接合ボイドの検査、装置は4種類に分担｜接合前に粒子、接合後にボイドとずれ

hybrid bondingの検査は、1台の装置では完結しない。測るものが接合の前と後で違い、接合の前には粒子と銅パッドのへこみを、接合の後にはボイド、位置ずれ、電気的なつながりを、それぞれ別の測り方で確かめる。当サイトが各社の公開資料から整理すると、装置は接合前の表面検査、接合後の赤外線か超音波の検査、全ダイのずれを測る計測機、電気テストの4つに分かれる。

どの検査が効くかを示す例がある。接合技術のライセンス会社Adeiaの試作では、電気歩留まりの損失の99%超がボイドに対応し、ボイドの大半は中心に粒子を抱えていた¹。この試作では、接合後に見つかったボイドの種が、接合の前に表面へ載った粒子だった。

接合前は、粒子と銅パッドのへこみを測る

hybrid bondingとは、銅パッドを埋めた絶縁膜どうしを、はんだを挟まずに直接貼り合わせる接合を指す。間に何も入らないので、表面の粒子1つがそのまま未接合の空洞になる。Onto Innovationは接合前の検査として、複数の3Dセンサーで粒子の高さを測り、2 µmの粒子まで拾う²方法を挙げている。

もう1つは、CMPで磨いた後の銅パッドのへこみ（recess）だ。へこみが深すぎると、加熱で銅が膨らんでも上下のパッドが触れない。imecは2 µmピッチのダイ・ウェーハ接合で、へこみを2.5 nm未満に抑えるようCMPを最適化した³。Ontoはこの量を、光の散乱から形を求めるOCD計測で非接触に測るとする²。

接合前の2つと接合後の3つで、測り方も装置も分かれる。

接合後のボイドは、赤外線と超音波で探す

貼り合わせたシリコンは赤外線を通すので、接合面の空洞を外から見られる。EVGのEVG20は、ウェーハ全体を赤外線の透過像で一度に写し、半径500 µmまでのボイドを見つけ、Maszara法で接合強度も測る⁴。もともとウェーハ全面を貼る融着接合に合わせた装置だ。

hybrid bondingでは、もっと小さなボイドが問題になる。imecの実験では、直径25 µmの粒子が直径約700 µmのボイドを作った⁵。Ontoは接合後の検査として、高速の赤外線検査で全ウェーハを調べ、絶縁膜の2 µmのボイドまで拾う²方法を示す。超音波顕微鏡（SAM）には、解像度と速さの取り合いがある。imecの評価では、175 MHzの探触子なら厚さ775 µmのまま300 mmウェーハ全面を速く走査できるが、ボイドの境界はぼやけた。400 MHzでは細かいボイドまで見えたものの、上側のシリコンを50 µmまで削る必要があった⁵。175 MHzは全面の走査向き、400 MHzは細部の観察向きという結果だった。不良の原因を詰める段階では、AdeiaはCSAM、赤外線顕微鏡、断面SEMを組み合わせて¹1つずつ調べた。

位置ずれは、全ダイを専用機か接合機の中で測る

ダイ・ウェーハ接合では、ダイごとに置き方がずれるので、抜き取りでは足りない。EVGは2025年9月、300 mmウェーハ上の全ダイのずれを測る専用機EVG40 D2W⁶を発表した。赤外線で接合面の合わせマークを読み、4分で最大2,800点を測る。EVGは、ウェーハ接合用の計測機を流用すると測定点を減らすしかなく、接合機に組み込んだ計測は柔軟さと精度が足りない⁶と主張する。

BesiのDatacon 8800 CHAMEO ultra plus ACは、接合機の中の赤外線検査で、材料を取り出さずに配置精度を確かめる⁷。Applied MaterialsとBesiが2025年10月に発表したKinexは、装置内の計測でずれの測定とドリフトの検出を速める⁸。製品の並びで見ると、EVGは接合機と別の専用機を、BesiとApplied Materialsは接合機の中の計測を出している。必要なずれの大きさはhybrid bondingの位置合わせ精度を整理した記事にまとめた。

最後は電気で確かめる

接合の良否を最終的に決めるのは、電気がつながるかどうかだ。imecの2 µmピッチの試作では、Kelvin構造の電気歩留まりが85%超、daisy chainが70%超だった³。光学や赤外線の検査で見えた不良が電気的な不良になるかは、この測定で突き合わせる。

ASMLの2機種は、製品ページで前工程の用途として載っている。YieldStar 1390はエッチング後のデバイス上でoverlayを測る⁹計測機、HMI eScan 430は電子線でパターン不良と電気的な不良を探す検査機で、用途に3D NANDやDRAMの製造を挙げる¹⁰。前工程の装置の分担は検査・計測装置の役割分担にまとめた。ボイドを減らす洗浄と待ち時間の管理はボイドと洗浄の記事に、ボイドの見え方は用語集のボンドボイドにある。

関連ページ

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• 後工程Hybrid Bondingの歩留まり・信頼性
• 装置・品質検査・計測・オーバーレイ装置の役割分担
• 装置・品質歩留まりと欠陥管理

出典

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1. 1
   Adeia：量産向けダイ・ウェーハ接合の条件とボイド解析（IMAPS、2023年3月）imapsource.org ↩ab
2. 2
   Onto Innovation：hybrid bondingの工程管理と検査（2026年10月閲覧）ontoinnovation.com ↩abc
3. 3
   imec：2 µmピッチのダイ・ウェーハ接合（2024年5月、EE Journal転載）eejournal.com ↩ab
4. 4
   EV Group：EVG20赤外線検査装置の製品仕様（2026年10月閲覧）evgroup.com ↩
5. 5
   imec：粒子が作るボイドの大きさと超音波顕微鏡の周波数（ECS J. Solid State Sci. Technol.、2022年）imec-publications.be ↩ab
6. 6
   EV Group：全ダイのずれを測るEVG40 D2W（2025年9月）evgroup.com ↩ab
7. 7
   Besi：Datacon 8800 CHAMEO ultra plus ACの製品仕様（2026年10月閲覧）besi.com ↩
8. 8
   Applied Materials：Kinex接合装置の発表（2025年10月）mfn.se ↩
9. 9
   ASML：YieldStar 1390の製品ページ（2026年10月閲覧）asml.com ↩
10. 10
    ASML：HMI eScan 430の製品ページ（2026年10月閲覧）asml.com ↩