DE19525770C1 - Bonding connections testing system for bonded semiconductor wafers - Google Patents
Bonding connections testing system for bonded semiconductor wafersInfo
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Abstract
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 known from US 48 83 215.
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 Licht quelle 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 from a light source or a laser illuminated. The transmitted light is recorded using a CCD camera in a computer with processed an image processing and on a 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, eine Vorrich tung und ein Verfahren 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 a Vorrich tion and a process to create a 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.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Überprüfen der Verbindung mindestens zweier miteinander ver
bundener Wafer mit folgenden Verfahrensschritten geschaffen:
Bestrahlen von mindestens zwei verbundenen Wafern mit einer
Infrarotstrahlung im wesentlichen senkrecht zu den Haupt
oberflächen derselben;
Erfassen der durch die verbundenen Wafer transmittierten In
frarotstrahlung als ein Bild;
Zuordnen eines Grauwerts zu jedem Punkt des Bilds abhängig von
der Intensität der erfaßten Strahlung;
Berechnen eines Wahrscheinlichkeitswerts für das Vorhandensein einer Störung
für jeden Punkt des Bilds durch Bewertung der Grauwerte aller Punkte des
Bilds auf der Grundlage einer typischen Grauwertverteilung,
wie sie durch eine Störung der Verbindung der mindestens zwei
Wafer hervorgerufen wird;
Erzeugen eins Ergebnisbilds auf der Grundlage der berechneten
Wahrscheinlichkeitswerte; und
Anzeigen des erzeugten Ergebnisbilds.According to the present invention, a method for checking the connection of at least two wafers connected to one another is created with the following method steps:
Irradiating at least two bonded wafers with infrared radiation substantially perpendicular to the main surfaces thereof;
Capturing the infrared radiation transmitted through the bonded wafers as an image;
Assigning a gray value to each point of the image depending on the intensity of the radiation detected;
Calculating a probability value for the presence of a disturbance for each point of the image by evaluating the gray values of all points of the image on the basis of a typical gray value distribution, as is caused by a disturbance in the connection of the at least two wafers;
Generating a result image based on the calculated probability values; and
Display the generated result image.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Bestrahlen der verbundenen Wafer vorzugsweise ein monochromatischer Laser, beispielsweise ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,064 µm verwendet. Vorzugsweise wird die Infrarotstrahlung vor dem Auftreffen derselben auf die verbundenen Wafer mit tels einer optischen Einrichtung, z. B. streuender optischer Elemente, homogenisiert. Die transmittierte Strahlung wird dann vorzugsweise mittels einer CCD-Kamera erfaßt.According to the present invention, the connected wafers preferably a monochromatic laser, for example an Nd: YAG laser with a wavelength of 1.064 µm used. The infrared radiation is preferred before hitting the bonded wafers means of an optical device, e.g. B. scattering optical Elements, homogenized. The transmitted radiation is then preferably recorded using a CCD camera.
Auf der Grundlage der berechneten Wahrscheinlichkeitswerte wird vorzugsweise ein Ergebnisbild erzeugt, das auf einem Bildschirm - oder einem Drucker angezeigt werden kann. Als typische Grauwerteverteilung, die als Grundlage zur Berech nung der Wahrscheinlichkeitswerte dient, werden beispiels weise Interferenzringe angenommen, wie sie typischerweise durch eine Störung der Verbindung der miteinander verbunde nen Wafer hervorgerufen werden. Diese liegen rotationssymme trisch und konzentrisch mit einem festen Abstand A um die Störung. Auf der Basis dieser Wahrscheinlichkeitswerte wird eine Ortsfrequenz f gemäß der Gleichung f = 1/A bestimmt. Die Wahrscheinlichkeitswerte werden vorzugsweise gemäß fol gender Gleichung berechnet:Based on the calculated probability values a result image is preferably generated which is based on a Screen - or a printer. As typical gray value distribution, which serves as the basis for calc The probability values are used, for example wise interference rings, as typically assumed due to a fault in the connection of the connected a wafer. These are rotationally symmetrical tric and concentric with a fixed distance A around the Disorder. Based on these probability values a spatial frequency f is determined according to the equation f = 1 / A. The probability values are preferably according to fol gender equation calculated:
wobei
I(x,y) der Wahrscheinlichkeitswert eines Punktes bei den
Koordinaten x, y ist,
K′(r, α) der Grauwert eines Punkts ist, der im Winkel α
um den Abstand r von den Koordinaten x, y beabstandet
ist, und
Rand der Rand des Bilds ist.
in which
I (x, y) is the probability value of a point at the coordinates x, y,
K '(r, α) is the gray value of a point which is at an angle α by the distance r from the coordinates x, y, and
Edge is the edge of the image.
Alternativ können die Wahrscheinlichkeitswerte basierend auf mehreren Ortsfrequenzen, die durch verschiedene Störungen mit unterschiedlich beabstandeten Interferenzringen erzeugt werden, berechnet werden.Alternatively, the probability values can be based on multiple spatial frequencies caused by different interference generated with differently spaced interference rings will be calculated.
Für das menschliche Auge sind symmetrische Strukturen wie Linien und Kreise, d. h. die Interferenzringe, meist leicht zu erkennen. Sind derartige Strukturen aber mit einem gerin gen Kontrast behaftet und gleichzeitig mit einem wirren Mu ster von anderen Linien überlagert, so können die Interfe renzringe, die durch Blasen erzeugt werden, welche durch fehlerhafte Verbindungsstellen zwischen zwei verbundenen Wafern bewirkt werden, leicht übersehen werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden derartige wirre Muster von anderen Linien, die beispielsweise durch die Reflexionen oder Schatten an Strukturen, die auf die Wafer aufgebracht sind, verursacht werden, beseitigt, so daß eine deutliche Anzeige der gewünschten Interferenzringe erzeugt wird, wenn solche vorliegen. Demgemäß ist gemäß der vorliegenden Erfin dung eine sichere und zuverlässige Erkennung von fehlerhaf ten Verbindungsstellen zwischen zwei oder mehr verbundenen Wafern möglich.For the human eye, symmetrical structures are like Lines and circles, d. H. the interference rings, mostly light to recognize. But are structures like that with one? with contrast and at the same time with a confused mu superimposed by other lines, so the Interfe renzrings, which are generated by bubbles, which by faulty connection points between two connected Wafers are caused to be easily overlooked. According to the Such confused patterns of other lines, for example, by the reflections or shadows on structures applied to the wafers are caused, eliminated, so that a clear Display of the desired interference rings is generated when there are such. Accordingly, according to the present invention a safe and reliable detection of faulty th connection points between two or more connected Wafers possible.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Vorrich
tung zum Durchführen dieses Verfahrens geschaffen, die
folgende Merkmale aufweist:
eine Infrarotstrahlungsquelle zum Bestrahlen der verbundenen
Wafer im wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen der
selben;
eine Einrichtung zum Erfassen der durch die verbundenen Wa
fer transmittierten Strahlung;
eine Einrichtung zum Verarbeiten der erfaßten Strahlung in
ein Bild, dessen Punkte jeweils abhängig von der Intensität
der erfaßten Strahlung einen Grauwert aufweisen;
eine Einrichtung zum Berechnen eines Wahrscheinlichkeitswerts
für das Vorhandensein einer Störung für jeden Punkt des Bilds durch Bewertung der
Grauwerte aller Punkte des Bilds auf der Grundlage einer typischen
Grauwertverteilung, wie sie durch eine Störung der Verbindung
der mindestens zwei Wafer hervorgerufen wird;
eine Einrichtung zum Erzeugen einer Darstellung aus den be
rechneten Wahrscheinlichkeitswerten; und
eine Einrichtung zum Anzeigen der erzeugten Darstellung.According to the present invention, a device for carrying out this method is also provided, which has the following features:
an infrared radiation source for irradiating the bonded wafers substantially perpendicular to the major surfaces thereof;
means for detecting the radiation transmitted by the connected wafer;
a device for processing the detected radiation into an image, the points of which each have a gray value depending on the intensity of the detected radiation;
means for calculating a probability value for the existence of a disturbance for each point of the image by evaluating the gray values of all points of the image on the basis of a typical gray value distribution as is caused by a disturbance in the connection of the at least two wafers;
means for generating a representation from the calculated probability values; and
a device for displaying the generated representation.
Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.Preferred developments of the present invention are presented in the dependent claims.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing explained. 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 Darstellung zur Veranschaulichung der Berech nung der Wahrscheinlichkeitswerte. Fig. 3 is a diagram illustrating the calculation of the probability values.
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. 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.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Halbleiter Silizium.In the preferred embodiment, the semiconductor 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, can 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.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.In Fig. 2, a device according to a preferred exemplary embodiment from the present invention is shown.
Zum Bestrahlen der Waferstruktur im wesentlichen senkrecht zu der Hauptoberfläche derselben wird eine schmalbandige Lichtquelle 20 verwendet. Vorzugsweise wird ein monochroma tischer Laser verwendet. Dieser kann beispielsweise ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge 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 Ausgangsleistung von einigen Watt erlaubt den Ausgleich von zahlreichen Reflexionsverlusten und die großflächige Beleuchtung von ganzen Wafern mit einem Durchmesser von beispielsweise 150 mm mit ausreichender Hel ligkeit. Der Laser kann, um eine hohe Intensität zu errei chen, in einem Dauerstrichbetrieb und im Multimode-Betrieb verwendet werden.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 150 mm, for example, with sufficient brightness. To achieve a high intensity, the laser can be used in continuous wave 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 TEMOO-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 pure TEMOO fashion, 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 .
Die CCD-Kamera 30 ist mit einer Einrichtung 35 zum Berechnen eines Wahrscheinlichkeitswerts für jeden Punkt des mittels der Kamera 30 erfaßten Bilds verbunden. Diese Einrichtung ist vorzugsweise ein Computer 35 mit einem Bildverarbei tungssystem. Vorteilhafterweise wird das Bild der transmit tierten Strahlung in demselben gespeichert. Die Einrichtung zum Erzeugen einer Darstellung aus den berechneten Wahr scheinlichkeitswerten ist ebenfalls in dem Computer 35 im plementiert. Der Computer 35 ist vorzugsweise mit einem Bildschirm 37 und einem Drucker 39 verbunden, um eine Anzei ge der aus den berechneten Wahrscheinlichkeitswerten erzeug ten Darstellung zu ermöglichen.The CCD camera 30 is connected to a device 35 for calculating a probability value for each point of the image captured by the camera 30 . This device is preferably a computer 35 with an image processing system. The image of the transmitted radiation is advantageously stored in the same. The device for generating a representation from the calculated probability values is also implemented in the computer 35 . The computer 35 is preferably connected to a screen 37 and a printer 39 in order to enable a display of the representation generated from the calculated probability values.
Um die periodische Struktur der Interferenzringe aus dem mit einem wirren Muster anderer Linien überlagerten Bild heraus zufiltern, läßt sich eine Berechnung ähnlich einer Fourier- Transformation verwenden. Aufgrund der konstanten Dicke und der konstanten Elastizität der Siliziumwafer ist die Form der Blasen, die durch ein Störpartikel oder eine Luftblase erzeugt werden, im Querschnitt etwa konstant und von der Größe der Staubkörner unabhängig. Aus dem konstanten Keil winkel der Blasen folgt in dem erfaßten Bild ein typischer Abstand A der Interferenzringe voneinander. Die Interferenz ringe liegen jeweils mit dem Abstand A rotationssymmetrisch und konzentrisch um das verursachende Störpartikel. Den pe riodischen Schwankungen in der Helligkeit der Interferenz ringe entspricht eine typische Ortsfrequenz f = 1/A.To determine the periodic structure of the interference rings from the out of a tangled pattern of other lines filter, a calculation similar to a Fourier Use transformation. Because of the constant thickness and The constant elasticity of the silicon wafer is the shape of bubbles caused by an interfering particle or an air bubble are generated, approximately constant in cross section and by the Size of the dust grains regardless. From the constant wedge angle of the bubbles follows a typical one in the captured image Distance A of the interference rings from one another. The interference rings are each rotationally symmetrical with the distance A. and concentric around the causing interfering particle. The pe periodic fluctuations in the brightness of the interference rings corresponds to a typical spatial frequency f = 1 / A.
Im Folgenden wird die Berechnung beschrieben, die für jeden Bildpunkt K (x, y) des erfaßten Bildes durchgeführt wird. Mit tels dieser Berechnung kann das Vorhandensein von konzentri schen Ringen, und damit einer fehlerhaften Verbindungsstelle zwischen zwei verbundenen Wafern, "erkannt" werden. Die Wahrscheinlichkeitswerte für ein Vorhandensein einer Störung werden auf der Grundlage einer typischen Grauverteilung, die durch eine Störung der Verbin dung der verbundenen Wafer hervorgerufen wird, berechnet. Diese typische Grauwerteverteilung sind vorzugsweise die In terferenzringe und die sich aus dem Abstand A derselben er gebende Ortsfrequenz f = 1/A. Die Wahrscheinlichkeitswerte lassen sich dann gemäß folgender Gleichung berechnen:The calculation is described below for each Pixel K (x, y) of the captured image is performed. With The calculation of the presence of concentri rings, and thus a faulty connection point between two connected wafers. The Probability values for the presence of a disorder are shown on the basis of a typical gray distribution caused by a disturbance in the verb of the connected wafers is calculated. This typical gray value distribution is preferably the In interference rings and the ones from the distance A of the same giving local frequency f = 1 / A. The probability values can then be calculated according to the following equation:
wobei
I (x, y) der Wahrscheinlichkeitswert eines Punktes bei den
Koordinaten x, y ist,
K′ (r, α) der Grauwert eines Punkts ist, der im Winkel α
um den Abstand r von den Koordinaten x, y beabstandet
ist, und
Rand der Rand des Bilds ist.
in which
I (x, y) is the probability value of a point at the coordinates x, y,
K '(r, α) is the gray value of a point which is at an angle α by the distance r from the coordinates x, y, and
Edge is the edge of the image.
Diese Berechnung wird nun bezugnehmend auf Fig. 3 erklärt. Im inneren Integral wird die Intensität der Ortsfrequenz f um den Punkt K(x, y), für den der Wahrscheinlichkeitswert berechnet werden soll, in einer Richtung berechnet. Dabei wird der Grauwert eines Nachbarpunktes K′(r, α) mit dem Ab stand r und dem Positionswinkel α von dem Ort K(x, y) mit dem Cosinus der Ortsfrequenz multipliziert. Die untere Grenze, r = 0, ist der Punkt, für den der Wahrscheinlichkeitswert be rechnet wird. Die obere Integrationsgrenze ist zweckmäßiger weise der Rand des Wafers oder des erfaßten Bildes. Durch die Multiplikation mit dem Cosinus der Ortsfrequenz der In terferenzringe wird die periodische Struktur der Interfe renzringe herausgefiltert.This calculation will now be explained with reference to FIG. 3. The intensity of the spatial frequency f around the point K (x, y) for which the probability value is to be calculated is calculated in one direction in the inner integral. The gray value of a neighboring point K '(r, α) is multiplied by the distance r and the position angle α from the location K (x, y) by the cosine of the spatial frequency. The lower limit, r = 0, is the point for which the probability value is calculated. The upper integration limit is expediently the edge of the wafer or the captured image. The periodic structure of the interference rings is filtered out by multiplying by the cosine of the spatial frequency of the interference rings.
Im äußeren Integral wird über alle Richtungen Q um den Punkt K(x, y) herum integriert. Das Ergebnis ist eine Zahl I(x, y), die die Wahrscheinlichkeit angibt, mit der der Punkt K(x, y) von Interferenzringen umgeben ist. Bei der numerischen Be rechnung im Computer werden die Integrale durch Summen er setzt und die rotationssymmetrischen Variablen in rechtwin kelige umgerechnet.In the outer integral, Q is around the point in all directions K (x, y) integrated around. The result is a number I (x, y), indicating the probability that the point K (x, y) is surrounded by interference rings. With the numerical loading The integrals are calculated in the computer by sums sets and the rotationally symmetric variables in right kelige converted.
Dieser berechneten Zahl I, dem Wahrscheinlichkeitswert, wird wiederum ein Grauwert im Ergebnisbild am Ort (x, y) zugeord net. Dieser Grauwert ist ein heller Wert, wenn der Punkt von Ringen umgeben ist. Die für einen Punkt beschriebene Berech nung wird nun nacheinander für jeden Punkt K des gespeicher ten Bilds durchgeführt. Es ergibt sich ein Ergebnisbild, in dem die Orte, welche von konzentrischen Ringen umgeben sind, hell erscheinen. Die übrigen Punkte erscheinen dunkel. Helle Punkte oder Flecken in dem Ergebnisbild lassen also auf Bla sen, die durch eingeschlossene Störpartikel verursacht wer den und Interferenzringe erzeugen, schließen.This calculated number I, the probability value, becomes again assigned a gray value in the result image at location (x, y) net. This gray value is a light value if the point of Wrestling is surrounded. The calculation described for one point voltage is now stored one after the other for each point K of the th picture. The result is a result in the places that are surrounded by concentric rings appear bright. The remaining dots appear dark. Bright Dots or stains in the result image leave on Bla caused by trapped interference particles and generate interference rings, close.
Um von der nicht bekannten Phase Φ unabhängig zu sein, die sich als cos(f · r+Φ) darstellen läßt, kann das Produkt K′(r,α) · cos(f · r) vor der Integration quadriert werden. In der Optik entspricht dieses Vorgehen dem Integrieren der In tensitäten und nicht der Amplituden eines Wellenfelds. Dabei geht die Information über die Phasenlage verloren, die bei dieser Anwendung nicht benötigt wird.In order to be independent of the unknown phase Φ, the can be represented as cos (f · r + Φ), the product K ′ (r, α) · cos (f · r) must be squared before integration. In optically this procedure corresponds to the integration of the In intensities and not the amplitudes of a wave field. Here the information about the phase position, which is lost this application is not required.
Bei einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann man fer ner das Auftreten von verschiedenen Ortsfrequenzen, die durch Interferenzringe mit verschiedenen Beabstandungen ver ursacht werden, berücksichtigen, da die Annahme der konstan ten Form der Blasen nicht streng gilt. Zweckmäßigerweise sollten maximal drei typische Ortsfrequenzen f berücksich tigt werden, die durch drei verschiedene Farben statt eines Grauwerts darstellbar sind. Das Ergebnis ist dann ein far biges Bild, in dem beispielsweise ein blauer Punkt von engen Interferenzringen und ein roter Punkt von weiten Interfe renzringen umgeben ist. Alternativ wäre mathematisch auch die Berechnung eines vollständigen Spektrums der Ortsfre quenzen an jedem Ort möglich, wobei sich dann allerdings das Ergebnis nicht graphisch darstellen läßt.In a development of the present invention you can fer ner the occurrence of different spatial frequencies, the by interference rings with different spacings be taken into account, since the assumption of constant The shape of the bubbles does not apply strictly. Conveniently should take into account a maximum of three typical spatial frequencies f by three different colors instead of one Gray values can be displayed. The result is then a far biges picture, in which for example a blue dot of narrow Interference rings and a red dot from wide interfe ring is surrounded. Alternatively, would be mathematical too the calculation of a complete spectrum of the loc sequences are possible at any location, but then the Do not display the result graphically.
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 und die Rechenge schwindigkeit des Computers begrenzt. Die sich ergebenden Bilder sind direkt lesbar und können digital verarbeitet werden, um einen schwachen Kontrast hervorzuheben. Es ist keine Vorbereitung der zu prüfenden Proben notwendig. Ferner ist es möglich, die Infrarot-Überprüfungsvorrichtung in bestehende Verbindungsmaschinen zu integrieren. Dies er möglicht eine On-line-Steuerung der Verbindungsprozesse.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 due to the handling of the wafers and the rake limited speed of the computer. The resulting Images are directly readable and can be processed digitally to highlight weak contrast. It is no preparation of the samples to be tested necessary. Further it is possible to put the infrared checking device in to integrate existing connection machines. This he enables on-line control of the connection processes.
Claims (18)
Bestrahlen von mindestens zwei verbundenen Wafern (25) mit einer Infrarotstrahlung im wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen derselben;
Erfassen der durch die verbundenen Wafer transmittier ten Infrarotstrahlung als ein Bild;
gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:
Zuordnen eines Grauwerts zu jedem Punkt des Bilds abhängig von der Intensität der erfaßten Strahlung;
Berechnen eines Wahrscheinlichkeitswerts für das Vorhandensein einer Störung für jeden Punkt des Bilds durch Bewertung der Grauwerte aller Punkte des Bilds auf der Grundlage einer typischen Grauwertverteilung, wie sie durch eine Störung der Verbindung der mindestens zwei Wafer hervorgerufen wird;
Erzeugen eines Ergebnisbilds auf der Grundlage der berechneten Wahrscheinlichkeitswerte; und
Anzeigen des erzeugten Ergebnisbilds.1. A method for checking the connection of at least two interconnected wafers, with the following steps:
Irradiating at least two bonded wafers ( 25 ) with infrared radiation substantially perpendicular to the main surfaces thereof;
Capturing the infrared radiation transmitted through the bonded wafers as an image;
characterized by the following further steps:
Assigning a gray value to each point of the image depending on the intensity of the radiation detected;
Calculating a probability value for the presence of a disturbance for each point of the image by evaluating the gray values of all points of the image on the basis of a typical gray value distribution, as is caused by a disturbance in the connection of the at least two wafers;
Generating a result image based on the calculated probability values; and
Display the generated result image.
I(x, y) der Wahrscheinlichkeitswert eines Punkte bei den Koordinaten x, y ist,
K′(r,α) der Grauwert eines Punkts ist, der im Winkel α um den Abstand r von den Koordinaten x, y beabstandet ist, und
Rand der Rand des Bilds ist.8. The method according to claim 7, characterized in that the probability values are calculated according to the following equation: in which
I (x, y) is the probability value of a point at the coordinates x, y,
K '(r, α) is the gray value of a point which is at an angle α by the distance r from the coordinates x, y, and
Edge is the edge of the image.
einer Infrarotstrahlungsquelle (20) zum Bestrahlen der verbundenen Wafer (25) im wesentlichen senkrecht zu den Hauptoberflächen derselben;
einer Einrichtung (30) zum Erfassen der durch die ver bundenen Wafer transmittierten Strahlung;
gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:
eine Einrichtung (35) zum Verarbeiten der erfaßten Strahlung in ein Bild, dessen Punkte jeweils abhängig von der Intensität der erfaßten Strahlung einen Grau wert aufweisen;
eine Einrichtung zum Berechnen eines Wahrscheinlichkeitswerts für das Vorhandensein einer Störung für jeden Punkt des Bilds durch Bewertung der Grauwerte aller Punkte des Bilds auf der Grundlage einer typischen Grauwertverteilung, wie sie durch eine Störung der Verbindung der mindestens zwei Wafer hervorgerufen wird;
eine Einrichtung zum Erzeugen einer Darstellung aus den berechneten Wahrscheinlichkeitswerten; und
eine Einrichtung (37, 39) zum Anzeigen der erzeugten Darstellung.11. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, with the following features:
an infrared radiation source ( 20 ) for irradiating the bonded wafers ( 25 ) substantially perpendicular to the major surfaces thereof;
means ( 30 ) for detecting the radiation transmitted through the bonded wafer;
characterized by the following additional features:
means ( 35 ) for processing the detected radiation into an image, the points of which each have a gray value depending on the intensity of the detected radiation;
means for calculating a probability value for the existence of a disturbance for each point of the image by evaluating the gray values of all points of the image on the basis of a typical gray value distribution as is caused by a disturbance in the connection of the at least two wafers;
means for generating a representation from the calculated probability values; and
means ( 37 , 39 ) for displaying the generated representation.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |