JP2005292077A

JP2005292077A - Ｘ線顕微鏡装置

Info

Publication number: JP2005292077A
Application number: JP2004111065A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ueda; 厚植田
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-04-05
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】Ｘ線を透過しない試料でも、煩雑な前処理を要することなく、その内部構造を非破壊式で観察できるようにする。
【解決手段】タングステン等のフィラメント４より放出された熱電子７を収束レンズ８，対物レンズ９などの電磁レンズで収束し、タングステン等からなるターゲット１０に照射して発生するＸ線（蛍光Ｘ線）を試料保持部２１に搭載された試料で反射させ、入射光として画像信号発生装置３１に入射させることで、微小領域を拡大して観察できるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、各種半導体デバイスやモールド品などにおいて、その内部構造、異物や欠陥の有無などを非破壊で把握するための観察装置として好適なＸ線顕微鏡装置に関する。

各種の半導体デバイスは通常、シリコンなどの基板上に形成されていて、多層の絶縁膜や樹脂材料で被覆されるなど様々な形態を呈している。これらのデバイスで、内部に異物や空洞（ボイド）などがあると、デバイスの諸特性に大きな影響を及ぼすため、その有無を調べることが重要となる。Ｘ線顕微鏡は電子顕微鏡のように、観察しようとする試料を真空中に置く必要が無く、観察準備に手間をかけずに（たとえば導電性確保のためのスパッタコーティングが不要など）、非破壊で観察できるという利点を有しており、例えば特許文献１に示すものがある。

特許文献１に示すものは、試料にＸ線を照射し、試料の影に対応する二次電子を画像信号に変換するものであり、大気中で観察できるものの、照射系と検出系は真空排気が必要である。そこで、最近は、試料を透過したＸ線を直接検出するタイプのＸ線顕微鏡が普及してきている。
図３にこのようなタイプとして特許文献２の例を示す。図示のように、大きく分けてＸ線発生装置１、試料保持部２および画像信号発生装置３から構成される。

上記Ｘ線発生装置１の内部は真空排気されており、フィラメント４，グリッド５，アノード６，収束レンズ８，対物レンズ９およびターゲット１０などから構成され、タングステン（Ｗ）やＬａＢ６（ホウ化ランタン）などからなるフィラメント４よりグリッド５，アノード６を介して放出される（熱）電子線７を、電磁レンズからなる収束レンズ８，対物レンズ９により収束し、Ｗなどからなるターゲット１０に照射してＸ線を発生させる。

試料保持部２はＸ線を透過させるプラスチック材料などで構成された基板を有し、その上に設置される観測対象試料をＸ線により照射する。
また、画像信号発生装置３は例えばＣＣＤからなり、試料を透過した透過Ｘ線１１を画像化し、図示されないモニタ上に表示する。分解能としては、モニタ上で３０００倍程度の観察が可能である。

特公平０６−０９０３２０号公報（第２−３頁、図１，２）特開２００３−０４３２００号公報（第４頁、図１）

図３のような方法は、各種半導体デバイスやモールド品などにおいて、その内部構造、異物や欠陥の有無などを非破壊で観察するのに大きな威力を発揮する。しかしながら、本装置では観測対象となる試料をＸ線が透過することが前提となっている。換言すれば、Ｘ線が透過しない試料は観察できない（無力である）、という致命的な問題がある。例えば、厚い金属基板上に形成された試料などは、そのまま観察することは不可能であり、透過しない部分を研磨するなどの極めて困難な前処理加工を施さない限りは観測不能である。

したがって、この発明の課題は、Ｘ線を透過しない試料でも、煩雑な前処理加工を施さずに観察できるようにすることにある。なお、試料としてはＸ線を全反射するものだけでなく、部分的に反射するものも含めることとする。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、試料に対してＸ線を照射するＸ線発生装置と、前記Ｘ線にて照射される試料を保持し試料を介して得られるＸ線の反射光を任意の方向に向けることができる可変機構を備えた試料保持部と、前記Ｘ線の反射光を任意の方向から受光可能にする可変機構を備えた画像信号発生装置とを有し、この画像信号発生装置により前記試料の内部構造の観察を可能にしたことを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記試料保持部におけるＸ線の反射方向と前記画像信号発生装置におけるＸ線の受光方向とを連続的に変化させて複数の画像を得、その複数の画像を再構築して観察試料の三次元立体像を取得可能にすることができる（請求項２の発明）。

この発明によれば、Ｘ線の照射方向可変機構とＸ線の検出方向可変機構とを設け、画像信号発生装置に試料からのＸ線（蛍光Ｘ線）の反射像を結像させるようにしたので、Ｘ線を完全には透過しないような厚い金属基板上に置かれた試料などについても、試料の内部構造を非破壊で容易に観察することができる。
特に、請求項２の発明のように、Ｘ線の照射方向（角度）とＸ線の検出方向（角度）とを連続的に変化させて画像を複数取り込み、これらを再構築することで観察対象物の三次元立体画像を得ることが可能となる。

図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
従来例と同じ部分の説明は省略し、主として相違点について説明する。
図からも明らかなように、Ｘ線発生装置１、試料保持部２１および画像信号発生装置３１から構成され、Ｘ線発生装置１の構成は全く同じである。試料保持部２１はＸ線の照射方向可変機構（傾斜機構）を有し、画像信号発生装置３１はＸ線の検出方向可変機構（回動機構）を有している。

図１の例では、試料保持部２１を４５°傾斜させて得たＸ線（蛍光Ｘ線）を、Ｘ線の照射方向に対して垂直（直角）方向となるように配置した画像信号発生装置３１で観察する場合を示している。これは、図３のようにターゲット１０を経た透過光を、画像信号発生装置により直接観察するのではなく、試料保持部２１の試料にて反射させたＸ線反射光１１を画像信号発生装置３１により観察するもので、これにより特定微小領域（ミクロンオーダ）を拡大して観察することができる。なお、Ｘ線（蛍光Ｘ線）により形成される影により、画像むらが発生する場合があるが、これはコンピュータの画像処理により補正可能である。

図２に図１の変形例を示す。
同図は、試料保持部２１と画像信号発生装置３１が様々な位置関係になるよう、可変（傾斜，回転）できる場合の例を示す。こうすれば、Ｘ線の照射方向（角度）とＸ線の検出方向（角度）とを連続的に変化させて複数の画像を取り込み、これらの画像を再構築することで観察対象物の三次元立体像を得ることが可能となる。なお、位置の異なる複数の画像から三次元的な像を得る方法は周知であるが、例えば特公平０２−１６５００号公報に示すものがある。

この発明の実施の形態を示す構成図図１の変形例を示す構成図従来例を示す構成図

符号の説明

１…Ｘ線発生装置、２，２１…試料保持部、３，３１…画像信号発生装置、４…フィラメント、５…グリッド、６…アノード、７…電子線、８…収束レンズ、９…対物レンズ、１０…ターゲット、１１…Ｘ線（蛍光Ｘ線）。

Claims

試料に対してＸ線を照射するＸ線発生装置と、前記Ｘ線にて照射される試料を保持し試料を介して得られるＸ線の反射光を任意の方向に向けることができる可変機構を備えた試料保持部と、前記Ｘ線の反射光を任意の方向から受光可能にする可変機構を備えた画像信号発生装置とを有し、この画像信号発生装置により前記試料の内部構造の観察を可能にしたことを特徴とするＸ線顕微鏡装置。
前記試料保持部におけるＸ線の反射方向と前記画像信号発生装置におけるＸ線の受光方向とを連続的に変化させて複数の画像を得、その複数の画像を再構築して観察試料の三次元立体像を取得可能にしたことを特徴とする請求項１に記載のＸ線顕微鏡装置。