JP5032779B2 - 半導体ウェハ透視検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体である半導体ウェハを透過した放射線（Ｘ線、γ線、中性子線等）を検出し、半導体ウェハにおける放射線透過率の異常箇所を検出する半導体ウェハ透視検査装置に関し、例えば、半導体ウェハの内部に形成されている気室を非破壊で検出する半導体ウェハ透視検査装置に関する。

従来、被検体を透過した放射線（Ｘ線等）を検出することにより、被検体における放射線透過率の異常箇所を検出する透視検査装置が提案されている。このような透視検査装置は、例えば、多層配線基板等の内部の層のパターンを検査するために使用されている。この透視検査装置は、基本的には医療用として普及している透視装置と同じであるが、医療用透視装置がＸ線用フィルムを用いて透過像を得るのに対して、透視検査装置では、センサ出力をディジタル画像化し、画像処理で透過像を作成する点が異なっている。

従来、特許文献１に記載されているように、放射状に拡散する放射線（Ｘ線）を被検体に透過させ、線状に配列された複数の感知部を有する放射線検出器（ラインセンサ）によって、被検体を透過した放射線を検出するようにした透視検査装置が提案されている。

特開２００１−１３０９１公報

ところで、従来、多数の回路パターンを半導体ウエハ（シリコンウエハ）上に並列させて作成し、これを切り離すことによって作成される半導体装置（集積回路）が提案されている。

このような半導体装置（集積回路）においては、半導体ウエハ内に微細な気室（気泡、ボイド）が存在する場合があるが、従来、このような気室の有無を検査する技術がなかった。半導体装置においては、より一層の小型化のために、半導体ウエハを研磨することによって薄型化し、このように薄型化された半導体ウエハ上に作成されることがある。このような場合には、半導体ウエハの表面上に現れていなかった内部の気室が研磨によって顕在化していまい、半導体装置をなす回路の形成に支障が及ぶことがある。

このように、半導体ウエハにおいては、従来は問題視されなかった内部の微細な気室の存在が問題となっているため、従来は行われていなかった透視検査装置による透視検査を行うことが検討されている。

しかしながら、従来の透視検査装置を用いて半導体ウエハの透視検査を行うこととした場合において、半導体ウエハ全体の透視像を一括して得るようにした場合には、巨大な二次元センサが必要となってしまう。すなわち、半導体ウエハの直径は、例えば、２００ｍｍ程度であり、放射状に拡散するＸ線を使用することによって、８乃至１０倍に拡大した透視像を得る。すると、二次元センサとして必要な径は、２０００ｍｍ程度ということになってしまい、透視検査装置を構成することが極めて困難となる。また、このような巨大な二次元センサを用いた場合には、出力されるデータ量が膨大となり、データ転送に長時間を要することとなってしまう。

そこで、半導体ウエハ上を一定領域ごとに走査して透視像を得る方法が考えられるが、半導体ウエハ全体の透視像を得るために長時間を要してしまう。ここで、走査速度を上げて検出時間の短縮を図ろうとすると、解像度が劣化してしまい、十分な検出を行うことができない。また、一回の走査領域を大きくして検出時間の短縮を図ろうとすると、センサから出力されるデータ量が膨大となり、データ転送に長時間を要してしまい、結果として検出時間の短縮を図ることができない。

これでは、大量の半導体ウエハを迅速に検査して大量生産を図る場合において、十分な検査を行うことができない。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、構成が容易で、また、データ転送に長時間を要することなく、さらに、解像度を劣化させることなく検出時間の短縮を図ることができ、特に、大量の半導体ウエハを迅速に検査して大量生産を図る場合に使用して好適な半導体ウェハ透視検査装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置は、前記課題を解決するため、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置は、Ｘ線、γ線、または、中性子線である放射線を発生し被検体である円盤状の半導体ウェハに向けて放出する放射線源と、半導体ウェハを保持し複数回回転操作する回転操作手段と、線状に配列された複数の感知部を有しこれら感知部の配列方向を半導体ウェハの回転軌跡に対する略々径方向として設置され半導体ウェハを透過した放射線量を各感知部ごとに検出する放射線検出器と、放射線検出器により検出された放射線強度情報を半導体ウェハの回転角度位置に対応させて各感知部ごとに順次加算する加算手段とを備え、加算手段によって加算された放射線強度情報に基づき、半導体ウェハにおける放射線透過率の異常箇所である前記半導体ウェハ内に形成された気室の位置を特定することを特徴とするものである。

〔構成２〕
本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置は、構成１を有する半導体ウェハ透視検査装置において、複数の放射線検出器を備え、各放射線検出器は、各感知部を半導体ウェハの回転中心からの距離が互いに異なる位置として設置されていることを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置においては、放射線検出器により検出される放射線強度情報を円盤状の半導体ウェハの回転角度位置に対応させて放射線検出器の各感知部ごとに順次加算する加算手段によって加算された放射線強度情報に基づき、半導体ウェハにおける放射線透過率の異常箇所である前記半導体ウェハ内に形成された気室の位置を特定するので、構成が容易であり、また、一度のデータ転送量が膨大となることがなく、解像度を劣化させることなく検出時間の短縮を図ることができる。また、放射線透過率の異常箇所は、この半導体ウェハ内に形成された気室であるので、半導体ウェハについて有効な検査を行うことができる。

構成２を有する本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置においては、複数の放射線検出器が各感知部を半導体ウェハの回転中心からの距離が互いに異なる位置として設置されているので、放射線検出器を大型化することなく、半導体ウェハの全領域についての検査を迅速に行うことができる。

このように、本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置は、Ｘ線、γ線、中性子線等の放射線を用いる装置であるため、従来の他の方式、例えば、赤外線式等の検査装置によっては、検出することができなかった半導体ウェハの内部に存在し表面に顕れない気室を検出することが可能である。なお、従来の赤外線式の検査装置によって半導体ウェハを検査する場合、表面に顕れた気室（ピンホール）を検出する場合においても、直径が５０μｍ程度のものを検出することは極めて困難であった。

また、本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置においては、透視検査を行うにあたって、従来の超音波式の検査装置において必要であった検査を補助するための物質、例えば純水などの液体が不要である。そのため、半導体ウェハのようなデリケートな物体を検査する場合において、補助物質による半導体ウェハの品質の劣化を招来する虞れがなく、また、補助物質の準備及び半導体ウェハからの補助物質の除去のために要する時間が不要であるため、検査時間の短縮を図ることができる。さらに、この半導体ウェハ透視検査装置においては、例えば半導体用超純水等の補助物質の製造のためのコストが不要となり、検査工程に要するコストの削減を図ることができる。

すなわち、本発明は、構成が容易で、また、データ転送に長時間を要することなく、さらに、解像度を劣化させることなく検出時間の短縮を図ることができ、特に、大量の半導体ウエハを迅速に検査して大量生産を図る場合に使用して好適な半導体ウェハ透視検査装置を提供することができるものである。

以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置の第１の実施の形態における構成を示す模式図である。

この半導体ウェハ透視検査装置は、図１に示すように、放射線、例えば、Ｘ線ビームＸを被検体である半導体ウェハ１０１に向けて放射する放射線源となるＸ線管１を有している。このＸ線管１は、Ｘ線制御装置２によって制御されている。半導体ウェハ１０１は、回転操作機構３上に設置される。半導体ウェハ１０１は、回転操作機構３により保持され、回転操作される。この実施の形態においては、半導体ウェハ１０１は、円盤状の半導体ウエハである。この半導体ウエハの直径は、例えば、２００ｍｍ程度である。

Ｘ線管１より発せられ、半導体ウェハ１０１を透過したＸ線ビームＸは、放射線検出器であるＸ線検出器４により検出される。このＸ線検出器４は、いわゆるラインセンサであって、線状に配列された複数の感知部（画素）を有しており、半導体ウェハ１０１を透過した放射線量（Ｘ線量）を各感知部ごとに検出する。このＸ線検出器４は、各感知部のなす一直線上のＸ線強度分布を所定の空間分解能をもって検出することができる。このＸ線検出器４は、各感知部の配列方向を、半導体ウェハ１０１の回転軌跡に対する略々径方向として設置されている。

Ｘ線検出器４としては、通常使用されている撮像管タイプのものを使用することができる。このタイプのＸ線検出器４は、感知部においてＸ線量に比例して帯電した電荷を電子ビームで走査して読み出すという原理で検出するものである。Ｘ線検出器４としては、例えば、長さが２０ｃｍ程度で、１０００個程度の感知部を有するものを使用することができる。この場合には、１個の感知部の大きさは、２００μｍ程度となる。

Ｘ線ビームＸは、Ｘ線管１より発せられて放射状に拡散するビームであるので、半導体ウェハ１０１を透過した後も拡散してＸ線検出器４により検出される。したがって、Ｘ線検出器４においては、半導体ウェハ１０１の拡大透過像が検出される。このときの拡大率は、Ｘ線管１から半導体ウェハ１０１までの距離と、Ｘ線管１からＸ線検出器４までの距離との比率によって決まり、例えば、８乃至１０倍程度となされる。

Ｘ線検出器４は、検出器コントローラ５に接続され、この検出器コントローラ５によって電子ビームを制御されるとともに、検出した放射線強度情報を増幅されるようになっている。検出器コントローラ５で増幅された放射線強度情報は、加算手段となる加算装置６に供給される。加算装置６は、Ｘ線検出器４の検出出力の１走査分を受け取ってディジタル信号に変換し、このディジタル信号をＸ線検出器４の各感知部ごとに順次加算し、内部メモリに記憶する。

また、加算装置６には、回転操作機構３より半導体ウェハ１０１の回転角度位置に関する情報が入力され、この加算装置６は、放射線強度情報を、半導体ウェハ１０１の回転角度位置に対応させて加算してゆく。半導体ウェハ１０１の回転角度位置とは、例えば、半導体ウェハ１０１に設けられたノッチ等の位置を０°位置として、この０°位置よりの回転角度によって示される位置である。

加算装置６の内部メモリに記憶された放射線強度情報は、画像表示装置７に供給され、この画像表示装置７によって表示される。このように、半導体ウェハ１０１の回転角度位置に対応されて加算された放射線強度情報においては、ノイズ成分が相殺されて平滑化されるとともに、半導体ウェハ１０１における放射線透過率の異常箇所については、他の箇所に対する差が強調されることとなる。

図２は、本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置の構成を示す模式図である。

この半導体ウェハ透視検査装置においては、図２に示すように、Ｘ線管１よりＸ線ビームを半導体ウェハ１０１に向けて放射させた状態で、回転操作機構３により、図２中矢印Ａで示すように、半導体ウェハ１０１を連続的に回転操作する。Ｘ線管１及びＸ線検出器４は停止しているので、このように半導体ウェハ１０１が回転操作されることにより、Ｘ線管１及びＸ線検出器４は、相対的に、半導体ウェハ１０１上を周方向に走査することとなる。

Ｘ線検出器４により検出された放射線強度情報は、検出器コントローラ５により増幅され、加算装置６に供給される。加算装置６は、放射線強度情報を、半導体ウェハ１０１の回転角度位置に対応させて加算してゆくので、例えば、１０回転分程度の放射線強度情報を加算することによって、ノイズ成分が相殺されて平滑化されるとともに、半導体ウェハ１０１における放射線透過率の異常箇所について、他の箇所に対する差が強調される。

図３は、本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置において得られる放射線強度情報を示すグラフである。

このようにして加算装置６の内部メモリに記憶された放射線強度情報は、図３に示すように、画像表示装置７によって表示され、半導体ウェハ１０１における放射線透過率の異常箇所の位置を特定することができる。すなわち、Ｘ線検出器４におけるいずれの感知部によって異常箇所が検出されているかにより、異常個所の半導体ウェハ１０１における径方向の位置が特定され、また、異常箇所が検出されたときの半導体ウェハ１０１の回転角度位置によって、異常個所の半導体ウェハ１０１における周方向の位置が特定される。このようにして、半導体ウェハ１０１における放射線透過率の異常箇所の位置を特定することができる。

図４は、本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置において放射線が半導体ウェハを透過する様子を示す断面図である。

半導体ウェハ１０１における放射線透過率の異常箇所とは、図４に示すように、例えば、この半導体ウェハ１０１内に形成された気室（気泡、ボイド）１０１ａである。Ｘ線ビームは、半導体ウェハ１０１の原子間を通過する波長の短い電磁波であるが、半導体ウェハ１０１中にこのような気室１０１ａがあると、透過する物質の密度が異なることとなり、透過率に差が生ずる。したがって、Ｘ線ビームの透過率の差により、半導体ウェハ１０１中の気室１０１ａの有無を判断することができる。例えば、直径５０μｍ程度の気室は、Ｘ線検出器４上の放射線透過像においては４００μｍ乃至５００μｍ程度に拡大されるので、Ｘ線検出器４における２００μｍ程度の感知部によって十分に検出することができる。また、Ｘ線検出器４上の放射線透過像の拡大率をさらに大きくすれば、さらに小径の気室、例えば、直径１０μｍ程度の気室であっても検出することは可能である。

なお、Ｘ線検出器４は、図２中矢印Ｂで示すように、半導体ウェハ１０１の径方向に移動可能となっている。したがって、Ｘ線検出器４の長さが半導体ウェハ１０１の拡大像の半径よりも短い場合であっても、Ｘ線検出器４を半導体ウェハ１０１の径方向に移動させることにより、順次的に、この半導体ウェハ１０１の全面について、半導体ウェハ１０１を透過した放射線の強度情報を得ることができる。

この半導体ウェハ透視検査装置においては、Ｘ線検出器４を半導体ウェハ１０１の径方向に移動させながら検査を行うことにより、直径２００ｍｍの半導体ウエハの全面について、放射線透過率の異常箇所の有無及び位置を特定する検査を、１分以下、例えば、２０秒乃至３０秒程度で完了することができる。

〔第２の実施の形態〕
図５は、本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置の第２の実施の形態における構成を示す模式図である。

この半導体ウェハ透視検査装置は、図５に示すように、複数のＸ線検出器４ａ，４ｂを設け、これらＸ線検出器４ａ，４ｂを、各感知部が半導体ウェハ１０１の回転中心からの距離が互いに異なる位置となるように設置してもよい。すなわち、一方のＸ線検出器４ａを半導体ウェハ１０１の外周縁を含む外周側部分に設置し、他方のＸ線検出器４ｂを半導体ウェハ１０１の中心部を含む内周側部分に設置し、外周側部分と内周側部分の間にX線検出器４ａ，４ｂいずれもがカバーしていない部分が生じないようにすれば、各Ｘ線検出器４ａ，４ｂの長さが半導体ウェハ１０１の拡大像の半径よりも短い場合であっても、Ｘ線検出器４ａ，４ｂを半導体ウェハ１０１の径方向に移動させることなく、半導体ウェハ１０１の全面についての放射線強度情報を得ることができる。

〔第３の実施の形態〕
図６は、本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置の第３の実施の形態における構成を示す模式図である。

また、この半導体ウェハ半導体ウェハ透視検査装置は、前述の各実施の形態と同様のＸ線管及びＸ線検出器４を備え、図６に示すように、半導体ウェハ１０１を回転操作することなく、Ｘ線管及びＸ線検出器４をこのＸ線検出器４における感知部の配列方向に直交する方向及び該配列方向に移動操作手段によって移動操作することにより、半導体ウェハ１０１を走査（スキャン）させる構成とすることもできる。この実施の形態においては、半導体ウェハ１０１は、円盤状である必要はない。

すなわち、この半導体ウェハ透視検査装置においては、Ｘ線管よりＸ線ビームを半導体ウェハ１０１に向けて放射させた状態で、図示しない移動操作機構により、図６中矢印Ｃで示すように、Ｘ線管及びＸ線検出器４を感知部の配列方向に直交する方向に移動操作する。半導体ウェハ１０１の一側部より他側部までの移動操作が完了したならば、移動操作機構は、図６中矢印Ｄで示すように、Ｘ線管及びＸ線検出器４を感知部の配列方向に移動操作する。そして、移動操作機構は、図６中矢印Ｅで示すように、Ｘ線管及びＸ線検出器４を感知部の配列方向に直交する方向に半導体ウェハ１０１の他側部より一側部まで移動操作する。さらに、移動操作機構は、図６中矢印Ｆ及び矢印Ｇで示すように、順次Ｘ線管及びＸ線検出器４を移動操作し、半導体ウェハ１０１の全面に亘る走査を実行する。

このようにして半導体ウェハ１０１の全面に亘る走査が完了したならば、移動操作機構は、それまでの経路を逆に辿るようにＸ線管及びＸ線検出器４の移動操作を繰返し、半導体ウェハ１０１の全面に亘る走査を繰り返す。

Ｘ線検出器４により検出された放射線強度情報は、前述の実施の形態と同様に、図１に示すように、検出器コントローラ５により増幅され、加算装置６に供給される。加算装置６は、放射線強度情報を、Ｘ線検出器４の位置に対応させて加算してゆくので、例えば、半導体ウェハ１０１の全面を１０回程度走査したときの放射線強度情報を加算することによって、ノイズ成分が相殺されて平滑化されるとともに、半導体ウェハ１０１における放射線透過率の異常箇所について、他の箇所に対する差が強調される。

すなわち、加算装置６の内部メモリに記憶された放射線強度情報は、画像表示装置７によって表示され、半導体ウェハ１０１における放射線透過率の異常箇所の位置を特定することができる。すなわち、Ｘ線検出器４におけるいずれの感知部によって異常箇所が検出されているか及びＸ線検出器４がいずれの位置にあるときに検出されたかにより、異常個所の半導体ウェハ１０１における位置が特定される。このようにして、半導体ウェハ１０１における放射線透過率の異常箇所の位置を特定することができる。

なお、前述した各実施の形態においては、放射線としてＸ線を用いているが、本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置において使用する放射線は、Ｘ線に限定されるわけではなく、γ線や中性子線を使用することとしてもよい。

本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置の第１の実施の形態における構成を示す模式図である。 前記半導体ウェハ透視検査装置の構成を示す模式図である。 前記半導体ウェハ透視検査装置において得られる放射線強度情報を示すグラフである。 前記半導体ウェハ透視検査装置において放射線が半導体ウェハを透過する様子を示す断面図である。 本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置の第２の実施の形態における構成を示す模式図である。 本発明に係る半導体ウェハ透視検査装置の第３の実施の形態における構成を示す模式図である。

符号の説明

１ Ｘ線源
３ 回転操作機構
４ Ｘ線検出器
４ａ Ｘ線検出器
４ｂ Ｘ線検出器
４ｃ Ｘ線検出器
５ 検出器コントローラ
６ 加算装置
７ 画像表示装置
１０１ 半導体ウェハ
Ｘ Ｘ線ビーム

Claims (2)

1. Ｘ線、γ線、または、中性子線である放射線を発生し、被検体である円盤状の半導体ウェハに向けて放出する放射線源と、
   前記半導体ウェハを保持し、複数回回転操作する回転操作手段と、
   線状に配列された複数の感知部を有し、これら感知部の配列方向を前記半導体ウェハの回転軌跡に対する略々径方向として設置され、前記半導体ウェハを透過した放射線量を各感知部ごとに検出する放射線検出器と、
   前記放射線検出器により検出された放射線強度情報を前記半導体ウェハの回転角度位置に対応させて各感知部ごとに順次加算する加算手段と
   を備え、
   前記加算手段によって加算された放射線強度情報に基づき、前記半導体ウェハにおける放射線透過率の異常箇所である前記半導体ウェハ内に形成された気室の位置を特定する
   ことを特徴とする半導体ウェハ透視検査装置。
2. 複数の前記放射線検出器を備え、
   前記各放射線検出器は、前記各感知部を前記半導体ウェハの回転中心からの距離が互いに異なる位置として設置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハ透視検査装置。

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