JP2005037193A - Imaging method and system for computerized tomography - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線等を用いて被検査体の内部構造を検査するコンピュータ断層撮像方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子等の研究開発分野などでは、微小被検査体内部に存在するひび割れや断線等を検査するため非破壊三次元分析が要求されている。その手法のひとつとして、X線によるコンピュータ断層撮像装置(以下、X線断層撮像装置と称する。)を用いる方法がある。
【0003】
X線断層撮像装置は、例えば、X線源(X線管等から構成されるX線発生装置)と、このX線源よりX線焦点を経て被検査体にコーンビーム状に照射されて透過したX線を検出する二次元検出手段と、この検出手段との間に被検査体を載置するとともにX線焦点からこの検出手段の受光面に降ろした垂線に直交する回転軸を備え設定に基づく角度変位で回転する回転基台部を有し、被検査体の透過X線投影像を二次元検出手段により撮像しディジタル化された各角度位相毎の複数の画像データとして処理し、これら各画像データより内部構造データを再構成することによって被検査体内部を検査及び観察等行い易くする。
【0004】
上述の内部構造データを再構成する計算において、X線焦点から二次元検出手段の受光面に降ろした垂線に直交する回転軸を中心に被検査体が回転する際、回転中心軸がぶれると、再構成計算後の内部構造データにぼけが生じ、画質が劣化する。そこで、撮像した複数の投影像を複数部分に分割して再構成計算し、得られた部分投影像の各画像を比較して、より鮮鋭度の高い組の投影像を使用して内部構造データを得る技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−217810号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
さらに鮮鋭度の高い内部構造データを所望しようとする場合、X線焦点から二次元検出手段の受光面に降ろした垂線に対する被検査体の回転中心軸位置の距離、すなわち回転中心軸のずれ量を正確に知る必要がある。この回転中心軸ずれ量と実際の再構成計算時の補正用パラメータとして与える回転中心軸ずれ量とに差異があると、再構成計算結果である内部構造データにぼけが生じ、鮮明さが失われ、画質が劣化してしまうという問題が生じる。上述の回転中心軸ずれ量の差異が生じる要因として、機械的な位置測定誤差やX線の焦点移動に伴う誤差などが考えられる。
【0007】
被検査体の回転中心軸ずれ量を算出する方法として、例えば、被検査体として、垂直に貼られた細いワイヤのような規準検査体(ファントム(Phantom)モデルともいう。)を回転基台部に載置し、それを回転させながら撮像して得られた投影像から、回転中心軸ずれを算出し、この基準検査体を被検査体に置き換えて撮像し、基準検査体によって算出された回転中心軸ずれ量を用いて、被検査体の内部構造データの再構成計算を行なう手法がある。しかし、基準検査体を撮像する分の時間が必要であり、かつ、基準検査体と被検査体との載置置換誤差の影響もあるという問題がある。
【0008】
斯かる点に鑑み、本発明は、被検査体の内部構造データの再構成計算時の最適パラメータを短時間で算出することができ、そのパラメータを用いて鮮鋭度の高い内部構造データを得ることができるコンピュータ断層撮像技術を提案するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、X線源と、被検査体の透過X線を撮像する二次元検出手段と、このX線源とこの二次元検出手段との間に配置された被検査体を載置して所定角度変位で回転する回転基台部とを有し、各角度変位毎に撮像した被検査体の投影像より内部構造データを再構成するものであって、各角度変位毎に撮像した投影像から、被検査体の回転軸に直交するライン上の画素データを読み込み、このX線源のX線焦点からこの二次元検出手段に下ろした垂線とこの被検査体の回転中心軸位置との距離である回転中心軸ずれ量を再構成計算時のパラメータとして設定し、再構成手段により各角度変位の画素データをこのパラメータを変えて再構成計算して複数の断面画像を算出し、この複数の断面画像の各々の鮮鋭度を算出し、この鮮鋭度が最大となるときのパラメータ値を最適回転中心軸ずれ量として特定し、該最適回転中心軸ずれ量を考慮して前記被検査体の内部構造データを再構成する。
【0010】
斯かる本発明によれば、各角度変位毎に撮像された被検査体の投影像のある1ライン分の画素データから、回転中心軸ずれ量を再構成計算時のパラメータとして変化させながら再構成計算を行い断面画像を算出し、この断面画像の鮮鋭度が最大となるときの回転中心軸ずれ量を最適回転中心軸ずれ量と特定するので、正確な回転中心軸ずれ量の値を定量的にかつ簡易的に求めることができる。
【0011】
また、本発明は上述した場合において、この各角度変位毎に撮像した被検査体の投影像から、この被検査体の回転軸に直交するライン上の画素データを得る際、このラインの高さ位置を変化させて、このラインの高さ位置と各々のライン高さ位置におけるこの断面画像から算出されるこの最適回転中心軸ずれ量との関係から、この二次元検出手段のこの被検査体の回転中心軸に対する角度ずれ量を算出し、該角度ずれ量を考慮して前記被検査体の投影像から内部構造データを再構成する。
【0012】
本発明によれば、投影像の画素データ上のラインの高さ位置を変化させ、このラインの高さ位置と各々のライン高さ位置における断面画像から算出された最適回転中心軸ずれ量との関係から、この二次元検出手段のこの被検査体の回転中心軸に対する角度ずれ量を算出するので、この角度ずれ量を基に二次元検出手段の傾きを修正することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図9を参照して、本発明のコンピュータ断層撮像方法を適用したコンピュータ断層撮像装置の一実施の形態の例につき説明する。
【0014】
図1A,Bは工業用、例えば半導体素子等微小被検査体の内部構造を検査する非破壊検査等の用途に使用されるX線断層撮像装置の例の概略図である。図中、1は例えばコーンビームのX線を発生して被検査体7全体を照射する公知のX線源(X線発生装置)であり、X線発生装置のX線管1から照射されるX線により被検査体7の投影像の撮像を行い、この被検査体7の透過X線を、二次元検出手段としてのX線二次元検出器2で捕獲し投影像を得る。
【0015】
X線管1から照射されるX線は、例えば焦点サイズ1μm以下の極小のX線焦点を形成するよう構成されている。X線断層撮像装置の分解能はX線の焦点サイズで決まるため、この数値は小さいほうがより微少サイズの損傷等を観察でき好ましい。
【0016】
X線二次元検出器2は、例えば、フラットパネルディテクタ(FPD)より構成され、X線の焦点から下ろした垂線がX線二次元検出器2の中心に照射されるよう、X線二次元検出器Y’Z’軸駆動機構14により、左右上下への動きを調節することができる。
【0017】
FPDについては、一例として特開平6−342098に具体的に開示されている。被写体を透過したX線を光導電層で吸収してX線強度に応じた電荷を発生させ、その電荷量を画素毎に検知する如くするものである。他の方式のFPDの例としては、特開平9−90048に開示されているように、X線を増感紙等の蛍光体層に吸収させて蛍光を発生させ、その蛍光の強度を光電変換素子で検知するものがある。蛍光の検知手段としては他に、CCDやC−MOSセンサを用いる方法などもある。
【0018】
特に上述の特開平6−342098に開示された方式のFPDでは、X線量を画素毎の電荷量に直接変換するため、FPDでの鮮鋭性の劣化が少なく、鮮鋭性に優れた画像が得られる。このように、本例のX線二次元検出器2は、X線等の放射線を捕獲し何等かの手段で画素毎に処理して画像信号を得られるものであればよい。
【0019】
3は被検査体7を載置する回転基台、回転基台を回転させるためのモーター及び後述する軸受け等より構成される回転基台部全体(以後、回転基台という)である。この回転基台3を回転基台3の回転する回転軸と平行方向、即ち図1Bに示すように、Z軸方向に移動させるためのZ軸駆動機構3aを備えてなる。また、Y軸方向に被検査体7を移動させるためのY軸駆動機構6を備えてなる。被検査体7は回転基台上の保持冶具8にて保持、固定されるようになっている。
【0020】
この回転基台3は、後述する空気軸受けによって支持されており、この空気軸受けに同軸上に直結された0.2分以下の角度位置決め精度を持つ、図示しないサーボモータ及び回転位相検出手段により、之等サーボモータ及び回転位相検出手段の分解能に応じた各角度変位において、再構成に必要な上記投影データの取り込み期間に同期して静止される。
【0021】
4は被検査体回転基台の軸受けである。軸受け4の回転軸はX線管1の焦点からX線二次元検出器2中心付近へ降ろした垂線と直交している。本例ではこの軸受け4は回転基台3を微少角度変位制御できる空気軸受けよりなるが、これに限るものではなく、回転基台3を支持し滑らかに回転して微少角度変位制御できるものであればよい。
【0022】
5はX線源のX線管1を搭載し、軸受け4の回転軸と直交する平面上を移動するXYテーブルである。被検査体7の旋回半径を適宜XYテーブル5にフィードバックし、必要に応じ被検査体7とXYテーブル5を極接近させた状態で投影データを取得することができる。拡大率を支配する1番上位の要素はX線焦点と回転基台3に保持された被検査体7との相互間距離であり、拡大率が大きければ、より微細な部位の内部構造を解析することが可能となる。
【0023】
10は以上述べたX線断層像撮象装置を構成する全ての装置、部材等を載置し、照射位置に誤差が生じないよう振動を除去する除振台である。そして、11はX線断層撮像装置からX線等のX線が外部に漏れないよう全体を覆う、鉛等よりなるシールドカバーである。
【0024】
図2は本例のX線断層撮像装置の構成図である。まず、X線源を構成するX線管1より回転基台3に載置された被検査体7に対してX線が照射される。このとき照射されるX線の強度、焦点サイズ等は、X線制御手段であるX線制御部20を通じて制御操作手段である制御操作卓22により制御される。
【0025】
回転基台3の位置、回転角度ピッチ、初期回転角等は回転基台3並びにX線源1を載置したXYステージ5の動きを制御する機構制御手段である機構制御部21を通じて、制御操作卓22により制御される。回転基台3に載置された被検査体7は制御操作卓22によって指定された角度回転され、その投影像はX線二次元検出器2により撮像される。
【0026】
制御操作卓22は、キーボードやマウス等の入力手段、機器動作状態や入力値等表示する表示手段とを有するGUI(Graphical User Interface)、情報の処理や図示しないROM等に格納されたプログラムに従い後述する所定の制御を行うプロセッサ等の制御手段から構成されるものである。X線管1よりのX線強度等の情報を制御操作卓22に取り込みこの表示手段に表示したり、回転基台3や二次元検出器2に対して被検査体7の適切な位置出しの指令を出力したりする。
【0027】
被検査体7を透過したX線はFPD等のX線二次元検出器2で検出される。そして、X線二次元検出器2は検出したX線の情報である投影像を投影像記憶手段としての投影像記憶部23に供給し、この投影像は制御操作卓22からの指示により、ディジタル化された投影データとして大容量の磁気記録装置等からなる投影像記憶部23に、撮像時の回転角度や初期回転角、X線強度等の情報と対応して保存される。この投影像記憶手段は投影データを記録できる記録容量を有するものであればこれに限るものではなく、光ディスクや半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体などを含め、さまざまなものを適用することができる。
【0028】
投影像記憶部23に記憶された投影データは、これと接続された再構成手段としての再構成計算用計算機24に供給される。再構成計算用計算機24では入力された投影データより、内部構造データを再構成計算し、再構成された内部構造データは、投影像記憶部23あるいは外部記録媒体等に記憶されると共に、図示しない表示メモリを介して表示手段である再構成結果表示装置25に入力され、CRTモニタ等のディスプレイに表示される。この再構成計算用計算機24は、入力される投影データを収集して内部構造データを再構成できる演算処理能力があればよく、制御操作卓22の制御手段と共用でもよい。また、再構成結果表示装置25の表示手段は制御操作卓22の表示手段と共用であってもよい。
【0029】
以上のような構成により、被検査体7の内部構造データが再構成結果表示装置25に入力されて内部構造が表示され、微小な電子部品素子等の被検査体内部のひび割れや断線などの欠陥の有無を視覚的に確認することができる。
【0030】
上述のX線断層撮像装置の断層撮像工程の内部構造データを再構成する計算において、X線焦点からX線二次元検出器2の受光面に下ろした垂線に対する、被検査体7の回転中心軸位置との距離、すなわち回転中心軸ずれ量(以下、ずれ量と称する。)について説明する。
【0031】
図3Aは、図1に示す被検査体7の回転中心軸ずれ量の説明に供する線図であり、図3Bは図3Aの要部の拡大図である。30は被検査体7の回転中心軸の回転位置領域、言い換えると、回転中心軸ずれの範囲の一例を示す。図中に示すように、被検査体の回転中心軸に垂直な平面において、X線源から照射されるX線の焦点位置をXsとし、被検査体7にコーンビーム状のX線を照射して、軸q上のX線二次元検出器2に点Oを中心に回転する被検査体7の各角度変位毎の投影像p(q,β)が映し出される。尚、βは撮像開始時の初期位置からの回転角を示す。
【0032】
各角度変位毎の被検査体の投影像から被検査体の内部構造データを算出する再構成計算において、X線源の焦点位置Xs、被検査体7の回転中心位置O、及びX線二次元検出器2の受光面の中心位置(q=0)の位置である点Qが一直線上にあることが理想(このとき直線XsQとq軸は垂直)であるが、X線焦点位置の変化、機械的な位置精度誤差等により一直線上に並ばない場合、図3Bの要部拡大図に示す被検査体の理想の回転中心位置O’からのずれ量Δdを考慮した再構成計算を行なえばよい。
【0033】
このずれ量Δdの値が正確に求まらないと、得られる被検査体の内部構造データにぶれが生じてしまう。そこで、本例は図4に示すように、各角度変位毎に撮像された被検査体の投影像(斜線部)のある1ライン分の透過X線分布を表す画素プロファイルから、ずれ量Δdを再構成計算時のパラメータとして数値を変化させながら再構成計算を行なう。
【0034】
図5を参照して、本発明のコンピュータ断層撮像方法の原理について、説明する。図5Aに螺子を例に示すように、回転基台3に載置された被検査体7を回転させて、所定角度変位毎、例えば1度ピッチで回転させながら被検査体にX線を照射して、被検査体の1回転分、例えば360枚の投影像を取得する。次いで、図5B左図に示すように、これら360枚の投影像のある高さで切ったライン状の画像データについて、ずれ量Δdで補正して再構成計算し、図5B右図に示す被検査体の断面画像を算出する。さらに、ずれ量Δdの設定値を変えて複数の断面画像を得、複数の断面画像から各画像のぼけ具合を判断し、最も鮮鋭度の高い画像が得られるずれ量を見つけたら、そのずれ量を考慮して被検査体全体について内部構造データを再構成することで、鮮鋭度の高い最適な内部構造データを得ることができる。
【0035】
ずれ量Δdの値を変化させると、算出された断面画像が鮮明になったり、ぼけたりすることがわかる。図6は、被検査体の一例として螺子の断面画像を示すものであるが、Δd=7.38μmのときはぼけ部分が少なく、Δdの値が増えていくにつれ、ぼけ部分が増えている様子を表している。この断面画像のぼけ具合を、例えば画像の標準偏差値を用いて鮮鋭度として評価し、ずれ量Δdと鮮鋭度をプロットし、鮮鋭度が最大になった時のずれ量(dを最適回転中心軸ずれ量Δd0とする。画像の鮮鋭度が高い場合は標準偏差が大きくなり、鮮鋭度が低いと標準偏差は小さくなる。
【0036】
図7に、図6に示された内部構造データの各断面画像の回転中心軸ずれ量パラメータ(Δd)と鮮鋭度との関係を示す。この図7の例では、鮮鋭度が最も高くなるのは回転中心軸ずれ量の値が7.38μmのときであり、このときの値を最適回転中心軸ずれ量Δd0とする。この例では、最適回転中心軸ずれ量Δd0は、制御手段が自動的に計算して算出されるが、例えば、制御手段が過去の統計データより回転中心軸ずれ量Δdの数値をおおよそのあたりをつけながらそれに対応する断面画像の鮮鋭度を算出して、最適回転中心ずれ量Δd0を算出するようにしてもよい。
【0037】
最適回転中心軸ずれ量Δd0の値が見つかった上で、各角度変位毎の投影像全体を用いて内部構造データの再構成計算を行なう。
【0038】
図8は、本例のX線を用いたコンピュータ断層撮像方法の流れを示すフローチャートである。被検査体7を載置した回転基台3を回転させて、所定角度変位毎に被検査体7の投影像をX線二次元検出器2で撮像し、投影像記憶部23に記憶する。得られた各角度変位毎の投影像からある高さにおける1ライン分の画素プロファイルを読み込む(ステップS1)。初期回転中心軸ずれ量をΔdに設定する(ステップS2)。
【0039】
初期回転中心軸ずれ量はX線源の焦点位置、被検査体7の回転中心、およびX線二次元検出器2の受光面の中心位置が一直線上になるように算出された値の方が収束までの時間短縮の意味で望ましいが、Δd=0であっても構わない。再構成計算用計算機24にてこの初期回転中心軸ずれ量パラメータΔdで再構成計算を行ない、断面画像を生成し(ステップS3)、断面画像の鮮鋭度を計算(ステップS4)する。Δdを変化させ(ステップS6)、前記ステップS3〜ステップS4を繰り返し、鮮鋭度がこれ以上変化しない最大値を取るようになった時、その時の回転中心軸ずれ量Δdを最適回転中心軸ずれ量Δd0とし(ステップS5)、そのΔd0で再構成計算を行ない、被検査体全体の内部構造データを生成する(ステップS7)。
【0040】
以上のようにして、最適回転中心軸ずれ量Δd0に基づいて再構成された被検査体7の内部構造データが再構成結果表示装置25に入力されて鮮鋭度の高い内部構造が表示され、容易に微小な電子部品素子等の被検査体内部のひび割れや断線などの欠陥の有無を視覚的に確認することができる。
【0041】
斯かる本例によれば、各角度変位毎に撮像された被検査体7の投影像のある1ライン分の画素データから、回転中心軸ずれ量を再構成計算時のパラメータとして変化させながら再構成計算を行い、鮮鋭度が最大となるときの回転中心軸ずれ量を最適回転中心軸ずれ量と特定するので、その最適な回転中心軸ずれ量の値を定量的に求めることができる。また、回転中心軸ずれ量の値により計算上で内部構造データの補正ができ、結果としてより鮮明な被検査体7の内部構造データを再構成計算、被検査体7の内部構造データの精細度の向上が実現できる。
【0042】
また、再構成計算は、例えば、(512×512×512)の大きさの被検査体内部構造データを算出するのに、現在10分程度要するが、(512×512)の一断面画像を算出するのにかかる時間は20秒程度である。したがって、回転中心軸ずれ量Δdを変化させた複数の断面画像の鮮鋭度を用い比較する方法により、短時間で最適回転中心軸ずれ量Δd0を算出することが実現可能となった。
【0043】
次に、図9Aに被検査体として螺子を例にして示すように、各角度変位毎の投影像の画素プロファイルを取得するラインの高さ位置を、例えば投影像の上辺からh1、h2、h3と変化させ、その複数のラインの高さ位置と、それぞれの高さ位置で取得された画素プロファイルから再構成計算により算出された最適回転中心軸ずれ量の変化をプロットする。
【0044】
本来、被検査体の回転中心軸を通るX線焦点からX線二次元検出器への直線は垂直としてあるので、ずれ量検出対象ラインが投影像上のどの高さ位置にあっても、算出される最適中心軸ずれ量は一定であるはずであるが、ラインの高さ位置によって変化する場合があった。
【0045】
図9Bに、投影像上でのラインの高さ位置と最適回転中心軸ずれ量との関係を示す。この例では、投影像上でのラインの高さ位置をh1,h2,h3と、1000ピクセル変化させたところ、最適回転中心軸ずれ量が0.25μm程変化した。これはX線二次元検出器2が被検査体7の回転中心軸に対して傾いていることに起因していると考えられる。例えば、本例では、この時の投影像の拡大率が200倍、X線二次元検出器2の1ピクセル当たりの大きさが200μmであることから、X線二次元検出器2が2.5×10−4rad程度傾いていることがわかった。この傾きを機械的に補正することにより、再構成計算時に生ずるアーチファクト(Artifact)を軽減することができた。
【0046】
本例では、最適回転中心軸ずれ量Δd0を求めるにあたって、各角度変位毎の投影像を用いているが、断面画像を生成する時間を短縮する目的で、被検査体1回転で撮像される、例えば計360枚の投影像を180枚として、投影像の枚数を間引いても構わない。ただし、最適回転中心軸ずれ量Δd0の値が間引かないで計算した場合よりも誤差が生じる可能性がある。したがって、間引いた投影像から大まかな回転中心軸ずれ量Δd0を求め、その後、間引かないで計算を行ない、最適回転中心軸ずれ量Δd0の値を計算する方法も考えられる。
【0047】
尚、上述例において、X線を用いたコンピュータ断層撮像方法及び装置につき説明したが、本発明はX線に限らずその他微小焦点を形成する放射線を検査体に照射し、この検査体を透過して撮像される複数の投影像より内部構造データを再構成する方法、及びその方法が用いられる装置に適用することができる。
【0048】
また、本発明は上述した実施の形態の例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を取り得ることは勿論である。
【0049】
【発明の効果】
斯かる本発明によれば、各角度変位毎に撮像された被検査体の投影像のある1ライン分の画素データから、回転中心軸ずれ量を推測して再構成計算時のパラメータとして変化させながら再構成計算を行い、断面画像の鮮鋭度が最大となるときの回転中心軸ずれ量を最適回転中心軸ずれ量と特定するので、正確な回転中心軸ずれ量の値を定量的にかつ簡易的に求めることができる。したがって、算出した最適回転中心軸ずれ量の値に基づき補正を行い、より鮮明な被検査体の内部構造データの再構成計算が可能となり、被検査体の内部構造データの精細度の向上が実現できる。
【0050】
さらに、投影像の画素データ上のラインの高さ位置を変化させ、このラインの高さ位置と各々のライン高さ位置における断面画像から算出された最適回転中心軸ずれ量との関係から、この二次元検出手段のこの被検査体の回転中心軸に対する角度ずれ量を算出するようにした場合には、この角度ずれ量を基に二次元検出手段の傾きを修正することができる。したがって、上述の最適回転中心軸ずれ量と組み合わせて、被検査体の内部構造データのさらなる精細度の向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のコンピュータ断層撮像装置の一実施の形態の例であるX線断層撮像装置の概略図であり、Aは上面図、Bは側面図である。
【図2】本例のX線断層撮像装置の構成図である。
【図3】回転中心ずれの説明に供する線図である。
【図4】投影像及び画素プロファイルの例を示す線図である。
【図5】本発明の一実施の形態の説明に供する線図である。
【図6】内部構造データの高さ方向断面図の例である。
【図7】回転中心ずれ量パラメータと鮮鋭度との関係を表す線図である。
【図8】本発明のコンピュータ断層撮像方法の説明に供するフローチャートである。
【図9】投影像上のライン高さ最適回転中心軸ずれ量との関係の一例を表す線図である。
【符号の説明】
1…X線管、2…X線二次元検出器、3…回転基台部、3a…Z軸駆動機構、4…軸受け、5…XYテーブル、6…Y軸駆動機構、7・・・・被検査体、8…保持冶具、10…除振台、11…シールドカバー、14…X線二次元検出器Y’Z’軸駆動機構、20…X線制御部、21…機構制御部、22…制御操作卓、23…投影像記憶部、24…再構成計算用計算機、25…再構成結果表示装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a computer tomography method and apparatus for inspecting the internal structure of an object to be examined using X-rays or the like.
[0002]
[Prior art]
In the field of research and development such as semiconductor elements, non-destructive three-dimensional analysis is required to inspect cracks, disconnections, and the like that exist inside a minute object. As one of the methods, there is a method using a computed tomography apparatus using X-rays (hereinafter referred to as an X-ray tomography apparatus).
[0003]
The X-ray tomographic imaging apparatus is, for example, an X-ray source (an X-ray generator configured by an X-ray tube or the like) and an X-ray focus from this X-ray source to irradiate a subject to be examined in the form of a cone beam. A two-dimensional detection means for detecting the detected X-ray and a rotation axis orthogonal to the perpendicular line dropped from the X-ray focal point to the light-receiving surface of the detection means and placed between the detection means and the detection means A rotating base that rotates at an angular displacement based on the image, and a transmission X-ray projection image of the object to be inspected is picked up by a two-dimensional detection means and processed as a plurality of image data for each angle phase, By reconstructing the internal structure data from the image data, the inside of the inspection object can be easily inspected and observed.
[0004]
In the calculation for reconstructing the internal structure data described above, when the object to be inspected rotates around the rotation axis perpendicular to the perpendicular drawn from the X-ray focal point to the light receiving surface of the two-dimensional detection means, The internal structure data after the reconstruction calculation is blurred and the image quality is deteriorated. Therefore, the multiple projected images are divided into multiple parts, reconstructed and calculated, the images of the obtained partial projected images are compared, and the internal structure data is used using a set of projected images with higher sharpness. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-217810 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
Further, when the internal structure data with higher sharpness is desired, the distance of the rotation center axis position of the object to be inspected with respect to the perpendicular drawn from the X-ray focal point to the light receiving surface of the two-dimensional detection means, that is, the deviation amount of the rotation center axis is calculated. Need to know exactly. If there is a difference between the rotation center axis deviation and the rotation center axis deviation given as a correction parameter during the actual reconstruction calculation, the internal structure data, which is the result of the reconstruction calculation, will be blurred, resulting in loss of clarity. This causes a problem that the image quality deteriorates. Possible causes of the above-described difference in rotational center axis deviation include mechanical position measurement errors and errors associated with X-ray focal point movement.
[0007]
As a method of calculating the rotation center axis deviation amount of the object to be inspected, for example, a standard inspection object (also referred to as a phantom model) such as a vertically attached thin wire is used as the object to be inspected. The rotation center axis deviation is calculated from the projection image obtained by imaging while rotating it, and this reference inspection object is replaced with the inspection object and imaged, and the rotation calculated by the reference inspection object There is a method of performing reconstruction calculation of internal structure data of an object to be inspected using the center axis deviation amount. However, there is a problem that it takes time to image the reference inspection object, and there is also an influence of a placement replacement error between the reference inspection object and the inspection object.
[0008]
In view of such a point, the present invention can calculate the optimum parameter at the time of reconstruction calculation of the internal structure data of the object to be inspected in a short time, and obtain the internal structure data with high sharpness using the parameter. We propose a computer tomography technique that can do this.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention places an X-ray source, a two-dimensional detection means for imaging a transmission X-ray of the inspection object, and an inspection object placed between the X-ray source and the two-dimensional detection means. A rotation base portion that rotates at a predetermined angular displacement, and reconstructs the internal structure data from the projected image of the object to be inspected at each angular displacement, and is a projected image captured at each angular displacement. The pixel data on a line orthogonal to the rotation axis of the object to be inspected is read, and the distance between the perpendicular drawn from the X-ray focal point of the X-ray source to the two-dimensional detection means and the rotation center axis position of the object to be inspected Is set as a parameter at the time of reconstruction calculation, the pixel data of each angular displacement is changed by this reconstruction parameter by the reconstruction means to calculate a plurality of cross-sectional images, Calculate the sharpness of each cross-sectional image, and this sharpness will be the maximum. Identified as the optimum rotation center axis shift amount parameter value when, to reconstruct the internal structure data of the inspection object by considering the optimum rotation center axis shift amount.
[0010]
According to the present invention, reconstruction is performed while changing the rotation center axis deviation amount as a parameter at the time of reconstruction calculation from pixel data for a certain line of the projection image of the object to be inspected imaged at each angular displacement. Calculate the cross-sectional image and specify the amount of rotation center axis deviation when the sharpness of the cross-section image is maximum as the optimum rotation center axis deviation amount. Can be obtained easily and simply.
[0011]
Further, in the above-described case, in the present invention, when pixel data on a line orthogonal to the rotation axis of the inspection object is obtained from the projection image of the inspection object captured at each angular displacement, the height of the line is obtained. By changing the position, from the relationship between the height position of this line and the optimum rotational center axis deviation amount calculated from this cross-sectional image at each line height position, the inspection object of this two-dimensional detection means An angular deviation amount with respect to the rotation center axis is calculated, and the internal structure data is reconstructed from the projection image of the inspection object in consideration of the angular deviation amount.
[0012]
According to the present invention, the height position of the line on the pixel data of the projection image is changed, and the height position of the line and the optimum rotation center axis deviation amount calculated from the cross-sectional images at the respective line height positions. From the relationship, the amount of angular deviation of the two-dimensional detection means relative to the rotation center axis of the object to be inspected is calculated, so that the inclination of the two-dimensional detection means can be corrected based on the amount of angular deviation.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of a computer tomographic imaging apparatus to which the computer tomographic imaging method of the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
[0014]
1A and 1B are schematic views of an example of an X-ray tomographic imaging apparatus used for industrial use, for example, nondestructive inspection for inspecting an internal structure of a micro-inspection object such as a semiconductor element. In the figure,
[0015]
The X-rays irradiated from the
[0016]
The X-ray two-
[0017]
The FPD is specifically disclosed as an example in JP-A-6-342098. X-rays transmitted through the object are absorbed by the photoconductive layer to generate charges according to the X-ray intensity, and the amount of charges is detected for each pixel. As an example of another type of FPD, as disclosed in JP-A-9-90048, X-rays are absorbed by a phosphor layer such as an intensifying screen to generate fluorescence, and the intensity of the fluorescence is photoelectrically converted. Some devices detect it. There are other methods for detecting fluorescence, such as a method using a CCD or C-MOS sensor.
[0018]
In particular, in the FPD of the method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 6-342098, the X-ray dose is directly converted into the charge amount for each pixel, so that there is little deterioration of sharpness in the FPD and an image with excellent sharpness can be obtained. . As described above, the X-ray two-
[0019]
[0020]
This
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
FIG. 2 is a configuration diagram of the X-ray tomographic imaging apparatus of this example. First, X-rays are irradiated from the
[0025]
The position, rotation angle pitch, initial rotation angle, and the like of the
[0026]
The
[0027]
X-rays transmitted through the
[0028]
The projection data stored in the projection
[0029]
With the configuration as described above, the internal structure data of the
[0030]
In the calculation for reconstructing the internal structure data of the tomographic imaging process of the X-ray tomographic imaging apparatus described above, the rotation center axis of the inspected
[0031]
3A is a diagram for explaining the amount of rotation center axis deviation of the
[0032]
In the reconstruction calculation for calculating the internal structure data of the inspection object from the projection image of the inspection object for each angular displacement, the focal position Xs of the X-ray source, the rotation center position O of the
[0033]
If the value of the deviation amount Δd is not accurately obtained, the resulting internal structure data of the inspected object will be blurred. Therefore, in this example, as shown in FIG. 4, the shift amount Δd is calculated from a pixel profile representing a transmission X-ray distribution for one line of the projected image (hatched portion) of the object to be inspected at each angular displacement. The reconstruction calculation is performed while changing the numerical value as a parameter for the reconstruction calculation.
[0034]
The principle of the computer tomography method of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A as an example of a screw, the
[0035]
It can be seen that when the value of the shift amount Δd is changed, the calculated cross-sectional image becomes clear or blurred. FIG. 6 shows a cross-sectional image of a screw as an example of an object to be inspected. When Δd = 7.38 μm, the blur portion is small, and the blur portion increases as the value of Δd increases. Represents. The degree of blurring of the cross-sectional image is evaluated as the sharpness using, for example, the standard deviation value of the image, the deviation amount Δd and the sharpness are plotted, and the deviation amount when the sharpness is maximized (d is the optimum rotation center). The axis deviation amount is Δd 0. When the sharpness of the image is high, the standard deviation is large, and when the sharpness is low, the standard deviation is small.
[0036]
FIG. 7 shows the relationship between the rotation center axis deviation amount parameter (Δd) of each cross-sectional image of the internal structure data shown in FIG. 6 and the sharpness. In the example of FIG. 7, the sharpness becomes the highest when the value of the rotation center axis deviation amount is 7.38 μm, and this value is set as the optimum rotation center axis deviation amount Δd 0 . In this example, the optimal rotation center axis deviation amount Δd 0 is automatically calculated by the control means. For example, the control means approximates the numerical value of the rotation center axis deviation amount Δd from past statistical data. The optimum rotational center deviation amount Δd 0 may be calculated by calculating the sharpness of the corresponding cross-sectional image while attaching the mark.
[0037]
After the value of the optimum rotation center axis deviation amount Δd 0 is found, the internal structure data is reconstructed using the entire projection image for each angular displacement.
[0038]
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the computed tomography method using X-rays of this example. The
[0039]
The initial rotation center axis deviation amount is a value calculated so that the focal position of the X-ray source, the rotation center of the
[0040]
As described above, the internal structure data of the
[0041]
According to this example, the rotation center axis deviation amount is changed as a parameter at the time of reconstruction calculation from pixel data for one line of the projected image of the
[0042]
The reconstruction calculation, for example, currently requires about 10 minutes to calculate the internal structure data of the inspected object having a size of (512 × 512 × 512), but calculates a cross-sectional image of (512 × 512). It takes about 20 seconds to do this. Therefore, it has become possible to calculate the optimum rotation center axis deviation amount Δd 0 in a short time by a method of comparison using the sharpness of a plurality of cross-sectional images in which the rotation center axis deviation amount Δd is changed.
[0043]
Next, as shown in FIG. 9A using a screw as an object to be inspected, for example, the height position of the line for acquiring the pixel profile of the projection image for each angular displacement is set to h1, h2, h3 from the upper side of the projection image, for example. Then, the height position of the plurality of lines and the change of the optimum rotation center axis deviation amount calculated by the reconstruction calculation from the pixel profile acquired at each height position are plotted.
[0044]
Originally, the straight line from the X-ray focal point passing through the rotation center axis of the object to be inspected to the X-ray two-dimensional detector is vertical, so it can be calculated at any height position on the projection image. The optimum center axis deviation to be performed should be constant, but may vary depending on the height position of the line.
[0045]
FIG. 9B shows the relationship between the height position of the line on the projection image and the optimum rotation center axis deviation amount. In this example, when the height position of the line on the projected image was changed by 1000 pixels to h1, h2, and h3, the optimum rotation center axis deviation amount changed by about 0.25 μm. This is considered to be caused by the fact that the X-ray two-
[0046]
In this example, the projection image for each angular displacement is used to obtain the optimum rotation center axis deviation amount Δd 0 , but the image is taken with one rotation of the object to be inspected for the purpose of shortening the time for generating the cross-sectional image. For example, a total of 360 projected images may be 180, and the number of projected images may be thinned out. However, there is a possibility that an error may occur more than when the value of the optimum rotation center axis deviation amount Δd 0 is calculated without thinning out. Therefore, a method is also conceivable in which a rough rotation center axis deviation amount Δd 0 is obtained from the thinned projection image, and then the calculation is performed without thinning out to calculate the value of the optimum rotation center axis deviation amount Δd 0 .
[0047]
In the above-described example, the computer tomography method and apparatus using X-rays have been described. However, the present invention is not limited to X-rays, and other radiation that forms a micro focus is applied to an inspection body and transmitted through the inspection body. The present invention can be applied to a method for reconstructing internal structure data from a plurality of projection images picked up in this manner and an apparatus in which the method is used.
[0048]
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, the rotation center axis deviation amount is estimated from the pixel data for one line of the projection image of the object to be inspected imaged at each angular displacement, and is changed as a parameter at the time of reconstruction calculation. Reconstruction calculation is performed, and the rotation center axis deviation when the cross-sectional image has the maximum sharpness is specified as the optimum rotation center axis deviation. Therefore, the accurate rotation center axis deviation can be quantitatively and easily determined. Can be obtained. Therefore, correction is made based on the calculated value of the optimum rotation center axis deviation, and the reconstructed calculation of the internal structure data of the object to be inspected becomes clearer, improving the definition of the internal structure data of the object to be inspected. it can.
[0050]
Further, the height position of the line on the pixel data of the projection image is changed, and from the relationship between the height position of this line and the optimum rotation center axis deviation amount calculated from the cross-sectional image at each line height position, this When the amount of angular deviation of the two-dimensional detection means with respect to the rotation center axis of the object to be inspected is calculated, the inclination of the two-dimensional detection means can be corrected based on the amount of angular deviation. Therefore, in combination with the above-described optimum rotation center axis deviation amount, further refinement of the internal structure data of the object to be inspected can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an X-ray tomographic imaging apparatus as an example of an embodiment of a computer tomographic imaging apparatus of the present invention, in which A is a top view and B is a side view.
FIG. 2 is a configuration diagram of the X-ray tomographic imaging apparatus of the present example.
FIG. 3 is a diagram for explaining rotation center deviation.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a projected image and a pixel profile.
FIG. 5 is a diagram for explaining one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an example of a sectional view in the height direction of internal structure data.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a rotation center deviation amount parameter and sharpness.
FIG. 8 is a flowchart for explaining the computed tomography method of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a relationship with the line height optimum rotation center axis deviation amount on the projected image.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記各角度変位毎に撮像した投影像から、被検査体の回転軸に直交するライン上の画素データを読み込み、
前記X線源のX線焦点から前記二次元検出手段に下ろした垂線と前記被検査体の回転中心軸位置との距離である回転中心軸ずれ量を再構成計算時のパラメータとして設定し、
再構成手段により前記各角度変位の画素データを前記パラメータを変えて再構成計算して複数の断面画像を算出し、
前記複数の断面画像の各画像の鮮鋭度を算出し、
前記鮮鋭度が最大となるときのパラメータ値を最適回転中心軸ずれ量として特定し、
該最適回転中心軸ずれ量を考慮して前記被検査体の内部構造データを再構成する
ことを特徴とするコンピュータ断層撮像方法。An X-ray source, a two-dimensional detection means for imaging a transmitted X-ray of the object to be inspected, and the object to be inspected disposed between the X-ray source and the two-dimensional detection means are placed at a predetermined angular displacement. A computerized tomography method for reconstructing internal structure data from a projected image of the object to be inspected for each angular displacement,
Read pixel data on a line perpendicular to the rotation axis of the object to be inspected from the projection image captured for each angular displacement,
A rotation center axis deviation amount, which is a distance between a perpendicular drawn from the X-ray focal point of the X-ray source to the two-dimensional detection means and the rotation center axis position of the object to be inspected, is set as a parameter at the time of reconstruction calculation;
A plurality of cross-sectional images are calculated by reconstructing the pixel data of each angular displacement by the reconstruction means while changing the parameters.
Calculating the sharpness of each of the plurality of cross-sectional images;
Specify the parameter value when the sharpness is maximum as the optimum rotation center axis deviation amount,
A computer tomography method characterized in that the internal structure data of the object to be inspected is reconstructed in consideration of the optimum rotation center axis deviation amount.
前記各角度変位毎に撮像した被検査体の投影像から、前記被検査体の回転軸に直交するライン上の画素データを得る際、前記ラインの高さ位置を変化させて、前記ラインの高さ位置と各々のライン高さ位置における前記断面画像から算出される前記最適回転中心軸ずれ量との関係から、前記二次元検出手段の前記被検査体の回転中心軸に対する角度ずれ量を算出し、
該角度ずれ量を考慮して前記被検査体の投影像から内部構造データを再構成する
ことを特徴とするコンピュータ断層撮像方法。The computer tomography method according to claim 1,
When obtaining pixel data on a line orthogonal to the rotation axis of the inspection object from the projection image of the inspection object captured at each angular displacement, the height position of the line is changed by changing the height position of the line. An angular deviation amount with respect to the rotation center axis of the object to be inspected by the two-dimensional detection means is calculated from the relationship between the vertical position and the optimum rotation center axis deviation amount calculated from the cross-sectional image at each line height position. ,
A computer tomography method characterized in that internal structure data is reconstructed from a projection image of the inspection object in consideration of the amount of angular deviation.
前記各角度変位毎に撮像した投影像から、被検査体の回転軸に直交するライン上の画素データを読み込み、前記X線源のX線焦点から前記二次元検出手段に下ろした垂線と前記被検査体の回転中心軸位置との距離である回転中心軸ずれ量を再構成計算時のパラメータとして設定し、再構成手段により前記各角度変位の画素データを前記パラメータを変えて再構成計算して複数の断面画像を算出し、前記複数の断面画像の各画像の鮮鋭度を算出し、前記鮮鋭度が最大となるときのパラメータ値を最適回転中心軸ずれ量として特定する制御手段を備え、
該最適回転中心軸ずれ量を考慮して前記被検査体の内部構造データを再構成する
ことを特徴とするコンピュータ断層撮像装置。An X-ray source, a two-dimensional detection means for imaging a transmitted X-ray of the object to be inspected, and the object to be inspected disposed between the X-ray source and the two-dimensional detection means are placed at a predetermined angular displacement. A computerized tomography apparatus for reconstructing internal structure data from a projected image of the object to be inspected for each angular displacement,
The pixel data on a line orthogonal to the rotation axis of the object to be inspected is read from the projection image picked up at each angular displacement, the perpendicular line dropped from the X-ray focal point of the X-ray source to the two-dimensional detection means, and the object to be detected. The rotation center axis deviation amount, which is the distance from the rotation center axis position of the inspection object, is set as a parameter at the time of reconstruction calculation, and the pixel data of each angular displacement is reconstructed by changing the parameter by the reconstruction means. Calculating a plurality of cross-sectional images, calculating the sharpness of each image of the plurality of cross-sectional images, comprising a control means for specifying a parameter value when the sharpness is maximized as an optimum rotation center axis deviation amount,
A computer tomography apparatus characterized in that the internal structure data of the object to be inspected is reconstructed in consideration of the optimum rotation center axis deviation amount.
前記各角度変位毎に撮像した被検査体の投影像から、前記被検査体の回転軸に直交するライン上の画素データを得る際、前記制御手段は、前記ラインの高さ位置を変化させ、前記ラインの高さ位置を変化させて、前記ラインの高さ位置と各々のライン高さ位置における前記断面画像から算出される前記最適回転中心軸ずれ量との関係から、前記二次元検出手段の前記被検査体の回転中心軸に対する角度ずれ量を算出し、
該角度ずれ量を考慮して前記被検査体の投影像から内部構造データを再構成する
ことを特徴とするコンピュータ断層撮像装置。The computed tomography apparatus according to claim 3.
When obtaining pixel data on a line orthogonal to the rotation axis of the inspection object from the projection image of the inspection object imaged for each angular displacement, the control means changes the height position of the line, By changing the height position of the line, the relationship between the height position of the line and the optimum rotation center axis deviation amount calculated from the cross-sectional image at each line height position, the two-dimensional detection means Calculate the amount of angular deviation with respect to the rotation center axis of the inspection object,
A computed tomography apparatus which reconstructs internal structure data from a projection image of the object to be examined in consideration of the angular deviation amount.
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