JP7194025B2 - ウェハ検査装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係るウェハ検査装置1の構成図である。図1に示すウェハ検査装置1は、ステージ10(ウェハ保持部)、照明20(照明部)、照明コントローラ30(光源調整部)、撮像部40、計算機50を有する。
ステージ10は、接合ウェハ100の剥離に影響を与えないように、接合ウェハ100全面でなく一部のみを保持し、接合ウェハ100の剥離部分にステージ10との接点はないようにする。接合ウェハ100を保持できれば、ステージ10の形状・機構・材質等は限定しない。例えば、チャック(静電チャック、バキュームチャック等)や、万力のようにウェハを挟むタイプのものでもよい。
また、接合ウェハ100は、図1に示すように、ブレード200がウェハAとウェハBとの間(Z=0とする)に挿入されることにより、部分的に、すなわち、図1においてY座標が小さい値から大きな値において剥離されている。ここで、図1において、Y座標の大きな値で示されている接合ウェハ100の剥離面のエッジであるクラックエッジを、クラックエッジCEとして示している。また、接合ウェハ100とブレード200とが接するエッジであるブレードエッジをブレードエッジBEとして示している。
なお、モータ300は、ブレード200を接合ウェハ100のウェハ挿入方向、すなわちY方向に移動させるものである。
なお、照明20は、図1に示すように、ステージ10の下側、すなわちZ<0の位置に配置され、接合ウェハ100のXY平面にウェハB側からLED光源の光を照射する。
カメラ40aは、InGaAsセンサーを備える短波赤外波長帯域に感度を持つカメラである。なお、カメラ40aは、感度があればセンサーはInGaAsセンサーに限定はしない。
レンズ40bは、短波赤外波長帯域の光を透過するレンズである。
すなわち、撮像部40は、光源の波長に対応する撮像条件を用いて接合ウェハ100を撮像する。ここで、光源の波長に対応する撮像条件とは、撮像部40の露光時間設定値(露光条件)、ゲインを含んだ撮像条件である。本実施形態では、波長設定値および電流値設定値(撮像条件)と、光源の波長に対応する撮像条件とを含んだ条件を、接合ウェハ100を撮像する際の撮像条件と言うことにする。
計算機50は、一般的なパソコンを示しており、カメラ40aとはGigEやCameraLink等の通信規格でつながり、カメラ40aからの撮像画像を取り込み可能である計算機である。また、照明コントローラ30とはEthernet(登録商標)やUSB、RS-232等の通信規格でつながり、波長ごとに流す電流値を設定可能である。
すなわち、撮像制御部50aは、撮像部40および照明コントローラ30(光源調整部)に対して、撮像条件を送信して、撮像部40および照明コントローラ30を制御する。
ここで、指標値は、(指標値1)クラックエッジCEの輝度のコントラスト、(指標値2)接合ウェハの内部の輝度のコントラスト、(指標値3)クラックエッジCEを検出する際のクラック検出再現性の3つがある。
これらの指標値1~3の計算方法について、以下に(1)~(3)として説明する。
指標値1の計算方法について、図2を参照しつつ説明する。
図2は、図1に示す指標値算出部50bが算出するクラックエッジCEの輝度のコントラストを指標値として算出する際の算出処理のフローを説明するための概略図である。
図2(a)は、撮像部40から指標値算出部50bへ入力される入力画像を表す。また、図2(b)は、入力画像からエッジ領域を抽出し、ラベリング(カラー化)した画像データを表す。また、図2(c)は、画像データからブレードエッジBEを検出した領域を表すブレードエッジBE領域データを表す。また、図2(d)は、画像データからクラックエッジCEを検出した領域を表すクラックエッジCE領域データを表す。また、図2(e)は、入力画像から輝度値の勾配強度を表す画像データを表す。
ここまでの、クラックエッジの検出方法は限定しない。ユーザがマウス等でクラックをなぞるようにしてクラックの座標を教示してもよいし、ユーザがウェハ内のクラックと平坦部のみを囲うようにROI(Region Of Interest)を設定することでブレード検出やラベリング処理を省いてもよいし、深層学習等によりクラックがあらかじめ教示されたデータを用いて学習された識別器でクラックを検出してもよい。
ここで、図3を参照しつつ図2(e)に表す画像データについて説明する。図3は、図2(e)に表す画像データを説明するための概略図である。図3において、図3(a)は、図2(a)に該当する入力画像を表す。また、図3(b)は、図2(e)に該当する勾配強度画像を表す。また、図3(c)は、図3(a)のA-A’線上の輝度値のプロファイルを表す。また、図3(d)は、図3(b)のB-B’線上の輝度値のプロファイルを表す。なお、図3(c)および図3(d)では、横軸はDistance(pixels)、縦軸はGray Valueを示し、A-A’またはB-B’に位置する各画素が持つ輝度値(黒に対応する0からグレイに対応する中間値を経て白に対応する255までの値)を示している。
図3(c)に示す入力画像の明るさの変化が大きい画素ほど、図3(b)の勾配強度画像においては、明るい(勾配が大きい)、すなわち、白または中間値に対応する輝度値を持つ画像(ブレードエッジBE側は明るく、クラックエッジCE側はやや暗めにした画像)となっている。
また、図3(c)に示す平坦部(輝度値の変化がない部分)の画素は、図3(b)の勾配強度画像においては、暗い、すなわち、黒に対応する輝度値を持つ画像となっている。
つまり、図3(b)で表す勾配強度画像(図2(e)に該当する勾配強度画像)は、図3(a)で表す入力画像(図2(a)に該当する入力画像)の輝度値の変化を濃淡で表す画像となっている。
ただし、輝度値が所定値より高い、もしくは、低い画素が一定数以上ある場合は、指標値の計算対象から除外する。画像が明るすぎる、もしくは、暗すぎる場合は検査に不向きなので除外するための処理である。また、クラックエッジCEを検出する際に、所定以上の画素を有するラベルがない場合も除外とする。クラックエッジCEが写っておらず、エッジ抽出をしてもノイズやごみしか抽出されない場合に除外するための処理である。
指標値2の計算方法について説明する。
接合ウェハ100内部の輝度のコントラストを指標値2として求める。
接合ウェハ100内部領域の抽出は、しきい値処理や、K-means法やMean-shift法等による領域分割をし、背景:明、ブレード:暗、ウェハ:中間の輝度を持つ特徴からウェハ領域を求める。
他には、ユーザがウェハの境界を引くことでウェハ領域を教示してもよい。Contamination、ブレード挿入前から生じているクラックや、Void等の観察対象のクラック以外に大きくコントラストを変化させる要因がない場合は、指標値2は指標値1と比較して簡便に指標値を求めることができる。
指標値3の計算方法について説明する。
1つの条件(波長、電流)につき、複数回撮像し、指標値計算方法1と同様にクラックエッジCEを求める。そして、複数回撮像した画像におけるクラックエッジのばらつきを指標値3として求める。ばらつきは、クラックエッジCEの座標の標準偏差や、(最大値-最小値)で求める。もしくは、クラックエッジCEからブレードエッジBEまでの距離のばらつき(座標と同様に標準偏差や(最大値-最小値))を指標値3としてもよい。
なお、推奨指標値3が小さい場合は、クラック検出再現性が高い場合に対応し、推奨指標値3が大きい場合は、クラック検出再現性が低い場合に対応する。すなわち、指標値3の大小は、クラック検出再現性の高低に対応する。
具体的には、撮像制御部50aは、照明コントローラ30(光源調整部)および撮像部40に対して、撮像条件を送信して、照明コントローラ30および撮像部40を制御する際、波長設定値、露光時間設定値を固定し、複数の電流設定値を変化させる電流値ループにより照明コントローラ30を制御している。
撮像制御部50aが、当該電流値ループにより電流値設定値を送信し、撮像部40が撮像した後、指標値算出部50bは、指標値(指標値1~指標値3のうちのいずれか一つ)を算出する(後に図4を参照して述べるステップS6における動作)。
ここで、ピークが存在するとは、横軸に電流値、縦軸に指標値としたグラフを書いた時に凸状(指標値1,2の場合)、もしくは、凹状(指標値3の場合)となることを意味する。なお、ピークが存在しない場合は、平坦部のみ、或いは単純増加・減少となる場合、もしくは、全電流値において指標値の計算対象から除外する場合を意味する。
そして、ピークが存在しない場合は、撮像制御部50aは、波長設定値および電流設定値を固定した状態で撮像部40の露光時間(露光条件)を変化させる露光時間ループに進む(後に図4を参照して述べるステップS8における動作)。
そして、撮像制御部50aは、照明コントローラ30(光源調整部)および撮像部40に対して、選択された指標値に対応する撮像条件を送信して、撮像部40に接合ウェハ100を撮像させる(後に図4を参照して述べるステップS12における動作)。
ここで、指標値算出部50bは、例えば、上記指標値計算方法1と同様にしてブレード領域を抽出する。そして、ブレード領域内のエッジに対してハフ変換をすることで直線を求め、この直線をブレード線(ブレードエッジBE)とする。また、指標値計算方法1と同様にしてクラックエッジCEを求め、ブレードエッジBEからクラックエッジCEまでの距離に、さらに、切刃の長さを足した距離をクラック距離とする。そして、クラック距離と、接合ウェハ100の厚さ、ブレード200の厚さ、ヤング係数から接合強度を算出する。
図4は、本発明の一実施形態に係るウェハ検査装置1が、接合強度を算出する際に実行する処理を示すフローチャートである。
ステージ10が接合ウェハ100を保持する(ステップS1)。
ブレード挿入を実行する(ステップS2)。具体的には、モータ300の制御によりブレード200をウェハ挿入方向(図1に示すY方向)へ移動させブレード200を接合ウェハ100に対して挿入し、接合ウェハ100の一部を剥離させる。なお、接合ウェハ100が完全に剥離した場合や、接合強度が強くブレードが挿入できない場合は、接合強度検査の対象外とする。
具体的には、撮像制御部50aは、照明コントローラ30に対して波長設定値(撮像条件の一つ)を送信する。照明コントローラ30は、波長設定値が表す波長のLEDを光源として有する照明20から、波長設定値が表す波長の光を接合ウェハ100に対して照射させる。
具体的には、撮像制御部50aは、照明コントローラ30に対して電流値設定値(撮像条件の一つ)を送信する。照明コントローラ30は、S3により固定された波長設定値が表す波長のLEDを光源として有する照明20から、波長設定値ごとに異なる電流値設定値が表す電流を流させて、ステップS3により固定された波長設定値が表す波長の光を接合ウェハ100に対して照射させる。
この指標値は、上述したように、指標値1~3の3つがある。
具体的には、撮像制御部50aは、撮像部40におけるカメラ40aに対して露光時間設定値(撮像条件の一つ)を送信する。カメラ40aは、露光時間設定値が表す露光時間により接合ウェハ100を撮像する。
この指標値は、上述したように、指標値1~3の3つがある。
ここで、ステップS7において推奨指標値が算出できたということは、ステップS6における波長設置値に対応する複数算出された指標値が、ピークを持っていたことを示し、推奨指標値が算出できないということは、ステップS6における波長設置値に対応する複数算出された指標値が、ピークを持っていなかったことを意味する。
そのため、上記選択に使われるステップS6、S10で算出された指標値は、波長設定値に対応する推奨指標値が算出されなかった指標値を指す。一方、ステップS7で算出された推奨指標値は、言葉通り、波長設定値に対応する推奨指標値がステップS7において算出された推奨指標値を指す。
そこで、指標値算出部50bは、指標値1、2の場合は複数算出された指標値および推奨指標値のうち最大となる指標値を選択し、指標値3の場合は複数算出された指標値および推奨指標値のうち最小となる指標値を選択することとした。
すなわち、指標値算出部50bは、所定の条件により、指標値および推奨指標値のうちから、1つの指標値を選択する。
これにより、撮像した接合ウェハ100において、複数算出された指標値および推奨指標値のうちから最良な指標値(1つの指標値)を取得することが可能となる。
すなわち、従来技術では、上記説明におけるステップS3-S11がなく(すなわち、撮像制御部50a、指標値算出部50bがなく)、いかなる接合ウェハに対しても同じ波長の照明条件が使用されていた。しかし、ウェハやウェハ上の膜の材質が変わると、反射率や吸収率が変化しクラックの写りが悪化する場合があった。本発明によれば、クラックのコントラスト(指標値1,2)、もしくは、クラックの検出性能(指標値3)がよい波長を選択し検査するため、いかなるウェハの材質であってもクラックの描画能を低下させることなく接合強度を高精度に検査可能となる。
また、例えば、撮像部のゲイン値ループを採用してもよい。ゲイン値ループは、電流値ループ、もしくは、露光時間ループの差し替えでもよいし、追加してもよい。電流値ループ、露光時間ループ、ゲイン値ループは、いずれも画像の明るさを調整するためのループであり、画像の明るさを調整するために採用するループは限定しない。
また、照明は短波近赤外波長帯域を含む広帯域な光を発するハロゲンランプやLEDを有し、バンドパスフィルタを用いて波長を限定してもよい。
Claims (7)
- ブレードが挿入されクラックが生じている接合ウェハを保持するウェハ保持部と、
少なくとも2つの波長の光源を有する照明部と、
前記接合ウェハに写る前記クラックの検出に用いる前記照明部の光源を、撮像条件に基づいて選択する光源調整部と、
前記光源の波長に感度を有し、前記光源の波長に対応する前記撮像条件を用いて前記接合ウェハを撮像する撮像部と、
前記撮像条件のうち一つの撮像条件を選択して、選択された撮像条件を送信して撮像する前記接合ウェハの画像から抽出されるブレードエッジからクラックエッジまでの距離に、さらに、切刃の長さを足したクラック距離、に基づいて接合強度を算出する計算機と、
を有するウェハ検査装置。 - 前記一つの撮像条件は、前記撮像部が撮像した前記接合ウェハの画像において、前記撮像条件に対応する指標値を算出し、算出された前記指標値が示す撮像条件である、
請求項1に記載のウェハ検査装置。 - 前記計算機は、
前記撮像部および前記光源調整部に対して、前記撮像条件を送信して、前記撮像部および前記光源調整部を制御する撮像制御部と、
前記撮像部が撮像した前記接合ウェハの画像において、前記接合ウェハと前記ブレードとが接するエッジである前記ブレードエッジから最も遠く、所定以上の画素を有するエッジである前記クラックエッジが持つ、前記撮像条件に対応する前記指標値を算出し、
前記指標値のうちピーク値である指標値と判定される推奨指標値を算出し、
前記指標値または前記推奨指標値のうちから、所定の条件により指標値を選択する指標値算出部と、
前記撮像制御部が、前記選択された指標値が示す前記撮像条件を送信して撮像する前記接合ウェハの画像から抽出される、前記ブレードエッジから前記クラックエッジまでの距離に、さらに、切刃の長さを足した前記クラック距離、に基づいて接合強度を算出する接合強度算出部と、
を有する請求項2に記載のウェハ検査装置。 - 前記指標値は、前記クラックエッジの輝度のコントラスト、前記接合ウェハの内部の輝度のコントラスト、または前記クラックエッジを検出する際のクラック検出再現性である、
請求項3に記載のウェハ検査装置。 - 前記撮像制御部は、前記照明部の波長、及び電流値を変化させる前記撮像条件を送信して、前記照明部および前記撮像部を制御し、
前記指標値算出部は、前記撮像条件のうち前記照明部の複数の波長に対して求められる前記推奨指標値を複数算出し、
算出された前記複数の推奨指標値のうち、
前記推奨指標値が前記クラックエッジの輝度のコントラスト、または前記接合ウェハの内部の輝度のコントラストである場合、前記推奨指標値のうち最も大きい推奨指標値を選択し、
前記推奨指標値が、前記クラックエッジを検出する際のクラック検出再現性である場合、当該クラック検出再現性の高低に対応する、前記推奨指標値のうち最も小さい推奨指標値を選択し、
前記撮像制御部は、選択された推奨指標値が示す前記撮像条件を送信して前記照明部および前記撮像部を制御する、
請求項3または請求項4に記載のウェハ検査装置。 - 前記指標値算出部が、前記推奨指標値を前記複数の波長のうち少なくとも1つの波長に対して算出できない場合、
前記撮像制御部は、前記照明部の複数の波長のうち前記推奨指標値が算出できなかった波長に対して前記撮像部の露光条件を変化させる撮像条件を送信して、前記照明部および前記撮像部を制御し、
前記指標値算出部は、前記撮像条件のうち前記撮像部の露光条件に対応する複数の指標値を算出し、
前記指標値が、前記クラックエッジの輝度のコントラスト、または前記接合ウェハの内部の輝度のコントラストである場合、前記複数の指標値、および前記推奨指標値が算出できた場合の推奨指標値を含んだ複数の指標値のうち最も大きい指標値を選択し、
前記指標値が、前記クラックエッジを検出する際のクラック検出再現性である場合、前記複数の指標値、および前記推奨指標値が算出できた場合の推奨指標値を含んだ複数の指標値のうち最も小さい指標値を選択し、
前記撮像制御部は、選択された指標値が示す前記撮像条件を送信して前記照明部および前記撮像部を制御する、
請求項5に記載のウェハ検査装置。 - 前記照明部が有する光源は、短波赤外波長帯域の波長である、
請求項1から請求項6いずれか一項に記載のウェハ検査装置。
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