DE19525770C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen der Verbindungen gebondeter Wafer - Google Patents

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.

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 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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

Die Untersuchung der Verbindungen von gebondeten Wafern durch Ultraschall oder Röntgenstrahlen ist mit einem vergli­ chen zur Infrarot-Bestrahlung höheren Aufwand verbunden.

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.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst.

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.

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.

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:

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.

Alternativ können die Wahrscheinlichkeitswerte basierend auf mehreren Ortsfrequenzen, die durch verschiedene Störungen mit unterschiedlich beabstandeten Interferenzringen erzeugt werden, berechnet werden.

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.

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.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 zwei miteinander verbundene Siliziumwafer, deren Verbindung aufgrund eines Störpartikels und einer Luftblase fehlerhaft ist;

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Überprüfung der Verbindung miteinander verbundener Wafer gemäß der vorliegen­ den Erfindung; und

Fig. 3 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Berech­ nung der Wahrscheinlichkeitswerte.

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.

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.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (18)

1. Verfahren zum Überprüfen der Verbindung mindestens zweier miteinander verbundener Wafer, mit folgenden Schritten:
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.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestrahlen monochromatisches Licht verwendet wird.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlung mittels einer optischen Ein­ richtung vor dem Auftreffen der Infrarotstrahlung auf die verbundenen Wafer homogenisiert wird.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die transmittierte Strahlung mittels einer CCD-Ka­ mera (30) erfaßt wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeitswerte für jeden Punkt des Bildes ein Ergebnisbild erzeugt wird, das auf einem Bildschirm (37) oder einem Drucker (39) angezeigt werden kann.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die typische Grauwerteverteilung, die durch eine Störung der Verbindung der miteinander verbundenen Wa­ fer hervorgerufen wird, Interferenzringe sind, die ro­ tationssymmetrisch und konzentrisch mit einem festen Abstand (A) um die Störung liegen.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeitswerte basierend auf einer Ortsfrequenz (f), die durch den Abstand (A) gemäß der Gleichung f = 1/A bestimmt ist, berechnet werden.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeitswerte gemäß folgender Glei­ chung berechnet werden: wobei
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.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt K′(r,α) · cos(f · r) vor der Integration quadriert wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeitswerte basierend auf mehreren Ortsfrequenzen, die durch verschiedene Störungen mit unterschiedlich beabstandeten Interferenzringen erzeugt werden, berechnet werden.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Merkmalen:
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.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wafer Siliziumwafer sind.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle (20) ein monochroma­ tischer Laser ist.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,064 µm ist.

15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) zum Erfassen der transmittier­ ten Strahlung eine CCD-Kamera ist.

16. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, ge­ kennzeichnet durch eine optische Einrichtung (22), die zwischen der Infra­ rotstrahlungsquelle und den verbundenen Wafern angeord­ net ist, um die Strahlung zu homogenisieren.

17. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, da­ durch gekennzeichnet daß die Einrichtungen zum Berechnen der Wahrscheinlich­ keitswerte und zum Erzeugen einer Darstellung aus den Wahrscheinlichkeitswerten als ein Computer implemen­ tiert sind.

18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anzeigen ein Bildschirm (37) und/oder ein Drucker (39) ist.