JPS6234040A - サンプルの表面および表面下の特性の評価 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサンプルの表面および表面下の特徴を評価する
新しい改良された方法ならびに装置に関する。さらに詳
しく述べれば、本発明はサンプルに送られるプローブ・
ビームの力の変化を監視することによる熱波またはプラ
ズマ波もしくはその両方の検出に関する。

物質の非破壊分析用の手段を開発するのに著しい努力が
費やされてきた。過去において、電気、光および音響検
出装置を用いる多くの装置が、サンプル内のいろいろな
パラメータを評価するために開発されてきた。

さらに最近、サンプル内に発生されてサンプル内のいろ
いろな熱特性と相互作用する熱波を検出することによっ
て情報が導かれる新しい方法が開発された。かかる方法
はここに参考として包含される１９８２年発行サイエン
ス・マガジン第２１８号の第２２３頁記載のアラン・ロ
ーゼンクエイグ手記による「熱波作像」に説明されてい
る。

熱波装置では、エネルギーのビーム、通常はレーザまた
は電子ビームが、サンプルの表面に集束されかつ走査さ
れる。ビームは１０１１ｚ〜ｌＯＭＩＩｚの範囲内の周
波数で輝度変調されるが、代表的な周波数は約ＩＭＩＩ
ｚである。ビームがサンプルを走査するにつれて、それ
は表面またはその近くに吸収され、周期加熱がビーム変
調周波数で生じる。この周期加熱は加熱された領域から
伝搬する熱波源である。

熱波は渦電流波、極微小波、および輝度が無視できる程
小さくなる前に１つまたは２つだけの波長を運ぶ他の臨
界制動現象に似た拡散波である。それにもかかわらす、
熱波はその範囲内で、在来の伝搬波の散乱および反射作
用に数学的に等しいように、熱特性と相互作用する。か
くて、これらの熱波の範囲内にありかつ周囲と違った熱
特性を持つサンプルの表面上または表面下のどんな特徴
でも、熱波を反射・散乱し、かくて検出可能になると思
われる。

サンプル内の熱波を／ＩＰｊ定することによって、いろ
いろな表面および表面下の特性が評価される。

例えば、在来の光および音響プローブでは一般に検出で
きない小さな格子の分裂が熱波分析によって検出するこ
とができる。機械的なきず、亀裂、空孔および薄片化の
ような他の熱特性が検出される。熱波７１−１定は非破
壊深さの側面図を作る機会および薄膜層厚さを決定する
機会をも与える。

熱波の浸透の深さは極めて制限されるので、これまでに
説明された深さの側面図作りは近表面情報に制限されて
いることに注意しなければならない。かかる近表面すな
わち微視的な深さの側面作りは、加熱ビームの変調周波
数を変えることによって達成される。この種の深さ側面
図作りに関する追加の情報は、１９８５年４月２３日に
ローゼンクエイグに対して発行された米国特許第４，５
１３．３８４号に見いだすことができる。

これらの熱波を検出する多数の方法が提案されている。

第１・の方法は、熱波により作られる音響波キャリヤの
測定を含んでいる。この方法は、１９８１年３月１７日
にローゼンクエイグに対して発行された米国特許第４．
２５５，９７１号に記載されている。

上記の方法は正確ではあるが、サンプルに圧電変換器の
接続を必要とする「接触」法である。

さらに最近、数多くの非接触熱波測定法が開発された。

１つの方法では、放射線プローブは鏡面反射されるよう
にサンプルの表面上の周期励起区域内に向けられる。こ
のプローブ・ビームは、熱波の存在により誘起されるサ
ンプルの表面状態の周期局部角変化のために、周期角変
位を受けると思われる。これらの周期角変位は、スプリ
ットすなわち２セル形の光子検出器を用いて検出するこ
とができる。この方法は、１９８５年６月４日にローゼ
ンクエイグに対して発行された米国特許第４．５２１，
１１８号に記載されている。この方法の好適な実施例は
、１９８５年６月１１日にローゼンクエイグらに対して
発行された米国時ｙ［第４，５２２，５１０号に記載さ
れている。後者の特許は参考としてここに包含されてい
る。

もう１つの非接触法が最近開発され、これはプローブ・
ビームの反射率の変化の検出を含んでいる。さらに詳し
く述べれば、サンプルの屈折率はサンプルが周期的に加
熱されるにつれて変化する。

したがって、プローブ・ビームがサンプルの表面から反
射されると、反射ビ°−ムの力はサンプルの表面の屈折
率の変化に対応するように変化する。

変化する屈折率は熱波により誘起される表面温度の変化
の関数であるので、プローブ・ビームの反射力の変化を
検出することによって、熱波を検出することができる。

光反射率のかかる変化に基づき熱波を検出する装置は、
１９８４年５月２１日出願の同時係属出願、米国出願第
６１２．０７５号に記載されるが、これは参考としてこ
こに包含される。

最近、半導体内にプラズマ波を発生させて検出する上述
の装置に似た装置Ｎも使用されている。さらに詳しく述
べれば、輝度変調されたエネルギー・ビームが半導体の
表面に集束されると、電子ホール・プラズマが作られる
。このプラズマは、１９８５年９月１日に応用物理書で
公表されたジョン・オプサルおよびアラン・ローゼンク
エイグによる「シリコン中の熱波およびプラズマ波」に
記載された（後述する） 波状特性を表わすことができる。

そこに記載される通り、サンプルの表面のプラズマ密度
はサンプルの特性に基づき変化する。さらに、プラズマ
密度の変化はサンプルの表面の屈折率に影響する。変化
する屈折率は、これまでに熱波を良好に１１ＰＪ定した
非接触法のあるものを用いて測定することができる。さ
らに詳しく述べれば、放射線プローブはサンプルの表面
から反射され、また屈折率のプラズマ誘起の変化によっ
て放射線プローブに誘起される変化を監視してサンプル
゛の表面および表面下の特性に関する情報を得ることが
できる。

プラズマ密度の分析は、サンプルを横切って変化するイ
オン添加物の特性および他の特性を評価するのに用いら
れ、またサンプル表面下の深さの関数としても用いられ
る。プラズマ密度の変化を検出する装置は、１９８５年
３月１日出願の同時係属出願、米国出願第７０７，４８
５号に記載されており、また参考として本明細書に包含
されている。

上述の測定方法は極めて高感度であり、微視的な応用に
適している。おのおの場合に、「鏡面反射」されるプロ
ーブ・ビームの反射力または反射角の変化が測定される
。鏡面反射に依存するので、プローブ・ビーム入射角お
よび反射プローブ・ビームを捕捉する検出器の位置は正
確に制御されなければならない。サンプル表面の形態が
著しく変化する場合は、反射ビームを常に捕捉するよう
に検出器の位置の正確な制御を保つことは難しいことが
ある。さらに、比較的粗い表面を持つサンプルはビーム
の大部分を散乱させ、それによって鏡面反射を呈するプ
ローブ・ビームの割合は減少される。

最近、プローブ・ビームの鏡面反射に依存しない新しい
Δｐｊ定検出装置が開発された。この方法では、プロー
ブ・ビームはエネルギー源によって周期的に励起される
区域内のサンプルの表面に向けられる。ビームは、ブロ
ーブービームの少なくとも一部がサンプルの表面から散
乱するような仕方で向けられる。サンプルの表面の周期
励起に起因する光散乱による放射線プローブ・ビームの
輝度変化を測定する検出器が提供される。これらの輝度
変化は次に、サンプルの表面および表面下に関する情報
を得るように処理される。プローブ・ビームから散乱し
た光を検出することによってサンプルの評価を行う方法
および装置の詳細は、本発明と同じ譲受人に譲渡されか
つ参考として本明細書に包含される、１９８５年４月３
０日出願の同時係属出願節７２８．７５９号に示されて
いる。

上述の方法はすべて、サンプルの表面またはその近くに
おけるサンプルの特性に関する情報を良好に提供する。

しかし、どの方法もサンプルを通じて深さ側面図を作る
のに好適でないのは、周期的な熱波またはプラズマ密度
の変化はサンプル表面の下のはるか遠くには進まないか
らである。

過去において、透明または半透明の物質を分析する試み
がなされた。以下に詳しく説明される通り、透明物質内
にポンプ源が集束されると、周期加熱はサンプル表面の
下のある距離で誘起されることが知られている。プロー
ブ・ビームが周期的に加熱される容積内でサンプルを通
過されるならば、それは直径および位置の変化を受ける
と思われる。例えば、１９７３年の応用光学、第１２号
、第７２頁のＣ，ヒユーおよびＪ、Ｒ，ホイネリー手記
による「新しい熱光学測定方法および他の方法との比較
」、ならびに１９８１年の応用光学、第２０号、第１３
３３頁のＷ、Ｂ、ジャクソン、Ｎ、Ｍ、エイマー、Ａ、
Ｃ，ボッカラおよびり、フルニエ手記による「光熱偏向
分光検出」参照。これらの変化を測定しかつそれらをサ
ンプルの内部特性と相関させる試みは全面的に良好であ
ることが立証されていない。明確に述べれば、これらの
測定が困難なのは、検出器の位置を正確に制御しなけれ
ばならないからである。

さらに、以下に説明する作用からの干渉が分析を困難に
する。したがって、先行技術で発見された問題を克服す
る熱波またはプラズマ波もしくはその両方を検出する新
しい改良された装置ならびに方法を提供することが望ま
しい。

したがって、本発明の１つの目的は、熱波またはプラズ
マ波もしくはその両方を検出する新しい改良された装置
を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、サンプルの表面および表面
下を評価する新しい改良された装置を提供することであ
る。

本発明のもう１つの目的は、サンプルを透過するプロー
ブ・ビームの力の変化を検出することによって熱波また
はプラズマ波もしくはその両方を計１定する新しい改良
された装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、肉眼で見える規模でサンプ
ルの深さ側面図を提供し得る新しい改良された装置およ
び方法を提供することである。

本発明のさらにもう１つの目的は、プローブ・ビームの
透過力の変化のｆｌｌｌｌ定がプローブ・ビームの位置
および直径の変化に左右されないように行われる、サン
プルの表面および表面下を評価する新しい改良された方
法を提供することである。

上記および多くの他の目的により、本発明はサンプルの
表面および表面下の特性を評価する新しい改良された方
法ならびに装置を提供する。本発明はサンプルの容積内
の熱波またはプラズマ波もしくはその両方を検出するの
に特に適している。

さらに、本方式は肉眼で見える規模の深さ側面図の特性
を与える。

本発明の装置は、サンプルに周期エネルギーを供給して
熱波またはプラズマ密度もしくはその両方の変化を作る
周期励起源を含んでいる。少なくとも一部サンプルを透
過する波長を持つ放射線のビームを出すプローブ装置が
具備されている。プローブ・ビームは、サンプルに向け
られかつ周期的に励起されるサンプルの容積の少なくと
も一部に向けられる。プローブ・ビームの透過力（透過
率）の変化を測定しかつそれに応じた出力信号を作る検
出器が具備されている。本発明により、プローブ・ビー
ムの透過率の変化を監視する装置は、そこから作られる
出力信号がプローブ・ビームの直径や位置のどんな変化
にも左右されないように配列されている。後者の変化は
、後で詳しく説明するが、サンプル内の変化する熱レン
ズ作用の結果であることがある。

好適な実施例では、監視装置は透過プローブ・ビームが
集束される光子検出器によって形成される。プローブ・
ビームは、光子検出器が事実上溝たされないように光子
検出器の周囲内にいつも集束される。この方法では、プ
ローブ・ビームの直径や空間位置の微小な変化はビーム
の変化する透過率の測定に影響を及ぼさない。

プローブ・ビームの透過率の測定された変化は次にサン
プルを評価するように処理される。周期励起源の関数で
ある透過率の変化を隔離する処理装置が具備されている
。処理のモードは、熱波またはプラズマ波もしくはその
両方が検出されているかどうかに一部左右される。

処理法は求める情報の種類によっても変わる。

いろいろな処理法が上記特許および特許出願、特に米国
特許第４，５１３．３８４号に示されている。１つの方
法では、変化する特性は深さの関数として分析される。

後者の応用で説明された通り、かかる深さの側面図は、
熱波またはプラズマ波のいずれかの拡散長さが変えられ
るように励起源の変調周波数を変えることによって達成
される。上記の通り、これらの波は臨界制動され、ＩＭ
ＩＩｚ程度の標準周波数でサンプル内を数ミクロン進む
に過ぎない。かくて、かかる深さの側面図は表面および
近表面の特性の分析に制限される。

これとは対照的に、本発明はサンプルの表面から目に見
える距離で微視的な深さ側面図を作るのに使用すること
ができる。さらに詳しく述べれば、好適な実施例では、
励起源は輝度変調されたレーザまたはポンプ拳ビームに
よって形成される。ポンプ・ビームの波長は、それが少
なくとも一部サンプルを透過するように選択することが
できる。

この場合、サンプルの表面からかなりの距離に置かれる
サンプル内の容積を周期的に励起することが可能である
。後者の結果は、サンプルの上面から隔離された点でポ
ンプ・ビームを集束することによって得られる。プロー
ブ・ビームが周期的に励起される容積を通りかつサンプ
ルの他の側に出される限り、周期的に励起された容積内
の微視的な変化に関する情報が得られる。

高周波臨界制動の熱波またはプラズマ波を利用するどん
な方法によっても検出される情報は加熱すなわちポンプ
・ビームの焦点に近い領域のサンプルの特性に制限され
る、ことに注意しなければならない。サンプルの特性の
局部微視的変化は、ポンプ源の変調周波数を変えること
によって検出することができる。しかし、ポンプ・ビー
ムの焦点もサンプル表面に関してサンプル内で変化され
る場合は、変化するサンプル特性に関するかかる微視的
情報はサンプルの厚さを通じて目に見える点で行われる
。

本発明の追加のＬＩ的および利点は付図に関する以下の
詳細な説明から明白になると思う。

第１図から、本発明の方法を実施する装置２０が示され
ている。第１図に示される通り、サンプル２２は可動台
２４の上に置かれている。台は矢印ＡおよびＢによって
示されるように２次元にラスタされることができる。か
かる可動台は先行技術において周知である。しかし注目
すべきことは、サンプルは静止し、ポンプおよびプロー
ブ・ビームは適当な光偏向法を用いてサンプルを走査す
ることができることである。

例示された実施例では、台２４は開口２６を備え、これ
を通ってプローブ・ビームはサンプル２２を出てから進
むことができる。透明台を具備するような、プローブ・
ビームを通過させる他の配列も可能である。

本発明により、サンプル内の局部容積を周期励起する装
置が提供される。周期エネルギーは多数の適当なソース
、例えば電子ビームのような電磁放射線のビームまたは
粒子ビーム等によって供給されることがある。ビームの
エネルギーは、問題の熱波またはプラズマ密度変化もし
くはその両方を発生させるに足るものでなければならな
い。目に見える深さの側面図が所望される場合は、ポン
プ・ビームはそのエネルギーがサンプルの３面（１）下
に向けられるようにサンプルに少なくとも一部浸透しな
ければならない。好適な実施例では、エネルギー源は光
レーザ３０によって供給される。半導体サンプルが評価
される場合は、このレーザは近赤外線の波長を持つ。

レーザ３０は周波数変調器３４を通過するビーム３２を
出す。周波数変調器は、可変でありかつ処理装置３５の
制御を受ける周波数でビームを周期的にチョップしたり
輝度変調するようにされる。ビーム３２は次に、ダイク
ロイック・ミラー３６を経てサンプルの表面に油められ
る。ダイクロイック・ミラー３６は以下に説明される通
り、レーザ３０から出た放射線の波長を通して、プロー
ブ・レーザ４０から出た放射線ビームを反射するように
設計されて−いる。

ビーム３２は次に、ビームを集束するレンズ３８に進め
られる。レンズは、局地で微視的な調査をしたいときに
必要である。目に見える情報のみが必要な場合は、レン
ズ３８は省くことができる。

ビーム３２は、サンプル内の局部容積を周期励起するよ
うにサンプルの」二に向けられる。その表面に関するこ
の周期励起容積の位置は以下に説明される通り変えるこ
とができる。どんな場合でも、周期ポンプ・ビームは変
調器３４の周波数に対応する周波数を持つ熱波を作る働
きをすることができる。これらの熱波は臨界制動されて
、検出するのに弱過ぎるようになる前に１つまたは２つ
の波長で進む。サンプル内で波が進行する距離は下記の
式で与えられる： （１）　ｕ　　＝　（２に／、ｃ＋ｃω）　”ただしｕ
　ｔは熱拡散長さ、ｋは熱伝導率、ρは密度、Ｃは比熱
、モしてωはビームの変調周波数である。

半導体物質が評価されている場合は、エネルギー・ビー
ムは電子ホール・プラズマ（付録参照）を作ることがあ
る。電子ホール・プラズマは、ビームのエネルギーが価
電子帯から伝導帯まで電子を上げるに足る場合に作られ
、それによって電子ホール対が作られる。入力エネルギ
ーが帯間隙エネルギーを越えると、熱波も作られること
がある。

どんな場合でも、エネルギーが帯間隙エネルギーを越え
るときは、伝導帯以上に励起された電子は比較的短い時
間τ　（約１０−１３秒に等しい）の内にそのエネルギ
ーの一部を非放射性遷移から伝導帯の底に近い空いてい
る状態まで格子に引き渡す。

ずっと長い時間（τ−１０−３〜１０−８秒）がたって
から、これらのキャリヤはそのエネルギーの残りを価電
子帯のホールと再結合することによって格子に引き渡す
。この再結合の前に、熱源からの熱の一流、れに似た方
法で拡散によって左右される空間密度を持つ電子および
ホールのプラズマが存在する。

周期プラズマ密度変化の拡散長さを示す式は、下記に示
される。さらに詳しく述べれば、減衰時間τ（電子ホー
ル対が再結合するのに要する時間）は変調周期１／ωに
比べて比較的短いが、ただしωはラジアン／秒で表わし
た変調周波数であり（すなわちωτは１より小である）
、そのときブ（２）ｕ　　−（Ｄτ）１″ ただしＤはプラズマの拡散率である。この状況では、プ
ラズマ波が発生されないことが注目される。

しかし、プラズマ密度の変化は依然として検出され、サ
ンプルに関する情報を得るのに用いられる。

減衰時間（τ）がエネルギー・ビームの変調の周期に比
べて長い（ωτが１より大きい）場合、プラズマ波が作
られて、拡散長さは下記の式で示される： （３）　ｕ　　−（２Ｄ／ω）　” 拡散長さを定める上記の式は、「周期励起」されるサン
プル内の容積を定めるために提供される。

さらに詳しく述べれば、下記に説明される通り、熱波ま
たはプラズマ密度変化もしくはその両方を検出するため
に、プローブ・レーザ４０からのビーム４２はサンプル
の周期励起される容積内に向けられなければならない。

この周期励起される容積は、下記の式によってポンプ・
レーザの焦点から全方向に外方に出ている、半径ｒＲＪ
について定められる： ただしスポット半径ｒｏは変調されたエネルギー・ビー
ムの半径によって定められる。式の第２項、すなわち拡
散長さは、上記の公式（１）〜（３）の１つによって示
され、特定の測定状況次第である。

特に、熱波だけが測定される場合、熱拡散長さｕ　ｔは
第（１）式で示される。同様に、プラズマ波拡散長さ′
の式（２）および（３）は適当な状況で置き変えられる
。熱波とプラズマ波の両方がある場合は、励起容積は計
算された領域の中の最大として定められる。

再び第１図から見られるように、本発明はさらにビーム
４２を出す放射線プローブ４０を含む。本発明により、
ビーム４２はサンプルを通過して他の側から出されるよ
うに、少なくとも一部透過する波長を持たなければなら
ない。例えば半導体サンプルでは、プローブ・レーザ・
ビーム４２は赤外線領域の波長を持つことができる。適
当な検出が得られるように、ポンプ・レーザ・ビームお
よびプローブ・レーザ・ビームの波長は異なることが必
要である。

ビーム４２はミラー４４によって偏向されダイクロイッ
ク・ミラー３Ｇの上に向けられる。ダイクロイック・ミ
ラーは、プローブ・レーザ４０によって出された波長を
光学反射するように設計されている。

第１図に示される通り、プローブ・レーザ・ビーム４２
はポンプ・レーザ・ビーム３２と一致するように向けら
れることが望ましい。しかし、プローブ拳レーザ・ビー
ムは、変調加熱ビーム３２の焦点から出て上記第（４〉
式に定められる距離だけ全方向に外方にわたる周期励起
領域内に向けられることだけが必要である。注目すべき
は、周期エネルギーの拡散長さが短い場合、周期励起領
域は基本的に周期ポンプのエネルギー・ビームの集束区
域と一致することである。

本発明により、プローブ・ビーム４２は周期加熱される
容積を通ってサンプルの下方表面から出るように向けら
れる。プローブ・ビームの透過力すなわち「透過率」の
変化は、光子検出器５０によって検出される。検出器５
００Å力の前にフィルタ５２が具備されることが望まし
い。フィルタ５２は、プローブ・レーザ・ビーム４２か
らの光エネルギーを検出器に進めるが、ポンプ・レーザ
３０から出されるどんな放射線も検出器に入るのを遮へ
いするように設計されている。

プローブ・ビームの透過率は、光子検出器によって監視
されるように周期的に変化する。プローブ・ビームが透
過率の変化を受ける理由は、サンプルの光特性、特にサ
ンプルの複合屈折率が周期励起により周期的に変化する
事実に関係がある。

プローブ・ビームの透過率の変調の場合には、この依存
関係は下記の式によって表わされる：（５）ΔＡ／Ａ−
−［ΔＲ／　（１−Ｒ）　］　−ｆ　ｄｘΔａ　（Ｘ）
ただしＡはプローブ・ビームの透過率、ΔＡはこの透過
率の変調であり、Δα（Ｘ）はサンプル内の深さＸにお
けるプローブ・ビームの波長でのサンプル吸収係数の変
調を表わし、Ｒは前部表面からのプローブψビームの反
射率であり、ΔＲはサンプルの前部表面からのプローブ
・ビームの反射率の変調である。後者の反射率の効果は
、上記の同時係属出願、米国出願ｍ　　６１２，０７５
号に記載されている。

第（５）式の積分は、サンプルの全厚さに厳格にわたっ
ている。しかし極めて集束されたビームか使用される場
合は、効果の大部分は焦点領域内にのみ生じ、かくて積
分は焦点面のまわりのごく小さな領域に限られる。同様
に、集束されたビームが使用されてサンプルの表面の下
の１つ以上の同焦点距離で集束されるとき、前部表面の
反射率ΔＲにおける熱波誘導変調が通常無視されるのは
、表面温度の変化がいまや焦点面に作られた局部内部温
度の変化よりずっと弱いからである。

熱波のみが存在する場合は、プローブ・ビーム波長にお
けるサンプル吸収係数の変調は次のように書くことがで
きる： （６）Δα［ｘｌ　＝　（ｄａ／ｄＴ）ΔＴ　（ｘ）た
だし［ｄα／ｄＴ］は光吸収の温度係数であり、またΔ
Ｔ　（ｘ）はサンプル内の深さＸにおける局部温度の変
化である。

同様に、プラズマ波が存在し、状況が半導体に制限され
るならば、プローブ・ビーム波長におけるサンプルの・
吸収係数の組み合わされた変調は下記の式で示される： （７）Δα（ｘ）　−［ｄα／ｄＮ］ΔＮ（ｘ）ただし
くｄα／ｄＮ）は電子ホール・プラズマの濃度による光
吸収の変化を表わし、ΔＮ　（ｘ）はサンプル内の深さ
Ｘにおけるこの局部濃度の変化を表わす。熱波もプラズ
マ波も存在するならば、プローブ・ビーム波長における
局部光吸収の正味変調は第（６）式と第（７）式との適
切な組合せによって求められる。

ビーム透過の熱波またはプラズマ波誘導変調の純然たる
結果であるプローブ・ビームの透過率の変化を得るため
に、信号は正規化される。さらに詳しく述べれば、問題
の信号は励起変調周波数またはその調波のどれでもと同
期しない検出器からの任意な出力信号を正規化すること
によって処理装置３５で調査される。所望の信号を得る
１つの方法は、直流透過率信号を検出された被変調透過
率信号に分割することである。正規化された出力は、サ
ンプル内の熱波またはプラズマ波の活動を表わす。

正規化された出力信号は次に、サンプルに関する情報を
得る上記の特許または出願のどれにでも記載されたよう
に、処理装置３５によって分析される。例えば、信号は
既知サンプルの前に記録された信号に比較されることが
ある。所定の信号と７１１１１定された信号との間の変
化は、物質の組成の変化を表わす。例えば添加物濃度を
測定する場合、プローブおよびエネルギー・ビームがサ
ンプルを走査するときの信号の変化は２次元像で整えら
れた変化する添加物濃度、を表わす。

しかし、上記の正規化の段階は問題の信号を表わすビー
ムの変化を完全に隔離する働きをしないことがある。さ
らに詳しく述べれば、ビームはサンプル内の熱レンズ作
用による変動を受けることもある。周期励起されるサン
プルの表面に隣接する媒体に熱レンズ作用があることは
良く知られている。例えば、１９８４年８月２８日のマ
ーフイらに対して発行された米国特許第４，４６８．１
００号において、熱レンズ作用を監視することにより熱
波測定が行われる装置が開示されている。

後者の方式では、輝度変調された加熱ビームはサンプル
の表面上に向けられる。サンプルの表面上の媒体は周期
的に加熱されて、変化する光レンズを可動に作る。プロ
ーブ・ビームが周期的に加熱される媒体を通されると、
ビームは周期的に変位される。媒体の変化する光特性に
よるビームの変位の瓜を検出することによって、サンプ
ルの表面および近表面下の特性に関する情報を評価する
ことができる。残念ながら、かかる熱レンズ作用の使用
による試験は、サンプルの上の熱レンズが高変調周波数
で極めて薄いので検出が極めて困難な点で、しばしば制
限される。

熱レンズの作用はサンプル自身の中にも観測できること
が報告されている。さらに詳しく述べれば、輝度変調さ
れたポンプ・ビームがサンプルの中を透過し得るならば
、発熱はサンプル内に誘起され、それによってサンプル
の容積内の局部光特性を周期的に変えることができる。

もしプローブ・ビームが周期加熱された容積を通過され
ると、それは熱レンズ作用による変化を受ける。特に、
プローブ・ビームが熱レンズの中心を直接通る場合は、
サンプルの下流にある検出器に入るプローブ・ビームの
直径は周期的に変わる。（上記の「新しい熱光学測定法
および他の方法との比較」参照。）プローブ・ビームが
熱レンズに軸はずれの方法で通されると、ビームは周期
的に偏向される。（上記の「光熱偏向分光および検出」
参照。）上記説明から、周期励起された容積を通るプロ
ーブ・ビームは熱レンズ作用および・プローブ・ビーム
の透過率を周期的に変える作用の両方によって影響され
ることが明白である。これらの作用が隔離されなければ
、有意義な情報を得るように任意な出力信号を処理する
ことは極めて困難となる。

この問題を克服する１つの方法は、熱レンズ作用からの
み生じるビームの変化を隔離して測定することである。

しかしこの方法は極めて難しい。

さらに詳しく述べれば、マーフィーの特許に説明された
通り、熱レンズ作用の７１１１定は通常スプリット・セ
ル検出器またはナイフ・エツジ配列を必要とする。残念
ながら、検出器配列が完全に整合されなければ、サンプ
ルの光吸収の変調によるプロ゛〜ブ・ビームの透過率の
変化は測定を妨害するであろう。

本明細書で開示されるようなもう１つの方法は、サンプ
ルを通るプローブ・ビームの変調された透過率からのみ
生じるビームの変化を隔離して測定することであり、熱
レンズ作用に起因するビームの位置および直径の変化に
は無関係である。この方法は、プローブ・ビームが必ず
光子検出器の表面を満たさないことを保証することによ
って達成される。この配列は第３Ａ図および第３Ｂ図に
示されている。各場合に、直径の大きな円は光子検出器
５０の活性表面を表わすようにされている。各図の直径
の小さい実線の円は、プローブ・ビーム４２の輪郭を示
す。

第３Ａ図の点線で示される円４２ａは、サンプル内の熱
レンズ作用によるプローブ・ビームの直径の可能な変化
を示す。認められる通り、もしプローブ・ビームが光子
検出器の境界内にいつでも完全に含まれているならば、
プローブ・ビームの直径の変化はプローブ・ビームの透
過率の変化の測定に影響を及ぼさないであろう。同様に
、第３Ｂ図の点線の円４２ｂによって示される位置の変
化も、プローブ・ビームが光子検出器の境界内に残る限
り、透過率の変化の測定に影響を及ぼさないであろう。

言うまでもなく、光子検出器およびプローブ・ビームの
相対直径は、好適な実施例を示す図において誇張されて
いる。

光子検出器の表面上のプローブ・ビームの位置の制御は
、サンプルの表面の下に第２レンズ５４を供給すること
によって容易にされる。レンズ５４は、フィルタ５２を
通って光子検出器５００表面上に発散するプローブ・ビ
ームを集束するのに用いられる。

レンズ５４の位置は、光子検出器が必ず満たされていな
い状態にあることを保証するように調節することができ
る。

本発明の独特な利点の１つは、熱波またはプラズマ波も
しくはその両方による調査がサンプルの表面のすぐ下の
領域に制限されないことである。

上述の通り、先行技術の方式では、サンプルの上部表面
は周期加熱され、特性は熱波またはプラズマ波もしくは
その両方が変化する範囲内でのみ評価することができた
。これらの変化は臨界制動されるので、調査は一般に近
表面の調査に制限された。

本発明により、サンプル内の変化する深さで表面下の特
性の分析を可能にする極めて高感度で正確な方法が提供
される。まず第２Ａ図から、ポンプ・ビームがサンプル
の表面上に集束される配列が示されている。この種の周
期加熱は以前の特許および出願に記載されたものに似て
いる。表面特性の検出は、区域内のプローブ・ビームを
周期励起されるサンプルの表面に向けることによって行
うことができる。プローブ・ビームの反射はそのと゛き
、サンプル中の熱波やプラズマ波の活動を表わす角度偏
差の変化、散乱の変化、または力の変化について監視さ
れる。本明細書で説明された通り、同様な測定はプロー
ブ・ビームがサンプルを通過してからその透過率の変化
を検出することによって得られる。局部の微視的な深さ
側面図は、輝度変調されるポンプ・レーザの周波数を変
えることによって作ることができる。

第２Ｂ図から、目に見える規模で分析の深さを変える方
法が示されている。さらに詳しく述べれば、レンズ３８
はポンプ・レーザの焦点がサンプルの上部表面から離さ
れるように調節される。主な周期励起される容積は、ビ
ームの焦点から放射状に外方に出る。容積の大きさは第
（４）式によって示されている。

すべての前例と同様に、プローブ・ビームはサンプル内
の周期励起される容積の少なくとも一部に向けられなけ
ればならない。サンプルから出されるプローブ・ビーム
はそのとき、光子検出器の上に集束される。ポンプおよ
びプローブ・ビームの焦点の調節によって、サンプルの
深さ側面図の大規模なすなわち目に見える調節が可能に
なる。

次に、局部の微視的な調査が、ポンプ・レーザの輝度変
調の周波数を変えることによって実行される。この方法
では、サンプル全体が上部表面から下部表面まで微視的
に分析される。

要するに、サンプル内の表面および表面下の特性を評価
する新しい改良された装置が提供された。

この装置は、サンプル内に熱波またはプラズマ波もしく
はその両方を発生させる周期励起源を含んでいる。放射
線プローブはサンプルに向けられ、かつ周期励起された
容積内に向けられる。透過されたプローブ・ビームを測
定し、かつプローブ・ビームの直径および位置に無関係
な出力試号を発生させる装置が提供される。最後に、周
期変化の関数であるプローブ・ビームの透過率の変化に
対応する出力１を号を処理する装置が提供される。本発
明の１つの望ましい面は、周期加熱される容積の位置が
サンプル表面に関して変えられ、それによって目に見え
る深さ側面図が作られることである。

本発明は好適な実施例について説明されたが、言うまで
もなく、いろいろな変化および変形が特許請求の範囲に
よって定められた本発明の範囲および主旨を逸脱せずに
当業者によって作られることは明らかである。

続いて、上記した 「シリコン中の熱波およびプラズマ波」　（サーマルウ
ェーブ社、フレモント、カリフォルニア９４５３９のジ
ョン・オブサルおよびアラン・ローゼンクエイグによる
）を示す。内容を要約すると熱波に似た臨界制動伝搬波
として変調されたレーザにより半導体内に発生されたフ
リーキャリヤ・プラズマの密度についてである。

シリコン内の熱波およびプラズマ波 輝度変調されたエネルギー・ビーム（例えば電子または
レーザ・ビーム）の吸収は臨界制動伝搬波、すなわち熱
波の特性を持つ変調された温度側面図を生じることは良
く知られている。半導体内の変調されたレーザ・ビーム
によって作られる光励起されたキャリヤの分布も臨界制
動伝搬波、この場合はプラズマ波、として特徴づけられ
る我々の最近の観測１はそれ程良く知られていない。プ
ラズマ波の重要性は、熱の性質を持つプローブとしての
熱波に似て、プラズマ波はその伝搬に影響する物質の特
性を質問するのに用いられることである。

半導体に関する初期の光音響研究　　において、変調さ
れたプラズマ密度の特性は、非放射性再結合が全光音響
レスポンスにどう影響するかについて調査された。特に
、少なくとも原則的に示されたことは、プラズマの拡散
長さ、表面再結合速度、および容積再結合寿命時間のよ
うな要素を決定する光音響効果を使用できることであっ
た。もちろん、これは信号にも寄与している熱特性の完
全な知識を前提とする。ここで、我々が指摘したいのは
、このプラズマ密度も実際に臨界制動波であること、さ
らにそれが熱波と同様に物質の分析に使用できることで
ある。

定性分析の導入として、レーザ・ビームが半導体に入射
するときＩ−１が起こるかを考えてみる。光子当たりの
エネルギーＥが帯間隙エネルギーＥｇを越えるならば、
電子は価電子帯から伝導帯の縁を越えてエネルギーＥ−
Ｅｇまで励起されるであろう。これらの光励起されたフ
リーキャリヤは、ピコ秒の分数の間に、そのエネルギー
（Ｅ−Ｅ）の一部を、伝導帯の底に近い非占有の状態に
対する非放射性遷移を通して格子に引き渡すであろう。

よりはるかに長い時間、Ｐ４準的にはマイクロ秒程度が
たってから、これらの光励起されたキャリヤは価電子帯
のホールと再結合して、その残りのエネルギーＥｇを格
子に引き渡す。この再結合の前に、熱源からの熱の流れ
に似た方法で拡散によって左右される密度を持つホール
および電子のプラズマが存在する。かくて、入射レーザ
・ビームが輝度変調されるならば、我々は熱波のほかに
、臨界制動波すなわちプラズマ波の空間側面図を持つ変
調されたプラズマ密度を観測することが予想された。

１次元の場合には、熱源が表面に局限されるものとすれ
ば、サンプル表面の下の距離Ｘの関数として温度は次の
式で与えられる。

Ｔ　（ｘ　）　−（ｌ　Ｑ　ｏ／　ｑ　ｋ）　ｅ”　ｘ
（１）ただしｑは下記によって定められる熱波ベクトル
である ｑ＝（１＋ｉ）　（（ＩＪ　ｐ　Ｃ／　２　ｋ）　”−
（１＋ｉ）／　ｕ　　　　（２）ｋは熱伝導度、Ｑｏは
我々が正弦波時間従属変数ｅ−ｆｖｔを想定した熱源で
ある。第（２）式において、ρは密度、Ｃは比熱、Ｕ　
は熱拡散の長さである。

プラズマ密度Ｎ　（Ｘ）について、似た式が得られ、Ｎ
（ｘ）−（１Ｐｏ／ｐＤ）ｅｉρｘ（３）ただしｐは下
記によって定められるプラズマ波ベクトルである ｐ−（１＋１）　［（ωτ＋ｉ）／２Ｄτ］”　　　　
（４）Ｄはアンビボーラ拡散係数、Ｐｏは表面に局限さ
れると思われるプラズマ源の項、τは再結合時間である
。プラズマ波と熱波との１つの基本的な相違は、再結合
時間の存在である。制限ωτくく１において、プラズマ
密度はその波状特性を失い、−純然たる拡散性となり、
かつプラズマ拡散長さ！。

−（Ｄτ）Ｖ２を持ち変調周波数と無関係になる。

しかしＳＩおよびＭｆｌｚ範囲内の変調周波数では、ω
τ〉ｌ　（しばしばωτ〉〉１）となり、プラズマ密度
は温度が熱波であるのと同様に臨界制動波である。この
制限内で、実際に、我々はプラズマ波拡散の長さμ　〜
（２Ｄ／ω）１″を定めることかでき、これは第（２）
式の熱拡散度に／ρＣをアンビポーラ拡散係数りに置き
替えることによって熱拡散の長さと全く等しいことが分
がる。

もちろん、プラズマ波は検出しがっ測定することができ
る場合に限り実際に重要である。ドル−ド効果であるＩ
Ｒプローブ・ビーム　の吸収に及ぼすその影響によって
プラズマを観測することかできる。もう１つの直接的な
方法は、光反射率に及ぼすプラズマの影響を監視するこ
とである。これも基本的には、持続時間ピコ秒９′１０
およびフエムト秒　の強いレーザ・パルスを用いて説明
されがつ観Ｍ１された反射率の負係数を持つドルード作
用でアル。Ｈ−Ｎ　　レーザ・プローブ・ビームでＣｅ は、反射率のプラズマ係数として（１／　Ｒｏ）（ｄＲ
／ｄＮ）　−−１Ｏ−２２ｄが得られ、ただしＲｏは変
動のない反射率である。アンビポーラ拡散係数Ｄ−２０
Ｃ♂／秒および再結合時間τ〉１０秒を持つ純Ｓ１では
、表面プラズマ密度Ｎ　　−１０１８／　ｄが集束電力
のミリワットを持つ変調されたＡ　　イオン・し一ザを
用いて容易に作られる。これはそのとき、光反射率ΔＲ
／　Ｒ＝　−１０−４のプラズマ波誘導変調を意味する
。この大きさの変調された反射率は、例えば金属内の熱
波誘導変調された反射率について最近の報告書１２で我
々が示した通り、容易に測定される。

Ｓ、においては、考慮を要する反射率に及ぼす重大な熱
波の影響もある。熱反射率のＭｌ定された係数１３（１
／Ｒ）（ｄＲ／ｄＴ）　−＋１．５ＸｌＯ−’／’Ｃを
用て、変調された表面温度Ｔ。−１，０℃が光反射率Δ
Ｒ／ΔＲ−＋ｌ、５Ｘ　ｔｏ−４の熱波誘導変調を生じ
ることが分かる。これは、対応するプラズマ波作用と同
じ大きさで符号が反対である。これらの論拠により、Ｓ
、の光反射率の正味変、ｍ　５　Ｘ　１０−５を予想す
ることができる。Ｓ、に関する我々の実験の結果はこの
観測と一致する。すなわち、我々が８１サンプルについ
てＡ１１ｌ定する反射率信号は、物質内に熱波のみがあ
ることに基づいて予７Ｉｌｌｌ　した場合よりも通常小
さい（ときには大きさの等級だけ）。ポンプ・ビームの
波長を変えることによって、原則的に、変調された反射
率信号に及ぼす熱波およびプラズマ波の影響の相対量を
制御し得ることを我々は指摘したい。帯間隙に近い波長
でかつ十分高い変調周波数では、プラズマ波は信号を完
全に抜きん出るようにされる。より短い波長に進むこと
によって、熱波の影響が増大し、また変調周波数が下げ
られるにつれて熱波に及ぼす再結合の影響を調査するこ
とができる。

分析に３次元の影、＋４を含めて、我々は変調された反
射率信号が必ずしも純然たる熱波の影響で要求されたよ
うに増加する変調周波数と共に単調に減少しないことも
知っている。第４図において、我々は容積反射率６０Ω
−ｃｍ（３角形）および０．０１／Ω−ｃｍ　（正方形
）のｐドープＳ１ウェーハに関する実験の結果を示す。

いずれの場合も、信号は単調ではなく、Ｉ　Ｍｌｌｚ以
上の増加する変調周波数と共に増加する。曲線は３次元
モデルをデータに合わせた結果である。６０Ω−備のサ
ンプルでは、我々はｋ　＝　１．４２Ｗ　／　ｃｍ　−
’Ｃの熱伝導率を想定し、そしてアンビボーラ拡散係数
Ｄ　＝　４．０８ｃｊ　７秒の適合値を得る。両パラメ
ータを変えるようにすると、０，０１Ω−ｃｍのサンプ
ルではｋ　−０，８９Ｗ　／　ｃｔｎ−℃およびＤ−２
，６２ｃＪ／秒となる。

結論として、我々は臨界制動波について半導体内に周期
的に作られるフリーキャリヤ・プラズマ密度を説明した
。熱特性の局部変化のプローブとして熱波に似たこのプ
ラズマ波は、その伝搬に影響する物質の特性の変化を検
出・測定するのに用いられる点で実際上重要である。あ
る場合には、特にイオン注入の半導体では、プラズマ波
は熱波よりもはるかに大きく影響すると思われる。半導
体を含む大部分の場合に、プラズマ波は物体を特徴づけ
る方法として熱波に対する相補能力を提供供するものと
信じられる。

参　　考　　書 １、　Ｊ、オブサルおよびＡ、ローゼンクウエイグ、米
国物理協会報告書３０．３７４　（１９８５年）。

［Ｊ、０ｐｓａｌ　ａｎｄ　Ａ、Ｒｏｓａｎｃｖａｉｇ
、Ｂｕｌｌ、Ａ＋、Ｐｈｙｓ、Ｓｏｃ。

３０．３７４（１９８５）、］ ２、Ｎ、ミコシバ、Ｋ、ワサおよびに、ツボウチ、１９
８０年超音波シンポジウムプロセッシング、８５８（Ｉ
ＥＥＥ。

ニューヨーク１９８０年）。

［Ｎ、旧ｋｏｓ１１１ｂａ、に、Ｗａｓａ　ａｎｄ　Ｋ
、Ｔｓｕｂｏｕｃｈｉ。

１９８０　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ　Ｓｙｍｐ、Ｐｒｏ
ｃ、、　８５８（ＩＥ［ＥＥ、ＮｅｗＹｏｒｋ　１９８
０）、１ −り１９８１年）。

［Ｎ、Ｍｉｋｏｓｈｊｂａ、に、１’５ｕｂｏｕｃ旧、
　１９８１　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ’５ｙｒａｐ、Ｐ
ｒｏｃ、、７９２（ＩＥＥＩＥ、Ｎｅｗ　　Ｙｏｒｋ　
　１９８１）、コ４、Ｎ、ミコシバ、１１．ナカムラお
よびに、ツボウチ。

１９８２年超音波シンポジウム・プロセッシング。

５８０（ＩＥｔ：Ｅニューヨーク１９８２年）。

［Ｎ、旧ｋｏｓｂｉｂａ、Ｉ１．Ｎａｋａｍｕｒａ　ａ
ｎｄ　Ｋ、Ｔｓｕｂｏｕｃｈｉ、１９８２ｔｌｌｔｒａ
ｓｏｎｊｃｓ　Ｓｙｍｐ、Ｐｒｏｃ、、５８０（ＩＥＥ
Ｅ、Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ１９８２）、］ ５、　Ｖ、Ａ、サブリコフおよびＶＢ、サンドミルスキ
ー。

ソビエト物理半導体１７　、５０　（１９８３年）。

［Ｖ、Ａ、５ａｂｌｉｋｏｖ　ａｎｄ　Ｖ、Ｂ、５ａｎ
ｄｏａｉｒｓｋｉｉ、Ｓｏｖ、Ｐｈｙｓ。

Ｓｅｍ１ｃｏｎｄ、　１７．５０（１９８３）、１６、
　Ｖ、Ａ、サブリコフおよびＶ、Ｂ、サンドミルスキー
。

物理協会Ｂ　１２０．４７１　（１９８３年）。

［Ｖ、Ａ、５ａｂｌｉｋｏｖ　ａｎｄ　Ｖ、Ｄ、５ａｎ
ｄｏｔｎＪｒｓｋ目、Ｐｈｙｓ、５ｔａｔ。

Ｓｏｌ、Ｂ　　１２０　　、　４７１’（１９８３）、
コア、　Ｄ、Ｒ，ウェークおよびＮ、Ｍ、アーマ−１物
理評論８２７．２５９８　（１９８３年）。

［Ｄ、ｌ？、Ｗａｋｅ　ａｎｄ　Ｎ、Ｍ、Ａｍｃｒ、Ｐ
ｈｙｓ、Ｒｅｖ、３２７，２５９８（１９８３）、コ ８、　Ａ、Ｍ、ボンチーブルエビッチ、　ｖ、ｐ、コバ
レフ。

Ｃ，Ｓ、ロマノフ、　Ｙａ、Ａ、イマスおよびＭ、Ｎ、
リベンソン、ソビエト物理技術物理１３．５０７　（１
９６８年）。

［Ａ、　Ｍ、　Ｂｏｎｃｂ−Ｂｒｕｃｖ　ｊｃｈ　、　
Ｖ、　Ｐ、　Ｋｏｖａｌｅｖ　、　Ｇ、Ｓ、　Ｒｏｍａ
ｎｏｖ　。

Ｙａ、Ａ、Ｉｍａｓ　ａｎｄ　Ｍ、Ｎ、ｌ、１ｂｅｎｓ
ｏｎ、Ｓｏｖ、Ｐｈｙｓ、Ｔａｃｈ。

Ｐｈｙｓ、　　１３　．５０７（１９Ｇ８）、１９、　
Ｄ、１１．オーストンおよびＣ，Ｖ、シャンク、物理評
論書簡３２．１１２０　　（１９７４年）。

［Ｄ、Ｉｌ、八ｕｓｔｏｎ　　ａｎｄ　　Ｃ，Ｖ、５ｂ
ａｎｋ、Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、３２゜１１２０
（１９７４）、１ １０、　Ｊ、Ｍ、リュー、１１．クルツおよびＮ、ブロ
エンバーゲン、応用物理書簡４１．８４３　（１９８２
年）。

［Ｊ、Ｍ、ＬＩｕ、１１．Ｋｕｒｚ　ａｎｄ　Ｎ、ＢＩ
ｏｅｍｂｅｒｇｅｎ、Ａｐｐｌ、ＰｈｙＬｃｔｔ、　４
１．６４３（１９８２）、１１１、　Ｃ，Ｖ、シャンク
、ｌ？、Ｙ、イエンおよびＣ，バー　ＩＪ　７ン、物理
評論書簡５０．４５４　（１９８３年）。

［Ｃ，Ｖ、５ｈａｎｋ、Ｒ，Ｙｃｎ　ａｎｄ　Ｃ，Ｉｌ
ｉｒｌｉｍａｎｎ、Ｐｈｙｓ、Ｒｃｖ。

Ｌｃｔｔ、　５０．４５４（１９８３）、１１２、Δ、
ローゼンクエイグ、」、オプサル、　Ｗ、Ｌ、スミスお
よびＤ　、　Ｌ　、ウィレンボルグ、米国物理協会報告
書　３０．３７４　（１９８５年）。

［Ａ、Ｒｏｓｅｎｃｖａｉｇ、Ｊ、０ｐｓａｌ、Ｗ几、
Ｓｍ１ｔｈ　ａｎｄ　Ｄ、Ｌ、Ｗｌｌ−１ｅｎｂｏｒｇ
、Ｂｕｌｌ、Ａｍ、　Ｐｂｙｓ、Ｓｏｃ、３０，３７５
（１９８５）、１１３、　Ｉｌ、Ａ、ウィークリムおよ
びり、レッドフィールド。

ｊ、応用物理５０．１４９１　　（１９７９年）。

［１１，Ａ、ソｅａｋｌ１ｍ　　ａｎｄ　　Ｄ、Ｒｃｄ
ｒｉｅｌｄ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、５０゜１４９１
（１９７９）、コ １４、　Ｊ、オプサル、Ａ、ローゼンクエイグおよびり
、Ｌ。

ウィレンボルグ、応用光学２２．３１８９　　（１９８
３年）。

［Ｊ、０ｐｓａｌ、Ａ、Ｒｏｓｅｎｃｖａｉｇ　ａｎｄ
　Ｄ、Ｌ、ＶＩＩＩｅｎｂｏｒｇ。

＾ｐｐｌ、Ｏｐｌ　、亙、　３１Ｂ９（１９８３）、１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する装置の概略図、第２Ａ
図および第２Ｂ図は目に見える深さ側面図作りを可能に
するサンプルと共に周期励起された容積の位置を変える
方法を示す本発明の装置の一部の概略図、第３Ａ図およ
び第３Ｂ図はプローブ・ビームの直径や位置の変化に無
関係なプローブ・ビームの力の変化が測定されるように
配列された光子検出器を示す概略図、第４図は変調周波
数の関数としてＳｌに現われる変調された反射率信号を
示す図であって、三角形は６０Ω−ｃｍサンプル用、正
方形は０．Ｏ１９−ｃｍサンプル用のプロットを示し、
曲線は理論モデルのデータに最も良く合ったものを表わ
している図である。 ２〇−評価装置；２２−サンプル；３０−ポ゛ノブ・レ
ーザ、　　　３２．４２−ビーム；３４−周波数変調器
；３５−処理装置；　　　３Ｂ、４４−ミラー；　　　
３８．５４−レンズ；４０−プローブ・レーザ、　　５
０−光子検出器；５２−フィルタ：５４−レンズ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）サンプルの表面および表面下の特性を評価する装
   置であって： サンプル内の局部容積に周期エネルギーを供給する励起
   源と、 サンプルを少なくとも一部透過する波長を持つ放射線の
   ビームを出すプローブ装置と、 前記プローブ・ビームをサンプルに向けかつ周期励起さ
   れるサンプル内の容積の少なくとも一部の中に向ける装
   置と、 プローブ・ビームがサンプルを透過してからプローブ・
   ビームの力の変化を監視してそれに対応する出力信号を
   発生させる装置であり、前記出力信号はプローブ・ビー
   ムの直径や位置のどんな変化にも無関係である前記監視
   装置と、 サンプルを評価するように透過したプローブ・ビームの
   力の監視された変化に対応する出力信号を処理する装置
   と、 を含むことを特徴とする評価装置。
2. （２）処理装置は周期励起源の関数であるプローブ・ビ
   ームの力の変化を得るように監視装置からの出力信号を
   正規化する、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載による評価装置。
3. （３）前記処理装置は励起変調周波数またはその調波の
   どれとも同期しない一切の出力信号を正規化することに
   よって周期励起源の関数であるプローブ・ビームの力の
   変化を得る、ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載による評価装置。
4. （４）前記周期励起源は放射線ビームであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載による評価装置。
5. （５）周期励起源を形成する放射線ビームを集束する装
   置をさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項
   記載による評価装置。
6. （６）前記集束装置は周期励起された容積のサンプル表
   面からの距離がサンプルの特性の深さ側面図作りを可能
   にするように変えられるように調節することができる、
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載による評価
   装置。
7. （７）前記周期励起源は輝度変調されたレーザ・ビーム
   によって形成されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載による装置。
8. （８）前記放射線プローブ・ビームは光ビームであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載による評価装
   置。
9. （９）前記放射線プローブ・ビームはレーザ・ビームで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載による
   評価装置。
10. （１０）前記監視装置は光子検出器によって形成される
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載による評価
    装置。
11. （１１）光子検出器は透過したプローブ・ビームの力の
    変化を検出するように置かれ、かつプローブ・ビームの
    直径や位置の変化に関係しないように配列されている、
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載による評
    価位置。
12. （１２）プローブ・ビームがサンプルを通過してから、
    プローブ・ビームを光子検出器の上に集束させる装置を
    さらに含む、ことを特徴とする特許請求の範囲第１０項
    記載による評価装置。
13. （１３）前記集束装置はプローブ・ビームの直径や位置
    の変化にかかわらず光子検出器の境界内にプローブ・ビ
    ームが集束されたままであることを保証するように配列
    されている、ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項
    記載による評価装置。
14. （１４）サンプルの表面および表面下の特性を評価する
    方法であって： サンプル内の局部容積を周期的に励起する段階と、 周期励起されかつその後でサンプル外に進むビームがサ
    ンプルの容積の少なくとも一部を通るように放射線プロ
    ーブ・ビームを向ける段階と、プローブ・ビームがサン
    プルを透過してからプローブ・ビーム放射線の力の変化
    を監視する段階と、 プローブ・ビームの力の監視された変化に対応する出力
    信号を発生させる段階であり、前記出力信号はプローブ
    ・ビームの直径や位置のどんな変化にも無関係である前
    記発生段階と、 サンプルを評価するためにプローブ・ビームの力の監視
    された変化に対応する出力信号を処理する段階と、 を含むことを特徴とする評価方法。
15. （１５）前記処理段階は周期励起源の関数であるプロー
    ブ・ビームの力の変化を得るために出力信号を正規化す
    る段階を含む、ことを特徴とする特許請求の範囲第１４
    項記載による評価方法。
16. （１６）処理段階は励起変調周波数またはその調波のど
    れでもと同期しない測定された一切の出力信号を正規化
    する段階を含む、ことを特徴とする特許請求の範囲第１
    ４項記載による評価方法。
17. （１７）サンプルの特性を深さの関数として評価できる
    ように前記周期加熱された容積のサンプル表面からの距
    離を変える段階をさらに含む、ことを特徴とする特許請
    求の範囲第１４項記載による評価方法。
18. （１８）サンプルを周期励起する前記段階は輝度変調さ
    れた放射線ビームによって行われ、また前記周期加熱さ
    れた容積のサンプル表面からの距離を変える前記段階は
    サンプルに関して輝度変調された放射線ビームの焦点の
    位置を変えることによって実行される、ことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１７項記載による評価方法。
19. （１９）前記監視段階はさらに、作られた出力信号がプ
    ローブ・ビームの直径や位置の変化に無関係であるよう
    な仕方でサンプルを通って光子検出器に送られるプロー
    ブ・ビームを集束する段階を含む、ことを特徴とする特
    許請求の範囲第１４項記載による評価方法。