイオードからな
る検出器を具備する請求項１４記載の装置。
【請求項１６】前記光学的検出システムは少なくとも二つのフォトダイオ
ードを有する検出器を具備する請求項１４記載の装置。
【請求項１７】屈折率若しくは吸収係数が変化する請求項１１記載の装置
。
【請求項１８】前記プローブが整列し、変化した吸収係数若しくは屈折率
を有する領域から反射する請求項１７記載の装置。
【請求項１９】前記光学的検出システムは前記信号ビームの位相を検出す
るように配置される請求項１１記載の装置。
【請求項２０】前記光学的検出システムは干渉計を具備する請求項１９記
載の装置。
【請求項２１】前記光学システムは約１：１の倍率比を有するレンズペア
を具備する請求項１又は２記載の装置。
【請求項２２】前記プローブレーザビームを前記部分に集束させるレンズ
を更に具備する請求項１記載の装置。
【請求項２３】前記アナライザーは前記音波の周波数若しくは位相速度を
決定するように配置される請求項１記載の装置。
【請求項２４】前記構造物は少なくとも一層を有する請求項２３記載の装
置。
【請求項２５】前記アナライザーは層の厚さを決定するように周波数若し
くは位相速度を解析するように配置される請求項２４記載の装置。
【請求項２６】前記アナライザーは周波数若しくは位相速度、層の密度並
びに励起パターンの波長を解析することにより、前記層の厚さを計算するように
配置される請求項２５記載の装置。
【請求項２７】前記構造物は複数の層を有し、前記アナライザーは前記構
造物の二つ以上の層の厚さを決定するために、光誘導電気信号を解析するように
配置される請求項２４記載の装置。
【請求項２８】前記アナライザーは前記構造物の密度、抵抗力、接着力、
デラミネーション、弾性力、粗さ又は反射率若しくは前記構造物中の層を決定す
るように配置される請求項２４記載の装置。
【請求項２９】前記構造物は半導体からなる請求項２４記載の装置。
【請求項３０】前記層は金属フィルムである請求項２４記載の装置。
【請求項３１】前記光学パルスのある部分を受けてトリガーパルスを発生
させるフォトダイオードと、前記光誘導電気信号及び前記トリガーパルスを受け
、応答してデータ信号を発生させるデータ収集システムと、前記データ信号を解
析して前記構造物の性質を測定するアナライザーとを更に具備する請求項１又は
２記載の装置。
【請求項３２】ダイオードでポンプされたレーザで光学励起パルスを発
生させ、前記光学パルスを分割して少なくとも二つの励起パルスを発生させ、前記励起パルスを前記構造物上に又は前記構造物中に空間的及び一時的に重ね
、音波を、電子的応答を、若しくは前記構造物の少なくともある部分を変化させ
る熱的応答を発する励起パターンを形成し、プローブビームを前記部分に送り、信号ビームを発生させ、前記信号ビームを検出して光誘導電気信号を発生させ、前記光誘導電気信号を解析して前記構造物の性質を測定する段階からなる構造
物の性質を測定する方法であって、回折素子を分割させるために利用し、前記部
分で反射された前記プローブビームは前記信号ビームとして利用されることを特
徴とする測定方法。
【請求項３３】前記光学パルスのある部分を検出することによりトリガー
パルスを発生させ、データ収集システムで前記光誘導電気信号及び前記トリガー
パルスを処理して信号を発生させ、前記信号号を解析して前記構造物の性質を測
定する段階を更に含む請求項３２記載の測定方法。