JP6861470B2

JP6861470B2 - Ｘ線検査装置

Info

Publication number: JP6861470B2
Application number: JP2016042753A
Authority: JP
Inventors: 史孝諸石; 達也石本; 徳宮　孝弘; 孝弘徳宮
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: JP2017156328A

Description

本発明は、Ｘ線検査装置に関する。

例えば、半導体チップの実装工程では、半導体ウェハから切り出された半導体チップを吸着し、実装基板上に搭載する過程で、半導体チップの裏面に設けられたはんだ材などのバンプを加熱溶融させて実装基板に熱圧着させる。

近年、半導体デバイスの小型化が進むのに伴って、バンプのサイズも非常に小さく、且つ、バンプ間のピッチも非常に狭くなってきている。このため、半導体チップの実装工程では、バンプの代わりに貫通電極（ＴＳＶ）を使用することで、上述した小サイズ化及び狭ピッチ化を実現している。

ところで、貫通電極は、半導体チップに埋め込まれた状態で形成されるため、半導体チップの外観からはその状態を確認することはできない。そこで、Ｘ線検査装置を用いて、半導体チップを透過したＸ線の吸収量から、貫通電極の状態（例えば位置など。）を検査している（例えば、特許文献１，２を参照。）。

一方、Ｘ線は、物体を透過する高いエネルギーを持っているため、半導体デバイスに対して特性劣化などの悪影響を与えることがある。例えば、半導体メモリのような半導体デバイスでは、Ｘ線が照射されると、Ｘ線の透過により半導体シリコンが電荷を帯びることがある。これにより、半導体メモリの内部に形成されたトランジスタのオン／オフ特性に悪影響を与えることになる。

特許第４８３６７４６号公報特許第５６５７６２７号公報

本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、被検査物の特性劣化を防ぎつつ、高精細な検査を行うことを可能としたＸ線検査装置を提供することを目的の一つとする。

〔１〕本発明の一つの態様に係るＸ線検査装置は、被検査物が載置されるステージと、前記被検査物に対してＸ線を照射するＸ線源と、前記被検査物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記ステージと前記Ｘ線源との間に選択的に配置されて、前記Ｘ線のうち特定の波長域を吸収するフィルタと、前記ステージと前記Ｘ線源との間に選択的に配置されて、前記Ｘ線のうち少なくとも一部又は全てを遮蔽する遮蔽板とを備え、前記遮蔽板は、窓部を有すると共に、前記窓部から前記Ｘ線を通過させる位置と前記窓部以外の部分で前記Ｘ線を遮断する位置との間で挿脱自在に配置され、且つ、前記窓部を移動させることによって、前記被検査物に対する前記Ｘ線の照射位置が変更可能であり、前記フィルタは、前記Ｘ線のうち互いに異なる波長域を吸収する複数のフィルタ板を有し、前記複数のフィルタ板は、それぞれ前記窓部と重なる位置と重ならない位置との間で挿脱自在に配置され、且つ、それぞれを前記窓部と重なる位置に選択的に移動させることによって、前記被検査物に照射される前記Ｘ線の波長域が変更可能であることを特徴とする。

〔２〕前記〔１〕に記載のＸ線検査装置において、前記ステージを面内で移動させるステージ移動機構を備える構成としてもよい。

〔３〕前記〔１〕又は〔２〕に記載のＸ線検査装置において、前記Ｘ線源は、前記Ｘ線を拡散した状態で照射する構成としてもよい。

〔４〕前記〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載のＸ線検査装置において、前記Ｘ線検出器は、前記ステージを挟んで前記Ｘ線源と対向する位置に配置されると共に、その検出面が前記Ｘ線源から照射されるＸ線の軸線方向に対して垂直に配置されている構成としても
よい。

〔５〕前記〔１〕〜〔３〕の何れか一項に記載のＸ線検査装置において、前記Ｘ線検出器は、前記ステージを挟んで前記Ｘ線源と対向する位置の周辺に配置されると共に、その検出面が前記Ｘ線源から照射されるＸ線の軸線方向に対して斜めに配置されている構成としてもよい。

〔６〕前記〔５〕に記載のＸ線検査装置において、前記Ｘ線検出器を周方向に回転させる検出器回転機構を備える構成としてもよい。

以上のように、本発明によれば、被検査物の特性劣化を防ぎつつ、高精細な検査を行うことが可能である。

本発明の一実施形態に係るＸ線検査装置の構成を示す正面図である。図１に示すＸ線検査装置の要部を拡大した平面図である。図１に示すＸ線検査装置の要部を拡大した断面図である。フィルタの有無によるＸ線のスペクトル曲線を示すグラフである。垂直画像を得る場合と立体画像を得る場合のＸ線の照射角度を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面では、各構成要素を見やすくするため、構成要素を模式的に示している場合があり、構成要素によっては寸法の縮尺を異ならせて示すこともある。

（Ｘ線検査装置）
先ず、本発明の一実施形態として、例えば図１〜図３に示すＸ線検査装置１の構成について説明する。なお、図１は、Ｘ線検査装置１の構成を示す正面図である。図２は、Ｘ線検査装置１の要部を拡大した平面図である。図３は、Ｘ線検査装置１の要部を拡大した断面図である。

また、以下に示す図面では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ軸方向をＸ線検査装置１の左右方向、Ｙ軸方向をＸ線検査装置１の前後方向、Ｚ軸方向をＸ線検査装置１の上下方向（軸線方向）として、それぞれ示すものとする。また、Ｚ軸回りをＸ線検査装置１の回転方向（周方向）として示すものとする。

Ｘ線検査装置１は、図１に示すように、被検査物Ｓが載置されるステージ２と、被検査物Ｓに対してＸ線（破線で示す。）を照射するＸ線源３と、被検査物Ｓを透過したＸ線を検出する第１のＸ線検出器４及び第２のＸ線検出器５とを備えている。

ステージ２は、被検査物Ｓが載置される載置面２ａを有して、水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動自在に支持されたＸＹステージである。Ｘ線検査装置１では、このステージ２に設けられたアクチュエータなどのステージ移動機構（図示せず。）により、ステージ２を面内で移動させる。これにより、載置面２ａに載置された被検査物Ｓを所定の検査対象位置へと導くことが可能となっている。

なお、ステージ２には、Ｘ線に対して透過性を有するものを用いている。また、ステージ２は、上述した水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の他にも、鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能な構成や、Ｚ軸回り（周方向）に回転可能な構成としてもよい。

Ｘ線源３は、載置面２ａ（ステージ２）の上方に配置されて、Ｘ線を円錐状に拡散しながら、載置面２ａ上の被検査物Ｓに向けて照射する。なお、Ｘ線源３については、特に限定されるものではなく、Ｘ線検査において従来より使用されているものを用いることができる。

第１のＸ線検出器４は、ステージ２を挟んでＸ線源３と対向する位置に配置されている。具体的に、この第１のＸ線検出器４は、ステージ２の直下に位置する回転ステージ６の面上に配置されている。また、第１のＸ線検出器４は、その検出面４ａがＸ線源２から照射されるＸ線の軸線方向（Ｚ軸方向）に対して垂直となるように配置されている。

第２のＸ線検査器５は、ステージ２を挟んでＸ線源３と対向する位置の周辺に配置されている。具体的に、この第２のＸ線検査器５は、第１のＸ線検査器４を挟んで相対する一対の支持アーム７ａ，７ｂのうち、一方の支持アーム７ａに取り付けられている。また、第２のＸ線検出器５は、その検出面５ａがＸ線源３から照射されるＸ線の軸線方向（Ｚ軸方向）に対して斜めとなるように配置されている。

一対の支持アーム７ａ，７ｂは、その基端側が回転ステージ６に取り付けられた状態で、互いに斜め上方に立設した状態で支持されている。回転ステージ６は、Ｚ軸回り（周方向）に回転自在に支持されたθステージである。Ｘ線検査装置１では、この回転ステージ６に設けられたモータなどの検出器回転機構（図示せず。）により、第１のＸ線検出器４及び第２のＸ線検出器５を周方向に回転させることが可能となっている。

なお、第１のＸ線検出器４及び第２のＸ線検出器５については、特に限定されるものではなく、Ｘ線検査において従来より使用されているものを用いることができる。また、第１のＸ線検出器４及び第２のＸ線検出器５には、同じものを用いることができる。

ところで、本実施形態のＸ線検査装置１では、ステージ２とＸ線源３との間に、遮蔽板８とフィルタ９とを選択的に配置することが可能となっている。具体的に、この遮蔽板８及びフィルタ９の具体的な構成について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２は、Ｘ線検査装置１の要部を拡大した平面図である。図３は、Ｘ線検査装置１の要部を拡大した断面図である。

遮蔽板８は、図２及び図３に示すように、Ｘ線のうち少なくとも一部又は全てを遮蔽すると共に、Ｘ線が通過する範囲を絞り込むコリメータとして機能するものである。具体的に、この遮蔽板８は、例えば鉛などの金属板からなり、図示を省略するフレームにスライド自在に取り付けられている。遮蔽板８のＸ線源３と対向する位置には、矩形状の窓部８ａが設けられている。

遮蔽板８は、フレームに設けられたアクチュエータ１０ａ，１０ｂによってスライド駆動される。これにより、遮蔽板８は、窓部８ａからＸ線を通過させる位置と窓部８ａ以外の部分でＸ線を遮断する位置との間で、挿脱自在に配置されている。また、窓部８ａを移動させることによって、被検査物Ｓに対するＸ線の照射位置（領域）を変更することができる。

フィルタ９は、複数（本実施形態では２つ）のフィルタ板９ａ，９ｂを有している。フィルタ板９ａ，９ｂは、Ｘ線のうち互いに異なる波長域を吸収（カット）するものである。具体的に、各フィルタ板９ａ，９ｂは、遮蔽板８の窓部８ａと互いに重なるように、遮蔽板８にスライド自在に取り付けられている。

各フィルタ板９ａ，９ｂは、遮蔽板８に設けられたアクチュエータ１１ａ，１１ｂによってスライド駆動される。これにより、各フィルタ板９ａ，９ｂは、窓部８ａと重なる位置と窓部８ａと重ならない位置との間で、挿脱自在に配置されている。また、各フィルタ板９ａ，９ｂは、材質や厚み等が異なっており、その窓部８ａと重なる位置に選択的に移動させることによって、被検査物Ｓに照射されるＸ線の波長域を変更することが可能である。

ここで、フィルタ板９ａ，９ｂが窓部８と重ならない位置にある場合（フィルタ９が無い場合）のＸ線のスペクトル曲線Ａと、フィルタ板９ａ，９ｂが窓部８と重なる位置にある場合（フィルタ９が有る場合）のＸ線のスペクトル曲線Ｂとを図４に示す。なお、図４では、スペクトル曲線Ａとスペクトル曲線Ｂとをそれぞれの極大値を１に換算して相対的に示している。

図４に示すスペクトル曲線Ａのように、Ｘ線は連続的な波長域を含む。このうち、Ｘ線の長い方の波長域は、例えば半導体メモリなどの半導体デバイス（被検査物Ｓ）の特性劣化に大きな影響を及ぼす。そこで、図４に示すスペクトル曲線Ｂのように、複数のフィルタ板９ａ，９ｂの組み合わせにより、半導体デバイスに影響を与える長い方の波長域（特定の波長域）をカットする。これにより、半導体デバイス（被検査物Ｓ）の特性劣化を抑えつつ、高精細なＸ線検査を行うことができる。

（Ｘ線検査）
次に、上記Ｘ線検査装置１を用いたＸ線検査について、被検査物Ｓとして、例えば半導体デバイスを検査する場合を例に挙げて説明する。なお、被検査物Ｓについては、半導体デバイスに限らず、Ｘ線検査が可能なものであればよく、特に限定されるものではない。

本実施形態のＸ線検査装置１では、第１のＸ線検出器４を用いた直視撮影により、被検査物Ｓの垂直（２Ｄ）画像を得ることができる。具体的に、この直視撮影では、被検査物Ｓの種類に応じて、フィルタ板９ａ，９ｂの材質や厚み、窓部８ａの開口径などを設定する。その後、被検査物Ｓを面内で移動操作しながら、その検査対象位置にＸ線を垂直照射しながら、第１のＸ線検出器４による撮像を行う。そして、得られた垂直（２Ｄ）画像から被検査物Ｓの検査を行うことができる。

一方、本実施形態のＸ線検査装置１では、第２のＸ線検出器５を用いた斜視撮影により、被検査物Ｓの立体（３Ｄ）画像を得ることができる。具体的に、この斜視撮影では、被検査物Ｓの種類に応じて、フィルタ板９ａ，９ｂの材質や厚み、窓部８ａの開口径などを設定する。その後、被検査物Ｓを面内で移動操作しながら、その検査対象位置にＸ線を斜め照射しながら、第２のＸ線検出器５による１回目の撮像を行う。また、１回目の撮像を終了した後は、第２の検出器５の周方向の位置をずらし２回目の撮像を行い、被検査物Ｓの全周に亘って、このような撮像を繰り返す。その後、得られた複数の画像を元にして、被検査物Ｓの立体（３Ｄ）画像を作成する。そして、この立体（３Ｄ）画像から被検査物Ｓの検査（ＣＴ検査）を行うことができる。

以上のように、本実施形態のＸ線検査装置１では、１つの装置で垂直画像と立体画像との両方を得ることができるため、作業の効率化及び作業時間の短縮化を図ることが可能である。

また、本実施形態のＸ線検査装置１では、被検査物Ｓに合わせてフィルタ板９ａ，９ｂを切り替えながら、被検査物Ｓに照射されるＸ線Ｌの波長域を変更できるため、被検査物Ｓの特性劣化を抑えつつ、高精細なＸ線検査を行うことが可能である。

ここで、垂直画像を得る場合と立体画像を得る場合のＸ線の照射角度を図５を参照して説明する。なお、図５では、Ｘ線源２から出射されてフィルタ９（フィルタ板９ａ，９ｂ）を通過するＸ線を模式的に示している。

図５に示すように、垂直画像を得る場合と立体画像を得る場合では、フィルタ９に対するＸ線の照射角度が異なっている。すなわち、垂直画像を得る場合と立体画像を得る場合では、Ｘ線の照射角度の違いによりフィルタ９を通過するＸ線の通過距離が異なっている。具体的に、第１のＸ線検出器４に照射されるＸ線のフィルタ９を通過する距離（フィルタ９の厚み）を「Ｌ」とし、第１のＸ線検出器４に照射されるＸ線に対して第２のＸ線検出器５に照射されるＸ線の照射角度を「θ」とした場合、第２のＸ線検出器５に照射されるＸ線のフィルタ９を通過する距離は「Ｌ÷ｃｏｓθ」で表される。

本実施形態のＸ線検査装置１では、フィルタ９を構成する複数のフィルタ板９ａ，９ｂのうち、互いに材質や厚み等が異なるフィルタ板９ａ，９ｂを配置し、上述したアクチュエータ１１ａ，１１ｂの駆動により各フィルタ板９ａ，９ｂの窓部８ａと重なる位置と重ならない位置とを切り替える。これにより、被検査物Ｓに合わせてフィルタ板９ａ，９ｂを切り替えながら、被検査物Ｓに照射されるＸ線Ｌの波長域を変更することが可能である。

また、半導体デバイスのＸ線検査では、微細な検査対象位置を検査するため、その検査対象位置におけるＸ線の照射範囲は１ｍｍ以下と非常に狭くなる。このため、検査対象位置以外は、間接的にＸ線の照射を受けることになる。

これに対して、本実施形態のＸ線検査装置１では、窓部９ａの位置を変更しながら、検査対象位置以外を遮蔽板９で遮蔽することで、検査対象位置以外にＸ線が照射されることを防ぐことが可能である。

さらに、本実施形態のＸ線検査装置１では、撮影終了後にＸ線の照射範囲を遮蔽板９で遮蔽することができる。これにより、被検査物Ｓに対してＸ線が不要に照射（被爆）されることを防ぐことが可能である。

１…Ｘ線検査装置２…ステージ３…Ｘ線源４…第１のＸ線検出器５…第２のＸ線検出器６…回転ステージ７ａ，７ｂ…支持アーム８…遮蔽板８ａ…窓部９…フィルタ９ａ，９ｂ…フィルタ板１０ａ，１０ｂ…アクチュエータ１１ａ，１１ｂ…アクチュエータＳ…被検査物

Claims

被検査物が載置されるステージと、
前記被検査物に対してＸ線を照射するＸ線源と、
前記被検査物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
前記ステージと前記Ｘ線源との間に選択的に配置されて、前記Ｘ線のうち特定の波長域を吸収するフィルタと、
前記ステージと前記Ｘ線源との間に選択的に配置されて、前記Ｘ線のうち少なくとも一部又は全てを遮蔽する遮蔽板とを備え、
前記遮蔽板は、窓部を有すると共に、前記窓部から前記Ｘ線を通過させる位置と前記窓部以外の部分で前記Ｘ線を遮断する位置との間で挿脱自在に配置され、且つ、前記窓部を移動させることによって、前記被検査物に対する前記Ｘ線の照射位置が変更可能であり、
前記フィルタは、前記Ｘ線のうち互いに異なる波長域を吸収する複数のフィルタ板を有し、
前記複数のフィルタ板は、それぞれ前記窓部と重なる位置と重ならない位置との間で挿脱自在に配置され、且つ、それぞれを前記窓部と重なる位置に選択的に移動させることによって、前記被検査物に照射される前記Ｘ線の波長域が変更可能であることを特徴とするＸ線検査装置。
前記ステージを面内で移動させるステージ移動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検査装置。
前記Ｘ線源は、前記Ｘ線を拡散した状態で照射することを特徴とする請求項１又は２に記載のＸ線検査装置。
前記Ｘ線検出器は、前記ステージを挟んで前記Ｘ線源と対向する位置に配置されると共に、その検出面が前記Ｘ線源から照射されるＸ線の軸線方向に対して垂直に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のＸ線検査装置。
前記Ｘ線検出器は、前記ステージを挟んで前記Ｘ線源と対向する位置の周辺に配置されると共に、その検出面が前記Ｘ線源から照射されるＸ線の軸線方向に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のＸ線検査装置。
前記Ｘ線検出器を周方向に回転させる検出器回転機構を備えることを特徴とする請求項５に記載のＸ線検査装置。