KR20180111428A - X-ray testing apparatus - Google Patents

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다카히로 도쿠미야
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Abstract

Provided is an X-ray inspection apparatus capable of performing high-precision inspection on an inspection target object. An X-ray inspection apparatus (1) includes an X-ray detector (15) disposed on a periphery of a position opposite to an X-ray tube (12) while a stage (11) on which a semiconductor device (70) is loaded is interposed between the X-ray detector (15) and the X-ray tube (12), and facing the X-ray tube (12). The X-ray detector (15) is a direct conversion type X-ray detector that outputs a count value obtained by counting X-ray photons of an incident X-ray. An image processing unit (57) reconfigures a transmission image of the semiconductor device (70) photographed by a first X-ray detector (15) and generates a stereoscopic (3D) image. In addition, the image processing unit (57) obtains X-ray energy transmitted through the semiconductor device (70) according to the count value outputted from the X-ray detector (15), and extracts image data of a bump from the 3D image according to the energy. Further, the image processing unit (57) measures a height of the bump, that is, an interval of semiconductor chips according to the extracted image data.

Description

X선 검사 장치{X-RAY TESTING APPARATUS}[0001] X-RAY TESTING APPARATUS [0002]

본 발명은 X선 검사 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an X-ray inspection apparatus.

기존 X선 검사 장치는 다양한 분야에서 이용되고 있다. X선 검사 장치는, 피검사물로서 예를 들면 반도체 디바이스를 검사하기 위해 사용된다. 예를 들어, 여러 반도체 칩을 갖는 반도체 디바이스는 적층된 반도체 칩을 연결하는 관통 전극 (TSV)을 사용하여 적층한 반도체 칩을 연결한다. 관통 전극은 반도체 칩에 포함된 상태로 형성되기 때문에 반도체 칩의 외관에서는 그 상태를 확인할 수 없다. 그래서 X선 검사 장치를 이용하여 반도체 칩을 투과한 X선 흡수량에서 관통 전극의 상태 (예를 들면, 위치)를 검사한다. (예를 들어, 특허 문헌 1 참조).Conventional X-ray inspection devices are used in various fields. The X-ray inspection apparatus is used for inspecting, for example, a semiconductor device as an inspected object. For example, a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips connects a stacked semiconductor chip using a penetrating electrode (TSV) connecting the stacked semiconductor chips. Since the penetrating electrode is formed in a state that it is included in the semiconductor chip, the state of the penetrating electrode can not be confirmed on the appearance of the semiconductor chip. Thus, the state (for example, position) of the penetrating electrode is inspected from the X-ray absorption amount transmitted through the semiconductor chip by using the X-ray inspection apparatus. (See, for example, Patent Document 1).

JPJP 2016-1184452016-118445 AA

그런데, 반도체 디바이스 등의 피검사물을 고화질로 검사하는 것이 요구된다. 예를 들어, 여러 반도체 칩이 적층된 반도체 디바이스에서는 반도체 칩의 간격을 측정하는 것이 요구된다.However, it is required to inspect an object such as a semiconductor device with high image quality. For example, in a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are stacked, it is required to measure the spacing of the semiconductor chips.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 피검사물의 고정밀 검사를 가능하게 하는 X선 검사 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an X-ray inspection apparatus capable of high-precision inspection of an inspected object.

상기 과제를 해결하는 X선 검사 장치는, 피측정물이 적재되는 적재면을 갖는 스테이지와, 상기 피측정물에 X선을 조사하는 X선관과, 상기 피측정물을 투과한 X선을 검출하는 제1 X선 검출기와, 상기 피측정물의 입체 이미지를 생성하고 측정 대상을 측정하는 이미지 처리부를 갖고, 상기 제1 X선 검출기는 입사하는 X선의 X선 광자를 카운트한 카운트 값을 출력하는 직접 변환형 X선 검출기에 해당하고, 상기 스테이지를 사이에 두고 상기 X선관과 대향하는 위치의 주변에 배치되고, 상기 X선을 입사하는 검출면이 상기 X선관으로부터 조사되는 X선의 축선 방향에 대해 경사지게 배치되며, 상기 이미지 처리부는, 상기 제1 X선 검출기에 의해 촬영된 상기 피측정물의 투과 이미지를 재구성 처리하여 상기 입체 이미지를 생성하고, 상기 제1 X선 검출기가 출력하는 카운트 값에 기초하여 상기 피측정물을 투과한 X선의 에너지를 구하고, 상기 에너지에 기초하여 상기 입체 이미지에서 상기 측정 대상 이미지 데이터를 추출하고 추출된 상기 이미지 데이터에 따라 상기 측정 대상을 측정한다.An X-ray inspection apparatus for solving the above-mentioned problems includes a stage having a mounting surface on which a measured object is mounted, an X-ray tube for irradiating X-rays to the measured object, A first X-ray detector, and an image processing unit for generating a three-dimensional image of the object to be measured and measuring an object to be measured, wherein the first X-ray detector is a direct conversion unit for outputting a count value obtained by counting X- Type X-ray detector, and is disposed in the periphery of a position opposite to the X-ray tube with the stage interposed therebetween, and the detection surface on which the X-ray is incident is inclined with respect to the axial direction of the X-ray irradiated from the X- And the image processing unit generates the stereoscopic image by reconstructing the transmission image of the object to be measured, which is taken by the first X-ray detector, Extracting the measurement object image data from the stereoscopic image based on the energy, and measuring the measurement object in accordance with the extracted image data.

상기 X선 검사 장치에 있어서, 상기 제1 X선 검출기는 매트릭스 형태로 배열된 검출 픽셀을 가지며, 상기 이미지 처리부는 상기 검출 화소마다 입사하는 X선의 에너지의 피크값을 구하고, 측정 대상에 따라 설정된 임계값과 상기 피크값을 비교하여 입사된 X선이 투과한 물질을 판별하는 것이 바람직하다.In the X-ray inspection apparatus, the first X-ray detector has detection pixels arranged in a matrix, and the image processing unit obtains a peak value of the energy of the X-ray incident on the detection pixel, Value and the peak value are compared with each other to discriminate the substance transmitted through the incident X-ray.

상기 X선 검사 장치에 있어서, 상기 이미지 처리부는 피크값과 임계값을 기반으로 판별 결과에 따라 상기 입체 이미지 중 측정 대상의 이미지 데이터를 추출하고 추출된 상기 이미지 데이터에 따라 측정 대상을 측정하는 것이 바람직하다.In the X-ray inspection apparatus, it is preferable that the image processing unit extracts image data of a measurement object among the stereoscopic images according to the discrimination result based on the peak value and the threshold value, and measures the measurement object according to the extracted image data Do.

상기 X선 검사 장치에 있어서, 상기 피측정물은 반도체 디바이스로서 적층된 복수의 반도체 칩을 포함하고, 상기 이미지 처리부는 측정 대상으로 상기 반도체 칩 사이의 범프의 이미지 데이터를 추출하여, 상기 범프의 이미지 데이터에 기초해서 상기 반도체 칩의 간격을 측정하는 것이 바람직하다.Wherein the object to be measured includes a plurality of semiconductor chips stacked as a semiconductor device, and the image processing unit extracts image data of bumps between the semiconductor chips as an object to be measured, It is preferable to measure the interval of the semiconductor chips based on the data.

상기 X선 검사 장치는, 상기 스테이지를 사이에 두고 상기 X선관과 대향하는 위치에 배치되고, 상기 X선관으로부터 조사되는 X선의 축선 방향에서 상기 피측정물을 투과한 X선이 입사하는 제2 X선 검출기를 포함하는 것이 바람직하다.Wherein the X-ray inspection apparatus is disposed at a position opposite to the X-ray tube with the stage interposed therebetween, and the X-ray transmitted through the object in the axial direction of the X- Ray detector.

본 발명의 X선 검사 장치에 의하면, 피검사물의 고정밀 검사를 가능하게 한 X선 검사 장치를 제공 할 수 있다.According to the X-ray inspection apparatus of the present invention, it is possible to provide an X-ray inspection apparatus capable of high-precision inspection of an inspected object.

도 1은 X선 검사 장치의 개략 구성도이다.
도 2에서 (a)는 반도체 디바이스의 개략 단면도이고, (b)는 반도체 디바이스의 일부 확대 단면도이다.
도 3은 반도체 디바이스를 투과하는 X선을 나타내는 설명도이다.
도 4는 X선 에너지 스펙트럼을 나타내는 설명도이다.
도 5는 이미지 처리부의 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 6에서 (a)는 포톤 카운팅 방식의 동작을 나타내는 파형도이고, (b)는 적층 방식의 동작을 나타내는 파형도이다.
1 is a schematic configuration diagram of an X-ray inspection apparatus.
2 (a) is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device, and FIG. 2 (b) is a partially enlarged cross-sectional view of a semiconductor device.
3 is an explanatory view showing X-rays transmitted through a semiconductor device.
4 is an explanatory diagram showing an X-ray energy spectrum.
5 is a flowchart showing the processing of the image processing unit.
6 (a) is a waveform diagram showing the operation of the photon counting system, and FIG. 6 (b) is a waveform diagram showing an operation of the stacking system.

다음은 각 실시예들을 설명한다.The following describes each embodiment.

또한, 첨부 도면은 이해를 용이하게 하기 위해 구성 요소를 확대하여 나타내는 경우가 있다. 구성 요소의 치수 비율은 실제의 것과 또는 다른 도면 중의 것과 다를 수 있다. 또한 단면에서는 이해를 쉽게 하기 위해 일부 구성 요소의 해치를 생략하는 경우가 있다.In addition, the accompanying drawings may be enlarged to show components in order to facilitate understanding. The dimensional ratio of the components may be different from that of the actual or other drawings. Also, in some cases, hatching of some components is omitted in order to facilitate understanding.

도 1은 X선 검사 장치(1)의 개략 구성도이다. 이 도 1에서 XYZ 직교 좌표계를 설정하고 그 좌표계를 사용하여 동작을 설명한다. 도 1은 X 축, Y 축, Z 축의 각 축과 각 축을 중심으로 하는 회전 방향 (축 방향, 원주 방향)을 화살표로 나타낸다. 또한 각 부재에 대해 이동 가능한 방향을 실선으로 나타내고 있다.1 is a schematic configuration diagram of an X-ray inspection apparatus 1. Fig. In Fig. 1, an XYZ orthogonal coordinate system is set and the operation is described using the coordinate system. FIG. 1 shows respective axes of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis and the rotational direction (axial direction, circumferential direction) about each axis with arrows. The movable direction of each member is indicated by a solid line.

X선 검사 장치(1)는, 조사박스(10) 및 컨트롤부(50)를 갖고 있다.The X-ray inspection apparatus 1 has a radiation box 10 and a control section 50.

조사박스(10)는 스테이지(11)와, X선관(12)과, 변위계(13)와 X선 검출기(14),(15)와 회전 무대(16)와 지지 암(17)과 차폐 유닛(20)을 포함한다.The irradiation box 10 includes a stage 11, an X-ray tube 12, a displacement meter 13 and X-ray detectors 14 and 15, a rotating stage 16, a support arm 17, 20).

컨트롤부(50)는 모터 제어부(51),(52),(53),(54), X선관 제어부(55), 변위 측정부(56) 및 이미지 처리부(57)를 포함한다.The control unit 50 includes motor control units 51, 52, 53 and 54, an X-ray tube control unit 55, a displacement measurement unit 56 and an image processing unit 57.

스테이지(11)는 피검사물로 반도체 디바이스(70)가 적재되는 적재면(11a)이 있고, 수평(X축 방향 및 Y축 방향)으로는 이동 자재인 XY 스테이지가 있다. 스테이지(11)는 액추에이터로서 모터를 포함한 스테이지 이동 기구(미도시)가 있고, 그 스테이지 이동 기구에 의해 적재면(11a)과 평행한 수평 방향으로 이동한다. 컨트롤부(50)의 모터 제어부(51)는 스테이지(11)의 모터를 제어한다. 따라서 X선 검사 장치(1)는 적재면(11a)에 적재된 반도체 디바이스(70)를 소정의 검사 대상 위치로 지도한다.The stage 11 has a mounting surface 11a on which a semiconductor device 70 is mounted as an inspected object and has an XY stage as a moving material in a horizontal direction (X axis direction and Y axis direction). The stage 11 has a stage moving mechanism (not shown) including a motor as an actuator, and moves in a horizontal direction parallel to the mounting surface 11a by the stage moving mechanism. The motor control unit 51 of the control unit 50 controls the motor of the stage 11. Therefore, the X-ray inspection apparatus 1 guides the semiconductor device 70 mounted on the mounting surface 11a to a predetermined inspection target position.

반도체 디바이스(70)는, 예를 들면, 적층된 복수의 반도체 칩을 포함하는 반도체 디바이스이다. 반도체 칩은, 예를 들어 솔더 범프에 의해 전기적으로 연결된다. 또한, 반도체 칩은, 관통 전극(TSV)을 포함하고, 관통 전극에 의해 연결된다. X선 검사 장치(1)는 이러한 반도체 디바이스(70)에서 관통 전극과 솔더 범프의 상태 등을 검사하기 위해 사용된다.The semiconductor device 70 is, for example, a semiconductor device including a plurality of stacked semiconductor chips. The semiconductor chip is electrically connected by, for example, a solder bump. Further, the semiconductor chip includes a penetrating electrode (TSV) and is connected by a penetrating electrode. The X-ray inspection apparatus 1 is used for inspecting the state of the penetrating electrode and the solder bump in the semiconductor device 70.

스테이지(11)의 재료로는 X선에 대해 투과성을 갖고 있는 것을 사용할 수 있다. 또한, 스테이지(11)는 상술한 수평 방향(X축 방향 및 Y축 방향)과 다른 Z축 방향(적재면(11a) 대한 수직 방향, 상하 방향)으로 이동 가능하여도 좋다. 또한 스테이지(11)는 Z축 회전 (원주 방향)으로 회전 가능하여도 좋다.As the material of the stage 11, a material having transparency to X-rays can be used. The stage 11 may be movable in the Z-axis direction (the vertical direction to the mounting surface 11a, the vertical direction) different from the above-described horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction). The stage 11 may be rotatable in the Z-axis direction (circumferential direction).

X선관(12)은 스테이지(11)의 상방에 배치되어 있다. X선관(12)은 반도체 디바이스(70)에 X선을 조사한다. X선관(12)으로만 특별히 한정되는 것은 아니므로, X선 검사에서 종래부터 사용되고 있는 것을 사용할 수 있다. 컨트롤부(50)의 X선 관 제어부(55)는 X선관(12)의 X선의 발생 및 정지를 제어한다.The X-ray tube 12 is disposed above the stage 11. The X-ray tube 12 irradiates the semiconductor device 70 with X-rays. Since it is not particularly limited to the X-ray tube 12, those conventionally used in X-ray inspection can be used. The X-ray tube control unit 55 of the control unit 50 controls generation and stop of X-rays of the X-ray tube 12.

X선관(12)은 이동기구(18)에 연결되어 있다. 이동기구(18)는 액추에이터로 모터를 포함한다. X선관(12)은 이동기구(18)에 의해 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다. 모터 제어부(53)는 이동기구(18)의 모터를 제어한다. 이 모터 제어부(53)와 이동기구에 의해, X선관(12)의 Z축 방향의 위치가 변경된다.The X-ray tube 12 is connected to the moving mechanism 18. The moving mechanism 18 includes a motor as an actuator. The X-ray tube 12 is movably supported by the moving mechanism 18 in the Z-axis direction. The motor control unit 53 controls the motor of the moving mechanism 18. [ The position of the X-ray tube 12 in the Z-axis direction is changed by the motor control unit 53 and the moving mechanism.

변위계(13)는 반도체 디바이스(70)의 표면까지의 거리를 측정하기 위해 사용된다. 변위계(13)는, 예를 들어 반도체 디바이스(70)까지의 거리를 비접촉으로 측정하는 레이저 변위계를 사용할 수 있다. 컨트롤부(50)의 변위 측정부(56)는 변위계(13)에 의해 반도체 디바이스(70)의 표면까지의 거리를 측정한다. 이 변위계 (13)에 의한 측정 결과에 따라 모터 제어부(53)는 X선관(12)과 차폐 유닛(20)과의 거리를 지정 거리로 한다. X선관(12)의 X축 방향의 위치는 배율에 따라 변경된다. 배율은 X선 초점(발생 개소)에서 X선 검출기(14,15)까지의 거리를 초점에서 반도체 디바이스(70)까지의 거리로 나눈 값으로 표시된다.The displacement gauge 13 is used to measure the distance to the surface of the semiconductor device 70. The displacement gauge 13 can use, for example, a laser displacement gauge that measures the distance to the semiconductor device 70 in a noncontact manner. The displacement measuring section 56 of the control section 50 measures the distance to the surface of the semiconductor device 70 by the displacement gauge 13. The motor control unit 53 sets the distance between the X-ray tube 12 and the shielding unit 20 to a designated distance according to the measurement result by the displacement meter 13. The position of the X-ray tube 12 in the X-axis direction is changed according to the magnification. The magnification is expressed by a value obtained by dividing the distance from the X-ray focus (generated portion) to the X-ray detector 14 or 15 by the distance from the focal point to the semiconductor device 70.

[제1 X선 검출기][First X-ray detector]

X선 검출기(14)는 스테이지(11)를 끼고 X선관(12)과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 예를 들어, X선 검출기(14)는 스테이지(11)의 바로 아래에 위치하는 회전 스테이지(16)면에 배치되어 있다. 이 X선 검출기(14)는 그 검출면 (14a)이 X선관(12)으로부터 조사되는 X선의 축 방향(Z축 방향)에 수직이 되도록 배치되어 있다.The X-ray detector 14 is disposed at a position facing the X-ray tube 12 with the stage 11 interposed therebetween. For example, the X-ray detector 14 is disposed on the surface of the rotary stage 16 located immediately below the stage 11. [ The X-ray detector 14 is disposed such that its detection surface 14a is perpendicular to the axial direction (Z-axis direction) of the X-ray irradiated from the X-ray tube 12. [

[제2 X선 검출기][Second X-ray detector]

X선 검출기(15)는 스테이지(11)를 끼고 X선관(12)과 대향하는 위치의 주변에 배치되어 있다. 예를 들어, X선 검출기(15)는 회전 스테이지(16)에 제1 단부(기단)가 고정된 지지 암(17)의 제2 단부(선단)에 부착되어 있다. 또한 X선 검출기(15)는 그 검출면(15a)이 X선관(12)으로부터 출사되는 X선의 축선 방향(Z축 방향)에 대하여 경사지도록 배치되어 있다. 상술하면, X선 검출기(15)는, 반도체 디바이스(70)를 비스듬히 통과한 X선을 검출면에 수직으로 입사하도록 배치되어 있다.The X-ray detector 15 is arranged around the position where the X-ray detector 15 faces the X-ray tube 12 with the stage 11 interposed therebetween. For example, the X-ray detector 15 is attached to the second end (distal end) of the support arm 17 to which the first end (base end) is fixed to the rotation stage 16. The X-ray detector 15 is arranged such that the detection surface 15a thereof is inclined with respect to the axial direction (Z-axis direction) of the X-ray emitted from the X-ray tube 12. [ In detail, the X-ray detector 15 is arranged so that X-rays passing obliquely through the semiconductor device 70 are incident on the detection surface perpendicularly.

회전 스테이지(16)는 Z축 회전(원주 방향)에 회전 가능한 θ스테이지에 해당한다. 회전 스테이지(16)는 액추에이터로 모터를 포함하는 회전기구(미도시)를 가지고 있다. 컨트롤부(50)의 모터 제어부(54)는 회전기구의 모터를 제어하여 X선 검출기(14,15)를 원주 방향으로 회전시킨다.The rotation stage 16 corresponds to a &thetas; stage that is rotatable in the Z-axis rotation (circumferential direction). The rotating stage 16 has a rotating mechanism (not shown) including a motor as an actuator. The motor control unit 54 of the control unit 50 controls the motor of the rotation mechanism to rotate the X-ray detectors 14 and 15 in the circumferential direction.

X선 검출기(14, 15)는, 예를 들어 평판형 검출기(FPD : Flat Panel Detector)에 있다. 이 검출기로는, 예를 들어 직접 변환형 검출기를 사용할 수 있다. 직접 변환형 검출기는 X선을 변환막에서 전하로 변환하여 X선을 검출한다. 상술하면, X선 검출기(14, 15)는 광자 카운팅(Photon Counting) 방식의 직접 변환형 X선 검출기(광자 계수 검출기 (Photon-Counting Detector : PCD) 호칭될 수 있다)이다. 상기 X선 검출기(14, 15)는 X선을 전하로 변환하는 변환막과 전하를 광자수로 출력하는 처리부를 포함한다. 변환막으로서, 예를 들어 비정질 셀레늄(α-Se) 등의 반도체 막을 사용할 수 있다. 처리부는 화소마다 수집된 전하를 전압 신호로 변환하고, 변환된 전압 신호가 소정의 임계값 전압보다 큰 경우에 1개의 광자를 검출한 것을 나타내는 검출 신호를 생성하고, 검출 신호에 따라 광자수를 화소마다 카운트하고 그 카운트한 값(광자수)을 출력한다.The X-ray detectors 14 and 15 are, for example, flat panel detectors (FPDs). As this detector, for example, a direct conversion type detector can be used. The direct conversion detector detects X-rays by converting X-rays into charges in the conversion film. In detail, the X-ray detectors 14 and 15 are direct conversion type X-ray detectors (called Photon Counting Detectors (PCD)) of the photon counting method. The X-ray detectors (14, 15) include a conversion film for converting X-rays into electric charges and a processing unit for outputting electric charges as photon numbers. As the conversion film, for example, a semiconductor film such as amorphous selenium (? -Se) can be used. The processing section converts the charge collected for each pixel into a voltage signal, generates a detection signal indicating that one photon has been detected when the converted voltage signal is greater than a predetermined threshold voltage, And outputs the count value (the number of photons).

또한, 상기 X선 검사 장치(1)는 차폐 유닛(20)을 갖고 있다. 차폐 유닛(20)은 스테이지(11)와 X선관(12) 사이에 배치되어 있다. 차폐 유닛(20)은 필터(21)와 차폐판(22)을 포함한다.The X-ray inspection apparatus 1 has a shielding unit 20. The shielding unit 20 is disposed between the stage 11 and the X-ray tube 12. The shielding unit 20 includes a filter 21 and a shielding plate 22.

필터(21)는 X선에 포함된 소정의 파장을 흡수(절단)하는 것이다. X선은 연속적인 파장 영역을 포함한다. 긴 파장의 X선은 반도체 디바이스(70)의 특성 저하를 초래한다. 예를 들어, 반도체 메모리와 같은 반도체 디바이스는 X선이 조사되면 X선이 투과되어 반도체 실리콘이 전하를 띠는 경우가 있다. 이와 같이 대전된 전하가 반도체 메모리의 내부에 형성된 트랜지스터의 온/오프 특성에 악영향을 준다. 따라서 본 실시예에 따른 X선 검사 장치(1)는, 필터(21)에 의해 반도체 디바이스(70)에 영향을 미칠 파장 영역의 X선을 흡수하여 반도체 디바이스(70)의 특성 열화를 억제하고 X선 검사를 할 수 있다.The filter 21 absorbs (cuts) a predetermined wavelength included in the X-ray. X-rays include continuous wavelength regions. The long wavelength X-rays cause the characteristic degradation of the semiconductor device 70. For example, in a semiconductor device such as a semiconductor memory, when X-rays are irradiated, X-rays are transmitted, and semiconductor silicon is charged. The charge thus adversely affects on / off characteristics of the transistor formed in the semiconductor memory. Therefore, the X-ray inspection apparatus 1 according to the present embodiment absorbs X-rays in the wavelength range to be influenced by the filter 21 by the filter 21 to suppress deterioration of the characteristics of the semiconductor device 70, Line inspection can be done.

또한, 필터는 여러 개의 필터 플레이트를 포함하는 것으로 할 수 있다. 서로 다른 파장의 X선을 흡수하는 필터판을 준비하고 선택한 하나 이상의 필터 플레이트에 X선을 투과시키는 것으로, 반도체 디바이스(70)에 조사하는 X선의 파장 영역을 변경할 수 있다.Further, the filter may include a plurality of filter plates. The wavelength region of the X-rays irradiating the semiconductor device 70 can be changed by preparing a filter plate for absorbing X-rays of different wavelengths and transmitting the X-rays to the selected one or more filter plates.

차폐판(22)은 대략 직사각형 평판 형상으로 형성되어 있다. 차폐판(22)의 재료로는 X선이 통과하기 어려운 금속 재료, 예를 들면, 납(Pb)등을 이용할 수 있다. 차폐판(22)은 복수의 개구부들을 가지고 있다. 개구부는 원하는 위치에 설치된 X선을 통과시킨다. 이 개구부를 통과한 X선은 반도체 디바이스(70)에 조사된다. X선은 반도체 디바이스(70)를 투과하여 X선 검출기(14, 15)에 입사한다. 모터 제어부 (52)는 차폐판(22)의 개구부를 통과한 X선이 X선 검출기(14,15)에 입사하도록 차폐판(22)의 위치를 제어한다.The shielding plate 22 is formed in a substantially rectangular flat plate shape. As the material of the shielding plate 22, a metal material, for example, lead (Pb) or the like, in which X rays hardly pass through can be used. The shield plate 22 has a plurality of openings. The opening passes the X-rays installed at the desired position. The X-ray having passed through the opening is irradiated to the semiconductor device 70. The X-rays are transmitted through the semiconductor device 70 and enter the X-ray detectors 14 and 15. The motor control unit 52 controls the position of the shielding plate 22 so that the X-ray passing through the opening of the shielding plate 22 is incident on the X-ray detectors 14 and 15.

여기에서 피검사물로 반도체 디바이스(70)를 설명한다.Here, the semiconductor device 70 will be described as an inspected object.

도 2(a)는 반도체 디바이스의 일례를 나타낸다. 반도체 디바이스(70)는 기판(71), 복수(예를 들면 3개)의 반도체 칩(81,82,83)을 가지고 있다. 반도체 칩 (81, 82, 83)이 순서로 기판(71)에 적층되어 있다. 반도체 칩(81 내지 83)과 기판 (71)은, 예를 들어 범프에 의해 서로 연결되어 있다. 반도체 칩(81 내지 83)은 각각 칩을 관통하는 관통 전극(81a 내지 83a)을 가지고 있다. 관통 전극(81a)은 반도체 칩 (81)의 상면에 형성된 회로 소자(트랜지스터, 배선 등)와 기판(71)의 배선을 전기적으로 연결한다. 마찬가지로, 관통 전극(82a, 83a)은 반도체 칩(82,83)의 상면에 형성된 회로 소자와 반도체 칩(81, 82)을 전기적으로 연결한다.2 (a) shows an example of a semiconductor device. The semiconductor device 70 has a substrate 71 and a plurality of (for example, three) semiconductor chips 81, 82, and 83. Semiconductor chips 81, 82, and 83 are stacked on a substrate 71 in this order. The semiconductor chips 81 to 83 and the substrate 71 are connected to each other by, for example, bumps. The semiconductor chips 81 to 83 each have through electrodes 81a to 83a penetrating the chip. The penetrating electrode 81a electrically connects the circuit element (transistor, wiring, etc.) formed on the upper surface of the semiconductor chip 81 to the wiring of the substrate 71. [ Similarly, the penetrating electrodes 82a and 83a electrically connect the circuit elements formed on the upper surfaces of the semiconductor chips 82 and 83 to the semiconductor chips 81 and 82, respectively.

도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 반도체 칩(81)의 상면(81b)에는 패드(81c)가 형성되고, 패드(81c)는 관통 전극(81a)에 연결되어 있다. 또한, 반도체 칩(82)의 하면(82b)에는 패드(82c)가 형성되고, 패드(82c)는 관통 전극(82a)에 연결되어 있다. 관통 전극(81a, 82a)은, 예를 들면 구리로 형성되어 있다. 패드(81c, 82c)는, 예를 들면 구리(Cu)로 형성되어 있다. 반도체 칩(81)의 패드(81c)와 반도체 칩(82)의 패드(82c)는 범프(72)에 의해 서로 연결되어 있다. 범프(72)는, 예를 들어 솔더 범프이다.2B, a pad 81c is formed on the upper surface 81b of the semiconductor chip 81, and the pad 81c is connected to the penetrating electrode 81a. A pad 82c is formed on the lower surface 82b of the semiconductor chip 82 and a pad 82c is connected to the penetrating electrode 82a. The penetrating electrodes 81a and 82a are formed of, for example, copper. The pads 81c and 82c are formed of, for example, copper (Cu). The pads 81c of the semiconductor chip 81 and the pads 82c of the semiconductor chip 82 are connected to each other by the bumps 72. [ The bumps 72 are, for example, solder bumps.

이러한 반도체 디바이스(70)에서 적층된 반도체 칩(81 내지 83)의 적층 방향의 간격(갭)으로, 패드들(81c, 82c)사이의 거리, 즉 범프(72)의 두께를 측정하는 것이 요구된다. 적층된 반도체 칩(81~83)간격을 비파괴로 측정하기 위하여 X선 검사 장치(1)가 사용된다.It is required to measure the distance between the pads 81c and 82c, that is, the thickness of the bumps 72, with a gap (gap) in the stacking direction of the semiconductor chips 81 to 83 stacked in the semiconductor device 70 . An X-ray inspection apparatus 1 is used to nondestructively measure the spacing of the stacked semiconductor chips 81 to 83.

도 3은 상기 반도체 디바이스(70)의 관통 전극(81a,82a)과 패드(81c,82c)와 범프(72)를 나타낸다. 이러한 부재에 대해 도 1과 X선 검사 장치(1)는 X선관(12)으로부터 출사되는 X선의 축 방향(Z축 방향)에 대하여 소정의 각도(예를 들어 60도)에서 각 부재로 조사된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 관통 전극(81a, 82a), 패드(81c,82c), 범프(72)에 X선의 축 방향(Z축 방향, 도 3에서 상하 방향)에 대하여 소정의 각도(예를 들면 60 도)에서 비스듬히 X선이 조사된다.3 shows the penetrating electrodes 81a and 82a, the pads 81c and 82c and the bumps 72 of the semiconductor device 70. FIG. 1 and the X-ray inspection apparatus 1 are irradiated to each member at a predetermined angle (for example, 60 degrees) with respect to the axial direction (Z-axis direction) of the X-ray emitted from the X-ray tube 12 . That is, as shown in Fig. 3, the penetrating electrodes 81a and 82a, the pads 81c and 82c, and the bumps 72 are fixed to the bumps 72 at a predetermined angle (in the Z-axis direction, (For example, 60 degrees), the X-ray is irradiated at an angle.

도 3과 같이 X선(R1)은 패드(82c)를 투과한다. X선(R2)은 패드(82c), 범프(72) 및 패드(81c)를 투과한다. X선(R3)은 패드(81c)를 투과한다. 이와 같이 물체를 투과한 X선(R1, R2, R3)은 대상물의 에너지 흡수 특성에 따른 에너지 스펙트럼이 된다.As shown in Fig. 3, the X-ray R1 passes through the pad 82c. The X-ray R2 passes through the pad 82c, the bump 72 and the pad 81c. The X-ray R3 passes through the pad 81c. The X-rays R1, R2, and R3 transmitted through the object are energy spectra corresponding to the energy absorption characteristics of the object.

도 4는 X선 에너지 스펙트럼(C1, C2, C3)을 나타낸다. 도 4에서 가로축은 X선의 에너지, 세로축은 X선 광자수(상대수)이다. 또한, 도 4에서는 각 스펙트럼의 극대치를 '1'로 환산하여 상대적으로 나타내고 있다.Fig. 4 shows X-ray energy spectra (C1, C2, C3). In Fig. 4, the abscissa is the energy of the X-ray, and the ordinate is the number of the X-ray photons (relative number). In FIG. 4, the maximum value of each spectrum is converted into '1' and relatively expressed.

점선으로 표시된 스펙트럼 C1은 물체를 투과하지 않는 X선 에너지 스펙트럼을 나타낸다. 실선으로 나타내는 스펙트럼 C2는 도 3에서 패드(81c, 82c) 및 범프(72)를 투과한 X선(R2)의 에너지 스펙트럼을 나타내고, 일점 쇄선으로 나타낸 스펙트럼(C3)은 도 3에서 패드(81c, 82c)를 투과한 X선(R3, R1)의 에너지 스펙트럼을 나타낸다.Spectrum C1, shown in dashed lines, represents an X-ray energy spectrum that does not pass through the object. The spectrum C2 indicated by the solid line represents the energy spectrum of the X rays R2 transmitted through the pads 81c and 82c and the bumps 72 in Fig. 3 and the spectrum C3 indicated by the dashed line represents the energy spectra of the pads 81c, And the X-rays R3 and R1 transmitted through the X-rays 82a and 82c.

이와 같이, 투과한 물질에 따라 X선 에너지 스펙트럼이 다르다. 따라서, 에너지 스펙트럼에 의해 검사 대상(예를 들어 도 3의 범프(72))을 투과한 X선에 의한 데이터 (이미지 데이터)를 추출할 수 있게 된다.Thus, the X-ray energy spectrum differs depending on the transmitted substance. Therefore, it becomes possible to extract data (image data) by X-rays transmitted through the inspection object (for example, the bumps 72 in Fig. 3) by the energy spectrum.

도 1에 표시된 이미지 처리(57)는 에너지 스펙트럼에 따라 검사 대상(예를 들어 도 3의 범프(72))을 투과한 X선에 의한 데이터 (이미지 데이터)를 추출한다.The image processing 57 shown in Fig. 1 extracts data (image data) by X-rays transmitted through the inspection object (for example, the bumps 72 in Fig. 3) according to the energy spectrum.

도 5는 이미지 처리부(57)의 처리 흐름을 나타낸다.5 shows a processing flow of the image processing unit 57. Fig.

먼저, 단계 S11에서 이미지 처리부(57)는, 도 2(a)에 나타낸 반도체 디바이스(70)를 투과한 X선 투과 사진을 촬영한다. 이미지 처리부(57)는, 도 1과 X선 검출기(15)를 이용한 사시 촬영에 의해 반도체 디바이스(70)의 투과 이미지를 얻는다.First, in step S11, the image processing section 57 photographs an X-ray transmission image transmitted through the semiconductor device 70 shown in Fig. 2 (a). The image processing unit 57 obtains the transmitted image of the semiconductor device 70 by taking a photograph of the strays using the X-ray detector 15 and Fig.

다음으로, 단계 S12에서 이미지 처리부(57)는, 검출 픽셀(Pixel)당 피크 에너지를 얻을 수 있다.Next, in step S12, the image processing section 57 can obtain the peak energy per detection pixel (Pixel).

단계 S13에서 이미지 처리부(57)는, 피크 에너지(Peek Energy)를 임계값과 비교한다. 임계값은 검사 대상(예를 들어 도 3에 도시된 범프(72))에 따라 설정된다. 피크 에너지와 임계값을 비교하여 원하는 물질(검사 대상)을 투과한 X선을 결정한다. 그리고, 단계 S14에서 이미지 처리부(57)는, 임계값에 의한 판별 결과를 저장한다.In step S13, the image processing unit 57 compares the peak energy Peek Energy with a threshold value. The threshold value is set according to the object to be inspected (for example, the bump 72 shown in Fig. 3). The peak energy is compared with a threshold value to determine X-rays transmitted through a desired substance (object to be inspected). In step S14, the image processing unit 57 stores the determination result based on the threshold value.

다음으로, 단계 S15에서 이미지 처리부(57)는, 상기 사시 촬영으로 얻어진 복수의 투과 이미지를 바탕으로 재구성 연산 처리(예를 들면, 푸리에 변환법(FTM), 필터보정 역투영법(FBP))를 실시하여 반도체 디바이스(70)의 입체(3D)이미지를 얻는다.Next, in step S15, the image processing unit 57 performs reconstruction calculation processing (e.g., Fourier transform method (FTM) and filter correction back projection method (FBP)) on the basis of the plurality of transmission images obtained by the strabismus photographing A 3D image of the semiconductor device 70 is obtained.

단계 S16에서, 이미지 처리부(57)는 상기 판별 결과에 따라 입체 이미지에서 갭(Gap) 측정의 대상이 되는 데이터를 추출한다. 본 실시예에 있어서, 이미지 처리부 (57)는 갭을 측정하는 반도체 칩 사이의 범프를 측정 대상으로 그 데이터를 추출한다. 그리고, 단계 S17에서 이미지 처리부(57)는 추출한 데이터를 기반으로 간격 측정을 실시한다. 이미지 처리부(57)는 추출한 범프의 데이터를 기준으로 그 범프의 두께, 즉 반도체 칩의 간격을 측정한다.In step S16, the image processing unit 57 extracts data to be subjected to gap measurement in the three-dimensional image according to the determination result. In the present embodiment, the image processing unit 57 extracts the data from the bumps between the semiconductor chips for measuring the gap as a measurement object. In step S17, the image processing unit 57 performs the interval measurement based on the extracted data. The image processing unit 57 measures the thickness of the bump, that is, the interval of the semiconductor chips, based on the data of the extracted bumps.

(작용)(Action)

상기 X선 검사 장치(1)의 작용을 설명한다.The operation of the X-ray inspection apparatus 1 will be described.

(X선 검사)(X-ray inspection)

X선 검사 장치(1)는 X선 검출기(14)를 이용하여 반도체 디바이스(70)의 수직(2D) 이미지를 얻고, 반도체 디바이스(70)를 검사한다. 또한 X선 검사 장치(1)는 X선 검출기(15)를 이용하여 반도체 디바이스(70)의 입체(3D) 이미지를 얻고, 반도체 디바이스(70)를 검사한다.The X-ray inspection apparatus 1 obtains a vertical (2D) image of the semiconductor device 70 using the X-ray detector 14 and inspects the semiconductor device 70. The X-ray inspection apparatus 1 also obtains a stereoscopic (3D) image of the semiconductor device 70 using the X-ray detector 15 and inspects the semiconductor device 70.

컨트롤부(50)의 이미지 처리부(57)는 X선 검출기(14)에 의해 반도체 디바이스(70)의 수직(2D) 이미지를 얻는다. 상술하면, 컨트롤부(50)의 X선관 제어부(55)는 X선관(12)을 제어하여 X선을 발생시킨다. 모터 제어부(51)는 스테이지(11)를 적재면(11a)의 측면으로 이동시켜 반도체 디바이스(70)의 검사 부분에 X선을 수직으로 조사한다. 그리고 이미지 처리(57)는 X선 검출기(14)에 의해 검출 결과를 이미지 처리하여 반도체 디바이스(70)의 수직(2D) 이미지를 얻는다. 이 수직(2D) 이미지를 통해 반도체 디바이스(70)의 검사를 할 수 있다.The image processing section 57 of the control section 50 obtains the vertical (2D) image of the semiconductor device 70 by the X-ray detector 14. [ Specifically, the X-ray tube control unit 55 of the control unit 50 controls the X-ray tube 12 to generate X-rays. The motor control unit 51 moves the stage 11 to the side surface of the mounting surface 11a and vertically irradiates the inspection portion of the semiconductor device 70 with X-rays. The image processing 57 then images the detection results by the X-ray detector 14 to obtain a vertical (2D) image of the semiconductor device 70. The semiconductor device 70 can be inspected through this vertical (2D) image.

또한 이미지 처리부(57)는 X선 검출기(15)에 의해 반도체 디바이스(70)의 입체(3D) 이미지를 얻는다. 상술하면, 모터 제어부(54)는 X선 검출기(14)를 원주 방향으로 회전시킨다. 모터 제어부(51, 52)는 X선 검출기(14)의 회전에 동기하여 X선관(12)으로부터 출사되는 X선이 반도체 디바이스(70)검사 부분을 투과하도록 차폐판 (22), 스테이지(11) 위치를 제어한다. 이미지 처리부(57)는 X선 검출기(14)에 의해 여러 방향에서 반도체 디바이스(70)를 촬영한 여러 장의 사진을 얻는다. 그리고 이미지 처리부(57)는 여러 이미지에 따라 재구성 연산 처리를 행하고 반도체 디바이스(70)의 입체(3D) 이미지를 생성한다. 이 입체(3D) 이미지에 의해 반도체 디바이스(70)의 검사(CT 검사)를 할 수 있다.Further, the image processing unit 57 obtains a stereoscopic (3D) image of the semiconductor device 70 by the X-ray detector 15. In detail, the motor control unit 54 rotates the X-ray detector 14 in the circumferential direction. The motor control units 51 and 52 are provided on the shielding plate 22 and the stage 11 so that the X-ray emitted from the X-ray tube 12 is transmitted through the inspection portion of the semiconductor device 70 in synchronization with the rotation of the X- Control the position. The image processor 57 obtains a plurality of photographs of the semiconductor device 70 taken by the X-ray detector 14 in various directions. Then, the image processing unit 57 performs a reconstruction calculation process according to various images and generates a stereoscopic (3D) image of the semiconductor device 70. The semiconductor device 70 can be inspected (CT inspection) by this three-dimensional (3D) image.

본 실시예에 따른 X선 검출기(14,15)는 직접 변환형 검출기이다. 또한, X선 검출기로서 간접 변환형의 검출기가 있다. 직접 변환형 검출기는 간접 변환형 X선 검출기에 비해 해상도가 높다. 따라서, 직접 변환형의 X선 검출기(14,15)를 이용함으로써 높은 정밀도로 반도체 디바이스(70)를 측정할 수 있다.The X-ray detectors 14 and 15 according to the present embodiment are direct conversion type detectors. In addition, there is an indirect conversion type detector as the X-ray detector. Direct conversion detector has higher resolution than indirect conversion type X-ray detector. Therefore, by using the direct conversion X-ray detectors 14 and 15, the semiconductor device 70 can be measured with high accuracy.

또한, 본 실시예에 따른 X선 검출기(14, 15)는 포톤 카운팅 방식의 X선 검출기이다. 이 X선 검출기(14,15)는 노이즈의 영향을 받기 어렵다.The X-ray detectors 14 and 15 according to the present embodiment are photon counting type X-ray detectors. The X-ray detectors 14 and 15 are hardly affected by noise.

도 6(b)은 비교예의 파형을 나타낸다. 비교예는 예를 들어, 간접 변환형 X선 검출기에서 적분 방식에 의한 출력 신호를 나타낸다. 간접 변환형 X선 검출기는 X선을 신틸레이터(Scintillator)에서 다른 파장의 빛으로 변환하고 그 빛을 어레이 형태의 포토 다이오드에서 전하로 변환한다. 적분 방식의 X선 검출기는 주로 변환된 전하를 커패시터에 축적하고 그 커패시터의 축적 전하를 출력 신호로 출력한다. 이 경우, 커패시터는 노이즈를 축적하기 위해 입사한 X선에 의한 출력 신호(점선으로 표시)에 비해 높은 출력 신호(실선으로 표시)를 출력한다. 따라서 X선 검출량에 오차(노이즈에 의한 오차)를 포함한다.6 (b) shows the waveform of the comparative example. The comparative example shows, for example, an output signal by the integral method in the indirect conversion type X-ray detector. An indirectly converted X-ray detector converts X-rays from a scintillator to light of a different wavelength and converts the light into charges in an array-type photodiode. The integral type X-ray detector mainly stores the converted charge in a capacitor and outputs the accumulated charge of the capacitor as an output signal. In this case, the capacitor outputs a high output signal (indicated by a solid line) in comparison with an output signal (represented by a dotted line) of X-rays incident to accumulate noise. Therefore, the X-ray detection amount includes an error (error due to noise).

또한 전하를 축적하는 방식으로는 X선의 투과하는 물질의 재료와 두께에 따라 X선 검출기에 발생하는 전하가 다르고, 아티팩트(artifact)라고 하는 존재하지 않은 영상이 발생해 버린다. 따라서 아티팩트의 영향으로 측정 대상의 경계가 흐려지고 높은 측정 정밀도를 얻을 수 없는 경우가 있다.Also, in the method of accumulating electric charge, the charge generated in the X-ray detector differs depending on the material and thickness of the substance to be transmitted through the X-ray, and an image called an artifact is generated. Therefore, the boundary of the measurement object may be blurred due to the influence of the artifact, and high measurement accuracy may not be obtained.

도 6의 (a)는 시간 경과에 따른 출력 신호의 변화를 나타낸다. X선 검출기 (14, 15)는 입사된 X선을 전하로 변환하는 변환막과 전하를 광자수로 출력하는 처리부를 포함한다. 출력 신호는 변환된 전하를 수집한 전압 신호를 나타낸다. 이 전압 신호의 레벨은 입사하는 X선의 에너지에 대응한다. 또한 전압 신호는 노이즈를 포함한다. 처리부는 점선으로 표시된 임계값을 초과하는 출력 신호(전압 신호)를 에너지별로 식별 및 계산한다. 임계값을 적절히 설정함으로써 카운트 값에 대한 노이즈의 영향을 억제할 수 있다. 또한 출력 신호(전압 신호)의 강도와 카운트를 연결하여 X선 에너지를 얻을 수 있다. 따라서 포톤 카운팅 방식의 X선 검출기(14,15)를 이용하여 노이즈에 의한 오차를 포함하지 않는, 즉 입사하는 X선 에너지량을 높은 정밀도로 검출 할 수 있다.6 (a) shows the change of the output signal with time. The X-ray detectors (14, 15) include a conversion film for converting incident X-rays into electric charges and a processing unit for outputting electric charges as photon numbers. The output signal represents the voltage signal from which the converted charge is collected. The level of this voltage signal corresponds to the energy of the incident X-rays. The voltage signal also includes noise. The processing section identifies and calculates an output signal (voltage signal) exceeding a threshold value indicated by a dotted line by energy. By appropriately setting the threshold value, the influence of the noise on the count value can be suppressed. The X-ray energy can also be obtained by connecting the intensity of the output signal (voltage signal) and the count. Therefore, by using the photon counting type X-ray detectors 14 and 15, it is possible to detect an amount of incident X-ray energy that does not include an error due to noise, that is, the incident X-ray energy can be detected with high accuracy.

이상 기술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.

(1) X선 검사 장치(1)는, 반도체 디바이스(70)를 적재하는 스테이지(11)를 끼고 X선관(12)과 대향하는 위치의 주변에 X선관(12)을 향해 배치된 X선 검출기 (15)를 가지고 있다. X선 검출기(15)는 입사하는 X선의 X선 광자를 카운트한 카운트 값을 출력하는 직접 변환형의 X선 검출기이다. 이미지 처리부(57)는 제1 X선 검출기(15)에 의해 촬영된 반도체 디바이스(70)의 투과 이미지를 재구성 처리해서 입체(3D) 이미지를 생성한다. 또한 이미지 처리부(57)는 X선 검출기 (15)가 출력하는 카운트 값에 따라 반도체 디바이스(70)를 투과한 X선 에너지를 구하고, 에너지에 따라 입체(3D) 이미지에서 밤(72)의 이미지 데이터를 추출한다. 그리고 이미지 처리부(57)는 추출된 이미지 데이터를 기반으로 범프(72)의 높이, 즉 반도체 칩의 간격을 측정한다.(1) The X-ray inspection apparatus 1 includes an X-ray detector 12 disposed on the periphery of a position opposite to the X-ray tube 12 with the stage 11 on which the semiconductor device 70 is mounted, (15). The X-ray detector 15 is a direct conversion type X-ray detector that outputs a count value obtained by counting X-ray photons of an incident X-ray. The image processing unit 57 reconstructs the transmission image of the semiconductor device 70 photographed by the first X-ray detector 15 to generate a stereoscopic (3D) image. The image processing unit 57 obtains the X-ray energy transmitted through the semiconductor device 70 according to the count value output from the X-ray detector 15 and calculates the X-ray energy of the night image 72 in the three- . The image processor 57 measures the height of the bumps 72, that is, the spacing of the semiconductor chips, based on the extracted image data.

직접 변환형의 검출기는 간접 변환형의 X선 검출기에 비해 높은 해상도를 갖는다. 따라서, 직접 변환형의 X선 검출기(15)를 이용함으로써 높은 정밀도로 반도체 디바이스(70)를 측정 할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 X선 검출기(15)는 포톤 카운팅 방식의 X선 검출기이다. 이 X선 검출기(15)는 노이즈의 영향을 받지 않기 때문에 높은 정밀도로 반도체 디바이스(70)를 측정 할 수 있다.The direct conversion type detector has higher resolution than the indirect conversion type X-ray detector. Therefore, by using the direct conversion type X-ray detector 15, the semiconductor device 70 can be measured with high accuracy. The X-ray detector 15 according to the present embodiment is a photon counting type X-ray detector. Since the X-ray detector 15 is not affected by noise, the semiconductor device 70 can be measured with high accuracy.

(2) 반도체 디바이스(70)를 투과한 X선은 그 투과한 물질의 에너지 흡수 특성에 따른 에너지 스펙트럼을 가진다. 따라서, 에너지 스펙트럼에 따라 X선이 투과한 물질을 판별할 수 있다. 이 때문에 측정 대상 물질을 투과한 X선을 판별하고, 그 판별 결과에 따라 입체 이미지에서 측정 대상의 이미지 데이터를 쉽게 추출할 수 있다. 그리고 추출된 측정 대상의 이미지 데이터보다 측정 대상을 쉽게 측정할 수 있다.(2) The X-ray transmitted through the semiconductor device 70 has an energy spectrum according to the energy absorption characteristics of the transmitted substance. Therefore, it is possible to discriminate the substance transmitted through the X-ray according to the energy spectrum. Therefore, the X-ray transmitted through the measurement target substance is discriminated, and the image data of the measurement object can be easily extracted from the three-dimensional image according to the discrimination result. The measurement object can be measured more easily than the image data of the extracted measurement object.

(3) 차폐 유닛(20)은 필터(21)를 포함한다. 필터(21)에 의해 반도체 디바이스(70)에 조사하는 X선의 파장 영역을 설정한 것보다, 반도체 디바이스(70)의 특성 열화를 억제할 수 있다.(3) The shielding unit 20 includes a filter 21. Deterioration of the characteristics of the semiconductor device 70 can be suppressed more than setting the wavelength region of the X-rays irradiated to the semiconductor device 70 by the filter 21. [

(4) X선 검사 장치(1)는, 반도체 디바이스(70)를 적재하는 스테이지(11)를 끼고 X선관(12)과 대향하는 위치에 배치된 X선 검출기(14)를 포함한다. X선 검출기(15)에 의해 반도체 디바이스(70)의 입체(3D) 이미지를 얻을 수 있다. 또한 X선 검출기(14)에 의해 반도체 디바이스(70)의 수직(2D) 이미지가 얻어진다. 따라서, 본실시 형태의 X선 검사 장치(1)는 하나의 장비에서 수직 이미지와 입체 이미지를 얻을 수 있기 때문에 작업 효율 및 작업 시간의 단축을 도모하는 것이 가능하다.(4) The X-ray inspection apparatus 1 includes an X-ray detector 14 disposed at a position facing the X-ray tube 12 with the stage 11 on which the semiconductor device 70 is mounted. A stereoscopic (3D) image of the semiconductor device 70 can be obtained by the X-ray detector 15. A vertical (2D) image of the semiconductor device 70 is also obtained by the X-ray detector 14. Therefore, the X-ray inspection apparatus 1 of the present embodiment can obtain a vertical image and a three-dimensional image in one equipment, and thus it is possible to reduce the working efficiency and the working time.

또한, 상기 각 실시 형태는 다음의 방식으로 실시하고 있다.The above-described embodiments are carried out in the following manner.

상기 실시 형태에서는 반도체 디바이스(70)를 피검사물이라 했지만, 투과한 X선에서 에너지 스펙트럼이 다른 물질을 포함한 피검사물, 예를 들면 실리콘 기판 등으로 형성된 중간 기판(인터포저)및 반도체 디바이스가 구현되는 기판 등을 검사하는 X선 검사 장치로도 좋다.Although the semiconductor device 70 is referred to as an inspected object in the above embodiments, an intermediate substrate (interposer) formed of an inspected object including a substance having a different energy spectrum from the transmitted X-rays, such as a silicon substrate, and a semiconductor device are implemented Or an X-ray inspection apparatus for inspecting a substrate or the like.

1... X선 검사 장치, 11 ... 스테이지, 12 ... X선관, 14,15 ... X선 검출기, 57 ... 이미지 처리부, 70 ... 피검사물로서의 반도체 디바이스.1 ... X-ray inspection apparatus, 11 ... stage, 12 ... X-ray tube, 14,15 ... X-ray detector, 57 ... image processing unit, 70 ... semiconductor device as an inspected object.

Claims (5)

피측정물이 적재되는 적재면을 갖는 스테이지;
상기 피측정물에 X선을 조사하는 X선관;
상기 피측정물을 투과한 X선을 검출하는 제1 X선 검출기; 및
상기 피측정물의 입체 이미지를 생성하고 측정 대상을 측정하는 이미지 처리부를 가지며,
상기 제1 X선 검출기는 입사하는 X선의 X선 광자를 카운트한 카운트 값을 출력하는 직접 변환형 X선 검출기에 해당하고, 상기 스테이지를 사이에 두고 상기 X선관과 대향하는 위치의 주변에 배치되고, 상기 X선을 입사하는 검출면이 상기 X선관으로부터 조사되는 X선의 축선 방향에 대해 경사지게 배치되며,
상기 이미지 처리부는, 상기 제1 X선 검출기에 의해 촬영된 상기 피측정물의 투과 이미지를 재구성 처리하여 상기 입체 이미지를 생성하고, 상기 제1 X선 검출기가 출력하는 카운트 값에 기초하여 상기 피측정물을 투과한 X선의 에너지를 구하고, 상기 에너지에 기초하여 상기 입체 이미지에서 상기 측정 대상의 이미지 데이터를 추출하고 추출된 상기 이미지 데이터에 따라 상기 측정 대상을 측정하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
A stage having a loading surface on which a measured object is loaded;
An X-ray tube for irradiating the object to be measured with X-rays;
A first X-ray detector for detecting X-rays transmitted through the object to be measured; And
And an image processing unit for generating a three-dimensional image of the object to be measured and measuring an object to be measured,
The first X-ray detector corresponds to a direct conversion type X-ray detector that outputs a count value obtained by counting X-ray photons of an incident X-ray, and is arranged around the position opposite to the X-ray tube with the stage interposed therebetween , The detection surface on which the X-ray is incident is arranged so as to be inclined with respect to the axial direction of the X-ray irradiated from the X-ray tube,
Wherein the image processing unit generates the stereoscopic image by reconstructing a transmission image of the object to be measured taken by the first X-ray detector, and based on the count value output from the first X-ray detector, Ray image of the object to be measured is extracted from the stereoscopic image based on the energy, and the object to be measured is measured according to the extracted image data.
제1항에 있어서, 상기 제1 X선 검출기는 매트릭스 형태로 배열된 검출 픽셀을 가지고,
상기 이미지 처리부는 상기 검출 화소마다 입사하는 X선의 에너지의 피크값을 구하고, 측정 대상에 따라 설정된 임계값과 상기 피크값을 비교하여 입사된 X선이 투과한 물질을 판별하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
The apparatus according to claim 1, wherein the first X-ray detector has detection pixels arranged in a matrix form,
Wherein the image processing unit obtains a peak value of energy of an X-ray incident on each of the detection pixels, compares the peak value with a threshold value set according to an object to be measured, and discriminates a substance transmitted through the incident X- Inspection device.
제2항에 있어서, 상기 이미지 처리부는 피크값과 임계값을 기반으로 판별 결과에 따라 상기 입체 이미지 중 측정 대상의 이미지 데이터를 추출하고, 추출된 상기 이미지 데이터에 따라 측정 대상을 측정하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.The image processing apparatus according to claim 2, wherein the image processing unit extracts image data of a measurement object from the stereoscopic images according to a determination result based on a peak value and a threshold value, and measures an object to be measured according to the extracted image data X-ray inspection apparatus. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 피측정물은 반도체 디바이스로서 적층된 복수의 반도체 칩을 포함하고,
상기 이미지 처리부는 측정 대상으로 상기 반도체 칩 사이의 범프의 이미지 데이터를 추출하여, 상기 범프의 이미지 데이터에 기초하여 상기 반도체 칩의 간격을 측정하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.
4. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the measured object comprises a plurality of semiconductor chips stacked as semiconductor devices,
Wherein the image processing unit extracts image data of bumps between the semiconductor chips as an object of measurement and measures the interval of the semiconductor chips based on the image data of the bumps.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 스테이지를 사이에 두고 상기 X선관과 대향하는 위치에 배치되고, 상기 X선관으로부터 조사되는 X선의 축선 방향에서 상기 피측정물을 투과한 X선이 입사되는 제2 X선 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X선 검사 장치.5. The X-ray CT scanner according to any one of claims 1 to 4, further comprising: an X-ray detector which is disposed at a position opposite to the X-ray tube with the stage interposed therebetween, And a second X-ray detector to which X-rays are incident.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021002492A1 (en) * 2019-07-01 2021-01-07 (주)자비스 Contactless x-ray inspection device and item inspection method therefor
KR102489548B1 (en) 2022-05-11 2023-01-18 김영봉 Defect Inspection Method of Semiconductor Device using X-ray

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006177760A (en) * 2004-12-22 2006-07-06 Nagoya Electric Works Co Ltd X-ray inspection device, x-ray inspection method, and x-ray inspection program
WO2015111728A1 (en) * 2014-01-23 2015-07-30 株式会社ジョブ X-ray inspection apparatus and x-ray inspection method
WO2016021030A1 (en) * 2014-08-07 2016-02-11 株式会社ニコン X-ray apparatus and structure production method
JP2016118445A (en) 2014-12-19 2016-06-30 株式会社日立ハイテクノロジーズ X-ray inspection method and apparatus
JP2016534374A (en) * 2013-10-23 2016-11-04 ナノヴィジョン・テクノロジー・(ベイジン)・カンパニー・リミテッド Radiation imaging system, method and device based on photon counting

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5246187B2 (en) * 2010-03-15 2013-07-24 オムロン株式会社 X-ray inspection apparatus, X-ray inspection method and program

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006177760A (en) * 2004-12-22 2006-07-06 Nagoya Electric Works Co Ltd X-ray inspection device, x-ray inspection method, and x-ray inspection program
JP2016534374A (en) * 2013-10-23 2016-11-04 ナノヴィジョン・テクノロジー・(ベイジン)・カンパニー・リミテッド Radiation imaging system, method and device based on photon counting
WO2015111728A1 (en) * 2014-01-23 2015-07-30 株式会社ジョブ X-ray inspection apparatus and x-ray inspection method
WO2016021030A1 (en) * 2014-08-07 2016-02-11 株式会社ニコン X-ray apparatus and structure production method
JP2016118445A (en) 2014-12-19 2016-06-30 株式会社日立ハイテクノロジーズ X-ray inspection method and apparatus

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021002492A1 (en) * 2019-07-01 2021-01-07 (주)자비스 Contactless x-ray inspection device and item inspection method therefor
KR102489548B1 (en) 2022-05-11 2023-01-18 김영봉 Defect Inspection Method of Semiconductor Device using X-ray

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