WO2019016855A1 - Ｘ線検査装置の検査条件設定方法 - Google Patents

Ｘ線検査装置の検査条件設定方法 Download PDF

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WO2019016855A1
WO2019016855A1 PCT/JP2017/025924 JP2017025924W WO2019016855A1 WO 2019016855 A1 WO2019016855 A1 WO 2019016855A1 JP 2017025924 W JP2017025924 W JP 2017025924W WO 2019016855 A1 WO2019016855 A1 WO 2019016855A1
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ray
inspection
inspection apparatus
standard sample
sample
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PCT/JP2017/025924
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English (en)
French (fr)
Inventor
竜己 服部
秀明 笹澤
安紀 中野
康子 青木
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material

Definitions

  • the present invention relates to an inspection condition setting method for an X-ray inspection apparatus, and to a technology for performing automatic inspection stably and efficiently.
  • X-ray sources are originally characterized by an incompatibility of maximum power and minimum focus size.
  • the micro focus X-ray source which appeared in the 1980's, is used for component level defect inspection and structural analysis because the focus size is small although the output is small.
  • the X-ray sources include a reflective target X-ray source (hereinafter, reflective X-ray source) and a transmissive target X-ray source (hereinafter, transmissive X-ray source).
  • reflective X-ray source hereinafter, reflective X-ray source
  • transmissive X-ray source a transmissive target X-ray source
  • the latter thins the target metal on the inner surface of the X-ray extraction window.
  • the latter can reduce the distance between the X-ray focal spot and the sample, so its maximum magnification can be about 10 times larger than that of the former, which is more advantageous than the former for inspection with high spatial resolution.
  • the latter has a smaller output due to the limitation of the target cooling capacity.
  • the output of the X-ray source is usually expressed by an accelerating voltage and a tube current, but the X-ray extraction angle, the material and thickness of the X-ray extraction window, the material and angle of the target, the degree of damage to the target by electron beam irradiation, etc. It is different.
  • the inventors found two problems in performing automatic inspection with the X-ray inspection apparatus.
  • the first problem is the change in X-ray output with time. Both the X-ray focal spot size and the X-ray intensity, which are performances desired to be kept constant by automatic inspection, change with time. As these two items can not be changed independently, it is not possible to determine the two items independently by adjustment prior to the automatic inspection.
  • the second is the problem of machine differences between X-ray inspection apparatuses for X-ray output. When the X-ray intensity decreases, the S / N ratio of the image decreases, and a minute defect is overlooked to cause a decrease in inspection accuracy and a decrease in stability.
  • the X-ray intensity in the reflective X-ray source can be almost accurately represented by the acceleration voltage and the tube current if the type of the target, the metal type of the target metal, and the angle of the sample are specified.
  • the X-ray intensity in the transmission X-ray source also changes depending on the film thickness of the target metal, there are temporal changes and instrumental differences, and it can not be accurately expressed by the accelerating voltage and the tube current.
  • an object of the present invention is to provide a method of setting inspection conditions of an X-ray inspection apparatus which can obtain stable inspection accuracy regardless of changes with time or machine differences.
  • the inspection condition setting method of the apparatus comprises: storing in a storage device a target value of adjustment of the X-ray source determined based on the X-ray transmission image of the first standard sample; And adjusting the imaging conditions and / or the number of integrations so as to substantially match the target value using an X-ray transmission image of the second standard sample. Includes the contrast value and the noise value of the X-ray transmission image of the second standard sample.
  • an inspection condition setting method for an X-ray inspection apparatus which can obtain stable inspection accuracy regardless of temporal change or machine difference.
  • the figure which shows the whole structure of a X-ray-inspection apparatus The figure which shows a 1st standard sample. Diagram showing the arrangement of TSVs. The figure which shows the luminance profile of the X-ray transmission image of TSV. The figure which shows a mode that the 1st and 2nd standard sample was mounted on the stage. The figure which shows a 2nd standard sample. The figure which shows the test condition recipe memorize
  • the "operating condition" of the X-ray source indicates the condition necessary to determine the focal dimension, and for example, the lens condition (the magnitude of the current for forming the lens, the lens intensity), the acceleration voltage, the aperture The size of the diameter, the condition of the electron source (which electron source is used), etc. are shown. That is, the focal point dimension is determined by adjusting the operating conditions.
  • the focal dimension becomes smaller.
  • a value representing the focal dimension for example, a pair of the contrast value and the L / S line width (described later) parameter in the first embodiment is substituted by the focal dimension number in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing an entire configuration of the X-ray inspection apparatus.
  • the X-ray inspection apparatus 100 includes an X-ray source 101, an X-ray detector 102, a stage 103, a sample 104, a motor 106, a motor 107, an X-ray source controller 108, an image detection device 109, a display unit 111, an operation unit 112, and , X-ray test chart 114.
  • the operation unit 112 includes a storage device 116, an interface 117, a control unit 118, and an image processing unit 119. Further, the operation unit 112 is connected to the motor 106, the motor 107, the X-ray source controller 108, the image detection device 109, and the display unit 111, and the control unit 118 controls each device.
  • the storage device 116 a hard disk drive, a flash memory as a non-volatile memory, or the like can be used.
  • the interface 117 receives an input from the operator.
  • the control unit 118 controls the X-ray source 101 via the X-ray source controller 108 based on the inspection condition recipe (FIG. 7) stored in advance in the storage device 116. Thereby, in the X-ray source 101, the operating conditions are adjusted, and the desired X-ray 105 is output. Further, the control unit 118 writes defect detection conditions (smoothing conditions, defect detection threshold and the like) in the inspection condition recipe, and the image processing unit 119 performs image processing.
  • defect detection conditions smoothing conditions, defect detection threshold and the like
  • control unit 118 displays the defect detection result on the display unit 111 and stores it in the storage device 116. Further, when there are a plurality of inspection positions of the sample described in the inspection condition recipe in advance, the control unit 118 controls the motor 107 to adjust the position of the sample 104 with respect to the X-ray 105, and all the images of the plurality of inspection positions Are photographed automatically, and the defect detection result is stored in the storage device 116.
  • the X-ray 105 emitted from the X-ray source 101 passes through the sample 104 mounted on the stage 103 and is detected by the X-ray detector 102.
  • the X-ray detector 102 for example, a sensor such as II tube (image intensifier), FPD (flat panel detector), TDI (time delay integration type) image sensor can be used. Since the stage 103 is moved by the motor 107 to four axes of the xyz direction and the xy in-plane rotation ⁇ direction, the observation position and observation magnification of the sample 104 can be controlled.
  • the X-ray 105 irradiated from the light source position 113 which is the X-ray focal point, spreads in a cone beam and travels in the direction of the X-ray detector 102 to enable magnified observation of the sample 104 Do.
  • the magnification is determined by the ratio of the distance from the light source position 113 to the X-ray detector 102 and the distance from the light source position 113 to the sample 104.
  • the motor 106 is used to move the position of the X-ray detector 102 in the direction of the arrow 115 by the tilt angle ⁇ .
  • the X-ray 105 is partially attenuated by the sample 104 and then converted into an intensity distribution signal by the X-ray detector 102.
  • the sample mounting portion of the stage 103 is made of a material having a small amount of hollow or X-ray attenuation, and the X-ray attenuation of the sample 104 can be detected effectively.
  • the intensity distribution signal obtained by the X-ray detector 102 is processed by the image detection device 109.
  • the result of the processing is output to the display unit 111 as an X-ray transmission image of the sample 104.
  • the X-ray inspection apparatus 100 performs image processing in the operation unit 112 based on the specification of defect detection in the inspection condition recipe, displays the defect detection result on the display unit 111 and stores it in the storage device 116.
  • the quality of the sample is determined by detecting foreign matter which is different in size and shape as compared with the non-defective image.
  • the input of the non-defective image may be performed by using an image which is known as a non-defective image in advance, using an image of an adjacent die, or processing and creating a detection image.
  • Defect detection requires the determination of the x-ray source focal dimensions to the required defect detection dimensions.
  • noise distributed of luminance
  • the effective spatial resolution decreases. Therefore, in order to perform defect inspection with stable accuracy, it is necessary to adjust inspection conditions such as imaging time.
  • an inspection apparatus capable of inspecting a defect with stable accuracy even in automatic inspection and a control method thereof are realized.
  • a defect inspection of a through silicon via (TSV) will be described as an example, the present embodiment is also applicable to a case where a defect of a fine dimension is automatically inspected.
  • the TSV is a metal electrode for bridging the inside of the semiconductor chip in the three-dimensional longitudinal direction.
  • TSV is a columnar electrode formed on a silicon wafer, and copper is mainly used as a material.
  • the height of the TSV is 50 ⁇ m or more. If a depletion defect (hereinafter referred to as a void) is formed inside the TSV, the void moves, deforms, or collectively grows during use of the chip, resulting in a large void, which causes a break in the electrode.
  • the X-ray inspection apparatus 100 detects the presence or absence, the position, the size, etc. of the internal defect, and outputs the result of the judgment as to whether or not to proceed to the next process, or the necessity of reviewing the process conditions.
  • the first standard sample is a sample in which a defect similar to the defect included in the actual sample to be inspected is present, but since it is a fine defect, mass production of a sample having a defect of the same position and size can not be performed.
  • the second standard sample can be provided in all the apparatuses to be inspected as described later.
  • FIG. 2 is a diagram showing a first standard sample.
  • A in FIG. 2 shows the wafer 201 in the process of forming the TSV which is a first standard sample. The positions of the dies of the wafer 201 are indicated by squares.
  • FIG. 2B is an enlarged view of one die 202 in the wafer 201. As shown in FIG. In the die 202, a TSV formation region 203 (hereinafter, simply referred to as "region 203”) in which an arrangement of TSV in the formation process exists is provided.
  • region 203 TSV formation region 203
  • the wafer 201 is manufactured by the same process as the sample 104 to be inspected. Therefore, in the sample 104, the array of the region 203 and the TSV is formed at the same place as the wafer 201.
  • FIG. 3 shows the arrangement of TSVs.
  • (A) in FIG. 3 shows a cross section of the region 203.
  • TSVs 302a to 302d in the formation process are arranged in the silicon layer 301 as TSVs in the formation process.
  • a thin insulating film 303 is formed between the silicon layer 301 and the TSVs 302a to 302d.
  • TSVs 302a to 302d in the forming process are formed on each die of the wafer 201.
  • the forming process TSV 302 b includes a void 305
  • the forming process TSV 302 c includes a void 306 and a void 307.
  • the sizes of the voids 305 to 307 are previously measured by a computer tomography (CT) apparatus or the like having a spatial resolution higher than that of the X-ray inspection apparatus 100.
  • CT computer tomography
  • the inspection is performed in the same X-ray inspection apparatus 100. It may be measured with a smaller x-ray focal size than when inspecting a target wafer.
  • the void 306 is smaller than the void 305 and the void 307 is smaller than the void 306.
  • the void 307 is a defect of the minimum size desired to be detected as a defect by the X-ray inspection apparatus 100.
  • the motor 106 moves the position of the X-ray detector 102 in the direction of the arrow 115 of FIG. 1 and irradiates the X-ray 105 obliquely as shown by the arrow 304 of (A) in FIG.
  • an image 300 which is an example of an image obtained by observing the TSVs 302a to 302d during the formation process.
  • the TSV 302a in the formation process appears as a shadow 3021a
  • the TSV 302d in the formation process as a shadow 3021d on the image 300.
  • a portion surrounded by a dotted line corresponds to the area 203.
  • an image 3051 is included in the shadow 3021 b and images 3061 and 3071 are included in the shadow 3021 c. That is, the void 305 corresponds to the image 3051, the void 306 to the image 3061, and the void 307 to the image 3071, respectively.
  • the difference in X-ray transmission intensity is generated from the difference in the amount of X-ray absorption between the copper filled in the forming process TSVs 302a to 302d and the voids 305 to 307, and the X-ray image of the voids 305 to 307 is compared with the normal part. Become brighter. Although some defects can be identified even by vertical observation, it is preferable to obliquely irradiate the X-ray 105 for the purpose of detecting finer defects.
  • FIG. 4 is a diagram showing the luminance profile of the shadow of the TSV during the formation process.
  • A in FIG. 4 is a schematic view of the profile between AA 'of the shadow 3021c when the focal dimension of the X-ray inspection apparatus 100 is imaged with a small focal dimension sufficiently large to obtain the image 3071. It is.
  • B in FIG. 4 is a schematic view of a profile between B-B 'of the shadow 3021c' when the focal dimension of the X-ray inspection apparatus 100 is imaged under the limit condition where the image 3071 can be obtained.
  • C in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic view of a profile between CC ′ of the shadow 3021 c ′ ′ when the focal dimension of the X-ray inspection apparatus 100 is imaged at a large focal dimension where the image 3071 can not be obtained. .
  • the sharpness of the X-ray transmission image changes because the focal dimension varies depending on the operating condition of the X-ray source.
  • the image 3061 corresponding to the void 306 and the image 3071 corresponding to the void 307 become brighter than the normal part.
  • the X-ray transmission image luminance profile of the profile detection area 401 between A and A ' is shown on the right side of (A) in FIG. Since the TSV 302 c is a metal, the amount of absorption of X-rays is large, and the luminance is lower than that of the peripheral silicon layer 301. Since the void 307 is a place where there is no metal in the TSV 302c, the luminance is higher on the profile compared to the TSV 302c in the periphery, and appears as an internal defect peak structure 402 showing a luminance change higher and narrower than the periphery.
  • the height 403 of the internal defect peak structure 402 is the difference in luminance with respect to the periphery, and is sufficiently larger than the deviation ⁇ of the signal due to the noise shown by the jagged waveform in the figure.
  • FIG. 4C the image 3071 is almost the same as the normal portion.
  • the right side of FIG. 4C shows the X-ray transmission image luminance profile of the profile detection area 406 between C and C '.
  • the internal defect peak structure 407 corresponding to the void 307 is buried in the signal deviation ⁇ due to the detection noise, and can not be distinguished from the periphery.
  • the image 3061 and the normal part are distinguished although not as clear as in FIG. 4A.
  • the X-ray transmission image luminance profile of the profile detection area 404 between B and B ' is shown on the right side of (B) in FIG.
  • the luminance difference indicated by the internal defect peak structure 405 corresponding to the void 307 with respect to the periphery is smaller than the case shown in FIG. 4A, but exceeds the deviation ⁇ of the signal due to the detection noise.
  • the limit that can be detected by the defect detection function of the X-ray inspection apparatus 100 is the condition that the luminance difference indicated by the internal defect peak structure 405 with respect to the periphery exceeds the deviation ⁇ of the signal due to detection noise.
  • the operating condition of the X-ray source is adjusted so as to obtain the X-ray source focal dimension corresponding to (B) in FIG.
  • FIG. 5 is a view showing how the first and second standard samples are placed on the stage.
  • 5A shows a plan view of the stage 103
  • FIG. 5B shows a side view of the stage 103 (a view of the stage 103 viewed from the direction of the arrow 501 of FIG. 5A).
  • hollows 502 and 503 are provided in the sample setting unit of the stage 103.
  • a wafer 201 as a first standard sample or a sample 104 as a wafer to be inspected is held on a notch 502 by chucks 504 provided in six directions.
  • the hollow 502 can effectively detect the amount of X-ray attenuation of the wafer 201 or the sample 104.
  • an X-ray test chart 505 (FIG. 6), which is a second standard sample, is fixed.
  • the hollow 503 can effectively detect the amount of X-ray attenuation of the X-ray test chart 505.
  • the fixed position of the X-ray test chart 505 on the stage 103 is determined so that the wafer 201 or the sample 104 is not simultaneously positioned on a line connecting the X-ray focal point light source position 113 and the X-ray detector 102 by straight lines.
  • the height of the wafer 201 or the sample 104 and the height of the X-ray test chart 505 are aligned to obtain an X-ray transmission image of the wafer 201 or the sample 104. Adjustment of the magnification ratio and the magnification ratio at the time of X-ray transmission image photographing of the X-ray test chart 505 is facilitated, and any magnification ratio can be increased.
  • FIG. 6 is a view showing a second standard sample.
  • A in FIG. 6 shows an X-ray transmission image of the X-ray test chart 505 which is a second standard sample.
  • B in FIG. 6 shows the cross section between D-D 'in (A) in FIG.
  • C in FIG. 6 shows the profile of the X-ray transmission image between D-D 'in (A) in FIG.
  • the X-ray test chart 505 forms a stencil pattern of line and space (hereinafter, L / S) on the metal thin film which is the X-ray absorber 631 to form a low X-ray absorber 632 parts are provided.
  • the low X-ray absorber 632 may be made of a material having a small amount of X-ray absorption, such as resin or silicon, or may be a void.
  • a part of the X-ray absorber 631 is processed into L / S of a plurality of line widths.
  • the L / S portion 634 is indicated by a dashed-dotted frame.
  • protective layers 633 are provided on both sides of the metal foil.
  • the X-ray test chart described in Non-Patent Document 1 can be used as an X-ray test chart 505 of the second standard sample.
  • the thickness of the metal foil and the processed line width are manufactured according to the standard, and a plurality of samples can be obtained with stable manufacturing accuracy.
  • this embodiment will be described using an X-ray test chart of a rectangular wave test pattern, the slit and pinhole mask described in Non-Patent Document 1, and a mesh etc. formed by other fine processing are used as the second standard sample. You may use.
  • the conditions required for the second standard sample are that it can be manufactured with stable accuracy and sharp contrast of the X-ray transmission image can be obtained.
  • FIG. 7 is a diagram showing an inspection condition recipe stored in the storage device 116.
  • the detection condition recipe includes items such as wafer identification number 700, inspection position 701, acceleration voltage 702, contrast value 703, L / S line width 704, noise value 705 and the like.
  • values written to the contrast value 703 and the noise value 705 are referred to as target values.
  • target values are written to the contrast value 703 and the noise value 705.
  • FIG. 7 only the important items related to the X-ray source are given as an example in the present embodiment, but in actuality, other items such as the above-mentioned magnification, angle, and defect detection conditions are described.
  • other items such as position information of the die 202 and position information of the area 203 are also written in the inspection condition recipe.
  • the values of the items 701 to 705 exist for one identification number of the wafer, and the values of these items are added in the flow of FIG.
  • the identification number 201-1 indicates the wafer 201.
  • identification numbers 201-2, 201-3, and so on are added.
  • FIG. 8 is a generation flow diagram of the inspection condition recipe.
  • the wafer 201 which is the first standard sample is used, and in S806 and S901 in FIG. 9 described later, the X-ray test chart 505 which is the second standard sample is used. Only one wafer 201 is required for the type to be inspected, and the position of the defect and its dimensions are specified using the detailed evaluation method.
  • the detailed evaluation method in addition to the method using X-ray CT, a method of performing long-time exposure imaging with a small focal size in the X-ray inspection apparatus 100, and the like can be mentioned.
  • the first step (S 801) of the inspection condition recipe creation is placement of the wafer 201 on the stage 103. Based on the position of the notch of the wafer 201, for example, the wafer is mounted on the stage 103 with good repeatability.
  • the control unit 118 Based on the input from the operator, the control unit 118 writes the identification number 201-1 indicating the wafer 201 in the column of the identification number 700 in the table of FIG. 7 (the column of reference numeral 201-1). Also, based on the input from the operator, the control unit 118 stores the positional information of the die 202 and the positional information of the area 203 in the die 202 in association with the identification number 201-1.
  • the second step (S802) of the inspection condition recipe is the determination of the inspection position.
  • the operator determines the inspection position while confirming with the X-ray transmission image shown on the display unit 111, and the control unit 118 determines the inspection position determined in the column of the inspection position 701 corresponding to the identification number 201-1 in FIG.
  • the inspection position may be determined based on the design data to be inspected without using the X-ray transmission image.
  • the third step (S 803) of the inspection condition recipe creation is the determination of the acceleration voltage of the X-ray source 101.
  • Methods of determining the acceleration voltage include a method of theoretically determining a voltage value at which the difference between the absorptances of the defect and the peripheral material becomes large or a method of experimentally determining a voltage value.
  • the control unit 118 writes the determined acceleration voltage in the column of the acceleration voltage 702 corresponding to the identification number 201-1 of FIG.
  • the fourth step (S804) of the inspection condition recipe creation is the determination of the focal dimension.
  • the focal size of the X-ray source is determined by adjusting the operating conditions of the X-ray source, but if the apparatus is changed, the same focal size is not obtained even if the setting of the operating conditions is the same. Therefore, as described later, storage of the contrast value and the L / S line width using the second standard sample is performed in the sixth step (S806) using the focal dimension.
  • the void 307 is set as the minimum defect to be detected. After the defect position of the void 307 is confirmed under the operating condition corresponding to the minimum focal size, the focal size is increased, and the focal size capable of detecting the defect is determined by the defect detection function of the X-ray inspection apparatus 100.
  • the height 403 of the internal defect peak structure 402 decreases as the focal point size is increased, as described in FIG. 4A, the height 403 of the internal defect peak structure 402, which is a luminance difference with respect to the periphery, decreases. Can be approached to the detection limit focal point size shown in FIG. 4 (B) based on the SN ratio of the noise and the noise (the deviation .sigma. Of the signal).
  • the fifth step (S805) of the inspection condition recipe creation is the determination of noise.
  • noise in order to distinguish from the noise value of S806, it is simply referred to as noise.
  • the noise is also not stored in the inspection condition recipe.
  • the operator determines the noise while checking whether the minimum defect to be detected can be detected by the defect detection function of the X-ray inspection apparatus 100.
  • the noise is a deviation of the image brightness, and changes in inverse proportion to the square root of the product of the photographing time and the integrated number, and therefore, it can be calculated by the product of these. It is to be noted that the width which allows the change of the noise may be determined, and the photographing time and the integration number may be changed when the noise exceeds the allowable width.
  • the sixth step (S806) of the inspection condition recipe creation is storage of the focal dimension and the noise value.
  • the focal dimension is represented by a pair of contrast value and L / S line width.
  • An X-ray test chart 505 which is a sixth standard to a sixth standard is used.
  • the X-ray test chart 505 is a rectangular wave test pattern in which a metal foil is microfabricated.
  • the X-ray transmission image of the X-ray test chart 505 alone is photographed with the X-ray focal dimension determined in the fourth step (S804).
  • B / a ((C) in FIG. 6) is calculated from the profile of the L / S portion 634 in (A) in FIG. 6, and is taken as the contrast value at the line width of the L / S portion 634.
  • the smaller the focal size the larger the wave in the L / S portion 634 profile and the larger the contrast value.
  • the control unit 118 writes the contrast value determined in the column of the contrast value 703 corresponding to the identification number
  • one line width is used among a plurality of line widths provided in the X-ray test chart.
  • one or more (preferably 1 or more and 5 or less) line widths are selected. It may be selected and the contrast value may be determined.
  • the line width to be selected is preferably a line width of L / S close to the actual defect to be inspected.
  • an X-ray transmission image of the X-ray test chart 505 is taken with the noise determined in the fifth step (S805).
  • the deviation of the image brightness is calculated in the area of the obtained X-ray transmission image without the X-ray absorber 631, and this is stored as a noise value. That is, the control unit 118 writes the noise value in the column of the noise value 705 corresponding to the identification number 201-1 in FIG.
  • this embodiment shows an example in which the X-ray transmission image of the X-ray test chart 505 is recaptured for setting the noise value, the X-ray transmission of the X-ray test chart 505 captured for measuring the contrast value is shown. You may use an image.
  • FIG. 9 is a flow chart of automatic inspection of TSV.
  • the automatic inspection of TSV may use the X-ray inspection apparatus 100 which created the inspection condition recipe, and may carry out with another equivalent apparatus.
  • a second standard sample having the same standard as the X-ray test chart 505 mounted on the X-ray inspection apparatus 100 in which the inspection condition recipe is created is Mount at the position described in A).
  • the inspection condition recipe of FIG. 7 is stored in the storage device of the equivalent device.
  • the second standard sample is manufactured with high reproducibility and stable accuracy as in the specification described in Non-Patent Document 1.
  • the first step (S901) of the automatic inspection is the specification of the inspection condition recipe. That is, the inspection condition recipe is read into the apparatus for executing the inspection this time, and the identification number 201-1 is selected. As a result, the inspection position of the actual wafer to be inspected, the acceleration voltage for inspecting the actual wafer, the target values (contrast value and noise value), and the L / S line width are specified.
  • the actual wafer is a TSV manufactured in an arrangement similar to that of the first standard sample, the wafer 201. However, unlike the wafer 201, the presence or absence of a defect is unknown. Also, a plurality of actual wafers can be designated simultaneously. In the present embodiment, real wafers of a plurality of types are designated.
  • the second step (S902) of the automatic inspection is adjustment of X-ray source operating conditions and calculation of noise value. That is, the X-ray transmission image of the X-ray test chart 505 alone is taken, and the contrast value at the designated L / S line width is calculated.
  • the operating condition of the X-ray source is adjusted so that the calculated contrast value (hereinafter referred to as L / S contrast value) substantially matches the contrast value (target value) described in the contrast value 703 shown in FIG. This is because if the L / S contrast value greatly exceeds the target value, the focal point size decreases and the defect detection sensitivity can be obtained, but the X-ray intensity becomes weak and the inspection takes time.
  • the adjusted operating conditions are stored in the storage device 116.
  • the noise value is calculated.
  • the X-ray transmission image of the X-ray test chart 505 alone is taken, and the noise value is calculated as in the sixth step (S806).
  • the noise value may be calculated by newly photographing an X-ray transmission image, or the noise value may be calculated from the image in the final state photographed for determination of the focal dimension.
  • the noise value calculated here is stored in the storage device 116.
  • the third step (S903) of the automatic inspection is the rewriting of variable parameters.
  • the variable parameter indicates any one of the operating condition of the X-ray source, the imaging time, and the integrated number, or a combination thereof. Prior to the execution of the automatic inspection, some of the variable parameters are rewritten based on the result of S902.
  • the noise value stored in the previous step (S902) is apart from the value described in the noise value 705 stored in the sixth step (S806) of FIG. Change the shooting time and / or the cumulative number.
  • the noise value is designated as the target value with the allowable range
  • the photographing time and / or the number of accumulated images are changed only when the allowable range is exceeded.
  • the imaging time may not be changed.
  • the fourth step (S904) of the automatic inspection is the implementation of the automatic inspection of the TSV.
  • the actual wafer designated in S901 is inspected based on the inspection condition recipe designated in S901 and the variable parameter rewritten in S903. Based on the result, the X-ray examination apparatus outputs the detected defect data in a designated method.
  • Example 2 Next, Example 2 will be described.
  • the apparatus configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a view showing a focus dimension condition table stored in the storage device 116.
  • the focal dimension condition table includes focal dimension number 1006, acceleration voltage 1007, L / S line width 1008, contrast value 1009, electron source number 1010 (operating condition), lens intensity 1011 (operating condition), imaging time 1012, noise value 1013 It consists of items such as.
  • the contrast value 1009 is referred to as a target value.
  • the focal dimensions at the time of inspection are described in the inspection condition recipe.
  • the focal dimensions at the time of inspection are selected from the focal dimensions specified in the focal dimension condition table in advance. Write the dimension number in the inspection condition recipe.
  • the controller 118 performs the automatic adjustment of the device 100 on a regular basis. Automatic adjustment is performed using the second standard sample as in S904 in the first embodiment. For example, the automatic adjustment is performed every day after the automatic inspection ends at night.
  • the acceleration voltage 1007 for each focus dimension number 1006 described in FIG. 10 is set in the apparatus, an image of the L / S line width 1008 is acquired, and the operating conditions are adjusted so that the contrast value substantially matches the target value 1009.
  • the control unit 118 acquires the image of the second standard sample at the imaging time 1012 in the adjusted state, and calculates the noise value.
  • the electron source number 1010, the lens intensity 1011, and the noise value 1013, which are adjustment results, are written in the table of FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing an inspection condition recipe stored in the storage device 116.
  • the detection condition recipe includes items such as wafer identification number 1100, inspection position 1101, acceleration voltage 1102, focal dimension number 1103, noise value 1104 and the like.
  • wafer identification number 1100 the inspection condition recipe
  • inspection position 1101 inspection position 1101
  • acceleration voltage 1102 focal dimension number 1103
  • noise value 1104 noise value 1104 and the like.
  • FIG. 11 as in FIG. 7, only important items related to the X-ray source are taken as an example, but focus dimension numbers are described instead of the contrast value and the L / S line width.
  • the inspection condition recipe creation flow in the present embodiment is shown in FIG.
  • selection of focal dimension number (S1204) is shown as a method of determination of focal dimension in S804 of FIG. 8 (other flows are the same as in FIG. 8).
  • the focal dimension numbers described in the focal dimension condition table of FIG. 10 among the same acceleration voltage conditions, it is desired to detect the closest to the detection limit focal dimension shown in FIG.
  • the focal dimension number capable of detecting the void 307, which is the smallest defect, is selected.
  • the values of items 1101 to 1104 exist for one identification number of the wafer, and the values of these items are added in the flow of FIG.
  • the identification number 201-1 indicates the wafer 201.
  • identification numbers 201-2, 201-3, and so on are added.
  • FIG. 13 is a flowchart of an automatic inspection of TSV.
  • the X-ray inspection apparatus 100 in which the inspection condition recipe is created may be used, or another equivalent apparatus may be used.
  • a second standard sample of the same standard as the X-ray test chart 505 mounted on the X-ray inspection apparatus 100 in which the inspection condition recipe was created was described in FIG. Mount in position.
  • a focal dimension condition table is stored in the storage device 116 under the same condition, and automatic adjustment by the device is performed.
  • the control unit 118 reads out the electron source number 1010 and the lens intensity 1011 corresponding to the focal dimension number described in the inspection condition recipe from the focal dimension condition table
  • the X-ray source 101 is set (S1302).
  • variable parameter rewriting S1303 the imaging time and integration number required for inspection are calculated from the noise value 1013 of the inspection condition recipe, the imaging time 1012 of the focus dimension condition table, and the noise value 1013, and are set in the apparatus.
  • step S1304 of automatic inspection the actual wafer specified in step S1301 is inspected based on the inspection condition recipe specified in step S1301 and the variable parameter rewritten in step S1303. Based on the result, the X-ray examination apparatus outputs the detected defect data in a designated method. As described above, if the inspection condition recipe is created along the flow of FIG. 12 and the automatic inspection is performed along the flow of FIG. 13, the automatic inspection is stable even in the operation of a plurality of inspection devices. It becomes possible to do with inspection accuracy.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and includes various modifications.
  • the above embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.

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Abstract

経時変化や機差に関わらず、安定した検査精度が得られるＸ線検査装置の検査条件設定方法を提供する。Ｘ線源と、試料からのＸ線を検出する検出器と、試料をＸ線源及び検出器に対して相対移動させるステージと、前記ステージに固定された第２の標準試料と、を備えるＸ線検査装置において、該装置の検査条件設定方法は、第１の標準試料のＸ線透過像に基づいて決定したＸ線源の調整の目標値を記憶装置に記憶するステップと、検査と検査の間に、第２の標準試料のＸ線透過像を用いて、目標値と略一致するように運転条件を調整するステップと、を備え、該目標値には、第２の標準試料のＸ線透過像のコントラスト値とノイズ値が含まれる。

Description

Ｘ線検査装置の検査条件設定方法
　本発明はＸ線検査装置の検査条件設定方法に関し、安定かつ効率的に自動検査を行うための技術に関する。
　Ｘ線源は元々、最大出力と最小焦点寸法が両立しない特徴がある。１９８０年代に登場したマイクロフォーカスＸ線源は、出力は小さいものの焦点寸法が小さいため、部品レベルの欠陥検査や構造解析に用いられる。Ｘ線源には、反射型ターゲットのＸ線源（以下、反射式Ｘ線源）と透過型ターゲットのＸ線源（以下、透過式Ｘ線源）がある。前者は、塊状のターゲット金属に電子線を照射して発生したＸ線のうちターゲット金属表面から放出されるＸ線を、ベリリウム薄膜などで構成した取り出し窓を透過させてＸ線を取り出している。後者は、Ｘ線取り出し窓の内面にターゲット金属を薄くつけている。後者は、Ｘ線焦点と試料の距離を小さくできるため、その最大倍率は前者のそれよりも１０倍程度大きくでき、空間分解能の高い検査には前者より有利である。但し、後者はターゲット冷却能力の制限から更に出力が小さい。
　Ｘ線源の出力は、通常、加速電圧と管電流で表記されるが、Ｘ線取り出し角度、Ｘ線取り出し窓の材質や厚み、ターゲットの材質や角度、電子線照射によるターゲットの損傷の程度等で異なる。
　Ｘ線検査装置においては、安定的に検査を行うため、Ｘ線源の焦点寸法と強度の調整を行うことが求められる。ここで、Ｘ線発生用ターゲットに対するフォーカス調整や非点収差補正を反射電子像の画像情報に基づいて行う技術がある（特許文献１参照）。また、Ｘ線透過画像が適切か否かを人の判断に頼らず、自動的に判断する技術がある（特許文献２参照）。更に、標準試料を用いてＸ線の焦点寸法を測定する技術がある（非特許文献１参照）。
特許０３９９８５５６号公報
特開２０１３－１８５９６０号公報
「ＪＩＳ　Ｚ４６１５　工業用Ｘ線装置の実効焦点寸法測定方法」
　ここで、Ｘ線検査装置で自動検査を行うにあたり、本発明者らは、２つの問題を見出した。１つ目はＸ線出力の経時変化の問題である。自動検査で一定に保ちたい性能であるＸ線焦点寸法及びＸ線強度は共に経時変化する。この二項目は独立に変更できないので、自動検査に先立つ調整で二項目を独立に決めることはできない。２つ目はＸ線出力のＸ線検査装置間の機差の問題である。Ｘ線強度が減少すると画像のＳＮ比が低下し、微小な欠陥の見落としが発生するなど検査精度の低下や安定性の低下が起こる。反射式Ｘ線源でのＸ線強度は機種、ターゲット金属の金属種、及び、試料の角度を特定すれば加速電圧と管電流で概ね正確に表現できる。しかし、透過式Ｘ線源でのＸ線強度はターゲット金属の膜厚によっても変化するため経時変化及び機差があり、加速電圧と管電流では正確に表現できない。
　そこで、本発明の目的は、経時変化や機差に関わらず、安定した検査精度が得られるＸ線検査装置の検査条件設定方法を提供することにある。
　Ｘ線源と、試料からのＸ線を検出する検出器と、試料をＸ線源及び検出器に対して相対移動させるステージと、前記ステージに固定された第２の標準試料と、を備えるＸ線検査装置において、該装置の検査条件設定方法は、第１の標準試料のＸ線透過像に基づいて決定したＸ線源の調整の目標値を記憶装置に記憶するステップと、検査と検査の間に、第２の標準試料のＸ線透過像を用いて、目標値と略一致するように運転条件、並びに、撮影時間及び／又は積算枚数を調整するステップと、を備え、該目標値には、第２の標準試料のＸ線透過像のコントラスト値とノイズ値が含まれる。
　本発明によれば、経時変化や機差に関わらず、安定した検査精度が得られるＸ線検査装置の検査条件設定方法を提供することができる。
Ｘ線検査装置の全体構成を示す図。 第１の標準試料を示す図。 ＴＳＶの配列を示す図。 ＴＳＶのＸ線透過像の輝度プロファイルを示す図。 ステージ上に第１及び第２の標準試料を載置した様子を示す図。 第２の標準試料を示す図。 記憶装置に記憶される検査条件レシピを示す図。 検査条件レシピの作成フロー図。 ＴＳＶの自動検査フロー図。 記憶装置に記憶される焦点寸法条件テーブルを示す図。 記憶装置に記憶される検査条件レシピを示す図。 検査条件レシピの作成フロー図。 ＴＳＶの自動検査フロー図。
　以下、図面に基づいて、実施例を説明する。以下、透過式Ｘ線源を用いたＸ線検査装置を用いて説明するが、反射式Ｘ線源を用いたＸ線検査装置に適用してもよい。ここで、以下に説明する用語を定義する。また、Ｘ線源の「運転条件」とは、焦点寸法を決定するために必要な条件を示し、例えば、レンズ条件（レンズを形成するための電流の大きさ、レンズ強度）、加速電圧、アパーチャ径の大きさ、電子源条件（どの電子源を使用するか）等を示す。即ち、運転条件を調整することにより、焦点寸法を決定する。例えば、運転条件であるレンズ条件を変更し、電子線ビーム径の大きさを小さくするように調整すれば焦点寸法は小さくなる。尚、焦点寸法を表す値として、例えば、実施例１ではコントラスト値とＬ／Ｓ線幅（後述）パラメータのペアを、実施例２では焦点寸法番号をもって代用している。
　＜実施例１＞　
　図１は、Ｘ線検査装置の全体構成を示す図である。Ｘ線検査装置１００は、Ｘ線源１０１、Ｘ線検出器１０２、ステージ１０３、試料１０４、モータ１０６、モータ１０７、Ｘ線源コントローラ１０８、画像検出装置１０９、表示部１１１、操作部１１２、及び、Ｘ線テストチャート１１４を有する。
　操作部１１２は、記憶装置１１６、インタフェース１１７、制御部１１８、及び、画像処理部１１９を有する。また、操作部１１２は、モータ１０６、モータ１０７、Ｘ線源コントローラ１０８、画像検出装置１０９、及び、表示部１１１に接続され、制御部１１８が各機器を制御する。
　記憶装置１１６には、ハードディスクドライブや、不揮発メモリであるフラッシュメモリ等を用いることができる。インタフェース１１７はオペレータからの入力を受け付ける。制御部１１８は、予め記憶装置１１６に記憶された検査条件レシピ（図７）に基づいて、Ｘ線源コントローラ１０８を経由して、Ｘ線源１０１を制御する。これにより、Ｘ線源１０１では、運転条件が調整されて、所望のＸ線１０５が出力される。また、制御部１１８は、検査条件レシピに欠陥検出条件（平滑化条件、欠陥検出閾値等）を書き込み、画像処理部１１９が画像処理を行う。そして、制御部１１８は、欠陥検出結果を表示部１１１に表示すると共に記憶装置１１６に記憶する。また、制御部１１８は、予め検査条件レシピに記載した試料の検査位置が複数の場合、モータ１０７を制御して試料１０４のＸ線１０５に対する位置を調整して、複数の検査位置の全ての画像を自動的に撮影し、欠陥検出結果を記憶装置１１６に記憶する。
　Ｘ線源１０１から照射されたＸ線１０５は、ステージ１０３上に載置される試料１０４を透過し、Ｘ線検出器１０２で検出される。Ｘ線検出器１０２には、例えば、ＩＩ管（イメージインテンシファイア）、ＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）、ＴＤＩ（時間遅延積分型）イメージセンサ等のセンサを用いることができる。ステージ１０３は、モータ１０７によりｘｙｚ方向とｘｙ面内回転θ方向の４軸に動くため、試料１０４の観察位置と観察倍率を制御できる。
　Ｘ線検査装置１００では、Ｘ線焦点である光源位置１１３から照射されたＸ線１０５が、コーンビーム状に広がりながらＸ線検出器１０２の方向へ向かうことで、試料１０４の拡大観察を可能とする。拡大倍率は、光源位置１１３からＸ線検出器１０２までの距離と光源位置１１３から試料１０４までの距離の比で決まる。ステージ１０３をｚ方向に動かすことにより、光源位置１１３から試料１０４までの距離を変化させることで、任意の倍率での観察が可能である。チルト像を撮影する場合は、モータ１０６を用いて、Ｘ線検出器１０２の位置を矢印１１５方向にチルト角φだけ動かす。
　Ｘ線１０５は試料１０４により一部減衰された後、Ｘ線検出器１０２で強度分布信号に変換される。ステージ１０３の試料据置部は、くりぬき又はＸ線減衰量の少ない材料で構成されており、試料１０４のＸ線減衰量を効果的に検出できる。Ｘ線検出器１０２で得られた強度分布信号は、画像検出装置１０９で処理される。該処理の結果は、表示部１１１に試料１０４のＸ線透過像として出力される。Ｘ線検査装置１００は検査条件レシピの欠陥検出の指定に基づき、操作部１１２において画像処理を行い、欠陥検出結果を表示部１１１に表示すると共に記憶装置１１６に記憶する。
　尚、欠陥検出では、良品の画像と比較して、大きさや形状の違い、異物を検出して試料の良否判定を行う。良品の画像の入力は、予め良品の画像と分かっている画像を用いる、隣接ダイの画像を用いる、検出画像を加工して作成する等の方法がある。欠陥検出では、必要な欠陥検出寸法に合わせたＸ線源焦点寸法の決定が必要となる。また、欠陥検出では、Ｘ線照射量が少ないとノイズ（輝度の分布）が増大し、実効的な空間分解能が低下する。そのため、安定した精度で欠陥検査を行うためには、撮影時間などの検査条件を調整する必要がある。
　そこで、以下の実施例により、自動検査であっても安定した精度で欠陥を検査できる検査装置及びその制御方法を実現する。以下、シリコン貫通電極（ｔｈｒｏｕｇｈ－ｓｉｌｉｃｏｎ　ｖｉａ；ＴＳＶ）の欠陥検査を例に説明するが、本実施例は微細な寸法の欠陥を自動検査する場合等にも適用可能である。
　ＴＳＶとは、半導体チップ内を３次元縦方向に架橋するための金属電極である。ＴＳＶはシリコンウェハに形成された柱状の電極で、素材は銅が主に使われる。ＴＳＶの高さは５０μｍ以上である。ＴＳＶの内部に空乏欠陥（以下、ボイド）ができるとチップ使用中にボイドが移動、変形、又は集合成長する等して大きなボイドとなり、電極の断線が発生する。Ｘ線検査装置１００は、内部欠陥の有無や位置、サイズ等を検出し、次プロセスへの進行可否やプロセス条件の見直し要否の判断の結果を出力する。
　ここで、本実施例では、第１の標準試料、及び、第２の標準試料、の２種類の標準試料を用いる。第１の標準試料は、検査対象である実試料に含まれる欠陥と同様の欠陥が存在する試料であるが、微細な欠陥であるため同一位置・寸法の欠陥を有する試料の量産はできない。一方、第２の標準試料は、後述するように検査を行う装置全てに備え付けることができる。
　図２は、第１の標準試料を示す図である。図２中（Ａ）は、第１の標準試料であるＴＳＶの形成過程のウェハ２０１を示す。ウェハ２０１の各ダイの位置を、四角形で示している。図２中（Ｂ）は、ウェハ２０１中の一つのダイ２０２の拡大図である。ダイ２０２内には、形成過程のＴＳＶの配列が存在するＴＳＶの形成領域２０３（以下、単に「領域２０３」と称する）が設けられている。
　ウェハ２０１は、検査対象である試料１０４と同様のプロセスで作製されたものである。従って、試料１０４にも、ウェハ２０１と同じ場所に領域２０３及びＴＳＶの配列が形成されている。
　図３は、ＴＳＶの配列を示す図である。図３中（Ａ）は、領域２０３の断面を示す。領域２０３には、形成過程のＴＳＶ群として、形成過程のＴＳＶ３０２ａ～ｄがシリコン層３０１中に並べて配置されている。シリコン層３０１とＴＳＶ３０２ａ～ｄの間には薄い絶縁膜３０３が形成されている。ウェハ２０１の各ダイにもダイ２０２と同様、形成過程のＴＳＶ３０２ａ～ｄが形成されている。
　形成過程のＴＳＶ３０２ｂにはボイド３０５が、形成過程のＴＳＶ３０２ｃにはボイド３０６及びボイド３０７が含まれている。ボイド３０５～３０７は、Ｘ線検査装置１００よりも高い空間分解能のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置等で、それぞれの大きさが予め測定されている。尚、ここでは、ウェハ２０１がその中に含まれる欠陥をＸ線検査装置１００よりも高い空間分解能の装置で計測されたものであるとして説明しているが、同じＸ線検査装置１００において、検査対象のウェハを検査する時よりも小さなＸ線焦点寸法で計測されたものであってもよい。
　本実施例では、ボイド３０５よりもボイド３０６が小さく、ボイド３０６よりもボイド３０７が小さい。本実施例では、ボイド３０７がＸ線検査装置１００で欠陥として検出したい最小サイズの欠陥である。
　図３中（Ｂ）に、モータ１０６でＸ線検出器１０２の位置を図１の矢印１１５方向に動かして、図３中（Ａ）の矢印３０４に示したように斜めからＸ線１０５を照射し、形成過程のＴＳＶ３０２ａ～ｄを観察した画像例である画像３００を示す。形成過程のＴＳＶ３０２ａは影３０２１ａとして、形成過程のＴＳＶ３０２ｂは影３０２１ｂとして、形成過程のＴＳＶ３０２ｃは影３０２１ｃとして、形成過程のＴＳＶ３０２ｄは影３０２１ｄとして、画像３００上に、それぞれ現れる。尚、点線で囲った部分は、領域２０３に対応する。
　ボイドの像として、影３０２１ｂには像３０５１が、影３０２１ｃには像３０６１及び３０７１が含まれる。即ち、ボイド３０５は像３０５１に、ボイド３０６は像３０６１に、ボイド３０７は像３０７１に、それぞれ対応する。形成過程のＴＳＶ３０２ａ～ｄに充填されている銅とボイド３０５～３０７のＸ線吸収量の差から、Ｘ線透過強度の差が生じて、ボイド３０５～３０７のＸ線画像が正常部と比較して明るくなる。尚、垂直観察でも一部の欠陥は判別できるが、斜めからＸ線１０５を照射する方が、より微細な欠陥を検出する目的に対して好適である。
　図４は、形成過程のＴＳＶの影の輝度プロファイルを示す図である。図４中（Ａ）は、Ｘ線検査装置１００の焦点寸法を、像３０７１を得るのに十分に余裕のある小さな焦点寸法で撮像した場合の影３０２１ｃのＡ－Ａ’間のプロファイルの模式図である。図４中（Ｂ）は、Ｘ線検査装置１００の焦点寸法を、像３０７１を得ることができる限界の条件で撮像した場合の影３０２１ｃ’のＢ－Ｂ’間のプロファイルの模式図である。図４中（Ｃ）は、Ｘ線検査装置１００の焦点寸法を、像３０７１を得ることができない大きな焦点寸法で撮像した場合の影３０２１ｃ’’のＣ－Ｃ’間のプロファイルの模式図である。図４から分かるように、Ｘ線源の運転条件により焦点寸法が異なるため、Ｘ線透過像のシャープさが変わってくる。
　図４中（Ａ）では、ボイド３０６に対応する像３０６１と、ボイド３０７に対応する像３０７１が正常部よりも明るくなる。図４中（Ａ）の右側に、Ａ－Ａ’間のプロファイル検出エリア４０１のＸ線透過像輝度プロファイルを示す。ＴＳＶ３０２ｃは金属のためＸ線の吸収量が多く、周辺のシリコン層３０１よりも輝度が低くなる。ボイド３０７はＴＳＶ３０２ｃ中で金属が無い場所なので、プロファイル上では周辺のＴＳＶ３０２ｃ部分に比べて輝度が高くなり、周辺と比べて高く幅の狭い輝度変化を示す内部欠陥ピーク構造４０２として現れる。内部欠陥ピーク構造４０２の高さ４０３は、周辺に対する輝度差であり、図中、ギザギザの波形で示されるノイズによる信号の偏差σを十分に上回るものである。
　一方、図４中（Ｃ）では、像３０７１は正常部とほとんど変わらない。図４中（Ｃ）の右側に、Ｃ－Ｃ’間のプロファイル検出エリア４０６のＸ線透過像輝度プロファイルを示す。大きな焦点寸法での撮影では、ボイド３０７に対応する内部欠陥ピーク構造４０７が検出ノイズによる信号の偏差σに埋もれてしまい、周辺と区別がつかない。
　図４中（Ｂ）では、図４中（Ａ）程の明確さはないが像３０６１と正常部の区別がついている。図４中（Ｂ）の右側に、Ｂ－Ｂ’間のプロファイル検出エリア４０４のＸ線透過像輝度プロファイルを示す。ここでは、ボイド３０７に対応する内部欠陥ピーク構造４０５が周辺に対して示す輝度差が、図４中（Ａ）に示した場合よりも小さいが、検出ノイズによる信号の偏差σを上回る。本実施例では、Ｘ線検査装置１００の欠陥検出機能で検出できる限界を、内部欠陥ピーク構造４０５が周辺に対して示す輝度差が、検出ノイズによる信号の偏差σを上回る条件とする。本実施例では、図４中（Ｂ）に相当するＸ線源焦点寸法になるよう、Ｘ線源の運転条件を調整する。
　図５は、ステージ上に第１及び第２の標準試料を載置した様子を示す図である。図５中（Ａ）にステージ１０３の平面図を、図５中（Ｂ）にステージ１０３の側面図（ステージ１０３を図５中（Ａ）の矢印５０１の方向から見た図）を示す。
　図５中（Ａ）に示すように、ステージ１０３の試料据置部には、くりぬき５０２，５０３が設けられている。くりぬき５０２の上には、第１の標準試料であるウェハ２０１又は検査対象のウェハである試料１０４が、６方向に設けられているチャック５０４により保持される。くりぬき５０２によって、ウェハ２０１又は試料１０４のＸ線減衰量を効果的に検出できる。
　くりぬき５０３上には、第２の標準試料であるＸ線テストチャート５０５（図６）が固定されている。くりぬき５０３によって、Ｘ線テストチャート５０５のＸ線減衰量を効果的に検出できる。Ｘ線テストチャート５０５のステージ１０３への固定位置は、Ｘ線焦点である光源位置１１３とＸ線検出器１０２とを直線で結んだ線上に、ウェハ２０１又は試料１０４が同時に位置しないように決める。
　図５中（Ｂ）の一点鎖線５０６で示すように、ウェハ２０１又は試料１０４の高さと、Ｘ線テストチャート５０５の高さを揃えることで、ウェハ２０１又は試料１０４のＸ線透過像撮影時の拡大率と、Ｘ線テストチャート５０５のＸ線透過像撮影時の拡大率の調整を容易にし、何れの拡大率も大きくできるようにする。
　図６は、第２の標準試料を示す図である。図６中（Ａ）は第２の標準試料であるＸ線テストチャート５０５のＸ線透過像を示す。図６中（Ｂ）は図６中（Ａ）のＤ－Ｄ’間の断面を示す。図６中（Ｃ）は図６中（Ａ）のＤ－Ｄ’間のＸ線透過像のプロファイルを示す。
　図６中（Ｂ）に示すように、Ｘ線テストチャート５０５は、Ｘ線吸収体６３１である金属薄膜にラインアンドスペース（以下、Ｌ／Ｓ）のステンシルパターンを形成し、低Ｘ線吸収体６３２部分を設けたものである。低Ｘ線吸収体６３２は樹脂やシリコンなどのＸ線吸収量の少ない材料で構成されていることもあるし、空隙であることもある。Ｘ線吸収体６３１の一部は複数の線幅のＬ／Ｓに加工されている。図６に、Ｌ／Ｓ部分６３４を一点鎖線の枠で示す。微細加工された構造を保護するため、金属箔の両面に保護層６３３を設けてある。
　第２の標準試料のＸ線テストチャート５０５として、非特許文献１に記載されているＸ線テストチャートを用いることができる。該Ｘ線テストチャートは、規格に則って金属箔の厚み、加工線幅が製造されており、安定した製作精度で複数個の試料が入手可能である。本実施例では矩形波テストパターンのＸ線テストチャートで説明するが、非特許文献１に記載のあるスリットやピンホールマスクや、他にも微細加工で形成したメッシュ等を第２の標準試料として用いてもよい。第２の標準試料に必要とされる条件は、安定した精度で製作でき、Ｘ線透過像のシャープなコントラストが得られることである。
　図７は、記憶装置１１６に記憶される検査条件レシピを示す図である。検出条件レシピは、ウェハの識別番号７００、検査位置７０１、加速電圧７０２、コントラスト値７０３、Ｌ／Ｓ線幅７０４、ノイズ値７０５等の項目からなる。本実施例では、コントラスト値７０３及びノイズ値７０５に書き込まれる値を目標値と称する。尚、図７では、Ｘ線源に関連し、本実施例としても重要な項目のみを例として挙げているが、実際には、それ以外の項目、例えば、先述の倍率、角度、欠陥検出条件、ダイ２０２の位置情報、領域２０３の位置情報等、その他多数の項目も検査条件レシピに書き込まれる。
　ウェハの一つの識別番号に対して項目７０１～７０５の値が存在し、これらの項目の値が、図８のフローにおいて追加されていく。本テーブルにおいて、識別番号２０１－１とは、ウェハ２０１を示すものとする。尚、検査対象品種が複数ある場合は、識別番号２０１－２、２０１－３…と追加していくことになる。
　図８は、検査条件レシピの作成フロー図である。以下のフローにおいて、Ｓ８０１～Ｓ８０５では第１の標準試料であるウェハ２０１を用い、Ｓ８０６及び後述する図９のＳ９０１では第２の標準試料であるＸ線テストチャート５０５を用いる。ウェハ２０１は、検査対象品種に対して１枚必要とされるだけであり、詳細評価法を用いて欠陥の位置とその寸法を特定しておく。詳細評価法にはＸ線ＣＴを用いる方法以外に、Ｘ線検査装置１００において、小さな焦点寸法で長時間露光撮影を行う方法等が挙げられる。
　検査条件レシピ作成の第１工程（Ｓ８０１）は、ステージ１０３へのウェハ２０１の載置である。ウェハ２０１のノッチの位置を基準にする等して、ステージ１０３に対して再現性良くウェハの向きを合わせて載置する。オペレータからの入力に基づき、制御部１１８は、図７のテーブル中の識別番号７００の欄（符号２０１－１の欄）にウェハ２０１を示す識別番号２０１－１を書き込む。また、オペレータからの入力に基づき、制御部１１８は、ダイ２０２の位置情報とダイ２０２中の領域２０３の位置情報とを、識別番号２０１－１と関連付けて記憶する。
　検査条件レシピの第２工程（Ｓ８０２）は、検査位置の決定である。オペレータが表示部１１１に示されるＸ線透過像で確認しながら検査位置を決定し、制御部１１８は、図７の識別番号２０１－１に対応する検査位置７０１の欄に、決定された検査位置を書き込む。尚、検査対象の設計データに基づいて、Ｘ線透過像を用いずに検査位置を決定してもよい。
　検査条件レシピ作成の第３工程（Ｓ８０３）は、Ｘ線源１０１の加速電圧の決定である。加速電圧を決定する方法には、欠陥と周辺物質の吸収率の差が大きくなる電圧値を物性理論的に決定する方法や、実験的に求める方法がある。制御部１１８は、図７の識別番号２０１－１に対応する加速電圧７０２の欄に、決定された加速電圧を書き込む。
　検査条件レシピ作成の第４工程（Ｓ８０４）は、焦点寸法の決定である。Ｘ線源の焦点寸法はＸ線源の運転条件を調整して決定するが、装置が変われば運転条件の設定を同じにしても同じ焦点寸法にはならない。そこで、後述のように、第２の標準試料を用いコントラスト値及びＬ／Ｓ線幅の記憶は、該焦点寸法を用いて、第６工程（Ｓ８０６）で行う。本実施例では、ボイド３０７を検出したい最小の欠陥とする。最小の焦点寸法に対応する運転条件でボイド３０７の欠陥位置を確認した後、焦点寸法を大きくしていき、Ｘ線検査装置１００の欠陥検出機能で該欠陥を検出可能な焦点寸法を決定する。焦点寸法を大きくするにつれ、図４中（Ａ）で説明したように、内部欠陥ピーク構造４０２の高さ４０３が低下していくので、周辺に対する輝度差である内部欠陥ピーク構造４０２の高さ４０３とノイズ（信号の偏差σ）とのＳＮ比に基づいて、図４中（Ｂ）で示した検出限界焦点寸法に近づけることができる。
　検査条件レシピ作成の第５工程（Ｓ８０５）は、ノイズの決定である。ここでは、Ｓ８０６のノイズ値と区別するため、単にノイズと称している。該ノイズも、検査条件レシピには格納しない。該ノイズは検出したい最小の欠陥をＸ線検査装置１００の欠陥検出機能で検出できるかを確認しながらオペレータが決定する。該ノイズは画像輝度の偏差であり、撮影時間と積算枚数の積の平方根に反比例して変化するので、これらの積により算出できる。尚、該ノイズの変化を許容できる幅を決めておき、許容幅を超えたノイズとなった場合に撮影時間や積算枚数を変更するようにしてもよい。
　検査条件レシピ作成の第６工程（Ｓ８０６）は、焦点寸法とノイズ値の記憶である。本実施例では、焦点寸法を、コントラスト値とＬ／Ｓ線幅のペアで表すこととする。第６工程から第２の標準試料であるＸ線テストチャート５０５を用いる。Ｘ線テストチャート５０５は金属箔を微細加工した矩形波テストパターンである。第４工程（Ｓ８０４）で決定したＸ線焦点寸法でＸ線テストチャート５０５単独のＸ線透過像を撮影する。図６中（Ａ）における、Ｌ／Ｓ部分６３４のプロファイルからｂ／ａ（図６中（Ｃ））を算出し、Ｌ／Ｓ部分６３４の線幅でのコントラスト値とする。焦点寸法が小さければ、Ｌ／Ｓ部分６３４のプロファイルの波は大きくなり、コントラスト値も大きくなる。制御部１１８は、図７の識別番号２０１－１に対応するコントラスト値７０３の欄に決定されたコントラスト値を、Ｌ／Ｓ線幅７０４の欄に評価対象のＬ／Ｓ線幅を書き込む。
　尚、本実施例では、１つの線幅を用いる例を示したが、Ｘ線テストチャートに設けられている複数の線幅のうちから１乃至複数（好ましくは１以上５以下）の線幅を選び、コントラスト値を決定してもよい。ここで、選択する線幅は、検査する実欠陥と近い間隔のＬ／Ｓの線幅が好適である。
　次に、第５工程（Ｓ８０５）で決定したノイズでＸ線テストチャート５０５のＸ線透過像を撮影する。得られたＸ線透過像のＸ線吸収体６３１の無い領域で画像輝度の偏差を算出し、これをノイズ値として記憶する。即ち、制御部１１８は、図７の識別番号２０１－１に対応するノイズ値７０５の欄に、該ノイズ値を書き込む。本実施例では、Ｘ線テストチャート５０５のＸ線透過像をノイズ値の設定のために撮像し直した例を示したが、コントラスト値の測定用に撮像したＸ線テストチャート５０５のＸ線透過像を利用してもよい。
　ここまでのフローで、図７の検査条件レシピが完成する。検査条件レシピの内容は固定とし、以降の図９のフローでも書き換えは行わないものとする。
　図９は、ＴＳＶの自動検査フロー図である。ＴＳＶの自動検査は、検査条件レシピを作成したＸ線検査装置１００を用いてもよいし、別の同等装置で実施してもよい。検査を行う装置には、検査条件レシピを作成したＸ線検査装置１００に搭載したＸ線テストチャート５０５と等しい規格の第２の標準試料を、Ｘ線検査装置１００と同様に、図５中（Ａ）に記載した位置に搭載する。また、Ｘ線検査装置１００とは別の同等装置の場合、図７の検査条件レシピを、該同等装置の記憶装置に記憶しておく。第２の標準試料は、非特許文献１に記載の仕様のように再現性高く、安定した精度で製作されている。
　自動検査の第１工程（Ｓ９０１）は、検査条件レシピの指定である。即ち、検査条件レシピを、今回検査を実行する装置に読み込み、識別番号２０１－１を選択する。これにより、検査対象の実ウェハの検査位置、該実ウェハを検査するための加速電圧、目標値（コントラスト値及びノイズ値）、及び、Ｌ／Ｓ線幅が指定される。実ウェハは第１の標準試料であるウェハ２０１と類似の配置でＴＳＶが作製されたものであるが、ウェハ２０１とは異なり、欠陥の有無は不明である。また、実ウェハは複数枚を同時に指定することもできる。本実施例では、複数品種の実ウェハを指定する。
　自動検査の第２工程（Ｓ９０２）は、Ｘ線源運転条件の調整、及びノイズ値の算出である。即ち、Ｘ線テストチャート５０５単独のＸ線透過像を撮影し、指定のＬ／Ｓ線幅でのコントラスト値を算出する。算出されたコントラスト値（以下、Ｌ／Ｓコントラスト値）が図７に示したコントラスト値７０３に記述されているコントラスト値（目標値）と略一致するようにＸ線源の運転条件を調整する。これは、Ｌ／Ｓコントラスト値が目標値を大きく上回ると、焦点寸法は小さくなるため欠陥検出の感度は得られるものの、Ｘ線強度が弱くなるため検査に時間がかかるためである。調整後の運転条件が記憶装置１１６に記憶される。
　続いて、ノイズ値を算出する。Ｘ線テストチャート５０５単独のＸ線透過像を撮影し、第６工程（Ｓ８０６）と同様にノイズ値を算出する。尚、新たにＸ線透過像を撮影してノイズ値を算出してもよいし、焦点寸法決定用に撮影した最終状態での像からノイズ値を算出してもよい。ここで算出したノイズ値が記憶装置１１６に記憶される。
自動検査の第３工程（Ｓ９０３）は、可変パラメータの書き換えである。ここでは、可変パラメータとは、Ｘ線源の運転条件、撮影時間、及び、積算枚数の何れか、又は、それらの組み合わせを示すものとする。自動検査実施に先立ち、可変パラメータの一部をＳ９０２の結果に基づいて書き換える。前工程（Ｓ９０２）で記憶したノイズ値が、図８の第６工程（Ｓ８０６）で記憶したノイズ値７０５に記述されている値と離れている場合は計算によりノイズ値７０５に略一致するように撮影時間、及び／又は、積算枚数を変更する。ノイズ値が許容幅をもって目標値として指定されている場合は、許容幅を超えた場合にのみ撮影時間、及び／又は、積算枚数を変化させる。尚、Ｘ線源の安定性が高い場合は撮影時間を変化させなくてもよい。
　自動検査の第４工程（Ｓ９０４）は、ＴＳＶの自動検査の実施である。Ｓ９０１で指定した検査条件レシピと、Ｓ９０３で書き換えた可変パラメータに基づき、Ｓ９０１で指定した実ウェハを検査する。その結果に基づき、Ｘ線検査装置は検出した欠陥データを指定された方法で出力する。
　Ｓ９０４の後には、Ｓ９０４と同様に実ウェハを対象としたＴＳＶの自動検査が実行される。以降、各品種の検査が繰り返される。以上のように、図８のフローに沿って検査条件レシピを作成し、図９のフローに沿って自動検査を実施すれば、複数台の検査装置の運用であっても自動検査を安定的な検査精度で行うことが可能になる。
　＜実施例２＞　
　次に、実施例２について説明する。実施例２の装置構成は実施例１と同様である。
　図１０は記憶装置１１６に記憶される焦点寸法条件テーブルを示す図である。焦点寸法条件テーブルは、焦点寸法番号１００６、加速電圧１００７、Ｌ／Ｓ線幅１００８、コントラスト値１００９、電子源番号１０１０（運転条件）、レンズ強度１０１１（運転条件）、撮影時間１０１２、ノイズ値１０１３等の項目からなる。本実施例ではコントラスト値１００９を目標値と称する。実施例１では、検査を行う際の焦点寸法を検査条件レシピに記載したが、実施例２ではあらかじめ焦点寸法条件テーブルに規定した焦点寸法の中から検査を行うときの焦点寸法を選択して焦点寸法番号を検査条件レシピに記載する。
　制御部１１８が概ね定期的に装置１００の自動調整を実施する。自動調整は実施例１におけるＳ９０４と同様に、第２の標準試料を用いて実施する。例えば、夜間に自動検査が終了した後に、毎日、自動調整を行う。図１０に記載された焦点寸法番号１００６毎の加速電圧１００７を装置に設定し、Ｌ／Ｓ線幅１００８の画像を取得し、コントラスト値が目標値１００９と略一致するよう運転条件を調整する。制御部１１８は、調整後の状態で第２の標準試料の画像を撮影時間１０１２で取得し、そのノイズ値を算出する。調整結果である電子源番号１０１０、レンズ強度１０１１、ノイズ値１０１３を図１０のテーブルに書き込み、記憶装置１１６に記憶させる。
　図１１は、記憶装置１１６に記憶される検査条件レシピを示す図である。検出条件レシピは、ウェハの識別番号１１００、検査位置１１０１、加速電圧１１０２、焦点寸法番号１１０３、ノイズ値１１０４等の項目からなる。図１１では、図７同様、Ｘ線源に関連する重要な項目のみを例として挙げているが、コントラスト値とＬ／Ｓ線幅に代えて焦点寸法番号を記載する。
　本実施例においての検査条件レシピ作成フローを図１２に示す。該フローでは、図８のＳ８０４の焦点寸法の決定の手法として、焦点寸法番号の選択（Ｓ１２０４）を示している（それ以外のフローは図８と同様）。本実施例では、図１０の焦点寸法条件テーブルに記載された焦点寸法番号のうち、同一の加速電圧条件の中から図４中（Ｂ）で示した検出限界焦点寸法に最も近く、かつ検出したい最小の欠陥であるボイド３０７を検出可能な焦点寸法番号を選択する。
　本例においてもウェハの一つの識別番号に対して項目１１０１～１１０４の値が存在し、これらの項目の値が、図１２のフローにおいて追加されていく。本テーブルにおいて、識別番号２０１－１とは、ウェハ２０１を示すものとする。尚、検査対象品種が複数ある場合は、識別番号２０１－２、２０１－３…と追加していくことになる。
　図１３はＴＳＶの自動検査のフロー図である。実施例１と同様、検査条件レシピを作成したＸ線検査装置１００を用いてもよいし、別の同等装置で実施してもよい。検査を行う装置には検査条件レシピを作成したＸ線検査装置１００に搭載したＸ線テストチャート５０５と等しい規格の第２の標準試料を、Ｘ線検査装置１００と同様に、図２に記載した位置に搭載する。また、記憶装置１１６には焦点寸法条件テーブルを同一条件で記憶させ、装置による自動調整を行っておく。
　該フローでは、図９のＳ９０２の運転条件の調整の手法として、制御部１１８が検査条件レシピに記載された焦点寸法番号に対応する電子源番号１０１０、レンズ強度１０１１を焦点寸法条件テーブルから読み出してＸ線源１０１に設定する（Ｓ１３０２）。
　可変パラメータの書き換えＳ１３０３では、検査条件レシピのノイズ値１０１３と焦点寸法条件テーブルの撮影時間１０１２、ノイズ値１０１３から検査に必要な撮影時間と積算枚数を算出し、装置に設定する。
　自動検査の実施Ｓ１３０４では、Ｓ１３０１で指定した検査条件レシピと、Ｓ１３０３で書き換えた可変パラメータに基づき、Ｓ１３０１で指定した実ウェハを検査する。その結果に基づき、Ｘ線検査装置は検出した欠陥データを指定された方法で出力する。以上のように、図１２のフローに沿って検査条件レシピを作成し、図１３のフローに沿って自動検査を実施すれば、複数台の検査装置の運用であっても自動検査を安定的な検査精度で行うことが可能になる。
　＜その他＞　
　なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
１０１　Ｘ線源
１０２　Ｘ線検出器
１０３　ステージ
１０４　試料
１０５　Ｘ線
１０６，１０７　モータ
１０９　画像検出装置
１１１　表示部
１１２　操作部
１１３　Ｘ線焦点
１１４　Ｘ線テストチャート

Claims (7)

  1. 　Ｘ線源と、試料からのＸ線を検出する検出器と、前記試料を前記Ｘ線源及び前記検出器に対して相対移動させるステージと、前記ステージに固定された第２の標準試料と、を備えるＸ線検査装置の検査条件設定方法において、
    　第１の標準試料のＸ線透過像に基づいて決定した前記Ｘ線源の調整の目標値を記憶装置に記憶するステップと、
    　検査と検査の間に、前記第２の標準試料のＸ線透過像を用いて、前記目標値と略一致するように運転条件、並びに、撮影時間及び／又は積算枚数を調整するステップと、を備え、
    　前記目標値には、前記第２の標準試料のＸ線透過像のコントラスト値とノイズ値が含まれる、Ｘ線検査装置の検査条件設定方法。
  2. 　前記第１の標準試料は、前記Ｘ線検査装置よりも高い空間分解能のＸ線検査装置で計測された、もしくは、前記Ｘ線検査装置における検査対象を検査する時よりも小さな焦点寸法で計測された、前記検査対象に含まれる欠陥を含むものである、請求項１記載のＸ線検査装置の検査条件設定方法。
  3. 　前記第２の標準試料はＸ線テストチャートである、請求項１又は２に記載のＸ線検査装置の検査条件設定方法。
  4. 　Ｘ線源と、
    　試料からのＸ線を検出する検出器と、
    　前記試料を前記Ｘ線源及び前記検出器に対して相対移動させるステージと、記憶装置と、制御部と、を備えるＸ線検査装置において、
    　前記記憶装置は、第１の標準試料のＸ線透過像に基づいて決定した前記Ｘ線源の調整の目標値を記憶し、
    　前記制御部は、検査と検査の間に、第２の標準試料のＸ線透過像を用いて、前記目標値と略一致するように運転条件、並びに、撮影時間及び／又は積算枚数を調整し、
    　前記目標値には、前記第２の標準試料のＸ線透過像のコントラスト値とノイズ値が含まれる、Ｘ線検査装置。
  5. 　前記第１の標準試料は、前記Ｘ線検査装置よりも小さな焦点寸法のＸ線検査装置で計測された、もしくは、前記Ｘ線検査装置における検査対象を検査する時よりも小さな焦点寸法の運転条件で計測された、前記検査対象に含まれる欠陥を含むものである、請求項４記載のＸ線検査装置。
  6. 　前記第２の標準試料はステージに固定されている、請求項４又は５に記載のＸ線検査装置。
  7. 　前記第２の標準試料はＸ線テストチャートである、請求項４乃至６何れか一に記載のＸ線検査装置。
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