JP4494026B2 - Ｘ線検査装置、ｘ線検査方法およびｘ線検査装置の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、所定のＸ線発生点から広がりながら進行するＸ線を発生させて対象試料に照射し、同対象試料を透過した透過Ｘ線を撮像して画像データを取得し、同画像データを用いて同対象試料についての測定処理を行うＸ線検査装置、Ｘ線検査方法およびＸ線検査装置の制御プログラムに関する。

従来、この種のＸ線検査装置は、対象試料を載置可能なステージと、ターゲットを密閉管内に設けた密閉管型のＸ線発生器と、ドットマトリクス状に設けられた多数のＣＣＤ素子を有するＸ線検出器とを備え、Ｘ線管とＸ線検出器の間にサンプル（対象試料）を配置してはんだ検査を行っている（例えば、特許文献１参照。）。ターゲットから発生したＸ線は、広がりながらステージの対象試料載置面に向かって進行し、対象試料を透過するので、Ｘ線管とＸ線検出器とサンプルの位置関係によって拡大率を変更することができる。ここで、密閉管型のＸ線発生器を用いているのは、Ｘ線を発生するターゲットが外気の影響を受けないようにさせて、発生したＸ線の広がり度合を安定させたり、Ｘ線の強度を安定させたりするためである。

Ｘ線検査装置において、撮像時の幾何学的倍率Ｍａｇは次式で表される。
Ｍａｇ＝Ｂ／Ａ
ただし、Ａは、Ｘ線発生器の焦点と被検査物体の間の距離
Ｂは、Ｘ線発生器の焦点と検出器の間の距離である。

検査対象が微小になると、幾何学的倍率を大きくする必要がある。例えば、１０μｍの半田を検査する場合、２００倍程度の幾何学的倍率が必要である。通常のシステムでは上式中のＢが３００ｍｍ程度であり、幾何学的倍率２００倍を得ようとする場合、Ａを１．５ｍｍとする必要がある。
特開２０００−２４９５３２号公報

ここで問題となるのはＸＹステージの平面度である。ステージの平面度は±１００μｍ程度が通常であり、この誤差により倍率は２００±１４倍の範囲で変動する。また、検査対象をＸ線検査装置にセットする際の浮きなどによっても倍率の変動は生じる。倍率が変化すると、検査対象が予め登録された位置と離れた位置に観察されるため、正しい検査が行えない。また、はんだの面積値計測結果に大きな誤差が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ステージの平面度や検査対象の浮きなどの影響を排除し、対象試料を安定してより精度よく測定することが可能なＸ線検査装置、Ｘ線検査方法およびＸ線検査装置の制御プログラムの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、対象試料を載置可能なステージと、所定のＸ線発生点から広がりながら進行する所定強度のＸ線を発生させて同ステージに載置された対象試料に照射するＸ線発生機構と、同対象試料を透過した透過Ｘ線を撮像して撮像画像に対応する画像データを取得する画像取得手段と、取得された画像データを用いて同対象試料についての測定処理を行う測定手段とを備えるＸ線検査装置であって、上記Ｘ線発生機構は、外気に開放された位置とされた所定のＸ線発生点から上記Ｘ線を発生させて上記ステージに載置された対象試料に照射する機構とされ、上記測定手段は、所定の標準画像を基準とした異なる複数の拡大率のそれぞれに対応した各対比用画像データと上記画像データとを対比して上記撮像画像と同標準画像とのパターンマッチングを行い、当該パターンマッチングの結果から上記撮像画像の拡大率を決定し、上記画像データを用いて同決定した拡大率に対応した上記測定処理を行うことを特徴とする。

すなわち、Ｘ線発生機構により所定のＸ線発生点から所定強度のＸ線が発生すると、このＸ線はＸ線発生点から広がりながら進行し、ステージに載置された対象試料を透過する。Ｘ線が広がりながら進行することにより、同対象試料を透過した透過Ｘ線は画像取得手段により拡大されて撮像され、拡大された撮像画像に対応する画像データが取得される。すると、測定手段により、同画像データと各対比用画像データとを対比することによるパターンマッチングが行われる。ここで、各対比用画像データは、所定の標準画像（基準画像）を基準とした異なる複数の拡大率のそれぞれに対応して設けられたデータとされている。そして、拡大率別に標準画像と撮像画像（以下、両画像とも記載）とのパターンマッチングが行われ、パターンマッチングの結果から撮像画像の拡大率が決定される。拡大率が決定されると、画像データを用いて同決定した拡大率に対応した測定処理が行われる。

Ｘ線発生機構として外気に開放された位置とされたＸ線発生点からＸ線を発生させる機構を用いているため、密閉管型のＸ線発生器を用いた場合よりも対象試料をＸ線発生点に近づけることができる。このため、より拡大率の大きい撮像画像を撮像して対象試料についての測定を行うことができる。
対象試料をＸ線発生点に近接した位置にすると、大きな拡大率の撮像画像を得ることが可能になる一方、Ｘ線の進行方向における対象試料の位置がばらつくと撮像画像の拡大率に大きなばらつきが生じることになる。また、Ｘ線発生点が外気に開放された位置とされると、外気の影響を受けてＸ線の進行方向における広がり度合にばらつきが生じることがある。ここで、上記測定手段が画像データと各対比用画像データとから両画像のパターンマッチングを行うので、Ｘ線の進行方向における対象試料の位置のばらつきやＸ線の広がり度合のばらつきにかかわらず精度良く拡大率が決定される。
以上により、拡大率の変動に応じて適切な拡大率が決定され、決定された拡大率に対応した検査処理が行われるので、正確に測定を行うことができる。従って、ステージの平面度や検査対象の浮きなどの影響を排除し、より拡大率の大きい撮像画像に基づく測定処理を行うことができ、対象試料についての測定が安定してより精度良く行われる。

上記対象試料は、様々なものが考えられ、例えばＢＧＡによって半田付けした基板であってもよいし、ＢＧＡ以外によって半田付けした基板であってもよいし、半田付けした基板以外のものであってもよい。
上記画像取得手段は、様々な構成が考えられる。例えば、Ｘ線イメージインテンシファイアを用い、Ｘ線をＸ線イメージインテンシファイア管で受け止めて可視化した後にＣＣＤで可視光を受光することにより透過Ｘ線を撮像し、対応する画像データを取得する構成とすることができる。むろん、Ｘ線フラットパネルセンサを用いて画像データを取得してもよい。
上記画像データは、多数の画素別とされた輝度値、明度値、等、様々なデータが考えられる。また、様々な階調数とすることができる。
上記対比用画像データは、多数の画素別とされた輝度値、明度値、等、様々なデータが考えられる。ここで、撮像画像の画像データを構成する画素の数と異なる画素数でもよいし、同じ画素数でもよい。また、撮像画像の画像データと異なる階調数でもよいし、同じ階調数でもよい。
各対比用画像データは、予め用意されたデータでもよいし、標準画像を表す画像データと拡大率とから各対比用画像データを生成して当該各対比用画像データとして用いるようにしてもよい。
標準画像を表す画像データは、予め用意されたデータでもよいし、対象試料の標準試料を撮像して得られる画像データでもよい。
上記測定処理は、例えば、半田バンプの良否を判定する処理、半田バンプの径を測定する処理、等、様々な構成が考えられる。

上記測定手段は、上記画像データと各対比用画像データとから上記複数の拡大率別に上記撮像画像と上記標準画像との一致度を算出し、算出した一致度が最大となった拡大率を、上記測定処理を行うための拡大率として決定する構成としてもよい。両画像との一致度が大きいほど撮像画像は標準画像に近い画像であるので、同一致度が最大となった拡大率は、実際の撮像画像の拡大率に最も近いものとなる。従って、対象試料についての測定がさらに精度良く行われる。

上記一致度は、様々な構成により算出することができる。例えば、二値化された対比用画像データを拡大率別に用意しておき、撮像画像の画像データを二値化し、当該画像データと対比用画像データとの二値化データが一致する画素の数を求め、求めた画素数を一致度とすることができるし、さらに、当該画素数を撮像画像の画像データの画素数で除した値を一致度とすることもできる。むろん、対比用画像データや撮像画像の画像データを多階調データとして一致度を算出することも可能である。

上記測定手段は、上記複数の拡大率別に上記撮像画像と上記標準画像との一致度を算出する際、一致度を算出する対象の拡大率について、同撮像画像と同標準画像とを対比させる位置を変えながら対比させた位置毎に上記画像データと各対比用画像データとから同撮像画像と同標準画像との位置別の一致度を算出し、算出した位置別の一致度のうち最大の一致度を同対象の拡大率についての一致度とする構成としてもよい。
Ｘ線の進行方向とは垂直な方向における対象試料の位置がばらつくと、撮像画像中の対象試料の位置にばらつきが生じることになる。ここで、上記測定手段は撮像画像と標準画像とを対比させる位置を変えながら対比させた位置毎に画像データと各対比用画像データとから同撮像画像と同標準画像との位置別の一致度を算出し、最大の一致度を対象の拡大率についての一致度とするので、Ｘ線の進行方向とは垂直な方向における対象試料の位置のばらつきを考慮した適切な一致度が算出され、精度良く拡大率が決定される。
以上により、適切な拡大率が決定され、決定された拡大率に対応した検査処理が行われるので、正確に測定を行うことができる。

また、上記拡大率別に設けられた対比用画像データは、各拡大率について上記ステージに載置された対象試料の異なる複数の位置別に設けられたデータとされ、上記測定手段は、上記複数の拡大率別に上記撮像画像と上記標準画像との一致度を算出する際、一致度を算出する対象の拡大率について、上記画像データと上記位置別に設けられた対比用画像データとから同撮像画像と同標準画像との位置別の一致度を算出し、算出した位置別の一致度のうち最大の一致度を同対象の拡大率についての一致度とする構成としてもよい。上記と同様にして、Ｘ線の進行方向とは垂直な方向における対象試料の位置のばらつきを考慮した適切な一致度が算出され、精度良く拡大率が決定される。

上記測定手段は、上記画像データを用いて、上記決定した拡大率、および、当該拡大率について算出した上記位置別の一致度が最大となった位置に対応した上記測定処理を行う構成としてもよい。撮像画像と標準画像とを対比させた位置のうち、撮像画像と標準画像との一致度が最も大きくなった位置に対応した測定処理が行われるので、対象試料についての測定がさらに精度良く行われる。

上記撮像画像は、上記Ｘ線の進行方向と直交する所定のＸ軸およびＹ軸とから形成されるＸＹ平面に平行な画像とされ、上記測定手段は、上記一致度を算出する対象の拡大率について、上記撮像画像と上記標準画像とを対比させる上記Ｘ軸方向の位置および上記Ｙ軸方向の位置を変えながら対比させた位置毎に上記画像データと各対比用画像データとから同撮像画像と同標準画像との位置別の一致度を算出し、算出した位置別の一致度が最大となったＸ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置、並びに、上記決定した拡大率、に対応した上記測定処理を行う構成としてもよい。撮像画像と標準画像との対比位置がＸ軸方向とＹ軸方向とに変えられるので、ＸＹ両軸方向について撮像画像と標準画像との一致度が最大となる位置に対応した測定処理が行われる。従って、対象試料についての測定がさらに精度良く行われる。

なお、上記ステージに載置された上記対象試料と上記Ｘ線発生点との間の距離は、密閉管型のＸ線発生器におけるＸ線発生点と密閉管との間の距離よりも短くされている構成としてもよい。すると、Ｘ線発生機構として密閉管型のＸ線発生器を用いた場合と比べて撮像画像の拡大率が大きくなり、対象試料についての測定をさらに精度良く行うことが可能となる。
上記パターンマッチングを行うことにより、ステージに載置された対象試料とＸ線発生点との間の距離を密閉管型のＸ線発生器におけるＸ線発生点と密閉管との間の距離よりも短くすることができるとも言える。従って、Ｘ線発生点を外気に開放された位置とするのと同時にパターンマッチングを行うことによって、初めて高精度の測定処理を行うことが可能となる。

ところで、上記測定手段は、所定の標準画像を基準とした異なる複数の拡大率のそれぞれに対応した各対比用画像データと上記画像データとを対比して上記撮像画像と同標準画像とのパターンマッチングを行い、当該パターンマッチングの結果から上記Ｘ線の進行方向における上記ステージに載置された対象試料の位置のばらつきおよび上記進行するＸ線の広がり度合のばらつきによる上記撮像画像の拡大率のずれを補償し、上記画像データを用いて補償後の拡大率に対応した上記測定処理を行う構成としてもよい。請求項１にかかる発明と同様の作用が得られ、密閉管型のＸ線発生器を用いた場合よりも対象試料をＸ線発生点に近づけることができるため、より拡大率の大きい撮像画像を撮像して対象試料についての測定を行うことができる。その際、拡大率の変動に応じて適切な拡大率が決定され、決定された拡大率に対応した検査処理が行われるので、正確に測定を行うことができる。従って、より拡大率の大きい撮像画像に基づく測定処理を行うことができ、対象試料についての測定がより精度良く行われる。
むろん、請求項２〜請求項６に記載した構成を請求項７に記載した構成に対応させることも可能である。

上述したＸ線検査装置は単独で実現される場合もあるし、ある方法に適用され、あるいは同方法が他の機器に組み込まれた状態で利用されることもあるなど、発明の思想としてはこれに限らず、各種の態様を含むものである。また、上記装置を用いて対象試料についての測定処理を行う方法にも本発明を適用可能である。従って、本発明はＸ線検査方法としても有効であり、請求項８にかかる発明においても、基本的には同様の作用、効果を有する。発明の思想の具現化例として、上記装置にて所定の制御プログラムを実行させる場合もある。そこで、請求項９に記載したプログラムでも、基本的には同様の作用、効果を有する。また、同プログラムを記録した媒体が流通し、同記録媒体からプログラムを適宜コンピュータに読み込むことが考えられるので、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としても適用可能であり、基本的には同様の作用、効果を有する。
むろん、請求項２〜請求項７に記載された構成を上記方法やプログラムや記録媒体に対応させることも可能である。

以上説明したように、請求項１、請求項７〜請求項９にかかる発明によれば、ステージの平面度や検査対象の浮きなどの影響を排除し、より拡大率の大きい撮像画像に基づく測定処理を行うことができるので、対象試料を安定してより精度よく測定することが可能となる。
請求項２〜請求項６にかかる発明によれば、対象試料についての測定をさらに精度良く行うことが可能となる。

以下、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）Ｘ線検査装置の構成：
（２）エネルギーサブトラクション処理：
（３）測定処理：
（４）第二の実施形態：
（５）第三の実施形態：
（６）第四の実施形態：
（７）まとめ：

（１）Ｘ線検査装置の構成：
図１に示すように、本発明の第一の実施形態にかかるＸ線検査装置は、Ｘ線撮像機構部１０とＸ線撮像制御部２０とから構成されている。Ｘ線撮像機構部１０は、Ｘ線発生器（Ｘ線発生機構）１１、Ｘ線検出器１３、Ｘ−Ｙステージ（対象試料を載置可能なステージ）１５を備えている。Ｘ線撮像制御部２０は、Ｘ線制御部２１、ステージ制御部２３、画像処理部２４、ＣＰＵ２５、出力部２６ａ、入力部２６ｂ、メモリ２７を備えている。

メモリ２７は、半導体メモリであるＲＯＭやＲＡＭから構成され、予め本発明のＸ線検査装置の制御プログラム２７ａやデフォルトデータがＲＯＭに記録されるとともに、Ｘ線検査の実施に際して用いられる対比用画像データ２７ｂや、Ｘ線を検出する度に生成される画像データ２７ｃや、その他のデータがＲＡＭに記録される。むろん、メモリの一部をハードディスクに置き換えてもよい。
Ｘ線制御部２１は、Ｘ線発生器１１に対する制御を行ってＸ線発生器１１にＸ線を生成させる。上記デフォルトデータとして記録された撮像条件データを参照してＸ線管に対する印加電圧，撮像時間等を取得することにより、Ｘ線発生器１１に流す管電流の電流量を制御しながら予め決められた撮像条件で駆動するようにＸ線発生器１１を制御する。

ステージ制御部２３は、Ｘ−Ｙステージ１５が接続されており、同Ｘ−Ｙステージ１５を水平のＸ，Ｙ２方向に移動させる制御を行う。Ｘ−Ｙステージ１５は、対象試料である半田付けされた基板３１を所定の複数箇所（例えば、Ｘ方向に複数箇所かつＹ方向に複数箇所）に載置して半田の厚み等を測定するために移動させることができる。ステージ制御部２３は、対象試料測定位置座標データをメモリ２７から取得して、データで示される座標にＸ−Ｙステージ１５を移動させる。

画像処理部２４は、Ｘ線検出器１３が接続されており、対象試料を透過した透過Ｘ線の強度に対応する輝度値（階調データ）をＸ線検出器１３から取得する。同輝度値は逐次データとしてメモリ２７に保存され、ドットマトリクス状とされた多数の画素からなる画像データ２７ｃとされる。

出力部２６ａはＣＰＵ２５での処理結果等を外部に出力するディスプレイであり、入力部２６ｂは利用者からの入力を受け付ける操作入力機器である。むろん、出力部２６ａをプリンタや音声出力器としてもよい。利用者は、入力部２６ｂを介して種々の操作入力を行うことができるし、ＣＰＵ２５の処理によって得られる種々の演算結果や計測データ、半田バンプの良否判定結果等を出力部２６ａからの表示により確認することができる。ＣＰＵ２５は、メモリ２７に記憶された制御プログラム２７ａに従って所定の演算処理を実行可能であり、入力部２６ｂ等によって利用者から検査指示等の操作入力を受け付けると制御プログラム２７ａを実行し、対象試料を測定する。

Ｘ線発生器１１は、Ｘ線制御部２１の制御に従ってＸ線管に電圧を印加して管電流を流し、流れる管電流の電流量に応じた強度のＸ線を生成する。そして、指示された時間、Ｘ線をステージ１５に向かって照射する。Ｘ線管に印加する電圧、Ｘ線管に流す管電流の電流量、Ｘ線の照射時間を所定の条件にすることにより、対象試料に所定強度のＸ線を照射することが可能である。

図２に示すように、Ｘ線発生器１１に設けられたＸ線管１１ａは開放管と呼ばれるタイプのＸ線管であり、アノード１１ｂとカソード１１ｃと電子レンズ１１ｄとターゲット１１ｅと絞り１１ｆを備えている。Ｘ線管１１ａに対する印加電圧によってカソード１１ｃから飛び出した電子は電子ビームとなってアノード１１ｂ方向に進行し、コイルからなる電子レンズ１１ｄおよび絞り１１ｆによって絞られてターゲット１１ｅの焦点（所定のＸ線発生点）１１ｅ１に衝突する。すると、焦点１１ｅ１でターゲット１１ｅ内の電子が励起され、励起された電子が低準位の軌道に遷移する際のエネルギーがＸ線として出射窓１１ｅ２から放射される。発生したＸ線は焦点１１ｅ１から進行方向に垂直な方向に広がりながら進行し、焦点１１ｅ１を頂点とした略円錐状に照射される。そして、ステージ１５に対象試料Ｓ１が載置されているとき、Ｘ線発生器１１は試料Ｓ１にＸ線を照射する。焦点の距離からＸ線検出器までの距離を一定とした場合、焦点と試料との距離が近いほど倍率が大きくなって大きなＸ線像を得ることができ、より高分解能のＸ線撮像画像を得ることができる。
ここで、焦点１１ｅ１から出射窓１１ｅ２までの距離をＦＷＤ、出射窓１１ｅ２から試料Ｓ１までの距離をＷＯＤ、焦点１１ｅ１からＸ線検出器１３の検出面１３ｅまでの距離をＦＤＤとすると、焦点１１ｅ１から試料Ｓ１までの距離ＦＯＤはＦＷＤ＋ＷＯＤとなり、検出面１３ｅでの幾何学的な拡大率はＦＤＤ／ＦＯＤとなる。なお、図では、試料Ｓ１の下面に測定対象の半田バンプがあるものとして、ＷＯＤとＦＯＤを試料Ｓ１の下面を基準とした距離としている。
そして、撮像画像の空間分解能は、（Ｘ線検出器１３の画素ピッチ／拡大率）、すなわち、Ｘ線検出器１３の検出素子の配置間隔をＦＤＤ／ＦＯＤで除した値となる。ただし、空間分解能は、焦点寸法の制約を受ける。
Ｘ線管１１ａは開放管であり、このタイプのＸ線管ではターゲット１１ｅと試料との距離が非常に小さい状態で試料に対してＸ線を照射することができる。これに対して密閉管と呼ばれるタイプのＸ線管では、開放管と比較してターゲットと試料との距離が大きくなる。

図３は、従来の密閉管型のＸ線管の概略構成を示している。焦点から出射窓までの距離をｆｗｄ、出射窓から試料までの距離をｗｏｄ、焦点からＸ線検出器の検出面までの距離をｆｄｄとすると、焦点から試料までの距離ｆｏｄはｆｗｄ＋ｗｏｄとなり、検出面での幾何学的な拡大率はｆｄｄ／ｆｏｄとなる。ここで、ターゲットを密閉管内に配置する関係上、距離ｆｗｄは例えば１０ｍｍ程度等と、焦点から出射窓まではある程度の距離が必要となる。
例えば、１０μｍの半田バンプを検査する場合、２００倍程度の幾何学的倍率が必要である。従来では焦点とＸ線検出器の検出面との間の距離が３００ｍｍ程度であり、幾何学的倍率２００倍を得ようとする場合、焦点と試料との間の距離を１．５ｍｍとする必要がある。ここで問題となるのはＸＹステージの平面度である。ステージの平面度は±１００μｍ程度が通常であり、この誤差により倍率は２００±１４倍の範囲で変動する。また、検査対象を装置にセットする際の浮きなどによっても倍率の変動は生じる。倍率が変化すると、検査対象が予め登録された位置と離れた位置に観察されるため、正しい検査が行えない。また、半田バンプの面積値計測結果に大きな誤差が生じる。
一方、開放管型の本Ｘ線発生器の場合、焦点が外気に開放された位置とされているので、距離ＦＷＤは例えば０．５ｍｍ程度等と、密閉管型のＸ線発生器を用いた場合よりも短くなり、対象試料を焦点に近づけることができる。
このように、本Ｘ線検査装置においてステージに載置された対象試料と焦点との間の距離は、密閉管型のＸ線発生器における焦点と密閉管との間の距離よりも短くすることができる。例えば、焦点から対象試料までの距離が密閉管型Ｘ線発生器の場合と比べて１／１０になると、撮像画像の拡大率は１０倍となり、空間分解能は１／１０となる。密閉管型Ｘ線発生器では拡大率５０倍程度、分解能３μｍであるのに対し、開放管型の本Ｘ線発生器では拡大率５００倍程度、分解能０．３μｍ程度を実現可能である。従って、密閉管型Ｘ線発生器を用いた場合と比べて撮像画像の拡大率が大きくなり、対象試料についての測定が精度良く行われる。このようにして、ステージの平面度や検査対象の浮きなどの影響を排除し、安定して試料を検査することが可能となる。
なお、焦点から対象試料までの距離ＦＯＤを密閉管型Ｘ線発生器では実現できない８ｍｍ以下（より好ましくは５ｍｍ以下、さらには３ｍｍ以下）とすると、密閉管型Ｘ線発生器と比べて確実に撮像画像の拡大率を大きくすることができ、対象試料についての測定の精度を確実に向上させることができる。

Ｘ線の強度は、単位時間あたりのＸ線光子の数（cps; counts per second）等で表現される。Ｘ線管１１ａから照射されるＸ線は、印加電圧によってピークを与えるフォトンエネルギーが異なるとともにフォトンエネルギー分布に広がりを有している。従って、印加電圧を変更すれば強度ピークを与えるフォトンエネルギーおよびフォトンエネルギー分布が異なるＸ線を生成することができ、例えば、錫のｋ吸収端（２９．４ｋｅＶ）の前後に強度ピークを有する異なるフォトンエネルギー分布のＸ線を利用してエネルギーサブトラクション処理を行うことができる。

Ｘ線発生器１１からのＸ線の照射方向には、Ｘ−Ｙステージ１５とＸ線検出器１３が配設されている。Ｘ−Ｙステージ１５は、検査対象試料となる複数の半田バンプを備えるチップを実装した基板３１を載置可能であり、基板３１を載置した状態でＸ線の照射方向と略垂直方向に移動可能である。このステージ１５は、ステージ制御部２３が指示する任意の座標値によって正確に位置が制御される。また、Ｘ−Ｙステージ１５には、標準試料も載置可能であり、Ｘ線の照射範囲を基板３１の載置範囲外にすることもできる。従って、Ｘ−Ｙステージ１５の移動によって、Ｘ線の照射範囲内に対象試料あるいは標準試料を配設可能であるし、Ｘ線が試料に照射されない状態にすることもできる。

図４に示すように、Ｘ線検出器１３は、Ｘ線イメージインテンシファイアを備え、入射Ｘ線の強度に相当するデジタルの検出信号を出力する。対象試料を透過した透過Ｘ線は、Ｘ線イメージインテンシファイア管１３ａの内部に入力され、透過Ｘ線の入力像に対応する可視光の光学像に変換されて出力される。Ｘ線イメージインテンシファイア管１３ａには、ドットマトリクス状に設けられた多数の検出素子１３ｃを有するＣＣＤ撮像部１３ｂが接続されている。多数の検出素子１３ｃは、縦横整然と平面状に並べられ、Ｘ−Ｙステージ１５の上方にて、Ｘ−Ｙステージ１５を介してＸ線発生器１１のＸ線照射方向に対向する位置に配置されている。
多数の検出素子１３ｃは、例えばＣＣＤ撮像部の基板の片面に形成されたアモルファスシリコン受光素子とすることができる。また、ドットマトリクス状に並べられた検出素子１３ｃは、例えば横２４００個×縦２４００個の５７６万個等、様々な数とすることができる。上記可視光が各ＣＣＤに到達すると、各ＣＣＤにて同可視光の強度に応じた電圧が検出される。ＣＣＤ撮像部１３ｂは、対象試料を透過した透過Ｘ線の強度を多数の検出素子１３ｃ別に検出し、透過Ｘ線の強度に対応した電圧を出力する。上述した撮像画像の空間分解能は、検出素子１３ｃの縦横の間隔を拡大率ＦＤＤ／ＦＯＤで割った値となる。

ＣＣＤ撮像部１３ｂには、デジタル変換部１３ｄが接続されている。デジタル変換部１３ｄは、ＣＣＤ撮像部１３ｂにて検出された電圧を各検出素子１３ｃ別にデジタルの輝度値に変換し、画像処理部２４に対して出力する。本実施形態では、出力される輝度値は、例えば０〜４０９５の４０９６階調等、様々な階調数とすることができる。
このようにして、Ｘ線検出器１３は、多数の検出素子１３ｃにて対象試料を透過した透過Ｘ線の強度を検出素子１３ｃ別に検出することにより透過Ｘ線を撮像し、検出した透過Ｘ線の強度に対応する階調データを多数の検出素子１３ｃ別に出力する。すると、画像処理部２４は、出力された階調データである輝度値を多数の検出素子１３ｃ別に入力することにより、撮像画像に対応する画像データを取得する。なお、画像処理部２４が輝度値に基づいて画像処理を行う最小単位の各画素は、各検出素子１３ｃに対応している。従って、取得される画像データは、ドットマトリクス状とされた多数の画素別の階調データからなるデータである。

Ｘ線制御部２１は、公知の管電圧制御回路と管電流制御回路を備えている。管電圧を制御する際、管電圧制御回路は、カソード１１ｃに印加される管電圧を抵抗素子の直列回路で数ボルト程度に分圧し、分圧電圧と公知の基準電圧生成回路からの基準電圧とを比較回路に入力してフィードバック制御を行う。管電流を制御する際、管電流制御回路は、Ｘ線管１１ａの中を流れる管電流を抵抗素子で数ボルト程度の電圧に変換し、この電圧と公知の基準電圧生成回路からの基準電圧とを比較回路に入力してフィードバック制御を行う。ここで、例えばサイリスタの導通角制御によってカソード１１ｃに流れるフィラメント電流の電流量が変わると、カソード１１ｃから発生する熱電子の量も変わり、ターゲット１１ｅからカソード１１ｃへ流れる管電流の電流量が変わる。

（２）エネルギーサブトラクション処理：
次に、エネルギーサブトラクション処理について説明する。各元素のＸ線吸収係数には、フォトンエネルギーに対する依存性がある。Ｘ線のフォトンエネルギーに対するＸ線吸収係数をみると、半田バンプに含まれる錫（Ｓｎ）のＸ線吸収係数のｋ吸収端が２９．４ｋｅＶであるのに対して、銅（Ｃｕ：プリント配線の主成分）のＸ線吸収係数は当該２９．４ｋｅＶ近辺でほぼリニアに変化する。そこで、ｋ吸収端前後に強い強度ピークを有する異なるフォトンエネルギー分布のＸ線を対象試料に対して照射し、それぞれの透過Ｘ線を検出すると、銅を透過したＸ線については２つのフォトンエネルギー分布のそれぞれにおいて検出強度にほとんど差異を生じないが、錫の場合は大きな差異を生じる。

この差異を利用すると、銅の寄与を排除して錫の寄与を抽出しながら厚み相当値を算出することができる。なお、基板に実装されるチップの主成分であるシリコンのＸ線吸収係数も上記錫のｋ吸収端前後でリニアに変化し、シリコンの寄与を排除することができる。ここでは、簡単のためＸ線が透過する物質を錫と銅に限定して説明するが、むろん、他の元素が含まれていても錫のｋ吸収端の前後に他の元素の吸収端が存在しない限り同様の処理で寄与を排除することができる。

一般に、物質を透過したＸ線の強度は以下の式（１）にて表現することができる。

ここで、ＩはＸ線検出器１３によって検出される透過Ｘ線の強度であり、Ｉ₀はＸ線が対象試料を透過しない場合にＸ線検出器１３によって検出されるＸ線の強度であり、μ₀は錫のＸ線吸収係数，μ₁は銅のＸ線吸収係数であり、ｔ₀は錫の厚み，ｔ₁は銅の厚みである。また、ｅｘｐの指数部分に相当する値は厚み相当値である。なお、以下では簡単のため各Ｘ線のエネルギーに広がりがあることは無視して説明する。

異なる２つのフォトンエネルギー分布のＸ線についてそれぞれ１，２と番号を付すると、以下の式（２）（３）のように表現することができる。

これらの式では、異なるフォトンエネルギーにて同一の対象を測定することを想定しているので、錫と銅の厚みは番号１，２で同一である。

銅のＸ線吸収係数は錫のｋ吸収端の前後でリニアに変化するので、当該ｋ吸収端の直前および直後でほとんど値が変わらない。従って、エネルギーサブトラクション処理においてμ₁₁とμ₁₂とは同値と考えることができる。一方、錫のＸ線吸収係数は錫のｋ吸収端の前後で大きく変化する。そこで、式（２）（３）のそれぞれについて自然対数をとりその結果同士の差分値を算出すると、以下の式（４）になる。

同式（４）の左辺は錫の厚みに比例してその大きさが変化するので、錫の厚み相当値である。また、右辺の値はＸ線の強度によって算出可能な値である。そこで、各フォトンエネルギーにて透過Ｘ線を撮像して撮像画像に対応する画像データを取得し、両画像データからＸ線検出器１３の各検出素子についてこの値を算出し、算出値に対応した画像を形成すると、錫の寄与のみを視覚化した画像を得ることができ、半田バンプの良否を判定することができる。
このようにして、撮像画像に対応する画像データを用いて対象試料についての測定処理を行うことができる。

（３）測定処理：
Ｘ線発生器として開放管型を用いると、対象試料を焦点に近接した位置にしてより拡大率を増大させて撮像画像を得ることができる一方、Ｘ線の進行方向における対象試料の位置がばらつくと拡大率に大きなばらつきが生じる。また、焦点は真空とされておらず外気に開放されているので、外気の影響を受けてＸ線の進行方向における広がり度合にばらつきが生じることがある。そこで、本Ｘ線検査装置では、所定の標準画像（基準画像）と撮像画像とのパターンマッチング（テンプレートマッチング）を行い、パターンマッチングの結果から撮像画像の拡大率を決定し、決定した拡大率に対応した測定処理を行うようにしている。

図５は、上記パターンマッチングを模式的に示している。パターンマッチングを行う際、所定の標準画像Ｉ１を基準とした異なる複数の拡大率Ｅｉ（ｉは１〜ｐの整数、ｐは１より大きい整数）別に設けられた対比画像（テンプレート画像）Ｉ２と、撮像画像Ｉ３とを対比し、両画像Ｉ２，Ｉ３の一致度Ｃｉを算出する。具体的には、図１に示すように、対比用画像データ２７ｂは複数の拡大率のそれぞれに対応して対比画像Ｉ２を表現する各対比用画像データ２７ｂ１から構成され、各対比用画像データ２７ｂ１と、撮像画像Ｉ３が表現された画像データ２７ｃとが対比され、両画像データ２７ｂ１，２７ｃから一致度が求められる。

例えば、図６に示すように、拡大率別の対比用画像データＤＩ２を１または０で表現した二値化データとし、撮像画像の画像データを二値化して１または０で表現し、当該画像データＤＩ３と対比用画像データＤＩ２との二値化データが一致する画素の数Ｎｃを求め、求めた画素数Ｎｃを撮像画像の画像データの画素数Ｎａで除した値を一致度とすることができる。むろん、画素数Ｎｃ自体を一致度とすることもできる。また、撮像画像の画像データや対比用画像データを多階調データとして一致度を算出することもできる。
このようにして、画像データ２７ｃと各対比用画像データ２７ｂ１とから、複数の拡大率別に両画像の一致度Ｃｉを算出し、拡大率Ｅｉと対応付けて一致度テーブルＴ１を作成してメモリ２７に記憶させる。
一致度Ｃｉを算出すると、一致度Ｃｉが最大の一致度Ｃｍとなった拡大率Ｅｍを、半田バンプ良否判定等の測定処理を行うための拡大率として決定する。そして、決定した拡大率Ｅｍに対応した測定処理を行う。

このようにして、パターンマッチングの結果から撮像画像の拡大率Ｅｍを決定し、撮像画像の画像データを用いて拡大率Ｅｍに対応した測定処理を行うことができる。その際、複数の拡大率のそれぞれに対応した各対比用画像データと撮像画像の画像データとからパターンマッチングが行われるので、Ｘ線の進行方向における対象試料の位置ばらつきやＸ線の広がり度合のばらつきによらずに高精度で拡大率が決定され、拡大率に対応した検査処理が行われる。従って、対象試料を焦点に近接させることにより、拡大率の大きい撮像画像に基づいて正確に測定処理を行うことができ、対象試料についての測定を精度良く行うことができる。

また、図７に示すように、対象試料の位置ばらつきを考慮して適切な一致度を求めるようにしている。Ｘ線の進行方向とは垂直な方向における対象試料の位置がばらつくと、撮像画像中の対象試料の位置にばらつきが生じることになるからである。
図７に示す各撮像画像Ｉ３は、ステージ１５に載置された対象試料を上側から見て示す画像となっており、Ｘ線の進行方向と直交する水平面上の所定のＸ軸（図７では右向きの軸）およびＹ軸（図７では下向きの軸）とから形成されるＸＹ平面に平行な画像とされている。Ｘ軸とＹ軸とは、互いに直交している。一方、対比画像Ｉ２の画素数は縦横ともに撮像画像Ｉ３より多くされ、対比画像Ｉ２は撮像画像Ｉ３よりも広い画像とされている。
複数の拡大率Ｅ１〜Ｅｐ別に撮像画像Ｉ３と標準画像Ｉ１との一致度Ｃ１〜Ｃｐを算出する際、一致度Ｃｉを算出する対象の拡大率Ｅｉについて、撮像画像Ｉ３と標準画像Ｉ１とを対比させる位置を変えながら位置別の一致度ＣＬｊ（ｊは１〜ｑの整数、ｑは１より大きい整数）を算出する。具体的には、対比画像Ｉ２と撮像画像Ｉ３を対比させるＸ軸方向の位置とＹ軸方向の位置とを変えながら、対比させた位置（Ｘ１〜Ｘｑ，Ｙ１〜Ｙｑで表す）毎に、画像データ２７ｃと各対比用画像データ２７ｂ１とから両画像Ｉ２，Ｉ３の位置別の一致度ＣＬｊを算出する。図の例では、対比画像Ｉ２のＸＹ位置Ｌ１に対比させられる撮像画像Ｉ３の左上の位置は、対比画像Ｉ２中の座標（ｘ０，ｙ０）とされ、対比画像Ｉ２のＸＹ位置Ｌ２に対比させられる撮像画像Ｉ３の左上の位置は、対比画像Ｉ２中の座標（ｘ１，ｙ０）とされている。このように、撮像画像Ｉ３は、対比画像Ｉ２上でＸ軸方向に所定間隔でずらされながら対比されるとともに、Ｙ軸方向に所定間隔でずらされながら対比される。そして、位置別の一致度ＣＬｊをＸＹ位置Ｘｊ，Ｙｊと対応付けて位置別一致度テーブルＴ２を作成してメモリ２７に記憶させる。

位置別の一致度ＣＬｊを算出すると、算出した一致度ＣＬｊのうち最大の一致度ＣＬｍを対象の拡大率についての一致度とする。また、位置別の一致度を最大にさせるＸＹ位置Ｘｍ，Ｙｍを対象拡大率Ｅｉに対応付けて、一致度テーブルＴ１に格納しておく。そこで、拡大率別の一致度が最大の一致度Ｃｍとなった拡大率Ｅｍを測定処理用の拡大率として決定するとともに、拡大率Ｅｍについて位置別の一致度ＣＬｊが最大の一致度ＣＬｍとなったＸＹ位置、すなわち、Ｘ軸方向の位置（Ｘｍｍとする）とＹ軸方向の位置（Ｙｍｍとする）とを測定処理を行うための位置として決定する。そして、決定した拡大率Ｅｍ、位置Ｘｍｍ，Ｙｍｍに対応した測定処理を行う。

このようにして、パターンマッチングの結果から撮像画像の拡大率Ｅｍ、Ｘ軸方向の位置Ｘｍｍ、Ｙ軸方向の位置Ｙｍｍを決定し、決定したパラメータに対応した測定処理を行うことができる。その際、対象の拡大率の一致度を位置別の一致度の最大とするので、Ｘ線の進行方向とは垂直な方向において対象試料の位置がばらついても適切な一致度が算出され、精度良く拡大率が決定されて、決定された拡大率に対応した検査処理が行われる。従って、対象試料について正確な測定処理を行うことができる。
なお、上記パターンマッチングを行うことにより、ステージに載置された対象試料と焦点との間の距離を密閉管型のＸ線発生器における焦点と密閉管との間の距離よりも短くすることができるとも言える。すなわち、パターンマッチングを行うだけでは密閉管型Ｘ線発生器を用いて得られる精度までしか測定精度を得ることができず、開放管型のＸ線発生機構を用いるだけでは対象試料の位置ばらつきやＸ線の広がり度合のばらつきのために精度を向上させることができず、開放管型のＸ線発生機構を用いるのと同時にパターンマッチングを行うことによって初めて高精度の測定処理を行うことが可能となる。

図８は、本Ｘ線検査装置が行う対比画像生成処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２５は、制御プログラム２７ａに従って各部に指示を出し、この処理を実施する。後述する処理も同様である。
まず、ステージ１５の所定の撮像位置に対象試料の標準試料を載置した状態としておいて、ステージ制御部２３に対して制御データを出力して図示しないサーボモータによりステージ１５を移動させ、標準試料をＸ線照射経路に移動させる（ステップＳ１０。以下、「ステップ」の記載を省略）。次に、各種撮像条件を設定する（Ｓ１５）。ここで、Ｘ線制御部２１に対して、所定電流量の管電流をＸ線発生器１１に流す制御データを出力する。さらに、Ｘ線を生成させる制御データをＸ線制御部２１に対して出力するとともに、透過Ｘ線の強度を検出させる制御データを画像処理部２４に対して出力することにより、標準試料を撮像する（Ｓ２０）。
すると、Ｘ線発生器１１は、所定電流量の管電流が流れ、焦点から広がりながら進行する所定強度のＸ線を生成し、Ｘ線照射経路上にある標準試料に照射する。標準試料を透過した透過Ｘ線は、Ｘ線検出器１３に到達して撮像され、その強度が多数の検出素子１３ｃ別に電圧信号として検出される。検出された電圧信号は、デジタル変換部１３ｄで各検出素子１３ｃ別に対応する輝度値に変換される。
撮像を行うと、Ｘ線検出器１３から各検出素子１３ｃ別に輝度値を入手することにより標準試料の撮像画像に対応する標準画像データを取得し、メモリ２７に格納する（Ｓ２５）。その後、標準画像データから拡大率毎に対比用画像データ２７ｂを生成する（Ｓ３０）。例えば、標準試料の撮像画像に対する対比画像の相対的な拡大率として０．８倍から１．２倍までを０．１倍単位で変化させる場合、対比画像はＴ_0.8，Ｔ_0.9，Ｔ_1.0，Ｔ_1.1，Ｔ_1.2の５種類が生成される。
なお、本実施形態では、各対比用画像データに対応させる拡大率の値として上述した幾何学的拡大率ＦＤＤ／ＦＯＤの値（ＦＤＤとＦＯＤはともにｍｍ単位等、同じ単位）を用い、後述のＸ線検査処理を行うことにしている。むろん、Ｘ線検査処理で用いる拡大率の値には、標準試料の撮像画像に対する対比画像の相対的な拡大率の値や、所定の幾何学的拡大率に対する相対的な拡大率の値などを用いてもよく、いずれの場合にも本発明を実施していることになる。
そして、各拡大率に対応させて、各対比用画像データ２７ｂをメモリ２７に記憶し（Ｓ３５）、フローを終了する。
なお、本実施形態において、対比画像生成処理を行うＸ線検査装置は対比画像生成手段を構成する。

図９は、本Ｘ線検査装置が行うＸ線検査処理を示すフローチャートである。
まず、ステージ１５の複数箇所の検査位置に対象試料を載置した状態としておいて、ステージ制御部２３に対して制御データを出力して図示しないサーボモータによりステージ１５を移動させ、測定対象の対象試料のいずれかをＸ線照射経路に移動させる（Ｓ１００）。次に、各種撮像条件を設定する（Ｓ１０５）。ここで、Ｘ線制御部２１に対して、所定電流量の管電流をＸ線発生器１１に流す制御データを出力する。さらに、Ｘ線を生成させる制御データをＸ線制御部２１に対して出力するとともに、透過Ｘ線の強度を検出させる制御データを画像処理部２４に対して出力することにより、対象試料を撮像する（Ｓ１１０）。
すると、Ｘ線発生器１１は、所定電流量の管電流が流れ、焦点から広がりながら進行する所定強度のＸ線を生成し、Ｘ線照射経路上にある対象試料に照射する。対象試料を透過した透過Ｘ線は、Ｘ線検出器１３に到達して撮像され、その強度が多数の検出素子１３ｃ別に電圧信号として検出される。検出された電圧信号は、デジタル変換部１３ｄで各検出素子１３ｃ別に対応する輝度値に変換される。
撮像を行うと、Ｘ線検出器１３から各検出素子１３ｃ別に輝度値を入手することにより撮像画像に対応する画像データを取得し、メモリ２７に格納する（Ｓ１１５）。その後、上述したパターンマッチングを行う処理を行い（Ｓ１２０）、決定した拡大率Ｅｍ、位置Ｘｍ，Ｙｍに対応した測定処理を行う（Ｓ１２５）。そして、ステージ１５の全検査位置について測定処理を行ったか否かを判断し（Ｓ１３０）、測定処理を行っていない検査位置が残っている場合にはＳ１００〜Ｓ１３０を繰り返し、全検査位置について測定処理を行った場合にはフローを終了する。
なお、本実施形態において、Ｓ１０５〜Ｓ１１５の処理を行うＸ線検査装置は画像取得手段を構成し、Ｓ１２０〜Ｓ１２５の処理を行うＸ線検査装置は測定手段を構成する。

図１０は、Ｓ１２０のパターンマッチング処理を示すフローチャートである。
まず、撮像画像に対応する多階調の画像データ２７ｃを、パターンマッチング用の二値化データに変換する（Ｓ２０５）。変換後の二値化データも、撮像画像に対応する画像データである。次に、各対比画像と撮像画像との一致度を算出する対象の対象拡大率Ｅｉを設定する（Ｓ２１０）。例えば、各拡大率に拡大率番号ｉを対応付けておき、拡大率番号を表すポインタを１からｐまで順番に更新することにより、対象拡大率を設定することができる。
さらに、一致度を算出する対象拡大率について、対比画像と撮像画像との位置別の一致度を算出する対象のＸ軸方向の対象位置ＸｊとＹ軸方向の対象位置Ｙｊとを設定する（Ｓ２１５）。ここでも、位置Ｘｊ，Ｙｊに位置番号ｊを対応付けておき、位置番号を表すポインタを１からｑまで順番に更新することにより、対象位置を設定することができる。

そして、対象拡大率Ｅｉに対応する二値化された対比用画像データと撮像画像の二値化データとから、対比画像Ｉ２中の対象位置Ｘｊ，Ｙｊに撮像画像Ｉ３を対比させたときの位置別の一致度ＣＬｊを算出し、位置別一致度テーブルＴ２に格納してメモリ２７に一時記憶させる（Ｓ２２０）。
その後、対比させる全位置を設定したか否かを判断する（Ｓ２２５）。設定していない位置が残っている場合には、繰り返しＳ２１５〜Ｓ２２５の処理を行う。

全位置について設定した場合には、位置別一致度テーブルＴ２に格納された位置別の一致度ＣＬｊの中から最大の一致度ＣＬｍを取得し、当該最大の一致度ＣＬｍを対象拡大率Ｅｉの一致度Ｃｉとして一致度テーブルＴ１に格納してメモリ２７に一時記憶させる（Ｓ２３０）。また、対象拡大率について位置別の一致度が最大となったＸＹ位置Ｘｍ，Ｙｍも拡大率Ｅｉおよび一致度Ｃｉと対応付けて一致度テーブルＴ１に格納してメモリ２７に一時記憶させる（Ｓ２３５）。
その後、一致度を算出する全拡大率を設定したか否かを判断する（Ｓ２４０）。設定していない拡大率が残っている場合には、繰り返しＳ２１０〜Ｓ２４０の処理を行う。

全拡大率について設定した場合には、一致度テーブルＴ１に格納された一致度Ｃｉの中から最大の一致度Ｃｍを取得するとともに、当該一致度Ｃｍに対応する拡大率Ｅｍ、ＸＹ位置Ｘｍｍ，Ｙｍｍを取得し、メモリ２７内の所定領域に一時記憶させて（Ｓ２４５）、フローを終了する。
すると、図９のＳ１２５では、撮像画像に対応する画像データを用いて、決定した拡大率Ｅｍ、当該拡大率Ｅｍについて算出した位置別の一致度が最大となった位置Ｘｍｍ，Ｙｍｍに対応した測定処理を行う。

以上説明したように、本発明によると、密閉管型Ｘ線発生器を用いた場合よりも対象試料を焦点に近づけることができるため、より拡大率の大きい撮像画像を撮像して対象試料についての測定を行うことができる。その際、パターンマッチングにより測定処理を行うための拡大率、Ｘ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置が決定され、測定処理が行われるので、対象試料の位置のばらつきやＸ線の進行方向における広がり度合のばらつき等の影響が除かれる。従って、ステージの平面度や検査対象の浮きなどの影響を排除し、従来と比べてワンオーダー上の拡大率にて安定した測定を非常に精度良く行うことが可能となる。
なお、画像の拡大縮小をテンプレートマッチングで求めているが、この処理を物体の大きさ測定で置き換えることも可能である。

（４）第二の実施形態：
ところで、図１１の下段に示すように、異なる複数の拡大率別に撮像画像と標準画像との一致度を算出する際、一致度を算出する対象の拡大率Ｅｉについて、対比させる位置別に対比画像Ｉ４を設けておき、各対比画像Ｉ４と撮像画像Ｉ３とを対比し、両画像Ｉ４，Ｉ３の位置別の一致度ＣＬｉを算出してもよい。具体的には、拡大率別の各対比用画像データ２７ｂ１は、異なる複数の対比させる位置のそれぞれに対応して対比画像Ｉ４を表現する各位置別の対比用画像データから構成され、各位置別の対比用画像データと、撮像画像Ｉ３が表現された画像データ２７ｃとが対比され、位置別の一致度ＣＬｉが求められる。
ここで、図１１の上段に示すように、各対比画像Ｉ４は、第一の実施形態の対比画像Ｉ２に相当する仮想の対比画像Ｉ５の一部とされ、図の例では、ＸＹ位置Ｌ１に対応する対比画像Ｉ４の左上の位置は、仮想の対比画像Ｉ５中の座標（ｘ０，ｙ０）とされ、ＸＹ位置Ｌ２に対応する対比画像Ｉ４の左上の位置は、仮想の対比画像Ｉ５中の座標（ｘ１，ｙ０）とされている。対比画像Ｉ４は、仮想の対比画像Ｉ５上でＸ軸方向に所定間隔でずらされるとともに、Ｙ軸方向に所定間隔でずらされている。

以上のようにしても、図１０のＳ２２０で上記位置別に設けられた対比用画像データと上記画像データとから撮像画像と位置別の対比画像との位置別の一致度ＣＬｉを算出して一時記憶させることにより、撮像画像と標準画像とのパターンマッチングを行って一致度が最大となる拡大率Ｅｍ、ＸＹ位置Ｘｍｍ，Ｙｍｍを求めることができる。そして、決定した拡大率Ｅｍ、ＸＹ位置Ｘｍｍ，Ｙｍｍに対応する測定処理を行うことができ、第一の実施形態と同様の効果が得られる。

（５）第三の実施形態：
また、図１２と図１３に示すテーブルＴ３，Ｔ４を作成して撮像画像の拡大率やＸＹ位置のずれを補償する観点でパターンマッチング処理を行い、測定処理を行うようにしてもよい。
パターンマッチングを行う際、所定の標準画像Ｉ１を基準とした異なる複数の拡大率のそれぞれに対応した各対比用画像データと撮像画像Ｉ３の画像データとを対比してパターンマッチングを行う。ここで、測定処理を行うための基準とする基準拡大率Ｅｓが設けられてメモリ２７に記憶されており、各対比用画像データで表現されるそれぞれの対比画像Ｉ６は、基準拡大率Ｅｓに対する拡大率の比に対応付けられている。この比を、ずれ度合Ｇｉ（ｉは１〜ｐの整数、ｐは１より大きい整数）としている。本実施形態では、異なる複数のずれ度合Ｇｉ別に設けられた対比画像Ｉ６と、撮像画像Ｉ３とを対比し、両画像Ｉ６，Ｉ３の一致度Ｃｉを算出する。そして、一致度Ｃｉをずれ度合Ｇｉと対応付けて一致度テーブルＴ３を作成してメモリ２７に記憶させる。実際の拡大率Ｅｉは、Ｅｓ／Ｇｉとなる。

複数のずれ度合Ｇ１〜Ｇｐ別に撮像画像Ｉ３と標準画像Ｉ１との一致度Ｃ１〜Ｃｐを算出する際、一致度Ｃｉを算出する対象のずれ度合Ｇｉについて、対比画像Ｉ６と標準画像Ｉ１とを対比させる位置を変えながら位置別の一致度ＣＬｊを算出する。ここで、測定処理を行うための基準とする基準位置Ｘｓ，Ｙｓが設けられてメモリ２７に記憶されており、対比画像Ｉ６と撮像画像Ｉ３とを対比させる位置は、基準位置Ｘｓ，ＹｓからのＸＹずれ量（ΔＸ１〜ΔＸｑ，ΔＹ１〜ΔＹｑで表す）に対応付けられている。そして、位置別の一致度ＣＬｊをずれ量ΔＸｊ，ΔＹｊと対応付けて位置別一致度テーブルＴ４を作成してメモリ２７に記憶させる。実際のＸ軸方向の位置ＸｊはＸｓ−ΔＹｊ、Ｙ軸方向の位置ＹｊはＹｓ−ΔＹｊとなる。

上記テーブルＴ３，Ｔ４を用いることにより、図９と図１０で示したＸ線検査処理と同様の処理を行って測定処理を行うことができる。
図１４は、パターンマッチング処理を示すフローチャートである。処理を開始すると、撮像画像に対応する多階調の画像データ２７ｃをパターンマッチング用の画像データに変換し（Ｓ３０５）、各対比画像と撮像画像との一致度を算出する対象の対象ずれ度合Ｇｉを設定する（Ｓ３１０）。さらに、対象ずれ度合について、対比画像と撮像画像との位置別の一致度を算出する対象のＸ軸方向のずれ量ΔＸｊとＹ軸方向のずれ量ΔＹｊとを設定する（Ｓ３１５）。そして、対象ずれ度合Ｇｉに対応する対比用画像データと撮像画像のパターンマッチング用の画像データとから、対比画像Ｉ６中の対象位置Ｘｊ，Ｙｊに撮像画像Ｉ３を対比させたときの位置別の一致度ＣＬｊを算出し、ずれ量ΔＸｊ，ΔＹｊを対応させて位置別一致度テーブルＴ４に格納し、一時記憶する（Ｓ３２０）。
その後、対比させる全位置を設定したか否かを判断し（Ｓ３２５）、設定していない位置が残っている場合には繰り返しＳ３１５〜Ｓ３２５の処理を行う。

全位置について設定した場合には、テーブルＴ４に格納された位置別の一致度ＣＬｊの中から最大の一致度ＣＬｍを取得し、当該最大の一致度ＣＬｍを対象ずれ度合Ｇｉの一致度Ｃｉとして一致度テーブルＴ３に格納し、一時記憶する（Ｓ３３０）。また、対象ずれ度合について位置別の一致度が最大となったＸＹずれ量ΔＸｍ，ΔＹｍもずれ度合Ｇｉおよび一致度Ｃｉと対応付けてテーブルＴ３に格納し、一時記憶する（Ｓ３３５）。
その後、一致度を算出する全ずれ度合を設定したか否かを判断し（Ｓ３４０）、設定していないずれ度合が残っている場合には繰り返しＳ３１０〜Ｓ３４０の処理を行う。
全ずれ度合について設定した場合には、一致度テーブルＴ３に格納された一致度Ｃｉの中から最大の一致度Ｃｍを取得するとともに、当該一致度Ｃｍに対応するずれ度合Ｇｍ、ＸＹずれ量ΔＸｍｍ，ΔＹｍｍを取得し、一時記憶して（Ｓ３４５）、フローを終了する。

図９のＳ１２５では、決定したずれ度合Ｇｍを用いて撮像画像の拡大率のずれを補償し、決定したＸＹずれ量ΔＸｍｍ，ΔＹｍｍを用いて撮像画像の位置のずれを補償して、撮像画像に対応する画像データを用いて補償後の拡大率Ｅｍ、位置Ｘｍｍ，Ｙｍｍに対応した測定処理を行う。ここで、
Ｅｍ＝Ｅｓ／Ｇｍ ・・・（５）
Ｘｍｍ＝Ｘｓ−ΔＸｍｍ ・・・（６）
Ｙｍｍ＝Ｙｓ−ΔＹｍｍ ・・・（７）
を用いて拡大率や位置のずれを補償することができる。

以上より、パターンマッチングの結果からＸ線の進行方向におけるステージに載置された対象試料の位置のばらつきおよび進行するＸ線の広がり度合のばらつきによる撮像画像の拡大率と位置のずれを補償し、画像データを用いて補償後の拡大率と位置に対応した測定処理を行うことができる。そして、第一の実施形態と同様の効果が得られる。

（６）第四の実施形態：
上述した実施形態ではテンプレートマッチングで得た拡大率を利用して画像を補正したが、ステージを上下させて適切な状態にフィードバックして再度撮像してもよい。
図１５に示すＸ線検査処理を開始すると、第一の実施形態と同じＳ１００〜Ｓ１２０の処理を行う。本実施形態のステージ制御部２３は、Ｘ−Ｙステージ１５をＺ方向（上下方向）にも移動させる制御を行うことが可能とされている。同図ではＳ１３５，Ｓ１４０が追加されており、Ｓ１２０のパターンマッチング処理終了後に上記決定した拡大率Ｅｍが所定範囲内であるか否かを判断する（Ｓ１３５）。例えば、０＜ｔＥｍ１＜１＜ｔＥｍ２を満たす所定の閾値ｔＥｍ１，ｔＥｍ２を設けておき、ｔＥｍ１＜Ｅｍ＜ｔＥｍ２を満たすか否かを判断すればよい。ｔＥｍ１は０．９等とすることができ、ｔＥｍ２は１．１等とすることができる。Ｅｍが所定範囲外の場合、ステージ制御部２３によってステージ１５をＺ方向に微動させて位置を修正し（Ｓ１４０）、Ｓ１０５〜Ｓ１２０，Ｓ１３５を繰り返す。一方、Ｅｍが所定範囲内の場合、第一の実施形態と同じＳ１２５〜Ｓ１３０を行い、パターンマッチング処理で決定した拡大率、Ｘ位置、Ｙ位置に対応した測定処理を行う。

以上の処理を行うと、拡大率が所定範囲内の場合のみ測定処理が行われるので、フィードバック処理を行わない場合よりもさらに正確に測定を行うことができ、対象試料についての測定をより精度良く行うことが可能となる。
なお、Ｓ１３５ではＸ軸方向の位置ＸｍｍやＹ軸方向の位置Ｙｍｍが所定範囲内であるか否かを判断し、Ｓ１４０でステージ１５をＸ方向やＹ方向に微動させてＸＹ位置を修正してもよい。同様に、さらに正確に測定を行うことができ、対象試料についての測定をより精度良く行うことが可能となる。

（７）まとめ：
本発明のＸ線検査装置は、その要旨を変更しない範囲で各種の変更が可能であり、上述した実施形態に限られるものではない。
例えば、多数の検出素子は、縦横整然と並んだドットマトリクス状以外にも、蜂の巣状等に並んだドットマトリクス状に配置されていてもよい。
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、対象試料をより精度よく測定することが可能となる。

第一の実施形態にかかるＸ線検査装置の概略ブロック図。 Ｘ線管の概略構成を示す図。 従来の密閉管型のＸ線管の概略構成を示す図。 Ｘ線検出器の構成の概略を示すブロック図。 標準画像と撮像画像とのパターンマッチングを模式的に示す図。 撮像画像と対比画像との一致度を算出する具体例を模式的に示す図。 対比させる位置別に一致度を算出する様子を模式的に示す図。 Ｘ線検査装置が行う対比画像生成処理を示すフローチャート。 Ｘ線検査装置が行うＸ線検査処理を示すフローチャート。 パターンマッチング処理を示すフローチャート。 第二の実施形態において位置別の一致度を算出する様子を模式的に示す図。 第三の実施形態において標準画像と撮像画像とのパターンマッチングを模式的に示す図。 対比させる位置別に一致度を算出する様子を模式的に示す図。 パターンマッチング処理を示すフローチャート。 第四の実施形態においてＸ線検査処理を示すフローチャート。

符号の説明

１０…Ｘ線撮像機構部
１１…Ｘ線発生器（Ｘ線発生機構）
１１ａ…Ｘ線管
１１ｂ…アノード
１１ｃ…カソード
１１ｄ…電子レンズ
１１ｅ…ターゲット
１１ｅ１…焦点（所定のＸ線発生点）
１１ｅ２…出射窓
１１ｆ…絞り
１３…Ｘ線検出器
１３ａ…Ｘ線イメージインテンシファイア管
１３ｂ…ＣＣＤ撮像部
１３ｃ…検出素子
１３ｄ…デジタル変換部
１３ｅ…検出面
１５…Ｘ−Ｙステージ
２０…Ｘ線撮像制御部
２１…Ｘ線制御部
２３…ステージ制御部
２４…画像処理部
２５…ＣＰＵ
２６ａ…出力部
２６ｂ…入力部
２７…メモリ
２７ｂ，ＤＩ２…対比用画像データ
２７ｃ，ＤＩ３…画像データ
３１…基板（対象試料）
Ｉ１…標準画像
Ｉ２，Ｉ４，Ｉ６…対比画像（テンプレート画像）
Ｉ３…撮像画像
Ｉ５…仮想の対比画像
Ｔ１，Ｔ３…一致度テーブル
Ｔ２，Ｔ４…位置別一致度テーブル

Claims (9)

1. 対象試料を載置可能なステージと、所定のＸ線発生点から広がりながら進行する所定強度のＸ線を発生させて同ステージに載置された対象試料に照射するＸ線発生機構と、同対象試料を透過した透過Ｘ線を撮像して撮像画像に対応する画像データを取得する画像取得手段と、取得された画像データを用いて同対象試料についての測定処理を行う測定手段とを備えるＸ線検査装置であって、
   上記Ｘ線発生機構は、外気に開放された位置とされた所定のＸ線発生点から上記Ｘ線を発生させて上記ステージに載置された対象試料に照射する機構とされ、
   上記測定手段は、所定の標準画像を基準とした異なる複数の拡大率のそれぞれに対応した各対比用画像データと上記画像データとを対比して上記撮像画像と同標準画像とのパターンマッチングを行い、当該パターンマッチングの結果から上記撮像画像の拡大率を決定し、上記画像データを用いて同決定した拡大率に対応した上記測定処理を行うことを特徴とするＸ線検査装置。
2. 上記測定手段は、上記画像データと各対比用画像データとから上記複数の拡大率別に上記撮像画像と上記標準画像との一致度を算出し、算出した一致度が最大となった拡大率を、上記測定処理を行うための拡大率として決定することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
3. 上記測定手段は、上記複数の拡大率別に上記撮像画像と上記標準画像との一致度を算出する際、一致度を算出する対象の拡大率について、上記画像データが示す撮像画像と上記一致度を算出する対象の拡大率に対応する対比用画像データが示す対比画像とを対比させる位置を変えながら対比させ、対比させた位置毎に上記撮像画像と上記対比画像との一致度を算出し、算出した位置別の一致度のうち最大の一致度を同対象の拡大率についての一致度とすることを特徴とする請求項２に記載のＸ線検査装置。
4. 上記拡大率別に設けられた対比用画像データは、上記所定の標準画像を基準とした各拡大率別のテンプレート画像の一部を構成する位置別の対比画像を表現するデータとされ、
   上記測定手段は、上記複数の拡大率別に上記撮像画像と上記標準画像との一致度を算出する際、一致度を算出する対象の拡大率について、上記画像データと上記位置別の対比画像を表現するデータとから同撮像画像と同標準画像との位置別の一致度を算出し、算出した位置別の一致度のうち最大の一致度を同対象の拡大率についての一致度とすることを特徴とする請求項２に記載のＸ線検査装置。
5. 上記測定手段は、上記画像データを用いて、上記決定した拡大率、および、当該拡大率について算出した上記位置別の一致度が最大となった位置に対応した上記測定処理を行うことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のＸ線検査装置。
6. 上記撮像画像は、上記Ｘ線の進行方向と直交する所定のＸ軸およびＹ軸とから形成されるＸＹ平面に平行な画像とされ、
   上記測定手段は、上記一致度を算出する対象の拡大率について、上記撮像画像と上記標準画像とを対比させる上記Ｘ軸方向の位置および上記Ｙ軸方向の位置を変えながら対比させた位置毎に上記画像データと各対比用画像データとから同撮像画像と同標準画像との位置別の一致度を算出し、算出した位置別の一致度が最大となったＸ軸方向の位置およびＹ軸方向の位置、並びに、上記決定した拡大率、に対応した上記測定処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のＸ線検査装置。
7. 対象試料を載置可能なステージと、所定のＸ線発生点から広がりながら進行する所定強度のＸ線を発生させて同ステージに載置された対象試料に照射するＸ線発生機構と、同対象試料を透過した透過Ｘ線を撮像して撮像画像に対応する画像データを取得する画像取得手段と、取得された画像データを用いて同対象試料についての測定処理を行う測定手段とを備えるＸ線検査装置であって、
   上記Ｘ線発生機構は、外気に開放された位置とされた所定のＸ線発生点から上記Ｘ線を発生させて上記ステージに載置された対象試料に照射する機構とされ、
   上記測定手段は、所定の標準画像を基準とした異なる複数の拡大率のそれぞれに対応した各対比用画像データと上記画像データとを対比して上記撮像画像と同標準画像とのパターンマッチングを行い、当該パターンマッチングの結果から上記Ｘ線の進行方向における上記ステージに載置された対象試料の位置のばらつきおよび上記進行するＸ線の広がり度合のばらつきによる上記撮像画像の拡大率のずれを補償し、上記画像データを用いて補償後の拡大率に対応した上記測定処理を行うことを特徴とするＸ線検査装置。
8. 対象試料を載置可能なステージと、所定のＸ線発生点から広がりながら進行する所定強度のＸ線を発生させて同ステージに載置された対象試料に照射するＸ線発生機構と、同対象試料を透過した透過Ｘ線を撮像して撮像画像に対応する画像データを取得する画像取得手段とを備えるＸ線検査装置を用いることにより、取得された画像データを用いて同対象試料についての測定処理を行うＸ線検査方法であって、
   上記Ｘ線発生機構を、外気に開放された位置とされた所定のＸ線発生点から上記Ｘ線を発生させて上記ステージに載置された対象試料に照射する機構とし、
   所定の標準画像を基準とした異なる複数の拡大率のそれぞれに対応した各対比用画像データと上記画像データとを対比して上記撮像画像と同標準画像とのパターンマッチングを行い、当該パターンマッチングの結果から上記撮像画像の拡大率を決定し、上記画像データを用いて同決定した拡大率に対応した上記測定処理を行うことを特徴とするＸ線検査方法。
9. 対象試料を載置可能なステージと、所定のＸ線発生点から広がりながら進行する所定強度のＸ線を発生させて同ステージに載置された対象試料に照射するＸ線発生機構と、同対象試料を透過した透過Ｘ線を撮像して撮像画像に対応する画像データを取得する画像取得手段とを備え、取得された画像データを用いて同対象試料についての測定処理を行うＸ線検査装置の制御プログラムであって、
   上記Ｘ線発生機構は、外気に開放された位置とされた所定のＸ線発生点から上記Ｘ線を発生させて上記ステージに載置された対象試料に照射する機構とされ、
   所定の標準画像を基準とした異なる複数の拡大率のそれぞれに対応した各対比用画像データと上記画像データとを対比して上記撮像画像と同標準画像とのパターンマッチングを行い、当該パターンマッチングの結果から上記撮像画像の拡大率を決定し、上記画像データを用いて同決定した拡大率に対応した上記測定処理を行う機能をコンピュータに実現させることを特徴とするＸ線検査装置の制御プログラム。

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