KR20180111428A - X-ray testing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
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).
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
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
컨트롤부(50)는 모터 제어부(51),(52),(53),(54), X선관 제어부(55), 변위 측정부(56) 및 이미지 처리부(57)를 포함한다.The
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
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
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
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
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
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
[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
[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
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
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
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
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
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
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
여기에서 피검사물로 반도체 디바이스(70)를 설명한다.Here, the
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
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
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
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
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
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
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
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
도 5는 이미지 처리부(57)의 처리 흐름을 나타낸다.5 shows a processing flow of the
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
다음으로, 단계 S12에서 이미지 처리부(57)는, 검출 픽셀(Pixel)당 피크 에너지를 얻을 수 있다.Next, in step S12, the
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
(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
(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
(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
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
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)
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.
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.
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.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |