JP6258845B2 - Ｘ線検査方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は半導体検査装置および方法に関する。
半導体の高集積化が進み、近年では３Ｄ積層技術の進化も著しい。特に、ＴＳＶ(Through Si Via)技術は次世代の半導体積層技術として期待されている。ＴＳＶの寸法は直径20ｍ、深さ80ｍ程度であり、現行の３Ｄ積層に広く用いられているマイクロバンプよりも微小であり、かつアスペクト比が高い。このため、ＣｕメッキでＴＳＶを形成する際に発生するボイドが致命的な欠陥となりやすく、ＴＳＶ内のボイド検査ニーズが高い。ボイド検出技術としては、Ｘ線を半導体ウエハ(以後、ウエハと記す)に照射し、その透過像より解析する手法が広く用いられており、特許文献１にはウエハ表面に鉛直な方向に対して傾斜させた方向からＸ線を照射して、ボイドを検出する技術が記載されている。
特開２０１３−１３０３９２号公報
ＴＳＶはアスペクト比が高く、かつ規則正しく整列しているため、傾斜させてＸ線透過像を取得すると、隣接するＴＳＶの透過像が重なり、ボイド検出性能が低下する恐れがある。特許文献１には、４５度傾斜させ(仰角方向)、少なくとも6つの方向(方位角方向)から透過像を取得する技術が記載されている。しかし、複数のＴＳＶが狭いピッチで形成されているため、選定基準がない状態で任意に照射方位角を選んでも透過像の重なりを回避することは極めて困難である。
本発明は、上記した課題を解決して、複数のＴＳＶが狭いピッチで形成されている試料(ウエハ)であっても、複数のＴＳＶの重なりを回避したＸ線透過像が得られてＴＳＶの欠陥であるボイドを高精度且つ高速に検出できるようなＸ線検査方法及びその装置を提供するものである。
上記した課題を解決するために、本発明では、Ｘ線源から発射したＸ線を回転ステージ上に載置されている構造物が形成された検査対象の試料に照射し、Ｘ線が照射された試料を透過したＸ線をＸ線検出器で検出し、Ｘ線検出器で検出した試料の内部を透過したＸ線を検出した信号を画像処理部で処理してＸ線透過像を形成し、画像処理部で形成したＸ線透過像を欠陥判定部で処理して試料の内部に欠陥を検出するＸ線検査方法において、試料を透過したＸ線をＸ線検出器で検出することを、試料に形成された構造物の配列間隔、深さ、及び平面形状の情報に基づいてＸ線検出器で検出する試料を透過したＸ線の試料に対する検出方位角及びＸ線源に対する検出仰角を決定し、決定した検出方位角に応じて試料を載置する回転ステージの回転角度を調整し、決定した検出仰角に検出器の位置を設定した状態で試料を透過したＸ線を検出するようにした。
また、上記課題を解決するために、本発明では、Ｘ線源から発射したＸ線を回転ステージ上に載置されている構造物が形成された検査対象の試料に照射し、Ｘ線が照射された試料を透過したＸ線をＸ線検出器で検出し、Ｘ線検出器で検出した試料の内部を透過したＸ線を検出した信号を画像処理部で処理してＸ線透過像を形成し、画像処理部で形成したＸ線透過像を欠陥判定部で処理して試料の内部に欠陥を検出するＸ線検査方法において、Ｘ線検出器で検出した試料の内部を透過したＸ線を検出した信号を画像処理部で処理して形成したＸ線透過像を画面上に表示し、Ｘ線透過像を表示した画面上で試料に形成された構造物のＸ線透過像の重なりが発生しないように、又は構造物のＸ線透過像の重なりが最小となるようにＸ線検出器で検出する試料を透過したＸ線の試料に対する検出方位角及びＸ線源に対する検出仰角を決定するようにした。
更に、上記課題を解決するために、本発明では、検査対象の試料を載置して平面内で回転可能な回転ステージと、Ｘ線を回転ステージに載置された試料に照射するＸ線源と、Ｘ線源により照射されて試料を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線検出器のＸ線源のＸ線を発射する位置に対する仰角を調整する搖動ステージと、Ｘ線検出器で検出した試料の内部を透過したＸ線を検出した信号を処理してＸ線透過像を形成する画像処理部と、画像処理部で形成したＸ線透過像を処理して試料の内部の欠陥を検出する欠陥判定部と回転ステージと搖動ステージとを制御する制御部とを備えたＸ線検査装置において、制御部は、試料に形成された構造物の配列間隔、深さ、及び平面形状の情報又は画像処理部で形成したＸ線透過像に基づいて、試料を載置する回転ステージの回転角度を制御してＸ線検出器の試料に対する検出方位角を設定し、搖動ステージのＸ線源のＸ線を発射する位置に対する搖動角度を制御してＸ線検出器のＸ線源に対する検出仰角を設定するようにした。
本発明によれば、複数のＴＳＶが狭いピッチで形成されている試料(ウエハ)であっても、複数のＴＳＶの重なりを回避したＸ線透過像が得られるようになり、欠陥であるＴＳＶの内部のボイドを高精度かつ高速に検出できるようなった。
本発明によるＸ線検査装置の概略構成図である。 本発明によるＸ線検査装置の制御部の構成を示すブロック図である。 ウエハの平面図である。 ウエハの断面図である。 ウエハに対して傾斜した方向からＸ線を照射した場合に得られるＸ線透過像の説明図である。 ウエハに対して傾斜した方向からＸ線を照射した場合に得られるＸ線透過像における、ＴＳＶ像の長さの説明図である。 傾斜角度とＴＳＶ透過像の長さの関係を表す図である。 ウエハ面内方向でウエハを回転させた場合のＴＳＶ透過像の重なりを説明する図である。 透過像の重なりがない場合に得られるＸ線検出画像の一例である。 本発明の実施例１におけるＧＵＩの一例である。 本発明の実施例１における検査手順を示すフロー図である。 本発明の実施例１における欠陥判定の手順を示すフロー図である。 本発明の実施例１における入出力部に表示する画面の正面図である。 本発明の実施例１におけるＸ線検出器が回転することで、Ｘ線照射角度を変化させる場合の装置構成図である。 本発明の実施例１におけるＸ線源とＸ線検出器が回転することで、Ｘ線照射角度を変化させる場合の装置構成図である。 透過像の明るさのヒストグラムの一例である。 透過像の明るさのヒストグラムの一例である。 本発明の実施例２における透過像の重なりを最小化するウエハ２の回転角度θを決定する処理の手順を示すフロー図である。 ウエハをセットする前にレシピを設定する際の検査フローの説明図である。 レイアウト情報が未知のウエハのレシピを設定する際の検査フローの説明図である。 レイアウト情報が未知のウエハのレシピを設定する際の検査フローの説明図である。
本発明は、検査対象の試料であるウエハの表面に鉛直な方向から傾斜させた角度からウエハのＴＳＶが形成されている領域にＸ線を照射し、かつＴＳＶの径・深さ・ピッチなどの幾何学的な情報を基に隣接するＴＳＶの透過像が重ならないＸ線照射方向を算出し、ウエハを面内方向で前記角度だけ回転させ、隣接するＴＳＶ透過像が重ならないように撮像し、この画像から欠陥検出を行う、または、隣接するＴＳＶ透過像が重ならない傾斜角度で透過像を撮像し、欠陥検出を行うようにしたものである。
また、本発明は、隣接するＴＳＶ透過像の重なりがどうしても発生してしまう場合には、撮像画像の明るさ情報から重なり面積を算出し、透過像の重なりが最も小さくなるように、ウエハを面内方向で回転させて、透過像の取得を行、欠陥検出を行うようにしたものである。
また、本発明は、ウエハのレイアウト情報がない場合には、試し検査を行い、取得されたＴＳＶ画像より、ＴＳＶの径・深さ・ピッチなどの幾何学的な情報を抽出し、これらを元に、ウエハの回転角度を算出し、欠陥検出を行うようにしたものである。
以下に、本発明の実施例を図を用いて説明する。
図１ＡはＸ線検査装置100の模式図である。Ｘ線検査装置100は、Ｘ線源1、測定対象であるウエハ2を保持し、移動させるための並進ステージ3と回転ステージ4、Ｘ線検出器5、搖動ステージ６、Ｘ線遮蔽壁７、Ｘ線源コントローラ101、ステージコントローラ102、Ｘ線検出器コントローラ103、制御部104、入出力部105を備えている。
Ｘ線源1は電子光学系とターゲットで構成されている(図示せず)。電子光学系はショットキー型電子銃であり、ターゲットはタングステン薄膜とダイヤモンド薄膜で構成されている。並進ステージ3はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動可能であり、回転ステージ4はＸＹ平面内で回転可能である(以後、回転ステージのＸＹ面内での回転方向をθ方向と定義する)。また、並進ステージ3、回転ステージ4の中央部はＸ線の吸収が小さいガラス(図示せず)で構成されている。
Ｘ線検出器5は並進ステージ3、回転ステージ4を挟んで、Ｘ線源1と対向する位置に配置されている。ここで、Ｘ線検出器5にはシンチレータと蛍光体とＣＣＤとを組み合わせたイメージインテンシファイアを用いる。
Ｘ線源1から照射されたＸ線は並進ステージ3の上に配置されたウエハ2で吸収され、その透過Ｘ線はＸ線検出器5で検出される。Ｘ線検出器5とＸ線源1との間の距離は固定であり、並進ステージ3でウエハ2の位置を変えることで倍率と視野の広さを変更する。Ｘ線検出器5は、搖動ステージ６によりＸ線源1のＸ線発生位置を中心にＸＺ面内で回転可能(ＸＺ面内での回転方向をφ方向と定義する)であり、その回転角度に応じて並進ステージ3でウエハ2を並進移動させ、測定領域がずれないように調整する。
上記、Ｘ線源1、並進ステージ3、回転ステージ4、Ｘ線検出器5はＸ線遮蔽壁6の内部に配置され、外部にＸ線が漏れないようになっている。
Ｘ線源コントローラ101はＸ線源1の各種パラメータ(管電圧、管電流、電子光学系への印加磁場、印加電圧、気圧等)とＸ線発生のＯＮ／ＯＦＦをコントロールし、ステージコントローラ102は並進ステージ3、回転ステージ4の移動座標をコントロールし、Ｘ線検出器コントローラ103はＸ線検出器5からのデータの読み込みと撮像条件(感度、平均化枚数等)の設定を行う。
Ｘ線源コントローラ101、ステージコントローラ102、Ｘ線検出器コントローラ103は制御部104で制御される。ＧＵＩを通じて制御部104に事前に入力された検査条件に基づき、ウエハ2を移動させつつ、Ｘ線透過像を撮像し、得られた透過像に基づきボイドなどの欠陥を判別し、検査結果を入出力部105に表示する。
図１Ｂに、制御部104の構成を示す。制御部104は、ウエハ情報入力部1041、入力情報取込部1042、θ計算部1403、画像処理部1044、欠陥判定部1045を備えている。
ウエハ情報入力部1041は、ネットワークを通じて検査対象ウエハの設計情報を入力する。入力情報取込部1042は、ウエハ情報入力部1041でネットワークを通じて入手した検査対象ウエハの設計情報の中から、回転ステージのＸＹ面内での回転方向であるθ方向を算出するのに必要な情報を取り込む。θ計算部1403は、入力情報取込部1042で検査対象ウエハの設計情報の中から取り込んだ情報を用いて回転ステージのＸＹ面内での回転方向であるθ方向を算出する。θ計算部1403で算出したθ方向の回転核角度に基づいて、ステージコントローラ102はθステージ４の回転角度を制御する。画像処理部1044は、Ｘ線検出器５で検出したウエハ2を透過したＸ線の検出信号をＸ線検出器コントローラ103を介して受け、更に、ステージコントローラ102から併進ステージ3及び回転ステージ4の制御信号を受けて、ウエハ2のＸ線透過像を作成する。判定部1045は、画像処理部1044で作成したウエハ2のＸ線透過画像の情報と、θ計算部1403で算出した回転ステージのＸＹ面内での回転方向θの情報と、Ｘ線コントローラ101の出力情報、ステージコントローラ102の出力情報、及びＸ線検出器コントローラ103の出力情報を用いて、欠陥を判定する。
図２、図３にウエハ2の模式図の一例を示す。図２はウエハ２全体の平面図とＴＳＶが形成されている領域の部分拡大図、図３は図２内のA−A’の断面図を示している。ウエハ2には複数のダイ10が規則的に形成されており、ダイ10の一部にＴＳＶ11が形成されている。ＴＳＶ11の直径はΦであり、Ｘ軸方向にはPＸ、Ｙ軸方向にはPyのピッチで形成されている。図３では、第一の層13、第二の層14、第三の層15が積層されており、それぞれの層をＴＳＶ11とマイクロバンプ12で接続している。ＴＳＶ11の長さはhである。
図４、５を用いて、搖動ステージ６によりＸ線検出器５の位置をＸ線源1のＸ線発生位置を中心にＸＺ面内でφ方向に傾斜させてウエハ２のＸ線透過像を取得した時の説明を行う。ここでは、ウエハ2の第二の層14に形成されたＴＳＶ11を1つだけ取り出したＸＺ断面図で説明を行う。
ＴＳＶは主にCuで形成されており、Cuはウエハ2の大部分を構成するSiよりも原子番号が大きいため、Ｘ線の吸収が大きい。つまり、第二の層14にＸ線200を照射し、Ｘ線検出器5で透過Ｘ線を検出した場合、撮像画像ではＴＳＶ11が存在しない領域はＸ線の吸収が小さいため明るくなり、ＴＳＶ11が存在する領域はＸ線の吸収が大きいため暗くなる。さらにＴＳＶ11内部にボイド20が存在すれば、ボイド領域ではＸ線の吸収が小さくなり、ボイド領域だけが周辺よりも明るくなり、この明るさの差をもって、ボイドを検出することができる。
φ=0度、つまり第二の層14の鉛直方向からＸ線200を照射した場合には、ＴＳＶ11領域を通過したＸ線を検出するＸ線検出器５の画素の数が少なく、かつ該当画素に入射するＸ線のＴＳＶ11での吸収が最大となる。その結果、Ｘ線検出器５の画素番号（Ｘ線検出器５のライン状に並ぶ複数の画素を一方の端から順に数えていった時の番号）ごとの明るさ(出力信号の大きさ）をプロットしたプロファイル30のようにＴＳＶ存在領域に対応する位置の画素からの出力信号301が小さくなり、画像の明るさが非常に暗くなる。
また、ＴＳＶ11内部にボイド20が存在していても、ＴＳＶ11での吸収がそもそも非常に大きいため、ＴＳＶ11の検出信号３０２とボイド20の検出信号303とのコントラストが悪く、検出画像を処理した場合のボイド２０の検出性能が低下する。
一方、搖動ステージ６によりＸ線検出器５をφ方向に傾斜させてＸ線を照射した場合には(例えばφ＝60度)、ＴＳＶ11領域を通過したＸ線を検出するＸ線検出器５の画素が増加し、かつ該当画素に入射するＸ線のＴＳＶ11での吸収もφ=0度のときよりも小さくなり、プロファイル31のようにＴＳＶ存在領域に対応する位置の画素からの出力信号311のうちＴＳＶ11の検出信号312とボイド20の検出信号313との明るさ(出力信号の大きさ）のレベルが上がり、ボイド20をより高いコントラストで検出することが可能となる。
このように、Ｘ線検出器５をウエハ２に対してφ方向に傾斜させてＸ線透過像を取得することでＴＳＶ領域に対するボイド部分の画像の明るさコントラストが大きくすることができ、検出画像を処理した場合のＴＳＶ内部のボイド２０の検出精度を向上させることが可能となる。
次に、図５を用いて搖動ステージ６によりＸ線検出器５をφ方向に傾斜させた場合にＸ線検出器５で検出されるＴＳＶ透過像の長さを計算する。ウエハ２に形成されたＴＳＶ11の直径はΦ、高さはｈであり、これに対してφだけ傾斜した方向からＸ線200を照射して取得したＴＳＶ透過像の長さをｈ’とすると、これらのパラメータの間には以下の関係式が成り立つ。
Figure 0006258845
図６に(数１)より求まる、傾斜角度φとＴＳＶ透過像の長さｈ’の関係を示す。ただし、Φ=20μｍ、ｈ=80μｍとする。0＜φ＜75度の範囲ではφが増加するにつれｈ’も増加し、75度より大きい角度ではｈ’は減少することがわかった。例えば、φ=60度に傾けた場合、ＴＳＶ透過像の長さｈ’は約80μｍとなる。
図７を用いて、ウエハ2のＸＹ平面内でのθ方向の回転角度と、隣接するＴＳＶ透過像の重なりの関係を説明する。図７は、Φ=20μｍ、ｈ=80μｍ、PＸ=50μｍ、Py=40μｍ、傾斜角度φ=60度と仮定した場合の、理想的なＴＳＶ透過像とθ方向の回転角度の関係を示している。
図７では、ＴＳＶ11−A、11−B、11−C、11−Dの4つのＴＳＶが存在しており、それぞれのＴＳＶ透過像40、41、42、43がＸ線検出器5で検出されている。この時、ＴＳＶ11−Aの中心座標を(0,0)、ＴＳＶ11−Bの中心座標を(0,Py)、ＴＳＶ11−Cの中心座標を(Pｘ,0)、ＴＳＶ11−Dの中心座標を(Pｘ,Py)と座標を設定する。
ＴＳＶ11−Aの透過像40に着目すると、透過像40がＴＳＶ11−BとＴＳＶ11−Dの間、もしくはＴＳＶ11−CとＴＳＶ11−Dの間を通るように回転角度θを決定すればそれぞれの透過像の重なりが発生しないことになる。透過像40の長手方向の2つの直線を直線44と直線45とすると、それぞれの直線は次の(数２)と(数３)とで表現できる。
Figure 0006258845
Figure 0006258845
ただし、
Figure 0006258845
Figure 0006258845
である。
ここで、
Figure 0006258845
を満たすθを求めれば、透過像40がＴＳＶ11−CとＴＳＶ11−Dの間を通り、透過像同士の重なりをなくすことが可能となる。
同様に、
Figure 0006258845
を満たすθを求めれば、透過像40がＴＳＶ11−BとＴＳＶ11−Dの間を通り、透過像同士の重なりをなくすことが可能となる。
本実施例のＴＳＶ形状、ピッチの場合には(数６)を満たすθは存在しないが、61度<θ<67度の範囲で(数７)を満たす。よって、上記設計情報に基づき形成されたＴＳＶの場合はウエハ2をθ方向に61度〜67度の角度だけ回転させれば、図８に示すように、隣接するＴＳＶの透過像の重なりをなくしたＸ線透過像を取得可能となる。
図７では、ＴＳＶ11−AとそのＴＳＶ透過像40を例に説明したが、ＴＳＶは同じ形状、ピッチで形成されているため、同じ回転角度で透過像を取得すれば、他のＴＳＶ(11−B・11−C・11−D)に関しても透過像の重なりをなくして透過Ｘ線を撮像可能となる。
図９Ａ及び図９ＢにＧＵＩの一例を示す。ＧＵＩ画面はウエハを検査するための検査モードウィンドウ110、検査のためのレシピを作成するためのレシピ作成ウィンドウ111、キャリブレーションウィンドウ112、ウエハの搬入出を行うためのロード・アンロードウィンドウ113の4つのサブウィンドウを有する。
図９Ａのキャリブレーションウィンドウ112では、管電圧・プローブ電流などのパラメータを入力し、Ｘ線透過像を透過像表示ウィンドウ50でリアルタイムで確認することができる。また、座標を入力し、任意の場所の透過像を観察可能である。ウエハのレイアウト情報が既知であれば、プルダウンメニュー53からそのウエハレイアウト情報を取り込み、回転角度自動計算ボタン54を押せば、透過像の重なりがない回転角度を自動計算し、その回転角度に設定可能である。もちろん、自動計算した後に回転角度を手動で入力し、回転角度を調整することは可能である。
図７では理想的なＴＳＶ透過像を想定して回転角度を設定する方法を説明したが、実際には設計通りの寸法やピッチで形成されないケースも存在する。また、照射されるＸ線が平行光でない場合には、ウエハ2に対して検出器５を搖動ステージ６で傾斜させて透過像を取得すると、ウエハ2と検出器5とが平行でないために、取得した画像にはウエハ2の場所によって倍率差が存在する。その結果、本実施例で説明した通りの手法で回転角度を算出しても、重なりが発生することも考えられる。そのため、本実施例においては、図９Ａに示したように、透過像表示ウィンドウ50に透過像を表示して実際に透過像を確認し、設定値表示領域55で回転角度や傾斜角度を微調整することができるようにした。
透過像表示ウィンドウ50には、任意の直線51をひくことが可能であり、その明るさプロファイル52を表示可能である。透過像の目視だけでなく、プロファイルを表示することで、透過像の重なりを定量的に確認可能である。
レシピ作成ウィンドウ111では、キャリブレーションウィンドウ112に記載のパラメータ以外にも、ウエハの移動シーケンス、欠陥判定を行うための明るさ閾値の決定などの設定を行い、ウエハを検査するためのレシピを作成、保存する機能を有する(図示せず)。キャリブレーションウィンドウ112で設定した条件で設定した検査条件が適していれば、キャリブレーションウィンドウ112で設定した条件をレシピ作成ウィンドウ111に反映させ、レシピ作成を簡略化することが可能である。
検査モードウィンドウ110では、レシピ作成ウィンドウ111で作成したレシピを選択し、検査の開始・中止を行うことができる。また、検査結果の保存、読み出しや解析も行うことができる(図示せず)。
ロード・アンロードウィンドウ113では、Ｘ線検査装置100内部にセットされているウエハの搬出、フープに格納されているウエハの搬入を行うことができる(図示せず)。
図１０Ａに本実施例による検査フローを示す。
Ｓ１５０：Ｘ線検査装置100にセットされたフープから任意のウエハをセットする。もしくは、手動でセットしても構わない。
Ｓ１５１：ウエハのレイアウト情報を登録する。このレイアウト情報から回転角度を計算する。また、レイアウト情報からＴＳＶの存在する領域を抽出し、ウエハ移動シーケンスも同時に設定する。Ｘ線源1の位置は固定であるため、ウエハ2を移動させるとＸ線源1とウエハ2の相対的な位置が変化し、回転角度も変化する。よって、このウエハ搬送シーケンスの設定の際には、並進ステージ3の座標に基づいて適宜回転ステージ4でウエハを回転させ、ＴＳＶ透過像の重なりが発生しないようなウエハ移動シーケンスを設定する。
Ｓ１５２：回転角度を決定する。上述のように、設計誤差等の要因で自動計算結果と最適な回転角度がずれている場合があるため、その場合にはキャリブレーション画面で最適な角度を確認、再設定する。
Ｓ１５３：管電圧、管電流、傾斜角度などの検査条件を入力する。
Ｓ１５４：Ｓ１５３までに設定した条件に基づきウエハの検査を行い、Ｘ線透過像を取得する。
Ｓ１５５：得られた透過像に基づき、欠陥判定を行う。
このステップの詳細な処理フローを、図１０Ｂに示す。まず、Ｘ線源1の明るさむらや、Ｘ線検出器5の画素毎の感度むらのために検出画像には明るさのむらが存在するため、シェーディング補正で明るさ補正を行う（Ｓ１５５１）。次に、ＴＳＶ領域は透過率が低いため、明るさ補正した画像の濃淡差からＴＳＶ領域を抽出する（Ｓ１５５２）。ＴＳＶが円筒と仮定すれば、抽出されたＴＳＶの輪郭より、各画素に入射したＸ線が、どれだけの距離だけＴＳＶ(Cu)を通過したかを見積もることができるため、これより再度明るさ補正を行う（Ｓ１５５３）。そして、補正後の透過像の明るさのばらつきを基準にして、あらかじめ設定した閾値よりも大きいものを欠陥と判定する（Ｓ１５５４）。
Ｓ１５６：Ｓ１５５で欠陥と判定された欠陥の大きさ、座標などの検査結果を入出力部105に表示する。必要な検査結果はPCなどの記録媒体に保存する。図１０Ｃに入出力部105に表示する画面1560の一例を示す。画面1560上には、結果表示ボタン1565が表示されている。画面上でこの結果表示ボタン1565をクリックするとウエハ全体図1561が表示され、その上には検出した欠陥が存在する領域1562の位置情報が表示される。また、ウエハ全体図1561上で表示された欠陥1562をポインタでクリックすると、ウエハ全体図1561の隣に欠陥が存在する領域1562の拡大画像1563が表示され、その中に検出された欠陥を含むパターンの拡大像1564が表示される。このように欠陥を含むパターンの拡大画像を表示することにより、欠陥発生の状況を、視覚的にとらえることができ、問題早期解決のツールとして活用することができる。
本実施例では、Ｘ線源1のターゲットがタングステン薄膜とダイヤモンド薄膜の例で説明を行ったが、これに限定されることはない。測定対象によって最適なＸ線のエネルギが異なるため、特性Ｘ線のエネルギ等を考慮し、適宜変更可能である。また、電子光学系の構成もこれに限定されることはない。
本実施例では、Ｘ線検出器5がシンチレータと蛍光体とＣＣＤとを組み合わせたイメージインテンシファイアの例で説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、フラットパネルディスプレイを使えば、視野全域でひずみがない透過像が得られ、かつ広い視野で検査を行うことが可能となる。
本実施例では、ウエハ2が3つの層で構成されている例で説明を行ったが、これに限定されることはない。また、ＴＳＶの直径が20μｍ、長さが80μｍ、形成されているピッチが40μｍと50μｍの例で説明を行ったが、これに限定されることはない。設計情報に基づいて、ウエハ毎に最適な回転角度や傾斜角度を設定すればよい。
本実施例では、図９のようなＧＵＩを例として説明したが、これに限定されることはない。また、欠陥検出の処理方法を図１０のフロー155で説明したが、処理方法はこれに限定されることはない。
本実施例では、ウエハ全体でＴＳＶが1つのパターンに従って形成されている例で回転角度を算出例で説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、ＴＳＶがウエハ内で複数のパターンで形成されている場合には、同じパターンで形成されている領域毎に、最適な回転角度を設定し、その領域毎に回転角度を変えて、検査を行えばよい。
本実施例では、ＴＳＶを対象として説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、マイクロバンプやCuピラーもＴＳＶと同様に規則正しく形成されているため、形状、深さ、ピッチの情報から最適な照射角度を決定することは可能である。または、配線、メタルパターンなどの金属で構成される構造物では、原子番号が大きいため、これらの透過像が重なると、検出精度の低下、誤検出を招く可能性がある。よって、これらの構造物が重ならないように回転角度を設定しても構わない。
本実施例では、測定対象がウエハの例で説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、ダイシングされた後のチップや、ＭＥＭＳ（Mechanical Electrical Micro System）など、複雑なパターンが刻まれている測定対象に適用可能である。
本実施例では、Ｘ線検出器5を移動させることで傾斜角度φを変化させる例で説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、Ｘ線源1とＸ線検出器5を対向した位置関係を維持したまま、ウエハ2の測定箇所を中心に回転させることで、傾斜角度φを変化させても構わない。または、ウエハ2を傾けることで傾斜角度φを変化させても構わない。
本実施例では、回転ステージ4を回転させることでＸ線の照射角度を変化させる例で説明を行ったが、これに限定されることはない。例えば、図１１に示すように、Ｘ線検出器5をＸY面内でθ方向に回転させ、これに応じて並進ステージ3を並進移動させることでＸ線照射角度を変化させても構わない。また、図１２のように、並進ステージ3を固定し、ウエハ2の測定箇所を中心に、Ｘ線源1とＸ線検出器5を対向した位置関係を維持したまま、Ｘ線源1とＸ線検出器5をＸY面内でθ方向に回転させ、Ｘ線照射角度を変化させても構わない。
本実施例では、複数のSiチップが積層された状態で検査する例で説明を行ったが、これに限定されることはない。一層ずつ積層した後に検査を行っても構わない。また、ダイシングし、パッケージングした後で検査を行っても構わない。
Ｘ線検査装置100の模式図は図１に示すものと同じである。第一の実施例では、回転角度を最適化すれば、隣接するＴＳＶの透過像の重なりが発生しない場合で説明を行ったが、設計レイアウトによっては透過像の重なりがどうしても発生してしまうケースも考えられる。この場合には、透過像の重なりが最小となる回転角度に設定し、検査を行えばよい。
図８のように、ＴＳＶ同士の透過像の重なりが存在しない撮像画像のヒストグラムを作成すると、図１３のようにピークが2つのヒストグラムとなる場合が多い。ピーク60はＴＳＶ領域を通過したＸ線を検出した画素の出力に相当し、ピーク61はＴＳＶ領域以外を通過したＸ線を検出した画素の出力に相当する。
図７のように、透過像同士が重なってしまった場合、その撮像画像のヒストグラムを作成すると、図１４のようにピークが3つのヒストグラムをなる場合が多い。ピーク62は透過像同士が重なり、単一のＴＳＶ透過像よりもさらに暗くなった画素の出力に相当する。このヒストグラム上で閾値63を移動させ、その閾値以下の画素のみを画像化することで、透過像が重なっている領域を抽出可能となる。回転角度を変化させながら透過像を取得し、それぞれの撮像画像のヒストグラムに対して閾値処理を行い、透過像の重なりが最小となる角度を発見することが可能となる。
透過像の重なりを最小化するウエハ2の回転角度θを決定する処理の手順を図１５に示す。回転角度の決定は、以下の手順で決定される。
Ｓ１５０１：ＴＳＶが存在する領域の透過像を撮像する。
Ｓ１５０２：上記透過像より、各画素の明るさのヒストグラムを作成する。
Ｓ１５０３：ＴＳＶ領域以外を通過したＸ線を検出した画素の出力に相当するピーク61を人の目で除外する。もしくは、あらかじめ固定閾値を設定しておき、ピーク61を除外する。
Ｓ１５０４：閾値63を設定する。この時、閾値63は手動で設定しても、自動で設定しても構わない。自動で設定する場合には、判別識別法、モード法、Kittler法などで設定すればよい。
Ｓ１５０５：閾値63よりも明るさの小さい画素数をカウントする。
Ｓ１５０６：今回カウントした閾値63よりも明るさの小さい画素数が前回カウントした画素数よりも増加しているかをチェックする。
Ｓ１５０７：画素数が増えていない場合には、ウエハ2の回転角度(θ)を変えて、Ｓ１５０１からＳ１５０６を繰り返す。
Ｓ１５０８：Ｓ１５０６のチェックで画素数が増えた場合には、閾値63よりも明るさの小さい画素数が最小の回転角度を透過像の重なりを最小化するウエハ２の回転角度(θ)として設定する。
なお、Ｓ１５０６におけるチェックは、閾値63よりも明るさの小さい画素数が前回カウントした画素数よりも増加することが所定の回数続いたかをチェックするようにしてもよい。
閾値63を手動で設定する場合、その大きさは固定でも、画像毎に変えても構わない。
図１４のように3つのピークがきれいに分離せず、自動で閾値判別できない場合には、全ての画像に対して手動で閾値を設定すればよい。もしくは、あらかじめ固定閾値を設定しておき、自動で処理を行っても構わない。
図１４のように3つのピークがきれいに分離できない場合には、分離しやすくなるように、管電圧や管電流を調整してもよい。また、この際の検査条件は検査時と同じである必要はない。
自動で透過像の重なりを判別した際には、その検査結果をＧＵＩ上に表示し、ユーザが確認できるようにすることで、回転角度の誤設定を回避することは可能となる。
本実施例では、閾値63よりも明るさの小さい画素数で回転角度を設定する例で説明したが、これに限定されることはない。例えば、閾値63以下の画素の明るさの総和を算出し、これを基準に回転角度を設定してもよい。
Ｘ線検査装置100の模式図は図１に示すものと同じである。第一の実施例では、傾斜させた方向からＸ線を照射し、透過像の重なりがない状態で検査を行う例を説明し、第二の実施例では、ウエハ2の回転角度を透過像の重なりが最小となるような回転角度に設定し、検査を行う例を説明した。本実施例においては、Ｘ線検出器５の傾斜角度(φ)を小さくして、透過像が隣接するＴＳＶの透過像と重ならない条件で検査を行っても構わない。
図７において、ＴＳＶ11−Aの中心とＴＳＶ11−Dの中心を結ぶ対角線とＸ軸とのなす角度は、Φ=20μｍ、PＸ=50μｍ、Py=40μｍと仮定すると、38.7度となり、二つのＴＳＶの間の距離は44μｍとなり、透過像の長さが54μｍ(=ＴＳＶ間の距離44μｍ＋ＴＳＶ半径10μｍ)以下であれば重ならないことになる。ＴＳＶの長さhを80μｍと仮定すると、Ｘ線検出器５の傾斜角度(φ)を25度にした場合の透過像の長さは約51μｍとなり、透過像の重なりが発生しないことがわかる。
図４で説明したように、Ｘ線検出器５の傾斜角度(φ)を大きくしたほうが透過像のコントラストが高くなり、ＴＳＶ内のボイドを検出しやすいが、小さい傾斜角度でも高いS/Nが得られていれば、このように傾斜角度を小さくして検査しても構わない。
Ｘ線検査装置100の模式図は図１に示すものと同じである。第一の実施例では、ウエハをセットしてから、ウエハ2のレイアウト情報を入力し、ウエハ2の回転角度を設定する例で説明を行ったが、ウエハ2をセットする前の時点で、レイアウト情報が既知であれば、ウエハ2の回転角度を自動計算可能である。図１６に検査フローを示す。
Ｓ１６０：これから検査予定のウエハのレイアウト情報を登録する。このレイアウト情報から回転角度を計算する。ウエハの場所毎にＴＳＶの形状や配列が異なる場合には、ウエハをセットする前の段階で、領域毎に、透過像が重ならない回転角度を事前に設定し、基本的なレシピを作成する。また、ここでウエハ移動シーケンスも同時に設定する。Ｘ線源1の位置は固定であるため、ウエハ2を移動させるとＸ線源1とウエハ2の相対的な位置が変化し、回転角度も変化する。よって、このウエハ搬送シーケンスの設定の際には、並進ステージ3の座標に基づいて適宜回転ステージ4でウエハを回転させ、ＴＳＶ透過像の重なりが発生しないようなウエハ移動シーケンスを設定する。
Ｓ１６１：Ｘ線検査装置100にセットされたフープからフロー160でレイアウト情報を登録したウエハをセットする。もしくは、手動でセットしても構わない。
Ｓ１６２からＳ１６５までは、図１０で説明したＳ１５３〜Ｓ１５６までの処理と同じである。
本実施例では、実ウエハを用いなくてもレシピ作成が可能となる。例えば、ＴＳＶの配列間隔が広く、理論計算した結果でＴＳＶ透過像の重なりが発生しないことが明らかなウエハを検査する場合には、本実施例を遂行することで、レシピ作成時間を短縮可能となる。
Ｘ線検査装置100の模式図は図１に示すものと同じである。第一の実施例では、ウエハ２のレイアウト情報が既知の場合で説明を行ったが、ウエハレイアウト情報が未知であっても、レシピ作成前に取得した透過像から、透過像の重なりがない、もしくは重なりが最小となる回転角度を設定可能である。図１７検査フローを示す。
Ｓ１７０：Ｘ線検査装置100にセットされたフープから任意のウエハをセットする。もしくは、手動でセットしても構わない。
Ｓ１７１：まずはウエハ全体のレイアウトを測定するために、低倍率でＸ線透過像を取得する。この時、Ｘ線はウエハの鉛直方向から照射して、透過像を取得する。取得する透過像が複数になる場合には、各画像で重なる領域があるように透過像を取得し、複数の画像を統合すればよい。
Ｓ１７２：Ｓ１７１で取得した全体レイアウトより、ＴＳＶが存在している領域を抽出し、ＴＳＶの径、配列間隔に応じて、同様のパターンが形成されている領域を算出し、そのパターンに応じて、グループ分けを行う。ＴＳＶの抽出方法としては、例えば以下の手法を用いればよい。透過像に対して閾値処理を行い、二値化画像を算出する。さらに、ＴＳＶは円筒形状であるため、二値化画像から円形形状領域を抽出し、それらの直径、中心座標を計算し、径や配列間隔を算出する。
Ｓ１７３：まずは1つ目のグループのＴＳＶが視野に入るようにステージを移動させる。Ｘ線照射角度をウエハの鉛直方向に設定し、フロー170よりも高倍率で透過像を取得する。倍率はＴＳＶが少なくとも4つ(2×2個)含まれるように設定すればよい。
Ｓ１７４：Ｓ１７３で取得した画像から、ＴＳＶの径、配列間隔(Ｘ軸方向、Y軸方向)を算出する。
Ｓ１７５：実施例１、または実施例２に記載の手法で回転角度を算出する。
Ｓ１７６：Ｓ１７２で分けた全てのグループに対して、回転角度の設定が完了すれば、Ｓ１７８に移る。完了していない場合はＳ１７７へ移る。
Ｓ１７７：まだ回転角度を設定していないグループのＴＳＶが視野に収まるように、ステージを移動させ、Ｓ１７３からＳ１７５を繰り返す。
Ｓ１７８：管電圧、管電流、傾斜角度などの検査条件を入力する。さらに、検査中のウエハ移動シーケンスも設定する。
Ｓ１７９からＳ１８１は図１０に示したＳ１５４からＳ１５６と同じである。
上記実施例では、ウエハの鉛直方向からのみＸ線を照射する例で説明を行ったが、鉛直方向に加えて傾斜させた方向からもＸ線を照射し、それら2つの透過像より、レシピ作成を行っても構わない。図１８に検査フローを示す。
Ｓ２００：図１０で説明したＳ１５０と同じである。
Ｓ２０１：図１７で説明したＳ１７０と同じである。
Ｓ２０２：図１７で説明したＳ１７１と同じである。
Ｓ２０３：まずは1つ目のグループのＴＳＶが視野に入るようにステージを移動させる。Ｘ線照射角度をウエハの鉛直方向に設定し、フロー170よりも高倍率で透過像を取得する。倍率はＴＳＶが少なくとも4つ(2×2個)含まれるように設定すればよい。さらに、Ｘ線を傾斜させて照射し、同じＴＳＶが視野に収まる条件で第二の透過像を取得する。
Ｓ２０４：Ｓ２０３で取得した2つの画像から、ＴＳＶの径、配列間隔(Ｘ軸方向、Y軸方向)、深さを算出する。
Ｓ２０５：実施例１〜実施例３に記載の手法で回転角度と傾斜角度を算出する。
Ｓ２０６：Ｓ２０２で分けた全てのグループに対して、回転角度と傾斜角度の設定が完了すれば、Ｓ２０８に移る。完了していない場合はＳ２０７へ移る。
Ｓ２０７：まだ回転角度と傾斜角度を設定していないグループのＴＳＶが視野に収まるように、ステージを移動させ、Ｓ２０３からＳ２０５を繰り返す。
Ｓ２０８：管電圧、管電流、などの検査条件を入力する。さらに、検査中のウエハ移動シーケンスも設定する。
Ｓ２０９からＳ２１１は図１０で説明したＳ１５４からＳ１５６と同じである。
実施例１〜4では、ウエハのレイアウト情報が既知の場合に、回転角度、傾斜角度を設定する例で説明を行ったが、本実施例によればウエハのレイアウト情報が未知でもレシピ作成が可能となる。
以上、本発明者らによってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
1・・・Ｘ線源 2・・・ウエハ 3・・・並進ステージ 4・・・回転ステージ 5・・・Ｘ線検出器 6・・・搖動ステージ ７・・・Ｘ線遮蔽壁 10・・・ダイ
11、11−A、11−B、11−C、11−D・・・ＴＳＶ 12・・・マイクロバンプ 13・・・第一の層 14・・・第二の層 15・・・第三の層 20・・・ボイド 40〜43・・・ＴＳＶ透過像 54・・・回転角度自動計算ボタン 100・・・Ｘ線検査装置 101・・・Ｘ線源コントローラ 102・・・ステージコントローラ 103・・・Ｘ線検出器コントローラ 104・・・制御部 105・・・入出力部 200・・・Ｘ線。

Claims (13)

  1. Ｘ線源から発射したＸ線を回転ステージ上に載置されている構造物が形成された検査対
    象の試料に照射し、
    前記Ｘ線が照射された試料を透過したＸ線をＸ線検出器で検出し、
    前記Ｘ線検出器で検出した試料の内部を透過したＸ線を検出した信号を画像処理部で処
    理してＸ線透過像を形成し、
    前記画像処理部で形成したＸ線透過像を欠陥判定部で処理して前記試料の内部に欠陥を
    検出する
    Ｘ線検査方法であって、
    前記試料を透過したＸ線をＸ線検出器で検出することを、前記試料に形成された構造物
    の配列間隔、深さ、及び平面形状の情報に基づいて前記Ｘ線検出器で検出する前記試料を
    透過したＸ線の前記試料に対する検出方位角及び前記Ｘ線源に対する検出仰角を決定し、
    前記決定した検出方位角に応じて前記試料を載置する回転ステージの回転角度を調整し、
    前記決定した検出仰角に前記Ｘ線検出器の位置を設定した状態で前記試料を透過したＸ線を検出することを特徴とするＸ線検査方法。
  2. 請求項１記載のＸ線検査方法であって、前記Ｘ線検出器で検出する前記試料を透過した
    Ｘ線の前記Ｘ線源に対する検出仰角を、前記Ｘ線源の前記Ｘ線を発射する位置に対する角
    度として決めることを特徴とするＸ線検査方法。
  3. 請求項１記載のＸ線検査方法であって、前記試料に対する検出方位角及び前記Ｘ線源に
    対する検出仰角は、前記構造物のＸ線透過像の重なりが発生しないように決定することを
    特徴とするＸ線検査方法。
  4. 請求項１に記載のＸ線検査方法であって、前記試料に対する検出方位角及び前記Ｘ線源
    に対する検出仰角は、前記試料に形成された構造物のＸ線透過像の重なりが最小となるよ
    うに決定することを特徴とするＸ線検査方法。
  5. 請求項４に記載のＸ線検査方法であって、前記画像処理部で形成したＸ線透過像より前
    記試料に形成された構造物の重なり量を算出することを特徴とするＸ線検査方法。
  6. Ｘ線源から発射したＸ線を回転ステージ上に載置されている構造物が形成された検査対
    象の試料に照射し、
    前記Ｘ線が照射された試料を透過したＸ線をＸ線検出器で検出し、
    前記Ｘ線検出器で検出した試料の内部を透過したＸ線を検出した信号を画像処理部で処
    理してＸ線透過像を形成し、
    前記画像処理部で形成したＸ線透過像を欠陥判定部で処理して前記試料の内部に欠陥を
    検出する
    Ｘ線検査方法であって、
    前記Ｘ線検出器で検出した前記試料の内部を透過したＸ線を検出した信号を前記画像処理部で処理して形成した前記Ｘ線透過像を画面上に表示し、前記Ｘ線透過像を表示した画面上で前記試料に形成された前記構造物のＸ線透過像の重なりが発生しないように、又は前記構造物のＸ線透過像の重なりが最小となるように前記Ｘ線検出器で検出する前記試料を透過したＸ線の前記試料に対する検出方位角及び前記Ｘ線源に対する検出仰角を決定することを特徴とするＸ線検査方法。
  7. 請求項１又は６に記載のＸ線検査方法であって、前記試料はシリコン（Ｓｉ）基板であ
    り、前記構造物が金属で繰り返し形成されたパターンであることを特徴とするＸ線検査方
    法。
  8. 請求項１又は６に記載のＸ線検査方法であって、前記決定した前記試料に対する検出方
    位角及び前記Ｘ線源に対する検出仰角の情報を画面に表示することを特徴とする検査方法
    。
  9. 検査対象の試料を載置して平面内で回転可能な回転ステージと、
    前記回転ステージに載置された前記試料にＸ線を照射するＸ線源と、
    前記Ｘ線源により照射されて前記試料を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
    前記Ｘ線検出器の前記Ｘ線源の前記Ｘ線を発射する位置に対する仰角を調整する搖動ス
    テージと、
    前記Ｘ線検出器で検出した試料の内部を透過したＸ線を検出した信号を処理してＸ線透
    過像を形成する画像処理部と、
    前記画像処理部で形成したＸ線透過像を欠陥判定部で処理して前記試料の内部に欠陥を
    検出する欠陥判定部と
    前記回転ステージと前記搖動ステージとを制御する制御部と
    を備えたＸ線検査装置であって、
    前記制御部は、前記試料に形成された構造物の配列間隔、深さ、及び平面形状の情報又
    は前記画像処理部で形成した前記Ｘ線透過像に基づいて、前記試料を載置する前記回転ステージの回転角度を制御して前記Ｘ線検出器の前記試料に対する検出方位角を設定し、前記搖動ステージの前記Ｘ線源のＸ線を発射する位置に対する搖動角度を制御して前記Ｘ線検出器の前記Ｘ線源に対する検出仰角を設定することを特徴とするＸ線検査装置。
  10. 請求項９記載のＸ線検査装置であって、前記制御部は、前記検出方位角及び前記検出仰
    角を、前記構造物のＸ線透過像の重なりが発生しないように決定することを特徴とするＸ
    線検査装置。
  11. 請求項９に記載のＸ線検査装置であって、前記制御部は、前記Ｘ線検出器の前記試料に
    対する検出方位角及び前記Ｘ線源に対する検出仰角を、前記構造物のＸ線透過像の重なり
    が最小となるように決定することを特徴とするＸ線検査装置。
  12. 請求項１１に記載のＸ線検査装置であって、前記制御部は、前記画像処理部で形成した
    Ｘ線透過像より前記構造物の重なり量を算出することを特徴とするＸ線検査装置。
  13. 請求項９に記載のＸ線検査装置であって、前記設定した前記検出方位角及び前記検出仰
    角の情報を表示する画面をさらに備えることを特徴とするＸ線検査装置。
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