TW202436864A - 缺陷檢查系統及缺陷檢查方法 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種以晶粒單位檢查被檢查體有無缺陷之缺陷檢查系統等。 缺陷檢查系統100具備：圖像產生部3a，其對晶粒D1已接合於半導體晶圓W1之被檢查體T1照射超音波或X射線而取得檢查對象圖像；缺陷檢測部3b，其比較表示晶粒D1適當地接合於半導體晶圓W1之圖像之基準圖像、與取得之檢查對象圖像，而檢測缺陷區域；及缺陷分類部3c，其藉由參考晶粒D1之設計資訊而分析缺陷區域，判斷晶粒單位有無缺陷。

Description

缺陷檢查系統及缺陷檢查方法

本發明係關於一種缺陷檢查系統等。

作為基於被檢查體之圖像檢查缺陷之有無之技術，例如已知有專利文獻1所記載者。即，於專利文獻1中，記載有「對照被檢查體之圖像與基準圖像之亮度而算出缺陷精度，並比較算出之缺陷精度與製作之多值之掩膜而檢測缺陷」。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2017-72501號公報

[發明所欲解決之問題]

例如，於將規則排列之複數個晶粒接合於半導體晶圓者設為被檢查體之情形時，於專利文獻1記載之技術中，難以以晶粒單位檢查缺陷之有無，而有改善之餘地。

因此，本發明之目的在於提供一種以晶粒單位檢查被檢查體有無缺陷之缺陷檢查系統等。 [解決問題之技術手段]

為解決上述問題，本發明之缺陷檢查系統具備：檢查圖像取得部，其對將晶粒接合於半導體晶圓之被檢查體照射超音波或X射線而取得檢查對象圖像；缺陷區域檢測部，其比較表示晶粒適當地接合於半導體晶圓之圖像之基準圖像、與取得之檢查對象圖像，而檢測缺陷區域；及缺陷分析部，其藉由參考晶粒之設計資訊分析缺陷區域，而判斷晶粒單位有無缺陷。 [發明之效果]

根據本發明，可提供以晶粒單位檢查被檢查體有無缺陷之缺陷檢查系統等。

《第1實施形態》 圖1係第1實施形態之缺陷檢查系統100之說明圖。 圖1所示之缺陷檢查系統100係檢查被檢查體T1有無缺陷之系統。又，缺陷檢查系統100亦具有於被檢查體T1具有缺陷之情形時，特定該缺陷之種類之功能。於第1實施形態中，作為一例，對將規定排列之複數個晶粒D1接合(晶圓(Die-to-Wafer)接合)於半導體晶圓W1之構成之被檢查體T1之缺陷檢查進行說明。另，「晶粒」係指形成有規定電路之晶片狀之半導體。

圖1所示之被檢查體T1係將形成於半導體晶圓W1之表面之電極、與形成於晶粒D1之表面之電極接合之混合接合(Hybrid Bonding)半導體晶圓。此種混合接合半導體晶圓，藉由於使半導體晶圓W1之表面之銅電極、與晶粒D1之表面之銅電極對向之狀態下進行加熱而形成。於圖1之例中，於圓板狀之半導體晶圓W1之表面，以縱橫排列之狀態接合有矩形狀之複數個晶粒D1。半導體晶圓W1及晶粒D1之各者之銅電極之部分略微凹陷，但若於將半導體晶圓W1與晶粒D1壓接之狀態下進行加熱，則銅電極熱膨脹，進而互相擴散而接合。如此，將藉由接合半導體晶圓W1與晶粒D1而謀求電路之高積體化之方法稱為混合接合(Hybrid Bonding)。

另，於接合於半導體晶圓W1之多個晶粒D1中，亦可能存在以相對於半導體晶圓W1之表面傾斜之狀態接合者、或以彎曲之狀態接合者。又，亦有可能於半導體晶圓W1中應接合之部位不存在晶粒D1。因此，於第1實施形態中，由缺陷檢查系統100特定此種以晶粒為單位之缺陷(稱為「晶粒缺陷」)之種類。

如圖1所示，缺陷檢查系統100具備檢測部1、A/D(Analog/Digital：類比/數位)轉換器2、圖像處理部3及控制部4。檢測部1對被檢查體T1照射超音波，並基於其反射波產生規定之反射強度信號。如圖1所示，檢測部1具備超音波探針1a、及探傷器1b。超音波探針1a基於來自探傷器1b之脈衝信號，對被檢查體T1照射超音波，進而接收來自被檢查體T1之反射波。

於被檢查體T1之內部傳播之超音波由音響阻抗不同之邊界面反射。又，由於反射波之強度根據被檢查體T1有無缺陷而產生差異，故可藉由將反射強度信號圖像化，而使被檢查體T1之缺陷顕在化。尤其於晶粒D1與半導體晶圓W1之接合面上存在空隙之部位，反射大部分之超音波，因而可以高感度檢測晶粒D1之剝離等缺陷。

探傷器1b藉由對超音波探針1a輸出脈衝信號，而使超音波自超音波探針1a向被檢查體T1照射。又，探傷器1b將由超音波探針1a接收到之反射波轉換為規定之反射強度信號。

A/D轉換器2將自探傷器1b輸入之反射強度信號(類比信號)轉換為規定之波形資料(數位信號)。圖像處理部3基於自A/D轉換器2輸入之波形資料，檢查被檢查體T1有無缺陷，並特定缺陷之種類。如圖1所示，圖像處理部3具備圖像產生部3a(檢查圖像取得部)、缺陷檢測部3b(缺陷區域檢測部)、及缺陷分類部3c(缺陷分析部)。

圖像產生部3a基於自A/D轉換器2輸入之波形資料，產生被檢查體T1之接合面之圖像資料。具體而言，圖像產生部3a藉由自波形資料擷取反射強度之最大值，進而轉換為規定之亮度值，而產生被檢查體T1之接合面之圖像資料。即，圖像產生部3a(檢查圖像取得部)對將晶粒D1接合於半導體晶圓W1之被檢查體T1照射超音波(或X射線)，而取得檢查對象圖像。

缺陷檢測部3b(缺陷區域檢測部)比較表示晶粒D1適當地接合於半導體晶圓W1之圖像之基準圖像、與取得之檢查對象圖像，而檢測缺陷區域。 缺陷分類部3c(缺陷分析部)藉由參考晶粒D1之晶粒設計資訊(設計資訊)分析缺陷區域，而判斷晶粒單位有無缺陷。又，缺陷分類部3c產生與缺陷之種類相關之資料或接合面之觀察用圖像，並將該等資料輸出至控制部4。

控制部4例如為微電腦，包含揮發性之記憶元件即RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)、非揮發性之記憶元件即ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)、及進行規定之運算之CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)而構成。且，讀出記憶於ROM之程式並展開於RAM，而由CPU執行各種處理。控制部4除將自缺陷分類部3c輸出之資料顯示於顯示裝置8(參考圖2)外，還具有控制檢測部1或A/D轉換器2或圖像處理部3之功能。

圖2係缺陷檢查系統100之構成圖。 圖2所示之檢測部1除上述之超音波探針1a或探傷器1b外，還具備掃描器台1c、水槽1d、掃描器1e、及保持器1f。掃描器台1c係載置水槽1d或掃描器1e之水平方向之基台。水槽1d係用以使被檢查體T1浸漬於水(圖2中以虛線圖示水面)中之容器，且設置於掃描器台1c。於水槽1d之底部載置有被檢查體T1，進而使水貯存至較被檢查體T1高之規定位置。水係用以自超音波探針1a向被檢查體T1傳播超音波之媒體。於被檢查體T1中，如上所述，使用於半導體晶圓W1(參考圖1)接合有複數個晶粒D1(參考圖1)者。

掃描器1e係用以使超音波探針1a於x軸、y軸、z軸方向上移動之機器，以橫跨水槽1d之狀態設置於掃描器台1c。保持器1f係固持超音波探針1a者。且，藉由掃描器1e，一面使超音波探針1a於x軸、y軸方向(水平方向)上移動，一面於規定之測定範圍內照射超音波。其結果，於圖像產生部3a中產生規定之測定範圍中之二維圖像資料(被檢查體T1之接合面之圖像資料)。

檢測部1除上述之構成外，還具備參數設定部3d。參數設定部3d自資料庫6讀出藉由使用者經由輸入裝置(未圖示)之操作而輸入之測定條件等之參數，並將該參數輸出至缺陷檢測部3b或缺陷分類部3c。

缺陷檢查系統100進而具備機械控制器5、資料庫6、記憶部7及顯示裝置8。機械控制器5使掃描器1e於x軸、y軸、z軸方向上移動。於資料庫6中，儲存有檢查被檢查體T1之缺陷時之測定條件等之參數。

於記憶部7中儲存圖像處理部3或控制部4之處理結果。例如，由圖像處理部3檢測到之缺陷之種類與缺陷之圖像資料建立對應而儲存於記憶部7。於顯示裝置8中規定地顯示圖像處理部3或控制部4之處理結果。例如，除被檢查體T1之缺陷之圖像或數量外，還將缺陷之位置或尺寸顯示於顯示裝置8。

圖3係顯示被檢查體T1之缺陷之種類之說明圖。 另，於圖3之紙面左端，顯示出晶粒D1正確地接合於半導體晶圓W1之狀態。被檢查體T1之缺陷之種類被大致分為晶粒缺陷與隨機缺陷。「晶粒缺陷」係指因晶粒D1與半導體晶圓W1之接合錯誤，而以晶粒為單位產生之缺陷。作為此種「晶粒缺陷」之例，於圖3中表示出「無晶粒」之缺陷F1、「晶粒浮起」之缺陷F2、「接合不完全晶粒」之缺陷F3、及「晶粒彎曲」之缺陷F4。

「無晶粒」之缺陷F1係指於半導體晶圓W1中缺少晶粒D1時之缺陷。即，「無晶粒」之缺陷F1係指晶粒D1未存在於半導體晶圓W1中之本來之位置時之缺陷。「晶粒浮起」之缺陷F2係指晶粒D1以自半導體晶圓W1浮起之狀態接合時之缺陷。「接合不完全」之缺陷F3係指除晶粒D1之一部分未接合於半導體晶圓W1之情形、或半導體晶圓W1中之晶粒D1之接合位置不適當之情形外，於晶粒D1與半導體晶圓W1之間存在空隙之情形時之缺陷。另，於晶粒D1之至少一部分以相對於半導體晶圓W1之表面傾斜之狀態接合之情形亦包含於「接合不完全」之缺陷F3中。「晶粒彎曲」之缺陷F4係指晶粒D1以彎曲之狀態(歪曲之狀態)接合於半導體晶圓W1時之缺陷。此外，亦可特定於晶粒D與半導體晶圓W1之間存在異物之種類之晶粒缺陷。該等晶粒缺陷係於晶圓接合中以特有之晶粒單位產生之接合缺陷。

又，上述之「隨機缺陷」係指於半導體晶圓W1與晶粒D1之間隨機可能產生之缺陷。作為此種「隨機缺陷」之例，於圖3中表示出「空隙」之缺陷F5、與「裂紋」之缺陷F6。「空隙」之缺陷F5係如跨及複數個晶粒D1而產生般之相對較大之空隙。「裂紋」之缺陷F6係於半導體晶圓W1與晶粒D1之接合面中產生之微小之空隙。該等2種缺陷(隨機缺陷)亦可能於晶圓接合以外之其他接合形態中產生，但有時亦於晶圓接合中產生。缺陷分類部3c(缺陷分析部：參考圖1)除晶粒單位之缺陷外，還具有判斷有無因空隙或裂紋引起之缺陷(隨機缺陷)之功能。

圖4係被檢查體T1之接合面之圖像之例。 於圖4之例中，顯示複數個矩形狀之晶粒D1以縱橫排列之狀態接合於圓板狀之半導體晶圓W1時之接合面之圖像。由圖4之虛線框K1包圍之區域與1個晶粒D1對應。另，接合於1片半導體晶圓W1之複數個晶粒D1之電路構造分別相同。於圖4之例中，除白色之矩形狀之區域外，還存在圓形狀或橢圓形狀、三角形狀之區域。除該等區域之位置、大小、形狀、亮度外，還基於晶粒D1之電路圖案特定缺陷之種類。

圖5A係顯示基準圖像之一例之圖像。 另，於圖5A中簡化顯示晶粒D1(參考圖4)之電路圖案。圖5A所示之「基準圖像」係指晶粒D1適當地接合於半導體晶圓W1之狀態之局部圖像。另，亦可藉由基於被檢查體T1之圖像(參考圖4)之統計處理，而產生基準圖像。作為此種統計處理，例如列舉使用統計特徵量即μ_brightness(亮度)之方法。

於使用μ_brightness之情形時，缺陷檢查系統100對被檢查體T1之圖像中包含之複數個晶粒圖像之各像素之位置(x,y)，進行以下式(1)之運算。另，「晶粒圖像」係指與被檢查體T1中包含之1個晶粒D1對應之區域(晶粒區域)之圖像。例如，由圖4之虛線框K1包圍之局部圖像為「晶粒圖像」。式(1)中包含之d1(x,y)～dN(x,y)係各個晶粒圖像中之位置(x,y)之亮度值。又，「maxCounter)」係基於亮度值d1(x,y)～dN(x,y)求出最頻亮度值時使用之濾波器。缺陷檢查系統100基於晶粒圖像中之位置(x,y)處之最頻亮度值，產生基準圖像G(x,y)。

[數1]

此種基準圖像G(x,y)之資料於缺陷檢查中比較晶粒圖像與基準圖像時使用。基準圖像G(x,y)之資料與晶粒D1之種類建立對應而儲存於資料庫6(參考圖2)中。

圖5B係顯示晶粒設計資訊之一例之圖像。 「晶粒設計資訊」係指除與1個晶粒D1(參考圖4)對應之晶粒區域之位置、形狀、亮度外，還包含晶粒區域之圖案構造資訊之資料。此處，晶粒區域之「位置」係表示將被檢查體T1之圖像(參考圖4)於縱向、橫向上按規定之像素數劃分時之晶粒區域(圖5B之虛線框K1內之區域)相對於1個圖像(圖5B之圖像)之相對位置之資料。由於在自被檢查體T1之圖像(參考圖4)逐個規則地切出晶粒D1之圖像中有時亦包含晶粒D1以外之部分，故特定晶粒區域之相對「位置」。

晶粒設計資訊中包含之晶粒區域之「形狀」係指圖5B所示之虛線框K1之形狀。又，晶粒設計資訊中包含之「圖案構造資訊」係表示晶粒區域之電路圖案之資訊。作為此種圖案構造資訊，例如使用晶粒D1之設計資料。另，亦可基於基準圖像(參考圖5A)之紋理特徵，產生圖案構造資訊。此種紋理特徵除基準圖像中包含之規定之圖案之密度或朝向外，還包含圖案間距、圖案亮度值等。

此外，亦可以規定之亮度梯度符號表示晶粒區域之圖案構造資訊。即，亦可藉由對基準圖像或晶粒圖像之各像素，探索周圍8個附近之像素中亮度梯度最大之方向，而產生0～16之5 bit之亮度梯度符號。即，以5 bit之符號表示晶粒D1之電路圖案者為亮度梯度符號。包含此種圖案構造資訊之晶粒設計資訊於被檢查體T1之缺陷檢查時使用。

圖6係與缺陷檢查系統100之處理相關之流程圖(亦適當參考圖1)。 另，於圖6之「開始(START)」時，設為藉由圖像產生部3a產生對被檢查體T1照射超音波時之圖像資料(檢查對象圖像)(檢查圖像取得處理)。 於步驟S101中，缺陷檢查系統100自被檢查體T1之圖像中切出每個晶粒D1之圖像。例如，缺陷檢查系統100藉由將圖4所示之被檢查體T1之圖像於縱向、橫向上按規定之像素數劃分，而切出逐個包含晶粒D1之矩形狀之圖像。將晶粒D1之識別資訊與此種矩形狀之圖像建立對應。

於步驟S102中，缺陷檢查系統100選擇被檢查體T1中包含之複數個晶粒D1中之一個。 於步驟S103中，缺陷檢查系統100自包含於步驟S102中選擇之晶粒D1之圖像中擷取晶粒圖像。如上所述，「晶粒圖像」係指與1個晶粒D1對應之晶粒區域之圖像。

於步驟S104中，缺陷檢查系統100藉由缺陷檢測部3b，自晶粒圖像檢測缺陷區域。即，缺陷檢查系統100比較規定之基準圖像與檢查對象圖像，而檢測缺陷區域(缺陷區域檢測處理)。藉此，檢測晶粒圖像中亮度與基準圖像之像素不同之一組像素之集合，作為規定之缺陷區域。

於步驟S105中，缺陷檢查系統100擷取圖案構造資訊。例如，缺陷檢查系統100藉由以規定之亮度梯度符號表示於步驟S103中擷取之晶粒圖像之紋理特徵，而擷取晶粒圖像之圖案構造資訊。同樣，亦擷取基準圖像(參考圖5A)之圖案構造資訊。

於步驟S106中，缺陷檢查系統100判定晶粒圖像相對於基準圖像之圖案一致率(一致率)是否高於規定值P0。另，「圖案一致率」係表示晶粒圖像之電路圖案與基準圖像之電路圖案一致之程度之數值。例如，於基準圖像及晶粒圖像中，基於互相對應之位置之亮度梯度符號是否一致，而算出圖案一致率。

於步驟S106中，於圖案一致率高於規定值P0之情形(S106：是(Yes))時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S107。 於步驟S107中，缺陷檢查系統100藉由缺陷分類部3c，判定為「無缺陷」。即，缺陷檢查系統100判定為關於在步驟S102中選擇之晶粒D1，與半導體晶圓W1之接合面中不存在缺陷。

又，於步驟S106中，於圖案一致率為規定值P0以下之情形(S106：否(No))時，雖於圖6中省略，但由缺陷分類部3c判定於晶粒D1與半導體晶圓W1之接合面中存在何種缺陷，並進行至步驟S108之處理。 於步驟S108中，缺陷檢查系統100判定晶粒圖像相對於基準圖像之圖案一致率是否未達規定值P1(第1規定值)。另，規定值P1係圖案一致率之閾值，預設為較步驟S106中使用之規定值P0低之閾值。

於步驟S108中，於晶粒圖像相對於基準圖像之圖案一致率未達規定值P1之情形(S108：是)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S109。 於步驟S109中，缺陷檢查系統100判定晶粒圖像之亮度平坦區域與晶粒區域之輪廓一致率是否高於規定值M1(第2規定值)。另，「輪廓一致率」係表示2個形狀之輪廓之位置大致一致之程度之數值。

例如，於圖7所示之「無晶粒」之圖像中，虛線框K1內之大致所有像素成為黑色。又，例如，於圖7所示之「晶粒浮起」之圖像中，虛線框K1內之大致所有像素成為白色。如此，於晶粒圖像中相鄰之像素彼此之亮度差為規定值以下之區域即為「亮度平坦區域」。另，「亮度平坦區域」與晶粒D1和半導體晶圓W1之接合面中之缺陷區域大致一致。

於圖6之步驟S109中，晶粒圖像之亮度平坦區域與晶粒區域之輪廓一致率較規定值M1高之情形(S109：是)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S110。 於步驟S110中，缺陷檢查系統100判定晶粒圖像中包含之缺陷區域(亮度平坦區域)之平均亮度是否未達規定值L1(第3規定值)。於缺陷區域之平均亮度未達規定值L1之情形(S110：是)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S111。

於步驟S111中，缺陷檢查系統100藉由缺陷分類部3c，判定為缺陷之種類為「無晶粒」。如此，缺陷分類部3c於晶粒圖像之電路圖案相對於晶粒D1之正常電路圖案之圖案一致率(一致率)未達規定值P1(第1規定值)之情形(S108：是)時，且進而滿足以下條件時，判定缺陷之種類為「無晶粒」。即，於晶粒圖像之亮度平坦區域之輪廓與該晶粒圖像之輪廓之輪廓一致率高於規定值M1(第2規定值)(S109：是)，且進而缺陷區域之平均亮度未達規定值L1(第3規定值)時(S110：是)，缺陷分類部3c判定為晶粒D1未存在於半導體晶圓W1中之本來之位置(即，為「無晶粒」)(S111)。

圖7係缺陷之每個種類之圖像之例。 於圖7所示之「無晶粒」中，由於在應接合之位置不存在晶粒D1，亦不存在如使超音波反射般之接合面，故結果晶粒區域之圖像之大致全域成為黑色。另，「無晶粒」或「晶粒浮起」雖其輪廓一致率(圖6之S109)均為接近「1」之值，但缺陷區域之平均亮度不同(圖6之S110)。

於圖6之步驟S110中，缺陷區域之亮度平均值為規定值L1以上之情形(S110：是)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S112。 於步驟S112中，缺陷檢查系統100藉由缺陷分類部3c，判定缺陷之種類為「晶粒浮起」。即，缺陷分類部3c判定晶粒D1之大部分為自半導體晶圓W1浮起之狀態。於圖7所示之「晶粒浮起」中，由於晶粒D1與半導體晶圓W1之間存在空隙，故超聲波會在該空隙之界面處反射。其結果，晶粒區域之圖像之大致全域成為白色(或灰色)。

又，於圖6之步驟S109中，於亮度平坦區域與晶粒區域之輪廓一致率為規定值M1以下之情形(S109：否)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S113。 於步驟S113中，缺陷檢查系統100藉由缺陷分類部3c，判定為缺陷之種類為「接合不完全」。即，缺陷分類部3c判定為晶粒D1相對於半導體晶圓W1之接合不完全。於圖7之紙面右上之「接合不完全」中，由於虛線框K1內之角部之接合不完全，故角部之三角形狀之部分之像素成為白色。又，於圖7之紙面左下之另外之「接合不完全」中，由於虛線框K1內之左端附近之接合不完全，故該部分之像素成為灰色(圖7中點顯示)。

又，於圖6之步驟S108中，於圖案一致率為規定值P1以上之情形(S108：否)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S114。 於步驟S114中，缺陷檢查系統100判定晶粒圖像之亮度平坦區域與晶粒區域之輪廓一致率是否高於規定值M2(第4規定值)。另，規定值M2係用以區分「接合不完全」(參考圖7)或「晶粒彎曲」(參考圖7)等晶粒缺陷、與除此以外之隨機缺陷之輪廓一致率之閾值，並預設為較步驟S109之規定值M1低之值。

於步驟S114中，於晶粒圖像之亮度平坦區域與晶粒區域之輪廓一致率較規定值M2高之情形(S114：是)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S115。 於步驟S115中，缺陷檢查系統100判定缺陷區域(亮度平坦區域)之形狀是否為矩形狀。於缺陷區域之形狀為矩形狀之情形(S115：是)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S116。

於步驟S116中，缺陷檢查系統100藉由缺陷分類部3c，判定為缺陷之種類為「晶粒彎曲」。即，缺陷分類部3c於晶粒圖像之電路圖案相對於晶粒D1之正常之電路圖案之圖案一致率(一致率)為規定值P1(第1規定值)以上之情形(S108：否)時，進而於滿足以下條件時，判定為缺陷之種類為「晶粒彎曲」。即，於晶粒圖像之亮度平坦區域之輪廓與該晶粒圖像之輪廓之輪廓一致率高於規定值M2(第4規定值)(S114：是)，進而缺陷區域之形狀為矩形狀時(S115：是)，缺陷分類部3c判定為晶粒D1以彎曲之狀態接合於半導體晶圓W1(S116)。於圖7中雖未特別表示，但於晶粒D1於縱向或橫向彎曲之情形時，晶粒圖像中之缺陷區域大多為矩形狀。

又，於步驟S115中，於缺陷區域非矩形狀之情形(S115：否)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S115。 於步驟S115中，缺陷檢查系統100藉由缺陷分類部3c，判定為缺陷之種類為「接合不完全」。例如，於圖7之紙面右下之「混存」中，缺陷區域A1之緣之一部分為圓弧狀，且剩餘之緣與虛線框K(晶粒區域之輪廓)之一部分大致一致。因此，關於缺陷區域A1，判定為缺陷之種類為「接合不完全」。

又，於圖6之步驟S114中，於晶粒圖像之亮度平坦區域與晶粒區域之輪廓一致率為規定值M2以下之情形(S114：否)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S117。 於步驟S117中，缺陷檢查系統100藉由缺陷分類部3c，判定缺陷之種類為「隨機缺陷」。即，缺陷分類部3c判定為於晶粒D1與半導體晶圓W1之接合面上存在規定之隨機缺陷。於圖7所示之「空隙」中，於晶粒圖像中，圓形狀之空隙之部分成為白色。又，於圖7之「混存」中，空隙以包含缺陷區域A2之方式跨及複數個晶粒而存在。

另，雖於圖6中省略，但於晶粒圖像中存在複數個缺陷區域之情形時，於各個缺陷區域之每一個，特定缺陷之種類。又，藉由參考晶粒D1之設計資訊分析缺陷區域，而判斷晶粒單位有無缺陷之「缺陷分析處理」，包含圖6之步驟S105～S1147之處理而構成。此種「缺陷分析處理」藉由缺陷分類部3c(參考圖1)而進行。

於進行圖6之步驟S107、S111、S112、S113、S116或步驟S117之處理後，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S118。於步驟S118中，缺陷檢查系統100記憶檢查結果。即，缺陷檢查系統100將與該晶粒D1相關之缺陷之種類等與在步驟S102中選擇之晶粒D1之識別資訊建立對應，儲存至記憶部7(參考圖2)。

接著，於步驟S119中，缺陷檢查系統100判定是否存在未檢查之其他晶粒D1。於存在未檢查之其他晶粒D1之情形(S119：是)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S102。又，於步驟S119中不存在未檢查之其他晶粒D1之情形(S119：否)時，缺陷檢查系統100之處理進行至步驟S120。

於步驟S120中，缺陷檢查系統100藉由控制部4，將檢查結果顯示於顯示裝置8(參考圖2)。例如，控制部4對每個缺陷賦予表示缺陷之種類之規定之標籤，並以顏色區分等可識別之顯示方法將規定之缺陷用圖像重疊顯示於被檢查體T1之圖像中。

圖8係顯示被檢查體之缺陷之檢測結果之圖像之例。 另，使用圖4所示之被檢查體T1之圖像之情形時之檢查結果之顯示例為圖8之圖像。於圖8之例中，「無晶粒」之缺陷F1之缺陷用圖像以矩形狀之白色顯示。又，「晶粒浮起」之缺陷F2之缺陷用圖像以帶斜線之矩形顯示。又，除「接合不完全」之缺陷F3或「晶粒彎曲」之缺陷F4外，還可識別地規定顯示有「空隙」之缺陷F5或「裂紋」之缺陷F6。如此，控制部4基於缺陷分類部3c之處理結果，於被檢查體T1之圖像中之缺陷區域之位置，重疊顯示與該缺陷區域之缺陷之種類建立對應之規定之缺陷用圖像。藉由觀察此種圖像，使用者可一目了然地掌握於被檢查體T1之何種部位產生有何種缺陷。該等缺陷之分類結果適當地反應於將晶粒D1及半導體晶圓W1加熱時之溫度條件等製程條件之變更中。

圖14係顯示比較例中，比較基準圖像及晶粒圖像之每個像素之亮度之情形之結果之說明圖。 另，於圖14中，以點表示相對於基準像素之亮度差相對較小之像素。又，除以白色表示亮度相對於基準圖像較高之像素(被辨識為缺陷之部位)外，還以黑色表示亮度相對於基準圖像較低之像素(被辨識為缺陷之部位)。於圖14之紙面上側之比較例中，由於缺陷區域之亮度與基準圖像之電路圖案之亮度同等，故電路圖案之部分未被檢測為缺陷。又，於圖14之紙面下側之比較例中，由於在與電路圖案對應之部位與基準圖像之亮度差變大，故電路圖案以外之部分未被檢測為缺陷。如此，於單純比較每個像素之亮度之方法中，難以檢測「接合不完全」或「無晶粒」之以晶粒為單位之缺陷。

相對於此，於第1實施形態中，除晶粒設計資訊外，還基於缺陷區域之位置、大小、形狀、亮度，將以晶粒為單位之缺陷之種類分類。藉此，能高精度地檢測「無晶粒」或「晶粒浮起」、「晶粒彎曲」、「接合不完全」等以晶粒為單位之缺陷。

圖9係與晶粒缺陷之一種即接合不完全之情形之檢測結果相關之說明圖。 如圖9所示，自基準圖像擷取圖案構造資訊，且自晶粒圖像(接合不完全之情形)擷取另外之圖案構造資訊。於圖9之例中，由於虛線框K1內(晶粒區域內)之圖案構造資訊之一致率大致為0%，故判定為「有晶粒缺陷」。再者，基於自晶粒圖像擷取之亮度平坦區域(白色區域)與晶粒區域之比較，判定為右下之角部之形狀不一致，且判定為「接合不完全」。

＜效果＞ 根據第1實施形態，缺陷檢查系統100基於對被檢查圖T1照射超音波時之圖像資料，以晶粒為單位特定缺陷之種類。藉此，例如，由於可特定晶圓接合所特有之晶粒缺陷之種類，故管理者可基於檢查結果適當地變更製程條件。因此，由於可實現製程條件之早期改善，故可謀求提高量產半導體製品時之良率。

《第2實施形態》 第2實施形態與第1實施形態之不同點在於，缺陷檢測部3Ab(參考圖10)具備檢測晶粒單位之缺陷區域之第1缺陷檢測部31b(參考圖10)、及檢測隨機缺陷之第2缺陷檢測部32b(參考圖10)。另，其他與第1實施形態同樣。因此，對與第1實施形態不同之部分進行說明，並省略對重複之部分之說明。

圖10係第2實施形態之缺陷檢查系統100A之說明圖。 如圖10所示，圖像處理部3A具備圖像產生部3a、缺陷檢測部3Ab及缺陷分類部3Ac。又，缺陷檢測部3Ab具有於每個晶粒D1檢測缺陷區域之第1缺陷檢測部31b、及檢測被檢查體T1之隨機缺陷之第2缺陷檢測部32b。

另，第1缺陷檢測部31b之處理與第1實施形態之缺陷檢測部3b(參考圖1)之處理同樣。即，第1缺陷檢測部31b除晶粒設計資訊外，還基於缺陷區域之位置、大小、形狀、亮度，於每個晶粒特定缺陷區域。第2缺陷檢測部32b基於基準圖像與晶粒圖像之每個像素之亮度之比較，檢測空隙或裂紋等隨機缺陷。

圖11係與圖像處理部之處理相關之說明圖(亦適當參考圖10)。 首先，圖像處理部3A基於對被檢查體T1照射超音波時之反射強度信號，藉由圖像產生部3a產生被檢查體T1之圖像。然後，圖像處理部3A擷取複數個晶粒D1之晶粒圖像，進而將晶粒圖像排列。具體而言，圖像處理部3A於n個晶粒圖像G1、G2、……、Gn中，使位置對應之像素之座標值共通。

且，圖像處理部3A對晶粒圖像之每個像素進行特徵統合(S201)。此處，「特徵統合」係指於n個晶粒圖像G1、G2、……、Gn中，算出位置對應之n個像素之代表值(例如，亮度平均值或亮度中央值)之處理。此種特徵統合之處理藉由對晶粒圖像中包含之所有像素進行，而產生基準圖像。

又，圖像處理部3A產生圖11所示之多值掩膜。多值掩膜係基於圖像之特徵按像素設定之動態閾值，且基於規定之統計處理而設定。且，圖像處理部3A除被檢查體T1包含之晶粒圖像G1、G2、……、Gn外，還藉由基於上述之基準圖像或多值掩膜之統合比較，進行缺陷檢查(S202)。具體而言，圖像處理部3A藉由第2缺陷檢測部32b(參考圖10)，將n個晶粒圖像之各者與基準圖像進行比較。且，圖像處理部3A基於動態閾值即多值掩膜，檢測被檢查體T1之缺陷。藉此，可檢測如第1實施形態之構成無法檢測般之微小缺陷(空隙或裂紋等隨機缺陷)。第2缺陷檢測部32b(參考圖10)之檢測結果藉由控制部4(參考圖10)，規定地顯示於顯示裝置8(參考圖2)。

又，圖像處理部3A藉由第1缺陷檢測部31b(參考圖10)或缺陷分類部3c(參考圖10)，亦一併進行被檢查體T1中之每個晶粒D1之缺陷檢查。藉此，亦可檢測被檢查體T1中之晶粒缺陷。另，關於檢測晶粒缺陷之處理，由於與第1實施形態(參考圖6)同樣，故省略說明。

＜效果＞ 根據第2實施形態，圖像處理部3A藉由第1缺陷檢測部31b主要檢測晶粒缺陷，且藉由第2缺陷檢測部32b檢測隨機缺陷。藉此，除晶粒缺陷外，還可高精度地檢測微小之空隙或裂紋等隨機缺陷。

《第3實施形態》 第3實施形態與第1實施形態之不同點在於，將載置於IC(Integrated Circuit：積體電路)托盤91(參考圖12)之複數個IC封裝92(參考圖12)設為被檢查體T2(參考圖12)。又，第3實施形態與第1實施形態之不同點在於，基於規定之檢查製程或托盤矩陣資訊進行缺陷檢查。另，其他(使用超音波之點、或缺陷檢查系統100之全體構成等：參考圖1、圖2)與第1實施形態同樣。因此，對與第1實施形態不同之部分進行說明，並省略對重複之部分之說明。

圖12係第3實施形態之缺陷檢查系統中之被檢查體T2之俯視圖。 如圖12所示，被檢查體T2成為於IC托盤91載置有複數個IC封裝92(晶粒即IC晶片)之構成。於IC托盤91上，於縱向、橫向設置有複數個凹孔(符號未圖示)。於各個凹孔逐個載置有IC封裝92。IC封裝92係將形成有規定之積體電路之矽半導體收納於封裝之構成之電子零件。藉由對此種被檢查體T2照射超音波，而產生被檢查體T2之圖像。

圖13係與圖像處理部之處理相關之說明圖(亦適當參考圖12)。 如圖13所示，除被檢查體T2之圖像(IC封裝圖像)外，還基於檢查製程或托盤矩陣資訊進行缺陷檢查。於檢查製程中，除被檢查體T2之圖像中之IC封裝92之縱向、橫向之長度(像素數)外，還包含有與相鄰之IC封裝92之縱向、橫向之間隔(像素數)、或正常之IC封裝92之圖像相關之資訊。於托盤矩陣資訊中，包含有各個IC封裝92之種類或型號或識別資訊。

另，載置於IC托盤91之複數個IC封裝92之種類無需特別全部相同，亦可混存有不同種類者。缺陷檢查系統100(參考圖1)按種類將載置於IC托盤91之各凹孔之複數個IC封裝92分組(S301)。

且，缺陷檢測部3b(參考圖1)收集屬於共通之組群之IC封裝92之圖像(S302)，進行缺陷檢測(S303)。缺陷分類部3c(參考圖1)於每個IC封裝92，特定規定之缺陷區域中之缺陷之種類。藉此，即便於1個IC托盤91混存有不同種類之IC封裝92之情形時，亦可適當地進行缺陷檢查。另，作為被檢查體T2之缺陷之種類，列舉於封裝中未置入有IC之「IC脫落」、或於應存在之部位未載置有IC封裝之「無封裝」等者。圖13之步驟S302、S303之處理按IC封裝92之組群進行。

＜效果＞ 根據第3實施形態，可適當地檢查載置於IC托盤91之複數個IC封裝92之缺陷。又，即便於1片IC托盤91混存有不同種類之IC封裝92之情形時，亦可個別地進行各個種類之IC封裝92之缺陷檢查。

《變化例》 以上，已於各實施形態中對本發明之缺陷檢查系統100、100A進行說明，但並非限定於該等記載者，可進行各種變更。 例如，於各實施形態中，已對藉由對被檢查體T1照射超音波而產生被檢查體T1之圖像之情形進行說明，但不限於此。即，亦可基於對被檢查體T1照射X射線時之X射線透過量，產生被檢查體T1之圖像。由於該情形時之圖像處理部3(參考圖1)之處理內容與第1實施形態或第2實施形態同樣，故省略說明。

又，於第1實施形態中，已對基於晶粒D1之設計資料製作晶粒設計資訊之情形進行說明，但不限於此。即，亦可基於經由輸入裝置(未圖示)之使用者之操作，製作晶粒設計資訊。又，亦可基於被檢查體T1之接合面之超音波圖像，產生晶粒設計資訊。此外，亦可以光學式之顯微鏡(未圖示)拍攝半導體晶圓W1與晶粒D1之貼合後之被檢查體T1，並基於該光學圖像產生晶粒設計資訊。 又，於第1實施形態中，已對晶粒D1適當地接合於半導體晶圓W1之狀態下之晶粒D1之位置、晶粒D1之形狀、晶粒D1之電路圖案、及晶粒D1內之亮度值包含於晶粒設計資訊(設計資訊)中之情形進行說明，但不限於此。即，亦可使晶粒D1適當地接合於半導體晶圓W1之狀態下之晶粒D1之位置、晶粒D1之形狀、晶粒D1之電路圖案、晶粒D1內之亮度值中之任一者包含於晶粒設計資訊(設計資訊)。於該情形時，缺陷分類部3c(缺陷分析部)針對晶粒設計資訊(設計資訊)包含之任一資訊，以基準圖像與檢查對象圖像之一致率是否超過閾值而判斷有無缺陷。作為上述之「一致率」，例如，除與晶粒D1之位置相關之一致率、或晶粒D1之形狀之一致率外，還適當地使用晶粒D1之電路圖案之一致率、圖像中之晶粒D1內之亮度值之一致率等者。

又，於各實施形態中，已對預先設定有缺陷之每個種類之特徵之情形進行說明，但不限於此。例如，亦可基於教示-學習型之深層學習，學習缺陷之每個種類之特徵。 又，於第1、第2實施形態中，已對接合於半導體晶圓W1之複數個晶粒D1之電路構造為共通之情形進行說明，但不限於此。即，與複數個晶粒D1不同電路構成之其他晶粒亦可混存於半導體晶圓W1中。於該情形時，對同種類之每個晶粒D1進行缺陷檢查。

又，判別缺陷之種類之處理不限定於各實施形態中列舉者。例如，於缺陷區域中之缺陷之種類為隨機缺陷之情形時，於該缺陷區域之平均亮度未達第5規定值時，缺陷分類部3c(參考圖1)可判定隨機缺陷為晶粒D1之電路圖案之缺損。其原因在於在晶粒D1之電路圖案缺損之部位幾乎不反射超音波，且圖像上之亮度變低。

又，亦可於缺陷區域中之缺陷之種類為隨機缺陷之情形時，於該缺陷區域之平均亮度為第5規定值以上時，由缺陷分類部3c(參考圖1)判定隨機缺陷為空隙或裂紋。其原因在於，在半導體晶圓W1與晶粒D1之間之空隙(空隙或裂紋)之界面反射超音波，圖像上之亮度相對較高。於該情形時，對於介隔構成晶粒圖像之輪廓之邊中與空隙或裂紋重疊之邊而相鄰之其他晶粒之晶粒圖像，亦可由缺陷分類部3c(參考圖1)判定空隙或裂紋之有無。藉此，可抑制被檢查體T1中之空隙或裂紋之漏檢查。

又，於第1、第2實施形態中，已對以晶粒對晶圓接合(Die-to-Wafer)形成被檢查體之情形進行說明，但不限於此。例如，亦可將第1、第2實施形態應用於MEMS(Micro Electro Mechanical：微機電)晶圓等多層構造之基板。 又，於第3實施形態中，已對於IC托盤91(參考圖12)之凹孔中逐個載置有IC封裝92(晶粒，即IC晶片：參考圖12)之構成之被檢查體T2之缺陷檢查進行說明，但不限於此。例如，亦可將第3實施形態應用於帶狀基板(未圖示)中之IC封裝(晶粒，即IC晶片)之缺陷檢查。此外，亦可將第3實施形態應用於如將規定之電子零件載置於板狀體般之構成之各種被檢查體之缺陷檢查中。

又，各實施形態可適當組合。例如，於組合第1實施形態與第2實施形態、且於圖6之步驟S108中圖案一致率為規定值P1以下之情形(S108：否)時，進行第2實施形態之統合比較之處理(圖11之S202)。又，亦可對於未檢測到晶粒缺陷之晶粒圖像，進行統合比較之處理(圖11之S202)。

又，缺陷檢查系統100、100A所執行之程式(缺陷檢查方法等程式)除了亦可經由通信線路提供外，還可寫入CD-ROM(Compact disc read-only memory：光碟唯讀記憶體)等記錄媒體而發佈。 又，實施形態係為便於理解地說明本揭示而詳細記載者，不限定於必須具備說明之所有構成。又，對於實施形態之構成之一部分，可進行其他構成之追加、刪除、置換。 又，上述之機構或構成係表示在說明上認為必要者，從產品方面而言未必顯示所有機構或構成。

1:檢測部 1a:超音波探針 1b:探傷器 1c:掃描器台 1d:水槽 1e:掃描器 1f:保持器 2:A/D轉換器 3, 3A:圖像處理部 3a:圖像產生部(檢查圖像取得部) 3Ab, 3b:缺陷檢測部(缺陷區域檢測部) 3c:缺陷分類部(缺陷分析部) 3d:參數設定部 4:控制部 5:機械控制器 6:資料庫 7:記憶部 8:顯示裝置 31b:第1缺陷檢測部 32b:第2缺陷檢測部 91:IC托盤 92:IC封裝(晶粒、IC晶片) 100, 100A:缺陷檢查系統 A1, A2:缺陷區域 D1:晶粒 F1～F6:缺陷 G1, G2, Gn:晶粒圖像 K1:虛線框 L1, M1, M2, P0, P1:規定值 S101～S120:步驟 S201, S202:步驟 S301～S303:步驟 T1, T2:被檢查體 W1:半導體晶圓

圖1係第1實施形態之缺陷檢查系統之說明圖。 圖2係第1實施形態之缺陷檢查系統之構成圖。 圖3係顯示第1實施形態之缺陷檢查系統中，被檢查體之缺陷之種類之說明圖。 圖4係第1實施形態之缺陷檢查系統中之被檢查體之接合面之圖像之例。 圖5A係顯示於第1實施形態之缺陷檢查系統中使用之基準圖像之一例之圖像。 圖5B係顯示於第1實施形態之缺陷檢查系統中使用之晶粒設計資訊之一例之圖像。 圖6係與第1實施形態之缺陷檢查系統之處理相關之流程圖。 圖7係第1實施形態之缺陷檢查系統中之缺陷之每個種類之圖像之例。 圖8係顯示第1實施形態之缺陷檢查系統中之被檢查體之缺陷之檢測結果之圖像之例。 圖9係第1實施形態之缺陷檢查系統中，與晶粒缺陷之一種即接合不完全之情形之檢測結果相關之說明圖。 圖10係第2實施形態之缺陷檢查系統之說明圖。 圖11係與第2實施形態之缺陷檢查系統具備之圖像處理部之處理相關之說明圖。 圖12係第3實施形態之缺陷檢查系統中之被檢查體之俯視圖。 圖13係與第3實施形態之缺陷檢查系統具備之圖像處理部之處理相關之說明圖。 圖14係顯示比較例中，比較基準圖像及晶粒圖像之每個像素之亮度之情形之結果之說明圖。

1:檢測部

1a:超音波探針

1b:探傷器

2:A/D轉換器

3:圖像處理部

3a:圖像產生部(檢查圖像取得部)

3b:缺陷檢測部(缺陷區域檢測部)

3c:缺陷分類部(缺陷分析部)

4:控制部

100:缺陷檢查系統

D1:晶粒

T1:被檢查體

W1:半導體晶圓

Claims (10)

1. 一種缺陷檢查系統，其具備： 檢查圖像取得部，其對晶粒已接合於半導體晶圓之被檢查體照射超音波或X射線而取得檢查對象圖像； 缺陷區域檢測部，其比較表示晶粒適當地接合於半導體晶圓之圖像之基準圖像、與取得之檢查對象圖像，而檢測缺陷區域；及 缺陷分析部，其藉由參考晶粒之設計資訊而分析缺陷區域，判斷晶粒單位有無缺陷。
2. 如請求項1之缺陷檢查系統，其中上述設計資訊包含晶粒適當地接合於半導體晶圓之狀態下之晶粒之位置、晶粒之形狀、晶粒之電路圖案、及晶粒內之亮度值中之任一者。
3. 如請求項2之缺陷檢查系統，其中上述晶粒單位之缺陷係因晶粒與半導體晶圓之接合錯誤引起之缺陷。
4. 如請求項2之缺陷檢查系統，其中上述晶粒單位之缺陷包含半導體晶圓中缺少晶粒、晶粒以歪曲之狀態接合於半導體晶圓、晶粒之一部分未接合於半導體晶圓、晶粒以自半導體晶圓浮起之狀態接合、晶粒與半導體晶圓之間存在空隙、晶粒與半導體晶圓之間存在異物、及半導體晶圓中之晶粒之接合位置不適當中之任一者。
5. 如請求項3之缺陷檢查系統，其中上述缺陷分析部除上述晶粒單位之缺陷外，且判斷有無因空隙或裂紋引起之缺陷。
6. 如請求項4之缺陷檢查系統，其中上述缺陷分析部除上述晶粒單位之缺陷外，且判斷有無因空隙或裂紋引起之缺陷。
7. 如請求項2之缺陷檢查系統，其中上述缺陷分析部針對上述設計資訊包含之任一資訊，以上述基準圖像與上述檢查對象圖像之一致率是否超過閾值而判斷有無缺陷。
8. 如請求項1之缺陷檢查系統，其中上述被檢查體係將形成於半導體晶圓之表面之電極、與形成於晶粒之表面之電極接合之混合接合(Hybrid Bonding)半導體晶圓。
9. 如請求項1之缺陷檢查系統，其中上述晶粒為IC晶片。
10. 一種缺陷檢查方法，其包含： 檢查圖像取得處理，其對晶粒已接合於半導體晶圓之被檢查體照射超音波或X射線而取得檢查對象圖像； 缺陷區域檢測處理，其比較表示晶粒適當地接合於半導體晶圓之圖像之基準圖像、與取得之檢查對象圖像，而檢測缺陷區域；及 缺陷分析處理，其藉由參考晶粒之設計資訊而分析缺陷區域，判斷晶粒單位有無缺陷。