JPH01109258A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、材料または部品の平面部の表面欠陥を検査す
る超音波探傷装置に係わり、特にウェーハ等の表面の微
細な傷または欠陥を明瞭に検出して検査するのに好適な
探傷装置に関する。

［従来の技術］ 従来の一般的な超音波探傷装置を第３図により説明する
０図において、１は水２を注入した水槽、３は水槽１内
の底に設置された平板状の被検体、４は水２に浸漬され
た点焦点形の探触子である。

５はスキャナで、探触子４を探触子ホルダ４ａで支持し
、被検体３の探傷面に垂直に相対させてＸ。

Ｙ、ｚの各方向へ立体的に移動可能に水槽１をまたいで
設置されている＠　６ａ＊　６ｂｅ　６ｅはそれぞれス
キャナ５のＸ、Ｙ、Ｚの各走査用のアクチュエータ、７
は水槽１およびスキャナ５を設置したステージである。

探触子４はパルサ８およびレシーバ９に接続され、レシ
ーバ９はピークディテクタｌＯおよび図示していないＡ
／Ｄ変換器を経てＣＰＵ１２に接続されている。ＣＰＵ
１２はアクチュエータ６ａｅ　Ｓｈｅ　６ｅへ動作信号
を出力してスキャす５の動作を制御するスキャナコント
ローラ１１に接続されるとともに１画像入出力装置１４
を介して被検体８の白黒表示の画像をモニタリングす菖
テレビモニタ１５に接続されている。なお１３はＣＰＵ
１２からの出力をカラー表示するＣＲＴである。

いま−例として施工後の平面状態の検査を必要とするア
ルミ蒸着を施したシリコンウェーハを被検体として探傷
する。シリコンウェーハは蒸着前のシリコンウェーハの
表面状態や真空条件等の影響を受は必ずしも均一な厚さ
の膜を形成することができず、絶対量は微小ながらも基
準値に対して過大もしくは過小の蒸着状態の欠陥が発生
する場合がある。検査はまず探触子４を被検体３の探傷
面（本例の場合はアルミ蒸着膜の表面）に垂直に相対さ
せて走査始点に移動させ、被検体３の表面に焦点を結ぶ
ように探触子４の高さを調整する。

つぎにパルサ８より探触子４に対してパルス電圧を印加
すると、発射された超音波は水２を介して集束し被検体
３の表面に焦点を結ぶ、被検体３がらの反射波は探触子
４を介してレシーバ９に受信されそして増幅される。レ
シーバ９で増幅された反射波信号はピークディテクタ１
Ｇに入り任意に所望の幅でゲートをかけられ、そのゲー
ト内の信号を検波してその信号値に比例するＤＣ電圧が
波形信号として出力される。ピークディテクタ１ｏより
出力された波形信号はＡ／Ｄ変換された後ＣＰＵ１２に
入力され、その入力信号はＣＰＵ１２より画像入出力装
置１４を介してモニタテレビ１５に送られ被検体３表面
の白黒表示のＣスコープ像を出方する。

引き続きこのＣスコープ像をモニタリングしなからＣＰ
Ｕ１２よりスキャナコントローラ１１を介してアクチュ
エータ６ａ、６ｂｅ　６゜に対する動作信号を出力し、
探触子４を探傷面に垂直に相対させたままスキャナ５を
Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に移動させ被検体３の走査領域を順
次走査する。ところで。

実際には前記超音波ビームの焦点は音波の波動性のため
に点にはならず、探触子４の振動子径、焦点距離および
周波数により決まる波長とから計算される有限の大きさ
になる。そしてこの焦点における超音波ビームの太さは
、振動子径および周波数が大きいほど、又焦点距離は小
さいほど絞られ、小さく絞られるほどその焦点における
音圧が上昇して探傷感度を高め微細な欠陥に対する検出
能力が向上するが、振動子径を大きくすることについて
は厚さを均一に仕上げにくい製作上の問題があり１周波
数を高めることについては振動子径が大きくなるほど又
周波数が高くなるほど振動子全面を均一に振動させにく
くなる問題があり、また焦点距離は探触子４の音響レン
ズを形成する曲率半径により決まるが振動子径が大きく
なるほど曲率半径も大きくなり焦点距離も大となるから
、結局振動子径９周波数および焦点距離の王者の値は互
いに関係し合いながら制限を受け、結果として超音波ビ
ームを絞り得る限度が制限されることになる。このため
例えば被検体３のアルミ蒸着の一部に欠陥となる突起状
の過大部があるような場合は。

その過大部の大きさおよび形状により差はあるものの前
記焦点における超音波ビームの大きさが該欠陥より大き
くなるほど焦点の大きさ内に該欠陥のほか該欠陥以外の
平滑部をより多く包含するから、その状態で該欠陥の範
囲の超音波ビームが散乱し減衰しても該欠陥からの反射
波の受信音圧と該欠陥以外の平滑部の反射波の受信音圧
との間の差が小さく、Ｃスコープ像における平滑部の輝
点と欠陥の暗点との区別が不明瞭になり、該欠陥のみを
Ｃスコープ像において他と明瞭に区別して検出すること
が困難になる。従って前記従来の超音波探傷装置におい
ては、超音波ビームを前記制限内に絞った場合でも、Ｃ
スコープ像における表示で明瞭に他と区別して検出可能
な欠陥の大きさは、前記超音波ビームの大きさ相当のサ
イズより小さくすることができず、ミクロン単位の微細
な欠陥を明瞭に検出することができない問題点を有して
いる。

【発明が解決しようとする問題点］ 前記の如〈従来の超音波探傷装置は、超音波ビームを前
記絞り得る限度まで絞っても焦点における超音波ビーム
の大きさはミクロン単位の微細欠陥に比べて大きく、欠
陥のみをＣスコープ像において他と明瞭に区別して検出
することがむっかしい、従って明瞭に他と区別して検出
可能な欠陥の大きさは、その超音波ビームの焦点におけ
る大きさ相当のサイズより大きい範囲の欠陥となり１ミ
クロン単位の微細な欠陥を検出することができない問題
点を有していた。

本発明は前記従来技術の問題点を解消するものであって
、従来の振動子径９周波数および焦点距離を変更するこ
となくそのまま使用し、これら王者の関係で制限される
焦点における超音波ビームの大きさにより探傷した場合
でも、欠陥のみをＣスコープ像において他と明瞭に区別
して検出することができ、前記焦点における超音波ビー
ムの大きさ相当のサイズより小さいミクロン単位の範囲
の微細欠陥を検出することができる超音波探傷装置を提
供することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段］ 本発明は、探触子を液槽内の被検体に相対させて保持し
前記被検体に対してＸ、Ｙ、Ｚの各方向に立体的に走査
可能なスキャナと、該スキャナの走査による被検体から
の反射波信号をピークディテクタを介して画像表示する
画像表示装置とを有し、その表示画像をモニタリングし
て被検体の探傷を行う超音波探傷装置において、前記ス
キャナにおける探触子を、被検体に対して前記Ｘ、Ｙ。

２の各方向のほか任意の角度に傾斜可能に保持する構成
にしたことを特徴とする超音波探傷装置としたことによ
り、従来の振動子径９周波数および焦点距離を変更する
ことなくそのまま使用して探傷した場合でも、欠陥のみ
をＣスコープ像において他と明瞭に区別して検出するこ
とができ、前記焦点における超音波ビームの大きさ相当
のサイズより小さいミクロン単位の範囲の微細欠陥をも
検出することができるようにしたものである。

［作用］ スキャナにおける探触子は、被検体表面の探傷面に対し
てＸ、Ｙ、Ｚの各方向に走査可能のほが任意の角度に傾
斜可能に保持された構成となっているから、被検体に対
する検査は、まず探触子の焦点を探傷面に合わせた後、
当初より該探傷面に対して探触子を数置（５〜６度）以
内に傾斜させて１次走査が行われる。探傷面からの反射
波信号はピークディテクタによりゲートをかけられ、ゲ
ート内の反射波信号はその信号値に比例するＤＣ電圧が
Ａ／Ｄ変換され波形信号としてＣＰＵに入力される。こ
の入力信号は画像入出力装置を介してモニタテレビに送
られ白黒表示のＣスコープ像を出力するが、平滑である
べき探傷面に例えば山形の突起状の欠陥が存在するよう
な場合には、平滑で欠陥のない部分と欠陥とでは、平滑
部が探触子からの入射波を鏡面反射しその反射波が探触
子にほとんど受信されないのに対して、欠陥からはその
形状等により差異はあるものの正反射波が探触子に受信
される割合が多いから反射波音圧の差を生じ、平滑部に
比べて欠陥の方が高い輝度で表示される。そしてこの平
滑部より高い輝度の出現位置およびエコーレベルがＣＰ
Ｕに順次入力され。

走査領域の走査が終るまで続けられる。続いて探傷面に
対する探触子の傾き角を大きく（例えば１０〜１５度）
し、予め試験片で設定したエコーレベルのしきい値より
前記ＣＰＨに入力されたエコーレベルの方が高い位置の
みを順次２次走査する。この場合探触子の傾き角は、前
記位置において反射エコーレベルが最大になるまで角度
調整され、エコーレベルが最大になる角度をモニタテレ
ビで検出すると、同位置で探触子をＺ軸方向に走査しそ
の時の反射エコーレベルを順次検出してＣＰＵに入力し
、モニタテレビにＣスコープ表示する。上記走査により
得られたＣスコープ像は、輝度の差から欠陥のみが鮮明
に表示され欠陥のない平滑部と区別して欠陥のみを明瞭
に検出することが可能になり、従来の探傷装置で推定的
な検出しかなし得なかった範囲の微細欠陥をも検出する
ことが可能になる。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図および第２図を参照して説明す
る。第１図は本発明に係わる超音波探傷装置の全体概略
図、第２図は被検体の探傷面に対する探触子の傾きを説
明する図で、第２図（ａ）は１次走査時における傾き、
第２図（ｂ）は２次走査時における傾きの場合を示す図
である１図において第３図と同符号のものは同じものを
示す、　１６は探触子４を取付ける取付部材で、取付部
材１６は探触子ホルダ４ａに支持れている。また取付部
材１６にはアクチュエータ６ｄが設けられており、アク
チュエータ６ｄを駆動することにより探触子４の被検体
３に対する角度が任意に変えられる構成になっている。

アクチュエータ６ｄは他のアクチュエータ６ａｙ　６ｂ
＊　６ｃと同様にスキャナコントローラ１１に接続され
ており、ＣＰＵ１２からの動作信号により制御さ九る。

つぎに作用の説明を従来技術の説明と同様にアルミ蒸着
を施したシリコンウェーハを被検体とした例について行
う、まず探触子４を被検体３の走査始点に位置させ、被
検体３の表面に第２図（ａ）に示すように欠陥のない平
滑な探傷面３ａに対して角度θ、傾斜させた状態で焦点
を結ぶように高さ調整する。角度θ１は被検体３の表面
状態にも探触子４は角度θ□を保持したまま行われ、探
傷面３ａからの反射波信号はレシーバ９を介してピーク
ディテクタ１０に入力され、ゲートをかけられてゲート
内信号に比例するＤＣ電圧が波形信号としてＡ／Ｄ変換
されたのちＣＰＵ１２に入力される。

ＣＰＵ１２に入力された波形信号は画像入出力装置１４
を介してモニタテレビ１５に送られ白黒のＣスコープ像
を表示する。ところでこの場合の平滑な探傷面３ａから
の反射波は、探触子４の角度θ、の傾斜により鏡面反射
をするから探触子４に受信される反射波音圧はきわめて
低い値となる。しかし例えば第２図（ａ）に示すように
、探傷面３ａの一部に欠陥３ｂとなる突起状の過大な蒸
着膜（説明上特に拡大して図示している）が形成されて
いる場合には、該欠陥３ｂにおける反射波は、欠陥３ｂ
の形状にもよるが該欠陥３ｂの傾斜部から正反射してそ
のまま探触子４に受信される量が多く、前記平滑な探傷
面３ａに比べて反射波音圧が高くなる。

このためモニタテレビ１５上のＣスコープ像には平滑な
探傷面３ａが暗く欠陥３ｂが輝点となって表示される。

この表示は前述の探触子４を探傷面３ａに垂直に相対さ
せた場合に比べ輝点と着点が反対に表示され、また輝点
と暗点の程度が欠陥３ｂの突起が大きい程鮮明に表示さ
れるからモニタリングを容易にする効果を有する。所定
の走査領域について前記１次走査を行い検出された前記
輝点の出現位置およびエコーレベルをＣＰＵ１２に順次
入力する。ＣＰＵ１２には予め試験片により設定したエ
コーレベルのしきい値が入力されており、前記被検体３
を１次走査してＣＰＵ１２に入力したエコーレベルが前
記しきい値と比較される。そしてしキイ値より高いエコ
ーレベルの出現位置のみが引き続き２次走査される。２
次走査はまず第２図（ｂ）に示すように探触子４を第２
図（ａ）と同位置にし。

該位置で角度を０１から次第に増して反射エコーレベル
が最大になるθ、まで傾ける。角度θ、はモニタテレビ
１５で検出される。つぎに同位置で探触子４を図示の２
方向に走査し、そのときの反射エコーレベルを順次ＣＰ
Ｕ１２に入力してモニタテレビ１５にＣスコープ表示す
る。続いてしきい値より高い他のエコーレベルの出現位
置が同様に走査され２次走査が終了する。

前記１次走査における欠陥の位置検出および位置検出さ
れた欠陥の２次走査における確認は、いずれも被検体３
に対して探触子４を任意の角度に傾斜させ、欠陥３ｂか
らの正反射波を探触子４に受信させ鮮明な画像でモニタ
リングして行われるから、前述した従来技術において焦
点における超音波ビームの大きさにより制限を受は他と
区別して検出することができなかったサイズの微細欠陥
でも、従来と同等の大きさの超音波ビームを使用しても
その制限を受けることなく明瞭に検出することが可能に
なる。また、前記２次走査は欠陥の形状にもよるが例え
ば第２！！ｌに示すような突起状の欠陥３ｂのような場
合はその形状および大きさをも検出することが可能であ
る。

［発明の効果］ 以上説明した如く本発明は、スキャナにおける探触子を
、液槽内の被検体に対してＸ、Ｙ、Ｚの各方向に走査可
能のほか任意の角度に傾斜可能に保持する構成の超音波
探傷装置としたから、従来の振動子径９周波数および焦
点距離を変更することなくそのまま使用してもＣスコー
プ像における欠陥を鮮明に表示し、欠陥のみを明瞭に他
と区別して検出することができ、前記振動子径９周波数
および焦点距離で決まる焦点における超音波ビームの大
きさ相当のサイズより小さい微細欠陥を検出することが
できる実用上の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる超音波探傷装置の実施例の全体
概略図、第２図は被検体に対する探触子の傾斜を説明す
る図で、第２図（ａ）は１次走査時における傾きを示す
図、第２図（ｂ）は２次走査時における傾きを示す図で
ある。 第３図は従来の一般的な装置の全体概略図である。 特許出願人　　日立建機株式会社 代理人　弁理士　　秋　本　正　実（外１名）第１　図 （ａ） ２　図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、探触子を液槽内の被検体に相対させて保持し前記被
   検体をＸ、Ｙ、Ｚの各方向に立体的に走査可能なスキャ
   ナを有し、該スキャナの走査による被検体からの反射波
   信号をピークディテクタを介して画像表示し、その表示
   画像により被検体の探傷を行う超音波探傷装置において
   、前記スキャナにおける探触子を、被検体に対して前記
   Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向のほか任意の角度に傾斜可能に保持
   する構成にしたことを特徴とする超音波探傷装置。 ２、探触子の被検体に対する傾斜を、探触子を取り付け
   た取付部材に設けたアクチュエータを介して行う構成に
   した特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷装置。