In this study, a femtosecond laser-based ultrasonic inspection technique for a moving object is developed in a pump-probe setup. A pump laser pulse generates ultrafast ultrasound up to THz in the moving object, and a probe laser pulse reflected by the deformed object is used for detecting the pump induced ultrafast ultrasound. The detection is based on reflectometry with an iris partially blocking the reflected probe beam. The developed technique owns advantages that the femtosecond laser enables an ultra-short contact time with the moving object and minimizes distortion of the measured ultrasound. This research has validated that almost identical ultrasound can be acquired from the moving object compared to a stationary condition in both the pulse-echo and pitch-catch modes. The feasibility of the developed technique for nondestructive evaluation of the moving object has been demonstrated by thickness estimation of a sub-micron layer deposited on a silicon wafer.
본 논문에서는 펌프-프로브 설정을 바탕으로 펨토초 레이저를 이용한 이동물체의 초음파 검사기술을 개발하였다. 펌프 레이저는 이동 물체에 THz 수준의 초고속 초음파를 생성하며, 프로브 레이저는 변형된 물체로부터 반사되어 펌프 레이저가 생성한 초음파를 계측하는 데에 사용되었다. 계측은 반사측정기법 (reflectometry)을 기반으로, 조리개가 물체로부터 반사된 프로브 레이저를 부분적으로 차단하는 과정을 통해 표면의 변위를 측정하였다. 개발된 기술은 펨토초 레이저 펄스가 이동물체와 초단시간 접촉하며, 측정되는 초음파의 왜곡을 최소화할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 물체의 정지 또는 이동 조건과 무관하게 동일한 초음파가 생성 및 계측될 수 있음을 검증하였으며, 실험은 펄스-에코 및 피치-캐치 측정 방식에서 모두 실시되었다. 개발된 기술은 실리콘 웨이퍼 위에 증착된 1 um 미만의 박막 두께 추정에 적용되어 이동물체에 대한 비파괴검사의 실현가능성을 입증하였다.
