JP4155866B2

JP4155866B2 - X-ray tomography system

Info

Publication number: JP4155866B2
Application number: JP2003129852A
Authority: JP
Inventors: 哲昭深町; 修服部
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: JP2004333310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線断層撮像装置に関し、特に、湾曲した受光面を持つＸ線断層撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線断層撮像装置は、被破壊検査の分野でよく用いられ、特に、電気・電子機器に用いる半導体や多層プリント基板の欠陥解析，バンプ接合部の欠陥解析等に利用されている。このようなＸ線断層撮像装置は、Ｘ線ラミノグラフィ検査装置と呼ばれている。
【０００３】
例えば、半導体等の欠陥を検査するＸ線断層像撮影装置は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。このＸ線断層像撮影装置の原理を図２を用いて簡単に説明する。図２において、固定されたX線源２１から放射状にX線２２が発生する。撮影対象となる対象物２３は、光軸２４に対して傾斜した回転軸２５の回りに回転する。検出器２６は、回転軸２５と平行な回転軸２７の回りに対象物２３と同期して回転する。光軸２４と回転軸２５の交点を含み、かつ、回転軸２５に垂直な平面（以下焦点面と称する）２８の投影像は、検出器２６により静止した像として検出されるが、焦点面２８以外の投影像は、回転している像として検出されるため、ぼやけて検出器２６に検出される。このため、焦点面２８以外、即ち、対象物２３の焦点面２８から離れた構造体の撮影像は、ぼけて検出され、焦点面２８上のX線断層像のみが鮮明に検出される。
【０００４】
上述した技術は、Ｘ線の光軸２４と回転テーブルの回転中心軸２５の交点を含む受光面に平行な面２８が断層像として得られることを示している。即ち、Ｘ線検出器２６の受光面が平面であればこの受光面と平行である対象物２３の焦点面２８の断層像を得ることができる。換言すれば、Ｘ線検出器２６の受光面が平面であることが要求されている。
【０００５】
しかしながら受光面が平面であるＸ線像を光学像に変換する手段は、多数の光ファイバで構成した装置が制作されているが、一般に市販されているＸ線イメージ・インテンシファイアに比較して高価であり、また、Ｘ線に対する感度の低いものが多い。更に、受光面積が小さく、プリント基板のような大面積のものには使用できない等、Ｘ線断層像撮影装置の用途を限定する要因となっていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３１２７３５号公報（第３−５頁、図１−５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、湾曲した受光面を持つ検出器で十分なＸ線断層像が撮像できるＸ線断層撮像装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、Ｘ線受光感度を向上し、撮像面積の大きいＸ線断層撮像装置を提供することである。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、Ｘ線イメージ・インテンシファイアを使用したＸ線断層撮像装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸ線断層撮像装置は、Ｘ線源と上記Ｘ線源から発生するＸ線の光軸に対して傾斜した回転軸を有し、上記回転軸のまわりに回転する対象物を搭載する載置台と、上記載置台に載置された上記対象物を透過したＸ線像を光学像に変換する手段と、上記変換された光学像を回転させる手段と、上記光学像を電気信号に変換する手段と、上記電気信号を処理してＸ線断層像を得る制御部からなり、上記載置台は、上記対象物の断層面に垂直な方向にＸ線断層分解能に相当する距離移動する移動機構を有し、上記Ｘ線像を光学像に変換する手段は、湾曲した撮像面を有し、上記制御部は、上記移動機構により上記Ｘ線断層分解能に相当する距離移動する毎に得られる複数のＸ線断層像の所定部分を合成し、上記対象物の所定の部位の断層像を得るように構成される。
【００１１】
また、本発明のＸ線断層撮像装置において、上記湾曲した撮像面に対応するフォーカスプレーンを演算により求め、上記フォーカスプレーンと上記Ｘ線断層分解能に相当する距離移動する毎に得られる複数のＸ線断層像とからそれぞれ所定の断層面に相当する領域を算出し、上記算出した領域をメモリに記憶するように構成される。
【００１２】
更に、本発明のＸ線断層撮像装置において、上記Ｘ線像を光学像に変換する手段は、Ｘ線イメージ・インテンシファイアで構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるＸ線断層像検査装置の原理的構成を図１を用いて説明する。図１において、１は、Ｘ線を発生するＸ線管、２は、Ｘ線を発生するＸ線発生点、３は、Ｘ線管１から発生されたＸ線で、円錐状に照射されることを模擬的に示している。４は、撮像面５の中心位置とＸ線発生点２とを結ぶＸ線３の光軸を示す。６は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の移動機構で、Ｘ線の光軸４に撮影したい対象物（試料）の部位の位置ぎめを調節するためのＸＹテーブルである。７は、試料台であり、回転軸８を回転軸として回転する回転テーブルである。この回転軸８は、図２に示す回転軸２５に対応する。なお、ＸＹテーブル６および回転テーブル７には、断層面を変えるための回転面に垂直な方向の移動機構、即ち、Ｚ軸方向移動機構９（図示せず）および幾何学的拡大を行う移動機構（図示せず）が設けられている。
【００１４】
１０は、撮影したい対象物であって、回転テーブル７の上に固定されている。１１は、撮影したい対象物１０の断層面を示し、Ｘ線の光軸４と回転テーブル７の回転軸８の交点を含む試料台７に平行な平面である。なお、この断層面１１は、上述した垂直な方向の移動機構９により対象物１０の断層像を撮影したい部位に移動することができ、また、ＸＹテーブル６により対象物のＸ方向、Ｙ方向の対象物の断層像を撮影したい部位に移動することができるように構成されている。
【００１５】
１２は、蛍光倍増管であり、Ｘ線イメージインテンシファイアと呼ばれる。蛍光倍増管１２の撮像面５は、X線蛍光物質で形成されており、X線のエネルギーの強弱を可視光に変換する機能を有るが、この撮像面５で変換される可視光は、微弱なため、蛍光倍増管１２で光の強さを増幅する機能を有する。また、撮像面５は、図２で説明したＸ線検出器２６の受光面のように平面ではなく、後述するように湾曲している。
【００１６】
１３は、像回転プリズムであり、像回転プリズムの回転軸１４を回転軸として像回転プリズム１３は回転する。なお、回転軸１４は、図２に示す回転軸２７に対応するが、回転速度と方向は、回転軸８に対して等速逆方向に回転している。従って、像回転プリズム１３は、試料台である回転テーブル７と等速逆方向に回転し、かつ回転テーブル７の回転軸８と像回転プリズム１３の回転軸１４は、平行に保たれるように構成されている。
【００１７】
１５は、映像蓄積型の撮像装置、例えば、テレビカメラで、撮像面５に投射された対象物１０の断層像が蛍光倍増管１２で増幅され、像回転プリズム１３で像回転され、対象物１０の断層像がテレビカメラに撮影される。テレビカメラ１５で撮影された断層像は、映像信号に変換され、伝送路１６を経由して制御装置１７、例えば、制御用計算機に入力される。制御装置１７では、テレビカメラ１５で撮影された断層像が映像信号として制御装置１７の内部の記録装置（図示せず）に記録されると共に、必要により表示装置１８に対象物の断層像が表示される。また、制御装置１７は、対象物１０の位置決めや断層像を撮影する対象物の部位を調節するために、ＸＹテーブル６、回転テーブル７、断層面を変えるための回転面に垂直な方向のＺ軸方向移動機構９（図示せず）および幾何学的拡大を行う移動機構（図示せず）等を制御する機能を有している。更に、制御装置１７は、Ｘ線管１から対象物１０に照射されるＸ線の強度、波長を制御するために管電圧、管電流が調整できるように構成されている。
【００１８】
図１に示す構成において、対象物の断層像が撮影できる理由を以下に説明する。図２で説明したように、Ｘ線管１のＸ線発生点２から放射状にＸ線３が放射され、撮影対象となる対象物１０に所定角度で照射する。Ｘ線３の光軸４と回転テーブル７の回転軸８の交点を含む対象物１０の断層面１１（焦点面）の断層像が撮像面５に投影される。撮像面５に投影された断層像は、蛍光倍増管１２で増幅され、上記回転テーブル７と等速逆方向に回転する像回転プリズム１３で断層像を逆回転させテレビカメラ１５に入射される。ここで回転軸８に対してＸ線３の光軸４は、傾斜しているため、撮像面５への断層面１１の投影像は、テレビカメラ１５により撮影される断層像では、静止した像として撮影されるが、断層面１１以外の投影像は、回転している像として検出されるため、ぼやけて断層像として検出される。
【００１９】
さて、上述したようにＸ線イメージインテンシファイアのような大口径、例えば、口径１０ｃｍの蛍光倍増管１２の撮像面５は、図１で示すように平面ではなく、湾曲している。従って、図２で示すような検出器２６の撮像面のように平坦ではないため、対象物１０の断層面１１の断層像が撮像面５上に結像されないという問題がある。これについて図３および図４をもとに説明する。なお、図３および図４において、図１と同じものには同じ符号が付されている。図３は、図１に示すＸ線イメージインテンシファイアのような大口径の蛍光倍増管１２を持つＸ線断層撮像装置において、Ｘ線発生点２で発生したＸ線３が対象物１０を透過して蛍光倍増管１２に投影された状態を示している。この図からも明らかなように蛍光倍増管１２の撮像面５は、湾曲しているため、対象物１０でのフォーカスプレーンは、３１で示すように湾曲したフォーカスプレーンとなる。なお、対象物１０の断層面のＸ線像は、撮像面５上に所定倍率で拡大され投影される。倍率Ｍは、次式で示される。
【００２０】
Ｍ＝Ｌ２／Ｌ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここに、Ｌ１は、Ｘ線発生点２から光軸４とフォーカスプレーン３１との交点までの距離を表し、Ｌ２は、Ｘ線発生点２から光軸４と撮像面５との交点までの距離を表す。
【００２１】
また、撮像面５上の任意の点の座標を（Ａ、Ｂ）とし、Ｘ線発生点２とこの座標（Ａ、Ｂ）を結ぶ線３２とフォーカスプレーン３１との交点の座標を（ａ、ｂ）とすると、座標（ａ、ｂ）は、次式で求められる。
【００２２】
ａ＝Ａ×Ｌ１／Ｌ２・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ｂ＝Ｂ×Ｌ１／Ｌ２・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
図４は、図３で示す対象物１０とフォーカスプレーン３１との関係を拡大して示す図である。図４において、サンプルとして使用した対象物１０は、例えば、大きさが約２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さ約３００μｍの６層の多層プリント基板である。また、フォーカスプレーン３１は、蛍光倍増管１２の湾曲した撮像面５に沿った曲面と相似形曲面になっている。換言すれば、フォーカスプレーン３１の曲率は、撮像面５の曲率と同じである。蛍光倍増管１２の撮像面５の曲面は、一般に放物面の形状を持ち、実測により求めることができるので、この実測値をもとに上記（２）および（３）式からフォーカスプレーン３１の形状を演算により求めることができる。なお、対象物１０をここでは一例として６層の多層プリント基板を用いて説明しているが、多層プリント基板に限られるものではなく、一般の半導体、樹脂材料、その他Ｘ線断層像が撮影できる材料の非破壊検査できるもの全てに適用できることは言うまでもない。その場合、多層構造ではないが、Ｘ線の断層分解能の厚さで区切った層をここでは便宜上、１層、２層、・・・・ｎ層と呼ぶことにする。また、本発明で用いたＸ線断層撮像装置では、１層の厚さ（または断層分解能）は、約５０μｍである。この断層分解能は、装置の性能により決められるもので、５０μｍに限定されるものではない。
【００２３】
而して、図４に示す多層プリント基板１０を回転軸８を回転軸として回転する回転試料台７上に固定し、ＸＹテーブル６のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を制御装置１７で制御して回転軸８とＸ線の光軸４が多層プリント基板３１の１層目で交差するように調節する。このようにして多層プリント基板３１のＸ線像を蛍光倍増管１２の撮像面５に形成すると、撮像面５には、フォーカスプレーン３１で示す曲面の拡大されたＸ線像が得られる。ここでフォーカスプレーン３１とは、回転軸８を中心にして曲線３１を回転してできる回転面を言う。なお、蛍光倍増管１２の撮像面５は、実際は、複雑な形状をしているため、フォーカスプレーン３１は、曲線３１を回転してできる回転面とは必ずしも一致しないが、極めて近い回転面となる。従って、ここでは簡単のためフォーカスプレーン３１を曲線３１を回転してできる回転面と称することにする。
【００２４】
このＸ線像において、多層プリント基板１０の１層目に相当する直径Ｓ１で示される円形部分４１のＸ線像は、断層分解能の範囲にあるため鮮明に得られるが、円形部分４１以外は、フォーカスプレーン３１は、２層、３層、・・・・６層のそれぞれ異なる層のＸ線像を示し、１層目の円形部分４１以外の１層目の部分ＳｘのＸ線像を得ることができない。
【００２５】
次に、上述したように撮像面が湾曲した蛍光倍増管を用いて対象物のＸ線平面断層像を撮影する原理について図５および６を用いて説明する。図５は、図４で示す対象物１０と同じものを示している。図５は、対象物１０にＸ線３を照射したときに対象物１０に対してフォーカスプレーン３１が形成されている状態を示す。なお、対象物１０は、図４に示すものと同じである。まず、図５（ａ）では、対象物１０の１層目の中心部分▲１▼で示される範囲のＸ線断層像が蛍光倍増管１２の撮像面５で撮像される。しかし、領域▲２▼では、２層目のＸ線断層像が撮像され、領域▲３▼では、３層目のＸ線断層像が撮像され、領域▲４▼では、４層目のＸ線断層像が撮像されることになる。従って、図５（ａ）の撮像では、１層目の全面にわたってＸ線断層像を撮像することができない。
【００２６】
これを改善するために図５（ｂ）では、対象物１０を矢印方向に５０μｍ移動する。即ち、制御装置１７によってＸＹテーブル６のＺ方向移動機構９を制御して対象物１０を５０μｍだけＺ方向（断層分解能に相当する距離、以下同じ）に移動する。これにより１層目の領域▲２▼が撮影できる。図５（ｃ）では、更に、対象物１０をＺ方向に５０μｍ移動する。これによって１層目の領域▲３▼が撮影できる。図５（ｄ）では、更に、対象物１０をＺ方向に５０μｍ移動する。これにより１層目の領域▲４▼が撮影できる。従って、これを６層目まで実行すると対象物１０の１層目の全領域のＸ線断層像を得ることができる。
【００２７】
図６は、図５で示すＸ線断層像を平面的に表した図である。即ち、図６（ａ）、図６（ｂ）・・図６（ｄ）は、それぞれ図５（ａ）、図５（ｂ）・・図５（ｄ）に対応する。即ち、対象物１０の１層目の各領域▲１▼▲２▼・・・▲４▼のＸ線断層像を対象物１０を順次移動することにより撮像できることを示している。
【００２８】
図７は、上記図５および図６で撮像されたＸ線断層像から対象物１０の１層目のＸ線断層像画像を構成するための原理を説明する図である。図６（ａ）、図６（ｂ）・・図６（ｄ）では、斜線で示す▲１▼、▲２▼、・・▲４▼の各領域は、１層目のＸ線断層像画像斜線あるが、実際の表示装置１８上ではどの領域が１層目のＸ線断層像画像であるのかの区別がつけられない。従って、図６に示す各Ｘ線断層像画像から１層目のＸ線断層像画像を再構成することが必要となる。図７は、これを説明するための図である。
【００２９】
先に説明したように蛍光倍増管１２の湾曲している撮像面５の形状を前もって実測で求めておくと、フォーカスプレーン３１の座標は、式（２）（３）から求められる。その結果、図７（ａ）では、領域▲１▼は、次のようにして演算で求めることができる。即ち、図４からも明らかなように光軸４とフォーカスプレーン３１の交点の座標（ａ₀、ｂ₀）が算出できるので、５０μｍシフトされた直径Ｓ１の面積の円周の座標を求めることができる。従って、求められたフォーカスプレーン３１上の座標に対応する撮像面５の座標を演算すると、表示装置１８上での領域▲１▼に相当する範囲が算出できる。従って、この領域７１を制御装置１７のメモリに記憶する。次に、対象物１０を約５０μｍ移動した図７（ｂ）に示すＸ線断層像画像の領域▲２▼を同様に演算し、この領域７１を制御装置１７のメモリに記憶する。これを順次行うと、４回移動した場合、１層目の各領域７１〜７４のＸ線断層像画像がメモリに登録される。従って、これら各領域７１〜７４を加算して表示装置１８に表示することにより１層目の全体のＸ線断層像画像を得ることができる。
【００３０】
図８は、本発明の他の一実施例を説明するための図である。図７では撮像面５上の領域▲１▼▲２▼・・・▲４▼の各領域の境界を座標をもとに演算し、メモリに記憶し、それぞれ表示装置１８に表示することについて説明した。しかし、Ｘ線断層像撮像装置の断層分解能および使用する蛍光倍増管も一度システムとして組み込まれると変更されるものではないので、例えば、製品の出荷時に断層分解能の設定あるいは撮像面の計測をしておけば、領域▲１▼▲２▼・・・▲４▼の各領域は、前もってテーブル化してメモリに記憶させることが出来る。このメモリに記憶したテーブルを表示装置８１の画面の領域▲１▼▲２▼・・・▲４▼に対応付けて表示したものを図８に示す。このようにすると撮像装置１５から得られるＸ線断層画像から座標に変換し、必要な領域を演算で算出するよりも簡単に領域▲１▼▲２▼・・・▲４▼の画像を抽出できる。また、必要により各領域の境界を示すパターンを表示装置８１上に表示し、これにＸ線断層像を重畳して表示すれば、容易に領域▲１▼▲２▼・・・▲４▼の区分をつけることも可能である。
【００３１】
なお、本発明の上記実施例では、対象物の１層目のＸ線断層像画像を構成することについて説明したが、この原理を用いれば、対象物の所定の深さでのＸ線断層像画像を適宜得ることができることは勿論のこと、対象物の移動範囲および撮像データを適宜蓄積すれば、演算により所定深さのＸ線断層像画像を適宜入手することができることは言うまでもない。
【００３２】
図９は、本発明のＸ線断層撮像装置を用いて配線パターンを持つプリント基板を撮像した場合のＸ線断層像画像の一例を示す。測定条件は、Ｘ線管の管電圧：７０ＫＶ、管電流：６０μＡ、蓄積時間：０．７秒、移動距離Ｚ：５０μｍ（１回の移動距離、断層分解能に相当）である。図９において、画像例９２は、１層目のＸ線断層像画像を示している。この画像例９２から明らかなように９４で示す中心部の配線は、比較的明瞭なＸ線断層像画像を示しているが、周辺部の配線は、良く見えない状態である。画像例９３は、４回目の移動により撮像した配線パターンの１層目のＸ線断層像画像で、９５で示す周辺部の配線が比較的明瞭なＸ線断層像画像を示している。画像例９１は、６回の移動により撮像した配線パターンの１層目のＸ線断層像画像全てを１枚のＸ線断層像画像として表示装置に表示した画像を示している。この図からも明らかなように湾曲したＸ線イメージ・インテンシファイアを用いたＸ線断層撮像装置で十分明瞭なＸ線断層像画像を得ることが出来ることを示している。
【００３３】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載されたＸ線断層撮像装置の実施例に限定されるものではなく、上記以外に、湾曲した撮像面を有する蛍光倍増管を用いた装置や検出方法に広く適応することが出来ることは、言うまでも無い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、Ｘ線イメージ・インテンシファイアのような湾曲した撮像面を持つ蛍光倍増管であっても十分にＸ線断層像画像を得ることができ、また、従来使用していたＸ線像を光学像に変換する手段に比較してＸ線に対する感度が高く、従って従来技術で見ることのできなかった微小欠陥を検出できる可能性が向上する。また、撮像面積も大きく、大きさの種類も豊富なため大きな試料に対しても使用出来る等の特徴があり、Ｘ線断層撮像装置として極めて有効な装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の概略構成を示す図である。
【図２】従来のＸ線断層撮像装置の原理を説明する図である。
【図３】本発明の一実施例の概略構成図の一部拡大図を示す図である。
【図４】本発明の原理を説明するための図である。
【図５】本発明の原理を説明するための図である。
【図６】本発明により表示装置に表示されるＸ線断層像画像の一実施例を説明するための図である。
【図７】本発明のＸ線断層像画像の構成法を説明するための図である。
【図８】本発明の他の一実施例を説明するための図である。
【図９】本発明のＸ線断層撮像装置により撮像された画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
１：Ｘ線管、２：Ｘ線発生、３：Ｘ線、４：光軸、５：撮像面、６：ＸＹステージ、７：回転テーブル、８：回転テーブルの回転軸、９：Ｚ軸駆動機構、１０：対象物、１１：断層面、１２：蛍光倍増管、１３：像回転プリズム、１４：像回転プリズムの回転軸、１５：映像蓄積型の撮像装置、１６：ケーブル、１７：制御装置、１８：表示装置、３１：フォーカスプレーン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray tomographic imaging apparatus, and more particularly to an X-ray tomographic imaging apparatus having a curved light receiving surface.
[0002]
[Prior art]
X-ray tomographic imaging apparatuses are often used in the field of destructive inspection, and are particularly used for defect analysis of semiconductors and multilayer printed boards used in electrical and electronic equipment, defect analysis of bump joints, and the like. Such an X-ray tomographic imaging apparatus is called an X-ray laminography inspection apparatus.
[0003]
For example, an X-ray tomographic imaging apparatus for inspecting defects such as semiconductors has been conventionally known (for example, see Patent Document 1). The principle of the X-ray tomography apparatus will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 2, X-rays 22 are generated radially from a fixed X-ray source 21. The object 23 to be imaged rotates around a rotation axis 25 inclined with respect to the optical axis 24. The detector 26 rotates in synchronization with the object 23 around a rotation axis 27 parallel to the rotation axis 25. A projected image of a plane (hereinafter referred to as a focal plane) 28 that includes the intersection of the optical axis 24 and the rotation axis 25 and is perpendicular to the rotation axis 25 is detected as a stationary image by the detector 26. Since the other projected images are detected as rotating images, they are detected by the detector 26 in a blurred manner. For this reason, the captured image of the structure other than the focal plane 28, that is, the structure away from the focal plane 28 of the object 23 is detected blurringly, and only the X-ray tomographic image on the focal plane 28 is detected clearly.
[0004]
The technique described above shows that a plane 28 parallel to the light receiving surface including the intersection of the X-ray optical axis 24 and the rotation center axis 25 of the rotary table is obtained as a tomographic image. That is, if the light receiving surface of the X-ray detector 26 is flat, a tomographic image of the focal plane 28 of the object 23 parallel to the light receiving surface can be obtained. In other words, the light receiving surface of the X-ray detector 26 is required to be a flat surface.
[0005]
However, as a means for converting an X-ray image having a flat light receiving surface into an optical image, a device composed of a large number of optical fibers has been produced. Compared to commercially available X-ray image intensifiers. Many are expensive and have low sensitivity to X-rays. Furthermore, the light receiving area is small, and it cannot be used for a large area such as a printed circuit board.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-31735 (page 3-5, FIG. 1-5)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an X-ray tomographic imaging apparatus capable of capturing a sufficient X-ray tomographic image with a detector having a curved light receiving surface.
[0008]
Another object of the present invention is to provide an X-ray tomographic imaging apparatus with improved X-ray light receiving sensitivity and a large imaging area.
[0009]
Still another object of the present invention is to provide an X-ray tomographic imaging apparatus using an X-ray image intensifier.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The X-ray tomographic imaging apparatus of the present invention has an X-ray source and a rotation axis inclined with respect to the optical axis of the X-ray generated from the X-ray source, and an object that rotates around the rotation axis is mounted. A mounting table; means for converting an X-ray image transmitted through the object mounted on the mounting table into an optical image; means for rotating the converted optical image; and converting the optical image into an electrical signal. And a control unit that obtains an X-ray tomographic image by processing the electric signal, and the mounting table moves in a direction corresponding to the X-ray tomographic resolution in a direction perpendicular to the tomographic plane of the object. And the means for converting the X-ray image into an optical image has a curved imaging surface, and the control unit is obtained by the moving mechanism every time a distance corresponding to the X-ray tomographic resolution is moved. A predetermined portion of the X-ray tomographic image of the object is synthesized and a tomographic image of a predetermined part of the object is obtained. Configured so that.
[0011]
Further, in the X-ray tomographic imaging apparatus of the present invention, a plurality of X-rays obtained each time a focus plane corresponding to the curved imaging surface is obtained by calculation and moved by a distance corresponding to the focus plane and the X-ray tomographic resolution. An area corresponding to a predetermined tomographic plane is calculated from each tomographic image, and the calculated area is stored in a memory.
[0012]
Furthermore, in the X-ray tomographic imaging apparatus of the present invention, the means for converting the X-ray image into an optical image is constituted by an X-ray image intensifier.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the basic configuration of the X-ray tomography apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, 1 is an X-ray tube that generates X-rays, 2 is an X-ray generation point that generates X-rays, and 3 is an X-ray generated from the X-ray tube 1 and is irradiated in a conical shape. This is a simulation. Reference numeral 4 denotes an optical axis of the X-ray 3 that connects the center position of the imaging surface 5 and the X-ray generation point 2. Reference numeral 6 denotes an XY table for adjusting the position of the part of the object (sample) to be photographed on the optical axis 4 of the X-ray by a moving mechanism in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. Reference numeral 7 denotes a sample table, which is a rotary table that rotates around the rotary shaft 8 as a rotary shaft. The rotating shaft 8 corresponds to the rotating shaft 25 shown in FIG. The XY table 6 and the rotary table 7 include a moving mechanism in a direction perpendicular to the rotating surface for changing the tomographic plane, that is, a Z-axis direction moving mechanism 9 (not shown) and a moving mechanism for performing geometric enlargement. (Not shown) is provided.
[0014]
Reference numeral 10 denotes an object to be photographed, which is fixed on the rotary table 7. Reference numeral 11 denotes a tomographic plane of the object 10 to be photographed, which is a plane parallel to the sample table 7 including the intersection of the X-ray optical axis 4 and the rotary axis 8 of the rotary table 7. The tomographic plane 11 can be moved to a site where a tomographic image of the object 10 is desired to be taken by the above-described vertical direction moving mechanism 9, and the X and Y directions of the object can be obtained by the XY table 6. The tomographic image of the object can be moved to a desired site.
[0015]
Reference numeral 12 denotes a fluorescence multiplier tube, which is called an X-ray image intensifier. The imaging surface 5 of the fluorescent multiplier tube 12 is formed of an X-ray fluorescent material and has a function of converting the intensity of X-ray energy into visible light. The visible light converted on the imaging surface 5 is weak. Therefore, the fluorescence multiplier 12 has a function of amplifying the light intensity. Further, the imaging surface 5 is not a flat surface like the light receiving surface of the X-ray detector 26 described in FIG. 2, but is curved as described later.
[0016]
Reference numeral 13 denotes an image rotation prism. The image rotation prism 13 rotates about the rotation axis 14 of the image rotation prism. The rotating shaft 14 corresponds to the rotating shaft 27 shown in FIG. 2, but the rotating speed and direction rotate in the reverse direction at a constant speed with respect to the rotating shaft 8. Therefore, the image rotation prism 13 rotates in the direction opposite to the rotation table 7 which is a sample table, and the rotation shaft 8 of the rotation table 7 and the rotation shaft 14 of the image rotation prism 13 are kept parallel. It is configured.
[0017]
Reference numeral 15 denotes a video storage type imaging apparatus, for example, a television camera. A tomographic image of the object 10 projected on the imaging surface 5 is amplified by the fluorescence multiplier tube 12, and the image is rotated by the image rotation prism 13. The tomographic image is taken by a TV camera. The tomographic image taken by the television camera 15 is converted into a video signal and input to the control device 17, for example, a control computer via the transmission path 16. In the control device 17, a tomographic image taken by the television camera 15 is recorded as a video signal in a recording device (not shown) inside the control device 17 and, if necessary, a tomographic image of the object is displayed on the display device 18. Is done. Further, the control device 17 adjusts the position of the object 10 and the part of the object for which tomographic images are to be taken, so that the XY table 6, the rotation table 7, and the Z in the direction perpendicular to the rotation surface for changing the tomographic plane It has a function of controlling an axial movement mechanism 9 (not shown), a movement mechanism (not shown) for performing geometric enlargement, and the like. Further, the control device 17 is configured so that the tube voltage and the tube current can be adjusted in order to control the intensity and wavelength of the X-ray irradiated from the X-ray tube 1 to the object 10.
[0018]
The reason why a tomographic image of an object can be taken in the configuration shown in FIG. 1 will be described below. As described with reference to FIG. 2, X-rays 3 are emitted radially from the X-ray generation point 2 of the X-ray tube 1, and irradiate the target object 10 to be imaged at a predetermined angle. A tomographic image of the tomographic plane 11 (focal plane) of the object 10 including the intersection of the optical axis 4 of the X-ray 3 and the rotational axis 8 of the rotary table 7 is projected onto the imaging plane 5. The tomographic image projected on the imaging surface 5 is amplified by the fluorescence multiplier tube 12, and the tomographic image is reversely rotated by the image rotating prism 13 that rotates in the direction opposite to the rotary table 7 at a constant speed, and is incident on the television camera 15. Here, since the optical axis 4 of the X-ray 3 is inclined with respect to the rotation axis 8, the projection image of the tomographic plane 11 on the imaging surface 5 is a stationary image in the tomographic image taken by the television camera 15. However, since the projected image other than the tomographic plane 11 is detected as a rotating image, it is blurred and detected as a tomographic image.
[0019]
Now, as described above, the imaging surface 5 of the fluorescent multiplier 12 having a large aperture such as an X-ray image intensifier, for example, a 10 cm aperture, is not a plane as shown in FIG. Therefore, since the imaging surface of the detector 26 as shown in FIG. 2 is not flat, there is a problem that the tomographic image of the tomographic surface 11 of the object 10 is not formed on the imaging surface 5. This will be described with reference to FIGS. In FIG. 3 and FIG. 4, the same components as those in FIG. FIG. 3 shows an X-ray tomographic imaging apparatus having a large-diameter fluorescent multiplier tube 12 such as the X-ray image intensifier shown in FIG. 1, and the X-ray 3 generated at the X-ray generation point 2 passes through the object 10. The state projected on the fluorescence multiplier tube 12 is shown. As is clear from this figure, since the imaging surface 5 of the fluorescence multiplier tube 12 is curved, the focus plane on the object 10 is a curved focus plane as indicated by 31. The X-ray image of the tomographic plane of the object 10 is enlarged and projected on the imaging plane 5 at a predetermined magnification. The magnification M is expressed by the following equation.
[0020]
M = L2 / L1 (1)
Here, L1 represents the distance from the X-ray generation point 2 to the intersection between the optical axis 4 and the focus plane 31, and L2 represents the distance from the X-ray generation point 2 to the intersection between the optical axis 4 and the imaging surface 5. Represents.
[0021]
Further, the coordinates of an arbitrary point on the imaging surface 5 are (A, B), and the coordinates of the intersection of the X-ray generation point 2 and the line 32 connecting the coordinates (A, B) and the focus plane 31 are (a, B). Assuming b), the coordinates (a, b) are obtained by the following equation.
[0022]
a = A × L1 / L2 (2)
b = B × L1 / L2 (3)
4 is an enlarged view showing the relationship between the object 10 and the focus plane 31 shown in FIG. In FIG. 4, an object 10 used as a sample is, for example, a six-layer multilayer printed board having a size of about 20 mm × 20 mm and a thickness of about 300 μm. The focus plane 31 is a curved surface similar to the curved surface along the curved imaging surface 5 of the fluorescence multiplier tube 12. In other words, the curvature of the focus plane 31 is the same as the curvature of the imaging surface 5. The curved surface of the imaging surface 5 of the fluorescent multiplier tube 12 generally has a parabolic shape and can be obtained by actual measurement. Based on the actual measurement value, the curved surface of the focus plane 31 can be obtained from the above equations (2) and (3). The shape can be obtained by calculation. The target object 10 is described as an example using a six-layer multilayer printed board, but is not limited to the multilayer printed board, and can capture general semiconductors, resin materials, and other X-ray tomographic images. Needless to say, it can be applied to all materials that can be non-destructively inspected. In this case, although it is not a multilayer structure, the layers separated by the thickness of the X-ray tomographic resolution will be referred to as one layer, two layers,. In the X-ray tomographic imaging apparatus used in the present invention, the thickness of one layer (or tomographic resolution) is about 50 μm. This tomographic resolution is determined by the performance of the apparatus, and is not limited to 50 μm.
[0023]
Thus, the multilayer printed circuit board 10 shown in FIG. 4 is fixed on the rotating sample stage 7 that rotates about the rotating shaft 8, and the X, Y, and Z axes of the XY table 6 are controlled by the control device 17. Thus, the rotation axis 8 and the optical axis 4 of the X-ray are adjusted so as to intersect at the first layer of the multilayer printed board 31. When the X-ray image of the multilayer printed board 31 is formed on the imaging surface 5 of the fluorescent multiplier 12 in this way, an X-ray image having an enlarged curved surface indicated by the focus plane 31 is obtained on the imaging surface 5. Here, the focus plane 31 refers to a rotation plane formed by rotating the curve 31 around the rotation axis 8. Note that since the imaging surface 5 of the fluorescent multiplier tube 12 is actually in a complicated shape, the focus plane 31 does not necessarily coincide with the rotation surface formed by rotating the curve 31, but is an extremely close rotation surface. . Therefore, here, for the sake of simplicity, the focus plane 31 will be referred to as a rotation plane formed by rotating the curve 31.
[0024]
In this X-ray image, the X-ray image of the circular portion 41 indicated by the diameter S1 corresponding to the first layer of the multilayer printed circuit board 10 is clearly obtained because it is in the range of tomographic resolution. The focus plane 31 shows X-ray images of different layers of two layers, three layers,..., Six layers, and obtains an X-ray image of the first layer portion Sx other than the first layer circular portion 41. I can't.
[0025]
Next, the principle of taking an X-ray planar tomographic image of an object using a fluorescence multiplier tube having a curved imaging surface as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the same object 10 as shown in FIG. FIG. 5 shows a state in which the focus plane 31 is formed on the object 10 when the object 10 is irradiated with the X-ray 3. The object 10 is the same as that shown in FIG. First, in FIG. 5A, an X-ray tomographic image in the range indicated by the central portion (1) of the first layer of the object 10 is captured on the imaging surface 5 of the fluorescence multiplier tube 12. However, in the area (2), the X-ray tomogram of the second layer is taken, in the area (3), the X-ray tomogram of the third layer is taken, and in the area (4), the X-ray of the fourth layer is taken. A tomographic image is captured. Therefore, in the imaging of FIG. 5A, an X-ray tomographic image cannot be captured over the entire surface of the first layer.
[0026]
In order to improve this, in FIG.5 (b), the target object 10 is moved 50 micrometers in the arrow direction. That is, the control device 17 controls the Z direction moving mechanism 9 of the XY table 6 to move the object 10 by 50 μm in the Z direction (distance corresponding to tomographic resolution, the same applies hereinafter). As a result, the first layer region (2) can be photographed. In FIG. 5C, the object 10 is further moved in the Z direction by 50 μm. As a result, the first layer region (3) can be photographed. In FIG. 5D, the object 10 is further moved by 50 μm in the Z direction. As a result, the first layer region (4) can be photographed. Therefore, when this is executed up to the sixth layer, an X-ray tomographic image of the entire region of the first layer of the object 10 can be obtained.
[0027]
FIG. 6 is a plan view showing the X-ray tomographic image shown in FIG. That is, FIGS. 6A, 6B,... 6D correspond to FIGS. 5A, 5B, and 5D, respectively. That is, the X-ray tomographic image of each region (1), (2), (4) in the first layer of the object 10 can be captured by sequentially moving the object 10.
[0028]
FIG. 7 is a diagram for explaining the principle for constructing an X-ray tomographic image of the first layer of the object 10 from the X-ray tomographic images captured in FIGS. 5 and 6. 6 (a), 6 (b),... 6 (d), the regions (1), (2),. Although there is a diagonal line, it is not possible to distinguish which region is the first X-ray tomographic image on the actual display device 18. Therefore, it is necessary to reconstruct the first X-ray tomographic image from each X-ray tomographic image shown in FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining this.
[0029]
As described above, if the shape of the curved imaging surface 5 of the fluorescent multiplier tube 12 is obtained in advance by actual measurement, the coordinates of the focus plane 31 can be obtained from the equations (2) and (3). As a result, in FIG. 7A, the region (1) can be obtained by calculation as follows. That is, as can be seen from FIG. 4, the coordinates (a ₀ , b ₀ ) of the intersection of the optical axis 4 and the focus plane 31 can be calculated, so the coordinates of the circumference of the area of the diameter S1 shifted by 50 μm can be obtained. it can. Therefore, when the coordinates of the imaging surface 5 corresponding to the obtained coordinates on the focus plane 31 are calculated, a range corresponding to the region (1) on the display device 18 can be calculated. Therefore, this area 71 is stored in the memory of the control device 17. Next, the region (2) of the X-ray tomographic image shown in FIG. 7B obtained by moving the object 10 by about 50 μm is similarly calculated, and this region 71 is stored in the memory of the control device 17. If this is done sequentially, when moving four times, the X-ray tomographic images of the respective areas 71 to 74 in the first layer are registered in the memory. Therefore, the X-ray tomographic image of the entire first layer can be obtained by adding these areas 71 to 74 and displaying them on the display device 18.
[0030]
FIG. 8 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention. FIG. 7 illustrates that the boundaries of the areas (1), (2),..., (4) on the imaging surface 5 are calculated based on the coordinates, stored in the memory, and displayed on the display device 18 respectively. did. However, since the tomographic resolution of the X-ray tomographic imaging apparatus and the fluorescent multiplier used are not changed once incorporated as a system, for example, the tomographic resolution is set or the imaging surface is measured at the time of product shipment. In this case, the areas {circle over (1)}, {circle over (2)}, {circle over (4)} can be tabulated in advance and stored in the memory. FIG. 8 shows the table stored in the memory displayed in association with the areas (1), (2),... (4) on the screen of the display device 81. In this way, it is possible to extract the image of the region (1) (2) ... (4) more easily than converting the X-ray tomographic image obtained from the imaging device 15 into coordinates and calculating the necessary region by calculation. . If necessary, a pattern indicating the boundary of each region is displayed on the display device 81, and an X-ray tomographic image is superimposed on the pattern, so that the regions (1), (2),. It is also possible to add a division.
[0031]
In the above embodiment of the present invention, it has been described that the first layer X-ray tomographic image of the object is constructed. However, if this principle is used, the X-ray tomographic image of the object at a predetermined depth is used. It goes without saying that an X-ray tomographic image having a predetermined depth can be appropriately obtained by calculation if the moving range of the object and the imaging data are appropriately accumulated, as well as the image can be appropriately obtained.
[0032]
FIG. 9 shows an example of an X-ray tomographic image when a printed circuit board having a wiring pattern is imaged using the X-ray tomographic imaging apparatus of the present invention. The measurement conditions are X-ray tube voltage: 70 KV, tube current: 60 μA, accumulation time: 0.7 seconds, moving distance Z: 50 μm (one moving distance, corresponding to tomographic resolution). In FIG. 9, an image example 92 shows a first-layer X-ray tomographic image. As is clear from this image example 92, the wiring at the center indicated by 94 shows a relatively clear X-ray tomographic image, but the wiring at the peripheral portion is not clearly visible. An image example 93 is an X-ray tomographic image of the first layer of the wiring pattern imaged by the fourth movement, and shows an X-ray tomographic image in which the peripheral wiring indicated by 95 is relatively clear. The image example 91 shows an image in which all X-ray tomographic images of the first layer of the wiring pattern imaged by six movements are displayed on the display device as one X-ray tomographic image. As is apparent from this figure, it is shown that a sufficiently clear X-ray tomographic image can be obtained with an X-ray tomographic imaging apparatus using a curved X-ray image intensifier.
[0033]
Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the embodiment of the X-ray tomographic imaging apparatus described herein, and in addition to the above, a fluorescent multiplier tube having a curved imaging surface is provided. Needless to say, it can be widely applied to the apparatus and detection method used.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can sufficiently obtain an X-ray tomographic image even with a fluorescence multiplier tube having a curved imaging surface such as an X-ray image intensifier. Compared with the means for converting an X-ray image into an optical image, the sensitivity to X-rays is high, so that the possibility of detecting a micro defect that could not be seen in the prior art is improved. In addition, since it has a large imaging area and a wide variety of sizes, it can be used for large samples, and is an extremely effective apparatus as an X-ray tomographic imaging apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of a conventional X-ray tomographic imaging apparatus.
FIG. 3 is a partially enlarged view of a schematic configuration diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of an X-ray tomographic image displayed on a display device according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a method of constructing an X-ray tomographic image according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an example of an image captured by the X-ray tomographic imaging apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: X-ray tube, 2: X-ray generation, 3: X-ray, 4: Optical axis, 5: Imaging surface, 6: XY stage, 7: Rotary table, 8: Rotary axis of rotary table, 9: Z-axis drive Mechanism: 10: Object, 11: Tomographic plane, 12: Fluorescence multiplier, 13: Image rotation prism, 14: Rotation axis of image rotation prism, 15: Image storage type imaging device, 16: Cable, 17: Control device , 18: display device, 31: focus plane

Claims

Ｘ線源と上記Ｘ線源から発生するＸ線の光軸に対して傾斜した回転軸を有し、上記回転軸のまわりに回転する対象物を搭載する載置台と、上記載置台に載置された上記対象物を透過したＸ線像を光学像に変換する手段と、上記変換された光学像を回転させる手段と、上記光学像を電気信号に変換する手段と、上記電気信号を処理してＸ線断層像を得る制御部からなり、上記載置台は、上記対象物の断層面に垂直な方向にＸ線断層分解能に相当する距離移動する移動機構を有し、上記Ｘ線像を光学像に変換する手段は、湾曲した撮像面を有し、上記制御部は、上記移動機構により上記Ｘ線断層分解能に相当する距離移動する毎に得られる複数のＸ線断層像の所定部分を合成し、上記対象物の所定の部位の断層像を得ることを特徴とするＸ線断層撮像装置。An X-ray source and a mounting table having a rotation axis inclined with respect to the optical axis of X-rays generated from the X-ray source, and mounted on an object rotating around the rotation axis, and mounted on the mounting table Means for converting an X-ray image transmitted through the target object into an optical image, means for rotating the converted optical image, means for converting the optical image into an electrical signal, and processing the electrical signal. The above-mentioned mounting table has a moving mechanism that moves a distance corresponding to the X-ray tomographic resolution in a direction perpendicular to the tomographic plane of the object, and optically transmits the X-ray image. The means for converting to an image has a curved imaging surface, and the control unit synthesizes predetermined portions of a plurality of X-ray tomographic images obtained each time the moving mechanism moves a distance corresponding to the X-ray tomographic resolution. And obtaining a tomographic image of a predetermined part of the object. Image apparatus.

請求項１記載のＸ線断層撮像装置において、上記湾曲した撮像面に対応するフォーカスプレーンを演算により求め、上記フォーカスプレーンと上記Ｘ線断層分解能に相当する距離移動する毎に得られる複数のＸ線断層像とからそれぞれ所定の断層面に相当する領域を算出し、上記算出した領域をメモリに記憶したことを特徴とするＸ線断層撮像装置。The X-ray tomographic imaging apparatus according to claim 1, wherein a focus plane corresponding to the curved imaging surface is obtained by calculation, and a plurality of X-rays obtained each time a distance corresponding to the focus plane and the X-ray tomographic resolution is moved. An X-ray tomographic imaging apparatus, wherein an area corresponding to a predetermined tomographic plane is calculated from each tomographic image, and the calculated area is stored in a memory.

請求項１記載のＸ線断層撮像装置において、上記Ｘ線像を光学像に変換する手段は、Ｘ線イメージ・インテンシファイアであることを特徴とするＸ線断層撮像装置。2. The X-ray tomography apparatus according to claim 1, wherein the means for converting the X-ray image into an optical image is an X-ray image intensifier.