(57)【要約】  半導体材料の内部の欠陥を非破壊的に検出するための方法と装置を開示する。半導体材料は、長さ、断面領域、長さに揃えられた側面を有している。超音波装置は、半導体材料に割り当てられる。さらに、超音波装置との間での、半導体材料の側面の長さに沿った相対運動を行う設定を提供する。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある長さと断面領域を有する半導体材料の内部の欠陥を非破壊的に検出するための方法であって、前記方法は、
超音波装置を用い、前記超音波装置と前記半導体材料の側面とを、前記超音波装置を前記半導体材料の前記長さに沿って相対的に動かす、相対運動を生成するステップと、
前記半導体材料と前記超音波装置とを相対的に動かす間、前記超音波装置から前記半導体材料に向かって、複数の超音波パルス波を放射し、それと同時に、前記半導体材料のバルク全体から前記半導体材料の内部の欠陥を測定できるように、前記半導体材料の内部からの前記複数の超音波パルスに対する超音波反射波信号を、時間と空間に対応させて記録するステップと、
前記半導体材料が円筒形状の場合、前記超音波装置が前記半導体材料の前記長さに沿って移動する間に、前記半導体材料の中心までの少なくとも１つの扇形部を測定し、
前記半導体材料が直方体形状の場合、前記超音波装置が前記半導体材料の第一外表面の長さに沿って移動する間に、前記半導体材料の中央平面までの少なくとも１つの直方体を測定するステップと、
媒体によって、前記複数の超音波パルスと、前記超音波反射波信号を結合して前記半導体材料に印加するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記半導体材料が前記円筒形状の場合、
前記半導体材料の中心までの、後続する少なくとも一つの扇形部を前記超音波装置で測定するために、前記半導体材料は軸を中心に回転させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コンピュータによる制御を用いて、
前記コンピュータによる制御により、前記少なくとも１つの扇形部の領域からの前記超音波反射波信号は処理するが、前記扇形部の外側の前記超音波反射波信号は処理しないように、前記円筒状の半導体材料の内部から戻ってくる前記超音波反射波信号を扱うことを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記半導体材料が前記直方体形状の場合、前記超音波装置を、前記半導体材料の前記長さに対して横方向に移動し、
続いて前記超音波装置が前記半導体材料の前記第一表面の長さに沿って移動する間に、前記半導体材料の前記中央平面までの、前記少なくとも１つの直方体を測定し、
前記半導体材料の前記第一表面から前記中央平面までの全ての直方体を測定した後は、前記半導体材料を１８０度回転し、前記第二外表面からさらに直方体を測定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
コンピュータによる制御を用い、
前記コンピュータによる制御により、前記中央平面までの、前記少なくとも１つの直方体の領域からの超音波反射波信号は処理するが、前記直方体の外側の前記超音波反射波信号は処理しないように、前記円筒状の半導体材料の内部から戻ってきた前記超音波反射波信号を扱うことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
半導体材料の内部の欠陥を非破壊的に検出するための装置であって、前記半導体材料は、長さと、断面領域と、前記長さに揃えられた側面とを有し、
前記装置は、円筒形状の半導体材料もしくは直方体形状の半導体材料の調査のために設計されており、
超音波装置が前記半導体材料に割り当てられており、
前記超音波装置を、前記半導体材料の前記側面の長さに沿って相対的に移動させるための設定が提供された装置であって、
前記超音波装置と前記半導体材料の間の相対運動の制御と、前記半導体材料への複数の超音波パルス波の放射の制御と、それと同時に、前記半導体材料の内部からの超音波反射波信号の記録を行う制御装置と前記超音波装置は、円筒形状の半導体材料の場合は、前記半導体材料の前記長さに沿って、前記半導体材料の中心までの少なくとも１つの扇形部を調査可能であり、直方体形状の半導体材料の場合、前記半導体材料の第一表面の長さに沿って前記超音波装置が移動する間に、前記半導体材料の中央平面までの少なくとも１つの直方体を調査可能であることを特徴とする装置。
【請求項７】
前記超音波装置は、前記側面から離間して配置された複数のトランスデューサを備え、
前記トランスデューサから前記半導体材料への前記複数の超音波パルスと、前記半導体材料からの前記トランスデューサへの前記超音波反射波信号は、媒体を介して結合されて印加することを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記媒体は液体であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記媒体は気体であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数のトランスデューサは、一列に、等距離間隔で配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数のトランスデューサは、マトリックス状に、等距離間隔で配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記半導体材料が円筒形状の場合、前記トランスデューサの列配置は、前記トランスデューサが前記半導体材料の前記側面の母線に向かい合うようにして、前記半導体材料に対して配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１３】
前記半導体材料が円筒形状の場合、前記複数のトランスデューサのマトリックス配置は、前記複数のトランスデューサが前記半導体材料の前記側面の少なくとも一つのセグメントに向かい合って配置されるように、前記半導体材料の前記側面に対して配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１４】
前記半導体材料が直方体形状の場合、前記複数のトランスデューサの列配置は、基本的に前記複数のトランスデューサが前記半導体材料の前記表面の一直線に対して対向する位置に配置されるように、前記半導体材料の前記側面の四表面のうちの一表面に対して配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１５】
前記半導体材料が直方体形状の場合、前記トランスデューサのマトリックス配置は、前記トランスデューサが前記半導体材料の前記側面の四表面のうちの一表面の少なくとも一部に対向する位置に配置されるように、前記半導体材料の前記側面の前記４表面のうちの１表面に対して配置されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体材料の内部の欠陥の非破壊的検出方法に関するものである。半導体材料はある長さと断面領域を有している。したがって、半導体材料はバルク材料であり、そこから、半導体製品用の単一のディスクやプレートが切り取られる。
【０００２】
本発明は、半導体材料内部の欠陥を非破壊的に検出するための装置に関するものでもある。半導体材料は、ある長さと、断面領域と、その長さに揃えられた側面とを有している。
【背景技術】
【０００３】
ドイツ特許出願第１０２００６０３２４３１Ａ１号は、半導体材料からなるロッドの一部の内部にある機械的欠陥を検出するための方法を開示している。半導体材料は、少なくとも１つの平面と、その平面に対して垂直方向に測定された、1ｃｍから１００ｃｍの厚さを有する。その方法では、ロッドの一部の平面を少なくとも１つの超音波トランスデューサによって走査する。その超音波トランスデューサ（からの超音波パルス波）は、液体カップリング媒体によって、そのロッドの一部の平面と結合されて、印加される。測定の各ポイントにおいて、超音波パルスは、少なくとも、ロッドの一部のその平面上に導かれる。そして、ロッドの一部によって生成された超音波パルスの反射波を時間の関数として記録するので、その平面からの反射波、ロッドの一部の、その平面とは反対側の表面からの反射波、そして、場合によってはその他の反射波が検出される。ロッドの一部の機械的欠陥の位置は、前記のその他の反射波から検出される。
【０００４】
ドイツ特許出願第２９３６８８２号は、部品の内部における材料欠陥を検出するための試験装置を開示している。この試験装置は、原子力発電所において圧力がかかった状態のコンポーネントに使われ、試験ヘッドは、遠隔操作の操作者によって試験する場所に移動される。ただし、部品の内部全体が欠陥について試験されるわけではない。
【０００５】
米国特許第６０４７６００号は、ピエゾ材料を試験する方法を開示しており、到達時間差法を使用して、物質の均一性を試験している。
【０００６】
米国特許第５３８１６９３号は、対象を超音波で放射する間に、その試験する対象を走査する、撮像超音波装置を開示している。ピントを合わせることにより、試験する物質の平面が設定される。
【０００７】
国際特許出願第ＷＯ０２／４０９８７号は、平坦基板の音波マイクロ検査のための方法と装置を開示している。調査する基板は、湿潤環境に置かれ、その湿潤環境で超音波（と基板）が円部に導かれる。
【０００８】
半導体材料のバルク全体から、ありうる欠陥の情報を取得するように、任意の大きさ、形状のロッド形半導体材料を超音波装置を使用して調査する先行技術はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、半導体材料の内部の欠陥を高い信頼性で検出することができる方法を提供することである。さらに、本発明の方法は、半導体材料の内部の超音波画像を提供する。
【００１０】
上記の目的は、請求項１に記載の特徴による方法によって達成可能である。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、半導体材料の内部の欠陥を非破壊的に発見するための装置を提供することである。さらに、半導体材料の内部の欠陥の位置は、半導体材料の後の処理のために、処理装置に引き渡される。
【００１２】
上記の目的は、請求項６に記載の特徴による装置によって達成される。
【００１３】
本発明によってロッド形状の半導体材料の内部の欠陥の検出が可能であるということが、特に利点があるということが分かっている。半導体材料は、ある長さと断面領域を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による方法においては、超音波装置と半導体材料の側面を相対的に動かす運動が行われる、超音波装置を用いて、半導体材料と超音波装置を相対的に動かす間、超音波装置から半導体材料に向けて複数の超音波パルス波が放射される。それと同時に、半導体材料の内部の欠陥を半導体材料のバルク全体から検出するために、半導体材料の内部からの複数の超音波パルス波の超音波反射波信号を時間と空間に依存して記録する。複数の超音波パルス波と超音波反射波信号は、媒体を介して、半導体材料に結合して印加される。その媒体は、例えば、液体であってもよい。その複数の超音波パルス波と超音波反射波信号は、空気や他の気体媒体を介して半導体材料に結合して印加することも考えられる。
【００１５】
超音波装置と半導体材料の間の相対運動は、超音波装置を半導体材料の長さ（方向）に沿って移動させることによって行われる。
【００１６】
半導体材料は、円筒形状であってもよい。超音波装置が半導体材料の長さ（方向）に沿って移動する間に、半導体材料の中心までの少なくとも１つの扇形部が測定される。円筒形状の半導体材料は、半導体材料の中心までの次の少なくとも一つの扇形部を測定するために、軸を中心に回転させられる。これは、半導体材料のバルク全体が測定され、画像として表されるまで続く。
【００１７】
さらに、少なくとも１つの扇形部の領域からの超音波反射波信号は処理するが、扇形部の外側からの超音波反射波信号は画像化するための処理は行わないというように、半導体材料の内部から戻ってくる超音波反射波信号を扱うコンピュータ制御が提供される。
【００１８】
さらに、本発明による方法によって、直方体形状の半導体材料を検査することも可能である。この場合でもまた、超音波装置が半導体材料の第一外表面の長さ（方向）に沿って移動する間に、半導体材料の中央平面までの少なくとも一つの直方体を測定する。超音波装置は、半導体材料の長さ（方向）に対して横方向に移動するので、その後に続いて超音波装置が半導体材料の第一外表面の長さ（方向）に沿って移動する間に、半導体材料の中央平面までの（次の）少なくとも一つの直方体を測定することができる。第一表面から中央表面までの全ての直方体を測定した後は、第二外表面からさらなる直方体を測定するために、半導体材料は１８０度回転させられる。
【００１９】
ここでも、また、中央表面までの少なくとも一つの直方体の領域からの超音波反射波信号は処理するが、その少なくとも１つの直方体の外側の超音波反射波信号は処理しないように、半導体材料の内部から戻ってくる超音波反射波信号を扱うコンピュータ制御が提供される。  
【００２０】
半導体材料の内部の欠陥を非破壊的に検出するための装置は、半導体材料に割り当てられた超音波装置を備えている。さらに、半導体材料の側面の長さ（方向）に沿った、超音波装置との間の相対運動を行うための設定を提供する。
【００２１】
超音波装置は、（半導体材料の）側面から離間して配置された、複数のトランスデューサを備えていてもよい。トランスデューサから放射される複数の超音波パルス波は、媒体によって半導体材料に結合して印加する。この目的のためには、液体や気体の媒体が考えられる。ただし、トランスデューサの出力に関して、使用される媒体に合わせてトランスデューサを設計する必要がある。
【００２２】
本発明の実施形態によると、複数のトランスデューサは、等距離間隔で一列に配列される。別の実施形態では、複数のトランスデューサをマトリックス状に等距離間隔で配置している。
【００２３】
以下、（本発明の）実施形態は、本発明による方法と装置、及びそれらの利点を添付の図面を参照して説明するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】円筒状の半導体材料の内部の欠陥を非破壊的に検出する装置の概略図である。
【図２】直方体形状の半導体材料の内部の欠陥を非破壊的に検出する装置の概略図である。
【図３】円形断面領域と対応する直線状の超音波装置の上面図である。
【図４】円形断面領域と対応するマトリックスのような形状の超音波装置の上面図である。
【図５】長方形断面領域と、対応する直線状の超音波装置の上面図である。
【図６】長方形の断面領域と、対応するマトリックスのような形状の超音波装置１０の上面図である。
【図７】半導体材料の側面に対して、個々のトランスデューサを直線状に配置した考えうる実施形態を図示している。
【図８】半導体材料の側面に対して、個々のトランスデューサをマトリックスのように配置した、考えられる実施形態を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
類似した構成要素や類似した機能を有する構成要素は、同一の参照番号を使用する。さらに、個々の図面においては、それぞれの図面の説明に必要な参照番号のみを使用する。
【００２６】
図１は、円筒状の半導体材料２の内部の欠陥を非破壊的に検出する装置１の概略図である。本発明の装置１を使用することにより、半導体材料２の任意の断面Ｑを調査することができる。図１に図示した実施形態において、半導体材料２は円形の断面Ｑを有している。本実施形態で図示した断面形状は、本発明を限定するためのものではなく、本発明の装置１を使用して、ロッド形状の半導体材料２の任意の断面を調査することも可能である。
【００２７】
装置１で検査する半導体材料２は、液体８で満たされた容器６の中に配置される。超音波装置１０は、複数の変換機を備え、その変換機から発された複数の超音波パルスは、液体８を介して結合して半導体材料２に印加する。図面では、液体を使用媒体として図示しているが、これは、本発明を限定するものではない。超音波パルスや超音波反射波信号は、空気もしくはその他の気体の媒体を介して半導体材料に結合して印加されることも考えられる。空気を介した結合は図示していないが、半導体材料２の内部の欠陥に関して、空気を介した結合が十分な結果を得られるように、その出力に関してトランスデューサを設計する方法は、当業者にとって自明である。図１に図示した両矢印９に示す通り、超音波装置１０は、半導体材料２の長さＬ（方向）に沿って半導体材料２に対して移動可能である。また、制御評価装置１４が備えられている。制御評価装置１４は、超音波装置１０と半導体材料２を相対的に移動させる制御と、半導体材料２への超音波パルスの放射制御と、それと同時に、半導体材料２の内部からの超音波反射波信号の記録とを行うためのものである。相対運動は、半導体材料２の長さＬ（方向）に沿ったものである。本発明の装置１で半導体材料２のバルク全体を測定するために、半導体材料２は軸４を中心に回転可能に配置されている。ロッド状の半導体材料２の回転方向は、矢印４ａによって図１に図示されている。超音波装置１０は、半導体材料２の側面５に向かい合う位置に配置される。
【００２８】
図２は、直方体形状の半導体材料２の内部の欠陥を非破壊的に検出する装置１の概略図である。ここで、超音波装置１０は、まず、半導体材料２の側面５の第一側面５ａに向かい合う位置に配置される。そして、半導体材料２の側面５の第一側面５ａが最初に超音波装置１０によって走査される。それにより、中央平面３までの半導体材料２の内部が超音波装置１０により測定される。半導体材料２のこの部分を測定した後、半導体材料２は１８０度回転させられ、第一表面５ａとは反対側の第二表面５ｂがスキャンされる。このようにして、半導体材料２のバルクの第二部分が測定される。
【００２９】
図３は、円形断面領域２０と直線状の超音波装置１０の上面図である。装置１内の超音波装置１０の少なくとも一つのトランスデューサ１２は、側面５の直線（図７参照）に向かい合うように配置されている。装置１内の超音波装置１０と制御評価装置１４は、連携して、半導体材料２の中心Ｍまでの円の扇形部２１を測定する。円の扇形部２１は、半導体材料２の長さＬに沿って延設されている。円の扇形部２１を測定した後は、半導体材料２は軸４を中心に回転し、超音波装置１０によって円の次の扇形部２１が測定される。
【００３０】
図４は、円形断面領域２０と直線状の超音波装置１０の上面図である。超音波装置１０は、マトリックス状に配置された複数のトランスデューサ１２を備えている。図４は、マトリックスの一列目を図示している。図４においては、それぞれのトランスデューサ１２と半導体材料２の側面５との距離が等しくなるように、複数のトランスデューサ１２が半導体材料２に対して配置されている。超音波装置１０と制御評価装置１４は、連携して、半導体材料２の中心Ｍまでの円の扇形部２１を測定する。円の扇形部２１は、半導体材料２の長さＬに沿って延設されている。円の扇形部２１を測定すると、半導体材料２は、軸４を中心に回転し、超音波装置１０で円の次の扇形部２１を測定する。マトリックス配置によって測定した扇形部２１は、直線状に配置された複数のトランスデューサ１２によって測定した扇形部よりも大きい。
【００３１】
図５は、長方形断面領域３０と直線状の超音波装置１０の上面図である。装置１内の超音波装置１０の少なくとも１つのトランスデューサ１２は、側面５の第一表面５ａの一部に向かい合うように配置される。装置１内の超音波装置１０と制御評価装置１４（図１参照）は、連携して、半導体材料２の中央平面３までの直方体３１を測定する。直方体３１は、半導体材料２の長さＬに沿って延設されている。直方体３１を測定すると、超音波装置１０は、次の直方体を測定できるように、（矢印３２の方向に）移動する。第一表面５ａから中央平面３ａまでの全ての直方体３１を測定したら、半導体材料２は１８０度回転させられる。そして、側面５の第二表面５ｂから、中央平面３までの複数の直方体３１を測定する。このようにして、半導体材料２のバルク全体を長方形断面で測定することができる。ここでの説明は長方形に限定しているが、これは本発明を限定するものとして解釈するべきではない。断面は、正方形でもよいし、長方形や正方形から多少外れてもよい。
【００３２】
図６は、長方形の断面領域３０と、半導体材料２のバルク全体を測定するためのマトリックスのような形状の超音波装置１０の上面図である。図５に図示した実施形態との差異は、図５に図示した配置よりも、トランスデューサ１２のマトリックス状の配置により、より大きな直方体３１が測定できる点である。装置１内のマトリックス状に配置された個々のトランスデューサ１２は、それぞれ、第一表面５ａや第二表面５ｂに対して基本的には平行に配置されている。
【００３３】
図７は、半導体材料２の側面５に対して、個々のトランスデューサ１２を直線状に配置した考えうる実施形態を図示している。ここで例示した実施形態では、半導体材料２の第一表面５ａは、直線状に配置（列配置５０）された複数のトランスデューサ１２によって測定される。個々のトランスデューサ１２は、半導体材料２の長さＬに沿って、互いに等距離４０分離間して配置されている。半導体材料２の内部の中央平面３（図５参照）までの直方体３１を測定するために、（トランスデューサ１２の）列配置５０は、距離４０分移動する。このようにして、半導体材料２のバルクの少なくとも一部が、比較的短い時間内に測定される。半導体材料２のバルクの次のセクションを測定するために、トランスデューサ１２の列配置５０は、半導体材料２の長さＬ（方向）に対して垂直に移動する。その後、また、列配置５０の距離４０分の移動が続く。この移動は、全第一表面５ａがスキャンされ、対応する半導体材料２のバルクがスキャンされるまで続いていく。
【００３４】
図８は、半導体材料２の側面５の第一表面５ａに対して、個々のトランスデューサ１２をマトリックス状に配置した、考えられる実施形態を図示している。トランスデューサ１２のマトリックス５５全体は、図７に図示した流れにしたがって移動する。図７に図示した実施形態を使用するよりも、マトリックス５５を使用したほうが、半導体材料２のバルクのより大きな領域を測定可能であることは、明らかである。マトリックス配置の場合、半導体材料２の内部から戻ってくる超音波反射波信号の信号処理労力がより高い。
【００３５】
好ましい実施形態を参照して、本発明を説明してきたが、当業者は、後述の請求の範囲から逸脱することなく、本発明の変更例や修正例を考案可能であることは明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011519026.tif 000009
【図８】
2011519026.tif 000010
【国際調査報告】
2011519026.tif 000011
2011519026.tif 000012
2011519026.tif 000013
2011519026.tif 000014