JP2014240804A

JP2014240804A - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP2014240804A
Application number: JP2013123795A
Authority: JP
Inventors: 悟郎神戸; Goro Kobe
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2014-12-25

Abstract

【課題】観察ステージの平坦度や鉛直軸方向に対する直交度が高精度でなくても、観察ステージを水平方向へ任意に移動させた際に、常に正確かつ一定の拡大率の透視像を得ることのできるＸ線検査装置を提供する。
【解決手段】水平のｘ，ｙ軸方向および鉛直のｚ軸方向に移動する観察ステージ１を備え、その上下にＸ線源２とＸ線検出器３を設けたＸ線検査装置において、観察ステージ１のｘ，ｙ軸方向への各位置におけるｚ軸方向への補正量をあらかじめ測定して記憶する補正量記憶手段２８を備え、その補正量記憶手段２８の内容に従い、観察ステージ１をｘ，ｙ軸方向に移動させたときにその刻々の位置に応じて当該観察ステージ１を自動的にｚ軸方向に移動させることで、観察ステージ１のサンプル搭載面の誤差を補正し、ｘ，ｙ軸方向の任意の位置で同一の透視拡大率を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物にＸ線を照射してその物品の透視検査を行うＸ線検査装置に関する。

検査対象物にＸ線を照射して得られるＸ線透視像から、その対象物の内部欠陥や構造などを検査するＸ線検査装置においては、一般に、図３に模式的に示すように、検査対象物であるサンプルＳを搭載する観察ステージ３１を挟んでその上下にＸ線源３２とＸ線検出器３３を配置した構造が多用されている（例えば特許文献１参照）。

観察ステージ３１は、移動機構により水平２軸（ｘ，ｙ軸）方向および鉛直軸（ｚ軸）方向に移動させることができ、観察ステージ３１をｘ，ｙ軸方向に移動させることによって透視の視野中心を随意に変化させることができるとともに、ｚ軸方向に移動させることによって、透視拡大率を変化させることができる。したがって、Ｘ線検出器３３の出力を用いて構築されるサンプルＳのＸ線透視像は、観察ステージ３１のｚ軸方向位置に応じた拡大率で、観察ステージ３１のｘ，ｙ軸方向の位置に応じた視野中心の透視像となる。

特開２０１２−００２６９６号公報

ところで、図３に例示したようなＸ線検査装置を用いて、サンプルＳの各部位を透視視野の中心に位置させて正確な拡大率で観察したり、あるいは、観察ステージ３１上の任意の位置にサンプルＳを搭載してその位置を視野中心に移動させたときに、常に同じ拡大率の透視像を得るためには、観察ステージ３１の表面の平坦度と、ｚ軸に対する直交度とを精密に調整する必要がある。

すなわち、図３において、透視拡大率Ｍは、Ｘ線源３２のＸ線焦点３２ａとＸ線検出器３３とのｚ軸方向距離Ａと、同じくＸ線焦点３２ａと観察対象部位Ｓａとのｚ軸方向距離ＢからＭ＝Ａ／Ｂで算出することができる。しかしながら、図４（ａ）の正面図、図４（ｂ）の右側面図において二点鎖線で概念的に示すように、観察ステージ３１のサンプル搭載面のｚ軸に対する直交度が悪い場合、観察ステージ３１をｘ，ｙ軸方向に移動させることにより、その視野中心上でのＸ線焦点３２ａからの距離、つまり図３にＢで示した距離が変化する。その結果、観察ステージ３１上へのサンプルＳの搭載位置を相違させてそれぞれにおいてサンプルＳを視野中心に移動させて観察したときには、それぞれの観察時におけるサンプルＳの透視像の拡大率が相違することになる。あるいは、比較的大きなサンプルＳの複数部位を局所的に拡大透視するに当たり、観察すべき部位を順次視野中心上に移動させたときに、それぞれの部位の拡大率が相違することになる。なお、このことは、観察ステージ３１の平坦度の精度が低い場合も同じである。

このような問題は、観察ステージのサンプル搭載面の平坦度並びにｚ軸に対する直交度を精密に調整することにより解決することができるが、観察ステージをそのように高い精度で組立・調整することは、高精度の部品を要するとともに、高度な組立技術と工数の増加を要するため、装置が高価なものとなるという問題が生じる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、高度な組立技術を用いて高精度に組立・調整した観察ステージを必要とせず、安価な構成のもとに、観察ステージを水平方向へ任意に移動させても常に正確な一定の拡大率の透視像を得ることのできるＸ線検査装置の提供をその課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明のＸ線検査装置は、サンプル搭載面を有する観察ステージと、その観察ステージを上記搭載面に沿う平面方向であって直交する２軸で規定される平面である２軸方向のｘ，ｙ方向およびそれらに直交するｚ方向に移動させるステージ駆動機構と、上記観察ステージを挟んでｚ軸方向で対向配置されたＸ線源およびＸ線検出器と、そのＸ線検出器の出力に基づくサンプルのＸ線透視像を表示する表示器を備えたＸ線検査装置において、上記観察ステージのｘ，ｙ軸方向への各位置におけるｚ軸方向への上記サンプル搭載面に関する補正量を記憶する補正量記憶手段と、その補正量記憶手段の内容に従い、上記観察ステージをｘ，ｙ軸方向に移動させたときに、その刻々の位置に応じて当該観察ステージを自動的にｚ軸方向に移動させるｚ軸位置補正手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記観察ステージをｚ軸方向所定位置に位置決めした状態で、当該観察ステージ上の所定位置に寸法既知の物体を搭載して透視視野の中心に移動させて透視像を採取し、その透視像の大きさと上記観察ステージのｚ軸方向位置とから、そのｘ，ｙ軸方向位置での観察ステージの上記サンプル搭載面のｚ軸方向位置の誤差量を算出する誤差量算出手段と、上記寸法既知の物体の上記観察ステージ上への搭載位置を変化させて上記動作を実行することにより得た観察ステージの複数のｘ，ｙ軸方向位置での各ｚ軸方向の誤差量の算出結果から、上記観察ステージのｘ，ｙ軸方向全位置でのｚ軸方向への補正量を決定する補正量演算手段を有し、上記補正量記憶手段は、その補正量演算手段により演算された補正量を記憶する構成（請求項２）を好適に採用することができる。

本発明は、観察ステージのｘ，ｙ軸方向各位置で、ｚ軸方向への本来位置からのずれ量をあらかじめ測定して記憶しておき、観察ステージのｘ，ｙ軸方向位置に対応して記憶したずれ量を補正することで、課題を解決しようとするものである。

すなわち、観察ステージのｘ，ｙ軸方向への各位置におけるｚ軸方向への本来位置からのずれ量をあらかじめ測定し、その量をｘ，ｙ軸方向位置ごとの補正量として補正量記憶手段に記憶しておき、観察ステージのｘ，ｙ軸方向への移動時に自動的に記憶している補正量分をｚ軸方向に移動させる。これにより、平坦度やｚ軸に対する直交度が多少悪くても、観察ステージをｘ，ｙ軸方向任意の位置に移動させたときにその各位置においてサンプル搭載面のｚ軸方向位置は不変となり、拡大率が変化することはない。

補正量記憶手段にｘ，ｙ軸方向各位置における補正量を記憶させる手法は特に限定されるものではないが、請求項２に係る発明のように、観察ステージのｘ，ｙ軸方向全位置における補正量を求めて補正量記憶手段に記憶させる機能を持たせることができる。すなわち、請求項２に係る発明では、観察ステージの所定位置に寸法既知の物体を搭載し、これを透視視野の中心（Ｘ線光軸）上に移動させたときの透視像を採取し、実際の拡大率と理論的な拡大率とから、そのｘ，ｙ軸方向位置での観察ステージのｚ軸方向位置誤差を算出する誤差量算出手段を備えている。また、これを複数のｘ，ｙ軸方向位置で行って算出した各ｚ軸方向位置誤差を用いて、例えば補完的に全ｘ，ｙ軸方向位置での誤差量を求め、その各誤差量を補正量として補正量記憶手段に記憶させる補正量決定手段を備えることで、補正量記憶手段への各補正量の記憶動作を容易化することを可能としている。

本発明によれば、観察ステージの平坦度やｚ軸に対する直交度を高精度化することなく、したがって安価な構成のもとに、サンプルの各部位を透視視野の中心へ位置させて、常に正確かつ一定の拡大率で観察したり、あるいは、観察ステージ上の任意の位置にサンプルを搭載してその位置を視野中心に移動させたときに、常に同一かつ正確な拡大率の透視像を得ることを実現することができる。

本発明の機械的構成を表す模式図と機能的構成を表すブロック図とを併記して示す要部構成図。本発明においてｚ軸補正量を求める際の動作説明図であって、（ａ）は観察ステージ１上への寸法既知物体Ｑの搭載位置の説明図、（ｂ）は各搭載位置で得られる物体ＱのＸ線透視像を例示する説明図。一般的なＸ線検査装置のＸ線源とＸ線検出器、および観察ステージの位置関係を表す模式図。観察ステージのサンプル搭載面のｚ軸に対する直交度を概念的に示す図。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１に本発明の実施の形態の要部構成図を示す。なお、機械的構成を表す模式図と要部の機能的構成を表すブロック図とを併記して示している。

観察ステージ１の下方および上方に、当該観察ステージ１を挟んで互いに対向するようにＸ線源２とＸ線検出器３が設けられている。観察ステージ１は、ｘ軸駆動機構１１、ｙ軸駆動機構１２およびｚ軸駆動機構１３の駆動により、水平面上で互いに直交するｘ，ｙ軸方向と、鉛直のｚ軸方向の３軸方向に移動するように構成されている。ｘ軸駆動機構１１、ｙ軸駆動機構１２およびｚ軸駆動機構１３は、それぞれパルスモータをアクチュエータとし、その駆動信号はｘ軸駆動回路１４、ｙ軸駆動回路１５およびｚ軸駆動回路１６から供給される。これらのｘ軸駆動回路１４、ｙ軸駆動回路１５およびｚ軸駆動回路１６は、軸制御部２０の制御下に置かれている。

なお、本実施形態のｘ軸とｙ軸とｚ軸は設計上はそれぞれ互いに直交しており、さらに、実際の組立精度上においても観察ステージ表面のｚ軸に対する直交度と比較してそれより良い精度で互いに直交しているものとする。また、ｘ軸とｙ軸で規定される平面とｚ軸との直交度が仮に悪いとしても、ｘ軸とｙ軸で規定される平面と観察ステージのサンプル搭載面が平行でない場合について本発明は有効に効果を発揮する。

そして、本実施形態では、サンプル搭載面である試料ステージ１の表面は、わずかに傾いたり凹凸があるなどしてｘ軸とｙ軸で規定される平面と完全に平行ではないものとして説明する。

軸制御部２０には、操作部２１から指令信号が供給される。操作部２１はキーボードやマウス、ジョイスティック等からなり、オペレータの操作により観察ステージ１のｘ，ｙ，ｚ軸方向への移動指令を与えることができる。また、この操作部２１の操作により後述するｚ軸補正量を求めるルーチンの実行指令や、その際に用いる物体Ｑ（図示せず）の寸法の設定等を行うことができる。

前記したＸ線検出器３の出力は画像データ取込回路２２によって取り込まれ、表示制御部２３を介して表示器２４にＸ線透視像として表示される。画像データ取込回路２２により取り込まれたデータは、また、後述するｚ軸補正量を求めるルーチンを選択したときに画像処理部２５に取り込まれる。そのｚ軸補正量を求めるルーチンでは、画像処理部２５の出力がｚ軸位置誤差量算出部２６に送られ、さらにｚ軸補正量演算部２７により観察ステージ１のｘ，ｙ軸方向全位置におけるｚ軸補正量が決定され、ｚ軸補正量記憶部２８に格納される。このｚ軸補正量を求めるルーチンの詳細については後述する。

通常の透視検査を行う際には、操作部２１の操作により観察ステージ１をｘ，ｙ軸方向に移動させたときの時々刻々のｘ，ｙ軸方向位置、つまりｘ，ｙ座標がｚ軸補正部２９に送られる。ｚ軸補正部２９では、その刻々の位置に対応するｚ軸補正量をｚ軸補正量記憶部２８から読み出し、その量だけ観察ステージ１をｚ軸方向に移動させるようにｚ軸駆動回路１６に制御信号を供給して、観察ステージ１を自動的にｚ軸方向へ移動させる。

次に、観察ステージ１のｚ軸補正量を求めるルーチンについて詳述する。
図２はｚ軸補正量を求める際の動作説明図であり、図２（ａ）は観察ステージ１上への寸法既知物体Ｑの搭載位置の説明図で、図２（ｂ）は各搭載位置で得られる物体ＱのＸ線透視像の例の説明図である。

まず、例えばＪＩＭＡチャートなどの寸法既知物体Ｑを用意し、図２（ａ）に示すように観察ステージ１上のＰ１〜Ｐ５で示す位置、すなわち、四隅と中心の計５箇所のいずれか、例えばＰ１に搭載する。その状態で物体Ｑが透視視野の中心に位置するように観察ステージ１をｘ，ｙ軸方向に移動させ、物体Ｑの透視像を取り込む。次いで物体Ｑを位置Ｐ２に移動させ、上記と同様にその状態での物体Ｑを透視視野の中心に位置するように観察ステージ１をｘ，ｙ軸方向に移動させ、物体Ｑの透視像を取り込む。残る各位置Ｐ３〜Ｐ５についても上記と同様の処理を順次実行する。

各位置Ｐ１〜Ｐ５において取り込んだ物体Ｑの透視像は、図２（ｂ）に概念的に示すように、観察ステージ１の平坦度やｚ軸に対する直交度の精度に起因して、Ｘ線焦点２ａとＸ線検出器３との距離Ａと、Ｘ線焦点２ａと観察ステージ１の表面との距離Ｂとから算出される理論的な拡大率Ｍとは異なる拡大率Ｍ’を呈する位置が存在する。物体Ｑを用いた上記の動作において、距離Ａは不変であり、理論的拡大率Ｍと相違する実際の拡大率Ｍ’が得られる原因は距離Ｂが相違するからにほかならない。つまり、実際の拡大率Ｍ’が判れば距離Ｂについての誤差量が判ることになる。

ｚ軸補正量を求めるルーチンでは、物体Ｑの観察ステージ１上への搭載位置をＰ１〜Ｐ５に変更してＸ線透視像を採取するごとに、画像処理部２５で物体ＱのＸ線透視像の大きさを求める。ｚ軸位置誤差量算出部２６では、画像処理部２５で求めたＸ線透視像の大きさに基づく実際の拡大率と、理論的に求められる拡大率とを用いて、各位置Ｐ１〜Ｐ５におけるｚ軸の誤差量を算出する。このようにして求めた各位置Ｐ１〜Ｐ５でのｚ軸方向への誤差量は、ｚ軸補正量演算部２７における近似演算により、観察ステージ１の全ての位置におけるｚ軸位置誤差量の補完演算に供される。この各ｚ軸位置誤差量は、観察ステージ１上の各位置（ｘ，ｙ座標）に物体Ｑを搭載して視野中心に移動させたときに、理論的に計算される拡大率Ｍを得るために必要なｚ軸方向への補正量の大きさを表すものであり、その各位置で要する補正量は、ｚ軸補正量記憶部２８に格納される。

以上のｚ軸補正量を求めるルーチンによりｚ軸補正量記憶部２８に観察ステージ１上の各ｘ，ｙ座標上の補正量を記憶した後には、観察ステージ１をｘ，ｙ軸方向に移動させるときに、その刻々のｘ，ｙ軸方向位置が軸制御部２０からｚ軸補正部２９に送られ、このｚ軸補正部２９では、ｚ軸補正量記憶部２８からその刻々のｘ，ｙ軸方向位置に応じた補正量を読み出し、該当の補正量分だけの駆動指令をｚ軸駆動回路１６に対して与え、観察ステージ１を自動的にｚ軸方向に微動させる。

以上の実施の形態によると、観察ステージ１のサンプル搭載面の平坦度やｚ軸に対する直交度の精度が良くなくても、各ｘ，ｙ軸方向位置におけるｚ軸方向への誤差分が自動的に補正されるので、観察ステージ１をｘ，ｙ軸方向に随意に移動させても、その各位置において透視像の拡大率が変化することはない。

なお、以上の実施の形態においては、観察ステージ１の各ｘ，ｙ軸方向位置におけるｚ軸方向への補正量をＸ線透視装置自体が計算して記憶する例を示したが、本発明はこれに限定されることなく、各ｘ，ｙ軸方向位置におけるｚ軸方向への補正量を、上記した物体Ｑを用いた動作並びに各計算を人手により行ってｚ軸補正量記憶部２８に書き込んでも良いことは勿論である。また、ｚ軸は鉛直方向に限定されることはなく、例えば水平方向にｚ軸があるような配置としても良い。

１観察ステージ
２Ｘ線源
３Ｘ線検出器
１１ｘ軸駆動機構
１２ｙ軸駆動機構
１３ｚ軸駆動機構
１４ｘ軸駆動回路
１５ｙ軸駆動回路
１６ｚ軸駆動回路
２０軸制御部
２１操作部
２２画像データ取込回路
２３表示制御部
２４表示器
２５画像処理部
２６ｚ軸位置誤差量算出部
２７ｚ軸補正量演算部
２８ｚ軸補正量記憶部
２９ｚ軸補正部
Ｓサンプル
Ｑ寸法既知物体

Claims

サンプル搭載面を有する観察ステージと、その観察ステージを前記サンプル搭載面に沿う平面方向であって直交する２軸で規定される平面である２軸方向のｘ，ｙ方向およびそれらに直交するｚ方向に移動させるステージ駆動機構と、上記観察ステージを挟んでｚ軸方向で対向配置されたＸ線源およびＸ線検出器と、そのＸ線検出器の出力に基づくサンプルのＸ線透視像を表示する表示器を備えたＸ線検査装置において、
上記観察ステージのｘ，ｙ軸方向への各位置におけるｚ軸方向への上記サンプル搭載面に関する補正量を記憶する補正量記憶手段と、その補正量記憶手段の内容に従い、上記観察ステージをｘ，ｙ軸方向に移動させたときに、その刻々の位置に応じて当該観察ステージを自動的にｚ軸方向に移動させるｚ軸位置補正手段を備えていることを特徴とするＸ線検査装置。
上記観察ステージをｚ軸方向所定位置に位置決めした状態で、当該観察ステージ上の所定位置に寸法既知の物体を搭載して透視視野の中心に移動させて透視像を採取し、その透視像の大きさと上記観察ステージのｚ軸方向位置とから、そのｘ，ｙ軸方向位置での観察ステージの上記サンプル搭載面のｚ軸方向位置の誤差量を算出する誤差量算出手段と、上記寸法既知の物体の上記観察ステージ上への搭載位置を変化させて、上記動作を実行することにより得た観察ステージの複数のｘ，ｙ軸方向位置での各ｚ軸方向の誤差量の算出結果から、上記観察ステージのｘ，ｙ軸方向全位置でのｚ軸方向への補正量を決定する補正量演算手段を有し、上記補正量記憶手段は、その補正量演算手段により演算された補正量を記憶することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。