(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された半導体集積回路と、
前記基板の裏面側に形成された共通電極と、
前記共通電極上にマトリクス状に独立して複数形成された圧電体層と、
前記圧電体層上にそれぞれ形成された複数の上部電極とを具備し、
前記圧電体層は、チタン酸バリウムまたはジルコン酸チタン酸鉛を有し、かつ、厚さが０．１μｍないし１００μｍである超音波トランスデューサと、
針状構造を有する複数の接触端子と、
前記接触端子に接続され、前記接触端子のうち任意のものから駆動電圧を発生させるための駆動部と、
前記接触端子に接続され、前記発生させられた駆動電圧を原因として検査対象から前記接触端子に返信される電気信号を前記複数の接触端子から検出する検出部と、
前記検出された電気信号と前記任意の接触端子の位置とから前記検査対象の状態を可視化する処理を行なう処理部とを具備する検査装置とを備え、
前記検査装置の前記接触端子は、前記超音波トランスデューサの前記上部電極にそれぞれ対応して設けられていること
を特徴とする超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて半導体チップや金属、セラミック部品等の内部欠陥や剥れなどの異常を検査する超音波検査装置に係り、特に、手軽で手早く、より精密に異常を検査するのに適する超音波検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波による半導体チップ（集積回路：ＩＣ）等の微細構造物の検査は、半導体チップの機能面と配線基板とを接合する半田やそれらの間隙に充填された充填材の状態を検査する等の目的で行われる。
【０００３】
このような検査のやり方の一つとして、単眼の超音波トランスデューサを水中で機械走査しながらトランスデューサから水を介して超音波を検査対象に照射し、検査対象を伝搬してエコーとなって帰還する超音波を上記トランスデューサで捉え、これにより得られる信号を処理して検査対象の状態を判別するものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような検査方法で現在問題となりつつあるのは、水浸での機械走査に手間と時間がかかり、半導体チップ等の場合は検査後にチップが使用できないこと、さらに、検査対象となる半導体チップの接続端子がますます狭面積、狭ピッチとなり、現状の検査精度では異常判別能力が不足する可能性があることである。
【０００５】
上記のような超音波トランスデューサは、その主要部を酸化亜鉛、酸化すずなどの圧電材料を膜化して製造し得るが、検出感度確保の意味である程度の膜厚が必要である。しかし、実用上、膜厚を厚く確保すると発生させる超音波の周波数の上限が限られてしまう。周波数は、ほとんど検出解像度と連動しており、したがって、異常判別能力の不足につながる。
【０００６】
圧電材料として変換感度の高いもの選択すれば膜厚をより薄くてもよく、したがって、駆動周波数を高くして高解像度化が可能であることは理解されるが、ばらつきなく形成することには一般的に難がある。
【０００７】
本発明は、上記した状況を考慮してなされたもので、超音波を用いて半導体チップと配線基板との接続部分などの異常を検査する超音波検査装置において、手軽に手早く検査でき、より高解像度化が可能な超音波検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る超音波検査装置は、基板と、前記基板上に形成された半導体集積回路と、前記基板の裏面側に形成された共通電極と、前記共通電極上にマトリクス状に独立して複数形成された圧電体層と、前記圧電体層上にそれぞれ形成された複数の上部電極とを具備し、前記圧電体層は、チタン酸バリウムまたはジルコン酸チタン酸鉛を有し、かつ、厚さが０．１μｍないし１００μｍである超音波トランスデューサと、針状構造を有する複数の接触端子と、前記接触端子に接続され、前記接触端子のうち任意のものから駆動電圧を発生させるための駆動部と、前記接触端子に接続され、前記発生させられた駆動電圧を原因として検査対象から前記接触端子に返信される電気信号を前記複数の接触端子から検出する検出部と、前記検出された電気信号と前記任意の接触端子の位置とから前記検査対象の状態を可視化する処理を行なう処理部とを具備する検査装置とを備え、前記検査装置の前記接触端子は、前記超音波トランスデューサの前記上部電極にそれぞれ対応して設けられていることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、圧電体層膜の材料として、チタン酸バリウムあるいはジルコン酸チタン酸鉛を用いる。これらの材料は、酸化亜鉛と比較して、電気機械結合係数が大きく、電気的なエネルギーと機械的な振動エネルギーとの間の変換効率が高いため、超音波の発生・検出に適している。さらに、酸化亜鉛と比較して、誘電率が大きいために、これを例えばパルス駆動する際に、パルス電源との電気的整合性にも優れている。
【００１０】
膜厚としては、上記変換効率の高さを活用して、０．１μｍないし１００μｍに形成する。これにより、圧電体層が発生する超音波の周波数は例えば２０ＭＨｚ程度まで高めることが可能になり、十分な高解像度化が達成できる。膜厚は、より実用的には０．５μｍないし３０μｍ程度に形成すると好ましい。
【００１１】
なお、圧電材料として、チタン酸バリウムを使用する場合には、キュリー温度がジルコン酸チタン酸鉛と比較して若干低い（約１３０℃）ため、格子定数の不整合歪みを利用して人為的にキュリー温度を上昇させて使用するとより好ましい。
【００１２】
また、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛の圧電体層を形成するための堆積方法としては、スパッタリング法などの物理蒸着法、ゾルゲル法などの溶液塗布法、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）などの化学蒸着法などを用いることができる。これらの圧電体の膜は、多結晶膜でもエピタキシャル成長による膜でもよいが、エピタキシャル成長などを用いて結晶の方位をそろえた方がより高い圧電変換特性が得られより好ましい。また、別の方法として、圧電体膜を上記所定の厚さに薄膜化してあらかじめ形成することもでき、それには研磨や切削加工の方法を用いることができる。この場合には、研磨などで薄膜化した圧電体を所定の方法（後述）で共通電極上に接着することができる。
【００１３】
また、共通電極、上部電極の材料としては、Ｐｔ、Ｉｒなどの貴金属、あるいは、ＳｒＲｕＯ３などの導電性酸化物の膜などを挙げることができる。ＳｒＲｕＯ３などの導電性酸化物は、貴金属類と比較して電気抵抗が若干高いという欠点がある一方、上記のような圧電体の膜との界面の整合性がよく、機械的にも剥がれにくいという特徴がある。電極の形成には例えばスパッタリングを用いることができる。
【００１４】
また、圧電体の薄膜形成技術を用いて、マトリクス状に複数の圧電素子を作製する方法としては、例えばスパッタリング成膜の際にマスクを用いて所望の領域のみに圧電体膜を堆積してもよいし、または、全面に膜を堆積した後に、化学エッチングなどの方法で不要な部分の膜を除去してもよい。一般に、化学エッチングを用いる方法の方が、より微細で寸法精度の高い加工が可能であるのでより好ましい。
【００１６】
また、超音波トランスデューサは、機能面に集積回路が形成された半導体チップの裏面に形成するものである。圧電体の面積を例えば５００μｍ×５００μｍ程度以下に設定すれば、異常探知すべき端子の狭小化に十分対応することができる。
【００１８】
また、検査装置は、上記の超音波トランスデューサと組み合わせて超音波検査を行なうため、超音波トランスデューサの上部電極と検査装置との信号のやり取りを、針状構造を有する接触端子によりなす。このような組み合わせにより、超音波検査は、十分高解像度化が達成できる。
【００１９】
なお、接触端子には、例えば、先鋭な電界放出型冷陰極、より好ましくは転写モールド法冷陰極を用いることができる。これらの電極により、狭面積の上部電極との十分な電気的接触状態が実現できる。超音波トランスデューサと組み合わせるため、超音波検査装置の接触端子は、超音波トランスデューサの上部電極にそれぞれ対応して設けられる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施態様として、超音波トランスデューサの前記共通電極は、前記形成された圧電体層との界面に界面化合物層を有する。この界面化合物層は、共通電極と圧電体層との接着層として機能する。圧電体を研磨や切削加工で薄膜化してあらかじめ形成した場合には、後工程で共通電極との安定な接着を必要とする。このため界面化合物層を利用するものである。
【００２９】
界面化合物層を形成するには、静電接着法を用い、静電接着層としては、例えば、ガラス（好ましくは可動性イオンを有するガラス）、水ガラス、ＳｉＯ２、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｇａ、Ａｓ、コバール、Ｆｅ、Ｍｇ、ベリリウムなどを用いることができる。その層の厚さは１ないし１００原子層の厚さにすると好ましい。これは１００原子層を超えると接着性が飽和するからである。
【００３０】
また、接着の際に、圧電体の表面粗さは、その厚さ（０．１μｍないし１００μｍ、さらに好ましくは０．５μｍないし３０μｍ）の１％以下に設定し、さらには、界面化合物層となる接着層の表面粗さも同様に設定すると密着性が向上し安定な接着に至るので好ましい。
【００３１】
さらに、静電接着法を用いず、基板（共通電極）と分極処理した圧電体層とを、分極に起因する静電引力で接着させてもよく、これにより共通電極との平坦な接着状態が容易に得られる。この場合、圧電体層上に、スパッタリング法で形成した金属層を形成すると、さらに密着性が高まる。また、圧電体を共通電極と接着させたあとでも、圧電体を分極状態にすることで、圧電体上に上部電極を安定に形成することができる利点がある。さらに、これにより圧電体層のうねりや界面化合物層の厚さ不均一に起因する感度や解像度の低下も防止できる。
【００３２】
以下では、本発明の実施形態を半導体チップの検査を例に、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は、その記載にかかわらず、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第４の実施の形態、第５の実施の形態は、発明の実施の形態ではなく、それぞれ参考例であり、これらの参考例を踏まえ、本発明の実施の形態として残る第３の実施の形態の説明がなされる。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図に示すように、この超音波検査装置は、超音波トランスデューサ９、信号発生部１、駆動素子選択部２、信号検出回路４、増幅器５ａ、５ｂ、…、５ｉ、Ａ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ、…、６ｉ、信号処理部７、表示装置１０、検査容器１１０を有する。検査容器１１０内には水１５が収容され、この水１５に浸漬されて超音波トランスデューサ９と検査対象（超音波の照射対象）たる半導体チップ１１、配線基板１３、接続半田１２（以下では、半導体チップ１１、配線基板１３、接続半田１２をまとめて「半導体チップ１１等」という。）が配置される。
【００３３】
超音波トランスデューサ９は、圧電体を含む複数の圧電変換部４１ａ、４２ａ、４３ａ、…、４９ａ、５０ａ、５０ｂ、…、５０ｈをマトリックス状に配置したものであり、そのそれぞれの圧電変換部４１ａ等は、駆動素子選択部２の選択により駆動されるものが決定されて信号発生部１からの駆動信号が導線で導かれる。また、それぞれの圧電変換部４１ａ等が発生する電気信号は導線で信号検出回路４に導かれる。圧電変換部４１ａ等が電気駆動されると圧電体としての性質から超音波が発生し、発生された超音波は、水１５を介して半導体チップ１１に達する。半導体チップ１１等による超音波の反射エコーは再び水１５を介して圧電変換部４１ａ等に入力し、これによりそれぞれの圧電変換部４１ａ等は電気信号を発生する。
【００３４】
信号発生部１は、圧電変換部４１ａ等が超音波を発生すべくパルス状または連続の駆動信号を発生するものである。発生された駆動信号は駆動素子選択部２に導かれる。駆動信号選択部２は、駆動すべき一または複数の圧電変換部４１ａ等を選択の上、信号発生部１から導かれた駆動信号を、選択された圧電変換部４１ａ等に導くものである。
【００３５】
信号検出回路４は、圧電変換部４１ａ等で発生する電気信号を検出するものである。検出された電気信号のうち検査に必要な複数のものは、それぞれ増幅器５ａ、５ｂ、…、５ｉに導かれる。
【００３６】
増幅回路５ａ、５ｂ、…、５ｉは、導かれた電気信号を増幅し、これをＡ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ、…、６ｉに供給するものである。Ａ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ、…、６ｉは、導かれた電気信号をＡ／Ｄ変換し、これを信号処理部７に導くものである。
【００３７】
信号処理部７は、Ａ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ、…、６ｉから導かれたディジタル信号を処理し検査対象の状態を可視化する情報を生成するものである。生成された情報は表示装置１０に導かれる。表示装置１０は、導かれた情報を表示するものである。
【００３８】
検査容器１１０は、検査対象の半導体チップ１１等と超音波トランスデューサ９とを水１５に浸漬するための容器である。
【００３９】
図２は、圧電変換部４１ａ等の断面構造を示す図である。同図に示すように、圧電変換部４１ａ等は、基板１２１上に下からグラウンド電極１２２、界面化合物層１２３、圧電体層１２４、上部電極層１２５を有する。このうち少なくとも基板１２１とグラウンド電極１２２とは、すべての圧電変換部４１ａ等に共通に設けられる。基板１２１には、例えば単結晶や多結晶のシリコン、エポキシ、セラミック、ＳＵＳ等の金属を用いることができる。図２に示すような圧電変換部４１ａ等の形成は、すでに説明したような方法を適宜選択して行なうことができる。
【００４０】
図１に示す超音波検査装置の検査動作について説明する。圧電変換部４１ａ等を駆動するための信号が信号発生部１で発生され、これが駆動素子選択部２で選択された圧電変換部（図では圧電変換部４６ａ）に導かれる。これにより、圧電変換部４６ａは超音波Ｕを発生し、発生された超音波は、水１５を伝搬媒質として半導体チップ１１等に照射される。
【００４１】
半導体チップ１１等に照射された超音波Ｕは、半導体チップ１１の表面で屈折してさらに進行し、例えば欠陥１４の発生している接続半田１２で反射してエコーとなり再び半導体チップ１１、水１５を介して圧電変換部４６ａ等に達する。
【００４２】
これにより圧電変換部４１ａ等では電気信号を発生する。発生された電気信号は、信号検出回路４に導かれて検出される。信号検出回路４では、検出されたものから検査に必要な電気信号（図では、圧電変換部４１ａ、…、５０ａが発生したもの）をそれぞれ増幅器５ａ、…、５ｉに導く。増幅器５ａ、…、５ｉは、それぞれ、導かれた信号を増幅し、これをＡ／Ｄ変換器６ａ、…、６ｉに供給する。さらに、Ａ／Ｄ変換器６ａ、…、６ｉでＡ／Ｄ変換された信号が信号処理部７に取り込まれる。
【００４３】
信号処理部７では、駆動素子選択部２と信号検出回路４とによる切り換えが行なわれるたびにＡ／Ｄ変喚器６ａ、…、６ｉから信号を取り込み、半導体チップ１１と接続半田１２の接合界面からの反射エコー強度の分布状態を画像化する処理を行なう。その結果は、表示装置１０上に表示される。なお、接続半田１２に欠陥（半田はがれなど）１４があると超音波Ｕの反射強度が大きくなり、これにより、信号処理部７の処理結果でその位置と程度を知ることができる。
【００４４】
この実施形態では、圧電変換部４１ａ等の構造的、材料的特徴から高周波駆動が可能でありよって高解像の検査を行なうことができるのに加えて、圧電変換部４１ａ等がマトリクス化されているので、圧電変換素子の機械走査に比較して効率的に検査を行なうことができる。
【００４５】
なお、この実施形態では、音響媒質が水１５であり検査対象である半導体チップ１１等と物質が異なる。これにより、半導体チップ１１の表面では、超音波の屈折が生じる。そこで、信号処理部７では、この屈折を勘案して半導体チップ１１内での超音波の経路を特定する。
【００４６】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図において、すでに説明した構成要素には同一番号を付しその構成および動作の説明を省略する。この実施形態は、上記第１の実施形態と異なり、検査対象への超音波照射を水を介して行なうのではなくシュー材を用いて行なうものである。
【００４７】
カップラント１７によりシュー材１６と半導体チップ１１等とは平坦に接する状態となり、これにより、音波トランスデューサ９の圧電変換部４１ａ等が発する超音波は、図示するように、半導体チップ１１の表面でほとんど屈折することなく進行する。よって、屈折を考慮して信号処理部７で処理する必要がなくなりより簡単に処理できる。
【００４８】
カップラント１７によりシュー材１７と半導体チップ１１等とは平坦に接する状態となり、これにより、音波トランスデューサ９の圧電変換部４１ａ等が発する超音波は、図示するように、半導体チップ１１の表面でほとんど屈折することなく進行する。よって、屈折を考慮して信号処理部７で処理する必要がなくなりより簡単に処理できる。
【００４９】
また、水を収容する検査容器を用意する必要がなく検査対象を水に浸漬しないので、検査後も対象を通常通り使用することができる。したがって、抜き取り検査のみではなく、手軽に気中でのこの超音波検査を利用することができる。
【００５０】
また、この実施形態でも、圧電変換部４１ａ等の構造的、材料的特徴から高周波駆動が可能でありよって高解像の検査を行なうことができるのに加えて、圧電変換部４１ａ等がマトリクス化されているので、圧電変換素子の機械走査に比較して効率的に検査を行なうことができる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図において、すでに説明した構成要素には同一番号を付しその構成および動作の説明を省略する。この実施形態では、検査対象たる半導体チップ１１ａ等の背面（機能面の反対側）に直接圧電変換部を形成し、その上部電極に接触端子で接触して駆動電圧の供給および発生電圧の取り出しを行なうようにしたものである。
【００５２】
図４に示すように、半導体チップ１１ａの背面には、例えばスパッタにより共通電極５８が形成され、さらに、共通電極５８上に圧電体層６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、…がマトリクス状に形成されている。圧電体層６０ａ等上には上部電極５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ、…がそれぞれ形成されている。圧電体層６０ａ等は、例えば、マスクパターンを用いてスパッタにより形成することができる。なお、それぞれの圧電変換部の配置・形成は、信号処理をより単純化するため接続半田１２の配置と対応するようにしてもよい。
【００５３】
上部電極５９ａを介する駆動電圧の供給および発生電圧の取り出しは、接触端子６１ａ、６１ｂ、６１ｃにより行なう。接触端子６１ａ等は、走査移動機構８により走査移動が可能とされている。なお、この図では、接触端子を３つとしているがその数は適宜設定してよい。また、接触端子６１ａ等は具体的にはすでに説明したようなものを用いることができる。
【００５４】
信号処理部７ａでは、走査移動機構８が接触端子６１ａ等に与える位置を情報として得、これと超音波Ｕａ、Ｕｂ、Ｕｃ等による検出信号からの情報とにより半導体チップ１１ａと接続半田１２の接合界面からの反射エコー強度の分布状態を画像化する処理を行なう。
【００５５】
この実施形態でも、水を収容する検査容器を用意する必要がなく検査対象を水に浸漬しないので、検査後も対象を通常通り使用することができる。したがって、抜き取り検査のみではなく、手軽に気中でのこの超音波検査を利用することができる。
【００５６】
また、同様に、圧電変換部の構造的、材料的特徴から高周波駆動が可能でありよって高解像の検査を行なうことができる。なお、ここで説明した接触端子６１ａ等による圧電変換部との接触を用いて駆動電圧の供給および発生電圧の取り出しをする方法は、第１、第２の実施形態において、その説明では導線を用いていた圧電変換部４１ａ等との接続に代えて利用することもできる。
【００５７】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図において、すでに説明した構成要素には同一番号を付しその構成および動作の説明を省略する。この実施形態は、超音波トランスデューサを機械的に走査して検査を行なうものである。
【００５８】
同図に示すように、この超音波検査装置は、超音波トランスデューサ９ａ、信号発生部１ａ、信号検出回路４ａ、増幅器５ａ、Ａ／Ｄ変換器６ａ、信号処理部７ｂ、表示装置１０、検査容器１１０ａを有する。検査容器１１０ａ内には水１５が収容され、この水１５に浸漬されて超音波トランスデューサ９ａと検査対象（超音波の照射対象）たる半導体チップ１１等が配置される。
【００５９】
超音波トランスデューサ９ａは、凹型形状の基板表面上に電極層２９、圧電体層３０、上部電極層３１が順次積層された構造を有し、この積層構造が圧電変換部として機能する。圧電変換部には、駆動部１ａからの駆動信号が導線で導かれる。また、圧電変換部が発生する電気信号は導線で信号検出回路４ａに導かれる。圧電変換部が電気駆動されると圧電体としての性質から超音波Ｕが発生し、発生された超音波は、水１５を介して半導体チップ１１に達する。半導体チップ１１等による超音波のエコーは再び水１５を介して圧電変換部に入力し、これにより圧電変換部は電気信号を発生する。
【００６０】
駆動部１ａは、圧電変換部が超音波を発生すべくパルス状または連続の駆動信号を発生するものである。信号検出回路４ａは、圧電変換部で発生する電気信号を検出するものである。検出された電気信号は、増幅器５ａに導かれる。以降のＡ／Ｄ変換器６ａ、表示装置１０はすでに説明したものと同様である。
【００６１】
信号処理部７ｂは、Ａ／Ｄ変換器６ａから導かれたディジタル信号と走査移動機構８ａが超音波トランスデューサ９ａに与える位置を情報と得て処理し検査対象の状態を可視化する情報を生成するものである。生成された情報は表示装置１０に導かれる。
【００６２】
走査移動機構８ａは、超音波トランスデューサ９ａの位置を設定する機構として設けられ、設定する位置の情報は、信号処理部７ｂへ導かれる。検査容器１１０ａは、検査対象の半導体チップ１１等と超音波トランスデューサ９ａとを水１５に浸漬するための容器である。
【００６３】
超音波トランスデューサ９ａの積層構造についてさらに説明すると、電極層２９は、静電引力を利用する接着層としても機能させるように形成することができる。材質としてはＣｒ、Ｔａ、Ｓｉなどの中から選択することができる。圧電体層３０は、すでに説明したような材質のものを研磨により例えば１０μｍ程度に薄膜化し接着して形成できる。なお、図で電極層２９の下の基板に導電性のもの（例えばドープされたＳｉ単結晶、その表層のみドープされたものでもよい。）を用いる場合には、電極層２９を形成しなくてもよい。
【００６４】
図５に示す超音波検査装置の検査動作について説明する。走査移動機構８ａにより超音波トランスデューサ９ａの位置が決められ、かつ、超音波トランスデューサ９ａを駆動するための信号が駆動部１ａで発生される。これにより、超音波トランスデューサ９ａは超音波Ｕを発生し、発生された超音波は、水１５を伝搬媒質として半導体チップ１１等に照射される。
【００６５】
半導体チップ１１等に照射された超音波Ｕは、半導体１１の表面で屈折してさらに進行し、例えば欠陥１４の発生している接続半田１２で反射してエコーとなり再び半導体チップ１１、水１５を介して超音波トランスデューサ９ａに達する。
【００６６】
これにより超音波トランスデューサ９ａでは電気信号を発生する。発生された電気信号は、信号検出回路４ａに導かれて検出される。信号検出回路４ａは、検出された電気信号を増幅器５ａに導く。増幅器５ａは、導かれた信号を増幅し、これをＡ／Ｄ変換器６ａに供給する。さらに、Ａ／Ｄ変換器６ａでＡ／Ｄ変換された信号が信号処理部７ｂに取り込まれる。
【００６７】
信号処理部７ｂでは、Ａ／Ｄ変換器６ａから導かれたディジタル信号と走査移動機構８ａが超音波トランスデューサ９ａに与える位置を情報とを得て処理し、半導体チップ１１と接続半田１２の接合界面からの反射エコー強度の分布状態を画像化する処理を行なう。その結果は、表示装置１０上に表示される。このような処理は、走査移動機構８ａにより超音波トランスデューサ９ａの位置が決めらるたびに行なうことができる。
【００６８】
この実施形態では、超音波トランスデューサ９ａの構造的、材料的特徴から高周波駆動が可能でありよって高解像の検査を行なうことができる。また、例えば静電力を利用する接着により圧電体層３０をより均一に基板上に形成することができるので、均一性が劣ることによる感度や解像度の劣化を防止することもできる。
【００６９】
なお、この実施形態でも、音響媒質が水１５であり検査対象である半導体チップ１１等と物質が異なるので、半導体チップ１１の表面では、超音波Ｕの屈折が生じる。そこで、信号処理部７ｂでは、この屈折を勘案して半導体チップ１１内での超音波の経路を特定する。
【００７０】
（第５の実施の形態）
図６は、本発明の第５の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図において、すでに説明した構成要素には同一番号を付しその構成および動作の説明を省略する。この実施形態は、レーザー光を用いて検査対象に超音波を生じさせ、そのエコーを検出・処理することにより検査対象を検査するものである。
【００７１】
同図に示すように、この超音波検査装置は、強度変調レーザー光源１０１、照射光学系１０２、振動変位検出器７１、増幅器５ａ、５ｂ、…、５ｉ、Ａ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ、…、６ｉ、信号処理部７、表示装置１０、走査移動機構８ｂを有する。走査移動機構８ｂにより位置決めされた照射光学系１０２からのレーザー光が、検査対象たる半導体チップ１１等に照射される。
【００７２】
強度変調レーザー光源１０１は強度変調されたレーザー光（強度変調の特殊な場合としての間欠的なレーザー光でもよい）を発生し、発生されたレーザー光は照射光学系１０２に導かれる。照射光学系１０２は、導かれたレーザー光をスポット状にして検査対象たる半導体チップ１１の所定の位置に照射する。所定の位置に照射するため、照射光学系１０２は、走査移動機構８ｂによって走査移動される。なお、レーザー光の照射により半導体チップ１１には、エネルギーの変換が生じ超音波が発生する。
【００７３】
振動変位検出器７１は、半導体チップ１１の表面にエコーとして帰還する各部の超音波を非接触で検出し電気信号に変換するものである。検出の原理は、半導体チップ１１の表面に帰還する超音波によるその表面の振動変位を、振動変位検出器７１から照射して反射されるレーザー光の位相変化により測定・検出するものである。検出された電気信号のうち検査に必要な複数のものは、それぞれ増幅器５ａ、５ｂ、…、５ｉに導かれる。これ以降の構成であるＡ／Ｄ変換器６ａ、６ｂ、…、６ｉ、信号処理部７、表示装置１０についてはすでに説明したようである。
【００７４】
走査移動機構８ｂは、照射光学系１０２と振動変位検出器７１とを同期的に移動させるものであり、同時に照射光学系１０２と振動変位検出器７１との位置情報を信号処理部７ａに供給する。
【００７５】
図６に示す超音波検査装置の検査動作について説明する。強度変調レーザー光源１０１で発生されたレーザー光は照射光学系１０２に導かれ、照射光学系１０２は、導かれたレーザー光をスポット状にして検査対象たる半導体チップ１１の所定の位置に照射する。なお、その位置は、走査移動機構８ｂにより設定される。これにより、半導体チップ１１の上記位置の表面から超音波が発生される。
【００７６】
半導体チップ１１の表面で発生された超音波は、半導体チップ１１中を進行し、例えば欠陥１４の発生している接続半田１２で反射してエコーＵａ、Ｕｂ、Ｕｃとなり再び半導体チップ１１の表面に達する。
【００７７】
これにより振動変位検出器７１は、上記原理により、半導体チップ１１の表面に帰還した各部の超音波に対応した複数の電気信号を発生する。発生された電気信号のうち検査に必要な電気信号をそれぞれ増幅器５ａ、…、５ｉに導く。増幅器５ａ、…、５ｉは、それぞれ、導かれた信号を増幅し、これをＡ／Ｄ変換器６ａ、…、６ｉに供給する。さらに、Ａ／Ｄ変換器６ａ、…、６ｉでＡ／Ｄ変換された信号が信号処理部７ａに取り込まれる。
【００７８】
信号処理部７ａでは、走査移動機構８ｂが照射光学系１０２等に与える位置を情報として得、これと上記の取り込んだ信号とにより半導体チップ１１と接続半田１２の接合界面からの反射エコー強度の分布状態を画像化する処理を行なう。
【００７９】
この実施形態では、間欠的にまたは強度変調して発生されたレーザー光をスポット状にすることにより照射対象上の正確な位置に極めて小面積の超音波発生源を作ることができる。これにより、そのエコーを捉えることにより高解像な探知が可能になる。
【００８０】
また、水を収容する検査容器を用意する必要がなく検査対象を水に浸漬しないので、検査後も対象を通常通り使用することができる。したがって、抜き取り検査のみではなく、手軽に気中でのこの超音波検査を利用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、超音波トランスデューサの構造的、材料的特徴から、手軽で手早く、解像度の高い超音波非破壊検査が実現できる。また、本発明によれば、検査対象の表面に極めて小面積の超音波発生源を作ることができるので超音波検査の高解像度化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考例に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【図２】  図１中に示した圧電変換部４１ａ等の断面構造を示す図。
【図３】  別の参考例に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【図４】  本発明の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【図５】  さらに別の参考例に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【図６】  さらに別の参考例に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【符号の説明】
１…信号発生部  １ａ…駆動部  ２…駆動素子選択部  ４、４ａ…信号検出回路  ５ａ、５ｂ、…、５ｉ…増幅器  ６ａ、６ｂ、…、６ｉ…Ａ／Ｄ変換器  ７、７ａ、７ｂ…信号処理部  ８、８ａ、８ｂ…走査移動機構  ９、９ａ…超音波トランスデューサ  １０…表示装置  １１、１１ａ…半導体チップ  １２…接続半田  １３…配線基板  １４…欠陥  １５…水  １６…シュー材  １７…カップラント  ２９…電極層  ３０…圧電体層  ３１…上部電極層  ４１ａ、４２ａ、４３ａ、４５ａ、４６ａ、４９ａ、５０ａ、５０ｂ、５０ｈ…圧電変換部  ５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ…上部電極  ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ…圧電体層  ６１ａ、６１ｂ、６１ｃ…接触端子  ７１…振動変位検出器  １０１…強度変調レーザー光源  １０２…照射光学系  １１０、１１０ａ…検査容器  １２１…基板  １２２…グラウンド電極  １２３…界面化合物層  １２４…圧電体層  １２５…上部電極層
【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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