KR20180008577A - 결함 판정 방법, 및 x선 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, X선의 조사 각도의 변화에 상관없이, 균일한 판정 기준에 의거하여, 결함을 검출하는 X선 검사 장치의 제공을 목적으로 한다. 이 목적을 달성하기위한 일 태양으로서, 이하에 X선원으로부터 방출되고, 시료를 투과한 투과 X선을 검출하는 검출 소자와, 당해 검출 소자의 출력 신호에 의거하여 프로파일을 형성하고, 당해 프로파일을 사용하여 시료에 포함되는 결함을 검출하는 연산 장치를 구비 한 X선 검사 장치로서, 연산 장치는 투과 X선의 시야 위치(11a, 11b, 11c)에 따른 역치 설정에 의거하여, 상기 결함을 검출하는 X선 검사 장치를 제안한다.

Description

결함 판정 방법, 및 X선 검사 장치

본 발명은, 결함 판정 방법, 및 X선 검사 장치에 관한 것이고, 특히, 시료를 투과한 X선의 검출에 의거하여, 결함 판정을 행하는 결함 판정 방법, 및 X선 검사 장치에 관한 것이다.

시료 상에 형성된 솔더 범프 내의 보이드를 검사하는 X선 검사 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1에는 솔더 범프에 X선을 조사해서, 보이드를 검출하는 X선 검사 장치가 설명되어 있다. 특허문헌 1에는, 범프에 대한 X선 조사에 의해 얻어지는 프로파일로부터, 보이드 후보를 추출하고, 소정의 기준에 합치하는지의 여부의 판정에 의거하여, 후보 중에서 보이드를 추출하는 방법이 설명되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 관통 전극이 형성된 웨이퍼에 대해 경사시킨 방향에서 X선을 조사해서, 보이드를 검출하는 기술이 기재되어 있다.

일본국 특허 제4039565호 일본국 특개2013-130392호 공보

반도체의 미세화·고집적화가 진행되고, 최근, 다층 적층 기술의 진화도 현저하다. 이미 반도체칩의 실장(實裝)에 사용되고 있는 솔더 범프도 그 사이즈나 피치가 축소되고 있고, 직경 수십㎛ 내지 수㎛의 것도 개발되고 있다. 또한, 고속 전송과 고밀도 실장을 양립시키는 기술로서 Si 기판을 관통시켜 도통시키는 TSV(Through Si Via) 기술이 차세대의 반도체 적층 기술로서 기대되고 있다.

이러한 3차원 적층에서는, 솔더나 동, 알루미늄과 같은 금속 재료를 사용해서 접합시키지만, 형성 시에 충전 부족이나 에어 보이드 혼입 등이 생겨, 도통 불량 등의 결함으로 될 경우가 있다. 또한 제조 시의 전기적인 시험에서는 문제가 없어도, 제품으로서 사용하고 있는 중에, 열이나 진동 등에 의해 상기 결함으로 인해 단선에 이르는 경우도 상정된다.

한편, 작금의 반도체의 가일층의 미세화에 수반해서, 프로파일로부터 보이드를 추출하는 것이 보다 곤란해질 것이 예상된다. 또한, 발명자들에 의해, 동일한 범프여도, 시료 위치에 따라서는, 범프를 나타내는 프로파일 형상이 서로 다름이 밝혀졌다. 발명자들의 가일층 예의 검토의 결과, 이러한 프로파일 형상의 상위는, X선의 조사 각도의 변화에 의해 초래됨이 밝혀졌다. 특허문헌 1, 2에서는, 이러한 X선의 조사 각도의 변화에 수반하는 프로파일 형상의 변화에 대한 배려가 되어 있지 않다.

이하에, X선의 조사 각도의 변화에 상관없이, 균일한 판정 기준에 의거하여, 결함을 검출하는 것을 목적으로 하는 결함 판정 방법, 및 X선 검사 장치를 제안한다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 이하에 X선원으로부터 방출되고, 시료를 투과한 투과 X선을 검출하는 검출 소자와, 당해 검출 소자의 출력 신호에 의거하여 프로파일을 형성하고, 당해 프로파일을 사용해서 시료에 포함되는 결함을 검출하는 연산 장치를 구비한 X선 검사 장치로서, 연산 장치는 상기 투과 X선의 시야 위치에 따른 역치 설정에 의거하여, 상기 결함을 검출하는 X선 검사 장치를 제안한다.

상기 구성에 따르면, X선의 조사 각도에 상관없이, 균일한 판정 기준에 의거하여, 결함을 검출하는 것이 가능해진다.

도 1은 X선 검사 장치의 개요를 나타내는 도면.
도 2는 X선 검사 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 기준 샘플의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 X선 검사 장치의 시야 중심에서 기준 샘플에 X선을 조사했을 때 얻어지는 신호 파형을 예시하는 도면.
도 5는 X선 검사 장치의 시야 중심 이외에서 기준 샘플에 X선을 조사했을 때 얻어지는 신호 파형을 예시하는 도면.
도 6은 검사 대상 샘플의 평면도.
도 7은 검사 대상 샘플의 단면도.
도 8은 검사 대상 샘플 상의 범프 위치와, 검출 소자 상의 검출 위치의 위치 관계를 나타내는 도면.
도 9는 X선 검사 장치의 시야 중심 부근에 보이드를 포함한 솔더 범프가 위치할 때 얻어지는 프로파일의 일례를 나타내는 도면.
도 10은 X선 검사 장치의 시야 중심 이외에 보이드를 포함한 솔더 범프가 위치할 때 얻어지는 프로파일의 일례를 나타내는 도면.
도 11은 결함 검사 공정을 나타내는 플로우 차트.
도 12는 보이드를 포함하는 범프의 프로파일을 나타내는 도면.
도 13은 보이드를 포함하는 범프의 프로파일로부터 보이드를 나타내는 피크 파형을 추출한 예를 나타내는 도면.
도 14는 경사 방향(경사각(φ))에서 검사 대상물에 X선을 조사했을 때의 X선 검사 장치를 나타내는 도면.
도 15는 X선의 조사 위치와 검출기의 검출 위치의 위치 관계를 나타내는 도면.
도 16은 기준 샘플을 사용해서 평가용 데이터를 수집하는 공정을 나타내는 플로우 차트.
도 17은 미리 기억된 평가용 데이터를 사용해서, 결함 검출을 행하는 공정을 나타내는 플로우 차트.

반도체 제조의 후(後)공정인 솔더 부착 공정에 있어서의 반도체 범프의 검사에 있어서는, 제조 라인의 택트에 맞춘 고속 검사가 요구된다고 예상된다. 넓은 시야에서 한번에 많은 범프나 TSV 등의 검사 대상물을 검출할 수 있으면 효율이 좋다. X선 장치에서는, X선원의 분해능은 X선원의 스폿 직경에 의해 결정된다. X선원 스폿 직경에 대해 미세한 대상물을 검출할 경우, 도 1에 나타내는 바와 같은 확대 광학계로 한다. 도 1에 예시하는 X선 검사 장치에는 X선원(1), 측정 대상(2), 및 X선 검출기(5)가 포함되어 있다. 이 예에서는, 측정 대상(2) 상의 검출 시야는 X선 검출기(5)에서 검출 가능한 영역으로 되고, X선원(1)과 측정 대상(2)의 거리와, X선원(1)과 X선 검출기(5)의 거리의 비로 확대율이 결정된다. 이러한 확대계에서의 검출에서는 시야의 중앙과 주변에서는 X선 조사 각도가 서로 다르게 된다. 조사 각도가 서로 다르면 동일한 대상물이여도 그 투과상은 서로 다르므로, 똑같은 역치에 의한 판정 기준을 적용했을 경우, 시야 내의 검출 위치에 따라 결함 검출 감도에 차가 생겨 버린다.

이하에, 검사 대상물에 대해, 연직 상방 혹은 경사시킨 각도에서 X선을 조사하고, 검사 대상물의 투과상을 X선 검출기에서 검출하는 기구를 구비한 X선 검사 장치에 대해 설명한다. X선 검사 장치에서는, 미리 검사 대상물의 두께와 보이드 결함을 모델화한 기준 샘플을 사용해서, 방사 각도가 서로 다른 검출 시야 내의 복수 개소에서, 기준 샘플의 투과상 검출을 행한다. 시야 내 위치(X선 조사 각도)마다 기준 샘플 투과상으로부터 검사 대상물에 의해 생기는 휘도 감쇠량, 보이드 결함에 의해 생기는 휘도 변위를 기록해 두고, 각 시야 내 위치(X선 조사 각도)에 따른 평가용 데이터를 생성해 둔다. 또는 기준 샘플 및 기준 샘플 투과상을 계산에 의해 구해 둔다.

실제의 검사를 행할 경우에는, 검출 위치로부터 시야 내에서의 X선 방사 각도를 결정하고, 그에 대응한 기준 샘플 투과상에서의 휘도 감쇠량, 보이드 결함에 의한 휘도 변위를 검사 대상물의 휘도 변위 개소와 비교해서, 결함(보이드) 검출을 행한다. 기준 샘플은 검사 대상물의 양품, 불량품 샘플로부터 결정해도 된다.

상술한 바와 같은 구성에 따르면, 검출 시야 내에서의 X선 조사 각도의 차이에 의한 검출 감도의 상위를 억제할 수 있어, 균일한 결함 검출 감도에 의한 검사가 가능해진다.

실시예 1

도 2는 X선 검사 장치(100)의 개요를 나타내는 도면이다. X선 검사 장치(100)는, X선원(1), 측정 대상인 웨이퍼(2)를 유지하고, 이동시키기 위한 병진(竝進) 스테이지(3), 회전 스테이지(4), X선 검출기(5), X선 차폐벽(6), X선원 컨트롤러(101), 스테이지 컨트롤러(102), X선 검출기 컨트롤러(103), 제어부(104), 및 출력부(105)로 구성된다. X선원(1)은 예를 들면, 전자 광학계와 타겟으로 구성된다(도시생략).

전자 광학계는 예를 들면 쇼트키형 전자총이고, 타겟은 텅스텐 박막과 다이아몬드 박막으로 구성되고, 전자총으로부터 방출된 전자빔의 타겟에의 조사에 의거하여 발생하는 X선을 조사하도록 구성되어 있다. 병진 스테이지(3)는 X축, Y축, Z축 방향으로 이동 가능하고, 회전 스테이지(4)는 XY평면 내에서 회전 가능하다(이후, 회전 스테이지의 XY면 내에서의 회전 방향을 θ 방향으로 정의함). 또한, 병진 스테이지(3), 회전 스테이지(4)의 중앙부는 X선의 흡수가 작은 글래스(도시생략)로 구성되어 있다. X선 검출기(5)는 병진 스테이지(3), 회전 스테이지(4)를 사이에 두고, X선원(1)과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 본 실시예의 X선 검출기(5)에는 이미지 인텐시파이어＋CCD 카메라(이차원 촬상 소자)를 사용하고 있다.

X선원(1)으로부터 조사된 X선은 병진 스테이지(3) 상에 배치된 웨이퍼(2)에서 흡수되고, 그 투과 X선은 X선 검출기(5)에서 검출된다. X선 검출기(5)와 X선원(1) 사이의 거리를 고정으로 하면, 웨이퍼(2)와의 상대 거리의 변화에 의해, 배율이나 시야의 크기가 변화되기 때문에, 병진 스테이지(3)의 위치를 조정함에 의해, 이들 배율이나 시야의 크기를 조정한다. X선 검출기(5)는 X선원(1)의 X선 발생 위치를 중심으로 XZ면 내에서 회전 가능(XZ면 내에서의 회전 방향을 φ 방향으로 정의함)하고, 그 회전 각도에 따라 병진 스테이지(3)에서 웨이퍼(2)를 병진 이동시켜, 측정 영역이 벗어나지 않도록 조정한다. 상기 X선원(1), 병진 스테이지(3), 회전 스테이지(4), 및 X선 검출기(5)는 X선 차폐벽(6)의 내부에 배치되어, 외부로 X선이 누설되지 않게 되어 있다. X선원 컨트롤러(101)는 X선원(1)의 각종 파라미터(관전압, 관전류, 전자 광학계에의 인가 자장, 인가 전압, 기압 등)와 X선 발생의 ON/OFF를 컨트롤하고, 스테이지 컨트롤러(102)는 병진 스테이지(3), 회전 스테이지(4)의 이동 좌표를 컨트롤하고, X선 검출기 컨트롤러(103)는 X선 검출기(5)로부터의 데이터의 판독 입력과 촬상 조건(감도, 평균화 매수 등)의 설정을 행한다. X선원 컨트롤러(101), 스테이지 컨트롤러(102), X선 검출기 컨트롤러(103)는 제어부(104)에서 제어된다. GUI를 통해 제어부(104)에 사전에 입력된 검사 조건에 의거하여, 웨이퍼(2)를 이동시키면서, X선 투과상을 촬상하고, 얻어진 투과상에 의거하여 보이드 등의 결함을 판별하고, 검사 결과를 출력부(105)에 표시한다.

제어부(104)에는 도시하지 않은 연산 장치가 내장되어 있어, 후술하는 바와 같이 연산 처리를 실행한다. 이하에 설명하는 실시예에서는, 복수의 시야 내 위치(X선의 조사 각도)에서, 기준 샘플의 X선 검사를 행하고, 각 시야 내 위치에 있어서의 평가용 데이터를 생성하고, 이 각 시야 내 위치의 평가용 데이터를 사용해서, 시야 내 위치에 따른 보이드 검사를 실행하는 예에 대해 설명한다.

도 3에 기준 샘플(300)의 일례를 나타낸다. 도 3은 기준 샘플(300)의 상면도와 측면도를 나타내고 있고, 실제 검사 대상으로 하는 물질과 동일한 재질로 형성되어 있다. 형상은 계단 상의 쐐기형으로, 복수의 두께가 서로 다른 영역으로 이루어지고, 각 영역에는 상정되는 결함 보이드 사이즈의 범위에서, 치수가 서로 다른 구멍을 예를 들면, 3단계의 결함 구멍(301, 302, 303)으로서, 가공해 둔다. 재질은 반드시 검사 대상과 동일하지 않아도 되고, X선에 의한 흡수 계수를 알고 있으면, 실제의 재료에 의한 X선 투과율로 환산 가능하다. 결함 구멍은 의사(疑似) 보이드이고, 예를 들면 기준 샘플 상, 혹은 기준 샘플 내에 반구 형상, 구 형상의 공극이 형성되어 있다. 이러한 기준 샘플(300)을 사용해서, 평가용 데이터를 생성하는 공정을 도 16의 플로우 차트를 사용해서 설명한다.

우선, 기준 샘플(300)을 X선 차폐벽(6) 내부에 배치된 병진 스테이지(3) 상에 탑재하고(스텝 1601), 소정의 조사 각도(시야 내 위치)에 기준 샘플을 이동한다(스텝 1602). 본 예에서는, 우선 시야 중심(X선 조사 영역의 중심)에 기준 샘플(300)을 위치 부여한다. 시야 중심에 위치 부여된 기준 샘플(300)에 대해, X선을 조사함에 의해 X선 투과상을 취득한다(스텝 1603). 도 4의 (a)는 Si 기판 등의 베이스 기판(400)에 기준 샘플(300)을 탑재한 샘플을 X선 검사 장치(100)의 시야 중심 부근에서 촬상한 예를 나타내는 도면이다.

시야 중심에서는 X선 광속(光束)(410)은 상방으로부터 균등하게 샘플을 투과하고, X선 센서(5)에서 검출된다. 도 4의 (b)는 기준 샘플(300)의 단차 부분과 베이스 기판(400)을 투과한 X선 휘도를 각 단차 영역마다 나타낸 것이다. 일반적으로 X선 투과에 의한 휘도 감쇠는, 검출 휘도 I, 광원 휘도 I₀, 시료 두께 t, 흡수 계수 μ로 하면, I＝I₀·exp(-μt)로 표현되므로, 휘도(401)는 단차 영역의 두께에 따른 휘도로 된다. 또한, 기준 샘플 상의 보이드 구멍(301, 302, 303)에 의한 휘도(401)로부터의 휘도 변화(프로파일)를 휘도(402)로서 도 4의 (c)에 나타낸다. 휘도(402)에서는 각 단차 영역에서의 보이드 구멍에 대응한 피크 휘도를 발생시킨다. 피크 휘도는 재료 투과에 의한 감쇠 외에 X선 광학계가 갖는 분해능에도 의존하다. 이렇게 해서 각 두께에서의 휘도(B)와 거기에서의 보이드 구멍(301, 302, 303)에 의한 휘도 변화(S)를 기록해 둔다(스텝 1604). 또한, 결함이라 판단해야 할 피크 높이 정보를 아울러 기억한다. 또한, 기준 샘플에 마련된 보이드 구멍의 치수는 기지(旣知)이기 때문에, 보이드 구멍의 치수 정보도 아울러 기억한다.

또한, 이들 데이터와 관련지어, 데이터를 취득했을 때의 X선 조사 각도(혹은 시야 내 위치 정보)도 평가용 데이터로서 기억한다. X선 조사 각도는, 시료 상의 시야 중심과 X선원을 잇는 직선과, 기준 샘플 위치와 X선원을 잇는 직선의 상대각이고, 이들 정보도 아울러 기억해 둠으로써, 실제 샘플 검사 시에, 평가용 데이터를 판독하게 해 둔다. 또한, 조사 각도가 아닌, 시야 중심과 기준 샘플 위치의 거리(시야 내 위치 정보)에 관련지어 평가 데이터를 기억하게 해도 된다. 시야 중심의 경우는, X선 조사각, 및 시야 중심과 기준 샘플 위치의 거리는 모두 제로가 된다.

다음으로 도 5에 나타내는 바와 같이 기준 샘플(300)과 베이스 기판(400)을 X선 검사 장치(100)의 시야 중심 이외(도 5에서는 시야 주변으로 표기)에서 촬상한다. 도 5의 (a)는 시야 주변에서의 X선 광속(510)의 조사 방향을 나타내고 있고, 이러한 확대 투과계에서는 경사 방향에서 조사된다. 시야 중심 이외에서는, 시야 중심의 X선 광속(410)과는 조사 각도가 다르므로, 샘플을 투과하는 거리도 길어진다. 따라서, 도 5의 (b)의 기준 샘플(300)의 단차 부분과 베이스 기판(400)을 투과한 X선 휘도(501)와, 기준 샘플 상의 보이드 구멍(301, 302, 303)에 의한, 도 5의 (c)의 휘도 변화(502)는 시야 중심과는 다른 것이 된다. 이렇게 해서 시야 중심 및 주변에서의 단차 샘플에 의한 휘도값(B)과 보이드 구멍(301, 302, 303)에 의한 휘도 피크값(S)을 기록해 둔다. 마찬가지인 기록을 시야 내의 임의의 중간 위치에서도 행해도 된다.

또, 상기 기록은 반드시 실제 샘플을 제작, 검출할 필요는 없고, X선 검사 장치(100)의 사양에 따라 계산으로 산출 가능하다.

이상과 같은 시야 중심과 시야 내의 시야 중심 이외의 위치에서의 기준 샘플을 사용한 평가용 데이터의 취득을, 시야 중심 이외의 위치를 포함하는 적어도 1개소에서 행한다. 후술하는 바와 같이, 평가 데이터는 X선의 조사 각도에 따라 변화되는 범프의 신호 파형의 변화를 보정해서, X선의 조사 각도에 상관없이, 균일한 판정 기준에 의거하여, 보이드 검출을 행하는 것이다. 평가용 데이터를 취득하는 각도가 많을 수록, 보정 정밀도의 향상을 기대할 수 있으므로, 필요에 따른 복수의 X선 조사 각도(혹은 시야 내 위치)에서 평가용 데이터를 취득하고, 기억 매체 등에 평가 데이터를 기억시킨다.

또한, 복수의 X선 조사 각도에서 평가 데이터를 취득하는 것은, 상술한 바와 같이 X선의 조사 각도가 서로 다른 시야 내 위치에서는, 균일한 평가 기준에 의거하는 보이드 검출이 가능하지 않음을 이유로 하는 것이지만, 조사 각도뿐만 아니라 조사 방향에 의해서도 범프의 신호 파형이 변화되는 것도 생각할 수 있다. 즉, 동일한 조사 각도여도, 조사 방향이 다르면 그 신호 파형 형상이 서로 다른 경우를 생각할 수 있다. 이러한 경우에는, 복수의 조사 각도와 복수의 조사 방향의 조합마다 평가 데이터를 취득하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면 X선 조사 영역 내의 (x₁, y₁) 내지 (x_m, y_n)의 각 위치에서, 평가용 데이터를 취득하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 상술한 예에서는, 기준 샘플을, 평가용 데이터를 취득해야 할 각 위치로 이동(서로 다른 위치에의 위치 부여)시키는 예에 대해 설명했지만, 베이스 기판(400) 상에 라인 형상, 혹은 매트릭스 형상으로 기준 샘플(300)을 배열하고, 시료의 이동을 행하지 않고, 복수의 각 위치에서 평가용 데이터를 취득하게 해도 된다. 또한, 장치의 확대율(병진 스테이지(3)의 위치) 등에 의해서도, 검출 소자의 각 위치에 있어서의 평가용 데이터는 변화되기 때문에, 장치 조건마다, 상기 평가 데이터를 기억시켜 두는 것이 바람직하다.

다음으로, 상술한 바와 같이 해서 취득한 평가용 데이터를 사용해서, 실제의 검사 대상 시료를 검사하는 검사법, 및 검사를 실행하는 X선 검사 장치를, 도면을 사용해서 설명한다. 도 6은, 반도체 웨이퍼(2) 상의 다이(10) 내에 형성된 반도체 범프(11)의 일례를 나타내는 평면도이다. 도 7은 도 6의 A-A'의 단면도를 나타내고 있다. 웨이퍼(2)에는 복수의 다이(10)가 규칙적으로 형성되어 있고, 다이(10)의 일부에 솔더 범프(11)가 형성되어 있다. 도 7은, 두께 h의 Si 웨이퍼(2) 상에 범프(11)가 형성되어 있는 모습을 단면 방향에서 본 도면이다.

도 8은 Si 웨이퍼(2) 상의 솔더 범프(11a, 11b, 11c)에 X선을 조사하고, 투과 X선을 이차원 센서(X선 검출기(5))에서 검출한 모습을 나타내는 도면이다. 시야 내에는, 반도체 범프(11a, 11b, 11c)가 투영되어 있고, X선 검출기(5) 상의 검출 영역(위치)(12a)에서 반도체 범프(11a)가, 검출 영역(12b)에서 반도체 범프(11b)가 각각 검출된다. 이하, 영역(12b)은 시야 중앙에 위치하고, 영역(12a)은 시야 중심 이외에 위치하는 것으로 해서 설명한다. 도 9는 검출 영역(12a)에서 취득된 휘도 프로파일을 예시하는 것이고, 도 10은 검출 영역(12b)에서 취득된 휘도 프로파일을 예시하는 것이다.

도 9(도 10)에 예시하는 바와 같이, 범프 내에 보이드가 포함되어 있을 경우, 범프(11a(11b))의 형상에 따라 형성되는 휘도 프로파일(30b(31b))에, 보이드를 나타내는 휘도 프로파일(30s(31s))이 중첩된 바와 같은 파형이 검출된다. 이러한 검출 파형에 의거하여, 보이드 내 결함(범프)의 유무를 판정하는 공정을, 도 11~도 13을 사용해서 설명한다.

우선 Step1에서는, 장치의 X선원과 센서의 상대 위치 및 센서 시야 내에서의 검출 위치로부터 X선의 조사 각도를 확정한다. 이에 의해, 도 4 및 도 5에서 나타낸 기준 샘플에서의 검출 결과 중, 가까운 조사 각도의 결과 데이터(평가용 데이터)를 선택하는 것이 가능해진다. 이 때, 기억 매체 등에 미리 기억된 평가 데이터를, 구해진 조사 각도나 시야 내 위치를 사용해서 판독하게 한다.

Step2에서는, 주목한 범프 영역에서의 프로파일로부터 변이 개소를 검출한다. 도 12는 검출한 범프 화상의 프로파일(32b)을 나타내고 있다. 프로파일 중에서 미소 변화 탐색 영역(33)을 축차(逐次) 주사하여 영역 중에서의 프로파일 변화율 혹은 분산값 등으로부터 변이 개소(32s)를 검출한다.

Step3에서는, 변이 개소의 피크 휘도와 주변의 베이스 휘도를 산출한다. 도 13은 특이 개소(32s)만을 추출한 예이고, 피크 휘도(34s) 및 주변의 베이스 휘도(34b)를 산출한다.

Step4에서는, Step1에서 확정한 조사 각도에서의 기준 샘플의 데이터로부터 베이스 휘도(34b)에 가까운 기준 샘플에서의 베이스 휘도를 결정한다.

Step5에서는, 결정한 기준 샘플에서의 베이스 휘도 영역에서의 피크 휘도와 피크 휘도(34s)를 비교하여, 보이드 사이즈를 결정한다. 또한, Step4, Step5에서의 기준 샘플과의 비교에서는, 반드시 휘도가 가까운 기준 샘플을 선택하지 않아도, 휘도가 인접하는 기준 샘플의 휘도 데이터로부터 내삽(內揷)해서 결정해도 된다.

Step6에서는, 피크 휘도(34s)가, 미리 설정한 보이드 사이즈에서의 피크 휘도 역치(34t)보다 높을 경우에, 당해 피크가 보이드(혹은 결함 원인으로 되는 보이드)라고 판정한다.

이렇게 해서, 미리 기준 샘플에서의 범프 및 보이드 검출값을 시야 내에서 기록해 두고, 실제의 검사 대상물과 비교함에 의해, 시야 내의 X선 방사 각도에 상관없이, 안정되게 보이드 결함 판정을 행할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 간단히 하기 위해, 주로 1차원 방향에서의 X선 방사 각도나, 검출 위치, 휘도값 프로파일을 설명했지만, 당연히 X선 검출기(5)에 2차원 검출기를 사용했을 경우는 2차원 방향에서의 처리를 실시하는 것임은 물론이다.

도 17은, 더 구체적인 범프 판정 공정을 나타내는 플로우 차트이다. 우선, 검사 대상으로 되는 범프가 포함되는 반도체 웨이퍼에 X선을 조사함에 의해, X선 투과상을 취득한다(스텝 1701). 다음으로 X선 투과상에 포함되는 범프를 나타내는 프로파일 중에서, 보이드라 생각되는 피크를 갖는 범프를 선택한다(스텝 1702). 보이드 후보는 역치 판정 등에 의해 선택된다. 이러한 범프의 선택에 의거하여, X선 조사 각도(시야 내 위치)를 결정한다(스텝 1703). 범프의 선택에 의거하여, 센서 상의 위치를 특정할 수 있으므로, 특정된 위치 정보에 의거하여, X선 조사 각도를 결정한다.

다음으로 결정된 조사 각도에 관련지어 기억되어 있는 베이스 휘도 참조 데이터(평가용 데이터)를 기억 매체로부터 판독한다(스텝 1704). 기억 매체에는 조사 각도마다, 기준 샘플(300)의 서로 다른 높이 위치에서 얻어진 복수의 베이스 휘도에 관한 참조 데이터(휘도(B)), 서로 다른 베이스 휘도마다 서로 다른 크기의 구멍에 대응하는 피크 휘도의 참조 데이터(휘도 변화(S)), 및 검출된 피크 휘도가 결함으로 되는 보이드인지의 여부를 판정하는 역치 정보가, 조사 각도마다, 혹은 조사 각도마다 등록된 복수의 베이스 휘도 참조 데이터마다 기억되어 있다. 또한, 선택된 범프 위치에 대응하는 조사 각도의 평가용 데이터가 존재하지 않을 경우에는, 가장 근접하는 조사 각도의 베이스 휘도의 참조 데이터를 판독하게 해도 된다. 또한, 근접하는 2 이상의 조사 각도의 베이스 휘도 참조 데이터(기준 휘도 참조 데이터)의 내삽 혹은 외삽(外揷)에 의거하여 생성되는 근사 곡선으로부터, 선택된 범프의 조사 각도에 있어서의 베이스 휘도에 관한 참조 데이터를 구하게 해도 된다.

다음으로, 선택된 범프의 베이스 휘도와, 판독된 서로 다른 높이에 대응하는 복수의 베이스 휘도 데이터의 참조 데이터를 비교하여, 일치 혹은 가장 근사하는 베이스 휘도 참조 데이터를 선택한다(스텝 1705). 선택된 베이스 휘도 참조 데이터에는, 복수의 보이드의 크기에 대응하는 복수의 피크 휘도가 관련지어 기억되어 있으므로, 당해 복수의 피크 휘도 참조 데이터와, 상기 보이드 후보 피크를 비교하여, 일치하는 혹은 가장 근사하는 피크 휘도 참조 데이터를 선택한다(스텝 1706). 이러한 비교에 의해, 보이드 후보의 크기를 특정하는 것이 가능해진다. 또한, 복수의 피크 휘도 참조 데이터를 내삽 혹은 외삽함에 의해 얻어지는 근사 곡선을 사용해서, 보이드 후보 피크의 크기를 정량화하게 해도 된다.

이상과 같이 해서 선택된 피크 휘도 참조 데이터, 혹은 정량화된 보이드 후보 피크와, 베이스 휘도 참조 데이터마다 등록된 역치 정보를 비교하여(스텝 1707), 당해 역치 이상, 혹은 당해 역치를 초과하는 보이드 후보 피크를 결함 보이드로 판정한다(스텝 1708). 역치 이하 혹은 역치를 하회하는 보이드 후보 피크는 결함(혹은 결함 후보)이 아닌 것으로 판정한다(스텝 1709).

이상과 같은 알고리즘을 사용한 판정을 행함에 의해, X선의 조사 각도의 차이에 상관없이, 안정된 판정 기준에 의거하여, 결함 동정(同定)을 행할 수 있다. 또한, 조사 각도마다 복수 등록되어 있는 베이스 휘도 참조 데이터마다, 서로 다른 역치를 등록해 둠에 의해, X선의 시료의 투과 거리에 상관없이, 시야 내에 있어서 균일한 평가 기준에 의거하는 결함 판정을 행할 수 있다. 또한, 도 17에 예시한 알고리즘에 따르면, 보이드 후보 피크와, 복수의 기지의 치수의 보이드에 관한 참조 피크를 비교하고 있기 때문에, 보이드의 크기를 특정하는 것이 가능해지지만, 보이드가 결함인지의 여부를 판정하면 될 뿐이라면, 피크 간의 비교를 행하지 않더라도, 베이스 휘도 참조 데이터마다 등록된 역치를 사용한 결함 판정을 행하는 것만이어도 된다. 또한, 높은 정밀도가 요구되지 않는 것이라면, 조사 각도마다 결함 판정을 행하기 위한 역치를 기억해 두고, 당해 역치와 보이드 후보 피크의 비교를 행하는 것만이어도 된다.

실시예 2

다음으로 검사 대상물(2)을 경사 방향에서 투과하여 검사하는 예를 도 14 및 도 15를 사용해서 설명한다. 도 14는 X선 검사 장치(100)의 병진 스테이지(3) 및 X선 검출기(5)를 이동시켜서, 검사 대상물(2)을 경사 방향에서 경사각(φ)으로 투과해서 검출하는 예이다. 도 15에 X선 검출기(5)에서 검출하는 영역에서의 X선원(1)으로부터의 X선 방사와 검사 대상물(2)의 관계를 나타낸다. 이와 같이 경사 방향 검출에 있어서도 검출 영역 내에서 방사 각도가 서로 다름을 알 수 있다. 이 경우에서도 검출 영역 내의 위치가 서로 다른 장소, 위치(35a, 35b, 35c)에, 검사 대상물(2) 대신에 기준 샘플(300)을 설치해서 검출 영역 내에서의 검출 데이터를 기록해 둔다. 경사각(φ)에서 검사 대상물(2)을 검사할 때는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 기준 샘플과 비교함에 의해, 경사 방향에서의 검사여도 안정되게 보이드 결함 판정을 행할 수 있다.

또, 상기 예에서는, 기준 샘플(300)을 사용했지만, 미리 양품 샘플 및 불량품 샘플을 준비할 수 있는 것이라면, 그들을 사용해서 검출 영역 내에서의 X선 방사 각도에 따른 데이터를 보존해 두고, 검사 대상품과의 비교를 행해서 결함 판정을 해도 된다. 그 경우, 기준으로서 사용하는 양품 샘플이나 불량품 샘플 내의 보이드 형상을 확정하기 위해, CT에 의한 3D 해석을 행한 결과를 이용하면, 치수가 기지인 기준 샘플과 마찬가지로 정밀도가 높은 판정을 행하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명자들에 의해 이루어진 발명을 실시형태에 의거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능한 것은 물론이다.

1…X선원, 2…웨이퍼, 3…병진 스테이지, 4…회전 스테이지, 5…X선 검출기, 6…X선 차폐벽, 10…다이, 11…범프, 11a…시야 주변의 범프, 11b…시야 중앙의 범프, 11c…시야 주변의 범프, 12a…범프(11a) 검출 영역, 12b…범프(11b) 검출 영역, 30b…범프의 휘도 프로파일, 30s…보이드에 의한 휘도 변화, 31b…범프의 휘도 프로파일, 31s…보이드에 의한 휘도 변화, 32b…범프의 휘도 프로파일, 32s…보이드에 의한 휘도 변화, 33…미소 변화 탐색 영역, 34s…피크 휘도, 34b…주변 베이스 휘도, 34t…피크 휘도 역치, 35a…경사 방향 검출 시의 시야 주변 위치, 35b…사방 검출 시의 시야 중앙 위치, 35c…경사 방향 검출 시의 또 다른 시야 주변 위치, 100…X선 검사 장치, 101…X선원 컨트롤러, 102…스테이지 컨트롤러, 103…X선 검출기 컨트롤러, 104…제어부, 105…출력부, 300…기준 샘플, 301…결함 보이드 구멍1, 302…결함 보이드 구멍2, 303…결함 보이드 구멍3, 400…베이스 기판, 401…단차 영역의 두께에 따른 휘도, 402…보이드 구멍에 의한 휘도 변화, 410…X선 광속, 501…단차 영역의 두께에 따른 휘도, 502…보이드 구멍에 의한 휘도 변화, 510…X선 광속

Claims (7)

1. X선원으로부터 방출되고, 시료를 투과한 투과 X선을 검출하는 검출 소자와, 당해 검출 소자의 출력 신호에 의거하여 프로파일을 형성하고, 당해 프로파일을 사용해서 시료에 포함되는 결함을 검출하는 연산 장치를 구비한 X선 검사 장치에 있어서,
   상기 연산 장치는 상기 투과 X선의 시야 위치에 따른 역치 설정에 의거하여, 상기 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연산 장치는, 상기 X선의 조사 각도에 따라, 상기 역치를 설정하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연산 장치는, 상기 역치 이상, 혹은 당해 역치를 초과하는 피크를 갖는부위를 결함으로서 검출하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 투과 X선의 서로 다른 시야 위치마다, 복수의 기준 휘도 참조 데이터를 기억하는 기억 매체를 구비하고, 상기 연산 장치는 복수의 기준 휘도 참조 데이터와, 상기 투과 X선에 의거하여 얻어지는 휘도 데이터의 비교에 의거하여, 상기 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 기억 매체는, 상기 복수의 기준 휘도 참조 데이터마다, 복수의 크기의 보이드에 대응한 복수의 피크 휘도 참조 데이터를 기억하고, 상기 연산 장치는, 상기 투과 X선에 의거하여 얻어지는 피크 휘도와, 상기 복수의 피크 휘도 참조 데이터의 비교에 의거하여, 상기 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 연산 장치는, 상기 복수의 기준 휘도 참조 데이터마다 등록된 역치에 의거하여, 상기 결함을 검출하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
7. X선원으로부터 방출되고, 시료를 투과한 투과 X선의 검출에 의거하여 휘도 프로파일을 형성하고, 당해 휘도 프로파일을 사용해서, 시료에 포함되는 결함을 검출하는 결함 검출 방법에 있어서,
   상기 투과 X선의 시야 위치에 따른 역치를 설정하고, 당해 역치 이상, 혹은 당해 역치를 초과하는 피크를 갖는 부위를 결함으로서 검출하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 방법.

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