KR20150121024A - X선 비파괴 검사 장치 - Google Patents

Abstract

저장된 설계 정보에 기초하여 제작되고, 기지의 X선 흡수 계수의 기재, 및 이 기재 중에 배치되어서 기재의 X선 형성 흡수 계수와 상이한 기지의 X선 흡수 계수의 피측정 대상 부재를 구비한 물품에 X선을 조사하고, 투과한 X선의 선량을 측정하여, 이 선량으로부터 상기 피측정 대상물의 두께 치수를 취득하는 X선 비파괴 검사 장치이다. 물품에 X선을 조사하는 X선원과, 물품 상의 서로 다른 적어도 2개소를 투과한 X선의 선량을 검출하는 검출 수단과, 이 검출 수단이 선량을 검출하는 개소를, 미리 기억된 설계 정보에 기초하여 정하고, 조사 개소의 설정 시에 물품 상의 서로 다른 2개소에 있어서의 X선의 투과 경로의 차가 피측정 대상물이 되도록 이들 개소가 쌍을 이루는 조로서 특정하는 검출 위치 결정 수단과, 검출 수단을 검출 위치 결정 수단이 쌍의 조로서 특정한 개소까지 이동시키는 구동 수단과, 검출 수단이 검출한 X선의 선량으로부터 피측정 대상물의 두께 치수를 산출하는 연산 수단을 구비한다.

Description

X선 비파괴 검사 장치{X-RAY NONDESTRUCTIVE TESTING DEVICE}

본 발명은 X선 비파괴 검사 장치에 관한 것으로, 특히 반도체나 프린트 기판 등, 물품의 내부에 존재하는 피측정 대상물에 X선을 조사해서 투과하는 X선의 선량을 계측하여, 피측정 대상물에 접촉하지 않고 비파괴로 피측정 대상물의 두께를 구하는 X선 비파괴 검사 장치에 관한 것이다.

X선의 흡수 계수가 기지인 물품의 두께 치수를 비파괴로 측정하는 방법으로서, 물품에 X선을 조사하여, 물품의 X선 투과량을 측정하고, 투과량 및 흡수 계수에 기초하여 물품의 두께 치수를 측정하는 것이 있다.

그런데, 일반적으로 검사 대상이 되는 물품에는 그 내부에 다양한 물질로 이루어지는 부재가 혼재되어 있는 경우가 있고, X선은 물품을 통과하는 경로에서 다양한 물질로 형성된 부재를 투과하고 있다. 이 때문에, 물품 내부에 배치된 특정한 물질로 형성된 부재의 두께 치수만을 측정할 수는 없다.

최근의 전자 기판, 웨이퍼 등의 물품에서는 다양한 물질로 형성된 부재가 몇 층에 걸쳐서 배치된 구조를 구비하고 있다. 여기서, 이러한 물품의 내부에 배치된 부재의 두께를 검사하기 위해서는, 시료로서 물품의 절편을 제작하고, 그 단면을 광학 현미경이나 전자 현미경으로 관찰하는 것이 행하여진다. 그러나, 출하 전의 상품, 예를 들어 반도체 칩, 프린트 기판, 전지 등의 물품으로부터 절편을 제작해서 관찰하여 검사하는 것은, 시간적, 경제적으로 손실이 크다. 이 때문에, 이러한 물품을 비파괴로 검사할 수 있는 방법이 오랫동안 요망되고 있었다.

그러나, 종래의 X선을 사용한 검사 방법에서는, 상술한 바와 같이 기준이 되는 시료가 필요하게 된다. 또한, 반도체 칩, 프린트 기판, 전지 등의 설계도에 기초하여 정확하게 X선을 조사해서 검사를 행하는 것이 필요하게 되는데, 그러한 기술은 확정되어 있지 않아, 검사의 스루풋을 향상시킬 수 없다.

본 발명은, 간단한 장치 및 연산 처리로 피측정 대상물의 두께 치수를 용이하면서도 또한 저비용으로 측정할 수 있는 X선 비파괴 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 저장된 설계 정보에 기초하여 제작되고, 기지의 X선 흡수 계수의 기재, 및 이 기재 중에 배치되고, 상기 기재의 X선 형성 흡수 계수와 상이한 기지의 X선 흡수 계수의 피측정 대상물을 구비한 물품에 X선을 조사하여, 투과한 X선의 선량을 측정하고, 이 선량으로부터 상기 피측정 대상물의 두께 치수를 취득하는 X선 비파괴 검사 장치에 있어서, 상기 물품에 X선을 조사하는 X선원과, 적어도 상기 물품 상의 서로 다른 2개소에 있어서, 당해 2개소를 투과한 X선의 선량을 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단이 선량을 검출하는 상기 물품 상의 서로 다른 2개소를, 미리 기억된 상기 설계 정보에 기초해서 정하는 것이며, 또한 상기 개소의 설정 시에 상기 물품 상의 서로 다른 2개소에 있어서의 X선의 투과 경로의 차가 상기 피측정 대상물이 되도록 상기 2개소가 쌍을 이루는 조로서 특정하는 검출 위치 결정 수단과, 상기 검출 수단을 상기 검출 위치 결정 수단이 쌍의 조로서 특정한 개소까지 이동시키는 구동 수단과, 상기 검출 수단이 검출한 상기 X선의 선량으로부터 상기 피측정 대상물의 두께 치수를 산출하는 연산 수단을 구비한다.

본 발명에 따르면, 다양한 물질로 제작된 부재가 기재 내에 혼재된 전자 기판, 웨이퍼와 같은 물품이라도, 검사하고자 하는 피검사 부재만의 두께, 표면에서부터 부재까지의 두께 등을 비파괴 상태로 검사할 수 있다. 또한 이 검사는, 물품이 복수의 부재가 겹쳐져서 기재 내부에 매립된 구조라도, 간이한 장치 및 연산 처리로 비용을 들이지 않고 행할 수 있으며, 검사에 의해 물품 내의 피검사 부재의 두께 치수 등을 정확하게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 X선 비파괴 검사 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 X선 비파괴 검사 장치의 제1 실시 형태에 따른 측정을 도시하는 모식도이다.
도 3은 X선 비파괴 검사 장치의 제2 실시 형태에 따른 측정을 도시하는 모식도이다.
도 4는 X선 비파괴 검사 장치의 제3 실시 형태에 따른 측정을 도시하는 모식도이다.
도 5는 X선 비파괴 검사 장치의 제4 실시 형태에 따른 측정 대상이 되는 물품의 설계도를 도시하는 모식도이다.
도 6은 X선 비파괴 검사 장치의 제4 실시 형태에 따른 측정 대상이 되는 물품의 설계도인 도 5 중의 P-P선에 상당하는 단면도이다.
도 7은 도 6 중의 B 부분의 확대도이다.
도 8은 화상 표시 장치의 표시 상태를 도시하는 모식도이다.
도 9는 X선 비파괴 검사 장치의 제5 실시 형태에 따른 측정 대상이 되는 물품의 설계도를 나타내는 것으로, (a)는 평면 모식도, (b)는 (a) 중의 Q-Q선에 상당하는 단면도이다.
도 10은 제5 실시 형태에서의 X선 투과량의 측정 방법을 도시하는 모식도이다.
도 11은 X선 비파괴 검사 장치의 제5 실시 형태에 따른 측정에서의 각 영역에서의 흡수량과 구조를 나타내는 표이다.
도 12는 제6 실시 형태에서의 물품의 보이드의 두께 치수의 측정을 도시하는 모식도이다.
도 13은 동일하게 보이드의 형상의 측정을 도시하는 모식도이다.
도 14는 X선을 이용해서 물품의 두께를 측정하는 방법을 도시하는 모식도이다.
도 15는 X선을 이용해서 물품의 두께를 측정하는 다른 방법을 도시하는 모식도이다.

이하 본 발명의 실시 형태에 따른 X선 비파괴 검사 장치를 도면에 기초하여 설명한다.

<X선을 사용한 물품의 두께 측정 방법>

먼저, 도 14에 의해, X선을 사용한 물품의 두께 측정을 모식적으로 도시한다. 도 14에 도시한 바와 같이, 두께(L), 흡수 계수(α)의 물품(100)에 X선을 출력(A)으로 조사했을 때, 투과 X선의 선량 검출값을 B로 한다. 이때, 두께(L), 출력(A), 선량(B)의 사이에는,

B=A·exp(-α·L)

의 관계가 성립한다.

그리고, 물품(100)의 흡수 계수(α), 출력(A), 선량(B)으로부터, 두께(L)를,

L=(-1/α)·log(B/A)

로서 구할 수 있다.

또한, 물품의 두께를 구하는 다른 방법으로서, 물품(100)을 투과한 경우와, 물품(100)을 투과하지 않는 경우의 X선 투과 선량으로부터 물품(100)의 두께(L)를 구할 수 있다.

도 15는 X선을 이용해서 물품의 두께를 측정하는 다른 방법을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 두께(L), 흡수 계수(α)의 물품(100)에 출력(A)의 X선을 조사했을 때, 계측된 투과 X선의 선량을 B1이라 한다. 또한, 출력(A)의 X선을 물품이 없는 상태에서 조사했을 때, 동일한 거리 떨어진 위치에서 계측된 X선 선량을 B2라 한다.

이때,

B1=A·exp(-α·L)

B2=A

의 관계가 성립하므로,

B1/B2=A·exp(-α·L)/A=exp(-α·L)

이 된다.

이들로부터, 두께 치수(L)는,

L=(-1/α)·log(B1/B2)

가 된다.

또한, X선을 사용해서 물품의 두께를 측정하는 방법, 장치는 다양하게 알려져 있지만, 예를 들어 일본 특허 공개 공보 특개소53-3262호 공보에는, 물질의 두께(L)를 구하기 위해서, 물품이 없는 상태의 기준 X선량 및 물품이 존재하는 상태에서의 X선량을 각각 측정하고, 그들의 측정값으로부터 피측정 대상물의 두께 값을 산출하는 측정 기술이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 공보 특개소58-62508호 공보의 특허 청구 범위에는, 방사선원과 방사선 검지기의 사이에, 표준체와 피측정체를 배치하여, 피측정체의 두께를 측정하는 기술이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 공보 특개소60-194304호 공보에는, 내부에 다층 구조를 갖는 피측정 대상물에 대하여, 복수종의 에너지를 구비하는 감마선을 조사해서 투과한 에너지를 측정하여, 개개의 피측정 대상물의 두께를 측정하는 기술이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 공보 특개평10-325714호 공보에는, 주조편의 전열 계산에 의한 온도 분포를, 서로 다른 에너지 스펙트럼을 갖는 방사선의 투과도로부터 구한 고상선, 액상선으로 수정하고, 또한 주조편 길이 방향의 온도 분포를 수정함으로써 3차원 온도 분포를 구하여, 크레이터 엔드를 구하는, 즉 물질 내부에 존재하는 피측정 대상물의 두께를 측정하는 기술이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 공보 특개평7-43320호 공보에는, 배선(회로) 패턴 기판의 배선 정보가 기술된 설계 정보에 기초하여 피검사 시료에 대해 배선 패턴 형성 영역만을 검사하도록 XY 스테이지를 이동시켜(단락 번호 0037 내지 0038), 피검사 시료에 X선을 조사하고, 피검사 시료로부터 일정한 X선 투과상을 얻어(단락 번호 0027), 피검사 시료의 두께를 구하는 기술이 기재되어 있다(단락 번호 0045 내지 0046).

일본 특허 공개 공보 특개2000-249532호 공보에는, 파장 분포가 상이한 2종류의 X선을 피검사 대상에 조사해서 2매의 X선 화상을 촬상하여, 상기 2매의 X선 화상의 차분 연산에 의해 상기 X선 화상으로부터 상기 피검사 대상에 포함되는 특정 물질을 추출하고, 상기 차분 연산한 값과, 두께가 기지인 상기 특정 물질과 동일한 재질의 표준 시료를 촬상해서 차분 연산한 값을 비교함으로써, 특정 물질의 두께를 측정하는 X선 검사 방법이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 공보 특개2008-268076호 공보에는, 선원의 에너지를 제1 에너지로 해서, 두께 및 재질이 기지의 표준 시료를 순차적으로 추가하면서, 상기 표준 시료와 상기 피검체의 투과 화상을 촬상하는 공정과, 상기 선원의 에너지를 제1 에너지와 상이한 제2 에너지로 해서, 상기 표준 시료를 순차적으로 추가하면서, 상기 표준 시료와 상기 피검체의 투과 화상을 촬상하고, 2종류의 에너지에 있어서의 상기 표준 시료의 두께와 투과한 방사선 휘도값의 관계를 구하여, 상기 피검체의 재질과 그 두께를 추정하는 비파괴 식별 방법이 기재되어 있다.

이들 방법, 장치 구성은, 적절하게 본 발명의 실시 형태에 채용 가능하다.

<실시 형태 1>

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 X선 비파괴 검사 장치의 모식도이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 X선 비파괴 검사 장치(10)는, 검사를 행하는 물품으로서, 예를 들어 출하 직전의 웨이퍼 기판, 필름에 전자 회로가 배선된 출하 전의 필름 기판, 빌드 업 다층 프린트 기판, 다층 프린트 배선 기판 등을 대상으로 해서, 이들의 최종 검사에 사용하는 검사 장치에 적용된다. 이하, 검사 대상으로 하는 물품을 웨이퍼 기판, 필름 기판을 예로 들어 설명한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 X선 비파괴 검사 장치(10)는, 물품(100)에 X선을 조사하는 X선원(50)과, 조사된 물품(100)을 투과한 X선을 검출하는 검출 수단으로서의 검출기(60)를 구비한다. X선원(50) 및 검출기(60)로서는, 공지된 장치를 사용한다. 또한, X선 비파괴 검사 장치(10)는, X선원(50) 및 검출기(60)를 소정의 위치에 구동하는 구동 수단(40)을 구비한다. 또한, X선 비파괴 검사 장치(10)는, 물품(100)의 설계 정보를 저장하는 설계 정보 저장부(20)와, 검출 위치 결정 수단으로서 구동 수단(40)의 구동을 제어하는 구동 제어부(30)와, 검출기(60)의 검출 결과 및 설계 정보 저장부(20)로부터의 설계 정보에 기초하여 물품(100) 중의 피측정 대상물(120)의 두께 치수를 측정하는 연산 처리부(70)를 구비한다.

구동 수단(40)은, X선원(50)을 구동하는 X선원 구동부(41)와, 검출기(60)를 구동하는 검출기 구동부(42)로 이루어진다. 구동 수단(40)은, 구동 제어부(30)에 의해 구동 제어되고, X선원(50)으로부터의 X선을 검출기(60)에서 검출하도록, X선원(50) 및 검출기(60)를 동기해서 구동한다. 물품(100)은, 도시하지 않은 스테이지의 중앙 위치에 배치된다.

물품(100)은, 미리 정해진 설계 정보에 기초해서 제조되어 있다. 이 설계 정보는, 설계 정보 저장부(20)에 저장되어 있다. 물품(100)은, 기재(110) 중에 하나 또는 복수의 부재를 포함한다. 기재(110)는, 예를 들어 실리콘 웨이퍼 기재, 필름 기재가 사용된다. 기재(110) 중에 배치되는 부재는, 각종 전자 소자, 기재 중에 기재와는 다른 소재로 제작된 각종 기능층, 배선 등이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 X선 비파괴 검사 장치(10)에서는, 기재(110) 중에 배치되는 부재 중, 두께 치수가 불분명한 것이 피측정 대상물(120)로 되고, 그 두께 치수가 연산 처리부(70)에 의해 산출된다.

도 1에 도시한 예에서는, 기재(110) 중에는, 피측정 대상물(120)이 배치되어 있다. 또한, 기재(110) 중에 있어서, 피측정 대상물(120)은, 1층이 되도록 배치, 또는 동일한 영역에 겹쳐서 다층이 되도록 배치된다.

또한, 물품은, 웨이퍼 기판이나 필름 기판에 한정되지 않고, 비파괴로 검사할 수 있는 것이면 다른 것이어도 된다. 즉, 예를 들어 식품 내부의 이물 검사, 건축물 내부의 철근의 녹 부식 검사, 인체 내부의 수술 도구 등의 이물 혼입 검사, 또는 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 모바일, 디지털 카메라, 연료 전지 등의 최종 검사 등에도 적용할 수 있으며, 응용 범위는 다양하게 확대된다.

설계 정보 저장부(20), 구동 제어부(30), 연산 처리부(70)는, CPU(central processing unit), ROM(read only memory), RAM(random access memory), HDD(hard disk drive) 등을 구비하는 컴퓨터 시스템(80)으로서 구성된다. 연산 처리부(70)에서는, HDD, ROM 등에 저장된 프로그램을 CPU에서 처리하여, 설계 정보 저장부(20), 구동 제어부(30), 연산 처리부(70)의 기능을 실현한다.

설계 정보 저장부(20)는, 연산 처리부(70)의 HDD 등의 저장 영역에 설정된다. 설계 정보 저장부(20)는, 설계 정보로서, 설계도, 회로도 또는 회로 단면도를 포함하는 정보를 저장한다. 또한, 설계 정보 저장부(20)에는, 물품(100) 및 물품을 구성하는 기재 및 내포되는 부재의 X선 흡수 계수가 저장된다.

구동 제어부(30)는, X선원(50) 및 검출기(60)의 배치 위치를 설정한다. 즉, 구동 제어부(30)는, X선원(50) 및 검출기(60)를 배치하는 위치로서, 물품(100) 상의 서로 다른 2개소를 지정하고, 이 2개소에 있어서의 X선의 투과 경로의 차가 피측정 대상물(120)이 되도록 이 쌍이 되는 2개소를 1개의 조로서 특정한다. 조의 위치 정보는, 설계 정보 저장부(20)로부터 얻어지고, 예를 들어 구동 제어부(30)의 저장 수단(컴퓨터 시스템(80)의 HDD, RAM)에 저장된다. 또한, 이 예에서는, 1대의 X선원(50) 및 검출기(60)를 페어로서 사용하고 있지만, 복수대의 X선원을 소정 위치로 이동하고, 이것과 동기한 복수대의 검출기를 소정 위치로 이동하여, 복수 개소의 X선 투과량을 동시에 검출할 수 있다. 이에 의해, 구동 제어부(30)는, 물품(100) 상에서의 측정을 행하는 하나 또는 복수의 조를 설정한다.

즉, 구동 제어부(30)는, 설계 정보 저장부(20)가 저장한 물품(100)의 설계 정보로부터, 물품(100)이 이루는 층의 수, 물품 표면에서부터 피측정 대상물까지의 층의 수, 또는 물품 이면에서부터 피측정 대상물까지의 층의 수, 내포 물품이 겹쳐서 존재하는 영역, 피측정 대상물이 존재하지 않는 영역, 피측정 대상물이 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역의 간격(거리)이 소정 거리 이내에 존재하는지 여부 등의 매개 변수에 기초하여 물품(100) 상의 2개소를 조로서 특정한다.

연산 처리부(70)는, 검출기(60)가 각 개소에서 검출한 선량값으로부터 피측정 대상물(121)의 두께 치수를 산출한다. 이 산출은, 공지인 X선 흡수에 관한 식에 기초해서 이루어진다. 이에 의해, 연산 처리부(70)는, 조를 이루는 2개소에 있어서 검출된 선량을 비교하여, 피측정 대상물의 기지의 X선 흡수 계수, 측정된 두께 치수 등을 기초로, 피측정 대상물의 두께를 구한다. 또한, 물품의 내포 물품의 두께 치수(거리)를 구한다.

이러한 계산은, 두께(L), 흡수 계수(α)의 물품(100)에 X선을 출력(A)으로 조사하고, 투과 X선의 선량을 검출값 B라 했을 때, 두께(L), 출력(A), 검출선량(B)의 사이에는, B=A·exp(-α·L)의 관계가 성립하는 것에 기초하여, 기지의 값인 α, A, 측정값인 B에 기초하여 L을 구함으로써 실행된다.

이하, X선 비파괴 검사 장치(10)에서의 측정에 대해서 설명한다. X선 비파괴 검사 장치(10)에서의 측정에서는, 다양한 수순으로 피측정 대상물의 두께 치수를 측정할 수 있다.

<실시 형태 1에 따른 측정>

먼저, 제1 실시 형태에 따른 측정에 대해서 설명한다. 도 2는 X선 비파괴 검사 장치의 제1 실시 형태에 따른 측정을 도시하는 모식도이다. 물품(100)은, 기재(110) 중에 2개의 피측정 대상물, 즉 제1 피측정 대상물(121), 제2 피측정 대상물(122)이 배치되어 있다. 여기서, 기재(110)의 투과율(α0), 제1 피측정 대상물(121)의 투과율(α1), 제2 피측정 대상물(122)의 투과율(α2)은 기지이며, 설계 정보 저장부(20)에 저장되어 있다.

먼저, 구동 제어부(30)는, 물품(100) 상의 서로 다른 2개소에 있어서의 X선의 투과 경로의 차가 피측정 대상물(121)이 되도록 측정 개소를 선정한다. 이 예에서는, 먼저, 제1 피측정 대상물(121)이 배치된 제1 영역으로부터 제1 개소(101)를, 제2 피측정 대상물(122)이 배치된 제2 영역으로부터 제2 개소(102)를, 또한 피측정 대상물이 배치되어 있지 않은 제3 영역으로부터 제3 개소(103)를 선정한다. 그리고, 제1 개소와 제3 개소를 제1 조로 하고, 제2 개소와 제3 개소를 제2 조로 한다.

계속해서, 구동 제어부(30)는, 구동 수단(40)을 구동 제어하여, 각 개소에서의 X선의 투과량을 측정하도록, 제1 개소(101), 제2 개소(102), 제3 개소(103)에 X선원(50) 및 검출기(60)를 순차적으로 배치한다. 그리고, X선원(50)으로부터 소정의 출력(예를 들어 A)의 X선을 조사하여, 검출기(60)로 각 개소에서의 X선의 투과량을 측정한다. 또한, 각 개소에 각각 X선원(50) 및 검출기(60)의 페어를 배치하도록, X선원(50) 및 검출기(60)의 페어를 복수 설치해서 측정을 행할 수 있다.

X선원의 출력을 A, 각 위치에서의 검출기(60)가 검출한 선량을 각각 B1, B2, B3이라 한다. 연산 처리부(70)는, 이들 값에 의해, 2개의 피측정 대상물(121, 122)의 각각의 두께 치수(L1, L2)를 구한다.

기재(110) 표면에서부터 제1 피측정 대상물(121)까지 거리를 S1, 제1 피측정 대상물(121)의 두께 치수를 L1, 제1 피측정 대상물(121)의 이면에서부터 제2 피측정 대상물(122)의 표면까지의 거리를 S2, 제2 피측정 대상물(122)의 두께 치수를 L2, 제2 피측정 대상물(122)의 이면에서부터 기재(110)의 이면까지의 거리를 S3이라 하면, B1과 B3의 비로 L1의 값을, B2와 B3의 비로 L2의 값을 구할 수 있다.

즉,

B1/B3=exp(-L1(α1-α0))

B2/B3=exp(-L2(α2-α0))

이 된다.

연산 처리부(70)는, 상기의 식을, L1 및 L2에 대해서 풀어, 출력한다. 이상과 같이, 실시 형태 1에서는, 제1 피측정 대상물(121) 및 제2 피측정 대상물(122)의 두께 치수를, X선의 감쇠율을 3개소에서 측정하여 간단한 연산을 실행하는 것만으로 구할 수 있다.

<실시 형태 2에 따른 측정>

다음으로 제2 실시 형태에 따른 측정에 대해서 설명한다. 도 3은 X선 비파괴 검사 장치의 제2 실시 형태에 따른 측정을 도시하는 모식도이다. 실시 형태 2에서는, 구동 제어부(30)는, 물품(100) 중, 제1 피측정 대상물(121)이 존재하는 제1 영역에서 선택한 제1 개소(101)와, 제1 피측정 대상물(121) 및 제2 피측정 대상물(122)이 겹쳐서 존재하는 제2 영역에서 선택한 제2 개소(102)와, 피측정 대상물이 존재하지 않는 제3 영역에서 선택한 제3 개소(103)를 선택한다. 그리고, 구동 제어부(30)는, 제3 개소(103)와 제1 개소(101)를 제1 조로 하고, 또한 제2 개소(102)와 제1 개소(101)를 제2 조로 하여 특정한다.

그리고, 구동 제어부(30)는, 구동 수단(40)을 구동하여, X선원(50) 및 검출기(60)를 각각 제1 개소(101), 제2 개소(102), 제3 개소(103)에서 투과 X선량을 검지하도록 순차적으로 배치하여, 각 개소에서의 검출값(B1, B2, B3)을 취득한다.

그리고, 연산 처리부(70)는, 제3 개소(103) 및 제1 개소(101)를 쌍으로 하는 제1 조로부터 얻은 B3, B1의 비로부터 제1 피측정 대상물(121)의 두께 치수(L1)를 구하고, 마찬가지로, 제2 개소(102) 및 제1 개소(101)를 쌍으로 하는 제1 조로부터 얻은 B2, B1의 비로부터 제2 피측정 대상물(122)의 두께 치수(L2)를 구한다. 또한, 기재(110)의 감쇠율(α0), 제1 피측정 대상물(121)의 감쇠율(α1), 제2 피측정 대상물(122)의 감쇠율(α2)은 기지이다.

<실시 형태 3에 따른 측정>

다음으로 제3 실시 형태에 따른 측정에 대해서 설명한다. 도 4는 X선 비파괴 검사 장치의 제3 실시 형태에 따른 측정을 도시하는 모식도이다. 제3 실시 형태에서는, 제3 실시 형태에 있어서, 물품(100)의 기재(110)에는, 제1 피측정 대상물(121), 제2 피측정 대상물(122)이 배치되어 있는 것 외에, 트렌치(123, 124, 125)가 형성되어 있다.

트렌치(123)는, 두께(L0)의 물품(100) 표면에서부터 제1 피측정 대상물(121)에 이르기까지 형성되고, 트렌치(124)는, 물품(100) 표면에서부터 제2 피측정 대상물(122)에 이르기까지 형성되고, 트렌치(125)는, 물품(100) 이면에서부터 제2 피측정 대상물(122)에 이르기까지 형성된다. 그리고, 물품(100)의 표면에서부터 제1 피측정 대상물(121)까지의 거리, 즉, 트렌치(123)의 깊이 치수를 S1, 제1 피측정 대상물(121)의 두께 치수를 L1, 제1 피측정 대상물(121)과 제2 피측정 대상물(122)의 거리를 S2, 제2 피측정 대상물(122)의 두께 치수를 L2, 제2 피측정 대상물(122)에서부터 물품(100)의 이면까지의 거리, 즉, 트렌치(125)의 깊이 치수를 S3이라 한다.

또한, 기재(110)의 흡수율(α0), 제1 피측정 대상물(121)의 흡수율(α1), 제2 피측정 대상물(122)의 흡수율(α2)은 기지로 하고, 또한 L1 및 L2를 기지로 한다. 또한, 기재(110)에 형성된 트렌치와 마찬가지로 홀을 측정 대상으로 할 수 있다.

이 예에서는, 물품(100) 표면에서부터 제1 피측정 대상물(121)까지의 기재(110)의 두께 치수(S1), 물품(100) 표면에서부터 제2 피측정 대상물(122)까지의 두께 치수(트렌치(123)의 깊이 치수: S1+L1+S2), 제2 개소(102)에서부터 물품(100)의 이면까지의 치수(S3)를 측정의 대상으로 한다. 이것은, S1, S2, S3을 구하는 것과 동일하다. 이들 치수를 알면, 트렌치(123, 124, 125)의 깊이 치수를 알 수 있다.

이를 위해, 구동 제어부(30)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 이하와 같이 이하의 5개소를 특정한다.

제1 개소(101): 제1 피측정 대상물(121)이 배치되고, 또한 트렌치가 없는 제1 영역

제2 개소(102): 제1 피측정 대상물(121)이 배치되고, 또한 트렌치(123)가 형성된 제2 영역

제3 개소(103): 제1 피측정 대상물(121) 및 제2 피측정 대상물(122)이 배치된 제3 영역

제4 개소(104): 제2 피측정 대상물(122)이 배치되고, 또한 트렌치(124)가 형성된 제4 영역

제5 개소(105): 제2 피측정 대상물(122)이 배치된 렌치(125)가 형성된 제5 영역

구동 제어부(30)는, 이하와 같이 3개의 조를 선정한다.

제1 조: 제1 개소(101), 제2 개소(102)

제2 조: 제3 개소(103), 제4 개소(104)

제3 조: 제3 개소(103), 제5 개소(105)

그리고, 연산 처리부(70)는, 이하의 수순으로 필요한 두께 치수를 구한다.

제1 조에서 얻어지는 투과율(B1)과 투과율(B2)의 비로 S1을 구한다.

이어서, 제2 조에서 얻어지는 투과율(B3)과 투과율(B4)의 비로 S1+L1+S2를 구한다.

여기서, S1과 L1이 기지이므로 S2를 구할 수 있다.

그리고, 제3 조에서 얻어지는 투과율(B3)과 투과율(B5)의 비로 S3을 구한다.

이에 의해, 기지의 L1, L2 외에, S1, S2, S3의 값을 특정할 수 있다

<실시 형태 3에 관한 측정의 변형예>

다음으로 제3 실시 형태에 관한 계측의 변형예에 대해서 설명한다. 이 예는, 제1 피측정 대상물(121)의 두께 치수(L1), 제2 피측정 대상물(122)의 두께 치수(L2), 물품(100)의 전체의 두께 치수(L0)가 기지인 것으로 하고, 이 두께 치수(L0)를 사용해서 상기 예와 마찬가지로 각 두께 치수(S1, S2 및 S3)를 얻는다. 또한, 이 경우, 측정 개소의 조로서 상술한 제1 조(제1 개소(101)와 제2 개소(102)) 및 제2 조(제3 개소(103)와, 제4 개소(104))를 사용한다.

그리고, 연산 처리부(70)는, 이하의 수순으로 필요한 두께 치수를 구한다.

제1 조에서의 계측값으로부터, 제1 피측정 대상물(121)의 두께 치수(S1)를 구한다.

제2 조에서의 계측값으로부터 두께 치수를 구한다.

구한 S1, S2, 기지의 L0, L1, L2, L0으로부터,

L0=S1+L1+S2+L2+S3

따라서,

S3=L0-(S1+L1+S2+L2)

이에 의해, 기지의 L1, L2 외에, S1, S2, S3의 값을 특정할 수 있다.

<실시 형태 4에 따른 측정>

다음으로 제4 실시 형태에 따른 측정에 대해서 설명한다. 제4 실시 형태는, 물품의 설계 정보로서 설계도를 사용한다. 또한, 제4 실시 형태에서는, 물품으로서 내부에 절연층을 구비하는 필름 기판을 X선 비파괴 검사 장치(10)의 검사 대상으로 하여, 출하 직전의 필름 기판의 절연층 내부의 회로층의 두께를 검사 측정한다.

도 5는 X선 비파괴 검사 장치의 제4 실시 형태에 관한 측정의 대상인 필름 기판의 설계도를 도시하는 모식도, 도 6은 동일하게 필름 기판의 설계도로서의 도 5 중의 P-P선에 상당하는 단면도, 도 7은 도 6 중의 B 부분의 확대도이다. 필름 기판(200)은, 필름 기판(200)의 회로층은, 제1 층(201)(도 5에서 실선으로 나타냄), 제2 층(202)(도 5에서 쇄선으로 나타냄), 제3 층(203)(도 5에서 일점 쇄선으로 나타냄)으로 이루어져 있다. 또한, 제1 층(201)의 두께 치수는 기지로 한다.

필름 기판(200)은, 도 5 및 도 6에 나타낸 설계 정보에 기초하여 제조된다. X선 비파괴 검사 장치(10)는, 필름 기판(200) 상의 서로 다른 2개소에 있어서, 투과하는 X선의 경로의 차가 피측정 대상물이 되도록 해당 2개소를 쌍의 조로서 특정하고, 이 2개소에서 투과하는 X선을 검출하여 비교한다. 절연층 내부의 회로층의 두께 치수를 측정한다.

기판 상의 개소(a, b, c, d, e, f, g, h, i, …)의 각각의 개소에 X선을 조사해서 투과한 X선의 선량을 계측한다. 도 5에서는 X선원(50) 및 검출기(60)가 배치되는 위치를 작은 원으로 나타내어 부호(a 내지 i …)를 붙이고 있다. 이들 개소에 있어서 지면에 수직인 경로를 X선이 투과한다. 또한, 도 5에서, 쌍의 조로서 특정된 접근하는 투과 X선의 검출 위치의 2개는, 선으로 연결하고 있다. 또한, 도 6에서, X선의 투과 경로를 파선으로 나타내고 있다.

그리고, 실시 형태 4에서는, a와 b, c와 d, e와 f, f와 g, h와 i, h와 j, h와 k …의 부호의 쌍으로 특정되는 2개소가 각각 조가 된다.

필름 기판(200)에서는, 절연층(210)의 내부에, 3개의 층(201, 202, 203)으로 구성된 회로층이 형성되고, a와 b에서의 검출값의 차, c와 d에서의 검출값의 차는, 제3 층(203)에 기인한다. 이 때문에, 각각의 영역을 투과한 X선의 검출값과 기지인 제3 층(203)의 흡수 계수로부터, 제3 층(203)의 두께 치수를 구할 수 있다. 이에 의해, 출하 전에, 적절한 두께로 제조된 것인지 여부를 검사할 수 있다. 이 두께 치수의 연산은 상기 실시예 1, 2, 3과 마찬가지로 행한다.

마찬가지로, e와 f에서의 검출값의 차는, 제1 층(201)의 두께 치수와, 제1 층(201)과 제2 층(202)의 사이의 거리(간격)에 기인한다. 이 때문에, 각각의 개소에서의 X선의 검출값, 기지인 제1 층(201) 및 절연층(210)의 흡수 계수에 기초하여, 제1 층(201)과 제2 층(202)의 사이의 거리(간격)를 구할 수 있다.

또한, f와 g에서의 검출값의 차는, 제1 층(201)과 제2 층(202)의 사이의 거리(간격)와, 제2 층(202)의 두께 치수에 기인한다. 이 때문에, 각각의 개소를 투과한 X선의 검출값, 앞서 구해진 제1 층(201)과 제2 층(202)의 사이의 거리(간격), 제2 층(202)의 흡수 계수로부터, 제3 층(203)의 두께를 구할 수 있다.

이상을 정리하여, c, d, e, f, g에서의 층 구조를 나타내면, 이하와 같다.

c(b와 동일): 제2 층

d(a와 동일): 제2 층+제3 층

e: 제2 층+제3 층

f: 제1 층+제1 층과 제2 층의 사이의 거리(간격)+제2 층+제3 층

g: 제1 층+제1 층과 제3 층의 사이의 거리(간격)+제3 층

따라서, c와 d로부터 제3 층(203)의 두께를 구하고, 얻어진 제3 층(203)에 기초하여, e와 f로부터, 기지인 제1 층(201)도 합쳐서, 제1 층(201)과 제2 층(202)의 사이의 거리(간격)를 구하고, 얻어진 제1 층(201)과 제2 층(202)의 사이의 거리(간격)에 기초하여, f와 g로부터, 제2 층(202)의 두께를 구할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 구동 제어부(30)는, 산출한 층의 두께 치수에 기초하여, 미지인 층의 두께 치수를 산출하기 때문에, 순차적으로 다른 개소에서 쌍의 조로서 특정할 수 있는 조합을 모두 열거한다. 이 처리는, 고작 10㎛ 내지 수 10mm의 범위 내에서 최적의 조합을 찾아내고, X선을 투과시켜서 차례차례 검출기로 검출하여, 차례차례 미지인 층의 두께를 구해 나갈 수 있다.

이상과 같이, 실시 형태 5에서는, 출하 전에, 제2층(202)의 두께가 적절한 두께로 제조되었는지 여부를 검사할 수 있다. 마찬가지로, 그 밖의 개소, 예를 들어 d(또는, e)에 기초하여, d와 c를 쌍의 조로서 특정하고, c와의 차를 구하여, 제3 층(203)의 두께를 구한다.

이와 같이, 피측정 대상물의 두께 치수가 얻어지지 않은 다른 개소(또는 층)를 기점으로 해서 제3 층의 두께를 구하고, 최종적으로 제2 층(202)의 두께 치수를 구하도록, 2개소를 쌍의 조로서 특정하여, 순차적으로 미지의 층의 두께 치수를 구할 수 있다.

또한, 피측정 대상물의 두께 치수가 얻어진 개소(또는 층), 두께 치수가 얻어지지 않은 기타 영역(또는 층)을 기준으로 해서 제3 층(203)의 두께를 구하고, 최종적으로 제2 층(202)의 두께 치수를 구하도록, 2개소의 개소를 쌍의 조로서 특정하여, 순차적으로 검출기로 투과하는 X선을 검출해서, 미지인 층의 두께 치수를 구할 수 있다.

<실시 형태 4에 따른 측정의 변형예>

다음으로 제4 실시 형태에 따른 측정의 변형예에 대해서 설명한다. 이 예는, X선 비파괴 검사 장치(10)에 의해 물품(100)의 내부에 배치된 층의 윤곽에 있어서의 단면 형상을 측정하는 것이다. 도 5에 도시한 바와 같이, X선의 투과 경로(h, i, …)는, 피측정 대상물(예를 들어 제1 층)을 갖는 층이 존재하는 영역과, 피측정 대상물(예를 들어 제1 층)을 갖지 않는 층이 존재하는 영역의 경계선을 사이에 둔 한쪽의 영역의 2점(h-i), 한쪽의 영역의 1점과 경계선상의 1점의 쌍(h1-j), 한쪽의 영역의 1점과 다른 쪽의 영역의 1점의 쌍(h2-k), 간격을 조금씩 이격해서 한쪽의 영역의 1점과 다른 쪽의 영역의 1점의 쌍(h3-l), (h4-m)의 각각의 쌍의 조에 있어서 투과 X선의 선량을 검출하고, 그들을 비교함으로써, 피측정 대상물(예를 들어 제1 층)을 갖는 층이 존재하는 영역과, 피측정 대상물(예를 들어 제1 층)을 갖지 않는 층이 존재하는 영역과의 경계선의 경사를 탐지할 수 있다.

X선의 검출값의 차와, 투과 X선을 검출한 좌표 위치로부터 얻어지는 두께 치수의 변화를 그래프화하면, 도 7과 마찬가지의 형상의, 피측정 대상물(예를 들어 제1 층)이 배치된 영역과, 피측정 대상물(예를 들어 제1 층)이 배치되어 있지 않은 영역과의 경계선 근방에서의 단면의 경사를 알 수 있다.

이상과 같은 계측에 있어서, 구동 제어부(30)는, 동일한 피측정 대상물의 두께 치수를 구할 때, 제4 실시 형태의 영역(a, b, c, d)과 같이, 쌍의 조를, 물품이 이격된 위치에 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 물품이 이격된 위치에 쌍의 조를 설정하면, 다층 구조를 투과해서 검출되는 투과 X선의 선량의 오차가 치우치지 않고, 평균한 선량으로 피측정 대상물(층)의 두께를 구할 수 있다.

한편, 개소(e, f, g)와 같이, 물품이 접근한 영역을 투과한 X선의 선량을 검출함으로써, 당해 영역에서의 두께 측정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

다른 실시 형태도 마찬가지인데, 쌍의 조로서 특정하는 영역은 피측정 대상물의 층수가 적은 영역에서 선택한 개소로 하면, 검사 공정의 스루풋을 향상시킬 수 있어, 대량의 웨이퍼 기판, 필름 기판, 리튬 이온 전지 등의 커패시터 등의 기판의 검사로 출하 전의 최종 체크를 행할 수 있다.

또한, 투과하는 X선을 검출하는 측정 위치는, 스테이지 중앙으로 하면, 조사하는 X선을 바로 위에서 조사할 수 있어, X선상이 선명해져, 투과하는 정확한 선량을 검출할 수 있다.

또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 설계 정보는, 회로도 이외에도, 회로의 단면도 일지라도, 해당 단면도에 기초하여, 다층 구조의 기판 상의 서로 다른 2개소의 층의 차가 피측정 대상물이도록 해당 2개소를 쌍의 조로서 특정할 수 있어, 투과하는 X선의 검출 위치를 정할 수 있고, 상기 2개소에 있어서 투과하는 X선을 검출해서 비교하여, 출하 직전의 레지스트층 내부의 회로층에 대해 층의 두께를 검사 측정한다.

또한, 계측 중에 있어서, 설계 정보 저장부(20)가 저장하고 있는 회로도(도 5)와 단면도(도 6)를 도 8에 도시한 바와 같이 합성하여, 컴퓨터 시스템(80)에 설치한 화상 표시 장치(도시 생략)에 표시하도록 해도 된다. 이에 의해, 보다 쾌적하게 X선 비파괴 검사 장치의 조작을 행할 수 있다.

<실시 형태 5에 따른 측정>

다음으로 제5 실시 형태에 따른 계측에 대해서 설명한다. 도 9는 X선 비파괴 검사 장치의 제5 실시 형태에 따른 측정 대상이 되는 물품의 설계도를 나타내는 것으로, (a)는 평면 모식도, (b)는 (a) 중의 Q-Q선에 상당하는 단면도이다. 실시 형태 5에서는, 물품으로서, 내부에 구리(Cu)에 의한 배선을 갖는 기판(300)을 계측 대상으로 한다. X선 비파괴 검사 장치(10)로, 기판(300)에 X선을 조사하여, 구리(Cu)제의 배선의 두께를 계측한다.

또한, 제5 실시 형태에서는, 기판(300) 전체에 X선을 조사하고, 도 10에 도시한 바와 같이, 기판(300)의 하부에 배치한 검출 수단으로서의 촬상 소자(350)로 기판(300)의 투과상을 촬상한다. 촬상 소자(350)는, 평판 형상이며, 기판(300) 전체의 X선 투과상을 촬상한다. 그리고, 기판(300)은, X선의 흡수량(투과 선량)에 기초해서 그 출력을 예를 들어 256계조로서 출력한다.

실시 형태 5에서는, 촬상 소자(350)에 있어서의 소정 개소에서의 출력 계조값에 기초하여, 당해 위치에서의 투과 X선의 검출값을 얻을 수 있다.

기판(300) 내부에는, 도 9에 도시한 바와 같이, 예를 들어 18㎛의 제1 절연막(311), 제2 절연막(312), 제3 절연막(313)이 배치되고, 제1 절연막(311)과 제2 절연막(312)의 사이에는 트렌치(314)가, 제2 절연막(312)과 제3 절연막(313)의 사이에는 트렌치(315)가 형성되어 있다. 또한, 도면 중 제1 절연막(311)에는 구리제의 배선(321)(12㎛)이 적층되어 있다. 또한, 제2 절연막(312)에도 구리제의 배선(322)(12㎛)이 적층되고, 제3 절연막(313)에도 구리제의 배선(321, 322, 323)(12㎛)이 적층되어 있다.

또한, 절연막(311, 312, 313)의 하측에도, 전극층(330)이 배치되어 있다. 편의상, 이 절연층(210)도 구리제로 12㎛의 두께 치수로서 계산한다. 또한, 절연막(311, 312, 313) 및 배선(321, 322, 323)의 상부에는, 솔더 레지스트(Solder Resist, 이하, 레지스트(340)라 약기함)가 배치되어 있다.

실시 형태 5에서는, 기판(300) 상의 6개소, 즉, 도면 중의 a, b, c, d, e, f 각각의 개소에서 X선의 선량을 측정한다. 이것은, 촬상 소자(350)의 당해 개소에서의 계조값을 얻음으로써 실행한다.

여기서, 각 개소에서는, X선은 이하의 부재를 투과한다.

a: 레지스트(340), 제1 절연막(311)

b: 레지스트(340), 배선(321), 제1 절연막(311), 전극층(330)

c: 레지스트(340), 제1 절연막(311), 전극층(330)

d: 레지스트(340), 전극층(330)

e: 레지스트(340), 제2 절연막(312), 전극층(330)

f: 레지스트(340), 배선(322), 제2 절연막(312)

또한, 도 8의 (a)에서는 X선의 경로를 파선으로 나타내고, 그 양측에 X선원(50) 및 검출기(60)를 배치한다. 도 8의 (a)에서, 배선(321, 322, 323)을 굵은 선의 일점 쇄선으로 나타내고, 절연막(311, 312, 313)을 중선의 일점 쇄선으로 나타내고, 전극층(330)을 세선의 1점 파선으로 나타낸다.

실시 형태 5에서는, 구동 제어부(30)는, 투과하는 X선의 선량의 검출 위치를, 설계 정보 저장부(20)에 저장한 기판의 설계 정보(예를 들어, 설계도, 회로도 등)에 기초해서 특정한다. 이때, 구동 제어부(30)를, 기판(300) 상의 서로 다른 2개소의 층의 차가 피측정 대상물이 되도록 해당 2개소를 쌍의 조로서 특정한다. 제5 실시 형태에서는, 기판(300)의 (a, c), (f, c), (d, e)를 쌍의 조로서 특정한다.

(a, c)에서의 투과 경로의 차가 전극층(330), (f, c)에서의 투과 경로의 차가 배선(322), (d, e)에서의 투과 경로의 차가 제2 절연막(312)이 된다. 이 때문에, a, c, f, c, d, e의 각각의 개소에서 투과한 X선을 검출기(60)로 검출하고, X선의 선량의 차, 각각의 층, 막의 흡수 계수에 기초하여, 전극층(330), 절연막(311, 312, 313), 절연막(311, 312, 313), 레지스트(340)의 각각의 두께를 구할 수 있다.

또한, 상기 기판(300) 상의 서로 다른 2개소는, 피측정 대상물(예를 들어 전극층(330))이 배치된 영역과의 개소와, 해당 영역 주변의 영역을 쌍으로서 특정하고, 그들의 영역에서 투과하는 X선을 검출해서 비교함으로써, 피측정 대상물(예를 들어 전극층(330))의 두께를 산출한다.

또한, 상기 기판(300) 상의 서로 다른 2개소는, 피측정 대상물(예를 들어 전극층(330))을 갖는 층이 존재하는 영역과, 피측정 대상물(예를 들어 전극층(330))을 갖지 않는 층이 존재하는 영역의 경계의 근방이다.

다음으로 구체적인 처리에 대해서 설명한다. 도 9는 X선 비파괴 검사 장치의 제5 실시 형태에 따른 측정에 있어서의 각 영역에서의 계조값과 층의 구조를 나타내는 표이다. 실시 형태 5에서는, 구동 제어부(30)는 이하 (1), (2)의 계산을 행한다.

이 계산은, 이하의 식에 각 검출값을 대입하여, 구하는 두께 치수(L)에 대해서 당해 식을 풀음으로써 행한다.

α^L=B1/B2

여기서, α는 감쇠율, B1, B2는 조를 이루는 영역에서의 선량(농도)을 나타낸다.

(1) (a, c)의 조로부터, 각 개소에서의 X선의 선량의 차, 및 구리(Cu)의 X선의 감쇠율(αC)(=0.9814: 1㎛당 감쇠율)을 사용해서 전극층(330)의 두께 치수의 계산을 행한다.

여기서, Bc/Ba=130/166=0.7831이며, 따라서, 전극층(330)의 두께 치수로서 13.02㎛를 얻는다.

(2) (f, c)의 조로부터, 마찬가지로, 배선(322)의 감쇠율(αC)(=0.9814: 1㎛당 감쇠율)을 사용해서 다음의 계산을 행하여 제2 절연막(312)의 두께 치수를 계산한다.

여기서, Bc/Bf=96/30=0.7386이며, 따라서, 배선(322)의 두께 치수로서 16.17㎛를 얻는다.

(3) (d, e)의 조로부터, 마찬가지로, 절연막(311, 312, 313)의 감쇠율(αR)(=0.9947: 1㎛당 감쇠율)을 사용해서 다음의 계산을 행하여 제2 절연막(312)의 두께 치수를 계산한다. 여기서, Be/Bd=129/143=0.9021이며, 따라서, 전극층(330)의 두께 치수로서 19.4㎛를 얻는다.

또한, 도시를 생략하고 있지만, 예를 들어 10㎛의 두께 치수에 대응하는 X선 선량의 기준이 되는 쌍의 조의 2개의 X선 검출 개소를 기판 상의 어느 장소에 설정해 두고, 그 X선 선량에 대해 몇 배의 선량을 검출했는지를 측정하여, 간단하게 두께를 산출하는 기준으로 할 수 있다. 또한, 이것으로 해도 되지만, 또한 검출기의 캘리브레이션(교정, 원점 보정)을 해도 된다.

또한, 기판 표면으로부터 기지의 깊이 위치에 소정 두께의 피측정 대상물을 내장한 기준 기판이나, 미리 두께가 기지이며, 측정이 용이한 패턴(테스트 패턴)을 배치하여, X선 선량을 측정하고, 측정하고자 하는 전자 회로 패턴의 X선 선량과 비교함으로써, 용이하게 두께를 산출할 수도 있다.

실시 형태 5로부터, 도 8과 같이, 기판 내부(레지스트)(A), 구리 Cu막(B), 절연막(C), 절연막 내부의 전극층(D)의 4층의 설계도를 시뮬레이션으로 중첩한 설계 정보(설계 데이터)를 준비해 두고, 현실적으로 투과하는 X선의 선량에 의한 X선 투과 화상을 촬상하여, 설계 데이터의, 영역(a, b, c, d, e, f)의 농담 데이터를 기록해 두고, 그 밖의 전자 기판의 검사 시에, 영역(a, b, c, d, e, f)의 농담 데이터와 비교하여, 영역(a, b, c, d, e, f)의 투과 X선의 선량을 계산함으로써, 기판 내부(레지스트)(A), 구리 Cu막(B), 절연막(C), 절연막 내부의 전극층(D)의 4층 중, 어느 층에 결함이 있는지 여부를 용이하게 검사할 수 있어, 말하자면 X선에 의한 다이 데이터베이스(Die-Database) 검사를 행할 수 있어, 출하 전의 제품의 검사뿐만 아니라, 공정 중에서, 한차례의 공정이 끝난 시점에서의 공정 검사에도 적용할 수 있다.

<실시 형태 6에 따른 측정>

시료 중의 보이드(공극)의 두께나 형상을 측정하는 본 발명의 실시 형태 6을 설명한다. 도 12 및 도 13은 X선을 이용해서 시료 중의 보이드의 측정을 도시하는 모식도이다. 이 예에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, X선 비파괴 검사 장치(400)는, X선원으로서, 고정 X선원(410), 회전 X선원(420)을 구비하고, 검출기로서, 고정 검출기(430), 회전 검출기(440)를 구비한다.

고정 X선원(410)은 시료(450)의 중심에 배치되고, 회전 X선원(420)은, 레일이나 U자 형상 아암(도시 생략) 등에 적재되어, 시료(450)를 중심으로 선회할 수 있도록 배치된다. 또한, 고정 검출기(430)는, 고정 X선원(410)의 대향 위치에 배치되고, 회전 검출기(440)는, 레일이나 U자 형상 아암 등(도시 생략)에 고정되어, 회전 X선원(420)으로부터의 X선을 검출하는 위치에 배치된다. 회전 X선원(420)은, 도 12의 축 Z를 중심으로 선회한다. 또한, 축 Z는, 고정 X선원(410)의 고정축에 상당한다. 그리고, X선 비파괴 검사 장치(400)는, 고정 검출기(430) 및 회전 검출기(440)의 X선 검출 결과에 기초하여 보이드의 두께 치수나 형상을 계측한다.

시료(450)에 보이드가 1개밖에 없는 경우(도 13 참조: 보이드 A)는, 고정 X선원(410)과 회전 X선원(420)으로, 보이드 A를 통과하는 경로와, 보이드 A를 통과하지 않는 경로에서 X선을 조사해서 투과 X선의 선량을 고정 검출기(430) 및 회전 검출기(440)로 검출하여, 상기 각 예와 마찬가지의 계산을 행해서 보이드의 시료 깊이 방향의 두께를 검출할 수 있다.

또한, 시료의 X선 투과량의 분포를 평면적으로 취득하면, 보이드의 형상을 측정할 수 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 2개의 보이드, 즉, 보이드 A와 보이드 B가 시료의 연직 방향으로 분포하고 있는 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 시료(450)에 대하여 연직 방향에서 X선을 조사하여, 보이드 A와 보이드 B를 투과한 X선량을 측정한다. 계속해서, 예를 들어 경사 45도 방향에서 회전 X선원(420)을 회전하여, 시료(450)에 대해 경사 45도 방향에서 X선을 조사하고, 시료를 중심(점대칭)으로 한 위치에 회전 검출기(440)를 배치한다. 이것을, 적어도 6개소의 방향에서 X선을 시료에 조사한다.

시료의 보이드 A에 선회 X선원의 X선을 조사하여, 투과하는 투과 X선의 투과량의 분포를 평면적으로 검출한다. 마찬가지로, X선원을 선회시켜, 별도의 경사 방향으로 X선원을 배치하고, 적어도 6개소의 경사 45도 방향으로부터 시료를 투과하는 투과 X선의 투과상을 취득할 수 있다.

이 투과상은 일반적으로 타원 형상의 화상이므로, 화상의 테두리부의 좌표의 수치를,

ax^2+by^2+cxy+dx+ey+f=0 (a, b≠0)

에 대입하여, 적어도 6개소의 X선원을 배치해서, 검사 시료를 투과하는 투과 X선을 검출함으로써, a 내지 f의 계수를 구할 수 있다.

이 타원식을 기초로, X선 조사의 경사 방향, 예를 들어 45도로부터, X선의 투과면의 형상을 파악할 수 있다. 예를 들어 45도의 경사 방향이라면, X선의 투과면의 직경=타원 형상의 화상/cos45°=√2×타원 형상의 화상으로 나타낼 수 있으므로, √2배 함으로써, X선 투과면의 형상, 좌표를 구할 수 있다.

이 X선 투과면의 형상, 중심 좌표, 윤곽 좌표로부터, 보이드 A를 둥글게 자른 투과면의 형상, 중심 좌표, 윤곽 좌표를 구할 수 있고, 보이드 A의 수평 방향의 형상, 윤곽 좌표를 구할 수 있고, 동시에 수평 방향의 보이드 A의 크기를 구할 수 있다.

또한, 상기의 예는, 경사 45도의 각도 방향에서 X선을 투과한 경우로 설명했지만, 상이한 경사 방향에서 X선으로 보이드 A를 투과시켜, 상기와 마찬가지로, 보이드 A의 상이한 개소에서 둥글게 자른 투과면의 형상, 중심 좌표, 윤곽 좌표를 구하고, 이상에 의해, 보이드 A의 시료 깊이 방향의 두께의 크기를 구할 수 있다.

또한, 구해진 보이드 A의 시료 깊이 방향의 두께 크기, 아울러서 구해지는 보이드 A를 투과하는 X선량을 기초로 해서, 보이드 A와 보이드 B를 합쳐서 투과한 X선량으로부터, 보이드 B의 두께의 크기를 구할 수 있다.

보이드 B의 수평 방향의 크기를 구하는 경우에도, 상기와 마찬가지로, 시료의 보이드 B에 선회 X선원의 X선을 조사하여, 투과하는 투과 X선의 선량, 투과상을 검출한다. 마찬가지로, X선원을 선회시켜, 다른 경사 방향으로 X선원을 배치하고, 적어도 6개소의 경사 45도 방향에서 시료를 투과하는 투과 X선의 선량, 투과상을 검출하여, 마찬가지의 연산을 행하여, 수평 방향의 보이드 B의 크기를 구할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 X선 비파괴 검사 장치는, 다양한 물질이 혼재한 전자 기판, 웨이퍼와 같은 것이라도, 검사하고자 하는 물질만의 두께, 표면에서부터 물질까지의 두께를 비파괴로 검사할 수 있다. 즉, 투과하는 X선의 선량의 검출 위치를 미리 기억된 기판의 설계 정보에 기초하여 특정할 때, 다층 구조의 기판 상의 서로 다른 2개소의 층의 차가 피측정 대상물이 되도록 해당 2개소를 쌍의 조로서 특정하고, 상기 2개소에 있어서 투과하는 X선을 검출해서 비교함으로써, 복수의 피측정 대상물이 기판 내부에 매립되어 몇 개의 층이 적층된 다층 구조인 경우에도, 비용을 들지 않는 간이한 검사 방법을 사용한 검사 장치에 의해 다층 구조 내의 검사해야 할 층의 두께를 용이하게 측정할 수 있다.

10: X선 비파괴 검사 장치 20: 설계 정보 저장부
30: 구동 제어부 40: 구동 수단
41: X선원 구동부 42: 검출기 구동부
50: X선원 60: 검출기
70: 연산 처리부 80: 컴퓨터 시스템
100: 물품 120: 피측정 대상물

Claims (14)

1. 저장된 설계 정보에 기초하여 제작되고, 기지의 X선 흡수 계수의 기재, 및 상기 기재 중에 배치되고, 상기 기재의 X선 형성 흡수 계수와 상이한 기지의 X선 흡수 계수의 피측정 대상물을 구비한 물품에 X선을 조사하여, 투과한 X선의 선량을 측정하고, 상기 선량으로부터 상기 피측정 대상물의 두께 치수를 취득하는 X선 비파괴 검사 장치로서,
   상기 물품에 X선을 조사하는 X선원과,
   적어도 상기 물품 상의 서로 다른 2개소에 있어서, 상기 2개소를 투과한 X선의 선량을 검출하는 검출기와,
   상기 검출기가 선량을 검출하는 상기 물품 상의 서로 다른 2개소를, 미리 기억된 상기 설계 정보에 기초해서 정하는 것이며, 또한 상기 개소의 설정 시에 상기 물품 상의 서로 다른 2개소에 있어서의 X선의 투과 경로의 차가 상기 피측정 대상물이 되도록 상기 2개소가 쌍을 이루는 조로서 특정하는 검출 위치 결정 수단과,
   상기 검출기를 상기 검출 위치 결정 수단이 쌍의 조로서 특정한 개소까지 이동시키는 구동 수단과,
   상기 검출기가 검출한 상기 X선의 선량으로부터 상기 피측정 대상물의 두께 치수를 산출하는 연산 수단
   을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 피측정 대상물은, 상기 기재 중에서 1개의 층, 또는 복수의 층을 이루는 것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 검출 위치 결정 수단은, 상기 조로서,
   상기 피측정 대상물이 존재하는 영역에서 선정한 제1 개소와,
   상기 피측정 대상물이 존재하지 않는 영역이며, 상기 피측정 대상물이 존재하는 영역과의 거리가 최소인 영역에서 선정한 제2 개소,
   를 특정하는 것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 검출 위치 결정 수단은, 상기 조로서,
   상기 피측정 대상물이 존재하는 영역에서 선정한 제1 개소와,
   상기 영역의 주변 영역에서 선정한 제2 개소,
   를 특정하는 것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 검출 위치 결정 수단은, 상기 조로서,
   상기 피측정 대상물이 존재하는 영역에서 선정한 제1 개소와,
   상기 피측정 대상물이 존재하지 않는 영역이며, 상기 피측정 대상물이 존재하는 영역과 상기 피측정 대상물이 존재하지 않는 영역과의 경계의 근방에서 선택한 제2 개소,
   를 특정하는 것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 물품의 기재에는, 복수의 피측정 대상물이 배치되고,
   상기 검출 위치 결정 수단은, 상기 물품 상의 2개소를 쌍으로 하는 제1 조로서, 상기 피측정 대상물이 존재하지 않는 영역에서 선정한 제1 개소와, 상기 피측정 대상물이 존재하는 영역에서 선정한 제2 개소를 해당 2개소에 있어서의 X선의 경로의 차가 제1 피측정 대상물이 되도록 특정하고,
   상기 연산 수단은, 상기 제1 조에서 특정되는 제1 개소 및 제2 개소에서 측정한 X선의 투과량에 기초하여, 상기 제2 개소에 있어서의 제1 피측정 대상물의 두께 치수를 산출하고,
   또한, 상기 검출 위치 결정 수단은, 상기 물품 상의 2개소를 쌍으로 하는 제2 조로서, 상기 제1 개소와, 상기 제1 및 제2 개소와 상이한 제3 개소를, 상기 제1 개소와 상기 제3 개소에 있어서의 X선의 경로의 차가 상기 제1 피측정 대상물과는 상이한 제2 피측정 대상물이 되도록 특정하고,
   상기 연산 수단은, 상기 제1 개소 및 제3 개소에서 측정한 X선의 투과량에 기초하여, 상기 제3 개소에 있어서의 제2 피측정 대상물의 두께 치수를 산출하는,
   것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 물품의 기재에는, 복수의 피측정 대상물이 배치되고,
   상기 검출 위치 결정 수단은, 상기 물품 상의 2개소를 쌍으로 하는 제1 조로 하고, 상기 피측정 대상물이 존재하지 않는 영역에서 선정한 제1 개소와, 상기 피측정 대상물이 존재하는 영역에서 선정한 제2 개소를 해당 2개소에 있어서의 X선의 경로의 차가 제1 피측정 대상물이 되도록 선정하고,
   상기 연산 수단은, 상기 제1 조에서 특정되는 제1 개소 및 제2 개소에서 측정한 X선의 투과량에 기초하여, 상기 제2 개소에 있어서의 제1 피측정 대상물의 두께 치수를 산출하고,
   또한, 상기 검출 위치 결정 수단은, 물품 상의 2개소를 쌍으로 하는 제2 조로서, 상기 제2 개소와, 상기 제1 및 제2 개소와 상이한 제3 개소를 특정하고, 상기 제2 개소와 상기 제3 개소에 있어서의 X선의 경로의 차가 상기 제1 피측정 대상물과는 상이한 제2 피측정 대상물이 되도록 설정하고,
   상기 연산 수단은, 상기 특정한 제2 조에서 특정되는 제2 개소 및 제3 개소에서 측정한 X선의 투과량에 기초하여, 상기 제3 개소에 있어서의 제2 피측정 대상물의 두께 치수를 산출하는,
   것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 검출 위치 결정 수단은, 물품 상의 2개소를 쌍으로 하는 제3 조로서, 상기 제3 개소와, 상기 제1, 제2 및 제3 개소와 상이한 제4 개소를 특정하고, 상기 제3 개소와 상기 제4 개소에 있어서의 X선의 경로의 차가 상기 제1 및 제2 피측정 대상물과는 상이한 제3 피측정 대상물이 되도록 설정하고,
   상기 연산 수단은, 상기 특정한 제3 조에서 특정되는 제2 개소 및 제3 개소에서 측정한 X선의 투과량에 기초하여, 상기 제4 개소에 있어서의 제3 피측정 대상물의 두께 치수를 산출하는,
   것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 검출 위치 결정 수단은, 물품 상의 2개소를 쌍으로 하는 제3 조로서, 상기 제2 개소 또는 상기 제3 개소와 제1, 제2 및 제3 개소와 상이한 제4 개소를 특정하고,
   양쪽 개소에 있어서의 X선의 경로의 차가 상기 제1 및 제2 피측정 대상물과는 상이한 제3 피측정 대상물이 되도록 설정하고,
   상기 연산 수단은, 상기 특정한 제3 조에서 특정되는 상기 제2 개소 또는 상기 제3 개소 및 제4 개소에서 측정한 X선의 투과량에 기초하여, 상기 제4 개소에 있어서의 제3 피측정 대상물의 두께 치수를 산출하는,
   것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
10. 미리 정해진 설계 정보에 기초하여 제작되고, 기지의 X선 흡수 계수의 기재, 및 상기 기재 중에 배치되고, 상기 기재의 X선 형성 흡수 계수와 상이한 기지의 X선 흡수 계수의 피측정 대상 부재를 구비한 물품에 X선을 조사하여, 투과한 X선의 선량을 측정하고, 상기 선량으로부터 상기 피측정 대상물이 존재하는 영역의 단면 형상을 취득하는 X선 비파괴 검사 장치로서,
    상기 물품에 X선을 조사하는 X선원과,
    적어도 상기 물품 상의 서로 다른 2개소에 있어서, 상기 2개소를 투과한 X선의 선량을 검출하는 검출 수단과,
    상기 검출 수단이 선량을 검출하는 상기 물품 상의 서로 다른 2개소를, 미리 기억된 상기 기재의 상기 설계 정보에 기초해서 정하는 것이며, 또한 상기 개소의 설정 시에 상기 물품 상의 서로 다른 2개소에 있어서의 X선의 투과 경로의 차가 상기 피측정 대상물이 되도록 상기 2개소를 쌍으로 하는 조로서 특정하고,
    해당 2개소를, 설계도 정보에서 특정되는 피측정 대상물이 존재하는 영역과 피측정 대상물이 존재하지 않는 영역과의 경계선이 대하여, 한쪽의 영역의 2개소의 쌍으로 이루어지는 제1 조, 한쪽의 영역의 1개소 및 경계선 상의 1개소의 쌍으로 이루어지는 제2 조, 한쪽의 영역의 1개소 및 다른 쪽의 영역의 1개소의 쌍으로 이루어지는 제3 조, 상기 제3 조의 2개소로부터 상기 경계선을 가로지르는 방향을 따라서 소정량만큼 이격한 한쪽의 영역의 1개소와 다른 쪽의 영역의 1개소의 쌍으로 이루어지는 제4 조를 정하는 검출 위치 설정 수단과,
    상기 검출 수단을, 상기 검출 위치 설정 수단이 쌍의 조로서 특정한 개소까지 이동시키는 구동 수단과,
    상기 검출 수단이 검출한 상기 X선의 선량으로부터 상기 피측정 대상물이 존재하는 영역의 단면 형상을 산출하는 연산 수단
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 위치 설정 수단은, 특정한 피측정 대상물의 측정을 할 때, 상기 쌍의 조를 물품에 피측정 대상물이 배치된 영역의 이격된 2개의 조를 특정하는,
    것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 위치 설정 수단은, 상기 쌍의 조를 상기 쌍의 조로서 특정하는 영역으로서, 상기 피측정 대상물의 층수가 적은 영역을 선정하는,
    것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 위치 설정 수단은, 상기 쌍의 조를, 물품이 적재되는 스테이지 중앙부에서 선정하는,
    것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.
14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 설계 정보는, 설계도, 회로도 또는 회로 단면도를 포함하는 것인,
    것을 특징으로 하는 X선 비파괴 검사 장치.

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