WO2021039483A1 - 超音波検査装置および超音波検査方法 - Google Patents

超音波検査装置および超音波検査方法 Download PDF

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WO2021039483A1
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ultrasonic inspection
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薫 酒井
昌幸 小林
菊池　修
大野　茂
耕太郎 菊川
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株式会社日立パワーソリューションズ
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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic inspection device and an ultrasonic inspection method.
  • the reflected echo U2 that sends U1 and returns from the subject is received, the received waveform data generated from the reflected echo is processed by the arithmetic processing means (waveform arithmetic processing program 37), and the internal defect 51 of the subject is inspected.
  • the arithmetic processing means has a waveform feature extraction means that performs wavelet conversion processing on received waveform data in which a plurality of reflected echoes interfere with each other to extract waveform features of internal defects and visualize them. " ing.
  • an object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection apparatus and an ultrasonic inspection method capable of appropriately detecting the internal state of an inspection object.
  • the ultrasonic inspection apparatus of the present invention An ultrasonic probe that generates ultrasonic waves, transmits them to the inspection object, and receives the reflected waves reflected from the inspection object.
  • Arithmetic processing unit and The arithmetic processing unit is: (A) A gate indicating the start time and time width of the analysis target of the reflected wave is set. (B) Regarding each of the plurality of measurement points: (B1) Obtain a reflected signal indicating the intensity of the reflected wave for each time, (B2) A difference signal, which is the difference between the reflected signal and the reference signal, is calculated. (B3) A feature amount is calculated for the difference signal in the gate, and the feature amount is calculated. (C) Defects are detected based on the feature quantities for the plurality of measurement points. (D) It is characterized in that it outputs information indicating the depth of the defect along the transmission direction of the ultrasonic wave.
  • the internal state of the inspection object can be appropriately detected.
  • the gate (time width) is set assuming a time zone in which the irradiated ultrasonic waves are reflected and received at a desired boundary surface. Then, by imaging the intensity of the reflected wave in the gate, defects such as peeling existing at the junction interface in the inspection object can be made apparent in the inspection image.
  • the gate has a start time other than the time width, as will be described later.
  • inspection objects such as LSIs (Large Scale Integration) have a structure in which thin film layers are laminated, so that the reception time of reflected waves from the boundary surface of each layer is close.
  • This causes a problem that the reflected waves interfere with each other, and it is becoming difficult to clearly distinguish the reflected waves from the desired boundary surface from the reflected waves from other boundary surfaces. Therefore, even when the inspection object has a defect, the signal corresponding to the defect is distorted or buried due to interference, and it becomes difficult to detect the defect.
  • the "reflected wave” refers to an ultrasonic wave reflected from each boundary surface or the like.
  • the "reflected signal” is a signal indicating the intensity of the reflected wave for each time.
  • signal refers to a signal in analog format, and also includes digitized data.
  • the main inspection target is an electronic component having a plurality of junction interfaces, such as an integrated circuit in which chips that are becoming extremely thin are laminated. Even when the generation time of the reflected wave from each interface is close and it is received as a combined reflected signal, the reflected wave from the defect is detected separately from the reflected wave from the other junction interface. , It becomes possible to specify the depth of occurrence. That is, in the present embodiment, the reflected waves from the plurality of junction interfaces are close to each other in the time direction, and the difference from the reference signal is calculated for the reflected signal obtained as a composite signal thereof to obtain a difference signal. The difference between the reference signal and the reflected signal becomes apparent by this difference signal.
  • FIG. 1 is a block diagram of an ultrasonic inspection device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic inspection device 100 includes a detection unit 1, an A / D converter 6, a signal processing unit 7 (arithmetic processing unit), an overall control unit 8 (arithmetic processing unit), and a mechanical controller 16. , Is equipped.
  • the coordinate system 10 shown in FIG. 1 is a coordinate system of three orthogonal axes of X, Y, and Z.
  • the detection unit 1 includes a scanner stand 11, a water tank 12, and a scanner 13.
  • the scanner base 11 is a base installed substantially horizontally.
  • the water tank 12 is placed on the upper surface of the scanner stand 11.
  • the scanner 13 is provided on the upper surface of the scanner stand 11 so as to straddle the water tank 12.
  • the mechanical controller 16 drives the scanner 13 in the X, Y, and Z directions.
  • Water 14 is injected into the water tank 12 to the height of level LV1, and sample 5 (inspection target), which is an inspection target, is placed on the bottom (underwater) of the water tank 12.
  • Sample 5 generally has a multilayer structure. When the transmitted ultrasonic wave is incident on the sample 5, a reflected wave is generated from the surface of the sample 5 or a different boundary surface.
  • the reflected wave of each part is received by the ultrasonic probe 2 and synthesized, and output as a reflected signal.
  • the ultrasonic probe 2 When used, the ultrasonic probe 2 is immersed in water 14.
  • the water 14 functions as a medium for efficiently propagating the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic probe 2 into the sample 5.
  • the ultrasonic probe 2 transmits ultrasonic waves to the sample 5 from the lower end thereof, and receives the reflected wave returned from the sample 5.
  • the ultrasonic probe 2 is mounted on the holder 15 and can be freely moved in the X, Y, and Z directions by the scanner 13 driven by the mechanical controller 16.
  • the overall control unit 8 causes the ultrasonic probe 2 to transmit ultrasonic waves at a plurality of preset measurement points while moving the ultrasonic probe 2 in the X and Y directions.
  • the transmission direction of the ultrasonic waves of the ultrasonic probe 2 may be changed to another method.
  • the flaw detector 3 filters the reflected signal and the like.
  • the A / D converter 6 converts the output signal of the flaw detector 3 into a digital signal and supplies it to the signal processing unit 7.
  • the signal processing unit 7 acquires a two-dimensional image of the joint surface of the sample 5 in the measurement region on the XY plane based on the digitized reflected signal, and inspects the defect in the sample 5.
  • the signal processing unit 7 processes the reflected signal converted into a digital signal by the A / D converter 6 to detect the internal state of the sample 5.
  • the signal processing unit 7 is provided with hardware as a general computer such as a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory). Stores a control program executed by the CPU, a microprogram executed by the DSP, various data, and the like.
  • the inside of the signal processing unit 7 shows a function realized by a control program, a micro program, or the like as a block. That is, the signal processing unit 7 includes an image generation unit 7-1, a defect detection unit 7-2, a data output unit 7-3, and a parameter setting unit 7-4.
  • the image generation unit 7-1 converts the reflected signal into a luminance value, arranges the luminance value on the XY plane, and generates an image.
  • the defect detection unit 7-2 processes the image generated by the image generation unit 7-1 to detect an internal state such as an internal defect of the sample 5.
  • the data output unit 7-3 outputs inspection results such as internal defects detected by the defect detection unit 7-2 to the overall control unit 8.
  • the parameter setting unit 7-4 receives parameters such as measurement conditions input from the overall control unit 8 and sets them in the defect detection unit 7-2 and the data output unit 7-3. Then, the parameter setting unit 7-4 stores these parameters in the storage device 30.
  • the overall control unit 8 is equipped with hardware as a general computer such as a CPU, RAM, ROM, SSD (Solid State Drive), and the SSD contains an OS (Operating System), an application program, various data, and the like. It is stored. The OS and application programs are expanded in RAM and executed by the CPU. Further, the overall control unit 8 is connected to the GUI unit 17 and the storage device 18.
  • a general computer such as a CPU, RAM, ROM, SSD (Solid State Drive)
  • the SSD contains an OS (Operating System), an application program, various data, and the like. It is stored. The OS and application programs are expanded in RAM and executed by the CPU. Further, the overall control unit 8 is connected to the GUI unit 17 and the storage device 18.
  • the GUI unit 17 includes an input device (unsigned) that receives input of parameters and the like from the user, and a display (unsigned) that displays various information to the user. Further, the overall control unit 8 outputs a control command for driving the scanner 13 to the mechanical controller 16. Further, the overall control unit 8 also outputs a control command for controlling the flaw detector 3, the signal processing unit 7, and the like.
  • the arithmetic processing unit may be a general computer such as a CPU, RAM, ROM, SSD (Solid State Drive), etc. It can be said that the SSD is equipped with the above hardware and stores the OS (Operating System), application programs, various data, and the like.
  • the OS and the application program are expanded in the RAM and executed by the CPU.
  • the arithmetic processing unit may be connected to the GUI unit 17 and the storage device 18.
  • the arithmetic processing unit may realize the signal processing unit 7 and the overall control unit 8 by executing a program on common hardware, and the signal processing unit 7 and the overall control unit 8 may be realized by separate hardware. May be realized. Further, a part of the arithmetic processing unit may be realized by hardware such as ASIC or FPGA.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the operating principle of the ultrasonic inspection device 100.
  • the flaw detector 3 drives the ultrasonic probe 2 by supplying a pulse signal to the ultrasonic probe 2, and the ultrasonic probe 2 generates ultrasonic waves. As a result, the ultrasonic waves are transmitted to the sample 5 via the water 14 (see FIG. 1).
  • Sample 5 generally has a multilayer structure.
  • the reflected wave 4 is generated from the surface of the sample 5 or a different boundary surface.
  • the reflected wave 4 is received by the ultrasonic probe 2 and synthesized, and is supplied to the flaw detector 3 as a reflected signal.
  • the reflected signal is filtered or the like.
  • the reflected signal that has been filtered or the like is converted into a digital signal by the A / D converter 6 and input to the signal processing unit 7.
  • a measurement region that is a range for scanning the ultrasonic probe 2 is predetermined above the sample 5 (not shown).
  • the overall control unit 8 repeatedly executes the above-mentioned transmission of ultrasonic waves and reception of reflected signals while scanning the ultrasonic probe 2 in the measurement region.
  • the ultrasonic wave generated by the ultrasonic probe 2 may be referred to as a "transmitted wave".
  • the image generation unit 7-1 performs a process of converting the reflected signal into a luminance value, and generates a cross-sectional image (feature image) of one or a plurality of joint surfaces of the sample 5.
  • the defect detection unit 7-2 detects defects such as peeling, voids, and cracks based on the cross-sectional image of the generated joint surface.
  • the data output unit 7-3 generates data to be output as an inspection result, such as information on each defect detected by the defect detection unit 7-2 and a cross-sectional image, and outputs the data to the overall control unit 8.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of sample 400, which is an example of sample 5.
  • the sample 400 is formed by joining substrates 401 and 402 made of different materials.
  • a void 406, which is a defect is formed on the boundary surface 404 of the substrates 401 and 402.
  • the ultrasonic probe 2 is arranged above the surface 408 of the sample 400 and the ultrasonic wave 49 is transmitted, the ultrasonic wave 49 is propagated inside the sample 400. Further, the ultrasonic wave 49 is reflected at a place where a difference in acoustic impedance appears, such as the surface 408 of the sample 400 and the boundary surface 404, and the reflected wave is received by the ultrasonic probe 2.
  • Each reflected wave is received by the ultrasonic probe 2 at a timing according to the distance between the reflected point and the ultrasonic probe 2 and the propagation speed, and the ultrasonic probe 2 synthesizes each reflected wave. Receive the reflected signal.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the reflected signal S40 received by the ultrasonic probe 2 in FIG.
  • the vertical axis of FIG. 4 is the reflection intensity of the reflection signal S40, that is, the peak value.
  • the horizontal axis of FIG. 4 is the reception time, which can be converted into the depth of the sample 400 and corresponds to the path of the reflected signal S40.
  • the reflection intensity on the vertical axis has a median value of 0, from which the upward value is a positive value and the downward value is a negative value. Peaks having different polarities appear alternately in the reflected signal S40. Hereinafter, each peak is referred to as a local peak.
  • the reception time on the horizontal axis for example, the time when the ultrasonic wave is transmitted may be set to zero, but other timings may be set to zero.
  • the S gate 41 which is a gate (that is, time width) for detecting the reflected wave from the surface 408 (see FIG. 3), is set. Then, in the time range (within the width range) set by the S gate 41, the timing at which "S40 ⁇ -Th1" or "Th1 ⁇ S40" is first established is called a trigger point 43.
  • Th1 is a predetermined threshold value.
  • the image generation unit 7-1 of the signal processing unit 7 first detects the trigger point 43.
  • the period from the timing delayed by the predetermined time T2 from the trigger point 43 to the timing further delayed by the predetermined time T3 is called the visualization gate 42.
  • the signal processing unit 7 identifies the local peak at which the absolute value of the reflected signal 40 is maximum in the visualization gate 42 as the local peak due to the reflected wave from the boundary surface 404 (see FIG. 3).
  • the local peak 44 is identified as a local peak due to the reflected wave from the interface 404.
  • the overall control unit 8 causes the ultrasonic probe 2 to transmit ultrasonic waves at a plurality of measurement points while moving the ultrasonic probe 2 in the X and Y directions (see FIG. 1). ..
  • the image generation unit 7-1 of the signal processing unit 7 identifies the local peak 44 at each measurement point, acquires the peak value I44 at each local peak 44, and converts this into a luminance value.
  • the image generation unit 7-1 images the joint state of the boundary surface 404 as a cross-sectional image by arranging the luminance values obtained in this manner on the X and Y planes. At that time, the absolute value of the peak value I44 becomes high at the place where a defect such as void 406 exists. As a result, defects such as voids 406 and boundary surfaces 404 can be made apparent in the cross-sectional image.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of sample 500, which is another example of sample 5.
  • the sample 500 includes a micro bump 51, a resin package 52, a chip 53, a package substrate 55, and a ball grid array 56.
  • the micro bump 51 connects each part of the chip 53 and each part of the package substrate 55.
  • a defect 54 due to a crack is generated in a part of the micro bump 51.
  • the resin package 52 is formed of a resin that covers the package substrate 55 and the chip 53, and protects the chip 53 and the like from the outside.
  • An ultrasonic probe 2 is arranged above the surface 508 of the sample 500. When the ultrasonic probe 2 transmits the ultrasonic wave 59 to the sample 500 in water, the ultrasonic wave 59 is propagated inside the sample 500.
  • the ultrasonic wave 59 is reflected at a place where a difference in acoustic impedance appears, such as the surface 508 of the sample 500, the upper surface of the chip 53, the lower surface of the chip 53, and the micro bump 51. These reflected waves are combined and received by the ultrasonic probe 2 as a reflected signal.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the reflected signal S50 received by the ultrasonic probe 2 in FIG.
  • the vertical axis of FIG. 6 is the reflection intensity of the reflection signal S50, that is, the peak value.
  • the horizontal axis of FIG. 6 is the reception time, which can be converted into the depth of the sample 500 and corresponds to the path of the reflected signal S50.
  • the reflection intensity on the vertical axis has a median value of 0, from which the upward value is a positive value and the downward value is a negative value. Local peaks having different polarities appear alternately in the reflected signal S50.
  • the reception time on the horizontal axis of FIG. 6 and FIG. 7 to be described later for example, the time when the ultrasonic wave is transmitted may be set to zero, but other timings may be set to zero.
  • the S gate 510 which is a gate for detecting the reflected wave from the surface 508 of the sample 500, is set. That is, the reflected signal S50 at the S gate 510 is mainly due to the reflected wave from the surface 508.
  • the reflected signal S50 at the visualization gates 502, 503, and 504 is due to reflected waves from the upper surface of the chip 53, the lower surface of the chip 53, and the upper surface of the package substrate 55, respectively.
  • the generation timings of the reflected waves of each part are close to each other, and it is necessary to set the time width of the visualization gates 502, 503, 504 to be narrow. Therefore, it is expected that it will be difficult to separate and extract the reflected signals at each interface as the electronic components become thinner in the future.
  • FIG. 7 is a diagram showing examples of various signals when the difference in reception time of reflected signals from each interface is smaller than that in FIG.
  • the reflected waves 632 and 634 shown at the top of FIG. 7 are reflected waves from two interface surfaces (not shown). Then, the interval between the peak of the reflected wave 632 (time t632) and the peak of the reflected wave 634 (time t634) is defined as ⁇ t.
  • the waveform of the transmitted wave is substantially equal to, for example, a similar figure of the reflected wave 632.
  • a “transmission wavelength T” is defined for this transmitted wave.
  • the transmission wavelength T is defined as "the length of 1.5 cycles including the peak time”. As shown in the figure, the transmission wavelength T is equal to the "length of 1.5 cycles including the peak time" of the reflected wave 632. Further, in the illustrated example, the interval ⁇ t is equal to twice the transmission wavelength T.
  • the reflected signal 630 shown second from the top of FIG. 7 is a signal obtained by synthesizing the reflected waves 632 and 634, and is a signal actually obtained by the ultrasonic probe 2.
  • the reflected signal 630 can be divided into a portion substantially caused by the reflected wave 632 and a portion substantially caused by the reflected wave 634. Therefore, for example, by setting the illustrated visualization gates 601, 602, the features of the reflected waves 632 and 634 can be separated and extracted.
  • the reflected waves 642 and 644 shown third from the top in FIG. 7 have the same waveforms as the above-mentioned reflected waves 632 and 634, respectively.
  • the interval ⁇ t between the peak of the reflected wave 642 (time t642) and the peak of the reflected wave 644 (time t644) is 0.9T.
  • the reflected signal 640 shown at the bottom of FIG. 7 is a signal obtained by synthesizing the reflected waves 642 and 644, and is a signal actually obtained by the ultrasonic probe 2.
  • FIG. 8 is a flowchart of an ultrasonic inspection processing program executed by the signal processing unit 7 and the overall control unit 8.
  • the overall control unit 8 performs a predetermined initial setting for the signal processing unit 7.
  • the initial setting means to specify the following conditions (1) to (3), and for example, the user inputs these conditions (1) to (3) via the GUI unit 17.
  • the overall control unit 8 causes the ultrasonic probe 2 to transmit ultrasonic waves at a plurality of preset measurement points.
  • the user designates any one of these measurement points as a "reference point".
  • the measurement point used as the reference point may omit some or all of the processing from step S103 to step S107.
  • Gate start position and width For example, as in the S gate 510 and the visualization gates 502, 503 and 504 shown in FIG. 6, in the present embodiment, a plurality of gates are defined and reflected signals (FIG. 6). S50) is analyzed. The user specifies the starting position and width of each of these gates according to the vertical structure of the sample 5.
  • the fundamental wave refers to the waveform of the transmission wavelength including the timing at which the absolute value becomes maximum among the transmitted waves.
  • the waveform of the fundamental wave is, for example, substantially equal to the similar figure of the reflected wave 632 in the range of the transmission wavelength T shown in FIG. Since the fundamental wave is determined by the type of the ultrasonic probe 2, the user sets the fundamental wave according to the type of the ultrasonic probe 2 to be applied.
  • An example of the fundamental wave is the fundamental wave 81 shown in FIG.
  • the signal processing unit 7 and the overall control unit 8 store the fundamental wave as a “signal” in order to compare and calculate the reflected signal and the like. Therefore, in the following description, the fundamental wave stored as a signal is also simply referred to as a "fundamental wave". However, when it is desired to clarify that it is a "signal”, it may be called a "fundamental wave signal”.
  • the overall control unit 8 causes the signal processing unit 7 to acquire the reference signal. That is, the overall control unit 8 drives the mechanical controller 16 to move the ultrasonic probe 2 to the reference point. Then, the transmitted wave is output from the ultrasonic probe 2. Then, the reflected wave of each part returns to the ultrasonic probe 2, and the reflected signal obtained by synthesizing these is output from the ultrasonic probe 2. The reflected signal is filtered through the flaw detector 3, converted into a digital signal by the A / D converter 6, and supplied to the signal processing unit 7. The overall control unit 8 causes the image generation unit 7-1 to store the reflected signal at this reference point as a reference signal in the image generation unit 7-1.
  • the overall control unit 8 causes the signal processing unit 7 to acquire the reflected signal at one measurement point. That is, the overall control unit 8 drives the mechanical controller 16 to move the ultrasonic probe 2 to a measurement point where the reflected signal has not yet been acquired. Then, the transmitted wave is output from the ultrasonic probe 2. Then, the reflected signal is output from the ultrasonic probe 2, and the reflected signal converted into a digital signal is supplied to the signal processing unit 7. The overall control unit 8 causes the image generation unit 7-1 to store this reflected signal in the image generation unit 7-1 as a reflection signal at the measurement point.
  • step S104 the image generation unit 7-1 performs a differential calculation between the reference signal and the reflected signal.
  • the outline of the differential calculation in step S104 will be described.
  • FIG. 9 is an example of a waveform diagram of the reflected signal 70 at one measurement point and the reference signal 71 at the reference point.
  • the reflection signal 70 and reference signal 71 may be referred to as a reflected signal I B (t) and the reference signal I A (t) as a function of time t.
  • the reflected signal 70 has a local peak 701, and the reference signal 71 has a local peak 711.
  • the peak value (maximum value) and peak timing (time when the maximum value occurs) of the local peaks 701 and 711 are slightly different.
  • the image generation unit 7-1 normalizes (transforms) the waveform of the reflected signal 70 so that the peak values and peak timings of the local peaks 701 and 711 match. That is, the reflected signal 70 is expanded and contracted in the vertical axis direction so that the peak values of the local peaks 701 and 711 match, and the reflected signal 70 is shifted in the horizontal axis direction so that the peak timings match.
  • the normalized reflected signals I B and (t) referred to as the normalized reflectance signal I 'B (t).
  • the normalized reflectance signal I 'B (t) sometimes referred 'to collectively B (t) "reflected signal (I B (t), I' reflected signal I B (t) and the normalized reflectance signal I and B (t))".
  • it may be deformed so that only the peak timings match, or it may be deformed so that only the peak values match.
  • the normalized reflected signal I 'B (t) it is necessary to perform the association of the local peaks 701, 711 serving as a reference for normalization.
  • Various methods such as surface trigger point method, belief propagation method, normalized cross-correlation method, and DP matching method are known, but any method may be applied as long as it can collate local peaks. ..
  • the normalized reflected signal I 'B (t) is obtained, the image generating unit 7-1, based on the following equation (1), and calculates the difference signal m (t).
  • FIG. 10 is a waveform diagram showing an example of the difference signal m (t) and the correlation coefficient R (t).
  • the waveform 80 shown in FIG. 10 is an example of the difference signal m (t), and the vertical axis of the waveform 80 is the difference value.
  • the fundamental wave 81 corresponds to the unique transmission waveform of the ultrasonic probe 2, and is set in step S101 according to the type of the ultrasonic probe 2.
  • the waveform 82 is an example of the correlation coefficient R (t).
  • the correlation coefficient R (t) is calculated based on the following equation (2) while scanning the fundamental wave 81 in the X-axis direction with respect to the difference signal m (t).
  • f (n) is the reflection intensity of the fundamental wave 81
  • n is the time length (data points) of the fundamental wave 81.
  • the image generation unit 7-1 performs the correlation analysis based on the correlation coefficient R (t) (see FIG. 10). That is, the image generation unit 7-1 calculates at least one feature amount in the range of the feature calculation gate 83 (gate) shown in FIG.
  • the feature calculation gate 83 can be defined by setting a start time and a time width with respect to the reference signal obtained in S102.
  • the ultrasonic inspection device may be provided with the feature calculation gate 83 without the visualization gate 42, or may be provided with both.
  • the visualization gate and the feature calculation gate may have the following relationship.
  • -The feature calculation gate 83 and the visualization gate 42 are the same.
  • the feature calculation gate 83 partially overlaps or includes the visualization gate 42.
  • -The feature calculation gate 83 and the visualization gate 42 do not overlap.
  • the normalized reflected signal I 'B (t), the reference signal I A (t), is a waveform diagram showing an example of the difference signal m (t) and the partial correlation coefficient Rp (t).
  • waveform 901 is an example of a normalized reflectance signal I 'B (t)
  • the waveform 902 is an example of a reference signal I A (t)
  • the waveform 903 the difference signal m of (t) This is an example.
  • the difference signal m (t) is expanded in the vertical direction.
  • the feature calculation gate 911 (gate) is a feature calculation gate having a narrower range than the feature calculation gate 83 (see FIG. 10).
  • the waveform 91 is an example of a waveform having a partial correlation coefficient Rp (t) that matches the correlation coefficient R (t) (see FIG. 10) in the feature calculation gate 911 and becomes “0” in other parts.
  • the image generation unit 7-1 calculates the feature amount based on the waveform 91 in the feature calculation gate 911, that is, the partial correlation coefficient Rp (t).
  • the image generation unit 7-1 detects one or more of the feature quantities listed below based on the partial correlation coefficient Rp (t) in the feature calculation gate 911. Whether or not there is a portion where the partial correlation coefficient Rp (t) is less than the predetermined threshold value ThC.
  • the defect detection unit 7-2 determines the defect based on the feature amount detected in the correlation analysis (S106). For example, in the feature calculation gate 911, it can be determined that "there is a defect” if "the minimum value of the partial correlation coefficient Rp (t) ⁇ threshold value ThC" is satisfied, and "there is no defect” if it is not satisfied. Further, when the defect detection unit 7-2 determines that there is a defect, the defect detection unit 7-2 also calculates the “occurrence depth” of the defect based on the time ct1 of FIG.
  • step S108 the overall control unit 8 determines whether or not the reflected signals have been acquired for all the measurement points in the measurement region. If "No" is determined here, the process returns to step S103, and the processes of steps S103 to S107 are repeated for the measurement points for which the reflected signal has not yet been acquired. Then, when the reflected signals are acquired at all the measurement points, it is determined as "Yes” in step S108, and the process proceeds to step S109.
  • step S109 the image generation unit 7-1 generates a cross-sectional image (feature image) by arranging the feature quantities at each measurement point in the X and Y directions. Further, the data output unit 7-3 outputs the following information to the overall control unit 8.
  • Cross-sectional image used for defect judgment -Whether or not there are defects in the cross-sectional image, and if there are defects, the number of defects, -The film thickness and film thickness distribution of each part in sample 5.
  • -Graph of difference signal m (t) -Graph of correlation coefficient R (t) or partial correlation coefficient Rp (t)
  • the above-mentioned cross-sectional image shows the defect occurrence position (coordinates) in the X and Y directions. Includes the dimensions of the individual defects and information indicating the location or depth of the defect in the time direction (Z direction in FIG. 1).
  • the overall control unit 8 displays the data supplied from the data output unit 7-3 on the display of the GUI unit 17. This completes the processing of this routine.
  • FIG. 12 is a diagram showing examples of various feature calculation gates and corresponding cross-sectional images.
  • the "cross-sectional image" as used in the present specification refers to an image in which the feature amount detected in the present specification is two-dimensionalized.
  • the two-dimensional surface may be a surface along the X and Y directions (that is, a surface along the scanning surface of the probe), but may be a surface along another reference surface.
  • the reference surface is, for example, a surface having a normal line along the traveling direction of ultrasonic waves, or a surface of an object to be inspected, that is, a surface on which ultrasonic waves are incident.
  • the feature calculation gate 110 has a width of about one transmission wavelength, that is, a width such that positive and negative local peaks are included once.
  • the cross-sectional image 118 (feature image) is an image acquired corresponding to the feature calculation gate 110, and has six circular defect regions 121 to 126.
  • the width of the feature calculation gate 110 is set to about one transmission wavelength, a situation may occur in which the cross-sectional image 118 simultaneously contains defects of different joint surfaces.
  • the defect regions 121 to 126 shown in the figure are also actually any one of a plurality of different joint surfaces, but it is difficult to identify the joint surface in which the defect occurs only from the cross-sectional image 118.
  • the feature calculation gate 130 shown second from the top of FIG. 12 has a width of about 1/2 transmission wavelength.
  • the Features calculate gate 130, the local peak of the reference signal I A (t) or normalized reflected signal I 'B (t) are not included. According to the present embodiment, defects can be detected even in a feature calculation gate that does not include a local peak, such as the feature calculation gate 130.
  • the cross-sectional image 138 (feature image) is an image acquired corresponding to the feature calculation gate 130, and has three circular defect regions 141, 143, and 144. These defect regions 141, 143, and 144 correspond to the same defects as the defect regions 121, 123, and 124 in the cross-sectional image 118, respectively.
  • the feature calculation gate 150 shown third from the top in FIG. 12 has the same width as the feature calculation gate 130, but is set at a position shifted rearward in the horizontal axis (time axis) direction.
  • the cross-sectional image 158 (feature image) is an image acquired corresponding to the feature calculation gate 150, and has three circular defect regions 162, 165, and 166. These defect regions 162, 165, and 166 correspond to the same defects as the defect regions 122, 125, and 126 in the cross-sectional image 118, respectively. In this way, the narrow feature calculation gates 130 and 150 can distinguish and detect defects existing at different depths.
  • the feature calculation gate 170 shown at the bottom of FIG. 12 has the same width as the feature calculation gate 110, and is divided into a plurality of divisions with timings 172 and 174 as boundaries in the horizontal axis (time axis) direction. ing. Then, in the feature calculation gate 170, it is distinguished which category the feature amount detected in the correlation analysis (S106) is included in.
  • the cross-sectional image 178 (feature image) is an image acquired corresponding to the feature calculation gate 170, and has six circular defect regions 181 to 186.
  • defect regions 181 to 186 correspond to the same defects as the defect regions 121 to 126 in the cross-sectional image 118, respectively.
  • the defect regions 181 to 186 have different display modes depending on the classification in the feature calculation gate 170.
  • the display mode is represented by hatching, mesh, dots, or the like, but different "display colors" may be given to the defect areas 181 to 186 depending on the classification in the feature calculation gate 170.
  • the depth accuracy is finer than the time width between the local peaks of the reflected signal. In other words, it is possible to achieve finer accuracy than the path obtained by the time width between the local peaks of the reflected signal.
  • the ultrasonic inspection device 100 of the present embodiment is an ultrasonic probe that generates ultrasonic waves, transmits the ultrasonic waves to the inspection target object (5), and receives the reflected waves reflected from the inspection target object (5).
  • (2) and an arithmetic processing unit (7, 8) are provided, and the arithmetic processing unit (7, 8) has: (A) a gate (911) indicating the start time and time width of the reflected wave to be analyzed.
  • (B) relates to each of a plurality of measuring points: get the (B1) reflection signal indicating the intensity for every time of the reflected wave (I B (t), I 'B (t)), (B2) reflected signal to calculate a difference signal which is a difference between (I B (t), I 'B (t)) and the reference signal (I a (t)) ( m (t)), (B3) a gate (911) in The feature amount is calculated for the difference signal (m (t)) of (C), a defect is detected based on the feature amount for a plurality of measurement points, and (D) the depth of the defect along the ultrasonic transmission direction. Outputs information indicating.
  • internal defects of the sample can be appropriately detected. More specifically, the depth of defects detected in the set gate can be accurately grasped.
  • the ultrasonic inspection apparatus 100 of the present embodiment generates ultrasonic waves, transmits the ultrasonic waves to the inspection target object (5), and receives the reflected waves reflected from the inspection target object (5).
  • the probe (2) and the arithmetic processing unit (7,8) that outputs a two-dimensional image based on the feature amount calculated based on the reflected wave are provided, and the arithmetic processing unit (7,8) is provided.
  • a two-dimensional image including information indicating the depth of the defect along the transmission direction of the ultrasonic wave is generated based on the above.
  • the depth of the defect can be accurately grasped based on the generated two-dimensional image.
  • the feature amount has a portion where the correlation coefficient (R (t)) between the predetermined fundamental wave signal (81) and the difference signal (m (t)) is (for example, Rp (t) ⁇ ThC). Whether or not to do so), the reception timing (tk1, tk2) of the reflected wave calculated based on the correlation coefficient (R (t)), or the difference signal (m (tk1)) at the reception timing (tk1, tk2). m (tc2)), whichever is included. As a result, it appears in the state of the correlation coefficient (R (t)), the reception timing of the reflected wave (tk1, tk2), or the difference signal (m (tk1), m (tk2)) at the reception timing (tk1, tk2). The feature amount can be extracted accurately.
  • the correlation coefficient (R (t)) between the predetermined fundamental wave signal (81) and the difference signal (m (t)) is (for example, Rp (t) ⁇ ThC).
  • the fundamental wave signal (81) is a signal defined in response to the characteristics of the ultrasonic probe (2). As a result, it is possible to extract an accurate feature amount according to the characteristics of the ultrasonic probe (2).
  • the reference signal in the present embodiment (I A (t)) is the reflected signal obtained at the reference point is (I B (t), I 'B (t)).
  • the reference signal (I A (t)) can be easily determined.
  • the set gate (130, 150) is in the time range from the start time to go through the time width, the reflected signal so as not to include the local peak of the (I B (t), I 'B (t)) Can be set. This makes it possible to distinguish and detect defects existing at different depths with high accuracy based on the reflected signal in a narrow time range that does not include a local peak.
  • the reflected signal has an accuracy finer than the time width of the local peaks between the (I B (t), I 'B (t)), or , It has finer accuracy than the path obtained by the time width between the local peaks of the reflected signal.
  • step S102 for acquiring a reference signal are the first. It is different from that of one embodiment.
  • the reference point for acquiring the reference signal is preferably selected from the measurement points of the sample 5 in which no defect has occurred. However, it may be difficult to grasp the “measurement point without defects” in advance. Therefore, in step S102 of the present embodiment, the reference signal is acquired by the procedure described below.
  • FIG. 13 is an operation explanatory diagram for acquiring a reference signal in the second embodiment.
  • the cross-sectional image 200 shown at the top of FIG. 13 is assumed to be a cross-sectional image generated in this way.
  • the overall control unit 8 and the signal processing unit 7 divide the cross-sectional image 200 into a plurality of partial regions having the same (for example, the same) pattern structure.
  • the N partial regions 202-1 to 202-N shown at the top of FIG. 13 are the partial regions obtained by the division.
  • the values of "1" to "N" may be referred to as shot numbers.
  • the overall control unit 8 and the signal processing unit 7 extract measurement points having the same (for example, the same) pattern in each of the subregions 202-1 to 202-N.
  • N measurement points 204-1 to 204-N are extracted measurement points.
  • the overall control unit 8 and the signal processing unit 7 sequentially move the ultrasonic probes 2 to these N measurement points 204-1 to 204-N, and N of them at these measurement points.
  • the image generation unit 7-1 is made to acquire the reflected signal.
  • these N reflected signals there may be a signal including a reflected wave due to a defect.
  • the waveform group 210 shown second from the top of FIG. 13 is a superposition of N acquired reflected signals with reference to a specific local peak.
  • the overall control unit 8 and the signal processing unit 7 calculate the median value of the intensity of the reflected signal at each time t of the waveform group 210.
  • Lines 212 and 214 shown by broken lines at the bottom of FIG. 13 represent upper and lower limit values of each waveform belonging to the waveform group 210.
  • the waveform 220 is a waveform connecting the medians of the waveforms belonging to the waveform group 210 at each time t. In this embodiment, this waveform 220 is applied as the reference signal I A (t).
  • the start position and width of each gate are specified according to the vertical structure of the sample 5.
  • the user inputs the "vertical structure information" of the sample 5 to the overall control unit 8.
  • the vertical structure information is a list of "layer number”, “material”, and “thickness” of each layer of the sample 5.
  • the "layer number” is a number assigned in ascending order from "1" in the order closer to the ultrasonic probe 2 in FIG.
  • the vertical structure information is such as "1: Epoxy resin encapsulant, 500 ⁇ m, 2: Si (silicon), 20 ⁇ m, 3: Al (aluminum), 7 ⁇ m, 4: Cu (copper), 7 ⁇ m, " It becomes information.
  • the overall control unit 8 calculates the time from the output of the transmitted wave from the ultrasonic probe 2 to the return of the reflected wave from the boundary surface of each layer to the ultrasonic probe 2, and starts each gate. Determine the position and width.
  • the vertical structure information described above may be obtained by the overall control unit 8 based on the CAD (Computer Aided Design) data of the sample 5.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.
  • the above-described embodiments are exemplified for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to delete a part of the configuration of each embodiment, or add / replace another configuration.
  • the control lines and information lines shown in the figure show what is considered necessary for explanation, and do not necessarily show all the control lines and information lines necessary for the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected. Possible modifications to the above embodiment are, for example, as follows.
  • the obtained cross-sectional image 200 is divided into measurement points 204-1 to 204-N, and a plurality of measurement points 204-1 to 204-N applied to statistical processing.
  • the measurement points applied to the statistical processing may be automatically selected from the sample layout information, design data, and the like.
  • a plurality of measurement points 204-1 to 204-N may be randomly selected from the measurement area.
  • the portion that generates the reflected signal based on the reflected wave may be other than the flaw detector 3 and the A / D converter 6.
  • the ultrasonic probe 2 may generate a reflected signal. In this case, it can be said that the ultrasonic probe 2 has a flaw detector 3 and an A / D converter 6 built-in.
  • a two-dimensional image is generated on the surface along the other reference surface.
  • I hope I can. That is, for each pixel (for example, a dot, a point, or a minute area) included in the cross-sectional image, ultrasonic waves are transmitted to different positions on the inspection target surface, the reflected wave is received, and the reflected wave is acquired.
  • the processing described in the present specification may be performed on the reflected signal that can be produced. Further, the image may include only one pixel.
  • the arithmetic processing unit (7, 8) (1) sets a gate (for example, the feature calculation gate 83 shown in FIG. 10) indicating the start time and time width of the reflected wave analysis target, and (2).
  • a gate for example, the feature calculation gate 83 shown in FIG. 10.
  • the two-dimensional image which includes information indicating the depth of the image, may be generated.

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Abstract

検査対象物の内部欠陥を適切に検出できる超音波検査装置を提供する。そのため、超音波検査装置は、超音波を発生して検査対象物に送信し、前記検査対象物から反射した反射波を受信する超音波探触子と、演算処理部と、を備え、前記演算処理部は：（Ａ）前記反射波の解析対象の開始時間と時間幅とを示すゲートを設定し、（Ｂ）複数の測定点の各々に関し：（Ｂ１）前記反射波の時間毎の強度を示す反射信号を取得し、（Ｂ２）前記反射信号と参照信号との差分である差分信号を算出し、（Ｂ３）前記ゲート内の前記差分信号に対し特徴量を算出し、（Ｃ）複数の前記測定点に対する前記特徴量に基づいて欠陥を検出し、（Ｄ）前記超音波の送信方向に沿った前記欠陥の深さを示す情報を出力する。

Description

超音波検査装置および超音波検査方法
　本発明は、超音波検査装置および超音波検査方法に関する。
　検査対象物の画像から検査対象物の欠陥を検査する非破壊検査方法として、検査対象物に超音波を照射し、その反射波を検出して生成した超音波画像を用いる方法が知られている。例えば、下記特許文献１の要約には、「［課題］複数の反射信号が時間領域で近接し波形が干渉する場合に、内部欠陥の情報を正確に再現性よく安定して抽出し、明瞭に画像化できる超音波計測装置を提供する。［解決手段］超音波計測装置は、超音波探触子１６で被検体１５の表面を走査し、超音波探触子から被検体に向けて超音波Ｕ１を送出しかつ被検体から戻る反射エコーＵ２を受信し、反射エコーから生成される受信波形データを演算処理手段（波形演算処理プログラム３７）で処理し、被検体の内部欠陥５１を検査する。演算処理手段は、複数の反射エコーが干渉し合う状態にある受信波形データに対してウェーブレット変換処理を行い内部欠陥の波形特徴を抽出し、映像化する波形特徴抽出手段を有する。」と記載されている。
特開２０１０－１６９５５８号公報
　ところで、受信波形データにおいて複数の反射エコーが干渉し合う状態になると、検査対象物の欠陥を精度良く検出できなくなる場合がある。
　この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、検査対象物の内部状態を適切に検出できる超音波検査装置および超音波検査方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため本発明の超音波検査装置は、
　超音波を発生して検査対象物に送信し、前記検査対象物から反射した反射波を受信する超音波探触子と、
　演算処理部と、
　を備え、前記演算処理部は：
　（Ａ）前記反射波の解析対象の開始時間と時間幅とを示すゲートを設定し、
　（Ｂ）複数の測定点の各々に関し：
　　（Ｂ１）前記反射波の時間毎の強度を示す反射信号を取得し、
　　（Ｂ２）前記反射信号と参照信号との差分である差分信号を算出し、
　　（Ｂ３）前記ゲート内の前記差分信号に対し特徴量を算出し、
　（Ｃ）複数の前記測定点に対する前記特徴量に基づいて欠陥を検出し、
　（Ｄ）前記超音波の送信方向に沿った前記欠陥の深さを示す情報を出力する
　ことを特徴とする。
　本発明によれば、検査対象物の内部状態を適切に検出できる。
本発明の第１実施形態による超音波検査装置のブロック図である。 超音波検査装置の動作原理を示す模式図である。 試料の一例の断面図である。 反射信号の一例を示す図である。 試料の他の例の断面図である。 反射信号の他の例を示す図である。 反射信号の他の例を示す図である。 超音波検査処理プログラムのフローチャートである。 反射信号および参照信号の波形図の例である。 差分信号および相関係数の一例を示す波形図である。 正規化反射信号、参照信号、差分信号および部分相関係数の一例を示す波形図である。 特徴算出ゲートと、対応する断面画像の例を示す図である。 第２実施形態において参照信号を取得する動作説明図である。
［第１実施形態］
〈第１実施形態の概要〉
　一般的に、多層構造を有する検査対象物の内部に存在する欠陥を超音波で検出するには、音響インピーダンスの違いによる反射特性を利用することが多い。超音波が液体や固体物質中を伝搬すると、音響インピーダンスの異なる物質の境界面や空隙の箇所で、反射波(エコー)が生じる。ここで、剥離、ボイド、クラック等の欠陥で生じた反射波は、欠陥の無い箇所からの反射波と比較して、その強度が高くなる傾向がある。そこで、超音波による検査装置では、照射した超音波が所望の境界面において反射して受信される時間帯を想定して、ゲート（時間幅）を設定する。そして、ゲート内の反射波の強度を画像化すると、検査対象物内の接合界面に存在する剥離等の欠陥を、検査画像において顕在化させることができる。なお、ゲートは、後述する通り、時間幅以外にも開始時間を持つ。
　しかし、近年のＬＳＩ（Large Scale Integration）等の検査対象物は、薄膜層を何層にも積層した構造を有するため、各層の境界面からの反射波の受信時間が近接する。これにより、反射波が干渉するという問題が生じ、所望の境界面からの反射波を、他の境界面からの反射波と明確に区別することが困難になりつつある。このため、検査対象物が欠陥を有する場合にも、その欠陥に対応する信号が干渉により歪み、または埋もれてしまい、欠陥を検出することが困難になる。なお、以下の説明において、「反射波」とは、各境界面等から反射された超音波を指す。また、「反射信号」とは、反射波の時間毎の強度を示す信号である。なお、本明細書では「信号」はアナログ形式の信号を指すほか、デジタル化されたデータも含むものとする。
　本実施形態は、極薄化が進むチップが積層された集積回路等、複数の接合界面を有する電子部品を主な検査対象とする。各界面からの反射波の発生時間が近接し、合成された反射信号となって受信される場合であっても、欠陥からの反射波を他の接合界面からの反射波と分離して検出し、その発生深さを特定することが可能になる。すなわち、本実施形態では、複数の接合界面からの反射波が時間方向に近接し、それらの合成信号となって得られる反射信号に対し、参照信号との差を演算し、差分信号を得る。この差分信号によって、参照信号および反射信号の違いを顕在化させる。
〈第１実施形態の構成〉
（全体構成）
　図１は、本発明の第１実施形態による超音波検査装置１００のブロック図である。
　図１において、超音波検査装置１００は、検出部１と、Ａ／Ｄ変換器６と、信号処理部７（演算処理部）と、全体制御部８（演算処理部）と、メカニカルコントローラ１６と、を備えている。なお、図１に示す座標系１０は、Ｘ,Ｙ,Ｚの直交３軸の座標系である。
　検出部１は、スキャナ台１１と、水槽１２と、スキャナ１３と、を備えている。スキャナ台１１はほぼ水平に設置された基台である。水槽１２は、スキャナ台１１の上面に載置されている。スキャナ１３は、スキャナ台１１の上面において、水槽１２を跨ぐように設けられている。メカニカルコントローラ１６は、スキャナ１３をＸ，Ｙ，Ｚ方向に駆動する。水槽１２には、水１４がレベルＬＶ１の高さまで注入されており、水槽１２の底部（水中）に検査対象物である試料５（検査対象物）が載置されている。試料５は、一般的に多層構造を有している。送信された超音波が試料５に入射すると、試料５の表面、あるいは異種境界面から反射波が発生する。各部の反射波は、超音波探触子２に受信されるとともに合成され、反射信号として出力される。超音波探触子２は、使用される際には、水１４に漬けられる。水１４は、超音波探触子２から出射された超音波を、試料５の内部に効率的に伝搬させる媒体として機能する。
　超音波探触子２は、その下端から試料５に対して超音波を送信し、試料５から戻ってきた反射波を受信する。超音波探触子２は、ホルダ１５に装着されており、メカニカルコントローラ１６で駆動されるスキャナ１３によって、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に自在に移動可能になっている。全体制御部８は、超音波探触子２をＸ，Ｙ方向に移動させながら、事前に設定された複数の測定点で、超音波探触子２に超音波を送信させる。なお、超音波探触子２の超音波の送信方向はほかの方法に変えてもよい。
　超音波探触子２が、ケーブル２２を介して、探傷器３に受信した反射波の反射信号を供給すると、探傷器３は反射信号に対してフィルタ処理等を施す。Ａ／Ｄ変換器６は、探傷器３の出力信号をデジタル信号に変換し、信号処理部７に供給する。信号処理部７は、デジタル化された反射信号に基づいて、ＸＹ平面上の測定領域における試料５の接合面の二次元画像を取得し、試料５における欠陥を検査する。
（信号処理部７）
　信号処理部７は、Ａ／Ｄ変換器６によってデジタル信号に変換された反射信号を処理して試料５の内部状態を検出するものである。信号処理部７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラム、ＤＳＰによって実行されるマイクロプログラムおよび各種データ等が格納されている。
　図１において、信号処理部７の内部は、制御プログラムやマイクロプログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。すなわち、信号処理部７は、画像生成部７－１と、欠陥検出部７－２と、データ出力部７－３と、パラメータ設定部７－４と、を備えている。
　画像生成部７－１は、反射信号を輝度値に変換し、ＸＹ平面上に輝度値を配置して画像を生成する。欠陥検出部７－２は、画像生成部７－１で生成した画像を処理して、試料５の内部欠陥等の内部状態を検出する。データ出力部７－３は、欠陥検出部７－２によって検出された内部欠陥等、検査結果を全体制御部８に出力する。パラメータ設定部７－４は、全体制御部８から入力される測定条件等のパラメータを受け付け、欠陥検出部７－２およびデータ出力部７－３へセットする。そして、パラメータ設定部７－４は、これらパラメータを記憶装置３０に記憶させる。
（全体制御部８）
　全体制御部８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＳＤ（Solid State Drive）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＳＳＤには、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、各種データ等が格納されている。ＯＳおよびアプリケーションプログラムは、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵによって実行される。
　また、全体制御部８は、ＧＵＩ部１７と、記憶装置１８と、に接続されている。
　ＧＵＩ部１７は、ユーザからのパラメータ等の入力を受け付ける入力装置（符号なし）と、ユーザに各種情報を表示するディスプレイ（符号なし）と、を備えている。また、全体制御部８は、メカニカルコントローラ１６に対して、スキャナ１３を駆動するための制御指令を出力する。さらに、全体制御部８は、探傷器３、信号処理部７等を制御する制御指令も出力する。以上の説明の通り、信号処理部７および全体制御部８をまとめて演算処理部として扱った場合、演算処理部は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＳＤ（Solid State Drive）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＳＳＤには、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、各種データ等が格納されているといえる。また、ＯＳおよびアプリケーションプログラムは、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵによって実行されるといえる。また、演算処理部は、ＧＵＩ部１７と、記憶装置１８と、に接続されてもよい。なお、演算処理部は、共通のハードウエアにプログラムを実行することで信号処理部７と全体制御部８とを実現してもよく、別々なハードウエアで信号処理部７と全体制御部８とを実現してもよい。また、演算処理部の一部をＡＳＩＣやＦＰＧＡ等のハードウエアで実現してもよい。
　図２は、超音波検査装置１００の動作原理を示す模式図である。
　図２において探傷器３は、超音波探触子２にパルス信号を供給することで超音波探触子２を駆動し、超音波探触子２は超音波を発生する。これにより、該超音波は、水１４（図１参照）を媒介にして、試料５に送信される。試料５は、一般的に多層構造を有している。超音波が試料５に入射すると、試料５の表面、あるいは異種境界面から反射波４が発生する。反射波４は、超音波探触子２に受信されるとともに合成され、反射信号として探傷器３に供給される。探傷器３においては、反射信号に対してフィルタ処理等が施される。
　次に、フィルタ処理等が施された反射信号はＡ／Ｄ変換器６においてデジタル信号に変換され、信号処理部７に入力される。図１において、試料５の上方には、超音波探触子２を走査する範囲である測定領域が予め定められている（図示せず）。全体制御部８は、測定領域において超音波探触子２を走査させつつ、上述した超音波の送信と、反射信号の受信とを繰り返し実行する。なお、説明の便宜上、超音波探触子２が発生する超音波を「送信波」と称することがある。
　画像生成部７－１は、反射信号を輝度値に変換する処理を行い、試料５の一または複数の接合面の断面画像（特徴画像）を生成する。欠陥検出部７－２は、生成された接合面の断面画像に基づいて、剥離、ボイド、クラック等の欠陥を検出する。また、データ出力部７－３では、欠陥検出部７－２で検出された欠陥個々の情報や断面画像等、検査結果として出力するデータを生成し、全体制御部８に出力する。
（試料４００）
　図３は、試料５の一例である試料４００の断面図である。図示の例において、試料４００は、異なる材質の基板４０１，４０２を接合したものである。また、図示の例では、基板４０１，４０２の境界面４０４に欠陥であるボイド４０６が形成されている。試料４００の表面４０８の上方に超音波探触子２が配置され、超音波４９が送信されると、超音波４９は、試料４００の内部に伝搬される。また、超音波４９は、試料４００の表面４０８、境界面４０４等、音響インピーダンスの相違が現れる箇所で反射し、反射波が超音波探触子２に受信される。各反射波は、反射箇所と超音波探触子２との距離や、伝搬速度に応じたタイミングで超音波探触子２に受信され、超音波探触子２は、各反射波を合成した反射信号を受信する。
　図４は、図３において超音波探触子２に受信される反射信号Ｓ４０の一例を示す図である。
　図４の縦軸は、反射信号Ｓ４０の反射強度すなわち波高値である。図４の横軸は、受信時刻であるが、これは試料４００の深さに換算可能であり、反射信号Ｓ４０の路程に対応する。縦軸の反射強度は、中央値を０として、そこから上方向は正値、下方向は負値になっている。反射信号Ｓ４０には、極性の異なるピークが交互に現れる。以下、個々のピークを局所ピークと呼ぶ。なお、横軸の受信時刻は、例えば超音波を送信した時刻をゼロとすることが考えられるが、ほかのタイミングをゼロとしてもよい。
　図示の例においては、表面４０８（図３参照）からの反射波を検出するためのゲート（すなわち時間幅）であるＳゲート４１が設定されている。そして、Ｓゲート４１で設定された時間範囲（横幅の範囲内）において、最初に「Ｓ４０＜－Ｔｈ１」または「Ｔｈ１＜Ｓ４０」が成立するタイミングを、トリガポイント４３と呼ぶ。ここで、Ｔｈ１は所定の閾値である。信号処理部７の画像生成部７－１は、まずトリガポイント４３を検出する。
　また、トリガポイント４３から所定時間Ｔ２だけ遅れたタイミングから、さらに所定時間Ｔ３だけ遅れたタイミングまでの期間を映像化ゲート４２と呼ぶ。信号処理部７は、この映像化ゲート４２の中で反射信号４０の絶対値が最大となる局所ピークを、境界面４０４（図３参照）からの反射波による局所ピークとして同定する。図示の例では、局所ピーク４４が、境界面４０４からの反射波による局所ピークとして同定される。
　上述したように、全体制御部８は、超音波探触子２をＸ，Ｙ方向（図１参照）に移動させながら、複数の測定点で、超音波探触子２に超音波を送信させる。信号処理部７の画像生成部７－１は、各測定点において、局所ピーク４４を同定し、各局所ピーク４４におけるピーク値Ｉ４４を取得し、これを輝度値に変換する。画像生成部７－１は、このようにして得られた輝度値をＸ，Ｙ平面上に配置することにより、境界面４０４の接合状態を断面画像として画像化する。その際、ボイド４０６等の欠陥が存在する箇所では、ピーク値Ｉ４４の絶対値が高くなる。これにより、断面画像においては、ボイド４０６等、境界面４０４等の欠陥を顕在化できる。
（試料５００）
　図５は、試料５の他の例である試料５００の断面図である。近年主流となっている電子部品においては、縦構造の複雑化，薄型化が進んでいる。試料５００は、そのような電子部品の一例である。
　試料５００は、マイクロバンプ５１と、樹脂パッケージ５２と、チップ５３と、パッケージ基板５５と、ボールグリッドアレイ５６と、を備えている。
　マイクロバンプ５１は、チップ５３の各部とパッケージ基板５５の各部とを接続する。また、マイクロバンプ５１の一部には、クラックによる欠陥５４が生じている。樹脂パッケージ５２は、パッケージ基板５５およびチップ５３を覆う樹脂によって形成され、チップ５３等を外部から保護する。試料５００の表面５０８の上方には、超音波探触子２が配置されている。超音波探触子２が超音波５９を水中の試料５００へと送信すると、超音波５９は試料５００の内部に伝搬される。
　超音波５９は、試料５００の表面５０８、チップ５３の上面、チップ５３の下面、マイクロバンプ５１等、音響インピーダンスの相違が現れる箇所で反射する。これらの反射波は合成され、反射信号として超音波探触子２に受信される。
　図６は、図５において超音波探触子２に受信される反射信号Ｓ５０の一例を示す図である。
　図６の縦軸は、反射信号Ｓ５０の反射強度すなわち波高値である。図６の横軸は、受信時刻であるが、これは試料５００の深さに換算可能であり、反射信号Ｓ５０の路程に対応する。縦軸の反射強度は、中央値を０として、そこから上方向は正値、下方向は負値になっている。反射信号Ｓ５０には、極性の異なる局所ピークが交互に現れる。なお、図６および後述する図７の横軸の受信時刻は、例えば超音波を送信した時刻をゼロとすることが考えられるが、ほかのタイミングをゼロとしてもよい。
　図示の例では、試料５００の表面５０８からの反射波を検出するためのゲートであるＳゲート５１０が設定されている。すなわち、Ｓゲート５１０における反射信号Ｓ５０は、主として表面５０８からの反射波によるものである。また、映像化ゲート５０２，５０３，５０４における反射信号Ｓ５０は、それぞれチップ５３の上面、チップ５３の下面、およびパッケージ基板５５の上面からの反射波によるものである。図示のように、各部の反射波の発生タイミングは接近しており、映像化ゲート５０２，５０３，５０４の時間幅を狭く設定する必要がある。従って、今後、電子部品の更なる薄型化が進めば、各界面の反射信号を分離して抽出することが困難になると予想される。
　図７は、各界面からの反射信号の受信時間差が、図６よりもさらに小さくなった場合の各種信号の例を示す図である。
　図７の一番上に示す反射波６３２，６３４は、２つの境界面（図示せず）からの反射波である。そして反射波６３２のピーク（時刻ｔ632）と、反射波６３４のピーク（時刻ｔ634）との間隔をΔｔとする。ここで、送信波については図示を省略するが、送信波の波形は、例えば、反射波６３２の相似形に略等しい。この送信波について、「送信波長Ｔ」を定義する。送信波長Ｔには、様々な定義の仕方があるが、ここでは、「ピーク時刻を含んだ１．５周期の長さ」と定義する。この送信波長Ｔは、図示のように、反射波６３２の「ピーク時刻を含んだ１．５周期の長さ」と等しい。また、図示の例において、間隔Δｔは、送信波長Ｔの２倍に等しくなっている。
　また、図７の上から２番目に示す反射信号６３０は、反射波６３２，６３４を合成した信号であり、実際に超音波探触子２において得られる信号である。反射信号６３０は、ほぼ反射波６３２に起因する部分と、ほぼ反射波６３４に起因する部分とに、分割することができる。従って、例えば図示の映像化ゲート６０１，６０２を設定することにより、反射波６３２，６３４の特徴を分離して抽出することができる。
　また、図７の上から３番目に示す反射波６４２，６４４は、それぞれ上述した反射波６３２，６３４と同一形状の波形である。反射波６４２のピーク（時刻ｔ642）と、反射波６４４のピーク（時刻ｔ644）との間隔Δｔは、０．９Ｔである。また、図７の一番下に示す反射信号６４０は、反射波６４２，６４４を合成した信号であり、実際に超音波探触子２において得られる信号である。
　この反射信号６４０の波形から、反射波６４２，６４４の特徴を分離して抽出することは、単純な解析では困難になる。そこで、本実施形態では、このように短い時間差で受信された反射波が合成されて反射信号が得られた場合に、各接合界面から発生する反射波の特徴を分離して抽出することで欠陥を顕在化するものである。
〈第１実施形態の動作〉
　図８は、信号処理部７および全体制御部８において実行される、超音波検査処理プログラムのフローチャートである。
　図８において処理がステップＳ１０１に進むと、全体制御部８によって、信号処理部７に対する所定の初期設定が行われる。ここで初期設定とは、以下の条件（１）～（３）を指定することを指し、例えば、ＧＵＩ部１７を介して、ユーザがこれらの条件（１）～（３）を入力する。
（１）参照点：上述したように、全体制御部８は、事前に設定された複数の測定点で、超音波探触子２に超音波を送信させる。ユーザは、これら測定点のうち任意の一つを、「参照点」として指定する。なお、参照点とした測定点は、ステップＳ１０３からステップＳ１０７の一部またはすべての処理を省略してもよい。
（２）ゲートの開始位置および幅：例えば、図６に示したＳゲート５１０、映像化ゲート５０２，５０３，５０４のように、本実施形態においては、複数のゲートを定めて反射信号（図６のＳ５０）を解析する。ユーザは、試料５の縦構造に応じて、これら各ゲートの開始位置および幅を指定する。
（３）基本波：基本波は、送信波のうち、絶対値が最大となるタイミングを含む、送信波長の波形を指す。基本波の波形は、例えば、図７に示した送信波長Ｔの範囲における反射波６３２の相似形に略等しいものになる。基本波は、超音波探触子２の種類によって決定されるため、適用する超音波探触子２の種類に応じて、ユーザが基本波を設定する。なお、基本波の一例は図１０に示す基本波８１である。また、信号処理部７および全体制御部８では、基本波と反射信号等との比較や演算を行うため、「信号」として記憶している。従って、以後の説明では信号として記憶している基本波も単に「基本波」という。ただし、より「信号」であることを明示したい場合は「基本波信号」と呼ぶこともある。
　図８において、次に処理がステップＳ１０２に進むと、全体制御部８は、信号処理部７に対して参照信号を取得させる。すなわち、全体制御部８は、メカニカルコントローラ１６を駆動して、超音波探触子２を参照点に移動させる。そして、超音波探触子２から送信波を出力させる。すると、各部の反射波が超音波探触子２に戻り、これらを合成した反射信号が超音波探触子２から出力される。反射信号は探傷器３を介してフィルタ処理され、Ａ／Ｄ変換器６によってデジタル信号に変換され、信号処理部７に供給される。全体制御部８は、画像生成部７－１に対して、この参照点における反射信号を参照信号として、画像生成部７－１に記憶させる。
　次に、処理がステップＳ１０３に進むと、全体制御部８は、信号処理部７に対して、一つの測定点における反射信号を取得させる。すなわち、全体制御部８は、メカニカルコントローラ１６を駆動して、超音波探触子２を、未だ反射信号を取得していない測定点に移動させる。そして、超音波探触子２から送信波を出力させる。すると、反射信号が超音波探触子２から出力され、デジタル信号に変換された反射信号が信号処理部７に供給される。全体制御部８は、画像生成部７－１に対して、この反射信号を、該測定点における反射信号として、画像生成部７－１に記憶させる。
　次に、処理がステップＳ１０４に進むと、画像生成部７－１は、参照信号と反射信号との差分演算を行う。ここで、図９を参照し、ステップＳ１０４における差分演算の概要を説明する。
　図９は、一つの測定点における反射信号７０および参照点における参照信号７１の波形図の例である。なお、反射信号７０および参照信号７１は、時刻ｔの関数として反射信号ＩB（ｔ）および参照信号ＩA（ｔ）と呼ぶことがある。反射信号７０には、局所ピーク７０１が生じており、参照信号７１には、局所ピーク７１１が生じている。局所ピーク７０１，７１１のピーク値（最大値）およびピークタイミング（最大値が生じる時刻）は若干異なっている。
　そこで、画像生成部７－１は、局所ピーク７０１，７１１のピーク値およびピークタイミングが一致するように、反射信号７０の波形を正規化（変形）する。すなわち、局所ピーク７０１，７１１のピーク値が一致するように、反射信号７０を縦軸方向に伸縮し、ピークタイミングが一致するように、反射信号７０を横軸方向にシフトする。このように、正規化された反射信号ＩB（ｔ）を、正規化反射信号Ｉ’B（ｔ）と呼ぶ。また、反射信号ＩB（ｔ）および正規化反射信号Ｉ’B（ｔ）を総称して「反射信号（ＩB（ｔ），Ｉ’B（ｔ））」と称することもある。なお、正規化ではピークタイミングだけ一致するように変形してもよく、ピーク値だけが一致するように変形してもよい。
　正規化反射信号Ｉ’B（ｔ）を得るためには、正規化の基準となる局所ピーク７０１，７１１の対応付けを行う必要がある。これは、表面トリガポイント法、確率伝播法、正規化相互相関法、ＤＰマッチング法等、各種の手法が知られているが、局所ピークを照合できる手法であれば、何れを適用してもよい。このように、正規化反射信号Ｉ’B（ｔ）が得られると、画像生成部７－１は、下式（１）に基づいて、差分信号ｍ（ｔ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図８において、次に処理がステップＳ１０５に進むと、画像生成部７－１は、基本波と、差分信号ｍ（ｔ）との相関演算を行う。図１０を参照して、その詳細を説明する。
　ここで、図１０は、差分信号ｍ（ｔ）および相関係数Ｒ（ｔ）の一例を示す波形図である。図１０に示す波形８０は、差分信号ｍ（ｔ）の一例であり、波形８０の縦軸は差分値である。上述したように、基本波８１は、超音波探触子２の固有の送信波形に対応するものであり、超音波探触子２の種類に応じて、ステップＳ１０１において設定されている。
　また、図１０において波形８２は、相関係数Ｒ（ｔ）の一例である。相関係数Ｒ（ｔ）は、差分信号ｍ（ｔ）に対し、基本波８１をＸ軸方向に走査しながら下式（２）に基づいて算出したものである。下式（２）において、ｆ（ｎ）は基本波８１の反射強度であり、ｎは基本波８１の時間長（データ点数）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図８において、次に処理がステップＳ１０６に進むと、画像生成部７－１は、相関係数Ｒ（ｔ）（図１０参照）に基づく相関解析を行う。すなわち、画像生成部７－１は、図１０に示す特徴算出ゲート８３（ゲート）の範囲において、少なくとも一つの特徴量を算出する。ここで、特徴算出ゲート８３は、Ｓ１０２において得た参照信号に対して、開始時刻と時間幅とを設定することで定義できる。なお、超音波検査装置はは、映像化ゲート４２を備えずに、特徴算出ゲート８３を備えてもよく、両方とも備えてもよい。当該装置が両方を備える場合、例えば映像化ゲートと特徴算出ゲートは以下の関係であってもよい。
・特徴算出ゲート８３と、映像化ゲート４２と、は同じである。
・特徴算出ゲート８３は、映像化ゲート４２と一部重複または包含関係にある。
・特徴算出ゲート８３と、映像化ゲート４２と、は重複していない。
　図１１は、正規化反射信号Ｉ’B（ｔ）、参照信号ＩA（ｔ）、差分信号ｍ（ｔ）および部分相関係数Ｒｐ（ｔ）の一例を示す波形図である。
　図１１において、波形９０１は、正規化反射信号Ｉ’B（ｔ）の一例であり、波形９０２は、参照信号ＩA（ｔ）の一例であり、波形９０３は、差分信号ｍ（ｔ）の一例である。但し、差分信号ｍ（ｔ）は、縦方向に拡大している。
　また、特徴算出ゲート９１１（ゲート）は、特徴算出ゲート８３（図１０参照）よりも狭い範囲の特徴算出ゲートである。波形９１は、特徴算出ゲート９１１内で相関係数Ｒ（ｔ）（図１０参照）に一致し、他の部分で「０」になる部分相関係数Ｒｐ（ｔ）の波形の一例である。画像生成部７－１は、この特徴算出ゲート９１１内の波形９１、すなわち部分相関係数Ｒｐ（ｔ）に基づいて特徴量を算出する。
　すなわち、画像生成部７－１は、以下列挙する特徴量のうち一または複数のものを、特徴算出ゲート９１１内の部分相関係数Ｒｐ（ｔ）に基づいて検出する。
・部分相関係数Ｒｐ（ｔ）が所定の閾値ＴｈＣ未満になる部分が存在するか否か、
・部分相関係数Ｒｐ（ｔ）が閾値ＴｈＣ未満になった時刻ｔｃ１（受信タイミング）、
・時刻ｔｃ１における差分信号ｍ(ｔｃ１)
・部分相関係数Ｒｐ（ｔ）の絶対値の最大値Ｒｐｍａｘ、
・最大値Ｒｐｍａｘが検出された時刻ｔｃ２（受信タイミング）、
・時刻ｔｃ２における部分相関係数Ｒｐ（ｔ）の極性、
・時刻ｔｃ２における差分信号ｍ(ｔｃ２)
　上述した時刻ｔｃ１，ｔｃ２は、特徴算出ゲート９１１に対応する反射波の受信タイミングに相当する。
　図８において、次に処理がステップＳ１０７に進むと、欠陥検出部７－２は、相関解析（Ｓ１０６）において検出した特徴量に基づいて、欠陥判定を行う。例えば、特徴算出ゲート９１１内で、「部分相関係数Ｒｐ（ｔ）の最小値＜閾値ＴｈＣ」が成立すれば「欠陥あり」、成立しなければ「欠陥なし」と判定することができる。また、欠陥検出部７－２は、「欠陥あり」と判定した場合には、図１１の時刻ｔｃ１に基づいて、その欠陥の「発生深さ」も算出する。
　次に、処理がステップＳ１０８に進むと、全体制御部８は、測定領域内の全ての測定点について、反射信号を取得したか否かを判定する。ここで「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ１０３に戻り、未だ反射信号を取得していない測定点について、ステップＳ１０３～Ｓ１０７の処理が繰り返される。
　そして、全ての測定点において反射信号が取得された場合、ステップＳ１０８において「Ｙｅｓ」と判定され、処理はステップＳ１０９に進む。
　ステップＳ１０９において、画像生成部７－１は、各測定点における特徴量をＸ，Ｙ方向に配列することによって断面画像（特徴画像）を生成する。また、データ出力部７－３は、以下の情報を全体制御部８に出力する。
・欠陥判定に用いた断面画像、
・断面画像中に欠陥が存在するか否か、および、欠陥が存在する場合には欠陥数、
・試料５における各部の膜厚と膜厚分布。
・差分信号ｍ（ｔ）のグラフ
・相関係数Ｒ（ｔ）または部分相関係数Ｒｐ（ｔ）のグラフ
　ここで、上述した断面画像は、Ｘ，Ｙ方向における欠陥の発生位置（座標）と、個々の欠陥の寸法と、時間方向（図１におけるＺ方向）における発生位置すなわち欠陥の深さを示す情報と、を含む。全体制御部８は、データ出力部７－３から供給されたデータをＧＵＩ部１７のディスプレイに対して表示させる。以上により、本ルーチンの処理が終了する。
　図１２は、様々な特徴算出ゲートと、対応する断面画像の例を示す図である。なお、本明細書で言うところの「断面画像」とは、本明細書にて検出した特徴量を二次元化した画像を指す。なお、二次元化する面は、Ｘ，Ｙ方向（つまり、探触子の走査面に沿った面）に沿った面であることが考えられるが、他の基準面に沿った面でもよい。当該基準面は、例えば、超音波の進行方向に沿った法線を持つ面や、検査対象物の表面すなわち超音波が入射する面である。
　図１２の一番上に示す参照信号ＩA（ｔ）および正規化反射信号Ｉ’B（ｔ）に対して、図示の特徴算出ゲート１１０を設定したとする。この特徴算出ゲート１１０は、一送信波長程度、すなわち正負の局所ピークが１回ずつ含まれる程度の幅を有している。また、断面画像１１８（特徴画像）は、特徴算出ゲート１１０に対応して取得した画像であり、円形の６個の欠陥領域１２１～１２６を有している。特に、試料５（図１参照）を構成する各層が薄い場合には、特徴算出ゲート１１０の幅を一送信波長程度にすると、断面画像１１８が異なる接合面の欠陥を同時に含む事態が起こり得る。図示の欠陥領域１２１～１２６も、実際は複数の異なる接合面のうち何れかであるが、断面画像１１８のみでは、欠陥が生じている接合面を特定することは困難である。
　また、図１２の上から２番目に示す特徴算出ゲート１３０は、幅が１／２送信波長程度である。この特徴算出ゲート１３０には、参照信号ＩA（ｔ）または正規化反射信号Ｉ’B（ｔ）の局所ピークは含まれていない。本実施形態によれば、この特徴算出ゲート１３０のように、局所ピークを含まない特徴算出ゲートにおいても欠陥を検出することができる。断面画像１３８（特徴画像）は、特徴算出ゲート１３０に対応して取得した画像であり、円形の３個の欠陥領域１４１，１４３，１４４を有している。これら欠陥領域１４１，１４３，１４４は、それぞれ、断面画像１１８における欠陥領域１２１，１２３，１２４と同一の欠陥に対応するものである。
　また、図１２の上から３番目に示す特徴算出ゲート１５０は、特徴算出ゲート１３０と同一の幅を有するが、横軸（時間軸）方向で後方にシフトした位置に設定されている。断面画像１５８（特徴画像）は、特徴算出ゲート１５０に対応して取得した画像であり、円形の３個の欠陥領域１６２，１６５，１６６を有している。これら欠陥領域１６２，１６５，１６６は、それぞれ、断面画像１１８における欠陥領域１２２，１２５，１２６と同一の欠陥に対応するものである。このように、幅の狭い特徴算出ゲート１３０，１５０によって、異なる深さに存在する欠陥を区別して検出することができる。
　また、図１２の一番下に示す特徴算出ゲート１７０は、特徴算出ゲート１１０と同一の幅を有し、横軸（時間軸）方向にタイミング１７２，１７４を境界とする複数の区分に区切られている。そして、特徴算出ゲート１７０内では、相関解析（Ｓ１０６）において検出した特徴量が、何れの区分に含まれるか区別している。断面画像１７８（特徴画像）は、特徴算出ゲート１７０に対応して取得した画像であり、円形の６個の欠陥領域１８１～１８６を有している。
　これら欠陥領域１８１～１８６は、それぞれ、断面画像１１８における欠陥領域１２１～１２６と同一の欠陥に対応するものである。但し、欠陥領域１８１～１８６は、特徴算出ゲート１７０内の区分に応じて、表示態様が異なっている。図示の例では、ハッチング、メッシュ、ドット等によって表示態様を表しているが、特徴算出ゲート１７０内の区分に応じて、欠陥領域１８１～１８６に異なる「表示色」を付与してもよい。このように、特徴算出ゲート１７０を適用した例では、発生深さの異なる複数の欠陥を区別して検出することができ、これらを区別して表示できる断面画像１７８を生成することができる。なお、深さの精度は前述の通り、前記反射信号の局所ピーク同士の時間幅よりも細かい精度を有している。換言すれば、前記反射信号の局所ピーク同士の時間幅で得られる路程よりも細かい精度を実現できる。
〈第１実施形態の効果〉
　以上のように本実施形態の超音波検査装置１００は、超音波を発生して検査対象物（５）に送信し、検査対象物（５）から反射した反射波を受信する超音波探触子（２）と、演算処理部（７，８）と、を備え、演算処理部（７，８）は：（Ａ）反射波の解析対象の開始時間と時間幅とを示すゲート（９１１）を設定し、（Ｂ）複数の測定点の各々に関し：（Ｂ１）反射波の時間毎の強度を示す反射信号（ＩB（ｔ），Ｉ’B（ｔ））を取得し、（Ｂ２）反射信号（ＩB（ｔ），Ｉ’B（ｔ））と参照信号（ＩA（ｔ））との差分である差分信号（ｍ（ｔ））を算出し、（Ｂ３）ゲート（９１１）内の差分信号（ｍ（ｔ））に対し特徴量を算出し、（Ｃ）複数の測定点に対する特徴量に基づいて欠陥を検出し、（Ｄ）超音波の送信方向に沿った欠陥の深さを示す情報を出力する。
　これにより、本実施形態によれば、試料の内部欠陥を適切に検出できる。より具体的には、設定したゲート内で検出した欠陥の深さを精度よく把握することができる。
　また、他の観点において、本実施形態の超音波検査装置１００は、超音波を発生して検査対象物（５）に送信し、検査対象物（５）から反射した反射波を受信する超音波探触子（２）と、反射波に基づいて算出される特徴量に基づいて、二次元画像を出力する、演算処理部（７，８）と、を備え、演算処理部（７，８）は：（１）反射波の解析対象の開始時間と時間幅を示すゲート（９１１）を設定し、（２）二次元画像に含まれる１以上の画素について：（２Ａ）反射波の時間ごとの強度を示す反射信号（ＩB（ｔ），Ｉ’B（ｔ））を取得し、（２Ｂ）反射信号（ＩB（ｔ），Ｉ’B（ｔ））と参照信号（ＩA（ｔ））との差分である差分信号（ｍ（ｔ））を算出し、（２Ｃ）ゲート（９１１）内の差分信号（ｍ（ｔ））に対し、特徴量を算出し、（３）特徴量に基づいて、欠陥を検出し、（４）超音波の送信方向に沿った欠陥の深さを示す情報を含む二次元画像を生成する。
　これにより、本実施形態によれば、生成された二次元画像に基づいて、欠陥の深さを精度よく把握することができる。
　また、特徴量は、所定の基本波信号（８１）と差分信号（ｍ（ｔ））との相関係数（Ｒ（ｔ））の状態（例えば、Ｒｐ（ｔ）＜ＴｈＣになる部分が存在するか否か）、相関係数（Ｒ（ｔ））に基づいて算出される反射波の受信タイミング（ｔｃ１，ｔｃ２）、または、受信タイミング（ｔｃ１，ｔｃ２）における差分信号（ｍ(ｔｃ１)，ｍ(ｔｃ２)）、のうち何れかを含む。
　これにより、相関係数（Ｒ（ｔ））の状態、反射波の受信タイミング（ｔｃ１，ｔｃ２）、または受信タイミング（ｔｃ１，ｔｃ２）における差分信号（ｍ(ｔｃ１)，ｍ(ｔｃ２)）に現れる特徴量を的確に抽出することができる。
　また、基本波信号（８１）は、超音波探触子（２）の特性に対応して定められた信号である。これにより、超音波探触子（２）の特性に応じた、正確な特徴量を抽出することができる。
　また、本実施形態における参照信号（ＩA（ｔ））は、参照点で得られる反射信号（ＩB（ｔ），Ｉ’B（ｔ））である。これにより、参照信号（ＩA（ｔ））を容易に求めることができる。
　また、設定されたゲート（１３０，１５０）は、開始時間から時間幅を経るまでの時間範囲に、反射信号（ＩB（ｔ），Ｉ’B（ｔ））の局所ピークを含まないように設定できる。
　これにより、局所ピークを含まない狭い時間範囲の反射信号に基づいて、異なる深さに存在する欠陥を、高い精度で区別して検出することができる。
　また、超音波の送信方向に沿った欠陥の深さの情報は：反射信号（ＩB（ｔ），Ｉ’B（ｔ））の局所ピーク同士の時間幅よりも細かい精度を有し、または、反射信号の局所ピーク同士の時間幅で得られる路程よりも細かい精度を有する。
　これにより、局所ピーク同士の時間幅に対応する深さの差よりも狭い範囲に存在する欠陥を、高い精度で区別して検出することができる。
［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態による超音波検査装置について説明する。本実施形態のハードウエア構成およびソフトウエアの内容は、第１実施形態のもの（図１～図１２）と同様であるが、参照信号を取得するステップＳ１０２（図８参照）の内容は、第１実施形態のものとは異なる。上述の第１実施形態において、参照信号を取得する参照点は、試料５のうち欠陥が生じていない測定点の中から選択することが好ましい。しかし、「欠陥が生じていない測定点」を事前に把握することが困難な場合もある。そこで、本実施形態のステップＳ１０２では、以下説明する手順で、参照信号を取得する。
（１）まず、全体制御部８および信号処理部７（図１参照）は、試料５の所望の境界面に対応する映像化ゲートを画像生成部７－１（図２参照）に設定し、各測定点において反射信号を取得させる。これにより、画像生成部７－１においては、映像化ゲートに対応する断面画像が生成される。
　図１３は、第２実施形態において参照信号を取得する動作説明図である。図１３の一番上に示す断面画像２００は、このようにして生成された断面画像であるとする。
（２）次に、全体制御部８および信号処理部７は、断面画像２００を、同様の（例えば同一の）パターン構造を有する複数の部分領域に分割する。図１３の一番上に示すＮ個の部分領域２０２－１～２０２－Ｎが、分割によって得られた部分領域である。ここで、「１」～「Ｎ」の値をショット番号と呼ぶことがある。
（３）次に、全体制御部８および信号処理部７は、各部分領域２０２－１～２０２－Ｎにおいて、同様の（例えば同一の）パターンを有する測定点を抽出する。図１３においては、Ｎ個の測定点２０４－１～２０４－Ｎが抽出された測定点であるとする。
（４）次に、全体制御部８および信号処理部７は、これらＮ個の測定点２０４－１～２０４－Ｎに超音波探触子２を順次移動させながら、これら測定点におけるＮ個の反射信号を画像生成部７－１に取得させる。これらＮ個の反射信号の中には、欠陥による反射波を含んでいる信号も存在し得る。図１３の上から２番目に示す波形群２１０は、特定の局所ピークを基準として、取得したＮ個の反射信号を重ね合わせたものである。
（５）次に、全体制御部８および信号処理部７は、波形群２１０の各時刻ｔにおいて、反射信号の強度の中央値を算出する。図１３の一番下に破線で示すライン２１２，２１４は、波形群２１０に属する各波形の上限値および下限値を表している。また、波形２２０は、波形群２１０に属する各波形の、各時刻ｔにおける中央値を結んだ波形である。本実施形態においては、この波形２２０が参照信号ＩA（ｔ）として適用される。
　以上のように本実施形態によれば、演算処理部（７，８）は、（Ｅ）複数の測定点について、反射信号（ＩB（ｔ），Ｉ’B（ｔ））に対し、所定の統計処理を施すことによって、参照信号（ＩA（ｔ））を取得する。
　これにより、一部の反射信号に欠陥による影響が含まれていたとしても、欠陥による影響を抑制した参照信号ＩA（ｔ）を取得することができる。
［第３実施形態］
　次に、本発明の第３実施形態による超音波検査装置について説明する。本実施形態のハードウエア構成およびソフトウエアの内容は、第１実施形態のもの（図１～図１２）と同様である。但し、本実施形態の初期設定（図８，ステップＳ１０１）において、「各ゲートの開始位置および幅」を指定する動作は、第１実施形態のものとは異なる。
　第１実施形態においては、上述したように、試料５の縦構造に応じて、各ゲートの開始位置および幅を指定した。しかし、本実施形態においては、ユーザは、試料５の「縦構造情報」を全体制御部８に入力する。ここで、縦構造情報とは、試料５の各層の「層番号」と「材質」と「厚さ」とを列挙したものである。なお、層番号」とは、図１において超音波探触子２から見て近い順に、「１」から昇順に付与した番号である。例えば、縦構造情報は、「１：エポキシ樹脂封止材，５００μｍ、２：Ｓｉ（シリコン），２０μｍ、３：Ａｌ（アルミニウム），７μｍ、４：Ｃｕ（銅），７μｍ、…」のような情報になる。
　各材質における超音波の伝搬速度は既知であるため、材質と厚さが特定されると、各層における超音波の伝搬時間を求めることができる。これにより、全体制御部８は、超音波探触子２から送信波を出力した後、各層の境界面から超音波探触子２に反射波が戻るまでの時間を計算し、各ゲートの開始位置および幅を決定する。なお、上述した縦構造情報は、試料５のＣＡＤ（Computer Aided Design）データに基づいて全体制御部８が求めるようにしてもよい。
　以上のように本実施形態の超音波検査装置によれば、演算処理部（７，８）は：（Ｆ）検査対象物（５）の縦構造情報を取得し、（Ｇ）縦構造情報に基づき、ゲート（９１１）を設定し、（Ｈ）欠陥の深さを示す情報を、差分信号（ｍ（ｔ））とともにディスプレイに表示する。
　これにより、縦構造情報に基づいたゲートを自動的に設定できるため、ユーザの手間を省くことができる。
［変形例］
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
（１）上述した第２実施形態においては、統計処理によって参照信号を求める際に、複数の反射信号の「中央値」を適用した例を説明した。しかし、統計処理は、中央値を求める処理に限られず、平均値等、他の統計的な演算処理を適用することができる。
（２）また、第２実施形態においては、得られた断面画像２００を測定点２０４－１～２０４－Ｎに分割して、統計処理に適用される複数の測定点２０４－１～２０４－Ｎを選択した。しかし、統計処理に適用される測定点は、試料のレイアウト情報や、設計データ等から自動的に選択してもよい。また、第２実施形態において、複数の測定点２０４－１～２０４－Ｎを、測定領域から無作為に選択してもよい。
（３）上記実施形態における信号処理部７および全体制御部８のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図８に示したフローチャート、その他上述した各種処理を実行するプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。
（４）図８に示した処理、その他上述した各処理は、上記実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。
（５）反射波に基づいて反射信号を生成する部位は、探傷器３やＡ／Ｄ変換器６以外でもよい。例えば、超音波探触子２が反射信号を生成してもよい。この場合は、超音波探触子２が探傷器３やＡ／Ｄ変換器６を内蔵しているとも言える。
（６）前述の通り、断面画像の二次元面は必ずしも超音波探触子２の測定点（位置）に対応してなくても、他の基準面に沿った面で二次元の画像を生成できればよい。つまり、断面画像に含まれる各画素（例えばドットや、点や、微小領域）毎に、検査対象面の異なる位置に向けて超音波を送信して、反射波を受信し、当該反射波で取得できる反射信号を対象に本明細書に記載の処理を行ってもよい。また、画像は一つの画素だけを含むものでもよい。換言すれば、前記演算処理部（７，８）は：（１）反射波の解析対象の開始時間と時間幅を示すゲート（例えば図１０に示す特徴算出ゲート８３）を設定し、（２）前記二次元画像に含まれる１以上の画素について：（２Ａ）前記反射波の時間ごとの強度を示す反射信号を取得し、（２Ｂ）前記反射信号と参照信号との差分である差分信号を算出し、（２Ｃ）前記ゲート内の前記差分信号に対し、前記特徴量を算出し、（３）前記特徴量に基づいて欠陥を検出し、（４）前記超音波の送信方向に沿った前記欠陥の深さを示す情報を含む前記二次元画像、を生成してもよい、ということである。
２　超音波探触子
５　試料（検査対象物）
７　信号処理部（演算処理部）
８　全体制御部（演算処理部）
８１　基本波（基本波信号）
８３，１３０，１５０，９１１　特徴算出ゲート（ゲート）
１００　超音波検査装置
１１８，１３８，１５８，１７８　断面画像（特徴画像）
ｔｃ１，ｔｃ２　時刻（受信タイミング）
ＩA（ｔ）　参照信号
ＩB（ｔ）　反射信号
Ｉ’B（ｔ）　正規化反射信号（反射信号）
ｍ（ｔ）　差分信号
Ｒ（ｔ）　相関係数
Ｒｐ（ｔ）　部分相関係数（相関係数）

Claims (16)

  1. 　超音波を発生して検査対象物に送信し、前記検査対象物から反射した反射波を受信する超音波探触子と、
    　演算処理部と、
    　を備え、
    　前記演算処理部は：
    　（Ａ）前記反射波の解析対象の開始時間と時間幅とを示すゲートを設定し、
    　（Ｂ）複数の測定点の各々に関し：
    　　（Ｂ１）前記反射波の時間毎の強度を示す反射信号を取得し、
    　　（Ｂ２）前記反射信号と参照信号との差分である差分信号を算出し、
    　　（Ｂ３）前記ゲート内の前記差分信号に対し特徴量を算出し、
    　（Ｃ）複数の前記測定点に対する前記特徴量に基づいて欠陥を検出し、
    　（Ｄ）前記超音波の送信方向に沿った前記欠陥の深さを示す情報を出力する
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  2. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　前記特徴量は、所定の基本波信号と前記差分信号との相関係数の状態、前記相関係数に基づいて算出される前記反射波の受信タイミング、または、前記受信タイミングにおける前記差分信号、のうち何れかを含む
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  3. 　請求項２に記載の超音波検査装置において、
    　前記基本波信号は、前記超音波探触子の特性に対応して定められた信号である
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  4. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　前記参照信号は、参照点で得られる反射信号である
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  5. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　前記演算処理部は：
    　（Ｅ）複数の前記測定点について、前記反射信号に対し、所定の統計処理を施すことによって、前記参照信号を取得する
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  6. 　請求項２に記載の超音波検査装置において、
    　前記演算処理部は：
    　（Ｆ）前記検査対象物の縦構造情報を取得し、
    　（Ｇ）前記縦構造情報に基づき、前記ゲートを設定し、
    　（Ｈ）前記欠陥の深さを示す情報を、前記差分信号とともにディスプレイに表示する
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  7. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　設定された前記ゲートは、前記開始時間から前記時間幅を経るまでの時間範囲に、前記反射信号の局所ピークを含まないように設定できる
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  8. 　請求項１に記載の超音波検査装置において、
    　前記超音波の送信方向に沿った前記欠陥の深さの情報は：
    　　前記反射信号の局所ピーク同士の時間幅よりも細かい精度を有し、または、
    　　前記反射信号の前記局所ピーク同士の時間幅で得られる路程よりも細かい精度を有する、
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
  9. 　超音波を発生して検査対象物に送信し、前記検査対象物から反射した反射波を受信する超音波探触子を用い、演算処理部において前記反射波を解析する超音波検査方法であって、
    　（Ａ）前記反射波の解析対象の開始時間と時間幅とを示すゲートを設定するステップと、
    　（Ｂ）複数の測定点の各々に関し：
    　　（Ｂ１）前記反射波の時間毎の強度を示す反射信号を取得するステップと、
    　　（Ｂ２）前記反射信号と参照信号との差分である差分信号を算出するステップと、
    　　（Ｂ３）前記ゲート内の前記差分信号に対し特徴量を算出するステップと、
    　（Ｃ）複数の前記測定点に対する前記特徴量に基づいて欠陥を検出するステップと、
    　（Ｄ）前記超音波の送信方向に沿った前記欠陥の深さを示す情報を出力するステップと、を有する
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  10. 　請求項９に記載の超音波検査方法において、
    　前記特徴量は、所定の基本波信号と前記差分信号との相関係数の状態、前記相関係数に基づいて算出される前記反射波の受信タイミング、または、前記受信タイミングにおける前記差分信号、のうち何れかを含む
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  11. 　請求項１０に記載の超音波検査方法において、
    　前記基本波信号は、前記超音波探触子の特性に対応して定められた信号である
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  12. 　請求項９に記載の超音波検査方法において、
    　前記参照信号は、参照点で得られる反射信号である
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  13. 　請求項９に記載の超音波検査方法において、
    　（Ｅ）複数の前記測定点について、前記反射信号に対し、所定の統計処理を施すことによって、前記参照信号を取得するステップ、をさらに有する
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  14. 　請求項１０に記載の超音波検査方法において、
    　（Ｆ）前記検査対象物の縦構造情報を取得するステップと、
    　（Ｇ）前記縦構造情報に基づき、前記ゲートを設定するステップと、
    　（Ｈ）前記欠陥の深さを示す情報を、前記差分信号とともにディスプレイに表示するステップと、をさらに有する
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  15. 　請求項９に記載の超音波検査方法において、
    　設定された前記ゲートは、前記開始時間から前記時間幅を経るまでの時間範囲に、前記反射信号の局所ピークを含まないように設定できる
    　ことを特徴とする超音波検査方法。
  16. 　超音波を発生して検査対象物に送信し、前記検査対象物から反射した反射波を受信する超音波探触子と、
    　前記反射波に基づいて算出される特徴量に基づいて、二次元画像を出力する、演算処理部と、
    　を備え、前記演算処理部は：
    　（１）前記反射波の解析対象の開始時間と時間幅を示すゲートを設定し、
    　（２）前記二次元画像に含まれる１以上の画素について：
    　　（２Ａ）前記反射波の時間ごとの強度を示す反射信号を取得し、
    　　（２Ｂ）前記反射信号と参照信号との差分である差分信号を算出し、
    　　（２Ｃ）前記ゲート内の前記差分信号に対し、前記特徴量を算出し、
    　（３）前記特徴量に基づいて、欠陥を検出し、
    　（４）前記超音波の送信方向に沿った前記欠陥の深さを示す情報を含む前記二次元画像を生成する
    　ことを特徴とする超音波検査装置。
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