JP2017514147A - Ｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

Ｘ線検査システムは、キャビネット（１１０）と、エアームーバ（１３０）と、サンプル支持部（２００）をＸ線源（１００）及びＸ線検出器（３００）に対して位置決めするためのサンプル支持部位置決め組立体（３１０）と、を備えている。キャビネット（１１０）は、Ｘ線源（１００）と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部（２００）と、Ｘ線検出器（３００）と、を有している。エアームーバ（１３０）は、サンプル支持部（２００）上のキャビネット（１００）内の空気入口部（１３２）を通して、キャビネット（１１０）内に空気を強制的に送り込むように構成されている。エアームーバ（１３０）とキャビネット（１１０）は、空気入口部（１３２）からサンプル支持部（２００）を通してサンプル支持部（２００）下のキャビネット（１１０）の空気出口部（１５０）へと、空気を強制的に送り込むように構成されている。サンプル支持部（２００）は、水平面内に延在する上面を有しており、サンプル位置決め組立体（２１０）は、サンプル支持部を水平面に直交する鉛直方向に移動するための鉛直位置決め機構（２１４、２１６）と、第１水平方向にサンプル支持部８２００）及び鉛直位置決め機構（２１４、２１６）を移動する第１水平位置決め機構（２１２，２１４）と、を有している。

Description

本発明は、Ｘ線検査装置に関しており、特には、集積回路を生産するための半導体ウェハの処理中に半導体ウェハを検査するのに好適な装置及び方法に関している。もっとも、本発明の特徴は、一般的にＸ線検査システムに関しており、任意のタイプのサンプルを検査するためのシステムに適用され得る。

集積回路を製造することは、フォトリソグラフィ処理工程及び化学処理工程の複数工程の連続である。それら工程の間に、典型的にはシリコンである純粋な半導体からなるウェハ上に次第に電子回路が生成されていく。全体の製造処理は、開始から終了まで６週間から８週間かかり、製造プラントと呼ばれる非常に特殊化された設備内で実施される。製造プラントは、機能するべき多くの高価な装置を要求する。新しい製造プラントを建造するコストの見積額は、１０億ＵＳドルを超えており、３０〜４０億ＵＳドル程度になることも珍しくない。結果として、製造プラントにおける処理時間は、大変に貴重である。例えばプラント内の機械のメンテナンスのため、製造プラントが動作しない時間は、非常に望ましくない。

要求される最少のメンテナンスで、顕著に信頼性があるということが、全てのウェハ処理工程にとって必要である。また、全ての処理工程は、できるだけ迅速になされ、できるだけ小スペースのみを要する、ということも必要である。

処理に信頼性を与えることの一部として、また、回路が適切に動作するよう製造されることを確実にするべく、製造の様々な段階において不良や欠陥のためにウェハをテスト可能であることが望ましい。表面特徴の光学的検査が、迅速かつ信頼性をもって達成され得る一方で、堆積された導電要素（シリコンビア、銅ピラー、バンプなどを介する）におけるボイド、クラック、整列ずれ、のような内部欠陥の検査は、より難しい。これらの欠陥を検出する現在の方法は、ウェハを製造プラントの外側に取り出して、焦点合わせされたイオンビームを用いてテストして、電子マイクロスコープまたはＸ線を走査することを要求する。しかしながら、ウェハは製造プラントのクリーン環境から取り出されるとすぐに、実際上壊れてしまって、もはや利用不能となり得る。

より効率的で非破壊的な態様で、堆積された導電要素におけるボイド、クラック、整列ずれ、のために半導体ウェハを正確にテスト可能であることが、望ましい。半導体ウェハの処理時間の顕著な増大を招かない態様で迅速に、堆積された導電要素におけるボイド、クラック、整列ずれ、のために半導体ウェハをテスト可能であることも、望ましい。

第１の特徴において、Ｘ線検査システムが提供される。当該Ｘ線検査システムは、
Ｘ線源と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、を有するキャビネットと、
前記サンプル支持部上の前記キャビネット内の空気入口部を通して、前記キャビネット内に空気を強制的に送り込むように構成されたエアームーバと、
を備え、
前記エアームーバと前記キャビネットは、前記空気入口部から前記サンプル支持部を通して前記サンプル支持部下の前記キャビネットの空気出口部へと、空気を強制的に送り込むように構成されている。

キャビネットは、Ｘ線シールドを提供するべく構成され得て、当該目的のために鉛でライン（ライナ）され得る。安全の見地から、当該システムからのＸ線の漏洩を最小化することが望ましい。

このタイプのＸ線システムは、半導体ウェハのような物品を検査するためにクリーンルーム環境内で用いられ得る。サンプル支持部の上方から当該サンプル支持部を通して当該サンプル支持部の下方の出口部に至る空気の流れを維持することによって、サンプルはダストや塵から保護され得る。システムは、当該システムの動作中、すなわち、サンプルがロードされ、画像化され、移動され、システムからアンロードされる間に、空気の流れが維持されるように、構成され得る。システムは、少なくともクラス４ＩＳＯ１４６４４−１クリーンルーム環境を提供するように構成されている。

Ｘ線源は、好適には、シールされたＸ線チューブである。シールされたＸ線チューブは、開放型のＸ線チューブと比較して、顕著に少ないメンテナンスを要求するため、プラントの動作がメンテナンスのために停止される時間が大変に高価である半導体製造プラントにおいて使用するのにずっと好適である。

Ｘ線源は、好適には、透過ターゲットを有している。透過ターゲットの使用は、大変小さいスポットサイズのＸ線源を許容し、コンパクトなシステム内での高い倍率を許容する。なぜなら、画像化されるサンプルが、ターゲットの近くにもたらされ得るからである。シールされた、透過ターゲットを有するＸ線チューブが、半導体ウェハ検査のために特に有利である。なぜなら、このタイプのＸ線チューブは、高分解能の画像、良好な信頼性、及び、長いメンテナンスサイクル、を提供し得るからである。

本システムは、好適には、透過顕微鏡法を実施するように構成される。Ｘ線検出器は、Ｘ線源からの主要な入射Ｘ線ビームの減衰を測定して、サンプルまたはサンプルの一領域の２次元画像を提供するように構成され得る。

本システムは、更に、例えば高効率粒子吸収（ＨＥＰＡ）フィルタまたは超低貫通空気（ＵＬＰＡ）フィルタのような、高性能のエアーフィルタを備え得る。当該エアーフィルタは、サンプル支持部の上方に置かれる。このタイプのエアーフィルタは、入口部からキャビネットに入る空気流がダストフリーであることを保証する。

好適な実施形態では、エアームーバが、サンプル支持部上で、キャビネット内に位置決めされている。当該実施形態では、エアーフィルタは、エアームーバとサンプル支持部との間に位置決めされている。エアームーバをキャビネット内に設けることは、コンパクトなシステムの製造を許容する。もっとも、キャビネットの外側にエアームーバを置くことも可能である。

本システムは、複数のエアームーバと複数のエアーフィルタとを備え得る。理想的には、本システムは、キャビネット内の空気流が、何らの空気の再循環無しで、均一で層状で下向きであるように、構成される。用いられるエアームーバの数は、層流を達成するべくキャビネット内のシステム要素の幾何形状に適合するよう選択され得る。好適な実施形態では、本システムは、２つのエアームーバと２つの関連するエアーフィルタとを備える。

エアームーバは、ファンであり得る。エアーフィルタは、エアームーバに結合され得る。エアームーバとエアーフィルタは、ファンフィルタユニットとして提供され得る。ファンフィルタユニットは、空気入口部を有する包囲部と、当該包囲部内で空気を空気入口部を通して引き入れるように構成されたファンと、空気出口部と、空気出口部に広がるフィルタ板と、を備え得て、空気出口部から出る空気は、強制的にフィルタ板を通されるようになっている。ファンフィルタユニットは、包囲部の外側よりも包囲部の内部においてより高圧を提供するように構成され得る。ファンフィルタユニットの内部でより高圧を提供することは、エアーフィルタを通る空気流の均一性を改善する。これは、キャビネット内の空気再循環を防止するために望ましい。

ファンフィルタユニットは、ファンに結合されたバッフル板を有し得る。バッフル板は、有利には、フィルタ板を通る均一な空気流を提供するように構成される。ファンは、包囲部の中心に置かれ得て、バッフル板は、ファンからの空気を包囲部の先端（末端）へと指向するように構成され得る。包囲部は、外部壁を有し得て、バッフル板は、ファンからの空気を外部壁に向けて指向するように構成され得る。

エアームーバは、当該エアームーバを通してのキャビネットからのＸ線の漏洩を防止するために配置された、例えば鉛シートのようなＸ線シールドを有し得る。ファンフィルタユニット内のバッフル板は、Ｘ線シールドであり得る。それは、安全上の見地から、システムからのＸ線の漏洩を最小化するために望ましい。

Ｘ線源は、有利には、サンプル支持部の上方に置かれて、キャビネットに対して固定される。Ｘ線源を支持部の上方に置くことは、支持部の頂部上のサンプル、特にはサンプルの頂面、がＸ線源に近接されることを許容する。これは、コンパクトなシステム内で高倍率の画像を提供するために有利である。Ｘ線源がサンプルの上方に置かれる場合、サンプルを損傷し得る任意の運動機構からのダストやデブリの生成を防ぐべく、それが動作中に静止していることもまた、有利である。また、Ｘ線源は相対的に大きくて重い要素であるので、Ｘ線源を静止状態に維持することは有利である。典型的には、それは、相対的に柔軟でなくて動かすのが難しい非常に大きな電源ケーブルを必要とする。

Ｘ線検査システムは、画像プロセッサを含むコントローラを備え得る。画像プロセッサは、Ｘ線検出器からのデータを受容するためにＸ線検出器に接続され得る。

Ｘ線検査システムは、サンプル支持部とＸ線源との間の相対移動を許容する第１位置決め組立体を更に備え得て、当該第１位置決め機構は、サンプル支持部の下方に位置する。第１位置決め機構は、第１水平方向にサンプル支持部を移動するための第１水平サンプル位置決め機構と、第２水平方向にサンプル支持部を移動するための第２水平サンプル位置決め機構と、鉛直方向にサンプル支持部を移動するための鉛直サンプル位置決め機構と、を有し得る。

好適な実施形態では、第１位置決め組立体は、第１水平位置決め機構がサンプル支持部と鉛直位置決め機構とを第１水平方向に移動する、というように構成される。鉛直位置決め機構は、第２水平位置決め機構とサンプル支持部とを鉛直方向に移動する、というように構成され得る。第１水平位置決め機構は、好適には、支持フレームに直接取り付けられる。この配置は、水平面内でのサンプルのラスター走査を実施するシステムにとって有利である。ラスター走査の走査線は、第２水平方向に延びていて、第２水平位置決め機構は、最長距離に亘って頻繁に高速に動作することが要求される。従って、第２水平位置決め機構は、サンプル支持部のみを移動して、他の位置決め機構のいずれの集団も移動しないように構成されている。第１水平位置決め機構もまた、鉛直位置決め機構と比較すると、高速かつ頻繁に移動することが要求される。第１水平位置決め機構を支持フレームに直接的に取り付けることによって、第１水平方向の運動は、高速かつ正確になされ得る。鉛直位置決め機構は、画像倍率を変更するが、水平位置決め機構よりも相対的にさほど頻繁でなく相対的に短い距離に亘って移動することが要求される。典型的には、ラスター走査動作中は、全く移動しない。鉛直位置決め組立体は、水平位置決め機構よりも、相対的に小さい質量とされ得る。

第１水平位置決め機構が固定される支持フレームは、床（フロア）に取り付けられ得る。好適な実施形態では、支持フレームは、フロアに固定されるよう構成された第１剛性サブフレームと、第１サブフレームにダンピング機構を介して支持された第２剛性サブフレームと、を有し得る。第１水平位置決め機構は、第２剛性サブフレームに固定される。

Ｘ線検査システムは、サンプル支持部に隣接して位置決めされてサンプル支持部の位置または位置変化を検出するように構成された、例えばレーザ干渉計のような非接触式の位置測定装置を有するサンプル支持部位置検出組立体を備え得る。これは特に、サンプルの位置を水平面内で正確に決定するために有利である。それは、大変高い倍率の画像を生成し、それらを用いて３次元モデルを生成する時に要求される。好適な実施形態では、本システムは、好適にはレーザ干渉計である２つの非接触式の位置測定装置を有する。第１の非接触式の位置測定装置は、第１水平方向のサンプル支持部の位置変化を検出するための装置であり、第２の非接触式の位置測定装置は、第２水平方向のサンプル支持部の位置変化を検出するための装置である。勿論、一対の非接触式の位置測定装置は、第１及び第２水平方向とは異なる水平面内の方向での位置変化を検出するように配置されてもよい。他の可能性ある非接触式の位置測定装置は、光学的なリニアエンコーダ、磁石式のエンコーダ、静電容量センサ、及び、ソナー距離測定装置を含む。

非接触式の位置測定装置によって提供される位置情報は、画像プロセッサによって用いられ得る。特に、非接触式の位置測定装置によって提供される画像間のサンプルの位置変化は、トモシンセシス計算において用いられ得る。非常に高い倍率で半導体ウェハ内のボイドのような大変小さい特徴の３次元モデルを生成する時、正確な位置情報が要求される。サンプルの位置情報がより正確であればある程、画像分解能がよくなる。

Ｘ線検査システムは、Ｘ線源とサンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離の測定を提供するように構成され、Ｘ線源に固定された近接センサを備え得る。近接センサは、レーザ位置センサや共焦点センサであり得る。近接センサは、画像プロセッサに距離データを提供するべく、画像プロセッサに接続され得る。画像プロセッサは、例えばトモシンセシス計算のような画像処理計算において、近接センサからの距離の測定を用い得る。

コントローラが、サンプル位置決め組立体に接続され得て、近接センサによって提供される距離測定値に基づいてサンプル位置決め組立体を制御し得る。近接センサは、Ｘ線源とサンプルの頂面との間の正確な距離測定値を提供する。それは、倍率計算のような画像処理計算において利用され得るし、サンプルとＸ線源との衝突を防止するためにも利用され得る。コンパクトなシステムにおいて半導体ウェハの小さな特徴の有用な検査を提供するために、サンプルはＸ線源に大変近くもたらされるが、サンプルとＸ線源との間の何らかの衝突は、サンプルとＸ線源の両方に損傷をもたらす可能性がある。Ｘ線源の近くにサンプルをもたらす間、そのような衝突を避けることが必要である。

サンプル位置決め組立体は、リニアエンコーダを有し得る。コントローラは、近接センサによって提供される距離測定値に基づいて、リニアエンコーダを較正するように構成され得る。

Ｘ線検査システムは、更に、Ｘ線検出器とＸ線源との間の相対移動を許容する第２位置決め組立体を更に備え得て、当該第２位置決め機構は、サンプル支持部の下方に位置する。第２位置決め機構は、水平面内で検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構を有し得る。当該検出器位置決め機構は、検出器が水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構を有し得る。検出器は、この時、当該検出器がどこに位置決めされても、当該検出器の画像取得面が当該検出器の中心とＸ線源の出力スポットとの間の線に対して常に垂直であるように、傾斜され得る。コントローラは、第２位置決め組立体に接続され得る。

第１及び第２位置決め組立体は、有利には、サンプル支持部の下方に位置決めされる。サンプル及び検出器をＸ線源に対して移動する能力は、撮像されるサンプルの異なる位置と、利用される検査の異なる角度と、を許容する。同じサンプルまたはサンプルの同じ一部の一連の画像が、サンプルの３次元モデル及び画像を生成してクラック、ボイド及び他の欠陥を正確に位置特定して測定するため、トモシンセシスシステムで用いられ得る。

サンプルの上方に固定されたＸ線源を置き、位置決め組立体をサンプルの下方に置くことにより、システムの全ての可動要素が、サンプルの下方に位置され得る。下方向きの空気流により、可動部分によって生成される何らかのデブリ（塵）がサンプルに到達してサンプルを損傷する可能性が低減される。

本システムは、Ｘ線源の下方で、第１及び第２位置決め組立体の上方に位置決めされた穿孔されたデッキを備え得る。穿孔されたデッキとエアームーバは、デッキ上方に第１空気圧力を提供し、デッキ下方に第２空気圧力を提供するように構成されており、第２空気圧力は、第１空気圧力よりも低い。穿孔されたデッキは、好適には、サンプル支持部がその最上位置（最大倍率に対応する）にある時のサンプル支持部の高さのレベルに位置決めされる。サンプル上方の空間とサンプル下方の空間との間の小さい圧力差が、サンプル下方からサンプル上方への空気の有意な流れを防止する。

空気入口部は、有利には、ラビリンス状空気流路を有している。これは、Ｘ線源からのＸ線が空気入口部を通してキャビネットから漏洩できないことを保証する。空気出口部は、同じ理由のため、有利には、ラビリンス状空気流路を有している。空気出口部は、好適には、空気の再循環を最小化するべく、大きい。

サンプル支持部は、Ｘ線検査の間にサンプルを支持するように構成されている。ある実施形態では、サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成されている。

サンプル支持部は、以下に説明される本発明の１１番目乃至１５番目の特徴の一つに従って構成され得る。

ウェハ処理中に非破壊的な態様で内部特徴のために半導体ウェハを検査する能力が、非常に望ましい。空気流がウェハ上方からウェハ下方までキャビネットを通して向けられるというシステムを提供することで、キャビネットが要求されるＸ線シールディングを提供する間、これが可能となる。

ファンフィルタユニット内に見出されるようなエアーフィルタ、サンプル支持部に関する穿孔されたデッキのレベル、及び、サンプル支持部の上方の固定された位置でのＸ線源の位置決め、を使用することで、クリーンルーム基準が充足され得ることが保証される。シールされた透過ターゲットＸ線チューブの使用のような、更なる有利な特徴は、商業上魅力あるシステムとしての要求される信頼性と画像の質とを提供する。

本発明の第２の特徴において、ウェハにＸ線を指向する工程と、前記ウェハを通過してきたＸ線を検出する工程と、前記２つの工程と同時の、前記ウェハ上から当該ウェハを通って当該ウェハの下方へと層状の空気流を指向する工程と、を備えたことを特徴とする半導体ウェハの検査方法が提供される。

空気流は、好適には、ＨＥＰＡフィルタを通った、または、ＵＬＰＡフィルタを通った空気流を有する。

ウェハを通る清浄空気の連続流を提供することによって、システム内の機構からのダストやデブリを拾い上げるかもしれない空気の再循環無しで、検査システムはクリーンルーム基準を充足することができ、半導体ウェハの汚染や損傷のリスクが最小化される。

本発明の第３の特徴において、Ｘ線源と、検査対象の半導体ウェハを支持するように構成されたサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、を備え、Ｘ線源はサンプル支持部の上方に位置決めされている、というＸ線検査システムが提供される。

Ｘ線源は、好適には、支持フレームに固定されていて、システムの稼働中には移動しない。サンプル支持部は、Ｘ線源に非常に近く位置決めされ得て、高倍率画像の生成を許容する。

この特徴において、Ｘ線検査システムは、キャビネットを備え得て、当該キャビネットが、Ｘ線源と、サンプル支持部と、Ｘ線検出器と、を備え得る。Ｘ線検査システムは、サンプル支持部上のキャビネット内の空気入口部を通して、キャビネット内に空気を強制的に送り込むように構成されたエアームーバをも備え得て、エアームーバとキャビネットは、空気入口部からサンプル支持部を通してサンプル支持部下のキャビネットの空気出口部へと、空気を強制的に送り込むように構成されている。

サンプル支持部は、水平面内に延在する支持面を有し得て、更に、当該サンプル支持部をＸ線源またはＸ線検出器に対して位置決めするためのサンプル支持部位置決め組立体を有し得る。サンプル支持部位置決め組立体は、サンプル支持部の下方に位置決めされる。

第１サンプル位置決め組立体は、水平面に直交する鉛直方向にサンプル支持部を移動するための鉛直位置決め機構と、第１水平方向にサンプル支持部及び鉛直位置決め機構を移動する第１水平位置決め機構と、を有し得る。Ｘ線検査システムは、更に、Ｘ線検出器とＸ線源との間の移動を許容する第２位置決め組立体を有し得る。第２位置決め機構は、サンプル支持部の下方に位置される。

本発明の第４の特徴において、Ｘ線源と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、サンプル支持部をＸ線源またはＸ線検出器に対して位置決めするためのサンプル支持部位置決め組立体と、を備え、サンプル支持部は水平面内に延在する支持面を有しており、サンプル位置決め組立体は、サンプル支持部を水平面に直交する鉛直方向に移動するための鉛直位置決め機構と、第１水平方向にサンプル支持部及び鉛直位置決め機構を移動する第１水平位置決め機構と、を有している、というＸ線検査システムが提供される。

サンプル位置決め組立体は、第１水平方向に平行でない第２水平方向にサンプル支持部を移動するように構成された第２水平位置決め機構を有し得て、鉛直位置決め機構は、第２水平位置決め機構とサンプル支持部とを鉛直方向に移動するように構成されている。

本システムは、更に、第１及び第２水平位置決め機構に接続され当該水平位置決め機構を制御してサンプル支持部を移動してラスター走査を水平面内でＸ線源に対して実施するように構成されたコントローラを備え得る。有利には、走査線は、第２水平方向に延びる。第２水平位置決め機構は、最長距離に亘って頻繁に高速に動作するよう要求される。従って、第２水平位置決め機構は、サンプル支持部のみを移動して、他の位置決め機構のいずれの集団も移動しないように構成されている。第１水平位置決め機構もまた、鉛直位置決め機構と比較すると、高速かつ頻繁に移動することが要求される。第１水平位置決め機構を剛性の支持フレームに直接的に取り付けることによって、第１水平方向の運動は、高速かつ正確になされ得る。

本システムは、鉛直位置決め機構が第１及び第２水平位置決め機構よりも短い移行範囲を有する、というように構成され得る。本システムは、鉛直位置決め機構が第１及び第２水平位置決め機構よりも低速にサンプル支持部を移動するよう動作する、というように構成され得る。

鉛直位置決め機構は、画像倍率を変更するが、水平位置決め機構よりも相対的にさほど頻繁でなく相対的に短い距離に亘って移動することが典型的には要求される。典型的には、ラスター走査動作中は、全く移動しない。鉛直位置決め機構は、水平位置決め機構ほど遠くまたは速く移動する必要がないため、鉛直位置決め組立体は、水平位置決め機構よりも、相対的に小さい質量とされ得る。

位置決め組立体は、複数のモータを有し得る。特に、第１及び第２水平位置決め機構は、各々、１または２以上のリニアモータを有し得る。鉛直位置決め機構は、送りねじと共にサーボモータを有し得る。本システムは、有利には、複数の所定の撮像位置へとサンプル支持部を移動するべく、位置決め組立体内の機構を制御するように構成され得る。

Ｘ線検査システムは、有利には、フロアに固定されるようになっているフレームを更に備える。第１水平位置決め機構が、当該フレームに固定される。第１水平位置決め組立体を支持フレームに直接固定することによって、第１水平位置決め組立体は、高速かつ正確になされ得る。フレームは、サンプル支持部の振動を低減するべくダンピング要素を介して互いに接続された２または３以上の部品で形成され得る。

サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成され得る。サンプル支持部は、以下に説明される本発明の１１番目乃至１５番目の特徴の一つに従って構成され得る。

Ｘ線源は、好適には、サンプル支持部の上方に位置している。Ｘ線源は、好適には、本発明の第１の特徴に関連して説明された通り、シールされた、透過ターゲットを有するＸ線チューブである。

Ｘ線検査システムは、更に、本発明の第５の特徴に関連してより詳細に説明される通り、サンプル支持部に隣接して位置決めされてサンプル支持部の位置または位置変化を検出するように構成された、例えばレーザ干渉計のような非接触式の位置測定装置を有するサンプル支持部位置検出組立体を備え得る。

Ｘ線検査システムは、更に、本発明の第６、第７及び第８の特徴に関連してより詳細に説明される通り、Ｘ線源とサンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離を決定するために、Ｘ線源に固定された近接センサを備え得る。

本システムは、Ｘ線検出器によって記録される画像に基づいてトモシンセシス計算を実施するように構成され得る。

Ｘ線検査システムは、Ｘ線源に対してＸ線検出器を位置決めするための検出器位置決め組立体を有し得る。当該検出器位置決め組立体は、水平面内で検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構と、検出器が水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構と、を有する。検出器位置決め組立体の有利な特徴は、本発明の第９及び第１０の特徴に関連してより詳細に説明される。

本発明の第５の特徴において、Ｘ線源と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、サンプル支持部をＸ線源またはＸ線検出器に対して位置決めするためのサンプル位置決め組立体と、サンプル支持部に隣接して位置決めされてサンプル支持部の位置または位置変化を検出するように構成された非接触式の位置測定装置を有するサンプル支持部位置検出組立体と、サンプル支持部位置検出組立体に接続された画像プロセッサと、を備えている、というＸ線検査システムが提供される。

非接触式の位置測定装置は、レーザ干渉計であり得る。Ｘ線検査システムは、更に、干渉計からのレーザ光を反射するようにサンプル支持部に取り付けられたリフレクタを備え得る。

システムは、複数の撮像位置へとサンプル位置決め組立体を自動的に移動するように構成され得る。画像（撮像）プロセッサは、非接触式の位置測定装置からの出力に基づいて、１つの画像（撮像）位置から別の画像（撮像）位置へのサンプル支持部の位置変化を計算するように構成される。画像プロセッサは、非接触式の位置測定装置からの出力を用いて、Ｘ線検出器によって記録された画像についてのトモシンセシス計算を実施するように構成され得る。

サンプル支持部は、水平面内に延在する支持面を有し得る。サンプル位置決め組立体は、サンプル支持部を第１水平方向に移動するための第１位置決め機構と、サンプル支持部を第２水平方向に移動するための第２位置決め機構と、を有し得る。サンプル支持部位置検出組立体は、サンプル支持部の第１水平方向での位置または位置変化を検出するための第１の非接触式の位置測定装置と、サンプル支持部の第２水平方向での位置または位置変化を検出するための第２の非接触式の位置測定装置と、を有し得る。第２の非接触式の位置測定装置は、好適には、第２のレーザ干渉計であり、Ｘ線検査システムは、更に、第２の干渉計からのレーザ光を反射するようにサンプル支持部に取り付けられた第２のリフレクタを有し得る。

２または３以上の干渉計を有するシステムにおいて、２または３以上の対応するレーザ光源が存在し得る。あるいは、本システムは、異なる干渉計で用いられ得る２つの二次ビームへとレーザ光ビームを分離するよう構成された１または２以上のビームスプリッタを有し得る。

サンプル位置決め組立体は、サンプル支持部を水平面に直交する鉛直方向に移動するための鉛直位置決め機構を有し得る。サンプル支持部位置検出組立体は、サンプル支持部の鉛直方向での位置または移動を検出するための第３の非接触式の位置測定装置を有し得る。第３の非接触式の位置測定装置は、サンプル支持部の鉛直位置を検出するように位置決めされ得るか、あるいは、サンプル支持部上に取り付けられたサンプルの頂面の鉛直位置を検出するように位置決めされ得る。コントローラが、第３の非接触式の位置測定装置の出力に基づいて倍率計算を実施するように構成され得る。

非接触式の位置測定装置または各非接触式の位置測定装置は、ホモダイン干渉計またはヘテロダイン干渉計であり得る。他の可能性ある非接触式の位置測定装置は、光学的なリニアエンコーダ、磁石式のエンコーダ、静電容量センサ、及び、ソナー距離測定装置を含む。

Ｘ線源は、有利には、サンプル支持部の上方に位置される。サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成され得る。サンプル支持部は、本発明の１１番目乃至１５番目の特徴の一つに従って構成され得る。

Ｘ線検査システムは、Ｘ線源とサンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離を測定するように構成され、Ｘ線源に固定された近接センサを備え得る。近接センサの出力は、コントローラに接続され得る。近接センサは、本発明の６番目、７番目及び８番目の特徴に関連して、より詳細に説明される。

Ｘ線検査システムは、Ｘ線源に対してＸ線検出器を位置決めするための検出器位置決め組立体を有し得る。当該検出器位置決め組立体は、水平面内で検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構と、検出器が水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構と、を有する。検出器位置決め組立体の有利な特徴は、本発明の第９及び第１０の特徴に関連してより詳細に説明される。

本発明の６番目の特徴において、Ｘ線源と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、Ｘ線源に向かう及び離れる第１軸に沿ってサンプル支持部を移動するための第１位置決め機構を含むサンプル位置決め組立体と、Ｘ線源とサンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離の測定を提供するよう構成されＸ線源に固定された近接センサと、近接センサに接続されたコントローラと、を備えている、というＸ線検査システムが提供される。

コントローラは、サンプル位置決め組立体に接続され得て、近接センサからの距離測定値に基づいて、サンプル位置決め組立体を制御し得る。コントローラは、画像プロセッサを有し得て、画像処理計算において、近接センサからの距離測定値を利用し得る。

近接センサは、第１軸に平行にレーザビームを指向するレーザ光源を有し得る。近接センサは、共焦点センサであり得る。

Ｘ線源とサンプルの頂面との間の距離の直接の測定を提供することは、幾つかの理由にとって、特には典型的には関心対象の領域を有するサンプルの頂面がＸ線源に非常に近くにもたらされる高倍率システムにおいて、有益である。第１に、当該距離測定は、第１位置決め機構を較正するために用いられ得て、正確な位置決めとその後の画像処理とが達成され得る。第２に、当該距離測定は、倍率計算において直接的に用いられ得て、正確な倍率の測定を提供できる。第３に、当該距離測定ないし複数回の距離測定は、サンプルの頂面とＸ線源との間の衝突を防止するために用いられ得る。当該衝突は、サンプルの頂面とＸ線源との両方に損傷を与える可能性があった。

有利には、コントローラは、近接センサからの距離測定値に基づいて第１位置決め機構を較正するように構成されている。特に、位置決め組立体は、第１軸に沿って配置されるリニアエンコーダを有し得て、コントローラは、近接センサからの１または２以上の距離測定値を用いて、リニアエンコーダを較正するように構成され得る。

コントローラは、近接センサによって決定される距離を用いて倍率計算を実施するように構成され得る。

位置決め組立体は、第１軸に直交する面内でサンプル支持部を移動するように構成された第２位置決め機構を有し得て、コントローラは、近接センサに対して、サンプル支持部上のサンプルの頂面の走査を実施するように第２位置決め機構を動作させるように構成され得る。

有利には、コントローラは、走査中に記録されるサンプルの最近接点を記録するように構成されている。コントローラは、当該最近接点に基づいて、Ｘ線源からの第１位置決め機構の最接近安全位置を計算して、第１位置決め組立体が計算された最接近安全位置よりもＸ線源の近くに移動されることを防ぐように第１位置決め組立体を制御する、というように構成され得る。

Ｘ線源は、有利には、サンプル支持部の上方に位置される。サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成され得る。サンプル支持部は、本発明の１１番目乃至１５番目の特徴の一つに従って構成され得る。

Ｘ線源は、好適には、本発明の第１の特徴に関連して説明された通り、シールされた、透過ターゲットを有するＸ線チューブである。

Ｘ線検査システムは、更に、本発明の第５の特徴に関連してより詳細に説明された通り、サンプル支持部に隣接して位置決めされてサンプル支持部の位置または位置変化を検出するように構成された、１または２以上のレーザ干渉計を有するサンプル支持部位置検出組立体を備え得る。

Ｘ線検査システムは、Ｘ線源に対してＸ線検出器を位置決めするための検出器位置決め組立体を有し得る。当該検出器位置決め組立体は、水平面内で検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構と、検出器が水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構と、を有する。検出器位置決め組立体の有利な特徴は、本発明の第９及び第１０の特徴に関連してより詳細に説明される。

本システムは、Ｘ線検出器によって記録される画像についてトモシンセシス計算を実施するように構成され得る。

本発明の７番目の特徴において、Ｘ線検査システムを制御する方法が提供される。当該Ｘ線検査システムは、Ｘ線源と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、Ｘ線源に向かう及び離れる第１軸に沿ってサンプル支持部を移動するための第１位置決め機構及び第１軸に直交する面内でサンプル支持部を移動するように構成された第２位置決め機構を含むサンプル位置決め組立体と、Ｘ線源とサンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離を測定するためのＸ線源に固定された近接センサと、を備えている。サンプル支持部は、支持面を有している。そして、当該方法は、
ａ）サンプル支持部上にサンプルを載置する工程、
ｂ）第１位置決め機構を用いて、第１位置決め機構の第１位置にサンプル支持部を位置決めする工程、
ｃ）近接センサを通る第１軸に直交する面内でサンプル支持部を移動させ、サンプル支持部が当該面内で移動される際の複数の位置においてサンプルの（ある）面のＸ線源からの距離を記録する工程、
ｄ）記録された複数の距離に基づいてＸ線源からの第１位置決め機構の最近接安全位置を計算する工程、及び、
ｅ）第１位置決め組立体が計算された最近接安全位置よりもＸ線源の近くに移動されることを防ぐべく第１位置決め組立体を制御する工程
を備えている。

本方法は、記録された距離に基づいて倍率計算を実施する工程を更に備え得る。

サンプル支持部を移動させる工程は、サンプル支持部をラスター走査形態で移動させる工程を有し得る。

本発明の８番目の特徴において、Ｘ線検査システムを制御する方法が提供される。当該Ｘ線検査システムは、Ｘ線源と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、Ｘ線源に向かう及び離れる第１軸に沿ってサンプル支持部を移動するための第１位置決め機構及び第１軸に直交する面内でサンプル支持部を移動するように構成された第２位置決め機構を含むサンプル位置決め組立体と、Ｘ線源とサンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離を測定するためのＸ線源に固定された近接センサと、を備えている。サンプル支持部は、支持面を有している。そして、当該方法は、
ａ）サンプル支持部上にサンプルを載置する工程、
ｂ）第１位置決め機構を用いて、第１位置決め機構の第１位置にサンプル支持部を位置決めする工程、
ｃ）第１位置においてサンプルの（ある）面のＸ線源からの距離を記録する工程、及び、
ｄ）記録された距離に基づいて倍率計算を実施する工程
を備えている。

この文脈において、「倍率計算」とは、Ｘ線検出器におけるサンプルまたはサンプルの一部の画像の倍率の計算である。

本発明の第９の特徴において、Ｘ線源と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、サンプル支持部をＸ線源に対して位置決めするためのサンプル位置決め組立体と、Ｘ線源に対してＸ線検出器を位置決めするための検出器位置決め組立体と、を備え、サンプル支持部は、第１水平面内に延在する支持面を有しており、当該検出器位置決め組立体は、第２水平面内で検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構と、検出器が第２水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構と、を有する、というＸ線検査システムが提供される。

検出器は、この時、当該検出器の前記第２水平面内での位置がどこであっても、当該検出器の画像取得面が当該検出器の中心とＸ線源との間の線に対して常に垂直であるように、位置決めされ得る。各画像取得位置において、検出器の画像取得面が常にＸ線源に直接向いているということは、Ｘ線が検出器に極端に斜めの角度で入る時に生じる 「ぼけ」を除去するため、結果としての画像の最高品質を提供する。

有利には、２つの平行でない軸は、同一平面上にある。Ｘ線検出器は、平面状の画像取得面を有し得る。２つの平行でない軸は、当該画像取得面と同じ平面上にあり得る。この配置は、特に画像がトモシンセシスアルゴリズムで用いられる予定の時、画像処理計算を単純化する。

有利には、傾斜機構は、水平検出器位置決め機構とは独立に駆動される。このことは、検出器の極めて正確な向き（オリエンテーション）を許容する。傾斜機構は、第１ジンバルと第２ジンバルとを有し得る。好適な実施形態では、第１ジンバルは、第１ジンバルモータによって駆動され、第２ジンバルは、第２ジンバルモータによって駆動される。第１及び第２ジンバルモータは、単一のコントローラによって自動的に制御されてもよい。コントローラは、複数の画像取得位置にＸ線検出器を位置決めして、トモシンセシス計算において組み合わされ得る複数の画像を生成するために、第１及び第２ジンバルモータを制御するように構成され得る。第１及び第２ジンバルモータは、出力側に、直接のリードエンコーダを有し得る。

Ｘ線検査システムは、更に、コントローラを備え得る。当該コントローラは、検出器位置決め組立体に接続され当該検出器位置決め組立体を制御するように構成される。また、当該コントローラは、複数の画像取得位置に検出器を移動させ、傾斜機構を制御して、検出器の画像取得面が複数の画像取得位置の各々において検出器の中心とＸ線源の出力スポットとの間の線に対して常に垂直であることを保証する、というように構成される。

前記コントローラは、水平面内のラスター走査パターンで検出器を移動させるべく水平検出器位置決め機構を制御するように構成され得る。

サンプル位置決め組立体は、サンプル支持部を水平面に直交する鉛直方向に移動するための鉛直サンプル位置決め機構を有し得る。サンプル位置決め組立体は、第１水平方向にサンプル支持部を移動するための第１水平サンプル位置決め機構と、第２水平方向にサンプル支持部を移動するための第２水平サンプル位置決め機構と、を有し得る。サンプル位置決め組立体の有利な特徴は、本発明の第４の特徴に関して説明されている。特には、第２水平サンプル位置決め機構は、鉛直サンプル位置決め機構に取り付けられ得て、鉛直位置決め機構は、第１水平サンプル位置決め機構に取り付けられ得る。

サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成され得る。サンプル支持部は、以下に説明される本発明の１１番目乃至１５番目の特徴の一つに従って構成され得る。

Ｘ線検査システムは、更に、サンプル位置決め組立体と検出器位置決め組立体とが取り付けられるフレームを備え得る。Ｘ線源が、当該フレームに固定される。

Ｘ線源は、有利には、サンプル支持部の上方に位置決めされる。

本システムは、Ｘ線検出器によって記録される画像についてトモシンセシス計算を実施するように構成され得る。

Ｘ線源は、好適には、本発明の第１の特徴に関連して説明された通り、シールされた、透過ターゲットを有するＸ線チューブである。

Ｘ線検査システムは、更に、本発明の第５の特徴に関連してより詳細に説明された通り、サンプル支持部に隣接して位置決めされてサンプル支持部の位置または位置変化を検出するように構成された、例えばレーザ干渉計のような非接触式の位置測定装置を有するサンプル支持部位置検出組立体を備え得る。

Ｘ線検査システムは、更に、本発明の第６、第７及び第８の特徴に関連してより詳細に説明された通り、Ｘ線源とサンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離を決定するために、Ｘ線源に固定された近接センサを備え得る。

本発明の１０番目の特徴において、Ｘ線検査システムを制御する方法が提供される。当該Ｘ線検査システムは、Ｘ線源と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、サンプル支持部をＸ線源に対して位置決めするためのサンプル位置決め組立体と、Ｘ線源に対してＸ線検出器を位置決めするための検出器位置決め組立体と、を備え、サンプル支持部は、第１水平面内に延在する支持面を有しており、当該検出器位置決め組立体は、第２水平面内で検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構と、検出器が第２水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構と、を有する、というＸ線検査システムである。そして、当該方法は、検出器位置決め組立体を制御して、検出器を複数の画像取得位置へと移動させ、傾斜機構を制御して、検出器が複数の画像取得位置の各々においてＸ線源に向くことを保証する工程、を備える。

前述の通り、各画像取得位置において、検出器の画像取得面が常にＸ線源に直接向いているということは、Ｘ線が検出器に斜めの角度で入る時に生じる「ぼけ」が除去されるため、結果としての画像の最高品質を提供する。

本発明の１１番目の特徴において、半導体ウェハのためのサンプル支持部が提供される。当該サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成された撮像領域を有する略平面状の支持面と、真空ポートに流体連通している前記支持面の撮像領域内の少なくとも１つの凹部と、を備えている。当該サンプル支持部は、平面状の支持面に垂直な方向の厚みを有しており、当該サンプル支持部の当該厚みの変化率は、撮像領域を横切る移動行程１ｍｍあたり５％を超えない最大値を有している。

この文脈において、用語「真空ポート」とは、真空源が接続され得る出口を意味する。真空を真空ポートに適用することは、サンプル支持部上のウェハの下方の前記凹部内に低圧を生成して、当該位置にウェハを保持する。これは、従来のウェハチャックの作動態様である。

凹部は、側壁を有し得る。当該側壁は、好適には、当該凹部の第１側から当該凹部の反対側まで連続的な曲線状に延びている。有利には、当該側壁は、少なくとも１０ｍｍ、より好適には少なくとも１５ｍｍ、の最小曲率半径を有する。最小曲率半径は、平面状の支持面の下方の凹部の最大深さよりも、好適には少なくとも１桁大きい、更に好適には少なくとも２桁大きい。平面状の支持面と凹部の側壁との間の遷移領域は、連続的な曲線状に延び得て、有利には、１ｍｍ以上の最小曲率半径を有する。

好適には、平面状の支持面に対する凹部の深さの最大変化率は、平面状の支持面に平行な凹部を横切る移動行程１ｍｍあたり０．２ｍｍを超えない。

有利には、サンプル支持部の厚みは、撮像領域を横切って、最大厚さの１０％を超えないで変化する。より好適には、撮像領域を横切って、５％を超えないで変化する。有利には、凹部の第１側から反対側までの最小距離は、凹部の最大深さの少なくとも１０倍であり、好適には凹部の最大深さの少なくとも２０倍である。

有利には、サンプル支持部は、当該サンプル支持部のＸ線画像において顕著なコントラスト変動を生じさせないで、機械的に堅牢（ロバスト）であるような、均質な非結晶性の材料から形成される。好適には、サンプル支持部は、２０００ｋｇ／ｍ³未満の密度、更に好適には１５００ｋｇ／ｍ³未満の密度を有する。好適な材料は、ポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ベリリウム及びアセタールを含む。

本発明の当該特徴に従うサンプル支持部の利点は、それが、当該支持部を通過するＸ線によるＸ線画像において顕著なコントラスト変動を生じさせないことである。有利には、凹部の結果としてのウェハ支持部の厚みの変化が、緩やかであって、支持部の全体の厚みと比較して小さくて、何らの鋭利な縁部をも含まない。

サンプル支持部は、撮像領域内で複数の凹部を有し得る。各凹部は、実質的に環状であり得る。各凹部の径方向幅は、２ｍｍと１０ｍｍとの間であり得る。平面状の支持面の下方の各凹部の最大深さは、０．１ｍｍと０．５ｍｍとの間であり得る。

真空ポートは、支持部の撮像領域の外側の領域に位置決めされ得る。

本発明の１２番目の特徴において、半導体ウェハのためのサンプル支持部が提供される。当該サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成された撮像領域を有する略平面状の支持面と、真空ポートに流体連通している前記支持面の撮像領域内の少なくとも１つの凹部と、を備えている。当該凹部は、当該凹部の第１側から反対側まで延在する曲線（曲面）状の側壁を有する。

好適には、側壁は、凹部の第１側から反対側まで連続的な曲線（曲面）状に延在している。

有利には、当該側壁は、少なくとも１０ｍｍ、より好適には少なくとも１５ｍｍ、の最小曲率半径を有する。最小曲率半径は、平面状の支持面の下方の凹部の最大深さよりも、好適には少なくとも２桁大きい。

本発明の１３番目の特徴において、半導体ウェハのためのサンプル支持部が提供される。当該サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成された撮像領域を有する略平面状の支持面と、真空ポートに流体連通している前記支持面の撮像領域内の少なくとも１つの凹部と、を備えている。平面状の支持面に対する凹部の深さの最大変化率は、平面状の支持面に平行な凹部を横切る移動行程１ｍｍあたり０．２ｍｍを超えない。

本発明の１４番目の特徴において、半導体ウェハのためのサンプル支持部が提供される。当該サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成された撮像領域を有する略平面状の支持面と、真空ポートに流体連通している前記支持面の撮像領域内の少なくとも１つの凹部と、を備えている。当該サンプル支持部は、平面状の支持面に垂直な方向の厚みを有しており、当該サンプル支持部の厚みは、撮像領域を横切って、最大厚さの１０％を超えないで変化する、より好適には、撮像領域を横切って、５％を超えないで変化する。

本発明の１５番目の特徴において、半導体ウェハのためのサンプル支持部が提供される。当該サンプル支持部は、半導体ウェハを支持するように構成された撮像領域を有する略平面状の支持面と、真空ポートに流体連通している前記支持面の撮像領域内の少なくとも１つの凹部と、を備えている。凹部の第１側から反対側までの最小距離は、凹部の最大深さの少なくとも１０倍、好適には少なくとも２０倍である。

本発明の１６番目の特徴において、Ｘ線源と、Ｘ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器との間に位置決めされる１１番目乃至１５番目の特徴の一つに従うサンプル支持部と、を備えるＸ線検査システムが提供される。

本システムは、Ｘ線検出器によって記録される画像についてトモシンセシス計算を実施するように構成され得る。

Ｘ線源は、サンプル支持部の上方に位置され得る。Ｘ線検査システムは、Ｘ線源とサンプル支持部とＸ線検出器とを有するキャビネットと、前記サンプル支持部上の前記キャビネット内の空気入口部を通して前記キャビネット内に空気を強制的に送り込むように構成されたエアームーバと、を備え得て、前記エアームーバ及び前記キャビネットは、前記空気入口部から前記サンプル支持部を通して当該サンプル支持部下の前記キャビネットの空気出口部へと、空気を強制的に送り込むように構成され得る。

本発明の一つの観点（特徴）に関して説明された特徴は、本発明の他の観点（特徴）に対しても適用され得る。本発明の２または３以上の観点（特徴）の任意の組合せが、本開示の範囲内で考慮される。

本発明の実施形態が、例示的に、添付の図面を参照することで、以下に詳細に説明される。

図１は、Ｘ線検査システムの基本的な構成要素の概略図である。 図２は、本発明によるＸ線検査システムの第１の概略断面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ面による。図２のＸ線検査システムの第２の概略断面図である。 図４は、キャビネットが取り外された状態の、図２のタイプのシステムの簡略化された斜視図である。 図５ａは、図４のキャビネットの上部の斜視図である。 図５ｂは、図４のキャビネットの底部の斜視図である。 図５ｃは、図２の出口部を通る空気流の拡大図である。 図６は、図２のＸ線検査システムのサンプル位置決め組立体の構成の概略図である。 図７は、本発明の１つの観点に従う、サンプル位置決め組立体の斜視図である。 図８は、サンプル支持部位置検出システムの概略図である。 図９は、図７のサンプル位置決め組立体内での図８の位置検出システムの位置（割当）を示す斜視図である。 図１０は、サンプル近接センサ組立体の概略図である。 図１１は、図２のタイプのＸ線検査システムの近接センサの位置を示す斜視図である。 図１２は、近接計算及び倍率計算において用いられる距離を示す概略図である。 図１３は、衝突防止動作を示すフロー図である。 図１４は、Ｘ線検出器のための傾斜機構を示す、本発明に従うＸ線検査システムの概略断面図である。 図１５は、水平面内でＸ線検出器を移動させる機構の概略図である。 図１６は、検出器傾斜機構の斜視図である。 図１７は、半導体ウェハのためのサンプル支持部の斜視図である。 図１８は、図１７のサンプル支持部の一部の概略断面図である。 図１９は、従来技術に従う、典型的なウェハチャックの一部の概略断面図である。 図２０は、Ｘ線検査システムの制御要素を示す概略図である。 図２１は、連続的な態様でＸ線検査システムの動作を示すフロー図である。

Ｘ線検査システムの構成要素
図１は、Ｘ線撮像システムの基本的な構成要素の概略図である。図１に示されるシステムは、当該システムにおいては静止状態に保持されたＸ線源１０と、可動のサンプル支持部１２と、可動の検出器１４と、を備えている。Ｘ線源１０からのＸ線は、支持部と当該サンプル支持部上に取り付けられた何らかのサンプルとを通過して、検出器１４に至る。図１は、検出器１４の視野（検出野）に対応するサンプル支持部上の領域１６を示している。検出器の視野（検出野）は、検出器１４、サンプル支持部１２及びＸ線源１０の相対的な位置決めによって、サンプルまたはサンプルの一領域が検出器の視野内に入るように、ユーザによって選択される。検出器は、異なる撮像位置に移動可能であり、異なる投影がサンプル支持部上のサンプルを通してなされ得る。この文脈において、異なる投影とは、Ｘ線が異なる方向で支持部上のサンプルを通過することを意味する。

典型的には、２つの動作モードがある。第１モードでは、検出器が静止状態を維持して、サンプル支持部が異なる視野を得るべく異なる位置へと移動される。第２モードでは、検出器とサンプル支持部とが調和した態様で移動されて、同じ視野を通るが異なる角度の投影を得る。この調和動作は、３次元の復元がトモシンセシスを用いて生成されることを可能にする。

支持部１２は、当該支持部上のサンプルがＸ線源と検出器との間の（任意の）位置に移動され得るように、ＸＹ平面内で移動可能である。図１に示された実施例では、支持部１２はまた、鉛直方向ないしＺ方向にも移動可能である。これは、検出器で検出される画像の倍率が調整されることを許容する。換言すれば、支持部のより大きいかより小さい領域が、Ｘ線源１０と支持部１２との間、及び、Ｘ線源１０と検出器１４との間、の相対的な距離に依存して、検出器の視野内に入るように、作られ（調整され）得る。説明されるように、サンプルの撮像される領域は、前記視野内に存在しなければならない。

一般に、Ｘ線源１０は、電子銃からの電子を加速してエネルギッシュな電子を金属ターゲットに衝突させることによってＸ線ビームを生成するチューブを含む。当該ビーム内に含まれるＸ線は、サンプル支持部１２上のターゲット物体の厚みを貫通するのに十分にエネルギッシュであり、減衰されたＸ線が検出器１４に到達する。サンプル内の異なる密度の材料及びそれらの異なる厚みによるＸ線減衰の異なるレベルが、撮像される領域内において、検出器によって把握される結果としての画像においてコントラストを生成する。

検出器１４は、デジタル検出器であってもよいし、従来技術において周知であるような構成を有していてもよい。一般に、検出器は、活性領域と、当該活性領域に入射してくるＸ線を測定ないし撮像され得る別の信号タイプに変換するセンサと、当該信号の振幅を増大するべく利用される増幅器と、を含んでいる。信号は、検出器１４内で、アナログ形態からデジタル形態へと変換されて、デジタル画像が検出器から出力される。例示的なデジタル検出器は、活性領域を構成するシリコンフォトダイオードの２次元ピクセルアレイを含んだ相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）のフラットパネル検出器である。

トモシンセシス
図１において、検出器１４は、４つの異なる位置で示されており、支持部上には４つの対応する領域１６が存在している。多くの更なる位置が可能であることが、理解される。トモシンセシスシステムでは、撮像されるサンプルの領域の３次元モデルが、多数の投影から構成され得る。実際には、１２と７２０との間の任意の数の投影が用いられる。

結果としての３次元モデルは、ユーザが撮像領域を通る任意の平面を検査して、ボイドのような欠陥を見出すべく３次元画像をレビューすることを許容する。

様々なトモシンセシスのアルゴリズム及び処理技術が、当該技術分野において知られている。例えば、Ｐｒｅｘｉｏｎ Ｉｎｃ．（４１１ Ｂｏｒｅｌ Ａｖｅｎｕｅ，Ｓｕｉｔｅ ５５０，Ｓａｎ Ｍａｔｅｏ，ＣＡ９４４０２，ＵＳＡ）によって提供されているＲｅｃｏｎＰｒｏ復元解決法がある。

複数の画像を用いて３次元モデルを生成するための要件は、Ｘ線源、興味対象の領域、及び、各撮像のための検出器、の間の正確な空間関係の情報である。トモシンセシスにおいて２次元画像が組み合わされる態様は、この幾何学的情報に依存する。なぜなら、それは、用いられる数学的な式において要求されるからである。

クリーンルームのＸ線検査システム
半導体ウェハのようなクリーンルーム環境で生産されるサンプルについて検査してモデルを生成するために、前述のようなシステムを用いるには、Ｘ線検査システム自身がクリーンルーム標準を満たすことが必要である。

図２は、本発明の一実施形態に従うＸ線検査システムの概略断面図である。図３は、Ａ−Ａ面に沿った、図２の断面に垂直な、図２のシステムの第２の断面図である。図４は、図２及び図３のシステムの部分切除斜視図である。

図２乃至図４のシステムは、Ｘ線チューブ１００、サンプル支持部２００、及び、検出器３００を、キャビネット１１０内に備えている。キャビネット１１０は、Ｘ線チューブ１００によって生成されるＸ線からのシールドを提供するべく、鉛で裏打ちされている（ｌｅａｄ ｌｉｎｅｄ）。

キャビネット１１０内では、Ｘ線チューブ１００、サンプル支持部２００及び検出器３００の全てが取り付けられた支持フレーム１２０がある。サンプル支持部２００は、半導体ウェハ（図２乃至図４では不図示）を保持するように構成されている。

フレームは、検出器３００が水平面内で移動することを許容する検出器位置決め組立体３１０（図３ないし図４では視認できない）を有している。検出器位置決めステージ３１０の詳細な構成要素は、図２及び図３には示されておらず、任意の好適な構成が、クリーンルーム準拠システムのために利用され得る。もっとも、１つの本発明による有利な構成が、図１４乃至図１６を参照して詳細に説明される。当該実施形態では、検出器位置決め機構は、検出器がそれに支持されていてＸ軸に沿って延びる第１ビーム３１４と、当該第１ビーム３１４が支持されていてＹ方向に延びるレール３１８を有する支持フレーム１２０と、を有している。

リニアモータが、検出器がビーム３１４に沿って移動されることを許容するべく、また、ビーム３１４がレール３１８に沿って移動されることを許容するべく、設けられている。この態様では、検出器は、水平面内（フレーム内）の任意の位置に移動され得る。傾斜機構が、検出器の活性領域が全ての撮像位置においてＸ線源を向くように方向付けられることを許容するように、設けられている。傾斜機構は、図１６に図示されており、本明細書でも後に詳細に説明される。本実施形態の検出器は、ＣＭＯＳフラットパネル検出器であり、例えば、Ｄｅｘｅｌａ Ｌｉｍｉｔｅｄ（Ｗｅｎｌｏｃｋ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｃｅｎｔｒｅ，５０−５２ Ｗｈａｒｆ Ｒｏａｄ，Ｌｏｎｄｏｎ，Ｎ１ ７ＥＵ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ）から入手可能な、Ｄｅｘｅｌａ１５１２ＮＤＴである。

サンプル位置決めステージ２１０が、検出器位置決めステージ３１０の上方で、支持フレーム上に設けられている。サンプル位置決めステージの詳細な構成要素は、図６及び図７に図示されており、それらを参照して説明される。もっとも、異なる幾何形状ないしレイアウトを有するサンプル支持部位置決め構成も、クリーンルーム準拠システムを提供するべく、用いられ得る。本実施形態では、サンプル位置決めステージは、サンプル支持部２００を水平面内で移動させるための、検出器位置決めステージと同様のモータ及びレールの構成を有している。また、Ｘ線チューブに向かう及びそこから離れる鉛直方向にサンプル支持部を移動させるための更なるモータが付加されている。これは、画像の倍率が選択されることを許容する。サンプル位置決めステージは、図６及び図７を参照して以下により詳細に説明される。

図３に示されるようなサンプル入口シャッタ２４０が、半導体ウェハのようなサンプルがサンプル支持部２００上にロードされることを許容するべく、設けられている。当該シャッタは、キャビネット内に設けられていて、空気圧式に動作する機構を有している。当該シャッタは、Ｘ線の漏洩を防ぐべく、鉛で裏打ちされていて、鋼鉄製のラビリンス状バーでシールされている。当該シャッタは、ウェハの検査が完了して、完了したウェハのアンロードと新しいウェハの再ロードとを可能にするべき時に、自動的に開放される。ウェハのロード／アンロードは、装置フロンドエンドモジュール（ＥＦＥＭ）ユニットによって、前方開放統一ポッド（ＦＯＵＰ）からサンプル支持部へとウェハが移動される際にウェハのために連続的なクリーン環境を提供するために、取り扱われる。ＦＯＵＰは、シリコンウェハをクリーンルーム環境内で安定かつ安全に保持して、ウェハが適当なロードポート及びロボットハンドリングシステムが装備されたツールによる処理または測定のために取り出されることを許容するように設計された、特殊なプラスチック筐体である。本実施形態で用いられるＥＦＥＭは、Ｂｒｏｏｋｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．（１５ Ｅｌｉｚａｂｅｔｈ Ｄｒｉｖｅ，Ｃｈｅｌｍｓｆｏｒｄ，ＭＡ ０１８２４，ＵＳＡ）から入手可能な、Ｂｒｏｏｋｓ ＪＥＴ（登録商標）大気内トランスポートシステムユニットである。

Ｘ線チューブ１００は、Ｘ線チューブブラケット１１５に固定されていて、サンプル支持部２００及び検出器３００の上方に位置決めされている。Ｘ線チューブブラケット１１５は、サンプル位置決めステージの上方でフレーム１２０上に設けられている。Ｘ線チューブ１００は、フレーム１２０に対して移動可能でない。

本実施形態では、Ｘ線チューブ１００は、シールされた透過型タイプのＸ線チューブである。例えば、Ｄａｇｅ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ（２５ Ｆａｒａｄａｙ Ｒｏａｄ，Ｒａｂａｎｓ Ｌａｎｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｒｅａ，Ａｙｌｅｓｂｕｒｙ，Ｂｕｃｋｉｎｇｈａｍ ＨＰ１９８ＲＹ Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ）から入手可能なＮＴＸ線チューブである。このタイプのＸ線チューブは、大変高い分解能の撮像と共に、大変長い製品寿命、典型的にはメンテナンスが要求される前に５０００時間を超える動作、を提供する。シールされた透過型タイプのＸ線チューブは、完全にシールされた真空チューブと、当該チューブの外壁の一部を形成する透過ターゲットと、を有している。透過ターゲットは、電子がチューブの内側を向いた当該ターゲットの第１側に衝突して、生成されるＸ線の少なくとも幾らかがチューブから外側を向いた当該ターゲットの第２側を通って放射される、というように構成されている。これは、時々、エンドウィンドウ透過チューブと呼ばれる。

エンドウィンドウ透過チューブは、小さなスポットサイズのＸ線源の生成を許容し、撮像されるサンプルがＸ線源の近くにもたらされることを許容する。これは、高倍率と高分解能の画像が得られることを意味する。Ｘ線チューブ１００をサンプル支持部２００の上方に配置して、サンプル支持部を当該サンプル支持部とＸ線チューブとの間に半導体ウェハを支持するように構成することによって、半導体ウェハの表面はＸ線源の非常に近くにもたらされ得て、高倍率の画像がコンパクトなシステム内で得られることを許容する。

一対のファンフィルタユニット（ＦＦＵ）１３０が、サンプル支持部の上方でキャビネットに取り付けられている。ＦＦＵは、キャビネットの天井内の各空気入口１３２を通して空気を引き入れて、当該空気を各ＦＦＵ内のＨＥＰＡフィルタプレート１３４を通してサンプル支持部２００を下方へと通過させてキャビネットの床の空気出口１５０に向けて送り込むように構成されている。空気流の方向は、図２及び図３において矢印で示されている。

この例では、各ＦＦＵ１３０が、筐体１３６と、当該筐体の一側の空気入口１３２を通して空気を当該筐体内に引き込んでＨＥＰＡフィルタプレート１３４で覆われた出口を通して送り出すように構成されたファン１３８と、を有している。各ＦＦＵは、ファン１３８が動作している時に、筐体１３６内の空気圧が筐体外よりも高い、というように構成されている。これは、フィルタプレート１３４を通る空気の均一な流れを提供することを助け、局所的な流速の変動を最小化する。

本実施形態では、各ＦＦＵ１３０は、また、ファンとフィルタプレートとの間に位置決めされた内部シールド１４０を有している。それは、標準的なＦＦＵの特徴ではない。このシールド１４０は、２つの機能を有している。Ｘ線吸収器と空気流バッフル板との両方である。もっとも、これら機能の各々のために、２つの別個の構成要素が用いられてもよい。シールド１４０は、鉛で裏打ちされた鋼鉄製のトレイであり、ＦＦＵ１３０の空気入口１３２よりも大きく、当該空気入口１３２を覆うように広がっていて、これにより、Ｘ線チューブ１００からのＸ線は空気入口１３２を通して漏れ出ることができない。シールド１４０を通ってＦＦＵ１３０を出る空気流路は、ラビリンス状になされている。当該シールドは、図２及び図３に明瞭に示されているように、空気をファン１３８から筐体１３６の外側縁部へと強制的に送り込む。これは、フィルタプレート１３４を通る均一な空気流を促進する。

フィルタプレート１３４からサンプル支持部２００を通過するようにキャビネットを通る空気流は、層状である。サンプル支持部２００の下方からサンプル支持部の上方の位置までの空気の循環は存在しない。ＨＥＰＡフィルタ１３４の使用、層状の空気流、及び、フィルタプレート１３４とサンプル支持部２００との間でシステムの可動部が存在しないことの保証は、何らかのダストや他の粒子が浮遊ないし落下してサンプル支持部２００上の半導体ウェハを汚染ないし損傷させるというリスクが最小であることを意味する。

サンプル支持部２００の下方からサンプル支持部の上方までの空気の循環が存在しないことを保証するために、穿孔されたデッキ１６０（図４に最もよく示されている）がサンプル支持部のレベルで設けられている。穿孔されたデッキ１６０は、システムの最高倍率に対応する、サンプル支持部２００の最上位置と同じ高さに位置決めされている。穿孔されたデッキ１６０は、空気が当該デッキの上方からデッキの下方へと通過することを許容するが、デッキを通る小さな圧力差を形成して、デッキ上方においてデッキ下方よりも空気圧が高い。穿孔されたデッキは、空気の流路を約５０％にまで制限する。この制限が、デッキ上方の空気の圧力を増大させる。この小さな圧力差が、実質的に、デッキ上方への空気の循環を防止する。なぜなら、空気は、高圧領域から低圧領域へと自然に流れるからである。図３に示すように、バッフル板１６５が、層状の空気流を促進するべく設けられる。

キャビネットのフロアの空気出口１５０は、空気入口１３２と比較して相対的に大きい。このことも、層状の空気流を促して、空気の上方への循環を低減する。図５ａは、キャビネットの上部を示している。空気入口１３２が視認されるが、空気がＦＦＵ内に引き込まれることを許容する。図５ｂは、キャビネットの底部の空気出口の切除図である。空気出口１５０は、４個の別個の開口を有している。これらの開口は、鋼鉄製ブロック１５４によって取り囲まれている。４つの出口開口の間の空間が、キャビネットに対する電力及びデータの提供のための電気ケーブルを収容するべく設けられている。空気出口は、出口シールディングプレート１５２（図５ｂに破線輪郭で示されている）によって覆われていて、キャビネットからのＸ線の漏洩を防止している。出口シールディングプレート１５２の機能は、図５ｃに最もよく示されている。出口シールディングプレート１５２は、Ｘ線を吸収するべく鉛で裏打ちされている。鋼鉄製ブロック１５５は、出口に向かう空気流路内のＸ線吸収器として、シールディングプレートの下側に設けられている。鋼鉄製ブロック１５４、１５５は、Ｘ線を吸収して、出口に向かう空気流路がラビリンス状となるように、位置決めされている。これは、Ｘ線が空気出口を通してキャビネットから漏洩できない、ということを保証する。

動作中、ＦＦＵ１３０は、キャビネットを通して空気を連続的に強制的に送り込んで、サンプル位置決め組立体や検出器位置決め組立体の動作の結果として生成されるダストやデブリがサンプル支持部２００上のサンプルに到達できないことを保証する。ＦＦＵは、キャビネット内で、少なくともクラス４ＩＳＯ１４６４４−１のクリーンルーム環境を提供する。ＦＦＵは、サンプル支持部２００及び検出器３００の移動及び動作の間中、及び、サンプルがシステムに対してロード及びアンロードされる時、動作する。図２乃至図４を参照して説明されたシステムは、数千時間、メンテナンスを要求しないで動作可能である。

サンプル位置決め
例示的なサンプル位置決め組立体が、図６及び図７を参照して詳細に説明される。

サンプル内の所望の興味対象の領域の撮像、及び、興味対象の領域の異なる投影、が得られ得るように、サンプル位置決め組立体は、Ｘ線源に対して相対的にサンプルを位置決めするべく、用いられる。Ｘ線源は、サンプル支持部の上方に位置決めされていて、静止している。従って、異なるサンプルの領域の異なる投影及び撮像を提供するためには、サンプル支持部を水平面であるＸＹ平面内で移動可能であることが、望ましい。また、画像の倍率を変更するべく、Ｘ線源に向かう及びそこから離れる鉛直方向であるＺ方向にサンプル支持部を移動することも、望ましい。特に、半導体ウェハにとっては、システムの全体の高さを標準的な天井高さ内に維持してシステムが合理的に容易に搬送可能であることを許容しながら、当該ウェハをＸ線源の非常に近くにもたらして、大変高い倍率の画像が生産され得る、ということの必要性がある。

動作中、トモシンセシス計算のために異なる投影のセットを得る時、サンプルは、Ｚ方向よりも頻繁にＸＹ方向に移動される必要がある。撮像倍率がサンプルのために設定されると、サンプルは、異なる投影を得るために、ＸＹ方向にのみ移動される必要がある。

Ｘ線検査プロセスがウェハ処理プラント内でのボトルネックにならないために、検査プロセスは迅速である必要がある。これは、サンプルをＸＹ方向に移動するための機構が迅速である必要がある、ということを意味する。特に大変高い倍率においては、前述のように、高分解能の３次元モデルを生成するために、正確であることも必要である。

本実施形態において、サンプル位置決め組立体は、平行な線に沿った画像の線毎の収集として、撮像位置間でラスター走査パターンに移動するように構成されている。これらの平行な走査線は、Ｘ方向に延びている。Ｘ方向は、図６及び図７において、Ｘ矢印で示されている。これは、Ｘ方向の移動機構が、移動の最大量を有して、必要とされるＸ線画像を収集するための処理の全体の速度を高めるべく、高速であるべきである、ということを意味する。この理由のため、本実施形態では、Ｘ軸駆動機構が、サンプル支持部に直接的に結合されている。これは、Ｘ軸駆動機構が、サンプル支持部と当該Ｘ軸駆動機構の可動部のみを有する最小質量を移動する、ということを意味する。最も重要なのは、Ｘ軸駆動機構が、Ｙ軸駆動機構もＸ軸駆動機構も支持ないし保持しないということである。このことが、Ｘ軸駆動機構がより迅速に移動することを可能にする。Ｚ軸駆動機構は、さほど頻繁には利用されず、Ｘ軸及びＹ軸の駆動機構ほど高速である必要がないため、Ｘ軸及びＹ軸機構よりも相対的に低い質量でなされ得る。Ｚ軸駆動機構は、Ｘ軸駆動機構を支持するように位置決めされ、Ｘ軸駆動機構とサンプル支持部とをＺ軸方向に移動させる。Ｙ軸駆動機構は、Ｚ軸駆動機構を支持して、Ｘ軸駆動機構、Ｘ軸駆動機構及びサンプル支持部をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸駆動機構は、支持フレームに取り付けられていて、当該支持フレームにＸ線源が取り付けられている。

この構成は、図６に概略的に図示されている。サンプル支持部２００は、シャトル２１２上に取り付けられている。当該シャトル２１２は、第１フレーム２１４上でＸ方向に移動する。当該シャトル２１２とフレーム２１４とは、共にＸ軸駆動機構を形成している。第１フレーム２１４は、トラック２１６上に取り付けられていて、当該トラック２１６上を上下に移動し得る。トラック２１６及び第１フレーム２１４は、共にＺ軸駆動機構を形成している。トラック２１６は、第２フレーム２１８に取り付けられていて、Ｙ方向に第２フレーム２１８に沿って移動可能である。

図７は、図２乃至図４に示されたシステムにおいて、本構成の一実施形態をより詳細に図示している。図７においては、サンプル支持部２００が、円形の半導体ウェハを支持するように構成されている。サンプル支持部は、第１の一対のリニアモータ２２０に取り付けられている。各リニアモータは、Ｘ方向に延びる永久磁石２２４の軌道と、電気制御信号に応じて当該軌道に沿って移動するコイル組立体２２２と、を有している。このタイプのリニアモータは、Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．（１０１ Ｚｅｔａ Ｄｒｉｖｅ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ １５２３８，ＵＳＡ）から入手可能である。リニアモータ２２０は、第１フレーム２１４上に取り付けられている。第１フレーム２１４上の第１の一対のリニアモータ２２０は、Ｘ軸駆動機構の一部を形成している。

第１フレーム２１４は、当該第１フレーム２１４の対向する両側において、一対の送りネジ２３０上に取り付けられている。そのうちの一方だけが、図７において視認可能である。各送りネジ２３０は、回転モータ２３４によって角度ギヤボックス２３８を介して駆動される。送りネジ２３０は、各々、プレート２１８に取り付けられていて、Ｘ軸駆動機構と共に第１フレーム２１４をプレート２１８に対してＺ軸方向に上下に移動させる。４つのガイドレール２１６が、第１フレーム２１４の角部に設けられて第１フレーム２１４を支持していて、第１フレームが送りネジ２３０によってＺ軸方向に移動される時に、それを安定に維持する。送りネジ２３０、関連する回転モータ２３４、ギヤボックス２３８及びガイドレール２１６が、Ｚ軸駆動機構の一部を形成している。リニアエンコーダ２３６が、第１フレーム２１４とプレート２１８との間に設けられていて、第１フレーム２１４及びウェハ支持部２００の鉛直位置の制御を決定ないし許容する。

プレート２１８は、支持フレーム１２０上に形成されたガイド２４２に沿って摺動する。第２の一対のリニアモータ２４４が、プレート２１８と支持フレーム１２０との間に接続されていて、Ｚ軸駆動機構及びＸ軸駆動機構と共にプレート２１８を支持フレームに対してＹ方向に移動させる。第２の一対のリニアモータは、それらが第１の一対のリニアモータより大きな質量を動かすことを要求されるので、第１の一対のリニアモータよりも大きくてよいし、より高出力であってよい。このタイプのリニアモータは、Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．（１０１ Ｚｅｔａ Ｄｒｉｖｅ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ １５２３８，ＵＳＡ）から入手可能である。支持フレーム１２０上の第２の一対のリニアモータ２４４は、Ｙ軸駆動機構の一部を形成している。

以上の構成は、クリーンルーム環境で半導体ウェハを検査するためのシステムに関して説明されたが、クリーンルーム環境で動作する必要がなく従ってエアームーバやエアーフィルタを含まないＸ線検査システムにおいても利用され得る、ということが明瞭である。

サンプル位置の測定
前述のように、良質なトモシンセシスモデルを生成するための要件の１つは、Ｘ線源、サンプル及び検出器の相対位置の非常に正確な情報である。特に、画像が適切に組み合わされ得るように、ある撮像位置から次の撮像位置への相対的な位置変化を正確に知ることが必要である。

高倍率の画像を提供するために、サンプルとＸ線源との間の距離は、検出器とＸ線源との間の距離よりもずっと小さい。これは、サンプルの小さい位置変化が、検出器によって記録される画像における大きい変化を導くことを意味する。これは、また、サンプルの位置が、検出器の位置よりもずっと高精度に知られる必要があることを意味する。

非接触式の位置測定装置が、サンプル支持部の位置を正確に決定するために用いられ得る。本発明の一実施形態では、干渉計ベースのシステムが、ある撮像位置から次の撮像位置へのサンプル支持部の位置変化を決定するために用いられる。図８は、干渉計ベースの検出構成の概略図である。２つの干渉計が提供される。第１の干渉計２５６は、Ｘ方向のサンプル支持部２００の位置変化を決定するために用いられる。第２の干渉計２５８は、Ｙ方向のサンプル支持部２００の位置変化を決定するために用いられる。Ｘ方向及びＹ方向のための組立体は、同一である。各組立体は、関連する干渉計２５６、２５８にレーザビームを提供するレーザ光源２６０、２６２を有している。干渉計は、レーザビームの一部を、サンプル支持部２００に取り付けられたミラー２５２、２５４に向ける。ミラーから反射された光は、干渉計に戻るように、そして検出器２６４、２６６へと向けられる。サンプル支持部が移動される時、サンプル支持部に到達した光とサンプル支持部に到達していない光との間の干渉の変化が、検出器において検出されて、検出方向（すなわち、ＸまたはＹ方向）におけるサンプル支持部の位置変化の非常に正確な測定値を提供する。レーザ光源及びミラーを含む好適な干渉計システムは、Ｒｅｎｉｓｈａｗ ｐｌｃ（Ｎｅｗ Ｍｉｌｌｓ，Ｗｏｔｔｏｎ−ｕｎｄｅｒ−Ｅｄｇｅ，Ｇｌｏｕｃｅｓｔｅｒｓｈｉｒｅ，ＧＬ１２ ８ＪＲ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ）から入手可能である。他の可能な非接触式の位置測定装置は、光学的なリニアエンコーダ、磁石式のエンコーダ、静電容量センサ、及び、ソナー距離測定装置を含む。

検出器からの出力は、サンプル支持部が撮像位置間で移動する時、Ｘ方向及びＹ方向でのサンプル支持部の位置変化の正確な測定値である。これらの測定値は、説明されるように、画像プロセッサに提供されて、トモシンセシス計算で利用される。検出器からの測定値は、Ｘ及びＹ位置決め組立体を較正するためにも用いられ得る。

図８は、別個のレーザ光源が各干渉計のために設けられている構成を図示している。もっとも、単一のレーザ光源とビームスプリッタとが用いられ得ることも、明らかである。更に、Ｚ方向におけるサンプル支持部の位置はそのような高精度で決定される必要はないが、Ｚ方向におけるサンプル支持部の位置変化を決定するために同一の構成を用いることは可能である。

図９は、図８に示されたような構成が、図７に示されたサンプル位置決め組立体に如何にして一体化されるか、を図示している。第１ミラー２５２は、Ｘ方向に向くサンプル支持部２００に固定されており、第２ミラー２５４は、Ｙ方向に向くサンプル支持部に固定されている。干渉計２５６、２５８は、支持フレーム１２０に固定されている。ミラー２５２、２５４は、干渉計２５６、２５８からの光があらゆる可能性ある撮像位置において当該ミラーに入射するのに十分な高さ及び幅を有している。この例では、各ミラーの使用可能領域は、３２０ｍｍ幅で、２０ｍｍ高さである。ミラーは、典型的には、前述のように干渉計システムの一部として設けられている。もっとも、好適なミラーは、例えばＧｏｏｃｈ ａｎｄ Ｈｏｕｓｅｇｏ ＰＬＣ（Ｄｏｗｌｉｓｈ Ｆｏｒｄ，ｌｌｍｉｎｓｔｅｒ，ＴＡ１９０ＰＦ，ＵＫ）のような光学メーカーからスタンドアロンの製品としても入手可能である。

以上の構成は、クリーンルーム環境で半導体ウェハを検査するためのシステムに関して説明されたが、クリーンルーム環境で動作する必要がなく従ってエアームーバやエアーフィルタを含まないＸ線検査システムにおいても利用され得る、ということが明瞭である。それは、サンプル及び検出器を位置決めするための異なる構成との協働で用いられてもよい。

近接測定
前述のように、高倍率画像のためには、サンプルをＸ線源に対して非常に近くにもたらすことが必要である。従って、サンプルの位置をＺ方向において信頼性をもって制御することが必要である。また、画像処理及びデータ解釈目的のため、Ｚ方向でのサンプルの位置を知ることも必要である。

Ｚ軸におけるサンプル支持部２００の位置が、Ｚ軸位置決め機構から、あるいは、Ｚ軸位置決め機構に取り付けられたリニアエンコーダから、決定（測定）され得る一方で、異なるサンプルは異なる厚みを有しているため、Ｘ線源とサンプルの上面との間の正確な距離がサンプル支持部２００の位置から正確に決定され得ない、という問題がある。従って、本発明の１つの観点（特徴）において、近接センサが、サンプルの上面とＸ線源との間の距離の直接測定を提供するために用いられる。

Ｘ線源とサンプルの頂面との間の距離の直接の測定を提供することは、幾つかの理由にとって、特には典型的には関心対象の領域を有するサンプルの頂面がＸ線源に非常に近くにもたらされる高倍率システムにおいて、有益である。第１に、当該距離測定は、Ｚ軸位置決め機構を較正するために用いられ得て、正確な位置決めとその後の画像処理とが達成され得る。第２に、当該距離測定は、倍率計算において直接的に用いられ得て、正確な倍率の測定を提供できる。第３に、当該距離測定ないし複数回の距離測定は、サンプルの頂面とＸ線源との間の衝突を防止するために用いられ得る。当該衝突は、サンプルの頂面とＸ線源との両方に損傷を与える可能性があった。

図１０は、本発明の１つの観点（特徴）に従う近接センサ構成の概略図である。半導体ウェハ２０が、シールされたＸ線チューブ１００の下方で、サンプル支持部２００上に図示されている。レーザ距離センサ４００が、Ｘ線チューブ１００に固定されている。好適なレーザ距離センサは、Ｋｅｙｅｎｃｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（１−３−１４，Ｈｉｇａｓｈｉ−Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｈｉｇａｓｈｉ−Ｙｏｄｏｇａｗａ−ｋｕ，Ｏｓａｋａ，５３３−８５５５，Ｊａｐａｎ）から入手可能である。代替的なものとして、共焦点検出器が利用され得る。距離センサからのレーザビームが、矢印４０１で図示されている。サンプル位置決め組立体２１０は、概略的に図示されているが、サンプル支持部２００のＺ軸位置を決定（測定）するためのリニアエンコーダ２３６を含んでいる。サンプル位置決め組立体と距離センサとの両方が、コントローラ５００に接続されている。

図１１は、図２乃至図４に示されたタイプのシステムにおける、Ｘ線チューブ１００へのレーザ距離センサ４００の取り付けを図示している。

レーザ距離センサ４００は、この例では半導体ウェハであるサンプルの上面に対する直接測定を提供する。レーザ距離センサ４００は、その出力端、ここではサンプルの上面に向くリードヘッドと呼ばれる、からサンプルまでの距離を測定する。Ｘ線チューブ１００は、透過ターゲット上の出力スポットからＸ線を生成する。透過ターゲットは、Ｘ線チューブ１００の出力窓１０１を形成し、出力スポットは、Ｘ線チューブ１００の出力窓１０１の面内に存在する。レーザ距離センサ４００のリードヘッドは、Ｘ線チューブ１００の出力スポットと正確に同じ高さに取り付けられなくてもよい。換言すれば、レーザ距離センサのリードヘッドは、Ｘ線チューブの出力窓と同一平面になくてもよい。しかし、出力窓とレーザ距離センサの出力端との間の高さの差は、オフセットとして知られるが、以下に説明されるように、異なる位置においてサンプル支持部上の公知のサイズの特徴や公知の間隔の２つの特徴を撮像することによって、システムのセットアップ中に計算され得る。

図１２は、図１１に示された構成の概略図であり、レーザ距離センサ４００のリードヘッド４０２とＸ線チューブの出力窓１０１との間のオフセットが、サンプル支持部２００のゲージ板上において互いから公知の間隔だけ離れている一対の特徴２８０、２８１を撮像することによって、どのように計算され得るか、を示している。

ゲージ板上での特徴２８０、２８１間の公知の距離は、Ｄ₁である。検出器３００上の２つの特徴２８０、２８１の画像３８０、３８１間の距離は、Ｄ₂である。Ｄ₂は、標準的な画像処理技術を用いて、検出器の出力から計算され得る。

比Ｄ₁／Ｄ₂は、比Ａ／Ｈに等しいことが、当該技術分野において周知である。Ｘ線源の出力窓と検出器３００の撮像面との間の距離Ｈは、システムの仕様から分かっている。従って、Ａは、次の式を用いて計算され得る。
Ａ＝Ｈ×（Ｄ₁／Ｄ₂）

レーザ距離センサのリードヘッドとサンプル支持部との間の距離Ｂは、レーザ距離センサ４００によって直接的に測定される。結果的に、レーザ距離センサ４００のリードヘッドとＸ線チューブの出力窓との間のオフセットＣは，次の減算式によって決定される。
Ｃ＝Ｂ−Ａ

Ａ＝Ｈ×（Ｄ₁／Ｄ₂）であるから、Ｃ＝Ｂ−（Ｈ×（Ｄ₁／Ｄ₂））である。

従って、出力窓とレーザ距離センサのリードヘッドとの間の高さの差、すなわちオフセットＣは、公知のサイズの特徴を撮像することによって、システムのセットアップ中に、式Ｃ＝Ｂ−（Ｈ×（Ｄ₁／Ｄ₂））から計算され得る。

レーザ距離センサのリードヘッドからサンプルまでの距離の引き続いての測定は、出力窓からサンプルまでの距離を得るべく、当該オフセットＣによって調整され得る。これは、以下に説明されるように、倍率計算において用いられる。

そして、レーザ距離センサは、サンプル位置決め組立体内で高さセンサを較正するために用いられ得る。この例では、高さセンサは、リニアエンコーダ２３６であり、それは、図１０に示されるように、Ｘ軸サンプル位置決め機構において用いられる。これは、検査中、サンプルがＸ線チューブによってレーザ距離センサからは見えなくなってレーザ距離センサでの測定が直接利用できない、というようにサンプルが位置決めされる場合に、特に有益である。サンプルがＸ線チューブによって見えなくなっていない位置にある時、ここでは開始位置と言うが、コントローラ５００がレーザ距離センサ４００からの距離測定値を受け入れ、同時に、リニアエンコーダ２３６からの出力を受け入れる。サンプルの上面とＸ線チューブの出力窓との間の絶対距離は、レーザ距離センサ４００を用いて確立され得る。これは、レーザ距離センサ４００から絶対測定値を読み取って、前述のように計算されるオフセットＣを減算することによって、達成される。サンプルの上面とＸ線チューブの出力窓との間の当該距離は、リニアエンコーダのための較正として利用される。それは、開始位置からの距離変化を測定する。この較正処理は、周期的に実施され得る。

また、レーザ距離センサの測定は、画像倍率を決定するために用いられ得る。それは、画像処理中に用いられる。画像倍率（ＩＭ）は、検出器３００上の画像内に現れている時の物体のサイズの、当該物体の実際のサイズに対する比である。図１２を参照して、当該技術分野においては、倍率がＨ／Ａに等しいことが知られている。Ａは、測定された距離Ｂから計算されたオフセットＣを減算することで決定される。Ｈは分かっている値である。従って、画像倍率は、次の式で与えられる。
ＩＭ＝Ｈ／Ａ＝Ｈ／（Ｂ−Ｃ）

例えば、距離Ｈが３５０ｍｍで、測定された距離Ｂが１２ｍｍで、オフセットＣが２ｍｍとして計算される場合、画像倍率は、
ＩＭ＝Ｈ／（Ｂ−Ｃ）＝３５０（１２−２）＝３５
である。これは、検出器上で３５ｍｍの距離として表れている特徴間の距離が、実際の距離１ｍｍの画像である、ということを意味している。

倍率を正確に決定（測定）するこの能力には、２つの利点がある。第１に、サンプル内の特徴のサイズが、大変正確に確立され得て、ウェハのバンプの径やボイド領域のような幾何学的特徴のサイズの良好な量的評価を許容する。第２に、トモシンセシスの間、個々の投影の角度及び位置がよく知られて、計算された３次元モデルが正確に作られ得る。レーザ距離センサからの測定値を用いる画像倍率計算は、典型的には、特定の興味対象領域の１セットの画像が捕捉される前に、較正計算として実施される。

以上の構成は、クリーンルーム環境で半導体ウェハを検査するためのシステムに関して説明されたが、クリーンルーム環境で動作する必要がなく従ってエアームーバやエアーフィルタを含まないＸ線検査システムにおいても利用され得る、ということが明瞭である。

衝突回避
図１０乃至図１２に図示された近接センサ、すなわちレーザ距離センサ４００は、Ｘ線源とサンプルとの間の衝突を防止するためにも利用され得る。Ｘ線源とサンプルとの間の衝突は、サンプルを修復不能に損傷する可能性があり、また、Ｘ線源にも顕著な損傷を引き起こす可能性がある。本実施例では半導体ウェハであるサンプルは、異なる厚みを有し得るので、サンプル支持部の位置についての情報を提供するだけのリニアエンコーダ２３６からの出力に単純に依存することは、大変高い倍率の画像を得ようとする時の衝突を防ぐという点において、有効でない場合がある。そのような時には、サンプルがＸ線チューブに非常に近く位置付けられることが要求され、図１２の距離Ａが大変小さくなる。

衝突を防ぐために、高倍率での半導体ウェハの検査の前に、ウェハは低倍率の高さにおいてレーザ距離センサによって安全にラスター走査される。これは、全ての可能性あるウェハにとって安全であることが知られていて、Ｘ線チューブ１００の端部からウェハ２０の最上の特徴までの距離を確立する。ラスター走査は、ＸＹ面内でサンプル支持部を移動させるようにサンプル位置決め組立体を動作させることで、達成される。これは、図１０に図示されている。リニアエンコーダのスケール上の位置は、ベースライン値として、低倍率高さのために記録される。ウェハ２０の最上の特徴に対応する、レーザ高さセンサによって測定される最短距離が、記録される。コントローラ５００は、測定された最短距離でのベースラインエンコーダスケールの読みに基づいて、仮想の参照面を生成する。それは、ウェハがＸ線チューブの表面に対してどの程度近くまで安全にもたらされ得るか、を示す。当該仮想面は、ウェハの最上の特徴の上方に所定のクリアランスをもって位置付けられ得る。例えば、低倍率高さにおいてレーザ距離センサによって測定されるサンプルの頂部までの最短距離が１２ｍｍであって、レーザ距離センサ４００の出力端とＸ線チューブの出力窓との間の公知のオフセットＣが２ｍｍである場合、ラスター走査の間のＸ線チューブの出力窓とサンプルの頂部との間の最短距離は１０ｍｍである。衝突の可能性を防ぐために、動作中においてサンプルの最上面がＸ線チューブの出力窓から１ｍｍ以上であるべき、ということが望まれる場合、サンプル支持部は、リニアエンコーダ上のベースラインとして記録される低倍率高さから９ｍｍより近くない所まで移動され得る。この９ｍｍという最大移行距離は、リニアエンコーダの読みを用いて制御され得る。リニアエンコーダスケールは、衝突が生じないことを保証するべく、ウェハの検査中に用いられ得る。

図１３は、Ｘ線チューブとウェハとの間の衝突を防ぐために用いられる制御処理を示すフロー図である。工程４５０において、半導体ウェハが、システム内にロードされる。工程４６０において、ウェハは、公知の安全高さにおいて、すなわち、最も厚いサンプルであってもＸ線チューブから十分にクリアランスがある高さにおいて、レーザ距離センサの下方に位置決めされる。工程４７０において、レーザ距離センサが起動され、サンプル支持部がサンプル位置決め組立体によってＸＹ平面内でラスター走査パターンで移動される。ウェハ上の最接近特徴までの距離が記録される。工程４８０において、サンプル支持部の最大許容上方行程が、サンプル支持部とＸ線チューブとの間の最小安全距離またはサンプル支持部のための最大安全高さに対応して、計算される。工程４９０において、ウェハの検査は高倍率で実施されるが、サンプル支持部は、当該サンプル支持部にとっての最大安全高さ以下の位置にある。

この処理は、新しいサンプルが機械内にロードされる毎に、迅速かつ自動的に実施され得る。また、当該システム及び方法は、半導体ウェハに対してのみならず、高倍率で撮像されることが要求される任意のタイプのサンプルに適用可能である。

検出器の位置決め
前述のように、Ｘ線検出器は、サンプルを通過するＸ線を捕捉するべくサンプル支持部の下方に位置決めされる。検出器は、前述のように、シリコンフォトダイオードの２次元ピクセルアレイを含むフラットパネル検出器である。

サンプルを通る異なる投影を記録するために、検出器は、異なる撮像位置へ正確に移動されなければならない。投影は、サンプルまたはサンプルの一領域の３次元モデルを生成するべく、トモシンセシスアルゴリズムを用いて組み合わされる。前述のように、複数の異なる投影が、できるだけ迅速に記録されることが望ましい。サンプル支持部がＸ線源に大変近く位置決めされる高倍率画像にとって、Ｘ線検出器は、撮像位置間において、サンプル支持部よりもずっと大きな距離を移動しなければならない。そして、検出器は、サンプル支持部よりも、相対的に高速で移動される必要がある。

検出器が正確で高速に移動され得るためには、検出器がＸＹ面内でグリッド軸上に移動されることが有利である。回動可能な円弧軌道上で検出器を移動する代替法は、従来システムで用いられているが、機構の剛性が小さいため、そのような正確で高速な移動を許容しない。この代替システムは、高速での始動時及び停止時において、過剰な振動に苦しむであろう。Ｚ軸移動無しで、検出器とサンプルの両方が平行なＸＹ面内で移動することは、全ての撮像位置において画像倍率が同一を維持するという利点がある。なぜなら、倍率は、前述のように、式ＩＭ＝Ａ／Ｈで決定されるからである。

もっとも、ＸＹ平面内のみに存在する検出器面を有する検出器の移動は、検出器がＸ線源に常には面しない、という不利に苦しむ。検出器の面とＸ線源からのＸ線の放射位置との間の極端な斜め角度では、画像のボケが生じ得る。本発明の１つの観点（特徴）において、検出器をＸＹ平面内で移動させる機構に加えて、傾斜機構が検出器に設けられる。それは、検出器がすべての撮像位置においてＸ線源を向くように方向付けられることを許容する。

図１４は、本発明に従う、図２に示されたような、Ｘ線検査システムの概略断面図であるが、Ｘ線検出器のための傾斜機構３２０を示している。検出器位置決め組立体３１０が、検出器３００が水平面内で移動することを許容する。

図１４に示されたシステムの残りの特徴は、図２を参照して説明される。キャビネット及びＦＦＵが、クリーンルーム動作のために構成されている。サンプル位置決めステージ２１０は、検出器位置決めステージの上方で支持フレーム上に設けられている。サンプル位置決めステージの詳細な構成要素は、図６及び図７に図示され、それらを参照して説明されている。Ｘ線チューブ１００は、ブラケット１１５に固定され、サンプル支持部２００及び検出器３００の上方に位置決めされている。

ＸＹ平面内での高速移動を提供するために、第１及び第２リニアモータが、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ検出器を移動するために用いられる。図１５に示されるように、第１リニアモータ３１２が、検出器組立体のフレーム３２６と水平延伸ビーム３１４との間に取り付けられている。ビーム３１４は、Ｘ方向に延びていて、支持フレーム１２０に沿って移動するように支持されている。この移動を提供するために、Ｙ方向に延びる一対の第２リニアモータ３１６（そのうちの一方のみが図１５において可視である）が、支持フレーム１２０に取り付けられていて、ビーム３１４の遠端３１５を駆動する。第１リニアモータ３１２の起動は、検出器組立体をビーム３１４に沿ってＸ方向に移動させる。第２リニアモータ３１６の起動は、ビーム３１４及び検出器組立体をビーム３１４に垂直なＹ方向に移動させる。この機構は、検出器が、迅速かつ正確に水平面内を移動されることを許容する。第１及び第２リニアモータは、同一であり得て、サンプル支持部位置決め組立体のために用いられるリニアモータよりも大型である。このタイプのリニアモータは、Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．（１０１ Ｚｅｔａ Ｄｒｉｖｅ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ １５２３８，ＵＳＡ）から入手可能である。

図１６は、傾斜機構３２０を詳細に図示している。検出器の移動の２つの更なる軸が、この傾斜機構３２０によって提供されており、検出器３００の平面状撮像面３０５は、常にＸ線源に直接方向付けられることが可能である。検出器３００は、第１ジンバル面３２２に取り付けられており、それは第１回転軸３２１回りに傾斜され得る。第１モータ３２４が、第１回転軸回りに検出器を回転するように構成されている。好適なモータの一例は、Ａｅｒｏｔｅｃｈ，Ｉｎｃ．（１０１ Ｚｅｔａ Ｄｒｉｖｅ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ １５２３８，ＵＳＡ）から入手可能なＡＰＲ１５０ＤＲ−１３５である。

第１ジンバルフレーム３２２は、モータ３２８に回転可能に取り付けられていて、モータ３２８は、第２ジンバルフレーム３２６に取り付けられていて、第２回転軸３２７回りに回転する。第２モータ３２８は、第２回転軸３２７回りに第１ジンバルフレーム３２２を回転するように構成されている。第２ジンバルフレーム３２６は、リニアモータ３１２のムーバ（可動部）に取り付けられており、リニアモータ３１２のステータ（固定部）は、図１５を参照して説明されたように、ビーム３１４に取り付けられていて、検出器及び傾斜機構は、ビーム３１４に沿って移動され得る。第１及び第２モータは、出力側に直接のリードエンコーダを有して、検出器の方向の非常に正確な決定を許容する。

傾斜機構は、第１及び第２回転軸３２１、３２７が、検出器の活性領域すなわち検出面３０５と同一平面であるように、構成されている。これは、図１６に示されるように、第１回転軸３２１及び第２回転軸３２７が検出器３００の検出面３０５を横切るか、それと整列する、ということを意味する。これは、要求される画像処理計算を簡単化する。それは、画像倍率の変化に対処するためのサンプル支持部または検出器の補償的なＺ軸移動の必要性を除去する。これは、検出器の検出面の中心がすべての位置においてＸ線源からの同じＺ軸距離に留まり、画像倍率が傾斜機構の位置に拘わらず一定に留まるからである。

第１及び第２回転モータは、検出器のＸＹ移動のためのリニアモータに接続されたコントローラ（図１６では不図示）に接続され、当該コントローラによって制御される。当該コントローラは、検出器がＸ線画像を記録するために停止されている各撮像位置において、検出器の活性領域３０５がＸ線源に面することを保証するように構成されている。好適には、コントローラは、検出器の検出面３０５が当該検出面３０５の中心からＸ線がＸ線源から放射される点にまで引かれる線に垂直である、というように当該検出面３０５を方向付ける。

検出器の活性領域３０５を常にＸ線源に向けて方向付けることにより、画像のボケを引き起こし得る検出器の検出面とＸ線源からのＸ線の放射位置との間の斜めの角度が回避される。これは、画像の質を改善する。

以上の構成は、クリーンルーム環境で半導体ウェハを検査するためのシステムに関して説明されたが、クリーンルーム環境で動作する必要がなく従ってエアームーバやエアーフィルタを含まないＸ線検査システムにおいても利用され得る、ということが明瞭である。この検出器位置決め組立体は、サンプル支持部位置決め組立体の異なる構成と共に使用することも、ここまで説明されてきた位置検出システム無しで使用することも、可能である。

ウェハチャック
半導体ウェハ２０のためのサンプル支持部２００は、ウェハの後面に吸引を適用することによって、各半導体ウェハを所定位置に保持する。これは、ウェハに対する損傷を回避する、周知のウェハ取り扱い技術である。図１７は、サンプル支持部の平面図であり、サンプル支持部の平面状の上支持面６１２に形成された複数の同心の凹部ないし溝部６１０を示す。溝６１０は、径方向チャネル６１４によって真空ポート６２０に接続されている。ウェハが支持面６１２上に置かれる時、真空がポート６２０に適用される。これは、ウェハを支持面６１２に対して堅固に保持する。サンプル支持部の「撮像領域」は、半導体ウェハの一部のＸ線画像に現れ得る、サンプル支持部の一部である

前述のＸ線検査システムでは、Ｘ線チューブ１００からのＸ線が、検出器３００に到達する前に、半導体ウェハを通過するだけでなくサンプル支持部２００をも通過しなければならない。サンプル支持部は、従って、Ｘ線を過度な程度には減衰しないでＸ線を 回折する結晶構造を有しないという材料から形成されなければならない。好適な材料は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ベリリウム、アセタールである。

もっとも、これらの材料でさえ、ある程度はＸ線を減衰させる。減衰の量（程度）は、Ｘ線が通過しなければならないサンプル支持部の厚みに依存する。溝６１０は、サンプル支持部の局所的な薄さに帰結するため、溝による厚みの変化のパターンが結果としてのＸ線画像に現れる。従来のウェハチャックの溝は、図１９に示すように、平行な側壁と平坦な底部を有する断面矩形状であった。図１９は、矩形の断面溝６８０を有するウェハチャック２８０を示している。Ｘ線画像が溝に広がる場合、ウェハチャック上の溝を通過するＸ線は、ウェハチャックの残りの部分を通過するＸ線よりも減衰の量が小さい。矩形の断面は、溝の鉛直の側壁により、ウェハチャックの厚みの変化が大変急激である。これは、Ｘ線画像のコントラストに非常に急激な変化をもたらし得て、それは、特にウェハの弱いコントラストの特徴について、画像を見えなくしたり混乱させたりし得る。これは、幾つかの場合には、画像の自動的な解析を遅くしたり、不可能にしたりする。

この問題を最小化するために、矩形の断面を有する溝を提供するよりもむしろ、ウェハの裏面に吸引力を与えるために本発明で用いられる溝または凹部は、画像を見えなくしたり混乱させたりし得るＸ線画像内パターンをより少なくするべく、ウェハチャックの厚みについて小さい徐々の変化のみを提供する、というように構成されている。これにより、ウェハチャックの厚みは、急激な厚み変化を有するよりもむしろ、連続的に変化され、溝は比較的広く浅く作られる。

図１８は、本発明に従う図１７の溝６１０の１つの概略断面である。この例では、溝は、約４．８８ｍｍの幅Ｗと、支持面の下方０．２ｍｍの最大深さと、を有している。溝の側壁は、溝の第１側から第２側に向けて連続曲線状に延びている。当該曲線は、実質的に円弧状で、約１６ｍｍの最大曲率半径を有している。当該曲率半径は、溝の最大深さよりも、実質的に２桁大きい、ということが理解され得る。これは、ウェハチャックの厚みの変化率が小さいことを保証している。画像領域Ｄ内のサンプル支持部の最大厚みは、５ｍｍである。

溝のサイズ及び形状は、２つの競合する要件を満足しなければならない。溝は、ウェハの裏面に十分な吸引力を提供するのに、十分大きくなければならない。しかし、それらは、半導体ウェハ内または半導体ウェハ上の興味対象の特徴の画像を見えなくしたり混乱させたりしてはいけない。

この例では、溝の深さは、２．４４ｍｍの半径距離に亘って０．２ｍｍまで増大している。これは、０．２ｍｍ／５ｍｍ＝０．０４であるので、ウェハの厚みの４％の変化に対応する。溝を横切るウェハの厚みの平均変化率は、平坦な支持面に平行な行程１ｍｍあたりの厚み変化０．２／２．４４＝０．０８である。ウェハの厚みの最大変化率は、凹部の縁部であって、平坦な支持面に平行な行程１ｍｍあたり約０．１６５ｍｍである。

溝Ｗの幅は、半導体ウェハ内の興味対象の典型的な特徴よりも、２桁大きい。溝は、鋭い端縁を有するよりもむしろ、その幅に亘って連続的に変化するので、検査にとって適切な倍率で、溝に亘っての全体の厚み変化の約１％だけが、興味対象の特徴の画像背景の変化として見られる。

シリコンウェハ上の１００μｍ直径のはんだバンプを検査する時、画像コントラストを調整するためのベースラインを決定するために、解析ソフトウェアは、バンプ領域の外側の４つの点を用いることができる。最悪の場合、これらの点は、互いから２００μｍ離れている。はんだバンプが、チャックの厚み変化率が最大である溝の縁部を覆う場合、サンプル支持部の有効深さは、画像領域を横切って約０．６６％だけ変化する。これは、深さの最大変化率×興味対象の領域の直径／チャックの最大厚み０．１６５×０．０２／５≒０．００６６％として計算される。これは、はんだパンプとその周辺領域とはんだバンプ内の任意の欠陥との間で提供されるコントラストと比較した、画像を横切る画像コントラストの有意な変化に上昇を与えない。

溝や凹部に何ら鋭利な縁部を有しないことが望ましい。換言すれば、サンプル支持部の厚み変化の変化率は、低くあるべきである。これは、用いられる画像処理ソフトウェアの縁部検出アルゴリズムによって強調されるかもしれない鋭利な縁部がない、ということを保証するためである。一側から他側へ連続曲線状に延びる凹部を提供することによって、鋭利な縁部は、凹部自身の内部において回避される。凹部の縁部は、また、理想的には円滑であるべきである。図１８に見られ得るように、溝６１０の縁部６１５は、鋭利な遷移部を除去するべく、丸められている。溝の側壁と平坦な支持面６１２との間の遷移領域の曲率半径は、約２ｍｍの最小曲率半径を有している。

これは、本発明に従うウェハ支持部の単なる一例であって、画像領域に亘っての支持部の厚み変化の低い最大変化率を提供する異なる溝の幾何形状が用いられ得ることが、明らかである。溝に要求される寸法は、明らかに、撮像される領域のサイズ及び性質に依存し、また、撮像されるサンプルの密度と比較してのサンプル支持部の材料の密度（これはＸ線がどの程度減衰するか、に緊密に関係する）に依存する。

システム動作
ここまでに説明されたＸ線検査システムの様々な特徴は、自動的に互いに同期して動作するように制御され得る。特に、サンプル支持部の位置決めと検出器の位置決めとは、位置検知の構成からの測定によって協調される必要がある。エアームーバ、Ｘ線チューブ及びウェハハンドリング機構も、位置決め組立体に対して協調されなければならない。

図２０は、システムの制御可能な構成要素の各々の動作を協調させると共に、トモシンセシスモデルを提供するために要求されるデータを受容して処理するような、中央コントローラ５００の利用を図示する概略図である。

中央コントローラ５００は、画像プロセッサ５１０を含み、システムの制御可能な構成要素の各々に接続されており、同様に、出力部５２０及び製造プラントインタフェース５３０に接続されている。

コントローラ５００は、Ｘ線チューブ１００とＦＦＵ１３０の動作を制御する。それは、ウェハをサンプル支持部２００上に置くために、及び、当該ウェハがシステム内で検査された後に当該ウェハをサンプル支持部２００から取り出すためにシャッタを通って延びる自動ウェハハンドリング機構５４０を動作させる。それは、サンプル支持部位置決め組立体２１０を介してウェハを位置決めし、対応するように、検出器位置決め組立体３１０を介して検出器を制御する。それは、検出器からの出力を受容して、３次元モデルを作り上げる。それは、レーザ距離センサ４００からの入力を受容して、Ｘ線源に対するウェハの鉛直位置を制御して衝突を回避する。レーザ距離センサ４００からの入力は、画像倍率計算においても用いられる。それは、収集されるべき画像のため異なる位置に移動する時、サンプル支持部２００の位置変化を示す干渉計からの入力をも受容する。

コントローラは、予めプログラムされた連続動作に従って、サンプル支持部と検出器との移動を協調させ、前述のような初期較正を実施する。コントローラは、移動の３軸を有するサンプルステージと、移動の４軸を有してそのうちの２つが回転である検出器と、の両方を制御しなければならない。

図２１は、図２０に示されたタイプのＸ線検査システムのための例示的な周期動作を示すフロー図である。システムは、工程７００で起動される。この工程で、コントローラがスイッチオンされて、続いてＦＦＵがスイッチオンされて、層状の空気流を確立させる。ＦＦＵは、システムの動作中、連続的に動作する。工程７１０において、ウェハハンドリング組立体５４０は、半導体ウェハをシステム内のサンプル支持部上にロードするべく動作される。本実施形態のウェハハンドリング組立体は、半導体製造プラントで用いられる従来のウェハハンドリング装置を含んでおり、本例では、前述のＢｒｏｏｋｓ ＪＥＴ（登録商標）大気内トランスポートシステムユニットである。ウェハは、前述のように、吸引力を用いてサンプル支持部上に固定される。工程７２０において、サンプル支持部の最大高さが、図１０乃至図１２を参照して説明されたプロセスを用いて計算される。工程７３０において、Ｘ線チューブ１００が起動されて、ウェハ上の興味対象の複数の異なる領域の投影（像）が、検出器３００によって記録される。このプロセスにおいて、サンプル支持部２００及び検出器３００は、複数の所定の撮像位置にまで移動される。このプロセスは、矢印７３５によって示されたように、ウェハの興味対象の異なる領域毎に繰り返され得る。工程７４０において、興味対象の特定の領域の投影（像）が、トモシンセシスアルゴリズムを用いて処理されて、３次元モデルが生成される。画像プロセッサ５１０は、検出器からの記録された画像と、サンプル、サンプル支持部及び検出器の位置に関する各画像の関連情報と、を利用する。当該モデルは、工程７５０において、画像捕捉処理に関連する任意の他の収集データと共に、ディスプレイ及び／またはメモリー（記憶装置）に出力される。特定のウェハに対して要求される画像の全てが検出器３００によって捕捉された後で、当該ウェハは、工程７６０において、ウェハハンドリング組立体５４０を用いてシステムからアンロードされて、新しいウェハが工程７１０においてロードされ得る。ウェハのアンロード（アンローディング）及びロード（ローディング）は、画像処理動作と同時に実施され得る。

本システムは、半導体製造プラントに一体化され得る。自動的な半導体ウェハのサンプル支持部に対するロード（ローディング）及びサンプル支持部からのアンロード（アンローディング）が、ウェハ処理動作中の任意の所望の時点で、及び／または、ウェハ処理が完了した後で、標準的なウェハハンドリング装置を用いて達成され得る。位置決め組立体、検出器及びＸ線チューブのための制御ソフトウェアが、コントローラ５００のために、製造プラント制御システムと一体化され得る。

Claims (24)

1. Ｘ線源と、検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、Ｘ線検出器と、を有するキャビネットと、
   前記サンプル支持部上の前記キャビネット内の空気入口部を通して、前記キャビネット内に空気を強制的に送り込むように構成されたエアームーバと、
   前記サンプル支持部を前記Ｘ線源及び前記Ｘ線検出器に対して位置決めするためのサンプル支持部位置決め組立体と、
   を備え、
   前記エアームーバと前記キャビネットは、前記空気入口部から前記サンプル支持部を通して前記サンプル支持部下の前記キャビネットの空気出口部へと、空気を強制的に送り込むように構成されており、
   前記サンプル支持部は、水平面内に延在する上面を有しており、
   前記サンプル位置決め組立体は、
   前記サンプル支持部を前記水平面に直交する鉛直方向に移動するための鉛直位置決め機構と、
   第１水平方向に前記サンプル支持部及び前記鉛直位置決め機構を移動する第１水平位置決め機構と、
   を有している
   ことを特徴とするＸ線検査システム。
2. 前記サンプル支持部の前記水平面は、第１水平面であり、
   当該Ｘ線検査システムは、
   前記Ｘ線源に対して前記Ｘ線検出器を位置決めするための検出器位置決め組立体
   を更に備えており、
   前記検出器位置決め組立体は、
   第２水平面内で前記検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構と、
   前記検出器が前記第２水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構と、
   を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査システム。
3. 前記Ｘ線源に固定され、前記Ｘ線源と前記サンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離の測定値を提供するように構成された近接センサと、
   前記近接センサに接続されたコントローラと、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線検査システム。
4. 前記サンプル支持部に隣接して位置決めされて前記サンプル支持部の位置または位置変化を検出するように構成された非接触式の位置測定装置を含むサンプル支持部位置検出組立体と、
   前記Ｘ線検出器及び前記サンプル支持部位置検出組立体に接続された画像プロセッサと、
   を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線検査システム。
5. Ｘ線源と、
   検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、
   Ｘ線検出器と、
   サンプル支持部をＸ線源またはＸ線検出器に対して位置決めするためのサンプル支持部位置決め組立体と、
   前記Ｘ線源に対して前記Ｘ線検出器を位置決めするための検出器位置決め組立体と、
   を備え、
   サンプル支持部は、水平面内に延在する支持面を有しており、
   サンプル位置決め組立体は、サンプル支持部を水平面に直交する鉛直方向に移動するための鉛直位置決め機構と、第１水平方向にサンプル支持部及び鉛直位置決め機構を移動する第１水平位置決め機構と、を有しており、
   検出器位置決め組立体は、第２水平面内で前記検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構と、前記検出器が前記第２水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構と、を有している
   ことを特徴とするＸ線検査システム。
6. 前記Ｘ線源に固定され、前記Ｘ線源と前記サンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離の測定値を提供するように構成された近接センサと、
   前記近接センサに接続されたコントローラと、
   を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載のＸ線検査システム。
7. 前記サンプル支持部に隣接して位置決めされて前記サンプル支持部の位置または位置変化を検出するように構成された非接触式の位置測定装置を含むサンプル支持部位置検出組立体と、
   前記Ｘ線検出器及び前記サンプル支持部位置検出組立体に接続された画像プロセッサと、
   を更に備えたことを特徴とする請求項５または６に記載のＸ線検査システム。
8. 前記Ｘ線源と、前記サンプル支持部と、前記サンプル支持部位置決め組立体と、前記Ｘ線検出器と、前記検出器位置決め組立体と、を含むキャビネットと、
   前記サンプル支持部上の前記キャビネット内の空気入口部を通して、前記キャビネット内に空気を強制的に送り込むように構成されたエアームーバと、
   を備え、
   前記エアームーバと前記キャビネットは、前記空気入口部から前記サンプル支持部を通して前記サンプル支持部下の前記キャビネットの空気出口部へと、空気を強制的に送り込むように構成されている
   ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のＸ線検査システム。
9. Ｘ線源と、
   検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、
   Ｘ線検出器と、
   サンプル支持部をＸ線源またはＸ線検出器に対して位置決めするためのサンプル支持部位置決め組立体と、
   前記サンプル支持部に隣接して位置決めされて前記サンプル支持部の位置または位置変化を検出するように構成された非接触式の位置測定装置を含むサンプル支持部位置検出組立体と、
   前記Ｘ線検出器及び前記サンプル支持部位置検出組立体に接続された画像プロセッサと、
   を備え、
   サンプル支持部は、水平面内に延在する支持面を有しており、
   サンプル位置決め組立体は、サンプル支持部を水平面に直交する鉛直方向に移動するための鉛直位置決め機構と、第１水平方向にサンプル支持部及び鉛直位置決め機構を移動する第１水平位置決め機構と、を有している
   ことを特徴とするＸ線検査システム。
10. 前記Ｘ線源に対して前記Ｘ線検出器を位置決めするための検出器位置決め組立体
    を更に備え
    前記検出器位置決め組立体は、第２水平面内で前記検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構と、前記検出器が前記第２水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構と、を有している
    ことを特徴とする請求項９に記載のＸ線検査システム。
11. 前記Ｘ線源に固定され、前記Ｘ線源と前記サンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離の測定値を提供するように構成された近接センサと、
    前記近接センサに接続されたコントローラと、
    を更に備えたことを特徴とする請求項９または１０に記載のＸ線検査システム。
12. 前記Ｘ線源と、前記サンプル支持部と、前記サンプル支持部位置決め組立体と、前記Ｘ線検出器と、前記サンプル支持部位置検出組立体と、を含むキャビネットと、
    前記サンプル支持部上の前記キャビネット内の空気入口部を通して、前記キャビネット内に空気を強制的に送り込むように構成されたエアームーバと、
    を備え、
    前記エアームーバと前記キャビネットは、前記空気入口部から前記サンプル支持部を通して前記サンプル支持部下の前記キャビネットの空気出口部へと、空気を強制的に送り込むように構成されている
    ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれかに記載のＸ線検査システム。
13. Ｘ線源と、
    検査対象のサンプルを支持するためのサンプル支持部と、
    Ｘ線検出器と、
    前記Ｘ線源に向かう及び離れる第１軸に沿って前記サンプル支持部を移動するための第１位置決め機構を含むサンプル支持部位置決め組立体と、
    前記Ｘ線源と前記サンプル支持部上のサンプルの表面との間の距離の測定を提供するよう構成され前記Ｘ線源に固定された近接センサと、
    前記近接センサに接続されたコントローラと、
    前記サンプル支持部に隣接して位置決めされて前記サンプル支持部の位置または位置変化を検出するように構成された非接触式の位置測定装置を含むサンプル支持部位置検出組立体と、
    前記Ｘ線検出器及び前記サンプル支持部位置検出組立体に接続された画像プロセッサと、
    を備え、
    サンプル支持部は、水平面内に延在する支持面を有している
    ことを特徴とするＸ線検査システム。
14. 前記Ｘ線源と、前記サンプル支持部と、前記サンプル支持部位置決め組立体と、前記Ｘ線検出器と、前記サンプル支持部位置検出組立体と、を含むキャビネットと、
    前記サンプル支持部上の前記キャビネット内の空気入口部を通して、前記キャビネット内に空気を強制的に送り込むように構成されたエアームーバと、
    を備え、
    前記エアームーバと前記キャビネットは、前記空気入口部から前記サンプル支持部を通して前記サンプル支持部下の前記キャビネットの空気出口部へと、空気を強制的に送り込むように構成されている
    ことを特徴とする請求項１３に記載のＸ線検査システム。
15. 前記Ｘ線源に対して前記Ｘ線検出器を位置決めするための検出器位置決め組立体
    を更に備え
    前記検出器位置決め組立体は、第２水平面内で前記検出器を少なくとも２つの平行でない方向に移動するための水平検出器位置決め機構と、前記検出器が前記第２水平面から少なくとも２つの平行でない軸回りに傾斜されることを許容するよう構成された検出器傾斜機構と、を有している
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載のＸ線検査システム。
16. キャビネットと、
    前記キャビネット内のＸ線源と、
    検査対象の半導体ウェハを支持するように構成された、前記キャビネット内のウェハル支持部と、
    前記ウェハ支持部を前記Ｘ線源に対して位置決めするためのウェハ支持部位置決め組立体と、
    前記キャビネット内のＸ線検出器と、
    前記Ｘ線検出器を前記Ｘ線源に対して位置決めするための検出器位置決め組立体と、
    前記キャビネットの外側から前記ウェハ支持部に、及び、前記ウェハ支持部から前記キャビネットの外側に、ウェハを搬送するよう構成されたウェハローディンング・アンローディング組立体と、
    前記Ｘ線源、前記ウェハ支持部位置決め組立体、前記検出器位置決め組立体、及び、前記ウェハローディンング・アンローディング組立体の動作を制御するよう構成されたコントローラと、
    前記コントローラ及び前記検出器に接続され、前記検出器から受け取る画像データを処理するように構成された画像プロセッサと、
    を備えたことを特徴とするＸ線検査システム。
17. 前記ウェハ支持部上の空気入口部から前記サンプル支持部下の空気出口部へと前記キャビネットを通して空気を強制的に送り込むように構成された、少なくとも１つのファンフィルタユニット
    を更に備えたことを特徴とする請求項１６に記載のＸ線検査システム。
18. 前記ウェハ支持部位置決め組立体とは別個の、前記ウェハ支持部の位置を決定するように構成されたウェハ支持部位置検出組立体
    を更に備えたことを特徴とする請求項１６または１７に記載のＸ線検査システム。
19. 前記Ｘ線源は、透過ターゲットを有するシールされたＸ線チューブである
    ことを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれかに記載のＸ線検査システム。
20. Ｘ線検査システムを用いて半導体ウェハを撮像する方法であって、
    ａ）Ｘ線検査システムに空気を通すように構成されたエアームーバを起動する工程と、
    ｂ）Ｘ線検査システムにウェハをロードする工程と、
    ｃ）Ｘ線検査システム内の初期撮像位置にウェハを位置決めする工程と、
    ｄ）初期撮像位置内で、ウェハの興味対象の領域のＸ線画像を得る工程と、
    ｅ）第２の撮像位置へとウェハを移動させる工程と、
    ｆ）第２撮像位置内で、ウェハの興味対象の領域のＸ線画像を得る工程と、
    ｅ）Ｘ線検査システムからウェハをアンロードする工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。
21. 得られたＸ線画像を用いてトモシンセシス計算を実施する工程
    を更に備えたことを特徴とする請求項２０に記載の半導体ウェハを撮像する方法。
22. 前記Ｘ線検査システムは、Ｘ線源と、当該Ｘ線源に対して移動可能なサンプル支持部と、を有しており、
    初期撮像位置にウェハを位置決めする前記工程は、ウェハの表面を走査して、Ｘ線源とウェハとの間の衝突の発生無しでサンプル支持部がＸ線源に対してどの程度近くまでもたらされ得るか、を測定する工程を含んでいる
    ことを特徴とする請求項２０または２１に記載の半導体ウェハを撮像する方法。
23. 前記Ｘ線検査システムは、Ｘ線源と、当該Ｘ線源に対して移動可能なサンプル支持部と、を有しており、
    各撮像位置において非接触式の位置測定装置を用いてＸ線源に対するサンプル支持部の位置を測定する工程
    を更に備えたことを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれかに記載の半導体ウェハを撮像する方法。
24. Ｘ線チューブを有するＸ線検査システムを用いてサンプル支持部上に支持されたサンプルを撮像する方法であって、
    サンプルとＸ線チューブとの間の距離を検出する距離センサを用いて、Ｘ線チューブにサンプルが接近し過ぎることを防ぐ工程と、
    Ｘ線チューブを起動して、検出器によってサンプル上の複数の異なる興味対象の領域のＸ線投影像を記録する工程と、
    画像倍率計算において前記距離センサからの入力を利用する工程と、
    を備えたことを特徴とする方法。

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