JP2020041831A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の欠陥を新規な方法によって検査する。【解決手段】光源１００は、対象物Ｏに向けて光（例えば、レーザ光）を出射するためのものである。対象物Ｏの一部分は光源１００からの光によって照射されて、対象物Ｏのこの一部分の温度は上昇する。温度の上昇によって、対象物Ｏのこの部分は、熱放射によって電磁波（例えば、赤外線）を発生させ、この電磁波は熱応答信号を含んでいる。検出器２００は、対象物Ｏから発生した電磁波（例えば、赤外線）、すなわち、対象物Ｏの熱応答信号を検出するためのものである。【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置及び検査方法に関し、特に、光の照射による対象物の欠陥の検査に関する。

対象物（例えば、パワー半導体装置）の欠陥の検査は、様々な分野で用いられており、例えば、ファクトリーオートメーション分野（例えば、工場のライン）で用いられている。近年、対象物の外観の欠陥の検査だけでなく、対象物の内部の欠陥の検査についても、様々な検討がなされている。

特許文献１には、光の照射による対象物の欠陥の検査について記載されている。特許文献１では、光照射の加熱によって対象物から放射される赤外線を検出する。対象物は、欠陥を有する領域において、欠陥を有しない領域においてよりも、低い熱伝導率を有し得る。欠陥における低熱伝導率によって、対象物は、不均一な熱伝導率分布に応じた温度分布を有し得る。対象物の欠陥は、対象物の温度分布（すなわち、対象物の各位置から放射される赤外線の強度の分布）に基づいて検査され得る。

特許文献２には、赤外線サーモグラフィを用いた対象物の欠陥（クラック）の検査について記載されている。特許文献２では、対象物の温度分布を赤外線サーモグラフィによって検出している。対象物の欠陥からは、空洞放射によって赤外線が放射され得る。空洞放射によって、対象物は、欠陥を有する領域において、欠陥を有しない領域よりも、高温となり得る。対象物の欠陥は、対象物の温度分布に基づいて検査され得る。

特開平９−３１１１０９号公報 特開２０１３−６１２０２号公報

本発明者は、特許文献１に記載の方法及び特許文献２に記載の方法のいずれとも異なる新規な方法による対象物の欠陥の検査を検討した。例えば、特許文献１に記載の方法では、熱伝導率の高い対象物の微細な欠陥の検査は、欠陥による不均一な熱伝導率分布が明瞭に形成され得ないため、困難になり得る。特許文献２に記載の方法では、対象物の内部の欠陥の検査は、空洞放射による赤外線の放射が検出されないため、困難になり得る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象物の欠陥を新規な方法によって検査することにある。

本発明に係る検査装置は、検出器を含んでいる。検出器は、光が照射された際の対象物の熱応答信号を検出するためのものである。

本発明に係る検査方法では、光が照射された際の対象物の熱応答信号を検出器によって検出する。

本発明によれば、対象物の欠陥を新規な方法によって検査することができる。

実施形態１に係る検査装置を説明するための図である。 図１の変形例を示す図である。 図１に示した検査装置によって測定された熱応答信号の一例を示すグラフである。 実施形態２に係る検査装置を説明するための図である。 解析器による解析の一例を説明するための図である。 光源から出力される変調光信号の一例（上段）及びフィルタの第１状態及び第２状態の切換えの一例（下段）を示す図である。 図４の変形例を示す図である。 図４に示した検査装置によって測定された熱応答信号の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

なお、以下に示す説明において、抽出器４１０、制御器４２０及び解析器４３０は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。抽出器４１０、制御器４２０及び解析器４３０は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る検査装置１０を説明するための図である。

図１を用いて、検査装置１０の概要を説明する。検査装置１０は、検出器２００を含んでいる。検出器２００は、光を照射された際の対象物Ｏの熱応答信号を検出するためのものである。

上述した構成によれば、対象物Ｏの欠陥を新規な方法によって検査することができる。具体的には、上述した構成によれば、対象物Ｏの熱応答信号（熱応答の時間推移）を検出器２００によって検出することができる。対象物Ｏの熱応答信号は、対象物Ｏの欠陥の有無によって、各種パラメータ（例えば、周波数、振幅又は位相）について異なり得る。したがって、対象物Ｏの熱応答信号に基づいて、対象物Ｏの欠陥を検査することができる。

さらに、上述した構成によれば、対象物Ｏが高い熱伝導率を有する場合であっても、微細な欠陥を明瞭に検出し得る。具体的には、上述した構成においては、対象物Ｏの複数部分の熱応答信号を検出することができ、熱応答信号の各種パラメータの高分解能マッピングが可能である。したがって、対象物Ｏが高い熱伝導率を有する場合であっても、微細な欠陥を明瞭に検出し得る。

さらに、上述した構成によれば、欠陥が対象物Ｏの内部に存在しても、欠陥を明瞭に検出し得る。具体的には、上述した構成においては、空洞放射による赤外線の放射を検出しなくてもよい。したがって、欠陥が対象物Ｏの内部に存在しても、欠陥を明瞭に検出し得る。

図１を用いて、検査装置１０の詳細を説明する。

検査装置１０は、光源１００、ドライバ１１０、検出器２００、ステージ３００、抽出器４１０及び制御器４２０を含んでいる。

光源１００は、対象物Ｏに向けて光（例えば、レーザ光）を出射するためのものである。光源１００から出射される光の波長は、例えば、可視光又は赤外光にしてもよい。

光源１００は、発光素子１０２及びコリメートレンズ１０４を含んでいる。発光素子１０２は、ビーム拡がりを有する光を出射可能になっている。一例において、発光素子１０２は、ファイバ付レーザダイオード（ＬＤ）にしてもよい。コリメートレンズ１０４は、発光素子１０２から出射された光をコリメートするためのものである。光源１００は、発光素子１０２から出射されてコリメートレンズ１０４によってコリメートされた光を出射可能になっている。

光源１００は、一の周波数を有する変調光信号を出力可能になっている。図１に示す例では、変調光信号は、ドライバ１１０による光源１００の直接変調によって出力されている。具体的には、ドライバ１１０は、発光素子１０２（例えば、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザ）に注入させる電流に応じて、発光素子１０２から発せられる光の強度を制御可能になっている。他の例において、変調光信号は、直接変調以外の変調、例えば、外部変調によって出力されてもよい。さらに他の例において、光源１００は、パルス光源であってもよい。

対象物Ｏの一部分は光源１００からの光によって照射されて、対象物Ｏのこの一部分の温度は上昇する。温度の上昇によって、対象物Ｏのこの部分は、熱放射によって電磁波（例えば、赤外線）を発生させ、この電磁波は熱応答信号を含んでいる。

検出器２００は、対象物Ｏから発生した電磁波（例えば、赤外線）、すなわち、対象物Ｏの熱応答信号を検出するためのものである。

図１に示す例において、検出器２００は、検出素子２１０及びレンズ２２２を含んでいる。対象物Ｏから発生した電磁波は、レンズ２２２を通過して検出素子２１０に達する。検出素子２１０は、対象物Ｏから発生した電磁波を電気エネルギーに変換するためのものである。検出素子２１０は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）（例えば、ＩｎＧａＡｓ ＰＤ、ＩｎＡｓＳｂ ＰＤ又はＩｎＳｂ ＰＤ）又はサーモパイルにしてもよい。レンズ２２２は、対象物Ｏから発生した電磁波を検出素子２１０に合焦させるためのものである。レンズ２２２は、例えば、フッ化カルシウムレンズ、ゲルマニウムレンズ又はセレン化亜鉛レンズにしてもよい。

抽出器４１０は、対象物Ｏに照射された光の強度信号に同期した信号を対象物Ｏの熱応答信号から抽出するためのものである。この構成によれば、高ノイズ環境下においても、対象物Ｏの熱応答信号を高Ｓ／Ｎ比で抽出することができる。具体的には、抽出器４１０は、一の周波数（変調周波数）を有する変調光信号を光源１００から出力させており（図１に示す例では、抽出器４１０は、ドライバ１１０を制御して、変調光信号を光源１００から出力させている。）、対象物Ｏの熱応答信号から、変調周波数を有する信号を抽出している。一例において、抽出器４１０は、ロックインアンプによって、変調周波数を有する信号を抽出することができる。

対象物Ｏは、ステージ３００上に搭載されている。ステージ３００は、第１ステージ部材３１０及び第２ステージ部材３２０を含んでいる。第１ステージ部材３１０は、一方向に移動可能になっている。第２ステージ部材３２０は、第１ステージ部材３１０上に搭載されており、上述した一方向に交わる方向（具体的には、直交する方向）に移動可能になっている。第１ステージ部材３１０及び第２ステージ部材３２０を移動させることで、対象物Ｏを２次元平面内で移動させることができる。

制御器４２０は、対象物Ｏの複数部分のそれぞれの熱応答信号を検出器２００に検出させるためのものである。制御器４２０は、対象物Ｏの各部分の熱応答信号の解析によって対象物Ｏの各部分の熱応答信号のパラメータを取得してもよく、対象物Ｏの各部分の熱応答信号のパラメータを対象物Ｏの各部分に関連付けてマッピングしてもよい。一例において、制御器４２０は、対象物Ｏの各部分のパラメータ及び欠陥を有するモデルのパラメータの比較によって、対象物Ｏの欠陥の有無を判断してもよい。他の例において、制御器４２０は、対象物Ｏの各部分のパラメータの相互比較によって、対象物Ｏの欠陥の有無を判断してもよい。

一例において、制御器４２０は、ステージ３００の制御によって対象物Ｏを光源１００及び検出器２００に対して２次元平面内で移動させて、対象物Ｏの複数部分のそれぞれの熱応答信号を検出器２００に検出させることができる。他の例において、制御器４２０は、光源１００及び検出器２００を対象物Ｏに対して移動させて、対象物Ｏの複数部分のそれぞれの熱応答信号を検出器２００に検出させてもよい。

本実施形態によれば、対象物Ｏの各種条件（例えば、大きさ又は材質）の制限を受けることなく、対象物Ｏの欠陥を検査することができる。対象物Ｏは、様々な種類にすることができ、例えば、パワー半導体検査装置に適用することができる。

図２は、図１の変形例を示す図である。

検出器２００は、検出素子２１０、光学系２２０及び遮光部材２３０を含んでいる。光学系２２０は、対象物Ｏから発生した電磁波を検出素子２１０に合焦させるためのものである。遮光部材２３０は、当該電磁波の発生部分と光学的に共役な位置に検出素子２１０がある場合に当該電磁波を通過させ、当該電磁波の発生部分と光学的に共役な位置から検出素子２１０がずれている場合に当該電磁波を遮蔽するためのものである。この構成によれば、検出素子２１０に合焦される電磁波を共焦点光学系によって選択的に検出することができ、対象物Ｏの欠陥を高い精度で検査することが可能になる。

光学系２２０は、レンズ２２２及びレンズ２２４を含んでいる。図２に示すように、対象物Ｏの電磁波の発生部分と光学的に共役な位置に検出素子２１０がある場合、対象物Ｏから発生した電磁波は、レンズ２２２及びレンズ２２４を順に通過し、レンズ２２２及びレンズ２２４の間で合焦され、検出素子２１０に合焦される。レンズ２２２及びレンズ２２４のそれぞれは、例えば、フッ化カルシウムレンズ、ゲルマニウムレンズ又はセレン化亜鉛レンズにしてもよい。

遮光部材２３０は、欠如２３２（例えば、ピンホール又はスリット）を有している。対象物Ｏの電磁波の発生部分と光学的に共役な位置に検出素子２１０がある場合、図２に示すように、レンズ２２２及びレンズ２２４の間の合焦点は欠如２３２内に位置するようになり、電磁波は欠如２３２を通過することができる。これに対して、対象物Ｏの電磁波の発生部分と光学的に共役な位置から検出素子２１０がずれている場合、レンズ２２２及びレンズ２２４の間の合焦点は欠如２３２からずれて、電磁波は欠如２３２を通過することができない。

図３は、図１に示した検査装置１０によって測定された熱応答信号の一例を示すグラフである。

図３では、対象物Ｏは樹脂とした。

図３に示すように、欠陥を有する位置における熱応答信号の挙動は、欠陥を有しない位置における熱応答信号の挙動と異なっている。図３に示す結果は、各熱応答信号の解析による各熱応答信号の各種パラメータの取得によって、対象物Ｏの欠陥の検査が可能となることを示唆している。

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る検査装置１０を説明するための図である。図５は、解析器４３０による解析の一例を説明するための図である。実施形態２に係る検査装置１０は、以下の点を除いて、実施形態１に係る検査装置１０と同様である。

検出器２００は、フィルタ２４０を含んでいる。対象物Ｏの熱応答信号は、第１波長λ１の電磁波及び第２波長λ２の電磁波を含んでいる。フィルタ２４０は、第１状態及び第２状態に切り替え可能である。第１状態において、フィルタ２４０は、第１波長λ１の電磁波を第２波長λ２の電磁波よりも透過可能になる。第２状態において、フィルタ２４０は、第２波長λ２の電磁波を第１波長λ１の電磁波よりも透過可能になる。

検査装置１０は、解析器４３０を含んでいる。第１波長λ１及び第２波長λ２の間には、第１差（例えば、図５における第１波長λ１及び第２波長λ２の差）がある。第１状態のフィルタ２４０を透過した電磁波の放射強度（例えば、図５におけるＴ（Ｋ）＝２７３又は４００の曲線及び第１波長λ１の直線の交点における放射強度）及び第２状態のフィルタ２４０を透過した電磁波の放射強度（例えば、図５におけるＴ（Ｋ）＝２７３又は４００の曲線及び第２波長λ２の直線の交点における放射強度）の間には、第２差がある。解析器４３０は、第１差及び第２差の比に基づいて、対象物Ｏの熱応答信号の発生部分の温度を解析するためのものである。

上述した構成によれば、対象物Ｏの欠陥を高い精度で検査することができる。具体的には、上述した構成においては、放射強度スペクトル（例えば、図５）において、解析器４３０は、第１波長λ１における放射強度を示す点及び第２波長λ２における放射強度を示す点を結ぶ直線（例えば、図５において、Ｔ（Ｋ）＝２７３又は４００の曲線上の第１波長λ１の点及び第２波長λ２の点を結ぶ破直線）の傾き（すなわち、第１差及び第２差の比）に基づいて、対象物Ｏの熱応答信号の発生部分の温度を推定することができる。仮に、１の波長のみに基づいて温度を推定する場合、検出器２００によって測定される放射強度はノイズ（例えば、外乱光）によって変動しやすく、放射強度スペクトルから推定される温度が実際の温度からずれやすい。これに対して、上述した傾きはノイズによって変動しにくく（ノイズが検出されても、傾きはほぼ一定のまま上述した直線が高強度放射に向けて移動し得る。）、放射強度スペクトルから推定される温度が実際の温度からずれにくい。したがって、対象物Ｏの欠陥を高い精度で検査することができる。

図４を用いて、検査装置１０の詳細を説明する。

対象物Ｏの熱応答信号は、複数波長の電磁波を含んでおり、第１波長λ１の電磁波及び第２波長λ２の電磁波を含んでいる。

解析器４３０は、フィルタ２４０の第１状態及び第２状態の切換え、すなわち、フィルタ２４０の透過率を制御している。一例において、フィルタ２４０は、可変バンドパスフィルタにしてもよい。この例では、第１状態において、フィルタ２４０は、第１波長λ１の電磁波を透過させるためのバンドパスフィルタとして機能することができ、第２状態において、フィルタ２４０は、第２波長λ２の電磁波を透過させるためのバンドパスフィルタとして機能することができる。

図５を用いて、解析器４３０による解析の一例の詳細を説明する。

解析器４３０は、フィルタ２４０の動作から第１差を判定することができ、検出器２００の検出から第２差を判定することができる。解析器４３０は、第１差及び第２差の比に基づいて、対象物Ｏの熱応答信号の発生部分の温度を解析することができる。図５では、Ｔ（Ｋ）＝２７３における第１差及び第２差の比（Ｔ（Ｋ）＝２７３の曲線と交差する破直線の傾き）及びＴ（Ｋ）＝４００における第１差及び第２差の比（Ｔ（Ｋ）＝４００の曲線と交差する破直線の傾き）が例示されている。当然のことながら、第１差及び第２差の比は、図５に示した例以外の場合にも、上述した説明にしたがって算出可能である。

図６は、光源１００から出力される変調光信号の一例（上段）及びフィルタ２４０の第１状態及び第２状態の切換えの一例（下段）を示す図である。

図６に示す例において、光源１００から出力される変調光信号は、周期的に変化しており、変調周波数を有している。したがって、図１を用いて説明したように、抽出器４１０は、対象物Ｏの熱応答信号から、変調周波数を有する信号を抽出することができる。他の例において、光源１００から出力される変調光信号の強度は、非周期的に変化していてもよい。

図６に示す例において、フィルタ２４０は、第１状態（第１波長λ１）及び第２状態（第２波長λ２）に交互に切り替えられている。具体的には、フィルタ２４０は、第１状態（第１波長λ１）及び第２状態（第２波長λ２）に周期的に切り替えられている。他の例において、フィルタ２４０は、第１状態（第１波長λ１）及び第２状態（第２波長λ２）に非周期的に切り替えられていてもよい。図６に示す例では、フィルタ２４０は、低電圧の印加において、第１状態（第１波長λ１）になっており、高電圧の印加において、第２状態（第２波長λ２）になっている。

図６に示す例において、フィルタ２４０の第１状態（第１波長λ１）及び第２状態（第２波長λ２）の切換えの周期は、光源１００の変調光信号の周期より短くなっている。特に図６に示す例では、フィルタ２４０が第１状態（第１波長λ１）及び第２状態（第２波長λ２）の切換えの前後において、光源１００の変調光信号の強度はほとんど変化していない。したがって、光源１００の変調光信号の様々な強度において、フィルタ２４０の第１状態（第１波長λ１）及び第２状態（第２波長λ２）の双方の熱応答信号を測定することができる。

図７は、図４の変形例を示す図である。

図２に示した例と同様にして、検出器２００は、検出素子２１０、光学系２２０及び遮光部材２３０を含んでいてもよい。図７に示す例によれば、図２に示した例と同様にして、検出素子２１０に合焦される電磁波を共焦点光学系によって選択的に検出することができ、対象物Ｏの欠陥を高い精度で検査することが可能になる。

図８は、図４に示した検査装置１０によって測定された熱応答信号の一例を示すグラフである。

図８において、解析器４３０は、第１差及び第２差の比に基づいて、対象物の熱応答信号の発生部分の温度を解析している。図８では、解析器４３０の解析にしたがって、温度がプロットされている。

図８に示すように、欠陥を有する位置における熱応答信号の挙動は、欠陥を有しない位置における熱応答信号の挙動と異なっている。図８に示す結果は、各熱応答信号の解析による各熱応答信号の各種パラメータの取得によって、対象物Ｏの欠陥の検査が可能となることを示唆している。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 検査装置
１００ 光源
１０２ 発光素子
１０４ コリメートレンズ
１１０ ドライバ
２００ 検出器
２１０ 検出素子
２２０ 光学系
２２２ レンズ
２２４ レンズ
２３０ 遮光部材
２３２ 欠如
２４０ フィルタ
３００ ステージ
３１０ 第１ステージ部材
３２０ 第２ステージ部材
４１０ 抽出器
４２０ 制御器
４３０ 解析器
Ｏ 対象物

Claims (7)

1. 光が照射された際の対象物の熱応答信号を検出するための検出器を含む検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記光の強度信号に同期した信号を前記熱応答信号から抽出するための抽出器をさらに含む検査装置。
3. 請求項１又は２に記載の検査装置において、
   前記対象物の一部分の前記熱応答信号を前記検出器に検出させ、前記対象物の他の部分の他の熱応答信号を前記検出器に検出させるための制御器をさらに含む検査装置。
4. 請求項１から３までのいずれか一項に記載の検査装置において、
   前記検出器は、
   検出素子と、
   前記対象物の前記熱応答信号を含む電磁波を前記検出素子に合焦させるための光学系と、
   前記電磁波の発生部分と光学的に共役な位置に前記検出素子がある場合に前記電磁波を通過させ、前記電磁波の発生部分と光学的に共役な位置から前記検出素子がずれている場合に前記電磁波を遮蔽するための遮蔽部材と、
   を含む、検査装置。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の検査装置において、
   前記対象物の前記熱応答信号は、第１波長の電磁波及び第２波長の電磁波を含み、
   前記検出器は、前記第１波長の電磁波を前記第２波長の電磁波よりも透過可能な第１状態と、前記第２波長の電磁波を前記第１波長の電磁波よりも透過可能な第２状態と、に切り替え可能なフィルタを含む、検査装置。
6. 請求項５に記載の検査装置において、
   第１差及び第２差の比に基づいて、前記熱応答信号の発生部分の温度を解析するための解析器をさらに含み、
   前記第１差は、前記第１波長及び前記第２波長の間のものであり、
   前記第２差は、前記第１状態の前記フィルタを透過した電磁波の放射強度及び前記第２状態の前記フィルタを透過した電磁波の放射強度の間のものである、検査装置。
7. 光が照射された際の対象物の熱応答信号を検出器によって検出することを含む、検査方法。

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