JP7106782B1 - 超音波映像装置および接合ウェハへの液体浸入防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波探触子の走査速度を低下させることなくウェハ同士の接合面への液体の浸入を防止する。【解決手段】超音波映像装置１００は、２枚以上のウェハ１９１が接合された接合ウェハ１０９に超音波を照射してウェハ同士の接合面１９３の映像を生成する装置であって、接合ウェハ１０９の下側において、接合ウェハに超音波を照射する超音波探触子１１０と、接合ウェハ１０９の底面１０９ａとの間において、底面１０９ａに接する液膜１０６が形成されるように液体を連続的に底面１０９ａに向けて吐出しながら、超音波探触子１１０とともに移動する液体吐出部１１１と、気体を吐出する気体吐出装置１０２と、を備え、気体吐出装置１０２は、液体吐出部１１１から吐出される液体が接合ウェハ１０９の外周端部１９９から接合面１９３に浸入しないように、液体を押し下げるための気体を接合ウェハ１０９の外周端部１９９に向けて吐出する。【選択図】図２

Description

本発明は、液体を介して超音波探触子から超音波を接合ウェハに照射して接合ウェハの接合面の映像を生成する超音波映像装置、および超音波映像装置により接合面の映像を生成する際に超音波を伝播する液体が接合ウェハの外周端部から接合面に浸入することを防止する液体浸入防止方法に関する。

超音波探触子から対象物に超音波を照射し、その反射波を取得して対象物の内部の映像を生成する超音波映像装置が知られている。超音波映像装置により生成された映像は、例えば、対象物内の微細な欠陥（剥離やボイド）の有無の検査に用いられる。超音波映像装置（超音波検査装置）は、使用する超音波の周波数が高いと、高い分解能が得られるが、その反面として減衰が大きくなりＳ／Ｎ比が低下するおそれがある。ここで、水は空気に比べて高周波の超音波の減衰の程度が小さい。このため、対象物を水に浸漬させ、超音波探触子と対象物との間を水で満たした状態で、超音波探触子の走査が行われることがある。しかしながら、この方法では、対象物が水に浸漬されることに起因して対象物に含まれる金属が腐食するなどの不具合が生じるおそれがある。

そこで、被検体（対象物）における水の接触領域を被検体の検査面（底面）に限定することを目的とした発明が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、検査面を下に向けて被検体を保持する被検体保持機構と、被検体を超音波で探触するアレイ型探触子と、超音波を伝播させる液体にアレイ型探触子を浸す槽と、被検体の検査面の下方にアレイ型探触子を相対するように保持する探触子保持機構と、槽に蓄えた液体の表面張力によって被検体の検査面に液面が接触した状態で、被検体およびアレイ型探触子の一方または双方を水平に走査する水平走査手段と、を備えた超音波検査装置（超音波映像装置）が開示されている。

特許文献１に記載の発明では、被検体と超音波探触子との間を水などの液体で満たし、槽の上面に形成される液膜を被検体の検査面（底面）に接触させることにより、超音波の伝播経路が確保される。このため、特許文献１に記載の発明では、被検体を液体に浸漬させることなく超音波探触子によって被検体を走査（スキャン）することができる。

特開２０１５－１４８４９３号公報

超音波探触子は、対象物を走査する際、対象物の第１外周端部側から反対の第２外周端部側に向かって加速し、第２外周端部側で減速して停止し、第２外周端部側から第１外周端部側に向かって加速し、第１外周端部側で減速して停止するという一連の動作を繰り返し行う。このため、対象物の外周端部近傍での加減速度が大きいと超音波を伝播させる液体の表面が波打ち、液体が外周端部に付着するおそれがある。ここで、対象物が２枚以上のウェハが接合された接合ウェハである場合、外周端部に付着した液体が、毛細管現象によりウェハ同士の接合面に浸入するおそれがある。このため、特許文献１に記載の超音波探触子によって接合ウェハを走査する場合には、液面が波立たないように、走査速度（移動速度）を低く抑え、接合ウェハの外周端部を走査する際の超音波探触子の加減速度を小さくする必要がある。

しかしながら、超音波探触子の走査速度を低く抑えると、接合ウェハの走査に要する時間が長くなり、超音波映像装置による接合ウェハの接合面の映像の生成効率が低下する。このため、特許文献１に記載の発明では、接合ウェハの接合面の映像の生成効率の観点で改善の余地がある。

本発明は、超音波探触子の走査速度を低下させることなくウェハ同士の接合面への液体の浸入を防止し、接合ウェハに対する超音波探触子の走査時間を短縮し、接合面の映像の生成効率を向上させることを目的とする。

本発明の一態様による超音波映像装置は、２枚以上のウェハが接合された接合ウェハに超音波を照射し、その反射波を取得して前記ウェハ同士の接合面の映像を生成する超音波映像装置であって、前記接合ウェハの底面の下側において、前記底面に沿って移動しながら、前記接合ウェハに超音波を照射し、その反射波を取得する超音波探触子と、前記接合ウェハの前記底面との間において、前記底面に接する液膜が形成されるように、超音波を伝播させる液体を連続的に前記底面に向けて吐出しながら、前記超音波探触子とともに移動する液体吐出部と、気体を吐出する気体吐出装置と、を備え、前記気体吐出装置は、前記液体吐出部から吐出される液体が前記接合ウェハの外周端部から前記接合面に浸入しないように、前記液体を押し下げるための気体を前記接合ウェハの外周端部に向けて吐出する気体吐出部を有する。

また、本発明の一態様による液体浸入防止方法は、２枚以上のウェハが接合された接合ウェハの底面と超音波探触子との間に超音波を伝播する液体を供給し、前記超音波探触子から前記接合ウェハに超音波を照射して、前記ウェハ同士の接合面の映像を生成する際に、前記接合ウェハの外周端部から前記接合面に液体が浸入することを防止する液体浸入防止方法であって、気体を吐出する気体吐出部と前記接合ウェハとを位置決めする位置決め工程と、位置決めされた前記接合ウェハを保持部によって保持するウェハ保持工程と、前記保持部によって保持された前記接合ウェハの前記底面の下側に前記超音波探触子を配置する探触子配置工程と、前記超音波探触子を収容するケースに液体を供給し、前記超音波探触子と前記接合ウェハの前記底面との間を液体で満たすとともに前記ケースの上面に前記接合ウェハに接する液膜を形成する液体供給工程と、前記ケースの上面に形成される液膜が前記接合ウェハの前記底面に接するように前記ケースの上面に形成された液体出口部から液体を連続的に吐出しながら前記超音波探触子を前記ケースとともに前記底面に沿って走査する走査工程と、を含み、前記走査工程において、前記接合ウェハの外周端部の下方に前記超音波探触子が位置しているときに、前記ケースから吐出される液体が前記接合ウェハの前記外周端部から前記接合面に浸入しないように、前記気体吐出部から気体を前記外周端部に向けて吐出し、前記気体吐出部から吐出される気体によって前記ケースから吐出される液体を押し下げる。

本発明によれば、超音波探触子の走査速度を低下させることなくウェハ同士の接合面への液体の浸入を防止し、接合ウェハに対する超音波探触子の走査時間を短縮し、接合面の映像の生成効率を向上させることができる。

図１は、第１実施形態に係る超音波映像装置の構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る超音波映像装置により接合ウェハの接合面の映像を生成する際の各部の動作を説明する図である。 図３は、超音波検査方法の実施手順の一例を示すフローチャートである。 図４Ａは、吐出開口部と接合ウェハの外周端部の部分拡大図であり、接合ウェハの接合面の外周端縁が吐出開口部の径方向中心軸から内径方向にｄ／２だけずれた位置に配置された状態を示す。 図４Ｂは、吐出開口部と接合ウェハの外周端部の部分拡大図であり、接合ウェハの接合面の外周端縁が吐出開口部の径方向中心軸から外径方向にｄ／４だけずれた位置に配置された状態を示す。 図４Ｃは、吐出開口部と接合ウェハの外周端部の部分拡大図であり、接合ウェハの接合面の外周端縁の位置ずれ許容範囲について示す。 図５は、接合ウェハの下面図であり、プローブが接合ウェハを走査する様子を示す。 図６は、第２実施形態に係る超音波映像装置の空気吐出部の形状について示す図である。 図７は、空気吐出部から鉛直下方に向かって吐出される空気の接合ウェハの外周端部近傍の流れの模式図である。 図８は、変形例１－１に係る空気吐出部の一部を示す斜視図である。 図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線断面模式図である。 図１０は、図９のＸ－Ｘ線断面模式図である。

以降、本件発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１～図５を用いて、第１実施形態に係る超音波映像装置１００の構成および超音波映像装置１００による接合ウェハ１０９の接合面１９３の映像生成方法を説明する。図１は、超音波映像装置１００の構成を示す図である。図２は、超音波映像装置１００により接合ウェハ１０９の接合面１９３の映像を生成する際の各部の動作を説明する図である。

なお、図示するようにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を定義し、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いて各構成の構造、配置関係等について説明する。Ｘ軸およびＹ軸は、水平方向に平行であり、Ｚ軸は、鉛直方向（重力方向、上下方向）に平行である。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、それぞれ直交する。

図１に示すように、超音波映像装置１００は、２枚以上の半導体ウェハ（単にウェハとも記す）１９１が層状に接合された接合ウェハ（積層ウェハ）１０９の下側から接合ウェハ１０９に超音波１１９（図２参照）を照射し、その反射波を取得してウェハ１９１同士の接合面１９３の映像を生成する。超音波映像装置１００により生成された接合面１９３の映像は、検査員あるいは検査システム（不図示）によって分析される。検査員あるいは検査システムは、接合面１９３の映像に基づいて、接合面１９３における剥離やボイド等の微細な欠陥の有無を判定し、欠陥が有る場合にはその位置、大きさを特定する。つまり、超音波映像装置１００は、接合ウェハ１０９を被検体（検査対象）として、被検体内部の欠陥の検査を行う超音波検査装置ともいえる。

本実施形態に係る超音波映像装置１００の超音波探触子（以下、プローブとも記す）１１０の走査対象となる接合ウェハ１０９は、２枚の円板状のウェハ１９１が層状に接合された積層ウェハである。以下、接合ウェハ（積層ウェハ）１０９における下側のウェハ１９１を最下層ウェハ１９１ａとも記し、接合ウェハ（積層ウェハ）１０９における上側のウェハ１９１を最上層ウェハ１９１ｂとも記す。

超音波映像装置１００は、接合ウェハ１０９を保持する保持装置１０２と、接合ウェハ１０９を走査するプローブ１１０と、プローブ１１０を収容するとともに超音波を伝播させる液体である水を貯留するプローブケース（以下、単にケースと記す）１１１と、水平面内でプローブ１１０を移動させるＸ軸スキャナ１５２ｘおよびＹ軸スキャナ１５２ｙと、プローブ１１０を高さ方向に調整または移動させるＺ軸スキャナ１５２ｚと、を備える。

プローブ１１０はケース１１１に固定され、プローブ１１０とケース１１１とによってプローブユニット１０１が構成される。なお、プローブ１１０とケース１１１とは、例えば、ねじにより接続され、一体となっている。プローブ１１０は、単一の送信素子（超音波振動素子）を有するシングル型プローブであってもよいし、多数の送信素子が配列されたアレイ型プローブであってもよい。スキャナ１５２ｘ，１５２ｙ，１５２ｚは、プローブ１１０のハウジング１１０ｃ及びケース１１１の少なくとも一方に接続され、プローブユニット１０１をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動させる。つまり、プローブ１１０は、スキャナ１５２ｘ，１５２ｙ，１５２ｚによってケース１１１と一体的に移動する。

超音波映像装置１００は、映像を表示する液晶ディスプレイ等の表示部１５５と、プローブ１１０との間で電気信号を入出力する送受信装置１５１と、スキャナ１５２ｘ，１５２ｙ，スキャナ１５２ｚの動作を制御するスキャナ駆動制御装置１５３と、超音波映像装置１００の各部（表示部１５５、送受信装置１５１、スキャナ駆動制御装置１５３）を統括制御する統括制御装置１５０と、を備えている。

統括制御装置１５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリ、所謂ＲＡＭ（Random Access Memory）と呼ばれる揮発性メモリ、入出力インタフェース、および、その他の周辺回路を備えたコンピュータで構成される。これらのハードウェアは、協働してソフトウェアを動作させ、複数の機能を実現する。なお、統括制御装置１５０は、１つのコンピュータで構成してもよいし、複数のコンピュータで構成してもよい。

不揮発性メモリには、各種演算が実行可能なプログラムが格納されている。すなわち、不揮発性メモリは、本実施形態の機能を実現するプログラムを読み取り可能な記憶媒体（記憶装置）である。揮発性メモリは、処理装置による演算結果および入出力インタフェースから入力された信号を一時的に記憶する記憶媒体（記憶装置）である。処理装置は、不揮発性メモリに記憶されたプログラムを揮発性メモリに展開して演算実行する装置であって、プログラムに従って入出力インタフェース、不揮発性メモリおよび揮発性メモリから取り入れたデータに対して所定の演算処理を行う。

入出力インタフェースの入力部は、送受信装置１５１、スキャナ駆動制御装置１５３等の各種装置から入力された信号を処理装置で演算可能なデータに変換する。また、入出力インタフェースの出力部は、処理装置での演算結果に応じた出力用の信号を生成し、その信号を送受信装置１５１、スキャナ駆動制御装置１５３、表示部１５５等の各種装置に出力する。

プローブ１１０は、接合ウェハ１０９の底面１０９ａの下側において、底面１０９ａに沿ってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動しながら、接合ウェハ１０９に超音波を照射し、その反射波を取得する。つまり、プローブ１１０は、接合ウェハ１０９の下側において、接合ウェハ１０９に対して相対移動することにより、接合ウェハ１０９に対する走査を行う。

プローブ１１０は、超音波を送信し、接合ウェハ１０９で反射された超音波の反射波を受信する送受信素子１１０ａと、プローブ１１０の走査位置を検出するエンコーダ１１０ｂと、送受信素子１１０ａおよびエンコーダ１１０ｂを収容するハウジング１１０ｃと、を有してる。送受信素子１１０ａは、制御線１１０ｄによって送受信装置１５１に接続され、エンコーダ１１０ｂは制御線１１０ｅによってスキャナ駆動制御装置１５３に接続される。

送受信装置１５１は、統括制御装置１５０からの制御信号に基づき、素子動作信号をプローブ１１０に出力する。プローブ１１０の送受信素子１１０ａは、入力された素子動作信号に応じて超音波を接合ウェハ１０９に照射する。接合ウェハ１０９で反射した超音波は送受信素子１１０ａによって受信される。送受信装置１５１は、プローブ１１０から超音波の反射波の信号を受信し、受信した信号の信号強度を統括制御装置１５０に送信する。

統括制御装置１５０は、送受信装置１５１からの反射波の信号強度とともに、スキャナ駆動制御装置１５３を介してエンコーダ１１０ｂからプローブ１１０の走査位置（走査点）の情報を取得する。統括制御装置１５０は、走査位置（走査点）と反射波の信号強度とを紐付けて不揮発性メモリに記憶する。統括制御装置１５０は、走査位置毎の反射波の信号強度を、例えば、０～２５５の階調度に変換する。統括制御装置１５０は、走査位置毎の階調度に応じて、映像データを生成し、生成した映像データを表示部１５５に出力する。表示部１５５は、入力された映像データに基づき、接合面１９３の映像を表示画面に表示させる。

接合ウェハ１０９におけるウェハ１９１の接合面１９３に剥離、ボイドなどの欠陥があると、プローブ１１０から送信された超音波が欠陥で反射する。このため、正常な領域と欠陥が生じている領域とでは、プローブ１１０で受信される反射波の信号強度が異なる。したがって、検査員は、表示部１５５に表示された映像から欠陥の有無を判定し、欠陥がある場合はその欠陥の位置および大きさを特定することができる。

本実施形態に係る超音波映像装置１００は、接合ウェハ１０９の底面１０９ａ（最下層ウェハ１９１ａの下面）とプローブ１１０との間を水で満たした状態で、プローブ１１０を走査する。なお、本実施形態では、超音波の伝播媒体（液状媒体）として水を用いる例について説明するが、液状媒体は水に限定されない。液状媒体は、超音波を伝播させることが可能な液体であればよい。

ケース１１１は、水を保持可能な箱状になっている。ケース１１１は、底板１１２と、底板１１２の外周端部から上方に向かって延在する側壁１１３とを有している。底板１１２には、プローブ１１０が挿通される貫通孔１１７が形成されている。側壁１１３は、プローブ１１０の外周を囲むように設けられる。側壁１１３の上端部には天板１１４が設けられている。天板１１４におけるプローブ１１０の直上には、水出口部１１５が形成されている。水出口部１１５は、プローブ１１０と接合ウェハ１０９との間の超音波の伝播経路を妨げることのない位置および大きさに形成された開口である。

図２に示すように、ケース１１１の側壁１１３には、ケース１１１の中空部への水の入口となる水入口部１１６が形成されている。水入口部１１６は、水供給装置（液体供給装置）１６０に接続される。水供給装置１６０は、水を吐出するポンプ１６１と、ポンプ１６１に接続されポンプ１６１から吐出された水をケース１１１に供給する配管である給水チューブ１６２と、を備える。

水入口部１１６は、ケース１１１の中空部と給水チューブ１６２とを連通する連通路である。ケース１１１は、中空部（内部）に水が蓄えられ、ケース１１１の内側に配置されるプローブ１１０が水に浸されている。ケース１１１に蓄えられた水は、水出口部１１５から上方に吐出されてケース１１１の上面（天板１１４の上面）１１１ａに供給される。ケース１１１の上面１１１ａには、水の表面張力によって所定厚みの液膜１０６が形成される。液膜１０６は、接合ウェハ１０９の底面１０９ａに接触する。水入口部１１６に供給される水の流量は、液膜１０６の表面（液面）が波立たない程度の流量に設定される。

図２に示すように、ポンプ１６１から吐出された水は、給水チューブ１６２を通じてケース１１１に流入する（矢印Ｆｂ１参照）。水入口部１１６からケース１１１内に流入した水は、プローブ１１０の外周面とケース１１１の側壁１１３の内周面との間の流路を上方に向かって流れ（矢印Ｆｂ２参照）、水出口部１１５からケース１１１の上面１１１ａに流れ出る（矢印Ｆｂ３参照）。水出口部１１５から吐出された水は、ケース１１１の上面１１１ａをプローブユニット１０１の中心軸側から離れる方向に向かって流れ、上面１１１ａの外周端部から流れ落ちる。

ポンプ１６１は、液膜１０６の形状を保持するために必要となる所定の吐出圧となるように、回転速度が設定される。なお、水供給装置１６０は、ポンプ１６１とケース１１１との間に、水入口部１１６に供給される水の流量を調整可能な流量制御機構１６３を設けてもよい。流量制御機構１６３は、例えば、開口面積を調節可能なバルブと、余分な水を排出するための配管とを含む。この場合、統括制御装置１５０は、流量制御機構１６３のバルブを制御することにより、水入口部１１６に供給される水の流量を調節する。さらに、水供給装置１６０は、ポンプ１６１と流量制御機構１６３との間に、ポンプ１６１の吐出圧を減圧する圧力レギュレータを設けてもよい。つまり、ポンプ１６１の回転速度を一定値として、圧力レギュレータによって、水供給装置１６０からケース１１１へ吐出される水の吐出圧を規定してもよい。

このように、ケース１１１は、水出口部１１５から水などの液体を接合ウェハ１０９の底面１０９ａに向けて吐出する液体吐出部（水吐出部）として機能する。また、水供給装置１６０は、ケース１１１の上面１１１ａに形成される液膜１０６が一定の厚みに保持されるように、所定の吐出圧および所定の流量で連続的に水をケース１１１に供給する。これにより、ケース１１１の上面１１１ａに形成される液膜１０６は、プローブ１１０の走査中、常に、接合ウェハ１０９の底面１０９ａに接した状態となる。

なお、上述したように、ケース１１１は、プローブ１１０に接続されプローブ１１０と一体となっている。したがって、ケース１１１は、接合ウェハ１０９の底面１０９ａとの間において、底面１０９ａに接する液膜１０６が形成されるように、超音波を伝播させる水を連続的に底面１０９ａに向けて吐出しながら、プローブ１１０とともに移動する。

図１および図２を用いて、接合ウェハ１０９の保持装置１０２について説明する。図１および図２に示すように、保持装置１０２は、円板状の基部１２０と、基部１２０に取り付けられる複数の真空吸着パッド１２９と、基部１２０の外周端部に設けられ空気を吐出する空気吐出部１２１と、を有する。

真空吸着パッド１２９は、図示しない真空ポンプに接続され、接合ウェハ１０９の上面（最上層ウェハ１９１ｂの上面）１０９ｂを真空吸着し、接合ウェハ１０９を水平に保持する保持部である。真空吸着パッド１２９は、ケース１１１の上面１１１ａから接合ウェハ１０９の底面１０９ａまでの距離（鉛直方向距離）が、所定の離間距離で維持されるように、接合ウェハ１０９を保持する。なお、保持装置１０２は、空気吐出部１２１を有しているため、空気（気体）を吐出する空気吐出装置（気体吐出装置）ともいえる。つまり、本実施形態に係る保持装置（空気吐出装置）１０２は、接合ウェハ１０９を保持する機能と、空気を吐出する機能とを備えている。

空気吐出部１２１は、基部１２０から下方に向かって突出するように設けられる。空気吐出部１２１には、空気吐出部１２１の下面から上方に窪む凹状の吐出開口部１２２が形成されている。吐出開口部１２２は、真空吸着パッド１２９によって保持された接合ウェハ１０９の外周端部１９９の上方において外周端部１９９に沿うように平面視で円環状に形成されている。図示するように、空気吐出部１２１の側面断面における外形形状および吐出開口部１２２の側面断面における形状は、それぞれ矩形状である。吐出開口部１２２の底部には、吐出開口部１２２と図示しない空気供給配管とを連通し、空気供給配管から空気を取り込む複数の空気取込部（気体取込部）１６９が形成されている。

吐出開口部１２２は、複数の空気取込部１６９に連通し、複数の空気取込部１６９から取り込まれた所定の圧力の空気（矢印Ｆａ１参照）を吐出開口部１２２の開口端面１２３から鉛直下方に向かって吐出する（矢印Ｆａ２参照）。吐出開口部１２２は、内周面と、外周面と、内周面と外周面を接続する底面と、を有している。吐出開口部１２２の内周面及び外周面は、鉛直軸に平行となるように形成される。本実施形態では、吐出開口部１２２は、接合ウェハ１０９の外周端部１９９に上下方向（鉛直方向）で重なる位置に設けられる。つまり、空気吐出部１２１の吐出開口部１２２は、複数の空気取込部１６９から取り込まれた空気を接合ウェハ１０９の外周端部１９９に向けて吐出する。

本実施形態に係る空気吐出部１２１は、円環状の吐出開口部１２２の周方向に所定の間隔をあけて設けられる複数の空気取込部１６９を通じて吐出開口部１２２に空気を取り込み、吐出開口部１２２の開口端面１２３全体から空気を下方に吐出する構成である。このため、環状の開口端面１２３の全域において、空気の流速分布（流量分布）がばらつくおそれがある。例えば、空気取込部１６９の直下の領域における空気の流速と、空気取込部１６９の直下でない領域における空気の流速との間に差が生じる。そこで、本実施形態では、平面視で環状の吐出開口部１２２の全域に亘って、複数の空気取込部１６９から取り込まれた空気を整流する整流部１３０が設けられている。

本実施形態に係る整流部１３０は、空気貫通孔が複数形成された発泡体などの板状の多孔質体からなるフィルタである。複数の空気取込部１６９から吐出開口部１２２内に取り込まれた空気は、整流部１３０によって分散され、環状の吐出開口部１２２の全域に亘って均一の吐出圧および均一の流速で吐出される。つまり、本実施形態によれば、整流部１３０を設けない場合に比べて、環状の吐出開口部１２２から吐出される空気の流速分布（流量分布）のばらつきを抑制することができる。

なお、整流部１３０は、板状の多孔質体を上下方向に多層に重ねて形成してもよい。この場合、下層側に配設する多孔質体は、上層側に配設する多孔質体よりも小径の空気貫通孔を多く有したものとすることが好ましい。これにより、吐出開口部１２２から吐出される空気の吐出圧をより均一にすることができる。整流部１３０に用いられる多孔質体は、樹脂製、金属製あるいはセラミックス製のものを適用できるが、加工性を考慮すると樹脂製のものを適用するのが好適である。

プローブ１１０が接合ウェハ１０９を走査している間、空気吐出部１２１から常時空気が吐出される。つまり、本実施形態では、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の下方にプローブ１１０が位置しているときには、空気吐出部１２１は、ケース１１１の水出口部１１５から吐出される水により形成される液膜１０６の一部の領域（接合ウェハ１０９が上方に存在しない外周端部１９９の近傍領域）に向けて空気を吐出することになる。外周端部１９９の近傍領域上の液膜１０６に、上側から空気が当てられることにより、外周端部１９９の近傍領域の液面が押し下げられる。このため、外周端部１９９の近傍領域上の水が接合ウェハ１０９の外周端部１９９から接合面１９３に浸入することが防止される。

ここで、接合ウェハ１０９の外周端部１９９に向けて空気を吐出する空気吐出部１２１を備えていない超音波映像装置（以下、比較例に係る超音波映像装置と記す）では、プローブ１１０によって接合ウェハ１０９を走査する工程において、接合ウェハ１０９の外周端部１９９で加減速する際に液膜１０６の表面が波打ち、水が外周端部１９９に付着し、ウェハ１９１同士の接合面１９３に浸入するおそれがある。このため、比較例では、液膜１０６の表面が波立たないように、走査速度を低く抑え、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の周辺を走査する際のプローブ１１０の加減速度を小さくする必要がある。このため、比較例に係る超音波映像装置では、走査速度を低く抑えることに起因して接合ウェハ１０９の走査に要する時間が長くなり、超音波映像装置による接合面１９３の映像の生成効率が低下してしまう。

これに対して、本実施形態に係る超音波映像装置１００は、ケース１１１から吐出される水が接合ウェハ１０９の外周端部１９９から接合面１９３に浸入しないように、水を押し下げるための空気を接合ウェハ１０９の外周端部１９９に向けて吐出する空気吐出部１２１を備えている。これにより、本実施形態では、比較例に比べてプローブ１１０の走査速度が速く、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の周辺でのプローブ１１０の加減速度が高い場合であっても、水が接合面１９３に浸入することが防止される。

図３を用いて、超音波映像装置１００による接合ウェハ１０９の超音波検査方法について説明する。図３は、超音波検査方法の実施手順の一例を示すフローチャートである。なお、この超音波検査方法には、接合ウェハ１０９の底面１０９ａとプローブ１１０との間に超音波を伝播する水を供給し、プローブ１１０から接合ウェハ１０９に超音波を照射して、ウェハ１９１同士の接合面１９３の映像を生成する際に、接合ウェハ１０９の外周端部１９９から接合面１９３に水が浸入することを防止する水浸入防止方法（液体浸入防止方法）が含まれる（Ｓ２０～Ｓ７０）。

図３に示すように、接合ウェハ１０９の超音波検査は、準備工程Ｓ１０、位置決め工程Ｓ２０、ウェハ保持工程Ｓ３０、プローブ配置工程Ｓ４０、水供給工程（液体供給工程）Ｓ５０、空気吐出工程（気体吐出工程）Ｓ６０、走査工程Ｓ７０、映像生成工程Ｓ８０、欠陥確認工程Ｓ９０が、この順番で行われる。

準備工程Ｓ１０では、各装置が起動され、検査対象となる接合ウェハ１０９が選択される。位置決め工程Ｓ２０では、空気吐出部１２１を有する保持装置１０２と接合ウェハ１０９との位置決めが行われる。図４Ａ～図４Ｃを用いて、保持装置１０２と接合ウェハ１０９との位置決めについて詳しく説明する。

空気吐出部１２１と接合ウェハ１０９との間で大きな位置ずれが生じると、空気吐出部１２１から吐出される空気によって、適切に水を押し下げることができない可能性がある。本願発明者らは、空気吐出部１２１から吐出される空気によって、適切に水を押し下げることが可能な、空気吐出部１２１と接合ウェハ１０９の外周端部１９９との位置関係について検討を重ねた。

なお、以下では、平面視で円形状を呈する保持装置１０２の直径方向を径方向と記し、図４Ａ～図４Ｃに示される断面における吐出開口部１２２の径方向幅の中心軸を径方向中心軸Ｃとして、空気吐出部１２１と接合ウェハ１０９との位置関係について説明する。

数値流体シミュレーション上では、吐出開口部１２２が接合ウェハ１０９の外周端部１９９の鉛直上方に位置している場合、吐出された空気の多くが接合ウェハ１０９の外周端部１９９をかすめてプローブ１１０の周囲の液面に向かう。このため、図４Ａに示すように、接合ウェハ１０９の下側から見たときの吐出開口部１２２の開口端面１２３の径方向幅が広くなる方向には、接合面１９３の外周端縁１９４を吐出開口部１２２の内周縁ぎりぎりまで寄せることができる。換言すれば、接合面１９３の外周端縁１９４の鉛直上方に吐出開口部１２２の内周縁が位置している場合には、吐出開口部１２２から吐出され、接合ウェハ１０９の外周端部１９９に沿って下方に流れる空気によってプローブユニット１０１上の水を押し下げることができる。つまり、吐出開口部１２２の径方向の幅をｄとすると、吐出開口部１２２の径方向中心軸Ｃに対する接合ウェハ１０９の内径方向のずれの許容量は、ｄ／２未満である。

一方、図４Ｂに示すように、接合ウェハ１０９を下側から見たときの吐出開口部１２２の開口端面１２３の径方向幅が狭まる方向には、接合面１９３の外周端縁１９４を吐出開口部１２２の外周縁までずらすと、吐出開口部１２２から吐出される空気の大半が接合ウェハ１０９の上面１０９ｂに沿って流れてしまうため、プローブユニット１０１上の水を押し下げる効果が小さくなってしまう。したがって、吐出開口部１２２の径方向の幅をｄとすると、吐出開口部１２２の径方向中心軸Ｃに対する接合ウェハ１０９の外径方向の位置ずれの許容量は、実験結果からｄ／４以下とすることが好ましい。

したがって、位置決め工程Ｓ２０において、接合ウェハ１０９は、図４Ｃに示すように、接合面１９３の外周端縁１９４が吐出開口部１２２の径方向中心軸Ｃから内径方向にｄ／２未満かつ径方向中心軸Ｃから外径方向にｄ／４以下の範囲（以下、許容範囲とも記す）内に収まるように、保持装置１０２に対して位置決めされる。なお、この位置決め条件は、空気吐出部１２１の吐出開口部１２２および接合ウェハ１０９の外周端部１９９の全周に亘って満足することが好ましい。

つまり、空気吐出部１２１の吐出開口部１２２は、接合ウェハ１０９を保持装置１０２によって保持する際の位置ずれや、保持装置１０２等の製造公差等に起因した位置ずれが生じた場合であっても、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の全周に亘って、接合面１９３の外周端縁１９４を上記許容範囲内に収めることができるように形成されていることが好ましい。これにより、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の全周に亘り、空気吐出部１２１の吐出開口部１２２から吐出される空気によって、プローブユニット１０１の上面の水を押し下げることができる。その結果、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の全周に亘って、接合面１９３への水の浸入を防止することができる。

本実施形態では、接合ウェハ１０９は、接合面１９３の外周端縁１９４が、空気吐出部１２１の吐出開口部１２２の径方向中心軸Ｃに位置するように、位置決めが行われる。

図３に示すウェハ保持工程Ｓ３０において、保持装置１０２は、位置決め工程Ｓ２０で位置決めされた接合ウェハ１０９の上面１０９ｂを複数の真空吸着パッド１２９に吸着させる。複数の真空吸着パッド１２９は、接合ウェハ１０９を水平に保持する。なお、接合ウェハ１０９を水平に保持するとは、接合ウェハ１０９の基準面（上面１０９ｂ、底面１０９ａ、接合面１９３等）が水平になることを目標として保持することを指す。

接合ウェハ１０９と吐出開口部１２２の開口端面１２３との鉛直方向の距離は、全周に亘って一定である。なお、本実施形態では、接合ウェハ１０９の底面１０９ａ（検査面）の反対側の面を真空吸着することにより固定保持しているが、プローブ１１０の走査の妨げにならなければ、他の方法で接合ウェハ１０９を保持してもかまわない。

プローブ配置工程Ｓ４０において、プローブユニット１０１は、走査初期位置に配置される。走査初期位置は、真空吸着パッド１２９によって保持された接合ウェハ１０９の底面１０９ａの下側の位置である。プローブ１１０と接合ウェハ１０９との間の鉛直方向の距離は、プローブ１１０の焦点距離および観察対象である接合面１９３の深さ（接合ウェハ１０９の底面１０９ａから接合面１９３までの鉛直方向の距離）によって決まる。ケース１１１の上面１１１ａと接合ウェハ１０９の底面１０９ａとの間の鉛直方向の距離は、例えば、０．３～３ｍｍ程度に設定することが好適である。

水供給工程Ｓ５０では、ポンプ１６１から吐出される水のプローブユニット１０１への供給が開始される。プローブ１１０と接合ウェハ１０９との間の距離に応じて、ケース１１１の上面１１１ａの液膜１０６の厚さが決定される。

なお、プローブ１１０と接合ウェハ１０９との間の距離が大きくなるほど液膜１０６の厚さを大きくする必要がある。このため、プローブ１１０と接合ウェハ１０９との間の距離が大きくなることが予め分かっている場合には、疎水性（撥水性）の高い材料によって形成されたケース１１１を用いることが好ましい。なお、ケース１１１の上面１１１ａに、疎水性の高いコーティング材料を塗布してもよい。これに対して、プローブ１１０と接合ウェハ１０９との間の距離が小さくなることが予め分かっている場合には、親水性の高い材料によって形成されたケース１１１を用いることができる。

換言すれば、プローブユニット１０１のケース１１１の上面１１１ａの疎水性（撥水性）が高い場合には、液膜１０６の厚みが大きくなるため、ケース１１１の上面１１１ａから接合ウェハ１０９の底面１０９ａまでの距離を大きく設定することができる。一方、プローブユニット１０１のケース１１１の上面１１１ａの親水性が高い場合には、液膜１０６の厚みが小さくなるため、ケース１１１の上面１１１ａから接合ウェハ１０９の底面１０９ａまでの距離は小さく設定する必要がある。

プローブユニット１０１に供給される水の流量や圧力は、水の表面張力によりケース１１１の上面１１１ａに形成される液膜１０６の表面（液面）が波立たず、ほぼ静水面とみなせる程度の流量や圧力に設定される。

このように、水供給工程Ｓ５０では、プローブ１１０を収容するケース１１１に水が供給され、プローブ１１０と接合ウェハ１０９の底面１０９ａとの間に水が満たされるとともに、ケース１１１の上面１１１ａに接合ウェハ１０９に接する液膜１０６が形成される。

空気吐出工程Ｓ６０では、空気吐出部１２１からの空気の吐出が開始される。空気吐出部１２１の吐出開口部１２２の全域に亘って、環状の整流部（フィルタ）１３０が設けられている。このため、空気取込部１６９から取り込んだ空気は、整流部１３０によって吐出開口部１２２の開口端面１２３の全域に亘って一様な吐出圧で吐出される。

吐出開口部１２２の開口端面１２３の高さと接合ウェハ１０９の上面１０９ｂの高さとの差（以下、高度差とも記す）は、１～３ｍｍ程度とすることが好適である。もっと大きい高度差があってもかまわないが、吐出した空気が拡散することにより、接合ウェハ１０９の上面１０９ｂに沿って空気が逃げやすくなるため、高度差が大きい場合は空気流の流速を大きくする必要がある。しかしながら、高度差を大きく設定し、空気流の流速を大きくする場合、空気供給源（空気圧縮機等）のエネルギー効率が低下するため、高度差はできるだけ小さく設定することが好ましい。

本実施形態では、真空吸着パッド１２９を保持する基部１２０に比べて、接合ウェハ１０９側に突出するように空気吐出部１２１が形成されている。このため、空気吐出部１２１の開口端面１２３を接合ウェハ１０９に近づけることができ、空気流の流速を小さくすることができる。その結果、空気供給源のエネルギー効率の向上を図ることができる。

なお、図示しないが、空気供給源から供給される空気の圧力は、圧力レギュレータによって制御され、空気供給源から供給される空気の流量は、空気流量センサと、空気流量を調節可能な流量制御機構とを備える空気流量制御装置によって制御される。空気流量制御装置は、統括制御装置１５０からの制御信号に基づき、空気供給源から保持装置１０２の空気取込部１６９に供給される空気の流量を制御する。

走査工程Ｓ７０では、プローブユニット１０１が接合ウェハ１０９の底面１０９ａに沿って走査される。図２および図５を用いて、走査工程Ｓ７０について詳しく説明する。図５は、接合ウェハ１０９の下面図であり、プローブ１１０が接合ウェハ１０９を走査する様子を示す。図２に示すように、プローブユニット１０１のケース１１１の上面１１１ａには、水が連続的に供給されている。また、空気吐出部１２１から、空気が連続的に吐出されている。走査工程Ｓ７０において、統括制御装置１５０は、ケース１１１の上面１１１ａに形成される液膜１０６が接合ウェハ１０９の底面１０９ａに接するようにケース１１１の上面１１１ａに形成された水出口部１１５から水を連続的に吐出しながらプローブ１１０をケース１１１とともに底面１０９ａに沿って走査する。

走査工程Ｓ７０において、統括制御装置１５０は、図５に示すように、接合ウェハ１０９の最下層ウェハ１９１ａの底面１０９ａの下側において、接合ウェハ１０９の一方側（図示左側）の外周端部（以下、第１外周端部１９９Ａとも記す）を開始点（走査初期位置）、第１外周端部１９９Ａとは反対の外周端部（以下、第２外周端部１９９Ｂとも記す）を終点としてプローブ１１０をＸ軸方向に移動させる往動処理を行う。その後、統括制御装置１５０は、プローブ１１０をＹ軸方向に所定距離だけシフト移動させるシフト処理を行う。さらに、統括制御装置１５０は、第２外周端部１９９Ｂを開始点、第１外周端部１９９Ａを終点としてプローブ１１０をＸ軸方向に移動させる復動処理を行う。その後、統括制御装置１５０は、再びプローブ１１０をＹ軸方向に所定距離だけシフト移動させるシフト処理を行う。このように、統括制御装置１５０は、スキャナ駆動制御装置１５３を介してＸ軸スキャナ１５２ｘ、Ｙ軸スキャナ１５２ｙ、Ｚ軸スキャナ１５２ｚを駆動し、往動処理、シフト処理、復動処理、シフト処理の一連の処理を繰り返し行いながら、送受信装置１５１を介して、底面１０９ａの下方向からプローブ１１０によって接合ウェハ１０９に超音波１１９を照射し、その反射波を取得する。

図２に示すように、プローブ１１０とケース１１１は同期して移動する。図２では、プローブ１１０の送受信素子１１０ａの中心が接合ウェハ１０９の第１外周端部１９９Ａ、接合ウェハ１０９の中心、および接合ウェハ１０９の第２外周端部１９９Ｂに位置したときのプローブユニット１０１を図示している。走査工程Ｓ７０において、プローブユニット１０１は、接合ウェハ１０９の第１外周端部１９９Ａから第２外周端部１９９Ｂに向かって加速し、第２外周端部１９９Ｂの手前で減速し始め、第２外周端部１９９Ｂで停止する。さらに、プローブユニット１０１は、接合ウェハ１０９の第２外周端部１９９Ｂから第１外周端部１９９Ａに向かって加速し、第１外周端部１９９Ａの手前で減速し始め、第１外周端部１９９Ａで停止する。プローブユニット１０１が、接合ウェハ１０９の外周端部１９９に位置すると、ケース１１１の上面１１１ａに形成された液膜１０６の上方に接合ウェハ１０９が存在しなくなる。

ここで、空気吐出部１２１を備えていない比較例に係る超音波映像装置では、プローブユニット１０１の上面の領域のうち、上方に接合ウェハ１０９の存在しない領域では、液膜１０６の厚みが、上方に接合ウェハ１０９が存在する領域に比べて厚くなる。また、プローブユニット１０１の加速開始直後や停止直後において、液面が波打つことに起因して、水が接合ウェハ１０９の外周端部１９９から接合面１９３に浸入するおそれがある。

これに対して、本実施形態では、走査工程Ｓ７０において、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の下方にプローブ１１０が位置しているときに、ケース１１１から吐出される水が接合ウェハ１０９の外周端部１９９から接合面１９３に浸入しないように、空気吐出部１２１から空気を外周端部１９９に向けて吐出し、空気吐出部１２１から吐出される空気によってケース１１１から吐出される水を押し下げる。このように、本実施形態では、空気吐出部１２１からの空気流が、プローブユニット１０１の上面の領域のうち、上方に接合ウェハ１０９が存在しない領域の液面を押し下げる。このため、水が接合ウェハ１０９の外周端部１９９から接合面１９３に浸入することが防止される。

なお、空気吐出部１２１から吐出される空気の流速が大きすぎる場合には、接合ウェハ１０９の底面１０９ａとケース１１１の上面１１１ａとの間に空気流が入り込み、水（液状媒体）による超音波の伝播経路が妨げられてしまう。一方、空気吐出部１２１から吐出される空気の流速が小さすぎる場合には、ケース１１１の上面１１１ａの液膜の表面を押し下げる力が弱くなり、水が接合面１９３に浸入するおそれがある。本願発明者らは、数値流体シミュレーションおよび実験により、空気吐出部１２１から接合ウェハ１０９の外周端部１９９に向けて吐出される空気の流速は、２．５～７．５[ｍ／ｓ]とするのが好適であることを確認した。

図３に示す走査工程Ｓ７０において、統括制御装置１５０は、走査位置毎の反射波の信号強度を取得し、記憶する。走査工程Ｓ７０が完了すると、映像生成工程Ｓ８０に進み、統括制御装置１５０は、走査位置毎の反射波の信号強度に基づいて、映像データを生成し、生成した映像データを表示部１５５に出力する。表示部１５５は、入力された映像データに基づき、映像を表示画面に表示させる。

映像生成工程Ｓ８０が完了し、表示部１５５に接合ウェハ１０９の接合面１９３の映像が表示されると、工程が欠陥確認工程Ｓ９０に進む。欠陥確認工程Ｓ９０において、検査員は、接合面１９３に剥離、ボイド等の欠陥が生じているか否かを確認する。欠陥が生じている場合、検査員は、欠陥の位置、大きさを特定する。

欠陥確認工程Ｓ９０が完了すると、準備工程Ｓ１０で選択された接合ウェハ１０９の検査が完了し、次の接合ウェハ１０９の検査が開始され、工程Ｓ１０～Ｓ９０が再び行われる。

なお、工程の順序は、図３で示す例に限定されない。例えば、水供給工程Ｓ５０と空気吐出工程Ｓ６０の順序は逆であってもよい。しかしながら、所定の仕様の接合ウェハ１０９を初めて検査する場合には、図３に示すように、水供給工程Ｓ５０において水の吐出圧や流量を設定し、その後、空気流の吐出圧や流量を設定することが好ましい。これにより、空気吐出工程Ｓ６０において、プローブユニット１０１の上面に形成される水を効果的に押し下げることが可能な空気流の吐出圧や流量を適切に設定することができる。

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

（１）図１および図２を用いて説明したように、本実施形態に係る超音波映像装置１００は、２枚以上のウェハ１９１が接合された接合ウェハ１０９に超音波を照射し、その反射波を取得してウェハ１９１同士の接合面１９３の映像を生成する。超音波映像装置１００は、接合ウェハ１０９の底面１０９ａの下側において、底面１０９ａに沿って移動しながら、接合ウェハ１０９に超音波を照射し、その反射波を取得するプローブ（超音波探触子）１１０と、接合ウェハ１０９の底面１０９ａとの間において、底面１０９ａに接する液膜１０６が形成されるように、超音波を伝播させる水（液体）を連続的に底面１０９ａに向けて吐出しながら、プローブ１１０とともに移動するケース（液体吐出部）１１１と、空気（気体）を吐出する空気吐出部（気体吐出部）１２１を有する保持装置（気体吐出装置）１０２と、を備える。空気吐出部１２１は、ケース１１１から吐出される水が接合ウェハ１０９の外周端部１９９から接合面１９３に浸入しないように、水を押し下げるための空気を接合ウェハ１０９の外周端部１９９に向けて吐出する。

また、図２、図３および図５を用いて説明したように、本実施形態に係る水浸入防止方法（液体浸入防止方法）は、空気を吐出する空気吐出部１２１と接合ウェハ１０９とを位置決めする位置決め工程Ｓ２０と、位置決めされた接合ウェハ１０９を真空吸着パッド（保持部）１２９によって保持するウェハ保持工程Ｓ３０と、真空吸着パッド１２９によって保持された接合ウェハ１０９の底面１０９ａの下側にプローブ１１０を配置するプローブ配置工程（探触子配置工程）Ｓ４０と、プローブ１１０を収容するケース１１１に水を供給し、プローブ１１０と接合ウェハ１０９の底面１０９ａとの間を水で満たすとともにケース１１１の上面１１１ａに接合ウェハ１０９に接する液膜１０６を形成する水供給工程（液体供給工程）Ｓ５０と、ケース１１１の上面１１１ａに形成される液膜１０６が接合ウェハ１０９の底面１０９ａに接するようにケース１１１の上面１１１ａに形成された水出口部（液体出口部）１１５から水を連続的に吐出しながらプローブ１１０をケース１１１とともに底面１０９ａに沿って走査する走査工程Ｓ７０と、を含む。走査工程Ｓ７０において、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の下方にプローブ１１０が位置しているときに、ケース１１１から吐出される水が接合ウェハ１０９の外周端部１９９から接合面１９３に浸入しないように、空気吐出部１２１から空気を外周端部１９９に向けて吐出し、空気吐出部１２１から吐出される空気によってケース１１１から吐出される水を押し下げる。

ケース１１１は、底面１０９ａとの間で所定の離間距離を保持し、底面１０９ａとの間に形成する所定厚みを有する液膜１０６の形状を保持するように、所定の吐出圧で連続的に水を供給しながら、プローブ１１０と同期して移動する。これにより、水の接触領域を底面１０９ａだけに限定することができる。空気吐出部１２１から吐出される空気によって、ケース１１１の上面１１１ａのうち接合ウェハ１０９が上方に存在しない領域に形成される液膜１０６の表面を強制的に押し下げ、水が接合ウェハ１０９の接合面１９３の外周端縁１９４に近づくことを防ぐことができる。したがって、本実施形態によれば、プローブ１１０の走査速度を低下させることなくウェハ１９１同士の接合面１９３への水の浸入を防止することができる。その結果、接合ウェハ１０９に対するプローブ１１０の走査時間を短縮し、接合面１９３の映像の生成効率を向上させることができる。接合面１９３の映像の生成効率の向上は、映像を用いた検査の効率の向上につながり、接合ウェハ１０９を用いた製品の生産効率の向上につながる。

また、接合面１９３への水の浸入が防止されるため、水の浸入に起因した不具合の発生を防止できる。例えば、接合面１９３に存在する金属の腐食を防止できる。また、接合ウェハ１０９の検査が、ウェハ１９１の金属同士を接合する前に行われる場合、接合面１９３に水が浸入すると金属に酸化被膜が形成されることにより、検査後の金属同士の接合を適切に行うことができなくなるおそれがある。本実施形態では、接合面１９３に水が浸入することが防止されるため、接合ウェハ１０９の検査後の金属同士の接合を適切に行うことができる。

（２）超音波映像装置１００は、ケース１１１の上面１１１ａに形成される液膜１０６が一定の厚みに保持されるように、ケース１１１に水（液体）を供給する水供給装置（液体供給装置）１６０を備えている。この構成によれば、液膜１０６の厚みが変動するような場合に比べて、接合面１９３の映像を適切に生成することができ、接合面１９３への水の浸入を適切に防止することができる。

（３）空気吐出部１２１は、空気を取り込む複数の空気取込部（気体取込部）１６９と、複数の空気取込部１６９に連通し、複数の空気取込部１６９から取り込まれた空気を接合ウェハ１０９の外周端部１９９に向けて吐出する吐出開口部１２２と、吐出開口部１２２に設けられ複数の空気取込部１６９から取り込まれた空気を整流する整流部１３０と、を有している。吐出開口部１２２は、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の上方において外周端部１９９に沿うように環状に形成されている。整流部１３０は、吐出開口部１２２の全域に亘って設けられている。

この構成では、空気取込部１６９から取り込んだ空気が、整流部１３０によって吐出開口部１２２の開口端面１２３の全域に亘って一様な吐出圧で吐出される。これにより、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の全周において、接合面１９３の外周端縁１９４からの水の浸入を適切に防止することができる。

保持装置（気体吐出装置）１０２は、接合ウェハ１０９を水平に保持する保持部としての真空吸着パッド１２９を有している。真空吸着パッド１２９は、ケース１１１の上面１１１ａから接合ウェハ１０９の底面１０９ａまでの距離が、所定の離間距離で維持されるように、接合ウェハ１０９を保持する。この構成では、保持装置１０２が、接合ウェハ１０９の外周端部１９９に向けて空気を吐出する機能と、接合ウェハ１０９を保持する機能とを有する。このため、接合ウェハ１０９を保持する装置と、接合ウェハ１０９に空気を吐出する装置とを個別に設ける場合に比べて、部品点数を低減できるとともに、精度よく接合ウェハ１０９の外周端部１９９に向けて空気を吐出することができる。

＜第２実施形態＞
図６および図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る超音波映像装置２００について説明する。なお、第１実施形態で説明した構成と同一もしくは相当する構成には同一の参照記号を付し、相違点を主に説明する。

図６は、第２実施形態に係る超音波映像装置２００の空気吐出部２２１の形状について示す図である。第２実施形態では、図示するように、空気吐出部２２１の吐出開口部２２２から吐出される空気の向きが鉛直軸Ｖに対して傾斜角度θだけ傾斜するように、吐出開口部２２２が形成されている（θ＞０）。

第１実施形態では、空気吐出部１２１の吐出開口部１２２から鉛直下方向に空気が吐出される例について説明した。しかしながら、図７に示すように、接合ウェハ１０９を構成するウェハ１９１の外周端部のそれぞれに対して面取りが施されている場合、接合ウェハ１０９の外周端部１９９の一部に空気流が付与されない部分ができてしまうおそれがある。この場合、接合ウェハ１０９の接合面１９３の外周端縁１９４の近傍で渦流が発生し、負圧領域Ａ０が形成される。その結果、負圧領域Ａ０によって液膜１０６の一部が吸い上げられ、水が接合面１９３に浸入するおそれがある。

そこで、第２実施形態では、図６に示すように、互いに接合される最上層ウェハ１９１ｂと最下層ウェハ１９１ａの外周端部同士の間に負圧領域Ａ０が形成されることを防止するために、最上層ウェハ１９１ｂと最下層ウェハ１９１ａの外周端部同士の間に向けて、斜めから空気を当てる。

本実施形態では、空気吐出部２２１の吐出開口部２２２の径方向中心軸Ｃが、接合面１９３の外周端縁１９４（面取りが始まる部分）を通る鉛直軸Ｖと接合ウェハ１０９の底面１０９ａとの交点Ｐを通過するように、吐出開口部２２２が形成されている。つまり、吐出開口部２２２の外周面および内周面も、吐出開口部２２２の径方向中心軸Ｃと同様、鉛直方向（接合ウェハ１０９の底面１０９ａの法線方向）に対して傾斜している。吐出開口部２２２の径方向中心軸Ｃと、鉛直軸Ｖとのなす角である傾斜角度θは、数値流体シミュレーションや実験により、最も好適な角度を設定することが好ましい。なお、数値流体シミュレーションや実験により、傾斜角度θが１０度以上３０度以下であれば、渦流の発生を抑制できることが確認された。

接合ウェハ１０９の外周端部１９９と吐出開口部２２２の位置関係において、多少の位置ずれが許容される。接合ウェハ１０９の接合面１９３の外周端縁１９４は、図６に示す位置から内径方向に（ｄ／２）×ｃｏｓθ未満の範囲、あるいは、図６に示す位置から外径方向に（ｄ／４）×ｃｏｓθ以下の範囲に収めることが好ましい。

本第２実施形態では、走査工程Ｓ７０において、空気吐出部２２１の吐出開口部２２２から鉛直軸Ｖに対して傾斜する方向に空気を吐出する。このような第２実施形態によれば、接合ウェハ１０９を構成するウェハ１９１の外周端部のそれぞれに対して面取りが施されている場合において、互いに接合されるウェハ１９１の外周端部同士の間に負圧領域Ａ０が形成されることを防止できる。したがって、第２実施形態によれば、ウェハ１９１の外周端部に面取りが施されている場合において、接合ウェハ１０９の接合面１９３への水の浸入を適切に防止することができる。

次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、上述の異なる実施形態で説明した構成同士を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせることも可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、空気吐出部１２１に設けられる整流部１３０が、多孔質体からなるフィルタである例について説明したが、本発明はこれに限定されない。以下、空気吐出部に設けられる整流部の変形例について説明する。

＜変形例１－１＞
図８は変形例１－１に係る空気吐出部１２１Ａの一部を示す斜視図であり、図９は図８のＩＸ－ＩＸ線断面模式図であり、図１０は図９のＸ－Ｘ線断面模式図である。図１０は、図９に示す吐出開口部１２２Ａの流路に沿って切断した断面模式図である。

図８～図１０に示すように、本変形例１－１では、吐出開口部１２２Ａに、複数の整流部１３０Ａが設けられている。複数の整流部１３０Ａは、空気吐出部１２１Ａの周方向に沿って等間隔で設けられている。隣り合う整流部１３０Ａ間には、隣り合う整流部１３０Ａ同士を隔てる縦板１３６が形成されている。整流部１３０Ａは、空気の上流側から下流側に向かって第１空気室１３１、第２空気室１３２および第３空気室１３３を有している。

第１空気室１３１は、上流側で空気取込部１６９Ａに連通している。第１空気室１３１と第２空気室１３２とを隔てる横板１３７には、２つの貫通孔１３４が形成されている。第１空気室１３１は、下流側で２つの貫通孔１３４を介して第２空気室１３２に連通している。第２空気室１３２と第３空気室１３３とを隔てる横板１３８には、４つの貫通孔１３５が形成されている。第２空気室１３２は、下流側で４つの貫通孔１３５を介して第３空気室１３３に連通している。第３空気室１３３は、下流側で吐出開口部１２２Ａの出口部１３９に連通している。

このように、本変形例に係る整流部１３０Ａは、円形状の貫通孔１３４，１３５が形成された横板１３７，１３８を複数段設け、吐出開口部１２２Ａの出口部１３９に近づくにつれて貫通孔の数が増える構成である。なお、複数段の横板１３７，１３８に設けられた複数の貫通孔１３４，１３５は、開口面積が同じである。各段の横板１３７，１３８に設けられた貫通孔１３４，１３５は、中心軸が互いにずれて配置される。

図１０に示すように、例えば、各貫通孔１３４，１３５は、後段の横板１３８に設けられた貫通孔１３５から前段の横板１３７に設けられた貫通孔１３４が見通せないように、かつ、横板１３７，１３８の長手方向の長さを２等分する軸であって横板１３７，１３８の短手方向に平行な軸を対称軸とした線対称に配置される。なお、図９および図１０では、吐出開口部１２２Ａに３つの空気室が設けられる例について図示しているが、空気室の数は４つ以上であってもよい。この場合、上流側から下流側の空気室に連通する貫通孔の数は、下流側ほど多くすることが好ましい。

このような変形例によれば、第１実施形態で説明した多孔質体からなるフィルタを設けることなく、空気取込部１６９Ａから取り込んだ空気を、平面視で環状の吐出開口部１２２Ａの全域から均一な吐出圧で吐出することができる。

＜変形例１－２＞
整流部は、空気取込部１６９Ａと吐出開口部１２２Ａの出口部１３９との間にクランク状の流路を有する形態であってもよい。この構成では、各段のクランク状に折れ曲がった流路の下流側から上流側を見通せない構造とする。例えば、整流部は、空気取込部１６９Ａから取り込まれて鉛直下方に流れる空気を、クランク状の流路によって外径方向に９０度方向を変換させ、その後、鉛直下方に９０度方向を変換させ、その後、内径方向に９０度方向を変換させ、その後、鉛直下方に９０度方向を変換させて吐出開口部１２２Ａの出口部１３９に導く構成とすることができる。

＜変形例１－３＞
整流部は、変形例１－１および変形例１－２で説明した整流部の特徴を有していてもよい。つまり、変形例１－２で説明した整流部のクランク状の流路の途中に貫通孔が形成された横板を空気の流れ方向に複数段設けてもよい。横板に設けられる貫通孔の数は、下流側ほど多くする。

＜変形例２＞
上記実施形態では、接合ウェハ１０９が円板状のウェハ１９１を層状に接合した構成である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。接合ウェハ１０９は、矩形状のウェハ１９１を層状に接合した構成であってもよい。

＜変形例３＞
上記実施形態では、接合ウェハ１０９が２枚のウェハ１９１によって構成される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。接合ウェハ１０９は、３枚以上のウェハ１９１が層状に接合された構成であってもよい。

＜変形例４＞
上記実施形態では、気体吐出部（空気吐出部１２１，２２１）から吐出する気体が空気である例について説明したが、気体吐出部は、空気以外の気体（例えば、窒素）を吐出してもよい。なお、空気を用いることで、他の気体を用いる場合に比べて、低コストで検査を実施することができる。

＜変形例５＞
上記実施形態では、Ｘ軸スキャナ１５２ｘ、Ｙ軸スキャナ１５２ｙ、およびＺ軸スキャナ１５２ｚがプローブユニット１０１を移動させる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。Ｘ軸スキャナ１５２ｘ、Ｙ軸スキャナ１５２ｙ、およびＺ軸スキャナ１５２ｚは、それぞれプローブユニット１０１および保持装置１０２のうちの一方を移動させる構成であればよい。例えば、Ｘ軸スキャナ１５２ｘおよびＺ軸スキャナ１５２ｚはプローブユニット１０１を移動させ、Ｙ軸スキャナ１５２ｙは保持装置１０２を移動させる構成としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。各実施形態において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１００…超音波映像装置、１０１…プローブユニット、１０２…保持装置（気体吐出装置）、１０６…液膜、１０９…接合ウェハ（積層ウェハ）、１０９ａ…接合ウェハの底面、１０９ｂ…接合ウェハの上面、１１０…プローブ（超音波探触子）、１１０ａ…送受信素子、１１０ｂ…エンコーダ、１１０ｃ…ハウジング、１１０ｄ，１１０ｅ…制御線、１１１…ケース（液体吐出部）、１１１ａ…ケースの上面、１１５…水出口部（液体出口部）、１１６…水入口部、１１７…貫通孔、１１９…超音波、１２０…基部、１２１，１２１Ａ…空気吐出部（気体吐出部）、１２２，１２２Ａ…吐出開口部、１２３…開口端面、１２９…真空吸着パッド（保持部）、１３０…整流部（フィルタ）、１３０Ａ…整流部、１５０…統括制御装置、１５１…送受信装置、１５２ｘ…Ｘ軸スキャナ、１５２ｙ…Ｙ軸スキャナ、１５２ｚ…Ｚ軸スキャナ、１５３…スキャナ駆動制御装置、１５５…表示部、１６０…水供給装置（液体供給装置）、１６１…ポンプ、１６２…給水チューブ（配管）、１６３…流量制御機構、１６９，１６９Ａ…空気取込部（気体取込部）、１９１…ウェハ（半導体ウェハ）、１９１ａ…最下層ウェハ、１９１ｂ…最上層ウェハ、１９３…接合面、１９４…外周端縁、１９９…外周端部、２００…超音波映像装置、２２１…空気吐出部、２２２…吐出開口部、Ｓ１０…準備工程、Ｓ２０…位置決め工程、Ｓ３０…ウェハ保持工程、Ｓ４０…プローブ配置工程（探触子配置工程）、Ｓ５０…水供給工程（液体供給工程）、Ｓ６０…空気吐出工程（気体吐出工程）、Ｓ７０…走査工程、Ｓ８０…映像生成工程、Ｓ９０…欠陥確認工程、Ｖ…鉛直軸、θ…傾斜角度

Claims (7)

1. ２枚以上のウェハが接合された接合ウェハに超音波を照射し、その反射波を取得して前記ウェハ同士の接合面の映像を生成する超音波映像装置であって、
   前記接合ウェハの底面の下側において、前記底面に沿って移動しながら、前記接合ウェハに超音波を照射し、その反射波を取得する超音波探触子と、
   前記接合ウェハの前記底面との間において、前記底面に接する液膜が形成されるように、超音波を伝播させる液体を連続的に前記底面に向けて吐出しながら、前記超音波探触子とともに移動する液体吐出部と、
   気体を吐出する気体吐出装置と、を備え、
   前記気体吐出装置は、前記液体吐出部から吐出される液体が前記接合ウェハの外周端部から前記接合面に浸入しないように、前記液体を押し下げるための気体を前記接合ウェハの外周端部に向けて吐出する気体吐出部を有する、
   ことを特徴とする超音波映像装置。
2. 請求項１に記載の超音波映像装置において、
   前記液体吐出部の上面に形成される前記液膜が一定の厚みに保持されるように、前記液体吐出部に液体を供給する液体供給装置を備える、
   ことを特徴とする超音波映像装置。
3. 請求項１に記載の超音波映像装置において、
   前記気体吐出部は、
   気体を取り込む複数の気体取込部と、
   前記複数の気体取込部に連通し、前記複数の気体取込部から取り込まれた気体を前記接合ウェハの前記外周端部に向けて吐出する吐出開口部と、
   前記吐出開口部に設けられ前記複数の気体取込部から取り込まれた気体を整流する整流部と、を有し、
   前記吐出開口部は、前記接合ウェハの前記外周端部の上方において前記外周端部に沿うように環状に形成され、
   前記整流部は、前記吐出開口部の全域に亘って設けられている、
   ことを特徴とする超音波映像装置。
4. 請求項１に記載の超音波映像装置において、
   前記気体吐出部は、当該気体吐出部から吐出される気体の向きが鉛直軸に対して傾斜するように形成されている、
   ことを特徴とする超音波映像装置。
5. 請求項１に記載の超音波映像装置において、
   前記気体吐出装置は、前記接合ウェハを水平に保持する保持部を有し、
   前記保持部は、前記液体吐出部の上面から前記接合ウェハの前記底面までの距離が、所定の離間距離で維持されるように、前記接合ウェハを保持する、
   ことを特徴とする超音波映像装置。
6. ２枚以上のウェハが接合された接合ウェハの底面と超音波探触子との間に超音波を伝播する液体を供給し、前記超音波探触子から前記接合ウェハに超音波を照射して、前記ウェハ同士の接合面の映像を生成する際に、前記接合ウェハの外周端部から前記接合面に液体が浸入することを防止する液体浸入防止方法であって、
   気体を吐出する気体吐出部と前記接合ウェハとを位置決めする位置決め工程と、
   位置決めされた前記接合ウェハを保持部によって保持するウェハ保持工程と、
   前記保持部によって保持された前記接合ウェハの前記底面の下側に前記超音波探触子を配置する探触子配置工程と、
   前記超音波探触子を収容するケースに液体を供給し、前記超音波探触子と前記接合ウェハの前記底面との間を液体で満たすとともに前記ケースの上面に前記接合ウェハに接する液膜を形成する液体供給工程と、
   前記ケースの上面に形成される液膜が前記接合ウェハの前記底面に接するように前記ケースの上面に形成された液体出口部から液体を連続的に吐出しながら前記超音波探触子を前記ケースとともに前記底面に沿って走査する走査工程と、を含み、
   前記走査工程において、前記接合ウェハの外周端部の下方に前記超音波探触子が位置しているときに、前記ケースから吐出される液体が前記接合ウェハの前記外周端部から前記接合面に浸入しないように、前記気体吐出部から気体を前記外周端部に向けて吐出し、前記気体吐出部から吐出される気体によって前記ケースから吐出される液体を押し下げる、
   ことを特徴とする液体浸入防止方法。
7. 請求項６に記載の液体浸入防止方法において、
   前記走査工程において、前記気体吐出部から鉛直軸に対して傾斜する方向に気体を吐出する、
   ことを特徴とする液体浸入防止方法。

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