JP2017534842A - 温度分布測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サンプルに印加されるバイアス信号に対する光検出器の同期化がなくても周期的な反射率変化を容易に測定すること。【解決手段】サンプルの温度分布又は発熱分布を測定する温度分布測定装置が開示される。一実施形態は、サンプルに印加されたバイアス信号に基づいて反射率が変化する反射信号を収集し、前記反射信号で前記サンプルの関心領域から反射した関心信号を検出し、前記関心信号を周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号に対するフィルタリングに基づいて抽出された直流成分及び前記バイアス信号の周波数成分を用いて前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算し、前記相対的な反射率変化量に基づいて前記サンプルの発熱イメージを取得する。

Description

本発明の実施形態は、サンプルの温度分布又は発熱分布を測定する装置及び方法に関する。

半導体素子の高集積化又は微細化に伴い、半導体素子の動作時に発生する熱が半導体素子の性能及び信頼性を低下させることがある。

従来における温度分布測定装置は、サンプルから放出される赤外線の輻射を赤外線カメラを用いて直接に測定し得る。これを赤外線熱映像方法という。赤外線熱映像方法は、高い温度分解能を有する。しかし、赤外線熱映像方法は、中赤外線輻射を検出してサンプルの温度分布を測定する。赤外線熱映像方法は、光学的な回折限界を有して３ｕｍ程度の空間分解能を有する。微細パターン又は高集積半導体素子の温度特性測定及び分析のためにサブミクロン級の高分解能温度分布測定装置が必要である。

関連する先行技術として、２０１０年１２月２２日に出願され、２０１４年０１月１４日に登録公告された第１０−１３５０９７６号（発明の名称：温度分布測定装置）がある。前記特許は、３次元構造を有する試料に対する温度分布を非接触式に測定できる温度分布測定装置に関し、より詳しくは、色分散レンズ、回折分光器、光検出アレイを用いて試料の深度方向（ｚ軸方向）の温度分布を熱反射法に基づいて測定し、２軸走査鏡を用いて試料の平行方向（ｘ−ｙ軸方向）の温度分布を熱反射法に基づいて測定することにより、試料の３次元温度分布を測定可能にした温度分布測定装置が開示されている。

大韓民国特許出願公開第１０−１３５０９７６号明細書

本発明の一実施形態は、サンプルに印加されるバイアス信号に対する光検出器の同期化がなくても周期的な反射率変化を容易に測定する技術を提供する。

また、本発明の一実施形態は、サンプルの関心領域以外で発生する反射光を除去して光検出器の広い動作範囲を確保でき、反射率変化の測定敏感度を向上させる技術を提供する。

一側面に係る温度分布測定装置は、サンプルに印加されたバイアス信号に基づいて反射率が変化する反射信号を収集する収集部と、前記反射信号で前記サンプルの関心領域から反射した関心信号を検出する検出部と、前記関心信号を周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号に対するフィルタリングに基づいて抽出された直流成分及び前記バイアス信号の周波数成分を用いて前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算し、前記相対的な反射率変化量に基づいて前記サンプルの発熱イメージを取得する制御部とを含む。

前記検出部は、少なくとも１つのピンホールを含み得る。

前記制御部は、数式ΔＲ_ｆ／Ｒ_０により前記相対的な反射率変化量を演算し、Ｒ_０は周波数領域信号に含まれた直流成分を示し、ΔＲ_ｆは周波数領域信号に含まれたバイアス信号の周波数成分を示し得る。

他の一実施形態に係る温度分布測定装置は、サンプルから反射する反射信号の反射率の変化のために前記サンプルにバイアス信号を印加するバイアス信号印加部と、イメージの開始及び終了を知らせる第１制御信号及び前記イメージの行又は列の開始及び終了を知らせる第２制御信号に基づいて前記サンプルをスキャンするスキャン部と、

前記反射信号で前記サンプルの関心領域から反射した関心信号を検出する検出部と、前記関心信号を周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号に対するフィルタリングに基づいて抽出された直流成分及び前記バイアス信号の周波数成分を用いて前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算し、前記イメージのピクセル値を前記相対的な反射率変化量に決定して前記サンプルの発熱イメージを取得する制御部とを含む温度分布測定装置。

前記制御部は、前記相対的な反射率変化量及び熱反射係数測定法に基づいて熱反射係数を求め、前記発熱イメージに前記熱反射係数を適用して前記サンプルの温度分布イメージを取得し得る。

一実施形態に係る温度分布測定方法は、サンプルに印加されたバイアス信号に基づいて反射率が変化する反射信号を収集するステップと、前記反射信号で前記サンプルの関心領域から反射した関心信号を検出するステップと、前記関心信号を周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号に対するフィルタリングに基づいて抽出された直流成分及び前記バイアス信号の周波数成分を用いて前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算するステップと、前記相対的な反射率変化量に基づいて前記サンプルの発熱イメージを取得するステップとを含む。

温度分布測定方法は、イメージの開始及び終了を知らせる第１制御信号及び前記イメージの行又は列の開始及び終了を知らせる第２制御信号に基づいて前記サンプルの前記関心領域をスキャンするステップをさらに含み得る。

前記バイアス信号の周期が前記イメージの単位ピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも短い場合、前記発熱イメージを取得するステップは、前記イメージの各ピクセルに対する前記相対的な反射率変化量を前記各ピクセルのピクセル値に反映し、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて前記ピクセル値を２次元配列して前記発熱イメージを取得するステップを含み得る。

前記バイアス信号の周期が前記イメージのピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも長い場合、前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算するステップは、前記ピクセル単位時間ごとに前記関心信号をサンプリングし、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて前記サンプリングされた関心信号に対応する反射率を２次元配列して複数の反射イメージを取得し、前記複数の反射イメージの同一の位置にあるピクセルに該当する前記反射率に基づいて前記相対的な反射率変化量を演算するステップを含み得る。

本発明の一実施形態は、サンプルに印加されるバイアス信号に対する光検出器の同期化がなくても周期的な反射率変化を容易に測定することができる。

また、本発明の一実施形態は、サンプルの関心領域以外で発生する反射光を除去して光検出器の広い動作範囲を確保でき、反射率変化測定敏感度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る温度分布測定装置を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る周波数領域信号を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る高周波バイアス信号又は低周波バイアス信号をサンプルに印加してサンプルの発熱イメージを取得する温度分布測定装置を説明するための図である。 発明の一実施形態に係る高周波バイアス信号を用いる場合、周波数領域の信号をプロセッシングする方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る高周波バイアス信号を用いる場合、周波数領域の信号をプロセッシングする方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る低周波バイアス信号を用いる場合、周波数領域の信号をプロセッシングする方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る低周波バイアス信号を用いる場合、周波数領域の信号をプロセッシングする方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る低周波バイアス信号を用いる場合、周波数領域の信号をプロセッシングする方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る温度分布測定方法を説明するためのフローチャートである。

以下、実施形態を添付する図面を参照しながら詳細に説明する。

下記で説明する権利範囲には様々な変更が加えられ得る。下記で説明する実施形態は、実施形態に対して限定されるものではなく、これに対する全ての変更、均等物ないし代替物を含むものとして理解されなければならない。

実施形態で用いられる用語は技術的な思想を限定するものとして理解されることなく、実施形態を説明するための例示的な用語として理解されなければならない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。

異なる定義がされない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。

以下、実施形態を添付する図面を参照しながら詳細に説明する。添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号に関係なく同一の構成要素は同一の参照符号を付与し、これに対する重複説明は省略することにする。実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる温度分布測定装置を説明するための図面である。一実施形態に係る温度分布測定装置は、集積回路、ＭＥＭＳデバイス、又は熱電子冷却器のような能動半導体素子の表面の温度分布を測定することができる。また、一実施形態に係る温度分布測定装置は、カプセル化（encapsulation）された半導体素子又は金属層を有する半導体素子の内部の温度分布を測定し得る。また、温度分布測定装置は、前述した半導体素子の発熱特性を分析するために使用される。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る温度分布測定装置１００は、収集部１１０、検出部１２０、及び制御部１３０を含む。

収集部１１０は、サンプル１１５に印加されたバイアス信号１５１に基づいて反射率が変化する反射信号を収集する。例えば、サンプルは半導体素子であり得る。温度分布測定装置１００は、半導体素子の表面の発熱分布を測定する。又は、温度分布測定装置１００は、半導体素子の内部の発熱分布を測定する。制御部１３０は、電源供給機１５０の駆動のためにトリガー信号１３１を電源供給機１５０に送信する。電源供給機１５０は、バイアス信号１５１をサンプル１１５に印加する。バイアス信号１５１は、Ｉ＝Ｉ_０［１＋ｃｏｓ（２πｆｔ）］のように表現される。

サンプル１１５にバイアス信号１５１が印加される場合、ジュール効果（Joule effect）によってサンプル１１５で熱が発生し得る。数式（１）によってサンプル１１５にバイアス信号が印加される場合、サンプル１１５で熱が発生することが分かる。

この数式（１）において、Ｉはサンプル１１５に流れる交流電流を示し、Ｉ_０は交流電流ＩのＤＣ成分を示す。また、数式（１）で、ｒは抵抗、すなわち、サンプル１１５を示し、ｆはバイアス信号（交流電流Ｉ）の周波数を示す。

サンプルにバイアス信号１５１が印加される場合、サンプル１１５の温度が増加する。

バイアス信号１５１が印加される状態でサンプル１１５の観察のために光源１６０は信号を出力する。出力された信号は、光分配器１４０、ガルバノスキャナ１１１、スキャンレンズ１１２、チューブレンズ１１３、及び対物レンズ１１４を経てサンプル１１５に照射される。サンプル１１５に照射された信号はサンプル１１５によって反射する。サンプル１１５にバイアス信号１５１が印加されるにつれてサンプル１１５で熱が発生する。熱の発生に基づいてサンプル１１５の屈折率が変化し、サンプル１１５によって反射した反射信号は強度が変化する。すなわち、サンプル１１５の屈折率の変化に応じてサンプルの反射率が変化する。

この数式（２）において、Ｒ_０（ｘ、ｙ）はサンプル１１５にバイアス信号１５１が印加されないときサンプル１１５の反射率を示す。また、数式（２）で、ΔＲ（ｘ、ｙ）はサンプル１１５にバイアス信号１５１が印加されるときサンプル１１５の反射率変化量を示す。サンプル１１５の反射率はＤＣ、周波数＝ｆ、及び周波数＝２ｆで変わる。ＤＣ、周波数＝ｆ、及び周波数＝２ｆにおいて、サンプル１１５の反射率変化量が発生し得る。数式（１）及び数式（２）を参照するとき、周波数＝ｆで、サンプル１１５の反射率変化量が最も大きい。

この数式（３）において、ΔＲ、Ｒ、κ、及びΔＴのそれぞれは反射率変化量、反射率、熱反射係数、及びサンプル１１５の温度変化を示す。

検出部１２０は、反射信号でサンプル１１５の関心領域から反射した関心信号を検出する。例えば、検出部１２０は、少なくとも１つのピンホール１２１を含み得る。所望する焦点面から反射した信号のみがピンホール１２１を通過することができ、残りの信号はピンホール１２１を通過することができない。

検出部１２０は、光検出器１２２を含む。光検出器は関心信号の強度を測定する。光検出器１２２は、関心信号の強度の変化量を検出し、前記強度の変化量はサンプル１１５の反射率変化量を意味する。図２を参照しながら説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る周波数領域信号を説明するための図である。

図２に示すグラフ２１０に示すように、検出部１２０は、関心信号の周期的な変化を検出する。後述するが、制御部１３０は、周波数領域信号をフィルタリングするとき、Ｒ_０＋ΔＲ_ＤＣ及びΔＲ_ｆを抽出する。制御部１３０は、周波数領域に変換された信号を用いてサンプルの相対的な反射率変化量を演算する。

再び図１に戻ると、制御部１３０は、関心信号を周波数領域信号に変換する。より具体的に、制御部１３０は、検出部１２０で検出した関心信号の強度の変化量をデジタイザーを用いてデジタル信号に復元する。制御部１３０は、デジタル信号を高速フーリエ変換２２０を用いて周波数領域信号２３０に変換する。周波数領域信号は、周波数に係る関心信号の強度の変化量（すなわち、サンプルの反射率変化量）であり得る。

制御部１３０は、周波数領域信号をフィルタリングする。制御部１３０は、周波数領域信号からＤＣ成分及びバイアス信号１５１の周波数に対応する周波数成分を抽出する。制御部１３０は、抽出された前記ＤＣ成分及び前記周波数成分を用いてサンプル１１５の相対的な反射率変化量を演算する。例えば、制御部１３０は、周波数領域信号をフィルタリングするとき、Ｒ_０＋ΔＲ_ＤＣ及びΔＲ_ｆを抽出する。制御部１３０は、相対的な反射率変化量を数式ΔＲ_ｆ／（Ｒ_０＋ΔＲ_ＤＣ）により演算する。ここで、Ｒ_０＋ΔＲ_ＤＣは抽出されたＤＣ成分を示し、ΔＲ_ＤＣはＤＣにおける反射率変化量を示す。ΔＲ_ｆは前記抽出された周波数成分を示す。

又は、制御部１３０は数式ΔＲ_ｆ／Ｒ_０により相対的な反射率変化量を演算する。ここで、Ｒ_０はバイアス信号１５１がサンプルに印加されないときのサンプル１１５の反射率を示し、ΔＲ_ｆは前記抽出された周波数成分を示す。数式（３）において、熱反射係数が極めて小さい場合、ΔＲはＲに比べて極めて小さいため、ＲはＲ_０とほとんど同一である。また、ＤＣ成分に含まれたΔＲ_ＤＣは極めて小さいため、ＤＣ成分値はＲ_０と略同一である。Ｒ_０も抽出されたＤＣ成分といえる。

制御部１３０は、相対的な反射率変化量に基づいてサンプル１１５の発熱イメージを取得する。発熱イメージの各ピクセル値は相対的な反射率変化量に当該し、相対的な反射率変化量を２次元配列すると、サンプルの発熱イメージが取得される。

一実施形態によれば、収集部１１０は、イメージの開始及び終了を知らせる第１制御信号及び前記イメージの行又は列の開始及び終了を知らせる第２制御信号に基づいて前記サンプル１１５の前記関心領域をスキャンする。ここで、イメージは、ピクセル値のないイメージであり得る。イメージのピクセル値は、演算された相対的な反射率の変化量であり得る。制御部１３０は、スキャンのために制御信号１３２を収集部１１０に含まれたガルバノスキャナ１１１に送信する。

バイアス信号の周期が前記イメージの単位ピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも短い場合、制御部１３０は、イメージの各ピクセルに対する前記相対的な反射率変化量を前記各ピクセルのピクセル値に反映する。また、制御部１３０は、第１制御信号及び第２制御信号に基づいてピクセル値を２次元配列して前記発熱イメージを取得する。

バイアス信号の周期が前記イメージのピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも長い場合、制御部１３０は、ピクセル単位時間ごとに関心信号をサンプリングする。また、制御部１３０は、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて、前記サンプリングされた関心信号に対応する反射率を２次元配列して複数の反射イメージを取得する。制御部１３０は、複数の反射イメージの同一の位置にあるピクセルに該当する反射率に基づいて相対的な反射率変化量を演算する。

一実施形態によれば、温度分布測定装置は、熱反射係数測定法に基づいて相対的な反射率変化量を用いて熱反射係数を求めることができる。また、温度分布測定装置は、発熱イメージに熱反射係数を適用してサンプル１１５の温度分布イメージを取得することができる。ここで、取得された温度分布イメージは、サンプル１１５の表面の温度分布イメージであり得る。

図３は、本発明の一実施形態に係る高周波バイアス信号又は低周波バイアス信号をサンプルに印加してサンプルの発熱イメージを取得する温度分布測定装置を説明するための図である。

図３を参照すると、温度分布測定装置３００は、バイアス信号印加部３１０、スキャン部３２０、検出部３３０、及び制御部３４０を含む。

バイアス信号印加部３１０は、サンプルから反射する反射信号の反射率の変化のためにサンプルにバイアス信号を印加する。

スキャン部３２０は、イメージの開始及び終了を知らせる第１制御信号及びイメージの行又は列の開始及び終了を知らせる第２制御信号に基づいてサンプルをスキャンする。

検出部３３０は、反射信号でサンプルの関心領域から反射した関心信号を検出する。検出部３３０は、ピンホールを用いて関心心号を検出し得る。

制御部３４０は、関心信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域信号をフィルタリングする。また、制御部３４０は、フィルタリングによって周波数領域信号から直流成分及びバイアス信号の周波数成分を抽出し得る。すなわち、制御部３４０は、ＤＣ成分及びバイアス信号の周波数と同一の周波数帯域の信号をフィルタリングする。制御部３４０は、フィルタリングしたＤＣ成分及びバイアス信号の周波数と同一の周波数成分の信号を用いてサンプルの相対的な反射率変化量を演算する。制御部３４０は、数式ΔＲ_ｆ／Ｒ_０により前記相対的な反射率変化量を演算する。ここで、Ｒ_０は周波数領域信号に含まれた直流成分を示し、ΔＲ_ｆは周波数領域信号に含まれたバイアス信号の周波数成分である。制御部３４０は、イメージのピクセル値を相対的な反射率変化量に決定してサンプルの発熱イメージを取得する。

サンプルに印加されるバイアス信号が高周波信号である場合、温度分布測定装置３００は、非共振低速ガルバノスキャナと高速デジタイザーを含んでもよい。図４を参照しながら説明する。

図４Ａ〜図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る高周波バイアス信号を用いる場合、周波数領域の信号をプロセッシングする方法を説明するための図である。バイアス信号の周期がイメージの単位ピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも短い場合に高周波バイアス信号という。

温度分布測定装置の光検出器で出力された信号は、ピクセル単位時間当り一周期以上の反射光強度変化信号を含む。温度分布測定装置は、デジタイザーによって反射光強度変化信号を復元する。復元された信号は、高速フーリエ変換後に必要な周波数成分値のみがフィルタリングされる。温度分布測定装置は、イメージの長いピクセル単位時間を容易に満たすことができる非共振低速ガルバノスキャナと速い反射光強度変化を十分にサンプリングできる高速デジタイザーを含む。

温度分布測定装置は、任意周波数（ｆ）のバイアス信号をサンプルに印加してサンプルの関心領域で反射信号又は関心信号の周期的な反射率変化を誘導する。ここで、バイアス信号の周波数は、イメージの一ピクセルに該当する時間の間に数個（例えば、１０個以上）のバイアス信号が印加されるように高くなければならない。

温度分布測定装置のガルバノスキャナは、イメージの開始及び終了を知らせる制御信号と、イメージの各ラインの開始及び終了を知らせる制御信号に基づいてサンプルの関心領域をラスタースキャン（raster scan）する。

温度分布測定装置は、関心領域から反射する関心信号のみがピンホールを通過することができる。温度分布測定装置は、光検出器によって周期的に強度が変わる反射光信号（関心信号）を検出する。

図４Ａにおいて、温度分布測定装置は、イメージのピクセル単位時間の間に早く変わる光検出器のアナログ出力信号をデジタイザーによってサンプリングする。温度分布測定装置は、ピクセル単位に時間印加されたバイアス信号によって周期的に変わる反射光信号をデジタル信号に復元できる。

図４Ｂに示すように、温度分布測定装置は、高速フーリエ変換によってフーリエドメイン（周波数領域）でＤＣ成分値とバイアス信号の周波数（ｆ）成分値のみをフィルタリングできる。温度分布測定装置は、各ピクセル単位時間ごとに相対的な反射率変化量を演算する。温度分布測定装置は、演算された相対的な反射率変化量をイメージのピクセル値に反映する。温度分布測定装置は、イメージ及びラインに対する制御信号に基づいて各ピクセル値を２次元配列することで、発熱分布イメージを取得することができる。

温度分布測定装置は、サンプルの温度が増加するにつれて相対的な反射光強度変化量を測定する。温度分布測定装置は、測定された変化量を用いて熱反射係数測定法により熱反射係数を求めることができる。温度分布測定装置は、取得された発熱分布イメージに熱反射係数を適用してサンプルの温度分布イメージを取得し得る。

再び図３を参照すると、低周波バイアス信号がサンプルに印加される場合、温度分布測定装置は、共振高速ガルバノスキャナと低速デジタイザーを含み得る。図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら説明する。

図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の一実施形態に係る低周波バイアス信号を用いる場合、周波数領域の信号をプロセッシングする方法を説明するための図である。バイアス信号の周期がイメージのピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも長ければ、低周波バイアス信号といえる。

図４Ａ〜図４Ｂに示された方法に低周波バイアス信号を印加する場合、サンプルの発熱イメージを取得できる時間が長くなる。低周波バイアス信号が印加されなければならないサンプルを観察する場合、温度分布測定装置は、イメージのピクセル単位時間を短くして高速イメージ取得が可能な共振高速ガルバノスキャナを含み得る。また、温度分布測定装置は、遅い反射光強度変化をサンプリングできる低速デジタイザーを含み得る。

図５Ａにおいて、温度分布測定装置の制御部は、光検出器の出力信号をイメージのピクセル単位時間ごとにサンプリングして連続的な反射イメージを取得する。制御部は、全ての反射イメージに対して同一位置ピクセル値を羅列して周期的に変わる反射光信号を復元する。制御部は、高速フーリエ変換後必要な周波数成分値のみをフィルタリングする。以下、温度分布測定装置の動作におついて詳しく説明する。

温度分布測定装置のバイアス信号印加部は、任意周波数（ｆ）のバイアス信号をサンプルに印加する。温度分布測定装置は、サンプルの関心領域で周期的な反射率変化を誘導する。ここで、バイアス信号の周波数は、１つのイメージ取得速度より低くなければならない。

温度分布測定装置のガルバノスキャナは、イメージの開始及び終了を知らせる制御信号と、イメージの各ラインの開始及び終了を知らせる制御信号に基づいてサンプルの関心領域をラスタースキャンする。

温度分布測定装置は、関心領域から反射する関心信号のみをピンホールを通過させ得る。温度分布測定装置は、光検出器によって周期的に強度が変わる反射光信号（関心信号）を検出し得る。

図５Ａにおいて、温度分布測定装置は、イメージのピクセル単位時間ごとに光検出器のアナログ出力信号をデジタイザーを用いてサンプリングする。温度分布測定装置は、任意瞬間に対する反射光強度値を復元する。温度分布測定装置は、イメージ及びラインに対する制御信号によって各ピクセルで復元された反射光強度値を２次元配列する。図５Ｂに示すように、温度分布測定装置は、前記２次元配列することによって１つの反射イメージを取得し得る。温度分布測定装置は、サンプリング、復元、及び２次元配列する過程を繰り返すことで、複数の反射イメージを取得し得る。

図５Ｃに示すように、連続的に取得された反射イメージで同一の位置にあるピクセルの値は、ピクセルの位置に対応するサンプルの位置から周期的に変わる反射光信号をイメージ取得速度でデジタイザーを介してサンプリングして復元した値と同一である。温度分布測定装置は、同一位置にあるピクセルの値を高速フーリエ変換する。温度分布測定装置は、変換された信号からＤＣ成分値とバイアス信号の周波数（ｆ）成分値のみをフィルタリングし得る。温度分布測定装置は、同一位置にあるピクセルに対するフィルタリングされた値を用いてサンプルの相対的な反射率変化量を演算し、演算された相対的な反射率変化量をイメージの当該ピクセル値に反映する。温度分布測定装置は、イメージ及びラインに対する制御信号に基づいて各ピクセル値を２次元配列することで、サンプルの発熱分布イメージを取得することができる。

温度分布測定装置は、サンプルの温度が増加するにつれて相対的な反射光強度変化量を測定することができる。温度分布測定装置は、測定された変化量を用いて熱反射係数測定法に基づいて熱反射係数を求めることができる。温度分布測定装置は、取得された発熱分布イメージに熱反射係数を適用してサンプルの温度分布イメージを取得し得る。

一実施形態によれば、温度分布測定装置は、熱反射係数測定法に基づいて相対的な反射率変化量を用いて熱反射係数を求めることができる。また、温度分布測定装置は、発熱イメージに熱反射係数を適用してサンプルの温度分布イメージを取得し得る。ここで、取得された温度分布イメージは、サンプルの表面のウンド分布イメージであり得る。

図６は、本発明の一実施形態に係る温度分布測定方法を説明するためのフローチャートである。一実施形態に係る温度分布測定方法は、温度分布測定装置によって実行される。

温度分布測定装置は、サンプルに印加されたバイアス信号に基づいて反射率が変化する反射信号を収集する（６１０）。

温度分布測定装置は、反射信号でサンプルの関心領域から反射した関心信号を検出する（６２０）。

温度分布測定装置は、関心信号を周波数領域信号に変換する（６３０）。

温度分布測定装置は、周波数領域信号をフィルタリングする（６４０）。

温度分布測定装置は、フィルタリングされた周波数領域信号からＤＣ成分及びバイアス信号の周波数成分を抽出する（６５０）。温度分布測定装置は、周波数領域信号をフィルタリングするとき、ＤＣ成分Ｒ_０＋ΔＲ_ＤＣ及びバイアス信号の周波数成分ΔＲ_ｆを抽出する。

温度分布測定装置は、抽出された直流成分及び周波数成分を用いてサンプルの相対的な反射率変化量を演算する（６６０）。温度分布測定装置は、相対的な反射率変化量を数式ΔＲ_ｆ／（Ｒ_０＋ΔＲ_ＤＣ）により演算する。ここで、ΔＲ_ＤＣはＤＣにおける反射率変化量を示す。

又は、温度分布測定装置は、数式ΔＲ_ｆ／Ｒ_０により相対的な反射率変化量を演算する。ここで、Ｒ_０はバイアス信号１５１がサンプルに印加されないときのサンプルの反射率を示し、ΔＲ_ｆは前記抽出された周波数成分を示す。数式（３）において、熱反射係数が極めて小さい場合、ΔＲはＲに比べて極めて小さいため、ＲはＲ０と略同一である。また、ＤＣ成分に含まれたΔＲ_ＤＣは極めて小さいことから、ＤＣ成分値はＲ_０と略同一であり得る。Ｒ_０も抽出されたＤＣ成分といえる。

温度分布測定装置は、相対的な反射率変化量に基づいてサンプルの発熱イメージを取得する（６７０）。発熱イメージの各ピクセル値は、サンプルの各位置における相対的な反射率変化量に当該し、相対的な反射率変化量を２次元配列すると、サンプルの発熱イメージが取得され得る。

一実施形態によれば、温度分布測定装置は、イメージの開始及び終了を知らせる第１制御信号、及び前記イメージの行又は列の開始及び終了を知らせる第２制御信号に基づいて前記サンプルの前記関心領域をスキャンする。

バイアス信号の周期が前記イメージの単位ピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも短い場合、温度分布測定装置は、イメージの各ピクセルに対する前記相対的な反射率変化量を前記各ピクセルのピクセル値に反映する。また、温度分布測定装置は、第１制御信号及び第２制御信号に基づいてピクセル値を２次元配列して前記発熱イメージを取得する。

バイアス信号の周期が前記イメージのピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも長い場合、温度分布測定装置はピクセル単位時間ごとに関心信号をサンプリングする。また、温度分布測定装置は、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて、前記サンプリングされた関心信号に対応する反射率を２次元配列することができ、複数の反射イメージを取得し得る。温度分布測定装置は、複数の反射イメージの同一の位置にあるピクセルに該当する反射率に基づいて相対的な反射率変化量を演算する。

一実施形態によれば、温度分布測定装置は、熱反射係数測定法に基づいて相対的な反射率変化量を用いて熱反射係数を求めることができる。また、温度分布測定装置は、発熱イメージに熱反射係数を適用してサンプルの温度分布イメージを取得する。ここで、取得された温度分布イメージは、サンプルの表面のウンド分布イメージであり得る。

図４ないし図５を参照して記述された事項は図６に適用することができるため、詳細な説明は省略する。

以上述した装置はハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、及び／又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組合で実現する。例えば、実施形態で説明された装置及び構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（arithmetic logic unit）、デジタル信号プロセッサ（digital signal processor）、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）、ＰＬＵ（programmable logic unit）、マイクロプロセッサー、又は、命令（instruction）を実行して応答できる異なるいかなる装置と共に、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的コンピュータを用いて実現される。処理装置は運営体制（ＯＳ）及び前記運営体制上で実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーションを行ってもよい。また、処理装置はソフトウェアの実行に応答して、データをアクセス、格納、操作、処理及び生成することもできる。理解の便宜のために、処理装置は１つが用いられることによって説明された場合もあるが、当技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（processing element）及び／又は複数類型の処理要素を含んでもよいということがわかる。例えば、処理装置は複数のプロセッサ又は１つのプロセッサ及び１つのコントローラを含んでもよい。また、並列プロセッサ（parallel processor）のような、他の処理構成（processing configuration）も可能である。

ソフトウェアはコンピュータプログラム（computer program）、コード（code）、命令（instruction）、又は、これらのうちの１つ以上の組合を含んでもよく、望み次第動作するように処理装置を構成したり独立的に又は結合的に（collectively）処理装置を命令する。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈されたり処理装置に命令又はデータを提供するために、どんな類型の機械、構成要素（component）、物理的装置、仮想装置（virtual equipment）、コンピュータ格納媒体又は装置、又は送信（伝送、転送）される信号波（signal wave）に永久的に、又は、一時的に具体化（embody）できる。ソフトウェアはネットワークに接続（連結）されたコンピュータシステム上に分散して、分散した方法で格納（保存）されたり実行されることもできる。ソフトウェア及びデータは１つ以上のコンピュータ読み出し可能記録媒体に格納（保存）される。

実施形態に係る方法は様々なコンピュータスーダンを介して（によって）実行されることができるプログラム命令形態で具現されてコンピュータ読み出し可能媒体に記録される。前記記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独で又は組み合わせて含むことができる。前記媒体に記録されるプログラム命令は実施形態のために特に設計されて構成されたものなどやコンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びロム（ＲＯＭ）、ラム（ＲＡＭ）、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を格納（保存）して行うように特に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。上述のハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成してもよく、そのウエイトリフティング同じであってもよい。

上述したように実施形態がたとえ限定された実施形態と図面によって説明されたが、当技術分野で通常の知識を有する者であれば前記の基材から様々な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で実行されたり、及び／又は説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が説明された方法と異なる形態で結合又は組合わせたり、他の構成要素又は均等物によって置き換えたり置換されても適切な結果が達成する。

したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されて定められるものではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。

１００：温度分布測定装置
１１０：収集部
１１１：ガルバノスキャナ
１１２：スキャンレンズ
１１３：チューブレンズ
１１４：対物レンズ
１１５：サンプル
１２０：検出部
１２１：ピンホール
１２２：光検出器
１３０：制御部
１３１：トリガー信号
１３２：制御信号
１４０：光分配器
１５０：電源供給機
１５１：バイアス信号
１６０：光源

Claims (20)

1. サンプルに印加されたバイアス信号に基づいて反射率が変化する反射信号を収集する収集部と、
   前記反射信号で前記サンプルの関心領域から反射した関心信号を検出する検出部と、
   前記関心信号を周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号に対するフィルタリングに基づいて抽出された直流成分及び前記バイアス信号の周波数成分を用いて前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算し、前記相対的な反射率変化量に基づいて前記サンプルの発熱イメージを取得する制御部と、
   を含む温度分布測定装置。
2. 前記検出部は、少なくとも１つのピンホールを含む、請求項１に記載の温度分布測定装置。
3. 前記制御部は、
   数式ΔＲ_ｆ／Ｒ_０により前記相対的な反射率変化量を演算し、
   Ｒ_０は周波数領域信号に含まれた直流成分を示し、ΔＲ_ｆは周波数領域信号に含まれたバイアス信号の周波数成分を示す、請求項１に記載の温度分布測定装置。
4. 前記収集部は、イメージの開始及び終了を知らせる第１制御信号及び前記イメージの行又は列の開始及び終了を知らせる第２制御信号に基づいて前記サンプルの前記関心領域をスキャンする、請求項１に記載の温度分布測定装置。
5. 前記バイアス信号の周期が前記イメージの単位ピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも短い場合、
   前記制御部は、前記イメージの各ピクセルに対する前記相対的な反射率変化量を前記各ピクセルのピクセル値に反映し、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて前記ピクセル値を２次元配列して前記発熱イメージを取得する、請求項４に記載の前記温度分布測定装置。
6. 前記バイアス信号の周期が前記イメージのピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも長い場合、
   前記制御部は、前記ピクセル単位時間ごとに前記関心信号をサンプリングし、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて、前記サンプリングされた関心信号に対応する反射率を２次元配列して複数の反射イメージを取得する、請求項４に記載の温度分布測定装置。
7. 前記制御部は、前記複数の反射イメージの同一の位置にあるピクセルに該当する前記反射率に基づいて前記相対的な反射率変化量を演算する、請求項６に記載の温度分布測定装置。
8. 前記制御部は、前記相対的な反射率変化量及び熱反射係数測定法に基づいて熱反射係数を求め、前記発熱イメージに前記熱反射係数を適用して前記サンプルの温度分布イメージを取得する、請求項１に記載の温度分布測定装置。
9. サンプルから反射する反射信号の反射率の変化のために前記サンプルにバイアス信号を印加するバイアス信号印加部と、
   イメージの開始及び終了を知らせる第１制御信号及び前記イメージの行又は列の開始及び終了を知らせる第２制御信号に基づいて前記サンプルをスキャンするスキャン部と、
   前記反射信号で前記サンプルの関心領域から反射した関心信号を検出する検出部と、
   前記関心信号を周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号に対するフィルタリングに基づいて抽出された直流成分及び前記バイアス信号の周波数成分を用いて前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算し、前記イメージのピクセル値を前記相対的な反射率変化量に決定して前記サンプルの発熱イメージを取得する制御部と、
   を含む温度分布測定装置。
10. 前記制御部は、
    数式ΔＲ_ｆ／Ｒ_０により前記相対的な反射率変化量を演算し、
    Ｒ_０は周波数領域信号に含まれた直流成分を示し、ΔＲ_ｆは周波数領域信号に含まれたバイアス信号の周波数成分を示す、請求項９に記載の温度分布測定装置。
11. 前記制御部は、前記バイアス信号の周期が前記イメージの単位ピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも短い場合、前記イメージの各ピクセルに対する前記相対的な反射率変化量を前記各ピクセルのピクセル値に反映し、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて前記ピクセル値を２次元配列して前記発熱イメージを取得する、請求項９に記載の温度分布測定装置。
12. 前記制御部は、
    前記バイアス信号は、前記バイアス信号の周期が前記イメージのピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも長い場合、前記ピクセル単位時間ごとに前記関心信号をサンプリングし、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて前記サンプリングされた関心信号に対応する反射率を２次元配列して複数の反射イメージを取得する、請求項９に記載の前記温度分布測定装置。
13. 前記制御部は、前記複数の反射イメージの同一の位置にあるピクセルに該当する前記反射率に基づいて前記相対的な反射率変化量を演算する、請求項１２に記載の温度分布測定装置。
14. 前記制御部は、前記相対的な反射率変化量及び熱反射係数測定法に基づいて熱反射係数を求め、前記発熱イメージに前記熱反射係数を適用して前記サンプルの温度分布イメージを取得する、請求項９に記載の温度分布測定装置。
15. サンプルに印加されたバイアス信号に基づいて反射率が変化する反射信号を収集するステップと、
    前記反射信号で前記サンプルの関心領域から反射した関心信号を検出するステップと、
    前記関心信号を周波数領域信号に変換し、前記周波数領域信号に対するフィルタリングに基づいて抽出された直流成分及び前記バイアス信号の周波数成分を用いて前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算するステップと、
    前記相対的な反射率変化量に基づいて前記サンプルの発熱イメージを取得するステップと、
    を含む温度分布測定方法。
16. 前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算するステップは、
    数式ΔＲ_ｆ／Ｒ_０により前記相対的な反射率変化量を演算し、
    Ｒ_０は周波数領域信号に含まれた直流成分を示し、ΔＲ_ｆは周波数領域信号に含まれたバイアス信号の周波数成分を示す、請求項１５に記載の温度分布測定方法。
17. イメージの開始及び終了を知らせる第１制御信号及び前記イメージの行又は列の開始及び終了を知らせる第２制御信号に基づいて前記サンプルの前記関心領域をスキャンするステップをさらに含む、請求項１５に記載の温度分布測定方法。
18. 前記バイアス信号の周期が前記イメージの単位ピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも短い場合、
    前記発熱イメージを取得するステップは、前記イメージの各ピクセルに対する前記相対的な反射率変化量を前記各ピクセルのピクセル値に反映し、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて前記ピクセル値を２次元配列して前記発熱イメージを取得するステップを含む、請求項１７に記載の温度分布測定方法。
19. 前記バイアス信号の周期が前記イメージのピクセルに対応する時間を示すピクセル単位時間よりも長い場合、
    前記サンプルの相対的な反射率変化量を演算するステップは、前記ピクセル単位時間ごとに前記関心信号をサンプリングし、前記第１制御信号及び前記第２制御信号に基づいて前記サンプリングされた関心信号に対応する反射率を２次元配列して複数の反射イメージを取得し、前記複数の反射イメージの同一の位置にあるピクセルに該当する前記反射率に基づいて前記相対的な反射率変化量を演算するステップを含む、請求項１７に記載の温度分布測定方法。
20. 前記相対的な反射率変化量及び熱反射係数測定法に基づいて熱反射係数を求め、前記発熱イメージに前記熱反射係数を適用して前記サンプルの温度分布イメージを取得するステップをさらに含む、請求項１５に記載の温度分布測定方法。

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