JPH0347703B2 - - Google Patents
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- JPH0347703B2 JPH0347703B2 JP60105731A JP10573185A JPH0347703B2 JP H0347703 B2 JPH0347703 B2 JP H0347703B2 JP 60105731 A JP60105731 A JP 60105731A JP 10573185 A JP10573185 A JP 10573185A JP H0347703 B2 JPH0347703 B2 JP H0347703B2
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- Japan
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- specimen
- probe beam
- periodic
- heating
- radiation probe
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/72—Investigating presence of flaws
Landscapes
- General Health & Medical Sciences (AREA)
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
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- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は標本中に発生された熱波を検出する新
規かつ改良された方法及び装置に関する。さらに
特定すると、周期的温度により誘起された標本表
面の反射率の変化が、標本表面から反射される電
磁プローブビームの強度変化を検査することによ
つて監視される、非接触測定法を開示する。この
プローブビームの強度変化は標本中の熱波を検出
するのに使用される。
規かつ改良された方法及び装置に関する。さらに
特定すると、周期的温度により誘起された標本表
面の反射率の変化が、標本表面から反射される電
磁プローブビームの強度変化を検査することによ
つて監視される、非接触測定法を開示する。この
プローブビームの強度変化は標本中の熱波を検出
するのに使用される。
熱波を用いる顕微法（thermal wave
microscopy）の分野では著しく多くの研究が現
在行なわれている。熱波顕微法では標本の表面に
周期的な熱源が収束される。この熱源は代表的な
場合、強度変調されたレーザービーム又は電子ビ
ーム等の粒子流のいずれかによつて与えられる。
標本が入射エネルギーを標本表面で又はその近く
で吸収すると周期的な表面加熱が生じ、これがそ
の照射された小領域（spot）から伝播する熱波を
発生する。これらの熱波はビーム変調周波数と同
一の周波数を有する。熱波の波長はビーム周波数
及び標本の熱的パラメータの双方によつて決定さ
れる。
microscopy）の分野では著しく多くの研究が現
在行なわれている。熱波顕微法では標本の表面に
周期的な熱源が収束される。この熱源は代表的な
場合、強度変調されたレーザービーム又は電子ビ
ーム等の粒子流のいずれかによつて与えられる。
標本が入射エネルギーを標本表面で又はその近く
で吸収すると周期的な表面加熱が生じ、これがそ
の照射された小領域（spot）から伝播する熱波を
発生する。これらの熱波はビーム変調周波数と同
一の周波数を有する。熱波の波長はビーム周波数
及び標本の熱的パラメータの双方によつて決定さ
れる。
熱波顕微法で標本表面下の熱的特徴が、これら
の特徴に因る熱波の散乱及び反射を感知すること
により、検出され、像映される。熱波はたかだか
一ないし二波長を進行すると弱くて検出できない
ほどに著しく減衰される。それにも拘らず標本内
で発生された熱波を検出し、測定することの出来
る様々の方法が開発されている。
の特徴に因る熱波の散乱及び反射を感知すること
により、検出され、像映される。熱波はたかだか
一ないし二波長を進行すると弱くて検出できない
ほどに著しく減衰される。それにも拘らず標本内
で発生された熱波を検出し、測定することの出来
る様々の方法が開発されている。
検出方法の一つとして、熱波により発生される
音響波の検出がある。より具体的に述べると、熱
波が標本の加熱領域に応力−歪関係による振動を
誘起するので音響波が発生されるのである。これ
らの弾性波は真の伝播性波動であり、在来の超音
波変換器で検出できる。この方法は1981年（昭和
56年）３月21日付米国特許第4255971号に開示さ
れている。この特許は本出願と同一の譲受人に譲
渡されたもので、ここに参照として掲げる。
音響波の検出がある。より具体的に述べると、熱
波が標本の加熱領域に応力−歪関係による振動を
誘起するので音響波が発生されるのである。これ
らの弾性波は真の伝播性波動であり、在来の超音
波変換器で検出できる。この方法は1981年（昭和
56年）３月21日付米国特許第4255971号に開示さ
れている。この特許は本出願と同一の譲受人に譲
渡されたもので、ここに参照として掲げる。
了解されることであろうが、上記方法のシステ
ムは圧電結晶を利用するものであり、標本に変換
器を装着する必要のある「接触」式方法である。
この必要条件のため時間がかかり、標本汚染のお
それがあり、半導体産業で見られる製造工程での
利用には不向きである。従つて非接触式検出技術
を開発するため多くの研究がなされた。そのよう
な非接触検出法の一つは米国特許第4521188号及
び第4533510号（昭和58年４月１日出願）に記載
されており、それらを参照として掲げる。
ムは圧電結晶を利用するものであり、標本に変換
器を装着する必要のある「接触」式方法である。
この必要条件のため時間がかかり、標本汚染のお
それがあり、半導体産業で見られる製造工程での
利用には不向きである。従つて非接触式検出技術
を開発するため多くの研究がなされた。そのよう
な非接触検出法の一つは米国特許第4521188号及
び第4533510号（昭和58年４月１日出願）に記載
されており、それらを参照として掲げる。
上記の両出願には標本表面にて起こる局所的な
角度変化を監視することによつて熱波を検出する
方法とその装置とが述べられている。より具体的
に言うと、熱波が標本の局所的領域に発生される
と、標本表面は局所的熱弾性効果のため周期的加
熱をされた領域内で周期的角度変化を行なう。こ
れらの角度変化は変調された加熱ビームの周波数
と同一の周波数で起こる。これらの変化を監視す
るには、レーザービーム等のエネルギービーム
が、表面から反射されるように標本表面上に収束
される。標本表面では局所的角度変化が起きてい
るので、反射されたビームは周期的に角度変位を
経験する。この角度変位を測定することによつ
て、標本の熱波の活動に関する情報が決定され
る。この方法は熱波を検出する極めて敏感な方法
であることが証明されている。
角度変化を監視することによつて熱波を検出する
方法とその装置とが述べられている。より具体的
に言うと、熱波が標本の局所的領域に発生される
と、標本表面は局所的熱弾性効果のため周期的加
熱をされた領域内で周期的角度変化を行なう。こ
れらの角度変化は変調された加熱ビームの周波数
と同一の周波数で起こる。これらの変化を監視す
るには、レーザービーム等のエネルギービーム
が、表面から反射されるように標本表面上に収束
される。標本表面では局所的角度変化が起きてい
るので、反射されたビームは周期的に角度変位を
経験する。この角度変位を測定することによつ
て、標本の熱波の活動に関する情報が決定され
る。この方法は熱波を検出する極めて敏感な方法
であることが証明されている。
それとは対照的に、本発明は独立の、かつ全く
異なつた熱波検出方法を目指している。ここに関
示する技術は熱波検出における独立な根拠として
使用できよう。さらに上述した諸方法と併せて使
用すれば標本の特性について新たな、かつ驚異的
な情報が得られよう。標本に関する附加的情報を
得るべく二つの異なつた熱波検出方法を使用する
ことの利点は、米国特許第4679946号に詳細に述
べられているが、その出願を参考として掲げる。
これらの利点を以下に簡単に述べる。
異なつた熱波検出方法を目指している。ここに関
示する技術は熱波検出における独立な根拠として
使用できよう。さらに上述した諸方法と併せて使
用すれば標本の特性について新たな、かつ驚異的
な情報が得られよう。標本に関する附加的情報を
得るべく二つの異なつた熱波検出方法を使用する
ことの利点は、米国特許第4679946号に詳細に述
べられているが、その出願を参考として掲げる。
これらの利点を以下に簡単に述べる。
プローブビームの反射の監視による検出又は変
換器を介する音響波の検出等の上記方法では、発
生する出力信号は主として、標本における温度分
布の積分の関数である。それとは対照的に本シス
テムは反射率の測定に基づいており、その出力信
号は主として表面温度の関数である。このような
二つの独立な測定による熱波信号が得られること
によつて標本の厚さ及び組成に関する変量の評価
が共に可能となる。このことは上記同時係属出願
の本題であり、詳細に記載されており、参考とし
て掲げる。しかしながら、本発明は新規な検出技
術を与えるのみならず、他の測定技術と組合され
れば先行技術には見出すことのできなかつた完全
に新しい、かつ強力な解析的手段を確定すること
を了解されたい。
換器を介する音響波の検出等の上記方法では、発
生する出力信号は主として、標本における温度分
布の積分の関数である。それとは対照的に本シス
テムは反射率の測定に基づいており、その出力信
号は主として表面温度の関数である。このような
二つの独立な測定による熱波信号が得られること
によつて標本の厚さ及び組成に関する変量の評価
が共に可能となる。このことは上記同時係属出願
の本題であり、詳細に記載されており、参考とし
て掲げる。しかしながら、本発明は新規な検出技
術を与えるのみならず、他の測定技術と組合され
れば先行技術には見出すことのできなかつた完全
に新しい、かつ強力な解析的手段を確定すること
を了解されたい。
したがつて、本発明の目的は、熱波検出の新規
かつ改良された装置及び方法を与えることであ
る。
かつ改良された装置及び方法を与えることであ
る。
本発明のもう一つの目的は標本の反射率の変化
に基づき熱波を検出する新規かつ改良された装置
及び方法を与えることである。
に基づき熱波を検出する新規かつ改良された装置
及び方法を与えることである。
本発明のさらに別の発明は表面温度の変化に基
づく熱波検出の方法及び装置を与えることであ
る。
づく熱波検出の方法及び装置を与えることであ
る。
これらの目的のみならず他の多数の目的に従い
本発明は熱波検出の新らしいかつ改良された方法
及び装置を与える。その方法及び装置は標本が周
期的に加熱されて生じる標本の光学的反射率が標
本の熱的特性に応じて変動するという原理に基づ
いている。光学的反射率はある程度まで、温度に
依存することが知られている。この依存性は次式
により確定される。
本発明は熱波検出の新らしいかつ改良された方法
及び装置を与える。その方法及び装置は標本が周
期的に加熱されて生じる標本の光学的反射率が標
本の熱的特性に応じて変動するという原理に基づ
いている。光学的反射率はある程度まで、温度に
依存することが知られている。この依存性は次式
により確定される。
(1) RT＝Rp＋（∂R／∂T）（ΔT）
この方程式においてRpは設定された温度にお
ける反射率を表わし、式の第２項は表面温度の変
化に帰因する反射率の変化を与えている。（∂R／
∂T）という項は温度変化に対する反射率の変化
率を示す温度係数である。（ΔT）という項は標
本表面における温度変化である。
ける反射率を表わし、式の第２項は表面温度の変
化に帰因する反射率の変化を与えている。（∂R／
∂T）という項は温度変化に対する反射率の変化
率を示す温度係数である。（ΔT）という項は標
本表面における温度変化である。
第１項のRpは100゜未満の温度変化（ΔT）に対
しては第２項より少なくとも４桁程度大きい。さ
らに光検出器で測つた。Rpに関連するノイズの
レベルは√p程度である。√pはまだ第２項よ
り100倍大きく、第２項の測定を極めて困難にし
ている。絶対値でいうと（∂R／∂T）（ΔT）／Rp
という比の値は10-4ないし10-5であり、従つて測
定するパラメータとしては使用されたことがな
い。
しては第２項より少なくとも４桁程度大きい。さ
らに光検出器で測つた。Rpに関連するノイズの
レベルは√p程度である。√pはまだ第２項よ
り100倍大きく、第２項の測定を極めて困難にし
ている。絶対値でいうと（∂R／∂T）（ΔT）／Rp
という比の値は10-4ないし10-5であり、従つて測
定するパラメータとしては使用されたことがな
い。
本発明によれば、この困難は加熱源を変調する
ことによつて克服される。変調ビームの周波数と
同一周波数にて生ずる反射率の周期的変化が監視
される。この情報は信号を狭い帯域のフイルタを
通すことにより処理される。その結果、周期的温
度変化（ΔT）に帰因する周期的反射率（ΔRT）
のみが測定され、絶対的反射率RTは測られない。
ことによつて克服される。変調ビームの周波数と
同一周波数にて生ずる反射率の周期的変化が監視
される。この情報は信号を狭い帯域のフイルタを
通すことにより処理される。その結果、周期的温
度変化（ΔT）に帰因する周期的反射率（ΔRT）
のみが測定され、絶対的反射率RTは測られない。
周期的反射率信号（ΔRT）は次式により定義さ
れる。
れる。
(2) ΔRT＝（∂R／∂T）（ΔT）
上式からわかるように、周期的反射率信号
（ΔRT）は反射率の温度係数（∂R／∂T）と周期
的表面温度（ΔT）の積に依存する。周期的反射
率信号（ΔRT）はしたがつて周期的表面温度
（ΔT）の目安を与えのるである。周期的表面温
度はさらにその物体内の熱波の伝播及び相互作用
に関する情報を与える。したがつて適当な数学的
方程式を用いて反射率の変化に基づき熱波の活動
度を決定することができる。熱波の計算は基準標
本を基にして信号を規格化することにより行なわ
れるが、詳細は下に述べる。
（ΔRT）は反射率の温度係数（∂R／∂T）と周期
的表面温度（ΔT）の積に依存する。周期的反射
率信号（ΔRT）はしたがつて周期的表面温度
（ΔT）の目安を与えのるである。周期的表面温
度はさらにその物体内の熱波の伝播及び相互作用
に関する情報を与える。したがつて適当な数学的
方程式を用いて反射率の変化に基づき熱波の活動
度を決定することができる。熱波の計算は基準標
本を基にして信号を規格化することにより行なわ
れるが、詳細は下に述べる。
前述の原理に基づく標本の存在を検出する方法
及び装置を開示する。上述したように標本は標本
表面上の小領域に周期的局所加熱を行なうことに
よつて発生される。本発明によれば熱波の測定用
の装置は、標本の加熱された平面から反射される
べく、標本表面上の周期的加熱領域部分に指向さ
れる放射線プローブを含む。その周期的加熱の結
果生ずる反射された放射線プローブの強度変化を
測定する装置が与えられる。最後に、熱波の存在
を検出するため、反射された放射線プローブから
測定される強度変化を処理する装置が与えられ
る。
及び装置を開示する。上述したように標本は標本
表面上の小領域に周期的局所加熱を行なうことに
よつて発生される。本発明によれば熱波の測定用
の装置は、標本の加熱された平面から反射される
べく、標本表面上の周期的加熱領域部分に指向さ
れる放射線プローブを含む。その周期的加熱の結
果生ずる反射された放射線プローブの強度変化を
測定する装置が与えられる。最後に、熱波の存在
を検出するため、反射された放射線プローブから
測定される強度変化を処理する装置が与えられ
る。
本発明のさらに別の目的及び利点は添付の図面
と下記の説明から明らかとなろう。
と下記の説明から明らかとなろう。
第１図を参照すると本発明の方法を遂行するた
めの装置２０が図示されている。標本台２４上に
は標本２２が静止されている。標本台２４は標本
が本発明による加熱用及びプローブ用のビームに
よつてラスタリング（rastering）されるように、
二つの直交方向に運動することができる。その制
御は上記米国特許第4255971号にも開示されてお
り、公知である。
めの装置２０が図示されている。標本台２４上に
は標本２２が静止されている。標本台２４は標本
が本発明による加熱用及びプローブ用のビームに
よつてラスタリング（rastering）されるように、
二つの直交方向に運動することができる。その制
御は上記米国特許第4255971号にも開示されてお
り、公知である。
第１図に示されているように、熱波を発生する
装置が示されている。この装置は変調器３２によ
つて強度変調されるレーザビーム３４を出力する
レーザー３０により構成される。好ましい実施例
ではビーム３４は顕微鏡対物レンズ３８によつて
標本表面上に収束される。この周期的加熱がビー
ムの中心部から外方へ伝播する熱波源である。熱
波は、数学的には在来の伝播性波動の散乱及び反
射と等価な現象を、熱的境界及び障碍物との相互
作用により起こす。周囲とは熱的特性の異なつた
標本表面上の又は表面下の特性が熱波を反射し、
散乱し、その結果これら熱波が可視的になるので
ある。
装置が示されている。この装置は変調器３２によ
つて強度変調されるレーザビーム３４を出力する
レーザー３０により構成される。好ましい実施例
ではビーム３４は顕微鏡対物レンズ３８によつて
標本表面上に収束される。この周期的加熱がビー
ムの中心部から外方へ伝播する熱波源である。熱
波は、数学的には在来の伝播性波動の散乱及び反
射と等価な現象を、熱的境界及び障碍物との相互
作用により起こす。周囲とは熱的特性の異なつた
標本表面上の又は表面下の特性が熱波を反射し、
散乱し、その結果これら熱波が可視的になるので
ある。
この強度変調された加熱源はＸ線、ガンマ線、
赤外線、紫外線、可視光、マイクロ波又はラジオ
波等を含めたいろいろな波長の電磁放射線により
与えることができる。強度変調された加熱源はま
た電子、陽子、中性子、イオン又は分子のビーム
等の強度変調された粒子流と標本との相互作用か
ら生ずる熱的励起を介しても発生することができ
る。しかし、レーザービームを指向させ、収束さ
せることが容易なため、図示した実施例が好まし
いと考えられる。
赤外線、紫外線、可視光、マイクロ波又はラジオ
波等を含めたいろいろな波長の電磁放射線により
与えることができる。強度変調された加熱源はま
た電子、陽子、中性子、イオン又は分子のビーム
等の強度変調された粒子流と標本との相互作用か
ら生ずる熱的励起を介しても発生することができ
る。しかし、レーザービームを指向させ、収束さ
せることが容易なため、図示した実施例が好まし
いと考えられる。
強度変調されたビーム３４は対物レンズ３８を
通過する前に二色性鏡３６を通過する。好ましい
実施例では加熱ビームはアルゴンイオンレーザー
であり、二色性鏡はアルゴンイオン放射線には透
明である。下記のように、二色性鏡は測定用レー
ザービームを反射すべく機能する。この後者ビー
ムは好ましくはヘリウム−ネオンレーザーにより
発生される。
通過する前に二色性鏡３６を通過する。好ましい
実施例では加熱ビームはアルゴンイオンレーザー
であり、二色性鏡はアルゴンイオン放射線には透
明である。下記のように、二色性鏡は測定用レー
ザービームを反射すべく機能する。この後者ビー
ムは好ましくはヘリウム−ネオンレーザーにより
発生される。
本発明によれば標本内に発生された熱波を検出
する新規かつ改良された方法及び装置が与えられ
る。その検出装置は、変調されたエネルギービー
ム３４により周期的に加熱された標本の表面に指
向される光プローブビームを含む。図示した実施
例では光プローブビームはヘリウム−ネオンレー
ザー５０により発生される。標本表面上の温度変
化によつてビーム反射率が影響を受ける限り、プ
ローブビームには他のいろいろな電磁放射線源を
使用してよい。
する新規かつ改良された方法及び装置が与えられ
る。その検出装置は、変調されたエネルギービー
ム３４により周期的に加熱された標本の表面に指
向される光プローブビームを含む。図示した実施
例では光プローブビームはヘリウム−ネオンレー
ザー５０により発生される。標本表面上の温度変
化によつてビーム反射率が影響を受ける限り、プ
ローブビームには他のいろいろな電磁放射線源を
使用してよい。
プローブビーム５２はヘリウム−ネオンレーザ
ー５０から発出されたものであるが、偏光スプリ
ツタ５４を通過する。この偏光スプリツターはレ
ーザー５０から発出するコヒーレント光が自由に
透過できるように向けられている。このスプリツ
タは、しかしながら、ビーム５２に対して位相が
90゜回転されている光はすべて反射する。この配
置をとつた理由は下で明らかとなろう。
ー５０から発出されたものであるが、偏光スプリ
ツタ５４を通過する。この偏光スプリツターはレ
ーザー５０から発出するコヒーレント光が自由に
透過できるように向けられている。このスプリツ
タは、しかしながら、ビーム５２に対して位相が
90゜回転されている光はすべて反射する。この配
置をとつた理由は下で明らかとなろう。
光プローブ５２は次に1/4波長板５５を通過す
る。波長板５５はプローブビームを位相にして
45゜だけ回転させるべく機能する。了解されるこ
とであろうが、ビームの帰路ではこの波長はビー
ムをさらに位相にして45゜回転させる結果、ビー
ムがスプリツタ５４に到達したときは、ビームの
位相は入射時より90゜回転されている。この配置
により、スプリツタ５４は逆反射された光ビーム
を検出器５６まで反射する。これについては下に
詳述する。
る。波長板５５はプローブビームを位相にして
45゜だけ回転させるべく機能する。了解されるこ
とであろうが、ビームの帰路ではこの波長はビー
ムをさらに位相にして45゜回転させる結果、ビー
ムがスプリツタ５４に到達したときは、ビームの
位相は入射時より90゜回転されている。この配置
により、スプリツタ５４は逆反射された光ビーム
を検出器５６まで反射する。これについては下に
詳述する。
プローブビーム５２が初めに波長板５５を通過
した後、ビームは二色性鏡３６によつて下方に反
射される。上述したように二色性鏡はアルゴンイ
オン光には透明であるがヘリウム−ネオン周波数
の光線は反射する。好ましい実施例ではこの加熱
ビーム及びプローブビームはこれら両者が重畳し
てレンズ３８を通過し、標本表面上の小領域に収
束されるように、整合されている。プローブビー
ム及び加熱ビームを同一小領域に収束させること
によつて最大の信号出力が達成できる。
した後、ビームは二色性鏡３６によつて下方に反
射される。上述したように二色性鏡はアルゴンイ
オン光には透明であるがヘリウム−ネオン周波数
の光線は反射する。好ましい実施例ではこの加熱
ビーム及びプローブビームはこれら両者が重畳し
てレンズ３８を通過し、標本表面上の小領域に収
束されるように、整合されている。プローブビー
ム及び加熱ビームを同一小領域に収束させること
によつて最大の信号出力が達成できる。
対象とする反射率信号はビーム３４により周期
的に加熱される標本表面の任意の領域に存在する
ことを了解されたい。したがつて対象とする信号
を検出するためにプローブビームが加熱ビーム３
４と正しく重畳している必要はない。それ故加熱
ビーム３４又はプローブビーム５２のいずれかの
収束には対物レンズは不要である。レンズはビー
ム３４によつて周期的に加熱される領域内の少な
くとも一部分にプローブビームを指向させるため
に必要なのである。周期的加熱領域の大きさを計
算する方程式と議論は米国特許第4521188号に述
べられている。簡潔に言うと加熱ビームの中心か
ら外方に延びる加熱領域の直径は加熱ビームの変
調周波数及び直径並びに標本の熱的パラメータの
関数である。
的に加熱される標本表面の任意の領域に存在する
ことを了解されたい。したがつて対象とする信号
を検出するためにプローブビームが加熱ビーム３
４と正しく重畳している必要はない。それ故加熱
ビーム３４又はプローブビーム５２のいずれかの
収束には対物レンズは不要である。レンズはビー
ム３４によつて周期的に加熱される領域内の少な
くとも一部分にプローブビームを指向させるため
に必要なのである。周期的加熱領域の大きさを計
算する方程式と議論は米国特許第4521188号に述
べられている。簡潔に言うと加熱ビームの中心か
ら外方に延びる加熱領域の直径は加熱ビームの変
調周波数及び直径並びに標本の熱的パラメータの
関数である。
測定されるべき信号は非常に小さく、プローブ
ビームのDCレベルの10-5程度なので、検出のた
め出力を最大限にするあらゆる努力をしなければ
ならない。したがつてプローブビームを加熱ビー
ムにほぼ重畳させて指向させることが望ましい。
プローブビームの指向は鏡３６の運動によつて達
成される。プローブビームの加熱ビームとの整合
は上記米国特許第4521188号に述べられている測
定技術と対照的である。この米国特許第4521188
号ではプローブビームは加熱ビームの中心から離
されるが周期的加熱領域内にはあることが好まし
い。それの明細に詳細に述べられているようにプ
ローブビームは標本表面の角度変化を測定すべく
意図されている。しかしながら、加熱領域中心に
おける標本表面は垂直方向運動のみを行なう。角
度変化は加熱ビーム中心から離隔された表面上の
領域で起こる。
ビームのDCレベルの10-5程度なので、検出のた
め出力を最大限にするあらゆる努力をしなければ
ならない。したがつてプローブビームを加熱ビー
ムにほぼ重畳させて指向させることが望ましい。
プローブビームの指向は鏡３６の運動によつて達
成される。プローブビームの加熱ビームとの整合
は上記米国特許第4521188号に述べられている測
定技術と対照的である。この米国特許第4521188
号ではプローブビームは加熱ビームの中心から離
されるが周期的加熱領域内にはあることが好まし
い。それの明細に詳細に述べられているようにプ
ローブビームは標本表面の角度変化を測定すべく
意図されている。しかしながら、加熱領域中心に
おける標本表面は垂直方向運動のみを行なう。角
度変化は加熱ビーム中心から離隔された表面上の
領域で起こる。
これら二つの方法で検出に利用できる信号の強
度を標本表面上加熱源からの距離の関数としてグ
ラフ化したものが第２図に示されている。その図
で水平軸は標本表面上の加熱点Ｃからの距離を示
す。鉛直軸線は利用可能な信号強度の目安であ
る。曲線７０は屈折検出法で得られる信号を表わ
し、曲線７２は本出願の反射率検出法で得られる
信号強度を示す。曲線７０からわかるように屈折
法で測定しうる最大出力信号は加熱ビーム中心に
隣接したところで最小である。信号はその中心か
ら外方へ向かう位置で増大し、周期的加熱領域の
境界へ向けて減少していく。周期的加熱領域の実
際の寸法は先の出願中に記載されている方程式に
よつて算出できる。上記のものとは対照的に、曲
線７２は反射率出力信号はプローブビームが加熱
ビームに中心にそろえたときに最大となる。第２
図から本方法では最大信号出力はプローブビーム
を加熱レーザービームに重畳させるべく収束する
ことにより達成できることは明瞭であろう。
度を標本表面上加熱源からの距離の関数としてグ
ラフ化したものが第２図に示されている。その図
で水平軸は標本表面上の加熱点Ｃからの距離を示
す。鉛直軸線は利用可能な信号強度の目安であ
る。曲線７０は屈折検出法で得られる信号を表わ
し、曲線７２は本出願の反射率検出法で得られる
信号強度を示す。曲線７０からわかるように屈折
法で測定しうる最大出力信号は加熱ビーム中心に
隣接したところで最小である。信号はその中心か
ら外方へ向かう位置で増大し、周期的加熱領域の
境界へ向けて減少していく。周期的加熱領域の実
際の寸法は先の出願中に記載されている方程式に
よつて算出できる。上記のものとは対照的に、曲
線７２は反射率出力信号はプローブビームが加熱
ビームに中心にそろえたときに最大となる。第２
図から本方法では最大信号出力はプローブビーム
を加熱レーザービームに重畳させるべく収束する
ことにより達成できることは明瞭であろう。
プローブビームは標本表面から反射される際に
電子と相互作用するので表面にて標本の格子構造
と相互作用する。標本の格子構造は標本の温度が
周期的に変化するに伴い周期的変化を行なう。こ
のプローブビームはこの格子構造の変化を実質上
「見る」のであり、ビームの強度変化レベルは標
本表面の熱的状態の変動と共に変化するのであ
る。
電子と相互作用するので表面にて標本の格子構造
と相互作用する。標本の格子構造は標本の温度が
周期的に変化するに伴い周期的変化を行なう。こ
のプローブビームはこの格子構造の変化を実質上
「見る」のであり、ビームの強度変化レベルは標
本表面の熱的状態の変動と共に変化するのであ
る。
プローブビームは次いで二色性鏡まで反射し戻
されて、そこでビームは入射路に沿つて反射し戻
され、又1/4波長板５５を通過する。上述のよう
に波長板５５はプローブビームの位相をさらに
45゜回転させ、ビームがスプリツタ５４に到達す
るときはその位相が元のビームに対して90゜回転
されている。したがつて、このスプリツタは逆反
射されたプローブビームを検出器５６に向けて上
方に反射する。
されて、そこでビームは入射路に沿つて反射し戻
され、又1/4波長板５５を通過する。上述のよう
に波長板５５はプローブビームの位相をさらに
45゜回転させ、ビームがスプリツタ５４に到達す
るときはその位相が元のビームに対して90゜回転
されている。したがつて、このスプリツタは逆反
射されたプローブビームを検出器５６に向けて上
方に反射する。
放射線ビームの強度変化が検出されるべきなの
で、標準的光検出器が感知機構として使用でき
る。測定される強度変化は次に、変動出力信号に
より示される変動性表面温度状態に基づいた熱波
に関するデータを導出すべく、プロセツサに与え
るように出力される。
で、標準的光検出器が感知機構として使用でき
る。測定される強度変化は次に、変動出力信号に
より示される変動性表面温度状態に基づいた熱波
に関するデータを導出すべく、プロセツサに与え
るように出力される。
プロセツサ５８は、実施される検査形態の種類
に対応して動作する。すべての場合にプロセツサ
は、標本の周期的加熱により発生される周期的反
射率変化の結果である入射プローブビーム強度変
化を評価するように設計されている。これらの周
期的強度変化はフイルタにかけられて評価しうる
信号を発生する。
に対応して動作する。すべての場合にプロセツサ
は、標本の周期的加熱により発生される周期的反
射率変化の結果である入射プローブビーム強度変
化を評価するように設計されている。これらの周
期的強度変化はフイルタにかけられて評価しうる
信号を発生する。
周期的反射率信号からの熱波の導出は測定され
た信号の位相又は大きさのいずれかを規格化する
ことにより行なわれる。これらの規格化された値
は次に既知基準標本から採られた規格化済みの値
に比較される。この一般的型式のものの計算は
1982年６月号「ジヤーナル・オブ・アプライド・
フイジクス」誌のジヨン・オプサル及びアラン・
ローゼンクウエイグ共著の「熱波深度プロフアイ
ル：理論」と題する記事に述べられている。この
記事に述べられている計算は、標本表面下の温度
積分の関数である出力信号を測定する検出方法に
基づいている。上述したように本検出システム
は、主として表面温度の関数である出力信号を測
定し、従つて計算はそれ相応に修正せねばならな
い。
た信号の位相又は大きさのいずれかを規格化する
ことにより行なわれる。これらの規格化された値
は次に既知基準標本から採られた規格化済みの値
に比較される。この一般的型式のものの計算は
1982年６月号「ジヤーナル・オブ・アプライド・
フイジクス」誌のジヨン・オプサル及びアラン・
ローゼンクウエイグ共著の「熱波深度プロフアイ
ル：理論」と題する記事に述べられている。この
記事に述べられている計算は、標本表面下の温度
積分の関数である出力信号を測定する検出方法に
基づいている。上述したように本検出システム
は、主として表面温度の関数である出力信号を測
定し、従つて計算はそれ相応に修正せねばならな
い。
一旦熱波情報が導出されると標本について有意
な情報を与えるための解析を行なうことができ
る。いろいろの型式の熱波解析が、本発明と同一
の譲受人に譲渡された米国特許第4513384号に記
載されており、ここにそれを参考として掲げる。
たとえば、薄いフイルム層の厚さに関する評価が
行える。さらに熱的パラメータの深度プロフアイ
ル的変化を得ることができる。
な情報を与えるための解析を行なうことができ
る。いろいろの型式の熱波解析が、本発明と同一
の譲受人に譲渡された米国特許第4513384号に記
載されており、ここにそれを参考として掲げる。
たとえば、薄いフイルム層の厚さに関する評価が
行える。さらに熱的パラメータの深度プロフアイ
ル的変化を得ることができる。
再び第１図を参照すると、加熱ビーム及びプロ
ーブビームに対する標本の運動を簡単化するよう
に制御される標本台２４が与えられている。この
ように構成することによつて、２次元熱波像が直
ちに発生できる。この代りの方法として、製造工
程の場合、もしも特定の製造方法が成功裏に行な
われているのなら点状検査（point testing）を
利用して評価が行なえよう。熱波解析は集積回路
の評価には特に適している。
ーブビームに対する標本の運動を簡単化するよう
に制御される標本台２４が与えられている。この
ように構成することによつて、２次元熱波像が直
ちに発生できる。この代りの方法として、製造工
程の場合、もしも特定の製造方法が成功裏に行な
われているのなら点状検査（point testing）を
利用して評価が行なえよう。熱波解析は集積回路
の評価には特に適している。
要約すると、標本表面上の小領域に与える周期
的局所加熱によつて標本中に発生された熱波を検
出するための新規かつ改良された方法及び装置を
開示した。本発明は、周期的に加熱されている領
域の一部分上に、標本表面から反射されるべく指
向される放射線プローブを含む。この周期的加熱
の結果生ずる反射放射線プローブ強度変化を測定
するための装置が与えられる。熱波の存在を検出
するため、反射された放射線プローブの強度変化
を解析する処理装置が与えられる。
的局所加熱によつて標本中に発生された熱波を検
出するための新規かつ改良された方法及び装置を
開示した。本発明は、周期的に加熱されている領
域の一部分上に、標本表面から反射されるべく指
向される放射線プローブを含む。この周期的加熱
の結果生ずる反射放射線プローブ強度変化を測定
するための装置が与えられる。熱波の存在を検出
するため、反射された放射線プローブの強度変化
を解析する処理装置が与えられる。
本発明は好ましい実施例について述べられた
が、前記特許請求の範囲により確定される本発明
の要旨及び範囲を変更することなく、当業者なら
他のいろいろの変更及び設計変更を行なうことが
できよう。
が、前記特許請求の範囲により確定される本発明
の要旨及び範囲を変更することなく、当業者なら
他のいろいろの変更及び設計変更を行なうことが
できよう。
第１図は本発明による熱波検出を遂行するため
の装置のブロツク線図と略線図の複合図であり、
第２図は、反射率及び屈折型の両熱波検出システ
ムにおける利用可能な信号強度を、加熱源からの
標本表面上の距離の関数として測定した値を比較
し、グラフ表示した図である。 ２０……熱波検出装置、２２……標本、２４…
…標本台、３０……加熱ビーム発生装置、３２…
…加熱ビーム変調装置、３４……加熱ビーム、３
６……二色性鏡、３８……対物レンズ、５０……
放射プローブ発生源、５２……放射プローブ、５
４……スプリツタ、５５……1/4波長板、５６…
…熱波信号検出器、５８……信号処理装置。
の装置のブロツク線図と略線図の複合図であり、
第２図は、反射率及び屈折型の両熱波検出システ
ムにおける利用可能な信号強度を、加熱源からの
標本表面上の距離の関数として測定した値を比較
し、グラフ表示した図である。 ２０……熱波検出装置、２２……標本、２４…
…標本台、３０……加熱ビーム発生装置、３２…
…加熱ビーム変調装置、３４……加熱ビーム、３
６……二色性鏡、３８……対物レンズ、５０……
放射プローブ発生源、５２……放射プローブ、５
４……スプリツタ、５５……1/4波長板、５６…
…熱波信号検出器、５８……信号処理装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 標本表面上の小領域を周期的及び局所的に加
熱することにより発生する標本中の熱波を検出す
る装置であつて、 放射線プローブビームと、 該放射線プローブビームが前記標本表面から反
射されるべく前記標本の周期的加熱領域上に該放
射線プローブビームを指向させる装置と、 前記周期的加熱により誘導された前記標本の光
学的反射率の周期的変化によつて生ずる前記反射
された放射線プローブビームの周期的強度変化を
測定する装置と、 前記周期的加熱装置の変調周波数において発生
した前記反射された放射線プローブビームの前記
測定された周期的強度変化を処理して前記熱波の
存在を検出する装置と、 を含む検出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
て、該放射線プローブビームを指向させる装置
が、周期的に加熱されている前記領域の中心に前
記放射プローブビームが向くように配置されてい
る検出装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
て、前記放射線プローブビームの周期的強度変化
を測定する装置が光検出器である検出装置。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
て、前記放射線プローブビームがレーザーにより
確立される検出装置。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の装置におい
て、前記放射線プローブビームに関して標本をラ
スタリングする装置をさらに含む検出装置。 ６ 標本表面上の小領域を周期的及び局所的に加
熱することにより発生する標本中の熱波を検出す
る方法であつて、 放射線プローブビームが前記標本表面から反射
されるべく前記標本表面上の周期的加熱領域の一
部に該放射線プローブビームを指向させる段階
と、 前記周期的加熱により誘導された前記標本の光
学的反射率の周期的変化によつて生ずる前記反射
された放射線の周期的強度変化を測定する段階
と、 前記周期的加熱源の変調周波数において発生し
た前記反射された放射プローブビームの前記測定
された周期的強度変化を処理して前記熱波の存在
を検出する段階と、 を含む熱波検出方法。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載の方法におい
て、前記放射線プローブビームが前記小領域の周
期的加熱によつて周期的に加熱された領域の中心
に指向される熱波検出方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US612075 | 1984-05-21 | ||
| US06/612,075 US4579463A (en) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | Detecting thermal waves to evaluate thermal parameters |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS612046A JPS612046A (ja) | 1986-01-08 |
| JPH0347703B2 true JPH0347703B2 (ja) | 1991-07-22 |
Family
ID=24451614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60105731A Granted JPS612046A (ja) | 1984-05-21 | 1985-05-17 | 熱波を検出する方法及びその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4579463A (ja) |
| EP (1) | EP0165711B1 (ja) |
| JP (1) | JPS612046A (ja) |
| DE (1) | DE3583705D1 (ja) |
Families Citing this family (93)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4589783A (en) * | 1984-04-04 | 1986-05-20 | Wayne State University | Thermal wave imaging apparatus |
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| US4679946A (en) * | 1984-05-21 | 1987-07-14 | Therma-Wave, Inc. | Evaluating both thickness and compositional variables in a thin film sample |
| US4682897A (en) * | 1984-12-10 | 1987-07-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Light scattering measuring apparatus |
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