JP5663132B2 - プロフィロメータ機能付きの走査型超音波顕微鏡 - Google Patents

Description

＜関連出願の相互参照＞
２００７年１０月１０日付けで出願された米国仮出願第６０／９７９，０２１号および２００８年３月２１日付けで出願された米国仮出願第６１／０３８，４６０号の内容は、あたかもその全体を本明細書に記載されているかのように、引用によって本出願に組み込まれるものとする。以下の米国の特許および出願：米国特許第４，５１８，９９２号、第４，７８１，０６７号、第４，８６６，９８６号、第５，３５１，５４４号、第５，６８４，２５２号、第６，３５７，１３６号、第６，４６０，４１４号、第６，８８０，３８７号、第６，８９０，３０２号、第６，８９５，８２０号、第６，９８１，４１７号、第７，０００，４７５号、ならびに２００７年１月２３日付けで出願された第１１／６２６，１７７号は、Sonoscan（ソノスキャン）に譲渡され、概して、走査型超音波顕微鏡の様々な態様に関する。このような特許および出願は、全て、あたかもその全体を本明細書に記載されているかのように、引用によって組み込まれるものとする。
＜関連技術の記載＞

当該分野において周知のように、走査型超音波顕微鏡は、一般に、例えば１００ボルトまたはそれを超える振幅を有しなおかつ一般に数１０メガヘルツから１００メガヘルツまたはそれを超える周波数範囲の電圧パルスによって駆動されるトランスデューサを備える。

パルス音響ビームは、例えばＩＣパッケージなどの標的を貫く。エネルギの何分の一かは標的を通り抜け、残りは吸収され、散乱され、または反射される。多くの応用では、十分なエネルギが（遅延後に）トランスデューサに返されて感知される。音響エネルギは、エアギャップによってほぼ全反射される。このため、超音波顕微鏡は、ＩＣパッケージなどのデバイスの内部層間の剥離（エアギャップ）の見つけるのに極めて有用であることがわかっている。

帰還信号は、トランスデューサの共振周波数を中心とする周波数範囲で構成されたエコーである。米国特許第６，９８１，４１７号にさらに説明されているように、帰還信号は、「Ａ」波形または「Ａ−ｓｃａｎ」として一般に知られており、実際面では、ＩＣパッケージの本体内の音響インピーダンスの乱れまたは特徴に関する情報を大量に含んでいる。

当該分野において周知のように、スキャンセッション中に超音波顕微鏡によって受信される時間領域信号は、従来通りでは、ゲート制御プロセスによってゲート制御される。ゲート制御プロセス中、ゲートは、単一のピクセルに関連したピクセル表現的信号断片を隔離する。

信号のゲート制御を用いれば、ユーザは、単純にそのゲートの適切な遅延時間を選択することによって、標的内の任意の選択レベルを検査することができる。例えば、１つのピクセル断片は、３８４〜４８４ナノ秒の遅延に設定された１００ナノ秒幅のゲートによって取り込まれてよい。より深いレベルを視覚化したい場合は、より長い遅延が用いられるであろう。
＜開示の概要＞

本発明にしたがって、表面プロファイル、内部プロファイル、またはこれら２つの任意の組み合わせを含む、サンプルの任意のプロファイル画像を収集および表示することがで
きる走査型超音波顕微鏡が提供される。

本発明の別の態様にしたがうと、走査型超音波顕微鏡は、サンプルの内部音響画像を同時に収集および表示することが可能であってもよい。

本発明のさらに別の態様にしたがうと、走査型超音波顕微鏡は、表面プロファイル、時間領域信号表現、周波数領域信号表現、またはサンプル上もしくはサンプル内の特徴の任意の表現を同時に表示するように構成されてもよい。
＜詳細な説明＞

図１は、超音波撮像顕微鏡の高度な概略を示しており、例えば接触媒質９６に浸された集積回路（「ＩＣ」）パッケージ９４などのサンプルを検査するように適応されたものとして示されている。この例では、ＩＣが使用されているが、サンプルは、様々な任意の有形物であってよく、ＩＣに限定されない。サンプルは、例えば、セラミック板、ダイヤモンド、医療機器、機械の板部材、またはコンデンサもしくはトランジスタなどの電気部品であってよい。モーションコントローラ１００の制御下にあるパルサ９８は、一般に１０ＭＨｚまたはそれ未満から２３０ＭＨｚまたはそれを超えるに到る周波数のパルス超音波プローブ１０４を生成するように、トランスデューサ１０２を励起させる。トランスデューサ１０２は、モーションコントローラ１００の制御下にあるＸ−Ｙ−Ｚステージドライバ１０８を通して、Ｘ−Ｙ−Ｚステージ１０６によって、Ｘ座標、Ｙ座標、およびＺ座標でスキャンを行う。

ＩＣパッケージ９４内のインピーダンス特徴からの音響反射は、レシーバ１１０によって感知される。レシーバ１１０によって作成される音響反射信号は、アナログ形態であってよい。レシーバ１１０によって作成されるアナログ音響反射信号は、自動のまたはコンピュータ駆動式の利得制御（「ＡＧＣ」）回路１２０に供給される。ＡＧＣ回路１２０は、場合によっては、取得された音響反射信号を調整し、例えば被検査サンプルによる音響エネルギ吸収によって生じるなどの信号振幅誤差を補正するまたは低減させるために用いられてよい。ＡＧＣ１２０の出力は、デジタイザ１１２に供給され、ここで、アナログ信号は、例えば２ＧＨｚのアナログ−デジタルコンバータによって、４Ｄ時空メモリ１１４に格納するためのデジタルバイトに量子化される。

米国特許第６，９８１，４１７号で説明されているように、４Ｄ時空メモリ１１４は、３Ｄ空間内の各点に関連付けられた３空間次元に対応する時空データ、すなわち空間内の各点に関連付けられたＡ−ｓｃａｎに対応するデータのセットを格納するように適応されたタイプのものである。本発明にしたがうと、３Ｄ体積内の各点について、一連のデータバイトが格納される。データバイトは、サンプル空間内の特定の点の調査に際して返される音響反射信号の時間依存性の振幅ゆらぎを記述する。格納される音響反射信号の長さは、オペレータによって設定された、またはプログラムもしくはアルゴリズムによって生成された取り込みゲートの幅の関数である。

以下に続く、より詳細な説明から明らかになるように、メモリ１１４に格納された時空データは、一方法では、表示を作成するために、ゲート制御＆検出コンポーネント１１６によってゲート制御およびピーク検出を施される。コンポーネント１１６は、ソフトウェアアルゴリズムまたはハードウェア信号プロセッサであってよい。コンポーネント１１６からの従来のピーク検出出力信号は、ポストプロセッサ１２５において処理される。ポストプロセッサ１２５は、本発明の態様を含み、以下で詳しく説明される。

ポストプロセッサ１２５によって処理された後、取得されたデータ信号は、ディスプレイ１１８を調節するために用いられる。ディスプレイ１１８は、例えばＣＲＴモニタであ
ってよい。あるいは、周知のように、飛行時間データが表示されてもよい。

走査型超音波顕微鏡の第２の実施形態が、図２に示されている。図２は、本発明の原理を実施する超音波撮像顕微鏡の概略を示している。図１と同様に、図２の超音波撮像顕微鏡は、タンク２０６の中の接触媒質２０４に浸されたＩＣ２００を検査するように適応されたものとして示されている。ホストコンピュータ２１０の制御下にあるパルサ／レシーバ２０８は、モーションコントローラ２１２からのトリガを受信すると、パルス超音波プローブ２１６を生成するようにトランスデューサ２１４を励起させる。トランスデューサ２１４は、モーションコントローラ２１２の制御下において、Ｘ軸およびＹ軸の方向にはＸ軸＆Ｙ軸アクチュエータを、Ｚ軸方向にはＺ軸アクチュエータ２２０をそれぞれ使用して、スキャンシステム２２２を通してスキャンを行う。

モーションコントローラ２１２は、画像スキャンモード中に、アクチュエータ２１８，２２０をスキャン位置に移動させると、ホストコンピュータ２１０および深さ選択ゲートディテクタ２２４にトリガを提供する。ホストコンピュータ２１０内では、モーションコントローラ２１２からのトリガの受信を受けて、波形取得シーケンス２２６が開始され、パルサ／レシーバ２０８によって作成されるアナログ音響反射信号が待たれる。同様に、深さ選択ゲートディテクタ２２４は、モーションコントローラ２１２からのトリガを受信すると、振幅ピーク取得シーケンスを開始する。

ＩＣ２００内のインピーダンス特徴からの音響反射は、パルサ／レシーバ２０８によって感知される。パルサ／レシーバ２０８によって作成される音響反射信号は、アナログ形態であってよい。パルサ／レシーバ２０８によって作成されるアナログ音響反射信号は、深さ選択ゲートディテクタ２２４およびホストコンピュータ２１０に供給される。波形取得シーケンス２２６中、ホストコンピュータ２１０によって波形データ２２８が収集され、モニタ２３０に表示されてよい。波形データ２２８は、表面プロファイルエコー検出アルゴリズム２３２を使用して処理され、表面プロファイル画像データ２３４は、モニタ２３０に表示されてよい。

ユーザは、サンプル内の複数の深さの内部画像を検出することを選択してよい。深さ選択ゲートコントローラ２２４は、音響反射信号の受信を受けると、ユーザによって選択された各深さ選択ゲートに対応する複数の信号を作成してよい。振幅ピーク検出データ２３６が、振幅ピーク取得アルゴリズム２３８を使用して処理され、ユーザによって選択された各深さ選択ゲートに対応する内部画像データ２４０が、モニタ２３０に表示されてよい。表面画像データおよび内部画像データは、全て、コンピュータネットワーク上もしくは内部メモリ２４２内に格納されてよい、かつ／またはホストコンピュータ２１０につながれたプリンタ２４４に送信されてよい。

図３Ａは、図１に示されたトランスデューサに代わるものを示している。図３Ａは、超音波エネルギのパルスが接触流体３０２の流れを通して放出される「ウォーターフォール式」トランスデューサ３００を示している。「ウォーターフォール式」トランスデューサは、図に示されるように、耐水性のパーツと、流体３０２に接触したときに損傷を受けやすいパーツと、の両方を含みうるような回路基板をスキャンするときに有用であってよい。トランスデューサ３００は、耐水性のパーツの上方にのみ配置されてよく、そうして、非耐水性のパーツを保護している。入口３０６を有する液体ポンプ３０４が、タンク３０８の中の液状接触媒質３０２内に配置された状態で示されている。液体ポンプ３０４の出口は、可撓性の導管３１０によってトランスデューサ３１４のハウジング３１２につながれる。流体３０２の流れは、パーツ３１６の選択部分にのみ接触する。トレイ３１８は、タンク３０８の上方でパーツ３１８を保持するように適応される。図に示されるように、接触流体３０２は、タンク３０８内に集められ、入口３０６を通じて再循環されてよい。

別の代替形態では、図１〜３Ａのトランスデューサシステムは、図３Ｂに示されるようなトランスデューサ配列３５０を使用して実現されてよい。本明細書において言及される「システム」という用語は、図１〜３Ａのトランスデューサシステムを指している。図１〜３Ａのトランスデューサが、パーツの各点をスキャンするために物理的に移動しなければならないのに対し、トランスデューサ配列３５０は、パーツをスキャンする間におけるトランスデューサの物理的移動を最小に抑えるまたは完全に排除するために使用することができる。配列３５０は、パーツ３５２の上方に配置されてよい。ビーム３５４は、パーツ３５２を同時にスキャンしてよく、そうして、スキャン時間を大幅に短縮している。パーツ３５２の面積が配列３５０の面積より大きい場合は、配列３５０は、次の位置に移動してパーツ３５２の残りをスキャンするように構成されてよい。図に示された構成は、トランスデューサの正方配列であるが、線形配列、長方形配列、三角形配列、円形配列、または半円形配列などのその他の構成が使用されてもよい。

本発明の代表的実施形態にしたがうと、音響表面データは、収集され、次いで、例えば図４Ａに示されるように、各色がトポグラフィ的距離測定値に対応するような色付きの画像として表示される。音響ソフトウェアモジュールの感度は、ミクロンの範囲であり、表面の滑らかさ、色特性、または光学特性に依存しない。図４Ａは、集積チップ（ＩＣ）４０２のプロファイル画像を示している。図４ＡのＹ軸に沿ったグラフ４０４は、縦線４０６に沿ったＩＣ４０２の表面の高さのばらつきを示している。縦線４０６に沿った高さをゼロ点を基準として示すため、グラフ４０４には、定規４０８があてがわれてよい。同様に、図４ＡのＸ軸に沿ったグラフ４１０は、横線４１２に沿ったＩＣ４０２の表面の高さのばらつきを示している。定規４０８と同様に、定規４１４は、横線４１２に沿った高さをゼロ点を基準として示すために、グラフ４１０にあてがわれる。もちろん、プロファイル画像のグラフは、縦線および横線に限定されない。グラフは、ＩＣ４０２の一隅からＩＣ４０２の別の隅へと伸びる対角線、曲線、またはユーザによって調節可能な線などの、その他の点間におけるデータの集合であってよい。

収集された音響表面データは、例えば図４Ｂに示されるように、ＩＣ４０２の３次元画像を生成するために使用されてもよい。音響表面データは、ＭＡＴＬＡＢなどの数学的および図形的なレンダリングプロウグラムを使用して、図４Ｂに示されるように３Ｄ画像に変換および投影することができる。

音響表面データには、外部要因による誤差が導入される可能性がある。マシンが立設された床またはタンクが据えられた机の凹凸などの要因は、図５Ａに示されるように、画像の「傾斜」を生じる可能性がある。本発明の一態様は、例えば整合性のタンクなどによって２軸直交傾斜調整を行うことを可能にする万能傾斜取り付け具の使用に関する。この実用品は、ユーザがスキャン対象のパーツから傾斜を排除するのを助ける。一般的なスキャンとって、とりわけ表面平坦性検査およびメインバング撮像にとって、最良のデータが得られるのは、パーツの表面がスキャナに平行であるときである。表面平坦性検査およびメインバング撮像のためのゲート制御設定は、パーツがスキャナに平行であるときに大幅に簡略化される。傾斜取り付け具の傾斜は、２つの直交傾斜調整（例えばロールおよびピッチ）と固定ピボットとによって調整することができる。

図５Ｂは、代表的な傾斜取り付け具を２本の異なる軸を中心にどのようにして回転させることができるかを示した概略図である。図５Ｃを参照すると、代表的な傾斜取り付け具５００の注釈付き透視図が、代表的なロール軸およびピッチ軸とともに示されている。傾斜取り付け具５００は、取り付け具５００の各隅を昇降させるために使用される蝶ネジ５０２，５０４を含む。取り付け具の上部には、手でネジを回転させるための刻み付きのつまみがある。傾斜取り付け具の下部には、タンクの底に（運動学的結合によって）載せら
れたボールエンドのネジ先（不図示）がある。

傾斜取り付け具の形状については、その厳密な形状は可変である。図５Ｃに示された設計では、取り付け具の隅にある固定ボールの近くに重心が維持されるので、バネの使用は不要である。隅を固定ボールから離れさせると、重心は、３つのボール間の安定位置に移動する。長方形の取り付け具が使用される場合は、バネ、または安定性を提供するその他の手段が用いられてよい。

図６は、図５Ｃに示された傾斜取り付け具を手動で調整するためのステップを示したフローチャートである。ステップ６００において、トランスデューサは、２軸の傾斜取り付け具の上方に配される。トランスデューサは、次いで、ステップ６０２において、ピボット測定位置に進む。図５Ｃに示された取り付け具５００の場合は、ピボット測定位置は、左下隅に位置する。ステップ６０４において、平均ＴＯＦが測定される。平均ＴＯＦは、取り付け具５００の各隅を較正するための基準値として使用されてよい。ステップ６０６において、トランスデューサは、図５Ｃに参照されるように取り付け具の右下隅であるロール測定位置に移動される。そのロール測定位置の平均ＴＯＦが測定される。システムは、ロール測定位置ＴＯＦを、ステップ６０４において測定された基準ＴＯＦと比較する。ステップ６１０では、ステップ６０４，６０８におけるＴＯＦ測定値の差、接触媒質の速度、およびロール傾斜ネジのピッチに基づいて、ユーザは、ロール傾斜つまみを時計回りにまたは反時計回りにｘ．ｘだけ回転させるように指示されるであろう。より精密な調整のため、ディスプレイ画面上に指示器灯が表示されてもよい。ユーザがつまみを回しているときに、ロールＴＯＦがピボット位置ＴＯＦに一致すると、指示器灯は、例えば赤から緑へなどのように、色を変化させてよい。もちろん、指示器は、デバイス上の物理的な灯りであってもよいし、あるいは位置の釣り合いがとれたときにユーザに警告する音声指示器であってもよい。

ステップ６１２において、ロールＴＯＦがピボット位置ＴＯＦに一致すると、トランスデューサは、図５Ｃを参照すると左上隅である、ピッチ測定位置に移動される。ステップ６１４では、そのピッチ測定位置の平均ＴＯＦが測定される。ステップ６０４，６１４におけるＴＯＦ測定値の差、接触媒質の速度、およびピッチ傾斜ネジのピッチに基づいて、ユーザは、ステップ６１６において、ロール傾斜つまみを時計回りにまたは反時計回りにｘ．ｘだけ回転させるように指示されるであろう。より精密な調整のため、上述された灯りと同様の指示器灯が使用されてよい。ステップ６１８において、ユーザは、調整の正確さを期するために、これらの各位置を再度チェックするように促されてよい。チェックの実施が選択されない場合は、ユーザは、ステップ６２０において、後の参照のためにピッチおよびロールのつまみの位置を保存するように促されてよい。ユーザがこれらの位置を保存することを決定すると、システムは、ステップ６２２に進む。ユーザがこれらの位置を保存することを決定しない場合は、手動の傾斜調整は、ステップ６２４において終了される。ユーザがチェックの実施を選択する場合は、ステップ６２６において、トランスデューサは、ピボット測定位置に進み、平均ＴＯＦを測定してよい。トランスデューサは、次いで、ステップ６２８においてロール測定位置に進み、該ロール位置のＴＯＦを測定してよい。ステップ６３０において、ピボットＴＯＦは、ロールＴＯＦと比較される。これらのＴＯＦが一致しない場合は、システムは、ステップ６１０に戻る。これらのＴＯＦが一致する場合は、トランスデューサは、ステップ６３２において、ピッチ位置に進み、ＴＯＦを測定してよい。ピッチ位置におけるＴＯＦは、ステップ６３４において、ステップ６２６から得られたピボット位置におけるＴＯＦと比較される。これらのＴＯＦが一致しない場合は、システムは、ステップ６１６に戻り、そこで、ピッチ位置が再調整される。これらのＴＯＦが一致する場合は、システムは、ステップ６２０に進み、そこでの位置保存のステップは、上述されたのと同様である。

システムは、また、取り付け具５００に既に載せられたパーツから傾斜を排除するようにも適応されてよい。取り付け具５００に装着されたパーツから傾斜を排除するためのステップは、基本的には、上述されたのと同様である。ただし、トランスデューサは、取り付け具５００の隅に配される代わりに、パーツの隅に配されてよく、ＴＯＦの測定および比較ならびに取り付け具の傾斜は、それに応じて実施される。

図５Ｃのシステムは、傾斜補正が自動的になされるように電動であってもよい。図７は、走査型超音波顕微鏡が自動制御下において傾斜調整測定を実施することを可能にするシステムの概略ブロック図である。ロールモータ６５２およびピッチモータ６５４を制御するために、コントローラ６５０が使用される。ロールモータ７０２およびピッチモータ７０４は、取り付け具の傾斜を自動的に調整するために、傾斜取り付け具６５６につながれている。上述のステップ６１０，６１６で説明されるようにユーザが手動でつまみを調整する代わりに、ロールモータ６５２およびピッチモータ６５４は、それぞれ、測定されたＴＯＦが基準ＴＯＦに一致するように傾斜取り付け具６５６を自動的に調整する。

傾斜の物理的補正は、ときに、煩雑で時間を食うことがある。このため、本発明の一態様は、ユーザが音響表面データの収集後にデータを「正規化」して傾斜を事実上調整することを可能にしてよい。図４Ａに戻り、グラフ４０４，４１０は、ＩＣ４０２の右および下への実質的な傾斜を示している。ユーザは、音響表面データを様々な手法で正規化することを選択してよい。選択肢の１つは、パーツのプロファイル画像上の３点を、すなわち通常はパーツの３隅を選択することであってよい。３隅の平均が決定されてよく、画像は、それに応じて、図８に示されるように調整されてよい。図８に示されるように、グラフ６７０，６７２の端点は、図４Ａのグラフの端点と比べて正規化されている。対応して、色付き画像もまた、傾斜調整の結果として変更されており、プロファイルの高さの差のより精密な画像を提供している。

音響表面データを正規化する２つ目の選択肢は、図９に示されるプロファイル傾斜調整画面から回転傾斜調整を使用することであってよい。データを手動で正規化するため、ユーザは、先ず、プロファイル画像上のピボット中心を選択しなければならない。ピボット中心は、図４Ａのグラフ４０４，４１０の低点などのように、調整を必要とするものとしてユーザが決定する任意の点であってよい。ユーザは、次いで、横テキストボックス６８０および縦テキストボックス６８２に回転の量を入力してよい。あるいは、ユーザは、矢印６８４を使用して傾斜調整値を漸進的に変更してよい。

プロファイル画像は、なかでもとりわけ、パーツの反りを検出するのに有用であると考えられる。図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、パーツの過剰な反りは、基板または回路基板に対する接着のはんだ付けを弱くする、または場合によっては失敗させる恐れがある。図１０Ａに示されるような、大きく出っ張ったパーツは、基板の接着面との間の接触が弱いまたは無いような両端を有することがある。また、図１０Ｂは、大きく凹んだパーツを示している。この場合は、パーツの中間における接着が、基板の接着面との間の接触が弱いまたは無いことがある。

ユーザは、プロファイル画像上の２点を選択してそれらの２点間の高さの差を計算することによって手動で反りをチェックすることを選択してよい。差が許容範囲から外れる場合は、ユーザは、そのパーツを破棄することを選択してよい。反りは、また、超音波表面スキャン中に自動的にチェックされてもよい。ユーザは、スキャンを実施する前に、超音波表面スキャン中にパーツまたはパーツの一部の最大高さおよび最小高さを集めることを選択してよい。ユーザは、また、公差を定め、最大値と最小値との間の差がその公差を上回るような場合にパーツを破棄するようにしてもよい。パーツの超音波表面スキャン後、システムは、最大高さおよび最小高さと、差と、ユーザ定義のまたは内蔵の公差レベルに
基づくパーツの受け入れまたは却下に関する助言とを、ユーザに対して自動的に表示する。

図１１は、最大の反りなどのデータをユーザがシステムに入力することを可能にするグラフィカルユーザインターフェースを示した画面のショットである。パーツの曲率が許容範囲から外れる場合は、そのパーツは、却下することができる。これは、例えば、その欠陥があるパーツを不合格収納容器に入れるかまたはそのパーツを受け入れるかに関する可視的な指示をオペレータに対して示すことによって実現することができる。あるいは、パーツ却下プロセスは、ロボット手段によって制御することができる。

図１２は、図２に示された走査型超音波顕微鏡が音響プロファイルデータを生成することを可能にするために辿られるプログラムステップを示したフローチャートである。ステップ７００において、システムは、超音波表面画像スキャンを開始させるために始動される。ステップ７０２において、システムは、トランスデューサを、スキャンされるピクセルの位置に対応する位置に配する。ステップ７０４では、ピクセル取得シーケンスを開始させるために、ピクセルトリガが生成される。ステップ７０６において、パルサは、音響パルスを形成する。同時に、ステップ７０８では、波形の取得が始動される。波形の受信とともに、波形データは、図２に示されるようにコンピューティングデバイスのメモリに格納される。データの格納は、継続的に生じてよく、ライン、バス、またはその他の何らかの類似手段によってバッファに入れられる。ステップ７１０では、表面反射エコーが受信される。ステップ７１２において、波形の取得は終了する。波形の取得は、次いで、リセットされ、スキャンされる次のピクセルに対応する次のピクセルトリガの用意が整う。ステップ７１４では、ユーザによって設定されたピクセルトリガに関連して表面エコーＴＯＦが決定される。ステップ７１６では、表面エコーの時刻値が画像データに格納される。ステップ７１８において、画像データは、取得された状態で画像表示モニタに表示される。ステップ７２０において、システムは、全てのピクセルが取得されているかどうかをチェックする。全てのピクセルが取得されているのでない場合は、システムは、ステップ７０２に戻り、次のピクセル位置がスキャンされる。このプロセスは、全てのピクセルが取得されるまで実施される。

全てのピクセルが取得された後、システムは、ステップ７２２に進み、そこで、ラスタスキャンは終了する。システムは、次いで、ステップ７２４において、ユーザが表面曲率測定をイネーブルしたかどうかをチェックする。表面曲率測定がイネーブルされていない場合は、スキャンは完了する。表面曲率測定がイネーブルされている場合は、ステップ７２６において、収集された音響表面データを使用して表面曲率が計算される。曲率は、スキャンされているパーツの縦線および横線に沿って定められてもよいし、あるいは図４Ａおよび図８を参照にして上述されたように、ユーザ定義可能なその他の任意の線に沿って定められてもよい。やはり上述されたように、曲率は、ユーザ定義可能な２点間の平均曲率を計算されてもよい。結果は、画像表示モニタに表示されてもよいし、印刷されてもよいし、あるいは図２に示されるようにメモリに保存されてもよい。ステップ７２８において、システムは、表面曲率の受け入れ閾値および却下閾値がイネーブルされているかどうかをチェックする。閾値がイネーブルされていない場合は、ラスタスキャンは終了する。閾値がイネーブルされている場合は、ステップ７３０において、ユーザによって定義されうる上限および下限が取り出される。ステップ７３２において、パーツは、その表面曲率がユーザによって設定された限界内であるかどうかをチェックされる。表面曲率が許容範囲から外れる場合は、ステップ７３４において、モニタは、却下の指示を表示してよく、ラスタスキャンは終了する。表面曲率が許容範囲内である場合は、ステップ７３６において、モニタは受け入れの指示を表示する。

本発明の一態様は、例えばＣ−ＳＡＭ（登録商標）超音波顕微鏡などの超音波顕微鏡の
ための新しい機能である。本発明のこの態様にしたがうと、デバイスの外部表面トポグラフィを、必要に応じ、内部特徴と同時にまたはそれ単独で明らかにすることができる。音響表面プロファイルソフトウェアモジュールは、例えば、サンプルの準備をいっさいともなわずにプラスチック集積回路、フリップチップ、基板、回路基板などの反りを測定するために使用することができる。モジュールは、既存の顕微鏡に搭載する、または新しい顕微鏡に組み込むことが可能である。

パーツの表面における反りは、接着の問題を生じるのみならず、電気的不全を引き起こすクラックおよび剥離などの内部的な問題とも関係することが多い。例えば、プラスチック製カプセル化ＩＣの表面プロファイルは、１つの四分円内に反りを呈することがある。この同じ四分円は、内部的に、リード−フレーム間の剥離を示すことがある。両方の画像があれば、例えば、問題を生じるプロセスを特定することが容易になる。

音響表面プロファイルモジュールの利点の１つは、１つの機器に表面プロファイルと内部特徴との両方を表示することによって、第２の機器を購入する必要を排除すること、そして、音響画像データと同時にプロファイルデータが得られるゆえに、追加のスキャン時間を必要としないことにある。

図１２Ａは、図２に示された走査型超音波顕微鏡が音響プロファイルデータを生成すると同時に内部音響インピーダンス特徴に関するデータを生成することを可能にするために辿られるプログラムステップを示したフローチャートである。表面曲率をチェックするとともに音響プロファイルデータを生成するステップは、図１２で上述されたステップと同じである。したがって、図１２のステップは、ここに組み込まれるものとする。図１２のステップ７０６において、パルサによって音響パルスが生成される間に、ステップ７３８では、振幅ピークの取得が開始される。ステップ７４０では、ユーザ設定に応じて、反射エコーおよび透過エコーのいずれか一方または両方が受信される。例えば、パーツ内の隙間は、強い反射を示すが透過は示さない。ユーザは、反射または透過のいずれかを検出することを選択してもよいし、あるいはいっそう陽の内部画像を提供するために両方を検出することを選択してもよい。ステップ７４３において、システムは、受信エコーの一方または両方をチェックし、ユーザ定義のゲート内に位置するピーク信号を選択する。ピーク信号値ゲートは、ステップ７４４において、対応する画像データに格納される。ステップ７４６において、ピーク振幅の取得は終了し、次のトリガのためにリセットされる。システムは、次いで、図１２にあるようにステップ７１８に進み、画像表示モニタに画像データを表示する。ステップ７２０において、システムは、全てのピクセルが取得されているかどうかをチェックする。全てのピクセルが取得されているのでない場合は、システムは、図１２のブロック７０２に進み、次のピクセル位置がスキャンされる。

本発明の一態様は、標的の検査に有用な超音波マイクロ撮像方法に関する。方法の１つのステップは、好ましくは超音波の範囲にある集束されたパルス音響ビームで標的をスキャンすることである。パルスビームは、標的との相互作用による変更後に感知され、変更されたパルスビームは、標的の表面トポグラフィはもちろん、標的内部の音響インピーダンス特徴も表現している。変更を示す時間領域信号が生成され、次いで、標的との相互作用によってパルス音響ビームに対して成された周波数選択性の変更の周波数領域表現を生成するために処理される。時間領域信号、周波数領域信号表現、および表面トポグラフィデータは、標的の内側の音響インピーダンス特徴についての２つの異なる可視的表示を、表面トポグラフィデータとともに提供するために表示される。

米国特許第６，８９０，３０２号に詳しく説明されるように、収集された表面および内部の音響データは、好ましくはフーリエ変換、高速フーリエ変換、離散型フーリエ変換などの周波数領域変換、またはその他のこのような周知の信号処理技術を施されてよい。

図１３Ａは、図４Ａの表面プロファイル画像と同様に、ＩＣの色付き表面トポグラフィを示している。図１３Ｂは、ＩＣの時間領域画像を示している。図１３Ｃは、ＩＣの周波数領域表現を示している。図１３Ａ〜１３Ｃの画像を任意に組み合わせて表示することによって、ユーザは、３つの図のいずれかに示された欠陥がどのようにその他に影響を及ぼしうるかに関してより良く理解することが可能になるであろう。

図１４は、ユーザが表面プロファイルデータを、例えば内部音響インピーダンス特徴を表す時間領域信号および／または周波数領域表現と同時にどのようにして可視的に表示することができるかを示したフローチャートである。これらの３つの可視的表現は、データの生成とともに、任意の組み合わせで生成および表示できることを理解されるべきである。あるいは、これらの３つの信号は、パーツについて事前に取得されたデータの「仮想サンプル」をともなう動作によって、任意の組み合わせで表示することができる。

ステップ８００では、上述のように、プロファイルデータおよび内部データが収集されてよい。ステップ８０２において、システムは、ユーザが周波数領域表現の表示を選択したかどうかをチェックする。周波数領域表現の表示が選択されない場合は、システムは、ステップ８１０に進む。周波数領域表現の表示が選択される場合は、ステップ８０４において、コンピュータは、ユーザ選択データを収集する。ステップ８０４のユーザ選択データは、ユーザがパーツを解析したいと考えている周波数関連の特性または範囲を指している。例えば、ユーザは、特定の周波数帯について、パーツがどのように見えるかについての可視的表示を見たいと考えるかもしれない。これを実現するために、ユーザ選択データ（例えば周波数帯）がシステムに入力され、すると、システムは、ステップ８０６において、周波数データを使用したフーリエ変換を時間領域信号に施す。結果得られた変換信号は、次いで、ステップ８０８において、それ単独で、またはステップ８１０においてユーザによって時間領域表現が選択される場合は時間領域信号および表面トポグラフィ画像とともに、ディスプレイに表示される。

ステップ８１０において、時間領域表現の表示が選択されない場合は、システムは、ステップ８１４に進む。時間領域表現の表示が選択される場合は、次いで、ステップ８１２において、結果得られた時間領域表現は、それ単独で、または周波数領域信号および／または表面トポグラフィ画像とともに表示される。

ステップ８１４において、表面トポグラフィの表示が選択されない場合は、プロセスは終了する。表面トポグラフィの表示が選択される場合は、次いで、ステップ８１６において、表面トポグラフィ画像は、周波数領域表示および時間領域信号表示のいずれか一方または両方とともに表示されてよい。

本発明は、本発明の例示のみを意図して限定を意図しない具体的な例を参照にして説明されているが、当業者ならば、開示された実施形態に対し、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく上記以外にも変更、追加、または省略を加えられることが明らかである。

超音波撮像顕微鏡の概略図である。 代替の超音波撮像顕微鏡の概略図である。 本発明の特定の応用で実装されうる代替のトランスデューサアセンブリを示している。 本発明の特定の応用で実装されうる代替のトランスデューサアセンブリを示している。 本発明の態様を理解するのに有用な、集積チップのプロファイルスキャンの図である。 集積チップの３次元図である。 傾斜したパーツに向けられた超音波パルスの側面図を示している。 代表的な傾斜取り付け具を２本の異なる軸を中心にどのようにして回転させることができるかを示した概略図である。 代表的なロール軸およびピッチ軸とともに示された代表的な傾斜取り付け具の注釈付き透視図である。 傾斜取り付け具を手動で調整するステップを示したフローチャートである。 走査型超音波顕微鏡が自動制御下において傾斜調整測定を実施することを可能にするシステムの概略ブロック図である。 図４Ａに示されたＩＣの、正規化されたプロファイルスキャンである。 プロファイル画像を手動で正規化するために使用されるプロファイル傾斜調整画面の図である。 パーツの過剰な反りを示す図である。 パーツの過剰な反りを示す図である。 ユーザが反り情報を指定することを可能にするグラフィカルユーザインターフェースを示している。 走査型超音波顕微鏡が音響プロファイル情報を収集することを可能にするために辿られるプログラムステップを示したフローチャートである。 走査型超音波顕微鏡が内部音響情報およびプロファイル音響情報を同時に収集することを可能にするために図１２とあわせて使用されるフローチャートである。 同時に表示することができるプロファイル画像、時間領域画像、および周波数領域画像の図である。 同時に表示することができるプロファイル画像、時間領域画像、および周波数領域画像の図である。 同時に表示することができるプロファイル画像、時間領域画像、および周波数領域画像の図である。 ユーザが表面プロファイルデータを、時間領域信号表現および／または周波数領域信号表現と同時にどのようにして可視的に表示することができるかを示したフローチャートである。

Claims (8)

1. 超音波トランスデューサと、
   データを保存するためのメモリと、
   ディスプレイと、
   前記超音波トランスデューサを上に取り付けられたモータによって駆動されるスキャナアセンブリと、
   前記トランスデューサ、前記メモリ、前記ディスプレイおよび前記モータに電気的に接続されたコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   サンプルに対する経路に沿って前記モータを移動させ、
   前記経路に沿った複数の位置における各位置で、前記サンプルに向かって少なくとも一つの音響エネルギのパルスを、前記超音波トランスデューサに放出させ、
   前記超音波トランスデューサから放出された前記少なくとも一つのパルスのそれぞれに対応する反射信号を、該超音波トランスデューサに受信させ、
   前記反射信号のそれぞれを、前記メモリに保存させ、
   前記メモリに保存されている少なくとも幾つかの反射信号を使い、前記ディスプレイに表示される前記サンプルのプロファイル像を生成し、
   前記少なくとも幾つかの反射信号と同じ信号を使い、前記サンプルの内部の音響インピーダンス特徴を表し、且つ、前記プロファイル像と同時に前記ディスプレイに表示される像を生成する、
   ように適応され、
   前記サンプルのプロファイル像は特定の線に沿った該サンプルの表面の高さのばらつきを示し、そこでは該高さのばらつきはゼロ点を基準として示され、該プロファイル像は、該サンプルの表面のトポグラフィの色付き表示を含む、
   走査型超音波顕微鏡。
2. 前記サンプルは、マイクロエレクトロニクスサンプルを含む、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
3. 前記コントローラは、前記トランスデューサを前記サンプルに対してＸ−Ｙラスタスキャンで移動させるように適応される、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
4. 前記音響インピーダンス特徴の像は、時間領域信号から生成される、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
5. 前記コントローラは、前記放出されたパルスと前記時間領域信号との差の周波数領域表現を生成するために前記時間領域信号を処理するように適応される、請求項４に記載の走査型超音波顕微鏡。
6. 前記サンプルは、セラミックまたは金属の板を含む、請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
7. 前記コントローラは、前記メモリに保存された反射信号の全部を使い、前記プロファイル像を生成する、
   請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。
8. 前記コントローラは、前記メモリに保存された反射信号の全部を使い、前記内部の音響インピーダンス特徴の像を生成する、
   請求項１に記載の走査型超音波顕微鏡。

Images