JP2580766B2 - Ultrasonic microscope lens and reflected wave sampling method using the lens - Google Patents
Ultrasonic microscope lens and reflected wave sampling method using the lensInfo
- Publication number
- JP2580766B2 JP2580766B2 JP1072960A JP7296089A JP2580766B2 JP 2580766 B2 JP2580766 B2 JP 2580766B2 JP 1072960 A JP1072960 A JP 1072960A JP 7296089 A JP7296089 A JP 7296089A JP 2580766 B2 JP2580766 B2 JP 2580766B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- wave
- transducer
- subject
- beam transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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 enters an ultrasonic wave at an intended incident angle onto a surface of a subject, collects a reflected wave thereof, and depends on the incident angle of the ultrasonic wave. The present invention relates to an ultrasonic microscope lens used for performing film thickness measurement, adhesion measurement, and the like based on the shape of the obtained 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。弾性表面波の位相速度は被検体の構造パラメ
ータ、弾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、弾性定数を測定することができる。<Prior Art> A V (z) curve method using a lens of an ultrasonic microscope is known as a method for non-destructively quantitatively measuring the structure and elastic constant of a subject using ultrasonic waves. The V (z) curve method corresponds to the phase velocity of the surface acoustic wave due to excitation of the surface acoustic wave on the surface of the object when the lens of the ultrasonic microscope is moved up and down perpendicular to the surface of the object. Since the output oscillates in a cycle, the phase velocity of the surface acoustic wave is determined from the oscillation cycle. Since the phase velocity of the surface acoustic wave can be obtained as a function of the structural parameters of the subject and the elastic constant,
Conversely, the structural parameter and elastic constant of the subject can be measured from the observed phase velocity of the surface acoustic wave.
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63−202569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
信用トランスジューサー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。膜厚測
定法では(1)式によって膜厚を測定する。Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-20803 discloses a technique for measuring the structure of an object such as an elastic constant and a film thickness by using an excitation phenomenon of a surface acoustic wave excited on the surface of the object. There is a technique described in Japanese Patent Application No. 63-202569 to evaluate the properties. These receive the ultrasonic waves oscillated by the transmitting transducer 23 as shown in FIG.
When an object 21 having a film 19 formed on the sample 18 is incident at a certain range of incident angle θ1 determined by the substrate, the film, and the substance constituting the ultrasonic wave propagation liquid, the object is exposed at the same angle as the incident angle. Ultrasonic waves are emitted from the sample 21. The emitted reflected wave is detected by the receiving transducer 24 to obtain the frequency distribution 26 shown in FIG. 3B.
It takes advantage of the fact that the reflected output takes a minimum at a frequency that depends on the structural parameters and elastic properties of. In the film thickness measuring method, the film thickness is measured by the equation (1).
f×d=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って決まる定数
である。fxd = C (constant) (1) where d is the film thickness. f is the frequency at which the reflected wave output minimum phenomenon occurs in the frequency distribution 26 of the reflected wave obtained by the receiving transducer 24. C is a constant determined by the constituent materials of the substrate and the film, the liquid for ultrasonic wave propagation, and the incident angle of 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
る超音波顕微鏡レンズに関する文献として特開昭61−79
157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, in the adhesion determination method, the presence or absence of an intermediate layer made of another substance between the film and the substrate, and separation are detected from the manner in which the frequency of the reflected wave output is minimized at each incident angle when the incident angle is shifted. Things. Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 61-79 discloses a document relating to an ultrasonic microscope lens used in these measuring methods.
157 and JP-A-61-79158. However, these ultrasonic microscope lenses cannot change the angle of incidence, and if the constituent materials of the film and the substrate change, the angle of incidence for exciting the surface acoustic wave changes, making measurement impossible. In particular, when a measurement is to be performed on a sample made of an unknown substance, the incident angle must be continuously changed to find the optimum incident angle at which the reflected wave output minimum phenomenon occurs, which requires a great deal of time and effort. Therefore, from the above demand, there is a demand 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か、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の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 micro area on the surface of the subject based on the above-described film thickness measurement method and adhesion determination method, the ultrasonic wave is converged on the surface of the object, or only from the micro area on the surface of the object. Must be detected. In the lenses described in the above-mentioned JP-A-61-79157 and JP-A-61-79158, ultrasonic waves can be incident at a fixed incident angle, but when trying to measure in a minute area, oscillation occurs. In addition, there is no other way than to reduce the area of the receiving piezoelectric material, and since the reception output is reduced in this way, there is a limit to the measurement in a minute region naturally.
<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け替える必要がある。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。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。<Problems to be Solved by the Invention> As described above, 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, a film is formed on a substrate. For the formed subject,
When trying to non-destructively measure the film thickness and the adhesion between the substrate and the film using ultrasonic waves, the incident angle at which ultrasonic waves are incident when the constituent material of the subject changes with a conventional ultrasonic microscope lens Therefore, it is necessary to replace the lens with an ultrasonic microscope having a different incident angle. Furthermore, obtaining high resolution has been difficult with conventional techniques. The present invention solves these problems of the prior art.
<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して超音波を発振
し、発振された超音波を被検体表面に斜めから照射し、
その超音波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、発信側か受
信側かのどちらか一方のトランスジュウサーは、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
ジュウサーであり、他方のトランスジュウサーは、電気
信号が印加されると、一点に音波を集束する点集束ビー
ムトランスジュウサーまたは直線状に音波を集束する直
線集束ビームトランスジュウサーであり、その点集束ビ
ームトランスジュウサーまたは直線集束ビームトランス
ジュウサーは、その集束点または直線状集束部を被検体
の表面に有し、平行ビームトランスジュウサーは、その
受信面を前記の集束点または直線状集束部に向けて有す
る超音波顕微鏡レンズである。<Means for Solving the Problems> The present invention applies an electric signal to a piezoelectric body, oscillates ultrasonic waves, and irradiates the oscillated ultrasonic waves obliquely to the surface of a subject,
In an ultrasonic microscope lens configured to receive the reflected wave of the ultrasonic wave using a piezoelectric body, either the transmitting side or the receiving side of the transducer transmits a plane wave when an electric signal is applied. The other transducer is a point-focusing beam transducer that focuses sound waves at one point or a linear focusing beam transducer that focuses sound waves in a straight line when an electric signal is applied. A point focusing beam transducer or a linear focusing beam transducing device having the focusing point or the linear focusing portion on the surface of the subject, and the parallel beam transducing device having the receiving surface thereof. Is an ultrasonic microscope lens directed toward the focal point or the linear focal point.
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, such an ultrasonic microscope lens is used to oscillate the ultrasonic waves in the parallel beam transducer within a range where the oscillated ultrasonic waves are obliquely applied to the object surface and the reflected waves are received. This is a reflected wave collecting method using an ultrasonic microscope lens, characterized in that an output of a reflected wave from a subject at an intended incident angle or a frequency distribution thereof is obtained by inclining in a direction in which the incident 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、一方は点収束ビームトランス
ジューサーあるいは直線収束ビームトランスジューサー
で構成され、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 FIG. 1 or FIG. 2, in an ultrasonic microscope lens for irradiating an ultrasonic wave to a subject and collecting a reflected wave thereof, a ultrasonic wave oscillating side and a receiving side are used. The principle of characteristics of an ultrasonic microscope lens composed of two transducers, one composed of a point convergent beam transducer or a linear convergent beam transducer and the other composed of a parallel beam transducer, will be described.
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, a case is considered in which a linear convergent beam transducer as shown in FIG. 1 is focused on the surface of the subject, and is installed on the subject so that 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30
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θ2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 30 oscillated by a linear convergent beam transducer 28 whose objective surface has a cylindrical side surface shape.
Is a linear focusing beam transducer on the surface of the subject 36
Incidence and focus with an incident angle width θ2 determined by the aperture angle of 28
It converges to a very narrow area of 32. This incident sound wave is reflected,
It is re-emitted into the ultrasonic wave propagation liquid again with the same reflection angle width θ2. Here, 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
相当する極狭い領域34から放射された波(第5図A)は
色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。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D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。
このことからこ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に相当する微小領域34に於いての弾性的
情報を大きく持ち、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, the wave (FIG. 5A) radiated from a very small area 34 corresponding to the focal point 32 of the transducer is a plane wave (FIG. 5B, C, D) propagating in the color direction. It can be considered as a superposition. Of the decomposed plane wave components propagating in various directions, those components which are perpendicularly incident on the parallel beam transducer 29 as shown in FIG. 5C are converted into electric signals without causing a phase shift on the piezoelectric body surface. However, as shown in FIG. 5B and FIG. 5D, components decomposed in a direction shifted from the direction perpendicular to the piezoelectric body and reflected are:
Since the sound wave obliquely enters the piezoelectric body and causes a phase shift, the contribution of these components to the output becomes relatively weak.
From this, the electric signal received by the ultrasonic microscope lens has a large amount of elasticity information in a minute area 34 corresponding to the focal point 32 of the linear convergent beam transducer 28 on the surface of the subject, and a parallel beam. Transducer
This is a signal corresponding to the case where an ultrasonic wave is incident at an incident angle of 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41の表面の各点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。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C、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。As shown in FIG. 6A, similarly, when the receiving and transmitting transducers of FIG. 4 are reversed, the elasticity information at the time of incidence at the incident angle defined by the parallel beam transducer is used as the object information. 41 can be obtained for a small area 42 corresponding to the focal point 40 of a linear convergent beam transducer on the surface. As shown in FIG. 6A, the plane wave transmitted from the parallel beam transducer 38 is
The light is irradiated on the surface of the subject 41 at a constant incident angle, and is reflected by the surface of the subject 41. Based on the Fourier engineering concept, a plane wave can generally be considered as a superposition of cylindrical waves radiated from each point 45 on the surface of the subject 41. Of the components reflected on the surface of the subject, only the component of the reflected wave from the area 42 corresponding to the focal point 40 of the convergent beam transducer as shown in FIG. Is converted into an electric signal without causing the focal point of the convergent beam transducer as shown in FIGS. 6C and 6E.
The components of the reflected waves from regions other than the region 42 cause a phase shift on the surface of the piezoelectric body, and the magnitude of the electric signal contributing to the output of these components is relatively weak. As a result, the linear convergent beam transducer Small area 42 equivalent to 39 focal points
Only the elastic properties of 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
48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 because the normal 51 on the surface of the subject as shown in FIG.
When the center line 52 of the ultrasonic microscope lens is tilted with respect to
In the case of FIG. 7A, an ultrasonic wave is applied at an incident angle θ5 defined by a parallel beam transducer, and in the case of FIG.
Means that a response to the ultrasonic wave of the subject when irradiated to 48 is obtained, which means that the physical properties of the subject at any incident angle by simply tilting the entire ultrasonic microscope lens with respect to the subject 48, or A signal reflecting the structure 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。In the case of a point convergence transducer, the explanation can be made using the concept of Fourier optics as in the case of the linear convergence beam transducer described above. In this case, since the focal point 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か、
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 one of the ultrasonic oscillation and the reception transducer is constituted by a point-converging or linear-converging beam transducer and the other transducer is constituted by a parallel beam transducer, as shown in FIG. In order to construct a convergent beam transducer by making the piezoelectric body itself cylindrical or concave,
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a convergent beam transducer is formed by radiating an ultrasonic wave into a delay member with a planar piezoelectric body and processing the object surface of the delay member into a cylindrical side surface shape or a concave shape. The technical scope of the present invention is not limited by this. Similarly, the parallel beam transducer is not limited by whether or not a delay member 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顕微鏡レ
ンズを用いて次の手順に沿って行うことが可能であっ
た。<Example 1> Example 1 The thickness of a substrate and a film formed on the substrate whose constituent materials are unknown is measured using the ultrasonic microscope lens of the present invention according to the following procedure. Was possible.
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1を構成し、送信側
に平行ビームトランスジューサー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の傾きとな
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に示す様にこの超音波
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
ジューサーの超音波の入射角をθ7=15degからθ8=6
0deg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θ=30de
g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θ
9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。An ultrasonic microscope lens having a structure as shown in FIG. 1 was used. The transducer on the receiving side constitutes a linear convergent beam transducer 1 by cutting the objective surface 5 of the fused silica delay member 4 into a cylindrical side surface shape, and the parallel beam transducer 2 is fused on the transmission side into the delay member 4. It was configured using quartz. The linear convergent beam transducer and the parallel beam transducer were fixed using the fixing member 8 so as to have an inclination of 55 deg. The aperture angle of the linear convergent beam transducer is 30 deg. The measurement was performed using water as the liquid for ultrasonic propagation, and the ultrasonic microscope lens was moved from the angle θ7 = 15 deg to the angle θ8 = 6 with respect to the surface of the object as shown in FIG. 9A.
The reflected wave was collected while tilting so as to continuously change to 0 deg, and its frequency analysis was performed. As a result, as shown in FIG. 9A, the angle of incidence of the ultrasonic microscope lens of the present invention was θ = 30 de.
At g, it was found that a minimal phenomenon caused by surface acoustic wave excitation on the surface of the subject was well observed. For this reason,
As shown in FIG. 9B, the angle of incidence θ of the parallel beam transducer on the surface of the subject is measured using the ultrasonic microscope lens.
The following measurement was continuously performed by tilting the ultrasonic microscope lens so that 9 was always 30 deg.
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θ9=30degとして測定を行うことが出来た。A reflected wave was collected from a specimen having the same material composition as that of the above-mentioned specimen and whose film thickness was found to be 5 μm, and as a result of frequency analysis, a minimum was observed at 50 MHz. From this, it was found that the value of C in the equation (1) at the given incident angle of the specimen of 30 deg was 250, and thereafter, the specimen of unknown film thickness composed of the same substance Against
As shown in FIG. 9B, the measurement was performed with θ9 = 30 deg as shown in FIG. 9B by setting the value of C to 250.
実施例2 第10図に示すように、溶融石英基板70の上に金メッキ
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, gold plating was performed on a fused quartz substrate 70.
In the determination of the close contact of the subject, which was performed in 71, it was possible to detect an area where the oil film 75 was present between the gold film and the substrate as follows.
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。In the ultrasonic sensor, as shown in FIG. 2, the transmitting side parallel beam transducer 11 is constituted by using a delay material made of fused silica, and the receiving side transducer is formed by cutting the object surface 14 of the delay material into a concave surface. The point convergent beam transducer 10 was constituted by.
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。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。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550μm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 angle between the center line of the point convergent beam transducer and the normal of the parallel beam transducer is fixed by the fixing member 15 so as to be about 40 deg. The diameter of the circular piezoelectric body is
1 mm. The aperture angle of the point convergent beam transducer is 20 deg. Water was used as the liquid for ultrasonic propagation. The spatial resolution of the ultrasonic microscope lens having the above configuration at the focal point at 50 MHz was 6 μm down to 50 μm. It can be seen that the value of the spatial resolution is much improved compared to 550 μm in the case of using a parallel beam transducer for both conventional transmitting and receiving transducers.
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20deg
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202MHz、θ11=19.2degの入
射角では281MHz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=17.3de
g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,
ロ,ハ,...の各点で次のようになった。According to the theoretical calculation in elasticity engineering, when the film and the substrate are completely adhered and water is used as the liquid for ultrasonic propagation, the incident angle of the ultrasonic wave to this object surface is 17deg to 20deg.
When an ultrasonic wave is incident at an incident angle between the surface acoustic waves are excited on the surface of the subject, a minimum appears in the frequency distribution of the reflected wave, and the frequency causing the minimum is a certain film thickness,
It was found that the angle of incidence was 202 MHz at an incident angle of θ10 = 17.3 deg, and 281 MHz at an incident angle of θ11 = 19.2 deg. Adhesion judgment was performed by the following procedure using the calculation results. First, the ultrasonic microscope lens is set so that the focal point of the point converging beam transducer is located on the surface of the object, and the normal of the parallel beam transducer is θ10 = 17.3 de with respect to the object.
The ultrasonic beam emitted from the parallel beam transducer was applied to the subject, and the reflected wave was set to be received by the point convergent beam transducer, and the frequency distribution of the reflected wave was obtained. Similarly, the entire ultrasonic microscope lens was tilted so that the normal line of the parallel beam transducer was set to have a tilt of θ11 = 19.2 deg with respect to the subject, and the same processing was performed. The value of the minimum frequency that appears in the frequency distribution obtained in this experiment is
At each point b, c, ...
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。 Next, the ratio to the minimum frequency in each case when perfect contact is assumed is as follows.
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、ロ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。 At points A and C, the ratio between the minimum frequency when the incident angle was changed and the minimum frequency when perfect contact determined from the theoretical calculation was the same at each incident angle was judged to be perfect contact. Is not completely adhered. The same determination was made over the entire surface of the subject to detect a poor adhesion portion. An oil film was found between the gold and the fused quartz in an area determined to be poorly adhered by a destructive test later.
<発明の効果> 本発明は以上の構成であるため、第1、2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-described configuration, it is common to the first, second, and third inventions that the ultrasonic wave is incident on the subject and the reflected wave is collected to measure the film thickness and determine the adhesion. In performing
It is possible to measure reflected waves at different incident angles only by tilting the entire ultrasonic 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
センサー部として用いる場合有用なものとなる。Further, the first aspect of the present invention enables measurement of the film thickness and determination of adhesion in a minute area, and is particularly useful when used as a sensor section of a spectrum ultrasonic microscope.
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……点収束ビームトランスジューサー 11……平行ビームトランスジューサー 12……圧電体 13……遅延材 14……凹面形状の対物面 15……固定材 16……点焦点 17……被検体 18……基板 19……膜 20……超音波伝播用液体 21……被検体 23……送信用トランスジューサー 24……受信用トランスジューサー 26……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 28……直線収束ビームトランスジューサー 29……平行ビームトランスジューサー 30……収束ビーム 32……焦点 34……微小領域 36……被検体 38……送信用平行ビームトランスジューサー 39……受信用収束ビームトランスジューサー 40……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 41……被検体 42……微小領域 43……被検体表面の法線 45……被検体表面で仮定された円筒波の発振源点 48……被検体 49……収束ビームトランスジューサーの焦点 50……平行ビームトランスジューサーの法線 51……被検体表面の法線 52……超音波顕微鏡レンズの中心線 54……収束ビームトランスジューサーの焦点 55……平行ビームトランスジューサーの法線 56……超音波顕微鏡レンズの中心線 57……被検体表面の法線 58……遅延材 59……圧電体 60……超音波伝播用液体 61……被検体 64……直線収束ビームトランスジューサー 65……平行ビームトランスジューサー 67……基板 68……膜 69……被検体 70……基板 71……金メッキ膜 72……被検体 73……点収束ビームトランスジューサー 74……平行ビームトランスジューサー 75……油膜 77……点収束ビームトランスジューサーの焦点(測定
点) θ1……超音波の入射角 θ2……入射角の幅=反射角の幅 θ3……平行ビームトランスジューサーで定義される入
射角 θ4……送信用平行ビームトランスジューサーで定義さ
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 θ8……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 θ10……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. FIGS. 1 and 2 are perspective explanatory views of an ultrasonic microscope lens of the present invention. FIG. 3 illustrates the principle of a conventional film thickness measurement method, in which A is a cross-sectional explanatory view of a measurement example, and B is a frequency distribution diagram of the obtained reflected wave. 4 to 7 illustrate the principle of the ultrasonic microscope lens. FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of a measurement example, and FIGS.
D is a plane wave division explanatory diagram of reflected ultrasonic reception when the receiving transducer is a parallel beam transducer. FIGS. 6A, 6B, 6C, D, and E show cases where the receiving transducer is a linear converging beam transducer. FIG. 7 is an explanatory diagram of plane wave division for reflected ultrasonic reception, and FIG. 7 is an explanatory diagram of reception when the ultrasonic microscope lens is tilted. FIG. 8 is an explanatory view of another embodiment of the present invention. Ninth
FIG. A is an explanatory diagram showing a change in the frequency distribution of the reflected wave with a change in the incident angle obtained by using the present invention. FIG. 9B is a perspective explanatory diagram showing the actual measurement, and FIG. It is a perspective explanatory view of the measurement at an incident angle. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Linear converging beam transducer 2 ... Parallel beam transducer 3 ... Piezoelectric body 4 ... Delay material 5 ... Cylinder side surface objective surface 6 ... Linear focal point 7 ... Subject 8 ... Fixed Material 9: Liquid for ultrasonic wave propagation 10: Point convergent beam transducer 11: Parallel beam transducer 12: Piezoelectric body 13: Delay member 14: Concave object surface 15: Fixing member 16 ... Point focal point 17 ... Subject 18 ... Substrate 19 ... Film 20 ... Ultrasonic propagation liquid 21 ... Subject 23 ... Transducer 24 ... Transducer 26 ... Receiver Frequency distribution of the obtained reflected wave 28 Linear convergent beam transducer 29 Parallel beam transducer 30 Focused beam 32 Focus 34 Small area 36 Subject 38 Sjudder 39… Focused beam transducer for reception 40… Focus 41 defined by the focused beam transducer for reception 41… Subject 42… Small area 43… Normal to the subject surface 45… Subject surface Oscillation source point of cylindrical wave assumed at 48 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. The center line of the beam 54 ... The focal point of the convergent beam transducer 55 ... The normal line of the parallel beam transducer 56 ... The center line of the ultrasonic microscope lens 57 ... The normal line of the surface of the subject 58 ... The delay material 59 ... The piezoelectric Body 60… Ultrasonic wave propagation liquid 61… Subject 64… Linear convergent beam transducer 65… Parallel beam transducer 67… Substrate 68… Film 69… Subject 70… Substrate 71… Gold plating film 72 Subject 73 Point convergent beam transducer 74 Parallel beam transducer 75 Oil film 77 Focus (measurement point) of point convergent beam transducer θ1 Ultrasonic incident angle θ2 Incident Angle width = reflection angle width θ3: incident angle defined by parallel beam transducer θ4: incident angle defined by transmitting parallel beam transducer θ5: incident angle defined by parallel beam transducer θ6 ... The incident angle defined by the parallel beam transducer θ7: The minimum incident angle of the measurement defined by the parallel beam transducer θ8: The maximum incident angle of the measurement defined by the parallel beam transducer θ9: The minimum phenomenon Incident angle defined by parallel beam transducer that appeared most strongly θ10: Defined by parallel beam transducer Angle of incidence defined by the incident angle θ10 θ11 ...... parallel beam transducer that
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大平 克己 東京都台東区台東1丁目5番1号 凸版 印刷株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−35353(JP,A) 特開 平1−284752(JP,A) 特開 平1−254859(JP,A) 特開 昭61−245055(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Katsumi Ohira 1-5-1, Taito, Taito-ku, Tokyo Toppan Printing Co., Ltd. (56) References JP-A-2-35353 (JP, A) JP-A-1 -284752 (JP, A) JP-A 1-254859 (JP, A) JP-A-61-245055 (JP, A)
Claims (3)
し、発振された超音波を被検体表面に斜めから照射し、
その超音波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、 発信側か受信側かのどちらか一方のトランスジュウサー
は、電気信号が印加されると平面波を発振する平行ビー
ムトランスジュウサーであり、他方のトランスジュウサ
ーは、電気信号が印加されると、一点に音波を集束する
点集束ビームトランスジュウサーであり、 その点集束ビームトランスジュウサーは、その集束点を
被検体の表面に有し、平行ビームトランスジュウサー
は、その受信面を前記の集束点に向けて有する ことを特徴とする超音波顕微鏡レンズ。An ultrasonic wave is oscillated by applying an electric signal to a piezoelectric body, and the oscillated ultrasonic wave is irradiated obliquely onto a surface of a subject,
In an ultrasonic microscope lens configured to receive the reflected wave of the ultrasonic wave using a piezoelectric body, either the transmitting side or the receiving side of the transducer transmits a plane wave when an electric signal is applied. The other transducer is a point focusing beam transducer that focuses a sound wave to one point when an electric signal is applied, and the point focusing beam transducer is An ultrasonic microscope lens having the focal point on the surface of the subject, and the parallel beam transducer having its receiving surface facing the focal point.
し、発振された超音波を被検体表面に斜めから照射し、
その超音波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、 発信側か受信側かのどちらか一方のトランスジュウサー
は、電気信号が印加されると平面波を発振する平行ビー
ムトランスジュウサーであり、他方のトランスジュウサ
ーは、電気信号が印加されると、直線状に音波を集束す
る直線集束ビームトランスジュウサーであり、 その直線集集束ビームトランスジュウサーは、その音波
の集束する直線状の集束部を被検体の表面に有し、平行
ビームトランスジュウサーは、その受信面を前記の集束
部に向けて有する ことを特徴とする超音波顕微鏡レン
ズ。2. An ultrasonic signal is oscillated by applying an electric signal to a piezoelectric body, and the oscillated ultrasonic wave is irradiated obliquely on the surface of the subject,
In an ultrasonic microscope lens configured to receive the reflected wave of the ultrasonic wave using a piezoelectric body, either the transmitting side or the receiving side of the transducer transmits a plane wave when an electric signal is applied. The other transducer is a linear focusing beam transducer that focuses a sound wave linearly when an electric signal is applied, and the linear focusing beam transducer is An ultrasonic microscope lens comprising: a linear focusing portion for focusing the sound wave on the surface of the subject; and a parallel beam transducer having a receiving surface facing the focusing portion.
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ウサー
における超音波の入射角が変わる方向に傾けることによ
り、意図した異なる入射角における被検体からの反射波
の出力また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。3. An ultrasonic microscope lens according to claim 1 or 2, wherein an ultrasonic wave oscillated on the surface of the object is radiated obliquely onto the surface of the object, and a reflected wave of the ultrasonic wave is applied to the surface. In the direction in which the incident angle of the ultrasonic wave in the parallel beam transducer changes in the range where the light is received, thereby obtaining the output of the reflected wave from the subject or the frequency distribution thereof at the intended different incident angles. A method of collecting reflected waves using an ultrasonic microscope lens.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1072960A JP2580766B2 (en) | 1989-03-25 | 1989-03-25 | Ultrasonic microscope lens and reflected wave sampling method using the lens |
| US07/495,961 US5079952A (en) | 1989-03-25 | 1990-03-20 | Ultrasonic transducer assembly and ultrasonic acoustic microscope |
| DE69023792T DE69023792T2 (en) | 1989-03-25 | 1990-03-21 | Ultrasound generator and acoustic microscope with ultrasound. |
| EP90105366A EP0389953B1 (en) | 1989-03-25 | 1990-03-21 | Ultrasound generator assembly and ultrasonic acoustic microscope |
| CA002012951A CA2012951C (en) | 1989-03-25 | 1990-03-23 | Ultrasound generator assembly and ultrasonic acoustic microscope |
| KR90004059A KR960009763B1 (en) | 1989-03-25 | 1990-03-26 | Ultrasonic generator assembly and ultrasonic acoustic microscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1072960A JP2580766B2 (en) | 1989-03-25 | 1989-03-25 | Ultrasonic microscope lens and reflected wave sampling method using the lens |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02251752A JPH02251752A (en) | 1990-10-09 |
| JP2580766B2 true JP2580766B2 (en) | 1997-02-12 |
Family
ID=13504456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1072960A Expired - Fee Related JP2580766B2 (en) | 1989-03-25 | 1989-03-25 | Ultrasonic microscope lens and reflected wave sampling method using the lens |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2580766B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63114465A (en) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Pfu Ltd | Background color tracking control method |
-
1989
- 1989-03-25 JP JP1072960A patent/JP2580766B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02251752A (en) | 1990-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5094108A (en) | Ultrasonic contact transducer for point-focussing surface waves | |
| Yamanaka et al. | Precise velocity measurement of surface acoustic waves on a bearing ball | |
| US4655083A (en) | Surface ultrasonic wave interference microscope | |
| JP2541012B2 (en) | Ultrasonic spectrum microscope | |
| JPH0136584B2 (en) | ||
| US7798000B1 (en) | Non-destructive imaging, characterization or measurement of thin items using laser-generated lamb waves | |
| JPH0529064B2 (en) | ||
| JP2580766B2 (en) | Ultrasonic microscope lens and reflected wave sampling method using the lens | |
| Smolorz et al. | Focusing PVDF transducers for acoustic microscopy | |
| JP2000146928A (en) | Inspection method of spot welding | |
| US4825423A (en) | Method of measuring microcrack depth | |
| JP5428249B2 (en) | Apparatus for measuring the thickness of a tubular body, method thereof, and method of manufacturing a tubular body | |
| JPH06281634A (en) | Ultrasonic probe | |
| JPH0668487B2 (en) | Acoustic transducer for ultrasonic microscope | |
| JP2545974B2 (en) | Spectrum ultrasound microscope | |
| JP3832061B2 (en) | Ultrasonic dimension measuring device | |
| JP3505757B2 (en) | Ultrasound spectrum microscope | |
| Upendran et al. | The influence of edge waves in local surface skimming longitudinal wave generation using a focused PVDF transducer | |
| JPH0545346A (en) | Ultrasonic probe | |
| JPH10213429A (en) | Beam-diameter measuring target for ultrasonic-point focusing submerged contact and method and device for measuring beam diameter | |
| JPH0731169Y2 (en) | Ultrasonic probe | |
| JP3417856B2 (en) | Ultrasonic flaw detection method and equipment for cylinders | |
| JPH05107234A (en) | Method and apparatus for inspecting ultrasonic probe | |
| Kauppinen et al. | Characterization of ceramic coatings with large-aperture low-frequency transducers | |
| JPH06300740A (en) | Ultrasonic microscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071121 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081121 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |