KR20200024061A

KR20200024061A - X선 검사 장치

Info

Publication number: KR20200024061A
Application number: KR1020180145670A
Authority: KR
Inventors: 박필규; 박종성; 에미 타무라
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2020-03-06
Also published as: JP2020034278A; KR102141199B1; JP7239285B2

Abstract

X선 초점 위치 변동 억제를 가능하게 한 X선 검사 장치를 제공한다. X선 검사 장치(1)는 X선을 조사하는 X선관(12), 피검사물(70)이 적재되는 적재면(11a)을 갖는 스테이지(11), 스테이지(11)에 배치된 교정용 팬텀(80), 스테이지(11)를 중심으로 X선관(12)과 대향하는 위치의 주변이며 X선을 입사하는 검출면(15a)이 X선관(12)으로부터 조사되는 X선의 축 방향에 대해 비스듬하게 배치 된 X선 검출기(15)를 포함한다. 컨트롤부(50)는 X선 검출기(15)를 통해 촬영한 교정용 팬텀(80)의 단면 이미지를 생성하여 단면 이미지에서 교정용 팬텀(80)의 위치를 검출한다. 그리고 검출된 교정용 팬텀(80)의 위치에 따라 X선 초점의 위치를 조정하는 제1 처리와 X선 검출기(15)에 의해 촬영된 피검사물 (70)의 입체 영상을 생성하는 제2 처리를 수행한다.

Description

X선 검사 장치 {X-ray inspection apparatus}

본 발명의 실시예들은 X선 검사 장치에 관한 것이다.

종래 X선 검사 장치는 다양한 분야에서 이용되고 있다. X선 검사 장치는 피검사물로, 예를 들면 반도체 웨이퍼에 형성된 반도체 칩의 구조를 검사하기 위해 사용된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). X선 검사 장치는 반도체 칩을 투과한 X선을 검출기로 검출하고 피검사물의 X선 흡수량에 따라 반도체 칩의 단층 이미지와 3D 이미지 데이터를 생성하고, 반도체 칩의 구조를 검사한다.

특허문헌1; 일본특허공개번호 제2017-156328호 공보 그런데, X선관은 대상에 전자를 조사하여 X선을 발생시킨다. 대상에 조사되는 많은 전자는 열로 변환되어 조사되는 약간의 전자가 X선으로 변환된다. X선관에서 대상의 발열에 의해 발생하는 X선 초점 위치의 위치 어긋남이 생긴다. X선관의 온도는 여러 피검사물을 검사하는 동안에도 변화한다. 위와 같이, 반도체칩 등의 미세 구조를 갖는 피검사물을 검사하는 X선 검사 장치에서는 큰 배율에 의해 피검사물을 촬영하여 검사한다. 큰 배율은 X선 검출기에 피검사물을 X선 초점 위치에 가깝게 함으로써 얻을 수 있다. 따라서 X선 초점 위치의 어긋남은 검사의 확대율과 피검사물의 검사 위치에 영향을 피검사물의 검사를 저해하는 요인이 된다. X선관의 온도를 센서로 검출하여 그 검출 결과에 따라 X선관의 위치를 보정하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 온도 측정하는 것이 어렵고, 온도와 초점 위치와의 상관 관계도 명확하지 않기 때문에 온도에서 X선관의 위치를 보정하는 것은 어렵다. 또한 온도 센서를 설치하면 X선관의 주위 부분이 커져 피검사물을 X선관에 접근하거나 피검사물의 이동 등이 저해된다.

본 발명의 목적은 X선 초점 위치 변동 억제를 가능하게 한 X선 검사 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 X선 검사 장치는, X선을 조사하는 X선관, 피검사물이 적재되는 적재면을 갖는 스테이지, 상기 스테이지에 배치된 교정용 팬텀, 상기 스테이지를 중심으로 상기 X선관과 대향하는 위치의 주변이며 상기 X선을 입사하는 검출면이 상기 X선관으로부터 조사되는 X선의 축 방향에 대해 비스듬하게 배치된 X선 검출기 및 상기 X선 검출기에 의해 촬영된 상기 교정용 팬텀의 단면 이미지를 생성하고, 상기 단면 이미지에서 상기 교정용 팬텀의 위치를 검출하고 검출한 상기 교정용 팬텀의 위치에 따라 상기 X선 초점 위치를 조정하는 제 1 처리와 상기 X선 검출기에 의해 촬영된 상기 피검사물의 입체 영상을 생성하는 제 2 처리를 수행하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 단면 이미지에서 검출한 상기 교정용 팬텀의 위치 및 기준 위치와의 차이에 기초하여 상기 X선 초점 위치를 조정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제 2 처리에 있어서 상기 X선 검출기를 반 바퀴 이상 회전시켜 취득한 복수의 촬영 데이터를 재구성하여 상기 피검사물의 입체 영상을 생성하고, 상기 제 1 처리에서 상기 피검사물의 촬영 데이터보다 적은 수의 상기 교정용 팬텀의 촬영 데이터를 취득하고, 취득한 촬영 데이터를 재구성하여 생성한 상기 교정용 팬텀의 입체 이미지 중 하나의 단면을 상기 단면 이미지로 정의할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 처리를 실시한 후, 상기 제2 처리를 실시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제 2 처리를 1회 수행할 때마다 상기 제1 처리를 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 처리를 복수 회 수행할 때마다 상기 제1 처리를 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 X선관 및 상기 스테이지 사이에 착탈 가능하게 배치되고, 상기 X선 중 특정 파장을 흡수하는 필터가 더 구비되고, 상기 제어부는 상기 제1 처리에서 상기 필터를 상기 X선관 및 상기 스테이지 사이에서 제거하고, 상기 제 2 처리에서 상기 필터를 상기 X선관 및 상기 스테이지 사이에 삽입할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, X선 초점 위치 변동 억제를 가능하게 한 X선 검사 장치를 제공 할 수 있다.

도 1은 X선 검사 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 차폐판의 개략적인 사시도이다.
도 3은 스테이지, 피검사물 교정용 팬텀을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4a는 X선관, 피검사물 X선 검출기를 나타내는 개략도이다.
도 4b는 X선관의 초점 위치의 변화에 의한 초점 및 피검사물의 거리의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 5a는 X선관, 피검사물 X선 검출기를 나타내는 개략도이다.
도 5b는 X선관의 초점 위치의 변화에 따른 피검사물의 투과 위치의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 6은 교정용 팬텀의 개략적인 사시도이다.
도 7은 촬영 공간을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 촬영 공간의 일부 단면을 나타내는 설명도이다.
도 9는 촬영된 단면의 CT 값을 나타내는 설명도이다.
도 10은 X선관의 온도 변화를 나타내는 설명도이다.
도 11은 X선 검사 장치의 처리 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 12는 비교예의 처리 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 13은 변형예의 처리 흐름을 나타내는 설명도이다.
도 14는 X선 스펙트럼의 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.

본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.

본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.

이하, 제1 실시예를 설명한다.

또한, 첨부 도면은 이해를 쉽게 하기 위해 구성 요소를 확대하여 나타내는 경우가 있다. 구성 요소의 치수 비율은 실제와 또는 다른 도면 중 것과 다를 수 있다.

도 1은 X선 검사 장치 1의 개략 구성도이다. 이 도 1에서 XYZ 직교 좌표계를 설정하고 그 좌표계를 사용하여 동작을 설명한다. 도 1은 X 축, Y 축, Z 축의 각 축과 각 축을 중심으로 하는 회전 방향(축 방향, 원주 방향)을 화살표로 나타낸다. 또한 각 부재에 대해 이동 가능한 방향에 실선으로 나타낸다.

도 1에 나타낸 바와 같이, X선 검사 장치 (1) 조사 박스( “조사 박스”로 표기) (10), 및 제어부로 컨트롤부(50)를 포함한다.

조사 박스(10)에는, 스테이지(11), X선관(12), 변위계(13), X선 검출기(14, 15), 회전 스테이지(16), 지지암(17), 차폐 유닛(20)이 포함된다.

컨트롤부(50)는 모터 제어부(51, 52, 53, 54), X선관 제어부(55), 변위 측정부(56) 및 이미지 처리부(57)를 포함한다.

스테이지(11)에는 피검사물(70)이 적재되는 적재면(11a)이 있고, 수평(X축 방향 및 Y축 방향)으로 이동 가능한 자재인 XY스테이지에 해당한다. 스테이지(11)는, 액추에이터로서 모터를 갖는 스테이지 이동기구(미도시)를 포함하고, 상기 스테이지 이동기구에 의해 적재면(11a)과 평행한 수평 방향으로 이동한다. 컨트롤부(50)의 모터 제어부(51)는 스테이지(11)의 모터를 제어한다. 따라서 X선 검사 장치(1)는 적재면(11a) 상에 적재된 피검사물(70)을 소정의 검사 대상 위치로 유도한다.

스테이지(11)의 재료로는 X선에 대해 투과성을 갖는 것을 사용할 수 있다. 또한, 스테이지(11)는 상술한 수평 방향 (X축 방향 및 Y축 방향)과 다른 Z축 방향 (적재면(11a) 대한 수직 방향, 상하 방향)으로 이동 가능하여도 좋다. 또한 스테이지(11)는 Z축 회전(원주 방향)으로 회전 가능하여도 좋다.

피검사물(70)은 예를 들면, 스테이지(11)에 적재된 대상물 중 일부라고 할 수 있다. 대상물은, 예를 들어 반도체 칩이 형성된 웨이퍼이다.

도 3과 같이 피검사물(70)로서 웨이퍼는 다이싱 되기 전 것으로 여러 반도체 칩(71)을 포함한다. 각 반도체 칩(71)이 피검사물(평가 샘플; 70)이다. X선 검사 장치(1)는 이러한 피검사물(70)의 구조를 검사하기 위해 사용된다. 또한, 1회의 검사 처리(데이터 수집 및 재구성 작업)에서 피검사물70(반도체 칩 71)의 일부분 만 검사 대상이 되는 경우가 있고, 하나의 피검사물70(한 개의 반도체 칩 71)이 여러 번 처리 될 수도 있다.

X선관(12)은 스테이지(11의 상방에 배치되어 있다. X선관(12)은 피검사물(70)에 X선을 조사한다. X선관(12)으로는 특별히 한정되는 것이 아니라, X선 검사에서 종래 사용되는 것을 사용할 수 있다. 컨트롤부(50)의 X선관 제어부 (55)는 X선관(12)의 X선 발생 및 정지를 제어한다.

X선관(12)은 이동기구(18)에 연결되어 있다. 이동기구(18)는 액추에이터로서 모터를 포함한다. X선관(12)은 이동기구(18)에 의해 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다. 모터 제어부(53)는 이동기구(18)의 모터를 제어한다. 상기 모터 제어부(53) 는 이동기구(18)에 의해 X선관 (12)의 Z 축 방향의 위치가 변경된다.

변위계(13)는 피검사물(70)의 표면까지의 거리를 측정하기 위해 사용된다. 변위계(13)로서, 예를 들어 피검사물(70)까지의 거리를 비접촉으로 측정하는 레이저 변위계를 사용할 수 있다. 컨트롤부(50)의 변위 측정부(56)는 변위계(13)에 의해 피검사물(70)의 표면까지의 거리를 측정한다. 상기 변위계(13)에 의한 측정 결과에 따라 모터 제어부(53)는 X선관(12) 및 차폐 유닛 (20)과의 거리를 지정 거리로 한다. X선관(12)의 X축 방향의 위치는 배율에 따라 변경된다. 배율은 X선 초점(발생 개소)에서 X선 검출기(14, 15)까지의 거리를 초점에서 피검사물(70)까지의 거리로 나눈 값으로 표시된다.

X선 검출기(14)는 스테이지(11)를 중심으로 X선관(12)과 대향하는 위치에 배치된다. 예를 들어, X선 검출기(14)는 스테이지(11)의 바로 아래에 위치하는 회전 스테이지(16) 면에 배치되어 있다. 상기 X선 검출기(14)는 그 검출면이 X선관 (12)으로부터 조사되는 X선의 축 방향 (Z축 방향)에 수직이 되도록 배치되어있다.

X선 검출기(15)는 스테이지(11)를 중심으로 X선관(12)과 대향하는 위치의 주변에 배치되어있다. 예를 들어, X선 검출기(15)는 회전 스테이지(16)의 제1 단부 (기단)가 고정된 지지 암(17)의 제2 단부(선단)에 부착되어 있다. 또한 X선 검출기(15)는 그 검출면이 X선관(12)으로부터 출사되는 X선의 축 방향(Z 축 방향)에 대하여 경사지도록 배치되어 있다. 상술하면, X선 검출기(15)는 피검사물(70)을 비스듬히 통과한 X선을 검출면에 수직으로 입사하도록 배치되어있다.

회전 스테이지(16)는 Z축 회전(원주 방향)에 회전 가능하게 θ 스테이지에 해당한다. 회전 스테이지(16)는 액추에이터로서 모터를 포함하는 회전기구(미도시)를 포함한다. 컨트롤부(50)의 모터 제어부(54)는 회전기구의 모터를 제어하여 X선 검출기(14, 15)를 원주 방향으로 회전시킨다.

X선 검출기(14, 15)는, 예를 들어 평판형 검출기(FPD: Flat Panel Detector)에 해당한다. 상기 검출기로서, 예를 들어, 간접 변환형 검출기와 직접 변환형 검출기를 사용할 수 있다. 간접 변환형 검출기는 X선을 신틸레이터 (Scintillator)에서 다른 파장의 빛으로 변환하고 그 빛을 어레이 형태의 포토 다이오드와 CCD(Charge-coupled Device)에서 전하로 변환하여 X선을 검출한다. 직접 변환형 검출기는 X선을 변환부(예를 들면 비정질 셀레늄 (a-Se) 등의 반도체)에서 전하로 변환하여 X선을 검출한다.

본 실시예에 따른 X선 검사 장치(1)는 차폐 유닛(20)을 포함한다. 차폐 장치 (20)는 스테이지(11과 X선관 (12) 사이에 배치되어있다. 차폐 유닛(20)은 필터 (21) 및 차폐판(22)을 포함한다. 또한, 차폐 유닛(20)은 생략될 수 있다.

필터(21)는 X선에 포함된 소정의 파장을 흡수(커팅)하는 것이다. X선은 연속적인 파장 영역을 포함한다. X선은 피검사물(70)의 특성 저하를 야기 할 수 있다. 예를 들어, 반도체 메모리와 같은 반도체 칩은 X선 흡수하여 반도체 실리콘이 전하를 축적하고 반도체 메모리의 내부에 형성된 트랜지스터의 문턱 전압을 변화시킬 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 X선 검사 장치(1)는, 필터(21)에 의해 피검사물(70)에 불필요한 X선을 흡수하여 피검사물(70)의 특성 열화를 억제하고, X선 검사를 수행할 수 있다 .

또한, 필터(21)는 복수의 개의 필터 플레이트를 포함하는 것으로 할 수 있다. 서로 다른 파장의 X선을 흡수하는 필터 플레이트를 준비하고 선택한 하나 이상의 필터 플레이트에 X선을 투과시키는 것으로, 피검사물(70)에 조사하는 X선의 파장 영역을 변경할 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 차폐판(22)은, 예를 들면 대략 직사각형의 평판 형상을 가질 수 있다. 또한, 차폐판(22)의 형상은 임의로 변경될 수도 있다. 차폐판(22)은 콜리메이터(31) 및 콜리메이터(31)로부터 세워진 프레임 모양의 벽부(32)를 포함한다. 차폐판(22)의 재료로는 X선이 통과하기 어려운 금속 재료, 예를 들면 납(Pb) 등을 이용할 수 있다.

콜리메이터(31)는 대략 직사각형 판상으로 형성되고, 복수의 개구부(31X)를 가진다. 개구부(31X)는 원하는 위치에 설치되어 X선을 통과시킨다. 상기 개구부(31X)를 통과한 X선은 도 1에 도시된 피검사물(70)에 조사된다. X선은 피검사물(70)을 투과하여 X선 검출기(14, 15)에 입사한다.

도 1, 도 3 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 스테이지(11)에는 교정용 팬텀(80) 배치된다. 도 3 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 교정용 팬텀(80)은 원기둥 형상이다. 스테이지(11)에는 복수(본 실시예에서는 5 개)의 교정용 팬텀(80)이 설치되어 있다. 또한, 적어도 하나 이상의 교정용 팬텀(80)이 스테이지(11)에 탑재되어 있으면 된다. 본 실시예에 있어서, 교정용 팬텀(80)은 베이스판(81)에 고정되고, 베이스 판(81)을 통해 스테이지 (11)에 고정된다.

교정용 팬텀(80)의 재료는 예를 들면, 금(Au), 텅스텐(W), 알루미늄(Al) 등의 금속 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 또한, 교정용 팬텀(80)의 재료로는 X선에 의한 투사 이미지를 얻을 수 있으면 충분하고, 상술한 금속 이외의 재료를 사용할 수 있다.

교정용 팬텀(80)의 크기는 당해 X선 검사 장치(1)의 해상도(배율), 높이 방향(도 1의 Z방향)의 피검사물 (70)의 구조에 따라 검출 가능한 크기로 설정되어 있다. 예를 들면, X선 검사 장치(1)의 해상도를 10 ㎛로 한 경우, 교정용 팬텀(80)의 크기(실린더 직경과 높이)는 10 내지 30 ㎛ 인 것이 바람직하다. 상기 크기가 해상도 미만이면 교정용 팬텀(80)을 검출 할 수 없게 된다. 크기가 너무 크면 중심의 결정 정밀도가 저하된다.

도 3과 같이 복수의 교정용 팬텀(80)은 X방향과 Y방향으로 배열되어있다. 이렇게 배열된 복수의 교정용 팬텀(80)은 높이 방향(Z 방향)의 검출 정밀도를 향상시키고, 또한 스테이지(11) 회전의 검출을 가능하게 한다. 또한 복수의 교정용 팬텀(80)의 크기는 서로 동일할 필요는 없으며, 다른 크기의 교정용 팬텀이 혼재되어 배치되어 있어도 좋다.

도 4a에 나타낸 바와 같이, X선관(12)은 타겟(12T)을 가지며, 타겟(12T)에 전자를 조사하여 X선(61)을 발생시킨다. X선(61)은 그 발생 위치(초점; F1)에서 방사상으로 퍼진다. X선 검출기(15)는 복수의 검출 소자를 갖고, 그 검출 소자는 이차원 배열되어있다. 피검사물(70)을 통과한 X선 검출기(15)에 조사되는 X선(61)에 의해 피검사물(70)의 내부 상태를 촬영한다. X선(61)은 방사형으로 뻗어, 피검사물(70)의 일부분을 X선 검출기(15)에서 촬영한다. 따라서, 피검사물(70)을 측정할 때의 배율은 X선(61)의 발생 위치(F1)에서 피검사물(70)까지의 거리(Lw) 및 X선(61)의 발생 위치(F1)에서 X선 검출기(15)까지의 거리(Ld) 의 비율 Ld/Lw 에 해당한다.

타겟(12T)에 조사되는 전자 중 많은 전자(예를 들면 99.9 %)는 열로 변환되고, 소량의 전자(예를 들면 0.1 %)는 X선으로 변환된다. 변환된 열에 의해 타겟(12T) 및 X선관(12)이 열팽창 되어, X선의 초점(F1)의 위치가 변동한다.

도 4b는 열에 의한 타겟(12T)의 위치(초점 F1)의 변화를 나타낸다. 도 4b에서 실선으로 나타내는 타겟(12T)은 점선으로 표시된 타겟(12T)에 관련하여 도면에서 상하 방향(도 1의 Z방향)으로 위치가 변화하고 있다. 이러한 위치의 변화는 초점(F1) 및 피검사물(70 사이의 거리(Lw)를 변화시킨다. 예컨대, 도 4b에서 점선으로 표시된 타겟(12Ta)에서 발생하는 X선(61a)이 피검사물(70)을 통과 할 때 X선(61a)의 초점(F1a) 및 피검사물(70) 사이의 거리를 Lwa로 한다. 마찬가지로, 실선으로 나타내는 타겟(12Tb)에서 발생하는 X선(61b)이 피검사물(70)을 통과할 때 그 X선(61b)의 초점(F1b)과 피검사물(70) 사이의 거리를 Lwb로 한다. 이 경우, 거리(Lwa)에 비하여 거리(Lwb)는 짧다. 이 거리(Lwb)에 의하여 피검사물(70)을 촬영한 데이터의 배율이 크게 변화한다. 도 4b에 나타내는 X선(61a, 61b)은 도 4a에 나타낸 바와 같이, X선 검출기(15)에 입사하는 X선의 중심축을 나타낸다. 피검사물(70)에서 X선(61a, 61b)이 통과하는 부분이 검사의 대상이 되는 영역이다. 따라서, 피검사물(70)에 대한 X선(61a)에 의한 검사 영역 및 X선(61b)에 의한 검사 영역이, X선관(12)의 온도 변화에 따라 다르다.

도 5a와 같이 X선관(12)에 대하여 피검사물(70) 및 X선 검출기(15)를 회전 구동하여 피검사물(70)의 원하는 영역에 X선(61a)을 통과시켜 피검사물(70)의 검사 영역의 일회 턴 분의 데이터를 검색한다. 도 4b와 같이 X선관(12)의 타겟(12Tb) 위치(초점 F1의 위치)가 변화하면 그 타겟(12T)b에서 조사되는 X선(61b)이 통과하는 영역이 변화한다. 이 상태에서 피검사물(70)의 일회 턴 분의 데이터를 취득한다. 이 경우, 도 5b에 나타낸 바와 같이 X선(61b)이 통과하는 영역의 위치가 변화한다. 즉, 타겟(12Tb)의 위치(초점 F1의 위치)가 변화하면 일회 턴 사이에 서로 다른 영역의 데이터를 취득하게 된다.

따라서 본 실시예에 따른 X선 검사 장치(1)는 도 1, 도 3 및 도 6에 도시된 교정용 팬텀(80)을 이용하여 X선관(12)의 초점(F1)의 위치를 조정한다.

컨트롤부(50)는 교정용 팬텀(80)을 촬영하고 교정용 팬텀(80)의 입체 영상을 생성한다. 그리고, 컨트롤부(50)는 생성된 입체 영상의 교정용 팬텀(80)의 위치 이동량을 검출하고, 그 위치 이동량에 의해 X선관(12)의 초점(F1)의 위치를 조정한다.

도 7은 X선 검출기(15)로 얻어지는 입체(3D) 이미지(90)를 나타낸다. 도 1의 컨트롤부(50)의 화상 처리부(57)는 X선 검출기(15)를 통해 교정용 팬텀(80)의 입체 (3D) 이미지(90)를 얻는다. 상술하면, 모터 제어부(54)는 X선 검출기(15)를 원주 방향으로 회전시킨다. 모터 제어부(51, 52)는 X선 검출기(15)의 회전에 동기화하여 X선관(12)으로부터 출사되는 X선이 교정용 팬텀(80)을 투과하도록 스테이지(11)등의 위치를 제어한다. 이미지 처리부(57)는 X선 검출기(15)에 의해 여러 방향으로부터 교정용 팬텀(80)을 촬상한 복수의 이미지를 얻는다. 그리고 이미지 처리부(57)는 복수의 이미지를 기초로 재구성 연산처리를 행하여, 교정용 팬텀(80)에 대한 입체(3D) 이미지(90)를 생성한다.

이어서, 컨트롤부(50)의 화상 처리부(57)는 만든 입체(3D) 이미지(90)에 있어서, 교정용 팬텀(80)이 포함된 하나의 XZ 평면(91)을 추출한다. 추출된 XZ 평면(91)의 좌표는 단면 이미지 91이며, 예를 들면, 교정용 팬텀(80)의 설치에 의해 미리 설정된다. 또한 X선 검출기(14)를 이용하여 좌표를 얻을 수 있다. 교정용 팬텀(80)에 수직으로 X선을 조사하여 도 1에 도시된 X선 검출기(14)를 통해 교정용 팬텀(80)의 수직(2D) 이미지가 얻어진다. 이 수직(2D) 이미지는 XY 평면을 나타내는 것이며, 교정용 팬텀(80)의 위치(Y 좌표)를 얻을 수 있다. 상기 Y 좌표에 따라 교정용 팬텀(80)을 포함하는 하나의 XZ 평면(91)을 추출할 수 있다.

도 8(a) 및 도 8(b)는 추출된 XZ 평면(91)을 나타낸다. 도 8(a) 및 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, XZ 평면(91)에서 소정의 높이(도면에서 상하 방향이며 Z 방향)에 교정용 팬텀(80)의 이미지가 포함된다.

도 8(a)는 교정용 팬텀(80)에 X선관(12)의 타겟(12T)이 원하는 위치 (예컨대, 도 4b에 점선으로 표시된 부분)에 있는 경우를 나타낸다. 기준 위치(TR)를 점선으로 나타낸다. 도 8(b)는 교정용 팬텀(80)에 대응되는 X선관(12)의 타겟(12T)이 원하는 위치에서부터 어긋난 위치(예컨대, 도 4b에서 실선으로 표시된 부분)에 있는 경우를 나타낸다. 이 경우 교정용 팬텀(80)의 이미지의 위치는 기준 위치(TR)에서 수직 방향으로 이탈된다. 상기 기준 위치 TR에서의 변위량을 산출한다. 상기 기준 위치(TR)에 대한 변위량은 X선관(12)의 초점(F1)의 위치 변위량에 대응한다.

변위량의 산출은, 예를 들면, XZ 평면(91)에 포함된 교정용 팬텀(80)의 이미지 중심의 높이와 기준 위치(TR) 간의 차이로 구할 수 있다. 교정용 팬텀(80)의 중심 높이는, XZ 평면(91)에 포함 된 각 화소의 화소값, 예를 들면, CT값을 사용할 수 있다. 촬영된 교정용 팬텀(80)의 이미지는. XZ 평면(91)의 이미지에서 각 픽셀 값(CT 값)에 의해 표현된다.

도 9는 도 8(b)에 나타내는 XZ 평면(91)의 이미지 픽셀값을 X 방향으로 적분 한 결과를 나타낸다. 도 9에서 가로축은 XZ 평면(91)의 Z 방향의 위치, 세로축은 CT 값의 적분값이다. 적분에 의해 얻어진 곡선(L1)의 피크 위치는 도 8(b)에 나타내는 교정용 팬텀(80)의 중심 위치를 나타낸다. 따라서, 곡선(L1)의 피크 위치(T80) 및 기준 위치(TR)와의 차이를 구하고, 그 차이(높이)에서 X선관(12)의 초점(F1)의 변위량을 얻을 수 있다.

도 10은 X선관(12)의 초점(F1)의 위치 변화를 나타낸다. 도(10)에서 가로축은 구동 후 경과 시간(T)이며, 세로축은 초점(F1)의 변동량을 나타낸다. 위치 변화는 예를 들어, 구동 개시에 있어서 초점(F1)의 위치를 기준으로 변동량을 나타낸다. X선 검사 장치(1)를 구동한 후 소정 시간까지 변동량이 크고, 또한 소정 시간 경과 후에도 초점 F1의 위치가 변동한다.

여기서, 비교예의 X선 검사 장치의 처리 흐름을 도 12에 따라 설명한다. 비교예의 X선 검사 장치는 교정용 팬텀을 구비하지 않은 것이다.

먼저, 예열(warm-up)을 수행한다 (단계 201). 예열 시간은, 예를 들면 1 시간이다. 이어서 스테이지를 이동시켜 피검사물 (샘플)을 시야 중심에 배치(move stage (sample))한다(단계 202). 시야 중심은 X선 검출기로 X선을 받는 영역(시각)의 중심 위치에 해당한다. 이후, X선을 조사하여 피검사물(샘플)의 1회 턴 분의 데이터를 취득(daq: data acquisition (sample))한다(단계 203). 그리고 취득한 1회 턴 분의 데이터는 피검사물의 데이터(입체 영상)를 재구성(reconstruction)한다(단계 204). 그리고 다음 피검사물에 대한 처리를 할 수 있도록, 단계 202로 이행한다. 이 비교예에 의한 처리는 X선 초점의 위치 차이가 발생하여 샘플에 따라 배율이 다른, 즉 재구성에 의해 얻어지는 입체 이미지에 차이가 생기는 경우가 있다.

다음으로, 본 실시예에 따른 X선 검사 장치(1)의 처리 흐름을 도 11에 따라 설명한다.

먼저, 예열(warm-up)을 수행한다(단계 101). 예열 시간은 도 10과 같이 초점 F1의 변화에 따라 그 변화가 적어지는 데 걸리는 시간으로 설정되어, 예를 들어 1 시간이다.

이어서, 스테이지(11)를 이동시켜 교정용 팬텀(80)을 시야 중심에 배치(move stage (height phantom))한다(단계 102). 시야 중심은 X선 검출기(15)에서 X선을 받는 영역(시각)의 중심 위치이다.

이후, X선을 조사하여 스테이지(11) 및 X선 검출기(15)를 한 바퀴 회전시켜 교정용 팬텀(80)의 데이터를 취득(daq: data acquisition (height phantom))한다(단계 103). 데이터는, 예를 들면 도 1의 스테이지(11) 및 X선 검출기(15)를 소정의 각도마다 회전시켜 X선을 조사하여 X선 검출기(15)에 입사된 X선 데이터에 해당한다. 소정의 각도는 일회 턴을 특정 수로 나눈 각도이다.

또한, 평가 샘플에 관하여 피검사물(70)의 데이터를 취득할 때의 분할수보다 교정용 팬텀(80)에 대한 분할수를 줄일 수 있다. 피검사물(70)의 데이터를 취득할 때의 분할수는 피검사물(70)의 구조에 의해 설정되어, 예를 들면 60 ~ 240 이다. 교정용 팬텀(80)은 그 위치(높이)를 측정할 수 있으면 좋고, 입체 영상에서 형태를 판정할 필요는 없다. 따라서 교정용 팬텀(80)의 데이터를 취득할 때 일회 턴의 분할수를 피검사물(70)의 데이터를 취득할 때의 분할수보다 작게 하여 데이터를 검색하는 시간을 줄일 수 있다. 교정용 팬텀(80)의 데이터를 취득할 때의 분할수는 예를 들어, 4 내지 16으로 할 수 있다. 또한, 교정용 팬텀(80)에 대한 일회 턴 데이터를 취득할 필요는 없고, 예를 들면 반 바퀴 사이에서 데이터를 얻을 수 있도록 한다.

위와 같이 취득한 교정용 팬텀(80)의 데이터를 재구성하여 입체 영상 데이터를 획득(reconstruction)한다(단계 104). 그리고 재구성한 데이터에서 X선관(12)의 초점(F1)의 위치 보정 데이터를 산출한다(calibration of tube position (z-offset))한다(단계 105). 보정 데이터는 교정용 팬텀(80)의 중심 위치(높이)를 산출하고, 그 중심 위치 및 초점(F1)의 기준 위치(기준 높이)의 차이 (변위량)를 산출한다. 이 변위량에 의해 X선관(12)의 초점(F1)의 위치 보정 데이터를 산출한다. 그리고 산출한 보정 데이터로, X선관(12)을 이동(move tube)시킨다(단계 106). 단계 102 내지 단계 106에 의해 X선관(12)의 초점(F1)의 위치를 조정하는 제1 처리를 실시한다.

이어서, 스테이지(11)를 이동시켜 피검사물(70)을 시야 중심에 배치(move stage (sample))한다(단계 107).

이후, X선을 조사하여 스테이지(11) 및 X선 검출기(15)를 일회 회전시켜 피검사물(70)의 데이터를 취득(daq: data acquisition (sample))한다(단계 108). 데이터는, 예를 들면, 도 1에 도시된 스테이지(11) 및 X선 검출기 (15)를 소정의 각도마다 회전시켜 X선을 조사하여 X선 검출기(15)에 입사한 X선 데이터에 해당한다. 소정의 각도는 360도 한 바퀴를 특정 수로 나눈 각도이다. 분할수는, 예를 들어 60 ~ 4000으로 할 수 있다.

위와 같이 취득한 피검사물(70)의 데이터를 재구성하고 피검사물(70)의 입체 영상 데이터를 취득(reconstruction)한다(단계 109). 단계 107 내지 단계 109에 의해 피검사물(70)의 입체 영상을 생성하는 제2 처리를 실시한다. 상술한 비교예에서는 상기 제2 처리만 반복 실시된다.

이후, 단계 102로 이행한다. 즉, 본 실시예에 따른 X선 검사 장치(1)는 하나의 피검사물(70)의 데이터를 취득할 때마다 교정용 팬텀(80)을 이용하여 X선관(12)의 초점(F1)의 위치를 조정한다. 이러한 처리는 X선관(12)의 초점(F1) 및 피검사물(70) 사이의 거리(Lw)를 일정하게 유지할 수 있다.

이상 기술 한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) X선 검사 장치(1)는 X선을 조사하는 X선관(12), 피검사물(70)이 적재되는 적재면(11a)을 갖는 스테이지(11), 스테이지(11)에 배치된 교정용 팬텀(80) 및 X선 검출기(15)를 포함한다. X선 검출기(15)는 스테이지(11)를 중심으로 X선관(12)과 대향하는 위치의 주변, 또한, X선을 입사하는 검출면(15a)이 X선관(12)으로부터 조사되는 X선의 축 방향에 대하여 대각선으로 배치되어 있다. 컨트롤부(50)는 X선 검출기(15)를 통해 촬영한 교정용 팬텀(80)의 단면 이미지(91)를 생성하고, 단면 이미지(91)의 교정용 팬텀(80)의 위치를 검출한다. 그리고 검출된 교정용 팬텀(80)의 위치에 따라 X선 초점(F1)의 위치를 조정하는 제 1 처리 및 X선 검출기(15)에 의해 촬영된 피검사물(70)의 입체 영상을 생성하는 제 2 처리를 수행한다.

따라서, 본 실시예에 따른 X선 검사 장치(1)는, X선관(12)의 초점(F1) 및 피검사물(70) 사이의 거리(Lw)를 일정하게 유지할 수 있고, 안정적으로 피검사물 (70)의 입체 이미지를 얻을 수 있다.

(2) 컨트롤부(50)는 X선 검출기(15)를 일회 회전시켜 취득한 복수의 촬영 데이터를 재구성하여 피검사물(70)의 입체 영상을 생성한다. 또한, 컨트롤부(50)는 피검사물(70)의 촬영 데이터보다 적은 수의 교정용 팬텀(80)의 촬영 데이터를 취득하고, 취득한 촬영 데이터를 재구성하여 생성한 교정용 팬텀(80)의 입체 이미지(90) 중 하나의 단면을 단면 이미지(91)로 한다. 따라서 교정용 팬텀(80)의 데이터를 취득하는 시간을 단축하고, 피검사물(70)의 측정 처리량의 저하를 억제할 수 있다.

(3) 컨트롤부(50)는 제 1 처리, 즉 X선관(12)의 위치(초점 F1의 위치)를 조정한 후 제 2 처리, 즉 피검사물 (70)의 입체 영상을 얻을 수 있습니다. 따라서 피검사물(70)에 대한 초점(F1)의 위치를 조정하여 초점(F1) 및 피검사물(70) 사이의 거리(Lw)를 일정하게 유지할 수 있다.

(4) 컨트롤부(50)는 제 2 처리를 1회 실시할 때마다 제1 처리를 실시한다. 따라서, 피검사물(70)에 대한 초점(F1)의 위치를 조정하여 초점(F1) 및 피검사물(70) 사이의 거리(Lw)를 일정하게 유지할 수 있다.

(변경 예)

또한, 상기 실시예는 다음의 방식으로 실시여도 된다. 상기 실시예에 있어서의 처리를 적절하게 변경 될 수 있다.

도 13은 변형예의 처리 흐름을 나타낸다. 이 변형예에서, 단계 111 내지 단계 118은 상술한 실시예의 처리 흐름에서 단계 101 내지 단계 108 (도 11 참조)과 동일하다. 단계 119에서 얻은 피검사물(70)의 데이터를 재구성하고 피검사물(70)의 입체 영상 데이터를 얻는다(reconstruction). 그리고, 카운트 값 i를 카운트 업 (+1)하여 카운트 값 i와 소정의 개수 값 n (예를 들어, n = 10)과 비교한다. 그리고, 카운트 값 i가 개수 값 n 이하(i ≤ n)인 경우, 단계 117로 이행한다. 단계 117에서 다음 피검사물(70)을 시야 중심으로 이동시킨다. 그리고 상기 피검사물(70)의 데이터를 취득(단계 118)하고, 피검사물(70)의 입체 영상 데이터를 생성한다(단계 119).

한편, 카운트 값 i가 개수 값 n보다 큰(i > n)의 경우, 단계 119에서 단계 112로 이행한다. 그러면 단계 112 내지 단계 116의 처리를 실시하는 것으로, X선관(12)의 초점(F1)의 위치를 조정한다. 즉, 도 13에 나타낸 처리 흐름은 개수 값 n의 피검사물(70)의 데이터를 취득할 때마다 X선관(12)의 초점(F1)의 위치 조정을 1회 실시한다. X선관(12)의 초점(F1)의 위치 변동이 적은 경우에는, 이후 처리를 실시하는 것으로, X선관(12)의 조정에 따른 시간을 단축할 수 있다.

또한 개수 값 n은 적절히 변경할 수 있다. 또한 개수 값 n을 X선관(12)의 보정량(변위량)에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 위치 변화량이 작은 경우에는 개수 값 n을 크게 하여, X선관(12)의 조정에 따른 시간을 더욱 단축할 수 있다. 한편, 변위량이 클 경우에는 개수 값 n을 작게 하는 것으로, X선관(12)의 초점(F1)의 위치를 조정하고 X선관(12) 및 피검사물(70) 사이의 거리(Lw)를 일정하게 유지할 수 있다.

상기 실시예에 따른 교정용 팬텀(80)의 데이터를 취득할 때, 필터(21)를 분리하여, 즉 필터(21)를 통과하지 않고 X선을 교정용 팬텀(80)에 조사할 수 있다. 도 14와 같이 X선은 연속적인 파장 영역을 포함한다. 필터(21)는 X선에 포함된 소정의 파장 영역(도 14에서 점선보다 낮은 파장 영역)을 흡수(커팅)한다. 필터(21)를 제외하면 교정용 팬텀(80)에 조사되는 X선의 선량이 증가하기 때문에 적은 횟수(분할 수)에 필요한 데이터를 얻을 수 있다. 따라서 교정용 팬텀(80)의 데이터 취득에 따른 시간을 더 단축시키고, 피검사물(70)의 측정 처리량을 향상시킬 수 있다.

상기 실시예에서는 피검사물(70)은 반도체 소자이지만, 그 밖의 물체를 피검사물로도 좋다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

11 ... 스테이지 12 ... X선관, 12T ... 대상, 14, 15 ... X선 검출기 50 ... 컨트롤 부, 70 ... 피검사물, 80 ... 교정용 팬텀, F1 ... 초점

Claims

X선을 조사하는 X선관;
피검사물이 적재되는 적재면을 갖는 스테이지;
상기 스테이지에 배치된 교정용 팬텀;
상기 스테이지를 중심으로 상기 X선관과 대향하는 위치의 주변이며 상기 X선을 입사하는 검출면이 상기 X선관으로부터 조사되는 X선의 축 방향에 대해 비스듬하게 배치된 X선 검출기; 및
상기 X선 검출기에 의해 촬영된 상기 교정용 팬텀의 단면 이미지를 생성하고, 상기 단면 이미지에서 상기 교정용 팬텀의 위치를 검출하고 검출한 상기 교정용 팬텀의 위치에 따라 상기 X선 초점 위치를 조정하는 제 1 처리와 상기 X선 검출기에 의해 촬영된 상기 피검사물의 입체 영상을 생성하는 제 2 처리를 수행하는 제어부를 포함하는 X선 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 단면 이미지에서 검출한 상기 교정용 팬텀의 위치 및 기준 위치와의 차이에 기초하여 상기 X선 초점 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제 2 처리에 있어서 상기 X선 검출기를 반 바퀴 이상 회전시켜 취득한 복수의 촬영 데이터를 재구성하여 상기 피검사물의 입체 영상을 생성하고, 상기 제 1 처리에서 상기 피검사물의 촬영 데이터보다 적은 수의 상기 교정용 팬텀의 촬영 데이터를 취득하고, 취득한 촬영 데이터를 재구성하여 생성한 상기 교정용 팬텀의 입체 이미지 중 하나의 단면을 상기 단면 이미지로 정의하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 처리를 실시한 후, 상기 제2 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제 2 처리를 1회 수행할 때마다 상기 제1 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 처리를 복수 회 수행할 때마다 상기 제1 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
제1항에 있어서, 상기 X선관 및 상기 스테이지 사이에 착탈 가능하게 배치되고, 상기 X선 중 특정 파장을 흡수하는 필터를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 처리에서 상기 필터를 상기 X선관 및 상기 스테이지 사이에서 제거하고, 상기 제 2 처리에서 상기 필터를 상기 X선관 및 상기 스테이지 사이에 삽입하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.