JPS59122942A - 超音波顕微鏡装置 - Google Patents

超音波顕微鏡装置

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JPS59122942A
JPS59122942A JP57233412A JP23341282A JPS59122942A JP S59122942 A JPS59122942 A JP S59122942A JP 57233412 A JP57233412 A JP 57233412A JP 23341282 A JP23341282 A JP 23341282A JP S59122942 A JPS59122942 A JP S59122942A
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ultrasonic
laser beam
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Masashi Nagase
永瀬 政志
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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は超音波を用いて被測定物の内部構造を観察する
超音波顕微鏡装置に関する。
〔発明の技術的背景〕
たとえば集積回路の製造時には、種々の処理過程を経る
間に欠陥を生じることがある。このような欠陥が集積回
路の重要な領域に発生すると電気的欠陥を引き起こす。
このような欠陥の多くは、ICチップの表面直下の層界
面に現われるために光学顕微鏡では発見することはでき
ない。このために被測定物の表面直下に存在し、光学的
観察では隠れてしまう欠陥、物質の弾性的性質の変化等
を測定する有力な手段として超音波顕微鏡装置が用いら
れることがある。
このような超音波顕微鏡装置の画像形成の原理は、音源
から与えられた超高周波の超音波を音響レンズにより微
小スポットに収束し、被測定物の表面上を機械的な手段
で2次元走査する。
そして被測定物で反射、散乱された超音波を集音して電
気信号に変換する。そしてこの電気信号を超音波スポッ
トの走査に同期させて、たとえばCRTに2次元表示し
て超音波像を得るものである。
第1図は従来の超音波顕微鏡装置Mの一例を示すブロッ
ク図で、高周波パルス発生器1で高周波・やルス電圧を
発生してバッファ増幅器2およびサーキュレータ−3を
介して音響レンズ4の後端に設けた圧電トランスデー−
サ5へ与える。
この圧電トランスデー−ザ5は醸化亜鉛(ZnO)等の
圧電物質を用い上記高周波パルス亀圧と同一周波数でか
つその電圧に対応する強度の超音波を発生する。そして
この超音波は平凹形のサファイアロッドからなる音響レ
ンズ4で集束される。すなわち音響レンズ4の平面側に
は上記圧電トランスデユーサ5を設け、凹面側は球状に
研磨している。そして音響レンズ4で集束した超音波に
より被測定物6上に微小スポットを形成させる。なお音
物レンズ4の球面と被測定物6との間には液体、気体等
の媒質7を充填する。この場合、一般に媒質7に気体を
用いると、圧力を高める程、分解能を向上することがで
きる。そして被測定物6に到達した超音波は、その表面
および表面下で表面近傍の部分の音響特性に応じて、反
射、散乱、透過するので、再び上記音響レンズ4で集音
する。そして集音した超音波は圧電トランスデー−サ5
により電気信号に変換し、サーキュレータ3を介してダ
ート回路8へ与える。ダート回路8では必要な信号情報
だけを選択し、減衰B9、高周波増幅回路10を介して
混合回路11へ与える。混合回路1ノには局部発振回路
12から局部発振出力を与えて中間周波数に変換し、中
間周波増幅回路13で増幅する。そして中間周波増幅回
路13の出力を検波回路14で検波した後、ブランキン
グ回路15、ピーク検波回路16、リミッタ回路17を
介してスキャンコンバータ18へ与える。−力制御回路
19は走査駆動回路20を介して被測定物6を載置した
ステージ2ノを、たとえばY方向走査としてリードスク
リー−にによる低速度走査を行ない、また音響レンズ4
をX方向走査としてボイスコイルによる高速度走査を行
なう。そして上記Y方向およびX方向の走査により2次
元走査を行なうようにしている。またこの走査に同期し
てp−)回路8、ブランキング回路15およびスキャン
コンノぐ一タ18へ信号を与え被測定物6面上の対応す
る位置の輝度信号を得る。そしてこの輝度信号を上記2
次元走査に同期した被測定物6の画像としてモニタ21
に映出するようにしている。
〔背景技術の間腕点〕
しかしながらこのようなものでは被測定物6として、た
とえば集積回路を対象とする場合その電気的な動作条件
、温度等の周囲条件が測定毎に異なる状態における測定
では、すべて操作者の人手により被測定物6の駆動回路
の設定、周囲条件の設定等を行なう必要がある。またそ
れぞれの条件下の測定結果を一旦、写真撮影等を行なっ
て、記録する必要があり、操作が複雑かつ面倒で、時間
もかかる。また異なる条件下の測定結果を比較するため
には複数の写真を観察して行なうために判定が離しく、
精度も悪い。
したがって、高度の熟練を必要とし時間もかかり、誤り
も生じ易い。
〔発明の目的〕
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので測定対象の
集積回路の動作条件、周囲条件の条件設定を簡単に行な
え、異なる条件下の測定データを高速に記憶し、かつこ
の記憶内容を演算してカラー表示することができ、さら
にレーザービームにより特定箇所の局部加熱を行なうこ
とができる超音波顕微鏡装置を提供することを目的とす
るものである。
〔発明の概要〕
、すなわち本発明の超音波顕微鏡装置は、条件設定を演
算処理装置を用いて行ない、かつ任意の条件設定による
測定結果を記憶回路に順次に記憶することができ、さら
に記憶回路に記憶した複数の測定画像あるいは、その相
互間の演算結果を異なる色で表示することができるよう
にしている。さらにレーザービームにより任意の出力で
特定箇所を加熱することができるようにしたものである
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図と同一部分に同一符号を
付与して第2図に示す要部のブロック図を参照して集積
回路を測定対象とするものを例として詳細に説明する。
第2図に示す検波回路14には、第1図に示すブロック
図と同様に、超音波を微小スポットに集束して被測定物
上を2次元走査し、反射、散乱された超音波を検出して
電気信号に変換して増幅し、画像を形成するために処理
した信号が与えられる。そして検波回路14の検波出力
は、A/D変換回路22でデジタル信号に変換し、切換
回路23を介して複数の記憶憶路241.242・・・
24nの1つに実時間でたとえば各画像毎に記憶する。
ここで記憶回路24の選択は演算制御装置25番こよっ
て行ない、切換回路23に制御信号を与えて記憶回路2
4の選択を行なうようにしてし)る。
また演算制御装置25は、記憶回路24番こ取り込んだ
測定データによって構成される画像相互間の演算を行な
い演算結果を異なる記憶回路24に記憶する。なお、演
算制御装置25は、ROMおよびRAMからなるメモリ
26に記憶したコントロールゾロダラムによりキーボー
ド27からの指示に従って演算および制御を行なう。
そして、記憶回路24に記憶した測定データは、演算制
御装置25の指示により任意に選択して画像表示回路2
8を介してカラー映像信号を得、モニタ29に映出する
。なおこの場合、記憶回路24の1つもしくは複数の記
憶内容を異なる色で重ね合せて表示することができるよ
うにしている。したがって、動作条件自で得た測定デー
タによる超音波像に動作条件C2で得た測定データによ
る超音波像を異なる色で重ね介せて表示することができ
る。また、動作条件C1の測定データによる超音波画像
に動作条件C1yC2の測定データによる各超音波画像
の差の画像を異なる色で重ね合せて表示することもでき
る。
そして、演算制御装置25から条件設定回路30に設定
した動作条件により、試料駆動回路3ノを介して被測定
物6である集積回路に対して駆動信号を与え電気的な動
作条件を設定する。
また同時に上記動作条件に対応して測定データを記憶す
べき記憶回路24を選択する。さらに・ 演算制御装置
25は、走査制御回路32へも制御信号を与えて走査駆
動回路33を介して音響レンズ4およびステージ7を駆
動し、超音波ビームのスポットを被測定物6上で走査さ
せる。
なおこの場合、音特レンズ4および被測定物6は相互に
同期して直交するX方向およびY方向に駆動し、2次元
走査を行なうようにしている。
またこのような超音波顕微鏡装置で半導体集積回路の不
良解析を行なう場合、非連続的に不良状態になることが
ある。このような場合、不良原因が発熱による素子の伸
縮にあっても、素子の自己発熱だけでは超音波画像に明
らかな差異を見い出せず不良原因を検出、指摘できない
ことがある。このために素子の特定の箇所を外部から強
制的に加熱する必要を生じることがある。
したがって、第2図において34はレーザー光源、35
はレーザー光源34から出力されるレーザービームの出
力を制御するQスイッチ等の光シャッタである。そして
光シャッタ35で周期およびパルス幅を制御してチョッ
♂ングし、光ファイバ36を介して光学レンズ系37で
必要な大きさのスポットに絞り所望の箇所へ照射するよ
うにしている。上記光シャッタ35も演算制御装置25
から制御信号をシャッタ駆動回路38を介して与えレー
ザービームの周期およびパルス幅を制御する。なお上記
光学レンズ系37はステージ20で保持し、超音波ビー
ムの走査時にレーザービームによる照射位置を所望箇所
に組持することができるようにしている。
なおレーザービームの照射位置の設定は、たとえば図示
しない光学顕微鏡を用いて行なえばよい。またレーザー
の出力が大きく、照射位置を直接、観測することが危険
な場合は、可視領域で小出力のレーザー、た1えば出力
数mWのHe −Neレーザービームを半透鏡を用いて
その光軸を加熱用のレーザービームに等しくするように
導けばよい。
そして上記小出力のレーザーだけを照射して光学顕微鏡
で照射位置を観察、設定すればよい。
しかして上記実施例によれば動作条件、周囲条件を簡単
かつ容易に設定することができ、しかも異なる条件下に
おける測定データを高速に記憶し、この記憶内容を演算
し、カラー表示することができる。また任、意に出力を
制御し得るレーザービームにより所望箇所を局部的に加
熱することができ、たとえば集積回路の素子の発熱によ
る不良原因を容易に究明することができる。
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく
、たとえばレーザー光源34は連続発振のものだけでな
く、ノ臂ルスレーザーでもよい。ノ’?ルスレーザーを
用いた場合は、演算制御装置25により、たとえば周期
を制御することにより任意の出力に調整することができ
る。またレーザー光源34は固体、気体、色素、半導体
等、適宜な種類のものを用いることができ、局部加熱を
行ない得るヱネルギーを満にすればよい。またこのレー
ザービームの照射領域の大きさが適当な大きさであれば
光学レンズ系37を用いることなく光ファイバ36の端
部から直接、照射するようにしてもよい。さらに、レー
ザービームによって局所加熱をする際に被測定物6の上
面から照射するものだけでなく、裏面からレーザービー
ムを照射するようにしてもよい。この場合は波長の長い
赤外線レーザーを用いると特に効果がある。またレーザ
ービームをチョッピングして出力を制御する場合にQス
イッチ等の光シャッタだけでなく、たとえば外周に切欠
きを設けた円板を回転してチョッピングするようにして
もよい。またこの場合、電気光学効果を利用した光変調
器、たとえばポッケルスセル等のQスイッチ、カー効果
を利用だ光変調器を用いてもよい。さらに超音波光強度
変調器をオン・オフ変調してもよいし、レーザー発振器
にQスイッチを組み込んでこのQスイッチを発振させる
ようにしてもよい。さらにQスイッチの素子としては、
ボッ′ケルスセルの他に、超音波偏光器、過飽和色素セ
ル、回転プリズム等も使用できる。また答、L濃VL 
jiJ?u ’a”j乙(9++。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、たとえば半導体集積回路
を被測定物とする場合、動作条件、周囲条件の設定を演
算処理装置で行なうので簡単かつ確実に任意の条件を設
定でき、しかも同一条件の繰返し設定も容易に行なえ一
旦設定°した条件の再現性も良好である。また複数の条
件の各測定データをそれぞれ記憶し、これらの記憶内容
を単独に、あるいは相互に演算してカラー表示すること
ができ観測が容易で測定データの変化、差異等も簡単か
つ明瞭に表示することができ、格別の熟練も必要としな
い。さらにし−ザーピームによって特定箇所を任意に加
熱できるので素子の発熱による不良の解析も容易で従来
、不可能であった不良解析を行なうこともできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超音波顕微鏡装置の一例を示すブロック
図、第2図は本発明の要部を示すブロック図である。 4・・・音鞠レンズ、5・・・トランスデユーサ、6・
・・被測定物、241 +242 +24n・・・記憶
回路、25・・・演算制御装置、28・・・画像表示回
路、29・・・モニタ、30・・・条件設定回路、31
・・・試料駆動回路、34・・・レーザー光源、35・
・・光シャッタO 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2IIA

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被測定物を音響レンズで収束した超音波ビームで走査し
    、上記被測定物で反射・散乱・透過した超音波を再び音
    響レンズで集音して電気信号に変換して測定データを得
    、上記被測定物の超音波像を表示するものにおいて、上
    記電気信号を記憶する複数の記憶回路と、複数の記憶回
    路の選択および書込みまたは読み出しの制御および記憶
    回路に記憶した測定データ相互間の演算を行ないさらに
    上記被測定物の電気的な動作条件および周囲条件の条件
    設定を予め設定したプログラムに従って行なう演算制御
    装置と、上記記憶回路に記憶した少なくとも1つの超音
    波像を異なる色で重ね合せたカラー映像信号を得る映像
    表示回路と、上記カラー映像信号を映出するモニタと、
    レーザービームを出カスるレーザー光源と、上記演算制
    御装置の制御信号により上記レーザービームの出力値を
    制御して上記被測定物の特定箇所へ照射する光シャッタ
    とを具備する超音波顕微鏡装置。
JP57233412A 1982-12-28 1982-12-28 超音波顕微鏡装置 Pending JPS59122942A (ja)

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