CN106170226B - 用于检查半导体晶片的x光检查设备 - Google Patents

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Abstract

一种x光检查系统，包括：x光源(100)；用于支撑将被检查的样品的样品支撑件(200)，其中所述样品支撑件(200)包括在水平面中延伸的支撑表面；x光检测器(300)；和样品支撑件定位组件(210)，用于相对于所述x光源(100)或者x光检测器(300)定位所述样品支撑件(200)。其中所述样品定位组件(210)包括用于使所述样品支撑件(200)在与所述水平面正交的竖直方向中移动的竖直定位机构(214、216)，以及用于使所述样品支撑件(200)和所述竖直定位机构(214、216)在第一水平方向中移动的第一水平定位机构(216、218)。这种布置允许所述样品精确地移动至所述水平面内的不同成像位置，以及使用低功率竖直定位机构。

Description

用于检查半导体晶片的X光检查设备
技术领域
本发明涉及x光检查设备，并且具体地涉及一种适合在处理半导体晶片以生产集成电路期间检查半导体晶片的设备和方法。然而，本发明的多方面主要涉及x光检查系统，并且能够被应用于用于检查任何类型的样品的系统。
背景技术
制作集成电路是一种光刻和化学处理步骤的多步骤序列，在其间电子电路逐渐地在由纯半导体，通常为硅制成的晶片上产生。从开始到结束，整个制造过程耗费六至八周，并且在被称为制作工厂的高度专业化设施中执行。制造厂需要许多昂贵的装置以起作用。估计建造新制造厂的成本超过10亿美元，高达30至40亿美元也很常见。结果，制造厂中的处理时间非常宝贵。制造厂不运行，例如维护制造厂内的机器的任何时间都是非常不期望的。
所以存在一种所有晶片处理步骤在所需维护最小的情况下都极其可靠的需求，并且也存在一种尽可能快地完成所有处理步骤并且占用尽可能小的空间的需求。
作为使处理可靠的一部分并且为了确保正在生产的电路适当地运行，期望能够在各种生产阶段测试晶片的缺陷和故障。虽然能够快速并且可靠地实现对表面特征的光学检查，但是(诸如通过硅孔道、铜柱和凸点)对内部故障，诸如所沉积的导电元件中的空隙、裂缝和不对准的检查更困难。用于检查这些故障的当前方法需要将晶片从制造厂取出，并且使用聚焦电子束、扫描电镜或者x光测试。然而，一旦晶片被从制造厂的洁净环境取出，晶片实际上就被破坏并且不能够再用。
将期望能够以更高效和非破坏性的方式精确地测试半导体晶片的沉积导电元件中的空隙、裂缝和不对准。也将期望能够以不导致半导体晶片的处理时间明显延长的方式快速地测试沉积导电元件中的空隙、裂缝和不对准。
发明内容
在第一方面，提供一种x光检查系统，包括：
柜，该柜包括x光源、用于支撑将被检查的样品的样品支撑件，以及x光检测器；和
鼓风机，该鼓风机被构造成迫使空气通过柜内的、在样品支撑件上方的空气进口进入柜，
其中鼓风机和柜被构造成迫使来自空气进口的空气通过柜，经过样品支撑件到达柜内的在样品支撑件下方的空气出口。
柜可以被构造成提供x光屏蔽件，并且为此可以有铅衬里。从安全性角度期望最小化x光从系统逸出。
这种类型的x光系统能够被用在洁净室环境中，以检查物品，诸如半导体晶片。通过保持来自样品支撑件上方的空气流经过样品支撑件到达样品支撑件下方的出口，能够保护样品不受任何灰尘和碎屑的影响。该系统被构造成使得贯穿系统的运行，即在样品被加载、成像、移动和从系统卸载时，都保持空气流动。该系统被构造成至少提供Class 4ISO14644-1洁净室环境。
x光源优选为密封x光管。与开放x光管相比，密封x光管需要的维护少很多，所以更适合用在其中为了维护而停止工厂的运行的任何时间都非常昂贵的半导体制造厂中。
优选地，x光源包括透射靶。透射靶的使用允许非常小光斑尺寸的 x光源，并且允许紧凑系统内的高放大率，这是因为正在被成像的样品能够接近透射靶。密封的透射靶的x光管特别有利于半导体晶片检查，这是因为这种类型的x光管能够提供高分辨率图像、良好的可靠性以及长维护周期。
优选地，该系统被构造成执行透射显微。x光检测器可以被构造成测量来自x光源的主入射x光束的衰减，以提供样品或者样品区域的二维图像。
该系统还可以包括高性能空气过滤器，诸如高效颗粒吸收(HEPA) 过滤器或者超低穿透率空气(ULPA)过滤器，该空气过滤器位于样品支撑件上方。这种类型的空气过滤器确保通过进口进入柜的空气流无灰尘。
在优选实施例中，鼓风机位于样品支撑件上方，并且处于柜内。在该实施例中，空气过滤器位于鼓风机和样品支撑件之间。在柜内提供鼓风机允许产生紧凑系统。然而，可能将鼓风机置于柜外部。
该系统可以包括多个鼓风机和多个空气过滤器。理想地，该系统被构造成柜内的空气流是均匀的和层流的，并且处于向下方向中，而无任何空气循环。所使用的鼓风机的数目能够被选择成适合柜内的系统组件的几何形状以实现层流。在优选实施例中，该系统包括两个鼓风机和两个相关联的空气过滤器。
鼓风机可以是风扇。空气过滤器可以联接至鼓风机。鼓风机和空气过滤器可以被设置成风扇过滤器单元。风扇过滤器单元可以包括具有空气进口的外罩、处于外罩内并且被构造成通过空气进口吸入空气的风扇、空气出口，以及横跨空气出口的过滤器板，以便迫使经过空气出口流出的空气经过滤器板。风扇过滤器单元可以被构造成在外罩内部提供比外罩外部更高的压力。在风扇过滤器单元内部提供更高压力提高了流经空气过滤器的空气流的均匀性，这是期望的以防止柜内的任何空气循环。
风扇过滤器单元可以包括联接至风扇的挡板。挡板被有利地构造成提供穿过过滤器板的均匀空气流。风扇可以位于外罩的中心处，并且挡板可以被构造成将来自风扇的空气引导至外罩的极端。外罩可以具有外壁，并且挡板可以被构造成将来自风扇的空气朝着外壁引导。
鼓风机可以包括x光屏蔽件，诸如铅板，x光屏蔽件被布置成防止 x光从柜通过鼓风机逸出。风扇过滤器单元内的挡板可以为x光屏蔽件。从安全性方面期望最小化x光从系统逸出。
x光源有利地位于样品支撑件上方，并且相对于柜固定。将x光源置于支撑件上方允许在支撑件的顶部上的样品，并且特别是样品的顶部表面紧贴x光源。在紧凑系统中提供高放大率图像是有利的。如果x 光源位于样品上方，则有利的是使得x光源在操作期间固定，以防止产生来自任何移动机构的、可能损伤样品的任何灰尘或者碎屑。由于x 光源为相对笨重和大质量的组件，所以保持x光源固定也有利。通常也需要相对不易弯曲并且难以移动的非常大的电缆。
x光检查系统可以包括控制器，该控制器包括图像处理器。图像处理器可以被连接至x光检测器，以从x光检测器接收数据。
x光检查系统可以包括允许样品支撑件和x光源之间的相对移动的第一定位组件，其中定位机构位于样品支撑件下方。第一定位组件可以包括用于在第一水平方向中移动样品支撑件的第一水平样品定位机构、用于在第二水平方向中移动样品支撑件的第二水平样品定位机构，以及用于在竖直方向中移动样品支撑件的竖直样品定位机构。
在优选实施例中，第一定位组件被构造成第一水平定位机构在第一水平方向中移动样品支撑件和竖直定位机构。竖直定位机构可以被构造成在竖直方向中移动第二水平定位机构和样品支撑件两者。优选地，第一水平定位机构被直接地安装至支撑框架。这种布置对于在水平面中执行样品的光栅扫描的系统有利。光栅扫描的扫描线在第二水平方向中延伸，所以第二水平定位机构需要在最长距离上频繁并且快速地操作。因而，第二水平定位机构被构造成仅移动样品支撑件，而不移动任何其它定位机构的质量(mass)。与竖直定位机构相比，第一水平定位机构也需要快速并且频繁地移动。通过将第一水平定位机构直接地安装至支撑框架，能够使第一水平方向中的移动快速并且精确。竖直定位机构改变图像放大率，并且需要在比水平定位机构相对短地距离上相对不频繁地移动，并且通常在光栅扫描操作期间完全不移动。能够使竖直定位组件比水平定位机构相对地质量较小。
第一水平定位机构与其固定的支撑框架可以被安装至地板。在优选实施例中，支撑框架包括被构造成将被固定至地板的第一刚性子框架，以及被通过缓冲机构支撑在第一子框架上的第二刚性子框架，第一水平定位机构被固定至第二刚性子框架。
x光检查系统可以包括样品支撑件位置检测组件，其包括非接触位置测量装置诸如激光干涉仪，其被定位为与样品支撑件相邻并且被构造成检测样品支撑件的位置或者位置变化。这特别有利于精确地确定样品在水平面内的位置，当产生非常高放大率的图像并且使用这些图像产生三维模型时需要该位置。在优选实施例中，系统包括两个非接触位置测量装置，优选为激光干涉仪。第一非接触位置测量装置用于检测样品支撑件在第一水平方向中的位置变化，并且第二非接触位置测量装置用于检测样品支撑件在第二水平方向中的位置变化。当然，一对非接触位置测量装置能够被布置成检测水平面内的不同于第一和第二水平方向的方向中的位置变化。其它可能的非接触位置测量装置包括光学线性编码器、磁性编码器、电容传感器和声纳距离测量装置。
非接触位置测量装置或者多个装置提供的位置信息可以被图像处理器使用。特别地，能够在层析计算中使用由非接触位置测量装置或者多个装置提供的样品在图像与图像之间的位置变化。当以非常高的放大率产生非常小的特征，诸如半导体晶片中的空隙的三维模型时，需要精确的位置信息。样品的位置信息越精确，图像的分辨率越好。
x光检查系统可以包括被固定至x光源的接近传感器，其被构造成提供x光源和样品支撑件上的样品的表面之间的距离测量。接近传感器可以是激光位置传感器或者共焦传感器。接近传感器可以被连接至图像传感器，以向图像传感器提供距离数据。图像传感器可以在图像处理计算，诸如层析计算中使用来自接近传感器的距离测量。
控制器可以被连接至样品定位组件，并且可以基于接近传感器提供的距离测量来控制样品定位组件。接近传感器提供x光源和样品的顶部表面之间的精确距离测量，该精确距离测量能够在图像处理计算，诸如放大率计算中使用，以及能够被使用以防止样品和x光源的任何碰撞。为了在紧凑系统中提供对半导体晶片中的小特征的有用检查，使得样品非常接近x光源，但是样品和x光源之间的任何碰撞将可能损伤样品和x光源两者。因此，有必要在使样品非常接近x光源的同时避免这些碰撞。
样品定位组件可以包括线性编码器。控制器可以被构造成基于接近传感器提供的距离测量校准线性编码器。
x光检查系统还可以包括允许x光检测器和x光源之间相对移动的第二定位组件，其中第二定位机构位于样品支撑件下方。第二定位组件可以包括水平检测器定位机构，以使检测器在水平面内的至少两个非平行方向中移动。检测器定位机构可以包括检测器倾斜机构，其被构造成允许检测器绕至少两个非平行轴线从水平面倾斜。然后，检测器能够被倾斜，以便无论检测器位于何处，检测器的成像表面始终垂直于检测器的中心与x光源的输出光斑之间的线。控制器可以被连接至第二定位组件。
第一和第二定位组件被有利地定位在样品支撑件下方。使样品和检测器相对于x光源移动的能力允许样品的不同部分被成像，并且使用不同检查角度。能够在层析系统中使用相同样品，或者样品的相同部分的一系列图像，以产生样品的三维模型和图像，并且精确地定位和测量裂缝、空隙和其它缺陷。
通过将固定的x光源定位在样品上方，并且将定位组件定位在样品下方，系统的所有移动组件都能够位于样品下方。通过向下指向的空气流，这降低了移动部分产生的任何碎屑到达并且损伤样品的可能性。
系统可以包括位于x光源下方但是位于第一和第二定位组件上方的穿孔板。穿孔板和鼓风机被构造成在穿孔板上方提供第一气压，并且在穿孔板下方提供第二气压，其中第二气压低于第一气压。优选地，当样品支撑件处于其最上部位置(其相应于最大放大率)时，穿孔板被定位为与样品支撑件的高度齐平。样品上方的空间和样品下方的空间之间的即使小的压差也防止空气从样品下方至样品之上的任何明显流动。
空气进口有利地包括曲折空气流动路径。这确保了来自x光源的x 光不能通过空气进口从柜逸出。出于相同原因，空气出口有利地包括曲折空气流动路径。优选地，空气进口大，以最小化任何空气循环。
样品支撑件被构造成在x光检查期间支撑样品。在一个实施例中，样品支撑件被构造成支撑半导体晶片。
可以根据下文所述的本发明的第十一至第十五方面任一项来构造样品支撑件。
高度期望在晶片处理期间以非破坏性方式检查半导体晶片的内部特征的能力。通过提供其中引导空气流从晶片上至晶片下地穿过柜的系统，同时柜仍提供所需x光屏蔽，这成为可能。
使用空气过滤器诸如风扇过滤器单元中存在的那些空气过滤器和与样品支撑件齐平的穿孔板，以及将x光源定位在样品支撑件上方的固定位置中，确保了能够满足洁净室标准。进一步，有利的特征，诸如使用密封的透射靶x光管，提供了商业上有吸引力的系统的所需可靠性和图像质量。
在本发明的第二方面，提出一种检查半导体晶片的方法，包括：
引导晶片处的x光；
检测已经穿过晶片的x光；以及
与引导步骤和检测步骤同时地引导来自晶片上方的层流气流经过晶片到达晶片下方。
空气流优选地包含HEPA或者ULPA过滤过的空气。
通过提供经过晶片的洁净空气的连续流，在没有可能已经从系统内的机构拾取灰尘或者碎屑的空气循环的情况下，检测系统能够满足洁净室标准，并且污染或者损伤半导体晶片的风险被最小化。
在本发明的第三方面，提供一种x光检查系统，包括：
x光源、被构造成支撑将被检查的半导体晶片的样品支撑件，以及 x光检测器；其中x光源位于样品支撑件上方。
优选地，x光源被固定至支撑框架，并且在系统操作期间不移动。样品支撑件可以被定位为非常靠近x光源，以允许产生高放大率的图像。
在这一方面，x光检查系统可以包括：柜，该柜包含x光源、样品支撑件和x光检测器；和鼓风机，该鼓风机被构造成迫使空气通过在柜内处于样品支撑件上方的空气进口进入柜，其中鼓风机和柜被构造成迫使来自空气进口的空气穿过柜，经过样品保持器到达在柜内处于样品保持器下方的空气出口。
样品支撑件可以包括在水平面中延伸的支撑表面，并且还包括用于相对于x光源或者x光检测器定位样品支撑件的样品支撑件定位组件，支撑件定位组件位于样品支撑件下方。
第一样品定位组件可以包括用于使样品支撑件在垂直于水平面的竖直方向中移动的竖直定位机构；和用于使样品支撑件和竖直定位机构在第一水平方向中移动的第一水平定位机构。x光检查系统还可以包括允许x光检测器和x光源之间的移动的第二定位组件，其中第二定位机构位于样品支撑件下方。
在本发明的第四方面，提供一种x光检查系统，包括：
x光源、用于支撑将被检查的样品的样品支撑件，其中样品支撑件包括在水平面中延伸的支撑表面，
x光检测器；和
样品支撑件定位组件，用于相对于x光源或者x光检测器定位样品支撑件；
其中样品定位组件包括用于使样品支撑件在垂直于水平面的竖直方向中移动的竖直定位机构，和用于使样品支撑件和竖直定位机构在第一水平方向中移动的第一水平定位机构。
样品定位组件可以包括被构造成使样品支撑件在不平行于第一水平方向的第二水平方向中移动的第二水平定位机构，其中竖直定位机构被构造成使第二水平定位机构和样品支撑件两者在竖直方向中移动。
系统还可以包括控制器，其被连接至第一和第二水平定位机构并且被构造成控制水平定位机构以使样品支撑件相对于x光源移动从而在水平面中执行光栅扫描。有利地，扫描线在第二水平方向中延伸。第二水平定位机构需要在最长距离上，频繁并且快速地操作。因而，第二水平定位机构被构造成仅移动样品支撑件，并且不移动任何其它定位机构的质量。与竖直定位机构相比，第一水平定位机构也需要快速并且频繁地移动。通过将第一水平定位机构直接地安装至刚性支撑框架，能够使第一水平方向中的移动快速并且精确。
系统可以被构造成竖直定位机构具有比第一和第二水平定位机构更短的行进范围。系统可以被构造成竖直定位机构操作成比第一和第二水平定位机构更缓慢地移动样品支撑件。
竖直定位机构改变图像放大率，并且通常需要在比水平定位机构相对更短的距离上相对不频繁地移动，并且通常在光栅扫描操作期间完全不移动。由于竖直定位组件不需要像水平定位机构一样远或者一样快地移动，所以能够使竖直定位组件比水平定位机构质量相对较小。
定位组件可以包括多个马达。特别地，第一和第二水平定位机构可以每个都包括一个或者更多线性马达。竖直定位组件可以包括伺服马达，以及导螺杆。系统可以有利地被构造成控制定位组件内的机构，以将样品支撑件移动至多个预定成像位置。
x光检查系统还有利地包括被构造成固定至地板的框架，其中第一水平定位机构被固定至框架。通过将第一水平定位组件直接地固定至支撑框架，能够使第一水平定位组件快速并且精确。框架可以形成为通过缓冲组件彼此连接的两个或者更多个部分，以降低样品支撑件的振动。
样品支撑件可以被构造成支撑半导体晶片。样品支撑件可以根据本发明的第十一至第十五方面中的任一项构成。
优选地，x光源位于样品支撑件上方。优选地，如关于本发明的第一方面所述的，x光源为具有透射靶的密封x光管。
如参考本发明的第五方面更详细地描述的，x光检查系统还可以包括样品支撑件位置检测组件，其包括非接触位置测量装置，诸如激光干涉仪，其与样品支撑件相邻地定位并且被构造成检测样品支撑件的位置或者位置变化。
如参考本发明的第六、第七和第八方面更详细地描述的，x光检查系统还可以包括接近传感器，其被固定至x光源，以确定x光源和样品支撑件上的样品表面之间的距离。
系统可以被构造成基于x光检测器记录的图像执行层析计算。
x光检查系统可以包括用于相对于x光源定位x光检测器的检测器定位组件，其中检测器定位组件包括用于使检测器在水平面内的至少两个非平行方向中移动的水平检测器定位机构，以及被构造成允许检测器绕至少两个非平行轴线从水平面倾斜的检测器倾斜机构。参考本发明的第九和第十方面更详细地描述检测器定位组件的有利特征。
在本发明的第五方面，提供一种x光检查系统，包括：
x光源、用于支撑将被检查的样品的样品支撑件、x光检测器；用于相对于x光源或者x光检测器定位样品支撑件的样品定位组件；包括被定位成与样品支撑件相邻并且被构造成检测样品支撑件的位置或者位置变化的非接触位置测量装置的样品支撑件位置检测组件；以及连接至样品支撑件位置检测组件的图像处理器。
非接触位置测量装置可以为激光干涉仪。x光检查系统还可以包括被安装至样品支撑件以反射来自干涉仪的激光的反射器。
系统可以被构造成将样品定位组件自动地移动至多个成像位置，其中图像处理器被构造成基于非接触位置测量装置的输出计算样品支撑件从一个成像位置至另一个成像位置的位置变化。图像处理器可以被构造成使用非接触位置测量装置的输出，对x光检测器记录的图像执行层析计算。
样品支撑件可以包括在水平面内延伸的支撑表面。样品定位组件可以包括用于使样品支撑件在第一水平方向中移动的第一定位机构，以及用于使样品支撑件在第二水平方向中移动的第二定位机构。然后，样品支撑件位置检测组件可以包括用于检测样品支撑件在第一水平方向中的位置或者位置变化的第一非接触位置测量装置，以及用于检测样品支撑件在第二水平方向中的位置或者位置变化的第二非接触位置测量装置。优选地，第二非接触位置测量装置为第二激光干涉仪，并且x光检查系统还可以包括被安装至样品支撑件以反射来自第二干涉仪的激光的第二反射器。
在具有两个或者更多干涉仪的系统中，可以存在两个或者更多相应的激光源。可替选地，系统可以包括一个或者更多分束器，其被构造成将激光束分为能够在不同干涉仪中使用的两个次光束。
样品定位组件可以包括用于使样品支撑件在垂直于水平面的竖直方向中移动的竖直定位机构，并且其中样品支撑件位置检测组件可以包括用于检测样品支撑件在竖直方向中的位置或者移动的第三非接触位置检测装置。第三非接触位置测量装置可以被定位为检测样品支撑件的竖直位置，并且可以被定位为检测安装在样品支撑件上的样品的顶部表面的竖直位置。控制器可以被构造成基于第三非接触位置测量装置的输出执行放大率计算。
非接触位置测量装置或者每个非接触位置测量装置可以为零差式干涉仪或者外差式干涉仪。其它可能的非接触位置测量装置包括光学线性编码器、磁编码器、电容式传感器和声纳距离测量装置。
x光源有利地位于样品支撑件上方。样品支撑件可以被构造成支撑半导体晶片。样品支撑件可以根据本发明的第十一至第十五方面任一方面构成。
x光检查系统可以包括被固定至x光源并且被构造成确定x光源与样品支撑件上的样品的表面之间的距离的接近传感器。接近传感器的输出端可以被连接至控制器。接近传感器可以关于本发明的第六、第七和第八方面被更详细地描述。
x光检查系统可以包括用于相对于x光源定位x光检测器的检测器定位组件，其中检测器定位组件包括用于使检测器在水平面内的至少两个非平行方向中移动的水平检测器定位机构，和被构造成允许检测器绕至少两个非平行轴线从水平面倾斜的检测器倾斜机构。参考本发明的第九至第十方面更详细地描述检测器定位组件的有利特征。
在本发明的第六方面，提供一种x光检查系统，包括：
x光源、用于支撑将被检查的样品的样品支撑件，
x光检测器、包括用于使样品支撑件沿第一轴线朝着和远离x光源移动的第一定位机构的样品定位组件、被构造成提供x光源和样品支撑件上的样品表面之间的距离测量的固定至x光源的接近传感器，以及连接至接近传感器的控制器。
控制器可以被连接至样品定位组件，并且基于来自接近传感器的距离测量值控制样品定位组件。控制器可以包括图像处理器，并且可以在图像处理计算中使用来自接近传感器的距离测量值。
接近传感器可以包括平行于第一轴线引导激光束的激光源。接近传感器可以为共焦传感器。
提供x光源和样品的顶部表面之间的直接距离测量值出于许多原因有益，特别是在其中通常包括感兴趣的区域的样品的顶部表面非常接近x光源的高放大率系统中有益。首先，距离测量值能够被用于校准第一定位机构，以便能够实现精确定位和之后的图像处理。第二，能够在放大率计算中直接地使用距离测量值，以提供放大率的精确测量。第三，能够使用距离测量值或多个距离测量值以防止样品的顶部表面和x光源之间的、将可能对两者非常有损伤的任何碰撞。
有利地，控制器被构造成基于来自接近传感器的距离测量值校准第一定位机构。特别地，定位组件可以包括沿第一轴线布置的线性编码器，并且控制器可以被构造成使用来自接近传感器的一个或者更多距离测量值校准线性编码器。
控制器可以被构造成使用接近传感器确定的距离执行放大率计算。
定位组件可以包括被构造成使样品支撑件在垂直于第一轴线的平面内移动的第二定位机构，并且控制器可以被构造成相对接近传感器操作第二定位机构，以便对样品支撑件上的样品的顶部表面执行扫描。扫描可以为光栅扫描。
有利地，控制器被构造成记录扫描期间记录的样品的最接近点。然后，控制器可以被构造成基于最接近点计算第一定位机构与x光源的最接近安全位置；并且控制第一定位组件，以防止第一定位组件移动成比所计算的最接近安全位置更接近于x光源。
x光源有利地位于样品支撑件上方。样品支撑件可以被构造成支撑半导体晶片。样品支撑件可以根据本发明的第十一至第十五方面中的一方面构成。
如关于本发明的第一方面所述的，x光源优选地为具有透射靶的密封x光管。
如参考本发明的第五方面更详细地描述的，x光检查系统还可以包括样品支撑件位置检测组件，其具有一个或者更多激光干涉仪，其被定位成与样品支撑件相邻且被构造成检测样品支撑件的位置或者位置变化。
x光检查系统可以包括用于相对于x光源定位x光检测器的检测器定位组件，其中检测器定位组件包括用于使检测器在水平面内的至少两个非平行方向中移动的水平检测器定位机构，以及被构造成允许检测器绕至少两个非平行轴线从水平面倾斜的检测器倾斜机构。参考本发明的第九和第十方面更详细地描述检测器定位组件的有利特征。
系统可以被构造成对x光检测器记录的图像执行层析计算。
在本发明的第七方面，提供一种控制x光检查系统的方法，x光检查系统包括：x光源；用于支撑将被检查的样品的样品支撑件，其中样品支撑件包括支撑表面；x光检测器；包括用于使样品支撑件沿第一轴线朝着以及远离x光源移动的第一定位机构以及被构造成使样品支撑件在垂直于第一轴线的平面内移动的第二定位机构的样品定位组件；以及被固定至x光源的接近传感器，以确定x光源和样品支撑件上的样品的表面之间的距离，该方法包括：
a)将样品置于样品支撑件上；
b)使用第一定位机构将样品支撑件定位在第一定位机构的第一位置处；
c)使样品支撑件在垂直于第一轴线的平面内移动经过接近传感器，并且随着样品支撑件在平面内移动而记录多个位置处的样品的表面与x光源的距离；
d)基于所记录的距离计算第一定位机构与x光源的最接近安全位置；以及
e)控制第一定位组件，以防止第一定位组件被移动为比所计算的最接近安全位置更接近x光源。
该方法还可以包括基于所记录的距离执行放大率计算。
移动样品支撑件的步骤可以包括在光栅扫描构造中移动样品支撑件。
在本发明的第八方面，提供一种控制x光检查系统的方法，x光检查系统包括：x光源；用于支撑将被检查的样品的样品支撑件，其中样品支撑件包括支撑表面；x光检测器；包括用于使样品支撑件沿第一轴线朝着以及远离x光源移动的第一定位机构以及被构造成使样品支撑件在垂直于第一轴线的平面内移动的第二定位机构的样品定位组件；以及被固定至x光源的接近传感器，以确定x光源和样品支撑件上的样品的表面之间的距离，该方法包括：
a)将样品置于样品支撑件上；
b)使用第一定位机构将样品支撑件定位在第一定位机构的第一位置处；
c)记录第一位置处样品的表面与x光源的距离；以及
d)基于所记录的距离执行放大率计算。
在上下文中，“放大率计算”是样品或者样品的一部分的图像在x 光检测器上的放大率的计算。
在本发明的第九方面，提供一种x光检查系统，包括：
x光源；用于支撑将被检查的样品的样品支撑件，其中样品支撑件包括在第一水平面中延伸的支撑表面；
x光检测器；用于相对于x光源定位样品支撑件的样品定位组件；用于相对于x光源定位x光检测器的检测器定位组件，其中检测器定位组件包括用于使检测器在第二水平面内的至少两个非平行方向中移动的水平检测器定位机构；以及被构造成允许检测器绕至少两个非平行轴线从第二水平面倾斜的检测器倾斜机构。
然后，检测器能够被定位成不管检测器处于第二水平面内的位置，检测器的成像表面始终与检测器的中心和x光源之间的线垂直。使检测器的成像表面在每个成像位置都始终直接地面向x光源提供了最高质量的结果图像，这是因为它消除了当x光以极端倾斜角度进入检测器时发生的模糊。
有利地，两个非平行轴线是共面的。x光检测器可以包括平面成像表面，并且两个非平行轴线也可以位于与成像表面相同的平面中。这种布置特别是在将在层析计算中使用图像时简化图像处理计算。
有利地，独立于水平检测器定位机构地驱动倾斜机构。这允许检测器的定向非常精确。倾斜机构可以包括第一万向节和第二万向节。在优选实施例中，第一万向节由第一万向节马达驱动，并且第二万向节由第二万向节马达驱动。第一和第二万向节马达可以由单个控制器自动地控制。控制器可以被构造成控制第一和第二万向节马达，以将x 光检测器定位在多个成像位置中，以产生能够在层析计算中组合的多个图像。第一和第二万向节马达可以包括输出侧上的直接读取编码器。
x光检查系统还可以包括控制器，控制器被连接至并且构造成控制检测器定位组件，控制器被构造成将检测器移动至多个成像位置，并且控制倾斜机构以确保检测器的成像表面在多个成像位置中的每个位置中都与检测器中心和x光源的输出光斑之间的线正交(即，垂直)。
控制器可以被构造成控制水平检测器定位机构，以使检测器在水平面中以光栅扫描模式移动。
样品定位组件可以包括用于使样品支撑件在垂直于水平面的竖直方向中移动的竖直样品定位机构。
样品定位组件可以包括用于使样品支撑件在第一水平方向中移动的第一水平样品定位机构，以及用于使样品支撑件在第二水平方向中移动的第二水平样品定位机构。关于本发明的第四方面描述了样品定位组件的有利特征。特别地，第二水平样品定位机构可以被安装在竖直样品定位机构上，并且竖直定位机构可以被安装在第一水平样品定位机构上。
样品支撑件可以被构造成支撑半导体晶片。样品支撑件可以根据本发明的第十一至第十五方面中的一方面构成。
x光检查系统还可以包括样品定位组件和检测器定位组件被安装到的框架，其中x光源被固定至框架。
x光源被有利地定位在样品支撑件上方。
系统可以被构造成在x光检测器所记录的图像上执行层析计算。
如关于本发明的第一方面所述的，x光源优选地为具有透射靶的密封x光管。
如参考本发明的第五方面更详细地描述的，x光检查系统还可以包括样品支撑件位置检测组件，其具有非接触位置测量装置，诸如激光干涉仪，其被定位成与样品支撑件相邻并且被构造成检测样品支撑件的位置或者位置变化。
如参考本发明的第六、第七和第八方面更详细地描述的，x光检查系统还可以包括被固定至x光源的接近传感器，以确定x光源和样品支撑件上的样品表面之间的距离。
在本发明的第十方面，提供一种控制x光检查系统的方法，该系统包括x光源；用于支撑将被检查的样品的样品支撑件，其中样品支撑件包括在第一水平面中延伸的支撑表面；x光检测器；用于相对于x 光源定位样品支撑件的样品定位组件；用于相对于x光源定位x光检测器的检测器定位组件，其中检测器定位组件包括用于使检测器在第二水平面内在至少两个非平行方向中移动的水平检测器定位机构，以及被构造成允许检测器绕至少两个非平行轴线从第二水平面倾斜的检测器倾斜机构，该方法包括：
控制检测器定位组件以将检测器移动至多个成像位置，以及控制倾斜机构以确保检测器在多个成像位置中的每个位置都面向x光源。
如上所述，使检测器的成像表面在每个成像位置都始终直接面向x 光源提供了最高质量的结果图像，这是因为消除了x光以倾斜角度进入检测器导致的模糊。
在本发明的第十一方面，提供一种用于半导体晶片的样品支撑件，包括：
具有成像区域的大致平面的支撑表面，其被构造成支撑半导体晶片；和
支撑表面的成像区域中与真空端口流体连通的至少一个凹进，
其中样品支撑件在垂直于平面支撑表面的方向中具有一定厚度，并且其中横跨成像区域，样品支撑件的厚度变化率具有每毫米行程不超过5％的最大值。
在上下文中，术语“真空端口”的意思是真空源能够与其连接的出口。向真空端口应用真空在样品支撑件上的晶片下方的凹进或者多个凹进中产生低压，由此保持晶片就位。这是传统晶片夹的工作方式。
凹进可以具有侧壁。优选地，侧壁以连续曲线从凹进的第一侧延伸至凹进的相对侧。有利地，侧壁具有至少10mm，并且更优选地至少 15mm的最小曲率半径。优选地，最小曲率半径比平面支撑表面下方的凹进的最大深度大至少一个量级，并且优选地至少大两个量级。平面支撑表面和凹进侧壁之间的过渡区域可以以连续曲线延伸，并且有利地具有不小于1mm的最小曲率半径。
优选地，凹进的相对于平面支撑表面的深度的最大变化率平行于平面支撑表面横跨该凹进不超过0.2mm/mm行程。
有利地，样品支撑件的厚度横跨成像区域的变化不超过最大厚度的10％，并且更优选地横跨成像区域的变化不超过5％。有利地，从凹进的第一侧至凹进的相对侧的最小距离是凹进的最大深度的至少10 倍，并且优选地为凹进最大深度的至少20倍。
有利地，样品支撑件由在样品支撑件的x光图像中不产生明显对比变化但是机械上稳定的均质、非晶体材料形成。优选地，样品支撑件的密度小于2000kg/m3并且更优选地小于1500kg/m3。适合的材料包括聚醚醚酮(PEEK)、铍和乙缩醛二乙醇(acetal)。
根据本发明的该方面的样品支撑件的益处在于，该样品支撑件使已经穿过支撑件的x光产生的x光图像中不产生明显的对比度变化。有利地，凹进导致的晶片支撑件的厚度变化是逐渐的，并且与支撑的总厚度相比是小的，并且不包括任何尖锐边缘。
样品支撑件可以包括成像区域内的多个凹进。每个凹进都可以基本为环状。每个凹进的径向宽度都可以在2至10mm之间。平面支撑表面下方的每个凹进的最大深度可以在0.1至0.5mm之间。
真空端口可以位于支撑件的成像区域外的区域内。
在本发明的第十二方面中，提供一种用于半导体晶片的样品支撑件，包括：被构造成支撑半导体晶片的具有成像区域的大致平面的支撑表面；和支撑表面的成像区域内的至少一个凹进，其与真空端口流体连通，其中凹进具有从凹进的第一侧延伸至凹进的相对侧的弯曲侧壁。
优选地，侧壁以连续曲线从凹进的第一侧延伸至凹进的相对侧。
有利地，侧壁具有至少10mm，并且更优选至少15mm的最小曲率半径。优选地，最小曲率半径比平面支撑表面下方的凹进的最大深度大至少两个量级。
在本发明的第十三方面，提供一种用于半导体晶片的样品支撑件，包括：
被构造成支撑半导体晶片的具有成像区域的大致平面的支撑表面；和
支撑表面的成像区域内的、与真空端口流体连通的至少一个凹进，
其中凹进相对于平面支撑表面的最大深度变化率平行于平面支撑表面横跨该凹进不超过0.2mm/mm行程。
在本发明的第十四方面，提供一种用于半导体晶片的样品支撑件，包括：
被构造成支撑半导体晶片的具有成像区域的大致平面的支撑表面；和
支撑表面的成像区域内的与真空端口流体连通的至少一个凹进，
其中样品支撑件在垂直于平面支撑表面的方向中具有一定厚度，并且样品支撑件的厚度横跨成像区域的变化不超过最大厚度的10％，并且更优选地横跨成像区域的变化不超过5％。
在本发明的第十五方面，提供一种用于半导体晶片的样品支撑件，包括：
被构造成支撑半导体晶片的具有成像区域的大致平面的支撑表面；和
支撑表面的成像区域内的与真空端口流体连通的至少一个凹进，
其中从凹进的第一侧至凹进的相对侧的最小距离是凹进的最大深度的至少10倍，并且优选地至少20倍。
在本发明的第十六方面，提供一种x光检查系统，包括x光源、x 光检测器，以及根据第十一至第十五方面中的任一方面的位于x光源和x光检测器之间的样品支撑件。
系统可以被构造成对x光检测器记录的图像执行层析计算。
x光源可以位于样品支撑件上方。x光检查系统可以包括：柜，该柜包括x光源、样品支撑件和x光检测器；和鼓风机，鼓风机被构造成迫使空气通过柜内的处于样品支撑件上方的空气进口进入柜，其中鼓风机和柜被构造成迫使空气从空气进口经过样品保持器穿过柜到达柜内的处于样品保持器下方的空气出口。
关于本发明一方面所述的特征可以被应用于本发明的其它方面。在本公开内预期本发明的两个或者更多方面的任何组合。
附图说明
现在将参考附图仅作为示例详细地描述本发明的实施例，其中：
图1是x光检查系统的基本组件的示意图；
图2是根据本发明的x光检查系统的第一示意性横截面图；
图3是沿图2中的平面A-A的图2的x光检查系统的第二示意性横截面图；
图4是图2中所示类型的系统的在移除柜情况下的简化透视图；
图5A 是图4的柜的顶部的透视图；
图5B 是图4中所示的柜的基础的剖视图；
图5C 是流经图2中所示的出口的空气流的特写图；
图6是图2的x光检查系统中的样品定位组件的布置的示意图；
图7是根据本发明一方面的样品定位组件的透视图；
图8是样品支撑件位置检测系统的示意图；
图9是示出图7的样品定位组件中的图8的位置检测系统的位置的透视图；
图10是样品接近传感器组件的示意图；
图11是示出图2中所示类型的x光检查系统中的接近传感器的位置的透视图；
图12是示出在接近计算中和放大率计算中使用的距离的示意图；
图13是示出碰撞防止操作的流程图；
图14是根据本发明的x光检查系统的示意性横截面图，示出x光检测器的倾斜机构；
图15是使x光检测器在水平面中移动的机构的视图；
图16是检测器倾斜机构的透视图；
图17是半导体晶片的样品支撑件的透视图；
图18是图17的一部分样品支撑件的示意性横截面图；
图19是根据现有技术的典型晶片夹的一部分的横截面图；
图20是示出x光检查系统的控制元件的示意图；以及
图21是示出x光检查系统的连续方式的操作的流程图。
具体实施方式
x光检查系统组件
图1是x光成像系统的基本元件的示意图。图1中所示的系统包括在该系统中保持固定的x光源10、可移动样品支撑件12和可移动检测器14。来自x光源10的x光穿过支撑件以及被安装在样品支撑件上的任何样品，并且撞击在检测器14上。图1示出相应于检测器14的视野的样品支撑件上的区域16。检测器的视野由用户通过相对定位检测器14、样品支撑件12和x光源10选择，使得样品或者样品区域处于检测器的视野内。检测器能够移动至不同的成像位置，使得能够通过样品支撑件上的样品获取不同的投影。在上下文中，不同的投影意思是x光在不同方向中穿过支撑件上的样品。
通常存在两种操作模式。在第一模式下，检测器保持固定并且样品支撑件被移动至不同位置，以获取不同视野。在第二模式下，检测器和样品支撑件以协同方式移动，以通过相同视野获取不同角度的投影。这种协同运动使得能够使用层析生成三维重建。
支撑件12可在XY平面内移动，以便支撑件上的样品能够移动至处于x光源和检测器之间的位置。在图1中所示的示例中，支撑件12 也可在竖直或者Z方向中移动。这允许调节检测器处的被检测图像的放大率。换句话说，取决于x光源10和支撑件12之间以及x光源10 和检测器14之间的相对距离，能够使支撑件的更大或者更小区域落入检测器的视野内。如上所述，将被成像的样品区域必须落入视野内。
通常，x光源10包括管，其通过对来自电子枪的电子加速并且引起高能电子碰撞金属靶而产生x光束。光束内所含的x光足够高能，以穿透样品支撑件12上的靶物体的厚度，使得已衰减的x光到达检测器14。在正在成像的区域内，x光被样品中的不同密度的材料以及它们的不同厚度衰减的不同水平在被检测器捕捉的结果图像中产生对比度。
检测器14可以是数字检测器，并且具有本领域众所周知的配置。通常，检测器包括有效区域、将有效区域上的入射x光转换为能够被测量或者成像的另一种信号类型的传感器，以及用于放大信号振幅的放大器。信号在检测器14内被从模拟形式转换为数字形式，并且从检测器输出数字图像。例证性数字检测器是互补金属氧化物半导体 (CMOS)平板检测器，其包括组成有效区域的硅光电二极管的二维像素阵列。
层析
在图1中，示出检测器14处于四个不同位置中，并且在支撑件上存在四个相应区域16。应理解，可能存在更多的位置。在层析系统中，可以从任何数目的投影配置正在被成像的样品区域的三维模型，并且实际上使用12至720之间任何数目的投影。
结果三维模型允许用户通过被成像的区域检查任何平面，并且回顾三维图像以发现诸如空隙的缺陷。
在本领域中已知各种层析算法和处理技术，诸如美国加利福尼亚州94402圣马特奥市Borel大道441号550室的Prexion公司提供的 ReconPro重建解决方案。
对使用多个图像生成三维模型的要求是了解x光源、对于每个图像的感兴趣区域和检测器之间的精确空间关系。二维图像在层析中组合的方式依赖于这种几何信息，这是因为在所使用的数学公式中需要这种几何信息。
洁净室x光检查系统
为了在生产期间使用上述系统检查并且生成在洁净室环境中生产的样品，诸如半导体晶片的模型，x光检查系统本身有必要满足洁净室标准。
图2是根据本发明的一个实施例的x光检查系统的示意性横截面图。图3是沿平面A-A，垂直于图2的横截面截取的图2中所示的系统的第二横截面图。图4是图2和3的系统的局部剖视透视图。
图2、3和4中所示的系统在柜110内包括x光管100、样品支撑件200和检测器300。柜110有铅衬里，以提供对x光管100产生的x 光的屏蔽。
在柜110内，存在x光管100、样品支撑件200和检测器都被安装在其上的支撑框架120。样品支撑件200被构造成保持半导体晶片(图 2、3或4中未示出)。
框架包括允许检测器300在水平面内移动的检测器定位组件310 (图3或者4中不可见)。在图2和3中未示出检测器定位级310的详细组件，并且任何适当的布置都可以被用于洁净室兼容系统。然而，参考图14-16详细地描述了一种创造性并且有利的布置。在该实施例中，检测器定位机构包括检测器被支撑在其上的沿X轴线的第一梁 314，以及第一轨道314被支撑在其上的、具有在Y方向中延伸的轨道 318的支撑框架120。设置线性马达以允许检测器沿梁314移动，并且允许梁314沿轨道318移动。以这种方式，检测器能够移动至水平面内(框架内)的任何位置。也设置倾斜机构，其允许检测器的有效区域被定向为在所有成像位置都面对x光源。在图16中示出并且将在下文的说明书中更详细地描述倾斜机构。该实施例中的检测器为COMS 平板检测器，诸如可从英国伦敦市N1 7EU和富路50-52号文洛克商业中心Dexela有限公司获得的Dexela 1512NDT。
样品定位级210被设置在支撑框架上在检测器定位级310之上。在图6和7中示出并且参考图6和7描述样品定位级的详细组件。然而，可以使用具有不同外形和布局的样品支撑件定位布置以提供洁净室兼容系统。在该实施例中，样品定位级包括与用于使样品支撑件200 在水平面内移动的检测器定位级类似的马达和轨道布置，增加了另一马达以使样品支撑件在竖直方向中朝着以及远离x光管移动。这允许选择图像的放大率。下面参考图6和7更详细地描述样品定位级。
图3中所示的样品输入快门240被设置成允许样品，诸如半导体晶片被加载到样品支撑件200上。快门被设置在柜内，并且具有气动操作机构。快门有铅衬里，并且被钢曲折杆密封，以防止x光逸出。当对晶片的检查完成时，样品输入快门自动地开启，以使得能够卸载已完成的晶片并且重新加载新晶片。晶片加载/卸载由设备前端模块 (EFEM)单元处理，从而随着晶片从前开式统集盒(FOUP)移动至样品支撑件向晶片提供连续的洁净环境。FOUP是特殊塑料罩，其被设计成将硅晶片稳固并且安全地保持在洁净室环境下并且允许晶片由配备有适当的加载端口和机器人搬运系统的工具移除，以处理或者测量。该实施例中使用的EFEM是美国马萨诸塞州01824切姆斯德市 Elizabeth Drive 15号的Brooks自动化有限公司市售的Brooks JETTM大气运输系统单元(JETTM Atmospheric Transport Systemunit,)。
x光管100被固定至x光管支架115，并且位于样品支撑件200和检测器300之上。x光管支架115被设置在框架120上样品定位级之上。 x光管不能相对于框架120移动。
在该实施例中，x光管100是密封透射型x光管，诸如来自英国白金汉郡HP198RY的Aylesbury的Rabans大道工业区法拉第路25号的达格控股有限公司的NT x光管。这种类型的x光管提供非常长的服务寿命，通常在需要维修之前超过5000操作小时，以及非常高的分辨率成像。密封透射型x光管包括完全密封的真空管，以及形成管的一部分外壁的透射靶。透射靶被构造成撞击在透射靶的朝着管内部的第一侧的电子以及所产生的至少一些x光通过靶的从管面向外的第二侧发出。这种管有时被称为端窗式透射管。
端窗式投射管允许产生具有小光斑尺寸的x光源，并且允许正在被成像的样品接近x光源。这意味着能够获得高放大率和高分辨率图像。通过将x光管100布置在样品支撑件200之上并且将样品支撑件构造成将半导体晶片支撑在样品支撑件和x光管之间，能够使半导体晶片的表面非常接近x光源，允许在紧凑系统内获得高放大率图像。
一对风扇过滤器单元(FFU)130被在样品支撑件之上安装至柜。 FFU被构造成通过柜顶板内的相应空气进口132吸入空气，并且驱动空气穿过每个FFU中的HEPA过滤板134，向下经过样品支撑件200 到达柜地板内的空气出口150。由图2和3中的箭头示出空气流的方向。
在该示例中，每个FFU 130都包括外罩136、风扇138，其被构造成通过外罩的一面上的空气进口132将空气抽入外罩内并且通过 HEPA过滤板134覆盖的出口抽出空气。每个FFU都被构造成当风扇 138运行时，外罩136内的气压高于外罩外部。这有助于提供流经过滤板134的均匀空气流，并且最小化局部流量变化。
在该实施例中，每个FFU130也包括位于风扇和过滤板之间的内部屏蔽件140，但是内部屏蔽件140不是标准FFU的部件。这种屏蔽件140具有两种功能。内部屏蔽件140是x光吸收器和空气流挡板两者。然而，能够使用两个单独的组件，对于这些功能中的每个功能使用一个组件。屏蔽件140是比FFU 130的空气进口132更大并且跨越空气进口132的有铅衬里钢托盘，以便来自x光管100的x光不能穿过空气进口132逸出。使经过屏蔽件140并且离开FFU130的气流路径曲折。如图2和3中清楚地示出的，屏蔽件也迫使来自风扇138的空气到达外罩136的外边缘。这促进了流经过滤板134的均匀空气流。
从过滤板134经过样品支撑件200通过柜的空气流为层流。不存在从样品支撑件200之下到达样品支撑件之上的位置的空气循环。使用HEPA过滤器134、层流气流以及确保在过滤板134和样品支撑件 200之间的系统中不存在移动部分意味着任何灰尘或者其它颗粒变为空气传播，或者从上部落下以及降落在样品支撑件200上的半导体晶片上，由此污染或者损伤半导体晶片的风险最小。
为了确保不存在从样品支撑件200之下到达样品支撑件之上的空气再循环，在样品支撑件的高度(level)处设置穿孔板160(如图4中最佳可见的)。穿孔板160位于与样品支撑件200的最上部位置相同的高度处，相应于系统的最高放大率。穿孔板160允许来自穿孔板之上的空气到达穿孔板之下，但是横跨穿孔板产生小的压差，使得在穿孔板之上存在比穿孔板之下更高的气压。穿孔板限制空气的气流路径约50％。这种限制提高了穿孔板之上的气压。这种小的压差基本上防止了空气再循环至穿孔板之上，这是因为空气将自然地从高压区流动至低压区。如图3中所示，也设置挡板165以促进层流气流。
与空气进口132相比，柜地板中的空气出口150相对地大，再次促进了层流气流并且降低了向上的任何空气再循环。图5A 示出柜的顶部。能够看见空气进口132，其允许空气被抽入FFU。图5B 是柜底部中的空气出口的剖视图。空气出口150包括四个单独的开口。开口被钢块154围绕。四个出口开口之间的空间被设置成容纳用于向柜提供电力和数据以及从柜提供电力和数据的电缆。空气出口被出口屏蔽板 152覆盖(在图5B 中示出为透明的，并且以点线轮廓示出)，以防止x 光从柜逸出。在图5C 中最佳地示出出口屏蔽板152的功能。出口屏蔽板152有铅衬里以吸收x光。钢块155也被设置在屏蔽板的下侧上，作为在通往出口的气流路径中的x光吸收器。钢块154和155吸收x 光，并且被定位为使通往出口的气流路径曲折。这确保了没有x光能够通过空气出口逸出柜。
在操作中，FFU 130连续地迫使空气穿过柜，以确保没有由于样品定位组件和检测器定位组件的操作而产生的灰尘和碎屑能够到达样品支撑件200上的样品。FFU在柜内提供至少4级ISO 14644-1洁净室环境。FFU贯穿样品支撑件200和检测器300的移动和操作，并且随着样品被加载至系统和从系统卸载而运行。参考图2、3和4所述的系统应能够不需要维护地运行几千小时。
样品定位
现在将参考图6和7详细地描述例证性样品定位组件。
样品定位组件被用于相对于x光源定位样品，使得能够获得样品内的期望感兴趣区域的图像以及感兴趣区域的不同投影。x光源位于样品支撑件之上并且固定。因此，期望使样品支撑件在作为水平面的XY 平面内移动，以提供样品的不同区域的不同投影和图像。也期望使样品支撑件在作为竖直方向的Z方向中朝着和远离x光源移动，以改变图像的放大率。特别地，对于半导体晶片，需要使晶片非常接近x光源，使得能够生成非常高放大率的图像，同时保持系统的整体高度处于标准顶板高度内，并且允许系统相当易于运输。
在操作中，当获得用于层析计算的一组不同投影时，与Z方向相比，样品需要在X和Y方向中更经常地移动。一旦设置了样品的图像放大率，则样品就仅需要在X和Y方向中移动，以获得不同投影。
为了使x光检查过程不变为晶片处理厂内的瓶颈，检查过程需要快速。这意味着用于在X和Y方向中移动样品的机构需要快速。特别是在非常高的放大率下也需要精确，以便生成所述高分辨率三维模型。
在该实施例中，样品定位组件被构造成随着沿平行线的图像的逐线采集而在成像位置间以光栅扫描模式移动，这些平行扫描线在X方向中延伸。以图6和7中所示的X箭头指示X方向。这意味着X方向移动机构将具有最大行程量，并且因此应快速以便提高采集所需要的x 光图像的整体过程速度。为此，在该实施例中，X轴驱动机构被直接地联接至样品支撑件，这意味着X轴驱动机构移动仅包括样品支撑件和X轴驱动机构的移动部分的最小质量。最重要地，X轴驱动机构不支撑或者携带Y轴驱动机构或者Z轴驱动机构，并且这使得X轴驱动机构能够移动地更快。由于Z轴驱动机构使用地相对不频繁，并且不需要像X轴和Y轴驱动机构一样快，所以能够使其具有比X轴和Y轴机构相对低的质量。Z轴驱动机构被定位成支撑X轴驱动机构，并且使X轴驱动机构和样品支撑件两者在Z轴中移动。Y轴驱动机构支撑 Z轴驱动机构，并且所以在Y轴方向中移动Z轴驱动机构、X轴驱动机构和样品支撑件。Y轴驱动机构被安装至x光源也被安装至的支撑框架。
在图6中示意性地示出这种布置。样品支撑件200被安装在快门 212上。快门在X方向中在第一框架214上移动。快门212和框架一起形成X轴驱动机构。第一框架214被安装在导轨216上，并且能够使导轨216上下移动。导轨216和第一框架214一起形成Z轴驱动机构。导轨216被安装在第二框架218上，并且能够在Y方向中沿第二框架218移动。
图7更详细地示出图2、3和4中所示的系统中的这种布置的一个实施例。在图7中能够看出，样品支撑件200被构造成支撑圆形半导体晶片。样品支撑件被安装至第一对线性马达220。每个线性马达都包括在X方向中延伸的永磁体224导轨，以及响应于电控制信号沿导轨行进的线圈组件222。这种类型的线性马达可从美国宾夕法尼亚州 15238匹兹堡市ZetaDrive 101号的Aerotech公司获得。线性马达220 被安装在第一框架214上。第一框架上的第一对线性马达220形成部分X轴驱动机构。
在第一框架214的相对侧上，第一框架214被安装在一对导螺杆 230上，在图7中仅其中之一可见。每个导螺杆230都由旋转马达234 通过角齿轮箱238驱动。导螺杆230每个都被安装至板218，并且使第一框架214与X轴驱动机构一起在Z轴方向中相对于板218上下移动。四个引导轨216被设置在第一框架214的角处，以支撑第一框架214，并且随着第一框架被导螺杆230在Z轴方向中移动而保持第一框架214 稳定。导螺杆230、相关联的旋转马达234、齿轮箱238和引导轨216 形成Z轴驱动机构的部分。线性编码器236被设置在第一框架214和板218之间，以确定并且允许控制第一框架214和晶片支撑件200的竖直位置。
板218沿在支撑框架120上形成的引导器242滑动。第二对线性马达244连接在板218和支撑框架120之间，以使板218与Z轴驱动机构和X轴驱动机构一起在Y方向中相对于支撑框架移动。第二对线性马达可以比第一对线性马达更大并且功率更高，这是因为与第一对线性马达相比，它们需要移动更大的质量。这种类型的线性马达可从美国宾夕法尼亚州15238匹兹堡市Zeta Drive 101号的Aerotech公司获得。第一框架120上的第二对线性马达244形成部分Y轴驱动机构。
应明白，虽然已经关于一种用于在洁净室环境内检查半导体晶片的系统描述了这种布置，但是这种布置也能够被用在不需要在洁净室环境下操作的x光检查系统中，所以不包括所述的鼓风机和空气过滤器。
样品位置测量
如上所述，用于生成良好质量的层析模型的一种要求是非常精确地了解x光源、样品和检测器的相对位置。特别地，有必要精确地了解从一个成像位置至下一个成像位置的相对位置变化，以便能够适当地组合图像。
为了提供高放大率的图像，样品和x光源之间的距离比检测器与 x光源之间的距离小很多。这意味着样品小的位置变化导致检测器所记录的图像中的大变化。这继而意味着与检测器位置相比，需要以高很多的精度了解样品的位置。
可以使用非接触位置测量装置精确地确定样品支撑件的位置。在本发明的一个实施例中，使用基于干涉仪的系统确定样品支撑件从一个成像位置至另一个成像位置的位置变化。图8是基于干涉仪的检测布置的示意图。提供两个干涉仪。第一个干涉仪256被用于确定样品支撑件200在X方向中的位置变化，并且第二个干涉仪258被用于确定样品支撑件在Y方向中的位置变化。X方向的组件和Y方向的组件相同。每个组件都包括向相关联的干涉仪256、258提供激光束的激光源260、262。干涉仪将一部分激光束引导至被安装至样品支撑件200 的反射镜252、254。反射镜反射的光被重新引导至反射仪，并且然后到达检测器264、266。在检测器处检测随着样品支撑件移动，已经行进至样品支撑件的光和还未行进至样品支撑件的光之间的干涉变化，以提供样品支撑件在感测(即，x或者y)方向中的位置变化的非常精确的测量。包括激光源和反射镜的适当的干涉仪系统可从英国GL12 8JR格洛斯特郡，沃顿-安德埃奇，新米尔斯的雷尼绍公司(Renishaw plc,New Mills,Wotton-under-Edge,Gloucestershire,GL12 8JR,United Kingdom)获得。其它可能的非接触位置测量装置包括光学线性编码器、磁编码器、电容式传感器和声纳距离测量装置。
检测器的输出是随着样品支撑件在成像位置之间移动，样品支撑件在X和Y方向中的位置变化的精确测量。这些测量值如下文所述被提供给图像处理器，并且在层析计算中使用。来自检测器的测量值也可以被用于校准X定位组件和Y定位组件。
图8示出其中对每个干涉仪都提供单独的激光源的布置。然而，应明白，能够使用单个激光源和分束器。此外，可能使用相同布置以确定样品支撑件在Z方向中的位置变化，虽然通常不需要以这种高精度确定样品支撑件在Z方向中的位置。
图9示出图8中所示的布置如何被集成到图7中所示的样品定位组件中。第一反射镜252被固定至面向X方向的样品支撑件200，并且第二反射镜254被固定至面向Y方向的样品支撑件。干涉仪256、 258被固定至支撑框架120。反射镜252、254具有足够的高度和宽度，使得来自干涉仪256、258的光入射在处于所有可能成像位置中的反射镜上。在该示例中，每个反射镜的可用区域为320mm宽和20mm高。反射镜通常被设置成上述干涉仪系统的一部分。然而，适当的反射镜作为孤立物品也可从光学产品制造商处获得，诸如英国TA19 0PF的Ilminster，Dowlish Ford，Gooch and Housego公司。
应明白，虽然已经关于用于在洁净室环境下检查半导体晶片的系统描述了这种布置，但是这种布置也能够被用在不需要在洁净室环境下操作的x光检查系统中，所以不包括所述鼓风机和空气过滤器。这种布置也可以结合用于定位样品和检测器的不同布置使用。
接近测量
如上所述，对于高放大率图像，有必要使样品非常接近x光源。因此，有必要可靠地控制样品在Z方向中的位置。为了图像处理和数据解释，也有必要了解样品在Z方向中的位置。
虽然能够从Z轴定位机构或者从被安装至Z轴定位机构的线性编码器确定样品支撑件200在Z轴中的位置，但是存在如下的问题：不同样品具有不同厚度，所以不能从样品支撑件200的位置精确地确定x 光源和样品顶部表面之间的实际距离。因而，在本发明的一方面，使用接近传感器以提供样品的顶部表面和x光源之间的距离的直接测量。
提供x光源和样品的顶部表面之间的距离的直接测量出于几个原因有益，特别是在其中通常包括多个感兴趣区域的样品的顶部表面非常接近x光源的高放大率系统中有益。首先，距离测量值能够被用于校准Z轴定位机构，以便能够实现精确定位和之后的图像处理。第二，能够在放大率计算中直接地使用距离测量值，以提供放大率的精确测量。第三，距离测量值或者多个距离测量值能够被用于防止样品的顶部表面和x光源之间的，将可能非常损伤两者的任何碰撞。
图10是根据本发明一方面的接近感测布置的示意图。示出半导体晶片20处于样品支撑件200上，在密封x光管100之下。激光距离传感器400被固定至x光管100。适合的激光距离传感器可从日本 533-8555大阪市东淀川区东中岛1-3-14基恩士公司(KeyenceCorporation,1-3-14,Higashi-Nakajima,Higashi-Yodogawa-ku,Osaka, 533-8555,Japan)获得。作为替选，可以使用共焦检测器。以箭头401 指示来自距离传感器的激光束。样品定位组件210被示意性地示出，并且包括用于确定样品支撑件200的Z轴位置的线性编码器236。样品定位组件和距离传感器两者都被连接至控制器500。
图11示出将激光距离传感器400安装至图2、3和4中所示类型的系统中的x光管100。
激光距离传感器400对样品，在该示例中为半导体晶片的顶部表面提供直接测量。激光距离传感器400测量从其输出端，本文中称作面对样品的顶部表面的读取头至样品的距离。x光管100从透射靶上的输出光斑产生x光。透射靶形成x光管的输出窗口101，以便输出光斑位于x光管100的输出窗口101的平面内。激光距离传感器400的读取头可以不被安装在与x光管100的输出光斑严格相同的高度处。换句话说，激光距离传感器的读取头可以不与x光管的输出窗口共面。但是能够在系统设置期间，通过对样品支撑件上的已知尺寸的特征或者处于下文所述的不同位置中的已知间距的两个特征成像而计算输出窗口和激光距离传感器的输出端之间的高度差，也称为偏离。
图12是图11中所示的布置的示意图，其示出如何通过对样品支撑件200上的仪表盘上的已知彼此间距的一对特征280、281成像而计算激光距离传感器400的读取头402和x光管的输出窗口101之间的偏离。
仪表盘上的特征280和281之间的已知距离为D1。检测器300上的两个特征280、281的图像380、381之间的距离为D2。能够使用标准图像处理技术从检测器的输出确定D2。
在本领域中众所周知，比例D1/D2等于比例A/H。从系统说明书已知x光源的输出窗口和检测器300的成像表面之间的距离H。所以能够使用下列公式计算A：
A＝H×(D1/D2)。
激光距离传感器的读取头和样品支撑件之间的距离B被激光距离传感器400直接地测量。因此，激光距离传感器400的读取头和x光管的输出窗口之间的偏离C通过减法确定：
C＝B-A。
这是因为，A＝H×(D1/D2)，C＝B-(H×(D1/D2))。
因此，能够在系统设置期间通过对已知尺寸的特征成像，从公式 C＝B-H×(D1/D2)计算输出窗口和激光距离传感器的读取头之间的高度差，或者偏离C。
能够通过这种偏离C调节从激光距离传感器的读取头至样品的距离的随后测量，从而获得从输出窗口至样品的距离，在下文所述的放大率计算中使用该距离。
然后能够使用激光距离传感器以校准样品定位组件内的高度传感器。在该示例中，高度传感器是在图10中所示的Z轴样品定位机构中使用的线性编码器236。如果在检查期间，样品被定位为样品由于x光管而相对于激光距离传感器模糊，所以不能直接地使用激光距离传感器测量值时特别有益。当样品处于其不由于x光管而模糊的位置，这里称为开始位置时，则控制器500从激光距离传感器400接收距离测量值，并且同时从线性编码器236接收输出。能够使用激光距离传感器400确定样品的顶部平面和x光管的输出窗口之间的绝对距离。通过获取从激光距离传感器400读取的绝对测量值并且减去按所述上文计算的偏离C而完成这种确定。然后，样品的顶部平面和x光管的输出窗口之间的距离被用于线性编码器的校准，线性编码器测量从开始位置的距离变化。能够定期执行这种校准过程。
另外，激光距离传感器测量值能够被用于确定在图像处理期间使用的图像放大率。图像放大率(IM)是物体在检测器300上的图像中看起来的尺寸与物体的实际尺寸的比例。参考图12，在本领域中已知放大率等于H/A。通过被测距离B减去计算偏离C确定A。H为已知值。所以由下列公式给出图像放大率：
IM＝H/A＝H/(B-C)
例如，如果距离H为350mm，被测距离B为12mm，并且偏离值 C已经被计算为2mm，则图像放大率将为：
IM＝H/(B-C)＝350/(12-2)＝35。
这意味着在检测器上看起来为35mm距离的特征之间的距离为实际距离为1mm的图像。
这种精确地确定放大率的能力具有两种优点。首先，能够非常精确地确定样品内的特征的尺寸，允许良好地定量评估几何特征尺寸诸如晶片凸点直径或者空隙区域。其次，在层析期间，已知个别投影的角度和位置，所以能够使所计算的三维模型精确。通常在捕捉特殊区域或者感兴趣区域的一系列图像之前，执行使用来自激光距离传感器的测量值的图像放大率计算作为校准计算。
应明白，虽然已经关于用于在洁净室环境中检查半导体晶片的系统描述了这种布置，但是这种布置也能够被用在不需要在洁净室环境下操作的x光检查系统中，所以不需要包括所述鼓风机或者空气过滤器。
碰撞防止
图10、11和12中所示的接近传感器或者激光距离传感器400也能够被用于防止x光源和样品之间的任何碰撞。x光源和样品之间的碰撞可能不可恢复地损伤样品，并且也引起对x光管的明显损伤。由于样品，在该示例中为半导体晶片能够具有不同厚度，所以仅依赖于仅提供关于样品支撑件的位置的信息的线性编码器236的输出可能在尝试获得非常高放大率图像时不能有效地防止碰撞，该非常高放大率图像需要将样品布置成非常接近x光管，使图12中的距离A非常小。
为了防止碰撞，在以高放大率检查半导体晶片之前，晶片被激光距离传感器以已知对所有可能晶片都安全的低放大率高度安全地光栅扫描，以确定晶片20上的最顶部特征与x光管100的末端的距离。通过操作样品定位组件以使样品支撑件在XY平面内移动来实现光栅扫描。在图10中示出这种情况。对于低放大率高度，记录线性编码器刻度上的位置作为基线值。记录激光高度传感器测量的、相应于晶片20 上的最顶部特征的最短距离。然后，控制器500基于读取指示晶片能够安全地多接近x光管表面的被测最短距离处的基线编码器刻度产生虚拟参考平面。虚拟平面可以位于晶片上的最顶部特征之上的预定间隙处。例如，如果激光距离传感器在低放大率高度测量的与样品顶部的最短距离为12mm，并且激光距离传感器400的输出端和x光管的输出窗口之间的已知偏离C为2mm，则光栅扫描期间的x光管的输出窗口和样品的顶部之间的最短距离为10mm。如果期望在操作中，样品的顶部表面离x光管的输出窗口应不小于1mm以便防止任何碰撞可能性，则样品支撑件能够移动成距离作为在线性编码器上的基线记录的低放大率高度不小于9mm。能够使用线性编码器读数控制这种9mm的最大行程。能够在晶片检查期间使用线性编码器刻度，以确保不能够发生碰撞。
图13是示出用于防止x光管和晶片之间的碰撞的控制过程的流程图。在步骤450中，半导体晶片被加载到系统中。在步骤460中，晶片位于激光距离传感器之下的已知安全高度处，即甚至非常厚的样品也将不阻碍x光管的高度处。在步骤470中，然后激光距离传感器被激活，并且样品支撑件被样品定位组件在XY平面内以光栅扫描模式移动。记录距晶片上的最接近特征的距离。在步骤480中，相应于样品支撑件和x光管之间的最小安全距离，或者样品支撑件的最大安全高度，计算样品支撑件的最大允许向上行程。在步骤490中，以高放大率执行对晶片的检查，但是样品支撑件处于低于或者等于样品支撑件的最大安全高度的位置处。
能够对被载入机器中的每个新样品都快速并且自动地执行这种过程。同样地，应明白，这种系统和方法不仅适用于半导体晶片，而且也适用于需要被以高放大率成像的任何类型的样品。
检测器定位
如上所述，x光检测器位于样品支撑件之下，以捕捉已经穿过样品的x光。检测器是包括上述二维像素阵列的硅光电二极管的平板检测器。
为了记录穿过样品的不同投影，检测器必须被精确地移动至不同成像位置。然后，使用层析算法组合这些投影，以生成样品或者样品区域的三维模型。如上所述，期望尽可能快速地记录多个不同的投影。并且对于其中样品支撑件被定位为非常靠近x光源的高放大率图像，x 光检测器必须比样品支撑件在成像位置之间移动更大的距离，所以有必要使检测器以比样品支撑件相对更高的速度移动。
为了使检测器能够精确地但是以高速移动，检测器在XY平面内在刚性轴上移动有利。已经在现有系统中使用的、使检测器在可枢转、弓形导轨上移动的替选不允许以高速进行这种精确移动，这是因为机构刚性较低。这种可替选系统也将受到以高速开始和停止时的过量振动的影响。无任何Z轴移动的情况下，检测器和样品在平行的XY平面内的移动也具有下列优点，即当放大率由上述公式IM＝A/H确定时，对于所有成像位置都保持相同图像放大率。
然而，具有位于XY平面内的检测器面的检测器仅在XY平面内的移动具有检测器不是始终面对x光源的缺点。能够发生使图像模糊的、在检测器的面与从x光源发出的x光的发出点之间的极度倾斜角度。在本发明的一方面，除了用于使检测器在XY平面内移动的机构之外，对于检测器还提供了倾斜机构，这种倾斜机构允许检测器被定向为其在所有成像位置中都面对x光源。
图14是如图2中所示的根据本发明的x光检查系统的示意性横截面图，但是示出用于x光检测器的倾斜机构320。检测器定位组件310 允许检测器300在水平面内移动。
图14中所示的系统的其余特征与参考图2描述的相同。柜和FFU 被构造成用于洁净室操作。样品定位级210被设置在支撑框架上检测器定位级之上。在图6和7中示出并且参考图6和7描述了样品定位级的详细组件。x光管100被固定至支架115，并且位于样品支撑件200 和检测器300之上。
为了在XY平面中提供高速移动，第一和第二线性马达分别被用于在x方向和y方向中移动检测器。如图15中所示，第一线性马达312 被安装在检测器组件的框架326和水平延伸梁314之间。梁314在X 方向中延伸，并且被支撑以沿支撑框架120移动。为了提供这种移动，在Y方向中延伸的一对第二线性马达316(在图15中仅可见其中之一) 被安装在支撑框架120上，且驱动梁314的远端315。激活第一线性马达312使检测器组件在X方向中沿梁314移动。激活第二线性马达316 使梁314和检测器组件在垂直于梁314的Y方向中移动。这种机构允许检测器在水平面内快速并且精确地移动。第一和第二线性马达与被用于样品支撑件定位组件的线性马达相同且比其更大。这种类型的线性马达可从美国宾夕法尼亚州15238，匹兹堡市，Zeta Drive 101号的 Aerotech公司(Aerotech,Inc.,101Zeta Drive,Pittsburgh,PA 15238.USA) 获得。
图16详细地示出倾斜机构320。由这种倾斜机构320提供用于检测器的移动的另两个轴线，以便检测器300的平面成像表面或者面305 始终能够直接地面对x光源。检测器300被安装至第一万向节框架322，以便检测器300能够绕第一旋转轴线321倾斜。第一马达324被构造成使检测器绕第一旋转轴线旋转。适合的马达的一个示例为来自美国宾夕法尼亚州15238，匹兹堡市，Zeta Drive 101号的Aerotech公司 (Aerotech Inc.,101Zeta Drive,Pittsburgh,PA 15238,USA)的 APR150DR-135。
第一万向节框架322被可旋转地安装至马达328以绕第二旋转轴线327旋转，马达328被安装至第二万向节框架326。第二马达328被构造成使第一万向节框架322绕第二旋转轴线327旋转。如参考图15 所述的，第二万向节框架326被安装至线性马达312的动子，并且线性马达312的定子被安装至梁314，以便检测器和倾斜机构能够沿梁 314移动。第二和第二马达包括输出侧上的直接读取编码器，以允许非常精确地确定检测器的方向。
倾斜机构被布置成第一和第二旋转轴线321、327与检测器的有效区域或者面305共面。这意味着，如图16中所示，第一旋转轴线321 和第二旋转轴线327两者横跨检测器300的面305或者与检测器300 的面305对齐。这简化了所需的图像处理计算。也消除了为了解决图像放大率的变化而对样品支撑件或者检测器的任何补充Z轴移动的需要。这是因为检测器的面的中心在所有位置中都保持在距离x光源相同的Z轴距离处，所以图像放大率与倾斜机构的位置无关地保持恒定。
第一和第二旋转马达被连接至控制器并且受控制器(图16中未示出)控制，该控制器也被连接至用于使检测器XY移动的线性马达。控制器被构造成确保在其中检测器停止以记录x光图像的每个成像位置中，检测器的有效区域305都面向x光源。优选地，控制器将对检测器的有效区域或者面305定向，以便其垂直于从检测器的面的中心引出到达x光被从x光源发出的点的线。
通过使检测器的有效区域305恒定地面朝x光源，避免了能够引起图像模糊的、在检测器的面和来自x光源的x光的发出点之间的倾斜角度。这提高了图像的质量。
应明白，虽然已经关于一种用于在洁净室环境内检查半导体晶片的系统描述了这种布置，但是这种布置也能够被用在不需要在洁净室环境下操作的x光检查系统中，所以不包括所述的鼓风机和空气过滤器。也可能将这种检测器定位组件与样品支撑件定位组件的不同布置一起使用，而不使用所述定位检测系统。
晶片夹
用于半导体晶片20的样品支撑件200通过向晶片的后表面施加吸力而保持每个半导体晶片就位。这是一种避免损伤晶片的众所周知的晶片搬运技术。图17是样品支撑件的平面图，并且示出在样品支撑件的平面上支撑表面612中形成的多个同心凹进或者凹槽610。凹槽610 通过径向通道614连接至真空端口620。当晶片被置于支撑表面612上时，真空被施加给端口620。这保持了晶片稳固地抵靠支撑表面612。样品支撑件的“成像区域”是可能出现在一部分半导体晶片的x光图像内的样品支撑件部分。
在所述x光检查系统中，来自x光管100的x光在到达检测器300 之前不仅穿过半导体晶片，而且也必须穿过样品支撑件200。因此，样品支撑件必须由不使x光太大程度衰减的材料制成，并且不具有将使x 光衍射的晶体结构。适合的材料包括聚醚醚酮(PEEK)、铍和乙缩醛二乙醇。
然而，这些材料甚至也在一定程度上衰减x光。衰减量取决于x 光必须穿过的样品支撑件的厚度。凹槽610导致样品支撑件局部变薄，所以凹槽引起的厚度变化图案将存在于结果x光图像上。如图19中所示，传统的晶片夹的凹槽横截面为矩形，其具有平行的侧壁和平底部。图19示出具有矩形横截面凹槽680的晶片夹280。如果x光图像跨越凹槽，则穿过晶片夹上的凹槽的x光将比穿过晶片夹的其余部分的那些x光衰减更少。矩形横截面意味着给定凹槽的垂直侧壁，晶片夹厚度的变化将非常剧烈。这能够引起x光图像的对比度的非常突然变化，其将使特别是晶片的弱对比度特征的图像模糊或者混淆。这继而将使对图像的自动化分析减慢，甚至在一些情况下变为不可能。
为了最小化这种问题而非提供具有矩形横截面的凹槽，本发明中使用的、用于向晶片的后部提供吸力的凹槽或者凹进被构造成仅提供晶片夹厚度的小的或者逐渐的变化，从而在x光图像中较少地引起将模糊或者混淆图像的图案化。因而，晶片夹的厚度连续变化而非厚度突然变化，并且使凹槽比较宽并且浅。
图18是根据本发明的图17的一个凹槽610的示意性横截面图。在该示例中，凹槽具有约4.88mm的宽度W，以及低于支撑表面0.2mm 的最大深度。凹槽的侧壁以连续曲线从凹槽的第一侧延伸至第二侧。该曲线基本为圆形，并且具有约16mm的最大曲率半径。能够看出，曲率半径基本比凹槽的最大宽度大两个量级。这确保了晶片夹的厚度变化率小。样品支撑件在成像区域D中的最大厚度为5mm。
凹槽的尺寸和形状必须满足两个竞争要求。凹槽必须足够大，以在晶片的背部提供足够大的吸力。但是它们必须不使半导体晶片中或半导体晶片上的感兴趣特征的图像模糊或者混淆。
在该示例中，凹槽的深度在2.44mm的径向距离上增加至0.2mm，因为0.2mm/5mm＝0.04所以这相应于晶片厚度的约4％的变化。跨凹槽的晶片平均厚度变化率平行于平面支撑表面为每mm行程 0.2/2.44＝0.8mm的厚度变化。晶片的最大厚度变化率为凹进的边缘处，并且平行于平面支撑表面每mm行程近似为0.165mm。
凹槽的宽度W比半导体晶片内的典型感兴趣特征大两个量级。由于凹槽跨其宽度连续变化而非具有尖锐的边缘，这意味着在适合于检查的放大率下，仅跨凹槽的约1％的总厚度变化被视为感兴趣的特征的图像背景中的变化。
当检查硅晶片上的100μm直径的焊料凸点时，分析软件可以使用凸点区域外部的四个点以确定用于调节图像对比度的基线。在最坏情况下，这些点将彼此隔开200μm。如果焊料凸点位于凹槽的边缘上，其中晶片夹的厚度变化率最高，则样品支撑件的有效深度将跨成像区域变化约0.66％。这被计算成最大深度变化率×感兴趣区域的直径/晶片夹的最大厚度0.165×0.02/5≈0.066％。与在焊料凸点及其周围区域和焊料凸点中的任何缺陷之间提供的对比度相比，这不使跨图像的图像对比度有显著变化。
不期望在凹槽或者凹进中具有尖锐边缘。换句话说，样品支撑件的厚度变化的变化率应低。这是为了确保不存在可能被所使用的图像处理软件中的边缘检测算法加强的尖锐边缘。通过提供以连续曲线从一侧延伸至另一侧的凹进，在凹进本身中避免了尖锐边缘。凹进的边缘也应理想地为平缓的。如图18中所示，凹槽610的边缘615被圆化以去除任何尖锐过渡。凹槽的侧壁和平面的支撑表面612之间的过渡区域的曲率半径具有约2mm的最小曲率半径。
应明白，这仅是根据本发明的晶片支撑件的一个示例，并且能够对凹槽使用提供支撑件的最大厚度变化率跨成像区域低的不同外形。应明白，凹槽的所需尺寸取决于将被成像的区域的尺寸和性质，并且与正在被成像的样品的密度相比，取决于样品支撑件的材料密度(其与x光被衰减多严重紧密相关)。
系统操作
至今所述的x光检查系统的各方面能够经控制以自动地并且彼此同步地操作。特别地，样品支撑件和检测器的定位必须协同，并且被告知来自位置检测布置的测量值。鼓风机、x光管和晶片搬运设备也必须与定位组件协同。
图20是示出使用中央控制器500以使系统的每个可控组件的操作协同，并且接收和处理对于提供层析模型所需的数据的示意图。
包括图像处理器510的中央控制器500被连接至系统的每个可控组件，以及输出端520和制造厂接口530。
控制器500控制x光管100以及FFU 130的操作。控制器500操作自动晶片搬运机构540，自动晶片搬运机构540穿过快门延伸以将晶片置于样品支撑件200上，并且也在已经在系统内检查了晶片后从样品支撑件200去除晶片。控制器500通过样品支撑件定位组件210定位晶片，并且通过检测器定位组件310相应地控制检测器。控制器500 从检测器接收输出，以建立三维模型。控制器500从激光距离传感器 400接收输入，以控制晶片相对于x光源的竖直位置从而避免碰撞。也在图像放大率计算中使用来自激光距离传感器400的输入。控制器500 也随着样品支撑件200移动至用于将被采集的图像的不同位置，从干涉仪接收指示样品支撑件200的位置变化的输入。
控制器根据预先编程的操作序列使样品支撑件和检测器的移动协同，以及执行上述初始校准。控制器必须控制具有三个移动轴的样品级，以及具有其中两个可旋转的四个移动轴的检测器两者。
图21是示出用于图20中所示类型的x光检查系统的例证性操作循环的流程图。在步骤700中激活该系统。在该步骤中，控制器被开启，并且FFU继而开启以建立层流气流。然后，FFU在系统操作期间连续运行。在步骤710中，晶片搬运组件540被操作，以将半导体晶片载入系统，载入到样品支撑件上。该实施例中的晶片搬运组件包括在半导体制造厂中使用的传统的晶片搬运设备，在该示例中为上述 Brooks JETTM大气运输系统。如上所述，使用吸力将晶片固定在样品支撑件上。在步骤720中，使用参考图10-12所述的过程计算样品支撑件的最大高度。在步骤730中，x光管100被激活，并且由检测器300记录晶片上的多个不同感兴趣区域的投影。在该过程中，样品支撑件200 和检测器300被移动至多个预定成像位置。如箭头735所示，这种过程可以对晶片上的不同感兴趣区域重复。在步骤740中，使用层析算法处理特殊感兴趣区域的投影，以产生三维模型。图像处理器510使用来自检测器的所记录的图像，以及对于每个图像的关于样品、样品支撑件和检测器的位置的相关联信息。在步骤750中，这种模型被与涉及图像捕捉过程的任何其它采集数据一起输出至显示器和/或存储器。在检测器300已经捕捉了特殊晶片的所有所需图像之后，在步骤 760中使用晶片搬运组件540从系统卸载晶片，并且然后能够在步骤 710中加载新晶片。能够与图像处理操作同时地执行晶片的卸载和加载。
该系统能够被集成到半导体制造厂中。能够使用标准晶片搬运设备实现在晶片处理操作中的任何期望点和/或在晶片处理已经完成后将半导体晶片加载至样品支撑件以及从样品支撑件卸载半导体晶片。用于定位组件、检测器和x光管的控制软件能够与用于控制器500的制造厂控制系统集成。

Claims (15)

1.一种x光检查系统，包括：
固定的x光源；
样品支撑件，所述样品支撑件用于支撑将被检查的样品，其中所述样品支撑件包括在水平面中延伸的支撑表面，其中所述固定的x光源位于所述样品支撑件上方；
x光检测器，所述x光检测器用于检测已经穿过所述样品支撑件和所述样品的x光以记录所述样品的图像，所述x光检测器相对于所述固定的x光源能够移动；
样品支撑件定位组件，所述样品支撑件定位组件用于相对于所述固定的x光源或者x光检测器定位所述样品支撑件；其中所述样品支撑件定位组件包括：
竖直定位机构，用于使所述样品支撑件在与所述水平面正交的竖直方向中移动；和
第一水平定位机构，用于使所述样品支撑件和所述竖直定位机构在第一水平方向中移动，
接近传感器，所述接近传感器相对于所述固定的x光源的位置被固定到位，其中所述接近传感器用于确定所述固定的x光源和所述样品支撑件上的样品的表面之间的距离，和
检测器定位组件，用于相对于所述固定的x光源定位所述x光检测器，其中所述检测器定位组件包括：
水平检测器定位机构，用于使所述x光检测器在水平面内的至少两个非平行方向中移动；和
检测器倾斜机构，所述检测器倾斜机构被构造成允许所述x光检测器绕至少两个非平行轴线从所述水平面倾斜，其中，所述x光检测器和所述检测器倾斜机构被构造成在所述水平面中沿梁移动，
其中所述固定的x光源位于所述样品上方，并且所述样品支撑件将所述样品布置在所述样品支撑件和所述固定的x光源之间。
2.根据权利要求1所述的x光检查系统，其中所述样品支撑件定位组件还包括第二水平定位机构，所述第二水平定位机构被构造成使所述样品支撑件在与所述第一水平方向不平行的第二水平方向中移动，
其中所述竖直定位机构被构造成使所述第二水平定位机构和所述样品支撑件两者在所述竖直方向中移动。
3.根据权利要求2所述的x光检查系统，还包括控制器，所述控制器被连接至所述第一水平定位机构和所述第二水平定位机构，并且被构造成控制所述第一水平定位机构和所述第二水平定位机构以相对于所述固定的x光源移动所述样品支撑件，以在所述水平面中执行光栅扫描。
4.根据权利要求3所述的x光检查系统，其中所述光栅扫描包括扫描线，所述扫描线在所述第二水平方向中延伸。
5.根据权利要求2、3或4所述的x光检查系统，其中所述x光检查系统被构造成使得所述竖直定位机构与所述第一水平定位机构和所述第二水平定位机构相比具有更短的行进范围。
6.根据权利要求2、3或4所述的x光检查系统，其中所述x光检查系统被构造成使得所述竖直定位机构与所述第一水平定位机构和所述第二水平定位机构相比更缓慢地移动所述样品支撑件。
7.根据权利要求5所述的x光检查系统，其中所述x光检查系统被构造成使得所述竖直定位机构与所述第一水平定位机构和所述第二水平定位机构相比更缓慢地移动所述样品支撑件。
8.根据权利要求1所述的x光检查系统，其中所述竖直定位机构、所述第一水平定位机构和所述水平检测器定位机构中的每个定位机构都包括至少一个马达。
9.根据权利要求2、3或4所述的x光检查系统，其中所述竖直定位机构、所述第一水平定位机构、所述水平检测器定位机构和所述第二水平定位机构中的每个定位机构都包括至少一个马达。
10.根据权利要求5所述的x光检查系统，其中所述竖直定位机构、所述第一水平定位机构、所述水平检测器定位机构和所述第二水平定位机构中的每个定位机构都包括至少一个马达。
11.根据权利要求6所述的x光检查系统，其中所述竖直定位机构、所述第一水平定位机构、所述水平检测器定位机构和所述第二水平定位机构中的每个定位机构都包括至少一个马达。
12.根据权利要求1-4中的任一项所述的x光检查系统，还包括框架，所述框架被构造成被连接至地板，其中所述第一水平定位机构被固定至所述框架。
13.根据权利要求1-4中的任一项所述的x光检查系统，其中所述样品支撑件被构造成支撑半导体晶片。
14.根据权利要求1-4中的任一项所述的x光检查系统，还包括样品支撑件位置检测组件，所述样品支撑件位置检测组件包括激光干涉仪，所述激光干涉仪被定位成与所述样品支撑件相邻并且被构造成检测所述样品支撑件的位置或者位置变化。
15.根据权利要求1-4中的任一项所述的x光检查系统，其中所述x光检查系统被构造成对于所述x光检测器记录的图像执行层析计算。
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