JP2005043171A

JP2005043171A - Ｘ線検査装置およびｘ線検査方法

Info

Publication number: JP2005043171A
Application number: JP2003202177A
Authority: JP
Inventors: Tetsuaki Fukamachi; 哲昭深町
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】検査視野内に輝度レベルの異なる部分が存在する場合、検出すべき欠陥が正しく検出できない場合があり、また、２値化レベルをその都度調節する等の煩雑な処理が必要になる。これを解決するために欠陥を確実に検出できるＸ線検査装置およびＸ線検査方法を提供することである。
【解決手段】Ｘ線透過像を用いて試料の欠陥を検出するＸ線検査方法において、上記試料の検査ウインドを設定するステップおよび上記検査ウインド内の上記Ｘ線透過像の輝度信号レベルに基づいて少なくとも第１と第２の２回の２値化処理を行なうステップからなり、上記第２の２値化処理は、上記第１の２値化処理に基づいて定められた領域内で２値化処理が行われるように構成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線検査装置およびＸ線検査方法に関し、特に、被破壊検査による電気・電子機器の製造工程で発生する欠陥の検査をするＸ線検査装置およびＸ線検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線検査装置を用いて電気・電子機器等の欠陥を検査する場合、電気・電子機器等にＸ線を照射して、その透過像を観察して欠陥の有無や形状を検査する装置は知られている。例えば、電子機器の多層基板に形成された配線や絶縁層に存在する欠陥や異物を検出する場合、Ｘ線画像を２値化処理して欠陥や異物を検出することが必要になる。
【０００３】
このように２値化処理にて異物を検出する場合、検査対象周辺の明るさの状態により、検出結果が変わるために閾値を検査視野毎に設定する必要が生じる等、画象処理のパラメータ設定に時間を要し、また、パラメータ設定には、熟練した検査技師が必要になる等の問題があり、簡単に検査できるようなＸ線検査装置の実現が要望されている。
【０００４】
これについて図５を用いて詳細に説明する。図５（ａ）は、例えば、多層プリント基板５０１のＸ線透過像を示している。この多層プリント基板５０１は、絶縁樹脂層５０６に厚さ数μｍ、幅１０〜２０μｍの銅配線５０２が形成され、銅配線５０２の先にビア（Ｖｉａ）５０３が形成されている。ビア５０３は、多層に形成された銅配線を電気的に接続するためのもので、例えば、ビア５０３内部を導電体（導電体の樹脂等）により埋める方式のもので、大きさは、例えば、厚さ８０〜１２０μｍ、直径５０〜１００μｍ程度のものである。また、５０４は、ビア５０３の周囲に形成された銅の層を示している。
【０００５】
図５（ａ）では、多層プリント基板５０１のＸ線透過像を示し、銅配線５０２、ビア５０３および銅の層５０４は、斜線で示してあるが、実際のＸ線透過像では、Ｘ線の吸収の程度により濃淡として表示される。例えば、ビア５０３は、Ｘ線を良く吸収するので、黒く表示される。５０５は、導電体の樹脂等を充填した時にビア５０３の内部に発生した気泡を示している。ここに説明するＸ線検査装置では、この気泡が検出対象となる。
【０００６】
５０７は、多層プリント基板５０１の内の検査ウインドを示すもので、今回のＸ線検査装置の処理対象範囲を示す。５０８は、検査ウインド５０７の線分ａ_１−ａ_１におけるＸ線透過像の輝度信号レベルのプロファイルを表したものである。また、５０９は、同様に線分ａ_２−ａ_２におけるＸ線透過像の輝度信号レベルのプロファイルを表したものである。５１０、５１１は、検査ウインド５０７の内の比較的明るい輝度信号レベル付近（以下ＬＥＶＥＬ−ｍａｘと称する。）また、５１２、５１３は、比較的暗い輝度信号レベル付近（以下ＬＥＶＥＬ−ｍｉｎと称する。）を示す。
【０００７】
而して、このような輝度信号のプロファイル５０８および５０９から気泡５０５を検出するためには、例えば、２値化の閾値５１４を設定し、この閾値５１４以上の輝度信号レベル５１５を検出し、これを気泡５０５と認識するものである。なお、閾値５１４の設定は、実験的に定めるが、一般的に、輝度信号レベル全体の明るさの変化に対応するため、２値化の閾値は、ＬＥＶＥＬ−ｍａｘ５１０とＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ５１２の間の比率により適宜実験的に定める。α_１は、その比率を示す。２値化の閾値５１４は、この方法により求めた閾値（Ｔｈ１）を示す。なお、輝度信号のプロファイル５０９についても同様である。
【０００８】
図５（ｂ）は、検査ウインド５０７を２値化の閾値（Ｔｈ１）により２値化した画像を示す。図５（ｂ）に示すように２値化されたビア５１６と気泡５１７が明確に区別され、気泡５１７が顕在化していることが分かる。
【０００９】
次に、図５（ｃ）は、別の多層プリント基板５０１のＸ線透過像を示している。５１８は、多層プリント基板であるがその裏面には、例えば、アース電極のような一面に導電性部材（例えば、銅の蒸着膜）５２３が形成されている。５１９は、ビア５０３の周囲に形成された銅の層５０４と上記導電性部材５２３とを電気的に分離するための間隙部分（導電性部材５２３が形成されない部分）であり、Ｘ線透過像では、高輝度の信号レベルとなる。５２０および５２１は、上記間隙部分５１９のＸ線透過像の輝度信号レベルを示している。この輝度信号レベルは、図５（ａ）で説明した検査ウインド５０７の内の比較的明るい輝度信号レベル５１０、５１１よりも明るい輝度信号レベルとなる。５２２および５２３は、それぞれ線分ａ_１−ａ_１およびａ_２−ａ_２におけるＸ線透過像の輝度信号レベルのプロファイルを表したものである。また、５２４は、２値化の閾値を示す。なお、図５（ａ）と同じものには同じ符号が付されている。
【００１０】
而して、上記輝度信号レベル５２２および５２３から気泡５０５を検出するためには、図５（ａ）で説明したと同様に、２値化の閾値５２４を設定し、この閾値５２４以上の輝度信号レベル５１５を検出し、これを気泡５０５と認識するものであるが、前述と同様に輝度信号レベル全体の明るさの変化に対応するため、２値化の閾値（Ｔｈ１）をＬＥＶＥＬ−ｍａｘ５２０とＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ５１２の間の比率により適宜α_１を設定すると、２値化の閾値（Ｔｈ１）は、気泡５０５の輝度信号レベル５１５より高くなる。従って、検査ウインド５０７内の２値化画像は、図５（ｄ）に示すようにビア５１６は、明確に表示されるが、気泡５１７は、顕在化せず、検査結果として見逃しとなる。なお、輝度信号レベル５２３についても同様である。
【００１１】
このような問題に対応するためには、比率（α_１）を低く設定する方法があるが、これを低く設定すると暗い部分のノイズ成分の影響を受けて虚報が多く発生し、検査結果としては、不正確なデータが増え、その判定が困難であるばかりか、処理時間も長くなると言う結果になる。
【００１２】
また、Ｘ線透視画像を用いた断線欠陥検査装置（例えば、特許文献１参照。）があるが、多層基板内部の欠陥を検査するものではない。
【００１３】
【特許文献１】
特開平９−２１８９５１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
検査視野内に輝度レベルの異なる部分が存在する場合、検出すべき欠陥が正しく検出できない場合があり、また、２値化レベルをその都度調節する等の煩雑な処理が必要になる。
【００１５】
本発明の目的は、欠陥を確実に検出できるＸ線検査装置およびＸ線検査方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｘ線透過像を用いて試料の欠陥を検出するＸ線検査方法において、上記試料の検査ウインドを設定するステップおよび上記検査ウインド内の上記Ｘ線透過像の輝度信号レベルに基づいて少なくとも第１と第２の２回の２値化処理を行なうステップからなり、上記第２の２値化処理は、上記第１の２値化処理に基づいて定められた領域内で２値化処理が行われるように構成される。
【００１７】
また、本発明のＸ線検査方法において、上記第１の２値化処理を行なうステップは、上記輝度信号レベルの比較的高い輝度信号レベルと比較的低い輝度信号レベルとに基づいて定められる第１の２値化閾値により２値化されるステップであり、上記第２の２値化処理を行なうステップは、上記第１の２値化処理に基づいて定められた領域内で上記輝度信号レベルの比較的高い輝度信号レベルと比較的低い輝度信号レベルとに基づいて定められる第２の２値化閾値により２値化されるステップである。
【００１８】
また、本発明のＸ線検査方法において、上記２値化処理ステップは、複数回繰返されるように構成される。
【００１９】
更に、本発明のＸ線検査装置は、Ｘ線を試料に照射するＸ線発生部と、上記試料を透過して得られるＸ線透過画像を撮像するための撮像部と、上記撮像部からの映像信号を処理する信号処理部とからなり、上記信号処理部は、撮像する試料の検査ウインドを設定するための検査ウインド設定機能と、上記検査ウインド内の上記映像信号の輝度信号レベルに基づいて少なくとも第１と第２の２回の２値化処理を行なう機能を有し、上記第２の２値化処理は、上記第１の２値化処理に基づいて定められた領域内で２値化処理が行われるように構成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例の概略構成を示すブロック図である。図１において１０１は、Ｘ線発生装置、１０２は、Ｘ線発生装置１０１の先端部で、ここからＸ線が照射される。Ｘ線発生装置１０１は、例えば、Ｘ線管である。１０３は、Ｘ線カメラであり、Ｘ線を可視光に変換する蛍光面１０４、Ｘ線蛍光増倍管（Ｘ線イメージインテンシファイア）１０５およびＣＣＤのような撮像装置１０６から構成されている。１０７は、試料テーブルであり、１０８は、Ｘ軸方向試料ステージ、１０９は、Ｙ軸方向試料ステージである。１１０は、Ｚ軸方向移動機構部（図示せず。）である。１１１は、検査対象試料、例えば、多層基板、１１２は、Ｘ線防護キャビンであり、Ｘ線の漏洩を防止するためのカバーである。また、Ｘ線防護キャビン１１２は、真空状態近くの圧力に減圧するための真空チャンバーの役割をも有する。１１３は、制御用パーソナルコンピュータ（以下、制御用ＰＣと称する。）、１１４は、制御用ＰＣ１１３の表示用ディスプレイ装置、１１５は、試料テーブル１０７のＸ、ＹおよびＺ方向の位置を制御するためのステージ制御装置、１１６は、Ｘ線発生装置１０１を制御するためのＸ線制御装置である。
【００２１】
Ｘ線発生装置１０１は、先端部１０２から試料１１１に放射状にＸ線を照射する。高電圧電源供給部、真空ポンプ系等Ｘ線発生装置１０１が動作するために必要な構成は、従来のＸ線装置と同じであるので、説明は、省略する。
【００２２】
Ｘ線発生装置１１１の先端部１０２から照射されたＸ線は、放射状に広がりながら試料テーブル１０７上に固定された試料１１１を透過し、その透過Ｘ線が蛍光面１０４、Ｘ線蛍光増倍管１０５を介して撮像装置１０６に到達する。Ｘ線蛍光増倍管１０５は、入射したＸ線をＸ線の強度の差に対応した輝度差の光（可視光）に変換し、撮像装置１０６に出力する。撮像装置１０６は、入射した光を映像信号に変換して制御用ＰＣ１１３に出力する。このようにＸ線カメラ１０３は、試料１１１を透過してきたＸ線透過像を撮像して映像信号（または輝度信号）として出力する。なお、図１の実施例では、Ｘ線を可視光に変換するために、Ｘ線イメージインテンシファイアを使用したが、シンチレータ等、Ｘ線を可視光に変換するものであれば、何でも良いことは明らかである。
【００２３】
試料テーブル１０７は、Ｘ軸とＹ軸から成る座標平面上をＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ移動するＸ軸方向試料ステージ１０８とＹ軸方向試料ステージ１０９上に載せられている。試料テーブル１０７は、試料１１１をその上に固定し、ステージ制御装置１１５からの制御に基づいて試料１１１の観察位置を変更するように移動する。また、ステージ制御装置１１５は、Ｚ軸方向移動機構部１１０を制御して、Ｘ線カメラ１０３をＺ軸方向に動かし、入力蛍光面１０４をＺ軸方向に移動させる。
【００２４】
次に、本発明の動作について図２、図３を用いて説明する。なお、図２の２０６は、図３の２０７に繋がることを示す。先ず多層基板５０１を試料テーブル１０７上に固定し、ステージ制御装置１１５を制御して、多層基板５０１の検査部位がＸ線発生装置１１１の先端部１０２から照射されたＸ線によるＸ線透過像の視野の中にビア５０３が位置するように調節する。
【００２５】
この状態でステップ２０１を実行する。即ち、検査ウインド５０７が図２（ａ）で示すように設定される。なお、図２（ａ）は、ディスプレイ装置１１４に表示されたＸ線透過像を示す。この検査ウインド５０７の設定は、制御用ＰＣ１１３の入力装置、例えば、キーボードあるいはマウス等の入力装置（図示せず。）からの指示により設定される。これにより検査視野内の画像処理領域が指定される。このステップ以降の各ステップは、制御用ＰＣ１１３の画像処理の機能に基づいて実行される。なお、図２、図３の各部の符号は、図５に示す各部の符号に対応する。
【００２６】
ステップ２０２は、検査ウインド５０７内の明るさを検索するステップである。図２（ｂ）に示すように検査ウインド５０７内の明るさ検索で、輝度信号のプロファイル５０８から検査ウインド５０７の内の比較的明るい輝度信号レベル付近（以下ＬＥＶＥＬ−ｍａｘ_１と称する。）５１０および比較的暗い輝度信号レベル付近（以下ＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_１と称する。）５１２を検出する。
【００２７】
ステップ２０３では、比較的明るい輝度信号レベルＬＥＶＥＬ−ｍａｘ_１５１０および比較的暗い輝度信号レベルＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_１５１２とから２値化閾値Ｔｈ１を（１）式により算出する。
【００２８】
Ｔｈ１＝（ＬＥＶＥＬ−ｍａｘ_１−ＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_１）×α_１＋ＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_１・・・・（１）
ここに、α_１は、比較的明るい輝度信号レベルＬＥＶＥＬ−ｍａｘ_１および比較的暗い輝度信号レベルＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_１５１２との間の比率を表すパラメータであり、一般的に、例えば、気泡５０５が小さい場合２０〜３０％、大きい場合５０〜６０％程度に設定される。なお、実用的には、実験的に定めるのが良い。
【００２９】
ステップ２０４では、ステップ２０３で求められた２値化閾値Ｔｈ１に基づいて検査ウインド５０７の輝度信号レベルを２値化するステップである。２値化された画像を図２（ｃ）に示す。ここでは、ビア５１６と銅配線の重なり部分２０５が顕在化され、ディスプレイ装置１１４に表示されるが、気泡５１７は、２値化閾値Ｔｈ１より低いため表示されない。なお、銅配線の重なり部分２０５は、銅配線の重なりのため、Ｘ線の吸収が比較的多く、銅配線の重なり部分２０５として検出される。
【００３０】
ステップ２０８（図３に示す。）では、検査ウインド５０７内で２値化選択範囲の明るさ検索を実行する。即ち、図２（ｃ）で示す領域５１６および２０５で示す範囲内で、図３（ｄ）に示すように比較的明るい輝度信号レベル（以下ＬＥＶＥＬ−ｍａｘ_２と称する。）３０１および比較的暗い輝度信号レベル（以下ＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_２と称する。）３０２を求める。
【００３１】
ステップ２０９では、比較的明るい輝度信号レベルＬＥＶＥＬ−ｍａｘ_２３０１および比較的暗い輝度信号レベルＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_２３０２とから２値化閾値３０３（Ｔｈ２）を（２）式により算出する。
【００３２】
Ｔｈ２＝（ＬＥＶＥＬ−ｍａｘ_２−ＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_２）×α_２＋ＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_２・・・・（２）
ここに、α_２は、比較的明るい輝度信号レベルＬＥＶＥＬ−ｍａｘ_２および比較的暗い輝度信号レベルＬＥＶＥＬ−ｍｉｎ_２との間の比率を表すパラメータであり、ビア５０３内の気泡５０５の輝度信号レベル３０４が検出できるレベルに選ばれる。実際の設定には実験的に選ばれる。
【００３３】
ステップ２１０では、式（２）で算出された２値化閾値３０３（Ｔｈ２）により検査ウインド５０７内で２値化処理を行う。これにより図３（ｅ）に示すように２値化画像が得られ、２値化により健在化したビア５１６および気泡５１７が表示される。
【００３４】
ステップ２１１は、ラベリング処理である。ステップ２１０では、気泡５１７は検出されるが、同時に検査ウインド５０７内のビア５１６以外の輝度信号レベルの高い部分も検出され、これが気泡５１７と区別がつかない場合がある。このラベリング処理では、ラベル検出範囲の上限値（Ｕｐｐｅｒ）と下限値（Ｌｏｗｅｒ）を定め、ラベルとして検出した領域を欠陥と判断するか否かの閾値を設定する処理である。即ち、ラベリング処理は、欠陥検出判定を式（３）により実行する処理である。
【００３５】
Ｌａｂｅｌ１＞Ｕｐｐｅｒ＞Ｌａｂｅｌ２＞Ｌｏｗｅｒ・・・・・・・・・・・・・（３）
式（３）によれば、図３（ｆ）に示す２値画像を対象とし、２値化選択されていない部分をラベルとして検出する。即ち、領域３０５および３０６がラベリング処理の対象となる部分である。領域３０５がビアの周辺域で、本実施例では欠陥の検出対象域とはならない部分となる。また、領域３０６は、ビア内の気泡が顕著化されたもので欠陥対象である。このように欠陥の対象のものと、そうでないものをラベル付けする。即ち、領域３０５は、Ｌａｂｅｌ１に、また、領域３０６は、Ｌａｂｅｌ２と言うようにラベル付けされる。
【００３６】
ステップ２１２では、欠陥検出判定をするステップである。即ち、検出されたものが式（３）の上限値（Ｕｐｐｅｒ）／下限値（Ｌｏｗｅｒ）の範囲に含まれるものが欠陥として判定され、この範囲以外のものは、欠陥とは判定されない。従って、Ｌａｂｅｌ２が欠陥と判定され、検査ウインド３０７内にラベリング処理結果として気泡欠陥３０８がデスプレ装置１１４に表示される。
【００３７】
図４は、本発明の効果を説明するための図である。なお、各部の符号は、図２、図３の各部の符号に対応する。図４（ａ）は、１回の２値化で欠陥検出を行う場合を示す図である。検査ウインド５０７の中に明るい部分５１９が存在する場合、検査ウインド５０７のＸ線透過像の線分ａ_１―ａ_１の輝度信号レベルのプロファイルは、５２２で示される。この場合、前述したように２値化閾値５２４（Ｔｈ１）を式（１）で求めると、２値化閾値５２４のレベルは、気泡部分の輝度信号レベル５１５に比べて高くなる場合が発生し、検出結果として気泡５０５の見逃しが生じる。また、この見逃しを防止するためには、それぞれの画像条件毎に２値化閾値５２４（Ｔｈ１）を設定する必要が生じデータ作成作業が装置運用の負担となる。
【００３８】
これに対して図４（ａ）で求めた２値化閾値５２４（Ｔｈ１）で検査ウインド５０７のＸ線透過像を２値化し、この２値化された領域内で、再度、図４（ｂ）に示すようにＸ線透過像の線分ａ_１―ａ_１の輝度信号レベルのプロファイルを求める。次に、この輝度信号レベルのプロファイルに基づき式（２）により２値化閾値３０３（Ｔｈ２）を算出すると、算出した閾値は、検査ウインド５０７内に明るい部分５１９が存在しないときの２値化閾値５２４（Ｔｈ１）に比較すると２値化処理を１回行うときの変化量より小さく抑えられる。即ち、２値化処理を２度行なうことにより輝度レベルの高い部分が除かれ、比較的輝度レベルの低い部分が見えるようになるからである。結果として図４（ｃ）に示すように健在化したビア５１６および気泡５１７が検出できる。
【００３９】
なお、上記実施例では、２回（または２段階）の２値化処理を行なった場合について説明したが、検査対象によっては、Ｘ線透過像にいろいろな輝度信号レベルのものが表れるものもある。従って、２段階に限らず、複数段階とすることでより変化量を小さくすることができ、検査欠陥の見逃しの発生しない、あるいは、見逃しの極めて少ないＸ線検査装置およびＸ線検査方法を実現することができる。
【００４０】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載されたＸ線検査装置およびＸ線検査方法に限定されるものではなく、上記以外のこの種検査装置および検査方法に広く適応することが出来ることは、言うまでも無い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように検査対象試料のＸ線透過像から欠陥を検出する場合、１回の２値化で欠陥検出を行う場合、欠陥の見逃しが発生する場合があり、また、この見逃しをなくすためには、画像処理に熟練と、多くの時間を必要とし、データ作成作業が装置運用の負担となる。これに対して少なくとも２回の２値化処理を実行することにより欠陥の見逃しがほとんどなく、極めて正確なＸ線検査装置およびＸ線検査方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の概略構成のブロック図を示す。
【図２】本発明の動作を説明するためのフローチャートの前半の一部を示す図である。
【図３】本発明の動作を説明するためのフローチャートの後半の一部を示す図である。
【図４】本発明の効果を説明するための図である。
【図５】本発明の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１：Ｘ線発生装置、１０２：Ｘ線発生装置の先端部、１０３：Ｘ線カメラ、１０４：蛍光面、１０５：Ｘ線蛍光増倍管、１０６：撮像装置、１０７：試料テーブル、１０８：Ｘ軸方向試料ステージ、１０９：Ｙ軸方向試料ステージ、１１０：Ｚ軸方向移動機構部、１１１：検査対象試料、１１２：Ｘ線防護キャビン、１１３：制御用パーソナルコンピュータ、１１４：表示用ディスプレイ装置、１１５：ステージ制御装置、１１６：Ｘ線制御装置、５０１：多層プリント基板、５０２：銅配線、５０３：ビア、５０４：銅の層、５０５：気泡、５０６：絶縁樹脂層、５０７：検査ウインド、５０８、５０９：輝度信号レベルのプロファイル、５１０、５１１：比較的明るい輝度信号レベル５１２、５１３：比較的暗い輝度信号レベル、５１４：２値化の閾値、５１５：気泡の輝度信号レベル。

Claims

Ｘ線透過像を用いて試料の欠陥を検出するＸ線検査方法において、上記試料の検査ウインドを設定するステップおよび上記検査ウインド内の上記Ｘ線透過像の輝度信号レベルに基づいて少なくとも第１と第２の２回の２値化処理を行なうステップからなり、上記第２の２値化処理は、上記第１の２値化処理に基づいて定められた領域内で２値化処理が行われることを特徴とするＸ線検査方法。