WO1996031772A1 - Procede et dispositif de detection de signaux photothermiques - Google Patents

Procede et dispositif de detection de signaux photothermiques Download PDF

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WO1996031772A1
WO1996031772A1 PCT/JP1996/000957 JP9600957W WO9631772A1 WO 1996031772 A1 WO1996031772 A1 WO 1996031772A1 JP 9600957 W JP9600957 W JP 9600957W WO 9631772 A1 WO9631772 A1 WO 9631772A1
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WO
WIPO (PCT)
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photothermal
sample
intensity
reflected light
measurement points
Prior art date
Application number
PCT/JP1996/000957
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English (en)
French (fr)
Inventor
Toshihiko Nakata
Takanori Ninomiya
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity

Definitions

  • the present invention relates to a photothermal signal detection method for detecting surface and internal information of a sample using a photoacoustic effect or a photothermal effect, and an apparatus therefor.
  • thermo diffusion length 22 is calculated from the thermal conductivity k, density p, and specific heat c of Sample 7 with the modulation frequency of the excitation light as ⁇ ⁇ . And is given by the following (Equation 1).
  • the parallel light emitted from the laser 1 is intensity-modulated by an acousto-optic modulator (AO modulator) 2 based on the modulation signal from the oscillator 15, and the intermittent light, that is, the excitation light is transmitted by the beam expander 3.
  • AO modulator acousto-optic modulator
  • the beam is reflected by the dichroic mirror 4 and focused by the lens 5 on the surface of the sample 7 on the XY stage 6. Due to the photothermal effect, a part of the light is absorbed by the sample at the focusing part 21 and converted into heat, and the heat wave and the thermoelastic wave synchronized with the intensity modulation frequency propagate from the focusing part 21 inside the sample 7. I will do it.
  • the refractive index of the sample changes periodically with the periodic temperature change in the light collector 21.
  • the amount of change in the reflectance changes according to the structure and physical properties of the surface of the sample and the vicinity of the surface.
  • This change in reflectance is detected as a change in the reflection intensity of the probe light. That is, the parallel light emitted from the laser 8 having a wavelength different from that of the laser 1 is expanded to a desired beam diameter by the beam expander 9, reflected by the half mirror 10, transmitted through the dichroic mirror 4, and transmitted to the lens 5.
  • the light is focused on the focusing part 21 on the sample 7.
  • the reflected light from the sample 7 is detected by a photoelectric conversion element 13 such as a photodiode.
  • the reflected light intensity signal is amplified by the preamplifier 14 and then sent to the lock amplifier 16.
  • the lock-in amplifier 16 uses the modulated signal from the oscillator 15 as a reference signal. Then, a component synchronized with the modulation frequency included in the reflected light intensity signal, that is, a signal component corresponding to the periodic reflectance change is extracted. This frequency component has information on the surface of sample 7 or near the surface. If there is a defect such as a crack in the thermal diffusion region V th23, the amount of change in the surface reflectance changes, so that the amplitude of the modulation frequency component in the reflected light intensity signal and the phase with respect to the modulation signal change. . If the sample 7 is moved by the XY stage 6, secondary image information can be obtained.
  • the above prior art has the following problems, which are extremely effective means for detecting a photoacoustic signal or a photothermal signal in a non-contact and non-destructive manner.
  • An object of the present invention is to provide a photothermal signal detection method and apparatus capable of two-dimensionally detecting the surface of a sample and its internal information at high speed with a simple configuration. Disclosure of the invention
  • the present invention is irradiated with light intensity-modulated at frequencies I E set as changeable to a plurality of measurement points on the sample surface, said plurality of / 31 2
  • a periodic reflectance change synchronized with the frequency f E is generated on the surface of the measurement point 4 and the other measurement points are illuminated with other light, and the reflected light is applied to a plurality of points corresponding to each measurement point. From the detected reflected light intensity signals, the reflected light intensity synchronized with the intensity modulation frequency f E based on the reflectance change occurring at the plurality of measurement points. The change is detected as a light signal. This makes it possible to extract surface and internal information of a plurality of measurement points of a sample almost simultaneously, and to detect a photothermal signal at a much higher speed than the conventional method.
  • the present invention provides a method in which a plurality of measurement points on a sample are formed by converting the intensity-modulated light irradiated on the sample into a continuous linear beam on the sample. Simultaneous excitation is possible, making it possible to detect photothermal signals at a much higher speed than conventional methods.
  • the present invention provides a method in which a plurality of measurement points on a sample are obtained by forming the intensity-modulated light irradiated on the sample into a linear array of point beams on the sample. At the same time, and it is possible to detect the photothermal signal at a much higher speed than in the conventional method.
  • the present invention improves the detection resolution of a photothermal image by setting the interval of the point beam train to an interval in which the thermal diffusion regions of the point beams do not overlap. is there.
  • the present invention provides a method in which a plurality of measurement points on a sample are substantially formed by changing the intensity-modulated light irradiated on the sample into a point beam that moves linearly and rapidly on the sample. It is possible to excite at the same time, and it is possible to detect a photothermal signal much faster than the conventional method.
  • the present invention uses a detector composed of a plurality of storage-type photoelectric conversion elements to detect reflected light, thereby achieving a much higher speed of a photothermal signal as compared with the conventional method. This enables detection. Further, in order to achieve the above object, the present invention uses a detector composed of a plurality of non-storage type photoelectric conversion elements to detect reflected light, thereby achieving a much higher speed of a photothermal signal as compared with the conventional method. This enables detection.
  • the present invention uses a detector in which a reflected light intensity signal is output as a one-dimensional signal in a time series from a plurality of photoelectric conversion elements, so that the present invention is much more It enables high-speed detection of photothermal signals.
  • the present invention uses a detector in which a reflected light intensity signal is simultaneously output in parallel from a plurality of photoelectric conversion elements, thereby achieving a much higher photothermal It enables signal detection.
  • the present invention uses a detector composed of a plurality of storage-type photoelectric conversion elements to detect reflected light;
  • the present invention provides a method for detecting a change in reflected light intensity synchronized with an intensity modulation frequency f E from reflected light intensity signals output simultaneously in parallel from a plurality of photoelectric conversion elements. By detecting the light and heat signals in parallel at the same time, it is possible to detect the photothermal signal at a much higher speed than in the conventional method.
  • the present invention provides an intensity modulation frequency f E.
  • the heat diffusion length based on the photothermal effect or the photoacoustic effect is measured inside the sample to be measured. By setting the length to be equal to or greater than the depth of the interface, it is possible to inspect the internal interface.
  • the photothermal signal detector irradiates a plurality of measurement points on the sample surface with light that is intensity-modulated at a frequency fs that is set as changeable.
  • a change in reflectivity can be generated, and other light is radiated to a plurality of measurement points, and the reflected light is detected by a detector including a plurality of photoelectric conversion elements corresponding to each measurement point, and the detected reflection is detected.
  • a photothermal signal a change in the reflected light intensity synchronized with the intensity modulation frequency ⁇ , based on the change in the reflectivity generated at a plurality of measurement points, from the light intensity signals, a plurality of measurement points of the sample are obtained. This makes it possible to extract surface and internal information almost simultaneously, making it possible to detect photothermal signals at a much higher speed than conventional methods.
  • the intensity-modulated light irradiating the sample a beam that forms a continuous linear shape on the sample, it is possible to excite multiple measurement points on the sample at the same time. It is possible to detect the photothermal signal at a much higher speed.
  • the intensity-modulated light irradiated on the sample a point beam train linearly arranged on the sample, it is possible to excite multiple measurement points on the sample at the same time. It is possible to detect the photothermal signal at a much higher speed.
  • the reflected 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 photothermal signals at a plurality of measurement points almost simultaneously. In addition, it is possible to detect the photothermal signal at a much higher speed than the conventional method.
  • a detector composed of a plurality of storage-type photoelectric conversion elements is used to detect the reflected light, and the frequency s and fE power, *, 4 p : 4 pm ⁇ 1 (p, m: any other than 0) as the state of being controlled to a constant integer ratio of integers), based on the plurality of integral detection data are integrated detected healed a plurality of times over a time period of 1 / f s for each storage type photoelectric conversion element of the detector By detecting a change in reflected light intensity synchronized with the intensity modulation frequency f E as a photothermal signal, it is possible to detect a photothermal signal with high sensitivity and accuracy at high speed.
  • the reflected light intensity changes synchronized with the above intensity modulation frequency f E are calculated by a plurality of photoelectric conversion elements.
  • the intensity modulation frequency I E by setting as the thermal diffusion length based on photothermal effect or photoacoustic effect is long in excess or equal to the depth of the measured internal surface of the sample, or it, the internal surface Inspection is possible.
  • FIG. 1 is a diagram showing a photothermal detection optical system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a planar structure of a sample, an excitation beam and a probe beam in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of a sample and a state of generation of a photothermal effect by a stripe-like excitation beam in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of data in a two-dimensional memory.
  • FIG. 6 is a diagram showing a photothermal detection optical system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a signal processing system in the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a photothermal detection optical system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a multiple point beam parallel irradiation optical system according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a view showing a stripe-shaped opening in the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a state where a plurality of point beams in the third embodiment simultaneously irradiate the sample.
  • FIG. 12 is a diagram showing a heat diffusion region generated by each point beam in the third embodiment, and
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a conventional photothermal detection optical system. .
  • FIG. 14 is a principle diagram of the photoacoustic effect and the photothermal effect. BEST MODE FOR CARRYING OUT
  • FIG. 1 shows a photothermal detection optical system in the first embodiment.
  • the optical system includes an excitation optical system 201, a reflected light detection optical system 202 for detecting a periodic change in reflectance, and a signal processing system 203.
  • a sine wave having a frequency f R from the oscillator 86 and a rectangular wave having a frequency f E (f E ⁇ f R) from the control signal generation circuit 90 are respectively transmitted to the signal synthesizer 88.
  • an intensity-modulated signal for re-excitation is created by taking the product of both waveforms, and is input to the acousto-optic modulator 33.
  • the first-order diffracted light 35 that Bok frequency shift by f R from the acousto-optic modulation device 3 3 is intermittently output at a frequency ⁇ ⁇ .
  • the intensity modulation beam modulation frequency I epsilon obtained by frequency shift by f R is obtained.
  • the zero-order light 34 is blocked by the stop 36.
  • the intensity-modulated beam 35 is expanded to a desired beam diameter by a beam expander 38, and is further converted to an elliptical beam 40 by a cylindrical lens (cylindrical lens) 39.
  • a dichroic prism 41 (wavelengths below 600 nm Then, the light is focused only in the X direction at the pupil 43 of the objective lens 42, that is, at the rear focal position 44.
  • the cylindrical lens 39 in the y direction (perpendicular to the plane of the paper), can be regarded as a plate glass having no curvature, so that the parallel light enters the rear focal position 44 of the objective lens as it is.
  • a single stripe beam having a width in the X direction and focusing in the y direction is provided as an excitation beam on the front focal position of the objective lens, that is, on the surface of the sample 47. 1 0 1 is obtained.
  • Control signal generating circuit 90 is composed of a PLL (P_h aseocked ⁇ ⁇ ) circuit or the like, one-dimensional CCD sensor drive clock signal (frequency f c) as a reference signal, accumulation time control signal and the excitation frequency f s of generating an intensity modulated signal of a frequency f E, and sends to each unit.
  • PLL P_h aseocked ⁇ ⁇
  • one-dimensional CCD sensor drive clock signal frequency f c
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the internal structure of the sample and a heat diffusion region generated by the excitation beam.
  • Sample 47 has a structure in which a polyimide pattern 104 with a thickness of 15 ⁇ is used as an insulator on a ceramic substrate 109, and a 1111 pattern 102, 103 with a thickness of 15111 is formed as a wiring pattern. It has become. Internal cracks 107 in the Cu wiring pattern and peeling 108 between the underlying substrate and the Cu pattern interface are internal defects to be detected.
  • the thermal conductivity k is 40 3 [J ⁇ m- ' ⁇ k- 1 ⁇ s- 1 ] of C u
  • the specific heat c is 0.3 8 'to [ ⁇ k-1 is the a thermal conductivity k of polyimide is 0.28 8 [J ⁇ ⁇ J ⁇ g-]' ⁇ k _1 ⁇ s']
  • the specific heat c is 1.
  • C u thermal conductivity k is 1 400 of its Poryimi de of It is twice.
  • the thermal diffusion length ⁇ s in the Cu pattern sections 102 and 103 is Is about 19 m
  • the heat diffusion length at polyimide section 104 is about 0.77 ⁇ .
  • the heat given in the stripe-shaped light absorption region 105 formed by the strip-like excitation beam 101 changes the Cu to be inspected.
  • the pattern is greatly diffused in the patterns 102 and 103, and the Cu pattern including the interface with the underlying substrate Thermal diffusion region 106 is formed so as to cover the cross section of.
  • the polyimide portion 104 outside the inspection target heat is diffused small, and the heat diffusion region is formed only on the surface portion.
  • a periodic refractive index change synchronized with the intensity modulation frequency fE based on the photothermal effect that is, a one-dimensional distribution of periodic reflectance changes 110 (dashed line) is generated.
  • the magnitude of the periodic reflectance change at each point depends on the surface temperature, that is, the thermal properties inside the sample, for example, the presence or absence of defects.
  • the one-dimensional distribution 110 of the periodic reflectivity change contains the internal information (internal crack 107, peeling defect 108) and polyimide of each Cu wiring pattern 102,103.
  • the internal information of Part 104 is reflected independently without being fused.
  • the striped excitation beam 101 it is possible to simultaneously excite a plurality of inspection objects having a high thermal contrast, and simultaneously irradiate the striped probe beam to the linear excitation part and reflect it. If the sample is moved in the direction perpendicular to the stripe beam while detecting the light intensity distribution, the two-dimensional surface and internal information of the sample can be detected at high speed.
  • a reflected light detection optical system 202 for detecting the one-dimensional distribution 110 (broken line) of the periodic reflectance change as a photothermal signal
  • a P-polarized beam 69 emitted from a He—Ne laser 51 (wavelength 633.3 nm) is expanded to a desired beam diameter by a beam expander 70, and further a cylindrical lens (cylinder) is formed.
  • Lens Make an elliptical beam according to 7 1. After passing through the polarization beam splitter 73 and the dichroic prism 41, this elliptical beam is focused only on the pupil 43 of the objective lens 42, that is, on the rear focal point S4 only in the X direction.
  • the cylindrical lens 71 in the y direction (perpendicular to the plane of the paper), can be regarded as a plate glass having no curvature, so that the parallel light enters the rear focal point 44 of the objective lens 42 as it is.
  • the beam emitted from the objective lens 42 becomes a circularly polarized beam 1 45 after passing through the LZ 4 plate 45, and as shown in Fig. 2, the front focal position of the objective lens, that is, on the surface of the sample 47, the excitation beam
  • one stripe beam 190 is obtained as a probe beam, which has a width in the X direction and is focused in the y direction.
  • the reflected light from the sample 47 has a reflection intensity distribution that changes periodically according to the one-dimensional distribution 110 (dashed line) of the periodic reflectance change based on the photothermal effect.
  • the reflected light from the sample 47 becomes an s-polarized beam orthogonal to the incident light after passing through the LZ 4 plate 45, and after passing through the objective lens 42, passes through the same optical path and again passes through the polarized light beam. Reflected by the splitter 73.
  • the reflected light 77 forms an image on a storage type solid-state imaging device 82 such as a one-dimensional CCD sensor by an imaging lens 78.
  • the configuration is such that stray light is removed through an interference filter 81 having a center wavelength of 633 nm. Since the imaging surface of the one-dimensional CCD sensor 82 and the surface of the sample 47 are in an image-forming relationship, it is natural that the imaging surface has a stripe shape like the probe beam formed on the surface of the sample 47.
  • the reflected light forms an image.
  • the amplitude and phase of the periodic reflected light intensity change corresponding to the periodic reflectance change on the surface of the sample 47 are determined from the output signal of the one-dimensional CCD sensor 82 by the signal processing system 203 for each pixel.
  • the method of extracting each is explained. Now, let the intensity of the probe beam light 72 incident on the surface of the sample 47 be 1, the reflectance of the surface of the sample 47 be R, the amplitude of the reflectance change due to the photothermal effect be D, and the amount of phase change with respect to the intensity modulation signal. If it is set to 0, the reflected light I (t) incident on one pixel of the one-dimensional CCD sensor 82 is expressed by the following (Equation 2).
  • Equation 3 the relationship between the accumulated frequency f s of the sensor 82 and the intensity modulation frequency f E is selected as in the following equation.
  • N N is a multiple of 8
  • S (0) to S (N-1) are obtained for i, if this data is subjected to Fourier series expansion, (Equation 6) is obtained.
  • S (i) (Equation 6)
  • Equation 6 (Equation 6)
  • the Fourier coefficients a n and b n are as follows
  • the Fourier coefficient of the periodic reflected light intensity change component is one-dimensional
  • the calculation can be performed by alternately adding and subtracting the output signal for each photoelectric conversion element, that is, each pixel of the CCD sensor 82 at a constant data interval. 0 is obtained by comparing (Equation 5) and (Equation 6) as follows: ⁇ I ca '+ b
  • the output signal S (i) from the one-dimensional CCD sensor 82 is amplified by the pre-processing circuit 94 and AD-converted, and then, based on (Equation 5) and FIG.
  • a total of 80 data are stored in the two-dimensional memory 95.
  • the number of pixels of the one-dimensional CCD sensor 82 is 256, 256 ⁇ 80 pieces of data are stored.
  • the data of the w-th pixel in the i-th accumulation / output is represented by (i, w)
  • the order of storing in the two-dimensional memory 95 is as follows.
  • 80 stored / output data sets are sequentially read for each pixel as follows and sent to the computer 96. To go.
  • the output signal from the one-dimensional CCD sensor 82 is processed by the computer 96 while the sample 47 is sequentially scanned in the y direction orthogonal to the striped beam by the xy stage 48.
  • a two-dimensional photothermal image of D and 0 on the entire surface of the sample 47 is obtained and displayed on the display 97.
  • a plurality of measurement points are simultaneously excited in parallel using a stripe-shaped excitation beam, instead of a so-called point scanning method in which information is detected step by step as in the related art.
  • the photothermal signals at multiple measurement points on the sample can be detected simultaneously in parallel, and the two-dimensional surface and internal information of the sample can be detected at high speed. It becomes possible to detect.
  • the thermal diffusion length based on the photothermal 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.
  • the output signal from the one-dimensional CCD sensor 82 is temporarily stored in the two-dimensional memory 95, and then the calculation processing of (Equation 9) and (Equation 10) is performed by software at the computer 96. And (Equation 11) and (Equation 12) are performed.
  • the processing of (Equation 9) and (Equation 10) is performed by alternately adding and subtracting the output signal at regular data intervals. Since it is an extremely simple process to be performed, it does not store it in memory, but uses a digital operation circuit to execute sequential processing for each pixel in synchronization with the readout timing of the one-dimensional CCD sensor.
  • the storage type one-dimensional CCD sensor is used.
  • the non-storage type photoelectric conversion element array is used, and the sampling frequency is set to f s, and the frequency relationship of (Equation 4) is maintained. Then, it is also possible to obtain the photothermal image by executing the processing of (Equation 9) to (Equation 12).
  • FIG. 6 shows a photothermal detection optical system according to the second embodiment.
  • This optical system is an excitation optical system 201, a reflected light detection light for detecting a periodic reflectance change. It consists of a science system 302 and a signal processing system 303.
  • the configuration and the function of the excitation optical system 201 are completely the same as those of the first embodiment, and thus the description is omitted.
  • the configuration of the reflected light detection optical system 302 is the same as that of the reflected light detection optical system 202 in the first embodiment except that a parallel output type photoelectric conversion element array 191 is used instead of the storage type one-dimensional CCD sensor 82. The difference is that they are used, and all other parts have the same configuration as that of the first embodiment, so that the description is omitted. As shown in FIG.
  • the reflected light detection signals output from each pixel of the parallel output type photoelectric conversion element array 191 are divided into preamplifier groups 192 arranged in the same number as the number of pixels, and each pixel is After being amplified to the same number, the lock-in amplifiers 193 arranged in the same number of pixels also include the excitation intensity modulation signal output from the oscillator 87 as a reference signal and include it in the reflected light detection signal.
  • the amplitude and the phase of the modulated frequency component, that is, the amplitude D and the phase ⁇ ⁇ of the reflectance change are simultaneously detected as a photothermal signal for all pixels.
  • a one-dimensional photothermal distribution corresponding to one line, that is, 256 pixels is obtained.
  • the detected photothermal signal is converted to digital data by the AD converter group 194, and then sent to a normal-in, serial-type shift register 195 to be converted into a one-dimensional signal. .
  • the one-dimensional signal output from the shift register 195 is processed by the computer 196 while sequentially scanning the sample 47 in the y direction orthogonal to the striped beam by the xy stage 48. As a result, a two-dimensional photothermal image of D and ⁇ over the entire surface of the sample 47 is obtained and displayed on the display 97.
  • the means for extracting the amplitude and phase of the modulation frequency component is not limited to the mouth-in amplifier group 193, and other frequency filtering means, for example, a band-pass filter may be applied.
  • the non-storage type parallel output type photoelectric conversion element array 191 is used for detecting the reflected light, but a storage type is also applicable. So
  • the signal processing system 303 can be used as it is, or in the signal processing system 303, the lock-in amplifier group 193 is removed, and the photoelectric conversion is performed in the same manner as in the first embodiment.
  • the present embodiment is applicable to a sample having a plurality of inspection objects having high thermal contrast as shown in FIGS. 2 and 3, and a sample made of a uniform material including internal cracks. Is also applicable.
  • a plurality of measurement points are used in parallel by using a striped excitation beam instead of a so-called point-and-point scanning method in which information is detected point by point as in the related art.
  • Simultaneous excitation and simultaneous detection of reflectance changes occurring at each point in parallel enable simultaneous detection of photothermal signals at multiple measurement points on the sample in parallel, providing information on the two-dimensional surface and internal information of the sample. Can be detected at high speed.
  • the thermal diffusion length based on the photothermal 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.
  • the reflected light detection signal output from each pixel of the non-storage type photoelectric conversion element array 191 is stored in the two-dimensional memory, and then read out one pixel at a time. It is also possible to detect signals.
  • a striped beam is used for simultaneous excitation and detection of a plurality of points of the sample.
  • the point beam is much faster than the intensity modulation frequency. Specifically, the reaction speed of the photothermal effect / 3177:
  • FIG. 8 shows a photothermal detection optical system according to the third embodiment.
  • This optical system includes an excitation optical system 301, a reflected light detection optical system 202 for detecting a periodic change in reflectance, and a signal processing system 203.
  • a multiple-point beam parallel irradiation optical system 197 is employed in the excitation optical system 301. The difference is that they do. Other parts are the same as in the first embodiment.
  • the multiple point beam parallel irradiation optical system 197 will be described with reference to FIG.
  • the expanded parallel light from the beam expander 38 passes through a mask 210 having a strip-shaped opening 210a shown in FIG. 10 to form a stripe beam, and then becomes a one-dimensional microlens array 21.
  • the rear focal position of each microlens is the front focal position 2 1 2 of the relay lens 2 13
  • the rear focal position of the relay lens 2 13 is the rear focal position 2 1 4 of the objective lens 4 2
  • the front focal position of the objective lens 42 coincides with the surface of the sample 47, respectively.
  • Each beam from the one-dimensional microlens array 211 is condensed at the front focal point 212 of the relay lens 211, then passes through the relay lens 212, becomes parallel light, and then becomes objective. After passing through the lens 42, it is converged on the surface of the sample 47 as 216 as a focused light 215. The principal rays of each point beam are parallel to each other.
  • Fig. 11 shows how each point beam irradiates the sample at the same time.
  • the number of point beams is made to match the number of pixels of the CCD one-dimensional sensor 82 for reflected light detection, and the interval is as shown in Fig. 12. 2 1 7 must not overlap / 31
  • a striped beam is used as a probe beam for detecting a periodic reflectance change at each point.
  • the configuration and function of the signal processing system 203 are exactly the same as those in the first embodiment.
  • the sample generated by the photothermal effect from the output signal of the one-dimensional CCD sensor 82 is used.
  • 4 7 Extract the amplitude and phase of the periodic reflectance change on the surface.
  • the detection signal from the one-dimensional CCD sensor is processed by the computer 96 while the sample 47 is sequentially scanned in the y direction orthogonal to the plurality of point beam trains by the xy stage 48, thereby obtaining the sample 47.
  • a two-dimensional photothermal image of D and 0 on the entire surface is obtained and displayed on the display 97.
  • the present embodiment is applicable to a sample having a plurality of inspection objects having high thermal contrast as shown in FIGS. 2 and 3, and a sample made of a uniform material including internal cracks. Is also applicable.
  • a plurality of measurement methods are performed by simultaneously irradiating a plurality of point beams in parallel.
  • the photothermal signals at multiple measurement points of the sample can be detected simultaneously in parallel, and the two-dimensional surface of the sample and It is possible to detect internal information at high speed.
  • the thermal diffusion length based on the photothermal effect is equal to or less than the depth of the interface between the Cu wiring pattern to be inspected and the ceramic substrate.
  • the internal interface can be inspected by setting the intensity modulation frequency of the excitation beam so that the length exceeds the length.
  • the thermal diffusion regions of the respective excitation beams do not overlap, there is an effect that the detection resolution of the photothermal image is improved.
  • an accumulation type CCD one-dimensional sensor is used for detecting reflected light.
  • a non-storage type parallel output type photoelectric conversion element array as in the second embodiment is also applicable. In that case, the signal processing system 303 in the second embodiment may be used.
  • a one-dimensional strip-like excitation beam and a probe beam are used, but a two-dimensional beam having a certain area may be used. It is possible. In that case, of course, a two-dimensional sensor is used for reflected light detection. Similarly, also in the third embodiment, it is possible to arrange a plurality of point beams in a two-dimensional shape and use a two-dimensional sensor.
  • the photothermal signals at a plurality of measurement points of the sample are simultaneously detected in parallel. It has a great effect of being able to detect the two-dimensional surface and internal information of the sample at high speed.
  • the thermal diffusion length based on the photothermal effect is the same as the depth of the internal interface to be inspected.
  • the present invention can provide a photothermal signal detection method and apparatus capable of two-dimensionally detecting the internal information on the surface of the sample and the vicinity thereof with a simple configuration.

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Description

明 細 書 光熱信号検出方法及び装置 技術分野
この発明は、 光音響効果あるいは光熱効果を利用して、 試料の表面及 び内部情報を検出する光熱信号検出方法及びその装置に関するものであ る。 背景技術
光音響効果 （Photoacoustic Effect) あるいは光熱効果は、 1 8 8 1 年にチンダル （Tyndall) 、 ベル （Bell) 、 レントゲン （Rentogen) ら によって発見された。
即ち、 第 1 4図に示すように、 強度変調した光 （断続光） 1 9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 Vop 2 1において熱が発生し、 熱拡散長 X s 2 2で与えられる熱拡散領 域 Vth 23を熱波として周期的に拡散し、 さらに熱弾性波 （超音波） が 発生する現象である。 上記熱弾性波をマイクロホン （音響電気変換器） ゃ圧電素子を用いて検出し、 励起光の変調周波数と同期した信号成分を 光音響信号として求めることにより、 試料の表面及び表面近傍の情報を 得ることができる。
また、 発生した熱による試料表面の周期的な熱膨張変位を検出する方 法や、 同じく発生した熱による周期的な屈折率変化を試料表面の反射率 変化として検出し （光熱信号） 、 これよリ試料の表面及び表面近傍の情 報を得る方法も提案されている。 なお、 熱拡散長 2 2は、 励起光の 変調周波数を ί Ε として、 試料 7の熱伝導率 k、 密度 p、 及び比熱 cよ り、 次の （数式 1 ) で与えられる。
Κ
β π f p P c (数式 1
特に、 試料の周期的な屈折率変化を試料表面の反射率変化として検出 する方法は、 例えば、 特公平 3 - 4 7 7 0 3号公報において論じられて いる。
その一例を、 第 1 3図に基づいて説明する。 レーザ 1から出射した平 行光を、 発振器 1 5からの変調信号に基づき音響光学変調素子 （A O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によリ所望のビーム径の平行光 1 9とした後、 ダイクロイツクミ ラー 4で反射させ、 レンズ 5により X Yステージ 6上の試料 7の表面に 集光させる。 光熱効果により、 集光部 2 1で光の一部が試料に吸収され て熱に変わり、 集光部 2 1から強度変調周波数と同期した熱波及び熱弾 性波が試料 7の内部を伝搬していく。
また、 同時に、 集光部 2 1での周期的な温度変化に伴い、 試料の屈折 率、 換言すれば反射率が周期的に変化する。 この反射率の変化量は、 試 料表面及び表面近傍の構造や物性に応じて変化する。 この反射率変化を プローブ光の反射強度変化として検出する。 即ち、 レーザ 1 と波長の異 なるレーザ 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、 ハーフミラ一 1 0で反射させ、 ダイクロイ ツク ミラー 4を透過させ、 レンズ 5によリ試料 7上の集光部 2 1 に集光させ る。 試料 7からの反射光をホトダイオード等の光電変換素子 1 3で検出 する。 反射光強度信号はプリアンプ 1 4で増幅された後、 ロックインァ ンプ 1 6に送られる。
ロックインアンプ 1 6では、 発振器 1 5からの変調信号を参照信号と して、 反射光強度信号に含まれる変調周波数と同期した成分、 即ち、 周 期的反射率変化に対応した信号成分が抽出される。 この周波数成分が試 料 7の表面あるいは表面近傍の情報を持つ。 熱拡散領域 V t h 2 3内にク ラック等の欠陥があれば、 表面反射率の変化量が変化するので、 反射光 強度信号中の変調周波数成分の振幅と、 変調信号に対する位相が変化す る。 X Yステージ 6により試料 7を移動させれば、 2次画像情報を得る ことができる。
上記従来技術は、 非接触 · 非破壊で光音響信号あるいは光熱信号を検 出できる極めて有効な手段である力 、 以下に示すような課題をもってい る。
即ち、 第 1 3図に示す従来の光熱検出光学系では、 試料の 2次元内部 情報を得ようとする場合、 光熱効果を発生させるための励起光と、 光熱 効果によって生じた試料表面の反射率変化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ょうとすると、 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、 これまで光熱検出技術が生産ラ ィ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。
本発明の目的は、 単純構成にして、 試料の表面とその近傍の内部情報 が 2次元的に高速に検出され得る光熱信号検出方法及びその装置を提供 することにある。 発明の開示
上記目的を達成するために、 本発明は、 変更可として設定された周波 数 ί Ε で強度変調した光を試料表面の複数の測定点に照射して、 該複数 /31 2
4 の測定点の表面において上記周波数 f E と同期した周期的な反射率変化 を発生させ、 該複数の測定点に他の光を照射してその反射光を、 各測定 点に対応した複数個の光電変換素子から成る検出器で検出し、 該検出し た反射光強度信号の中から、 上記複数の測定点において生じた上記反射 率変化に基づく上記強度変調周波数 f E と同期した反射光強度変化を光 熱信号として検出する。 これにより、 試料の複数の測定点の表面及び内 部情報をほぼ同時に抽出することを可能とし、 従来方式に比べ格段に高 速な光熱信号の検出を可能としたものである。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 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リ、 試 料上の複数の測定点を同時に励起することを可能とし、 従来方式に比べ 格段に高速な光熱信号の検出を可能としたものである。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 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ボイン卜ビーム列とすることに より、 試料上の複数の測定点を同時に励起することを可能とし、 従来方 式に比べ格段に高速な光熱信号の検出を可能としたものである。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 上記ポイントビーム列 の間隔を各ポイン卜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、 光熱画像の検出分解能を向上させたものである。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 試料上に照射する強度 変調光を、 試料上を直線状に高速に移動するボイントビームとすること により、 試料上の複数の測定点をほぼ同時に励起することを可能とし、 従来方式に比べ格段に高速な光熱信号の検出を可能としたものである。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 反射光を検出するため 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、 従 来方式に比べ格段に高速な光熱信号の検出を可能としたものである。 また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 反射光を検出するため 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、 従来方式に比べ格段に高速な光熱信号の検出を可能としたものである。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 反射光強度信号が複数 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、 従来方式に比べ格段に高速な光熱信号の検出を可能 としたものである。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 反射光強度信号が複数 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、 従来方式に比べ格段に高速な光熱信号の検出を可能としたもので ある。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 反射光を検出するため に複数個の蓄積形光電変換素子から成る検出器を用い、 周波数 f s と f
E 力 4 p ： 4 p m土 】 （ p 、 m ： 0以外の任意整数） の一定整数比に 制御された状態として、 検出器の各蓄積形光電変換素子ごとに 1 f s の時間周期で複数回に亘つて積分検出された複数個の積分検出データに 基づいて、 上記強度変調周波数 f E と同期した反射光強度変化を光熱信 号として検出することにより、 高速に高感度かつ高精度な光熱信号の検 出を可能としたものである。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 検出器から並列的に同 時に出力された反射光強度信号から、 強度変調周波数 f E と同期した反 射光強度変化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熱信号の検出を可能としたも のである。
また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 強度変調周波数 f E を. 光熱効果もしくは光音響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、 内部界面の検査を可能としたものである。
光熱信号検出装置において、 変更可として設定された周波数 f s で強 度変調した光を試料表面の複数の測定点に照射することにより、 複数の 測定点の表面において上記周波数 f と同期した周期的な反射率変化を 発生させることができると共に、 複数の測定点に他の光を照射しその反 射光を、 各測定点に対応した複数個の光電変換素子から成る検出器で検 出し、 検出した反射光強度信号の中から， 複数の測定点において生じた 上記反射率変化に基づく上記強度変調周波数 ί , と同期した反射光強度 変化を光熱信号として検出することによ り、 試料の複数の測定点の表面 及び内部情報をほぼ同時に抽出することが可能となリ、 従来方式に比べ 格段に高速な光熱信号の検出が可能となる。
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、 試料上の複数の測定点を同時に励起する ことが可能となリ、 従来方式に比べ格段に高速な光熱信号の検出が可能 となる。
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 ポイン トビーム列とすることにより、 試料上の複数の測定点を同時に励 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熱信号の検出 が可能となる。
また、 上記ボイン 卜ビーム列の間隔を各ボイン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、 各測定点における光熱信号を 独立に検出することが可能になり、 光熱画像の検出分解能が向上する。
また、 試料上に照射する強度変調光を、 試料上を直線状に高速に移動 するポイントビームとすることにより、 試料上の複数の測定点をほぼ同 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熱信号 の検出が可能となる。
また、 反射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、 複数の測定点における光熱信号をほぼ同時 に抽出することが可能となリ、 従来方式に比べ格段に高速な光熱信号の 検出が可能となる。
また、 反射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、 複数の測定点における光熱信号をほぼ同 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熱信号 の検出が可能となる。
また、 反射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、 複数の測定点におけ る光熱信号をほぼ同時に抽出することが可能となリ、 従来方式に比べ格 段に高速な光熱信号の検出が可能となる。
また、 反射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、 複数の測定点における光熱信号を 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 熱信号の検出が可能となる。
また、 反射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、 周波数 s と f E 力、 *、 4 p : 4 p m ± 1 ( p 、 m ： 0以 外の任意整数） の一定整数比に制御された状態として、 検出器の各蓄積 形光電変換素子ごとに 1 / f s の時間周期で複数回に直って積分検出さ れた複数個の積分検出データに基づいて、 上記強度変調周波数 f E と同 期した反射光強度変化を光熱信号として検出することによリ、 高速に高 感度かつ高精度な光熱信号の検出が可能となる。
また、 検出器から並列的に同時に出力された反射光強度信号から、 上 記強度変調周波数 f E と同期した反射光強度変化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 速な光熱信号の検出が可能となる。
また、 強度変調周波数 ί Ε を、 光熱効果もしくは光音響効果に基づく 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。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第 1の実施例における光熱検出光学系を示す図で ある。 第 2図は、 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。 第 3図は、 第 1の実施例におけ る試料の断面構造と、 ス卜ライプ状の励起ビームによる光熱効果の発生 の様子を示す図である。 第 4図は、 周期的反射光強度変化と 1次元 C C Dセンサの蓄積時間 T s = 1 / f s との関係を示す模式図である。 第 5 図は、 2次元メモリにおけるデータの構成を示す図である。 第 6図は、 '本発明の第 2の実施例における光熱検出光学系を示す図である。 第 7図 は、 第 2の実施例における信号処理系の構成を示す図である。 第 8図は， 本発明の第 3の実施例における光熱検出光学系を示す図である。 第 9図 は、 第 3の実施例における複数ポイン卜ビーム並列照射光学系の構成を 示す図である。 第 1 0図は、 第 3の実施例におけるストライプ状の開口 を示す図である。 第 1 1図は、 第 3の実施例における複数ポイントビー ムが同時に試料を照射する様子を示す図である。 第 1 2図は、 第 3の実 施例における各ボイントビームによリ生じた熱拡散領域を示す図である, 第 1 3図は、 従来の光熱検出光学系を説明するための図である。 第 1 4 図は、 光音響効果及び光熱効果の原理図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の実施例を第 1図〜第 1 2図に基づいて説明する。
まず、 本発明の第 1の実施例を第 1図〜第 5図に基づいて説明する。 第 1図は第 1の実施例における光熱検出光学系を示すものである。 本光 学系は、 励起光学系 2 0 1 、 周期的な反射率変化を検出するための反射 光検出光学系 2 0 2、 及び信号処理系 2 0 3から成る。
励起光学系 2 0 1の A r レーザ 3 1 (波長 5 1 5 n m ) から出射した 平行ビーム 3 2を音響光学変調素子 3 3に入射する。 今、 第 1図におい て、 発振器 8 6から周波数 f R の正弦波を、 また、 制御信号発生回路 9 0から周波数 f E ( f E < f R ) の矩形波を各々信号合成器 8 8に入力 し、 両波形の積をとることによリ励起用の強度変調信号を作り、 音響光 学変調素子 3 3に入力する。 その結果、 音響光学変調素子 3 3からは f R だけ周波数シフ 卜した 1次回折光 3 5が周波数 ί Ε で断続的に出力さ れる。
即ち、 励起光として、 f R だけ周波数シフ トした変調周波数 ί ε の強 度変調ビームが得られる。 なお、 0次光 3 4は絞り 3 6で遮光される。 強度変調ビーム 3 5をビームエキスパンダ 3 8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） 3 9により楕円ビー ム 4 0にし、 ダイクロイツクプリズム 4 1 (波長 6 0 0 n m以下は反射, 6 0 0 n m以上は透過） で反射させた後、 対物レンズ 4 2の瞳 4 3即ち 後側焦点位置 4 4に X方向のみ集光させる。 一方、 y方向 （紙面に垂直 方向） に関してはシリ ンドリカルレンズ 3 9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 4 4には平行光のままで入 射する。 その結果、 第 2図に示すように、 対物レンズの前側焦点位置、 即ち試料 4 7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 1 0 1が得られる。 制御信号発生回路 90は P L L ( P_h a s e o c k e d ο Ρ ) 回路等で構成され、 1次元 C C Dセンサ駆動用のクロック信号 （周 波数 f c ) を基準信号として、 周波数 f s の蓄積時間制御信号及び励起 用の周波数 f E の強度変調信号を生成し、 各ユニッ トに送る。
今、 試料として、 第 2図に示すようにポリイミ ドのような有機高分子 材料 1 04を絶縁体として形成した C u配線パターン 1 0 2、 1 0 3を 考える。 第 3図は、 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 1 0 9上に厚 さ 1 5 μπιのポリイ ミ ド 1 04を絶縁体として厚さ 1 5 111の〇 1パタ —ン 1 02、 1 03が配線パターンとして形成された構造となっている。 C u配線パターン中の内部クラック 1 0 7や下地基板と C uパターン界 面の剥離 1 0 8が検出すべき内部欠陥である。
ここで、 重要な点は C uパターン 1 0 2、 1 03とその周辺のポリィ ミ ド 1 04との熱的性質の違いである。 即ち、 C uの熱伝導率 kは 40 3 〔 J · m— ' · k— 1 · s— 1〕 、 密度 ρは 8. 9 3 〔 x 1 06 g · m— 3〕 、 比熱 cは 0. 3 8 〔 J · g— ' · k— 1〕 であるのに対し、 ポリイミ ドの熱 伝導率 kは 0. 28 8 〔 J · π ' · k _1 · s '〕 、 密度 pは 1. 3 6 〔 X 1 06 g · m— 3〕 、 比熱 cは 1. 1 3 〔 J · g_l · k_'〕 であり、 特に C uの熱伝導率 kはポリィミ ドのそれの 1 400倍である。
そこで、 励起光の強度変調周波数 f E を 1 00 k H zとして、 前述し た （数式 1 ) に上記の値を代入すると、 C uパターン部 1 0 2、 1 0 3 における熱拡散長 μ s は約 1 9 m、 ポリイミ ド部 1 04における熱拡 散長は約 0. 7 7 μπιとなる。 その結果、 第 3図に示すように、 ス卜ラ ィプ状の励起ビーム 1 0 1によって形成されたストライプ状の光吸収領 域 1 0 5において与えられた熱が、 検査対象である C uパターン都 1 0 2、 1 03では大きく拡散し、 下地基板との界面を含めて C uパターン の断面を覆うように熱拡散領域 1 0 6が形成される。 一方、 検査対象外 のポリイミ ド部 1 0 4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、 第 2図及び第 3図に示すように、 ストライプ状の励起ビー ム 1 0 1 を複数の C u配線パターン 1 0 2、 1 0 3を覆うように照射す ると、 光吸収領域 1 0 5に沿って、 光熱効果に基づいて強度変調周波数 f E と同期した周期的な屈折率の変化、 すなわち、 周期的な反射率変化 の 1次元分布 1 1 0 (破線） が生じる。 各点での周期的反射率変化の大 きさは、 表面温度によって、 すなわち、 試料内部の熱的性質、 例えば欠 陥の有無によって変わる。 つまり、 この周期的反射率変化の 1次元分布 1 1 0には、 各々の C u配線パターン 1 0 2、 1 0 3の内部情報 （内部 クラック 1 0 7、 剥離欠陥 1 0 8 ) 及びポリイミ ド部 1 0 4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。
従って、 ストライプ状の励起ビーム 1 0 1 を用いれば、 熱的コン 卜ラ ストの高い複数の検査対象を同時に励起でき、 同時にストライプ状のプ ローブビームを直線状の励起部に照射し、 その反射光の強度分布を検出 しつつ、 試料をストライプビームと直交する方向に移動すれば、 試料の 2次元表面及び内部情報を高速に検出することが可能となる。
次に、 周期的反射率変化の 1次元分布 1 1 0 (破線） を光熱信号とし て検出するための反射光検出光学系 2 0 2の構成とその機能について説 明する。 第 1図において、 H e— N eレーザ 5 1 (波長 6 3 3 n m ) か ら出射した P偏光ビーム 6 9を、 ビームエキスパンダ 7 0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） 7 1 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 7 3及 びダイクロイックプリズム 4 1 を通過した後、 対物レンズ 4 2の瞳 4 3 即ち後側焦点位 S 4 に X方向のみ集光する。 一方、 y方向 （紙面に垂直方向） に関してはシリンドリカルレンズ 7 1は曲率を持たない板ガラスとみなせるので、 対物レンズ 4 2の後側焦 点位置 4 4には平行光のままで入射する。 対物レンズ 4 2から出射した ビームは L Z 4板 4 5通過後円偏光ビーム 1 4 5となり、 第 2図に示す ように、 対物レンズの前側焦点位置、 即ち試料 4 7の表面上、 励起ビー ム 1 0 1 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 1 9 0が得られる。
第 3図に示すように、 試料 4 7からの反射光は、 光熱効果に基づく周 期的反射率変化の 1次元分布 1 1 0 (破線） に応じて、 周期的に変化す る反射強度分布をもつ。 第 1図において、 試料 4 7からの反射光は； L Z 4板 4 5を通過した後、 入射光と直交する s偏光ビームとなり、 対物レ ンズ 4 2を通過した後再び同じ光路を経て偏光ビームスプリ ッタ 7 3で 反射される。
この反射光 7 7は、 結像レンズ 7 8により、 1次元 C C Dセンサ等の 蓄積形固体撮像素子 8 2上に結像する。 なお、 中心波長 6 3 3 n mの干 渉フィルタ 8 1 を通して迷光を除去する構成としている。 1次元 C C D センサ 8 2の撮像面と試料 4 7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 4 7の表面に形成されたプローブビームと同様ス 卜ライプ状の反射光が結像する。
以下では、 信号処理系 2 0 3によって、 1次元 C C Dセンサ 8 2の出 力信号から、 試料 4 7表面の周期的反射率変化に対応した周期的反射光 強度変化の振幅及び位相を、 各画素ごとに抽出する方法について説明す る。 今、 試料 4 7表面に入射するプローブビーム光 7 2の強度を 1、 試 料 4 7表面の反射率を R、 光熱効果による反射率変化の振幅を D、 また 強度変調信号に対する位相変化量を 0とすると、 1次元 C C Dセンサ 8 2の 1画素に入射する反射光 I ( t ) は次の （数式 2 )で表される。 I ( t ) = R + D · cos ( 27t fEt + Θ ) … （数式 2 ) ここで、 D · c o s ( 2 π f E t十 0 ) が、 光熱効果に基づいて生じ た試料 4 7表面の周期的反射率変化を表す項である。 今、 1次元 C C D センサ 8 2の蓄積周波数を f s 、 即ち蓄積時間を T s = 1 / f s とする と、 i番目のライン走査、 即ち蓄積 ' サンプリングにおける特定の 1画 素からの反射光強度信号 S ( i ) は、 次の （数式 3 ) で与えられる。
. ( i + 1 ) T,
s(i)= Γ I (t)dt
° i T.
= R* T s + D sin(fETs? 'cos(2 i f ETS 7C - f ETS % + Θ )
π f E
… （数式 3 ) ここで、 センサ 8 2の蓄積周波数 f s と強度変調周波数 f E との関係 を次式のように選ぶ。
f s ： f E= 4p： ( 4 pm± l ) … （数式 4 ) 但し、 p、 mは 0以外の任意整数である。 例えば、 p = 2、 m= 2と すると、 f s ： f E = 8 : 1 7となり、 f = 1 0 0 k H zとして、 f s = 4 7 . 0 5 9 k H zとなる。 この関係のもとで、 （数式 3 ) は、 次 の （数式 5 ) で表される。
S (i) = R' T s+ ~~ - ~ sin-g— cos ( i― g- + Θ ) … （数式 5 )
(数式 5 ) の第 2項、 即ち周期的反射光強度変化と蓄積時間 Ts = 1 / f s との関係を、 模式的に第 4図に示す。 8回の蓄積 'サンプリ ング で、 1周期分の波形が再生できることが判る。 つま り、 周期的反射光強 度変化は、 i について 1 / 8の周波数になっている。 今、 i について N 個 （Nは 8の倍数とする） のデータ S ( 0 ) 〜 S (N - 1 ) が得られた として、 このデータをフーリエ級数展開すれば、 （数式 6 ) となる。 S(i)= (数式 6 )
Figure imgf000016_0001
但し、 フーリエ係数 a n 、 b n は以下の通りである
2 ― „ -.. 27C n l
a n =-rj- ∑ S (l)cos- (数式 7 ) i = 0 N
N- 1
2 2 π n i
b _ = ∑ S (i)sin- N N ··· (数式 8 ) i—0
(数式 5 ) における周波数 1 / 8のフーリエ係数は、 （数式 7 ) 、 (数式 8 ) において、 それぞれ n =NZ 8として、 次の （数式 9 ) 、 (数式 1 0 ) で与えられる。
4
a ==-j^-[ S (0)— S (4) + S (8)— S (12) +〜_] (数式 9 )
4
b N =~w S (2)一 S (6) + S (10)― S ( )十…"] (数式 1 0 ) このように、 周期的反射光強度変化成分のフーリエ係数は、 1次元 C C Dセンサ 8 2の各光電変換素子、 即ち各画素ごとに、 出力信号に対し て、 一定データ間隔で交互に加減算を行うことによって計算し得る。 最 終的に、 反射率変化の振幅 Dと位相 0は、 （数式 5 ) と （数式 6 ) を比 較することにより、 以下のように求められる。 π I c a '+ b
D=- π (数式 1 1 ) sin
8 b
Θ =tan" (数式 1 2 ) a なお、 以上の説明では、 周波数関係の一例を与えたが、 （数式 4 ) に 基づいて、 他の様々な整数比の周波数関係に設定し、 同様の処理を行う ことができる。
第 1の実施例では、 以上の周波数関係の設定や、 計算処理を以下の方 法で実行する。
周波数 f s = 47. 0 5 9 k H zの蓄積時間制御信号、 及び f ε = 1 00 k Η ζの強度変調信号は、 1次元 C C Dセンサの各画素の値を読み 出すためのクロック信号 （周波数 f c ) を基準信号として、 計算機 9 6 からの設定信号に基づき、 制御信号発生回路 9 0で生成され、 各ュニッ 卜に送られる。
1次元 CCDセンサ 8 2からの出力信号 S ( i ) は、 前処理回路 94 で増幅され、 AD変換された後、 （数式 5 ) 及び第 4図に基づいて iに 関して 8個のデータ力 信号の S N比等を考慮して、 例えば 1 0セッ ト, 計 80個のデータが 2次元メモリ 9 5に格納される。 第 5図に示すよう に、 1次元 C C Dセンサ 8 2の画素数を 2 5 6とすると、 2 5 6 X 80 個のデータが格納されることになる。 今、 i 回目の蓄積 · 出力時におけ る w画素目のデータを （ i ， w) で表すとすると、 2次元メモリ 9 5に 格納していく順序は、
( 0 , 1 ) 、 （ 0 , 2 ) 、 ( 0, 3 ) , ·· -、 ( 0, 2 5 6 ) 、
( 1 , 1 ) 、 （ 丄， 2 ) 、 ( 1 , 3 ) , …ゝ （ 1 , 25 6 ) 、
( 2, 1 ) 、 ( 2, 2 ) , ( 2, 3 ) , ··'、 ( 2, 256 ) 、
( 7 9， 1 ) 、 ( 7 9, 2 ) , ( 7 9, 3 ) 、 ···、 ( 7 9 , 2 5 6 ) である。
一方、 2次元メモリ 9 5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 9 6に送つ ていく。
( 0 , 1 ) ( 1 . 1 ) , ( 2 , 1 ) ( 7 9 , 1 )
( 0 , 2 ) ( 1. 2 ) , ( 2, 2 ) ( 7 9 , 2 )
( 0 , 3 ) ( 1 . 3 ) , ( 2 , 3 ) ( 7 9 , 3 )
( 0 , 2 5 6 ) , ( 1 , 2 5 6 ) , ( 2， 2 5 6 ) 、 -··、 ( 7 9 , 2 5 6 ) 計算機 9 6では、 1画素ごとに 8 0個の蓄積 ' 出力データセッ トを用 いて、 （数式 9 ) 及び （数式 1 0 ) の計算処理を行いフーリェ係数を求 めた後、 （数式 1 1 ) 及び （数式 1 2 ) に基づき反射率変化の振幅 Dと 位相 Θ を計算する。 これにより、 1 ライン分、 即ち 2 5 6画素に対応し た 1次元光熱分布が得られる。
X yステージ 4 8により、 試料 4 7をス卜ライプ状ビームと直交する y方向に逐次走査しながら、 上記 1次元 C C Dセンサ 8 2からの出力信 号を計算機 9 6で処理していく ことにより、 試料 4 7全面の Dと 0に関 する 2次元光熱画像が得られ、 ディスプレイ 9 7に表示される。
以上述べたように、 本実施例によれば、 従来のように し 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 —ムを用い複数の測定点を並列に同時に励起し、 各点で生じた反射率変 化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熱信号を 並列に同時に検出することができ、 試料の 2次元表面及び内部情報を高 速に検出することが可能となる。
更に、 本実施例によれば、 光熱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。 1
1 7 なお、 本実施例では、 熱的コントラス卜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。
また、 本実施例では、 1次元 C C Dセンサ 8 2からの出力信号を一旦 2次元メモリ 9 5に格納した後、 計算機 9 6でソフ トウェアにより （数 式 9 ) 及び （数式 1 0 ) の計算処理と、 （数式 1 1 ) 及び （数式 1 2 ) の処理を行っているが、 （数式 9 ) 及び （数式 1 0 ) の処理は、 出力信 号に対して、 一定データ間隔で交互に加減算を行う極めて単純な処理で あるため、 メモリに格納することなく、 ディジタル演算回路を用いて、 1次元 C C Dセンサの読み出しのタイミングと同期して、 各画素ごとに 逐次処理を実行した後、 （数式 1 1 ) 及び （数式 1 2 ) の処理のみ計算 機 9 6、 あるいは専用処理回路で実行する方法を採用することも可能で ある。 これによれば、 更に高速に 2次元光熱画像を得ることができる。 また、 本実施例では、 試料の複数点の同時励起、 検出にス トライプ状 のビームを用いているが、 ポイン トビームを強度変調周波数よりもはる かに早く、 具体的には光熱効果の反応速度よりも早く、 例えば数十 M H z程度の周波数で高速に走査することにより、 実効的にストライプ状の ビームを得ることも可能である。
また、 本実施例では、 蓄積形の 1次元 C C Dセンサを用いているが、 非蓄積形の光電変換素子アレイを用いて、 サンプリング周波数を f s と して、 （数式 4 ) の周波数関係を保って、 （数式 9 ) 〜 （数式 1 2 ) の 処理を実行し、 光熱画像を得ることも可能である。
本発明の第 2の実施例を第 6図〜第 7図に基づいて説明する。 第 6図 は第 2の実施例における光熱検出光学系を示すものである。 本光学系は, 励起光学系 2 0 1、 周期的な反射率変化を検出するための反射光検出光 学系 3 0 2、 及び信号処理系 3 0 3から成る。
励起光学系 2 0 1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。 反射光検出光学系 3 0 2の構成は、 第 1の実施例 における反射光検出光学系 2 0 2において、 蓄積形 1次元 C C Dセンサ 8 2の代わりに並列出力形光電変換素子アレイ 1 9 1 を用いた点が異な り、 他は全て第 1の実施例と同様の構成であるので説明を省略する。 第 7図に示すように、 並列出力形光電変換素子アレイ 1 9 1の各画素 から出力された反射光検出信号は、 画素数と同じ数だけ配置されたプリ アンプ群 1 9 2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 1 9 3にて、 発振器 8 7から出力され た励起用強度変調信号を参照信号として、 反射光検出信号に含まれる変 調周波数成分の振幅と位相、 即ち、 反射率変化の振幅 Dと位相 Θが光熱 信号として、 全画素について同時に検出される。 これにより、 1ライン 分、 即ち 2 5 6画素に対応した 1次元光熱分布が得られる。 検出された 光熱信号は、 A D変換器群 1 9 4にてディジタルデータに変換された後、 ノ ラレル . イン、 シリアル . ァゥ トタイプのシフ トレジスタ 1 9 5に送 られ 1次元信号に変換される。
x yステージ 4 8によリ試料 4 7をス トライプ状ビームと直交する y 方向に逐次走査しながら、 シフ 卜レジスタ 1 9 5から出力される 1次元 信号を計算機 1 9 6で処理していく ことにより、 試料 4 7全面の Dと Θ に関する 2次元光熱画像が得られ、 ディスプレイ 9 7に表示される。 なお、 変調周波数成分の振幅と位相の抽出手段は口ックインアンプ群 1 9 3に限定されるものでなく、 他の周波数フィルタリング手段、 例え ば、 バンドパスフィルタのようなものも適用可能である。
また、 本実施例では、 反射光検出用に非蓄稜形の並列出力形光電変換 素子アレイ 1 9 1 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 3 0 3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 3 0 3において、 ロックインアンプ群 1 9 3を撤去し、 第 1の実施例と同様に光電変換素子アレイの蓄積周波数 f s と強度変調周 波数 f E との関係を （数式 4 ) のように選び、 （数式 9 ) 〜 （数式 1 0 ) に基づいてフーリェ係数を求め、 （数式 1 1 ) 〜 （数式 1 2 ) に基づい て反射率変化の振幅 Dと位相 0を計箅することも可能である。
なお、 本実施例は、 第 2図及び第 3図に示すような熱的コントラス卜 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。
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ボイン卜走査方式でなく、 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、 各点で生じた反射率変 化を並列に同時に検出することによリ、 試料の複数測定点の光熱信号を 並列に同時に検出することができ、 試料の 2次元表面及び内部情報を高 速に検出することが可能となる。
更に、 本実施例によれば、 光熱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。
なお、 非蓄積形の光電変換素子アレイ 1 9 1の各画素から出力された 反射光検出信号を 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個のロックィンアンプで光熱信号を検出することも可能であ る。
また、 本実施例では、 試料の複数点の同時励起、 検出にストライプ状 のビームを用いているが、 第 1の実施例におけると同様、 ポイントビー ムを強度変調周波数よリもはるかに早く、 具体的には光熱効果の反応速 /3177：
2 0 度よりも早く、 例えば数十 M H z程度の周波数で高速に走査することに より、 実効的にストライプ状のビームを得ることも可能である。
本発明の第 3の実施例を第 8図〜第 1 2図に基づいて説明する。 第 8 図は第 3の実施例における光熱検出光学系を示すものである。 本光学系 は、 励起光学系 3 0 1、 周期的な反射率変化を検出するための反射光検 出光学系 2 0 2、 及び信号処理系 2 0 3から成る。
第 1及び第 2の実施例ではストライプ状の励起ビームとプローブビ一 ムを用いているのに対し、 本実施例は、 励起光学系 3 0 1 に複数ボイン トビーム並列照射光学系 1 9 7を採用している点が大きく異なる。 他の 部分は第 1の実施例と同様である。
第 9図に基づき、 複数ボイン卜ビーム並列照射光学系 1 9 7を説明す る。 ビームエキスパンダ 3 8からの拡大平行光は第 1 0図に示すストラ ィプ状の開口 2 1 0 aを有するマスク 2 1 0を通過した後ス卜ライプビ ームとなり、 1次元微小レンズァレイ 2 1 1 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 1 3の前側焦点位置 2 1 2と、 リ レー レンズ 2 1 3の後側焦点位置は対物レンズ 4 2の後側焦点位置 2 1 4と、 更に、 対物レンズ 4 2の前側焦点位置は試料 4 7表面と各々一致してい る。 1次元微小レンズアレイ 2 1 1からの各ビームはリ レーレンズ 2 1 3の前側焦点位置 2 1 2で各々集光した後、 リ レーレンズ 2 1 3を通過 した後平行光となリ、 更に、 対物レンズ 4 2を通過後集束光 2 1 5とし て、 試料 4 7の表面上 2 1 6に集光する。 なお、 各ボイントビームの主 光線は互いに平行になっている。
第 1 1図は各ボイン卜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、 ポイントビームの数は、 反射光検出用の C C D 1次元セ ンサ 8 2の画素数と一致させ、 かつその間隔は第 1 2図に示すように各 ポイントビームによリ生じた熱拡散領域 2 1 7が重複しないようにして /31
2 1 いる。 各点の周期的反射率変化を検出するためのプローブビームは、 第 1及び第 2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 2 0 3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、 1次元 C C Dセンサ 8 2の出力信号から、 光熱効果により生じた試料 4 7表面の周期的反射率変化の振幅及び位相 を抽出する。
X yステージ 4 8により試料 4 7を複数ボイン卜ビーム列と直交する y方向に逐次走査しながら、 上記 1次元 C C Dセンサからの検出信号を 計算機 9 6で処理していく ことにより、 試料 4 7全面の Dと 0に関する 2次元光熱画像が得られ、 ディスプレイ 9 7に表示される。
なお、 本実施例は、 第 2図及び第 3図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。
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、 複数のポイントビーム 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, 各点で生じた反射率変化を並列に同時に検出することにより、 試料の複 数測定点の光熱信号を並列に同時に検出することができ、 試料の 2次元 表面及び内部情報を高速に検出することが可能となる。
更に、 本実施例によれば、 第 1の実施例と同様、 光熱効果に基づく熱 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。 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、 光熱画像の検出分解能が向上するという効果を有している。 なお、 本実施例では、 反射光検出用に蓄積形 C C D 1次元センサを用 いているが第 2の実施例のように非蓄積形の並列出力形光電変換素子ァ レイも適用可能である。 その場合は、 第 2の実施例における信号処理系 3 0 3を用いればよい。
また、 以上述べた第 1及び第 2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一ブビームを用いているが、 ある一定の面積を持つ 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 ながら反射光検出用に 2次元センサを用いる。 同様に、 第 3の実施例に おいても、 複数のポイントビームを 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。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 複数の測定点を並列に同時に励起し、 各点で生じた 反射率変化を並列に同時に検出することによリ、 試料の複数測定点の光 熱信号を並列に同時に検出することができ、 試料の 2次元表面及び内部 情報を高速に検出することが可能になるという大きな効果を有し、 また, 光熱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。 従って、 本発明は、 単純構成にして、 試料の表面とその近傍の内部 情報が 2次元的に高速に検出され得る光熱信号検出方法及びその装置を 提供することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 変更可として設定された周波数 f ε で強度変調した光を試料表面の 複数の測定点に照射して、 該複数の測定点の表面において上記周波数 f E と同期した周期的な反射率変化を発生させ、 該複数の測定点に他 の光を照射してその反射光を、 各測定点に対応した複数個の光電変換 素子からなる検出器で検出し、 該検出した反射光強度信号の中から、 上記反射率変化に基づく上記強度変調周波数 f E と同期した反射光強 度変化を光熱信号として上記複数の測定点ごとに検出し、 該光熱信号 より試料の複数の測定点の表面及び内部情報を検出することを特徴と する光熱信号検出方法。
2 . 上記複数の測定点に照射される強度変調光は、 試料上で連続的な直 線形状を成すビームであることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の 光熱信号検出方法。
3 . 上記複数の測定点に照射される強度変調光は、 試料上に直線状に配 列されたポイン卜ビーム列であることを特徴とする請求の範囲第 1項 記載の光熱信号検出方法。
4 . 上記ポイントビーム列の間隔は、 各ポイン トビームによる熱拡散領 域が重複しない間隔であることを特徴とする請求の範囲第 3項記載の 光熱信号検出方法。
5 . 上記複数の測定点に照射される強度変調光は、 試料上を直線状に高 速に移動するボイントビームであることを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の光熱信号検出方法。
6 . 上記反射光を上記検出器によリ積分して検出することを特徴とする 請求の範囲第 1項記載の光熱信号検出方法。
7 . 上記検出器からの反射光強度信号を、 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することを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の光熱信号検出方法。
. 上記検出器からの反射光強度信号を、 複数個の光電変換素子から並 列的に出力することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の光熱信号検 出方法。
. 周波数 f s と f E 力 、 4 p ： 4 p m ± 1 ( p、 m ： 0以外の任意整 数） の一定整数比に制御された状態で、 上記検出器の各光電変換素子 ごとに、 l Z f s の時間周期で複数回に亘つて積分検出された複数個 の積分検出データに基づいて、 上記強度変調周波数 f E と同期した反 射光強度変化を、 光熱信号として検出することを特徴とする請求の範 囲第 6項記載の光熱信号検出方法。
1 0 . 上記複数個の光電変換素子から並列的に出力された反射光強度信 号から、 上記強度変調周波数 f E と同期した反射光強度変化を、 光熱 信号として並列的に検出することを特徴とする請求の範囲第 8項記載 の光熱信号検出方法。
1 1 . 上記強度変調周波数は、 光熱効果もしくは光音響効果に基づく熱 拡散長が上記試料の被測定内部界面の深さとほぼ同じか、 もしくはそ れを越える長さとなるように設定することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の光熱信号検出方法。
1 2 . 光源と、 該光源からの光を変更可として設定された周波数 f E で 強度変調する強度変調手段と、 該強度変調した光を試料表面の複数の 測定点に照射して、 該複数の測定点の表面において上記周波数 f E と 同期した周期的な反射率変化を発生させる励起手段と、 上記複数の測 定点に他の光を照射する光照射手段と、 その反射光を試料表面と共役 の関係にあり、 且つ上記各測定点に対応した複数個の光電変換素子か ら成る検出器で検出する反射光検出手段と、 該検出した反射光強度信 号の中から、 上記複数の測定点において生じた上記反射率変化に基づ く上記強度変調周波数 ί Ε と同期した反射光強度変化を光熱信号とし て検出し、 該光熱信号より試料の複数の測定点の表面及び内部情報を 検出する情報検出手段とを備えたことを特徴とする光熱信号検出装置 < 1 3 . 上記励起手段として、 強度変調光を、 試料上で連続的な直線形状 を成すビームで形成することを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の 光熱信号検出装置。
1 4 . 上記励起手段として、 強度変調光を、 試料上に直線状に配列され たボイン卜ビーム列で形成したことを特徴とする請求の範囲第 1 2項 記載の光熱信号検出装置。
1 5 . 上記励起手段として、 ポイントビーム列の間隔を、 各ポイン トビ ームによる熱拡散領域が重複しない間隔で形成したことを特徴とする 請求の範囲第 1 4項記載の光熱信号検出装置。
1 6 . 上記励起手段として、 強度変調光を、 試料上を直線状に高速に移 動するポイ ン トビームで形成したことを特徴とする請求の範囲第 1 2 項記載の光熱信号検出装置。
1 7 . 上記反射光検出手段の検出器を、 蓄積形光電変換素子で形成した ことを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の光熱信号検出装置。
1 8 . 上記反射光検出手段の検出器を、 非蓄積形光電変換素子で形成し たことを特徴とする請求の範囲第 1 2項記載の光熱信号検出装置。
1 9 . 上記反射光検出手段の検出器を、 蓄積形光電変換素子で形成し、 周波数 f s と ί Ε 力、'、 4 ρ ·· 4 p m ± 1 ( p、 m ： 0以外の任意整数 ) の一定整数比に制御された状態として発生した上、 必要部位に供給 する制御信号発生手段と、 上記検出器の各光電変換素子ごとに、 1ノ f s の時間周期で複数回に亘つて積分検出された複数個の積分検出デ —タに基づいて、 上記強度変調周波数 f E と同期した反射光強度変化 を光熱信号として検出し、 該光熱信号よリ試料の複数の測定点の表面 及び内部情報を検出する情報検出手段とを備えたことを特徴とする請 求の範囲第 1 7項記載の光熱信号検出装置。
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