JPH02251752A - Ultrasonic microscope lens and reflected wave collecting method using same - Google Patents

Ultrasonic microscope lens and reflected wave collecting method using same

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JPH02251752A
JPH02251752A JP1072960A JP7296089A JPH02251752A JP H02251752 A JPH02251752 A JP H02251752A JP 1072960 A JP1072960 A JP 1072960A JP 7296089 A JP7296089 A JP 7296089A JP H02251752 A JPH02251752 A JP H02251752A
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To facilitate the selective control of the inclination of transmitting-receiving apparatuses with an object to be inspected and to perform measurement of high accuracy with high resolving power by holding a converging type transmitting-receiving apparatus and non- converging type transmitting-receiving apparatus at a predetermined angle. CONSTITUTION:A converging type transmitting-receiving apparatus 10a is constituted so that a piezoelectric body 101a composed of a curved plate-shaped body is held between a pair of curved plate-shaped electrodes 102a and the ultrasonic wave transmitting/incident surface thereof is formed into a concave surface. A non-converging type transmitting-receiving apparatus 10b is constituted so that piezoelectric body 101b composed of a flat plate-shaped body is held between a pair of planar electrodes 102b and the ultrasonic wave transmitting/ incident surface thereof is made planar. The apparatuses 10a, 10b are supported by an ultrasonic transmitting-receiving apparatus holder 100C so as to hold the angle formed by the ultrasonic wave transmitting/incident directions of both apparatuses 10a, 10b to constitute a microscopic lens. The concave surface of the apparatus 10a can be formed into a spherical or cylindrical surface. When the concave surface is the spherical surface, said apparatus 10a becomes a point converging lens and, when said concave surface is the cylindrical surface, the apparatus 10a becomes a line converging lens. Further, either one of the apparatuses 10a, 10b may be set to an ultrasonic wave transmitting means and the other may be set to a receiving means.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は被検体表面に意図した入射角で超音波を斜めに
入射し、その反射波を採取して超音波の入射角に依存し
て得られる周波数分布の形状から膜厚測定や密着性測定
等を行うに際し用いる超音波顕微鏡レンズと、その超音
波顕微鏡レンズを用いた反射波採取方法に関するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] <Industrial Application Field> The present invention obliquely injects an ultrasonic wave onto the surface of a subject at an intended angle of incidence, collects the reflected waves, and detects the reflected waves depending on the angle of incidence of the ultrasonic wave. The present invention relates to an ultrasonic microscope lens used to measure film thickness, adhesion, etc. from the shape of the resulting frequency distribution, and a method for collecting reflected waves using the ultrasonic microscope lens.

〈従来技術〉 超音波を用いて被検体の構造や弾性定数を非破壊に定量
的に測定する方法として超音波顕微鏡のレンズを用いる
V(z)曲線法がある。V(z)曲線法は、超音波顕微
鏡のレンズを被検体表面に垂直に上下させたとき、被検
体表面に弾性表面波が励起される事に起因して弾性表面
波の位相速度に対応した周期で出力が振動することから
、その振動周期から弾性表面波の位相速度を求めるもの
である0弾性表面波の位相速度は被検体の構造パラメー
タ、物性定数の関数として求めることができるため、観
測された弾性表面波の位相速度から逆に被検体の構造パ
ラメータ、物性定数を測定することができる。
<Prior Art> As a method for non-destructively and quantitatively measuring the structure and elastic constants of an object using ultrasound, there is a V(z) curve method using a lens of an ultrasound microscope. The V(z) curve method corresponds to the phase velocity of surface acoustic waves due to the fact that surface acoustic waves are excited on the surface of the object when the lens of the ultrasound microscope is moved up and down perpendicular to the surface of the object. Since the output oscillates with a period, the phase velocity of the surface acoustic wave is determined from the oscillation period.The phase velocity of the surface acoustic wave can be determined as a function of the structural parameters and physical constants of the object, so it is difficult to observe. In turn, the structural parameters and physical constants of the object can be measured from the phase velocity of the surface acoustic waves.

また被検体の表面に励起され弾性表面波の励起現象を用
いて、被検体の弾性定数や膜厚等の構造を測定するもの
として特開昭61−20803号公報、また膜の基板へ
の密着性を評価するものとして特願昭63−20256
9号公報に記載された技術がある。これらは第3図Aに
示すように送信用トランスジェーサ−23で発振された
超音波を、基板18の上に膜19の形成されている被検
体21に、基板と膜及び超音波伝播用液体を構成する物
質によって決定されるある範囲の入射角度θ1で入射す
ると、入射角と同じ角度で被検体21から超音波が放射
される。放射された反射波を受信用トランスジューサー
24で検出して第3図Bに示す周波数分布26を得ると
、入射角θ1および被検体21の構造パラメーターや弾
性的性質に依存した周波数で反射出力が極小をとること
を利用したものである。WA膜厚測定法は(1)式によ
って膜厚を測定する。
Furthermore, JP-A-61-20803 discloses a method for measuring structures such as elastic constants and film thickness of a test object using the excitation phenomenon of surface acoustic waves excited on the surface of the test object. Patent application No. 63-20256 for evaluating gender
There is a technique described in Publication No. 9. As shown in FIG. 3A, these transmit ultrasonic waves oscillated by a transmitting transducer 23 to a subject 21 on which a membrane 19 is formed on a substrate 18. When the ultrasonic wave is incident at an incident angle θ1 within a certain range determined by the substance constituting the liquid, the subject 21 emits an ultrasonic wave at the same angle as the incident angle. When the emitted reflected waves are detected by the receiving transducer 24 to obtain the frequency distribution 26 shown in FIG. This takes advantage of taking the minimum value. The WA film thickness measurement method measures the film thickness using equation (1).

fXd−C(一定)     (1) ここでdは膜厚、fは受信用トランスジューサー24で
得られた反射波の周波数分布26において反射波出力極
小現象を起こした周波数、Cは基板と膜及び超音波伝播
用液体の構成物質及び超音波の入射角によりて決まる定
数である。
F This is a constant determined by the constituent materials of the ultrasonic propagation liquid and the incident angle of the ultrasonic waves.

一方、密着判断方法では入射角をずらしたときのそれぞ
れの入射角での反射波出力極小の周波数の変化の仕方か
ら、膜と基板の間に他物質よりなる中間層の存否、剥離
を検出するものである。これらの測定方法に用いられる
超音波類@鏡レンズに関する文献として特開昭61−’
79157号公報や特開昭61−79158号公報等が
ある。しかしこれらの超音波顕微鏡レンズは入射角を変
えることが出来ず、膜と基板の構成物質が変わると弾性
表面波を励起する入射角度が変わるため測定が不可能と
なる。特に未知の物質によりなる被検体において測定を
試みる場合、入射角を連続的に変化させて反射波出力極
小現象の起こる最適の入射角を探さねばならず、非常な
時間と労力を必要とする。よって以上の要請から、異な
る入射角における反射波を簡単に採取可能な超音波顕微
鏡レンズが求められている。
On the other hand, the adhesion judgment method detects the presence or absence of an intermediate layer made of another material between the film and the substrate, as well as peeling, from the way the frequency of the minimum reflected wave output changes at each incident angle when the incident angle is shifted. It is something. Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-1989 is a document regarding ultrasonic waves @ mirror lenses used in these measurement methods.
There are examples such as Japanese Patent Application No. 79157 and Japanese Patent Application Laid-open No. 79158/1983. However, these ultrasonic microscope lenses cannot change the angle of incidence, and if the constituent materials of the film and substrate change, the angle of incidence at which surface acoustic waves are excited changes, making measurement impossible. Particularly when trying to measure a specimen made of an unknown substance, it is necessary to continuously change the angle of incidence to find the optimum angle of incidence at which the reflected wave output minimum phenomenon occurs, which requires a great deal of time and effort. Therefore, in view of the above requirements, there is a need for an ultrasonic microscope lens that can easily collect reflected waves at different incident angles.

さらに、上記の膜厚測定法、密着判断方法に基づいて被
検体表面上の微小領域の測定を行う場合は、超音波を被
検体表面上に収束させるが、或いは被検体表面の微小領
域のみからの反射波を検出する必要がある。前記の特開
昭61−79157号公報や特開昭61−79158号
公報に記載のレンズでは、一定の入射角で超音波を入射
することは出来るが微小領域での測定をしようとすると
、発振、受信の圧電体の面積を狭くする他なく、このよ
うにすると受信出力が小さくなるためおのずと微小領域
で測定することには限界がある。
Furthermore, when measuring a minute area on the surface of a subject based on the film thickness measurement method and adhesion judgment method described above, the ultrasonic waves are focused on the surface of the subject, or only from a minute area on the surface of the subject. It is necessary to detect the reflected waves of The lenses described in JP-A-61-79157 and JP-A-61-79158 allow ultrasonic waves to be incident at a constant angle of incidence, but when trying to measure in a minute area, oscillation occurs. However, there is no choice but to narrow the area of the receiving piezoelectric body, and in this case, the receiving output becomes small, which naturally limits the ability to measure in a minute area.

〈発明が解決しようとする課題〉 以上述べたように、特開昭61−20803号公報また
は同一出願人に係る特願昭63−202569号に記載
の方法に基づいて、基板の上に膜の形成されている被検
体に対して、膜厚や、基板と膜の間の密着性等を超音波
を用いて非破壊に測定しようとするとき、従来の超音波
顕微鏡レンズでは被検体の構成物質が変わると超音波を
入射する入射角を変える必要がある為に、異なる入射角
を持った超音波顕微鏡レンズに付は替える必要がある。
<Problem to be Solved by the Invention> As described above, a film is formed on a substrate based on the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-20803 or Japanese Patent Application No. 63-202569 filed by the same applicant. When trying to non-destructively measure film thickness or adhesion between a substrate and film on a formed specimen using ultrasound, conventional ultrasonic microscope lenses measure the constituent materials of the specimen. If the angle of incidence changes, it is necessary to change the angle of incidence of the ultrasonic waves, so it is necessary to replace the ultrasonic microscope lens with a different angle of incidence.

さらに、高い分解能を得ることは従来の技術では困難で
あった0本発明はこれらの従来技術の課題を解決するも
のである。
Furthermore, it has been difficult to obtain high resolution using conventional techniques.The present invention solves these problems of conventional techniques.

く課題を解決するための手段〉 本発明は、圧電体に電気信号を印加することで超音波を
発振し、発振された超音波を被検体表面に斜めから照射
し、その反射波を圧電体を用いて受信するように構成さ
れている超音波顕微鏡レンズにおいて、発信側か或いは
受信側のどちらか一方は電気信号が印加されると平面波
を発振する平行ビームトランスジューサーで構成し、且
つ他方は電気信号が印加されると一点に音波が収束する
点収束ビームトランスジューサーまたは直線状に音波が
収束する直線収束ビームトランスジューサーで構成する
ことを特徴とする超音波U微鏡レンズである。
Means for Solving the Problems> The present invention oscillates ultrasonic waves by applying an electric signal to a piezoelectric body, irradiates the oscillated ultrasonic waves obliquely onto the surface of a subject, and transmits the reflected waves to the piezoelectric body. In an ultrasonic microscope lens that is configured to receive signals using This is an ultrasonic U microscopic lens characterized by being configured with a point convergence beam transducer that converges sound waves to one point when an electric signal is applied or a linear convergence beam transducer that converges sound waves in a straight line.

さらにまた、このような超音波顕微鏡レンズを被検体表
面に対して、発振された超音波が被検体表面に斜めから
照射されその反射波が受信される範囲で平行ビームトラ
ンスジューサーにおける超音波の入射角が変わる方向に
傾ける事により、意図した入射角における被検体からの
反射波の出力あるいはその周波数分布を得ることを特徴
とする超音波顕微鏡レンズを用いた反射波採取方法であ
る。
Furthermore, the ultrasonic wave is incident on the parallel beam transducer within a range where such an ultrasonic microscope lens is applied to the surface of the object to be examined, and the emitted ultrasonic wave is obliquely irradiated onto the object surface and the reflected wave is received. This is a method of collecting reflected waves using an ultrasonic microscope lens, which is characterized by obtaining the output of reflected waves from a subject at an intended incident angle or its frequency distribution by tilting the lens in the direction in which the angle changes.

〈発明の詳述〉 第1図または第2図に示すように、超音波を被検体に照
射し、その反射波を採取する超音波顕微鏡レンズにおい
て、超音波を発振する側と受信する側の2つのトランス
ジューサーで構成され、−方は点収束ビームトランスジ
エーサーあるいは直線収束ビームトランスジエーサーで
構成され、かつ他方を平行ビームトランスジューサーで
構成された超音波顕微鏡レンズの特性原理の説明を行う
<Detailed Description of the Invention> As shown in Figure 1 or Figure 2, in an ultrasound microscope lens that irradiates an object with ultrasound and collects the reflected waves, there are two sides: one that emits ultrasound waves and one that receives ultrasound waves. We will explain the characteristics principles of an ultrasound microscope lens that is composed of two transducers, one consisting of a point convergence beam transducer or a linear convergence beam transducer, and the other consisting of a parallel beam transducer. .

まず第1図に示すような直線収束ビームトランスジュー
サーが被検体表面で焦点を結び、その反射波が平行ビー
ムトランスジューサーで受信されるように被検体に対し
て設置した場合を考える。
First, consider the case where a linear converging beam transducer as shown in FIG. 1 is installed on the subject so that it focuses on the subject's surface and the reflected wave is received by the parallel beam transducer.

第4図に示すように対物面が円柱側面形状の直線収束ビ
ームトランスジューサー28で発振された収束ビーム3
0は被検体36表面上に直線収束ビームトランスジュー
サー28の開口角で決まる入射角の幅θ2をもって入射
、焦点32の極狭い領域に収束する。この入射音波は反
射され、再び超音波伝播用液体中へ同じく反射角の幅θ
2を持って再放射される。ここでフーリエ光学の概念に
基づくと次のようにこの反射波を表現することが出来る
As shown in FIG. 4, a convergent beam 3 is oscillated by a linear convergent beam transducer 28 whose objective surface has a cylindrical side surface shape.
0 is incident on the surface of the object 36 with an incident angle width θ2 determined by the aperture angle of the linear converging beam transducer 28, and is converged in an extremely narrow area of the focal point 32. This incident sound wave is reflected and enters the ultrasonic propagation liquid again with the same reflection angle width θ.
It is re-radiated with 2. Based on the concept of Fourier optics, this reflected wave can be expressed as follows.

第5図に示すように、トランスジューサーの焦点32に
相当する極狭い614 j!If 34から放射された
波(第5図A)は色々な方向に伝播する平面波(第5図
B、C,D)の重ね合わせとして考えることが出来る0
分解された様々な方向に伝播する平面波成分の内、第5
図Cに示すように平行ビームトランスジューサー29に
垂直に入射する成分は圧電体面上で位相のずれを起こす
ことなく電気信号に変換されるが、第5図B、第5図り
のように圧電体に垂直な方向からずれて反射された方向
に分解された成分は、音波が圧電体に斜めに入射するこ
とから位相ずれを起こす為、これら成分の出力への寄与
は相対的に弱くなる。このことから二の超音波顕微鏡レ
ンズで受信される電気信号は、被検体表面上の直線収束
ビームトランスジューサー28の焦点32に相当する微
小頭域34に於いての弾性的情報を太き(持ち、且つ平
行ビームトランスジューサー29の入射角で超音波を入
射した場合に相当する信号となる。
As shown in FIG. 5, a very narrow 614 j! corresponds to the focal point 32 of the transducer. The wave radiated from If 34 (Fig. 5 A) can be considered as a superposition of plane waves (Fig. 5 B, C, D) propagating in various directions.
Among the decomposed plane wave components propagating in various directions, the fifth
As shown in FIG. Components that are reflected in a direction shifted from the direction perpendicular to the piezoelectric material cause a phase shift because the sound waves are obliquely incident on the piezoelectric material, so the contribution of these components to the output becomes relatively weak. From this, the electric signal received by the second ultrasound microscope lens has elastic information in the micro head area 34 corresponding to the focal point 32 of the linear converging beam transducer 28 on the surface of the subject. , and the signal corresponds to the case where the ultrasonic wave is incident at the incident angle of the parallel beam transducer 29.

第6図Aに示すように、第4図の受信と発信のトランス
ジューサーを逆にした場合も同様に、平行ビームトラン
スジューサーで定義される入射角で入射した場合におけ
る弾性的情報を、被検体41表面上の直線収束ビームト
ランスジューサーの焦点40に相当する微小領域42に
ついて得ることが出来る。第6図のAに示すように、平
行ビームトランスジューサー38で発信された平面波は
被検体41表面に一定の入射角で照射され、被検体41
の表面によって反射される。フーリエ工学の概念に基づ
くと、一般に平面波は被検体410表面の各点45から
放射される円筒波の重ね合わせと考えることが出来る。
As shown in Figure 6A, even when the receiving and transmitting transducers in Figure 4 are reversed, the elastic information when the incidence angle defined by the parallel beam transducer is 41 surface can be obtained for a minute region 42 corresponding to the focal point 40 of a linear converging beam transducer. As shown at A in FIG.
reflected by the surface of Based on the concept of Fourier engineering, a plane wave can generally be considered as a superposition of cylindrical waves emitted from each point 45 on the surface of the object 410.

被検体表面で反射される成分のうち、第6図のDに示す
ように収束ビームトランスジューサーの焦点40に相当
する領域42からの反射波の成分のみが円柱側面形状の
圧電体面上で位相ずれを起こすことなく電気信号に変換
され、第6図01第6図Eのように収束ビームトランス
ジューサーの焦点40に相当する領域42以外からの反
射波の成分は圧電体面上で位相ずれを起こす為、これら
の成分の出力に寄与する電気信号の大きさは相対的に弱
く、結果的に直線収束ビームトランスジューサー39の
焦点に相当する微小領域42の弾性的性質のみが受信信
号に現れる。
Among the components reflected from the object surface, only the component of the reflected wave from the region 42 corresponding to the focal point 40 of the converging beam transducer is out of phase on the piezoelectric surface having a cylindrical side surface, as shown in D in FIG. The components of the reflected waves from areas other than the area 42 corresponding to the focal point 40 of the converging beam transducer cause a phase shift on the piezoelectric surface, as shown in Fig. 601 and Fig. 6E. , the magnitude of the electrical signals contributing to the output of these components is relatively weak, and as a result, only the elastic properties of the minute region 42 corresponding to the focal point of the linear focusing beam transducer 39 appear in the received signal.

以上のことは、第7図に示す如く被検体表面の法線51
に対して超音波顕微鏡レンズの中心線52を傾けたとき
、第7図Aの場合は平行ビームトランスジューサーで定
義される入射角θ5、第7図Bの場合は平行ビームトラ
ンスジューサーで定義される入射角θ6で超音波を被検
体4Bに照射した場合の被検体の超音波に対する応答が
得られることを意味し、このことより超音波顕微鏡レン
ズ全体を被検体48に対して傾けるだけで任意の入射角
における被検体の物性、或いは構造を反映した信号が取
り出せることになる。
The above is based on the normal 51 of the surface of the object as shown in FIG.
When the center line 52 of the ultrasonic microscope lens is tilted relative to This means that when ultrasonic waves are irradiated onto the object 4B at an incident angle θ6, a response to the ultrasonic waves of the object 4B can be obtained. A signal reflecting the physical properties or structure of the object at the incident angle can be extracted.

点収束トランスジューサーの場合も以上の直線収束ビー
ムトランスジューサーと同様にフーリエ光学の概念を用
いて説明を行うことが出来、この場合は焦点が点である
ため高い空間分解能での測定が可能となる。
The case of a point convergence transducer can be explained using the concept of Fourier optics in the same way as the linear convergence beam transducer described above, and in this case, since the focus is a point, measurement with high spatial resolution is possible. .

超音波の発振、或いは受信トランスジューサーの内どち
らか一方を点収束あるいは直線収束ビームトランスジュ
ーサーで構成し、他のトランスジューサーを平行ビーム
トランスジューサーで構成するものであれば、第8図に
示すように圧電体自体を円柱側面形状あるいは凹面形状
にして収束ビームトランスジューサーを構成するが、第
1図や第2図に示すように平面形状の圧電体で超音波を
遅延材中に放射し、遅延材対物面を円柱側面形状或いは
凹面形状に加工することで収束ビームトランスジューサ
ーを構成するかによって本発明の技術的範囲は制限され
るものではない、また平行ビームトランスジューサーに
おいても同様に遅延材を用いるか否かによっても制限さ
れない。
If either the ultrasonic oscillation or reception transducer is configured with a point convergence or linear convergence beam transducer, and the other transducer is configured with a parallel beam transducer, then In order to construct a converging beam transducer, the piezoelectric material itself has a cylindrical side surface shape or a concave shape, but as shown in Figs. The technical scope of the present invention is not limited by whether a convergent beam transducer is constructed by processing the object surface of the material into a cylindrical side surface shape or a concave shape.Also, the technical scope of the present invention is not limited depending on whether a convergent beam transducer is constructed by processing the object surface of the material into a cylindrical side surface shape or a concave shape. It is not limited by whether or not it is used.

〈実施例〉 実施例1 基板及びその上に形成された膜の双方ともその構成物質
が不明の被検体の膜厚測定を本発明の超音波3gl微鏡
レンズを用いて次の手順に沿つて行うことが可能であっ
た。
<Example> Example 1 The film thickness of a specimen whose constituent materials are unknown for both the substrate and the film formed thereon was measured using the ultrasonic 3gl microscopic lens of the present invention according to the following procedure. It was possible to do so.

超音波顕微鏡レンズは第1図に示すような構造のものを
用いた。受信側のトランスジューサーは溶融石英製の遅
延材4の対物面5を円柱側面形状にカットすることで直
線収束ビームトランスジューサーlを構成し、送信側に
平行ビームトランスジェーサ−2を遅延材4に溶融石英
を用いて構成した。直線収束ビームトランスジューサー
と平行ビームトランスジューサーは55degのI頃き
となるよう固定材8を用いて固定した。直線収束ビーム
トランスジューサーの開口角は30degである。測定
は超音波伝播用液体に水を用い、第9図Aに示す樺にこ
の超音波顕微鏡レンズを被検体表面に対して平行ビーム
トランスジゝユーサーの超音波の入射角を07=15d
egからθ8=60degに連続的に変わるように傾け
ながら反射波を採取し、その周波数分析を行った。この
結果第9図Aに示すように本発明の超音波顕微鏡レンズ
を入射角が09=30degのときに被検体表面での弾
性表面波の励起に起因する極小現象が良く観測されるこ
とが判明した。このため、第9図Bに示すように本超音
波顕微鏡レンズを用いて平行ビームトランスジューサー
の被検体表面への入射角θ9が常に30degになるよ
う本超音波顕微鏡レンズを傾けて続けて以下の測定を行
った。
The ultrasonic microscope lens used had a structure as shown in FIG. The transducer on the receiving side forms a linear converging beam transducer l by cutting the objective surface 5 of the delay material 4 made of fused silica into a cylindrical side shape, and the parallel beam transducer 2 on the transmitting side is constructed by cutting the object surface 5 of the delay material 4 made of fused silica into the shape of a cylindrical side surface. It was constructed using fused silica. The linear convergent beam transducer and the parallel beam transducer were fixed using a fixing member 8 so that they were at an angle of 55 degrees. The aperture angle of the linear converging beam transducer is 30 degrees. In the measurement, water was used as the liquid for ultrasonic propagation, and the ultrasonic microscope lens was attached to the birch shown in Figure 9A, and the incident angle of the ultrasonic waves from the parallel beam transducer was set to 07 = 15d with respect to the surface of the specimen.
Reflected waves were collected while tilting continuously from eg to θ8=60 degrees, and their frequency was analyzed. As a result, as shown in FIG. 9A, it was found that when using the ultrasonic microscope lens of the present invention at an incident angle of 09 = 30 deg, the minimum phenomenon caused by the excitation of surface acoustic waves on the surface of the object to be examined was often observed. did. Therefore, as shown in Fig. 9B, the present ultrasound microscope lens is tilted so that the incident angle θ9 of the parallel beam transducer on the surface of the subject is always 30 degrees, and then the following steps are performed. Measurements were taken.

上記被検体と同じ物質の構成で、膜厚が5μmと判明し
ている被検体に対して反射波の採取を行い、周波数分析
を行った結果、50MHzで極小が観測された。このこ
とから与えられた被検体の入射角30degに於ける(
1)式に於けるCの値は250であることが判明し、以
後これと同じ物質で構成されている膜厚不明の被検体に
対して、Cの値を250として(1)式に従って第9図
Bに示すように09=30degとして測定を行うこと
が出来た。
Reflected waves were collected from a specimen with the same material composition as the specimen described above and known to have a film thickness of 5 μm, and as a result of frequency analysis, a minimum was observed at 50 MHz. From this, at a given incident angle of 30 deg of the object, (
1) The value of C in the formula was found to be 250, and from now on, for a specimen of unknown film thickness made of the same substance, the value of C was set to 250 and the formula was calculated according to formula (1). As shown in FIG. 9B, the measurement could be performed at 09=30 deg.

実施例2 第10図に示すように、溶融石英基板70の上に金メツ
キ71の施されている被検体の密着判断において、次の
ようにして金の膜と基板の間に油膜75のある領域の検
出が可能であった。
Example 2 As shown in FIG. 10, when determining the close contact of a subject with gold plating 71 on a fused silica substrate 70, the presence of an oil film 75 between the gold film and the substrate was performed as follows. It was possible to detect the area.

超音波センサーは第2図に示すように送信側の平行ビー
ムトランスジューサー11を溶融石英製の遅延材を用い
て構成し、受信側のトランスジューサーに遅延材の対物
面14を凹面にカットすることで点収束ビームトランス
ジューサー10を構成した。
As shown in FIG. 2, the ultrasonic sensor consists of a parallel beam transducer 11 on the transmitting side using a delay material made of fused silica, and an objective surface 14 of the delay material on the receiving transducer being cut into a concave surface. A point converging beam transducer 10 was constructed.

点収束ビームトランスジューサーの中心線と平行ビーム
トランスジューサーの法線のなす角度は約40degに
なるよう固定材15で固定されている0円形圧電体の直
径は1mmである。また点収束ビームトランスジューサ
ーの開口角は20degである。また超音波伝播用液体
には水を用いた0以上の構成の超音波顕微鏡レンズの、
50MHzにおける焦点における空間分解能は6dBダ
ウンで50μmであった。この空間分解能の値は従来の
送信及び受信双方のトランスジューサーとも平行ビーム
トランスジューサーを用いた場合において550IIm
であったことに較べて遥かに向上していることがわかる
The diameter of the 0-circular piezoelectric body fixed by the fixing member 15 is 1 mm so that the angle between the center line of the point converging beam transducer and the normal line of the parallel beam transducer is about 40 degrees. Further, the aperture angle of the point converging beam transducer is 20 degrees. In addition, ultrasonic microscope lenses with 0 or more configurations using water as the liquid for ultrasonic propagation,
The spatial resolution at the focus at 50 MHz was 50 μm down 6 dB. This spatial resolution value is 550 II m when using parallel beam transducers for both conventional transmitting and receiving transducers.
It can be seen that this is a significant improvement compared to what was before.

弾性工学における理論計算によって、膜と基板が完全に
密着しており超音波伝播用液体に水を用いた場合、超音
波をこの被検体表面に対して入射角が17degから2
0degの間の入射角で超音波を入射すると弾性表面波
が被検体表面で励起されることに起因して反射波の周波
数分布に極小が現れ、その極小を起こした周波数はある
膜厚で、θ10−17.3degの入射角では202M
)iz1θ11−19,2degの入射角では281M
H2となることがわかった。この計算結果を用いて次の
手順で密着判断を行った。まず点収束ビームトランスジ
ューサーの焦点が被検体表面に位置するようにこの超音
波顕微鏡レンズを設定し、且つ平行ビームトランスジュ
ーサーの法線が被検体に対してθ10=17.3deg
の傾きとなっており、平行ビームトランスジューサから
発信された超音波ビームが被検体に照射されその反射波
を点収束ビームトランスジューサーで受信するよう設定
してその反射波の周波数分布を得た。同様に超音波顕微
鏡レンズ全体を傾け、平行ビームトランスジューサーの
法線が被検体に対してθ11=19.2degの傾きと
なるように設定し、同様の処理を行った。この実験で得
られた周波数分布に現れた極小周波数の値は被検体表面
上イ2ロ5ハ5゜0.の各点で次のようになった。
Theoretical calculations in elastic engineering have shown that when the membrane and substrate are in perfect contact and water is used as the liquid for ultrasonic propagation, the incident angle of the ultrasonic waves on the surface of the object will vary from 17 deg to 2 deg.
When an ultrasonic wave is incident at an incident angle between 0 degrees, a minimum appears in the frequency distribution of the reflected wave due to surface acoustic waves being excited on the surface of the object, and the frequency at which this minimum occurs is at a certain film thickness. 202M at an incident angle of θ10-17.3deg
) iz1θ11-19, 281M at an incident angle of 2deg
It turned out to be H2. Using this calculation result, adhesion was determined according to the following procedure. First, set the ultrasound microscope lens so that the focal point of the point converging beam transducer is located on the surface of the subject, and the normal line of the parallel beam transducer is θ10 = 17.3 deg with respect to the subject.
The ultrasonic beam emitted from the parallel beam transducer was irradiated onto the object, and the reflected wave was received by the point convergence beam transducer to obtain the frequency distribution of the reflected wave. Similarly, the entire ultrasonic microscope lens was tilted, and the normal line of the parallel beam transducer was set to have an inclination of θ11=19.2 degrees with respect to the subject, and similar processing was performed. The value of the minimum frequency that appeared in the frequency distribution obtained in this experiment was 2, 5, 5, 0. The results for each point are as follows.

入射角 17,3deg   19.2degイ点  
101MHz     141MHz口占  130M
Hz    160MHzハ占  120MHz   
 167MHz次に完全密着を仮定した場合のそれぞれ
の場合の極小周波数との比をとると次のようになった。
Incident angle 17.3deg 19.2deg point
101MHz 141MHz mouth reading 130M
Hz 160MHz 120MHz
Taking the ratio of the minimum frequency of 167 MHz and the minimum frequency in each case assuming perfect contact, the results are as follows.

入射角 17.3deg   19.2degイ点  
0.50      0.50口点  0.64   
   0.57ハ点  0.60      0.60
イ点及びハ点では入射角を変えた場合の極小周波数と、
理論計算から求めた完全密着のときの極小周波数の比が
それぞれの入射角で等しくなっており完全密着と判断し
たが、口点は完全密着していないと判断する。同様の判
断を被検体表面全面の点にわたって行い、密着不良部分
の検出を行った。後日破壊試験によって確認したところ
密着不良と判断された領域に油膜が金と溶融石英の間に
確認された。
Incident angle 17.3deg 19.2deg point
0.50 0.50 points 0.64
0.57 points 0.60 0.60
At points A and C, the minimum frequency when changing the incident angle,
The ratio of the minimum frequencies at the time of complete contact determined from theoretical calculations is equal at each angle of incidence, so it is determined that there is complete contact, but it is determined that the mouth point is not in complete contact. Similar judgments were made over the entire surface of the object to detect areas with poor adhesion. A subsequent destructive test revealed an oil film between the gold and fused quartz in areas where adhesion was determined to be poor.

〈発明の効果〉 本発明は以上の構成であるため、第i2および3の発明
共通に、被検体に超音波を入射しその反射波を採取する
ことで、膜厚測定、密着性判断等を行うにおいて、超音
波顕微鏡レンズ全体を被検体表面に対して傾けるだけで
異なる入射角における反射波の測定が可能になる。
<Effects of the Invention> Since the present invention has the above configuration, it is possible to measure film thickness, judge adhesion, etc. by injecting ultrasonic waves into the object and collecting the reflected waves, in common with the i2nd and 3rd inventions. In carrying out this method, reflected waves at different angles of incidence can be measured simply by tilting the entire ultrasound microscope lens with respect to the surface of the subject.

更に、第1の発明については、微小領域の膜厚測定や密
着判断を可能にし、特にスペクトラム超音波顕微鏡のセ
ンサ一部として用いる場合有用なものとなる。
Furthermore, the first invention makes it possible to measure film thickness and determine adhesion in minute areas, and is particularly useful when used as part of a sensor for a spectrum ultrasound microscope.

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

図面は本発明の原理や実施例を示し、説明するものであ
って、第1図、第2図は本発明の超音波顕微鏡レンズの
斜視説明図である。第3図は従来の膜厚測定法の原理を
説明するものであり、Aは測定例の断面説明図、Bは得
られた反射波の周波数分布図である。第4図から第7図
はこの超音波顕微鏡レンズの原理を説明するものであり
、第4図は測定例の断面説明図、第5図A、B、C,D
は受信トランスジューサーが平行ビームトランスジュー
サーである場合の反射超音波受信の平面波分割説明図、
第6図A、B、C,D、Eは受信トランスジューサーが
直線収束ビームトランスジューサーである場合の反射超
音波受信の平面波分割説明図、第7図はこの超音波顕微
鏡レンズを傾けた場合の受信の説明図をそれぞれ示す、
第8図は本発明の他の実施例の説明図である。第9図A
は本発明を用いて得られた入射角の変化にともなう反射
波の周波数分布の変化を表す説明図、第9図Bは実際の
測定の様子を示す斜視説明図、第10図は異なる入射角
での測定の斜視説明図である。 1 直線収束ビームトランスジューサー2 平行ビーム
トランスジューサー 3 圧電体 4 遅延材 5 円柱側面形状の対物面 6 直線状の焦点 7 被検体 8 固定材 9 超音波伝播用液体 10 点数束ビームトランスジューサーII 平行ビー
ムトランスジューサー I 圧電体 遅延材 凹面形状の対物面 固定材 点焦点 被検体 基板 膜 超音波伝播用液体 被検体 送信用トランスジューサー 受信用トランスジューサー 受信用トランスジューサーから得られ た反射波の周波数分布 直線収束ビームトランスジューサー 平行ビームトランスジューサー 収束ビーム 焦点 微小領域 被検体 送信用平行ビームトランスジューサー 受信用収束ビームトランスジューサー 受信用収束ビームトランスジューサー で定義される焦点 被検体 微小領域 被検体表面の法線 被検体表面で仮定された円筒波の 発振源点 被検体 収束ビームトランスジューサーの焦点 平行ビームトランスジューサーの法線 被検体表面の法線 超音波顕微鏡レンズの中心線 収束ビームトランスジューサーの焦点 平行ビームトランスジューサーの法線 超音波!J微鏡レンズの中心線 被検体表面の法線 遅延材 圧電体 超音波伝播用液体 被検体 直線収束ビームトランスジューサー 平行ビームトランスジューサー 基板 膜 被検体 基板 金メツキ膜 被検体 点数束ビームトランスジューサー 平行ビームトランスジューサー 油膜 点数束ビームトランスジューサーの焦点(測定点) 超音波の入射角 入射角の幅 −反射角の幅 平行ビームトランスジューサーで定義される入射角 送信用平行ビームトランスジニー サーで定義される入射角 θ5 平行ビームトランスジューサーで定義される入射
角 θ6 平行ビームトランスジューサーで定義される入射
角 θ7 平行ビームトランスジューサーで定義された測定
の最小入射角 θB 平行ビームトランスジューサーで定義された測定
の最大入射角 θ9 極小現象の最も強く現れた平行ビームトランスジ
ューサーで定義された入射角 θlO平行ビームトランスジューサーで定義された入射
角θ10 θ11 平行ビームトランスジューサーで定義された入
射角
The drawings show and explain the principles and embodiments of the present invention, and FIGS. 1 and 2 are perspective explanatory views of the ultrasonic microscope lens of the present invention. FIG. 3 explains the principle of the conventional film thickness measurement method, and A is a cross-sectional explanatory diagram of a measurement example, and B is a frequency distribution diagram of the obtained reflected waves. Figures 4 to 7 explain the principle of this ultrasonic microscope lens, Figure 4 is a cross-sectional explanatory diagram of a measurement example, and Figures 5A, B, C, and D.
is an explanatory diagram of plane wave division of reflected ultrasound reception when the receiving transducer is a parallel beam transducer,
Figures 6A, B, C, D, and E are explanatory diagrams of plane wave division of reflected ultrasound reception when the receiving transducer is a linear convergent beam transducer, and Figure 7 is an illustration of plane wave division when the ultrasound microscope lens is tilted. Each shows an explanatory diagram of reception,
FIG. 8 is an explanatory diagram of another embodiment of the present invention. Figure 9A
is an explanatory diagram showing changes in the frequency distribution of reflected waves with changes in the incident angle obtained using the present invention, FIG. 9B is a perspective explanatory diagram showing the actual measurement situation, and FIG. FIG. 1 Linear converging beam transducer 2 Parallel beam transducer 3 Piezoelectric body 4 Delay material 5 Objective surface with cylindrical side surface 6 Linear focal point 7 Object 8 Fixing material 9 Ultrasonic propagation liquid 10 Point bundle beam transducer II Parallel beam Transducer I Piezoelectric delay material Concave objective surface fixing material Point focus Object substrate film Liquid for ultrasound propagation Object Transmitting transducer Receiving transducer Receiving transducer Frequency distribution of reflected waves obtained from transducer Linear convergence Beam transducerParallel beam transducerConvergent beamFocal micro areaObject for transmissionParallel beam transducerFor receptionConvergent beam transducerFor receptionConvergent beam transducerFocus defined by the transducerMinimum area of the objectNormal to the object surfaceObject Assumed cylindrical wave oscillation source point at the surface.Object focus of the focused beam transducer.Normal of the parallel beam transducer.Normal to the object surface.Center line of the ultrasound microscope lens.Focus of the focused beam transducer. Normal ultrasound! Center line of J microscopic lens Normal to the surface of the object Delay material Piezoelectric material Liquid for ultrasonic propagation Transducer oil film point number flux Beam transducer focal point (measuring point) Ultrasonic incident angle Width of incident angle - Reflection angle width Incident angle defined by parallel beam transducer Parallel beam for transmission Incidence defined by transducer Angle θ5 Angle of incidence defined by parallel beam transducer θ6 Angle of incidence defined by parallel beam transducer θ7 Minimum angle of incidence for measurement defined by parallel beam transducer θB Maximum incidence for measurement defined by parallel beam transducer Angle θ9 Incident angle defined by the parallel beam transducer where the minimum phenomenon appeared most strongly θlO Incident angle defined by the parallel beam transducer θ10 θ11 Incident angle defined by the parallel beam transducer

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)圧電体に電気信号を印加することで超音波を発振し
、発振された超音波を被検体表面に斜めから照射し、そ
の反射波を圧電体を用いて受信するように構成されてい
る超音波顕微鏡レンズにおいて、発信側か或いは受信側
のどちらか一方は電気信号が印加されると平面波を発振
する平行ビームトランスジューサーであり、且つ他方は
電気信号が印加されると一点に音波が収束する点収束ビ
ームトランスジューサーで構成されていることを特徴と
する超音波顕微鏡レンズ。 2)圧電体に電気信号を印加することで超音波を発振し
、発振された超音波を被検体表面に斜めから照射し、そ
の反射波を圧電体を用いて受信するように構成されてい
る超音波顕微鏡レンズにおいて、発信側か或いは受信側
のどちらか一方は電気信号が印加されると平面波を発振
する平行ビームトランスジューサーであり、且つ他方は
電気信号が印加されると直線状に音波が収束する直線収
束ビームトランスジューサーで構成されていることを特
徴とする超音波顕微鏡レンズ。 3)特許請求の範囲第1項または第2項に記載された超
音波顕微鏡レンズを被検体表面に対して、発振された超
音波が被検体表面に斜めから照射されその反射波が受信
される範囲で平行ビームトランスジューサーにおける超
音波の入射角が変わる方向に傾ける事により、意図した
異なる入射角における被検体からの反射波の出力あるい
はその周波数分布を得ることを特徴とする超音波顕微鏡
レンズを用いた反射波採取方法。
[Claims] 1) Ultrasonic waves are oscillated by applying an electrical signal to a piezoelectric body, the oscillated ultrasound waves are irradiated obliquely onto the surface of a subject, and the reflected waves are received using the piezoelectric body. In the ultrasonic microscope lens configured as follows, either the transmitting side or the receiving side is a parallel beam transducer that oscillates a plane wave when an electric signal is applied, and the other side is a parallel beam transducer that oscillates a plane wave when an electric signal is applied. An ultrasonic microscope lens comprising a point-converging beam transducer that converges sound waves to a single point. 2) It is configured to oscillate ultrasonic waves by applying an electrical signal to the piezoelectric body, irradiate the oscillated ultrasonic waves obliquely onto the surface of the subject, and receive the reflected waves using the piezoelectric body. In an ultrasound microscope lens, either the transmitting side or the receiving side is a parallel beam transducer that emits a plane wave when an electric signal is applied, and the other side is a parallel beam transducer that emits a plane wave when an electric signal is applied. An ultrasound microscope lens comprising a linear converging beam transducer. 3) The ultrasonic microscope lens described in claim 1 or 2 is applied to the surface of a subject, and the oscillated ultrasonic waves are obliquely irradiated onto the surface of the subject and the reflected waves are received. An ultrasonic microscope lens characterized by obtaining the output of reflected waves from a subject or its frequency distribution at different intended incident angles by tilting the parallel beam transducer in a direction in which the incident angle of the ultrasonic waves changes within a range. Reflected wave collection method used.
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