JP2016121951A

JP2016121951A - Ultrasonic video device and observation method using the same

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Publication number: JP2016121951A
Application number: JP2014262597A
Authority: JP
Inventors: 北見　薫; Kaoru Kitami; 薫北見; 菊池　修; Osamu Kikuchi; 修菊池; 直史大和谷; Naofumi Yamatoya; 浩行郡司; Hiroyuki Gunji; 高橋　卓也; Takuya Takahashi; 卓也高橋
Original assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Current assignee: Hitachi Power Solutions Co Ltd
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2034-12-25
Also published as: CN105738476A; JP5764251B1; CN105738476B; KR101723752B1; TW201623958A; TWI560445B; KR20160078875A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To observe a sample having a deeply curved surface or an inclined defective structure with high resolution.SOLUTION: An ultrasonic video device 1 comprises: an ultrasonic probe unit 2 capable of switching focal depth; an X-axis drive device 81 and a Y-axis drive device 82 for scanning the ultrasonic probe unit 2 in the planar direction; a Z-axis drive device 83 for varying an interval between the ultrasonic probe unit 2 and a sample 4; and a scanning control unit 51 for acquiring a depth map 53 at the observation position of the sample 4 by scanning the ultrasonic probe unit 2 after extending its set focal depth, and, after narrowing the set focal depth of the ultrasonic probe unit 2, scanning the ultrasonic probe unit 2 while varying the distance between the ultrasonic probe unit 2 and the observation position using the Z-axis drive device 83 so that the focal depth of the ultrasonic probe unit 2 includes the observation position.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体や電子部品などの内部のボイドや剥離などを画像化する超音波映像装置、およびそれを用いた観察方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic imaging apparatus that images internal voids and peeling of semiconductors and electronic components, and an observation method using the same.

従来、超音波によって半導体や集積回路などの内部の欠陥であるボイドや剥離などの分布を調べるには、１本の超音波センサを機械的に水平方向の二次元で走査し画像化する方法が用いられていた。この検査方法は、１本の超音波センサにより、検査対象物である構造物内の検査対象部位を焦点とする超音波の送受信を行い、検査対象部位から反射されたエコー波（超音波）をゲート処理することによって、そのエコー波の強度情報や時間情報を求めるものである。求められたエコー波の情報を水平方向の二次元空間にマッピングすることにより、検査画像情報を生成することができ、この検査画像情報を基に、欠陥の分布を調べることができる。 Conventionally, in order to investigate the distribution of voids and peeling, which are internal defects such as semiconductors and integrated circuits, using ultrasonic waves, there is a method in which a single ultrasonic sensor is mechanically scanned and imaged in two dimensions in the horizontal direction. It was used. In this inspection method, a single ultrasonic sensor transmits and receives ultrasonic waves focused on the inspection target part in the structure that is the inspection target object, and transmits echo waves (ultrasonic waves) reflected from the inspection target part. By gating, the intensity information and time information of the echo wave are obtained. By mapping the obtained echo wave information in a two-dimensional space in the horizontal direction, inspection image information can be generated, and the distribution of defects can be examined based on this inspection image information.

特許文献１には、単一チャネル電子回路に並列にマルチトランスデューサアセンブリを接続することにより、音響撮像システムのスループットを増加させる単一チャネル走査型超音波顕微鏡の発明が記載されている。このように構成することで、音響撮像システムのスループットを増加させることができる。 Patent Document 1 describes the invention of a single channel scanning acoustic microscope that increases the throughput of an acoustic imaging system by connecting a multi-transducer assembly in parallel to a single channel electronic circuit. With this configuration, the throughput of the acoustic imaging system can be increased.

米国特許出願公開第２０１４／０１１６１４３号明細書US Patent Application Publication No. 2014/0116143

近年の半導体や電子部品の小型化に伴い、検査画像情報は高い解像度を有することが求められている。このように高い解像度を得るため、超音波映像装置は、超音波の周波数が高い高分解能のプローブ（高解像度プローブ）を用いている。
高分解能のプローブは、超音波の減衰が大きく、焦点深度と追従ゲートの可動域が狭い。ここで焦点深度とは、プローブの超音波を照射する側の表面位置から、超音波の照射方向に焦点を結ぶことが可能な距離である。この焦点深度の狭さは、試料や欠陥構造の湾曲や傾斜に対して問題となる。
つまり、試料の表面や内部欠陥構造の湾曲や傾斜が小さいならば、このプローブが受信した特定の反射エコーに対して、ゲートを追従させる方法があった。しかし、試料の表面や内部欠陥構造の湾曲や傾斜が大きく、高分解能のプローブの焦点深度から外れたならば、ゲートを追従させても焦点を結ぶことができない。よって、プローブを水平方向の二次元で走査して試料を観察することが困難であった。 With recent miniaturization of semiconductors and electronic components, inspection image information is required to have high resolution. In order to obtain such a high resolution, the ultrasonic imaging apparatus uses a high-resolution probe (high-resolution probe) having a high ultrasonic frequency.
A high-resolution probe has a large attenuation of ultrasonic waves and a narrow focal depth and a movable range of the tracking gate. Here, the depth of focus is a distance that can be focused in the ultrasonic irradiation direction from the surface position of the probe on the side irradiated with ultrasonic waves. This narrow depth of focus poses a problem for the curvature and inclination of the sample and the defect structure.
In other words, if the curvature or inclination of the surface of the sample or the internal defect structure is small, there is a method in which the gate follows the specific reflected echo received by the probe. However, if the curvature or inclination of the surface of the sample or the internal defect structure is large and deviates from the focal depth of the high-resolution probe, focusing cannot be achieved even if the gate is followed. Therefore, it is difficult to observe the sample by scanning the probe in two dimensions in the horizontal direction.

図１１は、比較例の高解像度プローブによる試料４の表面エコーの波形図である。図の縦軸は、それぞれプローブに印加される電圧を示している。図の横軸は、送信インパルスを基準としたタイミングを示している。この比較例では、試料の表面の傾斜が大きい場合を示している。
各グラフは、所定距離だけ走査する毎に、高解像度プローブにインパルス信号が印加され、そのインパルス信号の反射波形を受信していることを示している。
最上部に示した第１グラフは、ゲート期間Ｔｇの受信信号にインパルスが現れていないことを示している。このとき試料の表面は、高解像度プローブに極めて近く、よって焦点深度の範囲外である。
次に示した第２グラフは、ゲート期間Ｔｇの受信信号にインパルスが僅かに現れていることを示している。このとき試料の表面の位置は、高解像度プローブから遠ざかり、焦点深度の範囲に近づいている。
第３グラフは、ゲート期間Ｔｇの受信信号にインパルスが明瞭に現れていることを示している。インパルスは、送信信号のインパルスから時刻Ｔｃの後に現れている。このとき試料の表面は、高解像度プローブの焦点深度の範囲に位置している。
その次に示した第４グラフは、ゲート期間Ｔｇの受信信号にインパルスが僅かに現れていることを示している。このとき試料の表面は、高解像度プローブから更に遠ざかり、焦点深度の範囲から外れようとしている。
最下部に示した第５グラフは、ゲート期間Ｔｇの受信信号にインパルスが現れていないことを示している。このとき試料の表面は、高解像度プローブから更に遠ざかり、焦点深度の範囲外である。
図１１に示すように、試料の表面の傾斜が大きい場合には、ゲートを追従させても焦点を結ぶことができず、よって、表面や内部欠陥などを観察することはできなかった。 FIG. 11 is a waveform diagram of the surface echo of the sample 4 by the high resolution probe of the comparative example. The vertical axis in the figure indicates the voltage applied to each probe. The horizontal axis in the figure indicates the timing with reference to the transmission impulse. In this comparative example, the case where the inclination of the surface of the sample is large is shown.
Each graph shows that an impulse signal is applied to the high resolution probe each time a predetermined distance is scanned, and a reflected waveform of the impulse signal is received.
The first graph shown at the top shows that no impulse appears in the received signal in the gate period Tg. At this time, the surface of the sample is very close to the high resolution probe and is thus out of the depth of focus range.
The second graph shown next shows that a slight impulse appears in the received signal in the gate period Tg. At this time, the position of the surface of the sample is away from the high-resolution probe and approaches the range of the depth of focus.
The third graph shows that the impulse appears clearly in the received signal in the gate period Tg. The impulse appears after time Tc from the impulse of the transmission signal. At this time, the surface of the sample is located in the range of the focal depth of the high resolution probe.
The fourth graph shown next shows that a slight impulse appears in the received signal in the gate period Tg. At this time, the surface of the sample is further away from the high-resolution probe and is about to deviate from the range of the depth of focus.
The fifth graph shown at the bottom shows that no impulse appears in the received signal in the gate period Tg. At this time, the surface of the sample is further away from the high-resolution probe and out of the range of the depth of focus.
As shown in FIG. 11, when the surface of the sample has a large inclination, the focus could not be achieved even if the gate was made to follow, and therefore the surface and internal defects could not be observed.

他方で、長焦点距離のプローブは、高分解能のプローブよりも超音波の減衰が小さく、焦点深度と追従ゲートの可動域が広い。しかし、長焦点距離のプローブでは、高分解能で試料を観察することができないという問題がある。
そこで、長焦点距離のプローブと高分解能のプローブの２本を切り替えて走査することが考えられる。従来技術において複数のプローブで走査する主な目的は、特許文献１に記載の発明のようにスループットを向上させることであり、目的に合ったプローブに切り替えることではなかった。 On the other hand, a long focal length probe has a smaller attenuation of ultrasonic waves than a high resolution probe, and has a wider focal depth and a movable range of the tracking gate. However, a probe with a long focal length has a problem that the sample cannot be observed with high resolution.
Therefore, it is conceivable to scan by switching between a long focal length probe and a high resolution probe. In the prior art, the main purpose of scanning with a plurality of probes is to improve the throughput as in the invention described in Patent Document 1, and not to switch to a probe suitable for the purpose.

そこで、本発明は、深く湾曲した表面や傾斜した欠陥構造を有する試料を高分解能で観察することが可能な超音波画像装置、およびそれを用いた観察方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic imaging apparatus capable of observing a sample having a deeply curved surface or an inclined defect structure with high resolution, and an observation method using the same.

前記した課題を解決するため、本発明の超音波映像装置は、焦点深度を切り換え可能な超音波探触手段と、前記超音波探触手段を平面方向に走査する走査手段と、前記超音波探触手段と試料との間隔を可変する深度可変手段と、前記超音波探触手段を第１焦点深度に設定して前記走査手段によって走査することにより前記試料の観察位置の深度マップを取得し、前記超音波探触手段を前記第１焦点深度よりも狭い第２焦点深度に設定して、前記超音波探触手段の前記第２焦点深度が前記深度マップに係る前記観察位置を含むように、前記深度可変手段により前記超音波探触手段と前記観察位置との距離を可変させながら前記走査手段によって前記超音波探触手段を走査する制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an ultrasonic imaging apparatus of the present invention includes an ultrasonic probe that can switch a focal depth, a scanning unit that scans the ultrasonic probe in a plane direction, and the ultrasonic probe. Depth variable means for varying the distance between the touch means and the sample, and the ultrasonic probe means is set to a first focal depth, and scanning with the scanning means to obtain a depth map of the observation position of the sample, The ultrasonic probe is set to a second focal depth that is narrower than the first focal depth, and the second focal depth of the ultrasonic probe includes the observation position according to the depth map. Control means for scanning the ultrasonic probe means by the scanning means while varying the distance between the ultrasonic probe means and the observation position by the depth variable means.

本発明の超音波映像装置を用いた観察方法は、焦点深度を切り換え可能な超音波探触手段と、前記超音波探触手段を平面方向に走査する走査手段と、前記超音波探触手段と試料との間隔を可変する深度可変手段と、制御手段と、を備える超音波映像装置を用いた観察方法であって、前記制御手段が前記超音波探触手段の第１焦点深度に設定するステップと、前記走査手段により前記超音波探触手段を平面方向に走査するステップと、前記制御手段が前記試料の観察位置の深度マップを取得するステップと、前記制御手段が前記超音波探触手段を前記第１焦点深度よりも狭い第２焦点深度に設定するステップと、前記超音波探触手段の前記第２焦点深度が前記深度マップに係る前記観察位置を含むように、前記深度可変手段により前記超音波探触手段と前記観察位置との距離を可変させながら前記走査手段によって前記超音波探触手段を走査して観察するステップとを含むことを特徴とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。 An observation method using the ultrasonic imaging apparatus of the present invention includes an ultrasonic probe that can switch a focal depth, a scanning unit that scans the ultrasonic probe in a plane direction, and the ultrasonic probe. An observation method using an ultrasonic imaging apparatus including a depth varying unit that varies a distance from a sample and a control unit, wherein the control unit sets the first focal depth of the ultrasonic probe unit Scanning the ultrasonic probe with the scanning unit in a plane direction, acquiring the depth map of the observation position of the sample, and controlling the ultrasonic probe The step of setting the second focal depth narrower than the first focal depth; and the second variable depth means by the depth variable means so that the second focal depth of the ultrasonic probe means includes the observation position according to the depth map. Ultrasonic probe Characterized in that it comprises a step of observation by scanning the ultrasonic feeler means by said scanning means with the distance between the means and the observation position is varied.
Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.

本発明によれば、深く湾曲した表面や傾斜した欠陥構造を有する試料を高分解能で観察することが可能な超音波画像装置、およびそれを用いた観察方法を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an ultrasonic imaging apparatus capable of observing a sample having a deeply curved surface or an inclined defect structure with high resolution, and an observation method using the same.

本実施形態における超音波映像装置を示す概略の構成図である。It is a schematic block diagram which shows the ultrasonic imaging device in this embodiment. 超音波映像装置の走査方法を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the scanning method of an ultrasonic imaging device. 長焦点距離プローブによる前走査を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the pre-scanning by a long focal distance probe. 高解像度プローブによる本走査を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the main scan by a high resolution probe. 長焦点距離プローブによる試料の表面エコーの波形図である。It is a wave form diagram of the surface echo of the sample by a long focal distance probe. 高解像度プローブによる試料の表面エコーの波形図である。It is a wave form diagram of the surface echo of the sample by a high resolution probe. 傾斜した内部欠陥構造を有する試料の観察動作を示す図である。It is a figure which shows the observation operation | movement of the sample which has the inclined internal defect structure. 傾斜した内部欠陥構造を有する試料に対する探触動作を示す図である。It is a figure which shows the probe operation | movement with respect to the sample which has the inclined internal defect structure. 超音波映像装置による観察処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the observation process by an ultrasonic imaging device. 深度マップを表示した図である。It is the figure which displayed the depth map. 比較例の高解像度プローブによる試料の表面エコーの波形図である。It is a wave form diagram of the surface echo of the sample by the high resolution probe of a comparative example.

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態における超音波映像装置１を示す概略の構成図である。
本実施形態の超音波映像装置１は、焦点深度を切り替え可能な超音波探触部２により試料４の観察位置に係る深度マップ５３を取得するものである。本実施形態では、信号発生測定装置６にインパルス波発信器６１，６２を備え、超音波探触部２に長焦点距離プローブ２２と高解像度プローブ２３とを備える。長焦点距離プローブ２２と高解像度プローブ２３とをスイッチ２４で切り替えることにより、超音波探触部２の焦点深度を切り替えることができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an ultrasound imaging apparatus 1 in the present embodiment.
The ultrasonic imaging apparatus 1 according to the present embodiment acquires a depth map 53 relating to the observation position of the sample 4 by the ultrasonic probe 2 that can switch the focal depth. In the present embodiment, the signal generation measurement device 6 includes impulse wave transmitters 61 and 62, and the ultrasonic probe 2 includes a long focal length probe 22 and a high resolution probe 23. The focal depth of the ultrasonic probe 2 can be switched by switching the long focal length probe 22 and the high resolution probe 23 with the switch 24.

超音波映像装置１は、超音波の送受信を行う超音波探触部２と、この超音波映像装置１を統括制御して超音波映像を表示する映像処理表示装置５と、超音波探触部２との間で電気信号を入出力する信号発生測定装置６とを備える。超音波映像装置１は更に、超音波探触部２を平面的に走査するＸ軸駆動装置８１およびＹ軸駆動装置８２と、超音波探触部２と試料４との間隔を可変するＺ軸駆動装置８３と、これらを制御する制御装置７とを備える。 The ultrasonic imaging apparatus 1 includes an ultrasonic probe 2 that transmits and receives ultrasonic waves, a video processing display 5 that controls the ultrasonic video apparatus 1 to display an ultrasonic image, and an ultrasonic probe. 2 and a signal generation measuring device 6 that inputs and outputs an electrical signal. The ultrasonic imaging apparatus 1 further includes an X-axis driving device 81 and a Y-axis driving device 82 that scan the ultrasonic probe 2 in a plane, and a Z-axis that varies the distance between the ultrasonic probe 2 and the sample 4. A driving device 83 and a control device 7 for controlling them are provided.

超音波探触部２は、互いの相対的な空間座標位置が固定された長焦点距離プローブ２２と、高解像度プローブ２３を有する。これら長焦点距離プローブ２２と高解像度プローブ２３とは、超音波探触部２に支えられて、水槽３に満たされた水３１に浸漬され、圧電素子２２１，２３１が試料４に対向するように配置される。更に超音波探触部２は、超音波探触部２の走査位置を検知するエンコーダ２１と、スイッチ２４とを備えている。 The ultrasonic probe 2 includes a long focal length probe 22 and a high resolution probe 23 in which relative spatial coordinate positions are fixed. The long focal length probe 22 and the high resolution probe 23 are supported by the ultrasonic probe 2 and are immersed in water 31 filled in the water tank 3 so that the piezoelectric elements 221 and 231 face the sample 4. Be placed. Furthermore, the ultrasonic probe 2 includes an encoder 21 that detects the scanning position of the ultrasonic probe 2 and a switch 24.

長焦点距離プローブ２２は、電気信号と超音波信号とを相互に変換する圧電素子２２１を備えている。長焦点距離プローブ２２は、焦点深度（第１焦点深度）が広いものであり、超音波の周波数が相対的に低く分解能が低い。
高解像度プローブ２３は、電気信号と超音波信号とを相互に変換する圧電素子２３１を備えている。この圧電素子２３１が発生する超音波の周波数は、圧電素子２２１が発生する超音波の周波数よりも高い。高解像度プローブ２３は、高分解能用であり、超音波の周波数が相対的に高く焦点深度（第２焦点深度）が狭い。
スイッチ２４は、タイミング制御部５２の出力信号に基づいて、圧電素子２２１，２３１のうちいずれの信号をＡ／Ｄ変換器６５に出力するかを切り替えるものである。 The long focal length probe 22 includes a piezoelectric element 221 that mutually converts an electrical signal and an ultrasonic signal. The long focal length probe 22 has a wide focal depth (first focal depth), and has a relatively low ultrasonic frequency and a low resolution.
The high resolution probe 23 includes a piezoelectric element 231 that mutually converts an electrical signal and an ultrasonic signal. The frequency of the ultrasonic wave generated by the piezoelectric element 231 is higher than the frequency of the ultrasonic wave generated by the piezoelectric element 221. The high resolution probe 23 is for high resolution and has a relatively high ultrasonic frequency and a narrow focal depth (second focal depth).
The switch 24 switches which signal of the piezoelectric elements 221 and 231 is output to the A / D converter 65 based on the output signal of the timing control unit 52.

映像処理表示装置５は、超音波探触部２の走査位置を制御する走査制御部５１と、超音波の送受信タイミングを制御するタイミング制御部５２と、超音波画像を生成する画像生成部５４とを備え、試料４の観察位置に係る深度情報のマップである深度マップ５３を不図示の記憶部に格納する。 The video processing display device 5 includes a scanning control unit 51 that controls the scanning position of the ultrasonic probe unit 2, a timing control unit 52 that controls transmission / reception timing of ultrasonic waves, and an image generation unit 54 that generates ultrasonic images. And a depth map 53, which is a map of depth information related to the observation position of the sample 4, is stored in a storage unit (not shown).

信号発生測定装置６は、インパルス波の電気信号を生成するインパルス波発信器６１，６２と、超音波探触部２が受信した受信信号を増幅するアンプ６４と、当該受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６５と、当該受信信号を信号処理する信号処理部６６とを備えている。なお、２個のインパルス波発信器６１，６２に替えて、１個のインパルス波発信器を備えて、スイッチ等で２本のプローブのうちいずれに出力するかを切り替えてもよい。 The signal generation measuring device 6 includes impulse wave transmitters 61 and 62 that generate an electric signal of an impulse wave, an amplifier 64 that amplifies the reception signal received by the ultrasonic probe 2, and the received signal from an analog signal to a digital signal. An A / D converter 65 that converts the signal into a signal and a signal processing unit 66 that processes the received signal are provided. Note that, instead of the two impulse wave transmitters 61 and 62, one impulse wave transmitter may be provided, and a switch or the like may be used to switch which of the two probes is output.

走査制御部５１は、制御装置７（スキャナ）と入出力可能に接続されている。走査制御部５１は、制御装置７とＸ軸駆動装置８１とＹ軸駆動装置８２（走査手段）によって超音波探触部２の水平方向の走査位置を制御し、制御装置７から超音波探触部２の現在の走査位置情報を受信する。更に走査制御部５１は、Ｚ軸駆動装置８３（深度可変手段）によって超音波探触部２と試料４との間の距離を制御し、制御装置７から超音波探触部２の現在のＺ軸位置情報を受信する。 The scanning control unit 51 is connected to the control device 7 (scanner) so that input / output is possible. The scanning control unit 51 controls the horizontal scanning position of the ultrasonic probe 2 by the control device 7, the X-axis drive device 81, and the Y-axis drive device 82 (scanning means). The current scanning position information of unit 2 is received. Further, the scanning control unit 51 controls the distance between the ultrasonic probe 2 and the sample 4 by the Z-axis drive device 83 (depth varying means), and the current Z of the ultrasonic probe 2 from the control device 7. Receives axis position information.

制御装置７の出力側は、Ｘ軸駆動装置８１、Ｙ軸駆動装置８２およびＺ軸駆動装置８３に接続されている。制御装置７には、超音波探触部２のエンコーダ２１の出力側が接続されている。制御装置７は、エンコーダ２１の出力信号によって超音波探触部２の走査位置を検知し、Ｘ軸駆動装置８１とＹ軸駆動装置８２とによって超音波探触部２が指示された走査位置になるように制御する。 The output side of the control device 7 is connected to an X-axis drive device 81, a Y-axis drive device 82, and a Z-axis drive device 83. The output side of the encoder 21 of the ultrasonic probe 2 is connected to the control device 7. The control device 7 detects the scanning position of the ultrasonic probe 2 based on the output signal of the encoder 21, and the ultrasonic probe 2 is instructed by the X-axis driving device 81 and the Y-axis driving device 82 to the scanning position. Control to be.

制御装置７は、エンコーダ２１の出力信号によって、超音波探触部２と試料４との間の距離を検知し、Ｚ軸駆動装置８３によって超音波探触部２が指示された深さ位置になるように制御する。
制御装置７は、走査制御部５１から超音波探触部２の制御指示を受けると共に、超音波探触部２の走査位置情報と深さ位置情報とを応答する。
タイミング制御部５２は、走査制御部５１から取得した超音波探触部２の走査位置情報に基づいて、信号発生測定装置６に超音波の送受信タイミング信号（情報）を出力する。 The control device 7 detects the distance between the ultrasonic probe 2 and the sample 4 based on the output signal of the encoder 21, and reaches the depth position where the ultrasonic probe 2 is instructed by the Z-axis drive device 83. Control to be.
The control device 7 receives a control instruction for the ultrasonic probe 2 from the scanning controller 51 and responds with scanning position information and depth position information of the ultrasonic probe 2.
The timing control unit 52 outputs an ultrasonic transmission / reception timing signal (information) to the signal generation measurement device 6 based on the scanning position information of the ultrasonic probe unit 2 acquired from the scanning control unit 51.

インパルス波発信器６１は、タイミング制御部５２が出力したタイミング信号に基づいて、長焦点距離プローブ２２の圧電素子２２１にインパルス波を出力するものである。
インパルス波発信器６２は、タイミング制御部５２が出力したタイミング信号に基づいて、高解像度プローブ２３の圧電素子２３１にインパルス波を出力するものである。 The impulse wave transmitter 61 outputs an impulse wave to the piezoelectric element 221 of the long focal length probe 22 based on the timing signal output from the timing control unit 52.
The impulse wave transmitter 62 outputs an impulse wave to the piezoelectric element 231 of the high resolution probe 23 based on the timing signal output from the timing control unit 52.

圧電素子２２１，２３１は、圧電膜の両面にそれぞれ電極が取り付けられているものである。圧電素子２２１，２３１は、両電極間に電圧が印加されることにより、当該圧電膜から超音波を送信する。圧電素子２２１が送信する超音波の周波数は、圧電素子２３１が送信する超音波の周波数よりも低い。 The piezoelectric elements 221 and 231 have electrodes attached to both surfaces of the piezoelectric film. The piezoelectric elements 221 and 231 transmit ultrasonic waves from the piezoelectric film when a voltage is applied between both electrodes. The frequency of the ultrasonic wave transmitted by the piezoelectric element 221 is lower than the frequency of the ultrasonic wave transmitted by the piezoelectric element 231.

更に圧電素子２２１，２３１は、当該圧電膜が受信したエコー波（受信波）を、前記両電極間に発生する電圧である受信信号に変換する。スイッチ２４は、圧電素子２２１の受信信号と圧電素子２３１の受信信号のうちいずれかを選択して出力するものである。アンプ６４は、選択された当該受信信号を増幅して出力信号として出力するものである。Ａ／Ｄ変換器６５は、増幅された当該受信信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換するものである。 Further, the piezoelectric elements 221 and 231 convert the echo wave (received wave) received by the piezoelectric film into a received signal that is a voltage generated between the electrodes. The switch 24 selects and outputs either the reception signal of the piezoelectric element 221 or the reception signal of the piezoelectric element 231. The amplifier 64 amplifies the selected received signal and outputs it as an output signal. The A / D converter 65 converts the amplified received signal from an analog signal to a digital signal.

信号処理部６６は、受信信号を信号処理するものである。信号処理部６６は、タイミング制御部５２が出力するゲートパルスによって、受信信号の所定期間のみを切り出す。信号処理部６６は、所定期間の受信信号の振幅情報、または、所定期間の受信信号の時間情報を、画像生成部５４に出力する。
画像生成部５４は、信号処理部６６の出力信号に基づいて、所定周波数における超音波画像を生成するものである。
超音波映像装置１による試料４の観察では、まず長焦点距離プローブ２２を用いた前走査にて試料４や欠陥構造の湾曲や傾斜の空間座標を大まかに調べる。次に超音波映像装置１は、その深度マップ５３の情報に基づき、高解像度プローブ２３を用いて本走査を実施する。その際、超音波映像装置１は、水平方向の走査だけでなく垂直方向（Ｚ軸方向）のプローブ位置も機械的に調整する。これにより、観察対象の深い湾曲や傾斜に対しても高解像度プローブ２３の焦点を合わせることができ、試料４を高分解能で観察することが可能となる。
深度マップ５３は、本走査よりもスキャン密度が疎である。よって、走査制御部５１は、本走査における水平方向の走査位置を取得すると、その最近傍位置の深度情報を観察位置とする。また、最近傍の複数の深度情報を補間して、その走査位置の深度情報を算出してもよい。 The signal processing unit 66 processes the received signal. The signal processing unit 66 cuts out only a predetermined period of the received signal by the gate pulse output from the timing control unit 52. The signal processing unit 66 outputs the amplitude information of the reception signal for a predetermined period or the time information of the reception signal for a predetermined period to the image generation unit 54.
The image generation unit 54 generates an ultrasonic image at a predetermined frequency based on the output signal of the signal processing unit 66.
In the observation of the sample 4 by the ultrasonic imaging apparatus 1, first, the spatial coordinates of the curvature and inclination of the sample 4 and the defect structure are roughly examined by pre-scanning using the long focal length probe 22. Next, the ultrasound imaging apparatus 1 performs a main scan using the high resolution probe 23 based on the information of the depth map 53. At this time, the ultrasound imaging apparatus 1 mechanically adjusts not only the horizontal scanning but also the vertical (Z-axis direction) probe position. Thereby, the high resolution probe 23 can be focused on a deep curve or inclination of the observation target, and the sample 4 can be observed with high resolution.
The depth map 53 has a sparser scan density than the main scan. Therefore, when the scanning control unit 51 acquires the horizontal scanning position in the main scanning, the depth information of the nearest position is set as the observation position. Further, the depth information of the scanning position may be calculated by interpolating a plurality of nearest depth information.

図２は、超音波映像装置１の走査方法を示す斜視図である。
ここでは、超音波映像装置１の一部として、Ｘ軸駆動装置８１と、Ｙ軸駆動装置８２と、Ｚ軸駆動装置８３と、超音波探触部２と、水槽３のみが示されている。
Ｘ軸駆動装置８１は、Ｙ軸駆動装置８２とＺ軸駆動装置８３と超音波探触部２を±Ｘ方向に移動させるものである。Ｙ軸駆動装置８２は、Ｚ軸駆動装置８３と超音波探触部２を±Ｙ方向に移動させるものである。Ｚ軸駆動装置８３は、超音波探触部２を±Ｚ方向に移動させるものである。
超音波探触部２は、下部に長焦点距離プローブ２２と高解像度プローブ２３とが取り替え可能に装着されており、更にエンコーダ２１（図１）を備えている。超音波探触部２は、水槽３に満たされた水３１に浸漬され、試料４の上部Ｚ方向に所定の距離をおいて対向するように配置されている。 FIG. 2 is a perspective view showing a scanning method of the ultrasonic imaging apparatus 1.
Here, only the X-axis drive device 81, the Y-axis drive device 82, the Z-axis drive device 83, the ultrasound probe unit 2, and the water tank 3 are shown as a part of the ultrasound imaging apparatus 1. .
The X-axis drive device 81 moves the Y-axis drive device 82, the Z-axis drive device 83, and the ultrasonic probe unit 2 in the ± X direction. The Y-axis drive device 82 moves the Z-axis drive device 83 and the ultrasonic probe 2 in the ± Y direction. The Z-axis drive device 83 moves the ultrasonic probe 2 in the ± Z direction.
The ultrasonic probe 2 has a long focal length probe 22 and a high resolution probe 23 attached to the lower part thereof in a replaceable manner, and further includes an encoder 21 (FIG. 1). The ultrasonic probe 2 is immersed in water 31 filled in the water tank 3 and arranged to face the sample 4 at a predetermined distance in the upper Z direction.

図３は、長焦点距離プローブ２２による前走査を示す概念図である。ここでは、図１と図２を参照しつつ、超音波映像装置１による前走査の動作について説明する。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing pre-scanning by the long focal length probe 22. Here, the pre-scanning operation by the ultrasonic imaging apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

試料４は、例えば円盤形状のシリコンウェーハであり、中央部が下方向に湾曲している。この図３では、試料４の平面図と側面図とを示している。走査制御部５１は、超音波探触部２を±Ｙ方向にスキャンして、長焦点距離プローブ２２により、試料４に係る１ライン分の画素を取得する。長焦点距離プローブ２２の焦点深度２２２は広く、この湾曲した試料４を含んでスキャンすることができる。 The sample 4 is a disk-shaped silicon wafer, for example, and the center portion is curved downward. In FIG. 3, a plan view and a side view of the sample 4 are shown. The scanning control unit 51 scans the ultrasonic probe unit 2 in the ± Y direction, and acquires pixels for one line related to the sample 4 by the long focal length probe 22. The focal length 222 of the long focal length probe 22 is wide and can be scanned including the curved sample 4.

走査制御部５１は、超音波探触部２がＹ方向の一端（図の右端）に位置していることを検知したならば、超音波探触部２を−Ｘ方向に所定ピッチだけ移動させたのち、＋Ｙ方向にスキャンして、１ライン分の画像を取得する。その後は超音波探触部２を−Ｘ方向に所定ピッチだけ移動させたのち、−Ｙ方向にスキャンして、１ライン分の画像を取得する。これを繰り返して、走査制御部５１は、所定範囲の走査を行う。走査制御部５１は、長焦点距離プローブ２２の平面方向の走査において、この長焦点距離プローブ２２の深度方向（Ｚ軸方向）を固定する。これにより、深度方向を可変しながら走査する場合よりも高速に走査することが可能となる。 If the scanning control unit 51 detects that the ultrasonic probe unit 2 is located at one end in the Y direction (the right end in the figure), the scanning control unit 51 moves the ultrasonic probe unit 2 in the −X direction by a predetermined pitch. After that, scanning in the + Y direction acquires an image for one line. Thereafter, the ultrasonic probe 2 is moved in the −X direction by a predetermined pitch, and then scanned in the −Y direction to acquire an image for one line. By repeating this, the scanning control unit 51 performs scanning within a predetermined range. The scanning control unit 51 fixes the depth direction (Z-axis direction) of the long focal length probe 22 in scanning in the plane direction of the long focal length probe 22. This makes it possible to scan at a higher speed than when scanning while changing the depth direction.

前走査における−Ｘ方向の移動量は本走査よりも粗く、例えば図３、図４に示す概念図においては、本走査における−Ｘ方向の移動量の３倍である。すなわち、前走査における１ラインは、図４に示す本走査における３ラインに相当する。このように、前走査を本走査よりも粗くスキャンすることで、本走査よりも短時間に前走査を完了することができる。
映像処理表示装置５のタイミング制御部５２は、走査制御部５１から超音波探触部２のＸ方向とＹ方向の走査位置情報を受け取り、Ｘ方向の走査位置情報に基づいて信号発生測定装置６に超音波の送信を指示すると共に、受信信号を信号処理するためのゲートパルスを出力する。 The amount of movement in the −X direction in the pre-scan is coarser than that in the main scan, and is, for example, three times the amount of movement in the −X direction in the main scan in the conceptual diagrams shown in FIGS. That is, one line in the pre-scan corresponds to three lines in the main scan shown in FIG. In this way, the prescan can be completed in a shorter time than the main scan by scanning the prescan more coarsely than the main scan.
The timing control unit 52 of the video processing display device 5 receives the scanning position information in the X direction and the Y direction of the ultrasound probe unit 2 from the scanning control unit 51, and the signal generation measuring device 6 based on the scanning position information in the X direction. And instructing the transmission of the ultrasonic wave to output a gate pulse for signal processing the received signal.

信号発生測定装置６は、インパルス波発信器６１が出力したインパルス信号を、超音波探触部２の長焦点距離プローブ２２に出力する。更に信号発生測定装置６は、超音波探触部２の長焦点距離プローブ２２のエコー波（受信波）の受信信号をアンプ６４で増幅したのち、Ａ／Ｄ変換器６５によってデジタル信号に変換する。信号処理部６６は、タイミング制御部５２から入力されたゲートパルスに基づいて、受信信号（デジタル信号）を信号処理し、映像処理表示装置５に出力する。 The signal generation measurement device 6 outputs the impulse signal output from the impulse wave transmitter 61 to the long focal length probe 22 of the ultrasonic probe 2. Further, the signal generation measuring device 6 amplifies the reception signal of the echo wave (reception wave) of the long focal length probe 22 of the ultrasonic probe 2 by the amplifier 64 and then converts it into a digital signal by the A / D converter 65. . The signal processing unit 66 performs signal processing on the received signal (digital signal) based on the gate pulse input from the timing control unit 52 and outputs the signal to the video processing display device 5.

映像処理表示装置５は、走査制御部５１が取得した走査位置の情報と、信号発生測定装置６が信号処理した受信信号の情報に基づき、試料４の表面および内部欠陥構造に係る深度マップ５３を作成する。ここで、試料４の表面および内部欠陥構造は、この試料４の観察位置である。試料４の観察位置に係る深度マップ５３は、受信信号がエコーを捉えた時間の情報によるものである。 The video processing display device 5 displays a depth map 53 relating to the surface of the sample 4 and the internal defect structure based on the information on the scanning position acquired by the scanning control unit 51 and the information on the received signal processed by the signal generation measuring device 6. create. Here, the surface and internal defect structure of the sample 4 are observation positions of the sample 4. The depth map 53 relating to the observation position of the sample 4 is based on information on the time when the received signal catches an echo.

図４は、高解像度プローブ２３による本走査を示す概念図である。この本走査は、図３に示す前走査に引き続いて実行される。ここでは、図１と図２を参照しつつ、超音波映像装置１による本走査の動作について説明する。 FIG. 4 is a conceptual diagram showing the main scanning by the high resolution probe 23. This main scan is executed subsequent to the pre-scan shown in FIG. Here, the operation of the main scanning by the ultrasonic imaging apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

走査制御部５１は、超音波探触部２の焦点深度２３２が深度マップ５３に係る観察位置を含むように、超音波探触部２を深度方向に可変させながら＋Ｙ方向にスキャンして、１ライン分の画素を取得する。走査制御部５１は、超音波探触部２が＋Ｙ方向の端に位置していることを検知したならば、超音波探触部２を−Ｘ方向に所定ピッチだけ移動させたのち、超音波探触部２を深度方向に可変させながら−Ｙ方向にスキャンして、１ライン分の画像を取得する。これを繰り返して、走査制御部５１は、所定範囲の本走査を行う。
なお、本実施形態において、高解像度プローブ２３と長焦点距離プローブ２２とは、互いの相対的な空間座標位置だけ相違している。よって走査制御部５１は、先ず高解像度プローブ２３に係る水平位置を相対的な空間座標位置だけ補正する。次に、その水平位置に係る深度マップ５３の観察位置を、高解像度プローブ２３の焦点深度２３２が含むように、この高解像度プローブ２３と試料４との距離を可変する。 The scanning control unit 51 scans in the + Y direction while changing the ultrasonic probe unit 2 in the depth direction so that the focal depth 232 of the ultrasonic probe unit 2 includes the observation position according to the depth map 53. Get the pixels for the line. If the scanning control unit 51 detects that the ultrasonic probe unit 2 is located at the end in the + Y direction, the scanning control unit 51 moves the ultrasonic probe unit 2 in the −X direction by a predetermined pitch, and then detects the ultrasonic wave. Scanning in the -Y direction while changing the probe unit 2 in the depth direction acquires an image for one line. By repeating this, the scanning control unit 51 performs main scanning within a predetermined range.
In the present embodiment, the high resolution probe 23 and the long focal length probe 22 differ from each other only by their relative spatial coordinate positions. Therefore, the scanning control unit 51 first corrects the horizontal position related to the high resolution probe 23 by the relative spatial coordinate position. Next, the distance between the high resolution probe 23 and the sample 4 is varied so that the observation position of the depth map 53 relating to the horizontal position is included in the focal depth 232 of the high resolution probe 23.

映像処理表示装置５のタイミング制御部５２と走査制御部５１は、超音波探触部２からＸ方向とＹ方向の走査位置情報を受け取り、走査位置情報と深度マップ５３に基づいて超音波探触部２を深度方向（±Ｚ方向）に可変させる。タイミング制御部５２は更に、Ｙ方向の走査位置情報に基づいて信号発生測定装置６に超音波の送信を指示すると共に、受信信号を信号処理するためのゲートパルスを出力する。 The timing control unit 52 and the scanning control unit 51 of the video processing display device 5 receive the X-direction and Y-direction scanning position information from the ultrasonic probe unit 2 and based on the scanning position information and the depth map 53, the ultrasonic probe is performed. The part 2 is varied in the depth direction (± Z direction). Further, the timing control unit 52 instructs the signal generation and measurement device 6 to transmit ultrasonic waves based on the scanning position information in the Y direction, and outputs a gate pulse for signal processing the received signal.

信号発生測定装置６は、インパルス波発信器６２が出力したインパルス信号を、超音波探触部２に出力する。更に信号発生測定装置６は、超音波探触部２の高解像度プローブ２３のエコー波（受信波）の受信信号をアンプ６４で増幅したのち、Ａ／Ｄ変換器６５によってデジタル信号に変換する。信号処理部６６は、タイミング制御部５２から入力されたゲートパルスに基づいて、受信信号（デジタル信号）を信号処理し、映像処理表示装置５に出力する。 The signal generation measuring device 6 outputs the impulse signal output from the impulse wave transmitter 62 to the ultrasonic probe 2. Further, the signal generation measuring device 6 amplifies the reception signal of the echo wave (reception wave) of the high resolution probe 23 of the ultrasonic probe 2 by the amplifier 64 and then converts it into a digital signal by the A / D converter 65. The signal processing unit 66 performs signal processing on the received signal (digital signal) based on the gate pulse input from the timing control unit 52 and outputs the signal to the video processing display device 5.

映像処理表示装置５は、走査制御部５１が取得した走査位置の情報を画素位置とし、信号発生測定装置６が信号処理した受信信号の情報を画素の輝度や色の情報として、試料４の内部構造を画像化して表示する。試料４の内部を示す超音波画像は、受信信号の振幅情報によるものでも、受信信号が所定振幅以上になる時間の情報によるものでもよい。また、深度マップ５３上に輝度情報などをマッピングして表示してもよい。 The video processing display device 5 uses the information on the scanning position acquired by the scanning control unit 51 as the pixel position, and the information on the received signal processed by the signal generation measurement device 6 as the information on the luminance and color of the pixel. The structure is imaged and displayed. The ultrasonic image showing the inside of the sample 4 may be based on the amplitude information of the received signal, or may be based on time information when the received signal is equal to or greater than a predetermined amplitude. Further, brightness information or the like may be mapped and displayed on the depth map 53.

図５は、長焦点距離プローブ２２による試料４の表面エコーの波形図である。図の縦軸は、それぞれ長焦点距離プローブ２２に印加される電圧を示している。図の横軸は、送信インパルスを基準としたタイミングを示している。この事例では、試料４の表面の傾斜が大きい場合を示している。
各グラフは、各走査位置において長焦点距離プローブ２２に送信インパルスが印加され、試料４に向けて−Ｚ方向に超音波が送信され、そのインパルスの反射波形を長焦点距離プローブ２２が受信していることを示している。最上部に示した第１グラフから最下部に示した第５グラフまで順に、走査位置が水平移動し、かつ試料４の表面の位置が深くなる。
最上部に示した第１グラフでは、ゲート期間Ｔｇかつ送信インパルスよりも時間Ｔ０の後の受信信号にインパルスが現れている。このとき試料４の表面は、長焦点距離プローブ２２に近いが、この長焦点距離プローブ２２の焦点深度の範囲内である。映像処理表示装置５は、時間Ｔ０を媒体内の音速で除算し、更に１／２を乗算することで、この走査位置に係る深度情報を算出する。
次に示した第２グラフは、ゲート期間Ｔｇかつ送信インパルスよりも時間Ｔ１の後の受信信号にインパルスが現れている。このとき試料４の表面の位置は、長焦点距離プローブ２２から遠ざかっており、かつ長焦点距離プローブ２２の焦点深度の範囲内である。 FIG. 5 is a waveform diagram of the surface echo of the sample 4 by the long focal length probe 22. The vertical axis in the figure indicates the voltage applied to the long focal length probe 22. The horizontal axis in the figure indicates the timing with reference to the transmission impulse. In this example, the case where the inclination of the surface of the sample 4 is large is shown.
In each graph, a transmission impulse is applied to the long focal length probe 22 at each scanning position, an ultrasonic wave is transmitted toward the sample 4 in the −Z direction, and a reflection waveform of the impulse is received by the long focal length probe 22. It shows that. In order from the first graph shown at the top to the fifth graph shown at the bottom, the scanning position moves horizontally and the surface position of the sample 4 becomes deeper.
In the first graph shown at the top, an impulse appears in the received signal after the gate period Tg and the time T0 after the transmission impulse. At this time, the surface of the sample 4 is close to the long focal length probe 22 but is within the range of the focal depth of the long focal length probe 22. The video processing display device 5 calculates the depth information related to the scanning position by dividing the time T0 by the speed of sound in the medium and further multiplying by 1/2.
In the second graph shown below, an impulse appears in the received signal after the gate period Tg and time T1 after the transmission impulse. At this time, the position of the surface of the sample 4 is away from the long focal length probe 22 and is within the range of the focal depth of the long focal length probe 22.

第３グラフは、ゲート期間Ｔｇかつ送信インパルスよりも時間Ｔ２の後の受信信号にインパルスが現れている。このとき試料４の表面の位置は、長焦点距離プローブ２２から遠ざかっており、かつ長焦点距離プローブ２２の焦点深度の範囲内である。
その次に示した第４グラフは、ゲート期間Ｔｇかつ送信インパルスよりも時間Ｔ３の後の受信信号にインパルスが現れている。このとき試料４の表面の位置は、長焦点距離プローブ２２から遠ざかっており、かつ長焦点距離プローブ２２の焦点深度の範囲内である。
最下部に示した第５グラフは、ゲート期間Ｔｇかつ送信インパルスよりも時間Ｔ４の後の受信信号にインパルスが現れている。このとき試料４の表面は、長焦点距離プローブ２２から遠ざかっており、かつ長焦点距離プローブ２２の焦点深度の範囲内である。
図５に示すように、試料４の表面の傾斜が大きい場合であっても、長焦点距離プローブ２２の焦点深度の範囲に収まるならば、ゲートを追従させて焦点を結ぶことができるので、深度マップ５３を作成することができる。 In the third graph, the impulse appears in the reception signal after the gate period Tg and the time T2 after the transmission impulse. At this time, the position of the surface of the sample 4 is away from the long focal length probe 22 and is within the range of the focal depth of the long focal length probe 22.
In the fourth graph shown next, an impulse appears in the received signal after the gate period Tg and time T3 after the transmission impulse. At this time, the position of the surface of the sample 4 is away from the long focal length probe 22 and is within the range of the focal depth of the long focal length probe 22.
In the fifth graph shown at the bottom, an impulse appears in the reception signal after the gate period Tg and the time T4 after the transmission impulse. At this time, the surface of the sample 4 is away from the long focal length probe 22 and is within the range of the focal depth of the long focal length probe 22.
As shown in FIG. 5, even if the surface of the sample 4 has a large inclination, it can be focused by following the gate so long as it falls within the focal depth range of the long focal length probe 22. A map 53 can be created.

図６は、高解像度プローブ２３による試料４の表面エコーの波形図である。図の縦軸は、それぞれ高解像度プローブ２３に印加される電圧を示している。図の横軸は、送信インパルスを基準としたタイミングを示している。この事例では、試料４の表面の傾斜が大きい場合を示している。
各グラフは、各走査位置において高解像度プローブ２３に送信インパルスが印加され、試料４に向けて−Ｚ方向に超音波が送信され、そのインパルスの反射波形を高解像度プローブ２３が受信していることを示している。最上部に示した第１グラフから最下部に示した第５グラフまで順に、走査位置が水平移動し、表面の位置が深くなると共に高解像度プローブ２３は深さ方向（−Ｚ方向）に移動している。
高解像度プローブ２３は、自身の焦点深度が表面を含むように、深度方向に可変している。すなわち、走査制御部５１は、高解像度プローブ２３の送信インパルスと、そのインパルスの反射波形との時間間隔が時間Ｔｃの近傍となるように、制御装置７を介してＺ軸駆動装置８３を制御している。 FIG. 6 is a waveform diagram of the surface echo of the sample 4 by the high resolution probe 23. The vertical axis in the figure indicates the voltage applied to the high resolution probe 23, respectively. The horizontal axis in the figure indicates the timing with reference to the transmission impulse. In this example, the case where the inclination of the surface of the sample 4 is large is shown.
Each graph shows that a transmission impulse is applied to the high-resolution probe 23 at each scanning position, an ultrasonic wave is transmitted toward the sample 4 in the −Z direction, and the reflected waveform of the impulse is received by the high-resolution probe 23. Is shown. In order from the first graph shown at the top to the fifth graph shown at the bottom, the scanning position moves horizontally, the surface position becomes deeper, and the high resolution probe 23 moves in the depth direction (−Z direction). ing.
The high resolution probe 23 is variable in the depth direction so that its own depth of focus includes the surface. That is, the scanning control unit 51 controls the Z-axis drive device 83 via the control device 7 so that the time interval between the transmission impulse of the high resolution probe 23 and the reflected waveform of the impulse is in the vicinity of the time Tc. ing.

最上部に示した第１グラフから、最下部に示した第５グラフまで、ゲート期間Ｔｇかつ送信インパルスよりも時間Ｔｃの後の受信信号にインパルスが現れている。このとき試料４の表面は、高解像度プローブ２３の焦点深度２３２の範囲内である。この時間Ｔｃは、高解像度プローブ２３の先端から焦点深度２３２の中心までの距離の２倍を音速で除算した値である。
このように、高解像度プローブ２３の深さ位置を調整することによって、観察対象である試料４の表面を高解像度で好適に観察することができる。 From the first graph shown at the top to the fifth graph shown at the bottom, impulses appear in the received signal after the gate period Tg and time Tc after the transmission impulse. At this time, the surface of the sample 4 is within the range of the focal depth 232 of the high resolution probe 23. This time Tc is a value obtained by dividing twice the distance from the tip of the high-resolution probe 23 to the center of the focal depth 232 by the speed of sound.
Thus, by adjusting the depth position of the high resolution probe 23, the surface of the sample 4 to be observed can be suitably observed with high resolution.

図７は、傾斜した内部欠陥構造４１を有する試料４の観察動作を示す図である。
破線矢印は、長焦点距離プローブ２２を用いた前走査を示している。実線矢印は、高解像度プローブ２３を用いた本走査を示している。
試料４の内部欠陥構造４１は、斜めに傾いている。
長焦点距離プローブ２２を用いた前走査では、この内部欠陥構造４１の深度マップ５３を生成している。前走査において、長焦点距離プローブ２２は深さ方向に変化しない。
高解像度プローブ２３を用いた本走査では、この内部欠陥構造４１の超音波画像を生成している。本走査において、高解像度プローブ２３は内部欠陥構造４１との距離等を反映して次第に下がりながら移動する。 FIG. 7 is a diagram illustrating an observation operation of the sample 4 having the inclined internal defect structure 41.
A broken line arrow indicates a pre-scan using the long focal length probe 22. A solid line arrow indicates the main scan using the high resolution probe 23.
The internal defect structure 41 of the sample 4 is inclined obliquely.
In the pre-scan using the long focal length probe 22, the depth map 53 of the internal defect structure 41 is generated. In the pre-scan, the long focal length probe 22 does not change in the depth direction.
In the main scanning using the high resolution probe 23, an ultrasonic image of the internal defect structure 41 is generated. In the main scanning, the high-resolution probe 23 moves while gradually falling reflecting the distance from the internal defect structure 41 and the like.

図８は、傾斜した内部欠陥構造４１を有する試料４に対する探触動作を示す拡大図である。図８は、図７に示す観察動作の詳細を示す図である。
図８は、高解像度プローブ２３と試料４と内部欠陥構造４１との位置関係を示している。試料４の上側は、媒体である水３１で満たされている。高解像度プローブ２３は、媒体である水３１内において焦点距離が距離Ｄである。
図の左側において高解像度プローブ２３は、試料４の内部欠陥構造４１が焦点となるように位置している。高解像度プローブ２３の先端は、試料４の内部欠陥構造４１と、距離Ｄ１だけ離間している。高解像度プローブ２３が送信した超音波は、試料４の表面で屈折するので、試料４の内部欠陥構造４１との距離Ｄ１は、距離Ｄとは異なっている。
図の右側においても高解像度プローブ２３は、試料４の内部欠陥構造４１が焦点となるように位置している。高解像度プローブ２３の先端は、試料４の内部欠陥構造４１と、距離Ｄ２だけ離間している。
この内部欠陥構造４１に追随するためには、長焦点距離プローブ２２での前走査において試料４の表面に由来するエコーと内部欠陥構造４１に由来するエコーとを捉え、試料４の音速を考慮して深度マップ５３を生成する。試料４の表面と内部欠陥構造４１とを焦点深度内に収められない場合は、試料４の表面に焦点を合わせた前走査と、内部欠陥構造４１に焦点を合わせた前走査とを分けて実施することにより深度マップ５３を生成してもよい。 FIG. 8 is an enlarged view showing a probe operation for the sample 4 having the inclined internal defect structure 41. FIG. 8 is a diagram showing details of the observation operation shown in FIG.
FIG. 8 shows the positional relationship among the high-resolution probe 23, the sample 4, and the internal defect structure 41. The upper side of the sample 4 is filled with water 31 as a medium. The high resolution probe 23 has a focal length D in the water 31 that is a medium.
On the left side of the figure, the high resolution probe 23 is positioned so that the internal defect structure 41 of the sample 4 is in focus. The tip of the high resolution probe 23 is separated from the internal defect structure 41 of the sample 4 by a distance D1. Since the ultrasonic wave transmitted by the high-resolution probe 23 is refracted on the surface of the sample 4, the distance D 1 from the internal defect structure 41 of the sample 4 is different from the distance D.
Also on the right side of the figure, the high resolution probe 23 is positioned so that the internal defect structure 41 of the sample 4 is in focus. The tip of the high resolution probe 23 is separated from the internal defect structure 41 of the sample 4 by a distance D2.
In order to follow the internal defect structure 41, the echo originating from the surface of the sample 4 and the echo originating from the internal defect structure 41 are captured in the pre-scan with the long focal length probe 22, and the sound speed of the sample 4 is taken into consideration. The depth map 53 is generated. When the surface of the sample 4 and the internal defect structure 41 cannot be accommodated within the depth of focus, the pre-scan focused on the surface of the sample 4 and the pre-scan focused on the internal defect structure 41 are performed separately. By doing so, the depth map 53 may be generated.

図９は、超音波映像装置１による観察処理を示すフローチャートである。
観察処理を開始すると、超音波映像装置１は、ステップＳ１０の処理を開始する。
ステップＳ１０において、映像処理表示装置５は、制御装置７と信号発生測定装置６によって、長焦点距離プローブ２２の前走査を行う。
ステップＳ１１において、映像処理表示装置５は、長焦点距離プローブ２２の前走査を終了するか否かを判断する。映像処理表示装置５は、前走査を終了しないならば（Ｎｏ）、ステップＳ１０の処理に戻り、前走査を終了するならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１２の処理を行う。 FIG. 9 is a flowchart showing an observation process by the ultrasonic imaging apparatus 1.
When the observation process is started, the ultrasound imaging apparatus 1 starts the process of step S10.
In step S 10, the video processing display device 5 performs the pre-scan of the long focal length probe 22 by the control device 7 and the signal generation measurement device 6.
In step S 11, the video processing display device 5 determines whether or not to end the pre-scan of the long focal length probe 22. If the pre-scan is not finished (No), the video processing display device 5 returns to the process of step S10. If the pre-scan is finished (Yes), the video process display device 5 performs the process of step S12.

ステップＳ１２において、映像処理表示装置５は、試料４の表面や、試料４の内部欠陥構造４１に係る深度マップ５３を作成する。
ステップＳ１３において、映像処理表示装置５は、制御装置７によって、高解像度プローブ２３の垂直方向（Ｚ軸方向）の位置調整を行う。
ステップＳ１４において、映像処理表示装置５は、制御装置７と信号発生測定装置６によって、高解像度プローブ２３の本走査を行う。
ステップＳ１５において、映像処理表示装置５は、高解像度プローブ２３の本走査を終了するか否かを判断する。映像処理表示装置５は、本走査を終了しないならば（Ｎｏ）、ステップＳ１３の処理に戻り、本走査を終了するならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１６の処理を行う。
ステップＳ１６において、映像処理表示装置５は、高解像度の画像を生成し、図９の処理を終了する。 In step S 12, the video processing display device 5 creates a depth map 53 relating to the surface of the sample 4 and the internal defect structure 41 of the sample 4.
In step S 13, the video processing display device 5 adjusts the position of the high resolution probe 23 in the vertical direction (Z-axis direction) by the control device 7.
In step S 14, the video processing display device 5 performs the main scanning of the high resolution probe 23 by the control device 7 and the signal generation measurement device 6.
In step S15, the video processing display device 5 determines whether or not the main scanning of the high resolution probe 23 is to be terminated. If the main scanning is not finished (No), the video processing display device 5 returns to the process of step S13, and if the main scanning is finished (Yes), the picture processing display device 5 performs the process of step S16.
In step S 16, the video processing display device 5 generates a high-resolution image and ends the processing in FIG. 9.

図１０は、深度マップ５３を表示した図である。
図１０に示すように、超音波映像装置１は、深度マップ５３を三次元の斜視図として表示している。これにより超音波映像装置１は、試料４の内部欠陥構造４１を三次元的に示すことができる。 FIG. 10 is a diagram showing the depth map 53.
As shown in FIG. 10, the ultrasound imaging apparatus 1 displays a depth map 53 as a three-dimensional perspective view. Thereby, the ultrasonic imaging apparatus 1 can three-dimensionally show the internal defect structure 41 of the sample 4.

（変形例）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き替えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。 (Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described. A part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ）〜（ｇ）のようなものがある。
（ａ）高解像度プローブ２３と試料４の観察位置との間の距離の調整手段は、上記実施形態に限定されない。例えば、高解像度プローブ２３のみを深さ方向に移動する調整手段であってもよく、または、水槽３や試料４などを深さ方向に移動する調整手段であってもよい。 In each embodiment, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
Examples of modifications of the present invention include the following (a) to (g).
(A) The means for adjusting the distance between the high resolution probe 23 and the observation position of the sample 4 is not limited to the above embodiment. For example, an adjustment unit that moves only the high-resolution probe 23 in the depth direction may be used, or an adjustment unit that moves the water tank 3 or the sample 4 in the depth direction.

（ｂ）超音波探触部２は、３本以上のプローブを有し、前走査の結果に応じて本走査で使用すべき適切なプローブを選択するように構成してもよい。これにより、試料４の観察位置との間の距離に応じた適切なプローブを選択することができる。
（ｃ）超音波探触部２の長焦点距離プローブ２２と高解像度プローブ２３とは、互いの相対的な空間座標位置を切り替えて走査するように構成してもよい。これにより、深度マップ５３における位置調整が不要となる。
（ｄ）超音波探触部２は、長焦点距離プローブ２２と高解像度プローブ２３のうちいずれか１つが装着され、かつ長焦点距離プローブ２２と高解像度プローブ２３とは超音波探触部２から取り外して交替可能に構成してもよい。 (B) The ultrasonic probe 2 may have three or more probes, and may be configured to select an appropriate probe to be used in the main scan according to the result of the pre-scan. Thereby, an appropriate probe according to the distance between the observation position of the sample 4 can be selected.
(C) The long focal length probe 22 and the high resolution probe 23 of the ultrasonic probe 2 may be configured to scan by switching their relative spatial coordinate positions. Thereby, the position adjustment in the depth map 53 becomes unnecessary.
(D) The ultrasonic probe 2 is equipped with either one of the long focal length probe 22 and the high resolution probe 23, and the long focal length probe 22 and the high resolution probe 23 are connected to the ultrasonic probe 2. It may be configured to be removable and replaceable.

（ｅ）超音波映像装置１は、観察位置の深度マップ５３と高解像度プローブ２３の走査結果とを組み合わせて表示手段に表示してもよい。
（ｆ）超音波映像装置１は、前走査における±Ｙ方向の走査速度を、本走査における±Ｙ方向の走査速度よりも速くしてもよい。
（ｇ）超音波映像装置１は、試料４のＸＹ領域を前走査したのちに本走査することに限定されない。超音波映像装置１は例えば、試料４の１ライン領域を前走査したのちに、１ライン領域を本走査するように動作してもよく、また画素単位で前走査と本走査とを繰り返してもよく、限定されない。 (E) The ultrasound imaging apparatus 1 may display the depth map 53 of the observation position and the scanning result of the high resolution probe 23 in combination on the display unit.
(F) The ultrasound imaging apparatus 1 may make the scanning speed in the ± Y direction in the previous scanning faster than the scanning speed in the ± Y direction in the main scanning.
(G) The ultrasonic imaging apparatus 1 is not limited to the main scanning after the XY area of the sample 4 is pre-scanned. For example, the ultrasonic imaging apparatus 1 may operate so as to perform main scanning of one line area after pre-scanning one line area of the sample 4, or may repeat the pre-scanning and main scanning for each pixel. Well, not limited.

１超音波映像装置
２超音波探触部（超音波探触手段）
２１エンコーダ
２２長焦点距離プローブ
２２１圧電素子
２３高解像度プローブ
２３１圧電素子
２４スイッチ
３水槽
３１水
４試料（観察位置）
４１内部欠陥構造（観察位置）
５映像処理表示装置
５１走査制御部
５２タイミング制御部
５３深度マップ
５４画像生成部
６信号発生測定装置
６１，６２インパルス波発信器
６４アンプ
６５Ａ／Ｄ変換器
６６信号処理部
７制御装置（制御手段）
８１Ｘ軸駆動装置（走査手段）
８２Ｙ軸駆動装置（走査手段）
８３Ｚ軸駆動装置（深度可変手段） 1 Ultrasonic imaging device 2 Ultrasonic probe (Ultrasonic probe)
21 Encoder 22 Long focal length probe 221 Piezoelectric element 23 High resolution probe 231 Piezoelectric element 24 Switch 3 Water tank 31 Water 4 Sample (observation position)
41 Internal defect structure (observation position)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Image processing display apparatus 51 Scan control part 52 Timing control part 53 Depth map 54 Image generation part 6 Signal generation measurement apparatus 61, 62 Impulse wave transmitter 64 Amplifier 65 A / D converter 66 Signal processing part 7 Control apparatus (Control means) )
81 X-axis drive (scanning means)
82 Y-axis drive (scanning means)
83 Z-axis drive (depth varying means)

前記した課題を解決するため、本発明の超音波映像装置は、分解能と焦点深度の広さとを切り換え可能な超音波探触手段と、前記超音波探触手段を平面方向に走査する走査手段と、前記超音波探触手段と試料との間隔を可変する深度可変手段と、前記超音波探触手段の分解能を第１分解能に、焦点深度の広さを第１焦点深度に設定して前記走査手段によって走査することにより前記試料の観察位置の深度マップを取得し、前記超音波探触手段の分解能を前記第１分解能よりも高い第２分解能に、焦点深度の広さを前記第１焦点深度よりも狭い第２焦点深度に設定して、前記超音波探触手段の前記第２焦点深度が前記深度マップに係る前記観察位置を含むように、前記深度可変手段により前記超音波探触手段と前記観察位置との距離を可変させながら前記走査手段によって前記超音波探触手段を走査する制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an ultrasonic imaging apparatus of the present invention includes an ultrasonic probe that can switch between resolution and a depth of focus, and a scanning unit that scans the ultrasonic probe in a plane direction. Depth variable means for changing the distance between the ultrasonic probe means and the sample, the resolution of the ultrasonic probe means is set to the first resolution, and the depth of focus is set to the first focus depth, and the scanning is performed. A depth map of the observation position of the sample is obtained by scanning by the means , the resolution of the ultrasonic probe means is set to a second resolution higher than the first resolution, and the depth of focus is set to the first focus depth. And the ultrasonic probe means by the depth variable means so that the second focal depth of the ultrasonic probe means includes the observation position according to the depth map. The distance to the observation position can be varied And a controlling means for scanning the ultrasonic feeler means by reluctant said scanning means.

本発明の超音波映像装置を用いた観察方法は、分解能と焦点深度の広さを切り換え可能な超音波探触手段と、前記超音波探触手段を平面方向に走査する走査手段と、前記超音波探触手段と試料との間隔を可変する深度可変手段と、制御手段と、を備える超音波映像装置を用いた観察方法であって、前記制御手段が前記超音波探触手段の分解能を第１分解能に、焦点深度の広さを第１焦点深度に設定するステップと、前記走査手段により前記超音波探触手段を平面方向に走査するステップと、前記制御手段が前記試料の観察位置の深度マップを取得するステップと、前記制御手段が前記超音波探触手段の分解能を前記第１分解能よりも高い第２分解能に、焦点深度の広さを前記第１焦点深度よりも狭い第２焦点深度に設定するステップと、前記超音波探触手段の前記第２焦点深度が前記深度マップに係る前記観察位置を含むように、前記深度可変手段により前記超音波探触手段と前記観察位置との距離を可変させながら前記走査手段によって前記超音波探触手段を走査するステップとを含むことを特徴とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。 An observation method using the ultrasonic imaging apparatus of the present invention includes an ultrasonic probe that can switch between a resolution and a depth of focus, a scanning unit that scans the ultrasonic probe in a plane direction, An observation method using an ultrasonic imaging apparatus comprising a depth varying means for varying the distance between the acoustic probe means and the sample, and a control means, wherein the control means sets the resolution of the ultrasonic probe means to The step of setting the depth of focus to the first focus depth at one resolution, the step of scanning the ultrasonic probe means in the plane direction by the scanning means, and the depth of the observation position of the sample by the control means A step of acquiring a map; and the control means sets the resolution of the ultrasonic probe means to a second resolution higher than the first resolution, and the depth of focus is a second focus depth narrower than the first focus depth. The step of setting to The scanning means changes the distance between the ultrasonic probe means and the observation position by the depth variable means so that the second depth of focus of the acoustic probe means includes the observation position according to the depth map. Scanning the ultrasonic probe means.
Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.

Claims

An ultrasonic probe capable of switching the depth of focus;
Scanning means for scanning the ultrasonic probe means in a plane direction;
Depth variable means for varying the interval between the ultrasonic probe means and the sample;
A depth map of the observation position of the sample is acquired by setting the ultrasonic probe to a first depth of focus and scanning by the scanning unit, and the ultrasonic probe is narrower than the first depth of focus. The ultrasonic probe means and the observation position are set by the depth variable means so that the second focal depth of the ultrasonic probe means includes the observation position according to the depth map. Control means for scanning the ultrasonic probe means by the scanning means while varying the distance to
An ultrasonic imaging apparatus comprising:

The ultrasonic probe means includes a long focal length probe that probes at the first depth of focus and a high-resolution probe that probes at the second depth of focus.
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1.

The ultrasonic frequency of the long focal length probe is lower than the ultrasonic frequency of the high resolution probe,
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 2.

The control means acquires the depth map of the observation position by scanning the long focal length probe in a plane direction by the scanning means.
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 2.

The control means fixes a distance between the long focal length probe and the sample in the planar scanning of the long focal length probe.
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 4.

The control unit performs scanning using the high-resolution probe by the scanning unit, more densely than scanning using the long focal length probe by the scanning unit.
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 2.

The control means performs scanning using the high resolution probe by the scanning means at a speed slower than the speed of scanning using the long focal length probe by the scanning means.
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 2.

The control means displays on the display means a combination of the depth map of the observation position and the scanning result of the high resolution probe,
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 2.

The ultrasonic probe means is equipped with either one of a long focal length probe that probes at the first focal depth and a high resolution probe that probes at the second focal depth, and the long focal length probe The high-resolution probe is removable from the ultrasonic probe means and can be replaced.
The ultrasonic imaging apparatus according to claim 1.

An ultrasonic probe capable of switching the depth of focus;
Scanning means for scanning the ultrasonic probe means in a plane direction;
Depth variable means for varying the interval between the ultrasonic probe means and the sample;
An observation method using an ultrasonic imaging device comprising a control means,
The control means setting the first depth of focus of the ultrasonic probe means;
Scanning the ultrasonic probe means in a plane direction by the scanning means;
The control means obtaining a depth map of the observation position of the sample;
The control means setting the ultrasonic probe means to a second focal depth narrower than the first focal depth;
The scanning while varying the distance between the ultrasonic probe means and the observation position by the depth variable means so that the second depth of focus of the ultrasonic probe means includes the observation position according to the depth map. Scanning the ultrasonic probe means by means;
An observation method using an ultrasonic imaging apparatus, comprising: