(57)【要約】【課題】内部に複数の界面を有する多層構造体を検査対象とした場合においても、欠陥を高精度で検出する。【解決手段】送信信号を生成する送信信号生成器（探傷器００３）と、送信信号から超音波信号を生成して検査対象である第１の試料００５に照射させ、第１の試料００５から反射した反射信号を受け取り受信信号として出力する超音波プローブ００２と、第１の試料００５の受信信号と、第１の試料００５とは異なる第２の試料を用いて生成された参照信号との相関関数を演算してパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号から超音波画像を作成する画像処理部００７Ａと、超音波画像の濃淡値から欠陥を判定する欠陥判定部００７Ｂとを有する超音波検査装置１００。【選択図】図２
2018084416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を生成する送信信号生成器と、
前記送信信号から超音波信号を生成して検査対象である第１の試料に照射させ、前記第１の試料から反射した反射信号を受け取り受信信号として出力する超音波プローブと、
前記第１の試料の受信信号と、前記第１の試料とは異なる第２の試料を用いて生成された参照信号との相関関数を演算してパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号から超音波画像を作成する画像処理部と、
前記超音波画像の濃淡値から欠陥を判定する欠陥判定部と、
を有することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】
前記超音波プローブは、少なくとも表面と内部に複数の界面を有する多層構造体を前記第１の試料とする場合に、前記多層構造体の前記表面及び前記複数の界面から反射した反射信号をそれぞれ受け取ることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項３】
前記超音波プローブは、前記第１の試料の前記表面からの反射信号と前記複数の界面からの反射信号とが重畳して含まれた受信信号を出力し、前記第２の試料の表面から反射した反射信号が含まれた前記参照信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
【請求項４】
前記第２の試料に前記超音波プローブから前記超音波信号を照射することにより、前記超音波プローブの端面、前記第２の試料の表面及び裏面で前記超音波信号がそれぞれ反射されて前記超音波プローブで受信され、
前記第２の試料の受信信号は、前記超音波プローブの端面で反射した信号、前記第２の試料の表面で反射した信号及び前記第２の試料の裏面で反射した信号が互いに干渉しない条件で取得され、
前記参照信号は、前記取得された反射信号の中から、前記第２の試料の表面で反射した信号を抽出することにより生成されることを特徴とする請求項３に記載の超音波検査装置。
【請求項５】
前記画像処理部は、多重干渉が生じておらず、前記超音波プローブにより生じる波形の歪みを含む前記参照信号との相関関数を演算することを特徴とする請求項４に記載の超音波検査装置。
【請求項６】
前記画像処理部は、前記参照信号を使用することにより、前記第１の試料の受信信号と前記参照信号との相関関数において、前記複数の界面のピークをそれぞれ一つに顕在化されて出現させることを特徴とする請求項５に記載の超音波検査装置。
【請求項７】
前記界面からの反射信号は、所定の物性値を用いて特定されることを特徴とする請求項３に記載の超音波検査装置。
【請求項８】
前記所定の物性値は、前記第１の試料の音速と膜厚であることを特徴とする請求項７に記載の超音波検査装置。
【請求項９】
複数の超音波プローブの前記参照信号をそれぞれ取得して記憶する記憶部と、
前記記憶部から選択された超音波プローブに対応する前記参照信号を読み出して表示する参照信号表示部と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項１０】
前記送信信号生成器と前記超音波プローブとを接続するケーブルと、
前記第１の試料から反射した反射信号又は前記第２の試料を用いて生成された参照信号に含まれている前記ケーブルのノイズを除去するノイズ除去部を、さらに有することを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項１１】
送信信号を生成する送信信号生成器と、
前記送信信号から超音波信号を生成して検査対象に照射させて、反射した反射信号を受け取り受信信号として出力する超音波プローブと、
前記受信信号と、前記送信信号に前記超音波信号の伝達特性を畳み込み積分して生成された参照信号との相関関数を演算してパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号から超音波画像を作成する画像処理部と、
前記超音波画像の濃淡値から欠陥を判定する欠陥判定部と、
を有することを特徴とする超音波検査装置。
【請求項１２】
前記画像処理部は、前記超音波プローブの周波数特性と前記送信信号を用いて、実際に前記検査対象に照射される超音波信号を推定することにより前記参照信号を得ることを特徴とする請求項１１に記載の超音波検査装置。
【請求項１３】
送信信号から超音波信号を生成して検査対象である第１の試料に照射させ、前記第１の試料から反射した反射信号を受け取り受信信号として出力する工程と、
前記第１の試料の受信信号と、前記第１の試料とは異なる第２の試料を用いて生成された参照信号との相関関数を演算してパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号から超音波画像を作成する工程と、
前記超音波画像の濃淡値から欠陥を判定する工程と、
を有し、
前記第１の試料は、少なくとも表面と内部に複数の界面を有する多層構造体であることを特徴とする超音波検査方法。
【請求項１４】
送信信号から超音波信号を生成して検査対象に照射させて、反射した反射信号を受け取り受信信号として出力する工程と、
前記受信信号と、前記送信信号に前記超音波信号の伝達特性を畳み込み積分して生成された参照信号との相関関数を演算してパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号から超音波画像を作成する工程と、
前記超音波画像の濃淡値から欠陥を判定する工程と、
を有し、
前記検査対象は、少なくとも表面と内部に複数の界面を有する多層構造体であることを特徴とする超音波検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査対象の画像から欠陥を検査する非破壊検査方法として、検査対象に超音波を照射し、その反射信号を検出して生成した超音波画像を用いる方法がある。検査対象において、欠陥が生じた位置を特定するためには、どの箇所からの反射信号であるかを特定することが必要となり、高い深さ分解能が要求される。
【０００３】
超音波検査装置の深さ分解能を向上させる手法として、パルス圧縮法がある。パルス圧縮は、送信信号を超音波プローブに入力して参照信号を生成し、所定箇所からの反射信号を含む受信信号との相関関数を演算するものである。
【０００４】
高い相関関数を得るためには、受信信号に含まれる送信信号と同じ成分をもつ参照信号を使用する必要がある。このような参照信号を使用する技術として、特許文献１がある。特許文献１では、検査対象の表面で反射した超音波信号を参照信号して使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１６３８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の検査対象は表面及び裏面から成る矩形構造体であり、表面及び裏面以外に内部に複数の界面を有する多層構造体（例えば、３次元半導体製品）を検査対象とすることについては言及されていない。特許文献１において、例えば、このような多層構造体を検査対象とする場合、超音波プローブで受信される受信信号には、多層構造体の表面だけでなく、各界面からの反射信号が重畳してしまう。つまり、多層構造体の表面からの反射信号に、多層構造体内の複数の界面からの反射信号が含まれてしまう。このため、仮に、特許文献１において多層構造体を検査対象とする場合には、その表面からの反射信号のみを取り出すことができない。このため、パルス圧縮に適した参照信号を取得することができず、欠陥を高精度で検出することは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、内部に複数の界面を有する多層構造体を検査対象とした場合においても、欠陥を高精度で検出することが可能な超音波検査装置及び超音波検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る超音波検査装置は、送信信号を生成する送信信号生成器と、前記送信信号から超音波信号を生成して検査対象である第１の試料に照射させ、前記第１の試料から反射した反射信号を受け取り受信信号として出力する超音波プローブと、前記第１の試料の受信信号と、前記第１の試料とは異なる第２の試料を用いて生成された参照信号との相関関数を演算してパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号から超音波画像を作成する画像処理部と、前記超音波画像の濃淡値から欠陥を判定する欠陥判定部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る超音波検査装置は、送信信号を生成する送信信号生成器と、前記送信信号から超音波信号を生成して検査対象に照射させて、反射した反射信号を受け取り受信信号として出力する超音波プローブと、前記受信信号と、前記送信信号に前記超音波信号の伝達特性を畳み込み積分して生成された参照信号との相関関数を演算してパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号から超音波画像を作成する画像処理部と、前記超音波画像の濃淡値から欠陥を判定する欠陥判定部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る超音波検方法は、送信信号から超音波信号を生成して検査対象である第１の試料に照射させ、前記第１の試料から反射した反射信号を受け取り受信信号として出力する工程と、前記第１の試料の受信信号と、前記第１の試料とは異なる第２の試料を用いて生成された参照信号との相関関数を演算してパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号から超音波画像を作成する工程と、前記超音波画像の濃淡値から欠陥を判定する工程と、を有し、前記第１の試料は、少なくとも表面と内部に複数の界面を有する多層構造体であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る超音波検方法は、送信信号から超音波信号を生成して検査対象に照射させて、反射した反射信号を受け取り受信信号として出力する工程と、前記受信信号と、前記送信信号に前記超音波信号の伝達特性を畳み込み積分して生成された参照信号との相関関数を演算してパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号から超音波画像を作成する工程と、前記超音波画像の濃淡値から欠陥を判定する工程と、を有し、前記検査対象は、少なくとも表面と内部に複数の界面を有する多層構造体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内部に複数の界面を有する多層構造体を検査対象とした場合においても、欠陥を高精度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係る超音波検査装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態１に係る超音波検査装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態１において検査対象とする多層構造体の模式図である。
【図４】実施形態１において超音波プローブに入力される信号の模式図である。
【図５】実施形態１において検査対象から反射される信号の模式図である。
【図６】関連技術を用いて取得したパルス圧縮の参照信号の模式図である。
【図７】関連技術の参照信号を用いてパルス圧縮した信号の模式図である。
【図８】実施形態１に係る超音波検査方法を示すフローチャートである。
【図９】実施形態１において参照信号を取得する際に用いる試料の模式図である。
【図１０】実施形態１において参照信号用の試料の超音波測定結果を示す信号の模式図である。
【図１１】実施形態１における参照信号の抽出結果を示す信号の模式図である。
【図１２】実施形態１において事前に取得した参照信号でパルス圧縮を行った信号の模式図である。
【図１３】実施形態１においてメモリから参照信号を読み出す場合のＧＵＩイメージを示す図である。
【図１４】実施形態１において新たな参照信号を保存する場合のＧＵＩイメージを示す図である。
【図１５】実施形態３に係る超音波検査方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施形態１】
【００１４】
以下、実施形態１に係わる超音波検査装置について、図面を用いて説明する。  
実施形態１では、３次元半導体製品といった多層構造を有する被検査体（検査対象）に対して、周波数が線形に変化するチャープ信号を送信信号としたパルス圧縮を用いた超音波検査を行う形態について説明する。
【００１５】
まず、超音波の特性として、被検査体内部を伝搬し材料特性（音響インピーダンス）が変わる境界があると一部が反射する。特に、空隙があると大部分が反射するため、異種接合界面でボイドや剥離などの欠陥を反射強度から高感度に検出することができる。
【００１６】
一般的に、多層構造を有する検査対象内に存在する欠陥を超音波で検出するには、音響インピーダンスの違いによる反射特性を利用する。超音波は液体や固体物質中を伝搬し、音響インピーダンスの異なる物質の境界面や空隙の箇所で反射信号が生じる。欠陥が存在する箇所からの反射信号と欠陥の存在しない箇所からの反射信号ではその強度に違いが生じる。このため、検査対象の各層の境界面での反射強度を画像化することで、検査対象内に存在する欠陥が顕在化された画像を得ることができる。この場合、多層構造を有する薄膜の検査対象において、欠陥が生じた位置を特定するためには、どの層からの反射信号であるかを特定することが必要となり、高い深さ分解能が要求される。
【００１７】
超音波検査装置の深さ分解能を向上させる手法として、パルス圧縮法がある。パルス圧縮は、上記チャープ信号を入力し、それを参照信号として界面からの反射信号を含む受信信号との相関関数を演算するものである。この場合、検査対象より反射されて超音波プローブで受信される信号（受信信号）には、各界面からの反射信号が重畳している。
【００１８】
ここで、受信信号は、振幅は減少するが送信信号と同じ波形を有する。つまり、受信信号には送信信号が含まれるので、相関関数を算出することで、受信信号に含まれる送信信号の成分を検出することができる。
【００１９】
高い相関関数を得るためには、受信信号に含まれる送信信号と同じ成分をもつ参照信号を適用する必要がある。この場合、検査対象より反射されて超音波プローブで受信される信号（受信信号）には、各界面からの反射信号が重畳している。
【００２０】
そこで、実施形態１では、多重干渉が生じておらず、かつ超音波プローブや被検査体における波形の歪みを考慮した送信信号を取得し、その信号と受信信号との相関関数を算出することでパルス圧縮する。そして、パルス圧縮した波形に対して、界面の位置を特定し、対応する箇所の相関関数を基に画像を生成する。従って、実施形態１は、多層構造や薄膜構造を有する被検査体の超音波による非破壊検査に特に有効である。そして、複雑かつ多層構造からなる３次元半導体製品を対象とした超音波検査において、超音波の多重干渉が生じ各界面から反射した超音波信号の顕在化が困難になる場合においても、着目した界面の画像を生成することが可能となる。
【００２１】
以下、多層構造体の接合界面における欠陥を検出対象とした例を用いて、実施形態１について詳細に説明する。図１に示すように、実施形態１に係る超音波検査装置は、検出部００１、Ａ／Ｄ変換機００６、信号処理部００７及び全体制御部００８を有する。検出部００１は、超音波プローブ００２及び探傷器００３を有する。探傷器００３は超音波プローブ００２に送信信号を与えることで、超音波プローブ００２を駆動する。このように、探傷器００３は、送信信号を生成する送信信号生成器として機能する。
【００２２】
探傷器００３により駆動された超音波プローブ００２は、超音波を発生させて被検査体（試料００５）に出射する。出射された超音波が多層構造を有する試料００５に入射すると、試料００５の表面あるいは異種境界面から反射信号００４が発生する。反射信号００４は超音波プローブ００２で受信され、探傷器００３にて必要な処理が施されて反射強度信号に変換される。次に、この反射強度信号はＡ／Ｄ変換器００６にてデジタル波形データに変換され、信号処理部００７に入力される。
【００２３】
信号処理部００７は、画像生成部００７Ａ、欠陥検出部００７Ｂ、データ出力部００７Ｃを有する。Ａ／Ｄ変換器００６から信号処理部００７に入力された波形データに対し、画像生成部００７Ａにおいて、後述する信号変換を行い、デジタル波形データから試料００５の特定の接合界面の断面画像を生成する。欠陥検出部００７Ｂは、画像生成部００７Ａで生成された接合界面の断面画像内で、後述する処理を行い、欠陥を検出する。また、データ出力部００７Ｃでは、欠陥検出部００７Ｂで検出された欠陥個々の情報や断面の観察用画像といった検査結果として出力するデータを生成して全体制御部００８に出力する。
【００２４】
次に、図２を参照して、図１に示す構成を実現する具体的な超音波検査装置１００について説明する。図２において、０１０はＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸の座標系を示している。
【００２５】
図２の００１は、図１で説明した検出部００１に相当する。検出部００１は、スキャナ台０１１、スキャナ台０１１の上に設けられた水槽０１２、スキャナ台０１１上で水槽０１２を跨ぐように設けられたＸ、Ｙ、Ｚ方向の移動が可能なスキャナ０１３を有する。スキャナ台０１１は、ほぼ水平に設置された基台である。水槽０１２には水０１４が点線で示す高さまで注入されており、水槽０１２の底部（水中）に試料００５が置かれている。試料００５は、前述の通り、多層構造体である。水０１４は、超音波プローブ００２から出射された超音波を、試料００５の内部に効率的に伝搬せるために必要な媒体である。スキャナ０１３は、メカニカルコントローラ０１６によりＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動される。
【００２６】
試料００５に対して、超音波プローブ００２は、下端の超音波出射部から超音波を送出し、試料００５から戻ってきた反射信号を受信する。超音波プローブ００２は、ホルダ０１５に取り付けられており、メカニカルコントローラ０１６で駆動されるスキャナ０１３によってＸ、Ｙ、Ｚ方向に自在に移動可能となっている。これにより、超音波プローブ００２はＸ、Ｙ方向に移動しながら試料００５に対して事前に設定された複数の測定点で反射エコーを受信し、測定範囲（ＸＹ平面）内の接合界面の２次元画像を得て欠陥を検査する。超音波プローブ００２は、ケーブル０２２を介して、反射信号を電気信号に変換する探傷器００３と接続されている。
【００２７】
超音波検査装置１００は、Ａ／Ｄ変換器００６、信号処理部００７と、全体制御部００８と、メカニカルコントローラ０１６を有する。信号処理部００７は、Ａ／Ｄ変換機００６でＡ／Ｄ変換された反射強度信号を処理して試料００５の内部欠陥を検出するものである。信号処理部００７は、画像生成部００７Ａ、欠陥検出部００７Ｂ、データ出力部００７Ｃ、パラメータ設定部００７Ｄを有する。
【００２８】
画像生成部００７Ａは、ＸＹ平面上にあらかじめ設定された試料００５の測定範囲において、表面及び各異種境界面等から戻ってきて超音波プローブ００２で受信された反射エコーをＡ／Ｄ変換機００６でＡ／Ｄ変換して得られるデジタルデータから画像を生成する。欠陥検出部００７Ｂは、画像生成部００７Ａで生成した画像を処理して内部欠陥を顕在化もしくは検出する。データ出力部００７Ｃは、欠陥検出部００７Ｂで内部欠陥を顕在化もしくは検出した検査結果を出力する。パラメータ設定部００７Ｄは、外部から入力される測定条件などのパラメータを受け付け、欠陥検出部００７Ｂおよびデータ出力部００７Ｃへセットする。そして、信号処理部００７において、例えばパラメータ設定部００７Ｄはデータベース０１８と接続されている。
【００２９】
全体制御部００８には、ユーザインターフェース部（ＧＵＩ部）０１７とデータベース０１８とが接続されている。ここで、ユーザインターフェース部０１７は、各種制御を行うＣＰＵ（全体制御部００８に内蔵）を有し、ユーザからのパラメータなどを受け付けると共に、信号処理部００７で検出された欠陥の画像、欠陥数、欠陥個々の座標や寸法などの情報を表示する表示手段（図示せず）と入力手段（図示せず）を有している。データベース０１８は、信号処理部００７で検出された欠陥の特徴量や画像等を記憶する。メカニカルコントローラ０１６は、全体制御部００８からの制御指令に基づいてスキャナ０１３を駆動する。尚、信号処理部００７、探傷器００３等も全体制御部００８からの指令により駆動される。
【００３０】
次に、図３を参照して、試料（被検査体）００５の一例について説明する。図３において、試料００５は、多層構造を有する試料の縦構造を模式的に示した例である。試料００５は、最下層の基板３００の上に、接着フィルム３０１とシリコンウエハ３０２を２層積層したものである。ここで、基板３００は、例えば、大きさ１５ｍｍ×１５ｍｍ、厚さ５００μｍ、接着フィルム３０１は、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ３０μｍとする。また、シリコンウエハ３０２は、例えば、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ１００μｍとする。試料００５の表面側（図３の上方）から超音波が照射されると、超音波は、シリコンウエハ３０２の表面、シリコンウエハ３０２と接着フィルム３０１の接合界面３０４、３０５、３０６、接着フィルム３０１と基板３００の接合界面３０７、及び基板３００の裏面３０８で反射して超音波プローブ００２で受信される。
【００３１】
次に、図４、図５を参照して、試料００５から受信される超音波信号の一例を説明する。図４は、図３に示す試料００５の超音波測定に用いる送信信号４００であり、図５は、図３に示す測定点Ｍにおける受信信号である。送信信号４００は、例えば、周波数を３０ＭＨｚから７０ＭＨｚに線形に変調した信号長２３０ｎｓのチャープ信号を用いる。この送信信号４００を超音波プローブ００２に入力して、超音波信号を発生させ、試料００５に照射すると、図５に示す受信信号５００が得られる。各界面３０３〜３０８から反射した信号が超音波プローブ００２で受信されるまでの時間ｔｒは、膜厚ｄと音速ｖｓを用いて数１で表すことができる。
〔数１〕
ｔｒ＝２ｄ／ｖｓ 
ここで、２ｄは超音波プローブから界面に到達し、再び超音波プローブで受信される超音波の伝搬距離（往復分）を表す。
【００３２】
基板３００の音速を１５００ｍ／ｓ、接着フィルム３０１の音速を１２００ｍ／ｓ、シリコンウエハの音速を８０００ｍ／ｓとし、各材質の膜厚を数１に代入する。この結果、試料００５の各界面３０３〜３０８から反射する信号は、図５の５０１〜５０６に示す時間に観測される。ここで、試料００５の表面３０３から超音波が反射した後、すぐに界面３０４、３０５等からの反射信号も超音波プローブ００２で受信されるため、表面３０３からの反射信号（信号長２３０ｎｓ）内に界面３０４〜３０７からの反射信号が干渉してしまう。
【００３３】
この試料００５に対して、上記特許文献１の参照信号の取得方法である試料被００５の表面３０３から反射した信号を参照信号とする方法を適用すると、界面３０４〜３０６からの反射信号が干渉したものが含まれた表面３０３からの反射信号が抽出される。この参照信号を用いてパルス圧縮する例を説明する。
【００３４】
試料００５の表面３０３で反射した信号は、図５の５０１に示すピークから信号長２３０ｎｓの時間に相当するため、この時間の受信信号を試料００５の表面３０３からの反射信号として参照信号とした。図６に、このようにして取得した参照信号６００を示す。
【００３５】
パルス圧縮は、数２に示すように、参照信号ｕと受信信号ｖの相関関数を算出することで行われる。
【００３６】
【数２】
2018084416.tif 000003
【００３７】
ここで、Ｎはデータ点数、Ｔはサンプリング周期、ｎＴはパルス幅、ｌＴは相関関数の演算範囲である。
【００３８】
図６に示す参照信号６００と図５に示す受信信号を数２に代入して、相関関数を算出し、パルス圧縮した結果を図７に示す。各界面３０４〜３０７からの反射信号が超音波プローブ００２で受信される時間７０１〜７０６においてパルス圧縮した波形の相関関数が高くなっていることが確認できる。しかし、各界面３０４〜３０７からのピークは１つではなく、複数得られていることがわかる。例えば、図３に示すシリコンウエハ３０２と接着フィルム３０１の界面３０４からの反射信号に相当する時間７０２は、同等の相関関数を示すピークが３つあり、どのピークが界面３０４から反射した信号であるか判断できない。このように、複数の界面３０４〜３０７から反射した信号が干渉した信号を参照信号とした場合、パルス圧縮の効果が低下するため、多層構造や薄膜の被検査体における欠陥の発生位置を精度良く検出することができない。
【００３９】
これに対し、本発明の実施形態１は、多層構造や薄膜である試料（多層構造体）を対象としたパルス圧縮を用いた超音波検査において、各界面３０４〜３０７の反射信号を顕在化し、欠陥の発生位置を精度良く検出する。
【００４０】
次に、図８に示すフローチャートを用いて、実施形態１の超音波検査方法について説明する。最初に、界面画像を生成する条件として、測定に使用する超音波プローブ００２、試料００５の設計データ（寸法、物性値等）、画像の測定範囲、超音波プローブ００２のスキャンピッチ等が入力される。この条件は、基本的に、ユーザが設定する（Ｓ８０１）。次に、入力された条件に従い、試料００５から反射された超音波信号が測定される（Ｓ８０２）。
【００４１】
次に、入力された測定範囲内の各測定点で超音波信号を測定し、Ｓ８０１で設定した条件を満たした段階で、反射信号の測定を終了する（Ｓ８０３）。次に、パルス圧縮を行うため、別の試料(図９の９０１)から事前に取得され、データベース０１８に保存されてある参照信号を読み出す（Ｓ８０４）。この参照信号は、多重干渉が生じておらず、超音波プローブ００２により生じる波形の歪みを含む信号である。
【００４２】
ここで、図９を用いて、上記参照信号の取得方法の例を説明する。図９は、水０１４が入った水槽０１２に、参照信号取得用の試料（以下、参照信号用試料という）９０１が設置されている。この参照信号用試料９０１に超音波プローブ００２から超音波信号９００を照射すると、超音波プローブの端面９０２、参照信号用試料９０１の表面９０３及び裏面９０４で超音波が反射し、反射信号９０５〜９０７が超音波プローブ００２で受信される。
【００４３】
参照信号用試料９０１における超音波信号の測定結果の例を図１０に示す。図１０は、超音波プローブの端面で反射した信号９０５、参照信号用試料９０１の表面９０３で反射した信号９０６及び裏面９０４で反射した信号９０７を図示している。実施形態１では、参照信号として、参照信号用試料９０１の表面９０３から反射した信号９０６を使用する。この信号９０６は、超音波プローブ００２の端面９０２で反射した信号９０５及び参照信号用試料９０１の裏面９０４で反射した信号９０７と干渉しない条件で取得する。干渉が生じない信号９０６を得るためには、下記の数３及び数４を満たす必要がある。
〔数３〕
ｔｉ＜Ａ
〔数４〕
ｔｉ＜Ｂ
ここで、ｔｉは、超音波プローブへの送信信号長、Ａは反射信号９０５と反射信号９０６の発生時間差、Ｂは反射信号９０６と反射信号９０７の発生時間差Ｂである。送信信号長ｔｉは、超音波プローブ毎に最適化された信号を用いるため、信号長の条件は変更せず、各時間差Ａ、Ｂを制御することで多重干渉が生じない参照信号を取得する。時間差Ａは数１に超音波プローブ端面９０２と参照信号用試料９０１の表面９０３の距離Ｄ及び水の音速Ｖｗを代入することで算出できる。一方、時間差Ｂは、数１に、参照信号用試料９０１の膜厚ｔＲ、及び参照信号用試料９０１の音速ＶＲを代入することで算出することができる。
【００４４】
次に、図４に示した送信信号４００を用いて、多重干渉が生じておらず、超音波プローブ００２における波形の歪みを考慮した参照信号を取得する例を説明する。送信信号４００の信号長は２３０ｎｓであるため、ｔｉ＝２３０ｎｓとなる。水の音速ＶＷは、１４８０ｍ／ｓであるため、数３、数１より、超音波プローブ端面９０２と参照信号用試料９０１の表面９０３の距離Ｄは、１７０μｍ以上であれば、反射信号９０５と反射信号９０６が干渉しない。
【００４５】
次に、反射信号９０６と反射信号９０７が干渉しない条件を算出する。参照信号用試料９０１の材質をアルミニウムとした場合、その音速は、６４００ｍ／ｓであるため、数４、数１より、参照信号用試料の膜厚ｔＲは、７４０μｍ以上であれば、反射信号９０６と反射信号９０７が干渉しない。上記の条件で、参照信号用試料９０１から反射した超音波信号を測定し、表面９０３から反射した信号９０６を抽出してパルス圧縮の参照信号として超音波検査装置１００のデータベース０１８に格納する。送信信号４００を超音波プローブ００２に入力し、参照信号用試料９０１の表面９０３から反射した参照信号１１００を抽出した結果を図１１に示す。取得した参照信号１１００は、図４に示す送信信号４００に比べて波形の歪みが生じていることがわかる。この歪みが生じた参照信号１１００が、実際に受信信号に含まれる反射信号の波形であるため、この参照信号と受信信号のパルス圧縮を行うことで相関関数における相関が高くなる。
【００４６】
図８のフローチャートに戻ると、測定した全範囲の超音波信号に対して、実施形態１で取得した参照信号と試料００５の超音波測定結果の相関関数を算出し、パルス圧縮を行う（Ｓ８０５）。図１２は、図５の受信信号と図１１の参照信号との相関関数を算出した結果である。試料００５の各界面３０３〜３０８からの反射信号が超音波プローブ００２で受信される時間１２０１〜１２０６で高い相関関数が得られており、かつ特許文献１の方法に比べて界面からの信号以外の相関関数は値が小さくなっている。このため、本発明の実施形態１を適用することで、各界面３０４〜３０７からの反射信号を精度良く検出する効果があることがわかる。
【００４７】
次に、パルス圧縮した信号から画像化したい界面に相当するピーク（局所ピーク）を検出する。図１２に、着目した界面を検出する方法の説明図を示す。ユーザは、被検査体００５の表面からの反射信号（表面ピーク）を検出するためのＳゲート１２０７を設定する（Ｓ８０６）。そして、Ｓゲートで設定された時間範囲内において最初にしきい値Ｔｈを超える信号が発生するタイミングを表面からの反射信号とする。図１２では、１２０１が表面３０３からの反射信号となる。
【００４８】
次に、表面３０３からの反射信号１２０１を基準として画像化したい界面を算出する。ここでは、試料００５の接着フィルム３０１と基板３００の界面３０７を画像化する例を示す。着目した界面を画像化するためには、界面からの反射信号に相当する時間にＦゲート１２０８を設定する。設定されたＦゲート１２０８内の相関関数の最大値を着目した界面の反射信号（局所ピーク）とする（Ｓ８０７）。Fゲートを設定する方法として以下の２つの例を説明する。
【００４９】
８０７−１：パルス圧縮した波形に対して、ユーザが目視でピークを検出し、そのピークに対して映像化するためのＦゲート１２０８を設定する。例えば、界面３０７は、表面からの反射信号を含めて、５つ目のピークであるため、パルス圧縮信号１２００の５つめのピークに相当する場所にＦゲート１２０８を設定する。
【００５０】
８０７−２：データベース０１８に保存された設計データを用いてＦゲート１２０８を設定する。試料００５の表面３０３から照射された超音波信号は、シリコンウエハ３０２、接着フィルム３０１を伝搬して、界面３０７で反射し、再び試料００５の表面３０３まで伝搬する。そのため、表面からの反射信号１２０１が受信されてから界面３０７からの反射信号が受信されるまでの時間時間ｔｆは、シリコンウエハの音速ＶＳ、膜厚ｄＳ、及び接着フィルムの音速ＶＢ、ｄＢを用いて下記の数５で表すことができる。
〔数５〕
ｔｆ＝２（２ｄＳ／ＶＳ＋２ｄＳ／ＶＳ）
数５に、シリコンウエハ３０２の音速と膜厚及び接着フィルム３０１の音速と膜厚を代入すると、ｔｆ＝１５０ｎｓと算出できる。算出した時間ｔｆにＦゲート１２０８を設定する。
【００５１】
次に、Ｓ８０７で検出した相関関数の最大値は濃淡値（例えば、２５６階調の画像を生成する場合、０〜２５５）に変換され、画素値として装置に格納される（Ｓ８０８）。
【００５２】
ここで、Ｓゲート１２０７とＦゲート１２０８の設定は、試料００５の任意の画素１点において設定すればよい。その他の測定点のＳゲート１２０７、Ｆゲート１２０８は、設定された条件に従って信号処理される。全測定点において、相関関数の最大値が濃淡値に変換され、界面画像が生成される。
【００５３】
次に、Ｓ８０８で生成された界面画像から欠陥を検出する（Ｓ８０９）。欠陥の検出方法としては、例えば、ユーザから設定されたしきい値を基準とし、しきい値以上の濃淡値を示す画素を欠陥部して検出すればよい。また、ユーザが界面画像を目視し、ユーザに指定された画像領域を欠陥と検出してもよい。
【００５４】
実施形態１では、参照信号用試料９０１を用いて、パルス圧縮の参照信号を測定したが、この参照信号は、検査毎に測定する必要はない。例えば、超音波プローブ００２おいて生じる波形の歪みは、超音波プローブ００２の個体によって決まっており、かつ送信信号も超音波プローブ００２の公称周波数や焦点距離等の仕様に基づいて、最適化されたものを使用する。そのため、検査で使用する超音波プローブ００２に対して、事前に参照信号用試料９０１を用いて超音波プローブ００２における波形の歪みや、多重干渉を抑制した参照信号を取得し、これを超音波検査装置１００に格納しておけば、以降の検査で再度、参照信号を取得する必要ない。また、超音波プローブ００２毎に参照信号を事前に取得しておき、データベース化することで、検査時にデータベース０１８から読み出すようにしてもよい。
【００５５】
ここで、データベース化された参照信号を用いて検査を行う場合のＧＵＩイメージを図１３に示す。ユーザは、図１３に示す超音波プローブ００２の選択ウインドウ１３０１から試料００５の測定に使用する超音波プローブ００２を選択する。超音波プローブ００２は、事前に超音波検査装置１００のデータベース０１８にデータベース化されており、ユーザから選択された超音波プローブ００２の仕様をデータベース０１８から読み出す。
【００５６】
次に、測定モードの選択ウインドウ１３０２から選択された超音波検査時の超音波信号の送信方法を読み出す。ここで、一般的な超音波検査の方法として、短い時間幅の超音波信号を送信するパルス法や実施形態１で使用するパルス圧縮法等がある。測定モードとして、ユーザからパルス圧縮法が選択された場合、データベース０１８から選択された超音波プローブ００２に対応する参照信号を読み出し、参照信号表示画面１３０３に参照信号１３０４を表示する。
【００５７】
実施形態１では、界面３０７に相当するピークにＦゲート１２０８を設定し、界面３０７の画像を作成したが、これに限定される必要ない。例えば、複数の界面を画像化したい場合、実施形態１で説明した方法で、画像化した界面からの反射信号が検出される時間を算出し、その時間にＦゲート１２０８を設定すればよい。これにより、一度の測定で、任意の界面を複数同時に画像化することが可能となる。
【００５８】
また、実施形態１では、送信信号としてチャープ信号を用いたが、これに限定される必要はない。例えば、２種類の周波数の正弦波をランダムに組み合わせて変調する周波数変調方式や位相の異なる正弦波をランダムに組み合わせて変調する位相変調方式を用いてもよい。超音波プローブ００２の伝達特性に適した変調方法を選択することでパルス圧縮において高い相関関数を得ることができ、欠陥の発生位置の検出精度が向上する。
【００５９】
また、実施形態１では、予めデータベース０１８に保存されている参照信号を読み出す例を説明したが、これに限定される必要はない。新規の超音波プローブ００２を導入する場合に、超音波検査装置１００が導入する超音波プローブ００２の参照信号を記録することも可能である。
【００６０】
図１４を参照して、参照信号を記録する方法を説明する。図１４は、参照信号用試料９０１で取得した受信信号から参照信号を抽出し、データベース０１８に保存するＧＵＩイメージを示す。参照信号を記録したい超音波プローブ００２が超音波検査装置１００に接続され、超音波プローブ接続ボタン１４０１が押されると、超音波検査装置１００は、超音波プローブ００２から公称周波数や型式の情報を読み出してデータベース０１８に書き込む。ユーザによりｘｙ移動ボタン１４０２、ｚ移動ボタン１４０３が押されると、超音波プローブ００２が駆動する。超音波プローブ００２が参照信号用試料９０１からの反射信号が取得できる位置に移動された場合、調整を終了する。
【００６１】
超音波プローブ００２の位置を調整後、ユーザからエコー測定ボタン１４０４が押されると、超音波プローブ００２は、送信信号を参照信号用試料９０１に照射して受信信号を取得し、受信信号表示画面１４０７に波形を表示する。受信信号表示画面１４０７には、超音波プローブ９０５からの反射信号１４０８、参照信号用試料９０１の表面からの反射信号１４０９、参照信号用試料９０１の裏面からの反射信号１４１０がそれぞれ表示される。この反射信号から参照信号を抽出する。ユーザからカーソルボタン１４０５を押されると、受信信号表示画面１４０７にカーソル１４１１、１４１２が表示される。このカーソル１４１１、１４１２を参照信号用試料９０１の表面からの反射信号１４０９のみを含む位置に移動させ、波形保存ボタン１４０６を押す。波形保存ボタン１４０６が押されると、超音波検査装置１００は、データベース０１８に超音波プローブ００２の公称周波数、型式と対応させて、参照信号を保存する。
【００６２】
実施形態１によれば、多層構造や薄膜の試料００５に対し、ユーザが所望する検査界面の画像を生成し、欠陥を精度良く検出することができる。
【実施形態２】
【００６３】
実施形態１では、図９に示す参照信号用試料９０１を用いてパルス圧縮の参照信号を測定する方法を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。実施形態２では、超音波プローブ００２の周波数特性と送信信号を用いて実際に被検査体に照射される超音波信号を推定し、それを参照信号として用いる。以下、実際に被検査体に照射される超音波信号の推定方法を説明する。
【００６４】
超音波プローブに入力される電気信号をｘ（ｔ）、送信用超音波プローブにおける周波数特性ｈ（ｔ）、受信用超音波プローブのｇ（ｔ）とした場合、受信信号ｙ（ｔ）は、各超音波プローブ００２の周波数特性の影響を受け、下記の数６に示すように波形の歪みが重畳する。
〔数６〕
ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＊ｈ（ｔ）＊ｇ（ｔ）
ここで、演算子＊は、畳み込み積分を表す。
【００６５】
数６に示すように、超音波プローブ００２の周波数特性ｈ（ｔ）、ｇ（ｔ）の情報を有しておれば、これらを用いて、実際に試料００５に照射される超音波信号ｙ（ｔ）を推定することができる。この信号ｙ（ｔ）を参照信号として、パルス圧縮を行うことで、多層構造や薄膜である試料００５を対象とした超音波検査において、各界面の反射信号を顕在化し、欠陥を精度良く検出することが可能となる。その他の構成及び検査方法は、実施形態１とほぼ同じなのでその説明は省略する。
【実施形態３】
【００６６】
実施形態１では、試料００５において取得した超音波信号と事前に取得した参照信号の相関関数を算出しパルス圧縮を行ったが、本発明は、これに限定されるものではない。実施形態３では、試料００５において取得した超音波信号をノイズ除去処理した信号と事前に取得した参照信号の相関関数を算出する。
【００６７】
実施形態３に係るノイズ除去を行う場合の測定フローを図１４に示す。実施形態１の測定フロー（図８参照）と異なる処理は、ノイズ除去処理（Ｓ１５０１）が新たに追加された点である。その他の処理（Ｓ８０１〜Ｓ８０９）は、実施形態１の測定フロー（図８参照）と同じなのでその説明は省略する。以下、ノイズ除去処理（Ｓ１５０１）について詳細に説明する。
【００６８】
試料００５から反射された超音波信号と、事前に取得した参照信号にケーブルノイズが含まれる場合がある。ここで、ケーブルノイズとしては、超音波プローブ００２と探傷器００３の間に接続されたケーブル０２２（図２参照）のインピーダンス整合が得られていない場合に、ケーブル端で電気信号が反射するケーブルエコーがある。ケーブル端における電気信号の反射率Ｒは、下記の数７から算出できる。
【００６９】
【数７】
2018084416.tif 000004
【００７０】
ここで、Ｚ１は入射側のインピーダンス、Ｚ２は受信側のインピーダンスである。ケーブルエコーは、超音波プローブ００２とケーブル０２２のインピーダンスの値で発生するか決まる。このため、事前に超音波プローブ００２とケーブル０２２のインピーダンスの情報を超音波検査装置１００のデータベース０１８に格納しておく。そして、図１５の条件設定（Ｓ８０１）で超音波プローブ００２が選択されたときに、データベース０１８からインピーダンスの情報を読み出し、数７から反射率を算出する。この結果、ケーブルエコーが生じる場合は、ノイズ除去を行う（Ｓ１５０１）。ノイズ除去の方法としては、例えば、インパルス応答フィルタを用いればよい。ケーブエコー除去後、実施形態１と同じ手順で界面画像を作成し欠陥を検出する（Ｓ８０５〜Ｓ８０９）。
【００７１】
本発明の実施形態によれば、多重干渉が生じておらず、かつ超音波プローブや試料（被検査体）において生じる波形の歪みを考慮した参照信号でパルス圧縮を行うことで、超音波検査装置の深さ分解能を向上させることができる。これにより、欠陥を精度良く検出することが可能となる。
【符号の説明】
【００７２】
００１  検出部
００２  超音波プローブ
００３  探傷器
００４  反射信号
００５  試料
００６  Ａ／Ｄ変換器
００７  信号処理部
００７Ａ  画像生成部
００７Ｂ  欠陥検出部
００７Ｃ  データ出力部
００８  全体制御部
０１１  スキャナ台
０１２  水槽
０１３  スキャナ
０１４  水
０１５  ホルダ
０１６  メカニカルコントローラ
０１７  ユーザインターフェース
０１８  データベース
１００  超音波検査装置
３００  基板
３０１  接着フィルム
３０２  シリコンウエハ
３０３〜３０８  接合界面
４００、６００、１１００  送信信号波形
５００  受信信号
５０１〜５０６  反射信号
７０１〜７０６  反射信号
９０５〜９０７  反射信号
１２０１〜１２０６  反射信号
１４０８〜１４１０  反射信号
９００  超音波信号
９０１  参照信号用試料
９０２  超音波プローブ端面
９０３  参照信号用試料の表面
９０４  参照信号用試料の裏面
１２００  パルス圧縮波形
１２０７  Ｓゲート
１２０８  Ｆゲート
１３００  参照信号選択時のＧＵＩイメージ
１３０１  超音波プローブの選択ウインドウ
１３０２  測定モードの選択ウインドウ
１３０３  参照信号の表示画面
１３０４  参照信号
１４０１  超音波プローブ接続ボタン
１４０２、１４０３  超音波プローブ移動用ボタン
１４０４  超音波信号測定ボタン
１４０５  カーソルボタン
１４０６  波形保存ボタン
１４０７  受信信号の表示画面
１４１１、１４１２  カーソル
【図１】
2018084416.tif 000005
【図２】
2018084416.tif 000006
【図３】
2018084416.tif 000007
【図４】
2018084416.tif 000008
【図５】
2018084416.tif 000009
【図６】
2018084416.tif 000010
【図７】
2018084416.tif 000011
【図８】
2018084416.tif 000012
【図９】
2018084416.tif 000013
【図１０】
2018084416.tif 000014
【図１１】
2018084416.tif 000015
【図１２】
2018084416.tif 000016
【図１３】
2018084416.tif 000017
【図１４】
2018084416.tif 000018
【図１５】
2018084416.tif 000019