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公開番号2025070728
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023181240
出願日2023-10-20
発明の名称超音波検査装置及び超音波検査方法
出願人株式会社日立パワーソリューションズ
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類G01N 29/06 20060101AFI20250424BHJP(測定;試験)
要約【課題】多層に積層された半導体ウェハを含む被検体に係る内部状態の検査を超音波を用いて高感度かつ高速に遂行する。
【解決手段】超音波検査装置11は、被検体15に係る検査対象範囲として第1の検査領域及び第2の検査領域をそれぞれ設定する設定部17と、第1の検査領域において第1の検査画像を取得すると共に、当該第1の検査画像に基づき第1の欠陥候補情報を取得する第1検査部19と、第2の検査領域において第2の検査画像を取得すると共に、当該第2の検査画像に基づき第2の欠陥候補情報を取得する第2検査部21と、被検体15に係る内部状態の検査結果を出力する出力部29と、を備える。出力部29は、第1検査部19により取得した第1の欠陥候補情報、及び第2検査部21により取得した第2の欠陥候補情報を統合して被検体15に係る内部状態の検査結果として出力する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
多層に積層された半導体ウェハを含む被検体に係る内部状態の検査を超音波を用いて行う超音波検査装置であって、
前記被検体に係る検査対象範囲として第１の検査領域及び第２の検査領域をそれぞれ設定する設定部と、
前記第１の検査領域において第１の解像度を用いて第１の検査画像を取得すると共に、当該第１の検査画像に基づき第１の欠陥候補情報を取得する第１検査部と、
前記第２の検査領域において第２の解像度を用いて第２の検査画像を取得すると共に、当該第２の検査画像に基づき第２の欠陥候補情報を取得する第２検査部と、
前記被検体に係る内部状態の検査結果を出力する出力部と、を備え、
前記第２の検査領域は、前記第１の検査領域の範囲内であって当該第１の検査領域と比べて狭い範囲に設定され、
前記第２の解像度は、前記第１の解像度と比べて高い値に設定され、
前記出力部は、前記第１検査部により取得した前記第１の検査領域に係る第１の欠陥候補情報、及び前記第２検査部により取得した第２の欠陥候補情報を統合して前記被検体に係る内部状態の検査結果として出力する
ことを特徴とする超音波検査装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の超音波検査装置であって、
前記設定部は、前記第１検査部により取得した前記第１の検査領域に係る第１の欠陥候補情報に基づいて前記第２の検査領域を設定する
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波検査装置であって、
前記第１検査部は、前記第１の検査領域において第１の解像度を用いて第１の検査画像を取得すると共に、当該第１の検査画像に基づいて、当該第１の検査領域に存する第１の欠陥候補に係る分布情報を取得する
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波検査装置であって、
複数種類の欠陥候補毎にそれぞれ対応する欠陥種情報を記憶する欠陥種データベースをさらに備え、
前記第１検査部は、当該第１検査部により取得した第１の欠陥候補に係る分布情報に基づいて、当該第１の欠陥候補に係る位置情報を取得すると共に、前記欠陥種データベースを参照して、当該第１の欠陥候補に対応する欠陥種情報を取得し、
前記第２検査部は、前記第２の検査画像に基づき取得した第２の欠陥候補について、当該第２の欠陥候補に係る位置情報を取得すると共に、前記欠陥種データベースを参照して対応する欠陥種情報を取得し、
前記出力部は、前記第１の欠陥候補に係る位置情報及び欠陥種情報、並びに、前記第２の欠陥候補に係る位置情報及び欠陥種情報を統合した欠陥候補情報を、前記被検体に係る内部状態の検査結果として出力する
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波検査装置であって、
前記第１検査部は、前記第１の欠陥候補に係る位置情報及び欠陥種情報に対し当該第１の欠陥候補に係る第１識別情報を付加し、
前記第２検査部は、前記第２の欠陥候補に係る位置情報及び欠陥種情報に対し当該第２の欠陥候補に係る第２識別情報を付加し、
前記出力部は、前記第１識別情報及び前記第２識別情報がそれぞれ付加された前記欠陥候補情報を、前記被検体に係る内部状態の検査結果として出力する
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項６】
請求項４に記載の超音波検査装置であって、
複数の欠陥種情報にそれぞれ対応付けて前記被検体に係る製造プロセスにおける欠陥発生要因の情報を記憶する欠陥発生要因データベースと、
当該欠陥発生要因データベースを参照して、当該欠陥候補情報に対応する欠陥発生要因を推定する推定部と、をさらに備える
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか一項に記載の超音波検査装置であって、
前記第１検査部は、アレイ型の第１超音波プローブを用いて前記第１の検査画像を取得する一方、
前記第２検査部は、シングル型の第２超音波プローブを用いて前記第２の検査画像を取得する
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の超音波検査装置であって、
前記設定部は、前記第１検査部により前記第１超音波プローブを用いて取得した第１の欠陥候補に係る分布情報に基づいて、第１の欠陥候補が不規則に偏在している領域を抽出し、当該抽出した領域を前記第２の検査領域として設定する
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項９】
請求項７に記載の超音波検査装置であって、
前記設定部は、前記第１検査部により前記第１超音波プローブを用いて取得した第１の欠陥候補に係る分布情報に基づいて、欠陥候補が抽出されない正常領域を抽出し、当該抽出した正常領域を非検査領域として設定する
ことを特徴とする超音波検査装置。
【請求項１０】
多層に積層された半導体ウェハを含む被検体に係る内部状態の検査を超音波を用いて行う際に用いられる超音波検査方法であって、
前記被検体に係る検査対象範囲として第１の検査領域及び第２の検査領域をそれぞれ設定する設定工程と、
前記第１の検査領域において第１の解像度を用いて第１の検査画像を取得すると共に、当該第１の検査画像に基づき第１の欠陥候補情報を取得する第１検査工程と、
前記第２の検査領域において第２の解像度を用いて第２の検査画像を取得すると共に、当該第２の検査画像に基づき第２の欠陥候補情報を取得する第２検査工程と、
前記被検体に係る内部状態の検査結果を出力する出力工程と、を有し、
前記第２の検査領域は、前記第１の検査領域の範囲内であって当該第１の検査領域と比べて狭い範囲に設定され、
前記第２の解像度は、前記第１の解像度と比べて高い値に設定され、
前記出力工程では、前記第１検査工程で取得した第１の欠陥候補情報、及び前記第２検査工程で取得した第２の欠陥候補情報を統合して前記被検体に係る内部状態の検査結果として出力する
ことを特徴とする超音波検査方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層に積層された半導体ウェハを含む被検体に係る内部状態の検査を超音波を用いて行う超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハ製造の先端プロセスでは、シリコンウェハ同士、又はシリコンウェハ及びシリコンダイの間を、銅（Cu）電極を介して直に貼り合せて接合する「ハイブリッド接合（Hybrid Bonding）」と呼ばれる新規技術の導入が始まっている。そこで、接合不良等のウェハの内部状態を検査し、早期にプロセス条件の改善につなげるフィードバックを行うことが重要になっている。
多層に積層された被検体に係る内部状態を非破壊で検査するには、超音波検査が有効である。超音波検査では、プローブから被検体に超音波を照射し、接合界面からの反射波を受信して、反射波の強度に基づいて検査画像を生成する。生成した検査画像に適切な画像処理を施して欠陥を抽出する。
【０００３】
超音波を用いて高感度検査を実現するには、検査対象部位を狙って照射する超音波のビームを絞り、シングルスキャン方式のシングル型超音波プローブを用いて高精細な検査画像を生成する。しかし、シングルスキャン方式のシングル型超音波プローブでは、ウェハ全面のスキャンを行うのに相応の時間を要する。
一方、超音波を用いて高速検査を実現するには、電子スキャン方式のアレイ型超音波プローブが有効である。しかし、電子スキャン方式のアレイ型超音波プローブでは、シングルスキャン方式のシングル型超音波プローブを用いるケースと比べて、生成される検査画像に係る解像度の低下、すなわち画質の低下が避けられない。
【０００４】
非特許文献１には、高感度検査を実現可能なシングルスキャン方式のシングル型超音波プローブ、及び高速検査を実現可能な電子スキャン方式のアレイ型超音波プローブの両者を同時に装着可能な超音波検査装置が開示されている。
また、特許文献１には、超音波による検査画像から欠陥抽出を行う検査技術が開示されている。特許文献１に係る検査技術では、超音波により取得した多層積層ウェハの接合界面の検査画像に基づいて、欠陥の影響を受けない基準ダイの画像を生成し、各ダイの画像と基準画像とを比較して、画像属性（明度）の差が大きい箇所に欠陥が存するとみなして表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１７－０７２５０１号公報
【非特許文献】
【０００６】
超音波検査装置FineSAT Hybrid、[online]、令和5年5月22日、インターネット＜ＵＲＬ:https://www.hitachi-power-solutions.com/product-site/finesat/products/finesat-hybrid/index.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に係る検査技術では、一般に、アレイ型超音波プローブとシングル型超音波プローブの各々により得られる分解能の異なる一対の検査画像に対し、一律の画像処理が施される。そのため、それぞれの検査画像より抽出される欠陥の種類は画像の分解能に依存する。しかし、ハイブリッド接合を用いたプロセスでは、発生する欠陥の種類が多様である。そのため、プロセス条件へのフィードバックを行うには、ウェハ全面に関する、プロセスに起因して発生するあらゆる種類の欠陥を、高速かつ高感度に把握することが求められる。この点、非特許文献１に係る検査技術では、かかる要請に応えることまではできていない。
【０００８】
特許文献１に係る検査技術では、ウェハの接合界面には共通の回路パターンをもつダイが規則的に形成されている現象を利用して欠陥検査を行う。詳しく述べると、まず、ウェハの接合界面の画像を、ダイ単位の複数枚の画像に分割する。次に、分割したダイ単位の複数枚の画像に統計処理を施し、その統計処理結果に基づいて、参照ダイ画像及びノイズを抑制する動的しきい値を生成する。そして、これらを用いて微小な接合欠陥を抽出する。しかし、前記の検査技術では、統計処理のための、複数の同じパターン構造領域の画像を必要とするため、検査完了に至るまで相応の時間を要することとなっていた。
【０００９】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、多層に積層された半導体ウェハを含む被検体に係る内部状態の検査を超音波を用いて高感度かつ高速に遂行可能な超音波検査装置及び超音波検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る超音波検査装置は、
多層に積層された半導体ウェハを含む被検体に係る内部状態の検査を超音波を用いて行う超音波検査装置であって、
前記被検体に係る検査対象範囲として第１の検査領域及び第２の検査領域をそれぞれ設定する設定部と、
前記第１の検査領域において第１の解像度を用いて第１の検査画像を取得すると共に、当該第１の検査画像に基づき第１の欠陥候補情報を取得する第１検査部と、
前記第２の検査領域において第２の解像度を用いて第２の検査画像を取得すると共に、当該第２の検査画像に基づき第２の欠陥候補情報を取得する第２検査部と、
前記被検体に係る内部状態の検査結果を出力する出力部と、を備え、
前記第２の検査領域は、前記第１の検査領域の範囲内であって当該第１の検査領域と比べて狭い範囲に設定され、
前記第２の解像度は、前記第１の解像度と比べて高い値に設定され、
前記出力部は、前記第１検査部により取得した前記第１の検査領域に係る第１の欠陥候補情報、及び前記第２検査部により取得した第２の欠陥候補情報を統合して前記被検体に係る内部状態の検査結果として出力することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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