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JPH05172736A - Sample surface or inside information detecting method and device thereof - Google Patents

Sample surface or inside information detecting method and device thereof

Info

Publication number
JPH05172736A
JPH05172736A JP3340646A JP34064691A JPH05172736A JP H05172736 A JPH05172736 A JP H05172736A JP 3340646 A JP3340646 A JP 3340646A JP 34064691 A JP34064691 A JP 34064691A JP H05172736 A JPH05172736 A JP H05172736A
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JP
Japan
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sample
light
photoacoustic
detecting
intensity
Prior art date
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Granted
Application number
JP3340646A
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Japanese (ja)
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JP3353316B2 (en
Inventor
Toshihiko Nakada
俊彦 中田
Takanori Ninomiya
隆典 二宮
Irario Haruomi Kobayashi
小林イラリオ治臣
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to US07/994,150 priority patent/US5479259A/en
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Priority to US08/548,015 priority patent/US5781294A/en
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は光音響信号検出技術に関し、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、試料の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
置を提供することを目的とする。 【構成】ストライプ状の励起ビーム101により、試料
の帯状検査領域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
に検出する構成201、202とすることにより、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、上記目的が達成される。 【効果】試料の帯状検査領域の光音響信号を並列に同時
に検出することが可能となるため、試料の2次元表面及
び内部情報の高速検出が可能になるという効果を有す
る。また、試料表面の反射率分布、凹凸分布、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、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。
(57) [Abstract] [Object] The present invention relates to a photoacoustic signal detection technique, and has a simple structure and is capable of high-speed detection of two-dimensional internal information of a sample, which is hardly affected by reflectance distribution and unevenness distribution of the sample surface. An object of the present invention is to provide a method for detecting the surface or internal information of a sample and an apparatus for the same. [Structure] A structure 201 in which a strip-shaped inspection region of a sample is simultaneously excited in parallel by a stripe-shaped excitation beam 101, optical interference is used to detect a photoacoustic signal generated at each point, and interference light is simultaneously detected in parallel. , 202, the photoacoustic signals in the strip inspection region of the sample can be simultaneously detected in parallel, and the above object can be achieved. [Effect] Since the photoacoustic signals in the strip inspection region of the sample can be simultaneously detected in parallel, the two-dimensional surface of the sample and internal information can be detected at high speed. In addition, it is possible to detect the photoacoustic signal in which the reflectance distribution, the unevenness distribution, and the fluctuation of the optical path on the sample surface are corrected, and it is possible to perform highly sensitive and stable detection.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

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

【0003】[0003]

【数1】 [Equation 1]

【0004】上記光音響信号の検出方法に関しては、例
えば、文献「非破壊検査;第36巻第10号,p.73
0〜p.736(昭和62年10月)」や「アイ・イー
・イー・イー1986ウルトラ・ソニックス・シンポジ
ウム;p.515〜526(1986年)(IEEE1
986ULTRA‐SONICS SYMPOSIU
M;p.515〜526(1986)」において論じら
れている。
Regarding the above-mentioned photoacoustic signal detection method, for example, reference is made to "Non-destructive inspection; Vol. 36, No. 10, p. 73".
0-p. 736 (October 1987) "and" I-E-E 1986 Ultra Sonics Symposium; pp. 515-526 (1986) (IEEE 1
986ULTRA-SONICS SYMPOSIU
M; p. 515-526 (1986) ".

【0005】その一例を図29に基づいて説明する。レ
ーザ1から出射した平行光を音響光学変調素子(AO変
調器)2により強度変調し、その断続光、即ち励起光を
ビームエキスパンダ3により所望のビーム径の平行光1
9とした後、ハーフミラー4で反射させ、レンズ5によ
りXYステージ6上の試料7の表面に集光させる。試料
7上の集光部21から生じた熱歪波により超音波が発生
し、同時に試料7表面に微小変位が生じる。この微小変
位を以下に述べるマイケルソン干渉計で検出する。レー
ザ8から出射した平行光をビームエキスパンダ9により
所望のビーム径に拡大した後、ハーフミラー10で2つ
の光路に分離し、一方はプローブ光24としてレンズ5
により試料7上の集光部21に集光させる。他方は参照
ミラー11に照射させる。試料7からの反射光と上記参
照ミラー11からの反射光とは、ハーフミラー10上で
互いに干渉し、この干渉光がレンズ12によりホトダイ
オード等の光電変換素子13上に集光される。光電変換
された干渉強度信号はプリアンプ14で増幅された後、
ロックインアンプ16に送られる。ロックインアンプ1
6では、音響光学変調素子2の駆動に用いる発信器15
からの変調周波数信号を参照信号として、干渉強度信号
に含まれる変調周波数成分だけが抽出される。この周波
数成分がその周波数に応じた試料7の表面あるいは内部
の情報を持つ。数1より、変調周波数を変えることによ
り熱拡散長μs21を変えることができ、試料の深さ方
向の情報を得ることができる。熱拡散領域Vth23内に
クラック等の欠陥があれば、干渉強度信号中の変調周波
数成分の振幅と、変調周波数信号に対する位相が変化す
るので、その存在を知ることができる。XYステージ移
動信号とロックインアンプ16からの出力信号は計算機
17で処理され、試料上の各点における光音響信号がモ
ニタテレビジョン等の表示器18に2次元画像情報とし
て出力される。
An example thereof will be described with reference to FIG. The collimated light emitted from the laser 1 is intensity-modulated by an acousto-optic modulator (AO modulator) 2, and the intermittent light, that is, excitation light, is collimated by a beam expander 3 into a collimated light 1 having a desired beam diameter.
After setting to 9, the light is reflected by the half mirror 4 and is focused on the surface of the sample 7 on the XY stage 6 by the lens 5. An ultrasonic wave is generated by the thermal strain wave generated from the light condensing part 21 on the sample 7, and at the same time, a minute displacement is generated on the surface of the sample 7. This minute displacement is detected by the Michelson interferometer described below. After the parallel light emitted from the laser 8 is expanded to a desired beam diameter by the beam expander 9, it is split into two optical paths by the half mirror 10, and one of them is used as the probe light 24 by the lens 5
The light is focused on the light collecting portion 21 on the sample 7 by. The other side irradiates the reference mirror 11. The reflected light from the sample 7 and the reflected light from the reference mirror 11 interfere with each other on the half mirror 10, and the interference light is condensed by a lens 12 on a photoelectric conversion element 13 such as a photodiode. The photoelectrically converted interference intensity signal is amplified by the preamplifier 14,
It is sent to the lock-in amplifier 16. Lock-in amplifier 1
6, the oscillator 15 used to drive the acousto-optic modulator 2
Only the modulation frequency component contained in the interference intensity signal is extracted using the modulation frequency signal from the reference signal as the reference signal. This frequency component has information on the surface or inside of the sample 7 according to the frequency. From Equation 1, the thermal diffusion length μ s 21 can be changed by changing the modulation frequency, and information in the depth direction of the sample can be obtained. If there is a crack or other defect in the thermal diffusion region V th 23, the amplitude of the modulation frequency component in the interference intensity signal and the phase with respect to the modulation frequency signal change, so the presence thereof can be known. The XY stage movement signal and the output signal from the lock-in amplifier 16 are processed by the computer 17, and the photoacoustic signal at each point on the sample is output to the display 18 such as a monitor television as two-dimensional image information.

【0006】[0006]

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

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

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

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、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、
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を特徴とするものであ
る。
In order to achieve the above object, the present invention is directed to irradiating the surface of a strip-shaped inspection region of a sample with light whose intensity is modulated at a desired frequency, and irradiating the surface or the inside of the strip-shaped inspection region. To generate photoacoustic effect or photothermal effect,
By irradiating the surface of the strip-shaped inspection area of the sample with light, the interference light between the reflected light and the reference light is detected by the photoelectric conversion element having a conjugate relationship with the sample surface, and from the detected interference light intensity signal, Detecting the thermal strain of the same frequency component as the intensity modulation frequency caused by the photoacoustic effect or the photothermal effect in the strip inspection region, and detecting the surface or internal information of the strip inspection region of the sample from the thermal strain of the frequency component. It is characterized by.

【0010】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帯状検査領域を覆う
形状に整形して照射することにより、試料上の2次元的
内部欠陥を検出することを可能としたものである。
Further, in order to achieve the above object, the present invention shapes two-dimensional internal defects on a sample by shaping and irradiating the intensity-modulated light for irradiating the sample with a shape covering a strip inspection region. It is possible to detect.

【0011】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
べ格段に高速な光音響信号の検出を可能としたものであ
る。
Further, in order to achieve the above object, according to the present invention, a plurality of measurement points on the sample are provided by making the intensity-modulated light with which the sample is irradiated into a beam having a continuous linear shape on the sample. It is possible to excite at the same time, and it is possible to detect photoacoustic signals much faster than the conventional method.

【0012】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
列されたスポッ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を可能とし、従来方
式に比べ格段に高速な光音響信号の検出を可能としたも
のである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of measurement points on the sample by forming the intensity-modulated light with which the sample is irradiated into a spot beam array linearly arranged on the sample. It is possible to excite simultaneously, and it is possible to detect photoacoustic signals much faster than the conventional method.

【0013】また、上記目的を達成するために、本発明
は、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、光
音響画像の検出分解能を向上させたものである。
In order to achieve the above object, the present invention improves the detection resolution of photoacoustic images by setting the intervals of the spot beam arrays so that the thermal diffusion regions of the spot beams do not overlap. It is a thing.

【0014】また、上記目的を達成するために、本発明
は、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、従来方式に比べ
格段に高速な光音響信号の検出を可能としたものであ
る。
Further, in order to achieve the above object, the present invention uses a detector composed of a plurality of storage type photoelectric conversion elements to detect interference light, so that the optical speed is significantly higher than that of the conventional system. This makes it possible to detect acoustic signals.

【0015】また、上記目的を達成するために、本発明
は、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、従来方式に比
べ格段に高速な光音響信号の検出を可能としたものであ
る。
Further, in order to achieve the above object, the present invention uses a detector composed of a plurality of non-accumulation type photoelectric conversion elements to detect interference light, and thus is much faster than the conventional method. This makes it possible to detect photoacoustic signals.

【0016】また、上記目的を達成するために、本発明
は、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、従来方式に比べ格段に高速な光音響信号の検出を
可能としたものである。
In order to achieve the above object, the present invention uses a detector in which an interference light intensity signal is output as a one-dimensional signal in time series from a plurality of photoelectric conversion elements. This makes it possible to detect photoacoustic signals at a significantly higher speed.

【0017】また、上記目的を達成するために、本発明
は、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、従来方
式に比べ格段に高速な光音響信号の検出を可能としたも
のである。
In order to achieve the above object, the present invention uses a detector in which an interference light intensity signal is simultaneously output in parallel from a plurality of photoelectric conversion elements, and thus is significantly faster than the conventional method. It is possible to detect various photoacoustic signals.

【0018】また、上記目的を達成するために、本発明
は、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
号の検出を可能としたものである。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を可
能とし、試料の高速な複合的評価を可能としたものであ
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
能とし、試料の表面及び内部情報の高感度かつ安定な検
出を可能としたものである。
In order to achieve the above object, the present invention uses a detector composed of a plurality of storage type photoelectric conversion elements for detecting interference light, and each storage type photoelectric conversion element of the detector is used. Signals are detected 2n times while shifting the phase of the interference light intensity signal accumulated and output within a desired accumulation time by π / n, and the same frequency component as the intensity modulation frequency is detected based on the 2n pieces of signal data. By calculating the thermal strain of, it is possible to use digital processing instead of analog frequency filtering processing. As a result, it is possible to detect photoacoustic signals with high sensitivity and high accuracy, with less influence of harmonic components. It was done. In addition, the reflectance distribution of the sample surface, the unevenness distribution of the sample surface, the amplitude distribution of the photoacoustic signal, and the phase distribution of the photoacoustic signal, and a total of four surfaces and internal information can be detected simultaneously with only one detector. This makes it possible to perform high-speed composite evaluation of samples. In addition, it is possible to detect photoacoustic signals with the reflectance distribution of the sample surface, the unevenness distribution of the sample surface, and the fluctuation of the optical path corrected, and to enable highly sensitive and stable detection of the sample surface and internal information. is there.

【0019】また、上記目的を達成するために、本発明
は、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を可能とし、試料の高速な複
合的評価を可能としたものである。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し、試料の表面及び内
部情報の高感度かつ安定な検出を可能としたものであ
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for shifting the phase of an interference light intensity signal output from a detector comprising a storage type photoelectric conversion element by π / n from the sample surface. Of the optical frequency difference between the reflected light and the reference light, the intensity modulation frequency, and the storage time of the storage type photoelectric conversion element are combined into desired values, respectively, so that only one detection is performed. With the instrument, it is possible to simultaneously detect the reflectance distribution of the sample surface, the unevenness distribution of the sample surface, the amplitude distribution of the photoacoustic signal, and the phase distribution of the photoacoustic signal, and a total of four surfaces and internal information. It enables various complex evaluations. In addition, it is possible to detect photoacoustic signals with the reflectance distribution of the sample surface, the unevenness distribution of the sample surface, and the fluctuation of the optical path corrected, and to enable highly sensitive and stable detection of the sample surface and internal information. is there.

【0020】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
出を可能としたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of photoelectric conversions of the thermal distortion of the same frequency component as the intensity modulation frequency from the interference light intensity signals simultaneously output in parallel from the detector. By detecting elements in parallel at the same time, it is possible to detect photoacoustic signals at a much higher speed than the conventional method.

【0021】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、内部界面の検査を可能としたものである。
In order to achieve the above object, the present invention sets the intensity modulation frequency such that the thermal diffusion length based on the photoacoustic effect or the photothermal effect is the same as the depth of the measured internal interface of the sample, or The internal interface can be inspected by setting the length to exceed.

【0022】[0022]

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

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

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

【0025】また、上記スポットビーム列の間隔を各ス
ポットビームによる熱拡散領域が重複しない間隔とする
ことにより、各帯状検査領域における光音響信号を独立
に検出することが可能になり、光音響画像の検出分解能
が向上する。
Further, by making the intervals of the spot beam rows such that the thermal diffusion regions by the spot beams do not overlap, the photoacoustic signals in the strip inspection regions can be independently detected, and the photoacoustic image can be detected. The detection resolution of is improved.

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

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

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

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

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

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

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

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

【0034】[0034]

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

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

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

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

【0038】ヘテロダイン形トワイマン・グリーン干渉
光学系202について、図3及び図9に基づいて更に詳
細に説明する。図3(a)及び(b)に示すように、励
起光学系201と同様、シリンドリカルレンズ71の焦
点位置と対物レンズ42の後側焦点位置44とは一致し
ており、また対物レンズの前側焦点位置は試料47の表
面と一致している。従って、同図(a)に示すようにx
方向に関して、シリンドリカルレンズ71から出たp偏
光ビーム72は対物レンズ42の後側焦点位置44に集
光するため、対物レンズ42から出たビーム145は平
行光となって試料47表面上に入射するわけである。一
方、同図(b)に示すようにy方向に関して、シリンド
リカルレンズ71は曲率を持たない板ガラスとみなせる
ので、シリンドリカルレンズ71から出たビーム72は
対物レンズ42に平行光のままで入射するため、対物レ
ンズ42から出たビーム145は試料47表面上に集光
するわけである。その結果、図4に示すように、試料4
7の表面上には、励起ビーム101とと同じ位置に、プ
ローブビームとして励起ビーム同様x方向に幅を持ちy
方向に集束した、1本のストライプビーム190が得ら
れる。一方、図3(a)及び(b)に示すように、シリ
ンドリカルレンズ71の焦点位置と参照ミラー76の位
置とは一致している。従って、同図(a)に示すように
x方向に関して、シリンドリカルレンズ71から出たs
偏光ビーム74は参照ミラー76上で集光し、また同図
(b)に示すようにy方向に関しては平行光のままで入
射する。
The heterodyne type Twyman-Green interference optical system 202 will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 9. As shown in FIGS. 3A and 3B, similarly to the excitation optical system 201, the focal position of the cylindrical lens 71 and the rear focal position 44 of the objective lens 42 coincide with each other, and the front focal point of the objective lens is the same. The position coincides with the surface of the sample 47. Therefore, as shown in FIG.
Regarding the direction, the p-polarized beam 72 emitted from the cylindrical lens 71 is focused on the rear focal position 44 of the objective lens 42, so that the beam 145 emitted from the objective lens 42 becomes parallel light and is incident on the surface of the sample 47. That is why. On the other hand, as shown in FIG. 6B, in the y direction, the cylindrical lens 71 can be regarded as a plate glass having no curvature, so that the beam 72 emitted from the cylindrical lens 71 is incident on the objective lens 42 as parallel light. The beam 145 emitted from the objective lens 42 is condensed on the surface of the sample 47. As a result, as shown in FIG.
7 has a width in the x direction as a probe beam at the same position as the excitation beam 101 on the surface of y and has a width of y.
A striped beam 190 is obtained which is focused in the direction. On the other hand, as shown in FIGS. 3A and 3B, the focal position of the cylindrical lens 71 and the position of the reference mirror 76 coincide with each other. Therefore, as shown in FIG. 7A, s emitted from the cylindrical lens 71 in the x direction.
The polarized beam 74 is condensed on the reference mirror 76, and is incident as parallel light in the y direction as it is as shown in FIG.

【0039】図9(a)及び(b)に示すように対物レ
ンズ42の前側焦点位置は試料47の表面と一致してお
り、また対物レンズ42の後側焦点位置44は結像レン
ズ78の前側焦点位置と一致しており、更に結像レンズ
78の後側焦点位置はCCD1次元センサ82の撮像面
と一致している。即ち、この光学系は両テレセントリッ
ク結像光学系となっている。従って、同図(a)に示す
ようにx方向に関して、試料47表面からの平行反射光
は対物レンズ42通過後その後側焦点位置44に集束
し、結像レンズ78通過後再び平行光となりCCD1次
元センサ82に入射する。一方、同図(b)に示すよう
にy方向に関して、試料47表面からの発散反射光は対
物レンズ42通過後平行光となり、結像レンズ78通過
後その後側焦点位置、即ちCCD1次元センサ82上に
集束する。その結果、CCD1次元センサ82上には、
試料47上のプローブビーム190と同様、x方向に幅
を持ちy方向に集束した、1本のストライプビームが得
られる。一方、図9(a)及び(b)に示すように参照
ミラー76の位置と結像レンズ78の前側焦点位置とは
一致している。従って、同図(a)に示すようにx方向
に関して、参照ミラー76からの発散反射光は結像レン
ズ78通過後平行光となりCCD1次元センサ82に入
射し、また同図(b)に示すようにy方向に関しては結
像レンズ78通過後その後側焦点位置、即ちCCD1次
元センサ82上に集束する。従って、試料47からの反
射光と参照ミラー76からの参照光によって得られるヘ
テロダイン干渉光は、CCD1次元センサ82上でプロ
ーブビーム光72と同じストライプビームとなり、x方
向の1次元光干渉信号が検出される。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the front focus position of the objective lens 42 coincides with the surface of the sample 47, and the rear focus position 44 of the objective lens 42 is the imaging lens 78. The focal point of the front side is coincident with the focal point of the front side, and the focal point of the rear side of the imaging lens 78 is coincident with the image pickup surface of the CCD one-dimensional sensor 82. That is, this optical system is a dual telecentric imaging optical system. Therefore, as shown in FIG. 7A, in the x direction, the parallel reflected light from the surface of the sample 47 is focused on the rear focus position 44 after passing through the objective lens 42 and becomes parallel light again after passing through the image forming lens 78. It is incident on the sensor 82. On the other hand, as shown in FIG. 7B, in the y direction, the divergent reflected light from the surface of the sample 47 becomes parallel light after passing through the objective lens 42, and after passing through the imaging lens 78, the focal point on the rear side thereof, that is, on the CCD one-dimensional sensor 82. Focus on. As a result, on the CCD one-dimensional sensor 82,
Similar to the probe beam 190 on the sample 47, one stripe beam having a width in the x direction and focused in the y direction can be obtained. On the other hand, as shown in FIGS. 9A and 9B, the position of the reference mirror 76 and the front focus position of the imaging lens 78 coincide with each other. Therefore, as shown in FIG. 4A, the divergent reflected light from the reference mirror 76 becomes parallel light after passing through the imaging lens 78 and enters the CCD one-dimensional sensor 82 as shown in FIG. In the y direction, after passing through the image forming lens 78, the light is focused on the rear focus position, that is, the CCD one-dimensional sensor 82. Therefore, the heterodyne interference light obtained by the reflected light from the sample 47 and the reference light from the reference mirror 76 becomes the same stripe beam as the probe beam light 72 on the CCD one-dimensional sensor 82, and the one-dimensional optical interference signal in the x direction is detected. To be done.

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

【0041】[0041]

【数2】 [Equation 2]

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

【0043】[0043]

【数3】 [Equation 3]

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

【0045】[0045]

【数4】 [Equation 4]

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

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

【0048】[0048]

【数5】 [Equation 5]

【0049】[0049]

【数6】 [Equation 6]

【0050】例えば、s=6、p=2とすると、α=2
1/8、fL=50kHz、fB=210kHzと設定す
ることができ、(数4)は次式(数7)の形になる。
For example, if s = 6 and p = 2, then α = 2
⅛, f L = 50 kHz, and f B = 210 kHz can be set, and (Equation 4) has the form of the following equation (Equation 7).

【0051】[0051]

【数7】 [Equation 7]

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

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

【0054】[0054]

【数8】 [Equation 8]

【0055】[0055]

【数9】 [Equation 9]

【0056】[0056]

【数10】 [Equation 10]

【0057】[0057]

【数11】 [Equation 11]

【0058】[0058]

【数12】 [Equation 12]

【0059】[0059]

【数13】 [Equation 13]

【0060】[0060]

【数14】 [Equation 14]

【0061】[0061]

【数15】 [Equation 15]

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

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

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

【0065】[0065]

【数16】 [Equation 16]

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

【0067】[0067]

【数17】 [Equation 17]

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

【0069】[0069]

【数18】 [Equation 18]

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

【0071】[0071]

【数19】 [Formula 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。
11 (a), 11 (b) and 11 (c) are examples of photoacoustic signal detection in this embodiment. 11
In (a), due to the internal crack 120, the minute displacement 110 (broken line) on the surface of the Cu wiring pattern 102 is
Compared to the surface of the normal Cu wiring pattern 103,
You can see that it is getting bigger. The distribution 121 of the amplitude A of the photoacoustic signal in FIG. 9B and the phase θ of the photoacoustic signal before correction of the phase change due to the unevenness of the surface of the sample 47 in FIG.
In the distribution of + φ 124, the signals 123 (FIG. 11B) and 126 (FIG. 8C) of the internal cracks also appear strongly.

【0073】一方、図12(a)、(b)、及び(c)
は、試料47表面に凹凸分布がある場合の本実施例にお
ける光音響信号の検出例である。図12(b)に示すよ
うに位相補正前の光音響信号の位相θ+φの分布137
は、試料47表面の凹凸による位相変化の影響を受け、
信号のSN比が大幅に低下し、内部クラック135の認
識は極めて困難である。しかし、同図(c)に示すよう
に、数19による位相補正後の位相信号θの分布139
では、試料47表面の凹凸による位相変化の影響を受け
ることなく、内部クラック135の信号141を明瞭に
認識することができる。
On the other hand, FIGS. 12 (a), 12 (b) and 12 (c)
Is an example of detection of a photoacoustic signal in this embodiment when the surface of the sample 47 has uneven distribution. As shown in FIG. 12B, the distribution 137 of the phase θ + φ of the photoacoustic signal before phase correction.
Is affected by the phase change due to the unevenness of the surface of the sample 47,
The SN ratio of the signal is significantly reduced, and it is extremely difficult to recognize the internal crack 135. However, as shown in FIG. 7C, the distribution 139 of the phase signal θ after the phase correction by the equation 19
Then, the signal 141 of the internal crack 135 can be clearly recognized without being affected by the phase change due to the unevenness of the surface of the sample 47.

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

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

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

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

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

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

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

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

【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。
In FIG. 16, similarly to the first embodiment, a sample composed of Cu wiring patterns 102 and 103 formed by using an organic polymer material 104 such as polyimide as an insulator is irradiated with the stripe-shaped excitation beam 186. Shows a distribution 185 (broken line) of minute displacement on the sample surface based on the photoacoustic effect generated along the light absorption region 183. Similar to the first embodiment, the minute displacement distribution 185 includes
The internal information of each of the Cu wiring patterns 102 and 103 (internal crack 107, peeling defect 108) and the internal information of the polyimide portion 104 are independently reflected without being fused. That is, this stripe-shaped excitation beam 1
By using 86, a plurality of inspection targets having high thermal contrast can be excited at the same time, and two-dimensional internal information of the sample can be detected at high speed.

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

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

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

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

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

【0088】以上述べたように、本実施例によれば、従
来のように1点ずつ情報を検出していくいわゆるポイン
ト走査方式でなく、第1の実施例と同様、ストライプ状
の励起ビームを用い複数の測定点を並列に同時に励起
し、各点で生じた光音響信号の検出に光干渉を利用し、
干渉光を並列に同時に検出することにより、試料の複数
測定点の光音響信号を並列に同時に検出することがで
き、試料の2次元内部情報を高速に検出することが可能
となる。
As described above, according to the present embodiment, a stripe-shaped excitation beam is used as in the first embodiment, instead of the so-called point scanning method in which information is detected point by point as in the conventional case. Using multiple excitation points in parallel at the same time, utilizing optical interference to detect the photoacoustic signal generated at each point,
By detecting the interference light in parallel at the same time, the photoacoustic signals at a plurality of measurement points of the sample can be simultaneously detected in parallel, and the two-dimensional internal information of the sample can be detected at high speed.

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

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

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

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

【0093】更に、本実施例においては、光音響効果に
基づく試料表面の微小変位を検出する干渉光学系を微分
干渉光学系としている。即ち、参照光を別に設けた参照
ミラーから得るのではなく、プローブ光の近傍に入射し
た参照ビームの試料表面からの反射光を参照光として使
用しているので、プローブ光と参照光がほぼ同一の光
路、及び同一の光学系を通ることになり、2つの光の間
の光路長のゆらぎや波面のずれが大幅に低下し、光音響
信号の検出精度及び検出感度が大きく向上する。更に、
参照光路を別に設ける必要がないので、光学系が簡略化
されると共に、その安定度が向上し、光音響信号の検出
精度が向上する。
Further, in the present embodiment, the interference optical system for detecting the minute displacement of the sample surface based on the photoacoustic effect is the differential interference optical system. That is, the reference light is not obtained from the reference mirror provided separately, but the reflected light from the sample surface of the reference beam incident near the probe light is used as the reference light, so that the probe light and the reference light are almost the same. , And the same optical system, the fluctuation of the optical path length between the two lights and the deviation of the wavefront are significantly reduced, and the detection accuracy and the detection sensitivity of the photoacoustic signal are greatly improved. Furthermore,
Since it is not necessary to separately provide the reference optical path, the optical system is simplified, its stability is improved, and the detection accuracy of the photoacoustic signal is improved.

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

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

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

【0097】以上述べたように、本実施例によれば、従
来のように1点ずつ情報を検出していくいわゆるポイン
ト走査方式でなく、第1及び第2の実施例と同様、スト
ライプ状の励起ビームを用い複数の測定点を並列に同時
に励起し、各点で生じた光音響信号の検出に光干渉を利
用し、干渉光を並列に同時に検出することにより、試料
の複数測定点の光音響信号を並列に同時に検出すること
ができ、試料の2次元内部情報を高速に検出することが
可能となる。
As described above, according to the present embodiment, a stripe-like pattern is used as in the first and second embodiments, instead of the so-called point scanning method in which information is detected point by point as in the conventional case. By simultaneously exciting multiple measurement points in parallel using an excitation beam and using optical interference to detect the photoacoustic signal generated at each point, the interference light is detected in parallel at the same time, and Acoustic signals can be simultaneously detected in parallel, and two-dimensional internal information of the sample can be detected at high speed.

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

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

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

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

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

【0103】本発明の第4の実施例を図24〜図28に
基づいて説明する。図24は第4の実施例における光音
響検出光学系を示すものである。本光学系は、励起光学
系501、光音響信号を検出するためのヘテロダイン形
トワイマン・グリーン干渉光学系202、及び信号処理
系203から成る。ヘテロダイン形トワイマン・グリー
ン干渉光学系202及び信号処理系203の構成とその
機能は、第1の実施例と全く同様であるので説明を省略
する。第1〜第3の実施例ではストライプ状の励起ビー
ムを用いているのに対し、本実施例では、励起光学系5
01にて複数スポットビーム並列照射光学系197を採
用している点が大きく異なる。他の部分は第1〜第3の
実施例と同様である。図27に基づき、複数スポットビ
ーム並列照射光学系197を説明する。ビームエキスパ
ンダ38からの拡大平行光は図28に示すストライプ状
の開口210aを有すマスク210を通過した後ストラ
イプビームとなり、1次元微小レンズアレイ210に入
射する。各微小レンズの後側焦点位置はリレーレンズ2
13の前側焦点位置212と、リレーレンズ213の後
側焦点位置は対物レンズ42の後側焦点位置214と、
更に、対物レンズ42の前側焦点位置は試料47表面と
各々一致している。1次元微小レンズアレイ210から
の各ビームはリレーレンズ213の前側焦点位置212
で各々集光した後、リレーレンズ213通過後平行光と
なり、更に、対物レンズ42通過後集束光として、試料
47表面上に集光する。尚、各スポットビームの主光線
は互いに平行になっている。図27は各スポットビーム
が同時に試料を照射する様子を示したものである。尚、
スポットビームの数は、光干渉検出用のCCD1次元セ
ンサ82の画素数と一致させ、かつその間隔は図28に
示すように各スポットビームにより生じた熱拡散領域2
17が重複しないようにしている。また、ヘテロダイン
干渉検出用プローブビームは第1〜第3の実施例と同様
ストライプ状のビームを用いている。信号処理系203
の構成とその機能は、第1の実施例におけるそれと全く
同じであり、第1の実施例と同様、CCD1次元センサ
82の出力信号から、光音響効果に基づいて生じた試料
47表面の微小変位の振幅及び位相を、試料47表面の
反射率分布及び凹凸分布の影響を受けることなく抽出す
ることができる。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 24 shows a photoacoustic detection optical system in the fourth embodiment. This optical system includes an excitation optical system 501, a heterodyne type Twyman-Green interference optical system 202 for detecting a photoacoustic signal, and a signal processing system 203. Since the configurations and functions of the heterodyne type Twyman-Green interference optical system 202 and the signal processing system 203 are exactly the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted. While the stripe-shaped excitation beam is used in the first to third embodiments, the excitation optical system 5 is used in this embodiment.
No. 01 uses a multi-spot beam parallel irradiation optical system 197, which is a big difference. Other parts are the same as those in the first to third embodiments. The multiple spot beam parallel irradiation optical system 197 will be described with reference to FIG. The expanded parallel light from the beam expander 38 becomes a striped beam after passing through a mask 210 having a striped opening 210a shown in FIG. 28, and enters a one-dimensional microlens array 210. The rear focus position of each micro lens is the relay lens 2
13 is the front focal position 212 of the objective lens 42, and the rear focal position of the relay lens 213 is the rear focal position 214 of the objective lens 42.
Further, the front focus position of the objective lens 42 is coincident with the surface of the sample 47, respectively. Each beam from the one-dimensional microlens array 210 has a front focus position 212 of the relay lens 213.
After converging each of them, the light is collimated after passing through the relay lens 213, and further converged on the surface of the sample 47 as focused light after passing through the objective lens 42. The chief rays of each spot beam are parallel to each other. FIG. 27 shows how each spot beam irradiates the sample at the same time. still,
The number of spot beams is made equal to the number of pixels of the CCD one-dimensional sensor 82 for detecting optical interference, and the interval thereof is the thermal diffusion region 2 generated by each spot beam as shown in FIG.
17 is not duplicated. As the probe beam for detecting heterodyne interference, a striped beam is used as in the first to third embodiments. Signal processing system 203
And the function thereof are exactly the same as those in the first embodiment. Similar to the first embodiment, the minute displacement of the surface of the sample 47 generated from the output signal of the CCD one-dimensional sensor 82 based on the photoacoustic effect. Can be extracted without being affected by the reflectance distribution and the unevenness distribution on the surface of the sample 47.

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

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

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

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

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

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

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

【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。
Furthermore, according to the present embodiment, as in the first embodiment, when the photoacoustic signal is extracted from the optical interference signal, digital processing is used instead of analog frequency filtering processing. It is possible to detect a photoacoustic signal with high sensitivity and high accuracy, which is less affected by.

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

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

【0114】[0114]

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

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

【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。
Further, it becomes possible to detect the photoacoustic signal in which the reflectance distribution of the sample surface, the unevenness distribution of the sample surface, and the fluctuation of the optical path are corrected, and the highly sensitive and stable detection of the sample surface and internal information becomes possible. Has the effect of becoming.

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

【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。
Further, when the photoacoustic signal is extracted from the optical interference signal, since digital processing is used instead of analog frequency filtering processing, the influence of harmonic components is small, and the highly sensitive and highly accurate photoacoustic signal can be obtained. It has the effect of enabling detection.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】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、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を特徴とする試料の表面ま
たは内部情報検出方法。
1. A strip-shaped inspection region of a sample is irradiated with light intensity-modulated at a desired frequency to generate a photoacoustic effect or a photothermal effect on the surface or inside of the strip-shaped inspection region, and the light is striped. Irradiate on the surface of the inspection area and detect the interference light between the reflected light and the reference light by the photoelectric conversion element which has a conjugate relationship with the sample surface, and in the band-shaped inspection area from the detected interference light intensity signal. Sample characterized by detecting the thermal strain of the same frequency component as the intensity modulation frequency caused by the photoacoustic effect or the photothermal effect and detecting the surface or internal information of the strip inspection region of the sample from the thermal strain of the frequency component Surface or internal information detection method.
【請求項2】所望の周波数で強度変調した光を帯状検査
領域を覆う形状に整形して試料表面上に照射して該帯状
検査領域の表面あるいは内部に光音響効果あるいは光熱
効果を発生させ、前記帯状検査領域を覆う形状の光を試
料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アレイで検出
し、該検出した干渉光強度信号の中から該検出した干渉
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を特
徴とする試料の表面または内部情報検出方法。
2. A light which is intensity-modulated at a desired frequency is shaped into a shape covering the band-shaped inspection region and irradiated onto the sample surface to generate a photoacoustic effect or a photothermal effect on the surface or inside of the band-shaped inspection region, The sample surface is irradiated with light having a shape that covers the band-shaped inspection region, and the interference light between the reflected light and the reference light is detected by a photoelectric conversion element array having a conjugate relationship with the sample surface, and the detected interference light intensity. From the detected interference light intensity signal, the thermal strain of the same frequency component as the intensity modulation frequency generated by the photoacoustic effect or the photothermal effect in the band-shaped inspection region is detected from the detected thermal strain of the frequency component. A method for detecting the surface or internal information of a sample, which comprises detecting the surface or internal information of a strip inspection region of the sample.
【請求項3】光源と、該光源からの光を所望の周波数で
強度変調する変調手段と、該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励
起手段と、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する干渉光検出手段と、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
る内部情報検出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。
3. A light source, a modulation means for intensity-modulating the light from the light source at a desired frequency, and irradiating the intensity-modulated light onto the surface of the band-shaped inspection region of the sample or the surface of the band-shaped inspection region. Excitation means for generating photoacoustic effect or photothermal effect inside, and photoelectric conversion in which the interference light between the reflected light and the reference light is conjugated with the sample surface by irradiating light on the surface of the strip inspection area of the sample The interference light detecting means for detecting with an element, and detecting the thermal strain of the same frequency component as the intensity modulation frequency generated by the photoacoustic effect or the photothermal effect in the band-shaped inspection region from the detected interference light intensity signal, An internal information detecting device for detecting the surface of a strip-shaped inspection region of a sample or internal information detecting means for detecting internal information from thermal strain of a frequency component.
【請求項4】光源と、該光源からの光を所望の周波数で
強度変調する変調手段と、該強度変調した光を帯状検査
領域を覆う形状に整形して試料表面上に照射して該帯状
検査領域の表面あるいは内部に光音響効果あるいは光熱
効果を発生させる励起手段と、前記帯状検査領域を覆う
形状の光を試料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ア
レイで検出する干渉光検出手段と、該検出した干渉光強
度信号の中から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内部情報検出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。
4. A light source, a modulation means for intensity-modulating the light from the light source at a desired frequency, the intensity-modulated light is shaped into a shape covering a band-shaped inspection region, and the sample surface is irradiated with the band-shaped light. Excitation means for generating a photoacoustic effect or a photothermal effect on the surface or inside of the inspection area, and irradiating the sample surface with light in a shape covering the band-shaped inspection area and interfering light between the reflected light and the reference light on the sample surface Interference light detecting means for detecting with a photoelectric conversion element array having a conjugate relationship with the above, and a photoacoustic effect or a photothermal effect in a band-shaped inspection region from among the detected interference light intensity signals among the detected interference light intensity signals And an internal information detecting means for detecting the thermal strain of the same frequency component as the intensity modulation frequency generated by the above and detecting the surface or internal information of the strip inspection region of the sample from the thermal strain of the frequency component. Sample Surface or internal information detecting device.
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CN111307059A (en) * 2020-03-23 2020-06-19 合肥知常光电科技有限公司 Photo-thermal surface deformation detection calibration device and method based on wavelength phase-shifting interference

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