JPH05288721A - 光熱変位計測による試料評価方法 - Google Patents
光熱変位計測による試料評価方法Info
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- JPH05288721A JPH05288721A JP4090817A JP9081792A JPH05288721A JP H05288721 A JPH05288721 A JP H05288721A JP 4090817 A JP4090817 A JP 4090817A JP 9081792 A JP9081792 A JP 9081792A JP H05288721 A JPH05288721 A JP H05288721A
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 試料の温度変化，プラズマ密度の変化等によ
る試料の反射率の変化といった外乱の影響を受けず，真
の熱膨張振動を計測できる光熱変位計測による試料評価
装置。 【構成】 Ｈｅ−Ｎｅレーザ１により試料３に照射され
る励起用兼測定用の放射光の試料３での反射光（ビーム
１）と放射光（ビーム２）との干渉光を光電変換器４に
より検出する。この時，ビーム１とビーム２との間で周
期差Ｆｂを与えて検出データを周期差Ｆｂに対応するビ
ート波Ｅとなすと共に，ビーム１を周波数Ｆで強度変調
した周期光となす。発振器１０，位相シフタ９によりビ
ート波Ｅと同位相の正弦波Ｒ０と，正弦波波Ｒ０と９０
°位相の異なる正弦波Ｒとを発生させる。乗算器７，１
２により正弦波Ｒ０，Ｒをそれぞれビート波Ｅに乗じた
値の内，ロックインアンプ１３，１４により抽出された
周波数Ｆ成分の比Ｓ１を除算器１５により求める。この
比Ｓ１に基づいて試料３の熱膨張振動を計測するような
構成としている。上記構成により外乱の影響を受けず
に，高精度で試料評価を行うことができる。
る試料の反射率の変化といった外乱の影響を受けず，真
の熱膨張振動を計測できる光熱変位計測による試料評価
装置。 【構成】 Ｈｅ−Ｎｅレーザ１により試料３に照射され
る励起用兼測定用の放射光の試料３での反射光（ビーム
１）と放射光（ビーム２）との干渉光を光電変換器４に
より検出する。この時，ビーム１とビーム２との間で周
期差Ｆｂを与えて検出データを周期差Ｆｂに対応するビ
ート波Ｅとなすと共に，ビーム１を周波数Ｆで強度変調
した周期光となす。発振器１０，位相シフタ９によりビ
ート波Ｅと同位相の正弦波Ｒ０と，正弦波波Ｒ０と９０
°位相の異なる正弦波Ｒとを発生させる。乗算器７，１
２により正弦波Ｒ０，Ｒをそれぞれビート波Ｅに乗じた
値の内，ロックインアンプ１３，１４により抽出された
周波数Ｆ成分の比Ｓ１を除算器１５により求める。この
比Ｓ１に基づいて試料３の熱膨張振動を計測するような
構成としている。上記構成により外乱の影響を受けず
に，高精度で試料評価を行うことができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は試料に周期的に強度変調
した励起光を照射し，これにより生じる試料表面の熱膨
張振動を測定して試料の欠陥等を評価する試料評価方法
に関する。
した励起光を照射し，これにより生じる試料表面の熱膨
張振動を測定して試料の欠陥等を評価する試料評価方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】試料に周期的に強度変調した励起光を照
射すると，試料はこの光の吸収により発熱し，これによ
り熱膨張する。照射光は周期的に強度変調しているた
め，発熱による試料の温度変化は周期的となり，試料は
熱膨張をおこす。これらの熱応答を計測することにより
試料を評価する手法は光音響計測技術として知られてい
る。図３はマイケルソン型レーザ光干渉法により試料の
熱膨張振動を計測する手法を示したものである（Mirand
a,APPLID OPTICS Vo122,No18,P2882(1983））。ここに
６１は被測定試料，６２は試料に熱膨張振動を与えるた
めの励起光源であり，チョッパー６３により励起光源６
２からの光を強度変調し，試料６１に照射する。この熱
膨張振動をレーザ光干渉法により計測する。そのために
測定用レーザ６４からの光を半透鏡６５で二分し，一方
を試料の熱膨張測定点に，他方を空間的に固定した鏡６
６に照射させ，これらからの反射光を干渉させ光電変換
器６７で受光する。光電変換器６７からの電気出力Ｅは
次式で表される。 Ｅ＝Ｃ1 ＋Ｃ2 ・ｃｏｓ（Ｐ（ｔ）＋Φ）…（１′） ここで，Ｃ1 ，Ｃ2 及びΦは試料６１や干渉計の構成や
光電変換係数等に依存する定数，Ｐ（ｔ）は励起光照射
による熱膨張振動による試料の表面変位による位相変化
であり，この計測により試料の熱膨張振動（位相Φ及び
振幅Ｌ）を計測し，試料の熱弾性的性質を評価する。図
４は反射率計測法に基づく手法である（特開昭６１−２
０４６）。励起レーザ３０からの光を変調器３２に周期
的に強度変調し試料２２に照射し，試料に周期的温度変
化を与える。この温度変化が試料に光反射率の変化をも
たらす。この反射率の変化を検出するために測定用レー
ザ５０を，試料の温度変化計測点（本図においては励起
レーザ照射点と同位置）にミラー３６を通して照射し，
その反射光を光検出器５６で検出する。この出力から信
号処理回路５８により，反射率の変化を求める。
射すると，試料はこの光の吸収により発熱し，これによ
り熱膨張する。照射光は周期的に強度変調しているた
め，発熱による試料の温度変化は周期的となり，試料は
熱膨張をおこす。これらの熱応答を計測することにより
試料を評価する手法は光音響計測技術として知られてい
る。図３はマイケルソン型レーザ光干渉法により試料の
熱膨張振動を計測する手法を示したものである（Mirand
a,APPLID OPTICS Vo122,No18,P2882(1983））。ここに
６１は被測定試料，６２は試料に熱膨張振動を与えるた
めの励起光源であり，チョッパー６３により励起光源６
２からの光を強度変調し，試料６１に照射する。この熱
膨張振動をレーザ光干渉法により計測する。そのために
測定用レーザ６４からの光を半透鏡６５で二分し，一方
を試料の熱膨張測定点に，他方を空間的に固定した鏡６
６に照射させ，これらからの反射光を干渉させ光電変換
器６７で受光する。光電変換器６７からの電気出力Ｅは
次式で表される。 Ｅ＝Ｃ1 ＋Ｃ2 ・ｃｏｓ（Ｐ（ｔ）＋Φ）…（１′） ここで，Ｃ1 ，Ｃ2 及びΦは試料６１や干渉計の構成や
光電変換係数等に依存する定数，Ｐ（ｔ）は励起光照射
による熱膨張振動による試料の表面変位による位相変化
であり，この計測により試料の熱膨張振動（位相Φ及び
振幅Ｌ）を計測し，試料の熱弾性的性質を評価する。図
４は反射率計測法に基づく手法である（特開昭６１−２
０４６）。励起レーザ３０からの光を変調器３２に周期
的に強度変調し試料２２に照射し，試料に周期的温度変
化を与える。この温度変化が試料に光反射率の変化をも
たらす。この反射率の変化を検出するために測定用レー
ザ５０を，試料の温度変化計測点（本図においては励起
レーザ照射点と同位置）にミラー３６を通して照射し，
その反射光を光検出器５６で検出する。この出力から信
号処理回路５８により，反射率の変化を求める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前者のマイケルソン型
レーザ光干渉により試料の熱膨張を計測する手法では，
前記（１′）式における定数Ｃ1 ，Ｃ2 及びΦの変化が
外乱として測定精度を低下させる。例えば励起光照射に
よる試料の温度変化およびプラズマ（電子，ホール）密
度の変化（半導体試料の場合）により試料の反射率が変
化する場合がある。この場合，干渉光の信号は反射率変
化に伴う外乱信号を含んでいることになり，干渉光の信
号から真の熱膨張信号を計測できない。また，後者の反
射率計測法に基づく手法は，試料の温度変化，プラズマ
密度変化の計測であるため，試料の熱膨張率等の弾性的
性質を得ることができない。また熱拡散膨張内の情報し
か得られないため，試料深部を評価できないという欠点
がある。更に基本的に温度変化にたいして，反射率が変
化する試料しか適用できない。従って本発明が目的とす
るところは，試料の温度変化，プラズマ密度の変化等に
よる試料の反射率の変化といった外乱の影響を受けず，
試料の真の熱膨張振動を計測することのできる光熱変位
計測による試料評価方法を提供することである。
レーザ光干渉により試料の熱膨張を計測する手法では，
前記（１′）式における定数Ｃ1 ，Ｃ2 及びΦの変化が
外乱として測定精度を低下させる。例えば励起光照射に
よる試料の温度変化およびプラズマ（電子，ホール）密
度の変化（半導体試料の場合）により試料の反射率が変
化する場合がある。この場合，干渉光の信号は反射率変
化に伴う外乱信号を含んでいることになり，干渉光の信
号から真の熱膨張信号を計測できない。また，後者の反
射率計測法に基づく手法は，試料の温度変化，プラズマ
密度変化の計測であるため，試料の熱膨張率等の弾性的
性質を得ることができない。また熱拡散膨張内の情報し
か得られないため，試料深部を評価できないという欠点
がある。更に基本的に温度変化にたいして，反射率が変
化する試料しか適用できない。従って本発明が目的とす
るところは，試料の温度変化，プラズマ密度の変化等に
よる試料の反射率の変化といった外乱の影響を受けず，
試料の真の熱膨張振動を計測することのできる光熱変位
計測による試料評価方法を提供することである。
【０００４】
【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，試料に励起光を照射すると共に，上記試料
に照射される測定用の放射光の該試料での反射光と該放
射光との干渉光を検出し，上記干渉光の検出データに基
づいて上記試料の熱膨張振動を計測する光熱変位計測に
よる試料評価方法において，上記放射光と反射光との間
で所定の周期差を与えて上記検出データを該周期差に対
応するビート波となすと共に，上記励起光を所定周波数
で強度変調した周期光となし，上記ビート波に対して所
定の位相をなす正弦波と該正弦波に対して９０°位相の
異なる正弦波とを上記ビート波にそれぞれ乗じた値の上
記所定周波数の成分の比に基づいて上記試料の熱膨張振
動を計測することを特徴とする光熱変位計測による試料
評価方法として構成されている。上記励起光は上記試料
に照射される測定用の放射光を所定周波数で強度変調し
た周期光とすることができる。又，上記励起光は，上記
測定用の放射光とは別の光源から発せられたものとする
こともできる。更に，上記所定周波数の成分の比をその
基本周波数成分の比とすることもできる。更に，上記所
定周波数の成分の比をその基本周波数の２倍の周波数成
分の比とすることもできる。更に，上記所定の位相を上
記ビート波に対して同位相とすることもできる。
に本発明は，試料に励起光を照射すると共に，上記試料
に照射される測定用の放射光の該試料での反射光と該放
射光との干渉光を検出し，上記干渉光の検出データに基
づいて上記試料の熱膨張振動を計測する光熱変位計測に
よる試料評価方法において，上記放射光と反射光との間
で所定の周期差を与えて上記検出データを該周期差に対
応するビート波となすと共に，上記励起光を所定周波数
で強度変調した周期光となし，上記ビート波に対して所
定の位相をなす正弦波と該正弦波に対して９０°位相の
異なる正弦波とを上記ビート波にそれぞれ乗じた値の上
記所定周波数の成分の比に基づいて上記試料の熱膨張振
動を計測することを特徴とする光熱変位計測による試料
評価方法として構成されている。上記励起光は上記試料
に照射される測定用の放射光を所定周波数で強度変調し
た周期光とすることができる。又，上記励起光は，上記
測定用の放射光とは別の光源から発せられたものとする
こともできる。更に，上記所定周波数の成分の比をその
基本周波数成分の比とすることもできる。更に，上記所
定周波数の成分の比をその基本周波数の２倍の周波数成
分の比とすることもできる。更に，上記所定の位相を上
記ビート波に対して同位相とすることもできる。
【０００５】
【作用】本発明によれば，試料に励起光を照射すると共
に，上記試料に照射される測定用の放射光の該試料での
反射光と該放射光との干渉光を検出し，上記干渉光の検
出データに基づいて上記試料の熱膨張振動を計測するに
際して，上記放射光と反射光との間で所定の周期差を与
えることにより上記検出データが該周期差に対応するビ
ート波となると共に，上記励起光を所定周波数で強度変
調することにより該励起光が所定周波数の周期光とな
る。上記ビート波に対して所定の位相をなす正弦波と該
正弦波に対して９０°位相の異なる正弦波とを上記ビー
ト波にそれぞれ乗じた値の上記所定周波数の成分の比に
基づいて上記試料の熱膨張振動が計測される。上記励起
光を，上記試料に照射される測定用の放射光を所定周波
数で強度変調した周期光とすることにより，励起光源と
放射光源とが一体化される。又，上記励起光を上記測定
用の放射光とは別の光源から発せられるものとすること
もできる。更に，上記所定周波数の成分の比をその基本
周波数成分の比とすることにより，外乱成分を除去する
ことができる。更に，上記所定周波数の成分の比をその
基本周波数の２倍の周波数成分の比とすることによって
も，外乱成分を除去することができる。更に，上記所定
の位相を上記ビート波に対して同位相とすることによ
り，該ビート波に含まれる熱膨張振動成分が強調され
る。その結果，試料の温度変化，プラズマ密度の変化等
による試料の反射率の変化といった外乱の影響を受け
ず，試料の真の熱膨張振動を計測することができる。
に，上記試料に照射される測定用の放射光の該試料での
反射光と該放射光との干渉光を検出し，上記干渉光の検
出データに基づいて上記試料の熱膨張振動を計測するに
際して，上記放射光と反射光との間で所定の周期差を与
えることにより上記検出データが該周期差に対応するビ
ート波となると共に，上記励起光を所定周波数で強度変
調することにより該励起光が所定周波数の周期光とな
る。上記ビート波に対して所定の位相をなす正弦波と該
正弦波に対して９０°位相の異なる正弦波とを上記ビー
ト波にそれぞれ乗じた値の上記所定周波数の成分の比に
基づいて上記試料の熱膨張振動が計測される。上記励起
光を，上記試料に照射される測定用の放射光を所定周波
数で強度変調した周期光とすることにより，励起光源と
放射光源とが一体化される。又，上記励起光を上記測定
用の放射光とは別の光源から発せられるものとすること
もできる。更に，上記所定周波数の成分の比をその基本
周波数成分の比とすることにより，外乱成分を除去する
ことができる。更に，上記所定周波数の成分の比をその
基本周波数の２倍の周波数成分の比とすることによって
も，外乱成分を除去することができる。更に，上記所定
の位相を上記ビート波に対して同位相とすることによ
り，該ビート波に含まれる熱膨張振動成分が強調され
る。その結果，試料の温度変化，プラズマ密度の変化等
による試料の反射率の変化といった外乱の影響を受け
ず，試料の真の熱膨張振動を計測することができる。
【０００６】
【実施例】以下，添付図面を参照して本発明を具体化し
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は本発明の一実施例に係る光熱変位計測による
試料評価装置Ｏの概略構成を示す全体回路図，図２は試
料の内部欠陥を検出する手法の概念図である。本実施例
に係る試料評価方法は，基本的には前記図３の従来例と
同様のレーザ光干渉法により試料の熱膨張振動を計測す
るものである。しかし，本実施例では測定用放射光と試
料での反射光との間で所定の周期差を与えると共に励起
光を所定周波数で強度変調し，上記放射光と反射光の干
渉光から上記所定周波数の成分を抽出処理することによ
り外乱要素を除去した点で従来例と異なる。以下，本実
施例においては主として上記従来例と異なる部分につい
て説明し，従来例と同様の部分については既述のとうり
であるので，その詳細説明は省略する。
た実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以
下の実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。ここ
に，図１は本発明の一実施例に係る光熱変位計測による
試料評価装置Ｏの概略構成を示す全体回路図，図２は試
料の内部欠陥を検出する手法の概念図である。本実施例
に係る試料評価方法は，基本的には前記図３の従来例と
同様のレーザ光干渉法により試料の熱膨張振動を計測す
るものである。しかし，本実施例では測定用放射光と試
料での反射光との間で所定の周期差を与えると共に励起
光を所定周波数で強度変調し，上記放射光と反射光の干
渉光から上記所定周波数の成分を抽出処理することによ
り外乱要素を除去した点で従来例と異なる。以下，本実
施例においては主として上記従来例と異なる部分につい
て説明し，従来例と同様の部分については既述のとうり
であるので，その詳細説明は省略する。
【０００７】図１に示す如く本実施例に係る試料評価装
置Ｏでは，励起光源でありかつ測定用の放射光源でもあ
るＨｅ−Ｎｅレーザ１からの出射光を半透過鏡ＨＭ１に
よりビーム１およびビーム２に二分する。そして，音響
光学変調器２によりビーム１の光の振動周波数をＦｂシ
フトすると共に，光強度を周波数Ｆで強度変調する。こ
の光をレンズＬ１で集光し，試料３に照射する。試料３
はこの光照射により加熱され，熱膨張をおこす。この熱
膨張をレーザ光干渉法で計測する。次にこの装置Ｏによ
る計測原理について述べる。ビーム１の試料３からの反
射光は，半透鏡ＨＭ２で反射させ，半透鏡ＨＭ３でビー
ム２（光の振動周波数はビーム１とＦｂ異なる）と干渉
させる。この干渉光を光電変換器４で受光する。光電変
換器４からの出力をフィルタ５を通した後の信号（ビー
ト波信号）Ｅは次式で表される。 Ｅ＝Ａ（ｔ）・ｃｏｓ（２πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋Φ） …（１） ここで，Ａ（ｔ）はビーム１の強度変調度合いおよび試
料，干渉光学系等に依存する関数，Ｐ（ｔ）はビーム１
による試料の熱膨張振動によるビーム１の位相変化，Φ
はＰ（ｔ）が零（振動が無い）ときのビーム１，ビーム
２間の光路長差による位相差である。Ｐ（ｔ）は例えば
試料が励起光により正弦波振動（振幅Ｌ，周波数Ｆ，位
相ｑ）しているとき，次式で表される。 Ｐ（ｔ）＝（４π／λ）・Ｌ・ｓｉｎ（２πＦｔ＋ｑ）（λは光の波長） …（２）
置Ｏでは，励起光源でありかつ測定用の放射光源でもあ
るＨｅ−Ｎｅレーザ１からの出射光を半透過鏡ＨＭ１に
よりビーム１およびビーム２に二分する。そして，音響
光学変調器２によりビーム１の光の振動周波数をＦｂシ
フトすると共に，光強度を周波数Ｆで強度変調する。こ
の光をレンズＬ１で集光し，試料３に照射する。試料３
はこの光照射により加熱され，熱膨張をおこす。この熱
膨張をレーザ光干渉法で計測する。次にこの装置Ｏによ
る計測原理について述べる。ビーム１の試料３からの反
射光は，半透鏡ＨＭ２で反射させ，半透鏡ＨＭ３でビー
ム２（光の振動周波数はビーム１とＦｂ異なる）と干渉
させる。この干渉光を光電変換器４で受光する。光電変
換器４からの出力をフィルタ５を通した後の信号（ビー
ト波信号）Ｅは次式で表される。 Ｅ＝Ａ（ｔ）・ｃｏｓ（２πＦｂｔ＋Ｐ（ｔ）＋Φ） …（１） ここで，Ａ（ｔ）はビーム１の強度変調度合いおよび試
料，干渉光学系等に依存する関数，Ｐ（ｔ）はビーム１
による試料の熱膨張振動によるビーム１の位相変化，Φ
はＰ（ｔ）が零（振動が無い）ときのビーム１，ビーム
２間の光路長差による位相差である。Ｐ（ｔ）は例えば
試料が励起光により正弦波振動（振幅Ｌ，周波数Ｆ，位
相ｑ）しているとき，次式で表される。 Ｐ（ｔ）＝（４π／λ）・Ｌ・ｓｉｎ（２πＦｔ＋ｑ）（λは光の波長） …（２）
【０００８】周波数Ｆ，Ｆｂ成分を含む信号Ｅを検波器
１１に通した後に，乗算器１２により発振器１０からの
周波数Ｆｂの正弦波信号Ｒｏに乗算して信号Ｖ１とす
る。信号Ｖ１はこの乗算により周波数Ｆｂ成分がとり除
かれており，次式で表される。 Ｖ１＝Ｋ1 ・Ａ（ｔ）・ｃｏｓ（２πＦｔ）（Ｋ1 は定数） …（３） 次に，信号Ｅのビート波に対して，位相が９０°異なる
信号Ｒを生成する。即ち，発振器１０からの周波数Ｆｂ
なる正弦波信号に，低域通過フィルタ８による位相検出
および位相シフタ９による位相補正を加えて信号Ｒを生
成する。信号Ｒは次式で表される。 Ｒ＝Ｋ・ｓｉｎ（２πＦｂｔ＋Φ） （Ｋは定数） …（４） この信号Ｒを乗算器７により信号Ｅと乗算して信号Ｖ１
と同様に周波数成分Ｆｂをとり除き，信号Ｖ２とする。
信号Ｖ２はＬがλに比べて十分小さいとき，次式で表さ
れる。 Ｖ２＝Ｋ2 ・Ａ（ｔ）・（４π／λ）・Ｌ・ｓｉｎ（２πＦｔ＋ｑ） （Ｋ2 は定数） …（５） だだし，信号Ｖ１，Ｖ２は高周波帯である周波数２Ｆｂ
帯の信号成分を例えば図示しないフィルタにより取り除
いている。次に，ロックインアンプ１３，１４により信
号Ｖ１の周波数Ｆ成分（Ｖｆ１）および信号Ｖ２の周波
数Ｆ成分（Ｖｆ２）を抽出する。信号Ｖｆ１およびＶｆ
２は次式で表される。 Ｖｆ１＝Ａ（ｔ） …（６） Ｖｆ２＝Ｃ・Ａ（ｔ）・（２π／λ）・Ｌ …（７） （Ｃは定数） そして，除算器１５により信号Ｖｆ２と信号Ｖｆ１との
比Ｓ１を算出する。比Ｓ１は次式で表される。 Ｓ１＝Ｃ・（２π／λ）・Ｌ …（８） 比Ｓ１には，上記（１）式における係数Ａ（ｔ）を含ん
でいない。以上のようにして求めた比Ｓ１から，前述の
従来例での問題点で示した試料の温度変化，プラズマ密
度の変化等による試料の反射率の変化といった外乱の影
響を受けず，試料３の真の熱膨張振動を計測することが
できる。その結果，高精度で試料の評価を行うことがで
きる。又，上記実施例では，信号Ｒを信号Ｅと同位相と
している。このため，両信号Ｒ，Ｅ間で位相を変えた場
合に比べて信号Ｅに含まれる熱膨張振動成分であるＬが
強調され，上記外乱の影響を受けなくなる。従って，熱
膨張振動の計測精度を一層向上させることができる。更
に，上記実施例では励起光源と測定用の放射光源とを一
体化しているが，別々の光源を設けても良い。更に，上
記信号Ｖ１，Ｖ２共，高周波帯である周波数２Ｆｂ成分
を例えば図示しないフィルタにより取り除いて，周波数
Ｆ成分を抽出しているが，逆に周波数２Ｆｂ成分を残し
てこれを抽出しても良い。更に，図２に示す如く，試料
３の表面に熱膨張振動を誘起するレーザ光（励起光）を
照射し，熱膨張振動による熱弾性波を試料３の背面ある
いは照射点から離れた位置で検出しても良い。この場
合，検出される振動には，弾性波伝搬中の情報（弾性的
特性）を含んでおり，試料３の内部の欠陥等を検出する
ことができる（図３の従来例では，励起光の拡散長内の
情報しか得られないため，このような評価はできな
い）。尚，上記実施例では，励起用兼測定用レーザとし
てＨｅ−Ｎｅレーザ１を用いたが，色素レーザ等波長可
変光源を用いれば，試料３の分光的評価が可能となる。
尚，上記実施例ではビーム１，２を空間に放射している
が，実使用に際してはこれらのビーム１，２を光ファイ
バで導光し，干渉させる光学系としても何ら支障はな
い。
１１に通した後に，乗算器１２により発振器１０からの
周波数Ｆｂの正弦波信号Ｒｏに乗算して信号Ｖ１とす
る。信号Ｖ１はこの乗算により周波数Ｆｂ成分がとり除
かれており，次式で表される。 Ｖ１＝Ｋ1 ・Ａ（ｔ）・ｃｏｓ（２πＦｔ）（Ｋ1 は定数） …（３） 次に，信号Ｅのビート波に対して，位相が９０°異なる
信号Ｒを生成する。即ち，発振器１０からの周波数Ｆｂ
なる正弦波信号に，低域通過フィルタ８による位相検出
および位相シフタ９による位相補正を加えて信号Ｒを生
成する。信号Ｒは次式で表される。 Ｒ＝Ｋ・ｓｉｎ（２πＦｂｔ＋Φ） （Ｋは定数） …（４） この信号Ｒを乗算器７により信号Ｅと乗算して信号Ｖ１
と同様に周波数成分Ｆｂをとり除き，信号Ｖ２とする。
信号Ｖ２はＬがλに比べて十分小さいとき，次式で表さ
れる。 Ｖ２＝Ｋ2 ・Ａ（ｔ）・（４π／λ）・Ｌ・ｓｉｎ（２πＦｔ＋ｑ） （Ｋ2 は定数） …（５） だだし，信号Ｖ１，Ｖ２は高周波帯である周波数２Ｆｂ
帯の信号成分を例えば図示しないフィルタにより取り除
いている。次に，ロックインアンプ１３，１４により信
号Ｖ１の周波数Ｆ成分（Ｖｆ１）および信号Ｖ２の周波
数Ｆ成分（Ｖｆ２）を抽出する。信号Ｖｆ１およびＶｆ
２は次式で表される。 Ｖｆ１＝Ａ（ｔ） …（６） Ｖｆ２＝Ｃ・Ａ（ｔ）・（２π／λ）・Ｌ …（７） （Ｃは定数） そして，除算器１５により信号Ｖｆ２と信号Ｖｆ１との
比Ｓ１を算出する。比Ｓ１は次式で表される。 Ｓ１＝Ｃ・（２π／λ）・Ｌ …（８） 比Ｓ１には，上記（１）式における係数Ａ（ｔ）を含ん
でいない。以上のようにして求めた比Ｓ１から，前述の
従来例での問題点で示した試料の温度変化，プラズマ密
度の変化等による試料の反射率の変化といった外乱の影
響を受けず，試料３の真の熱膨張振動を計測することが
できる。その結果，高精度で試料の評価を行うことがで
きる。又，上記実施例では，信号Ｒを信号Ｅと同位相と
している。このため，両信号Ｒ，Ｅ間で位相を変えた場
合に比べて信号Ｅに含まれる熱膨張振動成分であるＬが
強調され，上記外乱の影響を受けなくなる。従って，熱
膨張振動の計測精度を一層向上させることができる。更
に，上記実施例では励起光源と測定用の放射光源とを一
体化しているが，別々の光源を設けても良い。更に，上
記信号Ｖ１，Ｖ２共，高周波帯である周波数２Ｆｂ成分
を例えば図示しないフィルタにより取り除いて，周波数
Ｆ成分を抽出しているが，逆に周波数２Ｆｂ成分を残し
てこれを抽出しても良い。更に，図２に示す如く，試料
３の表面に熱膨張振動を誘起するレーザ光（励起光）を
照射し，熱膨張振動による熱弾性波を試料３の背面ある
いは照射点から離れた位置で検出しても良い。この場
合，検出される振動には，弾性波伝搬中の情報（弾性的
特性）を含んでおり，試料３の内部の欠陥等を検出する
ことができる（図３の従来例では，励起光の拡散長内の
情報しか得られないため，このような評価はできな
い）。尚，上記実施例では，励起用兼測定用レーザとし
てＨｅ−Ｎｅレーザ１を用いたが，色素レーザ等波長可
変光源を用いれば，試料３の分光的評価が可能となる。
尚，上記実施例ではビーム１，２を空間に放射している
が，実使用に際してはこれらのビーム１，２を光ファイ
バで導光し，干渉させる光学系としても何ら支障はな
い。
【０００９】
【発明の効果】本発明に係る光熱変位計測による試料評
価方法は，上記したように構成されているため，試料の
温度変化，プラズマ密度の変化等による試料の反射率の
変化といった外乱の影響を受けず，真の熱膨張振動を計
測することができる。その結果，高精度で試料の評価を
行うことができる。
価方法は，上記したように構成されているため，試料の
温度変化，プラズマ密度の変化等による試料の反射率の
変化といった外乱の影響を受けず，真の熱膨張振動を計
測することができる。その結果，高精度で試料の評価を
行うことができる。
【図１】 本発明の一実施例に係る光熱変位計測による
試料評価装置Ｏの概略構成を示す全体回路図。
試料評価装置Ｏの概略構成を示す全体回路図。
【図２】 試料の内部欠陥を検出する手法の概念図。
【図３】 従来のマイケルソン型レーザ干渉法により試
料の熱膨張振動を計測する手法を示す説明図。
料の熱膨張振動を計測する手法を示す説明図。
【図４】 従来の反射率計測法に基づく手法を示す説明
図。
図。
１…Ｈｅ−Ｎｅレーザ（励起用兼測定用レーザ） ２…音響光学変調器 ３…試料 ４…光電変換器 ７，１２…乗算器 ９…位相シフタ １０…発振器 １１…検波器 １３，１４…ロックインアンプ １５…除算器
Claims (6)
- 【請求項１】 試料に励起光を照射すると共に，上記試
料に照射される測定用の放射光の該試料での反射光と該
放射光との干渉光を検出し，上記干渉光の検出データに
基づいて上記試料の熱膨張振動を計測する光熱変位計測
による試料評価方法において，上記放射光と反射光との
間で所定の周期差を与えて上記検出データを該周期差に
対応するビート波となすと共に，上記励起光を所定周波
数で強度変調した周期光となし，上記ビート波に対して
所定の位相をなす正弦波と該正弦波に対して９０°位相
の異なる正弦波とを上記ビート波にそれぞれ乗じた値の
上記所定周波数の成分の比に基づいて上記試料の熱膨張
振動を計測することを特徴とする光熱変位計測による試
料評価方法。 - 【請求項２】 上記励起光が，上記試料に照射される測
定用の放射光を所定周波数で強度変調した周期光である
請求項１記載の光熱変位計測による試料評価方法。 - 【請求項３】 上記励起光が，上記測定用の放射光とは
別の光源から発せられる請求項１記載の光熱変位計測に
よる試料評価方法。 - 【請求項４】 上記所定周波数の成分の比が，その基本
周波数成分の比である請求項１，２又は３記載の光熱変
位計測による試料評価方法。 - 【請求項５】 上記所定周波数の成分の比が，その基本
周波数の２倍の周波数成分の比である請求項１，２又は
３記載の光熱変位計測による試料評価方法。 - 【請求項６】 上記所定の位相が上記ビート波に対して
同位相である請求項１，２又は３記載の光熱変位計測に
よる試料評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4090817A JPH05288721A (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 光熱変位計測による試料評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4090817A JPH05288721A (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 光熱変位計測による試料評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05288721A true JPH05288721A (ja) | 1993-11-02 |
Family
ID=14009153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4090817A Pending JPH05288721A (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 光熱変位計測による試料評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05288721A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007017389A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Yamatake Corp | 流れ検出装置 |
| JP2007170960A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Kobe Steel Ltd | 熱弾性特性測定装置、熱弾性特性測定方法 |
| JP2019164010A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社東芝 | 光学検査装置、半導体素子及び光学検査方法 |
-
1992
- 1992-04-10 JP JP4090817A patent/JPH05288721A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007017389A (ja) * | 2005-07-11 | 2007-01-25 | Yamatake Corp | 流れ検出装置 |
| JP2007170960A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Kobe Steel Ltd | 熱弾性特性測定装置、熱弾性特性測定方法 |
| JP2019164010A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社東芝 | 光学検査装置、半導体素子及び光学検査方法 |
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