JP4608820B2

JP4608820B2 - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP4608820B2
Application number: JP2001192458A
Authority: JP
Inventors: 雅美枝廣
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP2003004668A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線検査装置に係わり、特に、透過型のＸ線管を用い、Ｘ線管の電子ビームをステアリングコイルとフォーカスコイルによって偏向・集束し、ターゲットに衝突させて透過方向にＸ線を発生させ、Ｘ線像検出装置を用いて検査するＸ線検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細な内部構造を非破壊検査法で観察する手法が各分野で要求されている。例えば半導体パッケージングの開発や実装検査・品質保証のために、微小焦点を有するＸ線管を使って内部の欠陥などが調べられている。このＸ線管は開放型構造で、ターゲットに厚さが薄いタングステンプレートを使用し、収束された電子ビームをこのターゲットに打ち込み、そこで発生するＸ線を放射するものである。検査部品の微細な構造を観察するため、焦点寸法は微小なものが使われている。
このＸ線管はマイクロフォーカスＸ線管と呼ばれ、真空容器内で熱陰極から出発した電子ビームを、電子レンズにより収束させてターゲット上の１〜２００μｍの寸法の微小領域に打ち込み、そこで生じるＸ線を利用するものである。マイクロフォーカスＸ線管のうち、特に焦点寸法が微少化できるものは、開放型と呼ばれるタイプのものである。開放型のＸ線管は、真空容器の開閉機構と真空排気ポンプを具備しており、熱陰極やターゲット材を交換できるという特徴をもつ。このため、開放型のマイクロフォーカスＸ線管では熱陰極やターゲットの寿命を犠牲にして陰極の熱陰極の温度を上げて焦点寸法を微細化し、高管電圧、高管電流の条件で焦点寸法を微細化することが可能である。
開放型のＸ線管は、さらに透過型と反射型と呼ばれる２つのタイプに分類される。透過型では、ターゲット面から見て電子ビームと出力Ｘ線が反対側に位置するのに対し、反射型では、ターゲット面から見て電子ビームと出力Ｘ線が同じ側に位置する。透過型、反射型とも、電子ビームをターゲット上の微小領域に収束してＸ線の焦点寸法を微細化する構造は同じである。
【０００３】
図４に、開放透過型Ｘ線管の断面構造を示す。このＸ線管はカソード部の陰極フィラメント１と、ウェネルト電極２と、電子ビームを加速する陽極３と、電子ビームの方向を偏向するステアリングコイル４と、偏向された電子ビームを集束するフォーカスコイル５と、Ｘ線透過窓上に設けられたターゲット６とから構成されている。そして、各部はＯ−リング（図示せず）で互いに真空気密に連結されており、ターボ分子ポンプとロータリーポンプ（図示せず）による２段引きがされたＸ線管容器を形成している。
陰極側に高圧ケーブルが挿し込まれ、Ｘ線制御装置１０ａから陰極フィラメント１に負の高電圧が印加される。陽極３側のターゲット６及びＸ線管容器の外装は接地電位に保たれている。高圧ケーブル（図示されていない）から陰極フィラメント１に電圧が印加され電流が流れ加熱されると、熱電子が放出され陽極３に向かって加速され、電子ビームを形成する。電子ビームはウェネルト電極２を通り、加速されて陽極３の中央に設けられた円筒部に入り、Ｘ線制御装置１０ａからステアリングコイル４により電子ビームの進行方向が調整される。そして、Ｘ線制御装置１０ａからフォーカスコイル５によって、微小な径の電子ビームに収束され、ターゲット６に突入する。アルミニウムの厚みＴ＝０．５ｍｍ程度のＸ線出力窓上の内側に、ターゲット６がマウントされている。ターゲット６は、例えば、厚さが５０μｍ程度のタングステンが使われたり、ターゲット材をＸ線透過窓に直接成膜したりしている。このターゲット６に電子ビームが突入するとそこでＸ線を放射する。放射されるＸ線のうちＸ線透過窓を透過する方向のＸ線が試料に照射されて、その透過Ｘ線がＸ線像検出装置７に入射し、Ｘ線画像を得ることができる。マイクロフォーカスＸ線管のＸ線条件は、管電圧が５〜２２５ｋＶ、管電流が〜２ｍＡ程度で、焦点寸法は１〜２００μｍ程度のものが使われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＸ線検査装置は以上のように構成されているが、このマイクロフォーカスＸ線発生装置の電子銃の陰極フィラメント１は、数百時間程度の寿命しかなく交換が必要となる。交換時にはＸ線管容器の内部を大気圧状態にし、陰極部の電子銃の陰極フィラメント１の部分を外部に取り出し、陰極フィラメント１を新しいものに交換する。そして再び、Ｘ線管容器に陰極フィラメント１を取付け、真空に内部を排気する。しかし、毎回同じ位置に、陰極フィラメント１を取付けることは出来ない。そのため陰極フィラメント１を取付け真空に排気してから、取付け位置のずれによる電子ビームの変位を補正するために、ステアリングコイル４により電子ビームの進行方向を調整する必要がある。この調整はＸ線像検出装置７からの画像を目視で確認しながら、手動でＸ線制御装置１０ａのボタン操作で光軸を変化させ、ステアリングコイル４を構成する上下前後の電磁コイルに流すＸ偏向値及びＹ偏向値の電流を調整して、画像の輝度が最高となる光軸を発見して行なわれていた。
この調整作業は、Ｘ線像検出装置７の出力像を目視で確認しながら行わなければならず、管電圧が低い条件ではＸ線出力が微弱であるため調整がしにくくなるという欠点があった。また、電子ビームの変位が大きく電子ビームが本来の開口部から外れている場合には、Ｘ線の出力がなくなるので調整が極めて困難になるという欠点もあった。そして、２軸を変化させる必要があるため、手動による調整では光軸を発見するのに非常に時間がかかり、さらに、画面の輝度は目視による比較であるために、誤った方向へ光軸を走査してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電子ビームをターゲットの所定の位置に容易に位置調整することができるＸ線検査装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明のＸ線検査装置は、電子発生部で発生し加速された電子ビームを集束手段により集束しつつターゲットに衝突させてＸ線を発生するＸ線管と、このＸ線管から発生したＸ線を試料に照射して透過像を検出するＸ線像検出装置を備えたＸ線検査装置において、前記電子線発生部と集束手段との間に配置され２次元的に電子ビームを偏向する偏向手段と、前記偏向手段による偏向量を２次元的に走査する走査手段と、前記電子ビームを前記走査手段によって走査しながら前記Ｘ線像検出装置によってＸ線の強度を計測する手段と、この計測手段によって求められた計測値が最高値となる前記偏向手段による偏向量を求めて前記偏向手段に設定する設定手段を備えたものである。
【０００７】
本発明のＸ線検査装置は上記のように構成されており、電子発生部と集束手段との間に、電子発生部から発生した電子ビームを２次元的に偏向する偏向手段が設けられ、その偏向手段に外部に設けられた走査手段によってＸ偏向値とＹ偏向値を変化させて、電子ビームを２次元的に走査しながら、Ｘ線像検出装置によってＸ線の強度を計測し、求められた計測値が最高となる偏向手段の偏向量を求めて、走査手段にそのＸ偏向値とＹ偏向値を設定するものである。そのため、走査手段によって最高のＸ線強度になるように、Ｘ偏向値とＹ偏向値が設定されるので、従来のように目視によらず、短時間に、電子ビームをターゲットの所定の位置に容易に位置調整することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のＸ線検査装置の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明のＸ線検査装置の構成を示す図である。
本Ｘ線検査装置は、陰極フィラメント１から放出された電子ビームがウェネルト電極２によって集束され、陽極３によって加速され、ステアリングコイル４によって偏向され、フォーカスコイル５によって集束され、ターゲット６に衝突して透過方向にＸ線を放射する透過型のＸ線管と、透過したＸ線を検出し画像信号として出力するＸ線像検出装置７と、その出力画像を走査するパーソナル・コンピュータのＰＣ８と、そのＰＣ８にインストールされた光軸補助ソフトウエア９と、陰極フィラメント１に負の高電圧を印加し、陽極３を接地電位にして、光軸補助ソフトウエア９によって見出された最高輝度ＸＹ偏向値を受けてステアリングコイル４のＸＹ偏向コイルに流す電流値を制御し、フォーカスコイル５によって電子ビームを集束するＸ線制御装置１０とから構成されている。
【０００９】
本Ｘ線検査装置は、ステアリングコイル４を有する透過型のＸ線管からの透過Ｘ線を、Ｘ線像検出装置７で検出し画像信号として出力し、ＰＣ８で光軸補助ソフトウエア９を用いて、その画像を自動的に走査し、最高輝度になるステアリングコイル４のＸＹ偏向値を、ＰＣ８からＸ線制御装置１０にＸＹ偏向指示信号として入力し、Ｘ線制御装置１０がステアリングコイル４に最適なＸ偏向コイルに流す電流値とＹ偏向コイルに流す電流値を制御し、より高い輝度信号で使用することができる装置である。
【００１０】
そして、本Ｘ線検査装置は、カソード部の陰極フィラメント１と、ウェネルト電極２と、電子ビームを加速する陽極３と、電子ビームの方向を偏向するステアリングコイル４と、偏向された電子ビームを集束するフォーカスコイル５と、Ｘ線透過窓上に設けられたターゲット６とから構成された透過型のＸ線管が用いられ、各部はＯ−リング（図示せず）で互いに真空気密に連結されており、ターボ分子ポンプとロータリーポンプ（図示せず）による２段引きがされたＸ線管容器を形成している。
陰極側に高圧ケーブルが挿し込まれ、Ｘ線制御装置１０から陰極フィラメント１に負の高電圧が印加される。陽極３側のターゲット６及びＸ線管容器の外装は接地電位に保たれている。高圧ケーブル（図示されていない）から陰極フィラメント１に電圧が印加され電流が流れ加熱されると、熱電子が放出され陽極３に向かって加速され電子ビームを形成する。電子ビームはウェネルト電極２を通り、加速されて陽極３の中央に設けられた円筒部に入り、Ｘ線制御装置１０からステアリングコイル４により電子ビームの進行方向が調整される。
【００１１】
ステアリングコイル４は、陰極フィラメント１から引き出され陽極３によって加速された電子ビームの進行方向を偏向させるもので、前後上下に電磁コイルが設けられ、磁界によって電子ビームを偏向するもので、電子ビームは中央の電子線通過路を通過するが、広がりをもち束状になって進行する。その束状の電子ビームの周辺部は、周囲の電極などに捉えられる。その電子ビームがＸ線管の中心軸に対して偏心しておれば、周囲の電極に流れることになる。そのため電子ビームの偏向はＸ偏向コイルとＹ偏向コイルに流す電流によって制御され、ＸＹ方向の偏向により電子ビームの進行方向が自由に調整される。
ステアリングコイル４は磁界により電子ビームを偏向するものが一般的であるが、これに限らず電界により電子ビームを偏向させることも可能である。
そして、Ｘ線制御装置１０がステアリングコイル４に最適なＸ偏向コイルに流す電流値とＹ偏向コイルに流す電流値を制御する。その最適なＸＹ偏向値は、ＰＣ８にインストールされている光軸補助ソフトウエア９によって設定される。
そして、Ｘ線制御装置１０からフォーカスコイル５によって微小な径の電子ビームに収束され、ターゲット６に突入する。
【００１２】
ターゲット６は、アルミニウムの厚みＴ＝０．５ｍｍ程度のＸ線出力窓上の内側にマウントされている。ターゲット６は、例えば、厚さが５０μｍ程度のタングステンが使われたり、ターゲット材をＸ線透過窓に直接成膜したりしている。このターゲット６に電子ビームが突入するとそこでＸ線を放射する。放射されるＸ線のうちＸ線透過窓を透過する方向のＸ線が試料に照射されて、その透過Ｘ線がＸ線像検出装置７に入射し、Ｘ線画像を得ることができる。
マイクロフォーカスＸ線管のＸ線条件は、管電圧が５〜２２５ｋＶ、管電流が〜２ｍＡ程度で、焦点寸法は１〜２００μｍ程度のものが使われている。
【００１３】
Ｘ線像検出装置７は、イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）とＣＣＤカメラを組合せたＸ線像検出装置である。イメージインテンシファイア（Ｉ．Ｉ．）の出力像をＣＣＤカメラで撮像するもので、その出力はＸ線の画像信号として取出すことができる。
透過Ｘ線を受けてＸ線画像を形成するＸ線像検出装置７は、イメージインテンシファイアとＣＣＤカメラを用いたものであるが、これを半導体フラットパネルの撮像装置に置き換えて構成しても良い。半導体フラットパネルの撮像装置として、通常Ｘ線を光に変換するＸ線変換膜と、その直下に行列状に配置されたフォトダイオードアレイと、各フォトダイオードアレイに接続されたスイッチング素子によって構成され、Ｘ線照射後に、各スイッチング素子を順次ＯＮすることで、各画素に蓄積された信号電荷を読み出して、Ｘ線画像を形成するタイプのものと、放射線に感応し入射線量に対応した電荷信号を直接出力する変換膜からなる放射線センサーアレイを有し、その直下に行列状に配置された電極にスイッチング素子が接続され、照射時に各スイッチング素子を順次ＯＮすることで各画素に蓄積された信号電荷を読み出し、Ｘ線画像を形成するタイプの２種類のものがある。何れのタイプでもデータ記憶装置を内蔵してＯＦＦラインで画像構成されるものや、Ｘ線像検出部からＯＮラインで信号を送るものがある。この半導体フラットパネルを用いると、イメージインテンシファイアのような空間を占有することがないので、Ｘ線検査装置がコンパクトになる。
【００１４】
次に、本Ｘ線検査装置のステアリングコイル４に流す電流のＸ偏向値・Ｙ偏向値を、光軸補助ソフトウエア９を用いて自動で変化させながら、Ｘ線像検出装置７からの画像信号をもとに輝度を測定し、最適なＸ偏向値・Ｙ偏向値を見出す方法について、図２、及び、図３を参照しながら説明する。
図２は、本Ｘ線検査装置のＰＣ８にインストールされている光軸補助ソフトウエア９のフローチャートを示す。図３は、光軸補助ソフトウエア９による走査の一例を示す図であり、（ａ）は第１走査範囲１１を、（ｂ）は第２走査範囲１２を、（ｃ）は第３走査範囲１３を示す図である。
まず、ＰＣ８の光軸補助ソフトウエア９を起動させて、Ｘ線像検出装置７からの画像信号を受け入れ、光軸調整を開始する。はじめに、（ａ）その画像の輝度をチェックする第１走査範囲１１を大きく設定する。その第１走査範囲１１は閾値（走査可能な最小範囲）よりも当然大きく設定される。そして、Ｘ偏向値及びＹ偏向値を最小値からスタートし、輝度を測定し、Ｘ偏向値及びＹ偏向値をそれぞれ増加させて、順次輝度を測定する。そしてＸ偏向値及びＹ偏向値が第１走査範囲１１よりも小さければ、さらに輝度測定を続ける。この偏向値の増加を繰り返してＸ偏向値及びＹ偏向値が第１走査範囲１１外になれば、第１走査範囲１１内の測定結果から一番輝度が高い最高輝度ＸＹ偏向値１１ａを中心に走査範囲を小さく設定して（ｂ）第２走査範囲１２を設定する。第２走査範囲１２は閾値（走査可能な最小範囲）よりも当然大きいので、その場所の走査スタートのＸ偏向値及びＹ偏向値を最小値にして、輝度を測定し、Ｘ偏向値及びＹ偏向値をそれぞれ増加させて、第２走査範囲１２内を順次走査し輝度を測定する。そして、Ｘ偏向値及びＹ偏向値が第２走査範囲１２外になれば、第２走査範囲１２内の測定結果から一番輝度が高い最高輝度ＸＹ偏向値１２ａを中心に走査範囲を小さく設定して（ｃ）第３走査範囲１３を設定する。その第３走査範囲１３もまだ閾値（走査可能な最小範囲）よりも大きいので、その場所の走査スタートのＸ偏向値及びＹ偏向値を最小値にして、輝度を測定し、Ｘ偏向値及びＹ偏向値をそれぞれ増加させて、第３走査範囲１３内を順次走査し輝度を測定する。そして、Ｘ偏向値及びＹ偏向値が第３走査範囲１３外になれば、第３走査範囲１３内の測定結果から一番輝度が高い最高輝度ＸＹ偏向値１３ａを中心に走査範囲を小さく設定して第４走査範囲を設定する。このとき、第４走査範囲が閾値（走査可能な最小範囲）に到達すると、第３走査範囲１３内の測定結果から、一番輝度が高い最高輝度ＸＹ偏向値１３ａを最適値として設定し、この値をＰＣ８からＸ線制御装置１０にＸＹ偏向指示信号として入力し、光軸を合せることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明のＸ線検査装置は上記のように構成されており、電子ビームの走査手段であるＰＣにインストールされた光軸補助ソフトウエアによって、Ｘ線管の電子ビームを偏向する偏向手段のＸ偏向値とＹ偏向値を走査し、Ｘ線強度をＸ線像検出装置で計測し、最高のＸ線強度になるように、Ｘ偏向値とＹ偏向値が走査手段であるＰＣに設定されるので、電子ビームの光軸発見を、従来のように手動走査で目視によって行うのでなく、使用者はＸ線制御装置の光軸調整開始のスイッチを操作するだけで、短時間に行うことができ、光軸の誤認をすることなく、電子ビームをターゲットの所定の位置に容易に位置調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線検査装置の一実施例を示す図である。
【図２】本発明のＸ線検査装置の光軸補助ソフトウエアフローチャートを示す図である。
【図３】本発明のＸ線検査装置の走査例を示す図である。
【図４】従来のＸ線検査装置を示す図である。
【符号の説明】
１…陰極フィラメント
２…ウェネルト電極
３…陽極
４…ステアリングコイル
５…フォーカスコイル
６…ターゲット
７…Ｘ線像検出装置
８…ＰＣ
９…光軸補助ソフトウエア
１０、１０ａ…Ｘ線制御装置
１１…第１走査範囲
１１ａ…最高輝度ＸＹ偏向値
１２…第２走査範囲
１２ａ…最高輝度ＸＹ偏向値
１３…第３走査範囲
１３ａ…最高輝度ＸＹ偏向値

Claims

電子発生部で発生し加速された電子ビームを集束手段により集束しつつターゲットに衝突させてＸ線を発生するＸ線管と、このＸ線管から発生したＸ線を試料に照射して透過像を検出するＸ線像検出装置を備えたＸ線検査装置において、前記電子線発生部と集束手段との間に配置され２次元的に電子ビームを偏向する偏向手段と、前記偏向手段による偏向量を２次元的に走査する走査手段と、前記電子ビームを前記走査手段によって走査しながら前記Ｘ線像検出装置によってＸ線の強度を計測する手段と、この計測手段によって求められた計測値が最高値となる前記偏向手段による偏向量を求めて前記偏向手段に設定する設定手段を備えたことを特徴とするＸ線検査装置。