JP3353316B2 - Method and apparatus for detecting surface or internal information of sample - Google Patents

Method and apparatus for detecting surface or internal information of sample

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JP3353316B2
JP3353316B2 JP34064691A JP34064691A JP3353316B2 JP 3353316 B2 JP3353316 B2 JP 3353316B2 JP 34064691 A JP34064691 A JP 34064691A JP 34064691 A JP34064691 A JP 34064691A JP 3353316 B2 JP3353316 B2 JP 3353316B2
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光音響効果を利用し
て、試料の表面または内部の2次元内部情報を検出する
試料の表面または内部情報検出方法およびその装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for detecting surface or internal information of a sample for detecting two-dimensional internal information on the surface or inside of the sample by utilizing a photoacoustic effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】光音響効果(Photoacoustic Effect)
は、1881年チンダル(Tyndall)、ベル(Bell)、
レントゲン(Rentogen)らによって発見された。即ち、
図30に示すように、強度変調した光(断続光)19を
励起光として、レンズ5により試料7上に集光して照射
すると、光吸収領域Vop21において熱が発生し、熱拡
散長μs22で与えられる熱拡散領域Vth23を周期的
に拡散し、この熱歪波によって弾性波(超音波)が発生
する現象である。上記超音波、即ち光音響信号をマイク
ロホン(音響電気変換器)や圧電素子あるいは光干渉計
を用いて検出し、励起光の変調周波数と同期した信号成
分を求めることにより、試料の表面及び内部の情報を得
ることができる。尚、熱拡散長μs22は、励起光の変
調周波数をfLとして、試料7の熱伝導率k、密度ρ、
及び比熱cより、次式(数1)で与えられる。
[Prior Art] Photoacoustic Effect
In 1881 Tyndall, Bell,
Discovered by Rentogen et al. That is,
As shown in FIG. 30, when the intensity-modulated light (intermittent light) 19 is used as excitation light and condensed and irradiated on the sample 7 by the lens 5, heat is generated in the light absorption region V op 21 and the heat diffusion length This is a phenomenon in which the thermal diffusion region V th 23 given by μ s 22 is periodically diffused, and an elastic wave (ultrasonic wave) is generated by the thermal strain wave. The ultrasonic wave, that is, the photoacoustic signal is detected using a microphone (acousto-electrical transducer), a piezoelectric element, or an optical interferometer, and a signal component synchronized with the modulation frequency of the excitation light is obtained. Information can be obtained. The thermal diffusion length μ s 22 is obtained by setting the modulation frequency of the excitation light to f L , the thermal conductivity k, the density ρ,
And the specific heat c, it is given by the following equation (Equation 1).

【0003】[0003]

【数1】 (Equation 1)

【0004】上記光音響信号の検出方法に関しては、例
えば、文献「非破壊検査;第36巻第10号,p.73
0〜p.736(昭和62年10月)」や「アイ・イー
・イー・イー1986ウルトラ・ソニックス・シンポジ
ウム;p.515〜526(1986年)(IEEE1
986ULTRA‐SONICS SYMPOSIU
M;p.515〜526(1986)」において論じら
れている。
Regarding the method of detecting the photoacoustic signal, see, for example, the document “Non-destructive inspection; Vol. 36, No. 10, p.
0 to p. 736 (October 1987) "and" IEI 1986 Ultra Sonics Symposium; pp. 515-526 (1986) (IEEE1
986ULTRA-SONICS SYMPOSIU
M; p. 515-526 (1986) ".

【0005】その一例を図29に基づいて説明する。レ
ーザ1から出射した平行光を音響光学変調素子(AO変
調器)2により強度変調し、その断続光、即ち励起光を
ビームエキスパンダ3により所望のビーム径の平行光1
9とした後、ハーフミラー4で反射させ、レンズ5によ
りXYステージ6上の試料7の表面に集光させる。試料
7上の集光部21から生じた熱歪波により超音波が発生
し、同時に試料7表面に微小変位が生じる。この微小変
位を以下に述べるマイケルソン干渉計で検出する。レー
ザ8から出射した平行光をビームエキスパンダ9により
所望のビーム径に拡大した後、ハーフミラー10で2つ
の光路に分離し、一方はプローブ光24としてレンズ5
により試料7上の集光部21に集光させる。他方は参照
ミラー11に照射させる。試料7からの反射光と上記参
照ミラー11からの反射光とは、ハーフミラー10上で
互いに干渉し、この干渉光がレンズ12によりホトダイ
オード等の光電変換素子13上に集光される。光電変換
された干渉強度信号はプリアンプ14で増幅された後、
ロックインアンプ16に送られる。ロックインアンプ1
6では、音響光学変調素子2の駆動に用いる発信器15
からの変調周波数信号を参照信号として、干渉強度信号
に含まれる変調周波数成分だけが抽出される。この周波
数成分がその周波数に応じた試料7の表面あるいは内部
の情報を持つ。数1より、変調周波数を変えることによ
り熱拡散長μs21を変えることができ、試料の深さ方
向の情報を得ることができる。熱拡散領域Vth23内に
クラック等の欠陥があれば、干渉強度信号中の変調周波
数成分の振幅と、変調周波数信号に対する位相が変化す
るので、その存在を知ることができる。XYステージ移
動信号とロックインアンプ16からの出力信号は計算機
17で処理され、試料上の各点における光音響信号がモ
ニタテレビジョン等の表示器18に2次元画像情報とし
て出力される。
An example will be described with reference to FIG. The parallel light emitted from the laser 1 is intensity-modulated by an acousto-optic modulator (AO modulator) 2, and the intermittent light, that is, the excitation light is converted into a parallel light 1 having a desired beam diameter by a beam expander 3.
After being set to 9, the light is reflected by the half mirror 4 and condensed by the lens 5 on the surface of the sample 7 on the XY stage 6. Ultrasonic waves are generated by the thermostrictive waves generated from the condensing section 21 on the sample 7, and at the same time, minute displacement occurs on the surface of the sample 7. This minute displacement is detected by a Michelson interferometer described below. After the parallel light emitted from the laser 8 is expanded to a desired beam diameter by the beam expander 9, it is split into two optical paths by the half mirror 10, one of which is used as the probe light 24 as the lens 5.
The light is condensed on the condensing part 21 on the sample 7 by the above. The other irradiates the reference mirror 11. The reflected light from the sample 7 and the reflected light from the reference mirror 11 interfere with each other on the half mirror 10, and the interference light is condensed on a photoelectric conversion element 13 such as a photodiode by a lens 12. After the photoelectrically converted interference intensity signal is amplified by the preamplifier 14,
It is sent to the lock-in amplifier 16. Lock-in amplifier 1
6, a transmitter 15 used for driving the acousto-optic modulator 2 is used.
, And only the modulation frequency component included in the interference intensity signal is extracted. This frequency component has information on the surface or inside of the sample 7 corresponding to the frequency. From Equation 1, the thermal diffusion length μ s21 can be changed by changing the modulation frequency, and information in the depth direction of the sample can be obtained. If there is a defect such as a crack in the thermal diffusion region V th23, the amplitude of the modulation frequency component in the interference intensity signal and the phase with respect to the modulation frequency signal change, so that the existence thereof can be known. The XY stage movement signal and the output signal from the lock-in amplifier 16 are processed by a computer 17, and a photoacoustic signal at each point on the sample is output to a display 18 such as a monitor television as two-dimensional image information.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、非接
触・非破壊で光音響信号を検出できる極めて有効な手段
であるが、以下に示すような課題をもっている。
The above prior art is an extremely effective means capable of detecting a photoacoustic signal in a non-contact and nondestructive manner, but has the following problems.

【0007】即ち、図29に示す従来の光音響検出光学
系では、試料の2次元内部情報を得ようとする場合、光
音響効果を発生させるための励起光と、光音響効果によ
って生じた試料表面の微小変位を検出するためのプロー
ブ光とを、各々相対的に試料上を2次元走査する必要が
ある。この2次元走査は1点ずつ情報を検出していくい
わゆるポイント走査であるため、試料の全面にわたって
走査しようとすると、莫大な検出時間を要してしまう。
この莫大な検出時間を要する点が、これまで光音響検出
技術が生産ラインにおける試料の内部欠陥検査へ適用で
きないでいた最大の理由である。また、試料によって
は、表面の反射率が場所によって異なっている場合があ
る。その場合、従来技術では、プローブ光の反射光強度
が内部情報だけでなく表面反射率の情報を含んでしま
い、正確に内部情報のみのを検出することが困難であっ
た。さらに、試料によっては、表面の形状が平坦でなく
場所によって凹凸状態になっている場合がある。その場
合、従来技術では、プローブ光の反射光の位相が試料表
面の凹凸によって変化し、内部情報だけでなく表面の凹
凸情報を含んでしまい、正確に内部情報のみのを検出す
ることが困難であるという課題を有していた。
That is, in the conventional photoacoustic detection optical system shown in FIG. 29, when two-dimensional internal information of a sample is to be obtained, excitation light for generating a photoacoustic effect and a sample generated by the photoacoustic effect are used. It is necessary to relatively two-dimensionally scan the sample with a probe light for detecting a minute displacement of the surface. Since the two-dimensional scanning is a so-called point scanning in which information is detected one by one, an enormous detection time is required to scan the entire surface of the sample.
This enormous detection time is the biggest reason that photoacoustic detection technology has not been applicable to the inspection of internal defects of a sample in a production line. Further, depending on the sample, the reflectance of the surface may be different depending on the location. In that case, in the related art, the reflected light intensity of the probe light includes not only the internal information but also the information of the surface reflectance, and it has been difficult to accurately detect only the internal information. Furthermore, depending on the sample, the shape of the surface may not be flat and may be uneven depending on the location. In that case, in the prior art, the phase of the reflected light of the probe light changes due to the unevenness of the sample surface, and includes not only the internal information but also the unevenness information on the surface, and it is difficult to accurately detect only the internal information. There was a problem that there is.

【0008】本発明の目的は、単純構成にして、また試
料表面の反射率分布及び凹凸分布の影響を受けにくい、
表面または内部の2次元内部情報の高速検出を可能とす
る試料の表面または内部情報検出方法およびその装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a simple structure and to be less susceptible to the reflectivity distribution and unevenness distribution on the sample surface.
An object of the present invention is to provide a method for detecting surface or internal information of a sample and a device therefor, which enable high-speed detection of two-dimensional internal information on the surface or inside.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、試料の表面または内部情報検出方法を、
所望の周波数で強度変調した第1の光を試料の表面の帯
状の領域に照射して表面上の帯状の領域またはこの帯状
の領域の下側の試料の内部に光音響効果あるいは光熱効
果を発生させ、第2の光を試料の表面の帯状の領域に照
射し、第2の光の照射による試料表面からの反射光を参
照光と干渉させ、この干渉により生じた干渉光を光電変
換素子で検出し、この検出した干渉光より試料の表面の
帯状の領域を構成する複数の小領域または帯状の領域の
下側の試料内部の複数の小領域の情報を複数の小領域ご
とに分離して検出するようにした。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for detecting surface or internal information of a sample,
A first light intensity-modulated at a desired frequency is applied to a band-shaped region on the surface of the sample to generate a photoacoustic effect or a photothermal effect in the band-shaped region on the surface or inside the sample below the band-shaped region. Then, the second light is applied to a strip-shaped region on the surface of the sample, and the reflected light from the sample surface due to the irradiation of the second light interferes with the reference light, and the interference light generated by this interference is converted by the photoelectric conversion element. Detecting and separating information of a plurality of small regions constituting the band-shaped region on the surface of the sample from the detected interference light or a plurality of small regions inside the sample below the band-shaped region for each of the plurality of small regions. Detected.

【0010】また、上記目的を達成するために、本発明
では、試料の表面または内部情報検出方法を、所望の周
波数で強度変調し帯状に成形した第1の光を試料の表面
に照射して試料上の帯状に成形した第1の光で照射され
た領域の表面または第1の光で照射された領域の表面の
下側の試料の内部に光音響効果あるいは光熱効果を発生
させ、帯状に形成した第2の光を試料の表面の第1の光
で照射された領域に照射し、第2の光の照射による試料
表面からの反射光を参照光と干渉させ、この干渉により
生じた干渉光を光電変換素子で検出し、検出した干渉光
より試料の表面の第1の光で照射された領域を構成する
複数の小領域または第1の光で照射された領域の下側の
試料の内部の複数の小領域の情報を複数の小領域ごとに
分離して検出するようにした。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a method of detecting the surface or internal information of a sample by irradiating the surface of the sample with first light, which is intensity-modulated at a desired frequency and shaped into a band, is applied. A photoacoustic effect or a photothermal effect is generated inside the sample on the surface of the region irradiated with the first light or on the surface of the region irradiated with the first light, which is formed into a band shape on the sample. The formed second light is irradiated to the region of the surface of the sample irradiated with the first light, and the reflected light from the sample surface due to the irradiation of the second light interferes with the reference light, and the interference generated by this interference The light is detected by the photoelectric conversion element, and a plurality of small areas constituting the area irradiated with the first light on the surface of the sample from the detected interference light or the lower side of the sample irradiated with the first light are sampled. Separately detect information in multiple small areas inside multiple small areas Was Unishi.

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】また、上記目的を達成するために、本発明
では、試料の表面または内部情報検出装置を、第1の光
を出射する第1の光源手段と、この第1の光源手段から
発射した第1の光を所望の周波数で強度変調して試料の
表面の帯状の領域に照射する第1の照射手段と、第2の
光を出射する第2の光源手段と、この第2の光源手段か
ら発射した第2の光を試料の表面の第1の光を照射した
帯状の領域に照射する第2の照射手段と、参照光を発生
させる参照光手段と、第2の照射手段で照射した第2の
光により試料表面で発生した反射光を参照光手段で発生
させた参照光と干渉させて干渉による干渉光を検出する
検出手段と、この検出手段で干渉光を検出して得た信号
を処理して試料の表面の帯状の領域を構成する複数の小
領域または帯状の領域の下側の試料内部の複数の小領域
の情報を複数の小領域ごとに分離して検出する処理手段
とを備えて構成した。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a sample surface or internal information detecting device is emitted from a first light source for emitting first light, and from the first light source. First irradiating means for modulating the intensity of the first light at a desired frequency to irradiate a band-shaped region on the surface of the sample, second light source means for emitting the second light, and the second light source means A second light emitting means for irradiating a second light emitted from the first light to a band-shaped area of the surface of the sample irradiated with the first light, a reference light means for generating a reference light, and a second light emitting means Detecting means for detecting the interference light due to the interference by causing the reflected light generated on the sample surface by the second light to interfere with the reference light generated by the reference light means, and a signal obtained by detecting the interference light by the detecting means Process to form a plurality of small areas or strips that constitute a strip-shaped area on the surface of the sample. It was constructed and a processing means for separating and detecting information of the lower plurality of small regions within the sample of the frequency for each of a plurality of small regions.

【0016】また、上記目的を達成するために、本発明
では、試料の表面または内部情報検出装置を、試料を載
置して少なくとも1軸方向に移動可能なテーブル手段
と、第1の光を出射する第1の光源手段と、この第1の光
源手段から発射した第1の光を所望の周波数で強度変調
すると共に帯状に成形してテーブル手段に載置した試料
の表面に照射する第1の照射手段と、第2の光を出射す
る第2の光源手段と、この第2の光源手段から発射した
第2の光を帯状に成形して試料の表面の第1の光を照射
した領域に照射する第2の照射手段と、参照光を発生さ
せる参照光手段と、試料表面の第1の照射手段で照射し
ている位置に第2の照射手段で照射した第2の光により
発生した反射光を参照光手段で発生させた参照光と干渉
させて干渉による干渉光の像を検出する像検出手段と、
この像検出手段で検出して得た干渉光像の信号を処理し
て試料の表面の帯状の領域を構成する複数の小領域また
は帯状の領域の下側の試料内部の複数の小領域の情報を
複数の小領域ごとに分離して検出する処理手段とを備え
て構成した。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a surface of a sample or an internal information detecting device is provided with a table means on which a sample is placed and which can be moved in at least one axial direction, and a first light beam. A first light source means for emitting light, and a first light emitted from the first light source means is intensity-modulated at a desired frequency and shaped into a band to irradiate a surface of a sample placed on a table means. Irradiating means, a second light source means for emitting the second light, and an area of the sample surface irradiated with the first light by shaping the second light emitted from the second light source means into a band shape Second irradiation means for irradiating the sample, reference light means for generating a reference light, and second light irradiating the second irradiation means on a position of the sample surface irradiated with the first irradiation means. The reflected light interferes with the reference light generated by the reference light means. And image detection means for detecting an image of Wataruhikari,
The signal of the interference light image detected and obtained by the image detecting means is processed to obtain information on a plurality of small regions constituting a band-shaped region on the surface of the sample or a plurality of small regions inside the sample below the band-shaped region. And a processing means for separating and detecting each of a plurality of small areas.

【0017】また、上記目的を達成するために、本発明
では、試料の表面または内部情報検出装置を、第1の光
を出射する第1の光源手段と、この第1の光源手段から
発射した第1の光を試料の表面の複数の領域に同時に照
射する第1の照射手段と、第2の光を出射する第2の光
源手段と、この第2の光源手段から発射した第2の光を
帯状に成形して試料の表面の第1の光を照射した複数の
領域に同時に照射する第2の照射手段と、参照光を発生
させる参照光手段と、第2の照射手段で照射した第2の
光により試料表面で発生した反射光を参照光手段で発生
させた参照光と干渉させて干渉による干渉光を検出する
干渉光検出手段と、この干渉光検出手段で干渉光を検出
して得た信号を処理して試料の表面の帯状の領域を構成
する複数の小領域または帯状の領域の下側の試料内部の
複数の小領域の情報を複数の小領域ごとに分離して検出
する処理手段とを備えて構成した。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the surface of the sample or the internal information detecting device is emitted from the first light source means for emitting the first light and the first light source means. First irradiation means for simultaneously irradiating a plurality of regions on the surface of the sample with first light, second light source means for emitting second light, and second light emitted from the second light source means A second irradiation means for simultaneously irradiating a plurality of regions on the surface of the sample irradiated with the first light, a reference light means for generating reference light, and a second irradiation means for irradiating the first light on the surface of the sample. The interference light detecting means for detecting the interference light due to the interference by causing the reflected light generated on the sample surface by the light of No. 2 to interfere with the reference light generated by the reference light means, and detecting the interference light with the interference light detecting means A plurality of small areas that form a band-shaped area on the surface of the sample by processing the obtained signal Others were constructed and a processing means for separately detecting the lower plurality of small regions information within the sample of strip-shaped regions for each of a plurality of small regions.

【0018】また、上記目的を達成するために、本発明
では、試料の表面または内部情報検出装置を、第1の光
を出射する第1の光源手段と、この第1の光源手段から
発射した第1の光を試料の表面の複数の領域に同時に照
射する第1の照射手段と、第2の光を出射する第2の光
源手段と、この第2の光源手段から発射した第2の光を
帯状に成形して試料の表面の第1の光を照射した複数の
領域に同時に照射する第2の照射手段と、参照光を発生
させる参照光手段と、第2の照射手段で照射した第2の
光により試料表面で発生した反射光を参照光手段で発生
させた参照光と干渉させて干渉による干渉光の像を撮像
して検出する干渉光検出手段と、この干渉光検出手段で
干渉光の像を撮像して得た画像信号を処理して試料の表
面の帯状の領域を構成する複数の小領域または帯状の領
域の下側の試料内部の複数の小領域の情報を複数の小領
域ごとに分離して検出する処理手段とを備えて構成し
た。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the surface of the sample or the internal information detecting device is emitted from the first light source means for emitting the first light and the first light source means. First irradiation means for simultaneously irradiating a plurality of regions on the surface of the sample with first light, second light source means for emitting second light, and second light emitted from the second light source means A second irradiation means for simultaneously irradiating a plurality of regions on the surface of the sample irradiated with the first light, a reference light means for generating reference light, and a second irradiation means for irradiating the first light on the surface of the sample. Interference light detecting means for causing the reflected light generated on the sample surface by the light of No. 2 to interfere with the reference light generated by the reference light means, and capturing and detecting an image of the interference light due to the interference; By processing the image signal obtained by capturing the light image, the band-shaped area on the surface of the sample is processed. It was constructed and a processing means for separately detecting the lower plurality of small regions information within the sample of a plurality of small areas or strip region formed for each of the plurality of small regions.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【作用】光音響信号検出装置において、所望の周波数で
強度変調した光を試料の帯状検査領域の表面上に照射し
て該帯状検査領域の表面または内部に光音響効果あるい
は光熱効果を発生させることができると共に、光を試料
の帯状検査領域の表面上に照射してその反射光と参照光
との干渉光を試料表面と共役の関係にある光電変換素子
で検出し、該検出した干渉光強度信号の中から帯状検査
領域にて光音響効果あるいは光熱効果により生じた前記
強度変調周波数と同じ周波数成分の熱歪を検出して該周
波数成分の熱歪より試料の帯状検査領域の表面または内
部情報を検出することが可能となり、従来方式に比べ格
段に高速な光音響信号の検出が可能となる。
In a photoacoustic signal detection device, light whose intensity is modulated at a desired frequency is irradiated onto the surface of a band-shaped inspection region of a sample to generate a photoacoustic effect or a photothermal effect on or in the band-shaped inspection region. And irradiates light onto the surface of the strip-shaped inspection area of the sample, detects interference light between the reflected light and the reference light by a photoelectric conversion element having a conjugate relationship with the sample surface, and detects the detected interference light intensity. From the signal, the thermal distortion of the same frequency component as the intensity modulation frequency caused by the photoacoustic effect or the photothermal effect in the belt-like inspection area is detected, and the surface or internal information of the specimen-like inspection area of the sample is obtained from the thermal strain of the frequency component. Can be detected, and the photoacoustic signal can be detected at a much higher speed than in the conventional method.

【0023】また、試料上に照射する強度変調光を試料
上で連続的な直線形状を成すビームとすることにより、
試料上の帯状検査領域を同時に励起することが可能とな
り、従来方式に比べ格段に高速な光音響信号の検出が可
能となる。
Further, by making the intensity-modulated light irradiated on the sample into a beam having a continuous linear shape on the sample,
It is possible to simultaneously excite the strip-shaped inspection region on the sample, and it is possible to detect a photoacoustic signal at a much higher speed than in the conventional method.

【0024】また、試料上に照射する強度変調光を試料
上で直線状に配列されたスポットビーム列とすることに
より、試料上の帯状検査領域を同時に励起することが可
能となり、従来方式に比べ格段に高速な光音響信号の検
出が可能となる。
Further, by forming the intensity-modulated light irradiated on the sample into a spot beam train linearly arranged on the sample, it is possible to simultaneously excite the band-like inspection area on the sample, which is different from the conventional method. It is possible to detect a photoacoustic signal at a much higher speed.

【0025】また、上記スポットビーム列の間隔を各ス
ポットビームによる熱拡散領域が重複しない間隔とする
ことにより、各帯状検査領域における光音響信号を独立
に検出することが可能になり、光音響画像の検出分解能
が向上する。
Further, by setting the interval between the spot beam arrays so that the thermal diffusion regions of the respective spot beams do not overlap each other, it is possible to independently detect photoacoustic signals in each band-shaped inspection region, and to obtain a photoacoustic image. Detection resolution is improved.

【0026】また、干渉光を検出するために複数個の蓄
積形光電変換素子から成る検出器を用いることにより、
帯状検査領域における光音響信号をほぼ同時に抽出する
ことが可能となり、従来方式に比べ格段に高速な光音響
信号の検出が可能となる。
Further, by using a detector composed of a plurality of storage-type photoelectric conversion elements to detect interference light,
Photoacoustic signals in the band-shaped inspection area can be extracted almost simultaneously, and photoacoustic signals can be detected at a much higher speed than in the conventional method.

【0027】また、干渉光を検出するために複数個の非
蓄積形光電変換素子から成る検出器を用いることによ
り、帯状検査領域における光音響信号をほぼ同時に抽出
することが可能となり、従来方式に比べ格段に高速な光
音響信号の検出が可能となる。
Further, by using a detector comprising a plurality of non-storage type photoelectric conversion elements for detecting interference light, it becomes possible to extract photoacoustic signals in a band-like inspection area almost at the same time. It is possible to detect a photoacoustic signal at a much higher speed.

【0028】また、干渉光強度信号が複数個の光電変換
素子から時系列的に1次元信号として出力される検出器
を用いることにより、帯状検査領域における光音響信号
をほぼ同時に抽出することが可能となり、従来方式に比
べ格段に高速な光音響信号の検出が可能となる。
Also, by using a detector in which the interference light intensity signal is output as a one-dimensional signal in time series from a plurality of photoelectric conversion elements, it is possible to extract photoacoustic signals in the band-like inspection area almost simultaneously. Thus, it is possible to detect a photoacoustic signal at a much higher speed than the conventional method.

【0029】また、干渉光強度信号が複数個の光電変換
素子から並列的に同時に出力される検出器を用いること
により、帯状検査領域における光音響信号をほぼ同時に
抽出することが可能となり、従来方式に比べ格段に高速
な光音響信号の検出が可能となる。
Further, by using a detector in which an interference light intensity signal is simultaneously output in parallel from a plurality of photoelectric conversion elements, it becomes possible to extract photoacoustic signals in a band-like inspection area almost simultaneously, and the conventional method. This makes it possible to detect a photoacoustic signal at a much higher speed than that of the first embodiment.

【0030】また、干渉光を検出するために複数個の蓄
積形光電変換素子から成る検出器を用い、検出器の各蓄
積形光電変換素子ごとに所望の蓄積時間内に蓄積されて
出力される干渉光強度信号の位相をπ/nずつシフトさ
せながら2n回信号を検出し、この2n個の信号データ
に基づいて上記強度変調周波数と同じ周波数成分の熱歪
を算出することにより、アナログ的な周波数フィルタリ
ング処理ではなくディジタル処理を用いることを可能と
し、その結果高調波成分の影響が少なく、高感度かつ高
精度な光音響信号の検出がを可能となる。また、ただ1
個の検出器により、試料表面の反射率分布、試料表面の
凹凸分布、光音響信号の振幅分布、及び光音響信号の位
相分布と計4つの表面及び内部情報を同時に検出するこ
とが可能となり、試料の高速な複合的評価を可能とな
る。また、試料表面の反射率分布、試料表面の凹凸分
布、及び光路のゆらぎを補正した光音響信号の検出を可
能となり、試料の表面及び内部情報の高感度かつ安定な
検出が可能となる。
Further, in order to detect interference light, a detector comprising a plurality of storage type photoelectric conversion elements is used, and each storage type photoelectric conversion element of the detector is stored and output within a desired storage time. By detecting the signal 2n times while shifting the phase of the interference light intensity signal by π / n, and calculating the thermal distortion of the same frequency component as the intensity modulation frequency based on the 2n pieces of signal data, an analog signal is obtained. It is possible to use digital processing instead of frequency filtering processing, and as a result, it is possible to detect a photoacoustic signal with high sensitivity and high accuracy, which is less affected by harmonic components. Also, just one
By means of the detectors, it becomes possible to simultaneously detect the reflectance distribution on the sample surface, the uneven distribution on the sample surface, the amplitude distribution of the photoacoustic signal, and the phase distribution of the photoacoustic signal and a total of four surface and internal information, High-speed composite evaluation of the sample becomes possible. In addition, it is possible to detect a photoacoustic signal in which the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, and the fluctuation of the optical path are corrected, and the sample surface and internal information can be detected with high sensitivity and stability.

【0031】また、蓄積形光電変換素子から成る検出器
から出力される干渉光強度信号の位相をπ/nずつシフ
トさせる方法として、上記試料表面からの反射光と参照
光との間の光周波数の差、上記強度変調周波数、及び上
記蓄積形光電変換素子の蓄積時間を、各々所望の値に組
合せる方法を用いることにより、ただ1個の検出器によ
り、試料表面の反射率分布、試料表面の凹凸分布、光音
響信号の振幅分布、及び光音響信号の位相分布と計4つ
の表面及び内部情報を同時に検出することが可能とな
り、試料の高速な複合的評価を可能となる。また、試料
表面の反射率分布、試料表面の凹凸分布、及び光路のゆ
らぎを補正した光音響信号の検出が可能となり、試料の
表面及び内部情報の高感度かつ安定な検出が可能とな
る。
As a method of shifting the phase of the interference light intensity signal output from the detector comprising the storage type photoelectric conversion element by π / n, an optical frequency between the reflected light from the sample surface and the reference light is used. , The intensity modulation frequency, and the accumulation time of the accumulation type photoelectric conversion element are each combined into a desired value, so that the reflectance distribution of the specimen surface and the specimen surface can be measured by only one detector. , The amplitude distribution of the photoacoustic signal, and the phase distribution of the photoacoustic signal, and a total of four surface and internal information can be detected at the same time, and a high-speed composite evaluation of the sample can be performed. In addition, it is possible to detect a photoacoustic signal in which the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, and the fluctuation of the optical path are corrected, and the sample surface and internal information can be detected with high sensitivity and stability.

【0032】また、検出器から並列的に同時に出力され
た干渉光強度信号から、上記強度変調周波数と同じ周波
数成分の熱歪を複数個の光電変換素子について並列に同
時に検出することにより、従来方式に比べ格段に高速な
光音響信号の検出が可能となる。
Further, by detecting the thermal distortion of the same frequency component as the above-mentioned intensity modulation frequency simultaneously and in parallel for a plurality of photoelectric conversion elements from the interference light intensity signals output in parallel from the detector in parallel, This makes it possible to detect a photoacoustic signal at a much higher speed than that of the first embodiment.

【0033】また、強度変調周波数を、光音響効果もし
くは光熱効果に基づく熱拡散長が上記試料の被測定内部
界面の深さと同じか、もしくはそれを越える長さとなる
ように設定することにより、内部界面の検査が可能とな
る。
Further, by setting the intensity modulation frequency such that the thermal diffusion length based on the photoacoustic effect or the photothermal effect is equal to or longer than the depth of the internal interface of the sample to be measured, Inspection of the interface becomes possible.

【0034】[0034]

【実施例】本発明の実施例を図1〜図28に基づいて説
明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0035】まず、本発明の第1の実施例を図1〜図1
2に基づいて説明する。図1は第1の実施例における光
音響検出光学系を示すものである。本光学系は、励起光
学系201、光音響信号を検出するためのヘテロダイン
形トワイマン・グリーン干渉光学系202、及び信号処
理系203から成る。励起光学系201のArレーザ3
1(波長515nm)から出射した平行ビーム32を音
響光学変調素子33に入射する。今、図1において、発
振器86から図2(a)に示す周波数fC0の正弦波98
を、また発振器87から同図(b)に示す周波数f
L(fL<fC0)の矩形波99を各々信号合成器88に入
力し、両波形の積をとることにより同図(c)に示す変
調信号100を作り、音響光学変調素子33に入力す
る。その結果、音響光学変調素子33からはfC0だけ周
波数シフトした1次回折光35が周波数fLで断続的に
出力される。即ち、励起光として、fC0だけ周波数シフ
トした変調周波数fLの強度変調ビームが得られる。
尚、0次光34は絞り36で遮光される。強度変調ビー
ム35をビームスプリッタ37を通過させた後、ビーム
エキスパンダ38により所望のビーム径に拡大し、更に
シリンドリカルレンズ(円筒レンズ)39により楕円ビ
ーム40にし、ダイクロイックプリズム41(波長60
0nm以下は反射、600nm以上は透過)で反射させ
た後対物レンズ42の瞳43即ち後側焦点位置44にx
方向のみ集光させる。一方、y方向に関してはシリンド
リカルレンズ39は曲率を持たない板ガラスとみなせる
ので、対物レンズの後側焦点位置44には平行光のまま
で入射する。その結果、図4に示すように、対物レンズ
の前側焦点位置、即ち試料47の表面上には、励起ビー
ムとして、x方向に幅を持ちy方向に集束した、1本の
ストライプビーム101が得られる。尚、ビームスプリ
ッタ37では強度変調ビーム35のうち10%程度のビ
ーム光49が反射され、ホトダイオード等の光電変換素
子50で検出された後、増幅回路89を経て発振器87
に送られる。発振器87では、変調信号制御回路90か
ら送られた設定周波数fLと光電変換素子50で検出さ
れた測定周波数fLXとを比較し、両者が一致するように
発振周波数を微調整する。発振器87はPLL(Pha
se Lock Loop)回路等で構成される。
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
2 will be described. FIG. 1 shows a photoacoustic detection optical system according to the first embodiment. This optical system comprises an excitation optical system 201, a heterodyne Twyman-Green interference optical system 202 for detecting a photoacoustic signal, and a signal processing system 203. Ar laser 3 of the excitation optical system 201
The parallel beam 32 emitted from 1 (wavelength 515 nm) is incident on the acousto-optic modulator 33. Now, in FIG. 1, a sine wave 98 having a frequency f C0 shown in FIG.
From the oscillator 87 and the frequency f shown in FIG.
Each of the rectangular waves 99 of L (f L <f C0 ) is input to the signal synthesizer 88, and the product of both waveforms is obtained to generate a modulation signal 100 shown in FIG. I do. As a result, the first-order diffracted light 35 whose frequency is shifted by f C0 is output intermittently at the frequency f L from the acousto-optic modulation element 33. That is, as the excitation light, the intensity modulated beam modulation frequency f L which is frequency shifted by f C0 is obtained.
The zero-order light 34 is shielded by the stop 36. After passing the intensity-modulated beam 35 through the beam splitter 37, the beam is expanded to a desired beam diameter by a beam expander 38, further converted into an elliptical beam 40 by a cylindrical lens (cylindrical lens) 39, and a dichroic prism 41 (wavelength 60).
0 nm or less is reflected, and 600 nm or more is transmitted), and then the pupil 43 of the objective lens 42, that is, x
Focus light only in the direction. On the other hand, since the cylindrical lens 39 can be regarded as a plate glass having no curvature in the y direction, it is incident as parallel light on the rear focal position 44 of the objective lens. As a result, as shown in FIG. 4, on the front focal position of the objective lens, that is, on the surface of the sample 47, one stripe beam 101 having a width in the x direction and being focused in the y direction is obtained as an excitation beam. Can be In the beam splitter 37, about 10% of the light beam 49 of the intensity-modulated beam 35 is reflected and detected by a photoelectric conversion element 50 such as a photodiode.
Sent to The oscillator 87 compares the set frequency f L sent from the modulation signal control circuit 90 with the measured frequency f L X detected by the photoelectric conversion element 50, and finely adjusts the oscillation frequency so that they match. The oscillator 87 has a PLL (Pha
(se Lock Loop) circuit and the like.

【0036】励起光学系201について、図3に基づい
て更に詳細に説明する。図3(a)及び(b)におい
て、シリンドリカルレンズ39の焦点位置と対物レンズ
42の後側焦点位置44とは一致しており、また対物レ
ンズの前側焦点位置は試料47の表面と一致している。
従って、同図(a)に示すようにx方向に関して、シリ
ンドリカルレンズ39から出たビーム40は対物レンズ
42の後側焦点位置44に集光するため、対物レンズ4
2から出たビーム46は平行光となって試料47表面上
に入射するわけである。一方、同図(b)に示すように
y方向に関して、シリンドリカルレンズ39は曲率を持
たない板ガラスとみなせるので、シリンドリカルレンズ
39から出たビーム40は対物レンズ42に平行光のま
まで入射するため、対物レンズ42から出たビーム46
は試料47表面上に集光するわけである。その結果、図
4に示すように、試料47の表面上には、励起ビームと
して、x方向に幅を持ちy方向に集束した、1本のスト
ライプビーム101が得られる。 今、試料として、図
4に示すようにポリイミドのような有機高分子材料10
4を絶縁体として形成されたCu配線パターン102、
103を考える。図5は、試料の内部構造と、励起ビー
ムによって生じた熱拡散領域を示す断面図である。試料
47は、セラミック基板109上に厚さ20μmのポリ
イミド104を絶縁体として厚さ20μmのCuパター
ン102、103が配線パターンとして形成された構造
となっている。Cu配線パターン中の内部クラック10
7や下地基板とCuパターン界面の剥離108が検出す
べき内部欠陥である。ここで、重要な点はCuパターン
102、103とその周辺のポリイミド104との熱的
性質の違いである。即ち、Cuの熱伝導率kは403
〔J・m~1・k~1・s~1〕、密度ρは8.93〔×10
6g・m~3〕、比熱cは0.38〔J・g~1・k~1〕で
あるのに対し、ポリイミドの熱伝導率kは0.288
〔J・m~1・k~1・s~1〕、密度ρは1.36〔×10
6g・m~3〕、比熱cは1.13〔J・g~1・k~1〕で
あり、特にCuの熱伝導率kはポリイミドのそれの14
00倍である。そこで、励起光の強度変調周波数fL
50kHzとして、数1に上記の値を代入すると、Cu
パターン部102、103における熱拡散長μsは約2
7μm、ポリイミド部104における熱拡散長は約1.
1μmとなる。その結果、図5に示すように、ストライ
プ状の励起ビーム101によって形成されたストライプ
状の光吸収領域105において与えられた熱が、検査対
象であるCuパターン部102、103では大きく拡散
し、下地基板との界面を含めてCuパターンの断面を覆
うように熱拡散領域106が形成される。一方、検査対
象外のポリイミド部104では、熱は小さく拡散し熱拡
散領域は表面部分のみに形成される。その結果、図4及
び図5に示すように、ストライプ状の励起ビーム101
を複数のCu配線パターン102、103を覆うように
照射すると、光吸収領域105に沿って光音響効果もし
くは光熱効果に基づいて生じた熱歪波により超音波(熱
弾性波)が発生し、試料47表面に微小変位の分布11
0(破線)が生じ、かつこの微小変位の分布110に
は、各々のCu配線パターン102、103の内部情報
(内部クラック107、剥離欠陥108)及びポリイミ
ド部104の内部情報が各々融合されることなく、独立
に反映されている。即ち、ストライプ状の励起ビーム1
01を用いれば、熱的コントラストの高い複数の検査対
象を同時に励起でき、かつ独立に検出することができ、
試料の2次元内部情報を高速に検出することが可能とな
る。 次に、光音響効果に基づく試料表面の微小変位の
分布110(破線)を検出するためのヘテロダイン形ト
ワイマン・グリーン干渉光学系202の構成とその機能
について、図1から図9に基づいて説明する。図1にお
いて、He−Neレーザ51(波長633nm)から出
射する直線偏光ビーム52の偏向方向を、図6(a)の
111のようにx軸及びy軸に対し45°方向に設定す
る。ここで、図1の紙面に対し、垂直方向をy軸とし、
それと直交する方向をx軸とする。偏光ビームスプリッ
タ53により、入射光ビーム52のうち図6(a)の1
12で示すp偏光成分54は偏光ビームスプリッタ53
を透過し、音響光学変調素子62に入射する。また、図
6(a)の113で示すs偏光成分55は偏光ビームス
プリッタ53で反射される。発振器91から図2(a)
に示すと同様の周波数fC1の正弦波を音響光学変調素子
62に入力し、fC1だけ周波数シフトしたp偏光の1次
回折光64を得る。尚、0次光63は絞り65で遮光さ
れる。このp偏光の1次回折光64はミラー66で反射
された後、偏光ビームスプリッタ61を通過する。一
方、偏光ビームスプリッタ53で反射されたs偏光成分
55はミラー56で反射された後、音響光学変調素子5
7に入射する。発振器91から図2(a)に示すと同様
の周波数fC2(fC1≠fC2)の正弦波を音響光学変調素
子57に入力し、fC2だけ周波数シフトしたs偏光の1
次回折光59を得る。尚、0次光58は絞り60で遮光
される。このs偏光の1次回折光59は偏光ビームスプ
リッタ61で反射され、偏光ビームスプリッタ61を通
過してきたp偏光の1次回折光64と合成される。この
合成光67は二周波直交偏光、即ち図6(b)に示す様
に、112及び113の方向に互いに直交し、かつお互
いにfC1−fC2の周波数差をもったビーム光を成す。合
成光67をビームスプリッタ68を通過させた後、ビー
ムエキスパンダ70により所望のビーム径に拡大し、更
にシリンドリカルレンズ(円筒レンズ)71により楕円
ビームにする。この楕円ビームは、偏光ビームスプリッ
タ73によりp偏光ビーム72とs偏光ビーム74に分
離される。p偏光ビーム72はfC1だけ周波数シフトし
ておりダイクロイックプリズム41を通過した後、対物
レンズ42の瞳43即ち後側焦点位置44にx方向のみ
集光する。一方、y方向に関してはシリンドリカルレン
ズ71は曲率を持たない板ガラスとみなせるので、対物
レンズ42の後側焦点位置44には平行光のままで入射
する。対物レンズ42から出射したビームはλ/4板4
5通過後円偏光ビーム145となり、図4に示すよう
に、対物レンズの前側焦点位置、即ち試料47の表面上
には、励起ビーム101と同じ位置に、プローブビーム
としてx方向に幅を持ちy方向に集束した、1本のスト
ライプビーム190が得られる。図7に示すように試料
47からの反射光は、光音響効果により試料47表面で
生じた微小変位の分布110(破線)を位相分布情報と
してもっている。図1において、試料47からの反射光
はλ/4板45通過後s偏光ビームとなり、対物レンズ
42を通過後再び同じ光路を経て偏光ビームスプリッタ
73で反射される。
The excitation optical system 201 will be described in more detail with reference to FIG. 3A and 3B, the focal position of the cylindrical lens 39 coincides with the rear focal position 44 of the objective lens 42, and the front focal position of the objective lens coincides with the surface of the sample 47. I have.
Accordingly, as shown in FIG. 3A, the beam 40 emitted from the cylindrical lens 39 in the x direction is focused on the rear focal position 44 of the objective lens 42, so that the objective lens 4
The beam 46 coming out of 2 becomes parallel light and is incident on the surface of the sample 47. On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the y direction, the cylindrical lens 39 can be regarded as a plate glass having no curvature, so that the beam 40 emitted from the cylindrical lens 39 enters the objective lens 42 as parallel light, Beam 46 emitted from objective lens 42
Is focused on the surface of the sample 47. As a result, as shown in FIG. 4, a single stripe beam 101 having a width in the x direction and converging in the y direction is obtained as an excitation beam on the surface of the sample 47. Now, as a sample, as shown in FIG.
4, a Cu wiring pattern 102 formed as an insulator;
Consider 103. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the internal structure of the sample and a heat diffusion region generated by the excitation beam. The sample 47 has a structure in which Cu patterns 102 and 103 having a thickness of 20 μm are formed as wiring patterns on a ceramic substrate 109 using polyimide 104 having a thickness of 20 μm as an insulator. Internal crack 10 in Cu wiring pattern
7 and peeling 108 at the interface between the underlying substrate and the Cu pattern are internal defects to be detected. Here, an important point is a difference in thermal properties between the Cu patterns 102 and 103 and the polyimide 104 around the Cu patterns 102 and 103. That is, the thermal conductivity k of Cu is 403.
[J · m ~ 1 · k ~ 1 · s ~ 1 ], the density [rho 8.93 [× 10
6 g · m ~ 3 ] and the specific heat c is 0.38 [J · g ~ 1 · k- 1 ], while the thermal conductivity k of the polyimide is 0.288.
[J · m ~ 1 · k ~ 1 · s ~ 1 ], the density [rho 1.36 [× 10
6 g · m ~ 3], the specific heat c is 1.13 [J · g ~ 1 · k ~ 1 ], in particular the thermal conductivity k of Cu is polyimide it 14
It is 00 times. Thus, when the intensity modulation frequency f L of the excitation light is set to 50 kHz and the above value is substituted into Expression 1, Cu
The thermal diffusion length μs in the pattern portions 102 and 103 is about 2
7 μm, and the thermal diffusion length in the polyimide portion 104 is about 1.
1 μm. As a result, as shown in FIG. 5, the heat given in the stripe-shaped light absorption region 105 formed by the stripe-shaped excitation beam 101 is greatly diffused in the Cu pattern portions 102 and 103 to be inspected, and Thermal diffusion region 106 is formed so as to cover the cross section of the Cu pattern including the interface with the substrate. On the other hand, in the polyimide portion 104 outside the inspection target, the heat is diffused small, and the heat diffusion region is formed only on the surface portion. As a result, as shown in FIG. 4 and FIG.
Is irradiated so as to cover the plurality of Cu wiring patterns 102 and 103, an ultrasonic wave (thermoelastic wave) is generated along a light absorption region 105 by a thermostrictive wave generated based on a photoacoustic effect or a photothermal effect, 47 Minute displacement distribution 11 on the surface
0 (broken line) is generated, and the internal information (internal crack 107, peeling defect 108) of each of the Cu wiring patterns 102 and 103 and the internal information of the polyimide portion 104 are merged into the minute displacement distribution 110, respectively. But independently reflected. That is, the excitation beam 1 in the form of a stripe
By using 01, a plurality of inspection objects having high thermal contrast can be excited simultaneously and independently detected,
The two-dimensional internal information of the sample can be detected at high speed. Next, the configuration and function of the heterodyne Twyman-Green interference optical system 202 for detecting the distribution 110 (broken line) of the minute displacement on the sample surface based on the photoacoustic effect will be described with reference to FIGS. . In FIG. 1, the deflection direction of the linearly polarized light beam 52 emitted from the He-Ne laser 51 (wavelength 633 nm) is set at 45 ° with respect to the x-axis and the y-axis as indicated by 111 in FIG. Here, the direction perpendicular to the plane of FIG.
A direction perpendicular to the direction is defined as an x-axis. 6A of the incident light beam 52 by the polarization beam splitter 53.
The p-polarization component 54 indicated by 12 is a polarization beam splitter 53
And enters the acousto-optic modulation element 62. The s-polarized light component 55 indicated by 113 in FIG. 6A is reflected by the polarization beam splitter 53. FIG. 2A from the oscillator 91
The sine wave of the same frequency f C1 that shown in input to the acousto-optic modulation element 62, to obtain a first-order diffracted light 64 of the p-polarized light frequency shifted by f C1. The zero-order light 63 is blocked by the stop 65. The p-polarized first-order diffracted light 64 is reflected by the mirror 66 and then passes through the polarization beam splitter 61. On the other hand, the s-polarized light component 55 reflected by the polarization beam splitter 53 is reflected by a mirror 56,
7 is incident. A sine wave having the same frequency f C2 (f C1 ≠ f C2 ) as shown in FIG. 2A is input from the oscillator 91 to the acousto-optic modulation element 57, and the s-polarized light 1 whose frequency is shifted by f C2 is output.
Next-order diffracted light 59 is obtained. The zero-order light 58 is blocked by the stop 60. The s-polarized first-order diffracted light 59 is reflected by the polarization beam splitter 61 and combined with the p-polarized first-order diffracted light 64 that has passed through the polarization beam splitter 61. The combined light 67 forms two-frequency orthogonally polarized light, that is, a light beam orthogonal to the directions of 112 and 113 and having a frequency difference of f C1 -f C2 from each other, as shown in FIG. 6B. After passing the combined light 67 through the beam splitter 68, the beam is expanded to a desired beam diameter by a beam expander 70, and further converted into an elliptical beam by a cylindrical lens (cylindrical lens) 71. This elliptical beam is split into a p-polarized beam 72 and an s-polarized beam 74 by a polarizing beam splitter 73. After passing through the dichroic prism 41, the p-polarized beam 72 is frequency-shifted by f C1 , and then condensed on the pupil 43 of the objective lens 42, that is, on the rear focal position 44 only in the x direction. On the other hand, since the cylindrical lens 71 can be regarded as a plate glass having no curvature in the y direction, it is incident on the rear focal position 44 of the objective lens 42 as parallel light as it is. The beam emitted from the objective lens 42 is a λ / 4 plate 4
After 5 passes, the beam becomes a circularly polarized beam 145. As shown in FIG. 4, the probe beam has a width in the x direction at the same position as the excitation beam 101 at the front focal position of the objective lens, that is, on the surface of the sample 47. One stripe beam 190 focused in the direction is obtained. As shown in FIG. 7, the reflected light from the sample 47 has a distribution 110 (broken line) of a small displacement generated on the surface of the sample 47 by the photoacoustic effect as phase distribution information. In FIG. 1, the reflected light from the sample 47 becomes an s-polarized beam after passing through the λ / 4 plate 45, is reflected by the polarizing beam splitter 73 through the same optical path again after passing through the objective lens 42.

【0037】一方、偏光ビームスプリッタ73により分
離されたs偏光ビーム74は、fC2だけ周波数シフトし
ており、λ/4板75通過後円偏光となり、参照ミラー
76に入射する。参照ミラー76で反射した円偏光ビー
ムは再びλ/4板75通過後p偏光となり、参照光とし
て偏光ビームスプリッタ73を通過する。図8の114
は、偏光ビームスプリッタ73で反射された試料47か
らの反射光の偏光方向を、115は参照ミラー76から
の反射光の偏光方向を示している。両者は互いに直交し
ているので、このままでは、干渉しない。そこで、結像
レンズ78の後に偏光板79を挿入し、その偏光方向を
図8の116に示すように45°方向とすることによ
り、両反射光は干渉しfB=fC1−fC2のビート周波数
を持ったヘテロダイン干渉光80が得られる。このヘテ
ロダイン干渉光80には光音響効果により試料47表面
で生じた微小変位のx方向の1次元分布が光位相分布情
報として含まれている。この干渉光80を中心波長63
3nmの干渉フィルタ81を通して迷光を除去した後、
結像レンズ78により、CCD1次元センサ等の蓄積形
固体撮像素子82上に結像させる。CCD1次元センサ
82の撮像面と試料47の表面とは結像関係にあるの
で、当然ながら、撮像面には試料47の表面に形成され
たプローブビームと同様ストライプ状の干渉光が結像す
る。尚、ビームスプリッタ68では二周波直交偏光の合
成光67のうち10%程度のビーム光が反射される。こ
のビーム光の両偏光成分は、偏光方向を図8の116に
示すように45°方向とした偏光板83により互いに干
渉し、fBX=fC1X−fC2Xのビート信号がホトダイオー
ド等の光電変換素子85で検出される。このビート信号
は増幅回路92を経てCCD1次元センサ駆動制御回路
93に送られる。駆動制御回路93では、計算機96か
ら送られた設定ビート周波数fBと光電変換素子85で
検出された測定周波数fBXとを比較し、両者が一致する
ように計算機96及び変調信号制御回路90を介して、
発振器91から出力される正弦波の周波数fC1もしくは
C2を微調整する。発振器91はPLL(Phase
LockLoop)回路等で構成される。
On the other hand, the s-polarized beam 74 split by the polarizing beam splitter 73 is frequency-shifted by f C2 , becomes circularly polarized after passing through the λ / 4 plate 75, and enters the reference mirror 76. The circularly-polarized beam reflected by the reference mirror 76 becomes p-polarized light after passing through the λ / 4 plate 75 again, and passes through the polarization beam splitter 73 as reference light. 114 in FIG.
Denotes the polarization direction of the reflected light from the sample 47 reflected by the polarization beam splitter 73, and 115 denotes the polarization direction of the reflected light from the reference mirror 76. Since they are orthogonal to each other, they do not interfere with each other. Then, a polarizing plate 79 is inserted after the imaging lens 78, and its polarization direction is set to a 45 ° direction as shown by 116 in FIG. 8, so that the two reflected lights interfere with each other and f B = f C1 −f C2 . Heterodyne interference light 80 having a beat frequency is obtained. The heterodyne interference light 80 includes, as optical phase distribution information, a one-dimensional distribution in the x direction of minute displacement generated on the surface of the sample 47 due to the photoacoustic effect. This interference light 80 is converted to a center wavelength 63
After removing stray light through a 3 nm interference filter 81,
The imaging lens 78 forms an image on a storage type solid-state imaging device 82 such as a CCD one-dimensional sensor. Since the imaging surface of the CCD one-dimensional sensor 82 and the surface of the sample 47 have an image-forming relationship, naturally, stripe-like interference light forms an image on the imaging surface similarly to the probe beam formed on the surface of the sample 47. The beam splitter 68 reflects about 10% of the light beam of the combined light 67 of the two-frequency orthogonally polarized light. Both polarization components of the beam light, the polarization direction interfere with each other by the polarizing plate 83 was 45 ° direction as shown in 116 of FIG. 8, the beat signal f B X = f C1 X- f C2 X is a photodiode or the like Is detected by the photoelectric conversion element 85. This beat signal is sent to a CCD one-dimensional sensor drive control circuit 93 via an amplifier circuit 92. The drive control circuit 93 compares the computer and set the beat frequency f B sent from the 96 and measurement frequency f B X detected by the photoelectric conversion element 85, a computer 96 and a modulation signal control circuit so they match 90 Through
The frequency f C1 or f C2 of the sine wave output from the oscillator 91 is finely adjusted. The oscillator 91 has a PLL (Phase
LockLoop) circuit and the like.

【0038】ヘテロダイン形トワイマン・グリーン干渉
光学系202について、図3及び図9に基づいて更に詳
細に説明する。図3(a)及び(b)に示すように、励
起光学系201と同様、シリンドリカルレンズ71の焦
点位置と対物レンズ42の後側焦点位置44とは一致し
ており、また対物レンズの前側焦点位置は試料47の表
面と一致している。従って、同図(a)に示すようにx
方向に関して、シリンドリカルレンズ71から出たp偏
光ビーム72は対物レンズ42の後側焦点位置44に集
光するため、対物レンズ42から出たビーム145は平
行光となって試料47表面上に入射するわけである。一
方、同図(b)に示すようにy方向に関して、シリンド
リカルレンズ71は曲率を持たない板ガラスとみなせる
ので、シリンドリカルレンズ71から出たビーム72は
対物レンズ42に平行光のままで入射するため、対物レ
ンズ42から出たビーム145は試料47表面上に集光
するわけである。その結果、図4に示すように、試料4
7の表面上には、励起ビーム101とと同じ位置に、プ
ローブビームとして励起ビーム同様x方向に幅を持ちy
方向に集束した、1本のストライプビーム190が得ら
れる。一方、図3(a)及び(b)に示すように、シリ
ンドリカルレンズ71の焦点位置と参照ミラー76の位
置とは一致している。従って、同図(a)に示すように
x方向に関して、シリンドリカルレンズ71から出たs
偏光ビーム74は参照ミラー76上で集光し、また同図
(b)に示すようにy方向に関しては平行光のままで入
射する。
The heterodyne Twyman-Green interference optical system 202 will be described in more detail with reference to FIGS. As shown in FIGS. 3A and 3B, similarly to the excitation optical system 201, the focal position of the cylindrical lens 71 coincides with the rear focal position 44 of the objective lens 42, and the front focal point of the objective lens. The position coincides with the surface of the sample 47. Therefore, as shown in FIG.
With respect to the direction, the p-polarized beam 72 emitted from the cylindrical lens 71 is focused on the rear focal point 44 of the objective lens 42, so that the beam 145 emitted from the objective lens 42 becomes parallel light and enters the surface of the sample 47. That is. On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the y direction, the cylindrical lens 71 can be regarded as a plate glass having no curvature, so that the beam 72 emitted from the cylindrical lens 71 enters the objective lens 42 as parallel light. The beam 145 emitted from the objective lens 42 is focused on the surface of the sample 47. As a result, as shown in FIG.
7 has the same width as the excitation beam in the x direction at the same position as the excitation beam 101,
One stripe beam 190 focused in the direction is obtained. On the other hand, as shown in FIGS. 3A and 3B, the focal position of the cylindrical lens 71 and the position of the reference mirror 76 match. Accordingly, as shown in FIG.
The polarized beam 74 is condensed on a reference mirror 76, and enters as parallel light in the y direction as shown in FIG.

【0039】図9(a)及び(b)に示すように対物レ
ンズ42の前側焦点位置は試料47の表面と一致してお
り、また対物レンズ42の後側焦点位置44は結像レン
ズ78の前側焦点位置と一致しており、更に結像レンズ
78の後側焦点位置はCCD1次元センサ82の撮像面
と一致している。即ち、この光学系は両テレセントリッ
ク結像光学系となっている。従って、同図(a)に示す
ようにx方向に関して、試料47表面からの平行反射光
は対物レンズ42通過後その後側焦点位置44に集束
し、結像レンズ78通過後再び平行光となりCCD1次
元センサ82に入射する。一方、同図(b)に示すよう
にy方向に関して、試料47表面からの発散反射光は対
物レンズ42通過後平行光となり、結像レンズ78通過
後その後側焦点位置、即ちCCD1次元センサ82上に
集束する。その結果、CCD1次元センサ82上には、
試料47上のプローブビーム190と同様、x方向に幅
を持ちy方向に集束した、1本のストライプビームが得
られる。一方、図9(a)及び(b)に示すように参照
ミラー76の位置と結像レンズ78の前側焦点位置とは
一致している。従って、同図(a)に示すようにx方向
に関して、参照ミラー76からの発散反射光は結像レン
ズ78通過後平行光となりCCD1次元センサ82に入
射し、また同図(b)に示すようにy方向に関しては結
像レンズ78通過後その後側焦点位置、即ちCCD1次
元センサ82上に集束する。従って、試料47からの反
射光と参照ミラー76からの参照光によって得られるヘ
テロダイン干渉光は、CCD1次元センサ82上でプロ
ーブビーム光72と同じストライプビームとなり、x方
向の1次元光干渉信号が検出される。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the front focal position of the objective lens 42 coincides with the surface of the sample 47, and the rear focal position 44 of the objective lens 42 is The rear focal position coincides with the front focal position, and the rear focal position of the imaging lens 78 coincides with the imaging surface of the CCD one-dimensional sensor 82. That is, this optical system is a double telecentric imaging optical system. Therefore, as shown in FIG. 3A, in the x direction, the parallel reflected light from the surface of the sample 47 is focused on the rear focal position 44 after passing through the objective lens 42, becomes parallel light again after passing through the imaging lens 78, and becomes one-dimensional CCD. The light enters the sensor 82. On the other hand, in the y-direction, the divergent reflected light from the surface of the sample 47 becomes parallel light after passing through the objective lens 42, and becomes a focal point on the rear side after passing through the imaging lens 78, that is, on the CCD one-dimensional sensor 82 as shown in FIG. Focus on As a result, on the CCD one-dimensional sensor 82,
As in the case of the probe beam 190 on the sample 47, one stripe beam having a width in the x direction and focusing in the y direction is obtained. On the other hand, as shown in FIGS. 9A and 9B, the position of the reference mirror 76 matches the front focal position of the imaging lens 78. Accordingly, in the x direction, the divergent reflected light from the reference mirror 76 becomes parallel light after passing through the imaging lens 78 and enters the CCD one-dimensional sensor 82 as shown in FIG. In the y direction, after passing through the imaging lens 78, the light is focused on the rear focal position, that is, on the CCD one-dimensional sensor 82. Therefore, the heterodyne interference light obtained by the reflected light from the sample 47 and the reference light from the reference mirror 76 becomes the same stripe beam as the probe beam light 72 on the CCD one-dimensional sensor 82, and a one-dimensional optical interference signal in the x direction is detected. Is done.

【0040】以下では、信号処理系203によって、C
CD1次元センサ82の出力信号から、光音響効果に基
づいて生じた試料47表面の微小変位の振幅及び位相
を、試料47表面の反射率分布及び凹凸分布の影響を受
けることなく抽出する方法について説明する。今、試料
47表面に入射するプローブビーム光72の波長をλ、
その振幅を1、試料47表面の反射係数をas、参照光
路での反射係数をar、試料47表面の凹凸による位相
変化を含めたプローブ光の光路と参照光路との間の光位
相差をφ、光音響効果による試料47表面の微小変位を
A、また強度変調信号に対する位相変化量をθとする
と、CCD1次元センサ82の1画素に入射するヘテロ
ダイン干渉光Iは次式(数2)で表される。
In the following, the signal processing system 203
A method for extracting the amplitude and phase of the minute displacement on the surface of the sample 47 based on the photoacoustic effect from the output signal of the CD one-dimensional sensor 82 without being affected by the reflectance distribution and the unevenness distribution on the surface of the sample 47 will be described. I do. Now, let the wavelength of the probe beam light 72 incident on the surface of the sample 47 be λ,
The amplitude is 1, the reflection coefficient on the surface of the sample 47 is a s , the reflection coefficient on the reference optical path is a r , and the optical phase difference between the optical path of the probe light and the reference optical path including the phase change due to the unevenness on the surface of the sample 47. , Φ represents a minute displacement of the surface of the sample 47 due to the photoacoustic effect, and θ represents a phase change amount with respect to the intensity modulation signal. The heterodyne interference light I incident on one pixel of the CCD one-dimensional sensor 82 is expressed by the following equation (Equation 2). It is represented by

【0041】[0041]

【数2】 (Equation 2)

【0042】更に、A≪λより、上式は近似的に次式
(数3)の形に改められる。
Further, from A≪λ, the above equation is approximately
(Formula 3)

【0043】[0043]

【数3】 (Equation 3)

【0044】ここで、A・cos(2πfLt+θ)
が、光音響効果に基づいて生じた試料47表面の微小変
位の複素振幅を表す項である。CCD1次元センサ82
の1画素から出力される検出信号ID(n+i)(n+
iはCCD1次元センサ82の蓄積・出力回数)は、セ
ンサの蓄積時間をα/fBとして、次式で与えられる。
Here, A · cos (2πf L t + θ)
Is a term representing the complex amplitude of the minute displacement of the surface of the sample 47 generated based on the photoacoustic effect. CCD one-dimensional sensor 82
Of the detection signal I D (n + i) (n +
i is the number of times of accumulation / output of the CCD one-dimensional sensor 82) is given by the following equation, where α / f B is the accumulation time of the sensor.

【0045】[0045]

【数4】 (Equation 4)

【0046】次に、(数4)に関して、以下の項目を満足
する条件を求める。
Next, with respect to (Equation 4), a condition satisfying the following items is obtained.

【0047】(1)第2項≠0 (2)第2項における蓄積・出力回数iに対する位相シ
フト量=π/2またはπ/4 (3)第3項≠0 (4)第3項における蓄積・出力回数iに対する位相シ
フト量=π/2 (5)第4項=0 得られた条件は、p、sを整数、αを非整数として、次
式(数5)(数6)の通りである。
(1) Second term ≠ 0 (2) Phase shift amount for accumulation / output number i in the second term = π / 2 or π / 4 (3) Third term ≠ 0 (4) In the third term Phase shift amount with respect to the number of accumulation / output times i = π / 2 (5) Fourth term = 0 The obtained condition is that p and s are integers and α is a non-integer, and the following equations (5) and (6) are obtained. It is on the street.

【0048】[0048]

【数5】 (Equation 5)

【0049】[0049]

【数6】 (Equation 6)

【0050】例えば、s=6、p=2とすると、α=2
1/8、fL=50kHz、fB=210kHzと設定す
ることができ、(数4)は次式(数7)の形になる。
For example, if s = 6 and p = 2, α = 2
1 /, f L = 50 kHz, f B = 210 kHz can be set, and (Formula 4) becomes the form of the following formula (Formula 7).

【0051】[0051]

【数7】 (Equation 7)

【0052】尚、上記パラーメータα=21/8、fL
=50kHz、fB=210kHzは総て計算機96で
設定され、各々CCD1次元センサ駆動制御回路93及
び変調信号制御回路90に送られ、各パラメータの値に
基づいてCCD1次元センサの駆動と発振器87及び9
1の駆動が制御される。センサの蓄積時間α/fBの設
定方法は、CCD1次元センサ駆動制御回路93にて、
計算機96から送られた設定ビート周波数fBと上記パ
ラメータαより、周波数fB/αのCCD1次元センサ
用読出しシフトパルスを作り出し、これによりCCD1
次元センサ82を駆動することにより、実現してい
る。。
Note that the above parameter α = 21/8, f L
= 50 kHz and f B = 210 kHz are all set by the computer 96 and sent to the CCD one-dimensional sensor drive control circuit 93 and the modulation signal control circuit 90, respectively, and based on the values of the parameters, drive the CCD one-dimensional sensor and the oscillator 87 and 9
1 is controlled. The method of setting the sensor accumulation time α / f B is determined by the CCD one-dimensional sensor drive control circuit 93.
From the set beat frequency f B sent from the computer 96 and the above parameter α, a read shift pulse for a CCD one-dimensional sensor having a frequency f B / α is generated.
This is realized by driving the dimension sensor 82. .

【0053】数7において、第1項は直流成分、第2項
は蓄積・出力回数iに対する位相シフト量がπ/4で、
試料47表面の凹凸による位相変化を含めたプローブ光
の光路と参照光路との間の光位相差φに関する変調成
分、第3項は蓄積・出力回数iに対する位相シフト量が
π/2で、試料47表面の凹凸による位相変化を含めた
プローブ光の光路と参照光路との間の光位相差φ、光音
響信号の振幅A及び位相θに関する変調成分である。数
7に関してi=1からi=8まで、即ち第2項に関して
1周期分、第3項に関して2周期分の信号を求めると次
式(数8)(数9)(数10)(数11)(数12)(数13)(数
14)(数15)のようになる。
In Equation 7, the first term is a DC component, and the second term is a phase shift amount of π / 4 with respect to the number i of accumulation / output, and
A modulation component relating to the optical phase difference φ between the optical path of the probe light and the reference optical path including the phase change due to the irregularities on the surface of the sample 47. The third term is that the phase shift amount with respect to the accumulation / output number i is π / 2. 47 are modulation components related to the optical phase difference φ between the optical path of the probe light and the reference optical path, including the phase change due to the unevenness of the surface 47, the amplitude A of the photoacoustic signal, and the phase θ. When signals from i = 1 to i = 8 with respect to Equation 7, that is, signals for one cycle for the second term and two cycles for the third term are obtained, the following equations (Equation 8), (Equation 9), (Equation 10) (Equation 11) are obtained. ) (Equation 12) (Equation 13) (Equation 14) (Equation 15)

【0054】[0054]

【数8】 (Equation 8)

【0055】[0055]

【数9】 (Equation 9)

【0056】[0056]

【数10】 (Equation 10)

【0057】[0057]

【数11】 [Equation 11]

【0058】[0058]

【数12】 (Equation 12)

【0059】[0059]

【数13】 (Equation 13)

【0060】[0060]

【数14】 [Equation 14]

【0061】[0061]

【数15】 (Equation 15)

【0062】実際には、CCD1次元センサ82からの
検出信号ID(n+i)を増幅回路94で増幅した後、
図10に示すように信号のSN比等を考慮して、(数7)
式に関してi=1からi=8までのデータセットを10
セット計80個の蓄積・出力データセットを2次元メモ
リ95に格納する。CCD1次元センサ82の画素数を
256とすると、256×80個のデータが格納される
ことになる。今、(n+i)回目の蓄積・出力時におけ
るw画素目のデータを(n+i,w)で表すとすると、
2次元メモリ95に格納していく順序は、 (n+1,1)、(n+1,2)、(n+1,3)、…、(n+1,256)、 (n+2,1)、(n+2,2)、(n+2,3)、…、(n+2,256)、 (n+3,1)、(n+3,2)、(n+3,3)、…、(n+3,256)、 : : (n+80,1)、(n+80,2)、(n+80,3)、…、(n+80,256) である。一方、2次元メモリ95から読み出す際は、以
下のように1画素ごとに80個の蓄積・出力データセッ
トを順次読み出し、計算機96に送っていく。
Actually, after the detection signal I D (n + i) from the CCD one-dimensional sensor 82 is amplified by the amplification circuit 94,
As shown in FIG. 10, in consideration of the SN ratio of the signal, etc.,
The data set from i = 1 to i = 8 for the formula is 10
A total of 80 stored / output data sets are stored in the two-dimensional memory 95. Assuming that the number of pixels of the CCD one-dimensional sensor 82 is 256, 256 × 80 pieces of data are stored. If the data of the w-th pixel at the time of (n + i) -th accumulation / output is represented by (n + i, w),
The order of storing in the two-dimensional memory 95 is (n + 1, 1), (n + 1, 2), (n + 1, 3), ..., (n + 1, 256), (n + 2, 1), (n + 2, 2), (n + 2,3), ..., (n + 2,256), (n + 3,1), (n + 3,2), (n + 3,3), ..., (n + 3,256),:: (n + 80,1), (n + 80 , 2), (n + 80, 3),..., (N + 80, 256). On the other hand, when reading out from the two-dimensional memory 95, 80 accumulated / output data sets are sequentially read out for each pixel as described below and sent to the computer 96.

【0063】 (n+1,1)、(n+2,1)、(n+3,1)、…、(n+80,1)、 (n+1,2)、(n+2,2)、(n+3,2)、…、(n+80,2)、 (n+1,3)、(n+2,3)、(n+3,3)、…、(n+80,3)、 : : (n+1,256)、(n+2,256)、(n+3,256)、…、(n+80,2 56) 計算機96では、1画素ごとに80個の蓄積・出力デー
タセットを用いて、以下の計算処理を行い、試料47表
面の反射率as 2、試料47表面の凹凸による位相変化を
含めたプローブ光の光路と参照光路との間の光位相差
φ、試料47表面の反射率を補正した光音響信号の振幅
A、試料47表面の凹凸による位相変化を補正した光音
響信号の位相θを求める。
(N + 1,1), (n + 2,1), (n + 3,1),..., (N + 80,1), (n + 1,2), (n + 2,2), (n + 3,2),. (n + 80,2), (n + 1,3), (n + 2,3), (n + 3,3),..., (n + 80,3):: (n + 1,256), (n + 2,256), (n + 3,256) ,..., (N + 80, 256) The calculator 96 performs the following calculation process using 80 accumulation / output data sets for each pixel to obtain the reflectance a s 2 of the surface of the sample 47 and the reflectance of the surface of the sample 47. The optical phase difference φ between the optical path of the probe light and the reference optical path including the phase change due to the unevenness, the amplitude A of the photoacoustic signal whose reflectance on the surface of the sample 47 is corrected, and the phase change due to the unevenness on the surface of the sample 47 are corrected. The phase θ of the photoacoustic signal is obtained.

【0064】まず、試料47表面の反射率as 2は、数8
から数15までの和をとることにより、次式(数16)で
与えられる。
First, the reflectance a s 2 of the surface of the sample 47 is expressed by the following equation (8).
By taking the sum from to Eq. 15, the following equation (Equation 16) is obtained.

【0065】[0065]

【数16】 (Equation 16)

【0066】試料47表面の凹凸による位相変化を含め
たプローブ光の光路と参照光路との間の光位相差φは、
(数8)式、(数10)式、(数12)式、(数14)式より、
次式(数17)で与えられる。
The optical phase difference φ between the optical path of the probe light and the reference optical path including the phase change due to the unevenness of the surface of the sample 47 is:
From Equation (8), Equation (10), Equation (12), and Equation (14),
It is given by the following equation (Equation 17).

【0067】[0067]

【数17】 [Equation 17]

【0068】光音響信号の振幅、即ち試料47表面の微
小変位Aは、(数8)式、(数9)式、(数12)式、(数1
3)式、及び(数16)式より、試料47表面の反射率を
補正した形として、次式(数18)で与えられる。
The amplitude of the photoacoustic signal, that is, the small displacement A on the surface of the sample 47 is expressed by the following equations (8), (9), (12), and (1).
From the expressions 3) and (Expression 16), the corrected reflectance of the surface of the sample 47 is given by the following expression (Expression 18).

【0069】[0069]

【数18】 (Equation 18)

【0070】光音響信号の位相、即ち励起光の強度変調
信号に対する位相変化θは、(数8)式、(数9)式、(数
12)式、(数13)式、(数16)式、及び(数17)式よ
り、試料47表面の凹凸による位相変化を補正した形と
して、次式(数19)で与えられる。
The phase of the photoacoustic signal, that is, the phase change θ of the excitation light with respect to the intensity-modulated signal is expressed by the following equations (8), (9), (12), (13), and (16). From the equations and (Equation 17), the following equation (Equation 19) is given as a form in which the phase change due to the unevenness on the surface of the sample 47 is corrected.

【0071】[0071]

【数19】 [Equation 19]

【0072】図11(a)、(b)、及び(c)は、本
実施例における光音響信号の検出例である。図11
(a)において、内部クラック120により、Cu配線
パターン102部の表面の微小変位110(破線)が、
正常Cu配線パターン103部の表面のそれに比べて、
大きくなっているのが判る。同図(b)の光音響信号の
振幅Aの分布121、及び同図(c)の試料47表面の
凹凸による位相変化を補正する前の光音響信号の位相θ
+φの分布124にも、内部クラックの信号123(同
図(b))、126(同図(c))が強く現われてい
る。
FIGS. 11A, 11B and 11C are examples of photoacoustic signal detection in this embodiment. FIG.
In (a), due to the internal crack 120, the minute displacement 110 (broken line) on the surface of the Cu wiring pattern 102 is reduced.
Compared to the surface of the normal Cu wiring pattern 103,
You can see that it is getting bigger. The distribution 121 of the amplitude A of the photoacoustic signal in FIG. 3B and the phase θ of the photoacoustic signal before correcting the phase change due to the unevenness on the surface of the sample 47 in FIG.
In the distribution 124 of + φ, signals 123 (FIG. (B)) and 126 (FIG. (C)) of the internal crack appear strongly.

【0073】一方、図12(a)、(b)、及び(c)
は、試料47表面に凹凸分布がある場合の本実施例にお
ける光音響信号の検出例である。図12(b)に示すよ
うに位相補正前の光音響信号の位相θ+φの分布137
は、試料47表面の凹凸による位相変化の影響を受け、
信号のSN比が大幅に低下し、内部クラック135の認
識は極めて困難である。しかし、同図(c)に示すよう
に、数19による位相補正後の位相信号θの分布139
では、試料47表面の凹凸による位相変化の影響を受け
ることなく、内部クラック135の信号141を明瞭に
認識することができる。
On the other hand, FIGS. 12 (a), (b) and (c)
Is a detection example of a photoacoustic signal in the present embodiment when the surface of the sample 47 has a concavo-convex distribution. As shown in FIG. 12B, the distribution 137 of the phase θ + φ of the photoacoustic signal before the phase correction is performed.
Is affected by the phase change due to the irregularities on the surface of the sample 47,
The signal-to-noise ratio is greatly reduced, and it is extremely difficult to recognize the internal crack 135. However, as shown in FIG. 14C, the distribution 139 of the phase signal θ after the phase correction by Expression 19 is performed.
Thus, the signal 141 of the internal crack 135 can be clearly recognized without being affected by the phase change due to the unevenness of the surface of the sample 47.

【0074】xyステージ48により試料47をxy方
向に逐次走査しながら、上記CCD1次元センサからの
検出信号を計算機96で処理していくことにより、試料
47全面の2次元光音響画像が得られ、TVモニタ97
に出力される。
The detection signal from the CCD one-dimensional sensor is processed by the computer 96 while sequentially scanning the sample 47 in the xy directions by the xy stage 48, whereby a two-dimensional photoacoustic image of the entire surface of the sample 47 is obtained. TV monitor 97
Is output to

【0075】以上述べたように、本実施例によれば、従
来のように1点ずつ情報を検出していくいわゆるポイン
ト走査方式でなく、ストライプ状の励起ビームを用い複
数の測定点を並列に同時に励起し、各点で生じた光音響
信号の検出に光干渉を利用し、干渉光を並列に同時に検
出することにより、試料の複数測定点の光音響信号を並
列に同時に検出することができ、試料の2次元内部情報
を高速に検出することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, a plurality of measurement points are arranged in parallel by using a stripe-like excitation beam instead of the so-called point scanning method of detecting information one by one as in the prior art. Simultaneous excitation and use of optical interference to detect photoacoustic signals generated at each point, and by detecting interference light simultaneously in parallel, photoacoustic signals at multiple measurement points on the sample can be detected simultaneously in parallel. , It is possible to detect the two-dimensional internal information of the sample at high speed.

【0076】更に、本実施例によれば、ただ1個のCC
D1次元センサにより、試料表面の反射率分布、試料表
面の凹凸分布、光音響信号の振幅分布、及び光音響信号
の位相分布と計4つの表面及び内部情報を同時に検出す
ることができ、試料の複合的な評価が可能となる。
Further, according to the present embodiment, only one CC
The D1D sensor can simultaneously detect the reflectance information on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, the amplitude distribution of the photoacoustic signal, and the phase distribution of the photoacoustic signal, and a total of four surface and internal information. Multiple evaluations are possible.

【0077】更に、本実施例によれば、試料表面の反射
率分布、試料表面の凹凸分布、及び光路のゆらぎを補正
した光音響信号の検出が可能となり、試料の表面及び内
部情報の高感度かつ安定な検出が可能となる。
Further, according to this embodiment, it is possible to detect a photoacoustic signal in which the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, and the fluctuation of the optical path are corrected, and the sample surface and the internal information can be detected with high sensitivity. And stable detection becomes possible.

【0078】更に、本実施例によれば、光音響効果に基
づく熱拡散長が検査対象であるCu配線パターンとセラ
ミック基板との界面の深さと同じか、もしくはそれを越
える長さとなるように、励起ビームの強度変調周波数を
設定することにより、内部界面の検査が可能となる。
Further, according to the present embodiment, the thermal diffusion length based on the photoacoustic effect is set to be equal to or greater than the depth of the interface between the Cu wiring pattern to be inspected and the ceramic substrate. By setting the intensity modulation frequency of the excitation beam, it is possible to inspect the internal interface.

【0079】更に、本実施例によれば、光干渉信号から
光音響信号を抽出する際に、アナログ的な周波数フィル
タリング処理ではなくディジタル処理を用いるため、高
調波成分の影響が少なく、高感度かつ高精度な光音響信
号の検出が可能となる。
Further, according to the present embodiment, when a photoacoustic signal is extracted from an optical interference signal, digital processing is used instead of analog frequency filtering processing. Highly accurate photoacoustic signal detection becomes possible.

【0080】尚、本実施例では、熱的コントラストの高
い複数の検査対象を有する試料に対する本発明の適用例
を述べたが、内部クラック等を含む均一材料からなる試
料への適用も十分可能である。この場合でも、試料上の
複数の測定点の同時励起が可能であるので、上記の効果
が期待できる。 本発明の第2の実施例を図13〜図2
1に基づいて説明する。図13は第2の実施例における
光音響検出光学系を示すものである。本光学系は、励起
光学系301、光音響信号を検出するためのヘテロダイ
ン形微分干渉光学系302、及び信号処理系303から
成る。励起光学系301において、変調周波数fLの強
度変調ビーム35を得る部分の構成と機能は第1の実施
例と全く同様であるので説明を省略する。強度変調ビー
ム35をビームスプリッタ37を通過させた後、ビーム
エキスパンダ38により所望のビーム径に拡大し、更に
シリンドリカルレンズ(円筒レンズ)150によりその
焦点位置159にy方向のみ集光させる。この焦点位置
159は軸外しのリレーレンズ152の前側焦点位置と
一致しており、リレーレンズ152通過後のビームは再
び平行光となり、ダイクロイックプリズム153(波長
600nm以下は反射、600nm以上は透過)で反射
させた後対物レンズ154の瞳即ち後側焦点位置155
に入射させる。一方、x方向に関してはシリンドリカル
レンズ150は曲率を持たない板ガラスとみなせるの
で、リレーレンズ152に平行光のままで入射したビー
ムは、リレーレンズ152の後側焦点位置と一致した対
物レンズ154の後側焦点位置155に集光する。その
結果、対物レンズ154の前側焦点位置、即ち試料47
の表面上には、励起ビームとして、x方向に幅を持ちy
方向に集束した、1本のストライプビーム186が得ら
れる。尚、ビームスプリッタ37では、第1の実施例と
同様強度変調ビーム35のうち10%程度のビーム光4
9が反射され、ホトダイオード等の光電変換素子50で
検出された後、増幅回路89を経て発振器87に送られ
る。発振器87では、変調信号制御回路90から送られ
た設定周波数fLと光電変換素子50で検出された測定
周波数fLXとを比較し、両者が一致するように発振周波
数を微調整する。発振器87はPLL(Phase L
ock Loop)回路等で構成される。
In this embodiment, an example of applying the present invention to a sample having a plurality of inspection objects having high thermal contrast has been described. However, application to a sample made of a uniform material including internal cracks is sufficiently possible. is there. Even in this case, the above-described effects can be expected because simultaneous excitation of a plurality of measurement points on the sample is possible. FIGS. 13 to 2 show a second embodiment of the present invention.
1 will be described. FIG. 13 shows a photoacoustic detection optical system according to the second embodiment. This optical system includes an excitation optical system 301, a heterodyne differential interference optical system 302 for detecting a photoacoustic signal, and a signal processing system 303. In excitation optical system 301, a description is omitted configuration and functions of the parts to obtain an intensity-modulated beam 35 of the modulation frequency f L is the same as the first embodiment. After passing the intensity-modulated beam 35 through the beam splitter 37, the beam is expanded to a desired beam diameter by a beam expander 38, and further condensed by a cylindrical lens (cylindrical lens) 150 to a focal position 159 thereof only in the y direction. This focal position 159 coincides with the front focal position of the off-axis relay lens 152, and the beam after passing through the relay lens 152 becomes parallel light again, and becomes a dichroic prism 153 (reflection below 600 nm wavelength, transmission above 600 nm). After the reflection, the pupil of the objective lens 154, that is, the rear focal position 155
Incident on On the other hand, in the x direction, since the cylindrical lens 150 can be regarded as a plate glass having no curvature, a beam incident on the relay lens 152 as parallel light remains on the rear side of the objective lens 154 corresponding to the rear focal position of the relay lens 152. The light is focused at the focal position 155. As a result, the front focal position of the objective lens 154, that is, the sample 47
Has a width in the x direction as an excitation beam and y
A single stripe beam 186 focused in the direction is obtained. In the beam splitter 37, as in the first embodiment, about 10% of the light beam 4 of the intensity modulated beam 35 is changed.
9 is reflected and detected by a photoelectric conversion element 50 such as a photodiode, and then sent to an oscillator 87 via an amplifier circuit 89. The oscillator 87 compares the set frequency f L sent from the modulation signal control circuit 90 with the measured frequency f L X detected by the photoelectric conversion element 50, and finely adjusts the oscillation frequency so that they match. The oscillator 87 has a PLL (Phase L
ock Loop) circuit and the like.

【0081】励起光学系301について、図14に基づ
いて更に詳細に説明する。図14(a)及び(b)にお
いて、シリンドリカルレンズ150の焦点位置159と
軸外しのリレーレンズ152の前側焦点位置とが、また
リレーレンズ152の後側焦点位置と対物レンズ154
の後側焦点位置155とが、更に対物レンズ154の前
側焦点位置と試料47の表面とがそれぞれ一致してい
る。従って、同図(a)に示すようにy方向に関して、
シリンドリカルレンズ150から出たビーム151はそ
の焦点位置159、即ちリレーレンズ152の前側焦点
位置に集光するため、リレーレンズ152通過後のビー
ムは再び平行光となり、対物レンズ154に入射するた
め、対物レンズ154から出たビーム156は試料47
表面上に集光するわけである。尚、リレーレンズ152
が軸外しとなっているため、この集光位置は対物レンズ
154の中心からずれた位置となる。一方、同図(b)
に示すようにx方向に関して、シリンドリカルレンズ1
50は曲率を持たない板ガラスとみなせるので、シリン
ドリカルレンズ150から出たビーム151はリレーレ
ンズ152に平行光のままで入射し、リレーレンズ15
2の後側焦点位置と一致した対物レンズ154の後側焦
点位置155に集光する。その結果、対物レンズ154
から出たビーム156は試料47表面上に平行光となっ
て入射するわけである。その結果、図15に示すよう
に、試料47の表面上には、励起ビームとして、x方向
に幅を持ちy方向に集束した、1本のストライプビーム
186が得られる。
The excitation optical system 301 will be described in more detail with reference to FIG. 14A and 14B, the focal position 159 of the cylindrical lens 150, the front focal position of the off-axis relay lens 152, the rear focal position of the relay lens 152, and the objective lens 154 are shown.
, The front focal position of the objective lens 154 and the surface of the sample 47 coincide with each other. Therefore, as shown in FIG.
The beam 151 emitted from the cylindrical lens 150 is condensed at its focal position 159, that is, at the front focal position of the relay lens 152. The beam after passing through the relay lens 152 becomes parallel light again and enters the objective lens 154. The beam 156 emitted from the lens 154 is
It is focused on the surface. In addition, the relay lens 152
Is off-axis, the light-collecting position is shifted from the center of the objective lens 154. On the other hand, FIG.
As shown in the figure, with respect to the x direction, the cylindrical lens 1
Since the beam 50 can be regarded as a plate glass having no curvature, the beam 151 emitted from the cylindrical lens 150 is incident on the relay lens 152 as parallel light, and
The light is focused on the rear focal position 155 of the objective lens 154 that matches the rear focal position of the second lens. As a result, the objective lens 154
Is emitted as parallel light on the surface of the sample 47. As a result, as shown in FIG. 15, a single stripe beam 186 having a width in the x direction and converging in the y direction is obtained as an excitation beam on the surface of the sample 47.

【0082】図16は、第1の実施例と同様、ポリイミ
ドのような有機高分子材料104を絶縁体として形成し
たCu配線パターン102、103からなる試料に、上
記ストライプ状の励起ビーム186の照射によって、光
吸収領域183に沿って生じた光音響効果に基づく試料
表面の微小変位の分布185(破線)を示したものであ
る。第1の実施例と同様、微小変位の分布185には、
各々のCu配線パターン102、103の内部情報(内
部クラック107、剥離欠陥108)及びポリイミド部
104の内部情報が各々融合されることなく、独立に反
映されている。即ち、このストライプ状の励起ビーム1
86を用いれば、熱的コントラストの高い複数の検査対
象を同時に励起することができ、試料の2次元内部情報
を高速に検出することができる。
FIG. 16 shows a case where the above-mentioned stripe-shaped excitation beam 186 is applied to a sample composed of Cu wiring patterns 102 and 103 in which an organic polymer material 104 such as polyimide is formed as an insulator, similarly to the first embodiment. 3 shows a distribution 185 (broken line) of a minute displacement on the sample surface based on the photoacoustic effect generated along the light absorption region 183. As in the first embodiment, the minute displacement distribution 185 includes:
The internal information (internal crack 107, peeling defect 108) of each of the Cu wiring patterns 102 and 103 and the internal information of the polyimide portion 104 are independently reflected without being fused. That is, the excitation beam 1 in the form of a stripe is
If 86 is used, a plurality of inspection objects having high thermal contrast can be excited at the same time, and two-dimensional internal information of the sample can be detected at high speed.

【0083】次に、光音響効果に基づく試料表面の微小
変位の分布185(破線)を検出するためのヘテロダイ
ン形微分干渉光学系302の構成とその機能について、
図13、図17〜図21に基づいて説明する。図13の
ヘテロダイン形微分干渉光学系302において、二周波
直交偏光、即ち図6(b)に示す様に、112及び11
3の方向に互いに直交し、かつお互いにfC1−fC2の周
波数差をもった合成光67を得る部分の構成と機能は第
1の実施例と全く同様であるので説明を省略する。尚、
ここで、図13の紙面に対し、垂直方向をx軸とし、そ
れと直交する方向をy軸とする。二周波直交偏光の合成
光67をビームスプリッタ68を通過させた後、ビーム
エキスパンダ70により所望のビーム径に拡大し、更に
シリンドリカルレンズ(円筒レンズ)160により楕円
ビームにする。y方向に関し、シリンドリカルレンズ1
60は曲率を持たない板ガラスとみなせるので、この楕
円ビームはy方向に関し平行光のままで、ビームスプリ
ッタ162により反射され、シリンドリカルレンズ16
0の焦点位置に置かれたウォラストン・プリズム163
(ロッション・プリズムでも可)により、共に平行光で
あるp偏光ビーム164とs偏光ビーム165に分離さ
れる。ウォラストン・プリズム163の位置はリレーレ
ンズ166の前側焦点位置と一致しているので、リレー
レンズ166通過後のこの2つのビームの主光線は互い
に平行となり、また各ビームはリレーレンズ166の後
側焦点位置187に集光する。リレーレンズ166の後
側焦点位置187はリレーレンズ168の前側焦点位置
と一致しているので、リレーレンズ168通過後の2つ
のビームの主光線は、ダイクロイックプリズム153を
通過し、リレーレンズ168の後側焦点位置と一致した
対物レンズ154の後側焦点位置155に集束する。ま
た、同時に2つのビームは各々平行光のままで、対物レ
ンズ154の後側焦点位置155に入射する。一方、x
方向に関しては、シリンドリカルレンズ160から出た
ビームはウォラストン・プリズム163に集光した後、
リレーレンズ166通過後平行光となり、更にリレーレ
ンズ168により、ダイクロイックプリズム153通過
後、対物レンズ154の後側焦点位置155に集光す
る。その結果、対物レンズ154の前側焦点位置、即ち
試料47の表面上には、励起ビームとして、x方向に幅
を持ちy方向に集束した、1本のストライプビーム18
6が得られる。対物レンズ154から出射した2つのビ
ームはλ/4板45通過後各々円偏光ビーム169及び
170となり、図15に示すように対物レンズの前側焦
点位置、即ち試料47の表面上には、励起ビーム186
の位置と同じ位置にプローブビームとして、励起ビーム
186と同様x方向に幅を持ちy方向に集束したストラ
イプビーム181が得られ、またプローブビーム181
からわずかに離れた位置に参照ビームとして、プローブ
ビーム181と同様x方向に幅を持ちy方向に集束した
ストライプビーム182が得られる。図17に示すよう
に試料47のプローブビーム181の位置からの反射光
は、光音響効果により試料47表面で生じた微小変位の
分布185(破線)を位相分布情報としてもっている。
尚、参照ビーム182は、図16において励起ビーム1
86によって試料47表面の微小変位185が生じる範
囲、即ち熱拡散領域184の範囲の外で、かつ図17に
示すように可能な限りプローブビーム181に近接した
位置に入射させるものとする。図13において、試料4
7のプローブビーム181及び参照ビーム182の位置
からの各々の反射光はλ/4板45通過後s偏光ビーム
及びp偏光ビームとなり、対物レンズ42を通過後再び
同じ光路を経て、ウォラストン・プリズム163にて合
成された後、ビームスプリッタ162を通過する。図8
の114は、プローブビーム181の位置からの反射光
の偏光方向を、115は参照ビーム182の位置からの
反射光の偏光方向を示している。両者は互いに直交して
いるので、このままでは、干渉しない。そこで、結像レ
ンズ78の後に偏光板79を挿入し、その偏光方向を図
8の116に示すように45°方向とすることにより、
両反射光は干渉しfB=fC1−fC2のビート周波数を持
ったヘテロダイン干渉光171が得られる。このヘテロ
ダイン干渉光171には光音響効果により試料47表面
で生じた微小変位のx方向の1次元分布が光位相分布情
報として含まれている。この干渉光171を中心波長6
33nmの干渉フィルタ81を通して迷光を除去した
後、結像レンズ78により、CCD1次元センサ等の蓄
積形固体撮像素子82上に結像させる。CCD1次元セ
ンサ82の撮像面と試料47の表面とは結像関係にある
ので、当然ながら、撮像面には試料47の表面に形成さ
れたプローブビームと同様ストライプ状の干渉光が結像
する。尚、ビームスプリッタ68では、第1の実施例と
同様二周波直交偏光の合成光67のうち10%程度のビ
ーム光が反射される。このビーム光の両偏光成分は、偏
光方向を図8の116に示すように45°方向とした偏
光板83により互いに干渉し、fBX=fC1X−fC2Xのビ
ート信号がホトダイオード等の光電変換素子85で検出
される。このビート信号は増幅回路92を経てCCD1
次元センサ駆動制御回路93に送られる。駆動制御回路
93では、計算機96から送られた設定ビート周波数f
Bと光電変換素子85で検出された測定周波数fBXとを
比較し、両者が一致するように計算機96及び変調信号
制御回路90を介して、発振器91から出力される正弦
波の周波数fC1もしくはfC2を微調整する。発振器91
はPLL(Phase Lock Loop)回路等で
構成される。
Next, the structure and function of the heterodyne differential interference optical system 302 for detecting the distribution 185 (broken line) of the minute displacement on the sample surface based on the photoacoustic effect will be described.
This will be described with reference to FIGS. 13 and 17 to 21. In the heterodyne differential interference optical system 302 shown in FIG. 13, two-frequency orthogonally polarized light, that is, as shown in FIG.
The configuration and function of the portion that obtains the combined light 67 that is orthogonal to each other in the direction of 3 and has a frequency difference of f C1 −f C2 from each other are completely the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. still,
Here, the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 13 is defined as the x-axis, and the direction perpendicular thereto is defined as the y-axis. After passing the combined light 67 of the two-frequency orthogonal polarization through the beam splitter 68, the beam is expanded to a desired beam diameter by the beam expander 70, and further made into an elliptical beam by a cylindrical lens (cylindrical lens) 160. In the y direction, the cylindrical lens 1
Since the elliptical beam 60 can be regarded as a plate glass having no curvature, the elliptical beam is reflected by the beam splitter 162 while being parallel light in the y direction, and is reflected by the cylindrical lens 16.
Wollaston prism 163 placed at zero focal position
(It is also possible to use a lotion prism) so that the light is separated into a p-polarized beam 164 and an s-polarized beam 165 both of which are parallel light. Since the position of the Wollaston prism 163 coincides with the front focal position of the relay lens 166, the principal rays of the two beams after passing through the relay lens 166 are parallel to each other, and each beam is focused on the rear focal point of the relay lens 166. The light is focused at the position 187. Since the rear focal position 187 of the relay lens 166 coincides with the front focal position of the relay lens 168, the chief rays of the two beams after passing through the relay lens 168 pass through the dichroic prism 153 and pass through the dichroic prism 153. Focusing is performed on the rear focal position 155 of the objective lens 154 that matches the side focal position. At the same time, the two beams are incident on the rear focal point 155 of the objective lens 154 with the respective parallel lights remaining unchanged. On the other hand, x
Regarding the direction, the beam emitted from the cylindrical lens 160 is focused on the Wollaston prism 163,
After passing through the relay lens 166, the light becomes parallel light. After passing through the dichroic prism 153 by the relay lens 168, the light is focused on the rear focal point 155 of the objective lens 154. As a result, a single stripe beam 18 having a width in the x direction and converging in the y direction is provided as an excitation beam on the front focal position of the objective lens 154, that is, on the surface of the sample 47.
6 is obtained. After passing through the λ / 4 plate 45, the two beams emitted from the objective lens 154 become circularly polarized beams 169 and 170, respectively. As shown in FIG. 186
A stripe beam 181 having a width in the x direction and converging in the y direction is obtained as a probe beam at the same position as that of the excitation beam 186.
As a reference beam, a stripe beam 182 having a width in the x direction and converging in the y direction is obtained as the reference beam at a position slightly away from the reference beam. As shown in FIG. 17, the reflected light from the position of the probe beam 181 of the sample 47 has a distribution 185 (broken line) of a small displacement generated on the surface of the sample 47 by the photoacoustic effect as phase distribution information.
The reference beam 182 is the excitation beam 1 in FIG.
It is assumed that the laser beam 86 is incident at a position outside the range in which the minute displacement 185 of the surface of the sample 47 occurs due to 86, that is, outside the range of the thermal diffusion region 184 and as close to the probe beam 181 as possible as shown in FIG. In FIG. 13, sample 4
The reflected light from the positions of the probe beam 181 and the reference beam 182 passes through the λ / 4 plate 45, becomes an s-polarized beam and a p-polarized beam, passes through the objective lens 42, passes through the same optical path again, and passes through the Wollaston prism 163. , And passes through the beam splitter 162. FIG.
Reference numeral 114 denotes the polarization direction of the reflected light from the position of the probe beam 181, and reference numeral 115 denotes the polarization direction of the reflected light from the position of the reference beam 182. Since they are orthogonal to each other, they do not interfere with each other. Therefore, a polarizing plate 79 is inserted after the imaging lens 78, and its polarization direction is set to a 45 ° direction as shown by 116 in FIG.
Both reflected light heterodyne interference light 171 having a beat frequency of the interference and f B = f C1 -f C2 is obtained. The heterodyne interference light 171 includes, as optical phase distribution information, a one-dimensional distribution in the x direction of a minute displacement generated on the surface of the sample 47 due to the photoacoustic effect. When the interference light 171 has a center wavelength of 6
After removing stray light through a 33 nm interference filter 81, an image is formed on an accumulation type solid-state image sensor 82 such as a CCD one-dimensional sensor by an imaging lens 78. Since the imaging surface of the CCD one-dimensional sensor 82 and the surface of the sample 47 have an image-forming relationship, naturally, stripe-like interference light forms an image on the imaging surface similarly to the probe beam formed on the surface of the sample 47. The beam splitter 68 reflects about 10% of the light beam of the combined light 67 of the dual-frequency orthogonal polarization similarly to the first embodiment. Both polarization components of the beam light, the polarization direction interfere with each other by the polarizing plate 83 was 45 ° direction as shown in 116 of FIG. 8, the beat signal f B X = f C1 X- f C2 X is a photodiode or the like Is detected by the photoelectric conversion element 85. This beat signal passes through an amplifier circuit 92 and the CCD 1
It is sent to the dimension sensor drive control circuit 93. In the drive control circuit 93, the set beat frequency f
Comparing B and the measurement frequency f B X detected by the photoelectric conversion element 85 via the computer 96 and the modulation signal control circuit 90 so that they are identical sine wave of frequency f C1 output from the oscillator 91 Or finely adjust f C2 . Oscillator 91
Is constituted by a PLL (Phase Lock Loop) circuit or the like.

【0084】ヘテロダイン形微分干渉光学系302につ
いて、図18、図19及び図20、図21に基づいて更
に詳細に説明する。図18及び図19に示すように、シ
リンドリカルレンズ160の焦点位置とウォラストン・
プリズム163の位置、ウォラストン・プリズム163
の位置とリレーレンズ166の前側焦点位置、リレーレ
ンズ166の後側焦点位置187とリレーレンズ168
の前側焦点位置、リレーレンズ168の後側焦点位置と
対物レンズ154の後側焦点位置155、更に対物レン
ズ154の前側焦点位置と試料47の表面とは各々一致
している。従って、図18に示すようにy方向に関し
て、シリンドリカルレンズ160は曲率を持たない板ガ
ラスとみなせるので、シリンドリカルレンズ160から
出た二周波直交偏光の合成光161はウォラストン・プ
リズム163に平行光のままで入射した後、共に平行光
であるp偏光ビーム164とs偏光ビーム165に分離
される。ウォラストン・プリズム163の位置はリレー
レンズ166の前側焦点位置と一致しているので、リレ
ーレンズ166通過後のこの2つのビームの主光線は互
いに平行となり、また各ビームはリレーレンズ166の
後側焦点位置187に集光する。リレーレンズ166の
後側焦点位置187はリレーレンズ168の前側焦点位
置と一致しているので、リレーレンズ168通過後の2
つのビームの主光線は、リレーレンズ168の後側焦点
位置と一致した対物レンズ154の後側焦点位置155
に集束する。また、同時に2つのビームは各々平行光の
ままで、対物レンズ154の後側焦点位置155に入射
するため、対物レンズ154から出た2つのビーム16
9及び170は、共に試料47表面上に集光するわけで
ある。尚、両ビームの主光線は互いに平行になってい
る。
The heterodyne type differential interference optical system 302 will be described in more detail with reference to FIGS. 18, 19, 20, and 21. As shown in FIGS. 18 and 19, the focal position of the cylindrical lens 160 and the Wollaston lens
Prism 163 position, Wollaston prism 163
, The front focal position of the relay lens 166, the rear focal position 187 of the relay lens 166, and the relay lens 168.
, The rear focal position of the relay lens 168 and the rear focal position 155 of the objective lens 154, and further, the front focal position of the objective lens 154 and the surface of the sample 47 coincide with each other. Therefore, as shown in FIG. 18, in the y direction, the cylindrical lens 160 can be regarded as a plate glass having no curvature, so that the combined light 161 of the two-frequency orthogonally polarized light output from the cylindrical lens 160 remains parallel to the Wollaston prism 163. After being incident, it is split into a p-polarized beam 164 and an s-polarized beam 165, both of which are parallel light. Since the position of the Wollaston prism 163 coincides with the front focal position of the relay lens 166, the principal rays of the two beams after passing through the relay lens 166 are parallel to each other, and each beam is focused on the rear focal point of the relay lens 166. The light is focused at the position 187. The rear focal position 187 of the relay lens 166 matches the front focal position of the relay lens 168,
The chief rays of the two beams are the rear focal position 155 of the objective lens 154 coincident with the rear focal position of the relay lens 168.
Focus on At the same time, the two beams remain parallel light and enter the rear focal point 155 of the objective lens 154, so that the two beams 16
9 and 170 both converge on the surface of the sample 47. The principal rays of both beams are parallel to each other.

【0085】一方、図19に示すようにx方向に関して
は、シリンドリカルレンズ160から出たビームはウォ
ラストン・プリズム163に集光した後、リレーレンズ
166通過後平行光となり、更にリレーレンズ168に
より対物レンズ154の後側焦点位置155に集光す
る。従って、対物レンズ154から出たビーム169及
び170は共に平行光となって試料47表面上に入射す
るわけである。その結果、図15に示すように、試料4
7の表面上には、励起ビーム186の位置と同じ位置に
プローブビームとして、励起ビーム186と同様x方向
に幅を持ちy方向に集束したストライプビーム181が
得られ、またプローブビーム181からわずかに離れた
位置に参照ビームとして、プローブビーム181と同様
x方向に幅を持ちy方向に集束したストライプビーム1
82が得られる。
On the other hand, as shown in FIG. 19, in the x direction, the beam emitted from the cylindrical lens 160 is condensed on the Wollaston prism 163, passes through the relay lens 166, becomes parallel light, and is further converted into an objective lens by the relay lens 168. The light is condensed at the rear focal position 155 of the 154. Therefore, the beams 169 and 170 emitted from the objective lens 154 are both collimated and incident on the surface of the sample 47. As a result, as shown in FIG.
7, a stripe beam 181 having a width in the x-direction and converging in the y-direction as the excitation beam 186 is obtained as a probe beam at the same position as the excitation beam 186, and slightly from the probe beam 181. A striped beam 1 having a width in the x direction and focused in the y direction, similar to the probe beam 181, as a reference beam at a distant position.
82 is obtained.

【0086】図20及び21に示すように対物レンズ1
54の前側焦点位置は試料47の表面と、対物レンズ1
54の後側焦点位置155はリレーレンズ168の後側
焦点位置と、リレーレンズ168の前側焦点位置はリレ
ーレンズ166の後側焦点位置187と、リレーレンズ
166の前側焦点位置はウォラストン・プリズム163
の位置と、ウォラストン・プリズム163の位置は結像
レンズ78の前側焦点位置と、更に結像レンズ78の後
側焦点位置はCCD1次元センサ82の撮像面と各々一
致している。即ち、この光学系は両テレセントリック結
像光学系となっている。従って、図20に示すようにy
方向に関して、試料47表面からの2つの発散反射光の
主光線は対物レンズ154通過後、後側焦点位置155
に集束し、また同時に2つのビームは各々平行光のまま
で、リレーレンズ168に入射する。対物レンズ154
の後側焦点位置155はリレーレンズ168の後側焦点
位置と一致しているので、リレーレンズ168通過後の
2つのビームの主光線は互いに平行となり、また同時に
2つのビームは各々リレーレンズ168の前側焦点位
置、即ちリレーレンズ166の後側焦点位置187に集
光する。リレーレンズ166通過後の2つのビームはウ
ォラストン・プリズム163にて合成された後、平行光
のまま結像レンズ78通過後その後側焦点位置、即ちC
CD1次元センサ82上に集光する。一方、図21に示
すようにx方向に関して、試料47表面からの2つの平
行反射光は対物レンズ154通過後その後側焦点位置1
55に集光し、リレーレンズ168通過後平行光とな
り、リレーレンズ166の前側焦点位置、即ちウォラス
トン・プリズム163の位置に集光する。更に、結像レ
ンズ78通過後再び平行光となりCCD1次元センサ8
2に入射する。その結果、CCD1次元センサ82上に
は、試料47上のプローブビーム181及び参照ビーム
182と同様、x方向に幅を持ちy方向に集束した、1
本のストライプビームが得られる。即ち、プローブビー
ム181及び参照ビーム182からの各々の反射光によ
って得られるヘテロダイン干渉光は、CCD1次元セン
サ82上でストライプビームとなり、x方向の1次元光
干渉信号が検出される。 信号処理系303の構成とそ
の機能は、第1の実施例における信号処理系203のそ
れと全く同じであり、第1の実施例と同様、CCD1次
元センサ82の出力信号から、光音響効果に基づいて生
じた試料47表面の微小変位の振幅及び位相を、試料4
7表面の反射率分布及び凹凸分布の影響を受けることな
く抽出することができる。
As shown in FIG. 20 and FIG.
The front focal position of 54 is the position of the surface of the sample 47 and the objective lens 1.
The rear focal position 155 of the 54 is the rear focal position of the relay lens 168, the front focal position of the relay lens 168 is the rear focal position 187 of the relay lens 166, and the front focal position of the relay lens 166 is the Wollaston prism 163.
And the position of the Wollaston prism 163 coincide with the front focal position of the imaging lens 78, and the rear focal position of the imaging lens 78 coincides with the imaging surface of the CCD one-dimensional sensor 82. That is, this optical system is a double telecentric imaging optical system. Therefore, as shown in FIG.
With respect to the direction, the principal rays of the two divergent reflected lights from the surface of the sample 47 pass through the objective lens 154, and then move to the rear focal position 155.
And at the same time, the two beams enter the relay lens 168 while remaining parallel light. Objective lens 154
Since the rear focal position 155 of the relay lens 168 coincides with the rear focal position of the relay lens 168, the principal rays of the two beams after passing through the relay lens 168 are parallel to each other, and at the same time, the two beams are respectively reflected by the relay lens 168. The light is focused on the front focal position, that is, the rear focal position 187 of the relay lens 166. The two beams after passing through the relay lens 166 are combined by the Wollaston prism 163, and after passing through the imaging lens 78 as parallel light, the rear focal position, ie, C
The light is focused on the CD one-dimensional sensor 82. On the other hand, as shown in FIG. 21, with respect to the x direction, two parallel reflected lights from the surface of the sample 47 pass through the objective lens 154, and then move to the rear focal position 1
The light is condensed at 55, becomes parallel light after passing through the relay lens 168, and is condensed at the front focal position of the relay lens 166, that is, at the position of the Wollaston prism 163. Further, after passing through the imaging lens 78, the light becomes parallel light again and the CCD one-dimensional sensor 8
2 is incident. As a result, like the probe beam 181 and the reference beam 182 on the sample 47, the CCD one-dimensional sensor 82 has a width in the x direction and a focus in the y direction.
A stripe beam of books is obtained. That is, the heterodyne interference light obtained by each reflected light from the probe beam 181 and the reference beam 182 becomes a stripe beam on the CCD one-dimensional sensor 82, and a one-dimensional optical interference signal in the x direction is detected. The configuration and the function of the signal processing system 303 are exactly the same as those of the signal processing system 203 in the first embodiment, and the output signal of the CCD one-dimensional sensor 82 is used based on the photoacoustic effect as in the first embodiment. The amplitude and phase of the minute displacement on the surface of the sample 47 caused by
7 can be extracted without being affected by the reflectance distribution and the unevenness distribution on the surface.

【0087】xyステージ48により試料47をxy方
向に逐次走査しながら、上記CCD1次元センサからの
検出信号を計算機96で処理していくことにより、試料
47全面の2次元光音響画像が得られ、TVモニタ97
に出力される。
While sequentially scanning the sample 47 in the xy directions by the xy stage 48, the detection signal from the CCD one-dimensional sensor is processed by the computer 96, whereby a two-dimensional photoacoustic image of the entire surface of the sample 47 is obtained. TV monitor 97
Is output to

【0088】以上述べたように、本実施例によれば、従
来のように1点ずつ情報を検出していくいわゆるポイン
ト走査方式でなく、第1の実施例と同様、ストライプ状
の励起ビームを用い複数の測定点を並列に同時に励起
し、各点で生じた光音響信号の検出に光干渉を利用し、
干渉光を並列に同時に検出することにより、試料の複数
測定点の光音響信号を並列に同時に検出することがで
き、試料の2次元内部情報を高速に検出することが可能
となる。
As described above, according to the present embodiment, not the so-called point scanning method in which information is detected one point at a time as in the prior art, but a stripe-like excitation beam as in the first embodiment. Excitation of multiple measurement points in parallel at the same time, using optical interference to detect photoacoustic signals generated at each point,
By simultaneously detecting the interference light in parallel, photoacoustic signals at a plurality of measurement points of the sample can be simultaneously detected in parallel, and the two-dimensional internal information of the sample can be detected at high speed.

【0089】更に、本実施例によれば、第1の実施例と
同様、ただ1個のCCD1次元センサにより、試料表面
の反射率分布、試料表面の凹凸分布、光音響信号の振幅
分布、及び光音響信号の位相分布と計4つの表面及び内
部情報を同時に検出することができ、試料の複合的な評
価が可能となる。
Further, according to the present embodiment, as in the first embodiment, the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, the amplitude distribution of the photoacoustic signal, and the The phase distribution of the photoacoustic signal and the total of four surface and internal information can be simultaneously detected, and a composite evaluation of the sample can be performed.

【0090】更に、本実施例によれば、第1の実施例と
同様、試料表面の反射率分布、試料表面の凹凸分布、及
び光路のゆらぎを補正した光音響信号の検出が可能とな
り、試料の表面及び内部情報の高感度かつ安定な検出が
可能となる。
Further, according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to detect a photoacoustic signal in which the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, and the fluctuation of the optical path are corrected. Highly sensitive and stable detection of surface and internal information is possible.

【0091】更に、本実施例によれば、第1の実施例と
同様、光音響効果に基づく熱拡散長が検査対象であるC
u配線パターンとセラミック基板との界面の深さと同じ
か、もしくはそれを越える長さとなるように、励起ビー
ムの強度変調周波数を設定することにより、内部界面の
検査が可能となる。
Further, according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the thermal diffusion length based on the photoacoustic effect is the inspection target C
By setting the intensity modulation frequency of the excitation beam to be equal to or greater than the depth of the interface between the u wiring pattern and the ceramic substrate, the internal interface can be inspected.

【0092】更に、本実施例によれば、第1の実施例と
同様、光干渉信号から光音響信号を抽出する際に、アナ
ログ的な周波数フィルタリング処理ではなくディジタル
処理を用いるため、高調波成分の影響が少なく、高感度
かつ高精度な光音響信号の検出が可能となる。
Further, according to the present embodiment, similar to the first embodiment, when a photoacoustic signal is extracted from an optical interference signal, digital processing is used instead of analog frequency filtering processing. And the detection of a photoacoustic signal with high sensitivity and high accuracy is possible.

【0093】更に、本実施例においては、光音響効果に
基づく試料表面の微小変位を検出する干渉光学系を微分
干渉光学系としている。即ち、参照光を別に設けた参照
ミラーから得るのではなく、プローブ光の近傍に入射し
た参照ビームの試料表面からの反射光を参照光として使
用しているので、プローブ光と参照光がほぼ同一の光
路、及び同一の光学系を通ることになり、2つの光の間
の光路長のゆらぎや波面のずれが大幅に低下し、光音響
信号の検出精度及び検出感度が大きく向上する。更に、
参照光路を別に設ける必要がないので、光学系が簡略化
されると共に、その安定度が向上し、光音響信号の検出
精度が向上する。
Further, in this embodiment, the interference optical system for detecting the minute displacement of the sample surface based on the photoacoustic effect is a differential interference optical system. In other words, the reference light is not obtained from a separately provided reference mirror, but the reflected light from the sample surface of the reference beam incident near the probe light is used as the reference light. And the same optical system, the fluctuation of the optical path length between the two lights and the shift of the wavefront are greatly reduced, and the detection accuracy and the detection sensitivity of the photoacoustic signal are greatly improved. Furthermore,
Since there is no need to provide a separate reference optical path, the optical system is simplified, its stability is improved, and the detection accuracy of the photoacoustic signal is improved.

【0094】尚、本実施例では、熱的コントラストの高
い複数の検査対象を有する試料に対する本発明の適用例
を述べたが、内部クラック等を含む均一材料からなる試
料への適用も十分可能である。この場合でも、試料上の
複数の測定点の同時励起が可能であるので、上記の効果
が期待できる。
In this embodiment, an example of applying the present invention to a sample having a plurality of inspection objects having high thermal contrast has been described. However, application to a sample made of a uniform material including internal cracks is sufficiently possible. is there. Even in this case, the above-described effects can be expected because simultaneous excitation of a plurality of measurement points on the sample is possible.

【0095】本発明の第3の実施例を図22〜図23に
基づいて説明する。図22は第3の実施例における光音
響検出光学系を示すものである。本光学系は、励起光学
系201、光音響信号を検出するためのヘテロダイン形
トワイマン・グリーン干渉光学系402、及び信号処理
系403から成る。励起光学系201の構成とその機能
は、第1の実施例と全く同様であるので説明を省略す
る。またヘテロダイン形トワイマン・グリーン干渉光学
系402の構成は、第1の実施例におけるヘテロダイン
形トワイマン・グリーン干渉光学系202において、ビ
ート信号検出用ビームスプリッタ68、偏光板83及び
光電変換素子85を撤去し、また干渉光を検出するため
の蓄積形CCD1次元センサ82の代わりに並列出力形
光電変換素子アレイ191を用いた点が異なる他は総て
第1の実施例と同様の構成であるので、説明を省略す
る。図23に示すように、並列出力形光電変換素子アレ
イ191の各画素から出力された光干渉信号は、画素数
と同じ数だけ配置されたプリアンプ群192で各画素ご
とに増幅された後、同じく画素数と同じ数だけ配置され
たロックインアンプ群193にて、光電変換素子50で
検出された強度変調信号50aを参照信号として、光干
渉信号に含まれる変調周波数成分が光音響信号として、
即ち光音響効果に基づいて生じた試料47表面の微小変
位の振幅及び位相が全画素について同時に検出される。
検出された光音響信号は、AD変換器群194にてディ
ジタルデータに変換された後、パラレル・イン、シリア
ル・アウトタイプのシフトレジスタ195に送られ1次
元信号に変換される。xyステージ48の位置信号とシ
フトレジスタ195からの出力信号は計算機96で処理
され、試料47の各点における光音響信号、即ち試料4
7全面の2次元光音響画像が得られ、TVモニタ97に
出力される。尚、本実施例では、干渉光検出用に非蓄積
形の並列出力形光電変換素子アレイ191を用いている
が、蓄積形のものも適用可能である。その場合、信号処
理系403をそのまま使用することもできるし、あるい
は信号処理系403において、ロックインアンプ群19
3を撤去し、第1または第2の実施例と同様に数4〜数
6に基づいて光電変換素子アレイの蓄積時間を制御し位
相が互いにシフトした信号を得て、この信号を数16〜
数19に基づいて計算機にて演算処理することも可能で
ある。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 22 shows a photoacoustic detection optical system according to the third embodiment. This optical system includes an excitation optical system 201, a heterodyne Twyman-Green interference optical system 402 for detecting a photoacoustic signal, and a signal processing system 403. The configuration and the function of the excitation optical system 201 are completely the same as those of the first embodiment, and the description is omitted. The configuration of the heterodyne Twyman-Green interference optical system 402 is the same as that of the heterodyne-type Twyman-Green interference optical system 202 of the first embodiment except that the beat signal detecting beam splitter 68, the polarizing plate 83, and the photoelectric conversion element 85 are removed. Since the configuration is the same as that of the first embodiment except that the parallel output type photoelectric conversion element array 191 is used in place of the accumulation type CCD one-dimensional sensor 82 for detecting interference light, the description will be made. Is omitted. As shown in FIG. 23, the optical interference signals output from each pixel of the parallel output type photoelectric conversion element array 191 are amplified for each pixel by a preamplifier group 192 arranged by the same number as the number of pixels, and then the same. In the lock-in amplifier group 193 arranged by the same number as the number of pixels, the intensity modulation signal 50a detected by the photoelectric conversion element 50 is used as a reference signal, and the modulation frequency component included in the optical interference signal is used as a photoacoustic signal.
That is, the amplitude and phase of the minute displacement on the surface of the sample 47 generated based on the photoacoustic effect are simultaneously detected for all pixels.
The detected photoacoustic signal is converted into digital data by an AD converter group 194, and then sent to a parallel-in / serial-out type shift register 195 to be converted into a one-dimensional signal. The position signal of the xy stage 48 and the output signal from the shift register 195 are processed by the computer 96, and a photoacoustic signal at each point of the sample 47, that is, the sample 4
A two-dimensional photoacoustic image of the entire surface 7 is obtained and output to the TV monitor 97. In this embodiment, the non-storage type parallel output type photoelectric conversion element array 191 is used for interference light detection, but a storage type is also applicable. In that case, the signal processing system 403 can be used as it is, or the lock-in amplifier group 19
3 is removed, the accumulation time of the photoelectric conversion element array is controlled based on Equations 4 to 6 to obtain signals whose phases are shifted from each other, as in the first or second embodiment.
It is also possible to perform arithmetic processing by a computer based on Expression 19.

【0096】尚、本実施例は、図4及び図5に示すよう
な熱的コントラストの高い複数の検査対象を有する試料
に対しても、また内部クラック等を含む均一材料からな
る試料に対しても十分適用可能である。
The present embodiment is applicable to a sample having a plurality of inspection objects having high thermal contrast as shown in FIGS. 4 and 5, and a sample made of a uniform material including internal cracks. Is also applicable.

【0097】以上述べたように、本実施例によれば、従
来のように1点ずつ情報を検出していくいわゆるポイン
ト走査方式でなく、第1及び第2の実施例と同様、スト
ライプ状の励起ビームを用い複数の測定点を並列に同時
に励起し、各点で生じた光音響信号の検出に光干渉を利
用し、干渉光を並列に同時に検出することにより、試料
の複数測定点の光音響信号を並列に同時に検出すること
ができ、試料の2次元内部情報を高速に検出することが
可能となる。
As described above, according to the present embodiment, not the so-called point scanning method in which information is detected one point at a time as in the prior art, but a stripe-shaped system similar to the first and second embodiments. A plurality of measurement points are simultaneously excited in parallel using an excitation beam, and light interference is used to detect a photoacoustic signal generated at each point. Acoustic signals can be detected simultaneously in parallel, and two-dimensional internal information of the sample can be detected at high speed.

【0098】更に、本実施例において蓄積形の1次元セ
ンサを用いれば、第1の実施例と同様、ただ1個の1次
元センサにより、試料表面の反射率分布、試料表面の凹
凸分布、光音響信号の振幅分布、及び光音響信号の位相
分布と計4つの表面及び内部情報を同時に検出すること
ができ、試料の複合的な評価が可能となる。
Further, if a storage type one-dimensional sensor is used in this embodiment, the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, the light It is possible to simultaneously detect the amplitude distribution of the acoustic signal and the phase distribution of the photoacoustic signal, and a total of four surface and internal information, thereby enabling a composite evaluation of the sample.

【0099】更に、本実施例において蓄積形の1次元セ
ンサを用いれば、第1の実施例と同様、試料表面の反射
率分布、試料表面の凹凸分布、及び光路のゆらぎを補正
した光音響信号の検出が可能となり、試料の表面及び内
部情報の高感度かつ安定な検出が可能となる。
Further, if a storage type one-dimensional sensor is used in the present embodiment, a photoacoustic signal in which the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, and the fluctuation of the optical path are corrected, as in the first embodiment. Can be detected, and highly sensitive and stable detection of the surface and internal information of the sample becomes possible.

【0100】更に、本実施例において蓄積形の1次元セ
ンサを用いれば、第1の実施例と同様、光音響効果に基
づく熱拡散長が検査対象であるCu配線パターンとセラ
ミック基板との界面の深さと同じか、もしくはそれを越
える長さとなるように、励起ビームの強度変調周波数を
設定することにより、内部界面の検査が可能となる。
Further, if a storage type one-dimensional sensor is used in the present embodiment, the thermal diffusion length based on the photoacoustic effect can be measured at the interface between the Cu wiring pattern to be inspected and the ceramic substrate as in the first embodiment. The internal interface can be inspected by setting the intensity modulation frequency of the excitation beam so as to be equal to or longer than the depth.

【0101】更に、本実施例において蓄積形の1次元セ
ンサを用いれば、第1の実施例と同様、光干渉信号から
光音響信号を抽出する際に、アナログ的な周波数フィル
タリング処理ではなくディジタル処理を用いるため、高
調波成分の影響が少なく、高感度かつ高精度な光音響信
号の検出が可能となる。
Furthermore, if a storage type one-dimensional sensor is used in this embodiment, a digital processing is performed instead of an analog frequency filtering processing when extracting a photoacoustic signal from an optical interference signal, as in the first embodiment. Is used, the effect of the harmonic component is small, and the photoacoustic signal with high sensitivity and high accuracy can be detected.

【0102】尚、非蓄積形の光電変換素子アレイ191
の各画素から出力された光干渉信号を2次元メモリに格
納した後、1画素毎読出し1次元信号として1個のロッ
クインアンプで光音響信号を検出することも可能であ
る。
The non-storage type photoelectric conversion element array 191
After storing the light interference signal output from each pixel in the two-dimensional memory, a photoacoustic signal can be detected by one lock-in amplifier as a one-dimensional signal read out for each pixel.

【0103】本発明の第4の実施例を図24〜図28に
基づいて説明する。図24は第4の実施例における光音
響検出光学系を示すものである。本光学系は、励起光学
系501、光音響信号を検出するためのヘテロダイン形
トワイマン・グリーン干渉光学系202、及び信号処理
系203から成る。ヘテロダイン形トワイマン・グリー
ン干渉光学系202及び信号処理系203の構成とその
機能は、第1の実施例と全く同様であるので説明を省略
する。第1〜第3の実施例ではストライプ状の励起ビー
ムを用いているのに対し、本実施例では、励起光学系5
01にて複数スポットビーム並列照射光学系197を採
用している点が大きく異なる。他の部分は第1〜第3の
実施例と同様である。図27に基づき、複数スポットビ
ーム並列照射光学系197を説明する。ビームエキスパ
ンダ38からの拡大平行光は図28に示すストライプ状
の開口210aを有すマスク210を通過した後ストラ
イプビームとなり、1次元微小レンズアレイ210に入
射する。各微小レンズの後側焦点位置はリレーレンズ2
13の前側焦点位置212と、リレーレンズ213の後
側焦点位置は対物レンズ42の後側焦点位置214と、
更に、対物レンズ42の前側焦点位置は試料47表面と
各々一致している。1次元微小レンズアレイ210から
の各ビームはリレーレンズ213の前側焦点位置212
で各々集光した後、リレーレンズ213通過後平行光と
なり、更に、対物レンズ42通過後集束光として、試料
47表面上に集光する。尚、各スポットビームの主光線
は互いに平行になっている。図27は各スポットビーム
が同時に試料を照射する様子を示したものである。尚、
スポットビームの数は、光干渉検出用のCCD1次元セ
ンサ82の画素数と一致させ、かつその間隔は図28に
示すように各スポットビームにより生じた熱拡散領域2
17が重複しないようにしている。また、ヘテロダイン
干渉検出用プローブビームは第1〜第3の実施例と同様
ストライプ状のビームを用いている。信号処理系203
の構成とその機能は、第1の実施例におけるそれと全く
同じであり、第1の実施例と同様、CCD1次元センサ
82の出力信号から、光音響効果に基づいて生じた試料
47表面の微小変位の振幅及び位相を、試料47表面の
反射率分布及び凹凸分布の影響を受けることなく抽出す
ることができる。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 24 shows a photoacoustic detection optical system in the fourth embodiment. The optical system includes an excitation optical system 501, a heterodyne Twyman-Green interference optical system 202 for detecting a photoacoustic signal, and a signal processing system 203. The configurations and functions of the heterodyne type Twyman-Green interference optical system 202 and the signal processing system 203 are completely the same as those of the first embodiment, and therefore description thereof is omitted. In the first to third embodiments, a stripe-shaped excitation beam is used.
01 differs greatly in that a plurality of spot beam parallel irradiation optical systems 197 are employed. Other parts are the same as in the first to third embodiments. The multiple spot beam parallel irradiation optical system 197 will be described with reference to FIG. The expanded parallel light from the beam expander 38 becomes a stripe beam after passing through a mask 210 having a stripe-shaped opening 210a shown in FIG. The rear focal position of each micro lens is relay lens 2
13, the rear focal position of the relay lens 213 is the rear focal position 214 of the objective lens 42,
Further, the front focal position of the objective lens 42 coincides with the surface of the sample 47, respectively. Each beam from the one-dimensional micro lens array 210 is transmitted to the front focal point 212 of the relay lens 213.
After being condensed, the light becomes parallel light after passing through the relay lens 213, and is further condensed on the surface of the sample 47 as focused light after passing through the objective lens. The principal rays of each spot beam are parallel to each other. FIG. 27 shows how each spot beam irradiates the sample at the same time. still,
The number of spot beams is made equal to the number of pixels of the CCD one-dimensional sensor 82 for detecting light interference, and the interval is as shown in FIG.
17 does not overlap. The probe beam for heterodyne interference detection uses a striped beam as in the first to third embodiments. Signal processing system 203
And its function are exactly the same as those in the first embodiment. As in the first embodiment, the minute displacement of the surface of the sample 47 generated based on the photoacoustic effect from the output signal of the CCD one-dimensional sensor 82 Can be extracted without being affected by the reflectance distribution and the unevenness distribution on the surface of the sample 47.

【0104】xyステージ48により試料47をxy方
向に逐次走査しながら、上記CCD1次元センサからの
検出信号を計算機96で処理していくことにより、試料
47全面の2次元光音響画像が得られ、TVモニタ97
に出力される。
While sequentially detecting the sample 47 in the xy directions by the xy stage 48, the detection signal from the CCD one-dimensional sensor is processed by the computer 96, whereby a two-dimensional photoacoustic image of the entire surface of the sample 47 is obtained. TV monitor 97
Is output to

【0105】尚、本実施例は、図4及び図5に示すよう
な熱的コントラストの高い複数の検査対象を有する試料
に対しても、また内部クラック等を含む均一材料からな
る試料に対しても十分適用可能である。
This embodiment is applicable to a sample having a plurality of inspection objects having high thermal contrast as shown in FIGS. 4 and 5, and a sample made of a uniform material including internal cracks. Is also applicable.

【0106】以上述べたように、本実施例によれば、従
来のように1点ずつ情報を検出していくいわゆるポイン
ト走査方式でなく、複数のスポットビームを並列に同時
に照射することにより複数の測定点を並列に同時に励起
し、各点で生じた光音響信号の検出に光干渉を利用し、
干渉光を並列に同時に検出することにより、試料の複数
測定点の光音響信号を並列に同時に検出することがで
き、試料の2次元内部情報を高速に検出することが可能
となる。
As described above, according to this embodiment, instead of the so-called point scanning method of detecting information one point at a time as in the conventional case, a plurality of spot beams are simultaneously irradiated in parallel to irradiate a plurality of spot beams. The measurement points are excited simultaneously in parallel, and optical interference is used to detect the photoacoustic signal generated at each point.
By simultaneously detecting the interference light in parallel, photoacoustic signals at a plurality of measurement points of the sample can be simultaneously detected in parallel, and the two-dimensional internal information of the sample can be detected at high speed.

【0107】更に、本実施例によれば、各励起ビームの
熱拡散領域が重複していないため、光音響画像の検出分
解能が向上するという効果を有している。
Further, according to the present embodiment, since the thermal diffusion regions of the respective excitation beams do not overlap, there is an effect that the detection resolution of the photoacoustic image is improved.

【0108】更に、本実施例によれば、第1の実施例と
同様、ただ1個のCCD1次元センサにより、試料表面
の反射率分布、試料表面の凹凸分布、光音響信号の振幅
分布、及び光音響信号の位相分布と計4つの表面及び内
部情報を同時に検出することができ、試料の複合的な評
価が可能となる。
Further, according to this embodiment, as in the first embodiment, the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, the amplitude distribution of the photoacoustic signal, and the The phase distribution of the photoacoustic signal and the total of four surface and internal information can be simultaneously detected, and a composite evaluation of the sample can be performed.

【0109】更に、本実施例によれば、第1の実施例と
同様、試料表面の反射率分布、試料表面の凹凸分布、及
び光路のゆらぎを補正した光音響信号の検出が可能とな
り、試料の表面及び内部情報の高感度かつ安定な検出が
可能となる。
Further, according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to detect a photoacoustic signal in which the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, and the fluctuation of the optical path are corrected. Highly sensitive and stable detection of surface and internal information is possible.

【0110】更に、本実施例によれば、第1の実施例と
同様、光音響効果に基づく熱拡散長が検査対象であるC
u配線パターンとセラミック基板との界面の深さと同じ
か、もしくはそれを越える長さとなるように、励起ビー
ムの強度変調周波数を設定することにより、内部界面の
検査が可能となる。
Further, according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the thermal diffusion length based on the photoacoustic effect is the inspection target C
By setting the intensity modulation frequency of the excitation beam to be equal to or greater than the depth of the interface between the u wiring pattern and the ceramic substrate, the internal interface can be inspected.

【0111】更に、本実施例によれば、第1の実施例と
同様、光干渉信号から光音響信号を抽出する際に、アナ
ログ的な周波数フィルタリング処理ではなくディジタル
処理を用いるため、高調波成分の影響が少なく、高感度
かつ高精度な光音響信号の検出が可能となる。
Further, according to the present embodiment, similar to the first embodiment, when a photoacoustic signal is extracted from an optical interference signal, digital processing is used instead of analog frequency filtering processing. And the detection of a photoacoustic signal with high sensitivity and high accuracy is possible.

【0112】尚、本実施例では、干渉光検出用に蓄積形
CCD1次元センサを用いているが第3の実施例のよう
に非蓄積形の並列出力形光電変換素子アレイも適用可能
である。その場合は、第3の実施例における信号処理系
403を用いればよい。
In the present embodiment, a storage type CCD one-dimensional sensor is used for detecting interference light, but a non-storage type parallel output type photoelectric conversion element array as in the third embodiment can be applied. In that case, the signal processing system 403 in the third embodiment may be used.

【0113】また、以上述べた第1〜第3の実施例で
は、1次元のストライプ状の励起ビームとプローブビー
ムを用いているが、ある一定の面積を持った2次元形状
のビームを用いることも可能である。その場合には、当
然ながら干渉光検出用に2次元センサを用いる。同様
に、第4の実施例においても、複数のスポットビームを
2次元形状に配置し、2次元のセンサを用いることも可
能である。
In the above-described first to third embodiments, a one-dimensional striped excitation beam and a probe beam are used, but a two-dimensional beam having a certain area is used. Is also possible. In that case, of course, a two-dimensional sensor is used for detecting interference light. Similarly, also in the fourth embodiment, it is possible to arrange a plurality of spot beams in a two-dimensional shape and use a two-dimensional sensor.

【0114】[0114]

【発明の効果】本発明によれば、試料の帯状検査領域を
並列に同時に励起し、帯状検査領域で生じた光音響信号
の検出に光干渉を利用し、干渉光を並列に同時に検出す
ることにより、試料の帯状検査領域の光音響信号を並列
に同時に検出することができ、試料の2次元表面または
内部情報を高速に検出することが可能となるという大き
な効果を有する。
According to the present invention, it is possible to simultaneously and simultaneously excite the band-like inspection regions of a sample in parallel and utilize light interference for the detection of a photoacoustic signal generated in the band-like inspection region and to simultaneously detect interference light in parallel. Accordingly, photoacoustic signals in the band-shaped inspection region of the sample can be simultaneously detected in parallel, and there is a great effect that two-dimensional surface or internal information of the sample can be detected at high speed.

【0115】また、ただ1個のセンサにより、試料表面
の反射率分布、試料表面の凹凸分布、光音響信号の振幅
分布、及び光音響信号の位相分布と計4つの表面及び内
部情報を同時に検出することができ、試料の高速な複合
的評価が可能になるという効果を有する。
Further, a single sensor simultaneously detects a total of four surface and internal information, including the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, the amplitude distribution of the photoacoustic signal, and the phase distribution of the photoacoustic signal. This has the effect that high-speed composite evaluation of the sample is possible.

【0116】また、試料表面の反射率分布、試料表面の
凹凸分布、及び光路のゆらぎを補正した光音響信号の検
出が可能となり、試料の表面及び内部情報の高感度かつ
安定な検出が可能になるという効果を有する。
In addition, it is possible to detect a photoacoustic signal in which the reflectance distribution on the sample surface, the unevenness distribution on the sample surface, and the fluctuation of the optical path are corrected, and the sample surface and internal information can be detected with high sensitivity and stability. It has the effect of becoming.

【0117】また、光音響効果に基づく熱拡散長が検査
対象である内部界面の深さと同じか、もしくはそれを越
える長さとなるように、励起ビームの強度変調周波数を
設定することにより、内部界面の検査が可能になるとい
う効果を有する。
Further, by setting the intensity modulation frequency of the excitation beam such that the thermal diffusion length based on the photoacoustic effect is equal to or greater than the depth of the internal interface to be inspected, This has the effect that the inspection can be performed.

【0118】また、光干渉信号から光音響信号を抽出す
る際に、アナログ的な周波数フィルタリング処理ではな
くディジタル処理を用いるため、高調波成分の影響が少
なく、高感度かつ高精度な光音響信号の検出が可能にな
るという効果を有する。
In extracting a photoacoustic signal from an optical interference signal, since digital processing is used instead of analog frequency filtering, the influence of harmonic components is small, and a highly sensitive and highly accurate photoacoustic signal is obtained. This has the effect of enabling detection.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における光音響検出光学
系を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a photoacoustic detection optical system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】音響光学変調素子へ入力される変調信号を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a modulation signal input to an acousto-optic modulation element.

【図3】第1の実施例における励起光学系とヘテロダイ
ン干渉光学系の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an excitation optical system and a heterodyne interference optical system in a first embodiment.

【図4】第1の実施例における試料の平面構造と、励起
ビームとプローブビームを示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a planar structure of a sample and an excitation beam and a probe beam in the first embodiment.

【図5】第1の実施例における試料の断面構造と、スト
ライプ状の励起ビームによる光音響効果の発生の様子を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure of a sample and a state of generation of a photoacoustic effect by a striped excitation beam in the first embodiment.

【図6】ヘテロダイン干渉光学系へ入射するレーザビー
ムの偏光方向と、二周波直交偏光状態を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a polarization direction of a laser beam incident on a heterodyne interference optical system and a dual-frequency orthogonal polarization state.

【図7】第1の実施例におけるストライプ状のプローブ
ビームの試料表面への入射状態を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a state of incidence of a striped probe beam on a sample surface in the first embodiment.

【図8】試料からの反射光、参照光及び偏光板の各偏光
方向を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing reflected light from a sample, reference light, and each polarization direction of a polarizing plate.

【図9】第1の実施例におけるヘテロダイン干渉光学系
の検出部の構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a detection unit of the heterodyne interference optical system in the first embodiment.

【図10】2次元メモリにおけるデータの構成を示す図
である。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of data in a two-dimensional memory.

【図11】第1の実施例における光音響信号の検出例を
示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of detection of a photoacoustic signal in the first embodiment.

【図12】第1の実施例における位相補正の効果を示す
光音響信号の検出例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a detection example of a photoacoustic signal indicating an effect of phase correction in the first embodiment.

【図13】本発明の第2の実施例における光音響検出光
学系を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a photoacoustic detection optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図14】第2の実施例における励起光学系の構成図で
ある。
FIG. 14 is a configuration diagram of an excitation optical system in a second embodiment.

【図15】第2の実施例における試料の平面構造と、励
起ビーム、プローブビーム、及び参照ビームを示す斜視
図である。
FIG. 15 is a perspective view showing a planar structure of a sample and an excitation beam, a probe beam, and a reference beam in the second embodiment.

【図16】第2の実施例における試料の断面構造と、ス
トライプ状の励起ビームによる光音響効果の発生の様子
を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional structure of a sample and a state of generation of a photoacoustic effect by a stripe-like excitation beam in the second embodiment.

【図17】第2の実施例におけるストライプ状のプロー
ブビームと参照ビームの試料表面への入射状態を示す図
である。
FIG. 17 is a diagram showing the state of incidence of a striped probe beam and a reference beam on a sample surface in the second embodiment.

【図18】第2の実施例におけるヘテロダイン干渉光学
系のX軸方向から見た構成図である。
FIG. 18 is a configuration diagram of a heterodyne interference optical system according to a second embodiment as viewed from the X-axis direction.

【図19】図18に示すヘテロダイン干渉光学系のY軸
方向から見た構成図である。
19 is a configuration diagram of the heterodyne interference optical system shown in FIG. 18 as viewed from the Y-axis direction.

【図20】第2の実施例におけるヘテロダイン干渉光学
系の検出部のX軸方向から見た構成図である。
FIG. 20 is a configuration diagram of a detection unit of a heterodyne interference optical system according to a second embodiment as viewed from the X-axis direction.

【図21】図20に示すヘテロダイン干渉光学系の検出
部のY軸方向から見た構成図である。
21 is a configuration diagram of a detection unit of the heterodyne interference optical system shown in FIG. 20, viewed from the Y-axis direction.

【図22】本発明の第3の実施例における光音響検出光
学系を示す図である。
FIG. 22 is a diagram illustrating a photoacoustic detection optical system according to a third embodiment of the present invention.

【図23】第3の実施例における信号処理系の構成を示
す図である。
FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of a signal processing system according to a third embodiment.

【図24】本発明の第4の実施例における光音響検出光
学系を示す図である。
FIG. 24 is a diagram illustrating a photoacoustic detection optical system according to a fourth embodiment of the present invention.

【図25】第4の実施例における複数スポットビーム並
列照射光学系の構成を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a configuration of a multiple spot beam parallel irradiation optical system according to a fourth embodiment.

【図26】第4の実施例における複数スポットビーム並
列照射光学系のマスクの形状を示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing the shape of a mask of a multiple spot beam parallel irradiation optical system in a fourth embodiment.

【図27】第4の実施例における複数スポットビームが
同時に試料を照射する様子を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing a state in which a plurality of spot beams simultaneously irradiate a sample in the fourth embodiment.

【図28】第4の実施例における各スポットビームによ
り生じた熱拡散領域を示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing a heat diffusion region generated by each spot beam in the fourth embodiment.

【図29】従来の光音響検出光学系を説明するための図
である。
FIG. 29 is a diagram for explaining a conventional photoacoustic detection optical system.

【図30】光音響効果の原理図である。FIG. 30 is a diagram illustrating the principle of the photoacoustic effect.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、8…レーザ、31…Arレーザ、51…He−Ne
レーザ、33、57、62…音響光学変調素子、39、
71、150、160…シリンドリカルレンズ、42、
154…対物レンズ、82…CCD1次元センサ、5
0、85…光電変換素子、95…2次元メモリ、96、
196…計算機、47…試料、102、103、13
1、132…Cu配線パターン、191…並列出力形光
電変換素子アレイ、193…ロックインアンプ群、19
7…複数スポットビーム並列照射光学系。
1, 8 laser, 31 Ar laser, 51 He-Ne
Laser, 33, 57, 62 ... acousto-optic modulator, 39,
71, 150, 160 ... cylindrical lens, 42,
154: Objective lens, 82: CCD one-dimensional sensor, 5
0, 85: photoelectric conversion element, 95: two-dimensional memory, 96,
196: computer, 47: sample, 102, 103, 13
1, 132: Cu wiring pattern, 191: parallel output type photoelectric conversion element array, 193: lock-in amplifier group, 19
7: Multiple spot beam parallel irradiation optical system.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−36338(JP,A) 特開 平2−243956(JP,A) 特開 平3−156362(JP,A) 特開 平3−282253(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 29/00 - 29/28 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-36338 (JP, A) JP-A-2-243966 (JP, A) JP-A-3-156362 (JP, A) JP-A-3-3 282253 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 29/00-29/28

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所望の周波数で強度変調した第1の光を試
料の表面の帯状の領域に照射して該表面上の帯状の領域
または該帯状の領域の下側の前記試料の内部に光音響効
果あるいは光熱効果を発生させ、第2の光を前記試料の
表面の帯状の領域に照射し、該第2の光の照射による前
記試料表面からの反射光を参照光と干渉させ、該干渉に
より生じた干渉光を光電変換素子で検出し、該検出した
干渉光より前記試料の表面の帯状の領域を構成する複数
の小領域または前記帯状の領域の下側の前記試料内部の
複数の小領域の情報を該複数の小領域ごとに分離して検
出することを特徴とする試料の表面または内部情報検出
方法。
A first light intensity-modulated at a desired frequency is applied to a band-like region on the surface of a sample, and light is emitted into the band-like region on the surface or inside the sample below the band-like region. An acoustic effect or a photothermal effect is generated, a second light is applied to a band-shaped region on the surface of the sample, and light reflected from the sample surface due to the irradiation of the second light interferes with reference light. The interference light generated by the photoelectric conversion element is detected by the photoelectric conversion element, and a plurality of small regions forming a band-like region on the surface of the sample or a plurality of small regions inside the sample below the band-like region from the detected interference light. A method for detecting surface or internal information of a sample, wherein region information is detected separately for each of the plurality of small regions.
【請求項2】所望の周波数で強度変調し帯状に成形した
第1の光を試料の表面に照射して該試料上の前記帯状に
成形した第1の光で照射された領域の表面または該第1
の光で照射された領域の表面の下側の前記試料の内部に
光音響効果あるいは光熱効果を発生させ、帯状に形成し
た第2の光を前記試料の表面の前記第1の光で照射され
た領域に照射し、該第2の光の照射による前記試料表面
からの反射光を参照光と干渉させ、該干渉により生じた
干渉光を光電変換素子で検出し、該検出した干渉光より
前記試料の表面の前記第1の光で照射された領域を構成
する複数の小領域または前記第1の光で照射された領域
の下側の前記試料の内部の複数の小領域の情報を該複数
の小領域ごとに分離して検出することを特徴とする試料
の表面または内部情報検出方法。
2. A method of irradiating a surface of a sample with a first light which is intensity-modulated at a desired frequency and is shaped into a band, and irradiating the surface of the sample on the sample with the band-shaped first light irradiated with the first light. First
A photoacoustic effect or a photothermal effect is generated inside the sample below the surface of the region irradiated with the light, and the second light formed in a belt shape is irradiated with the first light on the surface of the sample. Irradiating the region, the reflected light from the sample surface by the irradiation of the second light interferes with the reference light, the interference light generated by the interference is detected by the photoelectric conversion element, the detected interference light from the detected interference light Information of a plurality of small regions constituting a region of the surface of the sample irradiated with the first light or a plurality of small regions inside the sample below the region irradiated with the first light is obtained. A method for detecting surface or internal information of a sample, wherein the detection is performed separately for each small area.
【請求項3】 前記第1の光と前記第2の光とが、それぞ
れ互いに波長の異なるレーザ光であることを特徴とする
請求項1または2に記載の試料の表面または内部情報検
出方法。
3. The method according to claim 1, wherein the first light and the second light are laser lights having different wavelengths from each other.
The method for detecting surface or internal information of a sample according to claim 1 or 2 .
【請求項4】 前記参照光が、前記試料の表面に照射する
第2の光を分岐して形成したものであることを特徴とす
請求項1または2に記載の試料の表面または内部情報
検出方法。
Wherein said reference beam, a second surface or internal information detected of a sample according to claim 1 or 2, characterized in that the those formed by branched light irradiated on the surface of the sample Method.
【請求項5】 前記得る前記試料表面の複数の領域または
該複数の領域の下側の前記試料の内部の情報が、前記試
料表面の反射率分布、前記試料表面の凹凸分布、光音響信
号の振幅分布及び光音響信号の位相分布の情報を含むこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の試料の表面ま
たは内部情報検出方法。
5. The internal information of the sample of the lower plurality of regions or the plurality of areas of the obtained the sample surface, reflectivity distribution of the sample surface, uneven distribution of the sample surface, the photoacoustic signal 3. The method according to claim 1, wherein the method includes information on an amplitude distribution and a phase distribution of a photoacoustic signal.
【請求項6】 前記試料を移動させながら前記第1の光と
前記第2の光とを前記試料に照射することを特徴とする
請求項1または2に記載の試料の表面または内部情報検
出方法。
And irradiating the said first light and said second light to the sample while moving the wherein said sample
The method for detecting surface or internal information of a sample according to claim 1 or 2 .
【請求項7】 前記検出した試料の表面または内部の情報
に基く2次元画像を、モニタ画面上に表示することを特
徴とする請求項5記載の試料の表面または内部情報検出
方法。
Wherein said two-dimensional image based on the detected surface or internal information of the sample, surface or internal information detection method of a sample according to claim 5, wherein the displaying on the monitor screen.
【請求項8】 前記光電変換素子が、CCD1次元センサ
等の蓄積型固体撮像素子であることを特徴とする請求項
1または2に記載の試料の表面または内部情報検出方
法。
8. The method according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is a storage type solid-state imaging device such as a CCD one-dimensional sensor.
【請求項9】 第1の光を出射する第1の光源手段と、該
第1の光源手段から発射した第1の光を所望の周波数で
強度変調して試料の表面の帯状の領域に照射する第1の
照射手段と、第2の光を出射する第2の光源手段と、該第
2の光源手段から発射した第2の光を前記試料の表面の
前記第1の光を照射した帯状の領域に照射する第2の照
射手段と、参照光を発生させる参照光手段と、前記第2の
照射手段で照射した第2の光により前記試料表面で発生
した反射光を前記参照光手段で発生させた参照光と干渉
させて該干渉による干渉光を検出する検出手段と、該検
出手段で干渉光を検出して得た信号を処理して前記試料
の表面の帯状の領域を構成する複数の小領域または前記
帯状の領域の下側の前記試料内部の複数の小領域の情報
を該複数の小領域ごとに分離して検出する処理手段とを
備えたことを特徴とする試料の表面又は内部情報検出装
置。
9. A first light source for emitting a first light, and a first light emitted from the first light source is intensity-modulated at a desired frequency to irradiate a band-shaped region on the surface of the sample. A first irradiating means, a second light source means for emitting a second light, and a second light emitted from the second light source means in a strip shape on the surface of the sample irradiated with the first light. A second irradiating means for irradiating an area of the sample, a reference light means for generating a reference light, and a reflected light generated on the sample surface by the second light irradiated by the second irradiating means. Detecting means for interfering with the generated reference light to detect interference light due to the interference; and a plurality of processing means for processing a signal obtained by detecting the interference light with the detecting means to form a band-shaped region on the surface of the sample. Information of a plurality of small regions inside the sample below the small region or the band-shaped region. Surface or internal information detection apparatus of samples comprising the processing means for separately detecting each frequency.
【請求項10】 試料を載置して少なくとも1軸方向に移
動可能なテーブル手段と、第1の光を出射する第1の光
源手段と、該第1の光源手段から発射した第1の光を所
望の周波数で強度変調すると共に帯状に成形して前記テ
ーブル手段に載置した試料の表面に照射する第1の照射
手段と、第2の光を出射する第2の光源手段と、該第2の
光源手段から発射した第2の光を帯状に成形して前記試
料の表面の前記第1の光を照射した領域に照射する第2
の照射手段と、参照光を発生させる参照光手段と、前記試
料表面の前記第1の照射手段で照射している位置に前記
第2の照射手段で照射した第2の光により発生した反射
光を前記参照光手段で発生させた参照光と干渉させて該
干渉による干渉光の像を検出する像検出手段と、該像検
出手段で検出して得た前記干渉光像の信号を処理して前
記試料の表面の帯状の領域を構成する複数の小領域また
は前記帯状の領域の下側の前記試料内部の複数の小領域
の情報を該複数の小領域ごとに分離して検出する処理手
段とを備えたことを特徴とする試料の表面又は内部情報
検出装置。
10. A table on which a sample is placed and movable in at least one axis direction, a first light source for emitting a first light, and a first light emitted from the first light source. A first irradiating means for modulating the intensity at a desired frequency and shaping it into a band shape and irradiating the surface of the sample placed on the table means, a second light source means for emitting a second light, Forming a second light beam emitted from the second light source means into a band shape and irradiating the band on the surface of the sample with the first light beam;
Irradiating means, reference light means for generating reference light, and reflected light generated by the second light irradiated by the second irradiating means on the surface of the sample irradiated by the first irradiating means Image detection means for causing the interference with the reference light generated by the reference light means to detect an image of the interference light due to the interference, and processing the signal of the interference light image obtained by the detection by the image detection means Processing means for separating and detecting, for each of the plurality of small regions, a plurality of small regions constituting a band-shaped region on the surface of the sample or a plurality of small regions inside the sample below the band-shaped region; A device for detecting surface or internal information of a sample, comprising:
【請求項11】 第1の光を出射する第1の光源手段と、
該第1の光源手段から発射した第1の光を試料の表面の
複数の領域に同時に照射する第1の照射手段と、第2の
光を出射する第2の光源手段と、該第2の光源手段から
発射した第2の光を帯状に成形して前記試料の表面の前
記第1の光を照射した複数の領域に同時に照射する第2
の照射手段と、参照光を発生させる参照光手段と、前記第
2の照射手段で照射した第2の光により前記試料表面で
発生した反射光を前記参照光手段で発生させた参照光と
干渉させて該干渉による干渉光を検出する干渉光検出手
段と、該干渉光検出手段で前記干渉光を検出して得た信
号を処理して前記試料の表面の帯状の領域を構成する複
数の小領域または前記帯状の領域の下側の前記試料内部
の複数の小領域の情報を該複数の小領域ごとに分離して
検出する処理手段とを備えたことを特徴とする試料の表
面又は内部情報検出装置。
11. A first light source means for emitting a first light,
First irradiating means for simultaneously irradiating a plurality of regions on the surface of the sample with first light emitted from the first light source means, second light source means for emitting second light, and Forming a second light emitted from the light source means into a band shape and simultaneously irradiating a plurality of regions on the surface of the sample irradiated with the first light.
Irradiating means, reference light means for generating reference light, and reflected light generated on the sample surface by the second light radiated by the second irradiating means interferes with reference light generated by the reference light means Interference light detection means for detecting interference light due to the interference, and processing a signal obtained by detecting the interference light with the interference light detection means to form a plurality of small elements constituting a band-shaped region on the surface of the sample. Processing means for separating and detecting information of a plurality of small regions inside the sample below the region or the band-like region for each of the plurality of small regions, wherein the surface or internal information of the sample is provided. Detection device.
【請求項12】 第1の光を出射する第1の光源手段と、
該第1の光源手段から発射した第1の光を試料の表面の
複数の領域に同時に照射する第1の照射手段と、第2の
光を出射する第2の光源手段と、該第2の光源手段から
発射した第2の光を帯状に成形して前記試料の表面の前
記第1の光を照射した複数の領域に同時に照射する第2
の照射手段と、参照光を発生させる参照光手段と、前記第
2の照射手段で照射した第2の光により前記試料表面で
発生した反射光を前記参照光手段で発生させた参照光と
干渉させて該干渉による干渉光の像を撮像して検出する
干渉光検出手段と、該干渉光検出手段で前記干渉光の像
を撮像して得た画像信号を処理して前記試料の表面の帯
状の領域を構成する複数の小領域または前記帯状の領域
の下側の前記試料内部の複数の小領域の情報を該複数の
小領域ごとに分離して検出する処理手段とを備えたこと
を特徴とする試料の表面又は内部情報検出装置。
12. A first light source means for emitting a first light,
First irradiating means for simultaneously irradiating a plurality of regions on the surface of the sample with first light emitted from the first light source means, second light source means for emitting second light, and Forming a second light emitted from the light source means into a band shape and simultaneously irradiating a plurality of regions on the surface of the sample irradiated with the first light.
Irradiating means, reference light means for generating reference light, and reflected light generated on the sample surface by the second light radiated by the second irradiating means interferes with reference light generated by the reference light means Interference light detecting means for imaging and detecting an image of interference light due to the interference, and processing an image signal obtained by imaging the image of the interference light with the interference light detection means to form a band on the surface of the sample. Processing means for separating and detecting information on a plurality of small regions constituting the region or a plurality of small regions inside the sample below the band-shaped region for each of the plurality of small regions. Surface or internal information detection device for the sample.
【請求項13】 前記第1の光源手段と前記第2の光源手
段とが、それぞれレーザ光を発射することを特徴とする
請求項9乃至12の何れかに記載の試料の表面または内
部情報検出装置。
13. The apparatus according to claim 13, wherein said first light source means and said second light source means each emit laser light.
A sample surface or internal information detecting device according to any one of claims 9 to 12 .
【請求項14】 前記参照光手段は、前記第2の光源手段
から発射された第2の光から参照光を発生させることを
特徴とする請求項9乃至12の何れかに記載の試料の表
面または内部情報検出装置。
14. The surface of a sample according to claim 9 , wherein said reference light means generates reference light from second light emitted from said second light source means. Or an internal information detection device.
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