JPH10227749A

JPH10227749A - Ｘ線検査装置及びｘ線検査方法

Info

Publication number: JPH10227749A
Application number: JP9029899A
Authority: JP
Inventors: Masaki Yamamoto; 正樹山本; Tadashi Narisawa; 忠成沢
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1998-08-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ベアチップ実装における接合部分の検査に、
反射Ｘ線を用いた分析を適用するに好適な構成を実現
し、基板の材質や両面実装の有無等に影響されない実用
的なＸ線検査装置及びＸ線検査方法を提供することを目
的とする。【解決手段】第１、第２の部材１，３との間に位置
し、Ｘ線に対して吸収が相対的に大きい高吸収部を有す
る検査対象物２からの反射Ｘ線を用い、第１部材１を介
して検査対象物にＸ線を照射し、再び第１部材１を介し
て検査対象物からの反射Ｘ線を検出するＸ線検査装置、
又は同様な検査対象物からの反射Ｘ線を用い、高吸収部
を避けるようにして低吸収部にＸ線を入射し、反射Ｘ線
を高吸収部を避けるように検出するＸ線検査方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線検査装置及び
Ｘ線検査方法に関し、特に、電子機器の超小型化・高速
化・高周波化等を達成するための半導体素子を、直接プ
リント基板に実装する（以下ベアチップ実装という。）
技術分野において、半導体素子とプリント基板との接合
部の信頼性を高めるためのＸ線を用いた非破壊検査に好
適に適用され得るＸ線検査装置及びＸ線検査方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子の実装検査には、透過
型のＸ線光源が用いられてきた。

【０００３】図１２は、このような従来の半導体素子の
実装検査装置の概略構成を示す。図１２においては、１
０１は半導体素子であり、接合部１０２を介して基板１
０３に接合されている。

【０００４】そして、１０４はＸ線光源、１０５は２次
元Ｘ線検出器であり、Ｘ線検出器１０５は、Ｘ線光源１
０４からのＸ線を、半導体素子１０１、接合部１０２及
び基板１０３を介して透過して受光し、結果としてこの
透過Ｘ線を画像としてとらえるものである。

【０００５】ここで、Ｘ線光源１０４の大きさは、得ら
れる透過Ｘ線の画像のいわゆるぼけに比例するため、Ｘ
線光源１０４のスポット径はできるだけ微小であること
が望ましく、通常１〜数μｍのサイズのものが使われ
る。

【０００６】そして、このような透過画像では、Ｘ線が
透過した部分のＸ線の吸収に応じた濃淡が得られるが、
半田やＡｕのように重元素からなる接合部１０２は、半
導体素子１０１や基板１０３に比べて吸収が大きいた
め、透過画像では、コントラストが高く映し出される。

【０００７】よって、これを画像処理することにより、
半導体素子１０１と基板間１０３の接合部１０２の状態
を評価することができる。

【０００８】しかしながら、この構成では、(a)基板３
がＸ線を透過しない場合（例えば、内部に重金属を多く
含む場合）、及び(b)基板３の両面に半導体素子１が接
合されている場合、の２つのケースで正しく透過画像が
得られないという課題がある。

【０００９】この(a)の場合には、Ｘ線透過像を用いる
限りはまったく解決することができないが、(b)の場合
には、Ｘ線透過像を用いても、例えば特表平２−５０１
４１１号公報等に開示されているようなラミノグラフィ
という手法を用いて、擬似的な断層像を得ることにより
解決ができる。

【００１０】図１３は、このようなＸ線ラミノグラフィ
の構成例を示す。図１３において、１０６は、回転Ｘ線
光源であり、Ｘ線点光源が所定の円軌道を回転しながら
Ｘ線を発生し、１０７は、回転型２次元Ｘ線検出器であ
り、回転Ｘ線光源１０６からのＸ線を受光するものであ
る。

【００１１】ここで、回転Ｘ線光源１０６からのＸ線
は、試料（ここでは、層Ａ１０８及び層Ｂ１０９で代表
させている。）を透過し、回転Ｘ線光源１０４と同期し
て動く回転型２次元Ｘ線検出器１０３に到達する。

【００１２】この場合、層Ａ１０８におけるＸ線の観察
領域は、このような回転中では一定位置にあり、回転に
関わらず、検出器１０７の透過像検出領域１１０で検出
される透過像は、層Ａ１０８に置かれた物体に対しては
一定である。

【００１３】これに対して、層Ｂ１０９におけるＸ線の
観察領域は、光源の回転に伴い振れ回るために、検出器
で検出される透過像も振れ回ることになる。

【００１４】例えば、Ｘ線検出器１０７の検出画像積算
時間をＸ線光源の回転１周期分にすると、層Ａ１０８の
透過像はぶれることなく積算されていくが、層Ｂ１０９
の透過像は振れ回りによりぼけてしまう。

【００１５】つまり、Ｘ線ラミノグラフィにおいては、
試料の見たい部分を層Ａ１０８の部分に移動させること
により、シャープな断層的に透過像を得ることができる
ことになる。

【００１６】しかし、Ｘ線ラミノグラフィは、あくまで
擬似的な断層像を用いているものであり、熟練者が目視
で判断することはできても、計算機に自動処理させるこ
とはなかなか困難である。

【００１７】そして、例えばＵＳＰ．５５６１６９６で
提案されているように、コンピュータプログラムにおい
て、熟練者の透過像認識の技能を学習させる試みもある
が、あくまでも研究途上に過ぎない。

【００１８】一方、上記の(a)、(b)の課題は、反射Ｘ線
を用いる計測によれば解決することもできる。

【００１９】というのは、半導体素子の接合部分は、常
にその半導体素子側から観察することになるので、基板
の状態や両面実装の有無に影響されないからである。

【００２０】そして、物質からの反射Ｘ線は、散乱Ｘ線
と蛍光Ｘ線に大きく分類されるが、このうち蛍光Ｘ線が
元素分析によく用いられる。

【００２１】従来、蛍光Ｘ線分析は、表面分析を中心に
利用されてきたが、近年、蛍光Ｘ線分析により物体の内
部の元素分析をする技術内容が、例えば特表平７−５０
４４９１号公報等に提案されてきている。

【００２２】図１４及び図１５を用いて、この蛍光Ｘ線
分析の従来例について説明する。１１１はＸ線光源、１
１２，１１４は、各々第１、第２のクマコフレンズであ
り、ここでクマコフレンズとは、Ｘ線を集光またはコリ
メートできるＸ線光学系である。

【００２３】ついで、１１３は、Ｘ線光源１１１からの
Ｘ線が、第１のクマコフレンズ１１１を経て入射する試
料であり、１１５は、試料１１３からのＸ線が第２のク
マコフレンズ１１４を経て、最終的に入射されるＸ線検
出器であり、１１６は、試料１１３を載置した３軸並進
ステージである。

【００２４】即ち、このような構成において、Ｘ線光源
１１１からのＸ線は、第１クマコフレンズ１１２により
試料１１３内部に集光され、Ｘ線ビームが絞られた場所
からの蛍光Ｘ線を、第２クマコフレンズ１１４によって
Ｘ線検出器１１５に導けば、ビームの集光スポットに相
当する場所の元素分析をおこなうことができる。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蛍光Ｘ
線分析の技術は、元素分析を中心に純粋な科学技術の分
析技術の分野で発展してきたものであり、工場での製品
検査に使われた実績は、ほぼ皆無である。

【００２６】一方、近年の電子機器の超小型化、高速
化、高周波化の流れに対応して、半導体素子と基板とを
半導体素子直下のバンプにより接合するベアチップ実装
に対しては、ますます検査の要望が増している状況にあ
る。

【００２７】本発明は、このようなベアチップ実装にお
ける接合部分の検査に、従来は表面の元素分析を中心に
利用されてきたに過ぎない蛍光Ｘ線等の反射Ｘ線を用い
た分析を適用するに好適な構成を実現することにより、
基板の材質や両面実装の有無等に影響されないベアチッ
プ接合部の実用的なＸ線検査装置及びＸ線検査方法を提
供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第１の部材と第２の部材との間に位置
し、Ｘ線に対して吸収が相対的に大きい高吸収部を有す
る検査対象物からの反射Ｘ線を用いて前記検査対象物を
検査するＸ線検査装置であって、その第１部材を介して
検査対象物にＸ線を照射し、再び第１部材を介して検査
対象物からの反射Ｘ線を検出するＸ線検査装置、又は第
１の部材と第２の部材との間に位置し、Ｘ線に対して吸
収が相対的に大きい高吸収部とＸ線に対して吸収が相対
的に低い低吸収部とを有する検査対象物からの反射Ｘ線
を用いて前記検査対象物を検査するＸ線検査方法であっ
て、Ｘ線を高吸収部を避けるようにして低吸収部に入射
し、反射Ｘ線を高吸収部を避けるように検出するＸ線検
査方法である。

【００２９】これにより、ベアチップ実装の接合部の検
査に対して反射Ｘ線分析を適用するに好適な構成を実現
し、基板の材質や両面実装の有無等に影響されないベア
チップ実装の接合部の実用的なＸ線検査装置及びＸ線検
査方法を提供する。

【００３０】

【発明の実施の形態】請求項１記載の本発明は、第１の
部材と第２の部材との間に位置し、Ｘ線に対して吸収が
相対的に大きい高吸収部とＸ線に対して吸収が相対的に
低い低吸収部とを有する検査対象物からの反射Ｘ線を用
いて前記検査対象物を検査するＸ線検査装置であって、
Ｘ線を出射するＸ線光源と、前記Ｘ線光源から出射した
Ｘ線が入射する第１のＸ線光学系と、前記検査対象物か
らの反射Ｘ線が入射する第２のＸ線光学系と、前記第２
のＸ線光学系から出射したＸ線を受光するＸ線検出器と
を備え、前記第１のＸ線光学系を出射したＸ線は前記第
１の部材を透過して前記検査対象物に入射し、前記検査
対象物からの反射Ｘ線は前記第１の部材を透過して前記
第２のＸ線光学系に入射するＸ線検査装置である。

【００３１】この構成により、ベアチップ実装された半
導体素子等の検査対象物の基板等の第２の部材の材質や
形態によらずに、安定して接合部の状態を検査すること
となる。

【００３２】より好適には、請求項２記載のように、更
に、第１の部材、検査対象物及び第２の部材を載置する
並進運動及び／又は回転運動が可能なステージを有する
ことが、検査精度向上等の理由より望ましい。

【００３３】また、より好適には、請求項３記載のよう
に、更に、Ｘ線光源及び第１のＸ線光学系と、第２のＸ
線光学系とＸ線検出器とを相対的に移動可能なステージ
を有することも、同様に望ましい。

【００３４】また、請求項４記載のように、更に、反射
Ｘ線を確実に受光すべく、検査対象物を透過したＸ線を
受光するＸ線検出器を有するものである。

【００３５】更に、より具体的には、請求項５記載のよ
うに、第１の部材は、半導体素子であり、第２の部材
は、基板であり、検査対象物は、前記半導体素子と基板
とを接合する接合部であってもよい。

【００３６】また、請求項６記載のように、第１のＸ線
光学系及び／又は第２のＸ線光学系は、クマコフレンズ
を含むことも、軽量かつコンパクトで好ましい。

【００３７】また、請求項７記載のように、反射Ｘ線
は、蛍光Ｘ線を用いてもよい。また、請求項８記載のよ
うに、更に、検査対象物の位置を検出する位置検出器を
有することも、検査の効率上好ましい。

【００３８】そして、請求項９記載のように、Ｘ線の波
長は、１Å以下であることが、検査に用い得るＸ線の強
度上等の理由で好ましい。

【００３９】一方、請求項１０記載の本発明は、第１の
部材と第２の部材との間に位置し、Ｘ線に対して吸収が
相対的に大きい高吸収部とＸ線に対して吸収が相対的に
低い低吸収部とを有する検査対象物からの反射Ｘ線を用
いて前記検査対象物を検査するＸ線検査方法であって、
前記Ｘ線を前記高吸収部を避けるようにして前記低吸収
部に入射すべく前記Ｘ線の光軸を設定する行程と、前記
反射Ｘ線を前記高吸収部を避けるように検出すべく前記
反射Ｘ線の光軸を設定する行程とを有するＸ線検査方法
である。

【００４０】この構成により、ベアチップ実装された半
導体素子等の検査対象物の材質や形態によらずに、安定
して接合部の状態を検査することとなる。

【００４１】また、請求項１１記載のように、更に、高
吸収部を避けるように検出すべく設定した反射Ｘ線の光
軸を、低吸収部に沿って回転させる行程を有すれば、検
査対象物の検査を精度よく行い得る。

【００４２】また、請求項１２記載のように、検査対象
物が所定の方向に複数個設けられている場合には、前記
所定の方向に沿って、前記複数の検査対象物の低吸収部
からの反射Ｘ線を検出する行程を有することにより、よ
り効率よく検査を行い得る。

【００４３】ここで、請求項１３記載のように、複数の
検査対象物の低吸収部からの反射Ｘ線は、前記低吸収部
の所定方向に沿った側部及び／又は中心部から検出され
るものであってもよい。

【００４４】また、請求項１４記載のように、更に、検
査対象物に入射するＸ線の光軸と、反射Ｘ線の光軸との
相対的な位置関係を変化する行程を有するものであって
もよく、一層自由度高い高精度の検査を行い得る。

【００４５】ここで、請求項１５記載のような、検査対
象物に入射するＸ線の光軸と、反射Ｘ線の光軸との相対
的な位置関係を変化する行程は、互いの光軸が交差すべ
く前記相対的な位置関係を変化するものであってもよ
く、請求項１６記載のように、検査対象物に入射するＸ
線の光軸と、反射Ｘ線の光軸との相対的な位置関係を変
化する行程は、互いの光軸は交差しないが、互いのビー
ムは一部で重なり合うように前記相対的な位置関係を変
化するものであってもよい。

【００４６】また、請求項１７記載のように、検査対象
物の高吸収部は、低吸収部よりもＸ線に対して前側に位
置することが好ましい。

【００４７】そして、請求項１８記載のように、検査対
象物に入射するＸ線は、第１の部材を透過して前記検査
対象物に入射し、前記検査対象物からの反射Ｘ線は、前
記第１の部材を透過することが、検査対象物の種々の実
装状態に対応できる等好適である。

【００４８】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１１を用いて説明する。（実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１におけ
るＸ線検査装置の概略構成を示す構成図である。

【００４９】図１において、１は半導体素子、２は接合
部、３は基板であり、接合部２は、半導体素子１と基板
３との間に設けられているもので、本実施の形態では電
極部である。

【００５０】ついで、４はＸ線光源、５，６はＸ線光学
系、７はＸ線検出器、８はチップ位置検出器である。

【００５１】ここで、Ｘ線光学系５は、Ｘ線光源４から
出射されたＸ線を半導体素子１を介して、検査対象であ
る接合部２の周辺にフォーカスして集光させるもので、
本実施の形態では、クマコフレンズを用いている。

【００５２】本実施の形態では、Ｘ線光源４から出射さ
れたＸ線は、Ｘ線光学系５により、光軸方向に直交する
断面で最大直径が３０〜４０μｍ程度のスポットを結ぶ
構成としており、この領域をＸ線による検査領域Ｓで示
している。

【００５３】また、Ｘ線光学系６は、このようにＸ線光
源４から出射されたＸ線を半導体素子１を介して、接合
部２に集光させ、接合部２から発生した蛍光Ｘ線を、半
導体素子１を介して効率的にＸ線検出器７に導くもの
で、本実施の形態では、Ｘ線光学系６と同様にクマコフ
レンズを用いている。

【００５４】ここで、Ｘ線検出器７に導かれるＸ線は、
接合部２のＸ線光学系５，６の光軸の交差領域で発生し
た蛍光Ｘ線である。

【００５５】なお、この蛍光Ｘ線は、反射Ｘ線の一種で
あり、反射Ｘ線は、蛍光Ｘ線の他、散乱Ｘ線をも含む
が、本実施の形態では、蛍光Ｘ線を利用した構成例につ
いて説明しているが、同様の構成で散乱Ｘ線を利用する
ことも可能である。

【００５６】また、本実施の形態では、Ｘ線検出器７と
しては、Ｘ線の波長が弁別できるようなエネルギ分散型
の検出器を用いたが、分光結晶を利用した波長分散型の
検出器を使用してもよい。

【００５７】そして、９は３軸（図中のＸＹＺ座標系に
おけるＸ，Ｙ，Ｚ軸をいう。）回転ステージ、１０は３
軸並進ステージであり、半導体素子１と接合部２を介し
て接合された基板３は、３軸回転ステージ９及び３軸並
進ステージ１０に載置されている。

【００５８】この３軸回転ステージ９及び３軸並進ステ
ージ１０は、半導体素子１の接合部２を、Ｘ線光学系
５，６に対して適切な姿勢角に保ちながら、３次元的に
スキャンをすることを可能とするもので、モータ駆動さ
れるステージを複数組合わせた構成を有する。

【００５９】もちろん、検査の必要度によっては、３軸
ステージ９，１０の自由度は、より減らしてもよいし、
適宜の自由度同士のものを組合わせることも可能であ
り、場合によっては、いずれか一方のみを用いてもよ
い。

【００６０】また、チップ位置検出器８は、半導体素子
１及び基板３が、３軸回転ステージ９及び３軸並進ステ
ージ１０に載置された後、半導体素子１及び基板３の位
置を計測し、Ｘ線が集光され検査対象となる接合部２の
位置を検出するもので、本実施の形態では、距離センサ
及び画像計測装置から構成されている。

【００６１】このチップ位置検出器８と３軸回転ステー
ジ９及び３軸並進ステージ１０とは、不図示の制御装置
により連絡されており、この制御装置は、接合部２の位
置の検出値に対応して接合部２を含む半導体素子１及び
基板３を移動すべく３軸回転ステージ９及び３軸並進ス
テージ１０を制御する。

【００６２】以上のような構成において、本実施の形態
のＸ線検査装置の動作について説明をする。

【００６３】まず、３軸回転ステージ９及び３軸並進ス
テージ１０上に接合部２を間に有する半導体素子１及び
基板３を載置する。

【００６４】ついで、チップ位置検出器８を用いて、半
導体素子１と基板３の位置を計測しする。具体的には、
接合部２で互いに接合されているから、いずれか一方の
位置を計測すればよい。

【００６５】一方、接合部２の設計位置を、あらかじめ
半導体素子１の設計データから確認する。

【００６６】そして、このような各位置から、検査対象
となっている接合部２の初期位置を得る。

【００６７】このように接合部２の初期位置を確認後、
この初期位置に対応して、３軸回転ステージ９及び３軸
並進ステージ１０を動作させ、最初に検査すべき接合部
２を、Ｘ線ビームの集光位置である検査領域Ｓに移動さ
せる。

【００６８】そして、その接合部２に対して、Ｘ線光源
４からＸ線光学系５を介して、Ｘ線を集光することによ
り蛍光Ｘ線を出射させ、Ｘ線光学系６を介してＸ線検出
器７で検出し、Ｘ線の集光位置に相当する領域であっ
て、Ｘ線光学系５，６の光軸の交差する領域の元素分析
データを得る。

【００６９】ついで、このように最初の接合部２の蛍光
Ｘ線の検出が終了すると、チップ位置検出器８を用い
て、接合部２の位置を確認しながら、３軸回転ステージ
９及び３軸並進ステージ１０を動作させて、半導体素子
１及び基板３を移動し、次に検査すべき接合部２が検査
領域Ｓに来るように移動し、同様に蛍光Ｘ線を用いた元
素分析データを得る。

【００７０】そして、このような動作を必要な接合部２
で行うことにより、その接合部２の内部の３次元的な元
素分布データを得ることができ、この元素分布データを
用いて、不図示のマッピング手段により３次元的にマッ
ピングして評価することにより、その接合状態を詳しく
検査することができることになる。

【００７１】ここで、接合部２は、Ｘ線光源４、Ｘ線検
出器７から見て、半導体素子１の背後にあるために、以
下の点の考慮が必要である。

【００７２】図２は、本実施の形態における接合部２の
詳細を示す構成図である。図２において、接合部２は、
金属バンプ２ａ及び導電ペーストや半田ペーストのよう
な導電性の接着剤部２ｂより構成される。

【００７３】このペースト接着剤部２ｂの形状は、接合
部２の品質を大きく左右する主要因であるため、このよ
うにして形状を知ることは、信頼性の向上に直結する。

【００７４】そして、接着剤部２ｂの材質は、既知なの
で、その元素の３次元分布を得ることで、接着剤部２ｂ
の形状を調べることができる。

【００７５】ところが、金属バンプ２ａの形状等によっ
ては、接着剤部２ｂが、金属バンプ２ａを構成するＸ線
の吸収の大きい物質、例えばＰｂやＡｕに隠されてしま
う場合もある。

【００７６】このときに、図３に示すように、３軸回転
ステージ９を動作させ、半導体素子１、基板３ごと接合
部２を、Ｘ線光学系５，６側に対して適当な角度を有す
るように傾け、Ｘ線を確実に接合部２の全体に入射さ
せ、かつ蛍光Ｘ線を確実に得ることにより、接着剤部２
ｂが金属バンプ部２ａの陰になる部分を排除して、蛍光
Ｘ線分析を行うことが可能となる。

【００７７】なお、図３では、Ｘ線光学系４等の側が傾
斜した例が示されているが、傾斜はあくまでも相対的な
ものであれば足りるため、もちろん場合によってはステ
ージ９等側を傾けてもよい。これは、以下のステージ
９，１０の動作について同様である。

【００７８】更に、図３において、検出側のＸ線光学系
６等の側を、金属バンプ部２ａの陰をさけて蛍光Ｘ線を
受光しながら、３軸回転ステージ９を動作させ、接合部
２を回転軸１４のまわりに相対的に回転させれば、接合
部２の全周にわたり、くまなく検査することができる。

【００７９】ついで、複数の接合部２を短時間で検査す
る必要のある現実的な場合を考慮して、検査時間の短縮
を可能とする移動パターンについて説明をする。

【００８０】図４では、まず３軸回転ステージ９を、相
対的に右に傾斜させた後（図中では便宜上、Ｘ線光学系
５，６側を左に傾けたように示す。）、３軸並進ステー
ジ１０をも動作させ、半導体素子１、基板３ごと接合部
２を相対的に傾斜させたまま、Ｘ線光学系５，６側に対
して矢印方向に相対移動させ、順次、接合部２を送って
全ての接合部２の左側を検査し、その後左に相対的に傾
斜させ、再び全ての接合部２の右側を検査する構成を示
している。

【００８１】この構成によれば、接合部２の全体ではな
いが、代表的な部分、つまり両側を検査することができ
る。

【００８２】更に、必要に応じて他の移動パターンをも
組合せていけばよいが、例えば、図５に示すように、３
軸回転ステージ９を水平に維持し、その水平面で切った
接合部２の断面の中心を通るようにＸ線が相対移動すべ
く、３軸並進ステージ１０をも動作させれば、その相対
移動方向における接合部２の状態をも検査できる。

【００８３】即ち、このときに接合部２の間で、接着剤
部２ｂに含まれる元素が検出されたとすると、これは接
合部２の間に、いわゆるブリッジが発生している検査結
果が得られるわけである。

【００８４】このように、両側と中心部に対応した接合
部２の接合状態の検査を代表的に行い、効率的に複数の
接合部２の接合状態の検査をすることができる。

【００８５】さて、もちろん本実施形態においては、入
射したＸ線は、半導体素子１を透過し、接合部２まで確
実に到達し、接合部２の元素から蛍光Ｘ線を放出させ
て、これが半導体素子１を透過する必要がある。

【００８６】ここで、線吸収係数μをの材質の中を透過
するＸ線の強度Ｉ_Aは、透過深さをｘとして以下の（数
１）で表される。

【００８７】

【数１】

【００８８】また、図６は、半導体としてＳｉの線吸収
係数のＸ線波長依存性を示す。

【００８９】本実施の形態では、Ｍｏの特性Ｘ線を用い
ているが、図中斜線領域の波長領域を有するＭｏの特性
Ｘ線に対して、Ｓｉの線吸収係数は４．６〜６．４であ
るから、例えば、１ｍｍのＳｉを透過するときのＸ線の
透過率は、２１〜３３％となる。

【００９０】通常の半導体素子の厚みを５００μｍ程度
とすると、Ｍｏの特性Ｘ線が往復しても、強度が１／３
〜１／５に減衰するだけであり、この程度の強度の低下
は、あまり問題とはならない。

【００９１】しかし、Ｘ線の波長が長くなるにつれて吸
収が大きくなるため、使用するＸ線光源６の波長は、検
査精度等からいって１Å以下のものを用いることが好適
である。

【００９２】更に、蛍光Ｘ線を検出する場合の蛍光線の
選択も、同様な理由より、このような波長範囲のものを
選ぶことが好適である。

【００９３】以上により、本実施の形態によれば、ベア
チップ実装する半導体素子を、その半導体素子を介して
接合部にＸ線を照射し、その半導体素子を介して接合部
からの蛍光Ｘ線を検出することにより、接合部の接合状
態を検査できるように構成したＸ線検査装置を実現した
ものであり、極めて簡便な構成により、ベアチップ実装
された基板の材質や、両面実装の有無といった実装状態
等に影響されずに、接合部の検査が正確にできるもので
ある。

【００９４】また、接合部が、金属バンプ部と接着剤部
とから構成される等の、相対的にＸ線を吸収しやすい部
分としにくい部分の組合せからなり、相対的にＸ線の吸
収をしにくい部分の形状が、接合部の品質に主として影
響を与える場合であっても、この部分を相対的にＸ線の
吸収をしやすい部分の陰にすることのない構成とするこ
とにより、接合部の検査が正確にできるものである。

【００９５】また、接合部が、複数設けられている場合
であっても、代表的な検査部位を予め決定しておき、そ
れを順次、各接合部にわたって検査する構成とすること
により、極めて現実的な接合部の検査ができるものであ
る。

【００９６】（実施の形態２）図７は、本発明の実施の
形態２のＸ線検査装置の概略の構成を示す構成図であ
る。

【００９７】本実施の形態におけるＸ線検査装置は、実
施の形態１のものに対して移動テーブル１１を付加した
こと以外は、同様の構成を有する。

【００９８】図７において、移動テーブル１１は、Ｘ線
光学系５，６の相対位置関係を変化させ、Ｘ線光学系
５，６を通過するＸ線の角度調整を行うもので、紙面上
において２つのＸ線光学系の光軸の交差する点を中心と
した同心円Ｃ上を、載置物であるＸ線光学系６及びＸ線
検出器７を、矢印のように移動させることができる。

【００９９】もちろん、Ｘ線光学系６及びＸ線検出器７
の代わりに、Ｘ線光源４及びＸ線光学系５を移動テーブ
ル１１に載置してもかまわない。

【０１００】図８は、移動テーブル１１を動作させて、
Ｘ線光学系５，６の相対位置関係を変化させ、Ｘ線光学
系５，６を通過するＸ線の角度調整を行った状態を示
し、２１は、Ｘ線光学系５を伝搬するＸ線のビームプロ
ファイル、２２は、Ｘ線光学系６を伝搬するＸ線のビー
ムプロファイルを各々概念的に示し、中心の直線は各々
光軸を示す。

【０１０１】ここで検査対象である接合部からの蛍光Ｘ
線等のＸ線の検出領域は、Ｘ線光学系５，６の光軸が交
わる交差領域２３であるが、本実施の形態では、Ｘ線の
ビームプロファイルが、最小部で３０〜４０μｍの直径
を持つ設定としていることから、図８（ａ）に示すよう
に、互いの光軸が直交する関係にあるときには、領域２
３は３０〜４０μｍの寸法をもった球状領域となる。

【０１０２】ついで、図８（ｂ）に示すように、互いの
光軸のなす角度を９０度より小さくするにつれて、領域
２３の形は、一方向に引き延ばされていく。

【０１０３】そして、図８（ｃ）に示すように、互いの
光軸が、ほぼ同じ方向となるときには、領域２３は、縦
に引き延ばされた形状となる。

【０１０４】よって、移動テーブル１１を適宜動作さ
せ、等方的な検出領域を確保したい場合には、Ｘ線光学
系５，６の光軸のなす角度が９０度になるように、入射
側光学要素と出射側光学要素とを相対的に位置させれば
よいし、Ｘ線の入射ビーム方向に広く検出領域を確保し
たい場合には、光軸のなす角度を限界まで小さくするよ
うにこれらを相対的に位置させればよいことになる。

【０１０５】また、図９に示すように、Ｘ線ビーム同士
を、光軸同士は交差しないがビームプロファイルの一部
は互いに重なり合うようにミスアライメントするよう
に、入射側光学系と出射側光学系とを相対的に位置さ
せ、交差領域２３を小さくして、検出領域をより微小化
することも可能である。

【０１０６】以上により、本実施の形態によれば、入射
側光学系であるＸ線光源及びＸ線光学系と、出射側光学
系であるＸ線光学系及びＸ線検出器との相対位置関係を
変化させて、ベアチップ実装の接合部の検出領域の形状
を変化させ、Ｘ線検査が求められる領域に自由度高く適
合できるＸ線検査装置を実現できる。

【０１０７】（実施の形態３）図１０は、本発明の実施
の形態３のＸ線検査装置の概略の構成を示す構成図であ
る。

【０１０８】本実施の形態におけるＸ線検査装置は、実
施の形態１のものに対してＸ線光源４、Ｘ線光学系５に
対する透過側に、新たなＸ線検出器３１を付加したこと
以外は、同様の構成を有する。

【０１０９】図１０において、Ｘ線検出器３１は、基板
３を透過してきたＸ線を検出し、Ｘ線光学系４の焦点位
置付近にある検出領域Ｓの断層像を得るもので、Ｘ線光
学系４から出射し、基板３を透過した透過Ｘ線をすべて
受光できる大きさのＸ線受光素子から構成されている。
なお、３軸回転ステージ９、３軸並進ステージ１０は、
図示していない。

【０１１０】また、本実施の形態では、透過Ｘ線をも検
出するのであるから、透過Ｘ線が存在するような相対的
に透過性の低い基板を用いることが前提となる。

【０１１１】本実施の形態では、Ｘ線検出器３１で計測
される透過Ｘ線の強度は、その光路上のすべての要素、
つまり半導体素子１、接合部２及び基板３における吸収
を積分したものである。

【０１１２】このため、これらの要素の透過像をとる
と、これらの要素の構造が重なった像となる。

【０１１３】図１１は、（ａ）に示すように、入射する
Ｘ線の焦点は接合部２に合わせながら、半導体素子１、
接合部２及び基板３の各要素に対して、矢印の方向に、
これらの要素とＸ線とを相対的に移動させていき、これ
に対応して（ｂ）に示す強度変化を得たことを示す説明
図である。なお、１Ｘ、２Ｘ及び３Ｘは、各々の要素の
Ｘ線の高吸収部を示す。

【０１１４】図１１からわかるように、接合部２に対し
ては、入射Ｘ線が実質的にフォーカスされていることか
ら、透過Ｘ線量が極めてシャープに変化するが、他の半
導体素子１及び基板３に対しては、透過Ｘ線量はならだ
かに変化している。つまり、接合部２から得られる透過
画像は、相対的に鮮鋭であり、半導体素子１及び基板３
から得られる透過画像は、相対的にぼけた状態になる。

【０１１５】これは、一種のラミノグラフィに相当し、
本実施の形態においては、蛍光Ｘ線のマッピングを取る
ことのみならず、ラミノグラフィ画像も得られることを
意味する。

【０１１６】以上により、本実施の形態によれば、反射
Ｘ線にあわせて、透過Ｘ線をも利用し、ラミノグラフィ
画像をも得ることにより、より多角的な情報を得て、精
度の高いベアチップ実装の接合部の検査ができるＸ線検
査装置を実現できる。

【０１１７】なお、本実施の形態は、実施の形態１の構
成に基づき説明をしたが、実施の形態２の構成をもとに
するものであってもよい。

【０１１８】また、以上の実施の形態では、Ｘ線光学系
をクマコフレンズで構成した例で説明したが、その他、
シングルチューブのトロイダルレンズやＸ線コリメータ
についても同様に使用可能である。

【０１１９】

【発明の効果】以上の本発明によれば、検査対象物であ
るベアチップ実装する半導体素子等を、その半導体素子
を介して接合部にＸ線を照射し、その半導体素子を介し
て接合部からの蛍光Ｘ線を検出することにより、接合部
の接合状態を検査できるように構成したＸ線検査装置を
実現したものであり、極めて簡便な構成により、ベアチ
ップ実装された基板の材質や、両面実装の有無といった
実装状態等に影響されずに、接合部の検査が正確にでき
るものである。

【０１２０】また、接合部が、金属バンプ部と接着剤部
とから構成される等の、相対的にＸ線を吸収しやすい部
分としにくい部分の組合せからなり、相対的にＸ線の吸
収をしにくい部分の形状が、接合部の品質に主として影
響を与える場合であっても、この部分を相対的にＸ線の
吸収をしやすい部分の陰にすることのない構成とするこ
とにより、接合部の検査が正確にできるものである。

【０１２１】また、接合部が、複数設けられている場合
であっても、代表的な検査部位を予め決定しておき、そ
れを順次、各接合部にわたって検査する構成とすること
により、極めて現実的な接合部の検査ができるものであ
る。

【０１２２】また、入射側光学系と出射側光学系との相
対位置関係を変化させて、ベアチップ実装の接合部の検
出領域の形状を変化させ、Ｘ線検査が求められる領域に
自由度高く適合できるものである。

【０１２３】また、反射Ｘ線にあわせて、透過Ｘ線をも
利用し、ラミノグラフィ画像をも得ることにより、より
多角的な情報を得て、精度の高いベアチップ実装の接合
部の検査ができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１におけるＸ線検査装置の
構成図

【図２】同ベアチップ実装された接合部の構成図

【図３】同接合部とＸ線との位置関係を示した説明図

【図４】同複数の接合部とＸ線との位置関係を示した説
明図

【図５】同複数の接合部とＸ線との位置関係を示した説
明図

【図６】同Ｘ線の吸収係数を示した図

【図７】本発明の実施の形態２におけるＸ線検査装置の
構成図

【図８】同Ｘ線の位置関係を示した図

【図９】同Ｘ線の位置関係を示した図

【図１０】本発明の実施の形態３におけるＸ線検査装置
の構成図

【図１１】同Ｘ線の透過状態を示した図

【図１２】従来の透過Ｘ線画像を得る装置の構成図

【図１３】同Ｘ線ラミノグラフィの装置の構成図

【図１４】同蛍光Ｘ線分析のための装置の構成図

【図１５】同蛍光Ｘ線分析のための装置の説明図

【符号の説明】

１半導体素子２接合部３基板４Ｘ線光源５Ｘ線光学系６Ｘ線光学系７Ｘ線検出器８チップ位置検出器９３軸回転ステージ１０３軸並進ステージ１１移動テーブル３１Ｘ線検出器１０１半導体素子１０２接合部１０３基板１０４Ｘ線光源１０５Ｘ線検出器１０６回転Ｘ線光源１０７回転型Ｘ線検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の部材と第２の部材との間に位置
し、Ｘ線に対して吸収が相対的に大きい高吸収部とＸ線
に対して吸収が相対的に低い低吸収部とを有する検査対
象物からの反射Ｘ線を用いて前記検査対象物を検査する
Ｘ線検査装置であって、Ｘ線を出射するＸ線光源と、前
記Ｘ線光源から出射したＸ線が入射する第１のＸ線光学
系と、前記検査対象物からの反射Ｘ線が入射する第２の
Ｘ線光学系と、前記第２のＸ線光学系から出射したＸ線
を受光するＸ線検出器とを備え、前記第１のＸ線光学系
を出射したＸ線は前記第１の部材を透過して前記検査対
象物に入射し、前記検査対象物からの反射Ｘ線は前記第
１の部材を透過して前記第２のＸ線光学系に入射するＸ
線検査装置。
【請求項２】更に、第１の部材、検査対象物及び第２
の部材を載置する並進運動及び／又は回転運動が可能な
ステージを有する請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項３】更に、Ｘ線光源及び第１のＸ線光学系
と、第２のＸ線光学系とＸ線検出器とを相対的に移動可
能なステージを有する請求項１又は２記載のＸ線検査装
置。
【請求項４】更に、検査対象物を透過したＸ線を受光
するＸ線検出器を有する請求項１から３のいずれかに記
載のＸ線検査装置。
【請求項５】第１の部材は、半導体素子であり、第２
の部材は、基板であり、検査対象物は、前記半導体素子
と基板とを接合する接合部である請求項１から４のいず
れかに記載のＸ線検査装置。
【請求項６】第１のＸ線光学系及び／又は第２のＸ線
光学系は、クマコフレンズを含む請求項１から５のいず
れかに記載のＸ線検査装置。
【請求項７】反射Ｘ線は、蛍光Ｘ線である請求項１か
ら６のいずれかに記載のＸ線検査装置。
【請求項８】更に、検査対象物の位置を検出する位置
検出器を有する請求項１から７のいずれかに記載のＸ線
検査装置。
【請求項９】Ｘ線の波長は、１Å以下である請求項１
から８のいずれかに記載のＸ線検査装置。
【請求項１０】第１の部材と第２の部材との間に位置
し、Ｘ線に対して吸収が相対的に大きい高吸収部とＸ線
に対して吸収が相対的に低い低吸収部とを有する検査対
象物からの反射Ｘ線を用いて前記検査対象物を検査する
Ｘ線検査方法であって、前記Ｘ線を前記高吸収部を避け
るようにして前記低吸収部に入射すべく前記Ｘ線の光軸
を設定する行程と、前記反射Ｘ線を前記高吸収部を避け
るように検出すべく前記反射Ｘ線の光軸を設定する行程
とを有するＸ線検査方法。
【請求項１１】更に、高吸収部を避けるように検出す
べく設定した反射Ｘ線の光軸を、低吸収部に沿って回転
させる行程を有する請求項１０記載のＸ線検査方法。
【請求項１２】検査対象物は所定の方向に複数個設け
られ、前記所定の方向に沿って、前記複数の検査対象物
の低吸収部からの反射Ｘ線を検出する行程を有する請求
項１０又は１１記載のＸ線検査方法。
【請求項１３】複数の検査対象物の低吸収部からの反
射Ｘ線は、前記低吸収部の所定方向に沿った側部及び／
又は中心部から検出される請求項１２記載のＸ線検査方
法。
【請求項１４】更に、検査対象物に入射するＸ線の光
軸と、反射Ｘ線の光軸との相対的な位置関係を変化する
行程を有する請求項９から１３のいずれかに記載のＸ線
検査方法。
【請求項１５】検査対象物に入射するＸ線の光軸と、
反射Ｘ線の光軸との相対的な位置関係を変化する行程
は、互いの光軸が交差すべく前記相対的な位置関係を変
化する請求項１４記載のＸ線検査方法。
【請求項１６】検査対象物に入射するＸ線の光軸と、
反射Ｘ線の光軸との相対的な位置関係を変化する行程
は、互いの光軸は交差しないが、互いのビームは一部で
重なり合うように前記相対的な位置関係を変化する請求
項１４記載のＸ線検査方法。
【請求項１７】検査対象物の高吸収部は、低吸収部よ
りもＸ線に対して前側に位置する請求項９から１６のい
ずれかに記載のＸ線検査方法。
【請求項１８】検査対象物に入射するＸ線は、第１の
部材を透過して前記検査対象物に入射し、前記検査対象
物からの反射Ｘ線は、前記第１の部材を透過する請求項
９から１７のいずれかに記載のＸ線検査方法。