JP2009515152A - Ｘ線断層合成用の装置 - Google Patents

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Abstract

Ｘ線断層合成用の本発明による装置（３６）は、荷電粒子がターゲット（４２）に衝突した場合に、検査すべき試料（２）を貫通照射するＸ線を放射するターゲット（４２）に、荷電粒子の粒子線を向けるための手段を備える。本発明によれば、ターゲット（４２）は、少なくとも１つの支持要素（４６）を備え、この少なくとも１つの支持要素には、支持要素（４６）をそれぞれ部分的にのみ覆う互いに離間した複数のターゲット要素（４８〜５４）が配置されている。本発明によれば、粒子線がターゲット要素（４８〜５４）に衝突するように偏向可能である偏向手段がさらに設けられている。

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の種類のＸ線断層合成用の装置に関する。
このような装置は、一般に知られており、例えば、電子構成部分、平面構造群またはプリント基板を検査するために使用される。
Ｘ線断層撮影法またはＸ線断層合成法は、原理的に、検査すべき物体に対するＸ線源のＸ線の相対移動を必要とする。Ｘ線断層撮影法またはＸ線断層合成法の技術的詳細は、例えば独国特許出願公開第１０３０８５２９Ａ１号明細書によって当業者に一般に知られており、したがって、本明細書においては詳細に説明しない。
独国特許出願公開第１０３０８５２９Ａ１号明細書によって、検査すべき物体を貫通照射して走査するＸ線を発生させるためのＸ線源を有するＸ線管と、検査すべき物体用のホルダとを備えるＸ線断層合成用の装置が知られている。公知の装置は、検査すべき物体を貫通照射した後にＸ線を検出するためのＸ線検出器をさらに備える。公知の装置において、検査すべき物体は、検査中に前記装置のホルダに固定保持されており、一方、断層撮影法または断層合成法を行うために、Ｘ線管もＸ線検出器も、物体に対して移動される。同様の装置が、欧州特許出願公開第０６８３３８９Ａ１号明細書、独国特許出願公開第１０１４２１５９Ａ１号明細書、独国特許出願公開第１０２４２６１０Ａ１号明細書、独国特許出願公開第１９９５１７９３Ａ１号明細書、独国特許出願公開第１０３１７３８４Ａ１号明細書および独国特許出願公開第１０３０９８８７Ａ１号明細書によっても知られている。
この公知の装置の不都合は、必要な移動に基づいて、Ｘ線源もＸ線検出器も、検査すべき物体に対して大きな程度に移動させなければならず、このことにより、著しい機械的費用が生じ、したがって、公知の装置が、製造時に費用がかかって高価になるということにある。この不都合は、一方ではＸ線源の移動に、他方では検出器の移動に関連する高精度の十分な画質を実現する程度の移動を同期して行わなければならないことによってさらに大きくなる。
上記装置の別形態では、可動のＸ線検出器の代わりに、複数の固定式Ｘ線検出器を使用することが既に提案されている。しかし、それに対応する装置では、Ｘ線管の移動がさらに必要であるので、原則として、上記不都合がなおさらに存在する。
さらに、Ｘ線源が固定配置されており、また検査すべき物体とＸ線検出器とが移動されるＸ線断層撮影またはＸ線断層合成用の装置が既に提案されている。この公知の装置においても、大きな程度の移動を必要とするという原理的な不都合が存在する。
独国特許出願公開第１９６０４８０２Ａ１号明細書によって、Ｘ線源とＸ線検出器とが固定配置されており、一方、検査すべき物体用のホルダが検査中に移動されるＸ線断層合成用の装置が知られている。同様の装置が、ＤＥ１９７２３０７４号明細書、米国特許第６，７４８，０４６Ｂ２号明細書、独国特許出願公表第３７９０３８８Ｔ１号明細書および独国特許出願公開第１０２３８５７９Ａ１号明細書によっても知られている。
さらに、例えば独国特許出願公開第１０３３８７４２Ａ１号明細書によって、Ｘ線断層合成用の装置が知られており、このＸ線断層合成用の装置において、Ｘ線管の内部で可動のＸ線源を有する固定式Ｘ線管と、検査すべき物体用の固定式ホルダと、固定式Ｘ線検出器とが使用され、この場合、必要な空間解像度を実現するために、可動のミラーシステムが使用され、この可動のミラーシステムは、Ｘ線のそれぞれの位置に応じて、検査すべき物体を貫通照射した後に、Ｘ線をＸ線検出器に向ける。同様の装置が、国際公開第８９／０４４７７号パンフレットによっても知られている。
これらの装置においても、高精度でさらに大きな程度の移動を必要とするという不都合がある。さらに、必要なミラーシステムにより、著しい機械的費用が生じ、公知の装置の製造が高価になる。
独国特許出願公開第１０３０８５２９Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第０６８３３８９Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０１４２１５９Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２４２６１０Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９９５１７９３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０３１７３８４Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０３０９８８７Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９６０４８０２Ａ１号明細書 ＤＥ１９７２３０７４号明細書 米国特許第６，７４８，０４６Ｂ２号明細書 独国特許出願公表第３７９０３８８Ｔ１号明細書 独国特許出願公開第１０２３８５７９Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０３３８７４２Ａ１号明細書 国際公開第８９／０４４７７号パンフレット
本発明の課題は、簡単に、したがって安価に製造可能であり、それと同時に、Ｘ線画像の高い画質を可能にするＸ線断層合成用の装置を提供することである。
この課題は、請求項１に記載の教示によって解決される。
本発明による教示の基本概念は、Ｘ線源にまたは粒子線に発生した粒子源を移動させることを必要とすることなく、荷電粒子の粒子線がターゲットに衝突した場合にＸ線が発生される焦点箇所の移動を実現することである。
本発明によれば、この基本概念は、支持要素をそれぞれ部分的にのみ覆う互いに離間した複数のターゲット要素が配置されている支持材料からなる少なくとも１つの支持要素を備えるターゲットによって実現される。
本発明によれば、支持材料とターゲット材料は異なる材料である。この場合、ターゲット材料は、所望の波長のまたは所望の波長域内のＸ線の放射に関連して選択されており、一方、支持材料は、その熱伝導性とそのＸ線に関する高い透明性とに関連して選択されている。本発明によれば、Ｘ線の方向に対して垂直の支持要素の断面は、この方向のターゲット要素の断面よりも大きく規定されており、この結果、ターゲット要素は、支持要素の表面の１つのみの部分を覆う。さらに、支持材料は、より低い密度と、高い熱伝導性と、好ましくは、ドープによって向上した一定の導電性とを有し、一方、ターゲット材料は、高密度材料、例えばタングステンである。
衝突する電子は、ターゲット材料内で非常に短い距離で減速され、この場合、好ましくは、短波Ｘ線が発生する。低密度の支持材料内において、その支持材料に入ってくる電子は、非常に長い距離で減速され、この結果、より長波のＸ線が発生し、より長波のこのＸ線を、適切なフィルタによって遮断できる。これにより、本発明によれば、焦点箇所の形状、大きさおよび位置が、それぞれのターゲット要素の形状、大きさおよび位置によって規定されることになる。
本発明によれば、所望の波長のまたは所望の波長域内のＸ線は、それぞれ照射されたターゲット要素内にのみ発生され、これにより、当該ターゲット要素はＸ線管の焦点箇所を規定するので、Ｘ線管の作動時に、電子線がターゲットの全面を常に照射している限り、焦点箇所の形状および大きさは、電子線の断面に依存せず、それぞれのターゲット要素の断面のみに依存する。
すなわち、支持要素内にもＸ線が発生する。しかし、このＸ線は、ターゲット要素内に発生された有用なＸ線として、他の波長を有するかまたは他の波長域内にあるので、前記Ｘ線を簡単にフィルタ処理して出力することができる。
このことに基づいて、本発明によれば、本発明による装置の焦点箇所をほとんど任意で小さく形成でき、この場合、マイクロ構造またはナノ構造としてのターゲット要素を形成するために用いることができるマイクロ構造化法によってのみ、境界が設定されている。
焦点箇所の形状、大きさおよび位置は、ターゲット要素の形状、大きさおよび位置によってのみ規定されているので、本発明による装置では、公知の装置においてＸ線管の焦点箇所の形状、大きさおよび位置を規定する電子線の形状、大きさおよび位置を安定させるために従来の装置には必要な構造的に高価なステップが省略される。したがって、本発明による教示により、それぞれの焦点箇所の形状、大きさおよび位置において、非常に少ない費用でＸ線断層合成装置の構造の安定性を向上させることが可能になり、それに関連して、図示されている方法を用いた場合に、特に高い画質を可能にする。
それぞれの要件に応じて、電子が照射された場合に所望の波長のまたは所望の波長域内のＸ線を放射する材料をターゲット材料として使用できる。
粒子線、例えば電子線が照射された場合、それぞれのターゲット要素はＸ線源として作用する。本発明によれば、ターゲットが、Ｘ線源として各々が機能できる互いに離間した複数のターゲット要素を備えることによって、本発明による装置は、空間的に互いに離間しており、これによって、異なる角度に基づいた試料の貫通照射を可能にする可能な複数のＸ線源を備える。
ターゲット要素の１つをＸ線源として作用できるようにするために、このターゲット要素に粒子線を照射することのみが必要であり、この結果、このターゲット要素は、Ｘ線を放射する。このために、本発明によれば、粒子線がターゲット要素に衝突するように偏向可能である偏向手段が設けられている。したがって、対応する偏向によって、粒子線をそれぞれ所望のターゲット要素に選択的に向けることが可能であり、このターゲット要素は、荷電粒子が衝突した場合にＸ線を放射し、これにより、Ｘ線源として作用する。したがって、粒子線によって、異なるターゲット要素を時間的に連続して照射することにより、試料を貫通照射する際に、Ｘ線源の時間的に連続して異なる位置、すなわち、異なる貫通照射角が可能になる。
例えば、適切なコイルまたはコイル装置によって、粒子線の偏向を行うことができるので、本発明によれば、Ｘ線源またはその部分の移動を必要とすることなく、試料に対するＸ線源の位置の変更が可能になる。
したがって、試料を貫通照射する際におけるＸ線源の位置の、すなわち、貫通照射角の変更には、特に移動を必要としないので、このような変更は、ほとんど時間遅延なしに行うことができる。このようにして、従来の装置よりも極めて超高速で、本発明による装置によって試料を検査できる。このようにして、試料の検査時のサイクル時間が短縮されているので、試料の検査は、時間を節約して、したがって安価に行われている。
本発明による装置のさらなる利点は、原則として、質量を有する構成要素の機械的移動なしで済むということにある。このようにして、本発明による装置の構造は、特に簡単に、したがって、安価で頑丈に形成されている。
ターゲット要素の形状、大きさおよび部分は、それぞれの要件に応じて広範囲にわたって選択可能である。ターゲット要素は、例えば、マイクロ構造化法によって支持要素に形成されているマイクロ構造またはナノ構造であることができる。例えば、マイクロ構造化法として、蒸着法、例えば、追加の３次元ナノリソグラフィまたはイオン線パターを用いることができ、それと同時に、転写法、例えば、電子リソグラフィまたはエッチング法も用いることができる。このような方法は、当業者に一般に知られており、したがって、本明細書においては詳細に説明しない。
本発明によれば、例えば特に、支持要素の表面に、ターゲット要素を形成できる。しかし、必要なそれぞれの要件に応じて、荷電粒子がターゲット要素に到達し、この結果、このターゲット要素がＸ線を放射することが保証されている限り、ターゲット要素を支持要素に埋め込むこともできる。
例えば特に、本発明によれば、荷電粒子の粒子線を発生させるための粒子源と、検査すべき試料用のホルダと、試料を貫通照射した後にＸ線を検出するための検出器とを互いに固定配置できる。それに対応して構成された本発明による装置では、上記方法において、試料を貫通照射する際に、上記構成要素の移動を必要とすることなく、異なる貫通照射角を実現可能である。貫通照射角の変化速度は時間間隔のみに依存しているので、その時間間隔内で、粒子線をターゲット要素から他のターゲット要素に偏向させることができ、またこのような偏向が時間的にほとんど時間遅延なしに可能であり、本発明による装置では、貫通照射角をほとんど時間遅延なしに変化させることができる。このことにより、上記方法において、試料の検査時に、特に高い速度が可能になる。
構造群を互いに固定配置する際に、本発明によれば、異なる貫通照射角を実現するために、これらの構造群の互いの移動が不要であることが理解される。これに関連して、本発明によれば、ターゲットの面が、試料の最大で検査すべき面よりも少なくとも大きい前記ターゲットが使用されることが有効である。さらに、これに関連して、試料を貫通照射した後にＸ線を検出するための検出器として、Ｘ線画像検出器の入力画像面が、試料の最大で検査すべき面よりも大きい前記Ｘ線画像検出器が使用されると有効である。
しかし、所望するそれぞれの要件に応じて、本発明によれば、粒子源と試料用のホルダと検出器とを互いに移動させるように配置することも可能である。しかし、本発明によれば、試料を貫通照射して検査している間に、この構造群を互いに移動させることが不要である。
検出器によって記録されたＸ線画像の評価は、例えば、コンピュータ断層撮影法、特に、コンピュータ平面断層撮影法と、画像処理法とによって行うことができる。このような方法は、一般に知られており、したがって、本明細書においては詳細に説明しない。
非円形の焦点箇所の場合、本発明によれば、焦点面またはフォーカス面の焦点箇所の最大の広さが直径であると理解される。
熱伝導率の数値は室温に関連している。
有効であることに、偏向手段は、少なくとも１つのコイルまたはコイル装置および／または少なくとも１つの静電気偏向装置を備える。それに対応するコイルまたはコイル装置あるいは偏向装置では、粒子線は、ほとんど時間遅延なしに、ターゲット要素に衝突するように偏向可能である。
本発明による教示の有利な発展形態は、粒子線を発生させるための粒子源が、少なくとも試料の検査中に、試料を貫通照射した後にＸ線を検出するための検出器に対して固定配置されていることを意図する。本発明によれば、粒子源と検出器との間における相対移動は不要であるので、このようにして、特により簡単な、したがって安価で頑丈な構造が得られる。検査する際に、本発明によれば、異なる貫通照射角を用いて、複数のＸ線画像が時間的に直接的に連続して記録されることが理解される。
本発明による教示の他の有利な発展形態は、検査すべき試料用のホルダが、少なくとも試料の検査中に、粒子源および／または検出器に対して固定配置されていることを意図する。特に、上記実施形態を組み合わせることによって、粒子源と試料用のホルダと検出器とが互いに固定配置されている特により簡単な、したがって安価で頑丈な構造が得られる。
本発明によれば、大きな面のターゲットが使用された場合、電子線の強制的に大きな偏向角が必要となり、それと同時に、必要な電子光学システムの電子線の焦点合わせおよび偏向のために、大きなフォーカス長さ（焦点距離）が必要となる。このことにより、焦点箇所の形状および寸法の歪みが生じ、これによって、Ｘ線画像品質の低下をもたらすことがある。高い画質を保証するために、これによって、特に、ますます小型化される試料の、例えば多層プリント基板の検査を可能にするために、本発明による教示の非常に有利な発展形態は、ターゲットの平面図のターゲット要素が、本質的に同一の輪郭を有することを意図する。本発明によれば、Ｘ線が、ターゲット要素のみにまたはほぼターゲット要素のみに発生され、これによって、Ｘ線管の焦点箇所の形状および大きさが、Ｘ線をそれぞれ放射するターゲット要素の形状および大きさによって規定されているので、この実施形態では、電子線の断面の形状および寸法に関する歪みは、焦点箇所の形状および大きさに影響を与えない。したがって、ターゲット要素のそれぞれが、粒子線によって照射されることに関係なく、焦点箇所は、ターゲット要素の同一の輪郭に基づいて、常に、同一の大きさおよび寸法を有する。このようにして、本発明による装置によって記録されたＸ線画像の画質が本質的に向上している。
ターゲット要素の形状および大きさは、それぞれの要件に応じて広範囲にわたって選択可能である。本発明による教示の有利な発展形態は、ターゲットの平面図のターゲット要素が本質的に円形に限定されていることを意図する。このようにして、Ｘ線光学の観点において、特に好ましい比率が得られる。
本発明による教示の他の有利な発展形態は、ターゲットが透過ターゲットとして形成されていることを意図する。
本発明による教示の他の有利な発展形態は、粒子線が、ターゲット要素に向けられた場合に、ターゲット要素の全面を常に照射すべく、粒子線の断面が、ターゲット要素のそれぞれの断面よりも大きくなるように選択されていることを意図する。このようにして、粒子線の断面の形状および寸法に関する歪みが、それぞれ照射されたターゲット要素によって形成された焦点箇所の形状および寸法に影響を与えないことが保証されている。
本発明による教示の他の有利な発展形態によれば、粒子線が、予め設定されているかまたは予め設定可能な順序で個々のまたは全てのターゲット要素を照射して、照射されたそのターゲット要素が、予め設定されているかまたは予め設定可能な順序に応じてＸ線を放射するように、偏向手段を制御可能である制御手段が設けられている。この場合、例えば、ターゲットの面の蛇行状の、螺旋状のまたは直線状の走査、したがって、Ｘ線の放射に関連する、走査経路に位置するターゲット要素の時間的に連続する作動を実現するために、それぞれの要件に応じて、制御手段によるターゲット要素の制御を選択できる。
本発明による教示の他の有利な発展形態は、粒子線がターゲット要素のそれぞれ１つのみを照射するように、制御手段が偏向手段を制御することを意図する。この実施形態では、個々のまたは全てのターゲット要素は、粒子線によって時間的に連続して照射され、この結果、前記ターゲット要素は、Ｘ線を時間的に連続して放射する。
特に、本発明の場合、試料を貫通照射した後のＸ線を検出するために、より小さい面の複数の検出器から一体成形されている大きな面の検出器が使用されるが、本発明によれば、少なくとも２つのターゲット要素を同時に照射することも可能であり、この結果、少なくとも２つのＸ線源が同時に作用する。しかし、このためには、異なるＸ線源によって発生されたＸ線画像が、画質に悪影響を与えることなく重なり合っていることが前提である。この点において、本発明による教示の他の有利な発展形態は、少なくとも２つのターゲット要素が、粒子線によって同時に照射されるように、制御手段が偏向手段を制御することを意図する。このような実施形態では、複数の粒子線を発生させるための複数の粒子源を使用できる。
支持要素を構成する支持材料は、それぞれの要件に応じて広範囲で選択可能である。支持材料は、ターゲット材料よりも低い密度と、高い熱伝導性と、好ましくはドープによって向上した導電性と、Ｘ線に関する高い透過性とを有する。
特に高い熱伝導を実現するために、本発明による教示の有利な発展形態は、支持要素が、少なくとも部分的に支持材料からなり、この支持材料の熱伝導率が、≧１０Ｗ（ｃｍｘＫ）、好ましくは、≧２０Ｗ（ｃｍｘＫ）であることを意図する。このようにして、Ｘ線を発生させるために、高エネルギーに加速された荷電粒子、特に電子によるそれぞれのターゲット要素の照射に必要な特に効率的な熱伝導が保証されている。
特に優れた熱伝導を実現するために、本発明による教示の他の発展形態は、支持材料が、ダイヤモンドであるかまたはダイヤモンドを含むことを意図する。
本発明による教示の他の有利な発展形態によれば、支持材料は、導電性を向上させるためにドープされている。すなわち、この発展形態は、例えばダイヤモンドが支持材料として使用されている場合、発生する熱の十分な伝導が保証されているが、それと同時に、ダイヤモンドの電気絶縁特性に基づきターゲットが帯電されるという認識に基づいている。さらに、この発展形態は、電荷の制御不能な剥離およびターゲットへの再衝突により、Ｘ線の制御不能なさらなる放射が生じている限り、ターゲットの帯電が画質を低化させるという認識に基づいている。例えば特に、支持材料として、電気絶縁体であるダイヤモンドが使用された場合、適切なドーパント材料、例えば金属またはホウ素でドープすることによって、または粒子線に対向する表面の数ナノメートル厚さの金属カバーによって、ダイヤモンドを導電性にすることができる。したがって、ターゲットによって、電荷、例えば電子を誘導でき、この結果、画質に悪影響を与えるターゲットの帯電が確実に防止されている。驚くべきことに、このようにして、本発明による装置で記録された画像の画質が本質的に向上している。
本発明による教示の他の有利な発展形態は、ターゲットが、ターゲット要素に発生されたＸ線を透過させ、かつ支持要素に発生されたＸ線を少なくとも部分的に遮断するフィルタを備えることを意図する。このようにして、所望の波長のまたは所望の波長域内のＸ線のみが試料を貫通照射することが保証されている。
本発明による装置の実施形態が示されている非常に概略化された添付図面を参照して、本発明について以下に詳細に説明する。この場合、それ自体のまたは互いに任意の組み合わせの、用いられているか、記載されているかまたは図示されている全ての特徴は、本発明の特許請求の範囲の要約またはその後に関連するものに関係なく、および発明の詳細な説明におけるまたは図面における本発明の構成または開示に関係なく本発明の目的を成す。
図面において、同一の構成部分には同一の参照番号が付されている。図面は、非常に概略化されており、また寸法通りでない純粋な原理図を示している。
図１は、図示されている方法でＸ線によって検査中の多層プリント基板２を示している。多層プリント基板２は、異なる面４、６に配置された半田ボールの形態の半田接続部を備え、図１において、例えば、２つの半田ボール８、１０が示されており、この場合、半田ボール８は気泡１２、１４の形態の欠陥を有する。
多層プリント基板２を検査するために、その多層プリント基板が、焦点箇所の面１６の焦点箇所１５にあるＸ線源によって発生されるＸ線で貫通照射される。半田ボール８、１０を貫通照射して、貫通照射画像１８、２０が発生した場合、それらの貫通照射画像が、検出器によって検出器面２２に記録される。この場合、気泡１０、１２の貫通照射画像２４、２６が発生する。
図１から明らかなように、半田ボール８、１０の貫通照射画像１８、２０は検出器面２２に重ね合わせられている。したがって、検出器によって記録された画像、すなわち、気泡１０、１２の貫通照射画像２４、２６を検出可能であり、この結果、貫通照射された半田ボール８、１０の１つが欠陥を有していることを確認可能である。しかし、貫通照射画像１８、２０の重なりに基づいて、半田ボール８、１０のいずれに気泡１２、１４が存在しているかを確認することはできない。したがって、図１に示されている方法は、半田ボール８、１０内の欠陥を面４、６に割り当て、これによって欠陥を突き止めるのには適切でない。
図２は、半田ボール８、１０内の欠陥を確認するだけでなく、その欠陥を面４、６に割り当て、このようにして欠陥を突き止めることが可能である従来技術による断層合成法を示している。図２に示されているように、このような方法では、多層プリント基板２が斜めに貫通照射され、この結果、対応して選択された貫通照射角の場合、貫通照射画像１８、２０は、検出器面２２に重なり合うだけでなく、互いに離間している。図２に示されているように、多層プリント基板が位置Ａにあった場合、半田ボール８、１０の貫通照射画像１８、２０が、図２に示されているように位置Ａ２またはＡ１に発生する。
図２の矢印２８で示されているように、多層プリント基板が位置Ａから位置Ｂに検出器面２２に対して平行に移動された場合、半田ボール８の貫通照射画像１８が位置Ｂ２に発生し、一方、半田ボール１０の貫通照射画像２０が位置Ｂ１に発生する。
多層プリント基板２が位置Ａから位置Ｂに移動された場合、半田ボール８の貫通照射画像１８が、検出器面２２において、図２の矢印３０で示されているより短い距離だけ移動し、一方、半田ボール１０の貫通照射画像２０が、投影面２２において、図２の矢印３２で示されているより長い距離だけ移動することが明らかである。このようにして、確認時に、欠陥を半田ボール８、１０内に明確に割り当てることができ、ここで、面４、６には、欠陥のある半田ボールが存在する。
これに対応する方法において、貫通照射角を変化させることによって、面４、６に存在する半田ボールの他のものが欠陥を有しているかどうかを調査して確認することができる。したがって、図２に示されている方法によって、欠陥を確認するだけでなく、正確に突き止めることができる。図２には、３層のプリント基板用の公知の方法が示されている。当然、２つ以上の層を有するプリント基板を検査している場合にも、基本原理を維持しつつ、上記方法を用いることが可能である。
図３は、多層プリント基板２が検査中に固定されたままであるという点で図２に示されている方法とは異なる従来技術による代替断層合成法を示している。一方では位置Ａ１とＡ２に、他方では位置Ｂ１、Ｂ２に貫通照射画像１８、２０を発生させるために必要とされている貫通照射角の変化は、図３に示されている方法において、Ｘ線源、したがって、焦点箇所の面１６の焦点箇所１５が、図３の矢印３４で示されているように移動されることによって実現される。
図２と図３に示されている従来技術による断層合成法は、検査中に、多層プリント基板２（図２を参照）またはＸ線源（図３を参照）を移動させなければならないという不都合を有する。欠陥を突き止めるのに必要な精度を有する貫通照射画像を得るために、この移動を高精度に行わなければならない。この理由は、特に、試料を検査する際に、例えば、超小型の多層プリント基板を対象とすることがあるからである。移動時の必要な精度には、公知の断層合成装置の高精度の、したがって、費用のかかる高価な機械構造が必要となる。公知の装置のさらなる不都合は、Ｘ線源のまたは試料の各配置に時間がかかり、またこのような多くの配置を行わなければならないので、試料の検査に時間がかかるということにある。
図４には、装置３６の作動時に真空引きされるハウジング４０を備えるＸ線管３８を備える本発明による装置３６の実施形態が示されており、荷電粒子の粒子線を発生させるために、前記ハウジングの内部には、図４では見ることができない粒子源が収容されている。粒子源は、この実施形態において、フィラメントにより形成されており、電子から流出し、また公知の方法で、例えば有孔陽極によってターゲット４２の方向に加速される電子線を形成する。高エネルギーに加速された電子がターゲット４２に衝突した場合、断層合成法で多層プリント基板２を貫通照射するために用いられるＸ線が発生する。Ｘ線を発生させる方法は、一般に知られており、したがって、本明細書においては詳細に説明しない。
図４に示されている装置３６は、多層プリント基板２およびＸ線感受性検出器４４用のホルダをさらに備える。図４に示されている実施形態では、ターゲット４２の面は、検査すべき多層プリント基板２の面よりも大きい。本発明によれば、ターゲット４２の面が、少なくとも、試料としても以下に簡潔に示す多層プリント基板２の検査すべき面よりも大きいと有効である。
検出器４４の入力画像面は、この実施形態において、検査すべき試料２の面よりも大きく選択されている。Ｘ線管３８から発生されたＸ線による試料２の考えられる全ての貫通照射角において、照射方向で測定された試料２とターゲット４２との間隔、およびこのことから生じる拡大に基づいて、発生された貫通照射画像が、常に検出器４４の入力画像面の境界内に位置するように、検出器４４の入力画像面が大きく個別に選択されている。
本発明によれば、ターゲット４２は支持要素４６を備え、この支持要素には、支持要素４６をそれぞれ部分的にのみ覆う互いに離間した複数のターゲット要素が配置されており、これらのターゲット要素は、この実施形態において、支持要素６４に格子状に配置されている。図４には、複数のターゲット要素から、４つのみのターゲット要素が参照番号４８、５０、５２、５４で示されている。
電子線５６がターゲット要素５４、５２、５０、４８に時間的に連続して向けられた場合、これらのターゲット要素はＸ線を放射し、また検出器４４の入力画像面には、電子線５６のそれぞれの入射角によってターゲット４２に規定された異なる貫通照射角に応じて、試料２の領域６６の貫通照射画像５８、６０、６２、６４が発生する。
例示目的のために、図４には、異なる貫通照射角に基づいて、試料２の他の領域６８が貫通照射された場合に、貫通照射画像７０、７２、７４が発生することが示されている。
例示する都合上、図４の電子線５６は複数の位置に同時に示されており、これらの複数の位置において、前記電子線が、異なるターゲット要素４８〜５４を照射する。しかし、実際には、電子線５６は、この実施形態において、ターゲット要素４８〜５４のそれぞれ１つのみと別のターゲット要素とを同時に照射する。電子線５６がターゲット要素の１つに衝突した場合、このことにより、図７以下に詳細に図示されている方法において、Ｘ線が発生し、このＸ線によって、試料２が貫通照射される。
粒子線をターゲット４２の個々のターゲット要素に選択的に向けるために、本発明によれば、偏向手段が設けられており、この偏向手段によって、ターゲット要素に衝突するように電子線５６を偏向可能である。偏向手段は、図４に示されている実施形態において、コイル装置を備え、このコイル装置によって、電子線５６がターゲット４４のターゲット要素の各々に衝突できるように前記電子線を偏向可能である。電子線５６の照射方向が、例えばＺ方向であることが想定された場合、電子線５６は、コイル装置によってＸ方向にもＹ方向にも、さらには２次元にも偏向可能である。このようなコイル装置の構造および機能は、当業者には一般に知られており、したがって、本明細書においては詳細に説明しない。
図５と図６は、検出器４４の入力画像面の寸法を示すために用いられている。図５は、試料が存在する焦点箇所の面１６と面７５との間の間隔Ｄ１における照射形状比を示している。これに対して、図６は、焦点箇所の面１６と面７５との間のより大きな間隔Ｄ２で生じる照射形状比を示している。図５による構成によって、図６による構成よりも高い拡大が実現され、この場合、より高いこの拡大において、検出器４４のより大きな入力画像面が必要となることが明らかである。
図７は、ターゲット要素４８の領域のターゲット４４の概略断面図を示している。ターゲット４４は、支持材料からなる支持要素７６を備え、この支持要素には、ターゲット材料からなるターゲット要素４８と、図７では見ることができない別のターゲット要素とが配置されており、これらのターゲット要素は、電子線５６がそれぞれのターゲット要素に向けられた場合に、Ｘ線を放射する。支持要素７６は、原則として、低密度および高熱伝導性の支持材料からなる。本実施形態では、支持材料は、熱伝導率が≧２０Ｗ／（ｃｍｘＫ）であるダイヤモンドである。
この実施形態では、支持材料は、導電性を向上させるために、本実施形態ではホウ素ドープによってドープされている。それ自体が電気絶縁性の支持材料が、ドープによって導電性になっていることにより、電荷は支持要素７６から流出できるので、支持要素４６の、したがってターゲット４４の帯電が防止されている。
ターゲット要素４８は、高密度材料、本実施形態ではタングステンからなり、このターゲット要素は、荷電粒子、特に電子が照射された場合に、Ｘ線を放射する。以下のことは、ターゲット要素４８のみに関連しており、それに対応して、別のターゲット要素が構成されている。
平面図のターゲット要素４８が本質的に円形に限定されていることを図７からは理解できないので、このことについて説明する。以下に詳細に説明するターゲット要素４８の直径はＸ線管３８の焦点箇所の直径を規定し、所望の解像度に応じて、試料２の貫通照射によって実現されかつ検出器４４によって記録された画像が選択されている。ターゲット要素４８は、例えばマイクロ構造化法によって支持要素４に形成されたマイクロ構造またはナノ構造であることができ、前記ターゲット要素の直径は、用いられたマイクロ構造化法の精度のみに依存し、また≦略１，０００ｎｍであることができる。
電子線５６がターゲット要素４８に向けられて、電子がターゲット要素４８に照射された場合、ターゲット要素４８内の電子は非常に短い距離で減速され、この場合、短波Ｘ線が発生する。これに対して、支持材料がより低密度の支持要素７６では、入ってくる電子が非常に長い距離で減速され、この場合、より長波のＸ線が発生する。図７には、直径ｄＥ１を有する電子線がターゲット要素４８に衝突し、ここで、この場合の直径ｄＥ１がターゲット要素４８の直径よりも小さい例が示されている。ターゲット要素４８内における電子の減速により、ターゲット要素４８の直径よりも小さいＸ線源の直径ｄＸ１を有する短波Ｘ線が発生する。ターゲット要素４８を通って、支持材料がより低密度の支持要素７６に入ってくる電子は、支持要素７６の内部の制動容量７８の中において非常に長い距離で減速され、また適切なフィルタによって抑制できる主に長波のＸ線を発生させ、この結果、本発明によれば支持要素７６の面を部分的にのみ覆うターゲット要素４８から来るより短波のＸ線成分のみが作用される。
図８には、電子線ｄＥ２の断面の直径がターゲット要素４８の直径よりも著しく大きい例が示されている。この場合も、主に短波のＸ線が、直径ｄＸ２を有する規定するように限定されたターゲット要素４８内に発生し、一方、支持材料がより低密度の支持要素７６に入ってくる電子は、制動容量７８の内部に、より長波のＸ線を発生させ、試料２を貫通照射するために、ターゲット要素４８から来るより短波のＸ線のみが、規定された波長にまたは規定された波長域内に作用されるように、前記より長波のＸ線をフィルタ処理して出力することができる。
図７と図８を比較すると、Ｘ線管４８の焦点箇所の形状、大きさおよび位置が、ターゲット要素４８の、または電子線５６が向けられている他のターゲット要素の形状、大きさおよび位置のみに依存しており、電子線の断面の形状、大きさおよび位置には依存していないことが明らかである。
図９は、図８によるターゲットの図面を示しており、この場合、直径ｄＥ、したがって電子線５６の断面８０が、直径ｄＭ、したがってターゲット要素４８の断面よりも大きいことが明らかである。しかし、図７と図８を参照して説明したように、Ｘ線管３８の焦点箇所の断面について、ターゲット要素４８の断面のみが、標準的に、ターゲット４２の表面に対して垂直である。
図１０には、本発明による装置３６の透過ターゲットとして形成されたターゲット４２の代替実施形態が示されており、この代替実施形態は、支持要素７６が、ターゲット要素４８の反対側の側面にＸ線フィルタ８２を備え、このＸ線フィルタが、ターゲット要素４８内に発生されたＸ線８４を透過させるが、支持要素７６内に発生されたＸ線８６をほとんど吸収するという点において、図７と図８による実施形態とは異なる。例えばアルミ箔によって、Ｘ線フィルタ８２を形成できる。
図１１には、電子線５６の予め設定された断面が参照番号８０で示されており、一方、妨害の影響によって拡大された断面が参照番号８０’で示されており、電子線５６の妨害の影響によって縮小された断面が参照番号８０”で示されている。Ｘ線管３８の焦点箇所の断面は、ターゲット要素４８の断面のみに依存しており、このターゲット要素の断面は一定であるので、ターゲット要素４８の全面が、電子線５６によって照射されている限り、電子線５６の断面の対応する変化は焦点箇所の断面に影響を与えない。
図１２から理解できるように、電子線５６がそのＸ線軸に対して横方向に位置８０’’’に側方移動した場合にも、同様のことが適用されるが、この理由は、電子線５６のこの位置においても、ターゲット要素４８の全面が、電子線５６によってなお検出されているからである。
また、図１３から理解できるように、電子線５６の断面が変化した後にも、ターゲット要素４８の全面がなお照射されている限り、電子線５６の断面の変化は焦点箇所の断面に影響を与えない。一例として、図１３には、電子線の歪んだ２つの断面が参照番号８２と８４で示されている。Ｘ線管３８の焦点箇所の断面はターゲット要素４８の断面のみに依存しており、またこのターゲット要素の断面は一定であり、位置が固定されているので、電子線５６の断面が変化しても、本発明による装置３６のＸ線画像品質が低下しない。
図１１〜図１３の要約から理解できるように、電子線５６の断面変化および移動は、焦点箇所の断面および位置に影響を与えない。それに応じて、Ｘ線管４８内において、図示されている方法で使用される従来のＸ線管における構造的に高価な措置を省略でき、十分な画質を実現するために、電子線の形状、大きさおよび衝突点をターゲットで安定させなければならない。
図１４は、電子線５６の異なる衝突角度でターゲット４２に発生する、電子線５６の断面のさらに大きくなった歪みを示している。電子線５６が９０°の角度でターゲット４２に衝突した場合の、ターゲット４２に作用する前記電子線の断面が参照番号８０で示されている。これに対して、電子線５６が、９０°とは異なる角度でターゲット４２に衝突した場合、作用する断面は楕円状に歪んでいる。図１４は、異なる貫通照射角に対応する電子線５６の種々の偏向位置における楕円状に歪んだ対応する断面を示しており、この場合、分かりやすくするために、歪んだ断面のみに参照番号８８が付されている。それに対応して、従来のＸ線管では、電子線の歪んだ断面８８により、画質を著しく低化させるＸ線管の焦点箇所の形状の歪みが生じる。
図１５は、本発明によるターゲット４２の場合に限って生じた割合を示しており、この場合、ターゲット要素４８の他に、一例として、ターゲット要素９２、９４、９６、９８、１００、１０２および１０４が示されている。ターゲット４２の平面図のターゲット要素４８および９２〜１０４のそれぞれは、図示されている実施例で円形に限定された同一の輪郭を有することが明らかである。図１５から理解できるように、ターゲット要素４８および９２〜１０４の断面のそれぞれは、電子線５６の歪んでいるかまたは歪んでいない断面よりも小さいので、電子線５６のそれぞれの偏向位置において、ターゲット要素４８または９２〜１０４の全面のそれぞれが照射される。それぞれの焦点箇所の形状、大きさおよび位置は、上記のように、それぞれ照射されたターゲット要素４８または９０〜１０４の形状、大きさおよび位置のみに依存しているので、それぞれ１つの完全に円形の焦点箇所が生じる。このようにして、本発明による装置３６では、電子線４６が原理的に望ましい大きな偏向角である場合にも、焦点箇所の形状、大きさおよび位置について高い精度が得られ、これによって、特に高い画質が得られる。
本発明による装置３６の機能は、以下のようなものである。
試料２を検査するために、この試料は、Ｘ線管のターゲット４２に対し、所望の拡大に応じて選択された間隔にホルダによって保持される。試料２の検査中、Ｘ線管３８と試料２と検出器４４とが互いに固定配置されている。
例えば、試料２の領域６６が検査された場合、電子線５６は、偏向手段によって最初にターゲット要素５４に向けられるので、電子が上記方法でターゲット要素５４に衝突した場合には、Ｘ線が発生され、このＸ線によって領域６６が貫通照射され、この結果、貫通照射画像５８が発生して検出器４４により記録される。断層合成法に必要な異なる貫通照射角を実現するために（図３を参照）、電子線５６は、次に、例えばターゲット要素５２、５０、４８に衝突するように偏向手段によって偏向され、この結果、貫通照射画像６０、６２、６４が発生する。
本発明によれば、電子線５６が、異なるターゲット要素に向けられることによって、Ｘ線源の位置が試料２のみに対して変更されるので、これにより、本発明によれば、Ｘ線源、試料２および検出器４４を機械的に移動させることなく、必要な異なる貫通照射角を実現可能である。コイル装置による電子線５６の偏向、したがって、一方のターゲット要素から他方のターゲット要素への移行をほとんど時間遅延なしに行うことができるので、公知の断層合成装置では達成不可能な非常に高い速度で、試料２を検査できる。さらに、質量を有する構成部分を移動させることなく、必要な異なる貫通照射角を実現できるので、本発明による装置３６の構造は、さらに、特に簡単になり、これによって、特に安価で頑丈になる。
検出器４４によって記録された貫通照射画像の評価は、当業者に一般に知られている方法で、コンピュータ断層合成および画像処理のアルゴリズムによって行われ、したがって、本明細書においては詳細に説明しない。
これにより、本発明によれば、電子線をターゲット要素の１つに向けることによって、Ｘ線管３８の焦点箇所が位置決めされる。図１６には、４つの部分Ａ、Ｂ、ＣおよびＤに分割された試料２に関する対応する焦点箇所の配置順序が示されている。図示されている実施形態において、焦点箇所のそれぞれが円軌道に沿って位置決めされることが図１６から明らかである。
図１７は、図１６による試料２の部分Ａに関する焦点箇所の配置順序で得られたＸ線画像シーケンスを示している。図１７には、試料の焦点箇所の近傍の面の細部が、頭部に位置する黒色の三角形で示されており、一方、試料２の焦点箇所から離れた面の細部が、灰色の六角形で示されている。このように記録された貫通照射画像の評価により、図２に基づく上記方法で、断層合成および画像処理のアルゴリズムによって、試料２内の欠陥を突き止めることが可能になる。
図１８は、一例として、代替的な焦点箇所の配置順序を示している。この場合、図１８の左側には、焦点箇所の蛇行状の配置が示されており、図１８の中央には、焦点箇所の螺旋状の配置が示されており、また図１８の右側には、焦点箇所の直線状の配置が示されている。
多層プリント基板の概略断面図である。 従来技術によるＸ線断層合成法によって検査中の多層プリント基板の概略断面図である。 従来技術による他の断層合成法によって検査中の多層プリント基板の概略断面図である。 本発明による断層合成装置の実施形態の概略斜視図である。 検査すべき試料と検出器との間の第１の間隔にある場合の図４による装置の概略側面図である。 試料と検出器との間の第２の間隔にある場合の図４による装置の概略側面図である。 ターゲット要素の領域内における図４による装置のターゲットの断面図である。 ターゲット要素の領域内における図４の装置のターゲットの断面図である。 ターゲット要素の領域内の図７によるターゲットの平面図である。 本発明による装置のターゲットの代替実施形態の断面図である。 図１０によるターゲットの平面図である。 図１１のターゲットの平面図である。 図１１のターゲットの別の平面図である。 種々の空間位置における粒子線の照射断面の変形を示した図面である。 電子線を照射した場合の図４による装置のターゲットの代替実施形態の平面図である。 図４による装置の焦点箇所の配置順序を示した概略図である。 図１６による焦点箇所の配置順序によって発生された貫通照射画像の概略図である。 例えば、代替的な焦点箇所の配置順序を示した概略図である。
符号の説明
２ 多層プリント基板
４ 異なる面
６ 異なる面
８ 半田ボール
１０ 半田ボール
１２ 気泡
１４ 気泡
１５ 焦点箇所
１６ 焦点箇所の面
１８ 貫通照射画像
２０ 貫通照射画像
２２ 検出器面
２４ 貫通照射画像
２６ 貫通照射画像
２８ 矢印
３０ 矢印
３２ 矢印
３４ 矢印
３６ 装置
３８ Ｘ線管
４０ 真空引きされるハウジング
４２ ターゲット
４４ Ｘ線感受性検出器
４６ 支持要素
４８ ターゲット要素
５０ ターゲット要素
５２ ターゲット要素
５４ ターゲット要素
５６ 電子線
５８ 貫通照射画像
６０ 貫通照射画像
６２ 貫通照射画像
６４ 貫通照射画像
６６ 領域
６８ 他の領域
７０ 貫通照射画像
７２ 貫通照射画像
７４ 貫通照射画像
７５ 面
７６ 支持要素
７８ 制動容量
８０ 断面
８０’ 断面
８０” 断面
８０’’’ 位置
８２ Ｘ線フィルタ
８４ Ｘ線
８６ Ｘ線
８８ 歪んだ断面
９２ ターゲット要素
９４ ターゲット要素
９６ ターゲット要素
９８ ターゲット要素
１００ ターゲット要素
１０２ ターゲット要素
１０４ ターゲット要素
Ａ 焦点箇所の配置順序
Ａ１ 位置
Ａ２ 位置
Ｂ 焦点箇所の配置順序
Ｂ１ 位置
Ｂ２ 位置
Ｃ 焦点箇所の配置順序
ｄＥ 直径
ｄＥ１ 直径
ｄＥ２ 直径
ｄＭ 直径
ｄＸ１ 直径
ｄＸ２ 直径
Ｄ 焦点箇所の配置順序
Ｄ１ 間隔
Ｄ２ より大きな間隔

Claims (15)

  1. Ｘ線断層合成用の装置であって、
    荷電粒子がターゲット（４２）に衝突した場合に、検査すべき試料（２）を貫通照射するＸ線を放射する前記ターゲット（４２）に、前記荷電粒子の粒子線を向けるための手段を有するＸ線断層合成用の装置において、
    前記ターゲット（４２）が少なくとも１つの支持要素（４６）を備え、該少なくとも１つの支持要素には、前記支持要素（４６）をそれぞれ部分的にのみ覆う互いに離間した複数のターゲット要素（４８〜５４）が配置されていること、および、
    粒子線が前記ターゲット要素（４８〜５４）に衝突するように偏向可能である偏向手段が設けられていることを特徴とするＸ線断層合成用の装置。
  2. 前記偏向手段が、少なくとも１つのコイルまたはコイル装置および／または少なくとも１つの静電気偏向装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 粒子線を発生させるための粒子源が、少なくとも前記試料の貫通照射中に、前記試料（２）を検査した後にＸ線を検出するための検出器（４４）に対して固定配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
  4. 前記検査すべき試料（２）用のホルダが、少なくとも前記試料の検査中に、前記粒子源および／または前記検出器（４４）に対して固定配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 前記ターゲット（４２）の平面図の前記ターゲット要素（４８〜５４）が、本質的に同一の輪郭を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
  6. 前記ターゲットの前記平面図の前記ターゲット要素（４８〜５４）が、本質的に円形に限定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 前記ターゲット（４２）が透過ターゲットとして形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
  8. 粒子線が、ターゲット要素（４８〜５４）に向けられた場合に、該ターゲット要素の全面を常に照射すべく、粒子線の断面が、前記ターゲット要素（４８〜５４）のそれぞれの断面よりも大きくなるように選択されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
  9. 粒子線が、予め設定されているかまたは予め設定可能な順序で個々のまたは全ての前記ターゲット要素（４８〜５４）を照射して、前記照射されたターゲット要素（４８〜５４）が、予め設定されているかまたは予め設定可能な順序に応じてＸ線を放射するように、前記偏向手段を制御可能である制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
  10. 粒子線が前記ターゲット要素（４８〜５４）のそれぞれ１つのみを照射するように、前記制御手段が前記偏向手段を制御することを特徴とする請求項９に記載の装置。
  11. 少なくとも２つのターゲット要素（４８〜５４）が、粒子線によって同時に照射されるように、前記制御手段が前記偏向手段を制御することを特徴とする請求項９に記載の装置。
  12. 前記支持要素（４６）が、少なくとも部分的に支持材料からなり、該支持材料の熱伝導率が、≧１０Ｗ／（ｃｍｘＫ）、好ましくは、≧２０Ｗ／（ｃｍｘＫ）であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
  13. 前記支持材料が、ダイヤモンドであるかまたはダイヤモンドを含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
  14. 前記支持材料が、導電性を向上させるためにドープされていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
  15. 前記ターゲットがフィルタ（８２）を備え、該フィルタが、前記ターゲット要素（４８〜５４）内に発生されたＸ線を透過させ、また前記支持要素（４６）内に発生されたＸ線を少なくとも部分的に遮断することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
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