DE19525769C1

DE19525769C1 - Bonding connections testing system for bonded semiconductor wafers

Info

Publication number: DE19525769C1
Application number: DE1995125769
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Phys Bollmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2015-07-15

Abstract

The testing system uses an IR beam (10) directed onto the bonding connections between at least 2 semiconductor wafers perpendicular to the main surfaces of the latter, with detection of the transmitted light, eg. via a CCD camera. The images of the bonded semiconductor wafers obtained by illumination with the IR beam at 2 different pressures are compared for checking the integrity of the bonding connections.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen der Verbindungen gebondeter Wafer mittels einer Infrarotdurchleuchtung, wie beispielsweise aus der US 48 83 215 bekannt.The present invention relates to a method and a device for checking the connections bonded Wafers using infrared radiation, such as from the US 48 83 215 known.

Bei der Weiterentwicklung mikroelektronischer Schaltkreise besteht eine Möglichkeit der Erhöhung der Packungsdichte und der Leistungsfähigkeit der Schaltkreise darin, mehrere elek trisch aktive Halbleiterschichten, beispielsweise Silizium wafer, übereinander zu schichten. Diese Technologie ist als Drei-D-Technologie, die im Gegensatz zu planaren Wafern dreidimensional ist, bekannt. Eine weitere bekannte Techno logie ist die SOI-Technologie (SOI = Silicon on Insulator = Silzium auf einem Isolator). Bei dieser Technologie wird beim Verbinden zweier Wafer ein isolierendes Material, üblicherweise Siliziumoxid, SiO₂, zwischen zwei zu verbin denden Wafern angeordnet. Auch mikroelektronische und mikro mechanische Sensoren werden vorteilhafterweise aus zwei oder mehr Siliziumwafern schichtweise aufgebaut. Die Verbindung der Wafer kann entweder durch einen Klebstoff beim soge nannten Waferbonding, durch Van der Waals-Bindungen oder durch elektrostatische Kräfte beim anodischen Bonden erfol gen.In the further development of microelectronic circuits there is a possibility of increasing the packing density and the performance of the circuits in it, several elec trically active semiconductor layers, for example silicon wafer to layer on top of each other. This technology is considered Three-D technology, unlike planar wafers is known three-dimensional. Another well-known techno The technology is SOI technology (SOI = Silicon on Insulator = Silicon on an insulator). With this technology an insulating material when connecting two wafers, usually silicon oxide, SiO₂, to connect between two end wafers. Also microelectronic and micro mechanical sensors are advantageously made of two or more silicon wafers built up in layers. The connection the wafer can either by an adhesive in the so-called called wafer bonding, through Van der Waals bonds or by electrostatic forces during anodic bonding gene.

In jedem Fall ist beim Verbinden mehrerer Wafer auf höchste Sauberkeit zu achten, da bereits ein einzelnes mikrometer großes Partikel, z. B. ein Staubteilchen, den ganzen Wafer unbrauchbar machen kann. Das Partikel verhindert in einem Bereich, der etwa 1 cm² groß ist, daß sich die sehr glatten Oberflächen der starren Wafer berühren. In einem solchen Be reich entsteht eine unerwünschte Blase, die eine zuverlässi ge Verbindung der Wafer verhindert. Im Zuge einer wirt schaftlichen Produktion ist es notwendig, derartige Fehl stellen frühzeitig zu erkennen, um eine teure Weiterverar beitung von bereits defekten Wafern zu vermeiden. Gebondete Wafer, bei denen derartige Fehlstellen nachgewiesen wurden, können repariert oder aussortiert werden. Bondverbindungen bei Raumtemperaturen lassen sich vor dem Ausheizen leicht und wiederholt öffnen.In any case, when connecting several wafers to the highest Pay attention to cleanliness, since there is already a single micrometer large particle, e.g. B. a dust particle, the whole wafer can make it unusable. The particle prevents in one Area that is about 1 cm² that the very smooth Touch the surfaces of the rigid wafers. In such a case rich creates an undesirable bubble that is reliable Prevents connection of the wafers. In the course of a host Economic production, it is necessary to make such mistakes make it early to recognize an expensive process avoid processing of defective wafers. Bonded Wafers where such defects have been detected can be repaired or sorted out. Bond connections at room temperature can be easily before baking out and open repeatedly.

Es ist bekannt, die Verbindung gebondeter Wafer, beispiels weise Siliziumwafer, mittels Infrarotlicht, einer Ultra schallabbildung oder einer Röntgenstrahl-Abbildung zu unter suchen (siehe The Electrochemical Society, Fall Meeting Phoenix Arizona 1991, Band 91-2, Seite 674, 1.Spalte, letz ter Absatz).It is known to bond bonded wafers, for example wise silicon wafer, by means of infrared light, an ultra sound image or an x-ray image below (see The Electrochemical Society, Fall Meeting Phoenix Arizona 1991, volume 91-2, page 674, 1st column, last third paragraph).

Silizium ist für sichtbares Licht undurchsichtig. Im infra roten Licht hingegen sind Siliziumwafer transparent. Bei der Verwendung einer Wellenlänge von etwa 1 µm ist Silizium bei den üblichen Dicken von unter 1 mm ausreichend durchsichtig. Zum Erfassen einer durch einen Siliziumwafer transmittierten Strahlung kann eine handelsübliche CCD-Kamera (CCD = Charge Coupled device = ladungsgekoppelte Vorrichtung) aus Silizium verwendet werden, obwohl die Empfindlichkeit deutlich gerin ger als im visuellen Bereich ist. Die Anzeige der erfaßten Strahlung kann dann auf einem Videomonitor oder dem Bild schirm eines Computers erfolgen.Silicon is opaque to visible light. In infra red light, however, silicon wafers are transparent. In the Using a wavelength of about 1 µm is silicon at the usual thicknesses of less than 1 mm are sufficiently transparent. To detect a transmitted through a silicon wafer A commercially available CCD camera (CCD = Charge Coupled device = made of silicon used, although the sensitivity is significantly reduced is greater than in the visual area. The display of the captured Radiation can then be seen on a video monitor or the picture screen of a computer.

Ein solches Verfahren zur visuellen Qualitätskontrolle ist aus der US 48 83 215 bekannt. Eine gebondete Waferstruktur, die aus zumindest zwei Wafern besteht, wird von einer Lichtquelle oder einem Laser beleuchtet. Das transmittierte Licht wird mittels einer CCD-Kamera erfaßt, in einem Computer mit einer Bildverarbeitung bearbeitet und auf einem Bildschirm angezeigt oder mit einem Drucker ausgedruckt.One such method is visual quality control known from US 48 83 215. A bonded wafer structure, which consists of at least two wafers is one of Light source or a laser illuminated. The transmitted Light is captured by a CCD camera in one Computer processed with image processing and on one Screen displayed or printed out with a printer.

In Fig. 1 ist eine Struktur zweier verbundener Siliziumwafer gezeigt. Die Siliziumwafer sind mittels einer Siliziumoxid schicht miteinander verbunden. Die nachfolgend erläuterten Effekte treten auch bei direkt miteinander verbundenen Wa fern auf. In Fig. 1 ist ein Störpartikel gezeigt, der eine flache, keilförmige Blase zwischen den Wafern erzeugt. Fer ner ist eine Luftblase dargestellt, die ebenfalls eine keil förmige Blase zwischen den Wafern bilden kann. Bei einer Be strahlung dieser Anordnung mit Infrarotlicht wird das Licht, das auf eine solche sehr flache, keilförmige Blase trifft, mehrfach an den inneren Grenzflächen reflektiert. Der Bre chungsindex von Silizium bei einer Wellenlänge der Strahlung von 1,0 µm ist mit n=3,5 sehr hoch. Somit beträgt die Refle xion an jeder Grenzfläche Silizium/Luft etwa 30%. Die durch gehende Strahlung und die mehrfach an den inneren Grenz flächen reflektierte Strahlung treten in eine destruktive bzw. konstruktive Interferenz. Dadurch entstehen Interfe renzmuster, welche als konzentrische "Newtonringe" er scheinen. Durch ein Abzählen der Interferenzstreifen (aus gehend von Bereichen ohne Spalt, bei denen der Abstand gleich Null ist), kann bei einem bekannten Brechungsindex im Spalt, beispielsweise 1 für Luft, auf den Abstand der Wafer im Bereich einer solchen Störstelle geschlossen werden.In Fig. 1, a structure of two joined silicon wafer is shown. The silicon wafers are connected to one another by means of a silicon oxide layer. The effects explained below also occur with directly connected water. In Fig. 1, a noise particles is shown, which produces a flat, wedge-shaped bubble between the wafers. Fer ner is shown an air bubble, which can also form a wedge-shaped bubble between the wafers. When this arrangement is irradiated with infrared light, the light that strikes such a very flat, wedge-shaped bubble is reflected several times at the inner interfaces. The refractive index of silicon at a radiation wavelength of 1.0 µm is very high at n = 3.5. Thus, the reflection at each silicon / air interface is about 30%. The radiation emitted by the radiation and the radiation reflected several times at the inner boundary surfaces enter into destructive or constructive interference. This creates interference patterns that appear as concentric "Newton rings". By counting the interference fringes (starting from areas without a gap in which the distance is equal to zero), the distance of the wafers in the area of such an impurity can be inferred from a known refractive index in the gap, for example 1 for air.

Wird ein breitbandiges infrarotes Licht zur Überprüfung ver bundener Wafer verwendet, entstehen Mehrdeutigkeiten bei den höheren Ordnungen der Interferenz. Dabei treffen Maxima der einen Wellenlänge auf Minima der anderen, wodurch kein Kon trast mehr zu erkennen ist. Im sichtbaren Bereich würden da durch farbige Newtonringe entstehen. Folglich sind bei grö ßeren Blasen nur die Randbereiche als Interferenzringe zu sehen, während die inneren Bereiche, bei denen der Abstand der Oberflächen zu groß ist, im gleichen mittleren grau er scheinen wie die Bereiche, in denen die Wafer ordnungsgemäß verbunden sind.If a broadband infrared light is used for verification bonded wafer, ambiguities arise in the higher orders of interference. Here, the maxima meet one wavelength to the minima of the other, whereby no Kon is more recognizable. In the visible area there would be created by colored Newton rings. Consequently, at gr Outer bubbles only to the edge areas as interference rings see while the inner areas where the distance the surface is too large, in the same middle gray seem like the areas where the wafers are working properly are connected.

Bei dem oben genannten Verfahren entsteht ein leicht zu er kennender Kontrast der Interferenzringe nur, wenn die ver bundenen Wafer glatt und unstrukturiert sind. Sobald die Wafer aber, wie bei der Produktion von Mikrochips und Sen soren üblich, verschiedene Schichten aus metallischen Lei terbahnen, dotiertem Polysilizium oder Oxiden aufweisen, werden den Interferenzringen durch Störungen der Verbindun gen der Wafer weitere Schattenbilder und Reflexionen an di versen Grenzflächen überlagert. Es ist dann für das mensch liche Auge schwierig, die gesuchten Interferenzringe von den anderen Mustern zu trennen. Damit können die gesuchten Bla sen, die durch eine fehlerhafte Verbindung auftreten, leicht übersehen werden.With the above procedure, an easy to get result Knowing contrast of the interference rings only if the ver bonded wafers are smooth and unstructured. As soon as the But wafers, like in the production of microchips and sen sensors common, different layers of metallic lei tracks, doped polysilicon or oxides, the interference rings due to interference in the connection further silhouettes and reflections on the wafer superimposed interfaces. Then it is for man liche eye difficult to find the interference rings from the separate other patterns. The Bla caused by a faulty connection is easy be overlooked.

Die Untersuchung der Verbindungen von gebondeten Wafern durch Ultraschall oder Röntgenstrahlen ist mit einem vergli chen zur Infrarot-Bestrahlung höheren Aufwand verbunden.Examining bonded wafer connections by ultrasound or x-rays is compared with a Chen associated with higher expenses for infrared radiation.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine zuverlässige, sichere und wenig aufwendige Überprüfung der Verbindung min destens zweier miteinander verbundener Wafer ermöglichen.Based on the above-mentioned prior art the object of the present invention is to provide a method and to create a device that is reliable, safe and inexpensive checking of the connection min allow at least two interconnected wafers.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 11 solved.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Über prüfen der Verbindung mindestens zweier miteinander verbun dener Wafer durch Bestrahlen mit einer Infrarotstrahlung im wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen der verbun denen Wafer und Erfassen der durch die verbundenen Wafer transmittierten Strahlung, mit folgenden Schritten: Bestrah len der verbundenen Wafer bei einem ersten Druck und Erfassen der durch die verbundenen Wafer transmittierten Strahlung als ein erstes Bild; Bestrahlen der verbundenen Wafer bei einem zweiten Druck und Erfassen der durch die verbundenen Wafer transmittierten Strahlung als ein zweites Bild; und Vergleichen des ersten und des zweiten erfaßten Bilds.The present invention provides a method of over check the connection of at least two interconnected whose wafer by irradiating it with infrared radiation essentially perpendicular to the main surfaces of the verbun those wafers and detecting the ones connected by the wafers transmitted radiation, with the following steps: irradiated len of the connected wafers at a first pressure and Detect the transmitted through the bonded wafers Radiation as a first image; Irradiate the connected Wafer at a second pressure and capture the through the connected wafers transmitted radiation as a second Picture; and comparing the first and second sensed Image

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfin dung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die folgende Merkmale aufweist: eine Druckkammer, in der die verbundenen Wafer festlegbar sind; eine Infrarotstrahlungs quelle zum Bestrahlen der verbundenen Wafer im wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen derselben; eine Einrich tung zum Erfassen der durch die verbundenen Wafer transmit tierten Strahlung; und eine Einrichtung zum Vergleichen mindestens zweier, unter verschiedenen Druckbedingungen in der Druckkammer erfaßter, durch die verbundenen Wafer trans mittierter Strahlungen.In another aspect, the present inventions a device for carrying out this method, has the following characteristics: a pressure chamber in which the connected wafers can be determined; an infrared radiation source for irradiating the bonded wafers essentially perpendicular to the main surfaces thereof; a facility device for detecting the transmit through the connected wafer based radiation; and means for comparison at least two, under different pressure conditions in the pressure chamber detected by the connected wafer trans averaged radiation.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Bestrahlen vor zugsweise ein monochromatischer Laser, beispielsweise ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,064 µm, verwendet, dessen Licht mittels einer optischen Einrichtung vor dem Auftreffen desselben auf die verbundenen Wafer homogenisiert wird. Die transmittierte Strahlung wird vorzugsweise mittels einer CCD-Kamera erfaßt.According to the present invention, is used for irradiation preferably a monochromatic laser, for example a Nd: YAG laser with a wavelength of 1.064 µm, used whose light by means of an optical device in front of Impingement of the same on the connected wafers homogenized becomes. The transmitted radiation is preferably by means of a CCD camera.

Das Vergleichen des ersten und des zweiten Bilds wird vor zugsweise derart durchgeführt, daß allen Punkten der Bilder Grauwerte zugeordnet werden, wobei beim Vergleichen des er sten und des zweiten Bilds die Grauwerte der sich räumlich entsprechendem Punkte der zwei Bilder voneinander subtra hiert werden. Den sich bei der Subtraktion für jeden Punkt ergebenden Differenzwerten wird jeweils ein Grauwert für ein Ergebnisbild zugeordnet. Die Grauwerte der einzelnen Punkte für das Ergebnisbild werden vorzugsweise gemäß folgender Gleichung berechnet:The comparison of the first and the second image is made before preferably carried out in such a way that all points of the images Gray values are assigned, whereby when comparing the er and the second image the gray values of the spatial corresponding points of the two images from each other be hated. The subtraction for each point resulting difference values is a gray value for a Result picture assigned. The gray values of the individual points for the result image are preferably according to the following Equation calculated:

G(x,y) = F * (A(x,y) - B<x,y) + 50%),G (x, y) = F * (A (x, y) - B <x, y) + 50%),

wobei
A(x,y) der Grauwert bei den Koordinaten x, y im ersten Bild ist,
B(x,y) der Grauwert bei den Koordinaten x, y im zweiten Bild ist,
G(x,y) der Grauwert bei den Koordinaten x, y im Ergeb nisbild ist,
F einen Faktor zum Spreizen des Kontrastes des Ergebnis bilds darstellt, und
50% einem mittleren Grauwert entspricht.in which
A (x, y) is the gray value at the coordinates x, y in the first image,
B (x, y) is the gray value at the coordinates x, y in the second image,
G (x, y) is the gray value at the coordinates x, y in the result image,
F represents a factor for spreading the contrast of the result image, and
50% corresponds to an average gray value.

Alternativ kann das Bestrahlen der verbundenen Wafer und das Erfassen der transmittierten Strahlung bei den zwei unter schiedlichen Drücken wiederholt werden. Bei jeder Wiederho lung wird für jeden Punkt ein Differenzwert berechnet, wobei die Grauwerte für das Ergebnisbild als der Mittelwert der Differenzwerte für jeden Punkt berechnet werden.Alternatively, the irradiation of the bonded wafers and the like Detect the transmitted radiation at the two below repeated presses. With every repetition a difference value is calculated for each point, whereby the gray values for the result image as the mean of the Difference values can be calculated for each point.

Vorzugsweise wird das Ergebnisbild auf einer Anzeigeeinrich tung angezeigt und/oder auf einem Drucker ausgedruckt.The result image is preferably displayed on a display displayed and / or printed out on a printer.

Durch das Erfassen der transmittierten Strahlung bei zwei unterschiedlichen Drücken gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Interferenzringe, die durch fehlerhafte Ver bindungsstellen verursacht werden, deutlich darzustellen, da sich durch den geänderten Druck ein geringfügig geänderter Abstand der beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen feh lerhaft verbundener Wafer ergibt, der eine merkliche Ver schiebung der einzelnen Interferenzringe zur Folge hat. Gleichzeitig werden Muster, die durch auf den Wafern ange brachte Strukturen erzeugt werden, ausgeblendet, da sich diese durch die Druckänderung nicht verändern. Die vorlie gende Erfindung liefert somit eine deutliche Anzeige der Blasen, die durch fehlerhafte Verbindungsstellen zwischen zwei verbundenen Wafern, z. B. Luftblasen oder Staubpartikel, bewirkt werden, als Interferenzringe, wobei diesen Interfe renzringen keine Linien durch Reflexionen an auf den Wafern aufgebrachten Strukturen oder dergleichen überlagert sind.By detecting the transmitted radiation at two different pressures according to the present invention it is possible to avoid interference rings caused by faulty ver Binding points are caused to clearly state that changed slightly due to the changed pressure Distance between the two opposite surfaces is wrong werlich connected wafer results in a noticeable Ver shift of the individual interference rings. At the same time, patterns are shown through on the wafers brought structures to be generated, hidden as themselves do not change them by changing the pressure. The present The present invention thus provides a clear indication of Bubbles caused by faulty joints between two connected wafers, e.g. B. air bubbles or dust particles, are caused as interference rings, this interference no lines appear due to reflections on the wafers applied structures or the like are superimposed.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind In den abhängigen Ansprüchen dargelegt.Preferred developments of the present invention are Set out in the dependent claims.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing nations explained in more detail. Show it:

Fig. 1 zwei miteinander verbundene Siliziumwafer, deren Verbindung aufgrund eines Störpartikels und einer Luftblase fehlerhaft ist; FIG. 1 shows two interconnected silicon wafer whose connection is faulty due to a Störpartikels and an air bubble;

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Überprüfung der Verbindung miteinander verbundener Wafer gemäß der vorliegen den Erfindung; und Fig. 2 shows a device for checking the connection connected to one another wafer according to the present the invention; and

Fig. 3 eine Druckkammer zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß Fig. 2. Fig. 3, a pressure chamber for use in the apparatus of FIG. 2.

In Fig. 1 ist eine Halbleiterstruktur gezeigt, bei der zwei Siliziumwafer mittels einer Siliziumoxid-Schicht (SiO₂- Schicht) verbunden sind. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf das Überprüfen einer derartigen Verbindung be grenzt, sondern kann auf Halbleiterwafer angewendet werden, die mittels einer beliebigen Bond-Technik verbunden sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Halbleiter Silizium.In Fig. 1, a semiconductor structure is shown in which two silicon wafers are connected by means of a silicon oxide layer (SiO₂ layer). However, the present invention is not limited to checking such a connection, but can be applied to semiconductor wafers connected by any bonding technique. In the preferred embodiment, the semiconductor is silicon.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann die Verbindung, in diesem Fall zwischen einem Siliziumwafer und der Siliziumoxid- Schicht, durch Verunreinigungen, beispielsweise ein Staub partikel und eine Luftblase, fehlerhaft sein. Derartige Stö rungen können erfaßt werden, indem die Waferstruktur mit ei ner Infrarotstrahlung 10 durchleuchtet wird, wobei die durch die Waferstruktur transmittierte Strahlung auf einer Abbil dungsebene beim Vorliegen derartiger Störungen Interferenz ringe aufweist.As shown in FIG. 1, the connection, in this case between a silicon wafer and the silicon oxide layer, may be faulty due to impurities, for example a dust particle and an air bubble. Such faults can be detected by illuminating the wafer structure with an infrared radiation 10 , the radiation transmitted through the wafer structure having an interference level on an image level in the presence of such faults.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zum Erfassen solcher Störungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Zum Bestrahlen der Wafer struktur im wesentlichen senkrecht zu der Hauptoberfläche derselben wird eine schmalbandige Lichtquelle 20 verwendet. Vorzugsweise wird ein monochromatischer Laser verwendet. Dieser kann beispielsweise ein Nd:YAG-Laser mit einer Wel lenlänge von 1,064 µm sein. Dessen Licht ist sowohl für die Transmission durch Silizium als auch die Absorption in einer CCD-Kamera geeignet. Die bei solchen Lasern typische Aus gangsleistung von einigen Watt erlaubt den Ausgleich von zahlreichen Reflexionsverlusten und die großflächige Be leuchtung von ganzen Wafern mit einem Durchmesser von bei spielsweise 150 mm mit ausreichender Helligkeit. Der Laser kann, um eine hohe Intensität zu erreichen, in einem Dauer strichbetrieb und im Multimode-Betrieb verwendet werden. Fig. 2 shows an apparatus for detecting such disorders according to the present invention. A narrow-band light source 20 is used to irradiate the wafer structure substantially perpendicular to the main surface thereof. A monochromatic laser is preferably used. This can be, for example, an Nd: YAG laser with a wavelength of 1.064 µm. Its light is suitable for both transmission through silicon and absorption in a CCD camera. The typical output power of a few watts for such lasers allows the compensation of numerous reflection losses and the large-area illumination of entire wafers with a diameter of, for example, 150 mm with sufficient brightness. To achieve a high intensity, the laser can be used in a continuous line mode and in multimode mode.

Für eine gute Abbildung der geringen Kontraste der Inter ferenzmuster ist eine gleichmäßige Beleuchtung wesentlich. Um diese gleichmäßige Beleuchtung zu erhalten, wird eine Strahlaufweitungsvorrichtung verwendet. Bei einer herkömm lichen Strahlaufweitung mit Linsen wird die laterale Inten sitätsverteilung im Laserstrahl, das Modenbild, auf den zu durchleuchtenden Wafer abgebildet. Auch bei einem reinen TEM00-Mode ist die Mitte hell und der Rand zunehmend dunk ler. Eine diese Verteilung entzerrende Optik ist teuer und kann sich wechselnden Verhältnissen nicht anpassen. Vorzugs weise wird daher der Laserstrahl durch eine optische Ein richtung in der Form mehrerer streuender Elemente (22) ho mogenisiert. Die streuenden optischen Elemente können matte, durchsichtige Scheiben oder matte, reflektierende Spiegel sein. Mit einer derartigen Anordnung kann der Laser auch im leistungsstarken Multimode-Betrieb betrieben werden.Uniform lighting is essential for good imaging of the low contrasts of the interference patterns. A beam expander is used to maintain this uniform illumination. In the case of a conventional beam expansion using lenses, the lateral intensity distribution in the laser beam, the mode image, is imaged on the wafer to be illuminated. Even in a pure TEM00 mode, the middle is light and the edge is increasingly darker. Optics that equalize this distribution are expensive and cannot adapt to changing conditions. Preferably, the laser beam is therefore homogenized by an optical device in the form of several scattering elements ( 22 ). The scattering optical elements can be matt, transparent panes or matt, reflecting mirrors. With such an arrangement, the laser can also be operated in high-performance multimode operation.

Gemäß Fig. 2 wird eine Waferstruktur 25, die aus mehreren verbundenen Wafern besteht, mit dem homogenisierten Laser strahl durchleuchtet. Die transmittierte Strahlung kann di rekt oder über eine weitere optische Einrichtung 27 zu einer Wandlervorrichtung 30, die die empfangene optische Strahlung erfaßt und in elektrische Signale umwandelt, geleitet wer den. Diese Einrichtung ist vorzugsweise eine CCD-Kamera. Die erzeugten Signale können dann einer Bildverarbeitungsvor richtung, z. B. einem Computer 35, zugeführt werden. Diese Bildverarbeitungsvorrichtung bearbeitet die Signale, um eine Anzeige mittels eines Videobildschirms 37 oder ein Aus drucken mittels eines Druckers 39 zu ermöglichen. Referring to FIG. 2, a wafer structure 25, which consists of a number wafers illuminated beam with the homogenized laser. The transmitted radiation can be passed directly or via a further optical device 27 to a converter device 30 , which detects the received optical radiation and converts it into electrical signals. This device is preferably a CCD camera. The signals generated can then an image processing device, z. B. a computer 35 , are supplied. This image processing device processes the signals to enable display by means of a video screen 37 or printing out by means of a printer 39 .

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Waferstruktur zur Überprüfung in einer Druckkammer 28 angebracht. Zur besseren Sichtbarmachung fehlerhafter Verbindungsstellen wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Waferstruktur bei einem er sten Druck durchleuchtet und die dabei auftretende trans mittierte Strahlung erfaßt. Danach wird mittels der Druck kammer ein zweiter Druck angelegt und die nun auftretende transmittierte Strahlung erfaßt. Eine geeignete Druckkammer 28 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Waferstruktur, die einen Bereich 40 mit einer durch einen Störpartikel erzeugten Bla se aufweisen kann, wird durch eines von druckstabilen Fen stern 45a, 45b, die auf sich gegenüberliegenden Seitenflä chen der Druckkammer angeordnet sind, beleuchtet. Die durch die Waferstruktur transmittierte Strahlung wird durch das andere der zwei druckstabilen Fenster 45a und 45b zu der CCD-Kamera geleitet und von derselben erfaßt.In accordance with the present invention, the wafer structure is placed in a pressure chamber 28 for inspection. For better visualization of faulty connection points, the wafer structure is examined at a pressure according to the present invention and the resulting transmitted radiation is detected. Then a second pressure is applied by means of the pressure chamber and the transmitted radiation now occurring is detected. A suitable pressure chamber 28 is shown in FIG. 3. The wafer structure, which can have an area 40 with a blas generated by an interference particle, is illuminated by one of pressure-stable windows 45 a, 45 b, which are arranged on opposite side surfaces of the pressure chamber. The radiation transmitted through the wafer structure is passed through the other of the two pressure-stable windows 45 a and 45 b to the CCD camera and detected by the same.

Um schwierig zu erkennende Interferenzringe auf einem Hin tergrund von überlagerten Mustern sichtbar zu machen, nützt die vorliegende Erfindung die Tatsache aus, daß in den Bla sen Luft, ein Gas oder Vakuum eingeschlossen ist. Im Prinzip bilden die beiden Wafer, die eine durch einen Störpartikel oder eingeschlossene Luft gebildete Blase umgeben, die Mem branen einer Druckmeßdose, wie bei 40 in Fig. 3 dargestellt ist. Wird in der Kammer 28 von außen ein erhöhter Luftdruck angelegt, so drücken sich die beiden Wafer 1 elastisch ge geneinander und komprimieren das eingeschlossene Gas. Durch den geringfügig geänderten Abstand der sich gegenüberlie genden Oberflächen der beiden Wafer verschiebt sich der Ort der einzelnen Interferenzringe, die mittels der CCD-Kamera 30 erfaßt werden, merklich. Die um den Störpartikel konzen trisch angeordneten Ringe erscheinen verschoben.In order to visualize difficult to detect interference rings on a background of superimposed patterns, the present invention takes advantage of the fact that air, gas or vacuum is enclosed in the bubbles. In principle, the two wafers, which surround a bubble formed by an interference particle or trapped air, form the membranes of a pressure sensor, as shown at 40 in FIG. 3. If an increased air pressure is applied from the outside in the chamber 28 , the two wafers 1 press elastically against one another and compress the enclosed gas. Due to the slightly changed distance between the surfaces of the two wafers lying opposite one another, the location of the individual interference rings, which are detected by means of the CCD camera 30, is shifted noticeably. The rings arranged concentrically around the interfering particles appear shifted.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einem ersten Druck, der beispielsweise der Umgebungsdruck sein kann, mit tels der Kamera 30 ein Bild A erfaßt und beispielsweise in einem Bildverarbeitungssystem im Computer 35 gespeichert. Danach wird ein Druck auf die Druckkammer 28 ausgeübt und bei diesem zweiten Druck mittels der Kamera 30 ein zweites Bild B erfaßt und gegebenenfalls ebenfalls in einem Bildver arbeitungssystem im Computer 35 gespeichert. Dabei wird je dem Bildpunkt der Bilder A und B ein Grauwert zugeordnet. Die beiden Bilder A und B können nun mittels einer Diffe renzbildung verglichen werden. Dabei werden die Grauwerte der beiden Bilder A und B für jeden Bildpunkt gesondert von einander subtrahiert. Bei Punkten, die keine Veränderung aufgrund eines Druckunterschieds zwischen den verschiedenen Erfassungszeitpunkten aufweisen, ist die Differenz Null. Diesen wird in einem Ergebnisbild G ein mittlerer Grauwert, beispielsweise 50%, zugeordnet. Bei Punkten mit geänderter Helligkeit, d. h. solchen, bei denen sich der Abstand der beiden Wafer aufgrund des Druckunterschieds geändert hat, ist die Differenz ungleich Null. Diesen wird ein heller oder ein dunkler Punkt zugeordnet. Der Kontrast in dem Ergebnis bild G kann durch eine Multiplikation mit einem wählbaren Faktor F gespreizt werden. Die Grauwerte für die einzelnen Punkte bei den Koordinaten x, y in dem Ergebnisbild G be rechnen sich gemäß folgender Gleichung:According to the present invention, at a first pressure, which can be, for example, the ambient pressure, an image A is captured by means of the camera 30 and, for example, stored in an image processing system in the computer 35 . Then a pressure is exerted on the pressure chamber 28 and at this second pressure by means of the camera 30 a second image B is recorded and possibly also stored in an image processing system in the computer 35 . A gray value is assigned to each pixel of images A and B. The two images A and B can now be compared by means of a difference. The gray values of the two images A and B are subtracted separately from each other for each pixel. For points that show no change due to a pressure difference between the different acquisition times, the difference is zero. A mean gray value, for example 50%, is assigned to these in a result image G. For points with changed brightness, ie those where the distance between the two wafers has changed due to the pressure difference, the difference is not equal to zero. A light or a dark point is assigned to these. The contrast in the result image G can be spread by multiplying by a selectable factor F. The gray values for the individual points at the coordinates x, y in the result image G are calculated according to the following equation:

G(x,y) = F * (A(x,y) - B(x,y) + 50%),G (x, y) = F * (A (x, y) - B (x, y) + 50%),

Nach dieser Verarbeitung erscheinen die verschobenen Inter ferenzringe als deutlicher Kontrast. Gleichzeitig werden die auf anderem Weg erzeugten störenden Muster ausgeblendet, da dieselben sich bei der Verformung nicht verändert haben. Es muß lediglich gewährleistet sein, daß die Waferstruktur bei spielsweise mittels eines schwingungsfreien Tisches schwin gungsfrei in der Druckkammer befestigt ist, derart, daß bei de Bilder nicht gegeneinander verschoben sind.After this processing, the moved Inter appear ferrous rings as a clear contrast. At the same time, the masked patterns generated in another way, because they have not changed during the deformation. It it only has to be ensured that the wafer structure at for example using a vibration-free table schwin is attached without gating in the pressure chamber, such that at en images are not shifted against each other.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vor richtung und ein Verfahren, bei denen wiederholt ein Druckunterschied erzeugt wird. Dabei wird dann die transmit tierte Strahlung mehrmals bei dem ersten Druck und mehrmals bei dem zweiten Druck erfaßt. Durch die periodische Bela stung werden sich auch die Blasen periodisch verändern. Es werden dann zahlreiche Bilder mittels der oben genannten Technik verarbeitet und der Mittelwert der sich ergebenden Differenzwerte für jeden Bildpunkt gebildet. Durch die Mit telwertbildung bei diesen wiederholten Messungen kann der Rauschabstand verbessert werden, wodurch die Blasen deutli cher erscheinen.Developments of the present invention relate to a pre direction and a process in which repeated one Pressure difference is generated. Then the transmit radiation several times at the first pressure and several times detected at the second pressure. Through the periodic Bela The bubbles will also change periodically. It are then numerous images using the above Technology processed and the mean of the resulting Difference values formed for each pixel. With the The value formation in these repeated measurements can S / N ratio can be improved, which makes the bubbles clear appear more.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden somit ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, um durch Störpartikel oder Luft verursachte, fehlerhafte Verbindungsstellen zwischen zwei oder mehreren Wafern zuverlässig und sicher zu erfas sen, wodurch die Wahrscheinlichkeit, daß derartige fehler hafte Verbindungsstellen übersehen werden, stark reduziert wird. Die Vorteile dieses Verfahrens sind die einfache und schnelle Anwendung verglichen mit einem Überprüfungsverfah ren mittels Röntgenstrahlen oder Ultraschall. Der Durchsatz ist nur durch die Handhabung der Wafer begrenzt. Die sich ergebenden Bilder sind direkt lesbar und können digital ver arbeitet werden, um einen schwachen Kontrast hervorzuheben. Es ist keine Vorbereitung der zu prüfenden Proben notwendig. Ferner sollte es möglich sein, die Infrarot-Überprüfungsvor richtung in bestehende Verbindungsmaschinen zu integrieren. Dies würde eine On-line-Steuerung der Verbindungsprozesse ermöglichen.According to the present invention thus become a method and a device created to deal with interfering particles or Air-caused, faulty connection points between two or more wafers reliably and securely sen, which increases the likelihood that such errors sticky joints are overlooked, greatly reduced becomes. The advantages of this procedure are simple and quick application compared to a verification process with X-rays or ultrasound. The throughput is only limited by the handling of the wafers. Which resulting images are directly readable and can be digitally ver to highlight weak contrast. It is not necessary to prepare the samples to be tested. It should also be possible to do the infrared check direction to integrate into existing joining machines. This would be an on-line control of the connection processes enable.

Claims

1. A method for checking the connection of at least two interconnected wafers ( 25 ) by irradiation with infrared radiation substantially perpendicular to the main surfaces of the interconnected wafers ( 25 ) and detecting the radiation transmitted through the interconnected wafers ( 25 ), characterized by the following steps:

1.1 irradiating the bonded wafers ( 25 ) at a first pressure and detecting the radiation transmitted through the bonded wafers as a first image;
1.2 irradiating the connected wafers ( 25 ) at a second pressure and capturing the radiation transmitted through the connected wafers as a second image; and
1.3 Compare the first and the second captured image.

2. The method according to claim 1, characterized in that that used monochromatic light for irradiation becomes.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the infrared radiation is homogenized before striking the connected wafer by means of an optical device ( 22 ).

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized featured that transmitted through the bonded wafers Radiation is detected by means of a CCD camera.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized featured, that all points of the first and second picture Gray values are assigned, whereby when comparing the the first and the second image the gray values of the corresponding points of the two images of one another others are subtracted.

6. The method according to claim 5, characterized in that that result in subtraction for each point the difference values each a gray value for Result picture is assigned.

7. The method according to claim 6, characterized in that the gray values of the individual points for the result image are calculated according to the following equation: G (x, y) = F * (A (x, y) - B (x, y) + 50%), whereby
A (x, y) is the gray value at the coordinates x, y in the first image,
B (x, y) is the gray value at the coordinates x, y in the second image,
G (x, y) is the gray value at the coordinates x, y in the result image,
F represents a factor for spreading the contrast of the result image, and
50% corresponds to an average gray value.

8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized featured, that steps 1.1 and 1.2 at least once again be picked up, with each repetition for everyone Point a difference value is calculated, the gray values for the result image as the mean of the dif reference values can be calculated for each point.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized featured, that the first image and / or the second image after the Capture can be saved.

10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the result image is displayed on a display device ( 37 ) and / or printed out on a printer ( 39 ).

11. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized by the following features:
a pressure chamber ( 28 ) in which the connected wafers ( 25 ; 40 ) can be fixed;
an infrared radiation source ( 20 ) for irradiating the bonded wafers ( 25 ; 40 ) substantially perpendicular to the major surfaces thereof;
means ( 30 ) for detecting the radiation transmitted through the bonded wafer; and
a device ( 35 ) for comparing at least two he, under different pressure conditions in the pressure chamber ( 28 ) detected, transmitted by the connected wafer radiation.

12. The device according to claim 11, characterized in that the wafers are silicon wafers.

13. The apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the pressure chamber ( 28 ) on at least two opposite side walls ge pressure-stable window ( 45 a, 45 b), the connected wafer ( 25 ; 40 ) by a first of pressure-stable windows are irradiated with the infrared radiation, and the transmitted radiation is detected by a second of the pressure-stable windows.

14. The device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the infrared radiation source ( 20 ) is a monochromatic laser.

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the laser is a Nd: YAG laser with a wavelength of 1.064 µm.

16. The device according to one of claims 11 to 15, characterized in that the device ( 30 ) for detecting the transmittier th radiation is a CCD camera.

17. The device according to one of claims 11 to 16, characterized by an optical device ( 22 ) which is arranged between the infrared radiation source ( 20 ) and the connected wafers ( 25 ; 40 ) in order to homogenize the radiation.

18. The device according to any one of claims 11 to 17, characterized in that the means ( 35 ) for comparing a computer equipped with image processing, which is connected to a screen ( 37 ) and / or a printer ( 39 ), to the Display the result of the comparison.