(57)【要約】【課題】表面弾性波の波面方向とトランスデューサの方向の整合をとりやすい構成をもち、従って測定誤差を抑制することのできる表面波評価装置を実現する。【解決手段】測定対象物の表面に表面波を発生する表面波発生手段と、前記の測定対象物を伝播する表面波を検出する一列に並んだ複数の表面波検出手段と、前記の表面波検出手段の結果を比較する比較手段と、前記の複数の表面波検出手段の結果が一致するように前記の一列に並んだ複数の表面波検出手段の列の向きを調整することのできる表面波検出手段の保持手段と、を、含み、上記の一列に並んだ複数の表面波検出手段のそれぞれの検出結果を用いて保持手段の調整を行った後に、上記の一列に並んだ複数の表面波検出手段の少なくともひとつの表面波検出手段を用いて測定する表面波評価装置とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の表面に表面波を発生する表面波発生手段と、前記の測定対象物を伝播する表面波を検出する一列に並んだ複数の表面波検出手段と、前記の表面波検出手段の結果を比較する比較手段と、前記の複数の表面波検出手段の結果が一致するように前記の一列に並んだ複数の表面波検出手段の列の向きを調整することのできる表面波検出手段の保持手段と、を、含み、
上記の一列に並んだ複数の表面波検出手段のそれぞれの検出結果を用いて保持手段の調整を行った後に、上記の一列に並んだ複数の表面波検出手段の少なくともひとつの表面波検出手段を用いて測定することを特徴とする表面波評価装置。
【請求項２】
測定対象物の表面に表面波を発生する表面波発生手段と、前記の測定対象物を伝播する表面波を検出する一列に並んだ一対の位置決め用の検出手段と少なくともひとつの測定用の検出手段を含む表面波検出手段と、前記の一対の位置決め用の表面波検出手段のそれぞれの結果を比較する比較手段と、前記のそれぞれの結果が一致するように前記の一列に並んだ複数の表面波検出手段の列の向きを調整することのできる表面波検出手段の保持手段と、を、含み、
上記の一対の位置決め用の表面波検出手段のそれぞれの表面波検出結果を用いて保持手段の調整を行った後に上記の測定用の表面波検出手段を用いて測定することを特徴とする表面波評価装置。
【請求項３】
上記の測定に用いる表面波検出手段以外の表面波検出手段を上記の測定対象物の表面から離間して測定することを特徴とする請求項１あるいは２に記載の表面波評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面弾性波（ＳＡＷ）伝播位相速度分散計測のための複数のトランスデューサを持つ検出部を備えた表面波評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の表面弾性波（ＳＡＷ）測定は、図６に示す装置によって行われている。図６に示す装置は、レーザ誘起表面弾性波を利用した非破壊のヤング率を測定する薄膜評価試験機で、レーザパルスを薄膜試料表面に照射して高周波の表面弾性波を発生し、伝播させ、この表面弾性波を単数のトランスデューサで測定するものである。その波形は薄膜のヤング率、密度、膜厚により決定されるので、逆に、密度と膜厚が既知であれば信号処理により波形からヤング率を求めることができる。この装置は、このレーザアコースティック薄膜試験機と呼ばれている。
【０００３】
図７は、密度１．０ｇ／ｃｍ３で厚さ３００ｎｍの０．１から１０ＧＰａのヤング率を持つ物質の表面弾性波の周波数分散を示している。逆に、密度や厚さが既知の膜の場合、この関係を用いることによって、表面弾性波の周波数分散から、ヤング率を求めることができる。
【０００４】
このレーザアコースティック薄膜試験機のトランスデューサは、図６に示されるように、金属製のナイフエッジの先端で圧電性のポリマーを試料表面に押し付ける構造をしているため表面波の波面に平行に保持される必要がある。これを、シリコン結晶のように方位をもった試料に適用する場合、方位により伝搬速度が異なるため、その表面波の波面の方向は容易には判別できないことから、この金属製のナイフエッジをその波面方向に合わせることは容易ではない。このため、測定値として得られるヤング率は、誤差を含みやすかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、従来のレーザアコースティック薄膜試験機では、表面弾性波の検出を一つのトランスデューサを用いて行っており、表面弾性波の波面方向とトランスデューサの方向の整合をとることが難しく、測定誤差を含みやすい。
【０００６】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、表面弾性波の波面方向とトランスデューサの方向の整合をとりやすい構成をもち、従って測定誤差を抑制することのできる表面波評価装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の表面波評価装置の第１の特徴は、測定対象物の表面に表面波を発生する表面波発生手段と、前記の測定対象物を伝播する表面波を検出する一列に並んだ複数の表面波検出手段と、前記の表面波検出手段の結果を比較する比較手段と、前記の複数の表面波検出手段の結果が一致するように前記の一列に並んだ複数の表面波検出手段の列の向きを調整することのできる表面波検出手段の保持手段と、を、含み、上記の一列に並んだ複数の表面波検出手段のそれぞれの検出結果を用いて保持手段の調整を行った後に、上記の一列に並んだ複数の表面波検出手段の少なくともひとつの表面波検出手段を用いて測定することである。
【０００８】
また、第２の特徴は、測定対象物の表面に表面波を発生する表面波発生手段と、前記の測定対象物を伝播する表面波を検出する一列に並んだ一対の位置決め用の検出手段と少なくともひとつの測定用の検出手段を含む表面波検出手段と、前記の一対の位置決め用の表面波検出手段のそれぞれの結果を比較する比較手段と、前記のそれぞれの結果が一致するように前記の一列に並んだ複数の表面波検出手段の列の向きを調整することのできる表面波検出手段の保持手段と、を、含み、上記の一対の位置決め用の表面波検出手段のそれぞれの表面波検出結果を用いて保持手段の調整を行った後に上記の測定用の表面波検出手段を用いて測定することである。
【０００９】
また、第３の特徴は、上記の測定に用いる表面波検出手段以外の表面波検出手段を上記の測定対象物の表面から離間して測定することである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明の表面波評価装置の模式図を図１に示す。
【００１１】
図１の表面波発生手段は、パルスレーザ光を円筒形レンズで薄膜試料表面に直線状にフォーカスし、その吸収により発生する熱パルスで表面弾性波を発生させるものである。図１では、便宜的にトランスデューサへ向かう表面弾性波のみを図示している。このパルスレーザ光は、１５ｍｍ×５〜６μｍのサイズのものであり、パルス幅＝０．８〜２ｎ秒、繰り返し周波数＝１０パルス／ｓのものである。この表面弾性波の波面はなるべく直線状になるようにするために、なるべく幅広のレーザ光を照射するのが望ましい。
【００１２】
そこから離れた位置で、伝播してくる表面弾性波を検出部で検出する。また、この検出部は、２個のトランスデューサを用いるものであり、そのナイフエッジは共通の直線上に配置されている。このトランスデューサは、それぞれが表面波検出手段である。この検出に用いる検出部は、図１あるいは図３（ａ）に示すように金属製のナイフエッジの先端で圧電性のポリマーを試料表面に押し付ける構造をしている。このナイフエッジの先端は、微動装置により、上下方向の動きと、ナイフエッジの方向とをデータ処理装置（ＰＣ）１５により遠隔制御できる構成である。また、この検出部は、図３（ｂ）に上部から見た平面図を示すように微動回転装置によって保持されており、波面に平行になるようにトランスデューサの２つのナイフエッジを結ぶ線の向きを調整することが可能である。
【００１３】
図２に、上記の検出部を用いて測定する測定系を示す。検出部からの信号は、濾波器で低周波成分を除去した後、オシロスコープで表示する。ここで、パルスレーザからの信号でオシロスコープを掃引し、複数のトランスデューサからの出力を同時に表示することによって、これらの信号を比較することができる。図４にオシロスコープの波形例を示す。
【００１４】
図４に示す検出波形では数１０ナノ秒以上のずれが観測されている。このずれの原因は、表面弾性波発生部と検出部が互いに平行な配置からずれていることにある。複数トランスデューサを有する検出部では、それぞれのトランスデューサからのＳＡＷ波形のずれを観察することにより、こうした平行配置のずれを検出して、その配置を微調整することにより、理想的な配置を実現し、測定の精度を改善できる。
【００１５】
これらの波形が重なるように検出部の向きを調整することによって、波面に平行になるようにトランスデューサのナイフエッジを設置することが可能であり、また、表面弾性波の状況を正しく検出できるようになる。このように設置された後は、測定においてはどちらか一方のトランスデューサのみでよいので、他方をその表面から離すことによって、トランスデューサからの干渉を抑制することができる。また、上記の例では、２個のトランスデューサを用いた検出部を用いたが、３個のトランスデューサを用いることによってさらにアラインメントを高めた測定を行うことができる。この場合は、外側の２つをアラインメント用に用いて、中央のトランスデューサでヤング率を見積もるためのデータを取得するものである。これら３個のトランスデューサは、直線状に配置してもよいし、中間のものだけを、表面弾性波に対して前進してあるいは後退して配置することも可能であるが、前進して配置するのが望ましい。
【００１６】
ヤング率の見積もりにあたっては、異なる２点（ｘ１とｘ２）での測定データを取得し、それぞれをフーリエ変換して周波数表現にすることによりそのスペクトルを算出する。このスペクトルの振幅や位相は、図５（ｂ）あるいは、図５（ｃ）で与えられる。伝播位相速度の周波数分散スペクトルは、図５（ｄ）にしたがって求めることができる。このデータ処理は、データ処理装置（ＰＣ）１５で行う。
【００１７】
【発明の効果】
この発明は、表面波発生手段と、一列に並んだ複数の表面波検出手段と、比較手段と、表面波検出手段の列の向きを調整することのできる表面波検出手段の保持手段と、を含む表面波評価装置を用いて、保持手段の調整を行った後に、測定するようにしたので、従来の測定装置よりも誤差の少ない測定を行うことができる。例えば、従来法では精度の高い測定が不可能な柔らかい膜について、本発明では、０．１ＧＰａの精度で弾性率を測定できた。
【００１８】
また、一対の位置決め用の表面波検出手段のそれぞれの表面波検出結果を用いて保持手段の調整を行った後に上記の測定用の表面波検出手段を用いて測定するようにしたので、さらに測定誤差を抑制することができる。
【００１９】
また、測定に用いる表面波検出手段以外の表面波検出手段を上記の測定対象物の表面から離間して測定するようにしたので、さらに測定誤差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面波評価装置の検出部を示す模式図である。
【図２】本発明の表面波評価装置を示す模式図である。
【図３】検出部部を示す写真である。
【図４】トランスデューサからの出力を比較するためのオシロスコープの波形例である。
【図５】ヤング率を求める際の手順を示す図である。
【図６】従来の表面弾性波測定装置の検出部を示す模式図である。
【図７】ヤング率によって決まる表面波の速度の周波数分散を示す図である。
【符号の説明】
１  パルスレーザ光
２  円筒型レンズ
３  表面弾性波発生部
４  検出部
５  トランスデューサ
６  圧電性のポリマー
７  測定物質
８  補助物質
９  表面弾性波
１０  濾波器
１１  オシロスコープ
１２  プリズム
１３  フォトダイオード
１４  パルスレーザ装置
１５  データ処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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