JP2004170226A - ウエハ検査用x線透視装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】試料テーブル3上に搬送された半導体ウエハWのX線透過情報から、そのウエハWの種類を自動的に認識し、同じくそのX線透過情報から各半導体バンプなどの検査すべき位置のマップを自動的に作成し、そのマップに基づいて試料テーブル3を自動的に移動させて透視検査を行う。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はX線透視装置に関し、更に詳しくは、半導体ウエハ上に形成された多数の半田バンプ等の透視検査を自動的に行うX線透視装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体チップ、例えばBGA等の製造工程においては、一般に、半導体ウエハの表面に、各チップにそれぞれ対応して複数の半田バンプなどを形成するとともに、切断によりチップ化する前の段階で、各半田バンプ内のボイドの存在の有無などをX線透視装置を用いて検査することが行われる。
【0003】
半導体デバイスの微細化により、半田バンプの大きさも微細化されてきており、上記のようなボイドは直径20μm程度のものまで検査することが要求されている。このような微細なボイドの有無をX線透視装置で検査するためには、X線源として焦点1〜2μm程度のX線管球を用いる必要があり、このような焦点を有するX線管球としては、現時点において開放管と称される透過型のものしかない。そこで、従来、上記のような半導体ウエハ上に形成された半田バンプ内のボイドの有無等を検査するためのX線透視装置におけるX線源としては開放管が用いられている(例えば特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−296256(第3頁,図1)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハ上に多数個形成された半田バンプなどを透視検査する従来のX線透視装置においては、半導体ウエハの自動搬入・搬出は行うが、ウエハの種類の入力が必要であるとともに、X線検出器の視野を個々の半田バンプの形成位置などの透視検査すべき位置に位置決めして自動的に逐次検査するものは実用化されていない。
【0006】
これは、半導体ウエハ上の半田バンプ等の並び方がそれぞれのメーカーによって相違し、極めてランダムであることなどに起因して、試料テーブルの位置決めおよび半田バンプの並びの自動認識が困難であること、および、開放管と称されるX線管球は、長時間にわたって照射X線強度を一定に維持することが困難であり、半導体ウエハ上に形成された多数の半田バンプを逐一透視検査するのに要する長時間運転中にX線透視画像の明るさを一定に維持することができないことなどが原因となっている。
【0007】
本発明の目的は、以上のように自動検査に対する高い技術的障壁を克服して、半導体ウエハ上の半田バンプ等を自動検査することのできるウエハ検査用X線透視装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のウエハ検査用X線透視装置は、X線源と、そのX線源に対向配置されたX線検出器と、これらのX線源とX線検出器の間に配置され、検査すべきウエハを搭載してX線光軸方向を含む互いに直交する3軸方向に移動可能な試料テーブルと、上記X線検出器の出力を用いた画像処理により、試料テーブル上のウエハの透視検査を行う画像処理手段を備えたウエハ検査用X線透視装置において、上記試料テーブル上にウエハを搬送する搬送手段と、試料テーブル上に搬送されたウエハのX線透過情報から、そのウエハの種類を自動的に認識するウエハ種自動認識手段と、ウエハ種認識後に上記X線透過情報から当該ウエハ上で検査すべき複数の位置のマップを自動的に作成するマッピング手段と、その作成されたマップに従って検査すべき各位置のX線透過情報を得るべく上記試料テーブルを自動的に移動させて透視検査を行うテーブル自動位置決め・検査手段を備えていることによって特徴づけられる(請求項1)。
【0009】
ここで、本発明においては、上記テーブル自動位置決め・検査手段に、所定回数の試料テーブルの位置決めと透視検査を行うごとに、試料テーブル上にあらかじめ配置されている参照用試料をX線検出器の視野内に収めるべく試料テーブルを自動的に移動させ、そのX線透過情報を用いて、X線透視画像の明るさを一定に保つとともに、検査のための画像処理条件を調整するようにX線源のコントローラおよび画像処理手段に対して調整指令を与える輝度・処理条件調整手段を含ませた構成(請求項2)を採用することが好ましい。
【0010】
本発明は、X線検出器からのX線透過情報を利用して、ウエハの種類を自動的に認識するとともに、検査すべき位置のマッピングを行うことにより、所期の目的を達成しようとするものであって、それに加えて、請求項2に係る発明のように、自動検査中に輝度調整を行うことによって、一度に多数のチップの検査を可能とするものである。
【0011】
すなわち、検査に供される可能性のある複数種の半導体ウエハについて、あらかじめそれぞれのパターンを記憶しておくなどにより、試料テーブル上に載せられたウエハのX線透過情報から、そのウエハの種類を認識することができる。ウエハの種類を認識できると、検査すべき半田バンプ等の相互の位置関係が判り、X線透過情報から幾つかの半田バンプの位置を実測することによって、全ての半田バンプ等のマッピングが可能となる。このようにして作成されたマップに従って、個々の半田バンプ等がX線検出器の視野内に入るように試料ステージを逐次位置決めしていくことによって、効率的に個々の半田バンプ等の透視検査を行うことができる。
【0012】
そして、請求項2に係る発明のように、個々の半田バンプ等の透視検査中に、設定された回数分だけ透視検査を行うごとに、あらかじめ用意された参照用試料がX線検出器の視野内に入るように試料テーブルを位置決めしてそのX線透過情報を得て、X線透視画像の明るさや画像処理条件を一定に保持するようにX線源のコントローラおよび画像処理手段を自動調整すれば、開放管を用いても長時間にわたってX線透視画像を一定の輝度に保つことが可能となり、多数の半田バンプ等を一連の動作で自動的に検査することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の実施の形態の構成図で、主要な機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【0014】
X線管球1はその照射X線光軸Lが鉛直(z軸)方向上方を向くように配置され、そのX線管球1に対向してその上方には、例えばイメージインテンシファイアとCCDからなるX線カメラ2が配置されている。そして、これらのX線管球1とX線カメラ2の間に、検査すべき半導体ウエハWを搭載するための試料テーブル3が配置されている。
【0015】
試料テーブル3は、X線の光軸方向であるz軸方向を含む互いに直交する3軸方向に移動可能に支持されており、x軸移動機構3x,y軸移動機構3yおよびz軸移動機構3zの駆動により、x,y,z軸方向にそれぞれ独立的に移動するようになっている。
【0016】
試料テーブル3は開閉自在の扉を備えた防護箱(図示せず)内に収容されており、その扉の外側に検査すべき半導体ウエハWを試料テーブル3上のX線透視位置に搬入し、あるいはその位置から外部に搬出するための搬送ロボット4が配置されており、この搬送ロボット4および扉の開閉は、搬送コントローラ5からの駆動信号によって駆動制御される。
【0017】
また、試料テーブル3は、図2にその概略の平面図を示すように、金属などの構造材3aの略中央部に、半導体ウエハWを搭載するための例えばカーボン等からなる試料搭載用低密度板材3bを配置するとともに、その試料搭載用低密度板材3bに隣接して、参照用のチップRを搭載するための同じくカーボン等からなる参照試料搭載用低密度板材3cを配置した構造を有している。
【0018】
X線管球1は開放型のものであって、ターゲット1aに対して電子ビームの焦点を結ばせる対物用の磁気レンズ1bを内蔵しており、この磁気レンズ1bは、X線コントローラ6からの駆動信号によって動作し、その駆動信号を変化させることによって焦点位置をx,y軸方向に変化させることができ、例えば電子を発生するフィラメントの熱変形によりターゲット1a上への電子ビームの焦点位置が変化した場合には、この駆動信号を変化させることにより元に戻すように調整することができる。また、このX線コントローラ6から、X線管球1に対する管電流および管電圧が供給される。
【0019】
X線カメラ2からの出力は画像処理装置7に取り込まれる。この画像処理装置7では、以下に示すように、半導体ウエハWの種類の識別のための画像処理、マッピングのための画像処理、および半導体ウエハW上に形成されている半田バンプの自動検査のための画像処理を行うことができる。
【0020】
以上のX線コントローラ6および画像処理装置7は、制御装置8の制御下に置かれており、この制御装置8からの指令によって動作する。なお、画像処理装置7と制御装置8は、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成された1つのシステムであって、そのコンピュータにそれぞれに対応するプログラムをインストールすることによって構築されている。
【0021】
次に、以上の実施の形態により半導体ウエハW上の半田バンプの自動運転時における動作について説明する。図3は一連の自動運転動作の全体の手順を示すフローチャートであり、図4はウエハ種自動認識処理の詳細手順を示すフローチャート、図5は位置自動補正処理の詳細手順を示すフローチャートで、図6はバンプ自動検査処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【0022】
まず、検査すべき半導体ウエハWを搬送ロボット4によって試料テーブル3上に搬入し、次いでウエハ種自動認識処理を行う。ウエハ種自動認識処理では、図4に示すように、試料テーブル3を移動させ、この試料テーブル3上に搭載された半導体ウエハWの端部から順にX線透視像が得られるようにX線検出器2の視野を走査していき、半導体ウエハWの全体のX線透視像を作成する。次に、ウエハ端から2番目のチップに注目し、チップ全体の画像を作成する。ウエハ端から2番目のチップに注目するのは、最端のチップでは半田バンプの欠落などが生じている確率が高く、正確なパターンを得ることができない可能性があるためである。
【0023】
画像処理装置7には、あらかじめ複数種の半導体ウエハのパターンが格納されており、その各パターンとX線透視像とから、当該半導体ウエハWの種類を割り出す。
【0024】
次に、位置自動補正処理を行うが、この位置補正処理では、図5に示すように、半導体ウエハWの種類の割り出しができていない場合、当該半導体ウエハWは未設定として、X線透視画像からウエハWのチップピッチ等、ウエハ種を決定するためのパラメータを自動的に計測し、新たな種類のウエハとしてそのパラメータを格納する。
【0025】
ウエハ種の割り出しが終わると、次いでウエハWの端部の8点の自動検出して制御装置8に自ら教示する。この8点の教示を採用することにより、以下に示すメリットがある。
【0026】
すなわち、ウエハ上の半田バンプの並びを精密に位置合わせするには、約10μmの精度が必要である。10μmの精度は一般的なxyzテーブルでは平凡な精度であるが、X線透視装置用のテーブルはX線照射検査範囲は前記したカーボンなどの密度の低い(機械的強度の小さい)、脆弱な板1枚で構成しなければならないため、一般的なテーブルのような剛性は得られず、x軸およびy軸とも真直線上を摺動できないと考えて、位置補正を行う必要がある。x軸とy軸が直交しており、各軸方向に真直線上を摺動できるならば、他の複数のパラメータの教示は必要であるがウエハを自動マッピングするのに必要な教示点は4点で十分である。しかし、上記したように低剛性のテーブルでは、これでは十分な位置情報を得ることができず、以下に示す8点教示プログラムが有効であることが、本発明者の研究によって明らかになった。
【0027】
その8点教示プログラムでは、図7に示すように、ウエハWの各角隅部の8点を決定する。この図7において(x1,y1)〜(x8,y8)はxy座標を示している。なお、実際には縦横にチップ並びがあり、チップ間隔があるが、ここでは簡単のために、等間隔で半田バンプが並んでいるものとし、縦にn列、横にm列のバンプ並びがあるものとすると、
【0028】
点(x3,y3)と点(x5,y5)およびこれらの点の間をm分割した各点、つまりx座標では、x3,x3+(x5−x3)/m、x3+2(x5−x3)/m・・・・を求めるとともに、点(x4,y4)と点(x6,y6)およびこれらの点の間を同じくm分割した各点、つまりx座標ではx4,x4+(x6−x4)/m、x4+2(x6−x4)/m・・・・を求め、これらの各点のうちy軸方向に対向する点どうしを結ぶ直線を引く。同様にして、点(x1,y1)と点(x7,y7)およびこれらの点の間をn分割した各点、つまりy座標では、y1,y1+(y7−y1)/n,y1+2(y7−y1)/n・・・・を求めるとともに、点(x2,y2)と点(x8,y8)およびこれらの間をn分割した各点、つまりy座標ではy2,y2+(y8−y2)/n,y2+2(y8−y2)/n・・・・を求め、これらの各点のうちx軸方向に対向する点どうしを結ぶ直線を引く。これにより、マトリクス状に並んだ各半田バンプの位置で交差する格子が形成されることになり、これらの各線の交点の座標を算出して、マッピングデータとする。
【0029】
以上のマッピングを完了した後、バンプ自動検査処理を実行する。このバンプ自動検査処理においては、図6に示すように、マッピングデータに従って試料テーブル3をx,y軸方向に位置決めしていき、各半田バンプのX線透視画像の画像処理によりボイドの有無などを検査する。半田バンプの検査数があらかじめ設定されている個数に達するごとに、参照用チップRがX線カメラ2の視野内に収まるように試料テーブル3を自動的に移動させ、X線透視画像の明るさに変化があるか否かを判別し、変化がある場合には、X線管球1に対する管電圧および管電流を調整してX線透視画像の明るさを当初の明るさとなるように維持するとともに、X線管球1の磁気レンズ1bを調整してターゲット1aに対する電子ビームの焦点位置を調整する。そして、画像処理環境パラメータ、各しきい値の調整を行う。
【0030】
マッピングデータに従って全ての半田バンプの検査を終了すると、図3に示すように半導体ウエハWを試料テーブル3上から搬出し、一連の自動検査動作を終了する。
【0031】
以上の実施の形態において特に注目すべき点は、カーボン等の低密度材料を用いた試料テーブル3を用いているにも係わらず、半導体ウエハWの各角隅部の8点を教示ポイントとしたマッピングにより、微細な多数の半田バンプがX線カメラ2の視野内に正確に収まるように、10μm程度の位置決め精度のもとに試料テーブル3を移動させることができる。また、定期的に参照用チップRを撮像してX線透視画像の明るさやX線管球1の焦点を自動的に維持するため、拡大倍率を高くする点において優れているものの、長時間の連続運転に不向きな開放型のX線管球1を用いていても、X線透視画像の明るさは検査開始当初の明るさに維持される。
【0032】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、試料テーブル上に搬入された半導体ウエハのX線透過情報からそのウエハの種類を認識し、ウエハ上の半田バンプ等の検査すべき位置のマップを自動的に作成し、そのマップに従って試料テーブルを自動的に移動させて各半田バンプ等のX線透過情報を得て、画像処理によって各半田バンプを自動的かつ効率的に検査することができる。
また、請求項2に係る発明のように、定期的に参照用試料のX線透過情報を得て、X線透視画像の明るさやX線源の焦点、更には画像処理条件を自動的に調整することによって、長時間にわたって安定した透視検査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の構成図で、主要な機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図2】本発明の実施の形態の試料テーブルの概略の平面図である。
【図3】本発明の実施の形態による一連の自動運転動作の全体の手順を示すフローチャートである。
【図4】図3におけるウエハ種自動認識処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図5】図3における位置自動補正処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図6】図3におけるバンプ自動検査処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図7】本発明の実施の形態における位置自動補正処理で用いる8点教示プログラムの説明図である。
【符号の説明】
1 X線管球
1b 磁気レンズ
2 X線カメラ
3 試料テーブル
3b 試料搭載用低密度板材
3c 参照試料搭載用低密度板材
3x x軸駆動機構
3y y軸駆動機構
3z z軸駆動機構
4 搬送ロボット
5 搬送コントローラ
6 X線コントローラ
7 画像処理装置
8 制御装置
W 半導体ウエハ
Claims (2)
- X線源と、そのX線源に対向配置されたX線検出器と、これらのX線源とX線検出器の間に配置され、検査すべき半導体ウエハを搭載してX線光軸方向を含む互いに直交する3軸方向に移動可能な試料テーブルと、上記X線検出器の出力を用いた画像処理により、試料テーブル上のウエハの透視検査を行う画像処理手段を備えたウエハ検査用X線透視装置において、
上記試料テーブル上にウエハを搬送する搬送手段と、試料テーブル上に載せられたウエハのX線透過情報から、そのウエハの種類を自動的に認識するウエハ種自動認識手段と、ウエハ種認識後に上記X線透過情報から当該ウエハ上で検査すべき複数の位置のマップを自動的に作成するマッピング手段と、その作成されたマップに従って検査すべき各位置のX線透過情報を得るべく上記試料テーブルを自動的に移動させて透視検査を行うテーブル自動位置決め・検査手段を備えていることを特徴とするウエハ検査用X線透視装置。 - 上記テーブル自動位置決め・検査手段は、所定回数の試料テーブルの位置決めと透視検査を行うごとに、試料テーブル上にあらかじめ配置されている参照用試料をX線検出器の視野内に収めるべく試料テーブルを自動的に移動させ、そのX線透過情報を用いて、X線透視画像の明るさを一定に保つとともに、検査のための画像処理条件を調整するようにX線源のコントローラおよび画像処理手段に対して調整指令を与える輝度・処理条件調整手段を含んでいることを特徴とする請求項1に記載のウエハ検査用X線透視装置。
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