JP3608736B2 - X線透視検査装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高密度に実装された基板における内部を、X線を照射して透視することで検査するX線透視検査装置に関し、特に、基板内部の欠陥の発見を容易にするために上下動、前後左右動及び揺動を行う、X線透視検査装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体検査装置として、例えば高密度に実装された基板における内部を検査するに、X線を照射して透視するX線透視検査装置が用いられている。
かかるX線透視検査装置では、通常、X線発生手段からのX線照射中心線上にCCDカメラの中心線を合わせるように設置しているが、前記中心線上に障害物が存在すると、この障害物によって前記X線が遮られて観察が妨げられるので、かかる箇所を観察するには、斜め方向からX線を照射して観察するようにしている。
その際、X線発生手段から放射状にX線が照射され、照射範囲である120度の円錐形の範囲内では、中央部と周辺部とで、その強度はあまり変わりがないことが解っているので、斜め方向からX線を照射して観察する場合には、X線発生源を中心に、CCDカメラ、またはX線発生手段のいずれかを回転させればよいことになる。
【0003】
そこでこれまでのX線透視検査装置としては、X線発生手段を固定してCCDカメラを、X線発生源を中心に旋回する方法と、X線発生手段と試料台とを同時に、X線発生源を中心に揺動させる方法が採用されてきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者のCCDカメラを旋回させる方法では旋回半径が大きいので、装置全体が大型化する欠点がある。
一方、後者のX線発生手段と試料台とを同時に揺動する方法では、X線発生手段と試料台との揺動はその機構上、駆動装置を別個にしなければならず複雑化する。
また観察部分の倍率はX線発生源から観察部までの距離とX線発生源からCCDカメラまでの距離の比率によって決まるので、X線発生手段を回転する場合には、試料とX線発生手段の干渉を防ぐために試料台も同時に回転するのが倍率を大にするには効果的であるという観点に至った。
本発明は以上のような背景から提案されたものであって、X線発生手段と試料台とを同期的に前後左右動及び揺動を行う方式としたことで、機構を単純化することができ、しかも装置の小型化が可能なX線透視検査装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明では、請求項1において、装置箱体に、X線発生手段と、検査すべき試料を載置した試料支持手段とを、同期的に同角度同方向に連動揺動可能に支持した連動揺動機構を設け、この連動揺動機構は、装置箱体に揺動可能に設けた取付台と、この取付台と所定距離離隔して前記装置箱体に揺動可能に設けた支持台と、これら取付台と支持台とを互いに平行に且つ揺動可能に連結した一対の支軸と、前記取付台と支持台との間において、前記一対の支軸に沿って昇降可能に且つ揺動可能に設けて、前記試料支持手段を取り付けた昇降台とを備え、前記取付台または支持台に、取付台と支持台の夫々の揺動中心を中心として、連動揺動させるための駆動機構を設け、前記昇降台を昇降機構により昇降調節する構成とし、前記駆動機構による連動揺動機構の作動下に、X線発生手段と、試料支持手段とを、同期的に同角度同方向に連動揺動させて前記試料支持手段上の試料にX線発生手段からX線を照射して装置箱体底側に配置した撮像手段によりX線透視像を得る構成としたX線透視検査装置を提案する。
また本発明では、請求項2において、前記昇降機構は、支持台または取付台に揺動可能に取り付けたモータと、モータ軸に連結したねじシャフトと、ねじシャフトに螺入するナットとを有し、このナットを前記昇降台に揺動可能に取り付けて前記ねじシャフトをナットを介して螺入すると共にねじシャフト先端を前記モータの取付箇所と対向する支持台または取付台に揺動可能に取り付ける構成としたX線透視検査装置を提案する。
また本発明では、請求項3において、前記X線発生手段は、X線発生源の中心と、取付台の中心と撮像手段中心とを結ぶ中心線に一致させるように取付台に取り付けて、X線照射中心軸を前記中心線に合わせるようにし、前記試料支持手段は前記昇降台に、前記中心線に試料をもたらすように取り付ける構成とし、前記X線照射中心軸に対し、第1の軸方向と第2の軸方向に位置決め調節する構成としたX線透視検査装置を提案する。
また本発明では、請求項4において、前記X線発生手段は、X線発生源の中心と、取付台の中心と撮像手段中心とを結ぶ中心線に一致させるように取付台に取り付けて、X線照射中心軸を前記中心線に合わせるようにし、前記試料支持手段は前記昇降台に、前記中心線に試料をもたらすように取り付ける構成とし、前記X線照射中心軸に対し、第1の軸方向と第2の軸方向に位置決め調節すると共に、X線照射中心軸を中心に回転位置決め調節する構成としたX線透視検査装置を提案する。
さらに本発明では、請求項5において、前記試料支持手段をX線照射中心軸を中心に回転位置決め調節する回転動作量に対応して、前記第1の軸方向および第2の軸方向に、夫々移動させて、試料上の観察点の位置を取付台の中心と撮像手段中心とを結ぶ中心線上にもたらすようにしたX線透視検査装置を提案する。
【0006】
請求項1によれば、試料支持手段を昇降機構により昇降調節して倍率を調節し、連動揺動機構における駆動手段により、支持台と取付台とを、取付台と支持台の夫々の揺動中心を中心として、連動揺動させ、さらに昇降台も連動揺動させることで、X線発生手段と試料支持手段とを同期的に同角度同方向に連動揺動させて、前記試料支持手段上の試料にX線発生手段からX線を適宜異なった角度方向から照射してX線透視像を捉えることができる。
【0007】
請求項2によれば、連動揺動機構を構成する支持台と取付台とを揺動範囲内で傾斜させても、昇降台を昇降機構により昇降させて、試料支持手段の倍率調節が可能である。
【0008】
請求項3によれば、X線照射中心軸に対して、検査すべき試料を第1軸または第2軸方向に位置決め調節することで、取付台の中心と撮像手段中心とを結ぶ中心線に試料の各所の観察目標点をもたらすことができ、検査の便に寄与することができる。
【0009】
請求項4によれば、X線照射中心軸に対して、検査すべき試料を第1軸または第2軸方向に位置決め調節すると共に、X線照射中心軸を中心に回転位置決め調節することで、取付台の中心と撮像手段中心とを結ぶ中心線に試料の各所の観察目標点をもたらすことができ、検査の便に寄与することができる。
【0010】
請求項5によれば、取付台と、支持台とを傾斜させることで同期的に昇降台を傾斜させても、試料支持手段をX線照射中心軸を中心に回転位置決め調節する回転動作量に対応して、前記第1の軸方向および第2の軸方向に、夫々移動させて、試料上の観察点の位置を取付台の中心と撮像手段中心とを結ぶ中心線上にもたらすことができる。
【0011】
【発明の実施の態様】
以下、本発明にかかるX線透視検査装置につき、一つの実施の態様を挙げ、添付の図面に基づいて説明する。
図1にX線透視検査装置1を示す。このX線透視検査装置1は、X線発生手段2と、試料Sを載置した試料支持手段3とを、同期的に同角度同方向に連動揺動させてなる連動揺動機構4を設けると共に、前記試料支持手段3を昇降調節する昇降機構5を設け、前記試料支持手段3を昇降機構5により昇降調節すると共に前記連動揺動機構4の作動下に、前記試料支持手段3上の試料SにX線発生手段2からX線を照射してX線透視像を得る構成としている。
すなわちX線透視検査装置1は、装置箱体6内の底部側に配置した撮像手段7と、この撮像手段7上方に、連動揺動機構4を構成する支持台8と、この支持台8上方に、一対の支軸9,9を介して揺動可能に支持した、X線発生手段2を載置してなる取付台10とを設けている。また、これら支持台8と取付台10との間において、前記支軸9,9をガイド軸として、支軸9,9に昇降台11を昇降可能に配置している。そしてこの昇降台11には、前記試料支持手段3を設け、前記X線発生手段2からのX線を前記試料支持手段3を介し前記試料Sを透過させ、前記撮像手段7において前記試料Sの透視像を得るようにしている。
【0012】
前記支持台8と取付台10とは、一対の支軸9,9と、回転軸受12を介して連結して4節平行リンク状に構成している(図2、図3参照)。
前記支持台8は、対向する端辺の中間箇所を前記装置箱体6に、水平方向に指向するピンPを回転軸とする軸受13,13を介して揺動可能に取り付けている。
一方、前記取付台10も、対向する端辺の中間箇所を前記装置箱体6に、水平方向に指向するピンPを回転軸とする軸受13,13を介して揺動可能に取り付けている。
そして前記支持台8の端辺の適所に、前記支持台8と取付台10とを、支持台8および取付台10中間箇所の軸受11を中心として揺動変位させるための駆動手段14の作動軸14aを取り付けている。
【0013】
前記昇降台11は、前記支持台8と取付台10との間において、一対の支軸9,9をガイドとして、直動案内軸受15を介し、支軸9,9に沿って昇降可能に装着している。この場合、前記直動案内軸受15は、昇降台11に対し、揺動可能に取り付けている。
そして前記昇降台11は、前記試料支持手段3を昇降調節する昇降機構5によって、所望の高さ位置に調節可能としている。
前記昇降機構5は、モータ5aとこのモータ5aに連結したねじシャフト5bと、ナット5cとによって構成している。前記モータ5aは、前記支持台8上に揺動可能に軸止めしてあり、前記ねじシャフト5bは、前記昇降台11を貫いて前記取付台10の下面に先端を揺動可能に軸止めしている。
前記ナット5cは、前記昇降台11に突設した取付部16に揺動可能に取り付けてあり、ナット5cを、前記ねじシャフト5bに螺入している。
【0014】
前記X線発生手段2は、周知の開放型X線管(図示省略)を採用したもので、X線発生源を、前記取付台10の中心から昇降台11の中心を介して支持台8下方の撮像手段7(ここではCCDカメラ)と一体のイメージインテンシファイアI.I.の中心を結ぶ中心線Oに合わせるように取付台10に設置している。また前記昇降台11の中心周囲は、後述する試料支持手段3を設置可能とすると共に、X線を透過可能なように開口している。
なお、図2に示すようにX線発生手段2が鉛直方向に支持された状態では、前記中心線Oと、X線発生源のX線の照射中心軸Zとは一致するようにしてあり、X線発生源から試料支持手段3を介して透過したX線は、支持台8下方の撮像手段7と一体のイメージインテンシファイアI.I.中心に、所定範囲に投影されるようになっている。
【0015】
次に前記試料支持手段3について説明する。
すなわち試料支持手段3は、詳細に図示はしないが、前記中心線Oを中心に、検査すべき試料Sを位置決め調節する、周知の回転テーブル17とX軸テーブル18とY軸テーブル19とで構成している。これら回転テーブル17とX軸テーブル18とY軸テーブル19は、いずれも中心箇所、所定範囲開口しており、夫々のいずれの位置決め動作時においても、X線の透過が可能なようにしている。
【0016】
前記回転テーブル17は、図示は省略するが昇降台11の中心周りに回転可能な駆動手段(例えばウオーム&ホイール)を備えている。回転テーブル17が昇降台11の中心を通る中心線O周りに回転することで、回転テーブル17上のX軸テーブル18およびY軸テーブル19とが連動回転する構成である。
【0017】
前記X軸テーブル18とY軸テーブル19とは、それぞれX軸移動用直動アクチュエータ、Y軸移動用アクチュエータ(図示省略)を備えている。
また前記Y軸テーブル19上には、検査すべき試料Sを載置するための試料台(図示省略)を載置するようにしている。
【0018】
かかる構成によって、前記試料支持手段3は、X軸方向、Y軸方向、およびα方向に試料台を位置決め調節すると共に、前記した昇降台11における昇降機構5によって中心線O(X線の照射中心軸Z)方向に調節可能としている。
なお、照射中心軸Z方向の調節は、試料Sの倍率に関係し、これら試料支持手段3における回転テーブル17とX軸テーブル18とY軸テーブル19、並びに昇降台11における昇降機構5への位置決め調節は、全て、外部に設置したオペレーション手段である、パソコンによって集中制御するようにしている(例えばパソコン本体に接続した、キーボード、ジョイスティック等の機構操作手段)。このパソコンには、所定の画像解析、計測等のソフトウェアの他、上記の試料支持手段3における試料台上の試料Sの位置決め制御、設定のためのソフトウェアを搭載している。
【0019】
ここで、試料支持手段3における試料台上の試料Sの位置決め制御するためのソフトウェアの一例を挙げて説明する。
試料Sの位置決め制御するためのソフトウェアの一例としては、試料Sにおける観察点を、常時、パソコンにおける表示部であるCRT中央に表示させるために、試料支持手段3をX線照射中心軸Zを中心に回転位置決め調節する回転動作に対応して、X軸テーブル18およびY軸テーブル19をそれぞれX軸、Y軸方向に位置決め調節する手順が設定されている。
【0020】
なおかかるソフトウェアは、このX線透視検査装置1の機構に基づいて設定している。
すなわち、X線発生手段2が鉛直方向に支持された状態では、前記中心線Oと、X線発生源のX線の照射中心軸Zとは一致するようにしてあり、X線発生源から試料支持手段3を介して透過したX線は、支持台8下方の撮像手段7と一体のイメージインテンシファイアI.I.中心に、所定範囲に投影されるようになっているので、X線発生手段2が鉛直方向に支持された状態で、試料Sを観察するときは、X軸テーブル18およびY軸テーブル19をそれぞれX軸、Y軸方向に位置決め調節して、観察点を前記中心線Oに合わすことで、前記観察点をCRT中央に表示することができる(図4参照)。
【0021】
次に、前記観察点を今度は、斜め方向から観察するためにX線発生手段2および昇降台11と共に試料支持手段3を右方に傾けると(図5参照)、前記観察点はCRT中央から左方に移動する。もしこの移動量が大きいと、CRT上に表示されなくなる。
そこで、X軸テーブル18を操作して試料Sを移動し、前記中心線Oに合わすことで、前記観察点をCRT中央に表示することができる。なお、回転テーブル17の位置が当初の位置、すなわちY軸方向が取付台10の揺動中心軸と平行状態にあるときはX軸テーブル18のみの操作でよい。
【0022】
さらに今度は、回転テーブル17をα度回転させると、再び前記観察点はCRT中央から外れるので、X軸テーブル18およびY軸テーブル19をそれぞれX軸、Y軸方向に位置決め調節して、観察点を前記中心線Oに合わすことで、前記観察点をCRT中央に表示することとなる。この際の、X軸テーブル18およびY軸テーブル19の移動量は
X=−B(1−Cosα)……(1)
Y=−BSinα………………(2)
となる(ただし、B=Atanθ)。
ここでA:X線発生源から試料Sにおける観察点までの距離、B:回転テーブル17の位置が当初の位置、すなわちY軸方向が取付台10の揺動中心軸と平行状態にあるときの観察点の移動量、θ:X線発生手段2の傾斜角、α:回転テーブル17の回転角。
【0023】
以上のような本発明にかかるX線透視検査装置1において、昇降台11上の試料支持手段3における試料台に検査すべき半導体基板等の試料Sを載置し、運転開始でX線発生手段2のX線発生源であるX線管から、前記試料支持手段3における試料台上の試料Sに向かってX線が照射され、試料支持手段3を介し試料Sを透過したX線は、支持台8下方の撮像手段7と一体のイメージインテンシファイアI.I.に投影され、この透視像は撮像手段7から、パソコンにおける表示部であるCRT上に表示することができ、観測者は、これによって試料Sの内部を捉えることができる(図6参照)。
X線発生手段2が鉛直方向に支持された状態では、前記中心線Oと、X線発生源のX線の照射中心軸Zとは一致するようにしてあり、X線発生源から試料支持手段3を介して透過したX線は、支持台8下方の撮像手段7と一体のイメージインテンシファイアI.I.中心に、所定範囲に投影されるようになっているので、X線発生手段2が鉛直方向に支持された状態で、試料Sを観察するときは、X軸テーブル18およびY軸テーブル19をそれぞれX軸、Y軸方向に位置決め調節して、観察点を前記中心線Oに合わすことで、前記観察点をCRT中央に表示することができる(図4参照)。
【0024】
ここで、透視される像の倍率を調節するときは、ジョイスティックや、キーボードから指令を出し、昇降台11における昇降機構5のモータ5aを起動してねじシャフト5bを回転させ、ねじシャフト5b上のナット5cを移動させることで、前記昇降台11を昇降させて、試料支持手段3の高さ位置を調節すればよい。
【0025】
また、試料の比較的表層の箇所だけではなく、高密度に実装された基板におけるチップ部品の接合部等を透視するときは、様々な角度からX線を試料に照射することで前記接合部の透視像を捉えることができる。
そのためには、支持台8の端辺に連結した駆動手段14を起動する。駆動手段14を起動すると、支持台8と取付台10とは、4節平行リンク動作をなし、中間箇所の軸受13,13を中心として互いに同角度、傾斜する。これに伴って支持台8と取付台10との間の昇降台11も同角度、揺動変位する(図7、図8参照)。
すなわち、支持台8と取付台10とは、中間箇所の軸受11を中心として互いに同角度、傾斜するだけであるから、取付台10上のX線発生手段2のX線発生源であるX線管はぶれることはなく、前記X線管からのX線ビームは、照射中心軸Zがθ傾斜するだけであり、昇降台11上の試料支持手段3も同期して傾斜するので、試料支持手段3における試料台上の試料からX線が外れることはない。
【0026】
そして、上述のように試料支持手段3の傾斜によって試料Sにおける観察点を、CRT中央に表示するために、回転テーブル17の回転角に応じ、パソコンに設定された試料支持手段3における試料台上の試料Sの位置決め制御、設定のためのソフトウェアにおいて、B=Atanθ,X=−B(1−Cosα),Y=−BSinαの演算を行って、X軸テーブル18、およびY軸テーブル19の移動量を求めて、X軸テーブル18、およびY軸テーブル19を制御動作させることで、X軸テーブル18およびY軸テーブル19をそれぞれX軸、Y軸方向に位置決め調節して、観察点を中心線Oに合わすことで、前記観察点をCRT中央に表示することができる。
【0027】
以上のように、本発明のX線透視検査装置1では、X線発生手段2と試料支持手段3とを同期的に、同角度、揺動変位する機構を採用したことにより、機構を簡単化することができ、しかも、試料Sの観察点ずれを補正するためのソフトウェアも簡単化することができる。
【0028】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、X線発生手段と試料支持手段とを同期的に、同角度、揺動変位する連動揺動機構を採用したことにより、機構を単純化することができ、しかも装置の小型化が可能で、試料の観察点ずれを補正するためのソフトウェアも簡単化することができる。
【0029】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるX線透視検査装置の一つの実施の形態を示す、概略的な斜視説明図である。
【図2】図1に示すX線透視検査装置の側面図である。
【図3】図1に示すX線透視検査装置の平面図である。
【図4】図1に示すX線透視検査装置におけるX線発生手段と、試料支持手段との位置関係を示した、説明図である。
【図5】X線透視検査装置におけるX線発生手段と、試料支持手段とを傾斜させた際の観察点のずれを補正する説明のための線図である。
【図6】本発明にかかるX線透視検査装置の機構の作用を説明するための、模式的機構図である。
【図7】本発明にかかるX線透視検査装置の機構の作用を説明するための、模式的機構図である。
【図8】本発明にかかるX線透視検査装置の機構の作用を説明するための、模式的機構図である。
【符号の説明】
1 X線透視検査装置
2 X線発生手段
3 試料支持手段
4 連動揺動機構
5 昇降機構
5a モータ
5b ねじシャフト
5c ナット
6 装置箱体
7 撮像手段
8 支持台
9 支軸
10 取付台
11 昇降台
12 回転軸受
13 軸受
14 駆動手段
14a 作動軸
15 直動案内軸受
16 取付部
17 回転テーブル
18 X軸テーブル
19 Y軸テーブル
S 試料
P ピン
I.I. イメージインテンシファイア
Claims (5)
- 装置箱体に、X線発生手段と、検査すべき試料を載置した試料支持手段とを、同期的に同角度同方向に連動揺動可能に支持した連動揺動機構を設け、この連動揺動機構は、装置箱体に揺動可能に設けた取付台と、この取付台と所定距離離隔して前記装置箱体に揺動可能に設けた支持台と、これら取付台と支持台とを互いに平行に且つ揺動可能に連結した一対の支軸と、前記取付台と支持台との間において、前記一対の支軸に沿って昇降可能に且つ揺動可能に設けて、前記試料支持手段を取り付けた昇降台とを備え、前記取付台または支持台に、取付台と支持台の夫々の揺動中心を中心として、連動揺動させるための駆動機構を設け、前記昇降台を昇降機構により昇降調節する構成とし、前記駆動機構による連動揺動機構の作動下に、X線発生手段と、試料支持手段とを、同期的に同角度同方向に連動揺動させて前記試料支持手段上の試料にX線発生手段からX線を照射して装置箱体底側に配置した撮像手段によりX線透視像を得る構成としたことを特徴とするX線透視検査装置。
- 前記昇降機構は、支持台または取付台に揺動可能に取り付けたモータと、モータ軸に連結したねじシャフトと、ねじシャフトに螺入するナットとを有し、このナットを前記昇降台に揺動可能に取り付けて前記ねじシャフトをナットを介して螺入すると共にねじシャフト先端を前記モータの取付箇所と対向する支持台または取付台に揺動可能に取り付ける構成としたことを特徴とする請求項1記載のX線透視検査装置。
- 前記X線発生手段は、X線発生源の中心と、取付台の中心と撮像手段中心とを結ぶ中心線に一致させるように取付台に取り付けて、X線照射中心軸を前記中心線に合わせるようにし、前記試料支持手段は前記昇降台に、前記中心線に試料をもたらすように取り付ける構成とし、前記X線照射中心軸に対し、第1の軸方向と第2の軸方向に位置決め調節する構成としたことを特徴とする請求項1記載のX線透視検査装置。
- 前記X線発生手段は、X線発生源の中心と、取付台の中心と撮像手段中心とを結ぶ中心線に一致させるように取付台に取り付けて、X線照射中心軸を前記中心線に合わせるようにし、前記試料支持手段は前記昇降台に、前記中心線に試料をもたらすように取り付ける構成とし、前記X線照射中心軸に対し、第1の軸方向と第2の軸方向に位置決め調節すると共に、X線照射中心軸を中心に回転位置決め調節する構成としたことを特徴とする請求項1記載のX線透視検査装置。
- 前記試料支持手段をX線照射中心軸を中心に回転位置決め調節する回転動作量に対応して、前記第1の軸方向および第2の軸方向に、夫々移動させて、試料上の観察点の位置を取付台の中心と撮像手段中心とを結ぶ中心線上にもたらすようにしたことを特徴とする請求項4記載のX線透視検査装置。
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