KR20220034233A - 초음파 검사 장치 및 초음파 검사 방법 - Google Patents

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고따로 기꾸까와
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Abstract

검사 대상물의 내부 결함을 적절하게 검출할 수 있는 초음파 검사 장치를 제공한다. 그를 위해, 초음파 검사 장치는, 초음파를 발생시켜 검사 대상물에 송신하고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 반사파를 수신하는 초음파 탐촉자와, 연산 처리부를 구비하고, 상기 연산 처리부는: (A) 상기 반사파의 해석 대상의 개시 시간과 시간 폭을 나타내는 게이트를 설정하고, (B) 복수의 측정점의 각각에 관해: (B1) 상기 반사파의 시간마다의 강도를 나타내는 반사 신호를 취득하고, (B2) 상기 반사 신호와 참조 신호의 차분인 차분 신호를 산출하고, (B3) 상기 게이트 내의 상기 차분 신호에 대해 특징량을 산출하고, (C) 복수의 상기 측정점에 대한 상기 특징량에 기초하여 결함을 검출하고, (D) 상기 초음파의 송신 방향을 따른 상기 결함의 깊이를 나타내는 정보를 출력한다.

Description

초음파 검사 장치 및 초음파 검사 방법
본 발명은, 초음파 검사 장치 및 초음파 검사 방법에 관한 것이다.
검사 대상물의 화상으로부터 검사 대상물의 결함을 검사하는 비파괴 검사 방법으로서, 검사 대상물에 초음파를 조사하고, 그 반사파를 검출하여 생성한 초음파화상을 사용하는 방법이 알려져 있다. 예를 들어, 하기 특허문헌 1의 요약에는, 「[과제] 복수의 반사 신호가 시간 영역에서 근접하여 파형이 간섭하는 경우에, 내부 결함의 정보를 정확하게 재현성 좋게 안정적으로 추출하여, 명료하게 화상화할 수 있는 초음파 계측 장치를 제공한다. [해결 수단] 초음파 계측 장치는, 초음파 탐촉자(16)로 피검체(15)의 표면을 주사하고, 초음파 탐촉자로부터 피검체를 향하여 초음파 U1을 송출하고 또한 피검체로부터 되돌아오는 반사 에코 U2를 수신하여, 반사 에코로부터 생성되는 수신 파형 데이터를 연산 처리 수단(파형 연산 처리 프로그램(37))에서 처리하고, 피검체의 내부 결함(51)을 검사한다. 연산 처리 수단은, 복수의 반사 에코가 서로 간섭하는 상태에 있는 수신 파형 데이터에 대하여 웨이브렛 변환 처리를 행하여 내부 결함의 파형 특징을 추출하여, 영상화하는 파형 특징추출 수단을 갖는다.」라고 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2010-169558호 공보
그런데, 수신 파형 데이터에 있어서 복수의 반사 에코가 서로 간섭하는 상태로 되면, 검사 대상물의 결함을 고정밀도로 검출할 수 없게 되는 경우가 있다.
본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 검사 대상물의 내부 상태를 적절하게 검출할 수 있는 초음파 검사 장치 및 초음파 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 초음파 검사 장치는,
초음파를 발생시켜 검사 대상물에 송신하고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 반사파를 수신하는 초음파 탐촉자와,
연산 처리부
를 구비하고, 상기 연산 처리부는:
(A) 상기 반사파의 해석 대상의 개시 시간과 시간 폭을 나타내는 게이트를 설정하고,
(B) 복수의 측정점의 각각에 관해:
(B1) 상기 반사파의 시간마다의 강도를 나타내는 반사 신호를 취득하고,
(B2) 상기 반사 신호와 참조 신호의 차분인 차분 신호를 산출하고,
(B3) 상기 게이트 내의 상기 차분 신호에 대해 특징량을 산출하고,
(C) 복수의 상기 측정점에 대한 상기 특징량에 기초하여 결함을 검출하고,
(D) 상기 초음파의 송신 방향을 따른 상기 결함의 깊이를 나타내는 정보를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 검사 대상물의 내부 상태를 적절하게 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 초음파 검사 장치의 블록도이다.
도 2는 초음파 검사 장치의 동작 원리를 도시하는 모식도이다.
도 3은 시료의 일례의 단면도이다.
도 4는 반사 신호의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 시료의 다른 예의 단면도이다.
도 6은 반사 신호의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 반사 신호의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 초음파 검사 처리 프로그램의 흐름도이다.
도 9는 반사 신호 및 참조 신호의 파형도의 예이다.
도 10은 차분 신호 및 상관 계수의 일례를 나타내는 파형도이다.
도 11은 정규화 반사 신호, 참조 신호, 차분 신호 및 부분 상관 계수의 일례를 나타내는 파형도이다.
도 12는 특징 산출 게이트와, 대응하는 단면 화상의 예를 도시하는 도면이다.
도 13은 제2 실시 형태에 있어서 참조 신호를 취득하는 동작 설명도이다.
[제1 실시 형태]
<제1 실시 형태의 개요>
일반적으로, 다층 구조를 갖는 검사 대상물의 내부에 존재하는 결함을 초음파로 검출하기 위해서는, 음향 임피던스의 차이에 의한 반사 특성을 이용하는 경우가 많다. 초음파가 액체나 고체 물질 중에서 전반되면, 음향 임피던스가 다른 물질의 경계면이나 공극의 개소에서, 반사파(에코)가 발생한다. 여기서, 박리, 보이드, 크랙 등의 결함에서 발생한 반사파는, 결함이 없는 개소로부터의 반사파와 비교하여, 그 강도가 높아지는 경향이 있다. 그래서, 초음파에 의한 검사 장치에서는, 조사한 초음파가 원하는 경계면에 있어서 반사되어 수신되는 시간대를 상정하여, 게이트(시간 폭)를 설정한다. 그리고, 게이트 내의 반사파의 강도를 영상화하면, 검사 대상물 내의 접합 계면에 존재하는 박리 등의 결함을, 검사 화상에 있어서 현재화시킬 수 있다. 또한, 게이트는, 후술하는 대로, 시간 폭 이외에도 개시 시간을 갖는다.
그러나, 근년의 LSI(Large Scale Integration) 등의 검사 대상물은, 박막층을 몇 층이나 적층한 구조를 갖기 때문에, 각 층의 경계면으로부터의 반사파의 수신 시간이 근접한다. 이에 의해, 반사파가 간섭한다는 문제가 발생하여, 원하는 경계면으로부터의 반사파를, 다른 경계면으로부터의 반사파와 명확하게 구별하는 것이 곤란해지고 있다. 이 때문에, 검사 대상물이 결함을 갖는 경우에도, 그 결함에 대응하는 신호가 간섭에 의해 왜곡, 또는 매립되어 버려, 결함을 검출하는 것이 곤란해진다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「반사파」란, 각 경계면 등으로부터 반사된 초음파를 가리킨다. 또한, 「반사 신호」란, 반사파의 시간마다의 강도를 나타내는 신호이다. 또한, 본 명세서에서는 「신호」는 아날로그 형식의 신호를 가리키는 것 외에, 디지털화된 데이터도 포함하는 것으로 한다.
본 실시 형태는, 극박화가 진행되는 칩이 적층된 집적 회로 등, 복수의 접합 계면을 갖는 전자 부품을 주된 검사 대상으로 한다. 각 계면으로부터의 반사파의 발생 시간이 근접하여, 합성된 반사 신호가 되어 수신되는 경우에도, 결함으로부터의 반사파를 다른 접합 계면으로부터의 반사파와 분리하여 검출하고, 그 발생 깊이를 특정하는 것이 가능해진다. 즉, 본 실시 형태에서는, 복수의 접합 계면으로부터의 반사파가 시간 방향으로 근접하여, 그것들의 합성 신호가 되어 얻어지는 반사 신호에 대해, 참조 신호와의 차를 연산하여, 차분 신호를 얻는다. 이 차분 신호에 의해, 참조 신호 및 반사 신호의 차이를 현재화시킨다.
<제1 실시 형태의 구성>
(전체 구성)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 초음파 검사 장치(100)의 블록도이다.
도 1에 있어서, 초음파 검사 장치(100)는, 검출부(1)와, A/D 변환기(6)와, 신호 처리부(7)(연산 처리부)와, 전체 제어부(8)(연산 처리부)와, 메커니컬 컨트롤러(16)를 구비하고 있다. 또한, 도 1에 도시한 좌표계(10)는, X, Y, Z의 직교 3축의 좌표계이다.
검출부(1)는, 스캐너대(11)와, 수조(12)와, 스캐너(13)를 구비하고 있다. 스캐너대(11)는 거의 수평으로 설치된 기대이다. 수조(12)는, 스캐너대(11)의 상면에 적재되어 있다. 스캐너(13)는, 스캐너대(11)의 상면에 있어서, 수조(12)에 걸치도록 마련되어 있다. 메커니컬 컨트롤러(16)는, 스캐너(13)를 X, Y, Z 방향으로 구동한다. 수조(12)에는, 물(14)이 레벨 LV1의 높이까지 주입되어 있고, 수조(12)의 저부(수중)에 검사 대상물인 시료(5)(검사 대상물)가 적재되어 있다. 시료(5)는, 일반적으로 다층 구조를 갖고 있다. 송신된 초음파가 시료(5)에 입사하면, 시료(5)의 표면, 혹은 이종 경계면으로부터 반사파가 발생한다. 각 부의 반사파는, 초음파 탐촉자(2)에 수신됨과 함께 합성되어, 반사 신호로서 출력된다. 초음파 탐촉자(2)는, 사용될 때는, 물(14)에 담가진다. 물(14)은, 초음파 탐촉자(2)로부터 출사된 초음파를, 시료(5)의 내부에 효율적으로 전반시키는 매체로서 기능한다.
초음파 탐촉자(2)는, 그 하단으로부터 시료(5)에 대하여 초음파를 송신하고, 시료(5)로부터 되돌아 온 반사파를 수신한다. 초음파 탐촉자(2)는, 홀더(15)에 장착되어 있고, 메커니컬 컨트롤러(16)로 구동되는 스캐너(13)에 의해, X, Y, Z 방향으로 자유자재로 이동 가능하게 되어 있다. 전체 제어부(8)는, 초음파 탐촉자(2)를 X, Y 방향으로 이동시키면서, 사전에 설정된 복수의 측정점에서, 초음파 탐촉자(2)에 초음파를 송신시킨다. 또한, 초음파 탐촉자(2)의 초음파의 송신 방향은 다른 방법으로 변화시켜도 된다.
초음파 탐촉자(2)가, 케이블(22)을 통해, 탐상기(3)에 수신한 반사파의 반사 신호를 공급하면, 탐상기(3)는 반사 신호에 대하여 필터 처리 등을 실시한다. A/D 변환기(6)는, 탐상기(3)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하고, 신호 처리부(7)에 공급한다. 신호 처리부(7)는, 디지털화된 반사 신호에 기초하여, XY 평면 상의 측정 영역에 있어서의 시료(5)의 접합면의 이차원 화상을 취득하고, 시료(5)에 있어서의 결함을 검사한다.
(신호 처리부(7))
신호 처리부(7)는, A/D 변환기(6)에 의해 디지털 신호로 변환된 반사 신호를 처리하여 시료(5)의 내부 상태를 검출하는 것이다. 신호 처리부(7)는, CPU(Central Processing Unit), DSP(Digital Signal Processor), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory) 등, 일반적인 컴퓨터로서의 하드웨어를 구비하고 있고, ROM에는, CPU에 의해 실행되는 제어 프로그램, DSP에 의해 실행되는 마이크로프로그램 및 각종 데이터 등이 저장되어 있다.
도 1에 있어서, 신호 처리부(7)의 내부는, 제어 프로그램이나 마이크로프로그램 등에 의해 실현되는 기능을, 블록으로서 나타내고 있다. 즉, 신호 처리부(7)는, 화상 생성부(7-1)와, 결함 검출부(7-2)와, 데이터 출력부(7-3)와, 파라미터 설정부(7-4)를 구비하고 있다.
화상 생성부(7-1)는, 반사 신호를 휘도값으로 변환하고, XY 평면 상에 휘도값을 배치하여 화상을 생성한다. 결함 검출부(7-2)는, 화상 생성부(7-1)에서 생성한 화상을 처리하여, 시료(5)의 내부 결함 등의 내부 상태를 검출한다. 데이터 출력부(7-3)는, 결함 검출부(7-2)에 의해 검출된 내부 결함 등, 검사 결과를 전체 제어부(8)에 출력한다. 파라미터 설정부(7-4)는, 전체 제어부(8)로부터 입력되는 측정 조건 등의 파라미터를 접수하여, 결함 검출부(7-2) 및 데이터 출력부(7-3)에 세트한다. 그리고, 파라미터 설정부(7-4)는, 이들 파라미터를 기억 장치(30)에 기억시킨다.
(전체 제어부(8))
전체 제어부(8)는, CPU, RAM, ROM, SSD(Solid State Drive) 등, 일반적인 컴퓨터로서의 하드웨어를 구비하고 있고, SSD에는, OS(Operating System), 애플리케이션 프로그램, 각종 데이터 등이 저장되어 있다. OS 및 애플리케이션 프로그램은, RAM에 전개되어, CPU에 의해 실행된다.
또한, 전체 제어부(8)는, GUI부(17)와, 기억 장치(18)에 접속되어 있다.
GUI부(17)는, 유저로부터의 파라미터 등의 입력을 접수하는 입력 장치(부호 없음)와, 유저에 각종 정보를 표시하는 디스플레이(부호 없음)를 구비하고 있다. 또한, 전체 제어부(8)는, 메커니컬 컨트롤러(16)에 대하여, 스캐너(13)를 구동하기 위한 제어 지령을 출력한다. 또한, 전체 제어부(8)는, 탐상기(3), 신호 처리부(7) 등을 제어하는 제어 지령도 출력한다. 이상의 설명대로, 신호 처리부(7) 및 전체 제어부(8)를 통합하여 연산 처리부로서 취급한 경우, 연산 처리부는, CPU, RAM, ROM, SSD(Solid State Drive) 등, 일반적인 컴퓨터로서의 하드웨어를 구비하고 있고, SSD에는, OS(Operating System), 애플리케이션 프로그램, 각종 데이터 등이 저장되어 있다고 할 수 있다. 또한, OS 및 애플리케이션 프로그램은, RAM에 전개되어, CPU에 의해 실행된다고 할 수 있다. 또한, 연산 처리부는, GUI부(17)와, 기억 장치(18)에 접속되어도 된다. 또한, 연산 처리부는, 공통의 하드웨어에 프로그램을 실행함으로써 신호 처리부(7)와 전체 제어부(8)를 실현해도 되고, 각각의 하드웨어로 신호 처리부(7)와 전체 제어부(8)를 실현해도 된다. 또한, 연산 처리부의 일부를 ASIC나 FPGA 등의 하드웨어로 실현해도 된다.
도 2는 초음파 검사 장치(100)의 동작 원리를 도시하는 모식도이다.
도 2에 있어서 탐상기(3)는, 초음파 탐촉자(2)에 펄스 신호를 공급함으로써 초음파 탐촉자(2)를 구동하고, 초음파 탐촉자(2)는 초음파를 발생시킨다. 이에 의해, 해당 초음파는, 물(14)(도 1 참조)을 매개로 하여, 시료(5)에 송신된다. 시료(5)는, 일반적으로 다층 구조를 갖고 있다. 초음파가 시료(5)에 입사되면, 시료(5)의 표면, 혹은 이종 경계면으로부터 반사파(4)가 발생한다. 반사파(4)는, 초음파 탐촉자(2)에 수신됨과 함께 합성되어, 반사 신호로서 탐상기(3)에 공급된다. 탐상기(3)에 있어서는, 반사 신호에 대하여 필터 처리 등이 실시된다.
다음에, 필터 처리 등이 실시된 반사 신호는 A/D 변환기(6)에 있어서 디지털 신호로 변환되어, 신호 처리부(7)에 입력된다. 도 1에 있어서, 시료(5)의 상방에는, 초음파 탐촉자(2)를 주사하는 범위인 측정 영역이 미리 정해져 있다(도시하지 않음). 전체 제어부(8)는, 측정 영역에 있어서 초음파 탐촉자(2)를 주사시키면서, 상술한 초음파의 송신과, 반사 신호의 수신을 반복하여 실행한다. 또한, 설명의 편의상, 초음파 탐촉자(2)가 발생하는 초음파를 「송신파」라 칭하는 경우가 있다.
화상 생성부(7-1)는, 반사 신호를 휘도값으로 변환하는 처리를 행하여, 시료(5)의 하나 또는 복수의 접합면의 단면 화상(특징 화상)을 생성한다. 결함 검출부(7-2)는, 생성된 접합면의 단면 화상에 기초하여, 박리, 보이드, 크랙 등의 결함을 검출한다. 또한, 데이터 출력부(7-3)에서는, 결함 검출부(7-2)에서 검출된 결함 개개의 정보나 단면 화상 등, 검사 결과로서 출력하는 데이터를 생성하여, 전체 제어부(8)에 출력한다.
(시료(400))
도 3은 시료(5)의 일례인 시료(400)의 단면도이다. 도시한 예에 있어서, 시료(400)는, 다른 재질의 기판(401, 402)을 접합한 것이다. 또한, 도시한 예에서는, 기판(401, 402)의 경계면(404)에 결함인 보이드(406)가 형성되어 있다. 시료(400)의 표면(408)의 상방에 초음파 탐촉자(2)가 배치되어, 초음파(49)가 송신되면, 초음파(49)는, 시료(400)의 내부에 전반된다. 또한, 초음파(49)는, 시료(400)의 표면(408), 경계면(404) 등, 음향 임피던스의 상이가 나타나는 개소에서 반사되고, 반사파가 초음파 탐촉자(2)에 수신된다. 각 반사파는, 반사 개소와 초음파 탐촉자(2)의 거리나, 전반 속도에 따른 타이밍에 초음파 탐촉자(2)에 수신되고, 초음파 탐촉자(2)는, 각 반사파를 합성한 반사 신호를 수신한다.
도 4는 도 3에 있어서 초음파 탐촉자(2)에 수신되는 반사 신호 S40의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4의 종축은, 반사 신호 S40의 반사 강도 즉 파고값이다. 도 4의 횡축은, 수신 시각이지만, 이것은 시료(400)의 깊이로 환산 가능하고, 반사 신호 S40의 노정에 대응한다. 종축의 반사 강도는, 중앙값을 0으로 하여, 거기로부터 상방향은 정값, 하방향은 부값으로 되어 있다. 반사 신호 S40에는, 극성이 다른 피크가 교대로 나타난다. 이하, 개개의 피크를 국소 피크라 칭한다. 또한, 횡축의 수신 시각은, 예를 들어 초음파를 송신한 시각을 제로로 하는 것이 생각되지만, 다른 타이밍을 제로로 해도 된다.
도시한 예에 있어서는, 표면(408)(도 3 참조)으로부터의 반사파를 검출하기 위한 게이트(즉 시간 폭)인 S 게이트(41)가 설정되어 있다. 그리고, S 게이트(41)에서 설정된 시간 범위(횡폭의 범위 내)에 있어서, 최초로 「S40<-Th1」 또는 「Th1<S40」이 성립하는 타이밍을, 트리거 포인트(43)라 칭한다. 여기서, Th1은 소정의 역치이다. 신호 처리부(7)의 화상 생성부(7-1)는, 먼저 트리거 포인트(43)를 검출한다.
또한, 트리거 포인트(43)로부터 소정 시간 T2만큼 지연된 타이밍으로부터, 또한 소정 시간 T3만큼 지연된 타이밍까지의 기간을 영상화 게이트(42)라 칭한다. 신호 처리부(7)는, 이 영상화 게이트(42) 중에서 반사 신호(40)의 절댓값이 최대가 되는 국소 피크를, 경계면(404)(도 3 참조)으로부터의 반사파에 의한 국소 피크로서 동정한다. 도시한 예에서는, 국소 피크(44)가, 경계면(404)으로부터의 반사파에 의한 국소 피크로서 동정된다.
상술한 바와 같이, 전체 제어부(8)는, 초음파 탐촉자(2)를 X, Y 방향(도 1 참조)으로 이동시키면서, 복수의 측정점에서, 초음파 탐촉자(2)에 초음파를 송신시킨다. 신호 처리부(7)의 화상 생성부(7-1)는, 각 측정점에 있어서, 국소 피크(44)를 동정하고, 각 국소 피크(44)에 있어서의 피크값 I44를 취득하고, 이것을 휘도값으로 변환한다. 화상 생성부(7-1)는, 이와 같이 하여 얻어진 휘도값을 X, Y 평면 상에 배치함으로써, 경계면(404)의 접합 상태를 단면 화상으로서 영상화한다. 그때, 보이드(406) 등의 결함이 존재하는 장소에서는, 피크값 I44의 절댓값이 높아진다. 이에 의해, 단면 화상에 있어서는, 보이드(406) 등, 경계면(404) 등의 결함을 현재화할 수 있다.
(시료(500))
도 5는 시료(5)의 다른 예인 시료(500)의 단면도이다. 근년 주류로 되어 있는 전자 부품에 있어서는, 세로 구조의 복잡화, 박형화가 진행되고 있다. 시료(500)는, 그와 같은 전자 부품의 일례이다.
시료(500)는, 마이크로 범프(51)와, 수지 패키지(52)와, 칩(53)과, 패키지 기판(55)과, 볼 그리드 어레이(56)를 구비하고 있다.
마이크로 범프(51)는, 칩(53)의 각 부와 패키지 기판(55)의 각 부를 접속한다. 또한, 마이크로 범프(51)의 일부에는, 크랙에 의한 결함(54)이 발생하고 있다. 수지 패키지(52)는, 패키지 기판(55) 및 칩(53)을 덮는 수지에 의해 형성되어, 칩(53) 등을 외부로부터 보호한다. 시료(500)의 표면(508)의 상방에는, 초음파 탐촉자(2)가 배치되어 있다. 초음파 탐촉자(2)가 초음파(59)를 수중의 시료(500)로 송신하면, 초음파(59)는 시료(500)의 내부에 전반된다.
초음파(59)는, 시료(500)의 표면(508), 칩(53)의 상면, 칩(53)의 하면, 마이크로 범프(51) 등, 음향 임피던스의 상이가 나타나는 개소에서 반사된다. 이들 반사파는 합성되어, 반사 신호로서 초음파 탐촉자(2)에 수신된다.
도 6은 도 5에 있어서 초음파 탐촉자(2)에 수신되는 반사 신호 S50의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6의 종축은, 반사 신호 S50의 반사 강도 즉 파고값이다. 도 6의 횡축은, 수신 시각이지만, 이것은 시료(500)의 깊이로 환산 가능하고, 반사 신호 S50의 노정에 대응한다. 종축의 반사 강도는, 중앙값을 0으로 하여, 거기로부터 상방향은 정값, 하방향은 부값으로 되어 있다. 반사 신호 S50에는, 극성이 다른 국소 피크가 교대로 나타난다. 또한, 도 6 및 후술하는 도 7의 횡축의 수신 시각은, 예를 들어 초음파를 송신한 시각을 제로로 하는 것이 생각되지만, 다른 타이밍을 제로로 해도 된다.
도시한 예에서는, 시료(500)의 표면(508)으로부터의 반사파를 검출하기 위한 게이트인 S 게이트(510)가 설정되어 있다. 즉, S 게이트(510)에 있어서의 반사 신호 S50은, 주로 표면(508)으로부터의 반사파에 의한 것이다. 또한, 영상화 게이트(502, 503, 504)에 있어서의 반사 신호 S50은, 각각 칩(53)의 상면, 칩(53)의 하면, 및 패키지 기판(55)의 상면으로부터의 반사파에 의한 것이다. 도시와 같이, 각 부의 반사파의 발생 타이밍은 접근해 있어, 영상화 게이트(502, 503, 504)의 시간 폭을 좁게 설정할 필요가 있다. 따라서, 금후, 전자 부품의 한층 더한 박형화가 진행되면, 각 계면의 반사 신호를 분리하여 추출하는 것이 곤란해질 것으로 예상된다.
도 7은 각 계면으로부터의 반사 신호의 수신 시간차가, 도 6보다도 더 작아진 경우의 각종 신호의 예를 도시하는 도면이다.
도 7의 가장 위에 도시한 반사파(632, 634)는, 2개의 경계면(도시하지 않음)으로부터의 반사파이다. 그리고 반사파(632)의 피크(시각 t632)와, 반사파(634)의 피크(시각 t634)의 간격을 Δt로 한다. 여기서, 송신파에 대해서는 도시를 생략하지만, 송신파의 파형은, 예를 들어 반사파(632)의 상사형과 대략 동등하다. 이 송신파에 대하여, 「송신 파장 T」를 정의한다. 송신 파장 T에는, 다양한 정의의 방법이 있지만, 여기에서는, 「피크 시각을 포함한 1.5주기의 길이」로 정의한다. 이 송신 파장 T는, 도시와 같이, 반사파(632)의 「피크 시각을 포함한 1.5주기의 길이」와 동등하다. 또한, 도시한 예에 있어서, 간격 Δt는, 송신 파장 T의 2배와 동등하게 되어 있다.
또한, 도 7의 위로부터 2번째로 도시한 반사 신호(630)는, 반사파(632, 634)를 합성한 신호이며, 실제로 초음파 탐촉자(2)에 있어서 얻어지는 신호이다. 반사 신호(630)는, 거의 반사파(632)에 기인하는 부분과, 거의 반사파(634)에 기인하는 부분으로 분할할 수 있다. 따라서, 예를 들어 도시한 영상화 게이트(601, 602)를 설정함으로써, 반사파(632, 634)의 특징을 분리하여 추출할 수 있다.
또한, 도 7의 위로부터 3번째로 도시한 반사파(642, 644)는, 각각 상술한 반사파(632, 634)와 동일 형상의 파형이다. 반사파(642)의 피크(시각 t642)와, 반사파(644)의 피크(시각 t644)의 간격 Δt는, 0.9T이다. 또한, 도 7의 가장 아래에 도시한 반사 신호(640)는, 반사파(642, 644)를 합성한 신호이며, 실제로 초음파 탐촉자(2)에 있어서 얻어지는 신호이다.
이 반사 신호(640)의 파형으로부터, 반사파(642, 644)의 특징을 분리하여 추출하는 것은, 단순한 해석으로는 곤란해진다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 이와 같이 짧은 시간차로 수신된 반사파가 합성되어 반사 신호가 얻어진 경우에, 각 접합 계면으로부터 발생하는 반사파의 특징을 분리하여 추출함으로써 결함을 현재화하는 것이다.
<제1 실시 형태의 동작>
도 8은 신호 처리부(7) 및 전체 제어부(8)에 있어서 실행되는, 초음파 검사 처리 프로그램의 흐름도이다.
도 8에 있어서 처리가 스텝 S101로 진행되면, 전체 제어부(8)에 의해, 신호 처리부(7)에 대한 소정의 초기 설정이 행해진다. 여기서 초기 설정이란, 이하의 조건 (1) 내지 (3)을 지정하는 것을 가리키고, 예를 들어 GUI부(17)를 통해, 유저가 이들 조건 (1) 내지 (3)을 입력한다.
(1) 참조점: 상술한 바와 같이, 전체 제어부(8)는, 사전에 설정된 복수의 측정점에서, 초음파 탐촉자(2)에 초음파를 송신시킨다. 유저는, 이들 측정점 중 임의의 하나를, 「참조점」으로서 지정한다. 또한, 참조점으로 한 측정점은, 스텝 S103 내지 스텝 S107의 일부 또는 모든 처리를 생략해도 된다.
(2) 게이트의 개시 위치 및 폭: 예를 들어, 도 6에 도시한 S 게이트(510), 영상화 게이트(502, 503, 504)와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 복수의 게이트를 정하여 반사 신호(도 6의 S50)를 해석한다. 유저는, 시료(5)의 세로 구조에 따라서, 이들 각 게이트의 개시 위치 및 폭을 지정한다.
(3) 기본파: 기본파는, 송신파 중, 절댓값이 최대가 되는 타이밍을 포함하는, 송신 파장의 파형을 가리킨다. 기본파의 파형은, 예를 들어 도 7에 도시한 송신 파장 T의 범위에 있어서의 반사파(632)의 상사형과 대략 동등한 것으로 된다. 기본파는, 초음파 탐촉자(2)의 종류에 따라 결정되기 때문에, 적용하는 초음파 탐촉자(2)의 종류에 따라서, 유저가 기본파를 설정한다. 또한, 기본파의 일례는 도 10에 도시한 기본파(81)이다. 또한, 신호 처리부(7) 및 전체 제어부(8)에서는, 기본파와 반사 신호 등과의 비교나 연산을 행하기 위해, 「신호」로서 기억하고 있다. 따라서, 이후의 설명에서는 신호로서 기억하고 있는 기본파도 간단히 「기본파」라 한다. 단, 보다 「신호」인 것을 명시하고 싶은 경우에는 「기본파 신호」라 칭하는 경우도 있다.
도 8에 있어서, 다음에 처리가 스텝 S102로 진행되면, 전체 제어부(8)는, 신호 처리부(7)에 대하여 참조 신호를 취득시킨다. 즉, 전체 제어부(8)는, 메커니컬 컨트롤러(16)를 구동하여, 초음파 탐촉자(2)를 참조점으로 이동시킨다. 그리고, 초음파 탐촉자(2)로부터 송신파를 출력시킨다. 그렇게 하면, 각 부의 반사파가 초음파 탐촉자(2)로 되돌아가고, 이들을 합성한 반사 신호가 초음파 탐촉자(2)로부터 출력된다. 반사 신호는 탐상기(3)를 통해 필터 처리되고, A/D 변환기(6)에 의해 디지털 신호로 변환되어, 신호 처리부(7)에 공급된다. 전체 제어부(8)는, 화상 생성부(7-1)에 대하여, 이 참조점에 있어서의 반사 신호를 참조 신호로서, 화상 생성부(7-1)에 기억시킨다.
다음에, 처리가 스텝 S103로 진행되면, 전체 제어부(8)는, 신호 처리부(7)에 대하여, 하나의 측정점에 있어서의 반사 신호를 취득시킨다. 즉, 전체 제어부(8)는, 메커니컬 컨트롤러(16)를 구동하여, 초음파 탐촉자(2)를, 아직 반사 신호를 취득하지 않은 측정점으로 이동시킨다. 그리고, 초음파 탐촉자(2)로부터 송신파를 출력시킨다. 그렇게 하면, 반사 신호가 초음파 탐촉자(2)로부터 출력되어, 디지털 신호로 변환된 반사 신호가 신호 처리부(7)에 공급된다. 전체 제어부(8)는, 화상 생성부(7-1)에 대하여, 이 반사 신호를, 해당 측정점에 있어서의 반사 신호로서, 화상 생성부(7-1)에 기억시킨다.
다음에, 처리가 스텝 S104로 진행되면, 화상 생성부(7-1)는, 참조 신호와 반사 신호의 차분 연산을 행한다. 여기서, 도 9를 참조하여, 스텝 S104에 있어서의 차분 연산의 개요를 설명한다.
도 9는 하나의 측정점에 있어서의 반사 신호(70) 및 참조점에 있어서의 참조 신호(71)의 파형도의 예이다. 또한, 반사 신호(70) 및 참조 신호(71)는, 시각 t의 함수로서 반사 신호 IB(t) 및 참조 신호 IA(t)라 칭하는 경우가 있다. 반사 신호(70)에는, 국소 피크(701)가 발생하고 있고, 참조 신호(71)에는, 국소 피크(711)가 발생하고 있다. 국소 피크(701, 711)의 피크값(최댓값) 및 피크 타이밍(최댓값이 발생하는 시각)은 약간 다르다.
그래서, 화상 생성부(7-1)는, 국소 피크(701, 711)의 피크값 및 피크 타이밍이 일치하도록, 반사 신호(70)의 파형을 정규화(변형)한다. 즉, 국소 피크(701, 711)의 피크값이 일치하도록, 반사 신호(70)를 종축 방향으로 신축하고, 피크 타이밍이 일치하도록, 반사 신호(70)를 횡축 방향으로 시프트한다. 이와 같이, 정규화된 반사 신호 IB(t)를, 정규화 반사 신호 Ｉ'B(t)라 칭한다. 또한, 반사 신호 IB(t) 및 정규화 반사 신호 Ｉ'B(t)를 총칭하여 「반사 신호(IB(t), Ｉ'B(t))」라 칭하는 경우도 있다. 또한, 정규화에서는 피크 타이밍만 일치하도록 변형해도 되고, 피크값만이 일치하도록 변형해도 된다.
정규화 반사 신호 Ｉ'B(t)를 얻기 위해서는, 정규화의 기준이 되는 국소 피크(701, 711)의 대응짓기를 행할 필요가 있다. 이것은, 표면 트리거 포인트법, 확률 전파법, 정규화 상호 상관법, DP 매칭법 등, 각종 방법이 알려져 있지만, 국소 피크를 대조할 수 있는 방법이면, 어느 것을 적용해도 된다. 이와 같이, 정규화 반사 신호 Ｉ'B(t)가 얻어지면, 화상 생성부(7-1)는, 하기 식 (1)에 기초하여, 차분 신호 m(t)을 산출한다.
Figure pct00001
도 8에 있어서, 다음에 처리가 스텝 S105로 진행되면, 화상 생성부(7-1)는, 기본파와, 차분 신호 m(t)의 상관 연산을 행한다. 도 10을 참조하여, 그 상세를 설명한다.
여기서, 도 10은 차분 신호 m(t) 및 상관 계수 R(t)의 일례를 나타내는 파형도이다. 도 10에 도시한 파형(80)은, 차분 신호 m(t)의 일례이며, 파형(80)의 종축은 차분값이다. 상술한 바와 같이, 기본파(81)는, 초음파 탐촉자(2)의 고유의 송신 파형에 대응하는 것이며, 초음파 탐촉자(2)의 종류에 따라서, 스텝 S101에 있어서 설정되어 있다.
또한, 도 10에 있어서 파형(82)은, 상관 계수 R(t)의 일례이다. 상관 계수 R(t)은, 차분 신호 m(t)에 대해, 기본파(81)를 X축 방향으로 주사하면서 하기 식 (2)에 기초하여 산출한 것이다. 하기 식 (2)에 있어서, f(n)는 기본파(81)의 반사 강도이며, n은 기본파(81)의 시간 길이(데이터 점수)이다.
Figure pct00002
도 8에 있어서, 다음에 처리가 스텝 S106으로 진행되면, 화상 생성부(7-1)는, 상관 계수 R(t)(도 10 참조)에 기초하는 상관 해석을 행한다. 즉, 화상 생성부(7-1)는, 도 10에 도시한 특징 산출 게이트(83)(게이트)의 범위에 있어서, 적어도 하나의 특징량을 산출한다. 여기서, 특징 산출 게이트(83)는, S102에 있어서 얻은 참조 신호에 대하여, 개시 시각과 시간 폭을 설정함으로써 정의할 수 있다. 또한, 초음파 검사 장치는, 영상화 게이트(42)를 구비하지 않고, 특징 산출 게이트(83)를 구비해도 되고, 양쪽 모두 구비해도 된다. 당해 장치가 양쪽을 구비하는 경우, 예를 들어 영상화 게이트와 특징 산출 게이트는 이하의 관계여도 된다.
·특징 산출 게이트(83)와, 영상화 게이트(42)는 동일하다.
·특징 산출 게이트(83)는, 영상화 게이트(42)와 일부 중복 또는 포함 관계에 있다.
·특징 산출 게이트(83)와, 영상화 게이트(42)는 중복되어 있지 않다.
도 11은 정규화 반사 신호 Ｉ'B(t), 참조 신호 IA(t), 차분 신호 m(t) 및 부분 상관 계수 Rp(t)의 일례를 나타내는 파형도이다.
도 11에 있어서, 파형(901)은, 정규화 반사 신호 Ｉ'B(t)의 일례이며, 파형(902)은, 참조 신호 IA(t)의 일례이고, 파형(903)은, 차분 신호 m(t)의 일례이다. 단, 차분 신호 m(t)은, 세로 방향으로 확대되어 있다.
또한, 특징 산출 게이트(911)(게이트)는, 특징 산출 게이트(83)(도 10 참조)보다도 좁은 범위의 특징 산출 게이트이다. 파형(91)은, 특징 산출 게이트(911) 내에서 상관 계수 R(t)(도 10 참조)에 일치하고, 다른 부분에서 「0」이 되는 부분 상관 계수 Rp(t)의 파형의 일례이다. 화상 생성부(7-1)는, 이 특징 산출 게이트(911) 내의 파형(91), 즉 부분 상관 계수 Rp(t)에 기초하여 특징량을 산출한다.
즉, 화상 생성부(7-1)는, 이하 열거하는 특징량 중 하나 또는 복수의 것을, 특징 산출 게이트(911) 내의 부분 상관 계수 Rp(t)에 기초하여 검출한다.
·부분 상관 계수 Rp(t)가 소정의 역치 ThC 미만으로 되는 부분이 존재하는지 여부,
·부분 상관 계수 Rp(t)가 역치 ThC 미만으로 된 시각 tc1(수신 타이밍),
·시각 tc1에 있어서의 차분 신호 m(tc1),
·부분 상관 계수 Rp(t)의 절댓값의 최댓값 Rpmax,
·최댓값 Rpmax가 검출된 시각 tc2(수신 타이밍),
·시각 tc2에 있어서의 부분 상관 계수 Rp(t)의 극성,
·시각 tc2에 있어서의 차분 신호 m(tc2)
상술한 시각 tc1, tc2는, 특징 산출 게이트(911)에 대응하는 반사파의 수신 타이밍에 상당한다.
도 8에 있어서, 다음에 처리가 스텝 S107로 진행되면, 결함 검출부(7-2)는, 상관 해석(S106)에 있어서 검출한 특징량에 기초하여, 결함 판정을 행한다. 예를 들어, 특징 산출 게이트(911) 내에서, 「부분 상관 계수 Rp(t)의 최솟값<역치 ThC」가 성립되면 「결함 있음」, 성립되지 않으면 「결함 없음」이라 판정할 수 있다. 또한, 결함 검출부(7-2)는, 「결함 있음」이라 판정한 경우에는, 도 11의 시각 tc1에 기초하여, 그 결함의 「발생 깊이」도 산출한다.
다음에, 처리가 스텝 S108로 진행되면, 전체 제어부(8)는, 측정 영역 내의 모든 측정점에 대하여, 반사 신호를 취득하였는지 여부를 판정한다. 여기서 「"아니오"」라고 판정되면, 처리는 스텝 S103으로 되돌아가, 아직 반사 신호를 취득하지 않은 측정점에 대하여, 스텝 S103 내지 S107의 처리가 반복된다.
그리고, 모든 측정점에 있어서 반사 신호가 취득된 경우, 스텝 S108에 있어서 「"예"」라고 판정되고, 처리는 스텝 S109로 진행된다.
스텝 S109에 있어서, 화상 생성부(7-1)는, 각 측정점에 있어서의 특징량을 X, Y 방향으로 배열함으로써 단면 화상(특징 화상)을 생성한다. 또한, 데이터 출력부(7-3)는, 이하의 정보를 전체 제어부(8)에 출력한다.
·결함 판정에 사용한 단면 화상,
·단면 화상 중에 결함이 존재하는지 여부, 및, 결함이 존재하는 경우에는 결함수,
·시료(5)에 있어서의 각 부의 막 두께와 막 두께 분포,
·차분 신호 m(t)의 그래프,
·상관 계수 R(t) 또는 부분 상관 계수 Rp(t)의 그래프
여기서, 상술한 단면 화상은, X, Y 방향에 있어서의 결함의 발생 위치(좌표)와, 개개의 결함의 치수와, 시간 방향(도 1에 있어서의 Z 방향)에 있어서의 발생 위치 즉 결함의 깊이를 나타내는 정보를 포함한다. 전체 제어부(8)는, 데이터 출력부(7-3)로부터 공급된 데이터를 GUI부(17)의 디스플레이에 대하여 표시시킨다. 이상에 의해, 본 루틴의 처리가 종료된다.
도 12는 다양한 특징 산출 게이트와, 대응하는 단면 화상의 예를 도시하는 도면이다. 또한, 본 명세서에서 말하는 바의 「단면 화상」이란, 본 명세서에서 검출한 특징량을 이차원화한 화상을 가리킨다. 또한, 이차원화하는 면은, X, Y 방향(즉, 탐촉자의 주사면을 따른 면)을 따른 면인 것이 생각되지만, 다른 기준면을 따른 면이어도 된다. 당해 기준면은, 예를 들어 초음파의 진행 방향을 따른 법선을 갖는 면이나, 검사 대상물의 표면 즉 초음파가 입사하는 면이다.
도 12의 가장 위에 도시한 참조 신호 IA(t) 및 정규화 반사 신호 Ｉ'B(t)에 대하여, 도시한 특징 산출 게이트(110)를 설정한 것으로 한다. 이 특징 산출 게이트(110)는, 1송신 파장 정도, 즉 정부의 국소 피크가 1회씩 포함되는 정도의 폭을 갖고 있다. 또한, 단면 화상(118)(특징 화상)은, 특징 산출 게이트(110)에 대응하여 취득한 화상이며, 원형의 6개의 결함 영역(121 내지 126)을 갖고 있다. 특히, 시료(5)(도 1 참조)를 구성하는 각 층이 얇은 경우에는, 특징 산출 게이트(110)의 폭을 1송신 파장 정도로 하면, 단면 화상(118)이 다른 접합면의 결함을 동시에 포함하는 사태가 일어날 수 있다. 도시한 결함 영역(121 내지 126)도, 실제로는 복수의 다른 접합면 중 어느 것이지만, 단면 화상(118)만으로는, 결함이 발생한 접합면을 특정하는 것은 곤란하다.
또한, 도 12의 위로부터 2번째로 도시한 특징 산출 게이트(130)는, 폭이 1/2 송신 파장 정도이다. 이 특징 산출 게이트(130)에는, 참조 신호 IA(t) 또는 정규화 반사 신호 Ｉ'B(t)의 국소 피크는 포함되어 있지 않다. 본 실시 형태에 따르면, 이 특징 산출 게이트(130)와 같이, 국소 피크를 포함하지 않는 특징 산출 게이트에 있어서도 결함을 검출할 수 있다. 단면 화상(138)(특징 화상)은, 특징 산출 게이트(130)에 대응하여 취득한 화상이며, 원형의 3개의 결함 영역(141, 143, 144)을 갖고 있다. 이들 결함 영역(141, 143, 144)은, 각각, 단면 화상(118)에 있어서의 결함 영역(121, 123, 124)과 동일한 결함에 대응하는 것이다.
또한, 도 12의 위로부터 3번째로 도시한 특징 산출 게이트(150)는, 특징 산출 게이트(130)와 동일한 폭을 갖지만, 횡축(시간축) 방향에서 후방으로 시프트한 위치에 설정되어 있다. 단면 화상(158)(특징 화상)은, 특징 산출 게이트(150)에 대응하여 취득한 화상이며, 원형의 3개의 결함 영역(162, 165, 166)을 갖고 있다. 이들 결함 영역(162, 165, 166)은, 각각, 단면 화상(118)에 있어서의 결함 영역(122, 125, 126)과 동일한 결함에 대응하는 것이다. 이와 같이, 폭이 좁은 특징 산출 게이트(130, 150)에 의해, 다른 깊이에 존재하는 결함을 구별하여 검출할 수 있다.
또한, 도 12의 제일 아래에 도시한 특징 산출 게이트(170)는, 특징 산출 게이트(110)와 동일한 폭을 갖고, 횡축(시간축) 방향으로 타이밍(172, 174)을 경계로 하는 복수의 구분으로 구획되어 있다. 그리고, 특징 산출 게이트(170) 내에서는, 상관 해석(S106)에 있어서 검출한 특징량이, 어느 구분에 포함되는지 구별하고 있다. 단면 화상(178)(특징 화상)은, 특징 산출 게이트(170)에 대응하여 취득한 화상이며, 원형의 6개의 결함 영역(181 내지 186)을 갖고 있다.
이들 결함 영역(181 내지 186)은, 각각, 단면 화상(118)에 있어서의 결함 영역(121 내지 126)과 동일한 결함에 대응하는 것이다. 단, 결함 영역(181 내지 186)은, 특징 산출 게이트(170) 내의 구분에 따라서, 표시 양태가 다르다. 도시한 예에서는, 해칭, 메쉬, 도트 등에 의해 표시 양태를 나타내고 있지만, 특징 산출 게이트(170) 내의 구분에 따라서, 결함 영역(181 내지 186)에 다른 「표시색」을 부여해도 된다. 이와 같이, 특징 산출 게이트(170)를 적용한 예에서는, 발생 깊이가 다른 복수의 결함을 구별하여 검출할 수 있고, 이들을 구별하여 표시할 수 있는 단면 화상(178)을 생성할 수 있다. 또한, 깊이의 정밀도는 전술한 바와 같이, 상기 반사 신호의 국소 피크끼리의 시간 폭보다도 미세한 정밀도를 갖고 있다. 바꾸어 말하면, 상기 반사 신호의 국소 피크끼리의 시간 폭에서 얻어지는 노정보다도 미세한 정밀도를 실현할 수 있다.
<제1 실시 형태의 효과>
이상과 같이 본 실시 형태의 초음파 검사 장치(100)는, 초음파를 발생시켜 검사 대상물(5)에 송신하고, 검사 대상물(5)로부터 반사된 반사파를 수신하는 초음파 탐촉자(2)와, 연산 처리부(7, 8)를 구비하고, 연산 처리부(7, 8)는: (A) 반사파의 해석 대상의 개시 시간과 시간 폭을 나타내는 게이트(911)를 설정하고, (B) 복수의 측정점의 각각에 관해: (B1) 반사파의 시간마다 강도를 나타내는 반사 신호(IB(t), Ｉ'B(t))를 취득하고, (B2) 반사 신호(IB(t), Ｉ'B(t))와 참조 신호(IA(t))의 차분인 차분 신호(m(t))를 산출하고, (B3) 게이트(911) 내의 차분 신호(m(t))에 대해 특징량을 산출하고, (C) 복수의 측정점에 대한 특징량에 기초하여 결함을 검출하고, (D) 초음파의 송신 방향을 따른 결함의 깊이를 나타내는 정보를 출력한다.
이에 의해, 본 실시 형태에 따르면, 시료의 내부 결함을 적절하게 검출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 설정한 게이트 내에서 검출한 결함의 깊이를 고정밀도로 파악할 수 있다.
또한, 다른 관점에 있어서, 본 실시 형태의 초음파 검사 장치(100)는, 초음파를 발생시켜 검사 대상물(5)에 송신하고, 검사 대상물(5)로부터 반사된 반사파를 수신하는 초음파 탐촉자(2)와, 반사파에 기초하여 산출되는 특징량에 기초하여, 이차원 화상을 출력하는 연산 처리부(7, 8)를 구비하고, 연산 처리부(7, 8)는: (1) 반사파의 해석 대상의 개시 시간과 시간 폭을 나타내는 게이트(911)를 설정하고, (2) 이차원 화상에 포함되는 1 이상의 화소에 대하여: (2A) 반사파의 시간마다의 강도를 나타내는 반사 신호(IB(t), Ｉ'B(t))를 취득하고, (2B) 반사 신호(IB(t), Ｉ'B(t))와 참조 신호(IA(t))의 차분인 차분 신호(m(t))를 산출하고, (2C) 게이트(911) 내의 차분 신호(m(t))에 대해, 특징량을 산출하고, (3) 특징량에 기초하여, 결함을 검출하고, (4) 초음파의 송신 방향을 따른 결함의 깊이를 나타내는 정보를 포함하는 이차원 화상을 생성한다.
이에 의해, 본 실시 형태에 따르면, 생성된 이차원 화상에 기초하여, 결함의 깊이를 고정밀도로 파악할 수 있다.
또한, 특징량은, 소정의 기본파 신호(81)와 차분 신호(m(t))의 상관 계수(R(t))의 상태(예를 들어, Rp(t)<ThC로 되는 부분이 존재하는지 여부), 상관 계수(R(t))에 기초하여 산출되는 반사파의 수신 타이밍(tc1, tc2), 또는, 수신 타이밍(tc1, tc2)에 있어서의 차분 신호(m(tc1), m(tc2)) 중 어느 것을 포함한다.
이에 의해, 상관 계수(R(t))의 상태, 반사파의 수신 타이밍(tc1, tc2), 또는 수신 타이밍(tc1, tc2)에 있어서의 차분 신호(m(tc1), m(tc2))에 나타나는 특징량을 적확하게 추출할 수 있다.
또한, 기본파 신호(81)는, 초음파 탐촉자(2)의 특성에 대응하여 정해진 신호이다. 이에 의해, 초음파 탐촉자(2)의 특성에 따른, 정확한 특징량을 추출할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 참조 신호(IA(t))는, 참조점에서 얻어지는 반사 신호(IB(t), Ｉ'B(t))이다. 이에 의해, 참조 신호(IA(t))를 용이하게 구할 수 있다.
또한, 설정된 게이트(130, 150)는, 개시 시간으로부터 시간 폭을 지날 때까지의 시간 범위에, 반사 신호(IB(t), Ｉ'B(t))의 국소 피크를 포함하지 않도록 설정할 수 있다.
이에 의해, 국소 피크를 포함하지 않는 좁은 시간 범위의 반사 신호에 기초하여, 다른 깊이에 존재하는 결함을, 높은 정밀도로 구별하여 검출할 수 있다.
또한, 초음파의 송신 방향을 따른 결함의 깊이 정보는: 반사 신호(IB(t), Ｉ'B(t))의 국소 피크끼리의 시간 폭보다도 미세한 정밀도를 갖거나, 또는, 반사 신호의 국소 피크끼리의 시간 폭에서 얻어지는 노정보다도 미세한 정밀도를 갖는다.
이에 의해, 국소 피크끼리의 시간 폭에 대응하는 깊이의 차보다도 좁은 범위에 존재하는 결함을, 높은 정밀도로 구별하여 검출할 수 있다.
[제2 실시 형태]
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 초음파 검사 장치에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 하드웨어 구성 및 소프트웨어의 내용은, 제1 실시 형태의 것(도 1 내지 도 12)과 마찬가지이지만, 참조 신호를 취득하는 스텝 S102(도 8 참조)의 내용은, 제1 실시 형태의 것과는 다르다. 상술한 제1 실시 형태에 있어서, 참조 신호를 취득하는 참조점은, 시료(5) 중 결함이 발생하지 않은 측정점 중으로부터 선택하는 것이 바람직하다. 그러나, 「결함이 발생하지 않은 측정점」을 사전에 파악하는 것이 곤란한 경우도 있다. 그래서, 본 실시 형태의 스텝 S102에서는, 이하 설명하는 수순으로, 참조 신호를 취득한다.
(1) 먼저, 전체 제어부(8) 및 신호 처리부(7)(도 1 참조)는, 시료(5)의 원하는 경계면에 대응하는 영상화 게이트를 화상 생성부(7-1)(도 2 참조)에 설정하고, 각 측정점에 있어서 반사 신호를 취득시킨다. 이에 의해, 화상 생성부(7-1)에 있어서는, 영상화 게이트에 대응하는 단면 화상이 생성된다.
도 13은 제2 실시 형태에 있어서 참조 신호를 취득하는 동작 설명도이다. 도 13의 가장 위에 도시한 단면 화상(200)은, 이와 같이 하여 생성된 단면 화상인 것으로 한다.
(2) 다음에, 전체 제어부(8) 및 신호 처리부(7)는, 단면 화상(200)을, 마찬가지의(예를 들어 동일한) 패턴 구조를 갖는 복수의 부분 영역으로 분할한다. 도 13의 가장 위에 도시한 N개의 부분 영역(202-1 내지 202-N)이, 분할에 의해 얻어진 부분 영역이다. 여기서, 「1」 내지 「N」의 값을 샷 번호라 칭하는 경우가 있다.
(3) 다음에, 전체 제어부(8) 및 신호 처리부(7)는, 각 부분 영역(202-1 내지 202-N)에 있어서, 마찬가지의(예를 들어 동일한) 패턴을 갖는 측정점을 추출한다. 도 13에 있어서는, N개의 측정점(204-1 내지 204-N)이 추출된 측정점인 것으로 한다.
(4) 다음에, 전체 제어부(8) 및 신호 처리부(7)는, 이들 N개의 측정점(204-1 내지 204-N)에 초음파 탐촉자(2)를 순차적으로 이동시키면서, 이들 측정점에 있어서의 N개의 반사 신호를 화상 생성부(7-1)에 취득시킨다. 이들 N개의 반사 신호 중에는, 결함에 의한 반사파를 포함하고 있는 신호도 존재할 수 있다. 도 13의 위로부터 2번째로 도시한 파형군(210)은, 특정 국소 피크를 기준으로 하여, 취득한 N개의 반사 신호를 중첩한 것이다.
(5) 다음에, 전체 제어부(8) 및 신호 처리부(7)는, 파형군(210)의 각 시각 t에 있어서, 반사 신호의 강도의 중앙값을 산출한다. 도 13의 가장 아래에 파선으로 도시한 라인(212, 214)은, 파형군(210)에 속하는 각 파형의 상한값 및 하한값을 나타내고 있다. 또한, 파형(220)은, 파형군(210)에 속하는 각 파형의, 각 시각 t에 있어서의 중앙값을 연결한 파형이다. 본 실시 형태에 있어서는, 이 파형(220)이 참조 신호 IA(t)로서 적용된다.
이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 연산 처리부(7, 8)는, (E) 복수의 측정점에 대하여, 반사 신호(IB(t), Ｉ'B(t))에 대해, 소정의 통계 처리를 실시함으로써, 참조 신호(IA(t))를 취득한다.
이에 의해, 일부의 반사 신호에 결함에 의한 영향이 포함되어 있었다고 해도, 결함에 의한 영향을 억제한 참조 신호 IA(t)를 취득할 수 있다.
[제3 실시 형태]
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 초음파 검사 장치에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 하드웨어 구성 및 소프트웨어의 내용은, 제1 실시 형태의 것(도 1 내지 도 12)과 마찬가지이다. 단, 본 실시 형태의 초기 설정(도 8, 스텝 S101)에 있어서, 「각 게이트의 개시 위치 및 폭」을 지정하는 동작은, 제1 실시 형태의 것과는 다르다.
제1 실시 형태에 있어서는, 상술한 바와 같이, 시료(5)의 세로 구조에 따라서, 각 게이트의 개시 위치 및 폭을 지정하였다. 그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 유저는, 시료(5)의 「세로 구조 정보」를 전체 제어부(8)에 입력한다. 여기서, 세로 구조 정보란, 시료(5)의 각 층의 「층 번호」와 「재질」과 「두께」를 열거한 것이다. 또한, 「층 번호」란, 도 1에 있어서 초음파 탐촉자(2)로부터 보아 가까운 순으로, 「1」부터 오름차순으로 부여한 번호이다. 예를 들어, 세로 구조 정보는, 「1: 에폭시 수지 밀봉재, 500㎛, 2: Si(실리콘), 20㎛, 3: Al(알루미늄), 7㎛, 4: Cu(구리), 7㎛, …」와 같은 정보로 된다.
각 재질에 있어서의 초음파의 전반 속도는 기지이기 때문에, 재질과 두께가 특정되면, 각 층에 있어서의 초음파의 전반 시간을 구할 수 있다. 이에 의해, 전체 제어부(8)는, 초음파 탐촉자(2)로부터 송신파를 출력한 후, 각 층의 경계면으로부터 초음파 탐촉자(2)로 반사파가 되돌아갈 때까지의 시간을 계산하고, 각 게이트의 개시 위치 및 폭을 결정한다. 또한, 상술한 세로 구조 정보는, 시료(5)의 CAD(Computer Aided Design) 데이터에 기초하여 전체 제어부(8)가 구하도록 해도 된다.
이상과 같이 본 실시 형태의 초음파 검사 장치에 의하면, 연산 처리부(7, 8)는: (F) 검사 대상물(5)의 세로 구조 정보를 취득하고, (G) 세로 구조 정보에 기초하여, 게이트(911)를 설정하고, (H) 결함의 깊이를 나타내는 정보를, 차분 신호(m(t))와 함께 디스플레이에 표시한다.
이에 의해, 세로 구조 정보에 기초한 게이트를 자동적으로 설정할 수 있기 때문에, 유저의 수고를 줄일 수 있다.
[변형예]
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형이 가능하다. 상술한 실시 형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 예시한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어떤 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 어떤 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부에 대하여 삭제하고, 혹은 다른 구성의 추가·치환을 하는 것이 가능하다. 또한, 도면 중에 도시한 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있고, 제품상에서 필요한 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다. 상기 실시 형태에 대하여 가능한 변형은, 예를 들어 이하와 같은 것이다.
(1) 상술한 제2 실시 형태에 있어서는, 통계 처리에 의해 참조 신호를 구할 때, 복수의 반사 신호의 「중앙값」을 적용한 예를 설명하였다. 그러나, 통계 처리는, 중앙값을 구하는 처리에 한정되지 않고, 평균값 등, 다른 통계적인 연산 처리를 적용할 수 있다.
(2) 또한, 제2 실시 형태에 있어서는, 얻어진 단면 화상(200)을 측정점(204-1 내지 204-N)으로 분할하여, 통계 처리에 적용되는 복수의 측정점(204-1 내지 204-N)을 선택하였다. 그러나, 통계 처리에 적용되는 측정점은, 시료의 레이아웃 정보나, 설계 데이터 등으로부터 자동적으로 선택해도 된다. 또한, 제2 실시 형태에 있어서, 복수의 측정점(204-1 내지 204-N)을, 측정 영역으로부터 무작위로 선택해도 된다.
(3) 상기 실시 형태에 있어서의 신호 처리부(7) 및 전체 제어부(8)의 하드웨어는 일반적인 컴퓨터에 의해 실현할 수 있기 때문에, 도 8에 도시한 흐름도, 그 밖에 상술한 각종 처리를 실행하는 프로그램 등을 기억 매체에 저장하거나, 또는 전송로를 통해 반포해도 된다.
(4) 도 8에 도시한 처리, 그 밖에 상술한 각 처리는, 상기 실시 형태에서는 프로그램을 사용한 소프트웨어적인 처리로서 설명하였지만, 그 일부 또는 전부를 ASIC(Application Specific Integrated Circuit; 특정 용도용 IC), 혹은 FPGA(Field Programmable Gate Array) 등을 사용한 하드웨어적인 처리로 치환해도 된다.
(5) 반사파에 기초하여 반사 신호를 생성하는 부위는, 탐상기(3)나 A/D 변환기(6) 이외여도 된다. 예를 들어, 초음파 탐촉자(2)가 반사 신호를 생성해도 된다. 이 경우에는, 초음파 탐촉자(2)가 탐상기(3)나 A/D 변환기(6)를 내장하고 있다고도 할 수 있다.
(6) 전술한 바와 같이, 단면 화상의 이차원면은 반드시 초음파 탐촉자(2)의 측정점(위치)에 대응하지 않더라도, 다른 기준면을 따른 면에서 이차원의 화상을 생성할 수 있으면 된다. 즉, 단면 화상에 포함되는 각 화소(예를 들어 도트나, 점이나, 미소 영역)마다, 검사 대상면의 다른 위치를 향하여 초음파를 송신하여, 반사파를 수신하고, 당해 반사파에서 취득할 수 있는 반사 신호를 대상으로 본 명세서에 기재된 처리를 행해도 된다. 또한, 화상은 하나의 화소만을 포함하는 것이어도 된다. 환언하면, 상기 연산 처리부(7, 8)는: (1) 반사파의 해석 대상의 개시 시간과 시간 폭을 나타내는 게이트(예를 들어 도 10에 도시한 특징 산출 게이트(83))를 설정하고, (2) 상기 이차원 화상에 포함되는 1 이상의 화소에 대해서: (2A) 상기 반사파의 시간마다의 강도를 나타내는 반사 신호를 취득하고, (2B) 상기 반사 신호와 참조 신호의 차분인 차분 신호를 산출하고, (2C) 상기 게이트 내의 상기 차분 신호에 대해, 상기 특징량을 산출하고, (3) 상기 특징량에 기초하여 결함을 검출하고, (4) 상기 초음파의 송신 방향을 따른 상기 결함의 깊이를 나타내는 정보를 포함하는 상기 이차원 화상을 생성해도 된다고 하는 것이다.
2: 초음파 탐촉자
5: 시료(검사 대상물)
7: 신호 처리부(연산 처리부)
8: 전체 제어부(연산 처리부)
81: 기본파(기본파 신호)
83, 130, 150, 911: 특징 산출 게이트(게이트)
100: 초음파 검사 장치
118, 138, 158, 178: 단면 화상(특징 화상)
tc1, tc2: 시각(수신 타이밍)
IA(t): 참조 신호
IB(t): 반사 신호
Ｉ'B(t): 정규화 반사 신호(반사 신호)
m(t): 차분 신호
R(t): 상관 계수
Rp(t): 부분 상관 계수(상관 계수)

Claims (16)

  1. 초음파를 발생시켜 검사 대상물에 송신하고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 반사파를 수신하는 초음파 탐촉자와,
    연산 처리부를 구비하고,
    상기 연산 처리부는:
    (A) 상기 반사파의 해석 대상의 개시 시간과 시간 폭을 나타내는 게이트를 설정하고,
    (B) 복수의 측정점의 각각에 관해:
    (B1) 상기 반사파의 시간마다의 강도를 나타내는 반사 신호를 취득하고,
    (B2) 상기 반사 신호와 참조 신호의 차분인 차분 신호를 산출하고,
    (B3) 상기 게이트 내의 상기 차분 신호에 대해 특징량을 산출하고,
    (C) 복수의 상기 측정점에 대한 상기 특징량에 기초하여 결함을 검출하고,
    (D) 상기 초음파의 송신 방향을 따른 상기 결함의 깊이를 나타내는 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특징량은, 소정의 기본파 신호와 상기 차분 신호의 상관 계수의 상태, 상기 상관 계수에 기초하여 산출되는 상기 반사파의 수신 타이밍, 또는, 상기 수신 타이밍에 있어서의 상기 차분 신호 중 어느 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기본파 신호는, 상기 초음파 탐촉자의 특성에 대응하여 정해진 신호인 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 참조 신호는, 참조점에서 얻어지는 반사 신호인 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산 처리부는:
    (E) 복수의 상기 측정점에 대하여, 상기 반사 신호에 대해 소정의 통계 처리를 실시함으로써, 상기 참조 신호를 취득하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 연산 처리부는:
    (F) 상기 검사 대상물의 세로 구조 정보를 취득하고,
    (G) 상기 세로 구조 정보에 기초하여, 상기 게이트를 설정하고,
    (H) 상기 결함의 깊이를 나타내는 정보를, 상기 차분 신호와 함께 디스플레이에 표시하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    설정된 상기 게이트는, 상기 개시 시간으로부터 상기 시간 폭을 지날 때까지의 시간 범위에, 상기 반사 신호의 국소 피크를 포함하지 않도록 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초음파의 송신 방향을 따른 상기 결함의 깊이의 정보는:
    상기 반사 신호의 국소 피크끼리의 시간 폭보다도 미세한 정밀도를 갖거나, 또는,
    상기 반사 신호의 상기 국소 피크끼리의 시간 폭에서 얻어지는 노정보다도 미세한 정밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
  9. 초음파를 발생시켜 검사 대상물에 송신하고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 반사파를 수신하는 초음파 탐촉자를 사용하여, 연산 처리부에 있어서 상기 반사파를 해석하는 초음파 검사 방법이며,
    (A) 상기 반사파의 해석 대상의 개시 시간과 시간 폭을 나타내는 게이트를 설정하는 스텝과,
    (B) 복수의 측정점의 각각에 관해:
    (B1) 상기 반사파의 시간마다의 강도를 나타내는 반사 신호를 취득하는 스텝과,
    (B2) 상기 반사 신호와 참조 신호의 차분인 차분 신호를 산출하는 스텝과,
    (B3) 상기 게이트 내의 상기 차분 신호에 대해 특징량을 산출하는 스텝과,
    (C) 복수의 상기 측정점에 대한 상기 특징량에 기초하여 결함을 검출하는 스텝과,
    (D) 상기 초음파의 송신 방향을 따른 상기 결함의 깊이를 나타내는 정보를 출력하는 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 특징량은, 소정의 기본파 신호와 상기 차분 신호의 상관 계수의 상태, 상기 상관 계수에 기초하여 산출되는 상기 반사파의 수신 타이밍, 또는, 상기 수신 타이밍에 있어서의 상기 차분 신호 중 어느 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기본파 신호는, 상기 초음파 탐촉자의 특성에 대응하여 정해진 신호인 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 참조 신호는, 참조점에서 얻어지는 반사 신호인 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    (E) 복수의 상기 측정점에 대하여, 상기 반사 신호에 대해, 소정의 통계 처리를 실시함으로써, 상기 참조 신호를 취득하는 스텝을 더 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    (F) 상기 검사 대상물의 세로 구조 정보를 취득하는 스텝과,
    (G) 상기 세로 구조 정보에 기초하여, 상기 게이트를 설정하는 스텝과,
    (H) 상기 결함의 깊이를 나타내는 정보를, 상기 차분 신호와 함께 디스플레이에 표시하는 스텝을 더 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    설정된 상기 게이트는, 상기 개시 시간으로부터 상기 시간 폭을 지날 때까지의 시간 범위에, 상기 반사 신호의 국소 피크를 포함하지 않도록 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
  16. 초음파를 발생시켜 검사 대상물에 송신하고, 상기 검사 대상물로부터 반사된 반사파를 수신하는 초음파 탐촉자와,
    상기 반사파에 기초하여 산출되는 특징량에 기초하여, 이차원 화상을 출력하는 연산 처리부를 구비하고, 상기 연산 처리부는:
    (1) 상기 반사파의 해석 대상의 개시 시간과 시간 폭을 나타내는 게이트를 설정하고,
    (2) 상기 이차원 화상에 포함되는 1 이상의 화소에 대하여:
    (2A) 상기 반사파의 시간마다의 강도를 나타내는 반사 신호를 취득하고,
    (2B) 상기 반사 신호와 참조 신호의 차분인 차분 신호를 산출하고,
    (2C) 상기 게이트 내의 상기 차분 신호에 대해, 상기 특징량을 산출하고,
    (3) 상기 특징량에 기초하여, 결함을 검출하고,
    (4) 상기 초음파의 송신 방향을 따른 상기 결함의 깊이를 나타내는 정보를 포함하는 상기 이차원 화상을 생성하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 장치.
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