(57)【要約】【課題】半導体ウエハ上に形成された微細な多数の半田バンプ等を自動的に検査することのできるウエハ検査用Ｘ線透視装置を提供する。【解決手段】試料テーブル３上に搬送された半導体ウエハＷのＸ線透過情報から、そのウエハＷの種類を自動的に認識し、同じくそのＸ線透過情報から各半導体バンプなどの検査すべき位置のマップを自動的に作成し、そのマップに基づいて試料テーブル３を自動的に移動させて透視検査を行う。【選択図】  図３
2004170226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と、そのＸ線源に対向配置されたＸ線検出器と、これらのＸ線源とＸ線検出器の間に配置され、検査すべき半導体ウエハを搭載してＸ線光軸方向を含む互いに直交する３軸方向に移動可能な試料テーブルと、上記Ｘ線検出器の出力を用いた画像処理により、試料テーブル上のウエハの透視検査を行う画像処理手段を備えたウエハ検査用Ｘ線透視装置において、
上記試料テーブル上にウエハを搬送する搬送手段と、試料テーブル上に載せられたウエハのＸ線透過情報から、そのウエハの種類を自動的に認識するウエハ種自動認識手段と、ウエハ種認識後に上記Ｘ線透過情報から当該ウエハ上で検査すべき複数の位置のマップを自動的に作成するマッピング手段と、その作成されたマップに従って検査すべき各位置のＸ線透過情報を得るべく上記試料テーブルを自動的に移動させて透視検査を行うテーブル自動位置決め・検査手段を備えていることを特徴とするウエハ検査用Ｘ線透視装置。
【請求項２】
上記テーブル自動位置決め・検査手段は、所定回数の試料テーブルの位置決めと透視検査を行うごとに、試料テーブル上にあらかじめ配置されている参照用試料をＸ線検出器の視野内に収めるべく試料テーブルを自動的に移動させ、そのＸ線透過情報を用いて、Ｘ線透視画像の明るさを一定に保つとともに、検査のための画像処理条件を調整するようにＸ線源のコントローラおよび画像処理手段に対して調整指令を与える輝度・処理条件調整手段を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のウエハ検査用Ｘ線透視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線透視装置に関し、更に詳しくは、半導体ウエハ上に形成された多数の半田バンプ等の透視検査を自動的に行うＸ線透視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップ、例えばＢＧＡ等の製造工程においては、一般に、半導体ウエハの表面に、各チップにそれぞれ対応して複数の半田バンプなどを形成するとともに、切断によりチップ化する前の段階で、各半田バンプ内のボイドの存在の有無などをＸ線透視装置を用いて検査することが行われる。
【０００３】
半導体デバイスの微細化により、半田バンプの大きさも微細化されてきており、上記のようなボイドは直径２０μｍ程度のものまで検査することが要求されている。このような微細なボイドの有無をＸ線透視装置で検査するためには、Ｘ線源として焦点１〜２μｍ程度のＸ線管球を用いる必要があり、このような焦点を有するＸ線管球としては、現時点において開放管と称される透過型のものしかない。そこで、従来、上記のような半導体ウエハ上に形成された半田バンプ内のボイドの有無等を検査するためのＸ線透視装置におけるＸ線源としては開放管が用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２９６２５６（第３頁，図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハ上に多数個形成された半田バンプなどを透視検査する従来のＸ線透視装置においては、半導体ウエハの自動搬入・搬出は行うが、ウエハの種類の入力が必要であるとともに、Ｘ線検出器の視野を個々の半田バンプの形成位置などの透視検査すべき位置に位置決めして自動的に逐次検査するものは実用化されていない。
【０００６】
これは、半導体ウエハ上の半田バンプ等の並び方がそれぞれのメーカーによって相違し、極めてランダムであることなどに起因して、試料テーブルの位置決めおよび半田バンプの並びの自動認識が困難であること、および、開放管と称されるＸ線管球は、長時間にわたって照射Ｘ線強度を一定に維持することが困難であり、半導体ウエハ上に形成された多数の半田バンプを逐一透視検査するのに要する長時間運転中にＸ線透視画像の明るさを一定に維持することができないことなどが原因となっている。
【０００７】
本発明の目的は、以上のように自動検査に対する高い技術的障壁を克服して、半導体ウエハ上の半田バンプ等を自動検査することのできるウエハ検査用Ｘ線透視装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のウエハ検査用Ｘ線透視装置は、Ｘ線源と、そのＸ線源に対向配置されたＸ線検出器と、これらのＸ線源とＸ線検出器の間に配置され、検査すべきウエハを搭載してＸ線光軸方向を含む互いに直交する３軸方向に移動可能な試料テーブルと、上記Ｘ線検出器の出力を用いた画像処理により、試料テーブル上のウエハの透視検査を行う画像処理手段を備えたウエハ検査用Ｘ線透視装置において、上記試料テーブル上にウエハを搬送する搬送手段と、試料テーブル上に搬送されたウエハのＸ線透過情報から、そのウエハの種類を自動的に認識するウエハ種自動認識手段と、ウエハ種認識後に上記Ｘ線透過情報から当該ウエハ上で検査すべき複数の位置のマップを自動的に作成するマッピング手段と、その作成されたマップに従って検査すべき各位置のＸ線透過情報を得るべく上記試料テーブルを自動的に移動させて透視検査を行うテーブル自動位置決め・検査手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００９】
ここで、本発明においては、上記テーブル自動位置決め・検査手段に、所定回数の試料テーブルの位置決めと透視検査を行うごとに、試料テーブル上にあらかじめ配置されている参照用試料をＸ線検出器の視野内に収めるべく試料テーブルを自動的に移動させ、そのＸ線透過情報を用いて、Ｘ線透視画像の明るさを一定に保つとともに、検査のための画像処理条件を調整するようにＸ線源のコントローラおよび画像処理手段に対して調整指令を与える輝度・処理条件調整手段を含ませた構成（請求項２）を採用することが好ましい。
【００１０】
本発明は、Ｘ線検出器からのＸ線透過情報を利用して、ウエハの種類を自動的に認識するとともに、検査すべき位置のマッピングを行うことにより、所期の目的を達成しようとするものであって、それに加えて、請求項２に係る発明のように、自動検査中に輝度調整を行うことによって、一度に多数のチップの検査を可能とするものである。
【００１１】
すなわち、検査に供される可能性のある複数種の半導体ウエハについて、あらかじめそれぞれのパターンを記憶しておくなどにより、試料テーブル上に載せられたウエハのＸ線透過情報から、そのウエハの種類を認識することができる。ウエハの種類を認識できると、検査すべき半田バンプ等の相互の位置関係が判り、Ｘ線透過情報から幾つかの半田バンプの位置を実測することによって、全ての半田バンプ等のマッピングが可能となる。このようにして作成されたマップに従って、個々の半田バンプ等がＸ線検出器の視野内に入るように試料ステージを逐次位置決めしていくことによって、効率的に個々の半田バンプ等の透視検査を行うことができる。
【００１２】
そして、請求項２に係る発明のように、個々の半田バンプ等の透視検査中に、設定された回数分だけ透視検査を行うごとに、あらかじめ用意された参照用試料がＸ線検出器の視野内に入るように試料テーブルを位置決めしてそのＸ線透過情報を得て、Ｘ線透視画像の明るさや画像処理条件を一定に保持するようにＸ線源のコントローラおよび画像処理手段を自動調整すれば、開放管を用いても長時間にわたってＸ線透視画像を一定の輝度に保つことが可能となり、多数の半田バンプ等を一連の動作で自動的に検査することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の構成図で、主要な機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【００１４】
Ｘ線管球１はその照射Ｘ線光軸Ｌが鉛直（ｚ軸）方向上方を向くように配置され、そのＸ線管球１に対向してその上方には、例えばイメージインテンシファイアとＣＣＤからなるＸ線カメラ２が配置されている。そして、これらのＸ線管球１とＸ線カメラ２の間に、検査すべき半導体ウエハＷを搭載するための試料テーブル３が配置されている。
【００１５】
試料テーブル３は、Ｘ線の光軸方向であるｚ軸方向を含む互いに直交する３軸方向に移動可能に支持されており、ｘ軸移動機構３ｘ，ｙ軸移動機構３ｙおよびｚ軸移動機構３ｚの駆動により、ｘ，ｙ，ｚ軸方向にそれぞれ独立的に移動するようになっている。
【００１６】
試料テーブル３は開閉自在の扉を備えた防護箱（図示せず）内に収容されており、その扉の外側に検査すべき半導体ウエハＷを試料テーブル３上のＸ線透視位置に搬入し、あるいはその位置から外部に搬出するための搬送ロボット４が配置されており、この搬送ロボット４および扉の開閉は、搬送コントローラ５からの駆動信号によって駆動制御される。
【００１７】
また、試料テーブル３は、図２にその概略の平面図を示すように、金属などの構造材３ａの略中央部に、半導体ウエハＷを搭載するための例えばカーボン等からなる試料搭載用低密度板材３ｂを配置するとともに、その試料搭載用低密度板材３ｂに隣接して、参照用のチップＲを搭載するための同じくカーボン等からなる参照試料搭載用低密度板材３ｃを配置した構造を有している。
【００１８】
Ｘ線管球１は開放型のものであって、ターゲット１ａに対して電子ビームの焦点を結ばせる対物用の磁気レンズ１ｂを内蔵しており、この磁気レンズ１ｂは、Ｘ線コントローラ６からの駆動信号によって動作し、その駆動信号を変化させることによって焦点位置をｘ，ｙ軸方向に変化させることができ、例えば電子を発生するフィラメントの熱変形によりターゲット１ａ上への電子ビームの焦点位置が変化した場合には、この駆動信号を変化させることにより元に戻すように調整することができる。また、このＸ線コントローラ６から、Ｘ線管球１に対する管電流および管電圧が供給される。
【００１９】
Ｘ線カメラ２からの出力は画像処理装置７に取り込まれる。この画像処理装置７では、以下に示すように、半導体ウエハＷの種類の識別のための画像処理、マッピングのための画像処理、および半導体ウエハＷ上に形成されている半田バンプの自動検査のための画像処理を行うことができる。
【００２０】
以上のＸ線コントローラ６および画像処理装置７は、制御装置８の制御下に置かれており、この制御装置８からの指令によって動作する。なお、画像処理装置７と制御装置８は、実際にはコンピュータとその周辺機器を主体として構成された１つのシステムであって、そのコンピュータにそれぞれに対応するプログラムをインストールすることによって構築されている。
【００２１】
次に、以上の実施の形態により半導体ウエハＷ上の半田バンプの自動運転時における動作について説明する。図３は一連の自動運転動作の全体の手順を示すフローチャートであり、図４はウエハ種自動認識処理の詳細手順を示すフローチャート、図５は位置自動補正処理の詳細手順を示すフローチャートで、図６はバンプ自動検査処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【００２２】
まず、検査すべき半導体ウエハＷを搬送ロボット４によって試料テーブル３上に搬入し、次いでウエハ種自動認識処理を行う。ウエハ種自動認識処理では、図４に示すように、試料テーブル３を移動させ、この試料テーブル３上に搭載された半導体ウエハＷの端部から順にＸ線透視像が得られるようにＸ線検出器２の視野を走査していき、半導体ウエハＷの全体のＸ線透視像を作成する。次に、ウエハ端から２番目のチップに注目し、チップ全体の画像を作成する。ウエハ端から２番目のチップに注目するのは、最端のチップでは半田バンプの欠落などが生じている確率が高く、正確なパターンを得ることができない可能性があるためである。
【００２３】
画像処理装置７には、あらかじめ複数種の半導体ウエハのパターンが格納されており、その各パターンとＸ線透視像とから、当該半導体ウエハＷの種類を割り出す。
【００２４】
次に、位置自動補正処理を行うが、この位置補正処理では、図５に示すように、半導体ウエハＷの種類の割り出しができていない場合、当該半導体ウエハＷは未設定として、Ｘ線透視画像からウエハＷのチップピッチ等、ウエハ種を決定するためのパラメータを自動的に計測し、新たな種類のウエハとしてそのパラメータを格納する。
【００２５】
ウエハ種の割り出しが終わると、次いでウエハＷの端部の８点の自動検出して制御装置８に自ら教示する。この８点の教示を採用することにより、以下に示すメリットがある。
【００２６】
すなわち、ウエハ上の半田バンプの並びを精密に位置合わせするには、約１０μｍの精度が必要である。１０μｍの精度は一般的なｘｙｚテーブルでは平凡な精度であるが、Ｘ線透視装置用のテーブルはＸ線照射検査範囲は前記したカーボンなどの密度の低い（機械的強度の小さい）、脆弱な板１枚で構成しなければならないため、一般的なテーブルのような剛性は得られず、ｘ軸およびｙ軸とも真直線上を摺動できないと考えて、位置補正を行う必要がある。ｘ軸とｙ軸が直交しており、各軸方向に真直線上を摺動できるならば、他の複数のパラメータの教示は必要であるがウエハを自動マッピングするのに必要な教示点は４点で十分である。しかし、上記したように低剛性のテーブルでは、これでは十分な位置情報を得ることができず、以下に示す８点教示プログラムが有効であることが、本発明者の研究によって明らかになった。
【００２７】
その８点教示プログラムでは、図７に示すように、ウエハＷの各角隅部の８点を決定する。この図７において（ｘ１，ｙ１）〜（ｘ８，ｙ８）はｘｙ座標を示している。なお、実際には縦横にチップ並びがあり、チップ間隔があるが、ここでは簡単のために、等間隔で半田バンプが並んでいるものとし、縦にｎ列、横にｍ列のバンプ並びがあるものとすると、
【００２８】
点（ｘ３，ｙ３）と点（ｘ５，ｙ５）およびこれらの点の間をｍ分割した各点、つまりｘ座標では、ｘ３，ｘ３＋（ｘ５−ｘ３）／ｍ、ｘ３＋２（ｘ５−ｘ３）／ｍ・・・・を求めるとともに、点（ｘ４，ｙ４）と点（ｘ６，ｙ６）およびこれらの点の間を同じくｍ分割した各点、つまりｘ座標ではｘ４，ｘ４＋（ｘ６−ｘ４）／ｍ、ｘ４＋２（ｘ６−ｘ４）／ｍ・・・・を求め、これらの各点のうちｙ軸方向に対向する点どうしを結ぶ直線を引く。同様にして、点（ｘ１，ｙ１）と点（ｘ７，ｙ７）およびこれらの点の間をｎ分割した各点、つまりｙ座標では、ｙ１，ｙ１＋（ｙ７−ｙ１）／ｎ，ｙ１＋２（ｙ７−ｙ１）／ｎ・・・・を求めるとともに、点（ｘ２，ｙ２）と点（ｘ８，ｙ８）およびこれらの間をｎ分割した各点、つまりｙ座標ではｙ２，ｙ２＋（ｙ８−ｙ２）／ｎ，ｙ２＋２（ｙ８−ｙ２）／ｎ・・・・を求め、これらの各点のうちｘ軸方向に対向する点どうしを結ぶ直線を引く。これにより、マトリクス状に並んだ各半田バンプの位置で交差する格子が形成されることになり、これらの各線の交点の座標を算出して、マッピングデータとする。
【００２９】
以上のマッピングを完了した後、バンプ自動検査処理を実行する。このバンプ自動検査処理においては、図６に示すように、マッピングデータに従って試料テーブル３をｘ，ｙ軸方向に位置決めしていき、各半田バンプのＸ線透視画像の画像処理によりボイドの有無などを検査する。半田バンプの検査数があらかじめ設定されている個数に達するごとに、参照用チップＲがＸ線カメラ２の視野内に収まるように試料テーブル３を自動的に移動させ、Ｘ線透視画像の明るさに変化があるか否かを判別し、変化がある場合には、Ｘ線管球１に対する管電圧および管電流を調整してＸ線透視画像の明るさを当初の明るさとなるように維持するとともに、Ｘ線管球１の磁気レンズ１ｂを調整してターゲット１ａに対する電子ビームの焦点位置を調整する。そして、画像処理環境パラメータ、各しきい値の調整を行う。
【００３０】
マッピングデータに従って全ての半田バンプの検査を終了すると、図３に示すように半導体ウエハＷを試料テーブル３上から搬出し、一連の自動検査動作を終了する。
【００３１】
以上の実施の形態において特に注目すべき点は、カーボン等の低密度材料を用いた試料テーブル３を用いているにも係わらず、半導体ウエハＷの各角隅部の８点を教示ポイントとしたマッピングにより、微細な多数の半田バンプがＸ線カメラ２の視野内に正確に収まるように、１０μｍ程度の位置決め精度のもとに試料テーブル３を移動させることができる。また、定期的に参照用チップＲを撮像してＸ線透視画像の明るさやＸ線管球１の焦点を自動的に維持するため、拡大倍率を高くする点において優れているものの、長時間の連続運転に不向きな開放型のＸ線管球１を用いていても、Ｘ線透視画像の明るさは検査開始当初の明るさに維持される。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、試料テーブル上に搬入された半導体ウエハのＸ線透過情報からそのウエハの種類を認識し、ウエハ上の半田バンプ等の検査すべき位置のマップを自動的に作成し、そのマップに従って試料テーブルを自動的に移動させて各半田バンプ等のＸ線透過情報を得て、画像処理によって各半田バンプを自動的かつ効率的に検査することができる。
また、請求項２に係る発明のように、定期的に参照用試料のＸ線透過情報を得て、Ｘ線透視画像の明るさやＸ線源の焦点、更には画像処理条件を自動的に調整することによって、長時間にわたって安定した透視検査を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成図で、主要な機械的構成を表す模式図と電気的構成を表すブロック図とを併記して示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の試料テーブルの概略の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態による一連の自動運転動作の全体の手順を示すフローチャートである。
【図４】図３におけるウエハ種自動認識処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図５】図３における位置自動補正処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図６】図３におけるバンプ自動検査処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態における位置自動補正処理で用いる８点教示プログラムの説明図である。
【符号の説明】
１  Ｘ線管球
１ｂ  磁気レンズ
２  Ｘ線カメラ
３  試料テーブル
３ｂ  試料搭載用低密度板材
３ｃ  参照試料搭載用低密度板材
３ｘ  ｘ軸駆動機構
３ｙ  ｙ軸駆動機構
３ｚ  ｚ軸駆動機構
４  搬送ロボット
５  搬送コントローラ
６  Ｘ線コントローラ
７  画像処理装置
８  制御装置
Ｗ  半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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