JPS6179158A - 超音波顕微鏡レンズ - Google Patents

超音波顕微鏡レンズ

Info

Publication number
JPS6179158A
JPS6179158A JP59202270A JP20227084A JPS6179158A JP S6179158 A JPS6179158 A JP S6179158A JP 59202270 A JP59202270 A JP 59202270A JP 20227084 A JP20227084 A JP 20227084A JP S6179158 A JPS6179158 A JP S6179158A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
film
substrate
liquid
incident
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP59202270A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0658222B2 (ja
Inventor
Yusuke Tsukahara
祐輔 塚原
Eiji Takeuchi
栄治 竹内
Eisaku Hayashi
栄作 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toppan Printing Co Ltd filed Critical Toppan Printing Co Ltd
Priority to JP59202270A priority Critical patent/JPH0658222B2/ja
Publication of JPS6179158A publication Critical patent/JPS6179158A/ja
Publication of JPH0658222B2 publication Critical patent/JPH0658222B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/30Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/221Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02854Length, thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は基板上に形成された膜の厚み測定に適した超音
波顕微鏡レンズに関するものである。
従来の技術 近年開発された超音波顕微鏡は、圧電体に高周波電気パ
ルスを印加して超音波を発生させ、それを音響レンズに
よって収束させて試料表面に照射しながら音響レンズあ
るいは試料をX−Y走査して、その時の試料面からの反
射超音波あるいは試料を透過した透過超音波の強度ある
いは位相を音響レンズと圧電体で受信しX−Y走査と同
期して記録することにより、試料表面および試料の表面
直下の弾性的情報を画像として得ろものである。
ここで音響レンズの役割は圧電体によって発生された超
音波ビームを試料表面上の微小領域に収束させて超音波
顕微鏡画像の分解能を向上させることにある。この目的
のために用いられる音響レンズとしては1代表的にはサ
ファイア、石英ガラスなどの円柱上の一方の端面て圧電
体を密着させ、他方の端面に凹球面をも5げたものがあ
り、ここでは圧電体によって発生した超音波は円柱内を
平面波として進行し、凹球面に達するとそこで屈折して
試料表面の微小領域に収束する。また同様の円柱の一端
面に凹球面をもうけ、更にその面にそって圧電体を密着
させて凹球面の圧電体を作り。
これによって直接に収束球面波を発生させることを目的
とした超音波顕微鏡レンズも発表されている。これらは
いずれも超音波ビームを試料表面の微小領域に収束させ
て高分解能を得ることを目的としているが、超音波顕微
鏡による測定方法の一つである。いわゆるV (Z1曲
線法の際にも用いられる。これは、試料あるいは音響レ
ンズをX−Y走査せずに試料面上の一定位置に固定した
まま試料面と音響レンズとの距離を変化させてその時の
試料面からの反射超音波の強度変化を記録すると、試料
の材料に特有の周期で強度が周期的に変化することが観
察されることから、同方法によって得られた記録の周期
から試料表面および表面直下の弾性的特徴を測定するも
のである。この反射強度の周期的な変化は、凹球面レン
ズから発生した収束超音波のうち、垂直入射成分といわ
ゆるレーリー角度を試料面に入射した成分との干渉によ
って生ずるものであり、その周期は試料表面近傍のレー
リー波の音速に依存する。
この様に、従来用いられてきた超音波顕微鏡用の音響レ
ンズは1球面収束超音波を発生させて試料表面に収束さ
せることに特徴があるものがほとんどである。
一方0球面収束超音波以外の超音波を発生させる超音波
顕微鏡レンズとして知られているものとして、特開昭5
8−166258号公報に記載の超音波顕微鏡レンズが
あげられろ。これは、単結晶アルミナ又は溶融石英から
なる円筒の先端に円錐状の凹みを設けて、屈折した収束
ビームがその円錐の中心線上の線分上に焦点を結ぶよう
にその   。
円錐面を設定してお(一方、上記円筒の先端面に対向す
る基端面に圧電薄膜を設けたことを特徴とする超音波顕
微鏡レンズである。その目的とするところは、従来の凹
球面レンズでは、超音波ビームを小さく収束させること
により高分解が得られるがその反面焦点深度が浅(試料
表面から下の観察をする場合、深さ方向に次第に焦点位
置を変えていかねばならず、工業製品の非破壊検査では
欠陥の有無の検出に能率がよくないため1分解能は低下
しても焦点深度を深(して、深さ方向に焦点を移動する
ことなく試料表面および表面近傍の欠陥を検出しようと
することにある。この目的が示す通り、このレンズにお
いては照射された超音波ビームのうち試料表面から内部
に入射し内在欠陥によって反射されたものだけを受信す
る必要があるため表面で反射された成分が直接受信され
ないように吸音体を設けることが不可欠となっている。
以上に述べたように従来の超音波顕微鏡レンズは。
試料表面あるいは内部のスポットまたは線分上に超音波
を収束させてそこからの反射超音波の強度あるいは位相
¥観察する目的で構成されたものである。
発明が解決しようとする問題点 本発明者らは、固体基板上に形成された膜に対して超音
波を照射した場合、基板、膜の材料に固有の入射角で照
射された超音波は材料と膜厚に固有の周波数においてそ
の反射率が極小値をとることを見い出し、この現象を利
用して膜厚を測定する方法を発明し、既に出願済みであ
る。この出願に係る測定方法は、固体基板上に層状に形
成されたメッキ、コーティング、クラッド、塗装などに
より形成した膜の膜厚を超音波によって測定する方法に
おいて、超音波伝搬用の液体から基板に入射する超音波
の入射角が基板、液体および膜の物質に固有の値で、か
つ超音波の成長(入)と膜厚(dlの比が基板、液体お
よび膜の物質に固有の値(Hlのとき、超音波の反射率
が低下することを利用して1反射波の強度が低下する超
音波の波長(入)を測定し、下記開式 %式%( によって膜厚(diを求めることを特徴とする膜厚測定
方法であるが、その際必要とされろ超音波ビームは基板
と嗅によって定まる系に固有の入射角で試料に入射する
ものでなければならない。また測定の対象となるのは試
料表面におけろ反射率の周波数依存性なので、試料表面
に照射された超音波のうち表面で反射されたもののみを
受信しなければならない。つまりこの膜厚測定方法にお
いては。
所定の入射角の超音波を試料表面に照射し、その表面に
おけろ反射波を受信しなければならず、前に示した従来
の超音波顕微鏡レンズではその目的にかなわない。
問題点を解決するだめの手段 本発明は1以上の如き問題点を解決するため。
前記の測定原理に基づいて基板上の膜の厚さを測定する
際に、基板と膜の材料によって決まる系に固有の入射角
をもった超音波ビームを試料面に照射でき1表面から反
射した超音波を受信することが出来るようにした超音波
顕微鏡レンズを提供するものである。
発明の詳述 以下、図面を参照にして本発明の詳細な説明する。第1
図は本発明に係る超音波顕微鏡レンズ及びその使用例の
説明図で、第2図は膜が形成された基板上に入射した超
音波の挙動を示す説明図である。第2図からも理解され
ろように、液体11から入射した超音波入射ビーム14
は入射角16で膜面に入射し、透過波と入射波とに分か
れ、超音波反射ビーム15は入射角16と同じ角度16
′で反射される。
このとき、前述したように、膜゛12と基板13の材料
によって決まる固有の入射角で入射した超音波において
は、超音波の周波数と膜厚の積が材料によって決まる固
有の値をとるとき反射率が極小になることがある。この
現象は本発明者等が見い出したものであり、第3図にこ
の現象を42%ニッケル合金表面に金メッキを施した試
料(メッキ膜厚は0μ山、2μm、3μ口、4μm)に
入射する超音波の入射角に対する反射率の変化の度合を
金メツキ膜厚のそれぞれについて示しである。図面から
もわかるように、42%ニッケル合金の基板に金メッキ
膜を施した試料の場合、入射角が32°のとき膜厚3μ
mで反射率が極小になる。ただし、この例では周波数は
100ME(Zである。
従って、この膜厚測定方法において使用し得ろ超音波顕
微鏡レンズとしては、測定資料の基板と膜の構成材料に
よって決まる系に固有の入射角をもった超音波ビームを
試料面に照射でき、試料表面で反射した超音波を受信出
来る特性を有する必要がある。そこで本発明においては
、第1図に示すように、固体基板あ上に形成された膜3
Tの膜厚測定に際し、超音波伝搬用の液体35・から固
体基板間に入射する極片@あの入射角あが基板あ、液体
35および膜3γの物質に固有の値で、かつ超音波の波
長(入)と膜厚(d)の比が基板間、液体35および膜
3T1の物質に固有の値THIのとき、超音波の反射率
が低下することを利用して1反射波の強度が低下する超
音波の波長(入)を測定し、下記(A1式%式%( によって膜厚を求める場合に使用する超音波顕微鏡レン
ズを、超音波伝搬用31・の一端には圧電膜02を、他
端には円錐形の凹み39をそれぞれ設けると共に1円錐
形の凹み39の頂角34は液体35から固体基板Iに入
射する極片彼莫が基板・ア゛、液体・351および膜3
7の物質に固有の前記値で入射するように設定したもの
とすることにより、叙述の特性の付与を可能とした。
具体的には、第1図において、極片波羽の試料面への入
射角をθ、超極片伝搬材料31の音速をco。
液体あの音速をCfとすると1円錐形の凹み(390角
度Mをψとして、 の関係があるので、超音波伝搬材料31を溶融石英。
液体35を水、固体基板間を42%ニッケル合金。
膜37を金、入射角θを前記したように62°に設定す
ると、凹み39′の角度Mは48.5°にすればよいこ
とになる。前述の測定系及び測定方法によって測定試料
の膜厚測定を行なう場合。
(周波数)×(膜厚) = 300 m / sのとき
入射角52°で反射率が極小となるので、32°の入射
角の超音波を発生できるようにした超音波顕微鏡レンズ
を使用して1反射強度の周波数依存性を測定して1反射
強度が極小となる周波数を求めれば(膜厚)=500/
(周波数)によって膜の厚さを測ることができる。
一方、このような構成の超音波顕微鏡レンズに似ている
レンズとして、叙述したように、特開昭58−1662
58号公報に開示の超音波顕微鏡レンズがあるが、この
レンズは試料内部へ焦点深度の深いビームを入射させそ
の反射波を受信するだめのものであり、それ故に試料表
面からの反射波が受信されることのないように超音波吸
収体を円錐状凹みの頂点部分に設置する構成で、かつ超
音波の入射角を特定しない構成となっており、その使用
目的及び構成の点で本発明に係る超音波顕微鏡とは全く
異なるものである。
発明の効果 本発明は以上のような構成であるので、被測定体の基板
並びに膜の物質の組合せが定まり、さらに超音波伝搬用
液体が定まったら、それらのもつ固有の入射角で超音波
を照射して、その反射波の入射波に対する強度の比すな
わち反射率が極小となる周波数を周波数計測器で測定し
周波数を求め次に前記A式により被測定体の膜の膜厚を
算出する測定方法に適用すれば、基板上に形成された膜
の膜厚やその2次元的分布が短時間に、精度よく測定で
きるようになる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る超音波顕微鏡レンズ及びその使用
を示す説明図、第2図は膜が形成された基板上に入射し
た超音波の挙動を示す説明図、第3図は試料に入射する
超音波の入射角に対する反射率の度合を示す説明図であ
る。 31・・・超音波伝搬材料  32・・・圧電属お・・
・入射角  あ・・・頂角  語・・・液体I・・・固
体基板 37・・・膜   あ・・・超音波39・・・
凹み

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)固体基板上に形成された膜の膜厚測定に際し、超
    音波伝搬用の液体から固体基板に入射する超音波の入射
    角が基板、液体および膜の物質に固有の値で、かつ超音
    波の波長(λ)と膜厚(d)の比が基板、液体および膜
    の物質に固有の値(H)のとき、超音波の反射率が低下
    することを利用して、反射波の強度が低下する超音波の
    波長(λ)を測定し、下記(A)式 d=λ・H・・・・・・(A) によって膜厚を求める場合に使用する超音波顕微鏡レン
    ズにおいて、超音波伝搬材の一端には圧電膜が、他端に
    は円錐形の凹みがそれぞれ設けてあると共に、該円錐形
    の凹みの頂角は液体から固体基板に入射する超音波が基
    板、液体および膜の物質に固有の前記値で入射するよう
    に設定してあることを特徴とする超音波顕微鏡レンズ。
JP59202270A 1984-09-27 1984-09-27 超音波顕微鏡レンズ Expired - Lifetime JPH0658222B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59202270A JPH0658222B2 (ja) 1984-09-27 1984-09-27 超音波顕微鏡レンズ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59202270A JPH0658222B2 (ja) 1984-09-27 1984-09-27 超音波顕微鏡レンズ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6179158A true JPS6179158A (ja) 1986-04-22
JPH0658222B2 JPH0658222B2 (ja) 1994-08-03

Family

ID=16454758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59202270A Expired - Lifetime JPH0658222B2 (ja) 1984-09-27 1984-09-27 超音波顕微鏡レンズ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0658222B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6331313U (ja) * 1986-08-14 1988-02-29
JPS6331314U (ja) * 1986-08-14 1988-02-29

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58166258A (ja) * 1982-03-27 1983-10-01 Agency Of Ind Science & Technol 超音波顕微鏡レンズ
JPS59119222A (ja) * 1982-12-25 1984-07-10 Toshiba Corp 音速測定方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58166258A (ja) * 1982-03-27 1983-10-01 Agency Of Ind Science & Technol 超音波顕微鏡レンズ
JPS59119222A (ja) * 1982-12-25 1984-07-10 Toshiba Corp 音速測定方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6331313U (ja) * 1986-08-14 1988-02-29
JPS6331314U (ja) * 1986-08-14 1988-02-29

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0658222B2 (ja) 1994-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5922961A (en) Time and polarization resolved acoustic microscope
JPH0136584B2 (ja)
JPH0421139B2 (ja)
CN1363820A (zh) 短脉冲激光超声精确测厚方法及装置
JPH0529064B2 (ja)
JPS6179158A (ja) 超音波顕微鏡レンズ
JPH0437379B2 (ja)
JPH0348153A (ja) セラミツクス接合部の強度判定方法
Weise et al. Examination of the two-dimensional pupil function in coherent scanning microscopes using spherical particles
JPS6179157A (ja) 超音波顕微鏡レンズ
JPH0575267B2 (ja)
JPS63169554A (ja) 超音波顕微鏡レンズ
KR20020011662A (ko) 레이저 유도 초음파를 이용하여 금속재의 내부 결함을측정하는 방법
JP2001124746A (ja) 超音波検査方法
JP2602896B2 (ja) 焦点探触子
JPH0376419B2 (ja)
JPS63253212A (ja) 膜厚測定方法
JP2667684B2 (ja) 焦点探触子
De Vadder et al. A New Ultrasonic Transducer Combining Three Modes: High Axial Resolution, High Transverse Resolution and Standard Modes
JPH0545346A (ja) 超音波探触子
JPS6196452A (ja) 表面弾性波の音速・減衰測定方法
JPH0429976B2 (ja)
Monchalin Optical generation and detection of ultrasound
JPH0526655A (ja) 膜厚測定方法及び装置
JPH023454B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term