JPS6063448A - レ−ザ光による試料検査方法及び装置 - Google Patents
レ−ザ光による試料検査方法及び装置Info
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- JPS6063448A JPS6063448A JP17086183A JP17086183A JPS6063448A JP S6063448 A JPS6063448 A JP S6063448A JP 17086183 A JP17086183 A JP 17086183A JP 17086183 A JP17086183 A JP 17086183A JP S6063448 A JPS6063448 A JP S6063448A
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- laser
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/636—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited using an arrangement of pump beam and probe beam; using the measurement of optical non-linear properties
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は物質構造の均一特性に分子レベルに於ける物質
構造の均一性を評価するレーザ光による試料検査方法及
び装置に関する。
構造の均一性を評価するレーザ光による試料検査方法及
び装置に関する。
最近の材料技術の進展には目を見張るものかあシ、レー
ザ用固体材料、固体光センサ、半導体素子材料等各種結
晶素材、セラミックス高分子材料等に於ける分子構造の
良し悪しはこれら材料を用いた機器の性能を大きく左右
する。又、化学合成物質の劣化、医用薬品の効能、血液
、ホルモン等生命現象に関連した液体等の現出する諸現
象はその分子構造と深い関係がある。従って、物質の分
子レベルに於ける構造の均一、不均一を計測し得る技術
の確立が待たれるところである。
ザ用固体材料、固体光センサ、半導体素子材料等各種結
晶素材、セラミックス高分子材料等に於ける分子構造の
良し悪しはこれら材料を用いた機器の性能を大きく左右
する。又、化学合成物質の劣化、医用薬品の効能、血液
、ホルモン等生命現象に関連した液体等の現出する諸現
象はその分子構造と深い関係がある。従って、物質の分
子レベルに於ける構造の均一、不均一を計測し得る技術
の確立が待たれるところである。
従来物質の欠陥の有無等を計測する手段としては、物質
の空間的な構造を調べる電子顕微鏡、結晶構造の決定に
用いられるＸ線回折法等があるが、これはいずれも分子
レベルでの構造の均一、不均一を計測することは不可能
である。
の空間的な構造を調べる電子顕微鏡、結晶構造の決定に
用いられるＸ線回折法等があるが、これはいずれも分子
レベルでの構造の均一、不均一を計測することは不可能
である。
又、最近太陽電池の材料として注目を浴びているアモル
ファスの様な多結晶物質或はその他非晶質については、
前記ｘｌｔ４回折法では結晶構造をも計測することはで
きない。然し、アモルファス等の物質に於いて結晶状態
、分子、１４造の均一、不均一を安定させることは、そ
の材質の性能、信頼性を向上させる上で重要であシ、そ
の為には分子レベルでの構造を計測する為の技術は不可
欠である。
ファスの様な多結晶物質或はその他非晶質については、
前記ｘｌｔ４回折法では結晶構造をも計測することはで
きない。然し、アモルファス等の物質に於いて結晶状態
、分子、１４造の均一、不均一を安定させることは、そ
の材質の性能、信頼性を向上させる上で重要であシ、そ
の為には分子レベルでの構造を計測する為の技術は不可
欠である。
本発明は斯かる時代の要請に答え、物質の分子レベルに
於ける均−性特に不均一状態をも計測し得る技術を確立
することを目的とする。
於ける均−性特に不均一状態をも計測し得る技術を確立
することを目的とする。
普通光学では物質の電気分極は光の電場に比例するが、
これは・物質に投射する光の電場が十分小さい範囲であ
って、レーザ光の様に光の電場が十分弱くない場合では
入射した光の高調波が発生する等して前記比例関係が成
立しなくなる。この様に、光の電場に比例しない分極に
よって生ずるさまざまな現象を非線形光学効果と呼ぶ。
これは・物質に投射する光の電場が十分小さい範囲であ
って、レーザ光の様に光の電場が十分弱くない場合では
入射した光の高調波が発生する等して前記比例関係が成
立しなくなる。この様に、光の電場に比例しない分極に
よって生ずるさまざまな現象を非線形光学効果と呼ぶ。
又、物質構造の光学的測定法として吸収・発光分光、Ｃ
ＡＲ８（コヒーレント・アンチスト−クス・ラマン分光
）、ラマン分光等分光法が知られておシ、該分光法では
一般に物、質−Ｊこ光・を伐射した場合物質の遷移エネ
ルギの中心周波数に相当する部分が吸収若しくは強調さ
れることを利用し、物質の成分等を測定するものである
。
ＡＲ８（コヒーレント・アンチスト−クス・ラマン分光
）、ラマン分光等分光法が知られておシ、該分光法では
一般に物、質−Ｊこ光・を伐射した場合物質の遷移エネ
ルギの中心周波数に相当する部分が吸収若しくは強調さ
れることを利用し、物質の成分等を測定するものである
。
本発明は前記した非線形光学効果と分光法とを積極的に
利用結合し、物質の微細構造及びその不均一状態を分子
レベルで定量的に計測し得る様にしたものである。
利用結合し、物質の微細構造及びその不均一状態を分子
レベルで定量的に計測し得る様にしたものである。
以下図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明を実施するに好ましい装置の概略図であ
シ、図中（１）は波長的のレーザ光（、）を発するレー
ザ光源、（２）は波長ω２（ω、は可変）のレーザ光（
６）を発する可変周波数レーザ光源、（３）は診断用試
料、（４）は分光器を示す。
シ、図中（１）は波長的のレーザ光（、）を発するレー
ザ光源、（２）は波長ω２（ω、は可変）のレーザ光（
６）を発する可変周波数レーザ光源、（３）は診断用試
料、（４）は分光器を示す。
レーザ光源（１）からのレーザ光（α）を５０％反射ハ
ーフミラー（５）によって分光（α、 ）、（，２）に
分割すると共に一方の分光（ｃＬ＋）’に前記診断用試
料に投射させる。他方の分光（町）ヲ全反射ミラー（６
）によシ屈曲させ同様に診断用試料（３）に投射して、
分光（αθ、（ｃＬ２）＋診断用試料（３）の同一点ζ
こ於いて集光する様にする。又、分光（α、）、（ＬＬ
２）の一部は診断用試料（３）に到る前にハーフミラ−
！７１ （８１でそれぞれ反射されレーザ光強度センサ
（９）舖へ入党する。
ーフミラー（５）によって分光（α、 ）、（，２）に
分割すると共に一方の分光（ｃＬ＋）’に前記診断用試
料に投射させる。他方の分光（町）ヲ全反射ミラー（６
）によシ屈曲させ同様に診断用試料（３）に投射して、
分光（αθ、（ｃＬ２）＋診断用試料（３）の同一点ζ
こ於いて集光する様にする。又、分光（α、）、（ＬＬ
２）の一部は診断用試料（３）に到る前にハーフミラ−
！７１ （８１でそれぞれ反射されレーザ光強度センサ
（９）舖へ入党する。
前記可変周波数レーザ光源（２）から発したレーザ光（
６） ’ｅ全反射ミラー（ロ）によシ屈曲させ、前記分
光（，２）の反射光路とレーザ光（６）の光路とが合致
する株分光（，２）の投射側に対し反対側より診断用試
料（３）に投射する。又、レーザ光（ｂ）の一部はハー
フミラ−＠で反射されレーザ光強度センサ＠へ入光せし
める。
６） ’ｅ全反射ミラー（ロ）によシ屈曲させ、前記分
光（，２）の反射光路とレーザ光（６）の光路とが合致
する株分光（，２）の投射側に対し反対側より診断用試
料（３）に投射する。又、レーザ光（ｂ）の一部はハー
フミラ−＠で反射されレーザ光強度センサ＠へ入光せし
める。
尚、図中α荀、（至）は集光レンズである。
前記レーザ光（６）は診断用試料（３）で反射され、分
光（ｔＬ２）の光路と反対方向に進行するが、ハーフミ
ラ−０Ｑで屈曲させ更に集光レンズαηによって分光器
（４）へ導ひかれる。
光（ｔＬ２）の光路と反対方向に進行するが、ハーフミ
ラ−０Ｑで屈曲させ更に集光レンズαηによって分光器
（４）へ導ひかれる。
ここで、分光（αθ、（ｃＬ２）及びレーザ光（ｂ）を
試料の同一点に投射することによシ、診断用試料（３）
中に非線形分極が誘起され、周波数ω２の光（ここでは
非線形光と称する）（Ｃ）が発する。この非線形光（ｃ
）の現出は本発明者が発見した新規な現象であシ、該非
線形光（１）は分光（ｃＬθ、（α２）及びレーザ光（
６１との運動量保存則ｌこよシ、その進行方向は分光（
αθの光路と合致し且反対であり、該非線形光（ｃ）は
ハルツミラー（ハ）、集光レンズα力によシ分光器（４
）に導びく。
試料の同一点に投射することによシ、診断用試料（３）
中に非線形分極が誘起され、周波数ω２の光（ここでは
非線形光と称する）（Ｃ）が発する。この非線形光（ｃ
）の現出は本発明者が発見した新規な現象であシ、該非
線形光（１）は分光（ｃＬθ、（α２）及びレーザ光（
６１との運動量保存則ｌこよシ、その進行方向は分光（
αθの光路と合致し且反対であり、該非線形光（ｃ）は
ハルツミラー（ハ）、集光レンズα力によシ分光器（４
）に導びく。
前記診断用試料（３）は試料走査装置叫に把持されてお
シ、該試料走査装置ＵＯｌこよシ診断用試料（３）を図
中矢印（３）方向に走査させ得、任意の点をご分光（ｃ
Ｌｔ）、（α２×レーザ光（ｂ）を投射させ得る様にな
っていると共に診断用試料（３）の光軸方向の位置調整
が可能となっている。
シ、該試料走査装置ＵＯｌこよシ診断用試料（３）を図
中矢印（３）方向に走査させ得、任意の点をご分光（ｃ
Ｌｔ）、（α２×レーザ光（ｂ）を投射させ得る様にな
っていると共に診断用試料（３）の光軸方向の位置調整
が可能となっている。
（４）は診断用試料（３）の光軸方向の位置を確認する
為の顕微鏡である。
為の顕微鏡である。
次に、上記装置による計測作動について説明する。
先ず分光（α、）、（，２）の一部及びレーザ光（６）
の一部はそれぞれレーザ光強度センサ（９１、（ＩＩ
、 ａ３の検出結果に基づき、計算機（図示せず）に於
いて両レーザ光（α） 、 （ｂ）の強度が所定の値と
なる様レーザ光源（１）、可変周波数レーザ光源（２）
が制御さ、れる。
の一部はそれぞれレーザ光強度センサ（９１、（ＩＩ
、 ａ３の検出結果に基づき、計算機（図示せず）に於
いて両レーザ光（α） 、 （ｂ）の強度が所定の値と
なる様レーザ光源（１）、可変周波数レーザ光源（２）
が制御さ、れる。
レーザ光源（１）からのレーザ光（α）の周波数を診断
用試料（３）の１つの遷移工゛ネルギの中心周波数ω１
に固定する。次に、可変周波数レーザ光源（２）からの
レーザ光（６）の周波数ω２を所要の遷移エネルギバン
ド近傍で掃引する。
用試料（３）の１つの遷移工゛ネルギの中心周波数ω１
に固定する。次に、可変周波数レーザ光源（２）からの
レーザ光（６）の周波数ω２を所要の遷移エネルギバン
ド近傍で掃引する。
上記操作を行うと診断用試料（３）ｌζ投射されたレー
ザ光（Ｍ）は、通常の分光法で見られる様に前記所要の
遷移エネルギバンドの中心周波数近傍で強調反射され、
従って診ＩＥｆ用試料（３）で反射されるレーザ光（６
）は該中心周波数近傍で強くなる。
ザ光（Ｍ）は、通常の分光法で見られる様に前記所要の
遷移エネルギバンドの中心周波数近傍で強調反射され、
従って診ＩＥｆ用試料（３）で反射されるレーザ光（６
）は該中心周波数近傍で強くなる。
而して、分光器（４）で得られるレーザ光（ｂ）に関す
る光強度は第２図で示す通りとなる。ここで得られるス
ペクトルαは分子の配列の規則性の良し、悪しく結晶性
の良し、悪し）と相関関係があり、規則性が悪いと反射
される周波数にバラツキが生じて幅の広い鈍な山形状と
なる。即ち、レーザ光（ｂ）で得られたスペクトルαの
幅は診断用試料（３）の構造の不均一性を反映した不均
一幅を示す。
る光強度は第２図で示す通りとなる。ここで得られるス
ペクトルαは分子の配列の規則性の良し、悪しく結晶性
の良し、悪し）と相関関係があり、規則性が悪いと反射
される周波数にバラツキが生じて幅の広い鈍な山形状と
なる。即ち、レーザ光（ｂ）で得られたスペクトルαの
幅は診断用試料（３）の構造の不均一性を反映した不均
一幅を示す。
この診断用試料（３）が単結晶であった場合、非線形光
（１）はレーザ光（ｂ）の周波数ω２が前記所要の遷移
エネルギバンドの中心周波数と一致するところで第３図
で示す様な極めて鋭利なスペクトルβとして検出される
。このスペクトルβは中心周波数と合致したところで得
られることから、このスペクトルβの幅は診断用試料（
３）の分子が理想的配列となった場合、即ち診断用試料
（３）のエネルギ遷移の均一幅を示す。
（１）はレーザ光（ｂ）の周波数ω２が前記所要の遷移
エネルギバンドの中心周波数と一致するところで第３図
で示す様な極めて鋭利なスペクトルβとして検出される
。このスペクトルβは中心周波数と合致したところで得
られることから、このスペクトルβの幅は診断用試料（
３）の分子が理想的配列となった場合、即ち診断用試料
（３）のエネルギ遷移の均一幅を示す。
而して、スペクトルαのピーク値とスペクトルβのピー
ク値とが同一になる様計算機で処理し、第４図ヒ）（ロ
）（ハ）に）で示す様にスペクトルαとβとを比較すれ
ば分子の構造の均一性を定量的に計測することができる
。
ク値とが同一になる様計算機で処理し、第４図ヒ）（ロ
）（ハ）に）で示す様にスペクトルαとβとを比較すれ
ば分子の構造の均一性を定量的に計測することができる
。
第４図（イ）で示されるスペクトルαとβではその幅に
大きな差異があシ、診断用試料（３）の結晶性は悪いと
判断できる。又、同図（Ｃ］）ではその幅が少なくなっ
ているところから、同図（イ）の場合よシ結晶性が改善
されたことを示している。同様に第４図（ハ）で示され
るスペクトルαとβでは形状が相当近似しておシ、完全
結晶に近いことが示され、第４図に）の状態になると略
完全結晶であると判断できる。
大きな差異があシ、診断用試料（３）の結晶性は悪いと
判断できる。又、同図（Ｃ］）ではその幅が少なくなっ
ているところから、同図（イ）の場合よシ結晶性が改善
されたことを示している。同様に第４図（ハ）で示され
るスペクトルαとβでは形状が相当近似しておシ、完全
結晶に近いことが示され、第４図に）の状態になると略
完全結晶であると判断できる。
上記した計測方法は単結晶材料の分子配列等の構造計測
に極めて有用であシ、レーザ用固体材料、半導体材料等
単結晶材料の品質を計測することが可能となる。従って
、レーザ関係の諸装置、半導体素子等の性能、信頼性に
大きく寄与できる。
に極めて有用であシ、レーザ用固体材料、半導体材料等
単結晶材料の品質を計測することが可能となる。従って
、レーザ関係の諸装置、半導体素子等の性能、信頼性に
大きく寄与できる。
次に、診断用試料（６）が多結晶であった場合、第５図
（イ）に示す様にスペクトルαは、各結晶群に対応する
不均一性を示すスペクトルα０．α２・・・αｎを包括
するものとなる。
（イ）に示す様にスペクトルαは、各結晶群に対応する
不均一性を示すスペクトルα０．α２・・・αｎを包括
するものとなる。
更に、この多結晶の診断用試料（６）で得られる非線形
光（ｃ）はレーザ光（ｂ）の周波数ω２がスペクトルα
５．α２・・・αｎの各中心周波数となったところで第
５図（ロ）に示す様な極めて鋭利なスペクトルβ８．β
２．・・・βｎとして検出される。このスペクトルβ１
．β２．・・・β１・・・βｎは前記スペクトルβと同
様な意味を有し、診断用試料中の各結晶群を代表するも
のである。従って、スペクトルβ８．β２゜・・・βｎ
の状態を観察すれば多結晶物質の不均一状態を知ること
ができる。
光（ｃ）はレーザ光（ｂ）の周波数ω２がスペクトルα
５．α２・・・αｎの各中心周波数となったところで第
５図（ロ）に示す様な極めて鋭利なスペクトルβ８．β
２．・・・βｎとして検出される。このスペクトルβ１
．β２．・・・β１・・・βｎは前記スペクトルβと同
様な意味を有し、診断用試料中の各結晶群を代表するも
のである。従って、スペクトルβ８．β２゜・・・βｎ
の状態を観察すれば多結晶物質の不均一状態を知ること
ができる。
第６図（イ）（Ｏ）（／→に）は不均一状態の判断の一
例を示すものであシ、同図（イ）は多種多結晶の等分布
を示し、同図（（ロ）は多側多結晶の不均一分布、同図
（／１は４種結晶構造を持つ多結晶、同図に）は完全非
晶質をそれぞれ示している。
例を示すものであシ、同図（イ）は多種多結晶の等分布
を示し、同図（（ロ）は多側多結晶の不均一分布、同図
（／１は４種結晶構造を持つ多結晶、同図に）は完全非
晶質をそれぞれ示している。
以上述べた如く本発明によれば従来確立されていなかっ
た物質の分子レベルでの構造の均一、不均一の状態の計
測技術を確立し得、様々な分野での新材料の研究、開発
に於ける有力な計測手段となシ得る。
た物質の分子レベルでの構造の均一、不均一の状態の計
測技術を確立し得、様々な分野での新材料の研究、開発
に於ける有力な計測手段となシ得る。
第１図は本発明を実施するに好ましい装置の機略図、第
２図は不均一性を示すスペクトルの図、第３図は均一性
を示すスペクトル比ア１．第４図（イ）（ｌ−］）（ハ
）に）は診断用試料が単結晶である場合のスペクトル比
較図、第５図←）仲）はそれぞれ診断用試料が多結晶で
ある場合のスペクトル図、第６図（イ）（ロ）（ハ）に
）は同場合のスペクトル比較図である。 （１）はレーザ光源、（２）は可変周波数光源、（３）
は診断用試料、（４）は分光器、αΦαＯαηは集光レ
ンズ、（α）（ｂ）はレーザ光、（ｃＬ、Ｘ、□）は分
光、（ｃｌは非線形光を示す。 第１ 図 ′−３ 第２図 周波数 周波数 第４図
２図は不均一性を示すスペクトルの図、第３図は均一性
を示すスペクトル比ア１．第４図（イ）（ｌ−］）（ハ
）に）は診断用試料が単結晶である場合のスペクトル比
較図、第５図←）仲）はそれぞれ診断用試料が多結晶で
ある場合のスペクトル図、第６図（イ）（ロ）（ハ）に
）は同場合のスペクトル比較図である。 （１）はレーザ光源、（２）は可変周波数光源、（３）
は診断用試料、（４）は分光器、αΦαＯαηは集光レ
ンズ、（α）（ｂ）はレーザ光、（ｃＬ、Ｘ、□）は分
光、（ｃｌは非線形光を示す。 第１ 図 ′−３ 第２図 周波数 周波数 第４図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）診断用試料に該試料の一つの遷移エネルギの中心周
波数に固定した第１のレーザ光を同強度ζこ分割して同
一点に投射し、第２のレーザ光を該診断用試料に前記第
１のレーザ光の反射側よシ且分割したレーザ光の分光の
いずれか一方の反射光路と合致せしめて投射し、。 第２のレーザ光の周波数を前記診断用試料の所要の遷移
エネルギバンドの中心周波数近傍で掃引して非線形光
を発光させることを特徴とするレーザ光による試料検査
方法。 ２）診断用試料に該試料に一つの遷移エネルギの中心周
波数に固定した第１のレーザ光を同強度に分割して同一
点に投射し、第２のレーザ光を該診断用試料に前記第１
のレーザ光の反射側よシ且分割したレーザ光の分光のい
ずれか一方の反射光路と合致せしめて投射し、第２のレ
ーザ光の周波数を前記診断用試料の所要の遷移エネルギ
バンドの中心周波数近傍で掃引し、診断用試料で反射さ
れた第２のレーザ光のスペクトルと第１のレーザ光と第
１のレーザ光とによる非線形光学効果により発した非線
形光のスペクトルとを比較することを特徴とするレーザ
光による試料検査方法。 ６）診断用試料の１つの遷移エネルギの中心周波数に一
致した周波数のレーザ光を発するレーザ光源と、前記診
断用試料の所要の遷移エネルギバンドの中心周波数を中
心に周波数を変えてレーザ光を発し得る可変周波数レー
ザ光源と、分光器と、前記レーザ光源からのレーザ光を
２分割して得た等強度のレーザ光分光を前記診断試料に
集光させ又可変周波数レーザ光源からのレーザ光を前記
分光の反射側から且前記分光のいずれか一方の反射ブＣ
路と合致させて投射させ更に診断用試料で反射した該レ
ーザ光及び試料よシ発した非線形光を前記分光器に導く
光学系とを備え、該分光器で得られた可変周波数レーザ
光源からの反射レーザ光のスペクトルと非線形光のスペ
クトルとを比較する様にしたことを特徴とするレーザ光
による試料検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17086183A JPS6063448A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | レ−ザ光による試料検査方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17086183A JPS6063448A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | レ−ザ光による試料検査方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6063448A true JPS6063448A (ja) | 1985-04-11 |
Family
ID=15912668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17086183A Pending JPS6063448A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | レ−ザ光による試料検査方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6063448A (ja) |
-
1983
- 1983-09-16 JP JP17086183A patent/JPS6063448A/ja active Pending
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