(57)【要約】【課題】温度変化の影響を受けることなしに、精密な応力測定を実現させることができるレーザラマン分光法による応力測定装置を提供する。【解決手段】本レーザラマン分光法による応力測定装置は、１個のレーザ光源２、分光器４、検出器５、リファレンス用及びサンプル用の一対の同軸レンズ６ｒ、６ｓ、試料室３を備え、この試料室３に収容されるリファレンスＲ、サンプルＳに照射するレーザ光の光路および散乱光の光路の少なくとも一方を遮断する一対のシャッター７ｒ、７ｓを設け、このシャッター７ｒ、７ｓを交互に開閉し、リファレンスＲ、サンプルＳの応力を交互に測定可能にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個のレーザ光源、分光器、検出器、リファレンス用及びサンプル用の一対の同軸レンズ、試料室を備え、この試料室に収容されるリファレンス、サンプルに照射するレーザ光の光路および散乱光の光路の少なくとも一方を遮断する一対のシャッターを設け、このシャッターを交互に開閉し、リファレンス、サンプルの応力を交互に測定可能にしたことを特徴とするレーザラマン分光法による応力測定装置。
【請求項２】
前記一対のシャッターを一対の同軸レンズに各々設けることを特徴とする請求項１に記載のレーザラマン分光法による応力測定装置。
【請求項３】
レーザラマン分光法による応力測定において、リファレンスあるいはサンプルに交互にレーザ光を照射して、リファレンスあるいはサンプルから発せられる散乱光を交互に分光器で受光してほぼ同時に応力測定し、温度変動の影響なく応力測定を行うことを特徴とするレーザラマン分光法による応力測定技術方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザラマン分光法による応力測定装置、応力測定方法に係り、特にリファレンスあるいはサンプルに交互にレーザ光を照射するレーザラマン分光法による応力測定装置、応力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザラマン分光法による応力測定は、特に数μｍレベルの微小部の応力を非破壊で測定できることを特長としており、半導体やセラミックス等の応力測定に活用されている。
【０００３】
このようなレーザラマン分光法による応力測定は、ストレスフリーのリファレンス及びサンプルにレーザ光を照射し、これらから発せられるラマン散乱光をレンズ、分光器を介して検出器で検出してピーク波数を求め、このピーク波数のシフト量を用いて行われるが、そのシフト量はごく僅かであり、被測定物の切り換えとその準備のために時間を要し、その間にサンプルに温度変化が生じるため、測定値が温度変動の影響を受けやすい問題がある。一般に補正はプラズマラインのピーク波数よりなされるが、サンプル自体に温度変化が生じると上記補正そのものが不可能になり、精密な温度測定ができない。
【０００４】
なお、レーザラマン分光法による応力測定に関する開示が特許文献１、２にある。
【特許文献１】特開平６−３４７３４３号公報
【特許文献２】特開２００５−１５６４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、温度変化の影響を受けることなく、精密な応力測定を実現させることができるレーザラマン分光法による応力測定装置および応力測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するため、本発明に係るレーザラマン分光法による応力測定装置は、１個のレーザ光源、分光器、検出器、リファレンス用及びサンプル用の一対の同軸レンズ、試料室を備え、この試料室に収容されるリファレンス、サンプルに照射するレーザ光の光路および散乱光の光路の少なくとも一方を遮断するシャッターを設け、このシャッターを交互に開閉し、リファレンス、サンプルの応力を交互に測定可能にしたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るレーザラマン分光法による応力測定方法は、レーザラマン分光法による応力測定において、リファレンスあるいはサンプルに交互にレーザ光を照射して、リファレンスあるいはサンプルから発せられる散乱光を交互に分光器で受光してほぼ同時に応力測定し、温度変動の影響なく応力測定を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るレーザラマン分光法による応力測定装置によれば、温度変化の影響を受けることなく、精密な応力測定可能なレーザラマン分光法による応力測定装置を提供することができる。
【０００９】
本発明に係るレーザラマン分光法による応力測定方法によれば、温度変化の影響を受けることなく精密な応力測定可能なレーザラマン分光法による応力測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係るレーザラマン分光法による応力測定装置について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１はレーザラマン分光法による応力測定装置の概念図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明に係るレーザラマン分光法による応力測定装置１は、レーザ光源２、試料室３、分光器４、検出器５からなるレーザラマン分光分析装置を基本構成として用い、試料室３の光路上手前にレーザ入射光用と散乱光検出用を同軸とするレンズ６を構成する一対のリファレンス用レンズ６ｒとサンプル用レンズ６ｓを各々配する。
【００１３】
また、両レンズ６ｒ、６ｓにシャッター７を構成する一対のリファレンス用シャッター７ｒとサンプル用シャッター７ｓを各々配し、この両シャッター７ｒ、７ｓは、交互に開閉制御され、光路を開放、遮断するようになっている。
【００１４】
さらに、検出器６には演算処理手段８が接続され、検出器６で受光し、演算処理手段８により分析し、ディスプレー９に表示する構成になっている。
【００１５】
次に本発明に係るレーザラマン分光法による応力測定方法について説明する。
【００１６】
図１に示すように、試料室３にストレスフリーのリファレンスＲ、サンプルＳをセットする。
【００１７】
リファレンス用シャッター７ｒを開放し、サンプル用シャッター７ｓを閉じてリファレンスにレーザ光を照射する。リファレンスの分子振動に起因して発生したラマン散乱光をリファレンス用レンズ６ｒ、開放されたリファレンス用シャッター７ｒを介して、分光器４に送り、分光された散乱光を検出器５で検出し、測定対象ピークの波数を記憶する。
【００１８】
しかる後、速やかに、リファレンス用シャッター７ｒを閉じ、サンプル用シャッター７ｓを開放してサンプルにレーザ光を照射する。サンプルの分子振動に起因して発生したラマン散乱光をサンプル用レンズ６ｓ、開放されたサンプル用シャッター７ｓを介して、ラマン散乱光を分光器４に送り、分光された散乱光を検出器５で検出し、測定対象ピークの波数を記憶する。
【００１９】
このような測定を行うことで、リファレンス及びサンプルのピークを測定することができる。その際、測定対象となるピークは結晶格子に圧縮応力が働くと格子定数が小さくなり、結合力が大きくなって格子振動のエネルギーは大きくなり、ピークは高波数側へシフトする一方、引張応力が働いている場合は、この逆で低波数へシフトする。リファレンスとサンプルのピーク位置との差を求めてサンプルの応力を計算することができる。
【００２０】
このように一対のシャッター７ｒ、７ｓを交互に用いることで、リファレンスＲ及びサンプルＳから発する散乱光を分離し、リファレンスＲ及びサンプルＳの応力測定をほぼ同時に行うことができる。
【００２１】
リファレンスとサンプルに±１℃の温度差が生じると±１ｃｍ−１（例えばＳｉで±２００ＭＰａ相当）程度の誤差を生じるが、上記のようにほぼ同時に測定を行うことでその誤差は±０．０５ｃｍ−１Ｈｇ程度に改善される。
【００２２】
従って、リファレンスとサンプルの測定時の温度差に起因する誤差をなく、正確に応力測定を行うことができる。
【００２３】
本実施形態のレーザラマン分光法による応力測定装置及び応力測定方法によれば、温度変化の影響を受けることがなく、精密な応力測定が実現される。
【実施例】
【００２４】
図１に示す本発明のレーザラマン分光法による応力測定装置を用い、ストレスフリーのリファレンス及びサンプルの応力測定を行った。
【００２５】
結果を図２に示す。応力測定はラマンピークのシフトから測定するが、問題なくピークシフトを観測できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るレーザラマン分光法による応力測定装置の概念図。
【図２】本発明に係るレーザラマン分光法による応力測定装置を用いたサンプル測定の結果図。
【符号の説明】
【００２７】
１  レーザラマン分光法による応力測定装置
２  レーザ光源
３  試料室
４  分光器
５  検出器
６  レンズ
６ｒ  リファレンス用レンズ
６ｓ  サンプル用レンズ
７  シャッター
７ｒ  リファレンス用シャッター
７ｓ  サンプル用シャッター
８  演算処理手段
９  ディスプレー
【図１】
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【図２】
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