JP2004108871A - X-ray inspection device, x-ray inspection method and x-ray inspection control program - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem wherein measurement accuracy is lowered and the sufficient measurement accuracy cannot be ensured when an inspection object becomes small. <P>SOLUTION: Variation with age of intensity of X-ray is detected by a sensor arranged between an X-ray generator and an X-Y stage at a real time. Variation with age of an emitting direction of the X-ray is detected by a plurality of CCD arranged on a surface at a predetermined timing. When the X-ray permeated through the inspection object is detected, the intensity of the permeated X-ray is detected while the intensity of the X-ray and the variation with age in the emitting direction are compensated. Accordingly, the thickness of the objective sample can be measured without being influenced by the variation with age of the X-ray. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線検査装置、Ｘ線検査方法およびＸ線検査制御プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のＸ線検査装置では対象試料にＸ線を照射し、エネルギーサブトラクション処理等を行い、当該処理で得られる厚み相当値から特定物質の厚み等を定量化している（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、エネルギーサブトラクション処理では、特定物質の吸収係数の吸収端前後に強い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。透過Ｘ線ＩはＩ＝Ｉ_０ｅｘｐ（−μｔ）と表現（Ｉ_０は試料透過前のＸ線強度，μは透過物質の吸収係数，ｔは透過物質の厚み）される。ここで、（−μｔ）は透過物質の厚みによって変動するので、厚みに相当する値と言える。
【０００３】
一般に複数の物質を透過したＸ線については上記（−μｔ）が（−μ_０ｔ_０−μ_１ｔ_１−μ_２ｔ_２・・・）と表現される（０，１，２は物質の番号）。すなわち、異なる物質の影響は上記吸収係数と厚みの線形結合として表現される。エネルギーサブトラクションにおいては上記特定物質の吸収係数の吸収端近傍に他の物質の吸収端が存在せず、なだらかに変化するような特定物質を計測対象とする。上記（−μ_０ｔ_０−μ_１ｔ_１−μ_２ｔ_２・・・）において、０番を特定物質としたときに、吸収端前後でμ_０の値は大きく変動するが、μ_１，μ_２等はほとんど変動しない。
【０００４】
従って、上記吸収端前後に強いピークを有する異なるエネルギー分布のＸ線にて得られた厚み相当値同士の差分値を取得すると、特定物質以外から透過するＸ線からの寄与については相殺し、特定物質の寄与のみを抽出することができる。この原理に基づいて、例えば錫のｋ吸収端前後にピークを有するフォトンエネルギー分布のＸ線ではんだを撮像すると、錫の様子のみを抽出した厚み相当値を取得することができる。また、この厚み相当値に応じた画像を生成する等の処理によって、はんだ（錫と鉛の合金）の検査を行うことができる。
【０００５】
一方、この厚み相当値から生成した画像等によって特定物質の様子を定性的に把握することができるものの、はんだ等の検査に際しては、はんだが定量化できると好ましい。すなわち、はんだの厚みや面積，体積等を定量化することができれば、はんだを３次元的に映像化したり、はんだ周囲のチップと基板との関係からはんだが適正量存在するか否かを把握することができる等、より正確にはんだの検査を行うことができる。そこで、従来の技術では、特定物質を定量化するために厚みが既知の標準試料を予め測定し、厚みと厚み相当値との対応関係を規定したテーブルデータを作成しておく。そして、当該テーブルデータを参照し、特定物質について得られた厚み相当値に該当する実際の厚みを算出する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２４９５３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＸ線検査装置においては、検査対象が小さくなると測定精度が相対的に低下し、十分な測定精度が確保できないという問題があった。すなわち、上記はんだ検査装置を例にすると、はんだの大きさが数百μｍであれば測定誤差に大きな影響を受けずに定量化することができたが、はんだの大きさが数１０μｍになるとはんだの大きさに対する誤差の割合が大きくなり、測定誤差が無視できなくなってしまう。特に、近年のＩＣでは集積度が急速に向上しており、これに伴ってそのＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）のはんだバンプも小さくなっている。この小さなはんだバンプを精度良く測定するためには、Ｘ線の経時的変動に影響を受けないように測定を行う必要がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、Ｘ線の経時的変動に影響を受けずに検査を実行可能なＸ線検査装置、Ｘ線検査方法およびＸ線検査制御プログラムの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明ではＸ線の経時変化を検出し、経時変化を補償しながらＸ線強度を検出し、厚み相当値を算出するための元のデータとする。すなわち、一般のＸ線源，例えば加速電子をターゲットに衝突させてＸ線を発生させるＸ線管においては、Ｘ線管に対する印加電圧等の条件を変えなくてもターゲットの熱膨張等によって照射Ｘ線の強度や照射方向が時間的に変動する。そこで、本発明においては、Ｘ線照射機構と厚み相当値算出手段によって厚み相当値を算出するに当たり、この時間的な変動による影響を受けないようにするため、経時変化検出手段とＸ線強度検出手段とを備える構成とした。
【０００９】
経時変化検出手段では、Ｘ線照射機構から照射されるＸ線強度の経時変化を検出する。ここでは、経時変化によるＸ線の変動を精度良く検出するため対象試料その他の物質が透過しない状態でＸ線を検出することが好ましい。また、経時変化を検出するためには種々の構成を採用可能であり、ある基準時点での強度とＸ線を対象試料に透過させる時点でのＸ線の強度とを検出し、両者の差異を上記Ｘ線強度検出手段での検出に反映させることができればよい。
【００１０】
Ｘ線強度検出手段においては、入射Ｘ線の強度を検出し、上記経時変化検出手段による検出結果を反映させて経時変化分を補償することができればよい。例えば、経時変化検出手段において上述のように基準時点とＸ線を対象試料に透過させる時点とのＸ線の強度を検出する際には、これらの検出結果によって経時変化分が把握される。経時変化分が判明すれば、Ｘ線検出手段で検出した透過Ｘ線について経時変化による強度変動を補償することができる。
【００１１】
また、Ｘ線強度検出手段は、Ｘ線の照射方向に配設されていればよい。すなわち、照射されるＸ線がＸ線強度検出手段方向に配向していれば、Ｘ線照射機構で対象試料を照射経路内外に対象試料を移動させることにより、Ｘ線強度検出手段によって透過Ｘ線と非透過Ｘ線とのいずれをも検出することができる。むろん、照射経路と対象試料との位置関係は相対的なものであり、対象試料を移動させても良いし、Ｘ線の照射口とＸ線強度検出手段とを組で移動させても良いが、本発明では、Ｘ線の微妙な変動をも補償して高精度の検査を目的としている関係上、対象試料を移動させる構成が好ましい。
【００１２】
Ｘ線強度を検出する構成としては、種々の構成を採用することが可能である。例えば、Ｘ線をシンチレータで受け止め、可視化した後にＣＣＤで可視光を受光する構成（Ｘ線イメージインテンシファイア）等を採用可能である。この場合、ＣＣＤを構成する各画素での検出電圧が強度に相当する。また、ＣＣＤを平面状に並べる構成は厚み相当値算出手段での算出結果を視覚化するために好ましい構成である。すなわち、ＣＣＤの各画素での検出電圧がＸ線の強度に相当し、当該強度から厚み相当値を算出すれば、当該厚み相当値の数値の大小に応じてドットマトリクス状の画素からなる画像の明度を決定することにより、厚み相当値に応じて明度が変化する２次元画像を容易に生成することができる。従って、厚み相当値を容易に視覚化することができる。
【００１３】
厚み相当値算出手段においては、対象試料内の特定物質を抽出してその厚みに相当する値を生成することができれば良く、Ｘ線が対象試料を透過して得られる透過Ｘ線強度から厚み相当値を算出することができればよい。すなわち、上記従来の技術に示すｅｘｐの指数部分は透過Ｘ線を減衰させた物質の厚みに相当するので、当該指数部分を算出しても良いし、吸収係数にて除して厚みの次元にした値を算出しても良い。本発明によって厚み相当値を算出すると、当該特定物質の厚みを定性的に把握することができ、はんだ検査装置等に利用することができる。
【００１４】
対象試料を透過したＸ線を検出すると上述のｅｘｐの指数部分から厚み相当値を算出することができるが、検査対象の厚みをより正確に把握するためにエネルギーサブトラクション処理を行っても良い。すなわち、請求項２に記載した発明のように、Ｘ線照射機構にて異なるフォトンエネルギー分布のＸ線を照射し、厚み相当値算出手段は、それぞれのＸ線を対象試料に透過させて検出した検出値から透過物質の厚み相当値を算出するとともにその差分値を取得する。
【００１５】
この結果、対象試料内の特定物質による寄与を抽出して当該特定物質の厚み相当値を算出することができる。特定物質による寄与を抽出して算出した厚み相当値を利用すれば、Ｘ線の検出値として対象試料以外の影響も含むような検査対象、例えば、はんだによって基板上にチップを実装する場合のはんだにおいて導電線の銅やなど他の寄与を排除して正確にはんだの寄与を抽出することができる。
【００１６】
はんだ等、Ｘ線検査装置の検査対象試料について検査を行うためには特定物質を定量化するとより便利である。そこで、請求項３に記載の発明のように、標準試料について得られた厚み相当値をリファレンスにして任意の対象試料における厚み相当値から当該対象試料の実際の厚みを算出しても良い。すなわち、標準試料の厚みは既知であり、その厚み相当値を算出すれば厚み相当値が示す実際の厚みが判明する。
【００１７】
そこで、厚みが既知の標準試料について単一のフォトンエネルギー分布のＸ線あるいは異なるフォトンエネルギー分布のＸ線によってＸ線を透過させ、得られた厚み相当値をリファレンスにすれば、任意の対象試料の厚みを定量化することができる。リファレンスにする構成としては種々の構成が採用可能であり、例えば、複数の厚みの標準試料について予め測定して厚み相当値と既知の厚みとを対応づけたテーブルを作成しておけば、任意の対象試料の厚みは当該テーブルを参照した補間演算等を実行することにより算出することができる。
【００１８】
経時変化検出手段においては、Ｘ線照射機構から照射されるＸ線強度の経時変化を検出することができれば良く、種々の構成を採用可能である。その構成例として請求項４に記載の発明のようにセンサを利用し、当該センサをＸ線照射機構におけるＸ線の照射口と上記対象試料の配設位置との間に配設しても良い。すなわち、Ｘ線の照射口と上記対象試料の配設位置との間にてセンサによってＸ線の強度を検出すれば、線源から照射された直後のＸ線を検出することができる。従って、対象試料その他の物質の透過等、他の影響を排除してＸ線強度の経時的変動を精度良く検出することができる。
【００１９】
尚、このセンサを一つ配設しておけば、Ｘ線強度の経時的変動を精度良く検出することができるが、さらに、複数のセンサを配設してリアルタイムにＸ線照射方向の変動を補償する構成にすることもできる。すなわち、Ｘ線は開口部を頂点とした略円錐状に放射され、その照射方向の中心の強度が最大であるとともに同心円状に強度が弱くなる。従って、中心から同距離にある複数のセンサにて検出強度が同等であるか否かによって重心位置を算出することができ、この結果、重心位置の変動を補償することができる。例えば、二つのセンサを対面させつつ配置すれば、両センサでの強度の変動によって当該二つのセンサを結ぶ直線方向への重心位置の変動を補償することができるし、三つのセンサを同一平面内に配置すれば、各センサでの検出強度から重心位置を算出し、リアルタイムに重心位置の変動を補償することが可能になる。
【００２０】
センサの配設位置として好適な構成例として請求項５に記載の発明では、上記センサを配設するに際し、Ｘ線の照射経路内であるが対象試料へ向かうＸ線の経路の外に配設してある。すなわち、Ｘ線を透過させる対象試料とＸ線照射機構との間にセンサを配設する構成において、対象試料を透過するＸ線とセンサとが干渉しないので、透過Ｘ線の検出と経時変化の検出とを同時に実施することができる。この結果、透過Ｘ線を計測しながら経時変化分の補償を逐次実施することが可能になり、リアルタイムに補正を行うことができる。
【００２１】
さらに、このようなセンサを利用して経時変化分を補償する構成の一例として請求項６に記載の発明のように、基準時点と検査対象の測定時点とにおける透過Ｘ線強度を比較する構成としても良い。すなわち、ある時点での透過Ｘ線強度を基準と考えれば、検査対象の測定時点での透過Ｘ線強度が当該基準時点からどの程度変動したのか、すなわち、経時的変動を容易に把握することができ、両者の比を無試料時のＸ線強度に乗じたり、両者の差分を無試料時のＸ線強度から増減するなどして容易に経時変化分を補償することができる。
【００２２】
さらに、経時変化検出手段の構成例として請求項７に記載した発明のように、Ｘ線強度検出手段を利用するとともに当該Ｘ線強度検出手段によって対象試料を透過させずに所定タイミングでＸ線強度を検出し、当該検出強度を基準強度とする構成を採用可能である。すなわち、透過Ｘ線の強度は上述のようにＩ＝Ｉ_０ｅｘｐ（−μｔ）と表現され、Ｉ_０は試料透過前のＸ線強度である。
【００２３】
また、Ｘ線照射機構から照射されるＸ線はＸ線源の発熱度合い等に応じて経時的に変動する。そこで、対象試料を透過させずに無試料の状態でＸ線強度検出手段によって検出したＸ線強度を基準強度としてＩ_０とするとともに、照射Ｘ線の発熱による影響を補償するため、所定のタイミングでこのＩ_０を更新する。所定のタイミングとしては予め決められたタイミングであればよく、定期的に上記対象試料を透過しない状態でのＸ線強度の検出を実行しても良いし、ある検出タイミングから次回の検出タイミングまでの時間間隔を徐々に長くしていく構成等を採用しても良い。照射Ｘ線の経時的な変動の原因が主に発熱によるものである場合には、時間の経過とともに線源が熱平衡に達すると考えられるので、ある検出タイミングから次回の検出タイミングまでの時間間隔を徐々に長くすることができ、この構成では検出回数をなるべく減らしつつも検査精度を維持することができる。
【００２４】
さらに、所定のタイミングにて対象試料を透過させずにＸ線を検出して基準とするための具体的な構成として、請求項８に記載した発明のように、平面状に配設された複数のＣＣＤ素子にてＸ線強度に応じた電圧を取得してその検出値から厚み相当値を取得する構成において、所定のタイミングでＣＣＤ素子とＸ線源との間から対象試料を退避させ、無試料状態で照射Ｘ線を検出するようにしても良い。すなわち、Ｘ線源から照射されるＸ線の経時的変動には、Ｘ線の強度変動の他、Ｘ線照射方向の変動も含まれ、平面状に配設された複数のＣＣＤ素子にてＸ線を検出することによってＸ線照射方向の変動をも検出してこの変動を補償することができる。
【００２５】
具体的には、Ｘ線はＸ線照射方向の小さな開口部から照射方向に進行するとともに進行方向に対して略垂直方向に円状に広がる。平面状に配設された複数のＣＣＤ素子によれば、強度の検出値がある位置にて大きくその位置から放射状に弱くなることを示すデータを取得することができる。従って、これらのＣＣＤによって所定のタイミングで対象試料未透過のＸ線を検出すれば、各タイミング間でのＸ線照射方向の変動や強度変動を把握することができる。
【００２６】
この結果、各タイミング間でのＸ線照射方向の変動や強度変動を補償してＸ線強度を検出することができる。例えば、各画素での検出電圧に対応するＸ線強度を基準強度としてＩ_０とするとともに、照射Ｘ線の発熱等による強度および照射方向の変動を補償するため、所定のタイミングでこのＩ_０を更新すればよい。以上のような構成によれば、所定のタイミング毎にＸ線強度の変動と照射方向の変動とを補償することができるが、むろん、上記センサと併用してリアルタイムにＸ線強度の変動を補償しつつ所定のタイミング毎にＸ線の照射方向の変動を補償する構成としても良い。
【００２７】
以上は、本発明が装置として実現される場合について説明したが、かかる装置を実現する方法においても本発明を適用可能であることはいうまでもない。その一例として、請求項９にかかる発明は、請求項１に対応した方法を実現する構成としてある。むろん、その実質的な動作については上述した装置の場合と同様である。また、請求項２〜請求項８に対応した方法も構成可能である。このような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。従って、ソフトウェアであったりハードウェアであったりするなど、適宜、変更可能である。
【００２８】
発明の思想の具現化例として上記方法を制御するためのソフトウェアとなる場合には、かかるソフトウェアあるいはソフトウェアを記録した記録媒体上においても当然に存在し、利用される。その一例として、請求項１０にかかる発明は、請求項１に対応した機能をソフトウェアで実現する構成としてある。むろん、請求項２〜請求項８に対応したソフトウェアも構成可能である。
【００２９】
また、ソフトウェアの記録媒体は、磁気記録媒体であってもよいし光磁気記録媒体であってもよいし、今後開発されるいかなる記録媒体においても全く同様に考えることができる。一次複製品、二次複製品などの複製段階については全く問う余地無く同等である。その他、供給装置として通信回線を利用して行なう場合でも本発明が利用されていることにはかわりない。さらに、一部がソフトウェアであって、一部がハードウェアで実現されている場合においても発明の思想において全く異なるものではなく、一部を記録媒体上に記憶しておいて必要に応じて適宜読み込まれるような形態のものとしてあってもよい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
ここでは、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）本発明の構成：
（２）エネルギーサブトラクション処理：
（３）Ｘ線の空間変動補正：
（４）厚み算出テーブルの作成：
（５）はんだの検査処理：
（６）他の実施形態：
【００３１】
（１）本発明の構成：
図１は本発明にかかるＸ線検査装置の概略ブロック図である。同図において、この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１１とＸ線検出器１３とＸ−Ｙステージ１５とセンサ１７とを備えている。Ｘ線撮像制御部２０は、Ｘ線制御部２１とセンサ信号処理部２２とステージ制御部２３と検出信号処理部２４とＣＰＵ２５と出力部２６ａと入力部２６ｂとメモリ２７とを備えている。
【００３２】
メモリ２７はデータを蓄積可能な記憶媒体であり、予めデフォルトデータ２７ａが記録されるとともに、Ｘ線検査の実施に際して生成される逐次データ２７ｂが記録される。メモリ２７はデータを蓄積可能であれば良く、ＲＡＭやＲＯＭ，ＨＤＤ等種々の記憶媒体を採用可能である。Ｘ線制御部２１は、Ｘ線発生器１１を制御して所定のＸ線を発生させることができ、上記デフォルトデータ２７ａ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、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。尚、本実施形態においては、後述するエネルギーサブトラクション処理を実施するため、異なる２つの撮像条件によってＸ線を発生させる。
【００３３】
センサ信号処理部２２はセンサ１７と接続されており、同センサ１７が出力する検出値によって逐次Ｘ線の強度を検出する。この検出強度は逐次データ２７ｂとしてメモリ２７に保存される（Ｉ_{０１ｒｅｆ}，Ｉ_{０２ｒｅｆ}，Ｉ_{０１ｍｏｎ}，Ｉ_{０２ｍｏｎ}）。ステージ制御部２３はＸ−Ｙステージ１５と接続されており、同Ｘ−Ｙステージ１５を移動させる。Ｘ−Ｙステージ１５は後述するように標準試料の測定，対象試料の測定，無試料での測定を実現するためにＸ−Ｙステージ１５を移動させることができ、それぞれ標準試料測定位置座標データ，対象試料測定位置座標データ，無試料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。
【００３４】
検出信号処理部２４はＸ線検出器１３と接続されており、Ｘ線検出器１３が出力する検出値によって、標準試料を透過したＸ線，対象試料を透過したＸ線，試料を透過していないＸ線（無試料時のＸ線）のいずれかの強度を検出する。この検出値は逐次データ２７ｂとしてメモリ２７に保存される（それぞれ、Ｉ_１ｓｔａ，Ｉ_２ｓｔａ，Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_０１，Ｉ_０２）。尚、上記センサ１７やＸ線検出器１３の検出値に基づく計測データに付した番号１，２は、上記異なる撮像条件で発生したＸ線のいずれかに対応している。
【００３５】
出力部２６ａはＣＰＵ２５での処理結果等を表示するディスプレイであり、入力部２６ｂは利用者の入力を受け付ける操作入力機器であり、利用者は入力部２６ｂを介して種々の入力を実行可能であるし、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、はんだバンプの良否判定結果等を出力部２６ａに表示することができる。ＣＰＵ２５は、メモリ２７に蓄積された各種制御プログラムに従って所定の演算処理を実行可能であり、利用者が入力部２６ｂ等によって検査指示等を行うことによって各種制御プログラムを実行し、はんだバンプの良否判定を行う。
【００３６】
Ｘ線発生器１１は、上記Ｘ線制御部２１の制御に従ってＸ線管に対する印加電圧を制御し、また、指示された時間Ｘ線を照射する。図２にはＸ線管１１ａの概略構成を示している。同図に示すようにＸ線管１１ａはアノード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アノード１１ｂ方向に進行し、コイルからなる電子レンズ１１ｄで絞られてターゲット１１ｅの微小位置に衝突する。
【００３７】
ターゲット１１ｅに電子が衝突すると当該ターゲット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線として放射される。Ｘ線管１１ａの所定位置には図示しないシャッターが備えられており、Ｘ線をＸ線管１１ａの外部に照射する際にはシャッターが開いて開口部を形成し、当該開口部からＸ線が外部に進行する。このとき、Ｘ線は進行方向に略垂直な方向に広がりながら、すなわち、開口部を頂点とした略円錐状に照射される。
【００３８】
図３は、Ｘ線管１１ａに対する各印加電圧（３０，４０，５０ｋＶ）にて開口部から照射されるＸ線のＸ線フォトンエネルギー分布を示す図である。尚、縦軸は相対的なＸ線の強度であり、横軸をＸ線フォトンエネルギーとして示している。同図に示すように、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。以上のように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、本発明においては錫の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。すなわち、上記撮像条件データはこのような異なる２つのフォトンエネルギー分布のＸ線を照射するための設定データである。
【００３９】
本実施形態において、Ｘ線の照射方向にはＸ線検出器１３とＸ−Ｙステージ１５とが配設されている。Ｘ−Ｙステージ１５は、検査対象試料となるはんだ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ステージを移動させる。このとき、上記ステージ制御部２３が指示する任意の座標値によって正確に位置を制御しつつステージを移動させることができる。また、Ｘ−Ｙステージ１５には、上述の標準試料も載置可能であり、また、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によるステージの移動によって、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。尚、基板３１には、部品が実装される。図１においてはＢＧＡを形成する複数のはんだバンプ３０が接点となって基板３１に実装されるチップ３２を模式的に示している。
【００４０】
Ｘ線検出器１３は、入射Ｘ線の強度に相当する検出信号を出力するイメージインテンシファイアである。具体的には、Ｘ線検出器１３の下部にシンチレータが備えられており、入射Ｘ線は同シンチレータにて可視光に変換される。シンチレータの上方には平面状に並べられた複数のＣＣＤが備えられており、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。この検出電圧が上記検出信号処理部２４に入力されることにより、Ｘ線の強度が各ＣＣＤの電圧として検出される。すなわち、Ｘ線検出器１３は複数の画素によって平面上に照射されるＸ線の強度を検出する。
【００４１】
センサ１７は、上記Ｘ線検出器１３と同様の構成を備えるイメージインテンシファイアであるが、そのＣＣＤ画素は１つである。同センサ１７は上記Ｘ−Ｙステージ１５とＸ線発生器１１との間に配設されており、Ｘ線発生器１１から照射されたＸ線がＸ−Ｙステージ１５に到達する以前にそのＸ線強度を検出することができる。また、センサ１７は照射Ｘ線の端でそのＸ線強度を検出するように位置が調整されている。
【００４２】
すなわち、図１に示すようにＸ線発生器１１とＸ線検出器１３との間に基板が配設されている状態において、対象試料となるはんだバンプ３０を透過するＸ線の照射経路（図１実線部分）の外にセンサ１７が配設されている。かかる構成により、Ｘ線検出器１３にてはんだバンプ３０を透過したＸ線の強度を検出すると同時にセンサ１７にてＸ線発生器１１から照射されるＸ線を検出することができる。尚、本発明において、センサ１７のＣＣＤ数が一つに限定されるわけではない。例えば、複数個のＣＣＤによって検出された強度の平均値を採用する構成にしても良い。
【００４３】
（２）エネルギーサブトラクション処理：
本実施形態においては、上述の構成において検出したＸ線の強度についてエネルギーサブトラクション処理を実施することによって特定物質による寄与を抽出しており、以下エネルギーサブトラクション処理について説明する。尚、本実施形態において当該特定物質は、はんだバンプ３０に含まれる錫であるが、むろん特定物質として鉛を採用しても良い。図４は、錫（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ：プリント配線の主成分）のＸ線吸収係数を示す図であり、横軸はＸ線のフォトンエネルギーである。
【００４４】
同図に示すように、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り、さらに、錫のＸ線吸収係数のｋ吸収端は２９．４ｋｅＶであるとともに銅のＸ線吸収係数は当該２９．４ｋｅＶ近辺でほぼリニアに変化する。エネルギーサブトラクション処理は、このｋ吸収端を利用してＸ線撮像画像から錫の寄与を抽出する処理である。すなわち、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。
【００４５】
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。尚、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。但し、シリコンの吸収係数は錫の吸収係数と比較して非常に小さいので実質上無視することもできる。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。より具体的には、以下の式変形によってＸ線強度から厚み相当値を算出することができる。
【００４６】
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。
【数１】

ここで、ＩはＸ線検出器１３によって検出されるＸ線の強度であり、Ｉ_０はＸ線が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、μ_０は錫のＸ線吸収係数，μ_１は銅のＸ線吸収係数であり、ｔ_０は錫の厚み，ｔ_１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。尚、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。
【００４７】
本実施形態においては異なる２つのフォトンエネルギー分布のＸ線について透過Ｘ線を検出するのでそれぞれに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。
【数２】

すなわち、異なるフォトンエネルギーについて透過Ｘ線を検出するとＸ線検出器１３での検出強度が異なる。また、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。さらに、上記図２に示すようにＸ線吸収係数にはフォトンエネルギー依存性があるので、両式で区別される。
【００４８】
しかし、図２に示すように銅の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μ_１１とμ_１２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。
【数３】

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ので、上記Ｘ線検出器１３の各画素についてこの値を算出し、各画素の明度をこの算出値に対応した値にして画像を形成すると、錫の寄与のみを視覚化した画像を得ることができる。
【００４９】
本実施形態においては、標準試料を透過したＸ線，対象試料を透過したＸ線のそれぞれについて上記式（４）に示す厚み相当値を算出することによって、対象試料における錫の厚みを算出しているが、ここで、より正確にＸ線強度を検出するためにＸ線の経時的な空間変動補正と強度変動補正を実施している。以下、各段階での処理について詳細に説明する。
【００５０】
（３）Ｘ線の空間変動補正：
まず、Ｘ線の空間変動補正を行うための処理を説明する。図２においては、照射Ｘ線の照射方向が経時的に変動する様子も示している。Ｘ線管１１ａにおいては、上述のようにターゲット１１ｅに対して電子を衝突させることによってＸ線を発生させているが、この電子のエネルギーのうち大半は熱エネルギーとなりアノード１１ｂに伝達される。アノード１１ｂは熱によって膨張するので、ターゲット１１ｅの位置は変動し、これによりＸ線の照射方向も変動する。
【００５１】
図２の上部にはＸ線検出器１３を示しており、Ｘ線の照射方向が変動する様子を実線および破線にて模式的に示している。同図においてＸ線検出器１３の上部には各ＣＣＤによる検出強度を１次元的に示している。すなわち、照射Ｘ線の中央ではＸ線の強度が大きいが、その周縁部では徐々に強度が小さくなる。このように、Ｘ線検出器１３にて検出されるＸ線の強度は本来的に空間的変動を備えているが、上述のように熱によってＸ線の照射方向が変動すると、照射方向の変動に応じてＸ線検出器１３での検出強度がＣＣＤ面上でシフトするように変動する。
【００５２】
本実施形態においては、このシフトによる影響を補償するためにＸ線の空間変動補正を行っており、このために２０分に一回の割合で無試料状態のＸ線強度検出を行う。この検出値は次回の無試料状態での強度検出まで無試料状態における強度の基準値とされ、後述する対象試料の検査処理に際して２０分毎に上記式（４）内のＩ_０１，Ｉ_０２が更新されることになる。
【００５３】
従って、Ｘ線の照射方向が変動した場合であっても２０分毎には修正され、初期値と現在値の差異が蓄積することが無く、強度測定に与える影響を非常に小さくすることができる。むろん、この無試料状態での測定は所定のタイミング毎に実施されればよく、２０分間隔に限定されることはないし、時間の経過とともに計測間隔を長くするなど種々の構成を採用可能である。
【００５４】
図５は、上記ＣＰＵ２５が空間変動補正用のデータを取得する際の処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２５はメモリ２７に記録された図示しないプログラムに従って各部に指示を出し、この処理を実施する。ステップＳ１００ではまずメモリ２７に記録された無試料位置座標データを取得し、ステージ制御部２３に受け渡す。ステージ制御部２３はこの無試料位置座標データに従ってＸ−Ｙステージ１５を移動させ、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１３との間に試料が存在しないようにする。
【００５５】
ステップＳ１１０ではＣＰＵ２５がメモリ２７に記録された撮像条件データのうち第一のフォトンエネルギー分布のＸ線を出力させるためのデータを取得し、Ｘ線制御部２１に受け渡す。Ｘ線制御部２１はこの撮像条件データに従ってＸ線発生器１１での条件設定を行い、錫のｋ吸収端直前にピークを有するフォトンエネルギー分布のＸ線を照射させる。このＸ線は試料を透過することなくＸ線検出器１３に入射する。
【００５６】
ステップＳ１２０ではＣＰＵ２５が検出信号処理部２４を制御してＸ線検出器１３の検出値を取得する（第一基準画像の撮像）。（ここでは２次元的に並べられた複数のＣＣＤにて各画素の強度を検出するので、この検出値の取得を画像の撮像と呼ぶ。以下同じ。）すなわち、入射Ｘ線に応じてＸ線検出器１３から出力される検出信号は検出信号処理部２４に入力され、当該検出信号処理部２４は当該検出信号に応じて各画素でのＸ線強度を示すデータを出力する。ステップＳ１３０ではＣＰＵ２５が当該データを取得し、第一基準画像データＩ_０１として上記メモリ２７に記録する。
【００５７】
ステップＳ１４０〜Ｓ１６０においては、錫のｋ吸収端直後にピークを有するフォトンエネルギー分布のＸ線にて撮像を行う。すなわち、ステップＳ１４０にてＣＰＵ２５がメモリ２７に記録された撮像条件データのうち第２のフォトンエネルギー分布のＸ線を出力させるためのデータを取得し、Ｘ線制御部２１に受け渡す。ステップＳ１５０では、この結果照射されるＸ線によって第二基準画像を撮像し、得られたデータを第二基準画像データＩ_０２としてメモリ２７に保存する（ステップＳ１６０）。以上のようにしてメモリ２７に保存されたデータは後の検査処理で利用される。
【００５８】
（４）厚み算出テーブルの作成：
上述の厚み相当値は厚みに比例した値であるものの実際の厚みではない。本実施形態では、はんだバンプ３０の良否判定を行うために厚み相当値から実際の厚みを算出しており、このために予め標準試料を計測し、厚み相当値を実際の厚みに変換するための厚み算出テーブルを作成しておく。図６は当該厚み算出テーブルを作成する際の処理を示すフローチャートであり、図７はＸ−Ｙステージ１５上に載置された標準試料４０をステージ側面から眺めた状態を示す図である。
【００５９】
標準試料４０は矩形板状のはんだが積層されることによって形成されており、各層の厚みは予め正確に測定してある。この標準試料４０としては、本発明にて検査対象となるはんだと同成分のものが好ましいが、厳密に同成分であることが必須になるわけではない。標準試料４０はＸ−Ｙステージ１５の所定位置に載置されており、ステップＳ２００ではまずメモリ２７に記録された標準試料測定位置座標データを取得し、ステージ制御部２３に受け渡す。ステージ制御部２３はこの標準試料測定位置座標データに従ってＸ−Ｙステージ１５を移動させ、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１３との間に標準試料４０を配設させる。
【００６０】
ステップＳ２０５ではＣＰＵ２５がメモリ２７に記録された撮像条件データのうち第一のフォトンエネルギー分布のＸ線を出力させるためのデータを取得し、Ｘ線制御部２１に受け渡す。Ｘ線制御部２１はこの撮像条件データに従ってＸ線発生器１１での条件設定を行い、錫のｋ吸収端直前にピークを有するフォトンエネルギー分布のＸ線を照射させる。この設定条件は上記ステップＳ１１０での設定条件と同様である。
【００６１】
ステップＳ２０５の設定によって照射されたＸ線の一部は上記センサ１７に到達し、当該Ｘ線の大半は標準試料４０を透過してＸ線検出器１３に到達する。ステップＳ２１０ではＣＰＵ２５がセンサ信号処理部２２を制御してセンサ１７の検出値を取得するとともにセンサ検出値Ｉ_{０１ｒｅｆ}としてメモリ２７に保存する。このセンサ検出値Ｉ_{０１ｒｅｆ}は、後述する検査処理にてＸ線の強度変動を補正する際に利用されるデータである。
【００６２】
ステップＳ２１５ではＣＰＵ２５が検出信号処理部２４を制御してＸ線検出器１３の検出値を取得する（第一標準画像の撮像）。標準試料４０は一定の面積を有しているが、Ｘ線検出器１３では所定の面積内に到達する透過Ｘ線を検出可能であり、当該標準試料４０を透過したＸ線を一度に検出することができる。そこで、ステップＳ２２０では、ＣＣＤの各画素にて検出した強度を第一標準画像データＩ_１ｓｔａとして上記メモリ２７に記録する。
【００６３】
標準試料４０の測定においても第二の条件設定で同様の処理を行う。すなわち、ステップＳ２２５〜Ｓ２４０において、第二撮像条件を設定することによって錫のｋ吸収端直後にピークを有するフォトンエネルギー分布のＸ線を照射させ、上記センサ１７での検出値をセンサ検出値Ｉ_{０２ｒｅｆ}としてメモリ２７に保存し、上記Ｘ線検出器１３の検出値を第二標準画像データＩ_２ｓｔａとしてメモリ２７に保存する。
【００６４】
以上のようにして取得した第一標準画像データＩ_１ｓｔａ，第二標準画像データＩ_２ｓｔａと上述の第一基準画像データＩ_０１，第二基準画像データＩ_０２とを利用すれば、上記標準試料４０の厚み相当値を算出することができる。すなわち、厚み相当値を算出する上記式（４）におけるＩ_０１，Ｉ_０２は無試料時のＸ線強度であるので上記第一基準画像データＩ_０１，第二基準画像データＩ_０２に相当する。また、式（４）におけるＩ_１，Ｉ_２は透過Ｘ線の強度であるので標準試料４０の透過Ｘ線強度を示す第一標準画像データＩ_１ｓｔａ，第二標準画像データＩ_２ｓｔａをそれぞれ代入すると、式（４）の左辺に相当する厚み相当値を算出することができる。
【００６５】
ステップＳ２４５においては、ＣＰＵ２５が上記複数のＣＣＤの各画素についての各データを読み出しつつ、式（４）の演算を実施して各画素についての厚み相当値を算出する。図７の下部においてはＣＣＤの各画素による検出結果を、厚み相当値が大きいほど濃い色にして示している。標準試料４０は、図７に示すように階段状に厚みが変化するので同図下部に示すように厚み相当値に対応した濃度も段階的に変化する。すなわち、同程度の濃度（厚み相当値）であれば同じ厚み相当値になるので、各段階毎に濃度（厚み相当値）を平均化して既知の厚みと比較することによって厚み相当値と実際の濃度とを対応づけることができる。
【００６６】
そこで、ステップＳ２５０では当該既知の厚みと厚み相当値とを対応づけた厚み算出テーブルを生成し、メモリ２７に記録する。この厚み算出テーブルを利用すれば、任意の対象試料の厚み相当値から実際の厚みを算出することができる。すなわち、厚み算出テーブルに定義された２つの厚み相当値とこれらに挟まれる任意の厚み相当値について、当該２つの厚み相当値に対応する実際の厚みを利用して補間演算により任意の厚みを算出すればよい。むろん、上記厚み算出テーブルで定義された厚み相当値と実際の厚みとから任意の厚み相当値に対する厚みを算出する補間関数を定義し、対象試料について算出された厚み相当値を当該補間関数に代入することで厚みを算出しても良い。
【００６７】
当該対象試料の厚みを算出する際には内挿／外挿のいずれをも行うことができるし、補間関数としても１次関数の他，スプライン補間関数等を利用しても良い。さらに、上述のように一度に標準試料４０を測定する構成が必須というわけではなく、Ｘ−Ｙステージ１５を逐次移動させて標準試料４０の各段を最大強度のＸ線が透過するように制御し、各段毎に厚み相当値を算出しても良い。さらに、この場合、上記式（４）のＩ_０１，Ｉ_０２に対して、上記ステップＳ２１０，Ｓ２３０で取得したセンサ検出値Ｉ_{０１ｒｅｆ}，Ｉ_{０２ｒｅｆ}を代入しても良い。
【００６８】
また、本実施形態では、標準試料４０の計測時にセンサ検出値Ｉ_{０１ｒｅｆ}，Ｉ_{０２ｒｅｆ}を取得しているが、むろん、このタイミングでの検出値をリファレンスにすることが必須となるわけではなく、上記空間変動補正用データ取得処理を実行する際にセンサ検出値を取得しても良い。
【００６９】
（５）はんだの検査処理：
本実施形態では、以上のように空間変動補正用データ取得処理および厚み算出テーブル作成処理を行った後に、リアルタイムでＸ線の強度変動を補償しながら図８に示す検査処理を実行する。上記空間変動補正用データ取得処理は、はんだ検査中に所定のタイミングで実施されれば良く、厚み算出テーブル作成処理ははんだ検査を行うに際して少なくとも最初に一回実施されればよい。はんだの検査処理は、Ｘ−Ｙステージ１５上にチップがはんだ付けされた基板が載置された状態で実施される。
【００７０】
基板上でのチップの実装位置は、上記メモリ２７に記録された対象試料測定位置座標データから特定される。すなわち、対象試料測定位置座標データは、基板のＣＡＤデータ等から取得されるデータであってチップのＸ−Ｙ位置を示すデータである。ステップＳ３００ではまずメモリ２７に記録された対象試料測定位置座標データを取得し、ステージ制御部２３に受け渡す。ステージ制御部２３はこの対象試料測定位置座標データに従ってＸ−Ｙステージ１５を移動させ、Ｘ線発生器１１とＸ線検出器１３との間に所定のチップ３２を配設させる。
【００７１】
ステップＳ３０５ではＣＰＵ２５がメモリ２７に記録された撮像条件データのうち第一のフォトンエネルギー分布のＸ線を出力させるためのデータを取得し、Ｘ線制御部２１に受け渡す。Ｘ線制御部２１はこの撮像条件データに従ってＸ線発生器１１での条件設定を行い、錫のｋ吸収端直前にピークを有するフォトンエネルギー分布のＸ線を照射させる。この設定条件は上記ステップＳ１１０，Ｓ２０５での設定条件と同様である。
【００７２】
ステップＳ３０５の設定によって照射されたＸ線の一部は上記センサ１７に到達し、当該Ｘ線の大半は所定のチップ３２を透過してＸ線検出器１３に到達する。ステップＳ３１０ではＣＰＵ２５がセンサ信号処理部２２を制御してセンサ１７の検出値を取得するとともにセンサ検出値Ｉ_{０１ｍｏｎ}としてメモリ２７に保存する。
【００７３】
ステップＳ３１５ではＣＰＵ２５が検出信号処理部２４を制御してＸ線検出器１３の検出値を取得する（第一対象画像の撮像）。所定のチップ３２は一定の面積を有しており、当該チップ３２を実装するために複数のはんだバンプが利用されるが、Ｘ線検出器１３では透過したＸ線を複数のＣＣＤによって複数のはんだバンプを一度に検出する。ステップＳ３２０では、ＣＣＤの各画素にて検出した強度を第一対象画像データＩ_１として上記メモリ２７に記録する。所定のチップ３２の測定においても第二の条件設定で同様の処理を行う。すなわち、ステップＳ３２５〜Ｓ３４０において、第二撮像条件での照射Ｘ線でセンサ検出値Ｉ_{０２ｍｏｎ}および第二対象画像データＩ_２をメモリ２７に保存する。
【００７４】
ステップＳ３４５においては、Ｘ線検出器１３の検出値に基づいて厚み相当値を算出するが、このとき、以下の式（５）によって厚み相当値を算出することによってＸ線の空間変動補正と強度変動補正とを同時に実行している。
【数４】

ここで、ｌｏｇ内の分子には上記ステップＳ３２０，Ｓ３４０で取得された第一対象画像データＩ_１，第二対象画像データＩ_２とを代入する。ｌｏｇ内の分母の各データには上記ステップＳ１３０，Ｓ１６０で取得した第一基準画像データＩ_０１，第二基準画像データＩ_０２と上記ステップＳ２１０，Ｓ２３０で取得したセンサ検出値Ｉ_{０１ｒｅｆ}，Ｉ_{０２ｒｅｆ}と上記ステップＳ３１０，Ｓ３３０で取得したセンサ検出値Ｉ_{０１ｍｏｎ}，Ｉ_{０２ｍｏｎ}を代入する。
【００７５】
この式（５）の分母は上記式（４）からもわかるように、無試料時のＸ線強度に相当する。はんだバンプの検査時にてこの分母に上記第一基準画像データＩ_０１，第二基準画像データＩ_０２を代入することにより、無試料時のＸ線強度を２０分ごとに更新することができる。上述のように第一基準画像データＩ_０１，第二基準画像データＩ_０２とはＸ線検出器１３での全ＣＣＤについてのデータであり、Ｘ線管１１ａから照射されるＸ線の照射方向が時間的に変動したとしても各ＣＣＤでの検出強度は２０分毎に基準強度になるように補正される。従って、Ｘ線照射方向の空間的な変動を補償しながら式（５）の左辺である厚み相当値を算出することができる。
【００７６】
一方、これらの第一基準画像データＩ_０１，第二基準画像データＩ_０２に対して（Ｉ_{０ｘｍｏｎ}／Ｉ_{０ｘｒｅｆ}）を乗じる（ｘは１又は２）ことにより、無試料時のＸ線強度変動をリアルタイムに補正することができる。すなわち、（Ｉ_{０ｘｍｏｎ}／Ｉ_{０ｘｒｅｆ}）部分において、Ｉ_{０ｘｍｏｎ}ははんだバンプ検査時のセンサ１７の検出値であり、この強度が基準とされるＩ_{０ｘｒｅｆ}より小さい場合には（Ｉ_{０ｘｍｏｎ}／Ｉ_{０ｘｒｅｆ}）が小さくなり、Ｉ_{０ｘｒｅｆ}より大きい場合には（Ｉ_{０ｘｍｏｎ}／Ｉ_{０ｘｒｅｆ}）が大きくなる。
【００７７】
従って、検査中に照射Ｘ線の強度が変動したとしてもＸ線強度が基準より小さくなれば上記第一基準画像データＩ_０１，第二基準画像データＩ_０２の値をその分小さくし、Ｘ線強度が基準より大きくなれば上記第一基準画像データＩ_０１，第二基準画像データＩ_０２の値をその分大きくして、変動分を補償することができる。本実施形態においては、Ｘ線検出器１３のＣＣＤにて透過Ｘ線を検出しており、ＣＣＤの全画素について試料透過前のＸ線強度をリアルタイムで計測しようとすると、対象試料とＸ線管１１ａとの間にＣＣＤの画素数分のセンサを備える必要がある。
【００７８】
また、この構成であればリアルタイムに試料透過前のＸ線強度を検出できるものの、Ｘ線が対象試料に到達しないのでＸ線検出器１３ではＸ線を検出できない。そこで、本発明においては、透過Ｘ線の妨げにならないようにセンサ１７を配設し、当該センサ１７にてリアルタイムにＸ線の強度を検出する構成にしてある。これにより、Ｘ線管１１ａから照射される強度の変動はリアルタイムに検出することができる。一方、試料を透過しないでＣＣＤの各画素に到達するＸ線の強度は２０分毎に検出されており、２０分ごとにＣＣＤの全画素について基準値を更新する。
【００７９】
この後に行う上述のリアルタイム補正は全画素の補正について適用される。すなわち、本実施形態では所定のタイミングで無試料時のＸ線を検出することによってＣＣＤの各画素についてＸ線の空間変動によって生じる経時的なＸ線の変動を補償しながらも、無試料時のＸ線の検出タイミング間では透過Ｘ線の妨げにならないセンサ１７によってリアルタイムにＸ線の強度を補正している。従って、Ｘ線の照射方向変動（空間変動）とＸ線の照射強度変動との双方を補償してエネルギーサブトラクション処理を実行することができる。
【００８０】
以上のように式（５）によって経時的変動を補償しながら厚み相当値を算出すると、ステップＳ３５０ではＣＰＵ２５が上記メモリから厚み算出テーブルデータを読み出して補間演算を実施し、各画素について算出された対象試料の厚み相当値に対応した実際の厚みを算出する。この結果、対象試料としてのはんだバンプ３０の厚みを取得することができる。本実施形態では、さらにはんだバンプ３０の厚みからその物理的なはんだ量に関する各種の値をステップＳ３５５で算出し、ステップＳ３６０ではんだの良否判定（チップ３２が基板３１に対して的確に実装されているか否かの判定）を行う。
【００８１】
はんだ量に関する各種の値としては種々の値を算出することができる。すなわち、複数のＣＣＤによって各画素毎にはんだバンプ３０の実際の厚みを算出しているので、各画素の厚みを積分することによってはんだバンプ３０の体積を算出することができる。他にも特定位置で厚み方向と略垂直に切断した場合の切断面の面積や平均の厚み，中央の厚み，厚みムラ等種々の値を算出することができる。ＣＰＵ２５はこれらの値を算出し、はんだ量計測データとして上記メモリ２７に記録する。
【００８２】
ステップＳ３６０では、ＣＰＵ２５が予めメモリ２７に記録された良否判定データを参照して、はんだバンプ３０の良否を判定する。すなわち、良否判定データは上記各種はんだ量に関する値およびそれらの組み合わせがどのような値であるときにはんだバンプ３０がチップ３２と基板３１とを確実に実装されているかを示すデータであり、これによって良否判定を実施する。良否判定結果は上述の出力部２６ａから出力される。
【００８３】
本実施形態においては、上述のようにしてＸ線の空間変動補正と強度変動補正とを実施していることによって、非常に高精度にはんだバンプの厚みを計測することが可能である。図９は、Ｘ線の空間変動補正と強度変動補正とを補正せずにエネルギーサブトラクション処理を行ってはんだバンプの体積を算出した場合とＸ線の空間変動補正と強度変動補正を行った場合とを比較するための説明図である。
【００８４】
同図においては同じはんだバンプについてその体積を１００回計測した場合について示しており、横軸が測定回数であり、縦軸が体積である。縦軸においては、本発明で１回目に計測したはんだバンプの体積を１００として相対値によって示している。同図に示すように従来の技術では、同じ体積のはんだバンプであっても値が変動し、また、計測回数の少ないときには相対体積が一旦小さくなり、２０回を超える当たりから相対体積が徐々に大きくなると言う傾向を有している。これは、Ｘ線の空間変動および強度変動が特定の傾向になることを示しており、実際にはアノード１１ｂの熱膨張による影響が大きい。
【００８５】
これに対して、本発明では、はんだバンプの体積値が変動するものの、傾向的な変動は生じておらず、また、変動幅が小さく、経時的変動による影響を受けずに正確に体積を計測可能であることがわかる。尚、同図には１００回の計測結果についてその標準偏差σを３倍し、平均値で除して得られる変動係数を示している。従来の技術の変動係数が３．１０％であるのに対して本発明では１．２０％であり、この変動係数からも本発明によって非常に高精度に体積（あるいは厚み）を計測可能であることがわかる。
【００８６】
（６）他の実施形態：
本発明においては、Ｘ線の経時的変動を補償することができれば良く、上記第１実施形態のような構成が必須となるわけではない。例えば、上記第１実施形態のように空間変動補正と強度変動補正とを併用することが必須ではなく、上記式（５）において分母に基準画像データＩ_０ｘ（ｘは１又は２）のみを代入して（Ｉ_{０ｘｍｏｎ}／Ｉ_{０ｘｒｅｆ}）を省略し、空間変動補正のみを実施可能である。むろん、上記式（５）において分母に（Ｉ_{０ｘｍｏｎ}／Ｉ_{０ｘｒｅｆ}）のみを代入して基準画像データＩ_０ｘを省略し、強度変動補正のみを実施しても良い。
【００８７】
さらに、リアルタイムに空間変動補正を行う構成を採用することもできる。例えば、上記センサ１７のように透過Ｘ線を妨げない位置に複数のセンサを配設し、各センサでの検出強度によって照射Ｘ線の最強強度位置を推定すれば照射方向の変動を把握することができる。そこで、この照射方向の変動を補償するようにＣＣＤによる検出値を補正する構成を採用することも可能である。
【００８８】
さらに、上記実施形態においてはエネルギーサブトラクション処理を行って厚み相当値を算出していたが、エネルギーサブトラクション処理を行わずに厚み相当値を行うＸ線検査装置を構成することも可能である。この場合も装置構成としては上記実施形態と同様である。処理としては、上記図５に示す空間変動補正用データ取得処理にてステップＳ１４０〜Ｓ１６０を省略し、図６に示す厚み算出テーブル作成処理にてステップＳ２２５〜Ｓ２４０を省略し、図８に示す検査処理にてステップＳ３２５〜Ｓ３４０を省略する。
【００８９】
そして、上記厚み算出テーブル作成処理のステップＳ２４５および検査処理のステップＳ３４５においては厚み相当値を算出するが、Ｘ線のフォトンエネルギー分布は１種類であるから上記式（１）のｌｏｇをとることによってその指数部分から厚み相当値を算出する。このとき算出式は上記式（５）の右辺第１項のみのような形となる。むろんエネルギーサブトラクション処理を行わないので厚み相当値は式（５）の左辺でなく式（１）の指数部分になるが、検査対象がシリコンウエハ上のはんだのようにはんだ以外の物質が透過Ｘ線強度にほとんど影響を与えない場合には有効である（シリコンの吸収係数が小さいため）。
【００９０】
すなわち、式（５）の右辺第１項のＩ_１として第一標準画像データＩ_１ｓｔａや第１対象画像データＩ_１を代入し、式（５）の右辺第１項のＩ_０１として第一基準画像データＩ_０１を代入する。ステップＳ３４５の場合には、センサ検出値Ｉ_{０１ｒｅｆ}，Ｉ_{０１ｍｏｎ}を利用して経時的変動を補償しながら厚み相当値を算出する。その他は上記実施形態と同様の処理によって実際の厚みを算出し、はんだの良否判定を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＸ線検査装置の概略ブロック図である。
【図２】Ｘ線管の概略構成を示す図である。
【図３】Ｘ線のＸ線フォトンエネルギー分布を示す図である。
【図４】錫と銅のＸ線吸収係数を示す図である。
【図５】空間変動補正用のデータを取得する際の処理を示すフローチャートである。
【図６】厚み算出テーブルを作成する際の処理を示すフローチャートである。
【図７】Ｘ−Ｙステージ上に載置された標準試料を示す図である。
【図８】検査処理のフローチャートである。
【図９】本実施形態での測定精度を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０…Ｘ線撮像機構部
１１…Ｘ線発生器
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
１３…Ｘ線検出器
１５…Ｘ−Ｙステージ
１７…センサ
２０…Ｘ線撮像制御部
２１…Ｘ線制御部
２２…センサ信号処理部
２３…ステージ制御部
２４…検出信号処理部
２５…ＣＰＵ
２６ａ…出力部
２６ｂ…入力部
２７…メモリ
２７ａ…デフォルトデータ
２７ｂ…逐次データ
３０…はんだバンプ
３１…基板
３２…チップ
４０…標準試料[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray inspection apparatus, an X-ray inspection method, and an X-ray inspection control program.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in this type of X-ray inspection apparatus, a target sample is irradiated with X-rays, energy subtraction processing and the like are performed, and the thickness and the like of a specific substance are quantified from a thickness equivalent value obtained by the processing (for example, see Patent Reference 1). That is, in the energy subtraction process, the target sample is irradiated with X-rays having different photon energy distributions having strong peaks before and after the absorption edge of the absorption coefficient of the specific substance, and each transmitted X-ray is detected. The transmitted X-ray I is I = I ₀ exp (−μt) and the expression (I ₀ Is the X-ray intensity before transmission through the sample, μ is the absorption coefficient of the transmission material, and t is the thickness of the transmission material. Here, since (−μt) varies depending on the thickness of the transmission material, it can be said that it is a value corresponding to the thickness.
[0003]
Generally, for X-rays transmitted through a plurality of substances, the above (-μt) is (-μt). ₀ t ₀ −μ ₁ t ₁ −μ ₂ t ₂ ..) (0, 1, 2 are the numbers of substances). That is, the influence of different substances is expressed as a linear combination of the absorption coefficient and the thickness. In the energy subtraction, a specific substance which does not have an absorption edge of another substance in the vicinity of the absorption edge of the absorption coefficient of the specific substance and changes smoothly is set as a measurement target. The above (-μ ₀ t ₀ −μ ₁ t ₁ −μ ₂ t ₂ ...), when number 0 is a specific substance, μ ₀ Varies greatly, but μ ₁ , Μ ₂ Etc. hardly fluctuate.
[0004]
Therefore, when a difference value between thickness equivalent values obtained by X-rays having different energy distributions having strong peaks before and after the absorption edge is obtained, contribution from X-rays transmitted from other than a specific substance is canceled out, and the specific value is determined. Only the contribution of the substance can be extracted. Based on this principle, for example, when the solder is imaged with X-rays having a photon energy distribution having peaks before and after the k-absorption edge of tin, a thickness equivalent value obtained by extracting only the state of tin can be obtained. In addition, the solder (tin-lead alloy) can be inspected by processing such as generating an image corresponding to the thickness equivalent value.
[0005]
On the other hand, although the state of the specific substance can be qualitatively grasped by an image or the like generated from the thickness equivalent value, it is preferable that the quantity of the solder can be quantified when inspecting the solder or the like. That is, if the thickness, area, volume, and the like of the solder can be quantified, the solder can be visualized three-dimensionally, and whether or not the appropriate amount of solder exists can be grasped from the relationship between the chip and the substrate around the solder. For example, the solder inspection can be performed more accurately. Therefore, in the related art, a standard sample having a known thickness is measured in advance in order to quantify a specific substance, and table data defining the correspondence between the thickness and the thickness equivalent value is created. Then, referring to the table data, the actual thickness corresponding to the thickness equivalent value obtained for the specific substance is calculated.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-249532 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional X-ray inspection apparatus, there has been a problem that when the inspection object is small, the measurement accuracy is relatively reduced, and sufficient measurement accuracy cannot be secured. That is, taking the above solder inspection apparatus as an example, if the size of the solder was several hundred μm, it could be quantified without being greatly affected by the measurement error. The ratio of the error to the magnitude of the measurement becomes large, and the measurement error cannot be ignored. In particular, in recent years, the integration density of ICs has been rapidly increasing, and accordingly, the solder bumps of the BGA (Ball Grid Array) have become smaller. In order to measure these small solder bumps with high accuracy, it is necessary to perform the measurement so as not to be affected by the temporal fluctuation of X-rays.
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an X-ray inspection apparatus, an X-ray inspection method, and an X-ray inspection control program capable of performing an inspection without being affected by temporal fluctuation of X-rays. And
[0008]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a temporal change of an X-ray is detected, an X-ray intensity is detected while compensating the temporal change, and the data is used as original data for calculating a thickness equivalent value. That is, in a general X-ray source, for example, an X-ray tube that generates X-rays by colliding accelerated electrons with a target, irradiation X-rays are generated by thermal expansion of the target without changing conditions such as applied voltage to the X-ray tube. The intensity of the line and the irradiation direction fluctuate over time. Therefore, in the present invention, when calculating the thickness equivalent value by the X-ray irradiation mechanism and the thickness equivalent value calculating means, the temporal change detecting means and the X-ray intensity Means.
[0009]
The temporal change detecting means detects a temporal change of the X-ray intensity emitted from the X-ray irradiating mechanism. Here, it is preferable to detect the X-rays in a state where the target sample and other substances do not pass through in order to accurately detect the fluctuation of the X-rays due to the temporal change. In addition, various configurations can be adopted to detect a change with time, and the intensity at a certain reference time and the intensity of the X-ray at the time when the X-ray is transmitted through the target sample are detected, and the difference between the two is detected. What is necessary is just to be able to reflect on the detection by the X-ray intensity detecting means.
[0010]
The X-ray intensity detecting means only needs to detect the intensity of the incident X-ray and reflect the detection result by the temporal change detecting means to compensate for the temporal change. For example, when the temporal change detecting means detects the intensity of the X-ray at the reference time and the time at which the X-ray passes through the target sample as described above, the temporal change is grasped from these detection results. If the change with time is found, it is possible to compensate for the intensity change with time of the transmitted X-rays detected by the X-ray detection means.
[0011]
Further, the X-ray intensity detecting means may be provided in the X-ray irradiation direction. That is, if the irradiated X-rays are oriented in the direction of the X-ray intensity detecting means, the X-ray irradiating mechanism moves the target sample into and out of the irradiation path so that the transmitted X-rays are transmitted by the X-ray intensity detecting means. And non-transmission X-rays can be detected. Of course, the positional relationship between the irradiation path and the target sample is relative, and the target sample may be moved, or the X-ray irradiation port and the X-ray intensity detecting means may be moved as a set. In the present invention, a configuration in which the target sample is moved is preferable because a high-precision inspection is performed by compensating for even slight variations in X-rays.
[0012]
Various configurations can be adopted as the configuration for detecting the X-ray intensity. For example, a configuration (X-ray image intensifier) in which X-rays are received by a scintillator, visualized, and then visible light is received by a CCD can be adopted. In this case, the detected voltage at each pixel constituting the CCD corresponds to the intensity. Further, a configuration in which CCDs are arranged in a plane is a preferable configuration for visualizing the calculation result by the thickness equivalent value calculation means. That is, the detection voltage at each pixel of the CCD corresponds to the intensity of the X-ray, and if the thickness equivalent value is calculated from the intensity, the image of the pixel matrix-shaped pixels is calculated according to the value of the thickness equivalent value. By determining the brightness, it is possible to easily generate a two-dimensional image in which the brightness changes according to the thickness equivalent value. Therefore, the thickness equivalent value can be easily visualized.
[0013]
The thickness equivalent value calculating means only needs to be able to extract a specific substance in the target sample and generate a value corresponding to the thickness, and calculate the thickness equivalent from the transmitted X-ray intensity obtained by transmitting the X-ray through the target sample. It is only necessary that the value can be calculated. That is, since the exponent part of exp shown in the above-described conventional technique corresponds to the thickness of the substance that attenuates the transmitted X-ray, the exponent part may be calculated, or the exponent part may be divided by the absorption coefficient to obtain the dimension of thickness. The calculated value may be calculated. When the thickness equivalent value is calculated according to the present invention, the thickness of the specific substance can be qualitatively grasped, and can be used for a solder inspection device or the like.
[0014]
When the X-ray transmitted through the target sample is detected, a thickness equivalent value can be calculated from the exponent part of the above exp. However, an energy subtraction process may be performed to more accurately grasp the thickness of the inspection target. That is, as in the invention described in claim 2, X-rays having different photon energy distributions are irradiated by the X-ray irradiation mechanism, and the thickness equivalent value calculating means detects each X-ray by transmitting the X-ray to the target sample. A thickness equivalent value of the transmission material is calculated from the detected value, and a difference value is obtained.
[0015]
As a result, the contribution of the specific substance in the target sample can be extracted and the thickness equivalent value of the specific substance can be calculated. If the thickness equivalent value calculated by extracting the contribution from the specific substance is used, the inspection target that includes the effect other than the target sample as the X-ray detection value, for example, the solder when the chip is mounted on the substrate with solder Therefore, the contribution of the solder can be accurately extracted by eliminating other contributions such as copper of the conductive wire.
[0016]
It is more convenient to quantify a specific substance in order to inspect a sample to be inspected by an X-ray inspection apparatus such as solder. Therefore, as in the invention according to claim 3, the actual thickness of the target sample may be calculated from the thickness equivalent value of an arbitrary target sample with reference to the thickness equivalent value obtained for the standard sample. That is, the thickness of the standard sample is known, and if the thickness equivalent value is calculated, the actual thickness indicated by the thickness equivalent value is determined.
[0017]
Therefore, when a standard sample having a known thickness is transmitted with X-rays having a single photon energy distribution or X-rays having different photon energy distributions, and the obtained thickness equivalent value is used as a reference, any reference sample can be obtained. The thickness can be quantified. Various configurations can be adopted as the configuration used as a reference. For example, if a table is prepared in advance by measuring a plurality of thicknesses of a standard sample and associating the thickness equivalent value with a known thickness, an arbitrary configuration can be used. The thickness of the target sample can be calculated by executing an interpolation operation or the like with reference to the table.
[0018]
The temporal change detecting means only needs to be able to detect the temporal change of the X-ray intensity emitted from the X-ray irradiating mechanism, and various configurations can be adopted. As a configuration example, a sensor may be used as in the invention according to claim 4, and the sensor may be disposed between the X-ray irradiation port in the X-ray irradiation mechanism and the position where the target sample is disposed. . That is, if the intensity of the X-ray is detected by the sensor between the X-ray irradiation port and the position where the target sample is provided, the X-ray immediately after irradiation from the radiation source can be detected. Therefore, it is possible to accurately detect a temporal change in the X-ray intensity while excluding other influences such as transmission of a target sample and other substances.
[0019]
It should be noted that if one sensor is provided, the variation over time of the X-ray intensity can be detected with high accuracy, but furthermore, a plurality of sensors are provided to detect the variation in the X-ray irradiation direction in real time. It is also possible to adopt a configuration for compensating. That is, the X-rays are radiated in a substantially conical shape with the opening at the apex, and the intensity at the center in the irradiation direction is maximum and the intensity decreases concentrically. Therefore, the position of the center of gravity can be calculated based on whether or not the detection intensities of the plurality of sensors located at the same distance from the center are equal, and as a result, the fluctuation of the position of the center of gravity can be compensated. For example, if two sensors are arranged facing each other, a change in the center of gravity in a linear direction connecting the two sensors can be compensated for by a change in the intensity of the two sensors, and the three sensors can be arranged in the same plane. In this case, it is possible to calculate the position of the center of gravity from the intensity detected by each sensor, and to compensate for fluctuations in the position of the center of gravity in real time.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, which is a preferable configuration example of a sensor arrangement position, when the sensor is arranged, the sensor is arranged within the X-ray irradiation path but outside the X-ray path toward the target sample. I have. That is, in a configuration in which a sensor is provided between a target sample that transmits X-rays and the X-ray irradiation mechanism, the X-rays that pass through the target sample do not interfere with the sensor. Detection can be performed simultaneously. As a result, it is possible to sequentially perform the compensation for the change with time while measuring the transmitted X-ray, and it is possible to perform the correction in real time.
[0021]
Further, as an example of a configuration for compensating for a change with time using such a sensor, a configuration for comparing transmitted X-ray intensities at a reference time and a measurement time of an inspection object as in the invention according to claim 6 is provided. Is also good. That is, if the transmitted X-ray intensity at a certain time is considered as a reference, it is possible to easily grasp how much the transmitted X-ray intensity at the measurement time of the inspection object has changed from the reference time, that is, the temporal change. It is possible to easily compensate for the change with time by multiplying the ratio between the two by the X-ray intensity when there is no sample, or increasing or decreasing the difference between the two from the X-ray intensity when there is no sample.
[0022]
Further, as the configuration example of the change with time, the X-ray intensity detecting means is used and the X-ray intensity is detected at a predetermined timing without transmitting the target sample by the X-ray intensity detecting means. Is detected, and the detected intensity is used as a reference intensity. That is, the intensity of the transmitted X-ray is I = I as described above. ₀ exp (−μt), ₀ Is the X-ray intensity before transmission through the sample.
[0023]
Further, X-rays emitted from the X-ray irradiation mechanism fluctuate with time according to the degree of heat generation of the X-ray source and the like. Therefore, the X-ray intensity detected by the X-ray intensity detecting means in a state of no sample without transmitting the target sample is used as a reference intensity. ₀ In addition, to compensate for the influence of heat generation of the irradiated X-rays, this I ₀ To update. The predetermined timing may be a predetermined timing, and the detection of the X-ray intensity in a state where the X-ray intensity does not pass through the target sample may be performed periodically, or the detection from a certain detection timing to the next detection timing may be performed. A configuration in which the time interval is gradually increased may be adopted. In the case where the temporal variation of the irradiated X-ray is mainly due to heat generation, it is considered that the radiation source reaches thermal equilibrium with the passage of time. Therefore, the time interval from one detection timing to the next detection timing should be set. The length can be gradually increased, and this configuration can maintain the inspection accuracy while reducing the number of times of detection as much as possible.
[0024]
Further, as a specific configuration for detecting X-rays without transmitting the target sample at a predetermined timing and using the X-rays as a reference, a plurality of planarly-arranged X-rays are provided as in the invention described in claim 8. In the configuration in which the voltage corresponding to the X-ray intensity is acquired by the CCD element and the thickness-equivalent value is acquired from the detected value, the target sample is retracted from the CCD element and the X-ray source at a predetermined timing. Irradiated X-rays may be detected in the sample state. That is, the temporal variation of the X-ray emitted from the X-ray source includes the variation of the X-ray irradiation direction in addition to the variation of the X-ray intensity, and the X-ray is emitted by a plurality of CCD elements arranged in a plane. By detecting the line, a change in the X-ray irradiation direction can also be detected and compensated for.
[0025]
Specifically, the X-ray travels in the irradiation direction from a small opening in the X-ray irradiation direction and spreads in a circular shape in a direction substantially perpendicular to the traveling direction. According to the plurality of CCD elements arranged in a plane, it is possible to acquire data indicating that the detected intensity value is large at a certain position and weakens radially from that position. Therefore, if X-rays not transmitted through the target sample are detected at a predetermined timing by these CCDs, it is possible to grasp the fluctuation of the X-ray irradiation direction and the intensity fluctuation between the respective timings.
[0026]
As a result, it is possible to detect the X-ray intensity by compensating for the variation in the X-ray irradiation direction and the variation in the intensity between the timings. For example, using the X-ray intensity corresponding to the detection voltage at each pixel as the reference intensity, ₀ In addition, in order to compensate for fluctuations in intensity and irradiation direction due to heat generation of irradiation X-rays, this I ₀ Should be updated. According to the above configuration, the fluctuation of the X-ray intensity and the fluctuation of the irradiation direction can be compensated for each predetermined timing. Of course, the fluctuation of the X-ray intensity can be compensated in real time in combination with the sensor. In addition, the configuration may be such that the fluctuation in the X-ray irradiation direction is compensated for each predetermined timing.
[0027]
The case where the present invention is realized as an apparatus has been described above, but it goes without saying that the present invention is also applicable to a method for realizing such an apparatus. As an example, the invention according to claim 9 is configured to realize the method according to claim 1. Of course, the substantial operation is the same as that of the above-described device. Also, a method according to claims 2 to 8 can be configured. The idea of the invention is that such an X-ray inspection apparatus may be realized alone, applied to a certain method, or used in a state where the method is incorporated in another device. The invention is not limited to this, but includes various aspects. Therefore, it can be changed as appropriate, such as software or hardware.
[0028]
In the case of software for controlling the above method as an embodiment of the idea of the present invention, such software or a recording medium on which the software is recorded naturally exists and is used. As an example, the invention according to claim 10 is configured to realize the function corresponding to claim 1 by software. Of course, software according to claims 2 to 8 can also be configured.
[0029]
The software recording medium may be a magnetic recording medium, a magneto-optical recording medium, or any recording medium to be developed in the future. The duplication stages of the primary duplicate product, the secondary duplicate product, and the like are equivalent without any question. In addition, the present invention is not limited to use of a communication line as a supply device. Further, even when a part is implemented by software and a part is implemented by hardware, the concept of the present invention is not completely different, and a part is stored on a recording medium and appropriately It may be in a form that can be read.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Here, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) Configuration of the present invention:
(2) Energy subtraction processing:
(3) X-ray spatial variation correction:
(4) Creation of thickness calculation table:
(5) Solder inspection processing:
(6) Other embodiments:
[0031]
(1) Configuration of the present invention:
FIG. 1 is a schematic block diagram of an X-ray inspection apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the X-ray inspection apparatus includes an X-ray imaging mechanism unit 10 and an X-ray imaging control unit 20. The X-ray imaging mechanism unit 10 includes an X-ray generator 11, an X-ray detector 13, an XY stage 15, and a sensor 17. The X-ray imaging control unit 20 includes an X-ray control unit 21, a sensor signal processing unit 22, a stage control unit 23, a detection signal processing unit 24, a CPU 25, an output unit 26a, an input unit 26b, and a memory 27.
[0032]
The memory 27 is a storage medium capable of storing data, in which default data 27a is recorded in advance, and sequential data 27b generated at the time of performing an X-ray inspection is recorded. The memory 27 only needs to be able to store data, and various storage media such as a RAM, a ROM, and an HDD can be adopted. The X-ray control unit 21 can control the X-ray generator 11 to generate a predetermined X-ray. The X-ray control unit 21 refers to the imaging condition data recorded as the default data 27a and applies an applied voltage to the X-ray tube, By acquiring the time and the like, the X-ray generator 11 is controlled so as to be driven under a predetermined imaging condition. In the present embodiment, X-rays are generated under two different imaging conditions in order to perform an energy subtraction process described later.
[0033]
The sensor signal processing unit 22 is connected to the sensor 17, and sequentially detects the intensity of the X-ray based on the detection value output from the sensor 17. This detection intensity is stored in the memory 27 as sequential data 27b (I _01ref , I _02ref , I _01mon , I _02mon ). The stage control unit 23 is connected to the XY stage 15 and moves the XY stage 15. The XY stage 15 can move the XY stage 15 to realize measurement of a standard sample, measurement of a target sample, and measurement without a sample as described later. The target sample measurement position coordinate data and the non-sample position coordinate data are acquired from the memory 27, and the XY stage 15 is moved to the coordinates indicated by the data.
[0034]
The detection signal processing unit 24 is connected to the X-ray detector 13 and transmits the X-ray transmitted through the standard sample, the X-ray transmitted through the target sample, and the sample according to the detection value output from the X-ray detector 13. Any intensity of no X-ray (X-ray without sample) is detected. This detection value is stored in the memory 27 as sequential data 27b (each I _1sta , I _2sta , I ₁ , I ₂ , I ₀₁ , I ₀₂ ). The numbers 1 and 2 assigned to the measurement data based on the detection values of the sensor 17 and the X-ray detector 13 correspond to any of the X-rays generated under the different imaging conditions.
[0035]
The output unit 26a is a display for displaying a processing result or the like in the CPU 25, and the input unit 26b is an operation input device that accepts a user's input, and the user can execute various inputs via the input unit 26b. Then, various calculation results and measurement data obtained by the processing of the CPU 25, the results of the solder bump quality determination, and the like can be displayed on the output unit 26a. The CPU 25 can execute predetermined arithmetic processing in accordance with various control programs stored in the memory 27. The user executes various control programs by giving an inspection instruction or the like through the input unit 26b or the like, and determines whether the solder bumps are good or bad. I do.
[0036]
The X-ray generator 11 controls an applied voltage to the X-ray tube according to the control of the X-ray control unit 21 and irradiates the X-ray for a designated time. FIG. 2 shows a schematic configuration of the X-ray tube 11a. As shown in the figure, the X-ray tube 11a includes an anode 11b, a cathode 11c, an electron lens 11d, and a target 11e. Electrons that have jumped out of the cathode 11c due to the voltage applied to the X-ray tube 11a travel in the direction of the anode 11b, are squeezed by the electron lens 11d formed of a coil, and collide with a minute position of the target 11e.
[0037]
When the electron collides with the target 11e, the electron in the target 11e is excited, and the energy when the excited electron transits to a low-level orbit is emitted as X-rays. A shutter (not shown) is provided at a predetermined position of the X-ray tube 11a, and when irradiating the X-ray to the outside of the X-ray tube 11a, the shutter opens to form an opening, and the X-ray passes through the opening. Proceed outside. At this time, the X-rays are emitted while spreading in a direction substantially perpendicular to the traveling direction, that is, in a substantially conical shape with the opening at the top.
[0038]
FIG. 3 is a diagram showing an X-ray photon energy distribution of X-rays emitted from the opening at each applied voltage (30, 40, 50 kV) to the X-ray tube 11a. The vertical axis indicates the relative X-ray intensity, and the horizontal axis indicates the X-ray photon energy. As shown in the figure, the X-rays emitted from the X-ray tube 11a have different photon energies giving peaks depending on the applied voltage and have a broader photon energy distribution. By changing the applied voltage as described above, it is possible to generate X-rays having different photon energies and photon energy distributions that give an intensity peak. In the present invention, the intensity peaks appear before and after the k absorption edge (29.4 keV) of tin. Energy subtraction processing is performed using X-rays having different photon energy distributions having the following. That is, the imaging condition data is setting data for irradiating X-rays having such two different photon energy distributions.
[0039]
In the present embodiment, an X-ray detector 13 and an XY stage 15 are provided in the X-ray irradiation direction. The XY stage 15 is capable of mounting a substrate 31 on which a chip having solder bumps to be inspected is mounted, and moves the stage in a direction substantially perpendicular to the X-ray irradiation direction with the substrate 31 mounted. Let it. At this time, the stage can be moved while the position is accurately controlled by the arbitrary coordinate value specified by the stage control unit 23. Further, the above-described standard sample can be placed on the XY stage 15, and the irradiation range of the X-ray can be set outside the placement range of the substrate 31. Therefore, by moving the stage by the XY stage 15, the target sample or the standard sample can be disposed within the X-ray irradiation range, and the X-ray can be prevented from being irradiated to the sample. Note that components are mounted on the board 31. FIG. 1 schematically shows a chip 32 mounted on a substrate 31 with a plurality of solder bumps 30 forming a BGA serving as contacts.
[0040]
The X-ray detector 13 is an image intensifier that outputs a detection signal corresponding to the intensity of the incident X-ray. Specifically, a scintillator is provided below the X-ray detector 13, and the incident X-ray is converted into visible light by the scintillator. A plurality of CCDs arranged in a plane are provided above the scintillator, and when the visible light reaches each CCD, a voltage corresponding to the intensity of the visible light is detected by each CCD. When the detection voltage is input to the detection signal processing unit 24, the intensity of the X-ray is detected as a voltage of each CCD. That is, the X-ray detector 13 detects the intensity of the X-ray radiated on the plane by the plurality of pixels.
[0041]
The sensor 17 is an image intensifier having a configuration similar to that of the X-ray detector 13, but has one CCD pixel. The sensor 17 is disposed between the XY stage 15 and the X-ray generator 11, and the X-ray emitted from the X-ray generator 11 is moved before the X-ray reaches the XY stage 15. Line intensity can be detected. The position of the sensor 17 is adjusted so as to detect the X-ray intensity at the end of the irradiated X-ray.
[0042]
That is, in a state where the substrate is provided between the X-ray generator 11 and the X-ray detector 13 as shown in FIG. The sensor 17 is disposed outside the area indicated by one solid line). With such a configuration, the X-ray detector 13 can detect the intensity of the X-ray transmitted through the solder bump 30, and at the same time, the sensor 17 can detect the X-ray emitted from the X-ray generator 11. In the present invention, the number of CCDs of the sensor 17 is not limited to one. For example, a configuration may be adopted in which an average value of the intensities detected by a plurality of CCDs is adopted.
[0043]
(2) Energy subtraction processing:
In the present embodiment, the contribution of the specific substance is extracted by performing the energy subtraction processing on the intensity of the X-rays detected in the above configuration, and the energy subtraction processing will be described below. In the present embodiment, the specific substance is tin contained in the solder bump 30, but lead may be adopted as the specific substance. FIG. 4 is a diagram showing the X-ray absorption coefficients of tin (Sn) and copper (Cu: a main component of the printed wiring), and the horizontal axis represents the X-ray photon energy.
[0044]
As shown in the figure, the X-ray absorption coefficient of each element depends on the photon energy. Further, the k-ray absorption coefficient of tin X-ray absorption coefficient is 29.4 keV and the X-ray absorption coefficient of copper is It changes almost linearly around the 29.4 keV. The energy subtraction process is a process for extracting the contribution of tin from the X-ray image using the k absorption edge. That is, when the target sample is irradiated with X-rays having different photon energy distributions having strong intensity peaks before and after the k absorption edge, and each transmitted X-ray is detected, the X-rays transmitted through copper have two photon energy distributions. , There is almost no difference in the detection intensity, but in the case of tin, a large difference occurs.
[0045]
By utilizing this difference, it is possible to calculate the thickness equivalent value while extracting the contribution of tin while eliminating the contribution of copper. Note that the X-ray absorption coefficient of silicon, which is the main component of the chip mounted on the substrate, also changes linearly around the k-absorption edge of tin, so that the contribution of silicon can be eliminated. However, since the absorption coefficient of silicon is very small as compared with the absorption coefficient of tin, it can be substantially ignored. Here, for the sake of simplicity, the description will be made by limiting the substance that transmits X-rays to tin and copper. Of course, even if other elements are contained, the absorption edges of other elements are located before and after the k absorption edge of tin. As long as it does not exist, the contribution can be eliminated by the same processing. More specifically, the thickness equivalent value can be calculated from the X-ray intensity by the following equation deformation.
[0046]
Generally, the intensity of an X-ray transmitted through a substance can be expressed by the following equation (1).
(Equation 1)

Here, I is the intensity of the X-ray detected by the X-ray detector 13, and I ₀ Is the intensity of the X-ray detected by the X-ray detector 13 when the X-ray does not pass through the sample, and μ ₀ Is the X-ray absorption coefficient of tin, μ ₁ Is the X-ray absorption coefficient of copper, t ₀ Is the thickness of tin, t ₁ Is the thickness of the copper. The value corresponding to the exponent part of exp is the thickness equivalent value. In the following, for the sake of simplicity, it is assumed that the energy of each X-ray has a spread.
[0047]
In the present embodiment, transmitted X-rays are detected with respect to X-rays having two different photon energy distributions. Therefore, if the transmitted X-rays are numbered 1 and 2, respectively, they can be expressed as the following equations (2) and (3). .
(Equation 2)

That is, when transmitted X-rays are detected for different photon energies, the detection intensities of the X-ray detector 13 differ. In these equations, since it is assumed that the same target is measured with different photon energies, the thicknesses of tin and copper are the same for the numbers 1 and 2. Further, as shown in FIG. 2 above, the X-ray absorption coefficient has photon energy dependence, and is therefore distinguished by both equations.
[0048]
However, as shown in FIG. 2, since the X-ray absorption coefficient of copper changes linearly before and after the k absorption edge of tin, the value hardly changes immediately before and immediately after the k absorption edge. Therefore, in the energy subtraction process, μ ₁₁ And μ ₁₂ Can be considered equivalent. On the other hand, the X-ray absorption coefficient of tin changes significantly before and after the k-absorption edge of tin. Therefore, when a natural logarithm is calculated for each of the expressions (2) and (3) and a difference value between the results is calculated, the following expression (4) is obtained.
[Equation 3]

Since the size of the left side of the equation (4) changes in proportion to the thickness of tin, it is a value corresponding to the thickness of tin. Since the value on the right side is a value that can be calculated based on the intensity of X-rays, this value is calculated for each pixel of the X-ray detector 13, and the brightness of each pixel is set to a value corresponding to this calculated value. Is formed, an image in which only the contribution of tin is visualized can be obtained.
[0049]
In the present embodiment, the thickness of tin in the target sample is calculated by calculating the thickness equivalent value shown in the above equation (4) for each of the X-ray transmitted through the standard sample and the X-ray transmitted through the target sample. However, in order to more accurately detect the X-ray intensity, the spatial variation correction and the intensity variation correction over time of the X-ray are performed. Hereinafter, the processing in each stage will be described in detail.
[0050]
(3) X-ray spatial variation correction:
First, a process for performing X-ray spatial variation correction will be described. FIG. 2 also shows a state in which the irradiation direction of the irradiation X-ray changes with time. In the X-ray tube 11a, as described above, X-rays are generated by colliding electrons with the target 11e, but most of the energy of the electrons becomes thermal energy and is transmitted to the anode 11b. Since the anode 11b expands due to heat, the position of the target 11e fluctuates, whereby the direction of X-ray irradiation also fluctuates.
[0051]
The X-ray detector 13 is shown in the upper part of FIG. 2, and the manner in which the X-ray irradiation direction fluctuates is schematically shown by a solid line and a broken line. In the figure, the intensity detected by each CCD is shown one-dimensionally above the X-ray detector 13. That is, the intensity of the X-ray is large at the center of the irradiated X-ray, but gradually decreases at the periphery. As described above, the intensity of the X-rays detected by the X-ray detector 13 inherently has a spatial variation. However, if the irradiation direction of the X-rays varies due to heat as described above, the variation in the irradiation direction may occur. , The detection intensity of the X-ray detector 13 varies so as to shift on the CCD surface.
[0052]
In the present embodiment, X-ray spatial variation correction is performed to compensate for the influence of this shift. For this purpose, X-ray intensity detection in a sample-free state is performed once every 20 minutes. This detected value is used as a reference value of the intensity in the sample-free state until the next detection of the intensity in the sample-free state. ₀₁ , I ₀₂ Will be updated.
[0053]
Therefore, even if the X-ray irradiation direction changes, it is corrected every 20 minutes, and the difference between the initial value and the current value does not accumulate, so that the influence on the intensity measurement can be greatly reduced. . Needless to say, the measurement in the non-sample state may be performed at a predetermined timing, and is not limited to the interval of 20 minutes, and various configurations such as extending the measurement interval as time elapses can be adopted. .
[0054]
FIG. 5 is a flowchart showing a process when the CPU 25 acquires data for spatial variation correction. The CPU 25 issues an instruction to each unit according to a program (not shown) recorded in the memory 27, and performs this processing. In step S100, first, the non-sample position coordinate data recorded in the memory 27 is obtained and transferred to the stage control unit 23. The stage controller 23 moves the XY stage 15 in accordance with the non-sample position coordinate data so that no sample exists between the X-ray generator 11 and the X-ray detector 13.
[0055]
In step S110, the CPU 25 acquires data for outputting X-rays of the first photon energy distribution from the imaging condition data recorded in the memory 27, and transfers the data to the X-ray control unit 21. The X-ray control unit 21 sets conditions in the X-ray generator 11 according to the imaging condition data, and irradiates X-rays having a photon energy distribution having a peak immediately before the k-absorption edge of tin. This X-ray enters the X-ray detector 13 without transmitting through the sample.
[0056]
In step S120, the CPU 25 controls the detection signal processing unit 24 to acquire the detection value of the X-ray detector 13 (imaging of the first reference image). (Here, since the intensity of each pixel is detected by a plurality of CCDs arranged two-dimensionally, acquisition of this detection value is called image capturing. The same applies hereinafter.) That is, X-rays are made in accordance with incident X-rays. The detection signal output from the detector 13 is input to the detection signal processing unit 24, and the detection signal processing unit 24 outputs data indicating the X-ray intensity at each pixel according to the detection signal. In step S130, the CPU 25 acquires the data and sets the first reference image data I ₀₁ In the memory 27.
[0057]
In steps S140 to S160, imaging is performed using X-rays having a photon energy distribution having a peak immediately after the k absorption edge of tin. That is, in step S140, the CPU 25 acquires data for outputting X-rays of the second photon energy distribution among the imaging condition data recorded in the memory 27, and transfers the data to the X-ray control unit 21. In step S150, the second reference image is captured by the X-rays radiated as a result, and the obtained data is stored in the second reference image data I. ₀₂ Is stored in the memory 27 (step S160). The data stored in the memory 27 as described above is used in later inspection processing.
[0058]
(4) Creation of thickness calculation table:
Although the above-mentioned thickness equivalent value is a value proportional to the thickness, it is not an actual thickness. In this embodiment, the actual thickness is calculated from the thickness equivalent value in order to determine the quality of the solder bump 30. For this purpose, a standard sample is measured in advance, and the thickness equivalent value is converted into the actual thickness. Create a thickness calculation table. FIG. 6 is a flowchart showing a process for creating the thickness calculation table, and FIG. 7 is a diagram showing a state in which the standard sample 40 placed on the XY stage 15 is viewed from the side of the stage.
[0059]
The standard sample 40 is formed by laminating rectangular plate-shaped solders, and the thickness of each layer is accurately measured in advance. The standard sample 40 preferably has the same components as the solder to be inspected in the present invention, but it is not essential that the components have exactly the same components. The standard sample 40 is placed at a predetermined position on the XY stage 15. In step S200, first, the standard sample measurement position coordinate data recorded in the memory 27 is acquired and transferred to the stage control unit 23. The stage controller 23 moves the XY stage 15 according to the standard sample measurement position coordinate data, and arranges the standard sample 40 between the X-ray generator 11 and the X-ray detector 13.
[0060]
In step S205, the CPU 25 acquires data for outputting X-rays of the first photon energy distribution from the imaging condition data recorded in the memory 27, and transfers the data to the X-ray control unit 21. The X-ray control unit 21 sets conditions in the X-ray generator 11 according to the imaging condition data, and irradiates X-rays having a photon energy distribution having a peak immediately before the k-absorption edge of tin. These setting conditions are the same as the setting conditions in step S110.
[0061]
A part of the X-rays irradiated by the setting in step S205 reach the sensor 17, and most of the X-rays pass through the standard sample 40 and reach the X-ray detector 13. In step S210, the CPU 25 controls the sensor signal processing unit 22 to acquire the detection value of the sensor 17, _01ref Is stored in the memory 27. This sensor detection value I _01ref Is data used when correcting an X-ray intensity fluctuation in an inspection process described later.
[0062]
In step S215, the CPU 25 controls the detection signal processing unit 24 to acquire the detection value of the X-ray detector 13 (imaging of the first standard image). Although the standard sample 40 has a certain area, the X-ray detector 13 can detect transmitted X-rays that reach a predetermined area, and detect the X-rays transmitted through the standard sample 40 at one time. be able to. Therefore, in step S220, the intensity detected at each pixel of the CCD is calculated based on the first standard image data I. _1sta Is recorded in the memory 27.
[0063]
In the measurement of the standard sample 40, the same processing is performed under the second condition setting. That is, in steps S225 to S240, by setting the second imaging condition, X-rays of a photon energy distribution having a peak immediately after the k-absorption edge of tin are irradiated, and the detection value of the sensor 17 is changed to the sensor detection value I. _02ref And stores the detected value of the X-ray detector 13 in the second standard image data I. _2sta Is stored in the memory 27.
[0064]
First standard image data I obtained as described above _1sta , The second standard image data I _2sta And the above-mentioned first reference image data I ₀₁ , The second reference image data I ₀₂ By using the above, a value corresponding to the thickness of the standard sample 40 can be calculated. That is, I in the above equation (4) for calculating the thickness equivalent value ₀₁ , I ₀₂ Is the X-ray intensity at the time of no sample, so the first reference image data I ₀₁ , The second reference image data I ₀₂ Is equivalent to Also, I in equation (4) ₁ , I ₂ Is the intensity of transmitted X-rays, so the first standard image data I indicating the transmitted X-ray intensity of the standard sample 40 _1sta , The second standard image data I _2sta Can be calculated, a thickness equivalent value corresponding to the left side of the equation (4) can be calculated.
[0065]
In step S245, the CPU 25 reads the data for each pixel of the plurality of CCDs and performs the calculation of Expression (4) to calculate the thickness equivalent value for each pixel. In the lower part of FIG. 7, the detection result of each pixel of the CCD is shown in a darker color as the thickness equivalent value is larger. Since the thickness of the standard sample 40 changes stepwise as shown in FIG. 7, the density corresponding to the thickness equivalent value also changes stepwise as shown in the lower part of FIG. That is, if the density (thickness equivalent value) is the same, the same thickness equivalent value will be obtained. It can be associated with the concentration.
[0066]
Therefore, in step S250, a thickness calculation table in which the known thickness is associated with the thickness equivalent value is generated and recorded in the memory 27. If this thickness calculation table is used, the actual thickness can be calculated from the thickness equivalent value of an arbitrary target sample. That is, for the two thickness equivalent values defined in the thickness calculation table and the arbitrary thickness equivalent value sandwiched therebetween, an arbitrary thickness is calculated by interpolation using the actual thickness corresponding to the two thickness equivalent values. do it. Of course, an interpolation function for calculating the thickness for an arbitrary thickness equivalent value from the thickness equivalent value defined in the thickness calculation table and the actual thickness is defined, and the thickness equivalent value calculated for the target sample is substituted into the interpolation function. By doing so, the thickness may be calculated.
[0067]
When calculating the thickness of the target sample, either interpolation or extrapolation can be performed, and a spline interpolation function or the like may be used as an interpolation function in addition to a linear function. Further, the configuration for measuring the standard sample 40 at a time as described above is not essential. The XY stage 15 is sequentially moved so that each stage of the standard sample 40 is controlled so that the X-rays having the maximum intensity are transmitted. Alternatively, a thickness equivalent value may be calculated for each step. Further, in this case, I in the above equation (4) ₀₁ , I ₀₂ With respect to the sensor detection value I obtained in steps S210 and S230. _01ref , I _02ref May be substituted.
[0068]
Further, in the present embodiment, the sensor detection value I _01ref , I _02ref Needless to say, it is not essential to use the detection value at this timing as a reference, and the sensor detection value may be obtained when performing the spatial variation correction data obtaining process. .
[0069]
(5) Solder inspection processing:
In the present embodiment, after performing the spatial variation correction data acquisition process and the thickness calculation table creation process as described above, the inspection process illustrated in FIG. 8 is executed while compensating for the X-ray intensity variation in real time. The spatial variation correction data acquisition processing may be performed at a predetermined timing during the solder inspection, and the thickness calculation table creation processing may be performed at least once at the beginning when performing the solder inspection. The solder inspection process is performed in a state where the substrate on which the chip is soldered is placed on the XY stage 15.
[0070]
The mounting position of the chip on the substrate is specified from the target sample measurement position coordinate data recorded in the memory 27. That is, the target sample measurement position coordinate data is data obtained from CAD data or the like of the substrate, and is data indicating the XY position of the chip. In step S300, first, the target sample measurement position coordinate data recorded in the memory 27 is acquired and transferred to the stage control unit 23. The stage controller 23 moves the XY stage 15 according to the target sample measurement position coordinate data, and arranges a predetermined chip 32 between the X-ray generator 11 and the X-ray detector 13.
[0071]
In step S305, the CPU 25 acquires data for outputting X-rays of the first photon energy distribution from the imaging condition data recorded in the memory 27, and transfers the data to the X-ray control unit 21. The X-ray control unit 21 sets conditions in the X-ray generator 11 according to the imaging condition data, and irradiates X-rays having a photon energy distribution having a peak immediately before the k-absorption edge of tin. These setting conditions are the same as the setting conditions in steps S110 and S205.
[0072]
A part of the X-rays emitted by the setting in step S305 reach the sensor 17, and most of the X-rays pass through a predetermined chip 32 and reach the X-ray detector 13. In step S310, the CPU 25 controls the sensor signal processing unit 22 to acquire the detection value of the sensor 17, _01mon Is stored in the memory 27.
[0073]
In step S315, the CPU 25 controls the detection signal processing unit 24 to acquire the detection value of the X-ray detector 13 (imaging of the first target image). The predetermined chip 32 has a certain area, and a plurality of solder bumps are used to mount the chip 32. In the X-ray detector 13, a plurality of CCDs transmit transmitted X-rays by a plurality of CCDs. Detect bumps all at once. In step S320, the intensity detected at each pixel of the CCD is calculated based on the first target image data I. ₁ Is recorded in the memory 27. In the measurement of the predetermined chip 32, the same processing is performed under the second condition setting. That is, in steps S325 to S340, the sensor detection value I with the irradiation X-ray under the second imaging condition is used. _02mon And the second target image data I ₂ Is stored in the memory 27.
[0074]
In step S345, the thickness equivalent value is calculated based on the detection value of the X-ray detector 13. At this time, the spatial variation correction and the intensity of the X-ray are calculated by calculating the thickness equivalent value by the following equation (5). Fluctuation correction is performed simultaneously.
(Equation 4)

Here, the molecules in the log include the first target image data I acquired in steps S320 and S340. ₁ , Second target image data I ₂ And. Each data of the denominator in the log includes the first reference image data I obtained in steps S130 and S160. ₀₁ , The second reference image data I ₀₂ And the sensor detection value I obtained in steps S210 and S230. _01ref , I _02ref And the sensor detection value I obtained in steps S310 and S330. _01mon , I _02mon Is assigned.
[0075]
The denominator of this equation (5) corresponds to the X-ray intensity at the time of no sample, as can be seen from the above equation (4). The above first reference image data I ₀₁ , The second reference image data I ₀₂ , The X-ray intensity at the time of no sample can be updated every 20 minutes. As described above, the first reference image data I ₀₁ , The second reference image data I ₀₂ Is the data for all the CCDs in the X-ray detector 13. Even if the irradiation direction of the X-rays emitted from the X-ray tube 11a fluctuates with time, the detection intensity in each CCD is set to the reference every 20 minutes. It is corrected so that it becomes strong. Therefore, it is possible to calculate the thickness equivalent value on the left side of Expression (5) while compensating for the spatial variation in the X-ray irradiation direction.
[0076]
On the other hand, these first reference image data I ₀₁ , The second reference image data I ₀₂ For (I _0xmon / I _0xref ) (X is 1 or 2), it is possible to correct in real time the X-ray intensity fluctuation when there is no sample. That is, (I _0xmon / I _0xref In part) I _0xmon Is the detection value of the sensor 17 at the time of solder bump inspection, and I _0xref If less than (I _0xmon / I _0xref ) Becomes smaller and I _0xref If greater than (I _0xmon / I _0xref ) Increases.
[0077]
Therefore, even if the intensity of the irradiated X-ray fluctuates during the inspection, if the X-ray intensity becomes smaller than the reference, the first reference image data I ₀₁ , The second reference image data I ₀₂ Of the first reference image data I if the X-ray intensity becomes larger than the reference. ₀₁ , The second reference image data I ₀₂ Can be increased by that amount to compensate for the variation. In the present embodiment, transmitted X-rays are detected by the CCD of the X-ray detector 13, and when the X-ray intensity before transmission through the sample is measured in real time for all pixels of the CCD, the target sample and the X-ray tube are not measured. It is necessary to provide sensors for the number of pixels of the CCD between the sensor 11a.
[0078]
Further, with this configuration, although the X-ray intensity before transmission through the sample can be detected in real time, the X-ray does not reach the target sample, so that the X-ray detector 13 cannot detect the X-ray. Therefore, in the present invention, the sensor 17 is provided so as not to hinder the transmitted X-ray, and the sensor 17 detects the intensity of the X-ray in real time. Thus, a change in the intensity irradiated from the X-ray tube 11a can be detected in real time. On the other hand, the intensity of the X-ray that reaches each pixel of the CCD without passing through the sample is detected every 20 minutes, and the reference value is updated for every pixel of the CCD every 20 minutes.
[0079]
The above-described real-time correction performed thereafter is applied to correction of all pixels. That is, in the present embodiment, while detecting X-rays at the time of no sample at a predetermined timing, the variation of the X-rays over time caused by the spatial variation of the X-rays for each pixel of the CCD is compensated, The X-ray intensity is corrected in real time by the sensor 17 which does not hinder transmitted X-rays between X-ray detection timings. Therefore, it is possible to execute the energy subtraction process by compensating for both the fluctuation of the X-ray irradiation direction (spatial fluctuation) and the fluctuation of the X-ray irradiation intensity.
[0080]
As described above, when the thickness equivalent value is calculated while compensating for the temporal variation according to the equation (5), in step S350, the CPU 25 reads the thickness calculation table data from the memory and performs an interpolation operation to calculate the value for each pixel. The actual thickness corresponding to the thickness equivalent value of the target sample is calculated. As a result, the thickness of the solder bump 30 as a target sample can be obtained. In the present embodiment, various values relating to the physical solder amount are further calculated from the thickness of the solder bump 30 in step S355, and in step S360, the quality of the solder is determined (when the chip 32 is accurately mounted on the substrate 31). Is determined).
[0081]
Various values can be calculated as various values relating to the amount of solder. That is, since the actual thickness of the solder bump 30 is calculated for each pixel by a plurality of CCDs, the volume of the solder bump 30 can be calculated by integrating the thickness of each pixel. In addition, it is possible to calculate various values such as the area of the cut surface, the average thickness, the thickness at the center, the thickness unevenness, and the like in the case of cutting at a specific position substantially perpendicular to the thickness direction. The CPU 25 calculates these values and records them in the memory 27 as solder amount measurement data.
[0082]
In step S360, the CPU 25 determines the quality of the solder bump 30 with reference to the quality determination data recorded in the memory 27 in advance. That is, the pass / fail judgment data is data indicating what values of the above-mentioned various solder amounts and combinations thereof are when the solder bumps 30 are securely mounted on the chip 32 and the substrate 31. Perform pass / fail judgment. The pass / fail judgment result is output from the output unit 26a.
[0083]
In the present embodiment, since the spatial variation correction and the intensity variation correction of the X-ray are performed as described above, it is possible to measure the thickness of the solder bump with extremely high accuracy. FIG. 9 shows a case where the energy subtraction process is performed without correcting the spatial variation correction and the intensity variation correction of the X-ray to calculate the volume of the solder bump, and a case where the spatial variation correction and the intensity variation correction of the X-ray are performed. It is explanatory drawing for comparing.
[0084]
FIG. 3 shows a case where the volume of the same solder bump is measured 100 times, where the horizontal axis represents the number of measurements and the vertical axis represents the volume. On the vertical axis, the volume of the solder bump measured for the first time in the present invention is shown as a relative value with 100 being the volume. As shown in the figure, in the conventional technology, even if the solder bumps have the same volume, the value fluctuates, and when the number of times of measurement is small, the relative volume once decreases, and the relative volume gradually increases from around 20 times. It tends to be larger. This indicates that the spatial variation and the intensity variation of the X-ray have a specific tendency, and in fact, the influence of the thermal expansion of the anode 11b is large.
[0085]
On the other hand, in the present invention, although the volume value of the solder bump fluctuates, no trend fluctuation occurs, the fluctuation width is small, and the volume is accurately measured without being affected by the fluctuation over time. It turns out that it is possible. The figure shows the variation coefficient obtained by multiplying the standard deviation σ by three for the measurement results of 100 times and dividing the result by the average value. The coefficient of variation of the conventional technique is 3.10%, whereas the coefficient of variation is 1.20% in the present invention, and the volume (or thickness) can be measured with very high accuracy from the coefficient of variation according to the present invention. You can see that.
[0086]
(6) Other embodiments:
In the present invention, it is only necessary to compensate for the variation over time of the X-ray, and the configuration as in the first embodiment is not essential. For example, it is not essential to use the spatial variation correction and the intensity variation correction together as in the first embodiment, and in the above equation (5), the denominator represents the reference image data I. _0x (X is 1 or 2) and (I _0xmon / I _0xref ) Can be omitted and only the spatial variation correction can be performed. Of course, in the above formula (5), (I _0xmon / I _0xref ) Is substituted for the reference image data I _0x May be omitted and only the intensity fluctuation correction may be performed.
[0087]
Furthermore, a configuration for performing spatial variation correction in real time can be employed. For example, by arranging a plurality of sensors at positions not obstructing transmitted X-rays as in the case of the sensor 17 and estimating the position of the strongest intensity of irradiation X-rays based on the detection intensity of each sensor, it is possible to grasp the change in the irradiation direction. Can be. Therefore, it is also possible to adopt a configuration in which the detection value by the CCD is corrected so as to compensate for the change in the irradiation direction.
[0088]
Further, in the above-described embodiment, the thickness equivalent value is calculated by performing the energy subtraction processing. However, an X-ray inspection apparatus that performs the thickness equivalent value without performing the energy subtraction processing may be configured. In this case, the device configuration is the same as in the above embodiment. As the processing, steps S140 to S160 are omitted in the spatial variation correction data acquisition processing shown in FIG. 5, the steps S225 to S240 are omitted in the thickness calculation table creation processing shown in FIG. 6, and the inspection shown in FIG. Steps S325 to S340 are omitted in the processing.
[0089]
Then, in step S245 of the thickness calculation table creation processing and step S345 of the inspection processing, the thickness equivalent value is calculated. Since there is only one type of X-ray photon energy distribution, the log of the above equation (1) is obtained. A thickness equivalent value is calculated from the index portion. At this time, the calculation formula has a form like only the first term on the right side of the above formula (5). As a matter of course, since the energy subtraction processing is not performed, the thickness equivalent value is not the left side of the equation (5) but the index part of the equation (1). This is effective when the strength is hardly affected (since the absorption coefficient of silicon is small).
[0090]
That is, I in the first term on the right side of the equation (5) ₁ As the first standard image data I _1sta And the first target image data I ₁ Is substituted, and I in the first term on the right side of the equation (5) is obtained. ₀₁ As the first reference image data I ₀₁ Is assigned. In the case of step S345, the sensor detection value I _01ref , I _01mon Is used to calculate the thickness equivalent value while compensating for the variation over time. Otherwise, the actual thickness can be calculated by the same processing as in the above embodiment, and the quality of the solder can be determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an X-ray inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an X-ray tube.
FIG. 3 is a diagram illustrating an X-ray photon energy distribution of X-rays.
FIG. 4 is a diagram showing X-ray absorption coefficients of tin and copper.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process when acquiring data for correcting spatial variation.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a process for creating a thickness calculation table.
FIG. 7 is a diagram showing a standard sample placed on an XY stage.
FIG. 8 is a flowchart of an inspection process.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating measurement accuracy in the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10 X-ray imaging mechanism
11 X-ray generator
11a ... X-ray tube
11b… Anode
11c ... Cathode
11d ... Electronic lens
11e ... Target
13 ... X-ray detector
15 XY stage
17 ... Sensor
20 X-ray imaging control unit
21 X-ray control unit
22 ... Sensor signal processing unit
23: Stage control unit
24 ... Detection signal processing unit
25 ... CPU
26a ... output unit
26b ... input section
27… Memory
27a: Default data
27b ... sequential data
30 ... Solder bump
31 ... Substrate
32 ... Tip
40… Standard sample

Claims (10)

Ｘ線を照射可能であるとともに所望の対象試料を当該Ｘ線の照射経路に配設可能なＸ線照射機構と、
上記Ｘ線照射機構から照射されるＸ線強度の経時変化を検出する経時変化検出手段と、
上記Ｘ線の照射方向に配置されるとともに、上記経時変化分を補償しながら入射Ｘ線の強度を検出するＸ線強度検出手段と、
上記Ｘ線照射機構によって対象試料をＸ線の照射経路に配設しつつＸ線を照射し、上記Ｘ線強度検出手段における透過Ｘ線の検出値から透過物質の厚み相当値を算出する厚み相当値算出手段とを備えることを特徴とするＸ線検査装置。An X-ray irradiation mechanism capable of irradiating X-rays and arranging a desired target sample on the X-ray irradiation path;
A temporal change detecting means for detecting a temporal change in X-ray intensity emitted from the X-ray irradiating mechanism;
X-ray intensity detection means arranged in the X-ray irradiation direction and detecting the intensity of the incident X-ray while compensating for the change with time,
The X-ray irradiating mechanism irradiates X-rays while arranging the target sample on the X-ray irradiating path, and calculates a thickness equivalent value of a transmission material from a detection value of transmitted X-rays by the X-ray intensity detecting means. An X-ray inspection apparatus comprising: a value calculation unit. 上記Ｘ線照射機構は異なるフォトンエネルギー分布のＸ線を照射可能であり、上記厚み相当値算出手段は上記Ｘ線照射機構によって対象試料をＸ線の照射経路に配設しつつ上記異なるフォトンエネルギー分布のＸ線を照射して得られたそれぞれの透過Ｘ線の検出値から透過物質の厚み相当値を算出するとともにその差分値を取得することにより上記対象試料内の特定物質による寄与を抽出して当該特定物質の厚み相当値を算出することを特徴とする上記請求項１に記載のＸ線検査装置。The X-ray irradiating mechanism can irradiate X-rays having different photon energy distributions, and the thickness equivalent value calculating means arranges the target sample on the X-ray irradiating path by the X-ray irradiating mechanism while the different photon energy distributions. Calculate the thickness equivalent value of the transmission material from the detection values of the respective transmission X-rays obtained by irradiating the X-ray, and obtain the difference value to extract the contribution by the specific material in the target sample. The X-ray inspection apparatus according to claim 1, wherein a value corresponding to the thickness of the specific substance is calculated. 上記厚み相当値算出手段は、厚みが既知であるとともに上記特定物質を含む標準試料を対象試料として算出した厚み相当値と既知の厚みとを対応づけた対応データを予め所定の記憶媒体に記憶しており、当該データを参照することによって任意の対象試料についてその厚み相当値から実際の厚みを算出することを特徴とする上記請求項１または請求項２のいずれかに記載のＸ線検査装置。The thickness equivalent value calculating means stores in a predetermined storage medium in advance a corresponding data in which the thickness equivalent value and the known thickness are associated with the thickness equivalent value calculated using the standard sample containing the specific substance as a target sample. 3. The X-ray inspection apparatus according to claim 1, wherein an actual thickness is calculated from a thickness equivalent value of an arbitrary target sample by referring to the data. 上記経時変化検出手段は、上記Ｘ線照射機構におけるＸ線の照射口と上記対象試料の配設位置との間に配設されるセンサであることを特徴とする上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＸ線検査装置。The said time-dependent change detection means is a sensor arrange | positioned between the X-ray irradiation port in the said X-ray irradiation mechanism, and the arrangement | positioning position of the said target sample, The said Claim 1 characterized by the above-mentioned. The X-ray inspection apparatus according to any one of the above. 上記センサは、上記Ｘ線照射機構から照射されるＸ線の照射経路内かつ対象試料へのＸ線の経路外に配設されることを特徴とする上記請求項４に記載のＸ線検査装置。The X-ray inspection apparatus according to claim 4, wherein the sensor is provided in an irradiation path of the X-ray radiated from the X-ray irradiation mechanism and outside the path of the X-ray to the target sample. . 上記センサによって所定基準時点のＸ線強度と上記対象試料へＸ線を透過させているときのＸ線強度とを検出し、両者を比較することによって上記Ｘ線強度の経時変化を検出することを特徴とする上記請求項４または請求項５のいずれかに記載のＸ線検査装置。The sensor detects the X-ray intensity at a predetermined reference time point and the X-ray intensity when the X-ray is transmitted to the target sample, and compares the two to detect the temporal change in the X-ray intensity. The X-ray inspection apparatus according to claim 4, wherein the X-ray inspection apparatus is characterized in that: 上記経時変化検出手段は、上記対象試料を透過しないでＸ線強度検出手段に到達したＸ線強度を所定のタイミングで検出してこの検出強度を次回の検出タイミングまでの基準強度とすることを特徴とする上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載のＸ線検査装置。The time-dependent change detecting means detects the X-ray intensity that has reached the X-ray intensity detecting means without passing through the target sample at a predetermined timing, and uses the detected intensity as a reference intensity until the next detection timing. The X-ray inspection apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein 上記Ｘ線強度検出手段は上記Ｘ線照射機構から照射されるＸ線の照射方向と略垂直の平面内でドットマトリクス状に形成された複数のＣＣＤ素子を備え、上記Ｘ線照射機構は上記所定のタイミングにて上記対象試料をＸ線の照射方向に配設しない状態として上記複数のＣＣＤ素子の略全素子に対象試料を透過しないＸ線を到達させることを特徴とする上記請求項７に記載のＸ線検査装置。The X-ray intensity detecting means includes a plurality of CCD elements formed in a dot matrix in a plane substantially perpendicular to the X-ray irradiation direction irradiated from the X-ray irradiation mechanism. 8. The apparatus according to claim 7, wherein the target sample is not disposed in the X-ray irradiation direction at the timing of (i), and X-rays that do not pass through the target sample reach almost all of the plurality of CCD elements. X-ray inspection equipment. 所定のＸ線源からＸ線を対象試料に照射してその透過Ｘ線の強度から透過物質の厚み相当値を算出するＸ線検査方法であって、
上記Ｘ線源から照射されるＸ線強度の経時変化を検出し、当該経時変化分を補償しながら上記透過Ｘ線の強度を検出することを特徴とするＸ線検査方法。An X-ray inspection method for irradiating a target sample with X-rays from a predetermined X-ray source and calculating a thickness equivalent value of a transmission material from the intensity of the transmitted X-rays,
An X-ray inspection method, comprising detecting a temporal change in the intensity of X-rays emitted from the X-ray source, and detecting the intensity of the transmitted X-ray while compensating the temporal change. Ｘ線を照射可能であるとともに所望の対象試料を当該Ｘ線の照射経路に配設可能なＸ線照射機構と、
上記Ｘ線照射機構から照射されるＸ線強度の経時変化を検出する経時変化検出手段と、
上記Ｘ線の照射方向に配置されるとともに、入射Ｘ線の強度を検出するＸ線強度検出手段とを備えるＸ線検査装置を駆動するコンピュータにおいて、
上記Ｘ線強度検出手段が検出したＸ線強度に上記経時変化検出手段が検出した経時変化分の補正を施してＸ線強度を取得するＸ線強度補正機能と、
上記Ｘ線照射機構を制御して対象試料をＸ線の照射経路に配設しつつＸ線を照射するＸ線照射機構制御機能と、
同Ｘ線照射機構制御機能によって上記Ｘ線を対象試料に透過させ、その透過Ｘ線を上記Ｘ線強度補正機能にて補正して得られたＸ線強度から透過物質の厚み相当値を算出する厚み相当値算出機能とを実現させることを特徴とするＸ線検査プログラム。An X-ray irradiation mechanism capable of irradiating X-rays and arranging a desired target sample on the X-ray irradiation path;
A temporal change detecting means for detecting a temporal change in X-ray intensity emitted from the X-ray irradiating mechanism;
A computer that drives an X-ray inspection apparatus that is disposed in the X-ray irradiation direction and includes X-ray intensity detection means for detecting the intensity of incident X-rays;
An X-ray intensity correction function of obtaining a X-ray intensity by performing a correction for the temporal change detected by the temporal change detection unit on the X-ray intensity detected by the X-ray intensity detection unit;
An X-ray irradiating mechanism control function of irradiating X-rays while controlling the X-ray irradiating mechanism to dispose the target sample on the X-ray irradiating path;
The X-ray irradiating mechanism control function transmits the X-ray to the target sample, and the transmitted X-ray is corrected by the X-ray intensity correction function to calculate a thickness equivalent value of the transmitting material from the X-ray intensity obtained. An X-ray inspection program for realizing a thickness equivalent value calculation function.

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