KR20190099491A - 위치 제어 장치, 위치 제어 방법, 및 초음파 영상 시스템 - Google Patents

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Abstract

초음파 탐촉부(1)가 시료 표면의 n-1라인째를 주사하였을 때의, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n-1라인째의 편차를 초음파 탐촉부를 n라인으로 이동시키기 전에 기억하는 기억부(37)와, 해당 n-1라인째의 편차에 기초하여, 상기 초음파 탐촉부(1)가 시료 표면의 n라인째를 주사할 때의, 상기 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정하고, 또한, 상기 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n라인째를 주사할 때, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n라인째의 편차를 산출하는 처리부(35)를 구비한다. 상기 처리부(35)는, 상기 편차를 제로로 하도록, 상기 시료 표면에 대하여 수직 방향에 있어서의 상기 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정한다.

Description

위치 제어 장치, 위치 제어 방법, 및 초음파 영상 시스템
본 발명은, 위치 제어 장치, 위치 제어 방법, 및 초음파 영상 시스템에 관한 것이다.
초음파 탐촉부에 의해, 시료 표면을 주사하고, 반사파의 변위에 기초하여, 시료 표면을 영상화하는 초음파 영상 장치(SAT : Scanning Acoustic Tomograph)가 알려져 있다. SAT를 사용하여, 표면이 만곡되는 시료를 관찰할 때, 초음파 탐촉부와 시료 표면의 거리를 대략 일정(초점 거리)하게 유지하기 위해, 초음파 탐촉부의 위치 조정이 필요로 된다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 기부 및 립부를 갖는 복수의 흡반에 의해, 가요성을 갖는 워크를 흡착하고, 워크를 수조의 물에 침지시킨 상태에서 안정적으로 흡착 고정함으로써, 결함의 검사 정밀도를 높인 워크 흡착 고정 장치가 개시되어 있다.
또한, 예를 들어 특허문헌 2에는, 초음파 탐촉부의 초점 심도를 넓게 설정하고, 전(前) 주사에 의해 시료의 관찰 위치의 심도 맵을 취득한 후, 초음파 탐촉부의 초점 심도를 좁게 설정하고, 해당 관찰 위치를 포함하는 본 주사에 의해, 시료를 고분해능으로 관찰하는 초음파 영상 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2013-170902호 공보 일본 특허 공개 제2016-121951호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 워크 흡착 고정 장치는, 깨지기 쉬운 워크를 흡착 고정하는 것이 곤란하다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 초음파 영상 장치를 사용하면, 깊게 만곡된 표면이나 경사진 결함 구조를 갖는 시료를, 고분해능으로 관찰할 수 있지만, 초음파 탐촉부를 적절한 위치로 조정하기 위해, 시료 전체를 2번 주사(전 주사와 본 주사)해야만 하여, 측정 시간과 작업 비용이 증대된다.
즉, 초음파 영상 장치를 사용하여, 표면이 만곡되는 시료를, 고분해능으로 관찰하고자 하면, 측정 시간과 작업 비용이 증대된다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 측정 시간과 작업 비용을 감소시킨 위치 제어 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n-1라인째를 주사하였을 때의, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n-1라인째의 편차를 초음파 탐촉부를 n라인으로 이동시키기 전에 기억하는 기억부와, 해당 n-1라인째의 편차에 기초하여, 상기 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n라인째를 주사할 때의, 상기 초음파 탐촉부의 위치를 결정하고, 또한, 상기 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n라인째를 주사할 때, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n라인째의 편차를 산출하는 처리부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 측정 시간과 작업 비용을 감소시킨 위치 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 초음파 영상 시스템의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 초음파 탐촉부에 의한 주사 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 편차를 산출하기 위한 측정을, 각 측정점에 있어서 행하는 경우의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 시간과 반사파의 변위의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 게이트 회로의 동작을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 초음파 탐촉부에 의한 주사를 도시하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 위치 제어 장치에 의한 제어 방법의 일례를 설명하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
≪초음파 영상 시스템의 구성≫
먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 초음파 영상 시스템(100)의 구성에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 초음파 영상 시스템(100)은, 초음파 탐촉부(1)와, 제어 장치(2)와, 위치 제어 장치(3)와, X축 구동부(21)와, Y축 구동부(22)와, Z축 구동부(23)를 구비한다.
초음파 영상 시스템(100)에 있어서, 초음파 탐촉부(1)는, 시료(4)의 표면 전체를 주사하고, 위치 제어 장치(3)는, 초음파 탐촉부(1)의 초점 F가 시료(4)의 표면에 맞도록, 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정하고, 제어 장치(2)는, 초음파 탐촉부(1)의 위치를 제어한다. 시료(4)는, 예를 들어 표면이 만곡되는 원반 형상의 실리콘 웨이퍼이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 시료(4)로서, 표면이 만곡되는 원반 형상의 실리콘 웨이퍼를 사용하는 경우를 일례로 들어 설명하지만, 초음파 영상 시스템(100)을 사용하여 관찰하는 시료는, 이것에 한정되는 것은 아니다.
초음파 탐촉부(1)는, 인코더(11)와, 압전 소자(12)를 구비한다. 초음파 탐촉부(1)의 하부는, 수조(5)에 채워진 물(6)에 침지된다.
압전 소자(12)는, 시료(4)의 표면에 대향하도록 마련되며, 압전막 및 압전막의 양면에 형성되는 전극을 포함한다. 양쪽 전극간에 전압이 인가됨으로써, 압전막이 진동하고, 소정 주파수의 초음파가, 압전 소자(12)로부터 시료(4)의 표면으로 조사된다. 시료(4)의 표면에서 반사된 반사파는, 압전 소자(12)로 전반되어, 양쪽 전극간에 전압이 발생한다. 인코더(11)는, 초음파 탐촉부(1)의 위치(±X 방향의 위치, ±Y 방향의 위치, ±Z 방향의 위치)를 검지하고, 초음파 탐촉부(1)의 위치를 나타내는 신호를, 제어 장치(2)로 출력한다.
제어 장치(2)의 출력측은, X축 구동부(21), Y축 구동부(22), Z축 구동부(23)와 접속되고, 제어 장치(2)의 입력측은, 위치 제어 장치(3), 인코더(11)와 접속된다.
제어 장치(2)는, 인코더(11)로부터 입력되는 신호에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)의 위치(±X 방향의 위치, ±Y 방향의 위치, ±Z 방향의 위치)를 검지하고, 초음파 탐촉부(1)의 위치를 나타내는 신호를, 위치 제어 장치(3)로 출력한다.
제어 장치(2)는, 초음파 탐촉부(1)의 위치를, 위치 제어 장치(3)가 결정한 위치로 제어한다. 즉, 제어 장치(2)는, 위치 제어 장치(3)로부터 입력되는 위치 신호에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)를 ±X 방향으로 구동시키기 위한 제어 신호를, X축 구동부(21)로 출력한다. 또한, 제어 장치(2)는, 위치 제어 장치(3)로부터 입력되는 위치 신호에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)를 ±Y 방향으로 구동시키기 위한 제어 신호를, Y축 구동부(22)로 출력한다. 또한, 제어 장치(2)는, 위치 제어 장치(3)로부터 입력되는 위치 신호에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)를 ±Z 방향으로 구동시키기 위한 제어 신호를, Y축 구동부(22)로 출력한다.
예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, X축 구동부(21)가, 화살표 방향으로 구동됨으로써, 초음파 탐촉부(1)는 ±X 방향으로 이동하고, Y축 구동부(22)가, 화살표 방향으로 구동됨으로써, 초음파 탐촉부(1)는 ±Y 방향으로 이동하고, Z축 구동부(23)가 화살표 방향으로 구동됨으로써, 초음파 탐촉부(1)는 ±Z 방향으로 이동한다.
위치 제어 장치(3)는, 주사 제어부(31)와, 타이밍 제어부(32)와, 발진기(33)와, 입력부(34)와, 처리부(35)와, 화상 생성부(36)와, 기억부(37)를 구비한다.
주사 제어부(31)는, 제어 장치(2)가 ±X 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 제어하기 위한 위치 신호를, 제어 장치(2)로 출력한다. 또한, 주사 제어부(31)는, 제어 장치(2)가 ±Y 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 제어하기 위한 위치 신호를, 제어 장치(2)로 출력한다. 또한, 주사 제어부(31)는, 제어 장치(2)가 ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 제어하기 위한 위치 신호를, 제어 장치(2)로 출력한다.
주사 제어부(31)는, 제어 장치(2)로부터 입력되는 신호에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)의 위치(±X 방향의 위치, ±Y 방향의 위치, ±Z 방향의 위치)를 검지하고, 초음파 탐촉부(1)의 위치를 나타내는 신호를, 타이밍 제어부(32)로 출력한다.
타이밍 제어부(32)는, 주사 제어부(31)로부터 입력되는 신호에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)가, 시료(4)의 표면에 초음파를 송신하는 타이밍을 제어하는 타이밍 신호를 생성하여, 발진기(33)로 출력한다. 또한, 타이밍 제어부(32)는, 위치 제어 장치(3)가, 시료(4)의 표면으로부터 반사되는 반사파의 반사 신호를 수신하는 타이밍을 제어하는 타이밍 신호를 생성하여, 입력부(34)로 출력한다. 또한, 타이밍 제어부(32)는, 처리부(35)가, 반사 신호를 게이트 처리하는 타이밍을 제어하는 타이밍 신호를 생성하여, 처리부(35)로 출력한다.
발진기(33)는, 타이밍 제어부(32)로부터 입력되는 타이밍 신호에 기초하여, 임펄스 신호를, 초음파 탐촉부(1)로 송신한다. 이에 의해, 압전막에 형성되는 양쪽 전극간에 전압이 인가되고, 초음파가, 압전 소자(12)로부터 시료(4)의 표면으로, 조사된다.
입력부(34)는, 증폭기 및 A/D 변환기를 구비하고 있고, 타이밍 제어부(32)로부터 입력되는 타이밍 신호에 기초하여, 시료(4)의 표면으로부터 반사되는 반사파의 반사 신호를 수신하고, 수신 신호를 처리부(35)로 출력한다. 증폭기는, 반사 신호를 증폭하고, A/D 변환기는, 반사 신호를, 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환한다.
처리부(35)는, 타이밍 제어부(32)로부터 입력되는 타이밍 신호에 기초하여, 반사 신호를 게이트 처리하고, 반사파의 변위(예를 들어, 반사파의 진폭 정보, 반사파의 시간 정보 등)를 검출하고, 검출 신호를, 화상 생성부(36)로 출력한다. 또한, 처리부(35)는, 소정 기간에 있어서의 반사파의 변위를 잘라내기 위해, 추종 게이트를 생성한다.
처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 소정 라인(예를 들어, 3라인째)을 주사할 때의, 편차(후술하는 설명 참조)를 산출하고, 기억부(37)에 기억시킨다. 또한, 처리부(35)는, 해당 편차를 제로로 하도록, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 다음 라인(예를 들어, 4라인째)을 주사할 때의, 시료(4)의 표면에 대하여 수직 방향(±Z 방향)에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정하고, 위치 신호를, 주사 제어부(31)로 출력한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 제로란, 엄밀하게 제로인 것에 한정되지 않고, 실질적으로 제로인 것을 의미하는 것으로 하고, 제로로부터 측정 오차의 범위도 포함하는 것으로 한다.
상세한 설명은 후술하지만, 편차란, 시료 표면에 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간(실시간)과, 기준 시간의 시간차이다. 또한, 기준 시간이란, 초음파 탐촉부(1)와 시료(4)의 표면의 거리가, 초음파 탐촉부(1)의 초점 거리와 일치하는 경우에 있어서, 시료 표면에 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간이며, 실시간에 대하여 기준이 되는 시간이다.
시료(4)의 표면이, 초음파 탐촉부(1)에 근접하도록 만곡되어 있으면(초음파 탐촉부(1)와 시료(4)의 표면의 거리가, 초음파 탐촉부(1)의 초점 거리보다 짧으면), 실시간은 짧아지고, 편차는 플러스의 값이 된다. 또한, 시료(4)의 표면이, 초음파 탐촉부(1)로부터 이격되도록 만곡되어 있으면(초음파 탐촉부(1)와 시료(4)의 표면의 거리가, 초음파 탐촉부(1)의 초점 거리보다 길면), 실시간은 길어지고, 편차는 마이너스의 값으로 된다. 즉, 초음파 탐촉부(1)와 시료 표면의 거리는, 편차(시간차)에 의존한다.
따라서, 처리부(35)가, 시료(4)의 표면의 만곡에 맞추어, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정함으로써, 초음파 영상 시스템(100)에 있어서, 고해상도의 화상 생성이 가능해진다.
또한, 소정 라인에 있어서의 시료(4)의 표면의 만곡과, 다음 라인에 있어서의 시료(4)의 표면의 만곡은 대략 동일하다고 생각된다. 처리부(35)가, 소정 라인에 대하여 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인을 주사할 때의, 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정함으로써, 다음 라인에 대하여 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인을 주사할 때의, 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정하는 것과, 대략 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 처리부(35)가, 시료 표면의 만곡이 완전히 동일한 라인을 주사하여, 초음파 탐촉부의 위치를 결정하는 것과, 대략 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 이에 의해, 초음파 영상 시스템(100)에 있어서, 초음파 탐촉부(1)의 정확한 위치 보정이 가능해진다.
또한, 처리부(35)는, 소정의 시간 간격으로 측정점을 설정하고, 해당 측정점마다, 편차를 산출한다.
도 3은 초음파 탐촉부(1)가 연속적으로 +X 방향으로 진행하여, 편차를 산출하기 위한 측정을, 각 측정점에 있어서 행하는 경우의 개념도이다. 도 3의 (a)는 소정의 시간 간격으로 설정되는 측정점을, +X 방향으로 4점 취한 경우에 있어서, 초음파 탐촉부(1)가, 시료(4)의 표면을 +X 방향으로 주사하는 모습을 도시한 평면도이다. 도 3의 (b)는 소정의 시간 간격으로 설정되는 측정점을, +X 방향으로 4점 취한 경우에 있어서, 초음파 탐촉부(1)가, 시료(4)의 표면을 +X 방향으로 주사하는 모습을 도시한 측면도이다.
X1은, 소정 라인(예를 들어, 3라인째)에 있어서의 제1 측정점이다. P1은, 제1 측정점 X1에서 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)에 있어서의 위치 보정을 행하는 점임과 동시에, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)에 있어서의 제1 측정점이 되는 점이다.
X2는, 소정 라인(예를 들어, 3라인째)에 있어서의 제2 측정점이다. P2는, 제2 측정점 X2에서 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)에 있어서의 위치 보정을 행하는 점임과 동시에, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)에 있어서의 제2 측정점이 되는 점이다.
X3은, 소정 라인(예를 들어, 3라인째)에 있어서의 제3 측정점이다. P3은, 제3 측정점 X3에서 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)에 있어서의 위치 보정을 행하는 점임과 동시에, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)에 있어서의 제3 측정점이 되는 점이다.
X4는, 소정 라인(예를 들어, 3라인째)에 있어서의 제4 측정점이다. P4는, 제4 측정점 X4에서 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)에 있어서의 위치 보정을 행하는 점임과 동시에, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)에 있어서의 제4 측정점이 되는 점이다.
예를 들어, 처리부(35)는, 시료(4) 표면의 소정 라인(예를 들어, 3라인째)에 있어서의 제1 측정점 X1에서의, 편차를 산출하고, 기억부(37)에 기억시킨다. 그리고, 처리부(35)는, 제1 측정점 X1에서 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)의 점 P1에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정한다.
마찬가지로, 예를 들어 처리부(35)는, 시료(4) 표면의 소정 라인(예를 들어, 3라인째)에 있어서의 제2 측정점 X2에서의, 편차를 산출하고, 기억부(37)에 기억시킨다. 그리고, 처리부(35)는, 제2 측정점 X2에서 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)의 점 P2에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정한다.
마찬가지로, 예를 들어 처리부(35)는, 시료(4) 표면의 소정 라인(예를 들어, 3라인째)에 있어서의 제3 측정점 X3에서의, 편차를 산출하고, 기억부(37)에 기억시킨다. 그리고, 처리부(35)는, 제3 측정점 X3에서 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)의 점 P3에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정한다.
마찬가지로, 예를 들어 처리부(35)는, 시료(4) 표면의 소정 라인(예를 들어, 3라인째)에 있어서의 제4 측정점 X4에서의, 편차를 산출하고, 기억부(37)에 기억시킨다. 그리고, 처리부(35)는, 제4 측정점 X4에서 산출한 편차에 기초하여, 다음 라인(예를 들어, 4라인째)의 점 P4에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정한다.
즉, 처리부(35)는, 소정의 시간 간격으로 설정한 n-1라인째(예를 들어, 3라인째)의 측정점마다, 편차를 산출한다. 또한, 처리부(35)는, n라인째(예를 들어, 4라인째)의 측정점마다, 대응하는 n-1라인째(예를 들어, 3라인째)의 측정점에서 산출한 편차를 제로로 하도록, 시료 표면에 대하여 수직 방향(±Z 방향)에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정한다.
제1 측정점 X1과 점 P1의 간격은 매우 작다. 따라서, 예를 들어 3라인째에 있어서의 제1 측정점 X1에서 산출한 편차에 기초하여, 4라인째의 점 P1에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정하는 것은, 4라인째에 있어서의 점 P1에서 산출한 편차에 기초하여, 4라인째의 점 P1에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정하는 것과, 대략 마찬가지라고 생각할 수 있다. 이에 의해, 초음파 탐촉부(1)가 4라인째를 주사할 때, 초음파 탐촉부(1)와 시료(4)의 표면의 거리 D를 일정하게 유지할 수 있다.
마찬가지로, 제2 측정점 X2와 점 P2의 간격은 매우 작다. 따라서, 예를 들어 3라인째에 있어서의 제2 측정점 X2에서 산출한 편차에 기초하여, 4라인째의 점 P2에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정하는 것은, 4라인째에 있어서의 점 P2에서 산출한 편차에 기초하여, 4라인째의 점 P2에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정하는 것과, 대략 마찬가지라고 생각할 수 있다. 이에 의해, 초음파 탐촉부(1)가 4라인째를 주사할 때, 초음파 탐촉부(1)와 시료(4)의 표면의 거리 D를 일정하게 유지할 수 있다.
마찬가지로, 제3 측정점 X3과 점 P3의 간격은 매우 작다. 따라서, 예를 들어 3라인째에 있어서의 제3 측정점 X3에서 산출한 편차에 기초하여, 4라인째의 점 P3에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정하는 것은, 4라인째에 있어서의 점 P3에서 산출한 편차에 기초하여, 4라인째의 점 P3에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정하는 것과, 대략 마찬가지라고 생각할 수 있다. 이에 의해, 초음파 탐촉부(1)가 4라인째를 주사할 때, 초음파 탐촉부(1)와 시료(4)의 표면의 거리 D를 일정하게 유지할 수 있다.
마찬가지로, 제4 측정점 X4와 점 P4의 간격은 매우 작다. 따라서, 예를 들어 3라인째에 있어서의 제4 측정점 X4에서 산출한 편차에 기초하여, 4라인째의 점 P4에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정하는 것은, 4라인째에 있어서의 점 P4에서 산출한 편차에 기초하여, 4라인째의 점 P4에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 ±Z 방향의 위치를 결정하는 것과, 대략 마찬가지라고 생각할 수 있다. 이에 의해, 초음파 탐촉부(1)가 4라인째를 주사할 때, 초음파 탐촉부(1)와 시료(4)의 표면의 거리 D를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의, 소정 라인을 주사할 때의, 편차를 산출하기 위한 측정을 행하는 간격이지만, 시료(4)의 표면의 요철이 적고, 만곡이 작은 부분에 있어서는, 측정을 행하는 간격을 크게 하고, 시료(4)의 표면의 요철이 많고, 만곡이 큰 부분에 있어서는, 측정을 행하는 간격을 작게 하는 것이 가능하다. 만곡이 큰 부분에 있어서, 집중적으로 측정을 행하여, 편차를 산출함으로써, 초음파 영상 시스템(100)에 있어서, 효율적인 위치 보정이 가능해진다.
화상 생성부(36)는, 처리부(35)로부터 입력되는 신호에 기초하여, 화상을 생성한다. 상술한 바와 같이, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치는, 적절한 위치(초음파 탐촉부(1)의 초점 F가 시료(4)의 표면에 맞는 위치)로 조정되기 때문에, 화상 생성부(36)는, 해상도가 높은 화상을 생성할 수 있다.
기억부(37)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의, 소정 라인을 주사할 때, 처리부(35)가 산출하는 편차를 기억한다. 또한, 기억부(37)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의, 다음 라인을 주사할 때, 처리부(35)가 사용하는 편차를 기억한다. 따라서, 기억부(37)는, 적어도 2라인분의 편차를 기억하는 메모리 용량을 갖고 있으면 된다.
기억부(37)는, 미리 설정되는 소정의 기준 시간을 기억한다. 또한, 기억부(37)는, 추종 게이트의 시점, 추종 게이트의 종점, 전압 파형이 피크를 갖는 점, 기준의 전압 파형이 피크를 갖는 점 등을 기억한다.
본 실시 형태에 관한 위치 제어 장치(3)에 의하면, 기억부가, 초음파 탐촉부가, 시료 표면의 소정 라인을 주사할 때의, 편차를 기억하고, 처리부가, 해당 편차가 제로가 되도록, 초음파 탐촉부가 시료 표면의 다음 라인을 주사할 때의, 초음파 탐촉부의 위치를 결정한다. 이에 의해, 측정 시간과 작업 비용을 감소시킬 수 있다.
본 실시 형태에 관한 초음파 영상 시스템(100)에 의하면, 초음파 탐촉부(1)가, 시료 전체를 1번 주사하는 것만으로, 초음파 탐촉부(1)를 적절한 위치로 조정할 수 있다. 이에 의해, 측정 시간과 작업 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 시료를 고분해능으로 관찰하기 위해서는, 초음파 탐촉부(1)가, 시료 전체를 2번 주사해야만 하였다는, 종래의 문제점을 개선할 수 있다.
≪편차의 산출≫
다음에, 도 4, 도 5를 참조하여, 상술한 편차에 대하여 설명한다. 도 4는 시간과 반사파의 변위의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4의 (a)는 기준의 전압 파형을 나타내고 있고, 도 4의 (b)는 실제로 측정된 전압 파형을 나타내고 있다. 횡축은 시간[s], 종축은 전압(반사파의 변위)[V]을 나타내고 있다.
처리부(35)는, 추종 게이트 G를 생성하고, 반사파의 변위를 추종 게이트 G 내에 플롯하고, 추종 게이트 G 내에 있어서의 기준의 전압 파형과, 추종 게이트 G 내에 있어서의 실제로 측정된 전압 파형을 비교하여, 편차를 산출한다.
도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 추종 게이트 G의 시점의 시각을 t0[s], 추종 게이트 G의 종점의 시각을 t1[s], 기준의 전압 파형이 피크를 갖는 시각을 tx1[s]이라 하면, 추종 게이트 G의 시점으로부터, 기준의 전압 파형이 피크를 가질 때까지의 시간은, tA[s](소정의 기준 시간)가 된다.
도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 추종 게이트 G의 시점의 시각을 t0[s], 추종 게이트 G의 종점의 시각을 t1[s], 실제로 측정된 전압 파형이 피크를 갖는 시각을 tx2[s]라 하면, 추종 게이트 G의 시점으로부터 실제로 측정된 전압 파형이 피크를 가질 때까지의 시간은, tB[s](소정의 실시간)가 된다.
처리부(35)는, 추종 게이트의 시점으로부터 전압 파형이 피크를 가질 때까지의 시간(tA[s])과, 추종 게이트의 시점으로부터 기준의 전압 파형이 피크를 가질 때까지의 시간(tB[s])의 시간차(tA-tB[s])를 편차로서, 산출한다. 즉, 처리부(35)는, 추종 게이트를 생성하고, 소정 기간에 있어서의 반사파의 변위를 잘라내어, 편차를 산출하는 것이 가능하다. 또한, 추종 게이트 G는, 처리부(35)에 의해, 임의로 설정되는 것이다.
도 5는 처리부(35)에 포함되는 게이트 회로(350)의 동작을 도시하는 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 게이트 회로(350)에는, 반사파를 도입한 파형 데이터, 게이트에 관한 데이터가 입력되어 게이트 처리가 행해져, 반사파의 변위가 출력된다. 게이트에 관한 데이터는, 게이트의 개시 타이밍과, 게이트의 폭과, 판정 역치를 포함하여 구성된다. 게이트 회로(350)는, 미리 설정된 게이트 내의 반사파에 대하여, 이 판정 역치를 초과한 반사파의 변위를 검출한다.
≪초음파 탐촉부의 주사≫
다음에, 도 6을 참조하여, 초음파 탐촉부(1)에 의한 주사에 대하여 설명한다.
도 6의 (a)는 초음파 탐촉부(1)가, 시료(4)의 표면을 ±X 방향으로 주사하는 경우의 평면도이다. 도 6의 (b)는 초음파 탐촉부(1)가, 시료(4)의 표면을 ±X 방향으로 주사하는 경우의 측면도이다.
도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 먼저, 초음파 탐촉부(1)는, 시료 표면의 1라인째를, +X 방향으로 주사한다. 처리부(35)는, 1라인째에 있어서의 편차를 산출하고, 기억부(37)는, 1라인째에 있어서의 편차를 기억한다. 또한, 초음파 탐촉부(1)가 시료 표면의 1라인째를 주사하는 경우, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정하기 위한 편차가, 아직 산출되지 않았기 때문에, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 변화시키지 않고, 초음파 탐촉부(1)는, 시료 표면의 1라인째를 주사한다.
다음에, 초음파 탐촉부(1)는, -Y 방향으로 소정 피치만큼 이동한다. 해당 피치는, 매우 짧은 거리(구체적으로는, 0.01㎜ 이하)이다. 따라서, 1라인째에 있어서의 시료 표면의 만곡과, 2라인째에 있어서의 시료 표면의 만곡은, 대략 동일한 것으로 할 수 있다.
다음에, 초음파 탐촉부(1)는, 시료 표면의 2라인째를, -X 방향으로 주사한다. 처리부(35)는, 기억부(37)에 기억시킨 1라인째에 있어서의 편차에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)가, 시료 표면의 2라인째를 -X 방향으로 주사할 때의, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정한다. 주사 제어부(31)는, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 제어하기 위한 위치 신호를, 제어 장치(2)로 출력하고, 제어 장치(2)는, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를, 적절한 위치로 조정한다. 적절한 위치란, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 초음파 탐촉부(1)와 시료(4)의 표면의 거리 D가 일정해지는 위치이다.
또한, 처리부(35)는, 2라인째에 있어서의 편차를 산출하고, 기억부(37)는, 2라인째에 있어서의 편차를 기억한다. 이때, 기억부(37)는, 1라인째에 있어서의 편차 및 2라인째에 있어서의 편차를 기억한다.
다음에, 초음파 탐촉부(1)는 -Y 방향으로 소정 피치만큼 이동한다. 해당 피치는, 매우 짧은 거리(구체적으로는, 0.01㎜ 이하)이다. 따라서, 2라인째에 있어서의 시료 표면의 만곡과, 3라인째에 있어서의 시료 표면의 만곡은, 대략 동일한 것으로 할 수 있다.
다음에, 초음파 탐촉부(1)는, 시료 표면의 3라인째를, +X 방향으로 주사한다. 처리부(35)는, 기억부(37)에 기억시킨 2라인째에 있어서의 편차에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)가, 시료 표면의 3라인째를 +X 방향으로 주사할 때의, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정한다. 주사 제어부(31)는, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를 제어하기 위한 위치 신호를, 제어 장치(2)에 출력하고, 제어 장치(2)는, ±Z 방향에 있어서의 초음파 탐촉부(1)의 위치를, 적절한 위치로 조정한다. 적절한 위치란, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 초음파 탐촉부(1)와 시료(4)의 표면의 거리 D가 일정해지는 위치이다.
또한, 처리부(35)는, 3라인째에 있어서의 편차를 산출하고, 기억부(37)는, 3라인째에 있어서의 편차를 기억한다. 이때, 기억부(37)는, 1라인째에 있어서의 편차, 2라인째에 있어서의 편차, 3라인째에 있어서의 편차 모두를 기억해도 되고, 2라인째에 있어서의 편차, 3라인째에 있어서의 편차만을 기억해도 된다. 적어도, 2라인분(2라인째에 있어서의 편차, 3라인째에 있어서의 편차)을 기억하고 있으면 된다.
다음에, 초음파 탐촉부(1)는, -Y 방향으로 소정 피치만큼 이동한다. 해당 피치는, 매우 짧은 거리(구체적으로는, 0.01㎜ 이하)이다. 따라서, 3라인째에 있어서의 시료 표면의 만곡과, 4라인째에 있어서의 시료 표면의 만곡은, 대략 동일한 것으로 할 수 있다.
초음파 탐촉부(1)는, 상술한 바와 같은 주사를 반복하여, 시료(4)의 표면의 모든 라인을 주사한다. 이에 의해, 시료(4)의 표면의 화상이 생성된다.
본 실시 형태에 관한 초음파 영상 시스템(100)에 의하면, 표면이 만곡되는 시료에 대해서도, 초음파 탐촉부를 시료 전체에 대하여 1번 주사시키는 것만으로, 초음파 탐촉부와 시료 표면의 거리 D를 일정하게 유지하여, 화상을 생성할 수 있다. 이에 의해, 초음파 탐촉부를 시료 전체에 대하여 2번 주사시킨 경우에 있어서의, 화상의 해상도를 유지하면서, 측정 시간과 작업 비용을 감소시킨 초음파 영상 시스템(100)의 제공이 가능해진다.
또한, 종래의 초음파 영상 시스템은, 초음파 탐촉부가 시료 전체를 2번 주사하기 때문에, 기계적인 처리 횟수는, 본 실시 형태에 관한 초음파 영상 시스템(100)과 비교하여, 2배가 된다. 한편, 본 실시 형태에 관한 초음파 영상 시스템(100)은, 처리부가, 편차를 산출하면서, 초음파 탐촉부의 위치를 결정하기 때문에, 처리부의 처리량은, 종래의 초음파 영상 시스템과 비교하여, 2배가 된다. 그러나, 2배의 데이터 처리를 행하는 경우에 있어서의 측정 시간과 작업 비용은, 2배의 주사 처리를 행하는 경우에 있어서의 측정 시간과 작업 비용과 비교하여, 매우 작다. 따라서, 종래의 초음파 영상 시스템과 비교하면, 본 실시 형태에 관한 초음파 영상 시스템(100)은 대폭, 측정 시간과 작업 비용을 저감할 수 있게 된다.
≪위치 제어 장치의 동작≫
다음에, 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 위치 제어 장치(3)의 동작에 대하여, 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 관한 위치 제어 장치(3)의 동작을 설명하는 흐름도이다.
스텝 S501에 있어서, 처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 1라인째를 주사할 때의 편차를 산출하고, 기억부(37)는 해당 편차를 기억한다.
스텝 S502에 있어서, 처리부(35)는, 1라인째(n-1라인째)에 있어서의 편차에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 2라인째(n라인째)를 주사할 때의, 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정한다. n(n≥2)은, 라인 번호를 나타내는 변수이다.
스텝 S503에 있어서, 처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 2라인째(n라인째)를 주사할 때의 편차를 산출하고, 기억부(37)는 해당 편차를 기억한다.
스텝 S504에 있어서, 처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 모든 라인의 주사를 종료하였는지 여부를 판단한다. 처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 모든 라인의 주사를 종료하지 않았다고 판단하는 경우(스텝 S504→"아니오"), 스텝 S505의 처리를 행한다. 한편, 처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 모든 라인의 주사를 종료하였다고 판단하는 경우(스텝 S504→"예"), 스텝 S506의 처리를 행한다.
스텝 S505에 있어서, 처리부(35)는, 라인 번호를 나타내는 변수 n(n≥2)을 1 증가시킨다. 즉, n을, 2로부터 3으로 증가시킨다.
다시, 스텝 S502에 있어서, 처리부(35)는, 2라인째(n-1라인째)에 있어서의 편차에 기초하여, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 3라인째(n라인째)를 주사할 때의, 초음파 탐촉부(1)의 위치를 결정한다.
다시, 스텝 S503에 있어서, 처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 3라인째(n라인째)를 주사할 때의 편차를 산출하고, 기억부(37)는 해당 편차를 기억한다.
다시, 스텝 S504에 있어서, 처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 모든 라인의 주사를 종료하였는지 여부를 판단한다. 처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 모든 라인의 주사를 종료하지 않았다고 판단하는 경우(스텝 S504→"아니오"), 스텝 S505의 처리를 행한다. 한편, 처리부(35)는, 초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 모든 라인의 주사를 종료하였다고 판단하는 경우(스텝 S504→"예"), 스텝 S506의 처리를 행한다.
다시, 스텝 S505에 있어서, 처리부(35)는, 라인 번호를 나타내는 변수 n(n≥2)을 1 증가시킨다. 즉, n을, 3으로부터 4로 증가시킨다.
초음파 탐촉부(1)가 시료(4)의 표면의 모든 라인의 주사를 종료할 때까지, 상술한 바와 같이, 스텝 S502 내지 S505까지의 처리를 반복한다.
스텝 S506에 있어서, 화상 생성부(36)는, 시료(4)의 표면의 화상을 생성하고, 일련의 처리를 종료한다.
상술한 위치 제어 방법에 의하면, 측정 시간과 작업 비용을 감소시킬 수 있다.
100 : 초음파 영상 시스템
1 : 초음파 탐촉부
2 : 제어 장치
3 : 위치 제어 장치
35 : 처리부
37 : 기억부

Claims (9)

  1. 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n-1라인째를 주사하였을 때의, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n-1라인째의 편차를 초음파 탐촉부를 n라인으로 이동시키기 전에 기억하는 기억부와,
    해당 n-1라인째의 편차에 기초하여, 상기 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n라인째를 주사할 때의, 상기 초음파 탐촉부의 위치를 결정하고, 또한, 상기 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n라인째를 주사할 때, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n라인째의 편차를 산출하는 처리부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    소정의 시간 간격으로 설정한 측정점마다, 상기 편차를 산출하고, 상기 편차를 상기 기억부에 기억시키는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 편차를 제로로 하도록, 상기 시료 표면에 대하여 수직 방향에 있어서의 상기 초음파 탐촉부의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 n라인째의 측정점마다, 대응하는 n-1라인째의 측정점에서 산출한 상기 n-1라인째의 편차를 제로로 하도록, 상기 시료 표면에 대하여 수직 방향에 있어서의 상기 초음파 탐촉부의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부는,
    추종 게이트를 생성하고,
    상기 추종 게이트의 시점으로부터 전압 파형이 피크를 가질 때까지의 시간과, 상기 추종 게이트의 시점으로부터 기준의 전압 파형이 피크를 가질 때까지의 시간을 비교하여, 상기 편차를 산출하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 장치.
  6. 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n-1라인째를 주사하였을 때의, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n-1라인째의 편차를 기억하는 스텝과,
    해당 초음파 탐촉부를 n라인으로 이동시키는 스텝과,
    해당 n-1라인째의 편차에 기초하여, 상기 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n라인째를 주사할 때의, 상기 초음파 탐촉부의 위치를 결정하는 스텝과,
    상기 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n라인째를 주사하고, 또한, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n라인째의 편차를 산출하는 스텝
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 편차를 기억하는 스텝은,
    소정의 시간 간격으로 설정한 n-1라인째의 측정점마다, 상기 n-1라인째의 편차를 산출하고,
    상기 초음파 탐촉부의 위치를 결정하는 스텝은,
    상기 n라인째의 측정점마다, 대응하는 n-1라인째의 측정점의 상기 n-1라인째의 편차를 제로로 하도록, 상기 시료 표면에 대하여 수직 방향에 있어서의 상기 초음파 탐촉부의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 위치 제어 방법.
  8. 시료 표면에 초음파를 송신하고, 상기 시료 표면으로부터의 반사파를 수신하는 초음파 탐촉부와,
    상기 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n-1라인째를 주사하였을 때의, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n-1라인째의 편차를 초음파 탐촉부를 n라인으로 이동시키기 전에 기억하고, 해당 n-1라인째의 편차에 기초하여, 상기 초음파 탐촉부가 시료 표면의 n라인째를 주사할 때의, 상기 초음파 탐촉부의 위치를 결정하는 위치 제어 장치와,
    상기 초음파 탐촉부의 위치를, 상기 위치 제어 장치가 결정한 위치로 제어하는 제어 장치
    를 구비하고,
    상기 위치 제어 장치는, n라인째를 주사할 때, 초음파를 송신하고 나서 반사파를 수신할 때까지의 시간과 기준 시간의 n라인째의 편차를 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 위치 제어 장치는,
    소정의 시간 간격으로 설정한 n-1라인째의 측정점마다, 상기 n-1라인째의 편차를 산출하고, 상기 n-1라인째의 측정점에 대응하는 n라인째의 측정점마다, 상기 n-1라인째의 편차를 제로로 하도록 상기 초음파 탐촉부의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 초음파 영상 시스템.
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