KR101999210B1 - method of testing 3D type multi layer semiconductor device in the process of stacking chip - Google Patents

method of testing 3D type multi layer semiconductor device in the process of stacking chip Download PDF

Info

Publication number
KR101999210B1
KR101999210B1 KR1020180000188A KR20180000188A KR101999210B1 KR 101999210 B1 KR101999210 B1 KR 101999210B1 KR 1020180000188 A KR1020180000188 A KR 1020180000188A KR 20180000188 A KR20180000188 A KR 20180000188A KR 101999210 B1 KR101999210 B1 KR 101999210B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chip
upper chip
inspection
semiconductor device
image
Prior art date
Application number
KR1020180000188A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190082508A (en
Inventor
박태훈
정준희
Original Assignee
(주)넥스틴
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)넥스틴 filed Critical (주)넥스틴
Priority to KR1020180000188A priority Critical patent/KR101999210B1/en
Publication of KR20190082508A publication Critical patent/KR20190082508A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101999210B1 publication Critical patent/KR101999210B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/22Connection or disconnection of sub-entities or redundant parts of a device in response to a measurement
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/24Optical enhancement of defects or not directly visible states, e.g. selective electrolytic deposition, bubbles in liquids, light emission, colour change
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement

Abstract

3차원 적층형 반도체장치 제조과정에서 하부 칩 위에 상부 칩 적층 공정을 실시하는 적층 공정 단계가 이루어진 후, 상부 칩이 적층된 상태로 자동초점 기능을 가지는 패턴 검사장비를 이용하여 검사광학계와 대상물 사이의 평면상에서의 위치를 상대적으로 이동하면서 광학적 검사를 함으로써 상부 칩 표면의 높이 방향 위치 변화를 검출하고, 검출된 결과를 통해 해당 상부 칩 위치에서의 칩 적층 불량을 판정하는 과정을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법이 개시된다.
본 발명 방법에 따르면, 3차원 적층 반도체장치를 형성하는 공정에서 칩을 쌓아올리면서 외부로 드러나는 부분에 대한 광학적 검사를 통해 상하 접속불량을 일으킬 수 있는 불량 칩 부분을 확인하여 이 부분에서는 향후 공정 진행을 계속하지 않도록 함으로써 공정 부담과 비용을 줄일 수 있고, 완성되는 3차원 적층형 반도체장치의 불량율을 줄일 수 있게 된다.
After the stacking process step of performing the upper chip stacking process on the lower chip in the process of manufacturing the three-dimensional stacked semiconductor device, a pattern inspection device having an auto-focus function with the upper chip stacked, Detecting a change in height position of the upper chip surface by performing optical inspection while relatively moving the position on the upper chip position and determining a chip stacking failure at the upper chip position based on the detected result, An interim inspection method for a semiconductor device chip stacking process is disclosed.
According to the method of the present invention, in the step of forming a three-dimensional laminated semiconductor device, a portion of a defective chip, which may cause a defective vertical connection, is identified through optical inspection of a portion exposed to the outside while stacking chips, It is possible to reduce the process burden and the cost, and to reduce the defective ratio of the completed three-dimensional stacked semiconductor device.

Description

3차원 적층형 반도체장치의 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법{method of testing 3D type multi layer semiconductor device in the process of stacking chip}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a method of testing a multi-layer semiconductor device,

본 발명은 반도체 장치 공정 중간 단계에서의 검사 방법에 관한 것으로, 특히 3차원 적층형 반도체 장치를 만드는 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inspection method in an intermediate stage of a semiconductor device, and more particularly, to an intermediate inspection method for a chip stacking process for fabricating a three-dimensional stacked semiconductor device.

3차원 적층형 반도체장치는 칩을 상하 방향으로 겹쳐 쌓고 이들을 회로적으로 연결하여 만들어지는 반도체장치이며, 멀티칩 패키지(MCP) 형태의 반도체장치의 일종이라고 할 수 있다. 이런 3차원 적층형 반도체장치에서 상, 하부 칩은 각 칩(1)에 형성된, 도1에 예시된 것과 같은 실리콘 관통전극(TSV:Through Silicon Via: 3)을 이용하여 회로 연결을 이루어 결국 전체적 전기회로를 이루게 된다. 실리콘 관통전극의 상단과 하단에는 상, 하부 칩 사이의 회로 접속을 위한 땜납 층(5, 7)이 존재한다.The three-dimensional stacked semiconductor device is a semiconductor device which is formed by stacking chips vertically and connecting them in a circuit, and can be said to be a type of semiconductor device in the form of a multi-chip package (MCP). In such a three-dimensional stacked semiconductor device, the upper and lower chips are connected to each other through a silicon via electrode (TSV: Through Silicon Via: 3) as shown in FIG. 1 formed on each chip 1, . At the upper and lower ends of the silicon penetrating electrode, there are solder layers 5 and 7 for circuit connection between the upper and lower chips.

이런 3차원 적층형 반도체장치를 형성하기 위해서는 웨이퍼 가공을 통해 우선 칩이 형성되어야 하고, 칩이 형성된 상태에서 하부 칩과 상부 칩이 상하로 겹쳐지도록 놓이고, 하부 칩과 상부 칩 사이에서 복수 개의 실리콘 관통전극을 통해 전기적 연결이 이루어지면서 상부 칩 회로부와 하부 칩 회로부가 결합되어 전체로서 통합된 회로를 이루도록 하는 것이 필요하다.In order to form such a three-dimensional stacked semiconductor device, a chip must first be formed through wafer processing. In a state in which chips are formed, the lower chip and the upper chip are placed so as to overlap each other, It is necessary that the upper chip circuit part and the lower chip circuit part are combined with each other to form an integrated circuit as a whole.

이런 구성은, 반도체장치의 회로 형성 효율을 높이기 위해 많은 칩들이 상하로 겹쳐지게 놓이고 전기적으로 결합되는 것이 필요한 경우가 많기 때문이다. 이런 반도체장치 구성에서는 완성된 하나의 반도체장치가 완전한 기능을 발휘하기 위해서는 각각의 층을 이루는 칩이 완전하게 형성되어야 하고, 상하에 있는 두 칩으로 이루어진 쌍들 가운데 어느 쌍에 있어서도 상하로 칩을 결합시킬 때 상부 칩의 전극 단자와 그에 대응하는 하부 칩의 전극 단자가 잘 정렬되고, 전기적으로 잘 접속되어야 한다.This is because many chips are required to be overlapped and electrically coupled in order to increase the circuit formation efficiency of the semiconductor device. In such a semiconductor device configuration, in order for a completed semiconductor device to perform its full function, a chip constituting each layer must be completely formed, and any pair of upper and lower pairs of chips must be vertically coupled The electrode terminals of the upper chip and the electrode terminals of the corresponding lower chip must be well aligned and electrically connected well.

만약, 어느 상하 칩 쌍에서라도 도2 및 도3에 나타난 것과 같은 전극 정렬의 오류나 솔더 두께 이상 등으로 인한 수평적 어긋남이나 칩 평면의 기울어짐이 발생하여 전기 접속이 정상적으로 이루어지지 않게 되고, 다수의 칩이 상하로 쌓여 이루어진 전체 반도체 장치는 불량이 되어 사용할 수 없게 된다. 따라서, 개개의 칩을 잘 형성하는 것도 중요하지만 3차원 적층형 반도체장치에서는 상부 층과 하부 층으로 이루어지는 모든 칩 쌍 사이의 전기적 결합도 정확히 이루어지는 것이 요구된다. In any of the upper and lower chip pairs, horizontal misalignment or tilting of the chip plane occurs due to errors in electrode alignment or thickness of the solder or the like as shown in Figs. 2 and 3, so that electrical connection can not be normally performed. The entire semiconductor device stacked up and down becomes defective and can not be used. Therefore, it is important that the individual chips are formed well, but in the three-dimensional stacked semiconductor device, it is required that the electrical coupling between all the chip pairs including the upper layer and the lower layer is accurately performed.

그런데, 이들 칩 쌍 사이의 결합이 정확하게 이루어졌는지를 알기 위해서는 단자에 전기를 인가하여 기능이 잘 수행되는 것을 확인하는 것이 좋겠지만, 반도체장치가 만들어지고 있는 공정 중간에는 각 전극에 전압을 인가하여 기능 수행을 첵크하는 등의 전기적 검사는 통상 가능하지 않다는 문제가 있다.However, in order to determine whether the coupling between the chip pairs is correctly performed, it is desirable to confirm that the function is performed by applying electricity to the terminal. However, in the middle of the process of manufacturing the semiconductor device, There is a problem that electrical inspection such as checking the performance is not usually possible.

특히, 칩을 한층 씩 쌓아올리는 과정에서 이미 하부 층들 사이에서 문제가 있다면 그 위쪽으로 칩을 쌓고 전기적 접속을 시키는 이후 공정은 무의미하게 되며 이후 공정에서 사용되는 칩들을 낭비하는 것일 수 있다. Particularly, if there is a problem between the lower layers in the process of stacking the chips one by one, the process may become meaningless after the chips are stacked up and electrical connection is made, which may be waste of the chips used in the subsequent process.

따라서, 이런 3차원 적층 반도체장치를 형성하는 공정에서는 칩을 쌓아올리면서 상하 칩을 접속시키는 단계마다 혹은 그들 단계 중 적어도 하나에서 전기적 검사는 아니라도 외적으로 드러나는 불량 요인을 확인하는 검사가 이루어질 수 있다면 완성되는 3차원 적층형 반도체장치의 불량율을 저감시키고 검사 과정에서 이미 불량으로 확인된 칩에 대해서는 더 이상의 공정을 진행하지 않아 공정 부담을 줄이고 비용을 줄이는 데 매우 바람직할 것이다.Therefore, in the step of forming such a three-dimensional laminated semiconductor device, if it is possible to carry out the inspection for confirming the defective factor which is externally revealed at every step of connecting the upper and lower chips while stacking the chips, or at least one of the steps, It is highly desirable to reduce the defective rate of the completed three-dimensional stacked semiconductor device and to reduce the burden on the process and reduce the cost because no further process is performed on the chip already confirmed as defective in the inspection process.

한편, 반도체장치 패턴 검사 장비에서는 검사를 위한 대상이 정확한 패턴 영상을 획득하기 위해 정밀하게 초점을 맞추는 작업을 하면서 패턴 검사를 진행하게 된다.On the other hand, in a semiconductor device pattern inspection apparatus, a pattern inspection is performed while an object for inspection is precisely focused to obtain an accurate pattern image.

이런 초점을 맞추는 작업은 물론 자동적으로 빠르게 이루어져야 하며 검사 장비는 대부분 내부에 퓨리에 변환과 같은 기본 알고리즘을 바탕으로 하는 계산용 알고리즘과 프로세서를 구비하여 빠른 자동초점(fast autofocus) 기능을 구현하고 있다. 이를 통해 촬상소자에 맺히는 영상을 분석하고 정확한 초점 거리를 알아내고, 그 초점 거리에 맞게 대물렌즈와 같은 광학 요소와 검사 대상물 사이의 거리나 광학 요소들 사이의 배치를 바꾸면서 정확한 초점의 패턴 영상을 획득하고, 이를 근거로 반도체장치 검사를 계속하게 된다.This focus must be done automatically as well as automatically. Most of the inspection equipments are equipped with a calculation algorithm and a processor based on basic algorithms such as Fourier transform to realize fast autofocus function. By analyzing the image formed on the image pickup device and finding the accurate focal distance, it obtains an accurate focus pattern image while changing the distance between the optical element such as the objective lens and the object to be inspected and the arrangement between the optical elements according to the focal distance. And the semiconductor device test is continued based thereon.

자동초점은 장비가 대상에 거리 측정을 위한 초음파나 광선을 보내고 반사되는 것을 감지하는 능동방식과 대상물에서 자연스럽게 반사된 광을 이용하여 초점을 맞추는 수동방식이 있고, 수동방식으로는 이중상 합치 방식도 있지만 촬영에 사용되는 검사 장비의 대물 렌즈 혹은 카메라 렌즈를 통해 들어오는 빛을 이용하는 TTL 방식이 많이 사용된다. 수동방식의 하나이며 비디오 카메라와 컴팩트 디지털 카메라에서 많이 사용되는 대비 검출 방식에서는 렌즈를 움직이면서 영상 일부의, 주로 중앙부분의 대비(contrast)를 계속적으로 계산하고 대비가 최대가 되었을 때 초점이 맞았다고 판단한다. DSLR 카메라에 많이 사용되는 위상차 검출 방식에서는 렌즈를 통해 들어오는 빛을 나누어 비교함으로서 초점이 맞았는지 판단한다.The autofocus is an active mode in which the equipment sends an ultrasound or a light beam to the subject to sense the distance and reflects the object, a manual mode in which the light is reflected naturally from the object, and a dual mode The TTL method using the light coming through the objective lens or the camera lens of the inspection equipment used for photographing is often used. In the contrast detection method, which is one of the manual methods and used frequently in video cameras and compact digital cameras, the contrast of the main part of the image is continuously calculated while moving the lens and it is determined that the focus is achieved when the contrast becomes maximum do. In the phase difference detection method, which is often used in DSLR cameras, the light coming through the lens is divided and compared to judge whether or not the light is focused.

이러한 자동 초점 기능을 이용하여 반도체 패턴 검사 장비에서는 웨이퍼의 초점 표면(focal plane) 수 나노미터 내지 수십 나노미터 수준의 편차를 극복하면서 정확한 초점 영상을 획득할 수 있다.By using such an autofocus function, it is possible to obtain a precise focus image while overcoming a deviation of a wafer from a focal plane of several nanometers to several tens of nanometers.

가령, 웨이퍼가 놓이는 테이블의 평면방향 위치를 바꾸어가면서 패턴 영상을 획득함과 함께 평면 위치 바꿈에 따른 웨이퍼 표면의 높이 변화에 대해서도 감지하고, 그에 따라 테이블을 웨이퍼 두께 방향 혹은 높이 방향으로 이동시켜 웨이퍼 표면이 초점 평면 위치 혹은 의도적으로 초점 평면에서 일정 거리 이격된 위치에 놓이도록 하고, 그 평면 위치에서의 패턴 영상을 획득하게 된다. For example, the pattern image is acquired while changing the position of the table in the plane on which the wafer is placed, and also the height change of the wafer surface due to the planar position change is sensed. Thus, the table is moved in the wafer thickness direction or the height direction, Is placed at a position spaced from the focal plane position or intentionally by a certain distance from the focal plane, and a pattern image at the plane position is obtained.

자동 초점을 수행하는 반도체 패턴 검사 장비의 하나의 예에 따르면, 패턴 영상을 획득하기 위한 패턴 영상용 촬상소자와 자동 초점을 위한 자동 초점용 촬상소자를 구비한다. 물론 다른 예에 따르면 자동초점 방식에 따라 하나의 촬상소자가 패턴 영상용과 자동 초점용을 겸할 수도 있지만 여기서는 별도의 촬상 소자를 갖는 것으로 한다. According to one example of the semiconductor pattern inspection equipment for performing auto-focus, there is provided an image pickup device for pattern image to obtain a pattern image and an image pickup device for auto-focus for auto-focus. Of course, according to another example, one imaging element may serve as both a pattern image and an auto focus in accordance with the automatic focusing method, but here, the imaging element has a separate imaging element.

그리고, 영상 광학계에 대한 웨이퍼의 평면상의 위치를 바꾸면서, 자동 초점용 촬상소자를 통해 초점 평면 위치를 계속 판단하고, 웨이퍼 표면이 초점에서 벗어난 경우, 웨이퍼 테이블의 위치를 초점 평면 위치에 맞게 계속 조절한 뒤, 그 평면상의 위치에 대해 패턴 영상용 촬상소자로 패턴 영상을 얻고, 정상 패턴인지 확인하게 된다.Then, while changing the position on the plane of the wafer with respect to the image optical system, the focus plane position is continuously determined through the auto-focus imaging device, and when the wafer surface is out of focus, the position of the wafer table is continuously adjusted A pattern image is obtained with the image pickup device for pattern image with respect to the position on the plane, and it is confirmed whether the pattern image is a normal pattern.

이런 작용이 빠르고, 연속적으로 이루어지기 위해 자동 초점용 촬상소자의 신호는 컴퓨터장치로 투입되고, 영상 분석용 이미지 프로세싱 프로그램을 통해 현재 평면 위치의 웨이퍼 표면이 영상 광학계의 초점 평면과 얼마나 이격되어 있는지를 자동 계산하고, 이 거리만큼 테이블을 높이 방향으로 이동시키기 위해 컴퓨터장치가 테이블에 신호를 준다. In order to perform this action quickly and continuously, the signals of the autofocus imaging device are input to a computer device and the image processing program for image analysis is used to determine how far the wafer surface in the current plane position is spaced from the focal plane of the imaging optical system The computer device gives a signal to the table to automatically calculate and move the table in the height direction by this distance.

물론, 반도체 장치 제조용 패턴 검사 장치의 자동초점 방식은 매우 다양하게 있을 수 있으며, 어떤 방식으로 이루어지건 자동 초점 기능에는 초점 거리에 맞는 웨이퍼 테이블의 이동이 뒤따르게 된다. Of course, the auto focus method of the pattern inspection apparatus for manufacturing a semiconductor device can be various, and the auto focus method follows the movement of the wafer table corresponding to the focal distance in any way.

대한민국 등록특허 10-1345012 : 이미지를 전자적으로 캡처하는 장치, 카메라로부터 물체까지의 초점 거리를 추정하는 장치, 카메라-물체 초점 심도의 자동 추정 방법 및 컴퓨터-판독가능 매체An apparatus for capturing an image electronically, an apparatus for estimating a focal distance from a camera to an object, a method for automatically estimating a camera-object focus depth, and a computer-readable medium 대한민국 등록특허 10-1640914 : 초점 위치 조정 방법 및 검사 방법Korean Patent No. 10-1640914: focus position adjustment method and inspection method 대한민국 등록특허 10-1113602 : 웨이퍼 결함 검출 시스템Korean Patent Registration No. 10-1113602: Wafer defect detection system

본 발명은 상술한 3차원 적층형 반도체장치 제조에 있어서의 문제점을 경감시키기 위한 것으로, 하부 칩 위에 상부 칩을 위치시키고 상부 칩의 이면에 드러나는 TSV 하단으로 된 전기단자를 하부 칩의 표면에 있는 대응 단자에 접속을 시킨 뒤, 상부 칩과 하부 칩 사이의 접속이 잘 이루어졌는지 검사하는 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to alleviate the problems in manufacturing the above-described three-dimensional stacked type semiconductor device, in which an upper chip is placed on a lower chip and an electrical terminal having a lower TSV exposed on the back surface of the upper chip is connected to a corresponding terminal And then checking whether or not the connection between the upper chip and the lower chip is well performed after connecting the semiconductor chip to the lower chip.

본 발명은 하부 칩 위에 상부 칩을 위치시키고 전기가 통할 수 있도록 물리적으로 접속을 시킨 뒤 상부 칩과 하부 칩 사이의 접속이 잘 이루어졌는지를 효율적으로 검사할 수 있는 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a three-dimensional stacked semiconductor device chip stacking process in which an upper chip is placed on a lower chip, a physical connection is made to allow electricity to pass therethrough, and an efficient check of connection between the upper chip and the lower chip The present invention also provides a method for inspecting a semiconductor device.

본 발명은 3차원 적층형 반도체장치를 형성하는 공정에서는 칩을 쌓아올리면서 상, 하 칩을 접속시키는 단계의 적어도 하나, 바람직하게는 단계마다 검사를 실시하여 제조공정 상의 부담과 비용을 줄일 수 있고, 만들어질 3차원 적층형 반도체장치의 불량률을 줄일 수 있는 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In the process for forming a three-dimensional stacked semiconductor device according to the present invention, at least one of the steps of stacking chips and connecting upper and lower chips is carried out, and it is possible to reduce burden and cost in the manufacturing process, And an object of the present invention is to provide an inspection method for a three-dimensional stacked semiconductor device chip stacking process capable of reducing the defective rate of a three-dimensional stacked semiconductor device to be fabricated.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법은,According to an aspect of the present invention, there is provided an intermediate stage inspection method for a three-dimensional stacked semiconductor device chip stacking process,

3차원 적층형 반도체장치 제조과정에서 하부 칩 위에 상부 칩 적층 공정을 실시하는 적층 공정 단계가 이루어진 후,After the lamination process step of performing the upper chip laminating process on the lower chip in the process of manufacturing the three-dimensional laminated semiconductor device,

상부 칩이 적층된 상태로 자동초점 기능을 가지는 검사장비를 이용하여 검사광학계와 대상물 사이의 평면(xy평면) 상에서의 위치를 상대적으로 이동하면서 광학적 검사를 함으로써 상부 칩 표면의 높이 방향(z 방향) 위치 변화를 검출하고, 검출된 결과를 통해 해당 상부 칩 위치에서의 칩 적층 불량을 판정하는 과정을 가지는 것을 특징으로 한다.(Z direction) of the upper chip surface by performing optical inspection while relatively moving the position on the plane (xy plane) between the inspection optical system and the object by using the inspection equipment having the auto focus function while the upper chip is stacked, Detecting a position change and determining a chip stacking failure at the upper chip position based on the detected result.

본 발명에서 적층된 칩들 가운데 가장 하부의 칩은 소잉을 실시하기 전의 웨이퍼 상태의 칩일 수 있다. 이런 경우, 웨이퍼 전반에 대해 하부 칩 및 상부 칩의 각 요소 부분의 두께 등을 바탕으로 상부 칩 표면의 정상적인 레벨을 계산하고, 이를 기준 레벨로 정하면서, 기준 레벨에서 마이크로미터 단위 이상 벗어난 부분을 가지는 상부 칩에 대해서는 적층 불량으로 판단하는 처리를 할 수 있다.In the present invention, the lowermost chip among the stacked chips may be a chip in a wafer state before sowing. In this case, the normal level of the upper chip surface is calculated based on the thickness of each element part of the lower chip and the upper chip with respect to the entire wafer, and a normal level of the upper chip surface is calculated, It is possible to perform processing for judging the upper chip as a lamination failure.

본 발명에서 검사는 상부 칩 단위로 할 수 있고, 상부 칩 내의 일부 구역을 대상으로 진행할 수도 있다.In the present invention, the inspection may be performed on the upper chip unit, or may be performed on a part of the upper chip.

본 발명에서 상부 칩을 단위로 한 검사는 상부 칩 표면의 한 부분의 위치를 기준으로 정하고 검사 대상 부분에서의 상부 칩 표면이 이 기준으로부터 일정 범위 내에 있는지 확인하는 것일 수 있다. 이때 검사 대상 부분은 통상의 패턴 검사 장치에서 패턴 검사를 위해 진행하는 모든 대상 부분이 될 수도 있고, 검사의 신속을 위해 상부 칩에 분포된 몇 개로 한정된 부분, 가령, 하나의 상부 칩에 대해 모서리 4개 부분, 혹은 모서리 4개, 중앙, 각 변의 중앙 위치를 포함하여 9개 부분이 될 수도 있다.In the present invention, the inspection based on the upper chip may be based on the position of one part of the upper chip surface, and the upper chip surface in the inspection part may be within a certain range from the reference. At this time, the portion to be inspected may be all the parts to be inspected for the pattern inspection in the normal pattern inspection apparatus, and may be limited to a few limited portions distributed on the upper chip for quick inspection, for example, It may be nine parts, including four parts, the center, and the center of each side.

본 발명에서 상부 칩 내의 일부 구역을 대상으로 진행하는 경우, 일정 이상 거리 이내의 상부 칩 평면상의 두 검사 대상 부분이 일정 이상 높이 차 혹은 일정 이상의 경사도를 가지는 경우를 찾아내어 그 상부 칩을 적층 불량으로 판단할 수 있다.In the present invention, it is possible to find a case where two inspection target portions on the upper chip plane within a certain distance or more are inclined at a certain height difference or more than a certain height, It can be judged.

본 발명에서 검사 장비의 자동초점 기능은 촬상소자의 촬상영상에서 가장 휘도가 큰 부분의 표면을 초점 평면이라고 판단하는 방식으로 이루어지는 것일 수 있다.In the present invention, the auto focus function of the inspection equipment may be a method of determining the surface of the portion with the largest luminance in the sensed image of the image sensing device as the focus plane.

본 발명에서 상부 칩이 평면상에서 정 위치에서 평행이동(평면방향 이동)이나 회전이동이 이루어졌는지 여부를 상부 칩 표면의 두께 방향 위치 변화와 함께 검출하여 상부칩 적층 불량을 종합적으로 판단하는 방법을 사용할 수 있다.In the present invention, a method of judging whether or not the upper chip is parallel moving (planar direction movement) or rotational movement in the plane on the plane is detected together with the positional change in the thickness direction of the upper chip surface, .

본 발명 방법에 따르면, 3차원 적층 반도체장치를 형성하는 공정에서 칩을 쌓아올리면서 상, 하부 칩을 접속시키는 단계마다 외부로 드러나는 부분에 대한 광학적 외관 검사를 통해 불량 칩 부분을 확인할 수 있다.According to the method of the present invention, in the step of forming a three-dimensional laminated semiconductor device, a defective chip portion can be identified through an optical appearance inspection of a portion exposed to the outside every time the upper and lower chips are connected while stacking the chips.

따라서, 본 발명에 따르면 이 불량 칩 부분에서는 향후 공정 진행을 계속하지 않도록 함으로써 공정 부담과 비용을 줄일 수 있고, 완성되는 3차원 적층형 반도체장치의 불량율을 줄일 수 있게 된다.Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the process burden and cost by preventing the process step from continuing in the defective chip portion, and to reduce the defective rate of the completed three-dimensional stacked semiconductor device.

도1은 반도체 장치 내에서 하부 칩과 상부 칩의 전기적 접속에 사용되는 실리콘 관통전극(TSV)의 설치 형태의 한 예를 나타내는 측단면도,
도2은 하부 칩 위에 상부 칩이 적층된 상태에서 전기 단자 사이의 부정합으로 인하여 상부 칩 표면이 정상 초점 평면에서 전체적으로 일정 높이 이탈된 상태를 나타내는 개념적 측단면도,
도3은 도2와 같이 하부 칩 위에 적층된 상부 칩이 정위치에 놓이지 못하여 하부 칩의 전기 단자와 상부 칩의 전기 단자 사이에 부정합이 발생하고 상부 칩이 초점 평면에서 경사지게 놓인 상태를 나타내는 개념적 측단면도이다.
도4는 하부 칩 위에 상부 칩이 결속되는 공정의 중요 단계들을 나타내는 측단면도,
도5는 본 발명에 사용될 수 있는 자동초점 기능을 가진 패턴 검사 장비의 일 실시예를 나타내는 구성 개념도,
도6은 자동초점용 촬상소자로부터 획득된 라인 스페이싱 타겟 이미지의 한 예를 나타내는 도면,
도7은 도6의 영상분석에 의한 초점곡선으로, 촬상소자 일 단부에서 가로로 진행하면서 화소위치에 따른 선명도를 나타내는 그래프,
도8은 자동초점 기능을 가진 패턴 검사 장비를 이용하여 웨이퍼의 하부 칩 위치에 상부 칩을 적층시킨 상태로 상부 칩 표면의 레벨을 검사하는 상태를 나타내는 개념도,
도9는 다른 자동초점 방식의 검사 장비에서 검사가 이루어지는 개념을 설명하기 위한 개념도,
도10은 도7과 유사한 영상분석에 의한 초점곡선으로, 촬상소자 화소위치에 따른 휘도치를 나타내는 그래프,
도11은 본 발명의 레벨 검사를 위한 다른 검사장비의 개념적 구성을 간략화하여 나타내고, 초점 위치가 정상 범위를 벗어나는 오류가 발생하는 유형의 예를 나타내는 개념도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a side sectional view showing an example of an installation form of a silicon penetration electrode (TSV) used for electrical connection between a lower chip and an upper chip in a semiconductor device,
FIG. 2 is a conceptual side sectional view showing a state in which the upper chip surface is entirely separated from the normal focal plane by a certain height due to the mismatch between the electric terminals in a state where the upper chips are stacked on the lower chip;
FIG. 3 is a conceptual side view showing a state in which an upper chip stacked on a lower chip is not placed in a correct position as shown in FIG. 2 and mismatching occurs between an electrical terminal of the lower chip and an electrical terminal of the upper chip, Sectional view.
4 is a side cross-sectional view showing important steps of a process of bonding an upper chip on a lower chip,
5 is a structural conceptual diagram showing an embodiment of a pattern inspection apparatus having an autofocus function that can be used in the present invention.
6 is a diagram showing an example of a line-spacing target image obtained from an auto-focus imaging device,
FIG. 7 is a graph showing the sharpness according to the pixel position as it progresses laterally at one end of the imaging element,
8 is a conceptual diagram showing a state in which a level of an upper chip surface is inspected while a top chip is stacked on a lower chip position of the wafer using a pattern inspection apparatus having an auto focus function,
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining a concept in which inspection is performed in another auto focus type inspection equipment;
Fig. 10 is a graph showing the intensity value according to the pixel position of the imaging element,
FIG. 11 is a conceptual diagram showing an example of a type in which an error occurs in which the focus position is out of the normal range, and the conceptual configuration of another inspection equipment for the level inspection of the present invention is simplified.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도4는 본 발명 방법의 일 실시예에 따라 하부 칩 위에 상부 칩을 적층하는 세부 단계를 나타내는 측단면도이다.4 is a side cross-sectional view illustrating a detailed step of laminating an upper chip on a lower chip according to an embodiment of the method of the present invention.

도시된 바에 따르면, 먼저, 도4의 (a)에는 반도체 장치 제조 공정을 통해 웨이퍼(10)에 하부 칩이 형성된다. 하부 칩은 명확히 도시되지 않지만 웨이퍼(10) 상에 다수의 하부 칩이 함께 형성되고 아직 쏘잉을 통해 분할되지 않은 상태의 하부 칩으로 준비된다.4 (a), a lower chip is formed on the wafer 10 through a semiconductor device manufacturing process. Although the lower chip is not clearly shown, a plurality of lower chips are formed on the wafer 10 together and are prepared with the lower chip not yet divided by sawing.

여기서 하부 칩은 HBM(high bandwidth memory)의 콘트롤러 다이가 될 수 있고, 상부 칩은 하부 칩이 포함된 웨이퍼 위에 적층되는 DRAM 칩이 될 수 있다.Here, the lower chip may be a controller die of a high bandwidth memory (HBM), and the upper chip may be a DRAM chip stacked on a wafer including a lower chip.

하부 칩에는 그 위에 적층될 상부 칩의 TSV와의 전기적 접속을 위하여 해당 위치마다 전기 단자(11)가 그 표면에 드러나 있다. 이 상태에서 도4의 (b)와 같이 웨이퍼(10)의 하부 칩 위에 대응되는 상부 칩(20)이 놓여 층상 구조를 이루게 된다. 하부 칩 위에 적층된 상부 칩(20)은 하부 칩의 형성 과정과 마찬가지로 반도체 장치 제조 공정을 통해 웨이퍼에 다수 개가 함께 형성될 수 있다. The electric terminals 11 are exposed on the surface of the lower chip for each position for electrical connection with the TSV of the upper chip to be stacked thereon. In this state, the upper chip 20 corresponding to the lower chip of the wafer 10 is placed as shown in FIG. 4 (b) to form a layered structure. The upper chip 20 laminated on the lower chip can be formed on the wafer together with the lower chip by the semiconductor device manufacturing process.

단, 상부 칩(20)은 하부 칩과 달리 웨이퍼에 상부 칩 회로가 형성된 상태에서 백사이드 CMP를 통해 전체 두께를 감소시킨 후 소잉을 통해 개별 칩으로 분리시킨 칩 상태를 이룬 것이다. 웨이퍼에 대한 백사이드 CMP를 이용하면 상부 칩은 두께 50마이크로미터 정도로 얇게 연마되어 형성될 수 있고, 소잉 공정에서는 웨이퍼의 스크라이브 라인을 따라 절단을 실시하여 전체 웨이퍼 영역에 형성된 칩을 개개로 분리하게 된다. However, unlike the lower chip, the upper chip 20 is a chip in which the entire thickness is reduced through the backside CMP in a state in which the upper chip circuit is formed on the wafer, and then separated into individual chips through sawing. When the backside CMP is used for the wafer, the upper chip may be formed by thinly polishing the wafer to a thickness of about 50 micrometers. In the soaking process, chips are cut along the scribe line of the wafer to separate chips formed in the entire wafer area.

이때, 상부 칩(20)은 칩 내부 영역에 전반적으로 다수의 TSV(21)가 설치된 상태이다. TSV(21)의 상단(211)과 하단(213)에는 도1에서 보이는 것과 같이 이 칩의 상부에 적층될 다른 상부 칩(미도시)과 이 칩의 하부에 놓이는 하부 칩과의 전기적 접속을 위한 표면실장형 융착 공정에서 유리하도록 융점이 낮은 땜납용 금속층이 설치되어 있다.At this time, the upper chip 20 has a plurality of TSVs 21 installed in the chip inside area. As shown in FIG. 1, the upper end 211 and the lower end 213 of the TSV 21 are provided with a plurality of upper chips (not shown) to be stacked on the upper part of the chip and a lower chip A solder metal layer having a low melting point is provided so as to be advantageous in a surface mounting type fusion welding process.

상부 칩(20)과 하부 칩 사이에 서로 접속될 수많은 단자들 가운데 하나만 접속이 되지 않아도 향후 이들 칩을 포함하여 형성될 3차원 적층형 반도체 장치에서는 기능의 문제가 발생하게 되므로 상부 칩(20)을 웨이퍼(10) 상의 각 하부 칩 위에 놓을 때에는 정확한 하부 칩 위치 확인과 상부 칩(20)을 수송하는 로봇의 정밀한 기계적 움직임 필요한 것은 물론이다.Even if only one of a large number of terminals to be connected to each other between the upper chip 20 and the lower chip is not connected, a functional problem arises in the three-dimensional stacked semiconductor device to be formed including these chips, It is needless to say that accurate positioning of the lower chip and precise mechanical movement of the robot for transporting the upper chip 20 are necessary.

도4의 c를 참조하면 일단, 하부의 웨이퍼(10) 전체를 통해 하부 칩 위에 상부 칩(20)이 놓인 상태에서 주변에서 제한적 가열을 하는 표면 실장 방식을 통해 하부 칩의 전기 단자(11) 상단과 닿아 있는 상부 칩(20)의 TSV(21)의 하단(213) 땜납층이 용융되어 단순 접촉 형태에서 융접부(213')로 바뀜으로써 이들 전기 단자(11)와 TSV(21) 사이의 안정적인 전기 접속이 이루어지게 된다.Referring to FIG. 4C, the upper chip 20 is placed on the lower chip through the entirety of the lower wafer 10 through the entire surface of the lower chip 10, The solder layer of the lower end 213 of the TSV 21 of the upper chip 20 which is in contact with the upper chip 20 is melted and changed into a fused portion 213 ' Electrical connection is made.

일단 이렇게 물리적 적층 및 전기 접속을 위한 처리가 이루어진 웨이퍼의 하부 칩과 그 위에 놓인 상부 칩 사이의 접속에서 불량이 있는 지를 확인하기 위해 본 발명에서는 상부 칩이 접속된 상태의 웨이퍼 전반에 대한 광학적 검사를 실시한다.In order to confirm whether there is a defect in the connection between the lower chip of the wafer subjected to the physical stacking and electrical connection and the upper chip placed thereon, the present invention is characterized in that the optical inspection of the entire wafer with the upper chip connected Conduct.

도 5를 참조하면, 본 발명에 사용될 수 있는 자동초점 기능을 가진 패턴 검사장비의 일 예가 도시되어 있다. 광원은 명확히 도시되지 않지만 입사 조명 광(200)은 Nd:YAG 레이저의 각각 제2 및 제3 고조파가 되는, 녹색 및 UV로 구성된다. 이 조명 광은 조명 빔 스플리터(202)와 대물 렌즈(201)를 통해 웨이퍼(100)상에 입사한다. 웨이퍼로부터 반사된 광은 대물 렌즈(203)을 통과하고 다이크로익 필터(204)에 의해 두 성분으로 분할된다. UV 광은 반사되고 웨이퍼 패턴 검사에서 사용되는 이미지인, 패턴검사용 촬상소자(205) 상에서의 이미지를 형성한다. 녹색광은 다이크로익 미러(204)를 통해 투과되고 자동초점 과정에 사용되는 이미지인, 자동초점용 촬상소자(206) 상에서의 이미지를 형성한다.Referring to FIG. 5, an example of a pattern inspection apparatus having an autofocus function which can be used in the present invention is shown. Although the light source is not explicitly shown, incident illumination light 200 consists of green and UV, which are the second and third harmonics of the Nd: YAG laser, respectively. The illumination light is incident on the wafer 100 through the illumination beam splitter 202 and the objective lens 201. The light reflected from the wafer passes through the objective lens 203 and is divided into two components by the dichroic filter 204. The UV light is reflected and forms an image on the imaging device 205 for pattern inspection, which is an image used in wafer pattern inspection. The green light is transmitted through the dichroic mirror 204 and forms an image on the autofocus imaging element 206, which is the image used in the autofocus process.

자동초점용 촬상소자(206)는 각도 θ로 광축(207)에 경사지고, 따라서 이미지의 일부만이 정확한 초점 위치에 있을 수 있다. 패턴검사용 촬상소자(205)에서의 이미지가 초점에 맞춰있는 경우, 자동초점용 촬상소자(206)에서 초점에 맞춰있는 이미지의 일부가 이 촬상소자의 중앙에 위치되는 방식으로 정렬된다. 이는 광학 시스템과 검사 대상물 사이의 기본 초점조절이 이루어진 시작위치이다.The autofocus imaging element 206 tilts at an angle? To the optical axis 207, so that only a portion of the image may be in the correct focus position. When the image in the pattern inspection imaging device 205 is focused, a part of the focused image in the auto focus imaging device 206 is aligned in the center of the imaging device. This is the starting position where the basic focus adjustment between the optical system and the object to be inspected is made.

이상에서 광원으로 두 개의 파장을 사용하는 경우를 예시하고 있으나, 이미징 및 자동초점 기능을 위한 상이한 파장의 사용은, 표면 결함 검출에 사용되는 암시야 조명 모드(dark field mode)에서 획득된 명암 및 휘도는 명 필드 조명 모드(bright field mode)에서 획득된 것보다 낮으므로, 자동 초점 응용분야에서의 사용에 덜 적합하며, 바람직한 실시예에서, 자동초점 기능은 명 필드 조명 모드에서의 일 파장으로 동작할 수 있게 된다.Although the use of two wavelengths as the light source is illustrated above, the use of different wavelengths for the imaging and autofocus functions can be used to reduce the contrast and brightness obtained in the dark field mode used for surface defect detection Is less suitable for use in autofocus applications because it is lower than that obtained in bright field mode and in a preferred embodiment the autofocus function operates at one wavelength in light field illumination mode .

검사 대상 표면이 대물렌즈(201)에 대해 수직거리(z)만큼 이동할 때, 자동초점용 촬상소자(206)에서 보정 초점의 위치는 z' =z * m으로 주어진 경우, 거리(z')만큼 본래 초점 위치로부터 광축(207)을 따라 이동하고, 여기서 m은 한 쌍의 렌즈(201 및 203)의 측방으로의 광학적 확대율이다. 자동초점용 촬상소자(206)의 광축과의 각도로 인해, 이 촬상소자(206) 상의 미리 포커싱된 이미지는 더 이상 검출기의 중심에 있지 않지만, 중심으로부터 측방 거리는 z' / sinθ이고, 여기서 θ는 광축(207)에 대해 검출기(206)에 수직인 축선이 이루는 경사각이다. When the surface to be inspected moves by the vertical distance z with respect to the objective lens 201, the position of the correction focal point in the autofocus imaging element 206 is given by z '= z * m, From the original focus position along the optical axis 207, where m is the optical magnification of the side of the pair of lenses 201 and 203. Because of the angle with the optical axis of the autofocus imaging element 206, the prefocused image on the imaging element 206 is no longer in the center of the detector, but the lateral distance from the center is z '/ sin? Is an inclination angle formed by an axis perpendicular to the detector 206 with respect to the optical axis 207. [

이미지의 가장 선명한 부분이 결정되면, 측방 거리는 픽셀, z'의 값 즉, 계산된 z값으로 측정될 수 있다. 웨이퍼 척에 연결된 모터(208)는 웨이퍼가 포커스를 그 보정 위치로 조정하기 위해 거리(z) 만큼 수직으로 이동하도록 폐쇄루프형 제어 시스템 혹은 컴퓨터장치(209)에 의해 구동된다.Once the clearest part of the image is determined, the lateral distance can be measured as the value of the pixel, z ', i.e., the calculated z value. The motor 208 connected to the wafer chuck is driven by a closed loop control system or computer device 209 such that the wafer moves vertically by a distance z to adjust the focus to its correction position.

이미지의 정확한 초점 위치 조절은 이미지가 이 촬상소자(206)에 형성될 때 마다 이루어지는, 이미지 처리 알고리즘에 의해 결정된다. 바람직하게는, 이 알고리즘은 Sobel과 같은 에지 검출기의 사용에 의해 이미지에서 에지의 위치를 추출하도록 동작한다. 그 후 검출기의 각각의 라인에 대해, 최대 에지 선명도(sharpness)값을 선택한다. 이것은 측정을 용이하게 하기 위해, 여러 에지에 대해 평균화되고, 위치의 함수로서 에지값의 그래프가 나타내어 진다. 그래프의 최대치는 이미지의 가장 선명하고 대비가 확실한 부분을 표현한다.The exact focal position adjustment of the image is determined by the image processing algorithm, which occurs each time an image is formed on the imaging element 206. Preferably, the algorithm operates to extract the position of the edge in the image by use of an edge detector such as Sobel. Then, for each line of the detector, the maximum edge sharpness value is selected. This is averaged over several edges to facilitate measurement, and a graph of edge values is shown as a function of position. The maximum value of the graph represents the sharpest part of the image and the area with a certain contrast.

이 과정은 도 6 및 도 7을 참조하여 설명될 수 있다. 도 6은 자동초점용 촬상소자로부터 획득된 라인 스페이싱 타겟의 이미지의 모습이다. 이미지에서 획득되는 바와 같이, 이미지의 좌우측 극단 부분은 흐릿하게 나타나고, 이미지의 중앙 근처만이 초점이 맞춰져 있다. This process can be described with reference to Figs. 6 and 7. Fig. 6 is a view of an image of a line-spacing target obtained from an auto-focus imaging device. As obtained in the image, the left and right extreme portions of the image appear blurred, and only the center of the image is focused.

여기서, 가로(x)축 방향으로 일정 화소 갯수씩 묶여 있고, 세로(y)축 방향의 스트라이프를 형성하고 있다. 상부 칩의 표면이 전체적으로 고르고 평평하게 위치하여 초점 평면이 같은 레벨에 있는 경우, 이렇게 영상 속에서 다수의 스트라이프는 가령 왼쪽으로 갈수록 초점에서 + 방향으로 벗어나고, 오른쪽으로 갈수록 초점에서 - 방향으로 벗어나게 되며, 변화율도 일정하게 된다.Here, a predetermined number of pixels are bundled in the horizontal (x) axis direction to form a stripe in the vertical (y) axis direction. In the case where the surface of the upper chip is uniformly and evenly arranged and the focal plane is at the same level, a plurality of stripes in the image deviate from the focus in the + direction toward the left and toward the right in the image, The rate of change is also constant.

이런 이미지의 에지 선명도 분석은 도 7에 도시된 바와 같은 초점 곡선으로 나타낼 수 있고, 여기서 가로축은 검출기 상의 측방 픽셀 수이고 세로축은 픽셀 당 측정된 이미지의 선명도를 나타낸다. 커브의 피크는, 커브의 피크 주위의 개별 측정 지점을 통해 선으로 도시된 바와 같이, 다항식 최적 알고리즘으로 결정된다. The edge sharpness analysis of such an image can be represented by a focus curve as shown in Fig. 7, where the horizontal axis represents the number of lateral pixels on the detector and the vertical axis represents the sharpness of the measured image per pixel. The peak of the curve is determined by a polynomial optimal algorithm, as shown by the line through the individual measurement points around the peak of the curve.

도 7에 도시된 샘플 커브에서, 촬상소자 픽셀(화소) 어레이의 최적 포커싱된 위치는 1100번째 픽셀 주위에서 발생한다. 픽셀에서, 교정과정을 통해 설정되는 바와 같은, 최적 포커싱된 픽셀 위치와 명목 보정 포커싱된 픽셀 위치간의 거리는 제어 시스템(하드웨어 및 소프트웨어를 포함한 컴퓨터장치)에 의해 웨이퍼의 필요한 초점 거리 이동량으로 변환된다.In the sample curve shown in FIG. 7, the best focused position of the imaging element pixel (pixel) array occurs around 1100th pixel. At the pixel, the distance between the best-focused pixel location and the nominally-calibrated pixel location, as set through the calibration process, is translated by the control system (a computer device including hardware and software) to the required focal distance travel of the wafer.

참고로, 이 촬상소자가 광원의 출력을 모니터링하는 바람직한 경우에는, 광원의 평균 출력 레벨에서의 변화를 이미징 시스템을 보상하기 위해 사용할 수 있다. 가령, 촬상소자는 광원으로부터의 평균 파워(출력) 또는 펄스 에너지 출력을 측정하는 유형이 선택되고, 이 측정에서 광원의 출력이 하강하면, 검사 대상 웨이퍼 이미지가 선명하게 유지 되도록 디지털 이미지 처리 회로가 동작하여, 디지털 이미지 처리 회로의 그레이-스케일 레벨에 대해 조정이 행해질 수 있다.For reference, when this image pickup element is desirable to monitor the output of the light source, a change in the average output level of the light source may be used to compensate the imaging system. For example, when the type of measuring the average power (output) or pulse energy output from the light source is selected and the output of the light source falls in this measurement, the digital image processing circuit operates so that the wafer image to be inspected is kept sharp , An adjustment can be made to the gray-scale level of the digital image processing circuit.

도8은 본 발명을 수행하기 위한 반도체장치 패턴 검사 장비의 일 예의 기본 구성 개념을 나타내는 개략적 구성도이다.FIG. 8 is a schematic block diagram showing a basic configuration concept of an example of a semiconductor device pattern inspection equipment for carrying out the present invention.

장비의 전체적 구성은 도5의 구성과 유사하지만 여기서는 웨이퍼 부분에서 반사, 산란되어 나온 빛이 광학적 센서로 투입되어 감지되어 전체적으로 화면이 밝게 형성되는 화이트필드 형태의 시야 모드를 이루며, 단일광을 사용하여 다이크로익 필터 대신 스플리터를 사용하고 있다.The overall configuration of the apparatus is similar to that of FIG. 5, but here, the reflection and scattered light from the wafer portion is input to the optical sensor and is sensed to form a white field-like viewing mode as a whole, A splitter is used instead of a dichroic filter.

도시된 바에 따라 상세히 설명하면, 여기서 하부 칩이 다수 형성되어 서로 분할되지 않은 상태인 웨이퍼(10)는 검사 장비의 검사대(40)에 놓이고, 검사대(40) 위쪽에는 대물 렌즈(61), 빔 스플리터(63, 69), 리플렉터(65), 포커싱 렌즈(67)와 같은 광학 요소로 이루어진 광학 시스템과 광학적 센서로서 패턴검사용 촬상소자(71)와 자동초점용 촬상소자(73)가 설치되어 있다. 따라서 웨이퍼(10) 부분에 대한 영상은 광학 시스템을 통해 이들 촬상소자에 전달된다. 패턴검사용 촬상소자(71)는 광축에 대해 수직한 평면을 이루고, 자동초점용 촬상소자(73)는 광축에 대해 경사진 평면을 이루도록 설치되어 있다.The wafer 10 in which a plurality of lower chips are formed and not separated from each other is placed on the inspection table 40 of the inspection equipment and an objective lens 61, An optical system including optical elements such as splitters 63 and 69, a reflector 65 and a focusing lens 67 and an optical sensor including an image pickup device 71 for pattern inspection and an image pickup device 73 for auto focus are provided . Thus, the image for the portion of the wafer 10 is transmitted to these imaging elements through the optical system. The pattern inspection imaging device 71 has a plane perpendicular to the optical axis, and the autofocus imaging device 73 is provided so as to be inclined with respect to the optical axis.

광학적 감지를 위해 통상적으로 조명(50)이 필요하고, 웨이퍼(10) 부분에서 반사 혹은 산란되어 출발한 빛은 광학 시스템을 통해 자동초점용 촬상소자 및 패턴검사용 촬상소자(71, 73)에 도달하고 이들 촬상소자는 웨이퍼(10) 부분에 대한 광학적 정보 혹은 시각적 정보를 이들 촬상소자에 연결된 장비의 컴퓨터장치(80)로 전달하게 된다. 컴퓨터장치(80)는 통상의 컴퓨터와 같이 프로세서와 기억장치, 자체 표시장치(display)를 가지며, 촬상소자(71, 73)로부터 받은 정보를 장비의 기능에 적합하게 설치된 프로그램에 따라 정해진, 필요한 연산처리를 하고, 그 결과 화면을 자체의 표시장치 화면으로 보여줄 수 있다.Light 50 is typically required for optical sensing and light originating from reflected or scattered light from the wafer 10 reaches the autofocus imaging device and pattern inspection imaging devices 71 and 73 through the optical system And these imaging elements transmit optical or visual information about the portion of the wafer 10 to the computer device 80 of the equipment connected to these imaging elements. The computer device 80 has a processor, a storage device, and a self-display device, such as a typical computer, and stores information received from the image pickup devices 71 and 73 in a predetermined calculation And the resultant screen can be displayed on its own display device screen.

통상적인 패턴 검사 과정에 따르면 광학 시스템은 고정된 상태에서 웨이퍼가 놓인 검사대(40)가 평면상의 x축 방향 및 y축 방향으로 순서에 맞게 움직이면서 광학 시스템이 패턴검사용 촬상소자에서 웨이퍼 상의 검사 대상 부분의 영상을 모두 획득할 수 있도록 한다. 이때, 촬상소자를 통해 얻어지고 컴퓨터장치로 전송되는 개개의 단위 영상은 일정 시간 간격 혹은 일정 주기로 얻어지는 것이며, 그 시간 간격을 통해 검사대는 웨이퍼의 다음 촬상 대상 영역이 대물렌즈 바로 아래 위치로 이동하여 대상 영역의 영상이 촬상소자에 나타날 수 있도록 움직이게 된다. 조명은 지속적인 것이 될 수도 있지만, 웨이퍼의 촬상 대상 영역이 바로 아래 위치에 있는 경우에만 펄스 형태로 비추는 것이 될 수 있다.According to a typical pattern inspection process, the optical system moves the inspection table 40 on which the wafer is placed in order in the x-axis direction and the y-axis direction on the plane in a fixed state, So that it can acquire all of the images of FIG. At this time, the individual unit images obtained through the image pickup device and transmitted to the computer device are obtained at predetermined time intervals or at regular intervals. Through the time intervals, the inspection target moves the next image pickup target area of the wafer to a position immediately below the objective lens, So that an image of the area is displayed on the image pickup device. The illumination may be continuous, but it may be in the form of a pulse only if the area to be imaged of the wafer is in the immediate lower position.

그런데, 광학 시스템을 통하여 촬상소자에 맺히는 영상은 정확하게는 그 위치에서의 검사 대상 영역뿐 아니라 주변 영역도 포함하고, 자동초점용 촬상소자에서는 주변 영역에 있는 영상을 컴퓨터장치로 전달하여 주변 영역 가운데 순서에 따른 다음 검사 대상 영역이 얼마나 초점 평면에서 벗어나 있는지를 판단할 수 있도록 하고, 이를 통해 다음 촬상 대상 영역이 초점 평면에서 벗어난 경우, 컴퓨터장치는 이를 판단하여 검사대가 x축 및 y축 방향으로 평면 방향으로 움직이면서 한편으로 검사대가 z축 방향으로 움직여 다음 촬상 대상 영역이 초점 평면에 있거나 초점 평면에서 일정 범위의 편차를 벗어나지 않는 위치에 있도록 한다. However, the image formed on the imaging device through the optical system includes not only the area to be inspected but also the peripheral area as well as the area to be inspected at the position. In the automatic focusing device, the image in the peripheral area is transmitted to the computer device, The computer device determines that the next inspection target area deviates from the focal plane so that if the next imaging target area deviates from the focal plane, While the inspection table is moved in the z-axis direction so that the next imaging target area is located at a position that is in the focal plane or does not deviate from a certain range of deviation in the focal plane.

그러나, 본 실시예에서는 상부 칩의 패턴에 대한 검사는 이미 상부 칩을 형성하는 단계에서 이루어진 것으로 보고, 패턴검사용 촬상소자에 맺히는 영상 데이터는 컴퓨터장치로 이송하지 않거나, 이송되어도 무시하는 상태로, 자동초점용 촬상소자가 획득한 영상 데이터만 컴퓨터 장치로 전달하되, z방향으로의 검사대의 이동 없이 다음 촬상 대상 영역의 초점 평면이 기준 초점 평면에 비하여 혹은 직전 촬상 대상 영역의 초점 평면에 비하여 어느 방향으로 얼마나 차이가 나는 지를 계산하고 기록하고 다음 촬상 영역에 대해서도 이런 과정을 반복하게 된다. However, in the present embodiment, the inspection of the pattern of the upper chip is already performed in the step of forming the upper chip, and the image data formed on the pattern inspection imaging device is not transferred to the computer device, The focus plane of the next imaging object region is moved in the z direction with respect to the reference focal plane or in any direction in comparison with the focal plane of the immediately preceding imaging object region, And then repeats this process for the next imaging area.

따라서, 일반 패턴 검사에 비해 계산 부담과 z축 이동 부담을 줄여 검사 과정을 빠르게 진행할 수 있다. 이상 실시예는 검사대(wafer chuck)가 z축 이동을 하지 않는 경우를 언급하지만 물론, z축 이동을 하면서도 상부 칩 표면의 레벌 수준을 누적적으로 계산할 수 있다.Therefore, compared to the general pattern inspection, it is possible to speed up the inspection process by reducing the calculation burden and the z-axis movement burden. The above embodiment refers to the case where the wafer chuck does not move in the z axis, but the level of the upper chip surface can be cumulatively calculated while moving along the z axis.

그리고, 도9에서 보듯이 검사대의 평면 방향 이동 거리인 d(xy)에 대비한 초점 평면의 상하 방향의 위치 변화인 d(z)가 일정 범위 이상일 때에는 해당 위치에 있는 상부 칩이 웨이퍼에 적층될 때 적층 불량이 있었다고 판정하고, 다음 칩의 위치로 이동하여 같은 검사를 반복하게 되며, 이런 방식으로 전체 웨이퍼의 상부 칩들에 대한 판정을 하게 된다.As shown in FIG. 9, when d (z), which is a positional change in the vertical direction of the focal plane relative to d (xy) in the planar direction of the inspection table, is above a certain range, the upper chip at the position is stacked on the wafer It is determined that there is a stacking failure, and the wafer is moved to the position of the next chip and the same inspection is repeated. In this way, the determination of the upper chips of the entire wafer is made.

도10은 앞선 도7과 유사하게 자동초점용 촬상소자의 화소 위치에 따른 휘도치(contrast measure) 변화를 나타내는 그래프의 예시이다. 이런 경우 휘도치가 최대 혹은 극대가 되는 위치가 중앙에서 상당히 벗어나고, 실질적으로 촬상 대상 영역 표면과 초점이 맞는 평면 사이의 이격 거리를 나타내게 되어, 이 그래프를 이용하면 대상 영역의 초점 평면 레벨을 알 수 있게 된다.10 is an example of a graph showing a change in the contrast measure according to the pixel position of the auto-focus imaging device, similar to FIG. In this case, the position at which the luminance value becomes maximum or maximum deviates considerably from the center, and substantially represents the separation distance between the surface of the area to be imaged and the plane that is in focus. Using this graph, do.

한편, 이상 도8에 도시된 것과 같은 구성에서 적층된 칩들 가운데 하부의 칩은 소잉을 실시하기 전의 웨이퍼 상태의 칩이고, 그 위에 하나의 상부 칩이 적층된 상태를 나타내고 있지만, 통상 상부 칩 위로 몇 개의 칩이 더 적층되는 형태가 많으며, 이런 경우, 적층된 칩들 각각에 대해 상부 칩과 하부 칩 관계가 새로 설정될 수 있고, 이들 칩을 적층할 때마다 본 발명과 같은 검사 방법을 사용하여 적층 불량을 판단할 수 있다.On the other hand, in the configuration shown in Fig. 8, the lower chip among the chips stacked is a chip in the wafer state before the sowing is performed, and one upper chip is stacked thereon. In this case, the relationship between the upper chip and the lower chip can be newly set for each of the chips, and when the chips are stacked, Can be determined.

각 단계에서 적층 불량을 검사할 때, 상부 칩 하나의 실제 레벨(높이 위치)을 측정하여 이를 기준 레벨로 할 수 있고, 웨이퍼 전반에 대해 하부 칩 및 상부 칩의 각 요소 부분의 두께, 솔더 량 등을 바탕으로 상부 칩 표면의 정상적인 레벨을 계산하고, 이를 기준 레벨로 정하면서, 기준 레벨에서 마이크로미터 단위 이상 벗어난 부분을 가지는 상부 칩에 대해서는 적층 불량으로 판단하는 처리를 할 수 있다.When inspecting the stacking fault in each step, the actual level (height position) of one upper chip can be measured and set as a reference level, and the thickness and solder amount of the lower chip and upper chip, , The normal level of the upper chip surface is calculated, and it is determined that the upper level chip has a portion deviated by more than a micrometer unit from the reference level while determining it as the reference level.

통상 상부 칩 내에서의 패턴 특성이나 패턴 밀도에 의한 칩 내 표면 높이 변화는 수십 나노 정도인 경우가 많고, 전체적 레벨도 큰 차이가 나지 않는 범위에 있게 되지만, 상부 칩과 하부 칩 사이의 정렬 오류나 솔더 불량, 단자 패턴 불량 등으로 적층 불량이 발생할 때의 상부 칩의 전체적 경사 발생이나, 레벨 편차는 마이크로미터 단위로 뚜렷하여, 본 발명과 같은 레벨 검사를 통한 상부 칩의 적층 불량 판단은 매우 효과적인 방법이 될 수 있다.In general, the change in the height of the inner surface of the chip due to the pattern characteristics and the pattern density in the upper chip is often in the order of tens of nanometers, and the overall level is also in a range not greatly different. However, The overall inclination and the level deviation of the upper chip when the lamination failure occurs due to defective or bad terminal patterns are remarkable in the unit of micrometers and it is very effective to judge the lamination failure of the upper chip through the level inspection as in the present invention .

한편, 본 발명에서 레벨 검사는 상부 칩 단위로 할 수 있고, 상부 칩 내의 일부 구역을 대상으로 진행할 수도 있다. 상부 칩을 단위로 한 검사는 상부 칩 표면의 한 부분의 위치를 기준으로 정하고 검사 대상 부분에서의 상부 칩 표면이 이 기준으로부터 일정 범위 내에 있는지 확인하는 것일 수 있다. 이때 일정 범위는 불량 판정에 적합하다고 판단되는 임의의 범위로 정해질 수 있다. In the present invention, the level inspection may be performed on the upper chip unit, or may be performed on a part of the upper chip. The inspection based on the upper chip may be based on the position of one part of the upper chip surface and the upper chip surface in the inspection part may be within a certain range from the reference. At this time, the certain range may be set to any range determined to be suitable for the bad judgment.

검사 대상 부분은 통상의 패턴 검사 장치에서 패턴 검사를 위해 진행하는 모든 대상 부분이 될 수도 있고, 검사의 신속을 위해 상부 칩에 분포된 몇 개로 한정된 부분, 가령, 하나의 상부 칩에 대해 모서리 4개 부분, 혹은 모서리 4개, 중앙, 각 변의 중앙 위치를 포함하여 9개 부분이 될 수도 있다. 이런 경우, 패턴 검사 장치가 패턴 검사를 위해 연속으로 촬상 샷(shot)을 이어나갈 필요는 없고, 전체 상부 칩의 위치가 이미 인식된 상태라는 전제 하에서 각 상부 칩의 정해진 위치에 대한 레벨 측정만을 하여 x방향, y방향 혹은 대각선 방향으로의 경사도나 레벨을 컴퓨터 장치가 프로그램에 따라 확인하고 판정하는 방식으로 진행할 수 있다.The portion to be inspected may be all the target portions to be inspected for pattern inspection in a normal pattern inspection apparatus, and may be divided into several limited portions distributed on the upper chip for quick inspection, for example, four corners Part, or nine parts including four corners, the center, and the center position of each side. In this case, it is not necessary for the pattern inspection apparatus to continue the imaging shot continuously for the pattern inspection, and only the level measurement for the predetermined position of each upper chip is performed under the assumption that the position of the entire upper chip is already recognized the inclination or level in the x direction, the y direction, or the diagonal direction may be checked by a computer device in accordance with a program and a determination may be made.

본 발명에서 상부 칩 내의 일부 구역을 대상으로 진행하는 경우, 일정 이상 거리 이내의 상부 칩 평면상의 두 검사 대상 부분이 일정 이상 높이 차 혹은 일정 이상의 경사도를 가지는 경우를 찾아내어 그 상부 칩을 적층 불량으로 판단할 수 있다.In the present invention, it is possible to find a case where two inspection target portions on the upper chip plane within a certain distance or more are inclined at a certain height difference or more than a certain height, It can be judged.

그리고, 본 발명에서 레벨 검사와 함께 상부 칩이 평면상에서 정 위치에서 평행이동(평면방향 이동)이나 회전이동이 이루어졌는지 여부를 상부 칩 표면의 두께 방향 위치 변화와 함께 검출하여 상부칩 적층 불량을 종합적으로 판단하는 방법을 사용할 수 있다. 상부 칩의 위치를 판별하기 위해서는 물론 여러 가지 방법을 사용할 수 있다. 가령, 패턴검사용 촬상소자를 이용하여 영상으로 판단할 수도 있고, 하부 칩이 있는 웨이퍼 표면과 상부 칩 표면의 레벨 차이가 극적으로 발생하는 것을 이용하여 자동초점용 촬상소자로 상부 칩의 각 변, 모서리 부분을 파악하는 것도 가능할 것이다.In the present invention, whether or not the upper chip is parallel moved (moved in the plane direction) or rotated in a plane on the upper surface of the upper chip together with the level inspection is detected along with the positional change in the thickness direction of the upper chip surface, As shown in FIG. Various methods can of course be used to determine the position of the upper chip. For example, by using an image pickup device for pattern inspection, the image can be judged as an image. By utilizing the fact that the level difference between the wafer surface with the lower chip and the upper chip surface is dramatically generated, It is also possible to grasp the edges.

좀 더 설명하면, 하부 칩과 상부 칩이 다른 평면에 있어서 깊이 차이를 가지는 이유로 하부 칩 영역(혹은 윤곽선)과 상부 칩 영역(혹은 윤곽선)을 검사 장비에서 동시에 파악하는 것이 어려운 경우의 레벨 검사의 한 실시 형태도 생각할 수 있다. More specifically, it is difficult to simultaneously grasp the lower chip area (or contour) and the upper chip area (or contour) in the inspection equipment because the lower chip and upper chip have different depths in different planes. Embodiments are also conceivable.

이 실시 형태에서는 먼저 검사 장비를 이용하여 웨이퍼 전 영역에 대해 스캐닝을 하면서 광학적 영상을 획득한다. 웨이퍼 전체 영역 촬상을 통해 웨이퍼 내의 하부 칩 영역을 파악하고 장비컴퓨터에서 프로세서 및 적합화된 프로그램을 통해 영상 프로세싱을 실시하여 하부 칩 영역이나 위치를 정보로 기록하거나 영상 형태로 저장할 수 있다. In this embodiment, an optical image is acquired while scanning the entire wafer area using an inspection equipment. Through the imaging of the entire area of the wafer, the lower chip area within the wafer can be grasped and the equipment computer can perform image processing through the processor and the adapted program so that the lower chip area or position can be recorded as information or stored as an image.

그리고, 상부 칩이 적층된 상태에서 다시 검사 시스템으로 웨이퍼 전체 영역을 이동하면서 촬상을 통해 상부 칩 영역을 파악하고, 마찬가지로 장비컴퓨터를 이용하여 정보로 기록하거나 영상 형태로 저장할 수 있다. Then, the upper chip area is picked up while moving the entire area of the wafer with the inspection system in a state in which the upper chips are stacked, and the upper chip area can be grasped by using the equipment computer to record information or image form.

다음으로, 이들 정보나 영상을 함께 이용하여 하부 칩과 그 위에 적층되는 상부 칩 사이의 정렬 상태를 정보 연계나 영상 결합을 통해 나타내고, 이미지 프로세싱을 통해 회전이동 각도 및 평행이동 거리를 검출하거나, 위치 정보의 직접적 연산처리를 통해 회전이동 각도 및 평행이동 거리를 산출할 수도 있다. Next, by using these pieces of information or images together, an alignment state between the lower chip and the upper chip stacked thereon is represented through information linkage or image combining, and rotation movement angle and parallel movement distance are detected through image processing, The rotational movement angle and the parallel movement distance may be calculated through direct calculation processing of information.

이때, 웨이퍼 상의 위치는 웨이퍼의 중심점과 플랫존과 같은 공통 기준점을 이용하여 정할 수 있고, 이러한 공통의 기준에 의한 윤곽선이나 위치 데이터를 이용하여 매칭(matching)작업을 할 수 있다.At this time, the position on the wafer can be determined by using a common reference point such as the center point of the wafer and the flat zone, and the matching operation can be performed using the contour line or position data based on the common reference.

반도체 장치 형성을 위한 웨이퍼 공정이 이루어질 때 한 단계에서의 웨이퍼 상의 형태 구조와 그 후속 공정에서 형성되는 구조의 정렬을 파악하는 방법은 오버 레이 패턴을 이용하는 등의 다양한 방법이 있을 수 있으며, 상부 칩과 하부 칩 사이의 정렬을 확인하는 방법도 기존에 알려진 특정 공정 전후 웨이퍼 상의 구조체의 정렬을 확인하는 여러 방법을 사용할 수 있을 것이므로 여기서는 실시 형태를 위에서 살펴본 특별한 방법으로 한정하지 않는다. When a wafer process for forming a semiconductor device is performed, a method for grasping the alignment of the structure on the wafer and the structure formed in the subsequent process may be various methods such as using an overlay pattern. The method of confirming the alignment between the lower chips may also use various methods for confirming the alignment of the structures on the wafers before and after the known process, so that the embodiments are not limited to the above-described specific methods.

도 11은 본 발명의 검사 방법을 구현하기 위한 다른 장비 구성의 예를 간략하게 나타낸 레벨 검사 개념도이다. 11 is a conceptual diagram of level inspection schematically showing an example of another equipment configuration for implementing the inspection method of the present invention.

여기서는 좁은 폭의 직진성 광원, 가령 레이저(90)에서 방출되는 광빔을 이용하여 검사 대상 웨이퍼(10) 부분의 상부 칩(20)을 비추고, 그 반사광이 다수의 단위 광소자가 디스플레이 장치의 화소처럼 배열되어 이루어진 디텍터(광학적 센서: 95)의 어느 영역에 있는 단위 광소자에서 가장 강하게 감지되는지 위치를 파악하고 감도를 파악하게 된다. 이때 레이저는 대상에 맺히는 레이저 광의 형태가 점인 스폿 레이저나 대상에 맺히는 레이저 광의 형태가 라인 형태인 라인 레이저일 수 있고, 이런 경우, 각각 디텍터는 반사광도 점 형태로 검출하거나 라인 형태로 검출하여 상부 칩 표면이 정상 레벨 범위에 있는 지 여부를 확인할 수 있다. Here, the upper chip 20 of the portion of the wafer 10 to be inspected is illuminated using a narrow-band, straight-line light source, for example, a light beam emitted from the laser 90, and the reflected light is arranged as pixels of a plurality of unit- The position of the unit optical element in the region of the detector (optical sensor) 95 that is detected most strongly is detected and the sensitivity is grasped. In this case, the laser may be a spot laser whose shape is a point of laser light that is formed on the object, or a line laser whose shape is a laser light that is formed on the object. In this case, You can check whether the surface is in the normal level range.

검사 장비에서는 상부 칩(20)이 웨이퍼(10)에 형성된 하부 칩에 바르게 적층 및 접속될 때 상부 칩 표면이 검사 장비의 광학적 시스템의 초점 평면에 있도록 광학 시스템을 이루는 렌즈 광학계를 설정(setting) 혹은 조절하는 것으로 한다.In the inspection equipment, when the upper chip 20 is properly stacked and connected to the lower chip formed on the wafer 10, a lens optical system constituting the optical system is set so that the upper chip surface is in the focal plane of the optical system of the inspection equipment .

이로써, 해당 웨이퍼 부분의 상부 칩이 초점 평면에 바르게 놓여있는지 혹은 초점 평면에서 상하로 평행이동을 하였는지, 초점 평면과 경사지게 놓여 그 부분에서의 반사광이 디텍터의 기준 위치(O)에서 벗어나게 놓이는 지, 벗어날 경우 얼마나 벗어났는지를 판별함으로써 웨이퍼에 놓인 상부 칩의 레벨(수준)을 파악하고 정상적인 레벨(수준)에서 벗어났는지를 확인할 수 있게 된다.As a result, whether the upper chip of the wafer portion is correctly placed on the focal plane or moved up and down in the focal plane, whether the reflected light from the focal plane and the focal plane lies at a position deviating from the reference position O of the detector, It is possible to ascertain the level (level) of the upper chip placed on the wafer and determine whether the chip is out of the normal level.

좀 더 상세히 설명하면, 검사 장비에서 초점 거리를 검사하는 장치부는 웨이퍼(10)의 하부 칩 부분에 적층된 상부 칩(20) 표면에 광을 조사하는 조명으로서 레이저(레이저 발생기: 90)와 상부 칩 표면에서 반사된 빛을 검출하는 다수 단위 수광소자가 화소상으로 배열된 디텍터(95)를 구비하여 이루어진다.The apparatus for inspecting the focal distance in the inspection equipment includes a laser (laser generator) 90 and an upper chip 20 as illumination for irradiating the surface of the upper chip 20 laminated on the lower chip portion of the wafer 10, And a detector 95 in which a plurality of unit light receiving elements for detecting light reflected from the surface are arranged on the pixels.

도11의 a와 같이 레이저광은 상부 칩(20) 평면의 수선과 일정 각도 기울어져 레이저 광을 조사하며, 디텍터(95)도 수평에서 일정 각도 기울어진 상태로 설치된다. 디텍터(95)의 중간(기준 위치: O)에 있는 단위 수광소자에 최대 광도의 반사광이 검출되면 그 상부 칩 부분은 하부 칩 평면과 균일한 일정 거리 이격된 것으로, 정상적인 레벨에 있고, 현재의 검사 장비 세팅에서 초점 표면에 있는 것이 된다. As shown in FIG. 11A, the laser light is irradiated with the laser light by being inclined at a certain angle with the waterline of the plane of the upper chip 20, and the detector 95 is also installed in a state of being inclined at a certain angle from the horizontal. When the unit light receiving element at the middle (reference position: O) of the detector 95 detects reflected light of the maximum light intensity, the upper chip portion is spaced at a uniform distance from the lower chip plane and is at a normal level, It will be at the focus surface in the equipment setting.

도11의 b와 같이 상부 칩의 표면이 하부 칩 평면을 향하여 아래로 D의 거리만큼 평행이동하면 레이저의 반사광은 디텍터의 기준 위치(O)에서 벗어나 R 지점을 비추게 된다. 원래의 위치에서 벗어난 거리 S가 기능적 불량을 고려하여 미리 정해진 이격거리보다 큰 경우, 현재 레이저가 비추는 상부 칩에는 불량이 표시되고 웨이퍼이 이 위치에는 더 이상 후속 공정이 진행되지 않도록 한다.As shown in FIG. 11B, when the surface of the upper chip moves parallel to the lower chip plane by a distance D, the reflected light of the laser is deviated from the reference position O of the detector to illuminate the R point. If the distance S out of the original position is greater than the predetermined separation distance in consideration of the functional defect, the upper chip on which the laser is currently illuminated is marked as defective and the wafer is prevented from further processing in this position.

도11의 b와 같은 평행이동은 도2와 같은 도면을 통해 예시될 수 있다. 여기서는 하부 칩(110)의 실리콘 관통전극(111)의 상부 단자에 놓일 상부 칩(120)의 실리콘 관통전극(121)의 하부 단자가 정위치에 놓이지 않고, 상부 칩이 하부 칩에 대해 수평으로 이동되어 있다. 그 결과, 상부 칩의 실리콘 관통전극의 하부 단자가 상부 칩 하면으로부터 돌출된 거리(D)만큼 하부 칩은 정상 레벨에서 아래로 평행이동이 되고, 하부 칩 표면과 상부 칩 표면 사이의 거리는 정상적인 위치보다 거리(D)만큼 가까와지며, 도11의 b에서 보이듯이, 기울어진 레이저 광 및 기울어진 디텍터 배치에 의해 반사광은 디텍터(95)의 기준 위치(O)보다 아래쪽에 있는 R 위치에 맺히게 된다. The parallel movement as shown in FIG. 11B can be illustrated through the same drawing as FIG. The lower terminal of the silicon penetration electrode 121 of the upper chip 120 to be placed on the upper terminal of the silicon penetration electrode 111 of the lower chip 110 is not positioned in the correct position and the upper chip is moved horizontally . As a result, the bottom chip of the silicon chip penetrating electrode of the upper chip is parallel moved from the normal level downward by the distance D protruding from the upper chip bottom surface, and the distance between the lower chip surface and the upper chip surface is larger than the normal position The reflected light is converged at the R position lower than the reference position O of the detector 95 by the tilted laser light and the inclined detector arrangement as shown in FIG.

도11의 c와 같이 상부 칩의 표면이 하부 칩 평면에서 일정 각도(θ)만큼 경사진 경우, 레이저(90)의 반사광은 원래의 반사광 방향보다 일정 각도의 두 배만큼 벗어나 디텍터(95)의 기준 위치(O)에서 벗어나 R' 지점을 비추게 된다. 원래의 위치에서 벗어난 거리나 회전 각도의 크기가 기능적 불량을 고려하여 미리 정해진 거리나 크기보다 큰 경우, 현재 레이저(90)가 비추는 상부 칩(20)에는 불량이 표시되고 웨이퍼(10)의 이 위치에는 더 이상 후속 공정이 진행되지 않도록 한다.11 (c), when the surface of the upper chip is inclined at a certain angle (?) From the lower chip plane, the reflected light of the laser 90 is deviated by twice a certain angle from the original reflected light direction, It is reflected off the position (O) to the point R '. When the distance from the original position or the size of the rotation angle is larger than a predetermined distance or size in consideration of the malfunction, the upper chip 20 currently illuminated by the laser 90 displays a defect and the position of the wafer 10 So that the subsequent process is no longer carried out.

도11의 c와 같은 경사배치는 도3과 같은 도면을 통해 예시될 수 있다. 여기서는 하부 칩(110)의 실리콘 관통전극(111)의 상부 단자에 놓일 상부 칩(120)의 실리콘 관통전극(121)의 하부 단자가 정위치에 놓이지 않은 결과, 상부 칩(상부 칩 저면)이 하부 칩(하부 칩 표면)에 대해 일정 각도 경사지게 적층되어 있다. The inclined arrangement as shown in FIG. 11C can be illustrated through the same drawing as FIG. The lower terminal of the silicon penetration electrode 121 of the upper chip 120 to be placed on the upper terminal of the silicon penetration electrode 111 of the lower chip 110 is not placed in the correct position. As a result, the upper chip Are stacked at an angle to the chip (lower chip surface).

그 결과, 도11의 c에서 보이듯이, 기울어진 레이저 광 및 기울어진 디텍터와 함께 기울어진 상부 칩 표면에 의해 반사광은 디텍터(95)의 기준 위치(O)보다 아래쪽에 있는 R' 위치에 맺히게 된다.As a result, as shown in FIG. 11C, the reflected light from the inclined upper surface of the chip together with the tilted laser light and the tilted detector is formed at the position R 'lower than the reference position O of the detector 95 .

이상에서는 상호 직접 접속되는 상부 칩과 하부 칩을 매 단계의 적층마다 검사를 하는 것을 위주로 설명하지만 하부 칩을 웨이퍼에서 분리되지 않은 상태의 것으로 하고 상부 칩은 몇 단계의 적층이 이루어진 상태의 상부 칩을 기준으로 정렬 검사 및 레벨 검사를 하는 것도 본 발명에 포함될 수 있을 것이다.In the above description, the upper chip and the lower chip which are directly connected to each other are inspected for each lamination at each step. However, the lower chip is not separated from the wafer, and the upper chip is an upper chip It is also possible to carry out alignment inspection and level inspection on the basis of the present invention.

이상에서는 반도체장치 패턴 검사장비를 위주로 설명하지만 반드시 패턴 검사장비에 한정될 필요가 없이 자동초점기능을 가진 반도체장치 검사장비라면 본 발명의 방법을 구현할 수 있고, 통상의 패턴 검사의 유무는 문제되지 않는다. Although the semiconductor device pattern inspecting apparatus has been described above, it is not necessarily limited to the pattern inspecting apparatus. If the inspecting apparatus is a semiconductor device inspecting apparatus having an auto focus function, the method of the present invention can be implemented, .

이상에서 본 발명은 기재된 구체적 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. .

Claims (5)

3차원 적층형 반도체장치 제조과정에서 하부 칩 위에 상부 칩 적층 공정을 실시하는 적층 공정 단계가 이루어진 후,
상기 상부 칩이 적층된 상태로 자동초점 기능을 가지는 검사장비를 이용하여 검사광학계와 대상물 사이의 평면(xy평면) 상에서의 위치를 상대적으로 이동하면서 광학적 검사를 함으로써 상부 칩 표면의 높이 방향(z 방향) 위치 변화를 검출하고,
검출된 결과를 통해 해당 상부 칩 위치에서의 칩 적층 불량을 판정하는 과정을 가지는 것을 특징으로 하는 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법.
After the lamination process step of performing the upper chip laminating process on the lower chip in the process of manufacturing the three-dimensional laminated semiconductor device,
Optical inspection is performed while the position on the plane (xy plane) between the inspection optical system and the object is relatively moved by using the inspection equipment having the auto focus function in a state in which the upper chip is stacked, ) Position,
And determining a chip stacking failure at the corresponding upper chip position based on the detected result.
제 1 항에 있어서,
상기 하부의 칩은 소잉을 실시하기 전의 웨이퍼 상태의 칩이고,
상기 자동초점 기능을 가지는 검사장비를 이용하여 상기 상부 칩 표면의 높이 방향(z 방향) 위치 변화를 검출할 때 웨이퍼 전반에 대해 하부 칩 및 상부 칩의 각 요소 부분의 두께를 바탕으로 상부 칩 표면의 정상적인 레벨을 계산하여 기준 레벨을 정하는 것을 특징으로 하는 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법.
The method according to claim 1,
The lower chip is a chip in a wafer state before sowing is performed,
(Z-direction) positional change of the surface of the upper chip by using the inspection equipment having the auto-focus function, the thickness of the upper chip surface and the upper chip surface Wherein the reference level is determined by calculating a normal level.
제 1 항에 있어서,
상기 칩 적층 불량을 판정하는 과정은
상기 상부 칩의 표면의 높이 방향(z 방향) 위치 변화를 검출에 의해 상기 상부 칩의 각 부분의 높이 레벨을 얻은 상태에서 상기 상부 칩의 xy평면 상의 x방향, y방향 및 대각선 방향 가운데 적어도 하나에서 일정 거리에 잇는 부분 사이의 레벨 변화가 일정 크기 이상일 때, 즉, 경사도가 일정 정도 이상일 때 상기 상부 칩의 적층 불량을 판정하는 것임을 특징으로 하는 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법.
The method according to claim 1,
The process of determining the chip stacking fault
(X, y) direction and a diagonal direction on the xy plane of the upper chip in a state in which the height level of each part of the upper chip is obtained by detecting a change in position in the height direction And the stacking failure of the upper chip is judged when the level change between the portions at a certain distance is equal to or larger than a predetermined size, that is, when the slope is a certain degree or more. .
제 1 항에 있어서,
상기 자동초점 기능을 가지는 검사 장비의 자동초점 기능은 촬상소자의 촬상 영상에서 가장 휘도가 큰 부분의 표면을 초점이 맞는 평면이라고 판단하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the automatic focus function of the inspection equipment having the auto focus function is performed by a method of determining that the surface of the portion with the largest luminance in the image picked up by the image pickup device is a plane in which the focused image is focused. Intermediate step test method.
제 1 항에 있어서,
상기 상부 칩의 xy 평면상에서 정 위치에서 평행이동이나 회전이동이 이루어졌는지 여부를 상기 상부 칩 표면의 두께 방향 위치 변화와 함께 검출하여 상기 상부 칩 적층 불량을 종합적으로 판단하는 것을 특징으로 하는 3차원 적층형 반도체장치 칩 적층 공정을 위한 중간단계 검사 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the upper chip-stacking failure is judged in a comprehensive manner by detecting whether the parallel movement or the rotational movement of the upper chip on the xy plane is performed at a predetermined position together with the change in position in the thickness direction of the upper chip surface. Intermediate inspection method for semiconductor device chip stacking process.
KR1020180000188A 2018-01-02 2018-01-02 method of testing 3D type multi layer semiconductor device in the process of stacking chip KR101999210B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180000188A KR101999210B1 (en) 2018-01-02 2018-01-02 method of testing 3D type multi layer semiconductor device in the process of stacking chip

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180000188A KR101999210B1 (en) 2018-01-02 2018-01-02 method of testing 3D type multi layer semiconductor device in the process of stacking chip

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190082508A KR20190082508A (en) 2019-07-10
KR101999210B1 true KR101999210B1 (en) 2019-07-11

Family

ID=67254600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180000188A KR101999210B1 (en) 2018-01-02 2018-01-02 method of testing 3D type multi layer semiconductor device in the process of stacking chip

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101999210B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008196974A (en) * 2007-02-13 2008-08-28 Hitachi High-Technologies Corp Device and method for measuring height of projection object
JP2013217703A (en) * 2012-04-05 2013-10-24 Lasertec Corp Inspection device
KR101533997B1 (en) * 2014-02-03 2015-07-06 한국표준과학연구원 Multi-layer Structure Measuring Apparatus Using Fluid Lenses and Multi-layer Structure Mesuring Method Of The Same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7525659B2 (en) 2003-01-15 2009-04-28 Negevtech Ltd. System for detection of water defects
US8199248B2 (en) 2009-01-30 2012-06-12 Sony Corporation Two-dimensional polynomial model for depth estimation based on two-picture matching
JP6364193B2 (en) 2014-01-23 2018-07-25 株式会社ニューフレアテクノロジー Focus position adjustment method and inspection method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008196974A (en) * 2007-02-13 2008-08-28 Hitachi High-Technologies Corp Device and method for measuring height of projection object
JP2013217703A (en) * 2012-04-05 2013-10-24 Lasertec Corp Inspection device
KR101533997B1 (en) * 2014-02-03 2015-07-06 한국표준과학연구원 Multi-layer Structure Measuring Apparatus Using Fluid Lenses and Multi-layer Structure Mesuring Method Of The Same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190082508A (en) 2019-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI333543B (en) Inspecting method for wiring board,manufacturing method for wiring board and inspecting device for wiring board
CN102439708B (en) Check method and the connected structure inspection machine of the connected structure of substrate
JP5587448B2 (en) Three-dimensional measuring apparatus and method
TWI655406B (en) Jointing device and method for detecting height of object
JP4147169B2 (en) Bump shape measuring apparatus and method
JP2018004378A (en) Automated imaging device
TWI674473B (en) Jointing device
TW201740484A (en) Vision inspection device
JP4877100B2 (en) Mounting board inspection apparatus and inspection method
KR101163338B1 (en) Testing apparatus and testing method
US8223328B2 (en) Surface inspecting apparatus and surface inspecting method
JP4234661B2 (en) Ball inspection method in wire bonding
KR101999210B1 (en) method of testing 3D type multi layer semiconductor device in the process of stacking chip
JP2000294608A (en) Method and device for projecting surface picture image
JP4365292B2 (en) Method for measuring ball crimp thickness in wire bonding
US7627241B2 (en) Image pick-up inspection equipment and method
KR20120106913A (en) Auto-focusing apparatus of automatic optical inspector
CN114441531B (en) Automatic focusing method with image recognition, device, computer and storage medium
KR102281289B1 (en) Apparatus and method for inspecting bonded semiconductor dice
US8547559B2 (en) Detection method and detection apparatus
KR20220030454A (en) Semiconductor substrate alignment device and semiconductor substrate bonding system using the same
KR20170043821A (en) Apparatus for auto focus control, and method for manufacturing semiconductor device
JP3341739B2 (en) Bump apex detection method and bump height measurement method and apparatus using the same
JP2003232624A (en) Defect inspection device
KR102577325B1 (en) Overlay measurement apparatus and overlay measurement method

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant