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JP4087098B2 - Ultrasonic inspection equipment - Google Patents

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JP4087098B2
JP4087098B2 JP2001348282A JP2001348282A JP4087098B2 JP 4087098 B2 JP4087098 B2 JP 4087098B2 JP 2001348282 A JP2001348282 A JP 2001348282A JP 2001348282 A JP2001348282 A JP 2001348282A JP 4087098 B2 JP4087098 B2 JP 4087098B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて半導体チップや金属、セラミック部品等の内部欠陥や剥れなどの異常を検査する超音波検査装置に係り、特に、手軽で手早く、より精密に異常を検査するのに適する超音波検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波による半導体チップ(集積回路:IC)等の微細構造物の検査は、半導体チップの機能面と配線基板とを接合する半田やそれらの間隙に充填された充填材の状態を検査する等の目的で行われる。
【0003】
このような検査のやり方の一つとして、単眼の超音波トランスデューサを水中で機械走査しながらトランスデューサから水を介して超音波を検査対象に照射し、検査対象を伝搬してエコーとなって帰還する超音波を上記トランスデューサで捉え、これにより得られる信号を処理して検査対象の状態を判別するものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような検査方法で現在問題となりつつあるのは、水浸での機械走査に手間と時間がかかり、半導体チップ等の場合は検査後にチップが使用できないこと、さらに、検査対象となる半導体チップの接続端子がますます狭面積、狭ピッチとなり、現状の検査精度では異常判別能力が不足する可能性があることである。
【0005】
上記のような超音波トランスデューサは、その主要部を酸化亜鉛、酸化すずなどの圧電材料を膜化して製造し得るが、検出感度確保の意味である程度の膜厚が必要である。しかし、実用上、膜厚を厚く確保すると発生させる超音波の周波数の上限が限られてしまう。周波数は、ほとんど検出解像度と連動しており、したがって、異常判別能力の不足につながる。
【0006】
圧電材料として変換感度の高いもの選択すれば膜厚をより薄くてもよく、したがって、駆動周波数を高くして高解像度化が可能であることは理解されるが、ばらつきなく形成することには一般的に難がある。
【0007】
本発明は、上記した状況を考慮してなされたもので、超音波を用いて半導体チップと配線基板との接続部分などの異常を検査する超音波検査装置において、手軽に手早く検査でき、より高解像度化が可能な超音波検査装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る超音波検査装置は、基板と、前記基板上に形成された半導体集積回路と、前記基板の裏面側に形成された共通電極と、前記共通電極上にマトリクス状に独立して複数形成された圧電体層と、前記圧電体層上にそれぞれ形成された複数の上部電極とを具備し、前記圧電体層は、チタン酸バリウムまたはジルコン酸チタン酸鉛を有し、かつ、厚さが0.1μmないし100μmである超音波トランスデューサと、針状構造を有する複数の接触端子と、前記接触端子に接続され、前記接触端子のうち任意のものから駆動電圧を発生させるための駆動部と、前記接触端子に接続され、前記発生させられた駆動電圧を原因として検査対象から前記接触端子に返信される電気信号を前記複数の接触端子から検出する検出部と、前記検出された電気信号と前記任意の接触端子の位置とから前記検査対象の状態を可視化する処理を行なう処理部とを具備する検査装置とを備え、前記検査装置の前記接触端子は、前記超音波トランスデューサの前記上部電極にそれぞれ対応して設けられていることを特徴とする。
【0009】
すなわち、圧電体層膜の材料として、チタン酸バリウムあるいはジルコン酸チタン酸鉛を用いる。これらの材料は、酸化亜鉛と比較して、電気機械結合係数が大きく、電気的なエネルギーと機械的な振動エネルギーとの間の変換効率が高いため、超音波の発生・検出に適している。さらに、酸化亜鉛と比較して、誘電率が大きいために、これを例えばパルス駆動する際に、パルス電源との電気的整合性にも優れている。
【0010】
膜厚としては、上記変換効率の高さを活用して、0.1μmないし100μmに形成する。これにより、圧電体層が発生する超音波の周波数は例えば20MHz程度まで高めることが可能になり、十分な高解像度化が達成できる。膜厚は、より実用的には0.5μmないし30μm程度に形成すると好ましい。
【0011】
なお、圧電材料として、チタン酸バリウムを使用する場合には、キュリー温度がジルコン酸チタン酸鉛と比較して若干低い(約130℃)ため、格子定数の不整合歪みを利用して人為的にキュリー温度を上昇させて使用するとより好ましい。
【0012】
また、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛の圧電体層を形成するための堆積方法としては、スパッタリング法などの物理蒸着法、ゾルゲル法などの溶液塗布法、MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)などの化学蒸着法などを用いることができる。これらの圧電体の膜は、多結晶膜でもエピタキシャル成長による膜でもよいが、エピタキシャル成長などを用いて結晶の方位をそろえた方がより高い圧電変換特性が得られより好ましい。また、別の方法として、圧電体膜を上記所定の厚さに薄膜化してあらかじめ形成することもでき、それには研磨や切削加工の方法を用いることができる。この場合には、研磨などで薄膜化した圧電体を所定の方法(後述)で共通電極上に接着することができる。
【0013】
また、共通電極、上部電極の材料としては、Pt、Irなどの貴金属、あるいは、SrRuOなどの導電性酸化物の膜などを挙げることができる。SrRuOなどの導電性酸化物は、貴金属類と比較して電気抵抗が若干高いという欠点がある一方、上記のような圧電体の膜との界面の整合性がよく、機械的にも剥がれにくいという特徴がある。電極の形成には例えばスパッタリングを用いることができる。
【0014】
また、圧電体の薄膜形成技術を用いて、マトリクス状に複数の圧電素子を作製する方法としては、例えばスパッタリング成膜の際にマスクを用いて所望の領域のみに圧電体膜を堆積してもよいし、または、全面に膜を堆積した後に、化学エッチングなどの方法で不要な部分の膜を除去してもよい。一般に、化学エッチングを用いる方法の方が、より微細で寸法精度の高い加工が可能であるのでより好ましい。
【0016】
また、超音波トランスデューサは、機能面に集積回路が形成された半導体チップの裏面に形成するものである。圧電体の面積を例えば500μm×500μm程度以下に設定すれば、異常探知すべき端子の狭小化に十分対応することができる。
【0018】
また、検査装置は、上記の超音波トランスデューサと組み合わせて超音波検査を行なうため、超音波トランスデューサの上部電極と検査装置との信号のやり取り、針状構造を有する接触端子によりなす。このような組み合わせにより、超音波検査は、十分高解像度化が達成できる。
【0019】
なお、接触端子には、例えば、先鋭な電界放出型冷陰極、より好ましくは転写モールド法冷陰極を用いることができる。これらの電極により、狭面積の上部電極との十分な電気的接触状態が実現できる。超音波トランスデューサと組み合わせるため、超音波検査装置の接触端子は、超音波トランスデューサの上部電極にそれぞれ対応して設けられる。
【0028】
【発明の実施の形態】
発明の実施態様として、超音波トランスデューサの前記共通電極は、前記形成された圧電体層との界面に界面化合物層を有する。この界面化合物層は、共通電極と圧電体層との接着層として機能する。圧電体を研磨や切削加工で薄膜化してあらかじめ形成した場合には、後工程で共通電極との安定な接着を必要とする。このため界面化合物層を利用するものである。
【0029】
界面化合物層を形成するには、静電接着法を用い、静電接着層としては、例えば、ガラス(好ましくは可動性イオンを有するガラス)、水ガラス、SiO、Al、Ta、Ti、Ni、Si、Mo、Cr、Ge、Ga、As、コバール、Fe、Mg、ベリリウムなどを用いることができる。その層の厚さは1ないし100原子層の厚さにすると好ましい。これは100原子層を超えると接着性が飽和するからである。
【0030】
また、接着の際に、圧電体の表面粗さは、その厚さ(0.1μmないし100μm、さらに好ましくは0.5μmないし30μm)の1%以下に設定し、さらには、界面化合物層となる接着層の表面粗さも同様に設定すると密着性が向上し安定な接着に至るので好ましい。
【0031】
さらに、静電接着法を用いず、基板(共通電極)と分極処理した圧電体層とを、分極に起因する静電引力で接着させてもよく、これにより共通電極との平坦な接着状態が容易に得られる。この場合、圧電体層上に、スパッタリング法で形成した金属層を形成すると、さらに密着性が高まる。また、圧電体を共通電極と接着させたあとでも、圧電体を分極状態にすることで、圧電体上に上部電極を安定に形成することができる利点がある。さらに、これにより圧電体層のうねりや界面化合物層の厚さ不均一に起因する感度や解像度の低下も防止できる。
【0032】
以下では、本発明の実施形態を半導体チップの検査を例に、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は、その記載にかかわらず、第1の実施の形態、第2の実施の形態、第4の実施の形態、第5の実施の形態は、発明の実施の形態ではなく、それぞれ参考例であり、これらの参考例を踏まえ、本発明の実施の形態として残る第3の実施の形態の説明がなされる。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図に示すように、この超音波検査装置は、超音波トランスデューサ9、信号発生部1、駆動素子選択部2、信号検出回路4、増幅器5a、5b、…、5i、A/D変換器6a、6b、…、6i、信号処理部7、表示装置10、検査容器110を有する。検査容器110内には水15が収容され、この水15に浸漬されて超音波トランスデューサ9と検査対象(超音波の照射対象)たる半導体チップ11、配線基板13、接続半田12(以下では、半導体チップ11、配線基板13、接続半田12をまとめて「半導体チップ11等」という。)が配置される。
【0033】
超音波トランスデューサ9は、圧電体を含む複数の圧電変換部41a、42a、43a、…、49a、50a、50b、…、50hをマトリックス状に配置したものであり、そのそれぞれの圧電変換部41a等は、駆動素子選択部2の選択により駆動されるものが決定されて信号発生部1からの駆動信号が導線で導かれる。また、それぞれの圧電変換部41a等が発生する電気信号は導線で信号検出回路4に導かれる。圧電変換部41a等が電気駆動されると圧電体としての性質から超音波が発生し、発生された超音波は、水15を介して半導体チップ11に達する。半導体チップ11等による超音波の反射エコーは再び水15を介して圧電変換部41a等に入力し、これによりそれぞれの圧電変換部41a等は電気信号を発生する。
【0034】
信号発生部1は、圧電変換部41a等が超音波を発生すべくパルス状または連続の駆動信号を発生するものである。発生された駆動信号は駆動素子選択部2に導かれる。駆動信号選択部2は、駆動すべき一または複数の圧電変換部41a等を選択の上、信号発生部1から導かれた駆動信号を、選択された圧電変換部41a等に導くものである。
【0035】
信号検出回路4は、圧電変換部41a等で発生する電気信号を検出するものである。検出された電気信号のうち検査に必要な複数のものは、それぞれ増幅器5a、5b、…、5iに導かれる。
【0036】
増幅回路5a、5b、…、5iは、導かれた電気信号を増幅し、これをA/D変換器6a、6b、…、6iに供給するものである。A/D変換器6a、6b、…、6iは、導かれた電気信号をA/D変換し、これを信号処理部7に導くものである。
【0037】
信号処理部7は、A/D変換器6a、6b、…、6iから導かれたディジタル信号を処理し検査対象の状態を可視化する情報を生成するものである。生成された情報は表示装置10に導かれる。表示装置10は、導かれた情報を表示するものである。
【0038】
検査容器110は、検査対象の半導体チップ11等と超音波トランスデューサ9とを水15に浸漬するための容器である。
【0039】
図2は、圧電変換部41a等の断面構造を示す図である。同図に示すように、圧電変換部41a等は、基板121上に下からグラウンド電極122、界面化合物層123、圧電体層124、上部電極層125を有する。このうち少なくとも基板121とグラウンド電極122とは、すべての圧電変換部41a等に共通に設けられる。基板121には、例えば単結晶や多結晶のシリコン、エポキシ、セラミック、SUS等の金属を用いることができる。図2に示すような圧電変換部41a等の形成は、すでに説明したような方法を適宜選択して行なうことができる。
【0040】
図1に示す超音波検査装置の検査動作について説明する。圧電変換部41a等を駆動するための信号が信号発生部1で発生され、これが駆動素子選択部2で選択された圧電変換部(図では圧電変換部46a)に導かれる。これにより、圧電変換部46aは超音波Uを発生し、発生された超音波は、水15を伝搬媒質として半導体チップ11等に照射される。
【0041】
半導体チップ11等に照射された超音波Uは、半導体チップ11の表面で屈折してさらに進行し、例えば欠陥14の発生している接続半田12で反射してエコーとなり再び半導体チップ11、水15を介して圧電変換部46a等に達する。
【0042】
これにより圧電変換部41a等では電気信号を発生する。発生された電気信号は、信号検出回路4に導かれて検出される。信号検出回路4では、検出されたものから検査に必要な電気信号(図では、圧電変換部41a、…、50aが発生したもの)をそれぞれ増幅器5a、…、5iに導く。増幅器5a、…、5iは、それぞれ、導かれた信号を増幅し、これをA/D変換器6a、…、6iに供給する。さらに、A/D変換器6a、…、6iでA/D変換された信号が信号処理部7に取り込まれる。
【0043】
信号処理部7では、駆動素子選択部2と信号検出回路4とによる切り換えが行なわれるたびにA/D変喚器6a、…、6iから信号を取り込み、半導体チップ11と接続半田12の接合界面からの反射エコー強度の分布状態を画像化する処理を行なう。その結果は、表示装置10上に表示される。なお、接続半田12に欠陥(半田はがれなど)14があると超音波Uの反射強度が大きくなり、これにより、信号処理部7の処理結果でその位置と程度を知ることができる。
【0044】
この実施形態では、圧電変換部41a等の構造的、材料的特徴から高周波駆動が可能でありよって高解像の検査を行なうことができるのに加えて、圧電変換部41a等がマトリクス化されているので、圧電変換素子の機械走査に比較して効率的に検査を行なうことができる。
【0045】
なお、この実施形態では、音響媒質が水15であり検査対象である半導体チップ11等と物質が異なる。これにより、半導体チップ11の表面では、超音波の屈折が生じる。そこで、信号処理部7では、この屈折を勘案して半導体チップ11内での超音波の経路を特定する。
【0046】
(第2の実施の形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図において、すでに説明した構成要素には同一番号を付しその構成および動作の説明を省略する。この実施形態は、上記第1の実施形態と異なり、検査対象への超音波照射を水を介して行なうのではなくシュー材を用いて行なうものである。
【0047】
カップラント17によりシュー材16と半導体チップ11等とは平坦に接する状態となり、これにより、音波トランスデューサ9の圧電変換部41a等が発する超音波は、図示するように、半導体チップ11の表面でほとんど屈折することなく進行する。よって、屈折を考慮して信号処理部7で処理する必要がなくなりより簡単に処理できる。
【0048】
カップラント17によりシュー材17と半導体チップ11等とは平坦に接する状態となり、これにより、音波トランスデューサ9の圧電変換部41a等が発する超音波は、図示するように、半導体チップ11の表面でほとんど屈折することなく進行する。よって、屈折を考慮して信号処理部7で処理する必要がなくなりより簡単に処理できる。
【0049】
また、水を収容する検査容器を用意する必要がなく検査対象を水に浸漬しないので、検査後も対象を通常通り使用することができる。したがって、抜き取り検査のみではなく、手軽に気中でのこの超音波検査を利用することができる。
【0050】
また、この実施形態でも、圧電変換部41a等の構造的、材料的特徴から高周波駆動が可能でありよって高解像の検査を行なうことができるのに加えて、圧電変換部41a等がマトリクス化されているので、圧電変換素子の機械走査に比較して効率的に検査を行なうことができる。
【0051】
(第3の実施の形態)
図4は、本発明の第3の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図において、すでに説明した構成要素には同一番号を付しその構成および動作の説明を省略する。この実施形態では、検査対象たる半導体チップ11a等の背面(機能面の反対側)に直接圧電変換部を形成し、その上部電極に接触端子で接触して駆動電圧の供給および発生電圧の取り出しを行なうようにしたものである。
【0052】
図4に示すように、半導体チップ11aの背面には、例えばスパッタにより共通電極58が形成され、さらに、共通電極58上に圧電体層60a、60b、60c、60d、…がマトリクス状に形成されている。圧電体層60a等上には上部電極59a、59b、59c、59d、…がそれぞれ形成されている。圧電体層60a等は、例えば、マスクパターンを用いてスパッタにより形成することができる。なお、それぞれの圧電変換部の配置・形成は、信号処理をより単純化するため接続半田12の配置と対応するようにしてもよい。
【0053】
上部電極59aを介する駆動電圧の供給および発生電圧の取り出しは、接触端子61a、61b、61cにより行なう。接触端子61a等は、走査移動機構8により走査移動が可能とされている。なお、この図では、接触端子を3つとしているがその数は適宜設定してよい。また、接触端子61a等は具体的にはすでに説明したようなものを用いることができる。
【0054】
信号処理部7aでは、走査移動機構8が接触端子61a等に与える位置を情報として得、これと超音波Ua、Ub、Uc等による検出信号からの情報とにより半導体チップ11aと接続半田12の接合界面からの反射エコー強度の分布状態を画像化する処理を行なう。
【0055】
この実施形態でも、水を収容する検査容器を用意する必要がなく検査対象を水に浸漬しないので、検査後も対象を通常通り使用することができる。したがって、抜き取り検査のみではなく、手軽に気中でのこの超音波検査を利用することができる。
【0056】
また、同様に、圧電変換部の構造的、材料的特徴から高周波駆動が可能でありよって高解像の検査を行なうことができる。なお、ここで説明した接触端子61a等による圧電変換部との接触を用いて駆動電圧の供給および発生電圧の取り出しをする方法は、第1、第2の実施形態において、その説明では導線を用いていた圧電変換部41a等との接続に代えて利用することもできる。
【0057】
(第4の実施の形態)
図5は、本発明の第4の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図において、すでに説明した構成要素には同一番号を付しその構成および動作の説明を省略する。この実施形態は、超音波トランスデューサを機械的に走査して検査を行なうものである。
【0058】
同図に示すように、この超音波検査装置は、超音波トランスデューサ9a、信号発生部1a、信号検出回路4a、増幅器5a、A/D変換器6a、信号処理部7b、表示装置10、検査容器110aを有する。検査容器110a内には水15が収容され、この水15に浸漬されて超音波トランスデューサ9aと検査対象(超音波の照射対象)たる半導体チップ11等が配置される。
【0059】
超音波トランスデューサ9aは、凹型形状の基板表面上に電極層29、圧電体層30、上部電極層31が順次積層された構造を有し、この積層構造が圧電変換部として機能する。圧電変換部には、駆動部1aからの駆動信号が導線で導かれる。また、圧電変換部が発生する電気信号は導線で信号検出回路4aに導かれる。圧電変換部が電気駆動されると圧電体としての性質から超音波Uが発生し、発生された超音波は、水15を介して半導体チップ11に達する。半導体チップ11等による超音波のエコーは再び水15を介して圧電変換部に入力し、これにより圧電変換部は電気信号を発生する。
【0060】
駆動部1aは、圧電変換部が超音波を発生すべくパルス状または連続の駆動信号を発生するものである。信号検出回路4aは、圧電変換部で発生する電気信号を検出するものである。検出された電気信号は、増幅器5aに導かれる。以降のA/D変換器6a、表示装置10はすでに説明したものと同様である。
【0061】
信号処理部7bは、A/D変換器6aから導かれたディジタル信号と走査移動機構8aが超音波トランスデューサ9aに与える位置を情報と得て処理し検査対象の状態を可視化する情報を生成するものである。生成された情報は表示装置10に導かれる。
【0062】
走査移動機構8aは、超音波トランスデューサ9aの位置を設定する機構として設けられ、設定する位置の情報は、信号処理部7bへ導かれる。検査容器110aは、検査対象の半導体チップ11等と超音波トランスデューサ9aとを水15に浸漬するための容器である。
【0063】
超音波トランスデューサ9aの積層構造についてさらに説明すると、電極層29は、静電引力を利用する接着層としても機能させるように形成することができる。材質としてはCr、Ta、Siなどの中から選択することができる。圧電体層30は、すでに説明したような材質のものを研磨により例えば10μm程度に薄膜化し接着して形成できる。なお、図で電極層29の下の基板に導電性のもの(例えばドープされたSi単結晶、その表層のみドープされたものでもよい。)を用いる場合には、電極層29を形成しなくてもよい。
【0064】
図5に示す超音波検査装置の検査動作について説明する。走査移動機構8aにより超音波トランスデューサ9aの位置が決められ、かつ、超音波トランスデューサ9aを駆動するための信号が駆動部1aで発生される。これにより、超音波トランスデューサ9aは超音波Uを発生し、発生された超音波は、水15を伝搬媒質として半導体チップ11等に照射される。
【0065】
半導体チップ11等に照射された超音波Uは、半導体11の表面で屈折してさらに進行し、例えば欠陥14の発生している接続半田12で反射してエコーとなり再び半導体チップ11、水15を介して超音波トランスデューサ9aに達する。
【0066】
これにより超音波トランスデューサ9aでは電気信号を発生する。発生された電気信号は、信号検出回路4aに導かれて検出される。信号検出回路4aは、検出された電気信号を増幅器5aに導く。増幅器5aは、導かれた信号を増幅し、これをA/D変換器6aに供給する。さらに、A/D変換器6aでA/D変換された信号が信号処理部7bに取り込まれる。
【0067】
信号処理部7bでは、A/D変換器6aから導かれたディジタル信号と走査移動機構8aが超音波トランスデューサ9aに与える位置を情報とを得て処理し、半導体チップ11と接続半田12の接合界面からの反射エコー強度の分布状態を画像化する処理を行なう。その結果は、表示装置10上に表示される。このような処理は、走査移動機構8aにより超音波トランスデューサ9aの位置が決めらるたびに行なうことができる。
【0068】
この実施形態では、超音波トランスデューサ9aの構造的、材料的特徴から高周波駆動が可能でありよって高解像の検査を行なうことができる。また、例えば静電力を利用する接着により圧電体層30をより均一に基板上に形成することができるので、均一性が劣ることによる感度や解像度の劣化を防止することもできる。
【0069】
なお、この実施形態でも、音響媒質が水15であり検査対象である半導体チップ11等と物質が異なるので、半導体チップ11の表面では、超音波Uの屈折が生じる。そこで、信号処理部7bでは、この屈折を勘案して半導体チップ11内での超音波の経路を特定する。
【0070】
(第5の実施の形態)
図6は、本発明の第5の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図である。同図において、すでに説明した構成要素には同一番号を付しその構成および動作の説明を省略する。この実施形態は、レーザー光を用いて検査対象に超音波を生じさせ、そのエコーを検出・処理することにより検査対象を検査するものである。
【0071】
同図に示すように、この超音波検査装置は、強度変調レーザー光源101、照射光学系102、振動変位検出器71、増幅器5a、5b、…、5i、A/D変換器6a、6b、…、6i、信号処理部7、表示装置10、走査移動機構8bを有する。走査移動機構8bにより位置決めされた照射光学系102からのレーザー光が、検査対象たる半導体チップ11等に照射される。
【0072】
強度変調レーザー光源101は強度変調されたレーザー光(強度変調の特殊な場合としての間欠的なレーザー光でもよい)を発生し、発生されたレーザー光は照射光学系102に導かれる。照射光学系102は、導かれたレーザー光をスポット状にして検査対象たる半導体チップ11の所定の位置に照射する。所定の位置に照射するため、照射光学系102は、走査移動機構8bによって走査移動される。なお、レーザー光の照射により半導体チップ11には、エネルギーの変換が生じ超音波が発生する。
【0073】
振動変位検出器71は、半導体チップ11の表面にエコーとして帰還する各部の超音波を非接触で検出し電気信号に変換するものである。検出の原理は、半導体チップ11の表面に帰還する超音波によるその表面の振動変位を、振動変位検出器71から照射して反射されるレーザー光の位相変化により測定・検出するものである。検出された電気信号のうち検査に必要な複数のものは、それぞれ増幅器5a、5b、…、5iに導かれる。これ以降の構成であるA/D変換器6a、6b、…、6i、信号処理部7、表示装置10についてはすでに説明したようである。
【0074】
走査移動機構8bは、照射光学系102と振動変位検出器71とを同期的に移動させるものであり、同時に照射光学系102と振動変位検出器71との位置情報を信号処理部7aに供給する。
【0075】
図6に示す超音波検査装置の検査動作について説明する。強度変調レーザー光源101で発生されたレーザー光は照射光学系102に導かれ、照射光学系102は、導かれたレーザー光をスポット状にして検査対象たる半導体チップ11の所定の位置に照射する。なお、その位置は、走査移動機構8bにより設定される。これにより、半導体チップ11の上記位置の表面から超音波が発生される。
【0076】
半導体チップ11の表面で発生された超音波は、半導体チップ11中を進行し、例えば欠陥14の発生している接続半田12で反射してエコーUa、Ub、Ucとなり再び半導体チップ11の表面に達する。
【0077】
これにより振動変位検出器71は、上記原理により、半導体チップ11の表面に帰還した各部の超音波に対応した複数の電気信号を発生する。発生された電気信号のうち検査に必要な電気信号をそれぞれ増幅器5a、…、5iに導く。増幅器5a、…、5iは、それぞれ、導かれた信号を増幅し、これをA/D変換器6a、…、6iに供給する。さらに、A/D変換器6a、…、6iでA/D変換された信号が信号処理部7aに取り込まれる。
【0078】
信号処理部7aでは、走査移動機構8bが照射光学系102等に与える位置を情報として得、これと上記の取り込んだ信号とにより半導体チップ11と接続半田12の接合界面からの反射エコー強度の分布状態を画像化する処理を行なう。
【0079】
この実施形態では、間欠的にまたは強度変調して発生されたレーザー光をスポット状にすることにより照射対象上の正確な位置に極めて小面積の超音波発生源を作ることができる。これにより、そのエコーを捉えることにより高解像な探知が可能になる。
【0080】
また、水を収容する検査容器を用意する必要がなく検査対象を水に浸漬しないので、検査後も対象を通常通り使用することができる。したがって、抜き取り検査のみではなく、手軽に気中でのこの超音波検査を利用することができる。
【0081】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、超音波トランスデューサの構造的、材料的特徴から、手軽で手早く、解像度の高い超音波非破壊検査が実現できる。また、本発明によれば、検査対象の表面に極めて小面積の超音波発生源を作ることができるので超音波検査の高解像度化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【図2】 図1中に示した圧電変換部41a等の断面構造を示す図。
【図3】 別の参考例に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【図4】 本発明の実施形態に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【図5】 さらに別の参考例に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【図6】 さらに別の参考例に係る超音波検査装置の構成を説明する構成図。
【符号の説明】
1…信号発生部 1a…駆動部 2…駆動素子選択部 4、4a…信号検出回路 5a、5b、…、5i…増幅器 6a、6b、…、6i…A/D変換器 7、7a、7b…信号処理部 8、8a、8b…走査移動機構 9、9a…超音波トランスデューサ 10…表示装置 11、11a…半導体チップ 12…接続半田 13…配線基板 14…欠陥 15…水 16…シュー材 17…カップラント 29…電極層 30…圧電体層 31…上部電極層 41a、42a、43a、45a、46a、49a、50a、50b、50h…圧電変換部 59a、59b、59c、59d…上部電極 60a、60b、60c、60d…圧電体層 61a、61b、61c…接触端子 71…振動変位検出器 101…強度変調レーザー光源 102…照射光学系 110、110a…検査容器 121…基板 122…グラウンド電極 123…界面化合物層 124…圧電体層 125…上部電極層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention provides an ultrasonic inspection apparatus for inspecting abnormalities such as internal defects and peeling of semiconductor chips, metals, ceramic parts, etc. using ultrasonic waves.In placeIn particular, ultrasonic inspection equipment suitable for inspecting abnormalities easily, quickly and more precisely.In placeRelated.
[0002]
[Prior art]
Inspection of fine structures such as semiconductor chips (integrated circuits: IC) using ultrasonic waves is performed by inspecting the state of solder that joins the functional surface of a semiconductor chip and a wiring board, and the filling material filled in the gap between them. Done for the purpose.
[0003]
As one of such inspection methods, a single-eye ultrasonic transducer is mechanically scanned in water while irradiating the inspection object with ultrasonic waves from the transducer through the water, propagating through the inspection object and returning as an echo. There is a type in which an ultrasonic wave is captured by the transducer and a signal obtained thereby is processed to determine a state of an inspection target.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
What is currently becoming a problem with such an inspection method is that it takes time and labor to perform mechanical scanning with water immersion, and in the case of a semiconductor chip, the chip cannot be used after the inspection. The connection terminals are becoming increasingly narrow in area and pitch, and the current inspection accuracy may be insufficient in the ability to discriminate abnormalities.
[0005]
The ultrasonic transducer as described above can be manufactured by forming a piezoelectric material such as zinc oxide or tin oxide as a main part of the ultrasonic transducer. However, a certain film thickness is required to ensure detection sensitivity. However, practically, when the film thickness is large, the upper limit of the frequency of the generated ultrasonic wave is limited. The frequency is mostly linked to the detection resolution, and therefore leads to a lack of abnormality discrimination capability.
[0006]
If a material with high conversion sensitivity is selected as the piezoelectric material, the film thickness may be made thinner. Therefore, it is understood that a higher resolution can be achieved by increasing the driving frequency, but it is general to form without variation. Is difficult.
[0007]
  The present invention has been made in consideration of the above-described situation, and an ultrasonic inspection apparatus for inspecting abnormality such as a connection portion between a semiconductor chip and a wiring board using ultrasonic waves.In placeCan be easily and quickly inspected, and an ultrasonic inspection device capable of higher resolution.PlaceThe purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, an ultrasonic inspection apparatus according to the present invention includes a substrate,A semiconductor integrated circuit formed on the substrate, a common electrode formed on the back side of the substrate,A plurality of piezoelectric layers independently formed in a matrix on the common electrode, and a plurality of upper electrodes respectively formed on the piezoelectric layersAndThe piezoelectric layer has barium titanate or lead zirconate titanate and has a thickness of 0.1 μm to 100 μm.An ultrasonic transducer, a plurality of contact terminals having a needle-like structure, connected to the contact terminals, a drive unit for generating a drive voltage from any of the contact terminals, and connected to the contact terminals; A detection unit for detecting, from the plurality of contact terminals, an electrical signal returned from the inspection target to the contact terminal due to the generated drive voltage; the detected electrical signal and a position of the arbitrary contact terminal; And a processing unit that performs processing for visualizing the state of the inspection target, and the contact terminals of the inspection device are provided corresponding to the upper electrodes of the ultrasonic transducer, respectively.It is characterized by that.
[0009]
That is, barium titanate or lead zirconate titanate is used as the material for the piezoelectric layer film. These materials have a large electromechanical coupling coefficient and higher conversion efficiency between electrical energy and mechanical vibration energy than zinc oxide, and are therefore suitable for generation and detection of ultrasonic waves. Furthermore, since the dielectric constant is larger than that of zinc oxide, when it is pulse-driven, for example, it is excellent in electrical matching with a pulse power source.
[0010]
The film thickness is 0.1 μm to 100 μm by utilizing the high conversion efficiency. Thereby, the frequency of the ultrasonic wave generated by the piezoelectric layer can be increased to, for example, about 20 MHz, and a sufficiently high resolution can be achieved. More practically, the film thickness is preferably about 0.5 to 30 μm.
[0011]
When barium titanate is used as the piezoelectric material, the Curie temperature is slightly lower (about 130 ° C.) than that of lead zirconate titanate. More preferably, the Curie temperature is raised.
[0012]
In addition, as a deposition method for forming a piezoelectric layer of barium titanate and lead zirconate titanate, physical vapor deposition such as sputtering, solution coating such as sol-gel, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), etc. The chemical vapor deposition method can be used. These piezoelectric films may be a polycrystalline film or a film formed by epitaxial growth, but it is more preferable to align the crystal orientation by using epitaxial growth or the like because higher piezoelectric conversion characteristics can be obtained. As another method, the piezoelectric film can be formed in advance by reducing the thickness of the piezoelectric film to the predetermined thickness. For this purpose, a polishing or cutting method can be used. In this case, the piezoelectric body thinned by polishing or the like can be bonded onto the common electrode by a predetermined method (described later).
[0013]
In addition, as materials for the common electrode and the upper electrode, noble metals such as Pt and Ir, or SrRuO3Examples thereof include a conductive oxide film. SrRuO3The conductive oxides such as the above have the disadvantage that the electrical resistance is slightly higher than noble metals, but the interface consistency with the piezoelectric film as described above is good and mechanically difficult to peel off There is. For example, sputtering can be used to form the electrodes.
[0014]
As a method of manufacturing a plurality of piezoelectric elements in a matrix using a piezoelectric thin film formation technique, for example, a piezoelectric film may be deposited only in a desired region using a mask during sputtering film formation. Alternatively, after depositing a film on the entire surface, an unnecessary portion of the film may be removed by a method such as chemical etching. In general, the method using chemical etching is more preferable because it enables finer processing with higher dimensional accuracy.
[0016]
  Also,Ultrasonic transducerThe machineIt is formed on the back surface of a semiconductor chip on which an integrated circuit is formed.. PressureIf the area of the electric body is set to, for example, about 500 μm × 500 μm or less, it is possible to sufficiently cope with the narrowing of the terminals to be detected for abnormalities.
[0018]
  Also,The inspection device performs ultrasonic inspection in combination with the above ultrasonic transducer.SuperSignal exchange between the upper electrode of the acoustic transducer and the inspection deviceTheBy contact terminals with needle-like structureThe ThisWith such a combination, the ultrasonic inspection, TenHigher resolution can be achieved.
[0019]
  For the contact terminal, for example, a sharp field emission cold cathode, more preferably a transfer mold cold cathode can be used. These electrodes can realize sufficient electrical contact with the narrow area upper electrode.. SuperCombine with acoustic transducerFor,The contact terminals of the ultrasonic inspection device are provided corresponding to the upper electrodes of the ultrasonic transducer.The
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  BookAs an embodiment of the invention, the common electrode of the ultrasonic transducer has an interface compound layer at the interface with the formed piezoelectric layer. This interface compound layer functions as an adhesive layer between the common electrode and the piezoelectric layer. When the piezoelectric body is formed in advance by thinning it by polishing or cutting, stable adhesion with the common electrode is required in a subsequent process. For this reason, an interface compound layer is used.
[0029]
In order to form the interface compound layer, an electrostatic bonding method is used. Examples of the electrostatic bonding layer include glass (preferably glass having mobile ions), water glass, SiO 22Al, Ta, Ti, Ni, Si, Mo, Cr, Ge, Ga, As, Kovar, Fe, Mg, beryllium, and the like can be used. The thickness of the layer is preferably 1 to 100 atomic layers. This is because the adhesiveness is saturated when it exceeds 100 atomic layers.
[0030]
Further, at the time of bonding, the surface roughness of the piezoelectric body is set to 1% or less of its thickness (0.1 μm to 100 μm, more preferably 0.5 μm to 30 μm), and it becomes an interface compound layer. It is preferable to set the surface roughness of the adhesive layer in the same manner, because adhesion is improved and stable adhesion is achieved.
[0031]
Furthermore, without using the electrostatic bonding method, the substrate (common electrode) and the polarization-treated piezoelectric layer may be bonded by electrostatic attraction resulting from the polarization, so that a flat bonding state with the common electrode can be obtained. Easy to get. In this case, if a metal layer formed by sputtering is formed on the piezoelectric layer, the adhesion is further increased. Further, there is an advantage that the upper electrode can be stably formed on the piezoelectric body by bringing the piezoelectric body into a polarized state even after the piezoelectric body is bonded to the common electrode. Furthermore, this can also prevent a decrease in sensitivity and resolution due to the undulation of the piezoelectric layer and the nonuniform thickness of the interface compound layer.
[0032]
  In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, taking semiconductor chip inspection as an example.In the following description, the first embodiment, the second embodiment, the fourth embodiment, and the fifth embodiment are not embodiments of the invention, regardless of the description. Each is a reference example, and based on these reference examples, the third embodiment that remains as an embodiment of the present invention will be described.
(First embodiment)
  FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, this ultrasonic inspection apparatus includes an ultrasonic transducer 9, a signal generation unit 1, a drive element selection unit 2, a signal detection circuit 4, amplifiers 5a, 5b,..., 5i, and an A / D converter 6a. , 6b,..., 6i, the signal processing unit 7, the display device 10, and the cuvette 110. The inspection container 110 contains water 15 and is immersed in the water 15 so that the ultrasonic transducer 9 and the semiconductor chip 11, the wiring substrate 13, and the connection solder 12 (hereinafter referred to as a semiconductor) are inspection objects (ultrasonic irradiation objects). The chip 11, the wiring board 13, and the connection solder 12 are collectively referred to as “semiconductor chip 11 etc.”).
[0033]
The ultrasonic transducer 9 includes a plurality of piezoelectric transducers 41a, 42a, 43a,..., 49a, 50a, 50b,. Is determined by the selection of the drive element selection unit 2, and the drive signal from the signal generation unit 1 is guided by a conducting wire. In addition, electrical signals generated by the respective piezoelectric converters 41a and the like are guided to the signal detection circuit 4 by conductive wires. When the piezoelectric conversion unit 41 a or the like is electrically driven, an ultrasonic wave is generated due to the property as a piezoelectric body, and the generated ultrasonic wave reaches the semiconductor chip 11 through the water 15. The ultrasonic echo reflected by the semiconductor chip 11 or the like is input again to the piezoelectric converter 41a or the like via the water 15, and thereby each piezoelectric converter 41a or the like generates an electrical signal.
[0034]
The signal generator 1 generates a pulse or continuous drive signal so that the piezoelectric converter 41a and the like generate ultrasonic waves. The generated drive signal is guided to the drive element selector 2. The drive signal selection unit 2 selects one or a plurality of piezoelectric conversion units 41a to be driven and guides the drive signal derived from the signal generation unit 1 to the selected piezoelectric conversion unit 41a.
[0035]
The signal detection circuit 4 detects an electric signal generated by the piezoelectric conversion unit 41a and the like. Among the detected electric signals, a plurality of necessary signals for inspection are led to amplifiers 5a, 5b,.
[0036]
The amplifier circuits 5a, 5b,..., 5i amplify the guided electric signal and supply it to the A / D converters 6a, 6b,. The A / D converters 6 a, 6 b,..., 6 i perform A / D conversion on the derived electrical signals and guide them to the signal processing unit 7.
[0037]
The signal processing unit 7 processes the digital signals derived from the A / D converters 6a, 6b,..., 6i and generates information for visualizing the state of the inspection target. The generated information is guided to the display device 10. The display device 10 displays the guided information.
[0038]
The inspection container 110 is a container for immersing the semiconductor chip 11 or the like to be inspected and the ultrasonic transducer 9 in the water 15.
[0039]
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the piezoelectric transducer 41a and the like. As shown in the figure, the piezoelectric converter 41a and the like have a ground electrode 122, an interface compound layer 123, a piezoelectric layer 124, and an upper electrode layer 125 on the substrate 121 from the bottom. Among these, at least the substrate 121 and the ground electrode 122 are provided in common to all the piezoelectric transducers 41a and the like. For the substrate 121, for example, single crystal or polycrystalline silicon, epoxy, ceramic, SUS, or other metal can be used. The formation of the piezoelectric conversion portion 41a and the like as shown in FIG. 2 can be performed by appropriately selecting the method already described.
[0040]
An inspection operation of the ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 1 will be described. A signal for driving the piezoelectric conversion unit 41a and the like is generated by the signal generation unit 1, and is guided to the piezoelectric conversion unit (piezoelectric conversion unit 46a in the figure) selected by the drive element selection unit 2. As a result, the piezoelectric conversion unit 46a generates an ultrasonic wave U, and the generated ultrasonic wave is irradiated onto the semiconductor chip 11 and the like using the water 15 as a propagation medium.
[0041]
The ultrasonic wave U irradiated to the semiconductor chip 11 etc. is refracted on the surface of the semiconductor chip 11 and further proceeds, for example, reflected by the connecting solder 12 where the defect 14 is generated and becomes an echo again, the semiconductor chip 11 and the water 15 again. To the piezoelectric transducer 46a and the like.
[0042]
Thereby, an electrical signal is generated in the piezoelectric transducer 41a and the like. The generated electrical signal is guided to the signal detection circuit 4 and detected. The signal detection circuit 4 guides electrical signals (in the figure, generated by the piezoelectric converters 41a,..., 50a) necessary for the inspection from the detected ones to the amplifiers 5a,. The amplifiers 5a,..., 5i amplify the guided signals and supply them to the A / D converters 6a,. Further, the signal A / D converted by the A / D converters 6a,.
[0043]
In the signal processing unit 7, every time switching between the drive element selection unit 2 and the signal detection circuit 4 is performed, a signal is taken in from the A / D converters 6 a,. The process of imaging the distribution state of the reflected echo intensity from is performed. The result is displayed on the display device 10. If the connection solder 12 has a defect (solder peeling or the like) 14, the reflection intensity of the ultrasonic wave U increases, and the position and degree can be known from the processing result of the signal processing unit 7.
[0044]
In this embodiment, high-frequency driving is possible due to the structural and material characteristics of the piezoelectric conversion unit 41a and the like, so that high-resolution inspection can be performed, and in addition, the piezoelectric conversion unit 41a and the like are matrixed. Therefore, the inspection can be performed more efficiently than the mechanical scanning of the piezoelectric transducer.
[0045]
In this embodiment, the acoustic medium is water 15 and the material is different from the semiconductor chip 11 or the like to be inspected. As a result, ultrasonic refraction occurs on the surface of the semiconductor chip 11. Therefore, the signal processing unit 7 specifies the ultrasonic path in the semiconductor chip 11 in consideration of this refraction.
[0046]
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to components already described, and description of the configuration and operation is omitted. In this embodiment, unlike the first embodiment, ultrasonic irradiation to the inspection object is not performed through water but using a shoe material.
[0047]
  Shoe material due to the coupling 1716The semiconductor chip 11 and the like are in flat contact with each other, so that the ultrasonic wave emitted from the piezoelectric conversion portion 41a and the like of the sound wave transducer 9 travels almost without being refracted on the surface of the semiconductor chip 11 as shown. Therefore, it is not necessary to perform processing by the signal processing unit 7 in consideration of refraction, and processing can be performed more easily.
[0048]
The shoe 17 and the semiconductor chip 11 and the like are brought into a flat contact with the coupling 17, and as a result, the ultrasonic wave generated by the piezoelectric conversion portion 41 a and the like of the acoustic wave transducer 9 is almost on the surface of the semiconductor chip 11 as shown in the figure. Proceed without refraction. Therefore, it is not necessary to perform processing by the signal processing unit 7 in consideration of refraction, and processing can be performed more easily.
[0049]
Moreover, since it is not necessary to prepare a test container for containing water and the test target is not immersed in water, the target can be used as usual even after the test. Therefore, it is possible to use not only the sampling inspection but also the ultrasonic inspection in the air easily.
[0050]
Also in this embodiment, high-frequency driving is possible due to the structural and material characteristics of the piezoelectric conversion unit 41a and the like, so that high-resolution inspection can be performed, and the piezoelectric conversion unit 41a and the like are formed into a matrix. Therefore, the inspection can be performed more efficiently than the mechanical scanning of the piezoelectric transducer.
[0051]
(Third embodiment)
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to components already described, and description of the configuration and operation is omitted. In this embodiment, the piezoelectric converter is directly formed on the back surface (opposite side of the functional surface) of the semiconductor chip 11a or the like to be inspected, and the upper electrode is contacted by the contact terminal to supply the drive voltage and take out the generated voltage. It is what you do.
[0052]
As shown in FIG. 4, a common electrode 58 is formed on the back surface of the semiconductor chip 11a by sputtering, for example, and piezoelectric layers 60a, 60b, 60c, 60d,... Are formed on the common electrode 58 in a matrix. ing. Upper electrodes 59a, 59b, 59c, 59d,... Are formed on the piezoelectric layer 60a and the like, respectively. The piezoelectric layer 60a and the like can be formed by sputtering using a mask pattern, for example. The arrangement / formation of each piezoelectric conversion unit may correspond to the arrangement of the connection solder 12 in order to further simplify the signal processing.
[0053]
The drive voltage is supplied through the upper electrode 59a and the generated voltage is taken out by the contact terminals 61a, 61b, 61c. The contact terminals 61a and the like can be scanned and moved by the scanning movement mechanism 8. In this figure, the number of contact terminals is three, but the number may be set as appropriate. Further, the contact terminals 61a and the like can be specifically used as described above.
[0054]
In the signal processing unit 7a, the position given to the contact terminal 61a and the like by the scanning movement mechanism 8 is obtained as information, and the semiconductor chip 11a and the connection solder 12 are joined by this and information from the detection signal by the ultrasonic waves Ua, Ub, Uc and the like. Processing for imaging the distribution state of reflected echo intensity from the interface is performed.
[0055]
Also in this embodiment, it is not necessary to prepare a test container for containing water, and the test object is not immersed in water, so that the object can be used as usual even after the test. Therefore, it is possible to use not only the sampling inspection but also the ultrasonic inspection in the air easily.
[0056]
Similarly, high-frequency driving is possible because of the structural and material characteristics of the piezoelectric conversion portion, so that high-resolution inspection can be performed. The method for supplying the drive voltage and taking out the generated voltage by using the contact with the piezoelectric conversion unit by the contact terminal 61a or the like described here uses a conductor in the first and second embodiments. It can replace with the connection with the piezoelectric conversion part 41a etc. which were used, and can also be utilized.
[0057]
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to components already described, and description of the configuration and operation is omitted. In this embodiment, inspection is performed by mechanically scanning an ultrasonic transducer.
[0058]
As shown in the figure, this ultrasonic inspection apparatus includes an ultrasonic transducer 9a, a signal generation unit 1a, a signal detection circuit 4a, an amplifier 5a, an A / D converter 6a, a signal processing unit 7b, a display device 10, and an inspection container. 110a. Water 15 is accommodated in the inspection container 110a, and the ultrasonic transducer 9a and the semiconductor chip 11 to be inspected (object to be irradiated with ultrasonic waves) are disposed by being immersed in the water 15.
[0059]
The ultrasonic transducer 9a has a structure in which an electrode layer 29, a piezoelectric layer 30, and an upper electrode layer 31 are sequentially laminated on a concave substrate surface, and this laminated structure functions as a piezoelectric conversion unit. A driving signal from the driving unit 1a is guided to the piezoelectric conversion unit by a conducting wire. In addition, the electrical signal generated by the piezoelectric conversion unit is guided to the signal detection circuit 4a by a conducting wire. When the piezoelectric conversion unit is electrically driven, an ultrasonic wave U is generated due to the property as a piezoelectric body, and the generated ultrasonic wave reaches the semiconductor chip 11 through the water 15. Ultrasonic echoes from the semiconductor chip 11 and the like are input again to the piezoelectric converter via the water 15, and the piezoelectric converter generates an electrical signal.
[0060]
The drive unit 1a generates a pulse-like or continuous drive signal so that the piezoelectric conversion unit generates ultrasonic waves. The signal detection circuit 4a detects an electrical signal generated by the piezoelectric conversion unit. The detected electrical signal is guided to the amplifier 5a. The subsequent A / D converter 6a and display device 10 are the same as those already described.
[0061]
The signal processing unit 7b generates information for visualizing the state of the inspection object by obtaining and processing the digital signal derived from the A / D converter 6a and the position given to the ultrasonic transducer 9a by the scanning movement mechanism 8a. It is. The generated information is guided to the display device 10.
[0062]
The scanning movement mechanism 8a is provided as a mechanism for setting the position of the ultrasonic transducer 9a, and information on the setting position is guided to the signal processing unit 7b. The inspection container 110 a is a container for immersing the semiconductor chip 11 to be inspected and the ultrasonic transducer 9 a in the water 15.
[0063]
The laminated structure of the ultrasonic transducer 9a will be further described. The electrode layer 29 can be formed so as to function also as an adhesive layer using electrostatic attraction. The material can be selected from Cr, Ta, Si and the like. The piezoelectric layer 30 can be formed by thinning and bonding a material such as that already described to a thickness of, for example, about 10 μm. In the figure, when a conductive material (for example, doped Si single crystal, or only the surface layer may be doped) is used for the substrate under the electrode layer 29, the electrode layer 29 is not formed. Also good.
[0064]
The inspection operation of the ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 5 will be described. The position of the ultrasonic transducer 9a is determined by the scanning movement mechanism 8a, and a signal for driving the ultrasonic transducer 9a is generated by the drive unit 1a. Thereby, the ultrasonic transducer 9a generates an ultrasonic wave U, and the generated ultrasonic wave is irradiated to the semiconductor chip 11 and the like using the water 15 as a propagation medium.
[0065]
The ultrasonic wave U irradiated to the semiconductor chip 11 etc. is refracted on the surface of the semiconductor 11 and further proceeds. For example, the ultrasonic wave U is reflected by the connection solder 12 in which the defect 14 is generated and becomes an echo, and the semiconductor chip 11 and the water 15 again. To the ultrasonic transducer 9a.
[0066]
As a result, the ultrasonic transducer 9a generates an electrical signal. The generated electric signal is guided to the signal detection circuit 4a and detected. The signal detection circuit 4a guides the detected electrical signal to the amplifier 5a. The amplifier 5a amplifies the guided signal and supplies it to the A / D converter 6a. Further, the signal A / D converted by the A / D converter 6a is taken into the signal processing unit 7b.
[0067]
In the signal processing unit 7b, the digital signal guided from the A / D converter 6a and the position given to the ultrasonic transducer 9a by the scanning movement mechanism 8a are obtained and processed, and the bonding interface between the semiconductor chip 11 and the connecting solder 12 is processed. The process of imaging the distribution state of the reflected echo intensity from is performed. The result is displayed on the display device 10. Such a process can be performed every time the position of the ultrasonic transducer 9a is determined by the scanning movement mechanism 8a.
[0068]
In this embodiment, high-frequency driving is possible because of the structural and material characteristics of the ultrasonic transducer 9a, and therefore high-resolution inspection can be performed. Further, for example, the piezoelectric layer 30 can be more uniformly formed on the substrate by adhesion using an electrostatic force, so that it is possible to prevent deterioration of sensitivity and resolution due to poor uniformity.
[0069]
Even in this embodiment, since the acoustic medium is water 15 and the material is different from the semiconductor chip 11 or the like to be inspected, the ultrasonic wave U is refracted on the surface of the semiconductor chip 11. Therefore, the signal processing unit 7b specifies the ultrasonic path in the semiconductor chip 11 in consideration of this refraction.
[0070]
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to components already described, and description of the configuration and operation is omitted. In this embodiment, an ultrasonic wave is generated in an inspection object using laser light, and the inspection object is inspected by detecting and processing the echo.
[0071]
As shown in the figure, this ultrasonic inspection apparatus includes an intensity-modulated laser light source 101, an irradiation optical system 102, a vibration displacement detector 71, amplifiers 5a, 5b,... 5i, A / D converters 6a, 6b,. 6i, a signal processing unit 7, a display device 10, and a scanning movement mechanism 8b. Laser light from the irradiation optical system 102 positioned by the scanning movement mechanism 8b is irradiated to the semiconductor chip 11 or the like to be inspected.
[0072]
The intensity-modulated laser light source 101 generates intensity-modulated laser light (may be intermittent laser light as a special case of intensity modulation), and the generated laser light is guided to the irradiation optical system 102. The irradiation optical system 102 irradiates a predetermined position of the semiconductor chip 11 to be inspected in a spot shape with the guided laser beam. In order to irradiate a predetermined position, the irradiation optical system 102 is scanned and moved by the scanning movement mechanism 8b. Note that energy conversion occurs in the semiconductor chip 11 due to the laser light irradiation, and ultrasonic waves are generated.
[0073]
The vibration displacement detector 71 detects an ultrasonic wave of each part that returns as an echo to the surface of the semiconductor chip 11 in a non-contact manner and converts it into an electrical signal. The principle of detection is to measure and detect the vibration displacement of the surface due to the ultrasonic wave returning to the surface of the semiconductor chip 11 by the phase change of the laser beam irradiated from the vibration displacement detector 71 and reflected. Among the detected electric signals, a plurality of necessary signals for inspection are led to amplifiers 5a, 5b,. The A / D converters 6a, 6b,..., 6i, the signal processing unit 7, and the display device 10 which are the subsequent configurations are as described above.
[0074]
The scanning movement mechanism 8b moves the irradiation optical system 102 and the vibration displacement detector 71 synchronously, and simultaneously supplies positional information of the irradiation optical system 102 and the vibration displacement detector 71 to the signal processing unit 7a. .
[0075]
The inspection operation of the ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. 6 will be described. The laser light generated by the intensity-modulated laser light source 101 is guided to the irradiation optical system 102, and the irradiation optical system 102 irradiates a predetermined position of the semiconductor chip 11 to be inspected in a spot shape. The position is set by the scanning movement mechanism 8b. Thereby, an ultrasonic wave is generated from the surface of the semiconductor chip 11 at the above position.
[0076]
The ultrasonic wave generated on the surface of the semiconductor chip 11 travels through the semiconductor chip 11 and is reflected by, for example, the connecting solder 12 in which the defect 14 is generated to become echoes Ua, Ub, Uc and again on the surface of the semiconductor chip 11. Reach.
[0077]
Accordingly, the vibration displacement detector 71 generates a plurality of electrical signals corresponding to the ultrasonic waves of the respective parts that have returned to the surface of the semiconductor chip 11 based on the above principle. Of the generated electric signals, the electric signals necessary for the inspection are guided to the amplifiers 5a,. The amplifiers 5a,..., 5i amplify the guided signals and supply them to the A / D converters 6a,. Further, the signal A / D converted by the A / D converters 6a,..., 6i is taken into the signal processing unit 7a.
[0078]
In the signal processing unit 7a, the position given to the irradiation optical system 102 and the like by the scanning movement mechanism 8b is obtained as information, and the distribution of the reflected echo intensity from the bonding interface between the semiconductor chip 11 and the connection solder 12 is obtained based on this position and the acquired signal. A process of imaging the state is performed.
[0079]
In this embodiment, an ultrasonic generation source having a very small area can be formed at an accurate position on the irradiation target by making the laser beam generated intermittently or intensity-modulated into a spot shape. Thereby, high-resolution detection becomes possible by capturing the echo.
[0080]
Moreover, since it is not necessary to prepare a test container for containing water and the test target is not immersed in water, the target can be used as usual even after the test. Therefore, it is possible to use not only the sampling inspection but also the ultrasonic inspection in the air easily.
[0081]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the ultrasonic nondestructive inspection with high resolution can be realized easily and quickly due to the structural and material characteristics of the ultrasonic transducer. In addition, according to the present invention, an ultrasonic generation source having a very small area can be made on the surface of the inspection object, so that high resolution of ultrasonic inspection can be realized.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Reference exampleThe block diagram explaining the structure of the ultrasonic inspection apparatus which concerns on.
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a piezoelectric transducer 41a and the like shown in FIG.
[Fig. 3]Another reference exampleThe block diagram explaining the structure of the ultrasonic inspection apparatus which concerns on.
FIG. 4 The present inventionThe fruitThe block diagram explaining the structure of the ultrasonic inspection apparatus which concerns on embodiment.
[Figure 5]Yet another reference exampleThe block diagram explaining the structure of the ultrasonic inspection apparatus which concerns on.
[Fig. 6]Yet another reference exampleThe block diagram explaining the structure of the ultrasonic inspection apparatus which concerns on.
[Explanation of symbols]
  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Signal generation part 1a ... Drive part 2 ... Drive element selection part 4, 4a ... Signal detection circuit 5a, 5b, ... 5i ... Amplifier 6a, 6b, ..., 6i ... A / D converter 7, 7a, 7b ... Signal processing unit 8, 8a, 8b ... scanning movement mechanism 9, 9a ... ultrasonic transducer 10 ... display device 11, 11a ... semiconductor chip 12 ... connecting solder 13 ... wiring board 14 ... defect 15 ... water 16 ... shoe material 17 ... cup Runt 29 ... Electrode layer 30 ... Piezoelectric layer 31 ... Upper electrode layer 41a, 42a, 43a, 45a, 46a, 49a, 50a, 50b, 50h ... Piezoelectric transducer 59a, 59b, 59c, 59d ... Upper electrode 60a, 60b, 60c, 60d ... Piezoelectric layer 61a, 61b, 61c ... Contact terminal 71 ... Vibration displacement detector 101 ... Intensity modulated laser light source 102 ... Irradiation optics System 110, 110a ... Inspection vessel 121 ... Substrate 122 ... Ground electrode 123 ... Interface compound layer 124 ... Piezoelectric layer 125 ... Upper electrode layer

Claims (1)

基板と、
前記基板上に形成された半導体集積回路と、
前記基板の裏面側に形成された共通電極と、
前記共通電極上にマトリクス状に独立して複数形成された圧電体層と、
前記圧電体層上にそれぞれ形成された複数の上部電極とを具備し、
前記圧電体層は、チタン酸バリウムまたはジルコン酸チタン酸鉛を有し、かつ、厚さが0.1μmないし100μmである超音波トランスデューサと、
針状構造を有する複数の接触端子と、
前記接触端子に接続され、前記接触端子のうち任意のものから駆動電圧を発生させるための駆動部と、
前記接触端子に接続され、前記発生させられた駆動電圧を原因として検査対象から前記接触端子に返信される電気信号を前記複数の接触端子から検出する検出部と、
前記検出された電気信号と前記任意の接触端子の位置とから前記検査対象の状態を可視化する処理を行なう処理部とを具備する検査装置とを備え、
記検査装置の前記接触端子は、前記超音波トランスデューサの前記上部電極にそれぞれ対応して設けられていること
を特徴とする超音波検査装置。
A substrate,
A semiconductor integrated circuit formed on the substrate;
A common electrode formed on the back side of the substrate;
A plurality of piezoelectric layers independently formed in a matrix on the common electrode;
A plurality of upper electrodes respectively formed on the piezoelectric layer,
The piezoelectric layer includes barium titanate or lead zirconate titanate, and an ultrasonic transducer having a thickness of 0.1 μm to 100 μm;
A plurality of contact terminals having a needle-like structure;
A drive unit connected to the contact terminal for generating a drive voltage from any of the contact terminals;
A detection unit connected to the contact terminal and detecting an electrical signal returned from the inspection target to the contact terminal due to the generated drive voltage from the plurality of contact terminals;
An inspection apparatus comprising a processing unit that performs a process of visualizing the state of the inspection object from the detected electrical signal and the position of the arbitrary contact terminal ;
The contact terminal, the ultrasonic inspection apparatus characterized by being provided corresponding to the upper electrode of the ultrasonic transducer before dangerous査device.
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