JP3454268B2

JP3454268B2 - 試料の表面または内部情報検出方法およびその装置

Info

Publication number: JP3454268B2
Application number: JP2002226808A
Authority: JP
Inventors: 俊彦中田; 隆典二宮; 小林イラリオ治臣
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2003-10-06
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: JP2003098157A

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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Ｖ_op２１において熱が発生し、熱拡
散長μ_s２２で与えられる熱拡散領域Ｖ_th２３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μ_s２２は、励起光の変
調周波数をｆ_L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。

【０００３】

【数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‐ＳＯＮＩＣＳＳＹＭＰＯＳＩＵ
Ｍ；ｐ．５１５〜５２６（１９８６）」において論じら
れている。

【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μ_s２１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Ｖ_th２３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。

【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。

【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。

【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。

【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、本発明は、所望の周波数で強度変調した第１の光を
試料の表面の複数の領域に同時に照射して該試料表面の
第１の光で照射された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に光音響効果あるいは光熱効果を
発生させ、前記試料上の第１の光を照射した複数の領域
のそれぞれに第２の光を同時に照射し、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複数の領域
または該表面の複数の領域の下側の前記試料の内部の複
数の領域の情報を該複数の領域ごとに分離して検出する
ことを特徴とするものである。

【００１０】また、上記目的を達成するために、本発明
は、所望の周波数で強度変調した第１の光を試料の表面
の複数の領域に照射し、該試料の表面の第１の光を照射
した複数の領域のそれぞれに第２の光を照射し、該第２
の光の照射による前記試料の表面の複数の領域からの反
射光を参照光と干渉させ、該干渉により生じた干渉光の
像を撮像し、該撮像して得た前記干渉光の画像から前記
試料の表面の複数の領域または該複数の領域の下側の前
記試料の内部の複数の領域の情報を該複数の領域ごとに
分離して検出することを前記試料の所望の領域に対して
行うことにより前記試料の２次元の光音響画像を得るこ
とを特徴とするものである。

【００１１】また、上記目的を達成するために、本発明
は、試料表面の複数の領域に所望の周波数で強度変調し
た第１の光を同時に照射し、該第１の光を照射した前記
試料表面の複数の領域に第２の光を同時に照射し、該第
２の光の照射により前記試料表面で反射した反射光を参
照光と干渉させ、該干渉により生じた干渉光を撮像し、
該撮像して得た干渉光の画像から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
を該複数の領域ごとに分離して検出することを特徴とす
るものである。

【００１２】また、上記目的を達成するために、本発明
は、所望の周波数で強度変調した第１の光を該第１の光
と相対的に移動する試料の表面の複数の領域に照射して
該試料表面の第１の光で照射された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に光音響効果あるい
は光熱効果を発生させ、前記試料上の前記第１の光を照
射した複数の領域に第２の光を照射し、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の像を撮像し、該撮像し
て得た干渉光の画像を処理することにより前記試料の２
次元の光音響画像を得、該得た２次元の光音響画像を画
面上に表示することを特徴とするものである。

【００１３】また、上記目的を達成するために、本発明
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、
該テーブル手段に載置されて１軸方向に移動する試料の
表面の複数の領域に所望の周波数で強度変調した第１の
光を同時に照射して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る第１の照射手段と、該第１の照
射手段により第１の光が照射されてた前記試料表面の複
数の領域に第２の光を照射する第２の照射手段と、該第
２の照射手段で照射した第２の光による前記試料表面か
らの反射光を参照光と干渉させる干渉光形成手段と、該
干渉光形成手段で形成した干渉光の像を撮像する撮像手
段と、該撮像手段で撮像して得た干渉光の画像を処理し
て前記試料表面の２次元の光音響画像を得る画像処理手
段と、該画像処理手段で得た前記試料表面の２次元の光
音響画像を表示する表示手段とを備えて構成した。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ｆ_C0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（ｆ_L＜ｆ_C0）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ｆ_C0だけ周
波数シフトした１次回折光３５が周波数ｆ_Lで断続的に
出力される。即ち、励起光として、ｆ_C0だけ周波数シフ
トした変調周波数ｆ_L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ｆ_Lと光電変換素子５０で検出さ
れた測定周波数ｆ_LX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
ｓｅＬｏｃｋＬｏｏｐ）回路等で構成される。

【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ｆ_Lを
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μ_s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ｆ_C1の正弦波を音響光学変調素子
６２に入力し、ｆ_C1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ｆ_C2（ｆ_C1≠ｆ_C2）の正弦波を音響光学変調素
子５７に入力し、ｆ_C2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ｆ _C1−ｆ_C2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ｆ_C1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。

【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、ｆ_C2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ｆ_B＝ｆ_C1−ｆ_C2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、ｆ_BX＝ｆ_C1X−ｆ_C2X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ｆ_BX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ｆ_C1もしくは
ｆ_C2を微調整する。発振器９１はＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ
ＬｏｃｋＬｏｏｐ）回路等で構成される。

【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。

【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。

【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ａ_s、参照光
路での反射係数をａ_r、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。

【００４１】

【数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。

【００４３】

【数３】

【００４４】ここで、Ａ・ｃｏｓ（２πｆ_Lｔ＋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Ｉ_D（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／ｆ_Bとして、次式で与えられる。

【００４５】

【数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。

【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。

【００４８】

【数５】

【００４９】

【数６】

【００５０】例えば、ｓ＝６、ｐ＝２とすると、α＝２
１／８、ｆ_L＝５０ｋＨｚ、ｆ_B＝２１０ｋＨｚと設定す
ることができ、(数４)は次式(数７)の形になる。

【００５１】

【数７】

【００５２】尚、上記パラーメータα＝２１／８、ｆ_L
＝５０ｋＨｚ、ｆ_B＝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／ｆ_B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ｆ_Bと上記パ
ラメータαより、周波数ｆ_B／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。。

【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。

【００５４】

【数８】

【００５５】

【数９】

【００５６】

【数１０】

【００５７】

【数１１】

【００５８】

【数１２】

【００５９】

【数１３】

【００６０】

【数１４】

【００６１】

【数１５】

【００６２】実際には、ＣＣＤ１次元センサ８２からの
検出信号Ｉ_D（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。

【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＋８０，２５６) 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ａ_s 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。

【００６４】まず、試料４７表面の反射率ａ_s 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。

【００６５】

【数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。

【００６７】

【数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。

【００６９】

【数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。

【００７１】

【数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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ｆ_L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ｆ_Lと光電変換素子５０で検出された測定
周波数ｆ_LX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（ＰｈａｓｅＬ
ｏｃｋＬｏｏｐ）回路等で構成される。

【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。

【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。

【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ｆ_C1−ｆ_C2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ｆ_B＝ｆ_C1−ｆ_C2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、ｆ_BX＝ｆ_C1X−ｆ_C2X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ｆ_BX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ｆ_C1もしくはｆ_C2を微調整する。発振器９１
はＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋＬｏｏｐ）回路等で
構成される。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図１４】第２の実施例における励起光学系の構成図で
ある。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図３０】光音響効果の原理図である。

【符号の説明】

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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−36338（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28 G01N 21/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所望の周波数で強度変調した第１の光を試
料の表面の複数の領域に同時に照射して該試料表面の第
１の光で照射された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に光音響効果あるいは光熱効果を発
生させ、前記試料上の第１の光を照射した複数の領域の
それぞれに第２の光を同時に照射し、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複数の領域または
該表面の複数の領域の下側の前記試料の内部の複数の領
域の情報を該複数の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。
【請求項２】所望の周波数で強度変調した第１の光を試
料の表面の複数の領域に同時に照射し、該試料の表面の
第１の光を照射した複数の領域のそれぞれに第２の光を
同時に照射し、該第２の光の照射による前記試料の表面
の複数の領域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の像を撮像し、該撮像して得た前記
干渉光の画像から前記試料の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複数の領域の情報
を該複数の領域ごとに分離して検出することを前記試料
の所望の領域に対して行うことにより前記試料の２次元
の光音響画像を得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。
【請求項３】試料表面の複数の領域に所望の周波数で強
度変調した第１の光を同時に照射し、該第１の光を照射
した前記試料表面の複数の領域に第２の光を同時に照射
し、該第２の光の照射により前記試料表面で反射した反
射光を参照光と干渉させ、該干渉により生じた干渉光を
撮像し、該撮像して得た干渉光の画像から前記試料表面
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
部の情報を該複数の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。
【請求項４】所望の周波数で強度変調した第１の光を該
第１の光と相対的に移動する試料の表面の複数の領域に
同時に照射して該試料表面の第１の光で照射された複数
の領域または該複数の領域の下側の前記試料の内部に光
音響効果あるいは光熱効果を発生させ、前記試料上の前
記第１の光を照射した複数の領域に第２の光を同時に照
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の像
を撮像し、該撮像して得た干渉光の画像を処理すること
により前記試料の２次元の光音響画像を得、該得た２次
元の光音響画像を画面上に表示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。
【請求項５】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乃至４の何れかに記載の試料の表面または内部
情報検出方法。
【請求項６】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
る請求項１乃至４の何れかに記載の試料の表面または内
部情報検出方法。
【請求項７】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乃至３の何れかに記載の試料の
表面または内部情報検出方法。
【請求項８】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乃至３の何れかに記載の試料の表面または内部
情報検出方法。
【請求項９】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７記載の試料の表面または内部情報検出
方法。
【請求項１０】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又は３に記載の試料の表面または内部情報検出方
法。
【請求項１１】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、該テーブル手段に載置されて
１軸方向に移動する試料の表面の複数の領域に所望の周
波数で強度変調した第１の光を同時に照射して前記試料
の内部に光音響効果あるいは光熱効果を発生させる第１
の照射手段と、該第１の照射手段により第１の光が照射
された前記試料表面の複数の領域に第２の光を照射する
第２の照射手段と、該第２の照射手段で照射した第２の
光による前記試料表面からの反射光を参照光と干渉させ
る干渉光形成手段と、該干渉光形成手段で形成した干渉
光の像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得
た干渉光の画像を処理して前記試料表面の２次元の光音
響画像を得る画像処理手段と、該画像処理手段で得た前
記試料表面の２次元の光音響画像を表示する表示手段と
を備えたことを特徴とする試料の表面または内部情報検
出装置。
【請求項１２】前記試料の表面の複数の領域はほぼ１方
向に並び、前記テーブル手段が前記試料を移動する前記
１軸方向が前記１方向に対してほぼ直角の方向であるこ
とを特徴とする請求項１１記載の試料の表面または内部
情報検出装置。
【請求項１３】前記第１の照射手段と前記第２の照射手
段とは、互いに波長の異なるレーザを発射することを特
徴とする請求項１１記載の試料の表面または内部情報検
出装置。