JP5997861B1 - 超音波映像装置および超音波映像装置の画像生成方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの複数の接合面を同時に映像化する。【解決手段】超音波映像装置４は、プローブ２により所定周波数の超音波をワーク１に照射し、プローブ２が検知した超音波の反射波にゲート処理を行ってワーク１の２つの接合面における反射波の変位を出力する信号処理部４６と、２つの接合面における各反射波の変位に基づいて、２つの接合面の各画像を生成する画像生成部４７と、プローブ２の高さを調整する高さ調整部４１とを備える。高さ調整部４１は、プローブ２の高さ調整により、２つの接合面の間にプローブ２の焦点を設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワーク内部の接合面を、超音波を用いて非破壊検査する超音波映像装置および超音波映像装置の画像生成方法に関する。

従来、多接合型半導体の任意の接合面は、この多接合型半導体に超音波を照射して、その反射波に基づいて当該接合面を検査することが行われてきた。例えば特許文献１の請求項１には、「被検体に超音波を放射し、その反射波信号に基づいて前記被検体の内部の接合面を検査する超音波検査装置」と記載されている。

特開平２−５７９６８号公報

このような超音波映像装置において、多接合型半導体の複数の接合面の画像を取得する場合には、取得したい接合面と同じ数だけのプローブと超音波映像装置を要する。そして、それぞれのプローブでそれぞれに対応付けられた接合面に超音波を照射し、各接合面の画像を取得する必要があった。
例えば、多接合型半導体の欠陥を検査するインライン半導体検査システムでは、４つの接合面の画像を取得して検査する際には４本のプローブを要しており、コストの面で問題かあった。

そこで、本発明は、ワークの複数の接合面を同時に映像化することが可能な超音波映像装置および超音波映像装置の画像生成方法を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明の超音波映像装置は、プローブにより所定周波数の超音波を多接合型半導体に照射し、前記プローブが検知した当該超音波の反射波にゲート処理を行って前記多接合型半導体の２つの接合面における前記反射波の変位を出力する信号処理手段と、前記２つの接合面における各前記反射波の変位に基づいて、前記２つの接合面の各画像を生成する画像生成手段と、前記プローブの焦点の高さを調整する高さ調整手段と、を備える。前記高さ調整手段は、前記２つの接合面のうち一方に対応する前記反射波の変位が最も大きくなる第１高度に前記プローブの焦点の高さを調整し、前記２つの接合面のうち他方に対応する前記反射波の変位が最も大きくなる第２高度に前記プローブの焦点の高さを調整し、その後、前記第１高度と前記第２高度との間に前記プローブの焦点の高さを調整し、前記信号処理手段は、前記第１高度を用いて第１のゲートを設定し、前記第２高度を用いて第２のゲートを設定し、前記プローブが検知した当該超音波の反射波に前記第１、第２のゲートによるゲート処理を行って前記２つの接合面の各画像を生成する。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、ワークの複数の接合面を同時に映像化することが可能となる。

超音波映像装置の構成図である。 比較例の表面側の接合面と裏面側の接合面の検査方法を示す図である。 比較例のプローブの調整方法を示す図である。 比較例のゲート回路の動作を示す図である。 比較例の調整処理と映像化処理とを示すフローチャートである。 第１実施形態における表面寄りの接合面と裏面寄りの接合面の検査方法を示す図である。 第１実施形態のプローブの調整方法を示す図である。 第１実施形態のゲート回路の動作を示す図である。 裏面寄りの接合面に対するプローブの調整方法を示す図である。 第１実施形態の調整処理と映像化処理とを示すフローチャートである。 接合面画面のテンプレートマッチングを示す図である。 第２実施形態のプローブの調整方法を示す図である。 第２実施形態のゲート回路の動作を示す図である。 第２実施形態の調整処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の映像化処理を示すフローチャートである。

以降、比較例と本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図１は、超音波映像装置４の構成図である。
図１に示す超音波映像装置４は、超音波の送受信を行うプローブ２によりワーク１である多接合型半導体の任意の接合面の画像を生成し、これを検査するものである。このワーク１は、接合面１１ａ〜１１ｄを備えている。超音波映像装置４は、制御装置３により、プローブ２を所望の高さに調整し、高さ調整したプローブ２を平面方向に走査する。図１では、第１、第２実施形態と比較例とで異なる部分については、その旨を記載するが、共通する部分については特に記載しない。

制御装置３は、Ｘ軸駆動部３１、Ｙ軸駆動部３２、Ｚ軸駆動部３３、およびプローブ２のＸＹＺ方向の各位置をエンコードするエンコーダ３４を含んで構成される。制御装置３は、Ｚ軸駆動部３３によりプローブ２を高さ方向に駆動し、高さ方向の位置をエンコーダ３４から取得することにより、このプローブ２を所望の高さに調整する。その後、制御装置３は、Ｘ軸駆動部３１とＹ軸駆動部３２によりプローブ２を平面方向に走査し、水平方向の位置をエンコーダ３４により取得する。

プローブ２は、圧電素子２１を備え、下部が不図示の水槽に満たされた水に浸漬され、この圧電素子２１がワーク１に対向するように配置される。図１のプローブ２は、ワーク１の接合面１１ｂと接合面１１ｃとの間に、焦点Ｆを結んでいる。

超音波映像装置４は、プローブ２の高さを調整する高さ調整部４１（高さ調整手段）と、プローブ２の走査位置を制御する走査制御部４２とを備える。超音波映像装置４は更に、超音波を送信させるタイミング制御部４３と発振器４４、反射波から超音波画像を生成する信号入力部４５と信号処理部４６と画像生成部４７、超音波画像を表示する表示部４８を備える。

信号入力部４５は、プローブ２が受信した反射波の信号を増幅するアンプと、この反射波の信号をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ変換器を備える。信号処理部４６は、この反射波の信号をゲート処理して変位を検出する。

高さ調整部４１（高さ調整手段の一例）は、制御装置３に接続されている。制御装置３（高さ調整手段の一部）は、Ｚ軸駆動部３３とエンコーダ３４に接続されている。制御装置３は、高さ調整部４１の指示に基づき、プローブ２を上下方向に駆動しつつ高さ方向の位置をエンコーダ３４により取得して、この位置情報を高さ調整部４１に出力する。これにより、高さ調整部４１は、ワーク１に対するプローブ２の高さを調整することができると共に、プローブ２の高さ方向の位置を取得することができる。この高さ調整部４１の動作は、第１、第２実施形態と比較例とで、それぞれ異なっている。

走査制御部４２は、制御装置３に接続されている。制御装置３は、Ｘ軸駆動部３１とＹ軸駆動部３２によってプローブ２の水平方向の走査位置を制御し、制御装置３からプローブ２の現在の走査位置情報を受信する。

タイミング制御部４３は、走査制御部４２から取得したプローブ２の走査位置情報に基づいて、発振器４４に超音波の送受信タイミング信号（情報）を出力する。発振器４４は、タイミング制御部４３が出力したタイミング信号に基づいて、プローブ２の圧電素子２１に信号を出力する。

圧電素子２１は、圧電膜の両面にそれぞれ電極が取り付けられているものである。圧電素子２１は、両電極間に電圧が印加されることにより、この圧電膜から超音波を送信する。更に圧電素子２１は、この圧電膜が受信したエコー波（反射波）を、両電極間に発生する電圧である反射波信号に変換する。
信号入力部４５は、反射波信号を増幅してデジタル信号に変換する。

信号処理部４６は、デジタルの反射波信号を信号処理するものである。信号処理部４６は、タイミング制御部４３が出力するゲートパルスによって、反射波信号の所定期間のみを切り出して変位情報を取得し、この変位情報を画像生成部４７に出力する。画像生成部４７は、信号処理部４６が出力した変位信号に基づいて、超音波画像を生成するものである。この信号処理部４６の動作は、第１、第２実施形態と比較例とで、それぞれ異なっている。

以下、図２から図５により比較例を説明する。
図２は、比較例の表面１３ａ寄りの接合面１１ａ，１１ｂと裏面１３ｂ寄りの接合面１１ｃ，１１ｄの検査方法を示す図である。
ワーク１ａ〜１ｄは、搬送機構８の上に載せられて左から右に搬送される。これらワーク１ａ〜１ｄと搬送機構８とは、水槽６の水７に漬けられている。
ワーク１ａは、このワーク１ａの上側に設置されたプローブ２ａによって検査される。プローブ２ａはワーク１ａの表面から超音波を照射し、表面寄りの接合面１１ａを検査している。
その右側のワーク１ｂは、このワーク１ｂの上側に設置されたプローブ２ｂによって検査される。プローブ２ｂはワーク１ｂの表面から超音波を照射し、表面寄りの他の接合面１１ｂを検査している。

その右側のワーク１ｃは、このワーク１ｃの下側に設置されたプローブ２ｃによって検査される。プローブ２ｃはワーク１ｃの裏面から超音波を照射し、裏面寄りの接合面１１ｃを検査している。このようにすることで、超音波を減衰させることなく接合面１１ｃにて反射させられるので、明瞭な超音波画像を生成することができる。
その右側のワーク１ｄは、このワーク１ｄの下側に設置されたプローブ２ｄによって検査される。プローブ２ｄはワーク１ｄの裏面から超音波を照射し、裏面寄りの他の接合面１１ｄを検査している。このようにすることで、超音波を減衰させることなく他の接合面１１ｄにて反射させられるので、明瞭な超音波画像を生成することができる。

比較例では、４つの接合面１１ａ〜１１ｄを検査するために４本のプローブ２ａ〜２ｄと、４台の超音波映像装置４（不図示）とを必要とする。更にプローブ２ｃ，２ｄは上側に向けて設置されているため、先端に異物等が溜まりやすくなる。このプローブ２ｃ，２ｄを全て水７に漬けなければならないため、プローブ２ｃ，２ｄやそのケーブルの防水対策をしなければならず、かつ大きく深い水槽６を要するという課題がある。
以下、各プローブ２ａ〜２ｄを特に区別しないときには、単にプローブ２と記載する。

図３（ａ），（ｂ）は、比較例のプローブ２の調整方法を示す図である。ここでは、図２に示したプローブ２ａにて高さ調整が完了した時点が示されている。
図３（ａ）は、ワーク１ａ（図２参照）の断面図である。
ワーク１ａは、例えば多接合型半導体であり、層１２ａ〜層１２ｅが上から順に積層して構成される。このワーク１ａは、上側が表面１３ａであり、下側が裏面１３ｂである。層１２ａと層１２ｂとは、接合面１１ａによって接合されている。層１２ｂと層１２ｃとは、接合面１１ｂによって接合されている。層１２ｃと層１２ｄとは、接合面１１ｃによって接合されている。層１２ｄと層１２ｅとは、接合面１１ｄによって接合されている。ここでプローブ２ａ（図２参照）は、ワーク１ａの上側に設置されて、このワーク１ａに超音波を照射する。高さ調整部４１は、接合面１１ａの反射波の変位が最大となる高さにプローブ２ａを調整する。このときの反射波の波形は、ワーク１ａの各部と対応するように図３（ｂ）に示されている。

反射波は、表面１３ａ、接合面１１ａ〜１１ｄ、裏面１３ｂで大きく変位している。つまり超音波は、表面１３ａ、接合面１１ａ〜１１ｄ、裏面１３ｂで反射している。ここでは、観察したい接合面１１ａの反射波の変位Ｗ１が、接合面１１ｂ〜１１ｄの変位よりも大きくなっている。接合面１１ｂの反射波の変位よりも、この下側に位置する接合面１１ｃの反射波の変位の方が小さい。これは距離によって超音波が減衰することによる。プローブ２の焦点Ｆは、接合面１１ａの近傍に位置している。
そしてゲートＧ０は、接合面１１ａにおける反射波のタイミングに設定されている。これにより、反射波のうち接合面１１ａによる変位を出力することができる。

図４は、比較例のゲート回路４６１の動作を示す図である。ここでは、プローブ２ａ（図２参照）に接続される超音波映像装置４の信号処理部４６について説明している。
信号処理部４６は、ゲート回路４６１を含んで構成される。このゲート回路４６１には、反射波を取り込んだ波形データとゲートＧ０に係るデータが入力されてゲート処理が行われ、変位Ｗ０が出力される。ゲートＧ０に係るデータは、ゲートＧ０の開始タイミングと、ゲートＧ０の幅と、判定閾値とを含んで構成される。ゲート回路４６１は、予め設定されたゲートＧ０内の反射波に対して、この判定閾値を超えた反射波の変位Ｗ０を検出する。

図５は、比較例の調整処理と映像化処理とを示すフローチャートである。ここでは、プローブ２ａ（図２参照）に接続される超音波映像装置４の処理について説明している。
ワーク１の接合面１１ａの観察にあたり、超音波映像装置４の高さ調整部４１は、先ずプローブ２によりワーク１に超音波を照射する（ステップＳ１０）。そして高さ調整部４１は、観察したい接合面１１ａの反射波の変位Ｗ１を最大化するように、プローブ２の高さを調整する（ステップＳ１１）。このとき、プローブ２の焦点Ｆは、観察したい接合面１１ａの近傍に位置する。次いで、高さ調整部４１は、接合面１１ａにおける反射波のタイミングにゲートＧ０を設定し（ステップＳ１２）、調整を完了する。

この調整が完了した後、所定の走査指示を与えると、ワーク１の走査が行われる。走査制御部４２がＸ軸駆動部３１とＹ軸駆動部３２によってプローブ２を水平方向に走査し（ステップＳ１３）、プローブ２により所定周波数の超音波をワーク１に照射する（ステップＳ１４）。信号処理部４６は、この反射波をゲートＧ０で処理することにより、この接合面１１ａの反射波の変位を検出する（ステップＳ１５）。次いで走査制御部４２は、走査が終了していなかったならば（ステップＳ１６→Ｎｏ）、ステップＳ１３の処理に戻って走査を繰り返す。

走査制御部４２が走査終了と判定したならば（ステップＳ１６→Ｙｅｓ）、画像生成部４７は、この接合面１１ａの画像を生成し（ステップＳ１７）、一連の処理を終了する。
予め接合面１１ａの変位を最大とする位置にプローブ２の高さを調整しているので、接合面１１ａに係る明瞭な超音波画像を得ることができる。

以下、図６から図１１により、第１実施形態の構成と動作について、上述して比較例と対比しつつ説明する。
図６は、第１実施形態の表面１３ａ寄りの接合面１１ａ，１１ｂと裏面１３ｂ寄りの接合面１１ｃ，１１ｄの検査方法を示す図である。
ワーク１ｅ〜１ｈは、図３（ａ）に示したワーク１と同様に構成されている。これらワーク１ｅ〜１ｈは、搬送機構８の上に載せられて左から右に搬送され、反転機構９によって上下が反転される。これらワーク１ｅ〜１ｈと搬送機構８とは、水槽６の水７に漬けられている。ワーク１ｆは、このワーク１ｆの上側に設置されたプローブ２ｆによって検査される。プローブ２ｆはワーク１ｆの表面１３ａから超音波を照射して焦点を接合面１１ａと接合面１１ｂとの間に結び、表面１３ａ寄りの接合面１１ａ，１１ｂを同時に検査している。その後、反転機構９はワーク１を反転し、搬送機構８は反転したワーク１を右側に搬送する。

その右側のワーク１ｇは、このワーク１ｇの上側に設置されたプローブ２ｇによって検査される。プローブ２ｇはワーク１ｇの裏面１３ｂから超音波を照射して焦点を接合面１１ｃと接合面１１ｄとの間に結び、裏面１３ｂ寄りの接合面１１ｃ，１１ｄを同時に検査している。しかし、このプローブ２ｇは、プローブ２ｆと同様に下に向けて設置されているため、プローブ２ｇの先端部だけを水７に漬けるだけでよい。また、第１実施形態の水槽６は、比較例とは異なり、浅いものでもよい。更に第１実施形態では、プローブ２ｆ，２ｇの２本と、これらを接続する２台の超音波映像装置４により、４つの接合面１１ａ〜１１ｄを検査可能である。
以下、各プローブ２ｆ，２ｇを特に区別しないときには、単にプローブ２と記載する。

図７（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態のプローブ２の調整方法を示す図である。
図７（ａ）に示したワーク１ｆの断面図は、図３（ａ）と同様である。ここでプローブ２ｆは、ワーク１ｆの上側に設置されて、このワーク１ｆに超音波を照射する。高さ調整部４１は、接合面１１ａの反射波の変位が最大となる第１高度にプローブ２ｆを調整し、接合面１１ｂの反射波の変位が最大となる第２高度にプローブ２ｆを調整し、そののち第１高度と第２高度との中間にプローブ２ｆを調整する。

図７（ｂ）は、第１高度にプローブ２ｆを調整したときの反射波の波形であり、ワーク１ｆの各部と対応するように図示されている。
反射波は、表面１３ａ、接合面１１ａ〜１１ｄ、裏面１３ｂで大きく変位している。この反射波の各変位は、このプローブ２ｆから遠ざかるにつれて次第に減衰している。ここでは、観察したい接合面１１ａの反射波の変位Ｗ１が、接合面１１ｂ〜１１ｄの変位よりも大きくなっている。プローブ２ｆの焦点Ｆは、接合面１１ａの近傍に位置している。

図７（ｃ）は、第２高度にプローブ２ｆを調整したときの反射波の波形であり、ワーク１ｆの各部と対応するように図示されている。
反射波は、表面１３ａ、接合面１１ａ〜１１ｄ、裏面１３ｂで大きく変位している。ここでは、観察したい接合面１１ｂの反射波の変位Ｗ２が、接合面１１ａ，１１ｃの変位よりも大きくなっている。プローブ２ｆの焦点Ｆは、接合面１１ｂの近傍に位置している。

図７（ｄ）は、第１高度と第２高度の中間にプローブ２ｆを調整したときの反射波の波形であり、ワーク１ｆの各部と対応するように図示されている。
反射波は、表面１３ａ、接合面１１ａ〜１１ｄ、裏面１３ｂで大きく変位している。ここでは、観察したい接合面１１ａ，１１ｂの反射波の変位が、他の接合面１１ｃ，１１ｄの変位よりも大きくなっている。プローブ２ｆの焦点Ｆは、接合面１１ａと接合面１１ｂとの略中間に位置している。

そして、ゲートＧ１は接合面１１ａにおける反射波のタイミングに設定され、ゲートＧ２は接合面１１ｂにおける反射波のタイミングに設定されている。これにより、ひとつの反射波における接合面１１ａによる変位と、接合面１１ｂによる変位とを同時に出力することができる。
第１実施形態においてプローブ２ｆの焦点Ｆは、接合面１１ａからの距離と接合面１１ｂからの距離との比が４対６から６対４に位置することが望ましい。このとき、超音波映像装置４は、接合面１１ａの画像と接合面１１ｂの画像の両方を、明瞭かつ同時に取得することができる。

図８は、第１実施形態のゲート回路４６１，４６２の動作を示す図である。図６に示したプローブ２ｆを接続した超音波映像装置４の信号処理部４６は、これらゲート回路４６１，４６２を含んで構成される。
ゲート回路４６１には、反射波を取り込んだ波形データとゲートＧ１に係るデータが入力されてゲート処理が行われ、変位Ｗ１ａ（図７（ｄ）参照）が出力される。ゲートＧ１に係るデータは、ゲートＧ１の開始タイミングと、ゲートＧ１の幅と、判定閾値とを含んで構成される。ゲート回路４６１は、予め設定されたゲートＧ１内の反射波に対して、この判定閾値を超えた反射波の変位Ｗ１ａを検出する。

更にゲート回路４６２には、反射波を取り込んだ波形データとゲートＧ２に係るデータが入力されて並列にゲート処理が行われ、変位Ｗ２ａ（図７（ｄ）参照）が出力される。ゲートＧ２に係るデータは、ゲートＧ２の開始タイミングと、ゲートＧ２の幅と、判定閾値とを含んで構成される。ゲート回路４６２は、予め設定されたゲートＧ２内の反射波に対して、この判定閾値を超えた反射波の変位Ｗ２ａを検出する。

図９（ａ），（ｂ）は、裏面１３ｂ寄りの２つの接合面１１ｄ，１１ｃに対するプローブ２ｇの高さ調整方法を示す図である。図９（ａ）では、図６に示したワーク１ｇの断面を示している。
図９（ａ）に示したワーク１ｇの断面図は、図７（ａ）とは上下が反転している。ここでプローブ２ｇは上側に設置されてワーク１ｇに超音波を照射する。高さ調整部４１は、接合面１１ｄの反射波の変位が最大となる第３高度にプローブ２を調整し、接合面１１ｃの反射波の変位が最大となる第４高度にプローブ２を調整し、そののち第３高度と第４高度との中間にプローブ２を調整する。

図９（ｂ）は、第３高度と第４高度の中間にプローブ２を調整したときの反射波の波形であり、ワーク１の各部と対応するように図示されている。
反射波は、裏面１３ｂ、接合面１１ｄ〜１１ａ、表面１３ａで大きく変位している。ここでは、観察したい接合面１１ｄ，１１ｃの反射波の変位が、他の接合面１１ｂ，１１ａの変位よりも大きくなっている。プローブ２の焦点Ｆは、接合面１１ｄと接合面１１ｃとの略中間に位置している。ゲートＧ４は、接合面１１ｄにおける反射波のタイミングに設定されている。ゲートＧ５は、接合面１１ｃにおける反射波のタイミングに設定されている。
第１実施形態によれば、プローブ２をワーク１の下側に設置することなく、容易にワーク１の裏面１３ｂ寄りの接合面を超音波で検査することができる。また、４つの接合面１１ａ〜１１ｄを、上側に設置した２本のプローブ２ｆ，２ｇで検査することができる。

図１０は、第１実施形態の調整処理と映像化処理とを示すフローチャートである。
ワーク１の接合面１１ａの観察にあたり、超音波映像装置４の高さ調整部４１は、先ずプローブ２によりワーク１に超音波を照射する（ステップＳ２０）。そして高さ調整部４１は、観察したい一方の接合面１１ａ（第１接合面）の反射波の変位Ｗ１を最大化するように、プローブ２を高さＨ１に調整する（ステップＳ２１）。このとき、プローブ２の焦点Ｆは、接合面１１ａの近傍に位置する。次いで高さ調整部４１は、観察したい他方の接合面１１ｂ（第２接合面）の反射波の変位Ｗ２を最大化するように、プローブ２を高さＨ２に調整する（ステップＳ２２）。このとき、プローブ２の焦点Ｆは、接合面１１ｂの近傍に位置する。

そののち高さ調整部４１は、プローブ２を高さＨ１と高さＨ２の中間点に調整する（ステップＳ２３）。高さ調整部４１は、接合面１１ａ（第１接合面）の反射波の前後にゲートＧ１を設定し（ステップＳ２４）、接合面１１ｂ（第２接合面）の反射波の前後にゲートＧ２を設定して（ステップＳ２５）、調整を完了する。
高さ調整部４１は、信号処理部４６にゲートＧ１，Ｇ２を設定する。具体的にいうと、高さ調整部４１は、ゲートＧ１，Ｇ２の設定において、開始タイミングおよび幅と、判定閾値とを設定する。なお、これらゲートＧ１，Ｇ２の設定値は、反射波の変位で判断してもよい。また、高さＨ１，Ｈ２およびプローブ２の高さ方向の位置からゲートＧ１，Ｇ２の中心値を求めてもよい。具体的には、高さＨ１とプローブ２の高さ方向の位置との相対距離の２倍を水中の音速で除算すると、第１接合面と焦点Ｆとの相対距離を往復する時間となる。プローブ２が超音波を照射した焦点Ｆから反射波を受信する時間から、第１接合面と焦点Ｆとの相対距離を往復する時間を減算すると、ゲートＧ１の中心値を求めることができる。同様に高さＨ２とプローブ２の高さ方向の位置からゲートＧ２の中心値を求めてもよい。

この調整が完了した後、ユーザが所定の走査指示を与えると、ワーク１の走査が行われる。走査制御部４２がＸ軸駆動部３１とＹ軸駆動部３２によってプローブ２を水平方向に走査し（ステップＳ２６）、プローブ２により所定周波数の超音波をワーク１に照射する（ステップＳ２７）。
信号処理部４６は、この反射波をゲートＧ１で処理することにより、接合面１１ａの反射波の変位を検出し（ステップＳ２８）、この反射波をゲートＧ２で処理することにより、接合面１１ｂの反射波の変位を検出する（ステップＳ２９）。これらステップＳ２８のゲート処理と、ステップＳ２９のゲート処理とは並行して行われるので、超音波映像装置４は、短時間かつ同時に接合面１１ａの画像と接合面１１ｂの画像とを生成することができる。

次いで走査制御部４２は、走査が終了していなかったならば（ステップＳ３０→Ｎｏ）、ステップＳ２６の処理に戻って走査を繰り返す。

走査制御部４２が走査終了と判定したならば（ステップＳ３０→Ｙｅｓ）、画像生成部４７は、これら接合面１１ａの画像と接合面１１ｂの画像とを生成し（ステップＳ３１）、一連の処理を終了する。
予め、接合面１１ａの変位を最大とする位置と接合面１１ｂの変位を最大とする位置との中間点にプローブ２の高さを調整しているので、接合面１１ａに係る明瞭な超音波画像と接合面１１ｂに係る明瞭な超音波画像を同時に得ることができる。

図１１は、第１実施形態の接合面画面のテンプレートマッチングを示す斜視図である。
最も上側にはテンプレート画像５０が配置され、その下側には接合面画像５１，５２が配置されている。テンプレート画像５０上には右上の基準位置５０１と左下の基準位置５０２とが示され、更に検査領域５０３が示されている。

接合面画像５１には右上の基準位置５１１と左下の基準位置５１２とが示されている。この基準位置５１１は、テンプレート画像５０とのマッチングにより、テンプレート画像５０上の基準位置５０１に対応づけられる。基準位置５１２は、テンプレート画像５０とのマッチングにより、テンプレート画像５０上の基準位置５０２に対応づけられる。これら基準位置５１１，５１２との相対関係により、接合面画像５１における検査領域５１３を容易に特定することができる。

接合面画像５２には右上の基準位置５２１と左下の基準位置５２２とが示されている。この基準位置５２１は、接合面画像５１の基準位置５１１と同時に走査された位置である。基準位置５２２は、接合面画像５１の基準位置５１２と同時に走査された位置である。すなわち、接合面画像５２は、テンプレート画像５０との直接のマッチングを行うことなしに、基準位置５２１，５２２を、テンプレート画像５０上の基準位置５０１，５０２に対応づけることができる。これら基準位置５１１，５１２との相対関係により、接合面画像５２における検査領域５２３を容易に特定することができる。

以下、表面１３ａ寄りの２つの接合面１１ａ，１１ｂを検査したのち、裏面１３ｂ寄りの２つの接合面１１ｄ，１１ｃを検査する装置および方法について説明する。

図１２（ａ），（ｂ）は、第２実施形態のプローブの調整方法を示す図である。
図１２（ａ）に示したワーク１の断面図は、図３（ａ）と同様である。ここでプローブ２は上側に設置されてワーク１に超音波を照射する。高さ調整部４１は、接合面１１ａの反射波の変位が最大となる第１高度にプローブ２を調整し、接合面１１ｃの反射波の変位が最大となる第３高度にプローブ２を調整し、そののち第１高度と第３高度との中間にプローブ２を調整する。第２実施形態では、第１の実施形態とは異なり、接合面１１ａ〜１１ｃにそれぞれゲートＧ１〜Ｇ３を設定する。

図１２（ｂ）は、第１高度と第３高度の中間にプローブ２を調整したときの反射波の波形であり、ワーク１の各部と対応するように図示されている。
反射波は、表面１３ａ、接合面１１ａ〜１１ｄ、裏面１３ｂで大きく変位している。ここでは、観察したい接合面１１ａ〜１１ｃの反射波の変位が、他の接合面１１ｄの変位よりも大きくなっている。プローブ２の焦点Ｆは、接合面１１ａと接合面１１ｃとの略中間に位置している。

そして、ゲートＧ１は接合面１１ａにおける反射波のタイミングに設定され、ゲートＧ２は接合面１１ｂにおける反射波のタイミングに設定され、ゲートＧ３は接合面１１ｃにおける反射波のタイミングに設定されている。これにより、ひとつの反射波における接合面１１ａによる変位と、接合面１１ｂによる変位と、接合面１１ｃによる変位とを同時に出力することができる。
第３実施形態においてもプローブ２の焦点Ｆは、接合面１１ａからの距離と接合面１１ｂからの距離との比が４対６から６対４に位置することが望ましい。このとき、超音波映像装置４は、接合面１１ａの画像と接合面１１ｂの画像と接合面１１ｃの画像を、明瞭かつ同時に取得することができる。

図１３は、第１実施形態のゲート回路４６１〜４６３の動作を示す図である。信号処理部４６は、これらゲート回路４６１〜４６３を含んで構成される。
ゲート回路４６１には、反射波を取り込んだ波形データとゲートＧ１に係るデータが入力されてゲート処理が行われ、変位Ｗ１ｂ（図１３（ｂ）参照）が出力される。ゲートＧ１に係るデータは、ゲートＧ１の開始タイミングと、ゲートＧ１の幅と、判定閾値とを含んで構成される。ゲート回路４６１は、予め設定されたゲートＧ１内の反射波に対して、この判定閾値を超えた反射波の変位Ｗ１ｂを検出する。

ゲート回路４６２には、反射波を取り込んだ波形データとゲートＧ２に係るデータが入力されて並列にゲート処理が行われ、変位Ｗ２ｂ（図１３（ｂ）参照）が出力される。ゲートＧ２に係るデータは、ゲートＧ２の開始タイミングと、ゲートＧ２の幅と、判定閾値とを含んで構成される。ゲート回路４６２は、予め設定されたゲートＧ２内の反射波に対して、この判定閾値を超えた反射波の変位Ｗ２ｂを検出する。

更にゲート回路４６３には、反射波を取り込んだ波形データとゲートＧ３に係るデータが入力されて並列にゲート処理が行われ、変位Ｗ３ｂ（図１３（ｂ）参照）が出力される。ゲートＧ３に係るデータは、ゲートＧ３の開始タイミングと、ゲートＧ３の幅と、判定閾値とを含んで構成される。ゲート回路４６３は、予め設定されたゲートＧ３内の反射波に対して、この判定閾値を超えた反射波の変位Ｗ３ｂを検出する。

図１４は、第２実施形態の調整処理を示すフローチャートである。
ワーク１の接合面１１ａの観察にあたり、超音波映像装置４の高さ調整部４１は、先ずプローブ２によりワーク１に超音波を照射する（ステップＳ４０）。そして高さ調整部４１は、観察したい一方の接合面１１ａ（第１接合面）の反射波の変位Ｗ１を最大化するように、プローブ２を高さＨ１に調整する（ステップＳ４１）。このとき、プローブ２の焦点Ｆは、接合面１１ａの近傍に位置する。次いで高さ調整部４１は、観察したい接合面１１ｃ（第３接合面）の反射波の変位Ｗ３を最大化するように、プローブ２を高さＨ３に調整する（ステップＳ４２）。このとき、プローブ２の焦点Ｆは、接合面１１ｃの近傍に位置する。

そののち、高さ調整部４１は、プローブ２を、高さＨ１と高さＨ３の中間点に調整する（ステップＳ４３）。高さ調整部４１は、接合面１１ａ（第１接合面）の反射波の前後にゲートＧ１を設定し（ステップＳ４４）、接合面１１ｂ（第２接合面）の反射波の前後にゲートＧ２を設定する（ステップＳ４５）。更に高さ調整部４１は、接合面１１ｃ（第３接合面）の反射波の前後にゲートＧ３を設定して（ステップＳ４６）。調整を完了する。

図１５は、第２実施形態の映像化処理を示すフローチャートである。
図１４に示した調整が完了した後、ユーザが所定の走査指示を与えると、ワーク１の走査が行われる。走査制御部４２がＸ軸駆動部３１とＹ軸駆動部３２によってプローブ２を水平方向に走査し（ステップＳ２６）、プローブ２により所定周波数の超音波をワーク１に照射する（ステップＳ２７）。

信号処理部４６は、この反射波をゲートＧ１で処理することにより、接合面１１ａの反射波の変位を検出する（ステップＳ２８）。信号処理部４６は、この反射波をゲートＧ２で処理することにより、接合面１１ｂの反射波の変位を検出する（ステップＳ２９）。更に信号処理部４６は、この反射波をゲートＧ３で処理することにより、接合面１１ｃの反射波の変位を検出する（ステップＳ２９Ａ）。これらステップＳ２８のゲート処理と、ステップＳ２９のゲート処理と、ステップＳ２９Ａのゲート処理とは並行して行われるので、超音波映像装置４は、短時間かつ同時に接合面１１ａの画像と接合面１１ｂの画像と接合面１１ｃの画像とを生成することができる。

次いで走査制御部４２は、走査が終了していなかったならば（ステップＳ３０→Ｎｏ）、ステップＳ２６の処理に戻って走査を繰り返す。

走査制御部４２が走査終了と判定したならば（ステップＳ３０→Ｙｅｓ）、画像生成部４７は、これら接合面１１ａの画像と接合面１１ｂの画像と接合面１１ｃの画像とを生成し（ステップＳ３１Ａ）、一連の処理を終了する。
予め、接合面１１ａの変位を最大とする位置と接合面１１ｃの変位を最大とする位置との中間点にプローブ２の高さを調整しているので、接合面１１ａに係る明瞭な超音波画像と接合面１１ｂに係る明瞭な超音波画像を同時に得ることができる。

（変形例）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、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。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、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各実施形態に於いて、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、製品上必ずしも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。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ）〜（ｆ）のようなものがある。
（ａ） 上記第１実施形態では２つの接合面の画像を同時に生成し、第２実施形態では３つの接合面の画像を同時に生成していた。しかし、これに限られず、４以上の接合面の画像を同時に生成してもよく、限定されない。

（ｂ） 上記実施形態で説明した各ゲート処理は、同一の反射波を処理するものであればよく、並列動作に限られず逐次処理であってもよい。
（ｃ） プローブ２の高さ調整は、Ｚ軸駆動部３３とエンコーダ３４による調整に限定されず、手作業による調整であってもよい。
（ｄ） 上記実施形態のワーク１は、多接合型半導体に限られず、３以上の異なる材質で出来た層が接合されて構成されていればよい。

（ｅ） プローブ２の焦点Ｆは、同時の検査したい複数の接合面のうち最もプローブに近い面と最もプローブ２から遠い面との間に設定されればよく、限定されない。例えば、接合面１１ａを主に検査し、接合面１１ｂを副次的に確認すればよい場合、プローブ２の焦点Ｆは、接合面１１ａとの距離を接合面１１ｂとの距離よりも小さく、例えば５対５から３対７に設定してもよい。
（ｆ） プローブ２の焦点Ｆは、同時の検査したい複数の接合面のうち最もプローブに近い面と最もプローブ２から遠い面との中間点よりも、やや最もプローブ２から遠い面に寄って設定されることが望ましい。これにより、距離による超音波の減衰を打ち消して、最もプローブ２から遠い面の変位のＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させることができる。

１，１ａ〜１ｈ ワーク （多接合型半導体）
１１ａ〜１１ｄ 接合面
１２ａ〜１２ｅ 層
１３ａ 表面
１３ｂ 裏面
２，２ａ〜２ｄ，２ｆ，２ｇ プローブ
２１ 圧電素子
Ｆ 焦点
３ 制御装置 （高さ調整手段の一部）
３１ Ｘ軸駆動部
３２ Ｙ軸駆動部
３３ Ｚ軸駆動部 （高さ調整手段の一部）
３４ エンコーダ
４ 超音波映像装置
４１ 高さ調整部 （高さ調整手段の一部）
４２ 走査制御部
４３ タイミング制御部
４４ 発振器
４５ 信号入力部
４６ 信号処理部
４６１〜４６３ ゲート回路
４７ 画像生成部
４８ 表示部
５０ テンプレート画像
５０１，５０２ 基準位置
５０３ 検査領域
５１，５２ 接合面画像
５１１，５１２，５２１，５２２ 基準位置
５１３，５２３、 検査領域
６ 水槽
７ 水
８ 搬送機構
９ 反転機構

Claims (7)

1. プローブにより所定周波数の超音波を多接合型半導体に照射し、前記プローブが検知した当該超音波の反射波にゲート処理を行って前記多接合型半導体の２つの接合面における前記反射波の変位を出力する信号処理手段と、
   前記２つの接合面における各前記反射波の変位に基づいて、前記２つの接合面の各画像を生成する画像生成手段と、
   前記プローブの焦点の高さを調整する高さ調整手段と、
   を備える超音波映像装置において、
   前記高さ調整手段は、前記２つの接合面のうち一方に対応する前記反射波の変位が最も大きくなる第１高度に前記プローブの焦点の高さを調整し、前記２つの接合面のうち他方に対応する前記反射波の変位が最も大きくなる第２高度に前記プローブの焦点の高さを調整し、その後、前記第１高度と前記第２高度との間に前記プローブの焦点の高さを調整し、
   前記信号処理手段は、前記第１高度を用いて第１のゲートを設定し、前記第２高度を用いて第２のゲートを設定し、前記プローブが検知した当該超音波の反射波に前記第１、第２のゲートによるゲート処理を行って前記２つの接合面の各画像を生成する、
   ことを特徴とする超音波映像装置。
2. 前記高さ調整手段が設定する前記プローブの焦点は、前記２つの接合面のうち最も前記プローブに近い面からの距離と、最も前記プローブから遠い面からの距離との比が４対６から６対４までの間に位置する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波映像装置。
3. 前記プローブは、焦点に超音波を１回照射して前記反射波を検知し、
   前記信号処理手段は、前記反射波にそれぞれゲート処理を行って前記２つの接合面における各反射波の変位を出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波映像装置。
4. 前記画像生成手段が生成した前記２つの接合面の各画像のうち何れか一つに検査領域を設定すると、他の画像にも前記検査領域と同一の領域を検査領域として設定する、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載の超音波映像装置。
5. 前記多接合型半導体の上下を反転する反転手段を更に備え、
   前記高さ調整手段は、前記反転手段によって前記多接合型半導体の上下を反転したのち、前記プローブの高さ調整により、前記多接合型半導体の他の２つの接合面の間に前記プローブの焦点を設定する、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の超音波映像装置。
6. 多接合型半導体に所定周波数の超音波を照射して、当該超音波の反射波を検知するプローブの高さを、前記多接合型半導体の２つの接合面のうち一方に対応する前記反射波の変位が最も大きくなる第１高度に前記プローブを調整し、
   前記プローブの高さを前記２つの接合面のうち他方に対応する前記反射波の変位が最も大きくなる第２高度に前記プローブを調整し、
   前記プローブの焦点の高さを前記第１高度と前記第２高度との間に設定し、
   前記第１高度と前記プローブの焦点の高さとの差から第１のゲートを設定し、前記プローブの焦点の高さと前記第２高度との差から第２のゲートを設定し、前記プローブが検知した当該超音波の反射波に前記第１、第２のゲートによるゲート処理を行って前記多接合型半導体の前記２つの接合面における前記反射波の変位を出力し、
   前記２つの接合面における各前記反射波の変位に基づいて、前記２つの接合面の各画像を生成する、
   ことを特徴とする超音波映像装置の画像生成方法。
7. プローブにより所定周波数の超音波を多接合型半導体に照射し、前記プローブが検知した当該超音波の反射波にゲート処理を行って前記多接合型半導体の３以上の接合面における前記反射波の変位を出力する信号処理手段と、
   前記３以上の接合面における各前記反射波の変位に基づいて、前記３以上の接合面の各画像を生成する画像生成手段と、
   前記プローブの焦点の高さを調整する高さ調整手段と、
   を備える超音波映像装置において、
   前記高さ調整手段は、前記プローブの焦点の高さ調整により、前記３以上の接合面のうち最も前記プローブに近い接合面に対応する前記反射波の変位が最も大きくなる第１高度に前記プローブの焦点の高さを調整し、最も前記プローブから遠い接合面に対応する前記反射波の変位が最も大きくなる第２高度に前記プローブの焦点の高さを調整し、その後、前記第１高度と前記第２高度との間に前記プローブの焦点の高さを設定し、
   前記信号処理手段は、前記第１高度を用いて第１のゲートを設定し、前記第２高度を用いて第２のゲートを設定し、前記プローブが検知した当該超音波の反射波に前記第１、第２のゲートによるゲート処理を行って、前記３以上の接合面のうち最も前記プローブに近い接合面の画像と、最も前記プローブから遠い接合面の画像と、を生成する、
   ことを特徴とする超音波映像装置。