(57)【要約】【課題】ウェハ膜強度を測定するにあたり、半導体ウェハ上に形成した膜に対して安定的にダメージを与えると共に、端部形状に対応させた膜強度の測定を可能にする。【解決手段】表面部に膜１が形成された半導体ウェハ２に、ダイシング加工、レーザ加工、エッチング加工等を適用して、膜１を切断する溝５を形成する。次いで、半導体ウェハ２上に溝５内を充填しつつ平坦化された樹脂層６を形成した後、溝５を境にして半導体ウェハ２をへき開する。この後、へき開した半導体ウェハ（試験片７）を冷却し、膜１の端部から剥がれが生じた温度から膜強度を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面部に膜が形成された半導体ウェハに、半導体加工法を適用して前記膜を切断する溝を形成する工程と、
前記半導体ウェハ上に前記溝内を充填しつつ平坦化された樹脂層を形成する工程と、
前記溝を境にして前記半導体ウェハをへき開させる工程と、
前記へき開した半導体ウェハを冷却し、前記溝内に位置する前記膜の端部から剥がれが生じた温度から膜強度を測定する工程と
を具備することを特徴とするウェハ膜強度の測定方法。
【請求項２】
請求項１記載のウェハ膜強度の測定方法において、
前記半導体加工法はダイシング加工、レーザ加工およびエッチング加工から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするウェハ膜強度の測定方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のウェハ膜強度の測定方法において、
前記膜は低誘電率絶縁膜を含むことを特徴とするウェハ膜強度の測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のウェハ膜強度の測定方法において、
さらに、前記樹脂層の前記溝の上部に位置する部分にへき開のきっかけとなる溝を形成する工程を具備することを特徴とするウェハ膜強度の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェハ上に形成された膜の強度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造するにあたって、半導体ウェハ上には各種の膜が形成される。このような膜の信頼性や実用性等を評価するために、膜強度の測定が行われている。半導体ウェハ上に形成された膜の強度を測定する方法（ウェハ膜強度の測定方法）としては、テープ剥離法、スクラッチ法、スタッドプル法、ピール法等が知られている（例えば特許文献１〜２参照）。しかし、これらの方法では特に密着力が低い膜の強度を定量的に測定することが難しい。そこで、ｍ−ＥＬＴ（modified Edge Liftoff Test）法が適用されるようになってきている。
【０００３】
例えば、半導体装置のファインピッチ化や高速化に対応するために、配線の低抵抗化を実現するＣｕ配線や配線間容量を低減する低誘電率（low-ｋ）の絶縁膜（low-ｋ膜）の適用が進められている。低誘電率絶縁膜（low-ｋ膜）には、例えばフッ素がドープされた酸化ケイ素（ＳｉＯＦ）膜、炭素がドープされた酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）膜、有機シリカ（organic-silica）膜、多孔質シリカ膜等が使用されている。low-ｋ膜は非常に脆く、また密着力が低いというような欠点を有している。このため、ｍ−ＥＬＴ法を適用してlow-ｋ膜の膜強度を定量的に測定することが行われている。
【０００４】
ｍ−ＥＬＴ法は以下のようにして実施される。まず、半導体ウェハ上に形成した膜にケガキペン等を使用してケガキする。次いで、ケガキした膜上にｍ−ＥＬＴ樹脂と呼ばれている樹脂（一般的にはエポキシ樹脂）を滴下し、ほぼ均一な厚さに馴染ませた後にキュアする。この後、ケガキした部分を境にして、半導体ウェハをへき開して試験片（推奨：12.5×12.5mm）とする。このような試験片を低温環境に晒し、ｍ−ＥＬＴ樹脂と共に試験片の端部から膜が剥がれた温度を測定する。この膜剥がれが生じた温度と樹脂の物性値から膜強度を求める。
【特許文献１】特開2002-122533号公報
【特許文献２】特開2003-068847号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のｍ−ＥＬＴ法において、ケガキペン等によるケガキでは膜にダメージが均一に入らず、また半導体ウェハのへき開歩留りも悪いというような問題がある。また、へき開できたとしても測定した膜強度にバラツキが生じやすい。さらに、従来のｍ−ＥＬＴ法は膜強度自体の指標にはなるものの、実際の半導体装置における膜強度を正確に評価することはできないという問題を有している。
【０００６】
すなわち、実際の半導体装置を製造するにあたっては、半導体ウェハを個片化してチップ化する際にチップ端部での膜へのダメージを極力低減するために、ダイシング加工、レーザ加工、ＲＩＥ加工等を駆使して、形状やガードリングからの距離等の各種条件を変化させて評価する必要がある。しかしながら、従来のｍ−ＥＬＴ法ではチップ端部の形状に対応した膜強度を測定することができず、これが実用的に一番の課題となっている。
【０００７】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、半導体ウェハ上に形成した膜に対して安定的にダメージを与えると共に、端部形状に対応させた膜強度を測定することを可能にしたウェハ膜強度の測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るウェハ膜強度の測定方法は、表面部に膜が形成された半導体ウェハに、半導体加工法を適用して前記膜を切断する溝を形成する工程と、前記半導体ウェハ上に前記溝内を充填しつつ平坦化された樹脂層を形成する工程と、前記溝を境にして前記半導体ウェハをへき開する工程と、前記へき開した半導体ウェハを冷却し、前記溝内に位置する前記膜の端部から剥がれが生じた温度から膜強度を測定する工程とを具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様に係るウェハ膜強度の測定方法は、表面部に膜が形成された半導体ウェハに実際の製造工程で使用される半導体加工法を適用して溝を形成し、この溝を境にして半導体ウェハをへき開するため、膜に対して安定的にダメージが与えられると共に、実際の半導体装置に対応させた端部形状を得ることができる。従って、端部形状に対応させた膜強度を精度よく測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態によるウェハ膜強度の測定工程を示す断面図である。まず、表面部に膜１が形成された半導体ウェハ（例えばＳｉウェハ）２を用意する。膜１の種類や材質等は特に限定されるものではなく、半導体装置を製造する際に適用される各種の膜を対象とすることができる。この実施形態のウェハ膜強度の測定方法は、特に密着強度が低い低誘電率絶縁膜の膜強度の測定に好適である。低誘電率絶縁膜は例えばＣｕ配線を有する回路部に使用される。図２はそのような回路部の一例を示すものであり、半導体ウェハ２上に形成された低誘電率絶縁膜３で層間絶縁されたＣｕ配線４を有している。
【００１２】
低誘電率絶縁膜３は例えば比誘電率が3.5以下の膜である。このような低誘電率絶縁膜３としては、フッ素がドープされた酸化ケイ素膜（ＳｉＯＦ膜）、炭素がドープされた酸化ケイ素膜（ＳｉＯＣ膜）、有機シリカ（organic-silica）膜、ＨＳＱ（hydrogen silsesquioxane）膜、ＭＳＱ膜（methyl silsesquioxane膜）、ＢＣＢ（benzocyclobutene）膜、ＰＡＥ（polyarylether）膜、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）膜、さらにはこれらの多孔質膜等が例示される。このような低誘電率絶縁膜３はそれら同士や半導体ウェハ２等に対する密着強度が低く、例えば15J/m2以下というような密着強度を有している。
【００１３】
上述したような膜１を有する半導体ウェハ２に溝５を形成する（図１（ａ））。溝５は少なくとも膜１が切断されるように形成する。このような溝５の形成工程は、半導体装置の製造工程で使用されている半導体加工法、例えばダイシング加工、レーザ加工、ＲＩＥ加工のようなエッチング加工等を適用して実施する。溝５の形状や数は特に限定されるものではなく、少なくともへき開の境となる溝５を有していればよい。また、溝５の加工法もダイシング加工、レーザ加工、エッチング加工等の半導体加工法を適用していればよく、これらを組合せて溝５を形成してもよい。いずれにしても、評価対象の半導体装置の端部形状に対応させて溝５を形成する。
【００１４】
図１は半導体ウェハ２をダイシング加工にてハーフダイシングして形成した溝５を示している。図３〜図６は他の溝形状を示している。すなわち、図３は半導体ウェハ２をレーザ加工にてハーフダイシングして形成した溝５Ａを示している。図４は半導体ウェハ２を幅広にハーフダイシングし、さらにその中央部を深くハーフダイシングした溝５Ｂ、すなわち段付き形状の溝５Ｂを示している。段付き形状の溝５Ｂはレーザ加工でハーフダイシングした後にダイシング加工で深くハーフダイシングして形成したり、あるいはダイシング加工で幅広のハーフダイシングと深いハーフダイシングとを行って形成することができる。また、ＲＩＥ加工を組合せることも可能である。
【００１５】
図５はレーザ加工である間隔を開けて2つの溝５Ｃを形成し、さらにそれらの間の中央付近にハーフダイシングして溝５Ｄを形成した状態を示している。図６はＲＩＥ加工である間隔を開けて2つの溝５Ｅを形成し、さらにそれらの間の中央付近にハーフダイシングして溝５Ｆを形成した状態を示している。なお、図５および図６では中央付近の溝５Ｄ、５Ｆがへき開時の境となる。また、図５および図６では3つの溝５を形成した場合を示しているが、溝５の数はこれより多くてもよい。
【００１６】
上述したように、溝５の形状や数は適宜に設定可能であり、また加工法も適宜に選択可能である。これらによって、実際に評価したい半導体装置の端部形状やガードリングからの距離等に対応させた溝５を得ることが可能となる。このような溝５を有する半導体ウェハ２上に透明樹脂を滴下し、溝５内に充填しつつほぼ均一な厚さに馴染ませた後にキュアすることによって、平滑で透明な樹脂層６を形成する（図１（ｂ））。樹脂層６にはｍ−ＥＬＴ樹脂と呼ばれている樹脂（一般的にはエポキシ樹脂）が用いられる。また、樹脂層６の厚さは例えば150μmとする。このような厚さで均一化した樹脂層６を形成する。
【００１７】
次いで、図１（ｃ）に示すように、溝５を境にして半導体ウェハ２をへき開して試験片（推奨：12.5×12.5mm）７を作製する。このように、溝５を境にして半導体ウェハ２をへき開することによって、試験片７の端部形状は溝５の形状に対応したものとなる。従って、溝５を実際の半導体装置の端部形状等に応じて形成することによって、評価したい半導体装置に対応させた端部形状を有する試験片７を得ることができる。すなわち、実際の半導体装置を製造するにあたっては、半導体ウェハを個片化する際に加わる膜ダメージを極力低減するような端部形状等を選択する必要があり、そのような端部形状の評価を行うことが可能な試験片７を得ることが可能となる。
【００１８】
半導体ウェハ２のへき開は、台の角等を利用して人力で行ったり、あるいはブレーキング装置等を用いて実施してもよい。この際、溝５は膜１に対して安定的にダメージを与えることが可能なダイシング加工、レーザ加工、ＲＩＥ加工等で形成しているため、膜強度の測定精度を向上させることができる。さらに、半導体ウェハ２のへき開歩留りも向上する。また、図７に示すように、へき開のきっかけとなる溝８を予め樹脂層６に形成しておいてもよい。このような溝８を形成しておくことで、半導体ウェハ２をより容易にへき開させることができる。溝８はＶ字溝やＵ字溝、あるいはベベルカット等であってもよい。
【００１９】
次に、図１（ｄ）に示すように、半導体ウェハ２をへき開して作製した試験片７を冷却ステージ９上に載置する。冷却ステージ９は図示を省略した温度コントローラで常温から低温（例えば-160℃程度）まで温度制御が可能とされている。このような冷却ステージ９を利用して、試験片７を常温から徐々に冷却する。温度変化率は例えば-2〜-8℃／分程度とする。試験片７を構成する樹脂層６は冷却されることで収縮し、膜１の端部（へき開された溝５内に位置する膜１の端部）に引き剥がし力が加わる。
【００２０】
そして、図１（ｅ）に示すように、樹脂層６による引き剥がし力が膜強度を超えると膜１の端部に剥がれが生じるので、この膜１に剥がれが生じた温度を記録する。膜１に剥がれが生じた温度は、例えばカメラで試験片７を連続的に観察することで容易に検出することができる。ここで、膜１に剥がれを生じさせた樹脂層６の引き剥がし力は樹脂層６の残留応力に等しく、この残留応力値は膜１に剥がれが生じた温度から求められる。従って、樹脂層６の厚さが膜１より十分に厚ければ、樹脂層６の残留応力値と厚さから膜１の膜強度（剥離強度）を求めることができる。
【００２１】
上述したように、この実施形態のウェハ膜強度の測定方法によれば、評価したい半導体装置の実際形状に応じた端部形状を溝５で実現した試験片７を用いて、膜１の膜強度（剥離強度）を測定することができるため、実際の半導体装置に対応する膜強度を評価することが可能となる。さらに、膜１に対するダメージが溝５で安定化されるため、膜強度の測定精度を向上させることができる。これらによって、例えば低誘電率絶縁膜のような密着強度が低い膜を有する半導体装置の信頼性、製造歩留り等を高精度にかつ実際的に評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態によるウェハ膜強度の測定工程を示す断面図である。
【図２】本発明が適用される膜の一構成例を示す断面図である。
【図３】半導体ウェハに形成した溝の構成例を示す断面図である。
【図４】半導体ウェハに形成した溝の他の構成例を示す断面図である。
【図５】半導体ウェハに複数の溝を形成した構成例を示す断面図である。
【図６】半導体ウェハに複数の溝を形成した他の構成例を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態で樹脂層にへき開のきっかけとなる溝を形成した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…膜、２…半導体ウェハ、３…低誘電率絶縁膜、５…溝、６…樹脂層、７…試験片、８…へき開のきっかけとなる溝、９…冷却ステージ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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