(57)【要約】      （修正有）【課題】多数の半導体チップが形成された半導体基板において、各半導体チップに形成された部材の高さ測定を精度よく行う。【解決手段】半導体基板に形成された多数の半導体装置１における、各半導体装置に形成された被測定部材２の高さを測定する半導体基板の高さ測定方法であって、上記半導体装置に設けられている基準部材３の高さを測定する第１測定工程と、当該半導体装置に設けられている被測定部材の高さを測定する第２測定工程と、上記基準部材の高さの測定結果に基づいて基準高さを設定する基準設定工程と、上記基準高さに対する上記被測定部材の相対高さを算出する算出工程とを含むことを特徴としている。【選択図】図１
2008117797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の半導体装置を備える半導体基板であって、上記半導体装置に形成された部材の高さの比較基準となる基準高さを決定するための基準部材が各々の上記半導体装置に設けられていることを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
上記基準部材は、各々の上記半導体装置に２箇所以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
上記各半導体装置には、一方向に連続して配置された複数の突起電極が設けられており、
複数の上記突起電極に対して上記一方向の両側となる位置に上記基準部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
上記基準部材は、少なくとも一部が外部に露出していることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項５】
上記基準部材における外部に露出している領域は、少なくとも一方向の幅が２０μｍ以上であり、上記一方向に直交する方向の幅が１０μｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の半導体基板。
【請求項６】
上記基準部材は、上記半導体装置の最上層に形成される金属部材であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項７】
上記基準部材は、入射される光を反射率５０％以上で反射することを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項８】
上記基準部材は、上記半導体基板の基板面法線方向から見て、上記半導体装置に設けられる配線および能動素子と重畳しない領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項９】
上記半導体装置は、配線、能動素子、または配線および能動素子と、絶縁層と、上記基準部材とが基板側から基板から離れる方向に向かってこの順で積層されており、
上記絶縁層における上記基準部材と接する領域は、平坦化処理を成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項１０】
上記基準部材は、上記各半導体装置に複数個設けられており、上記各基準部材は、上記半導体装置の周縁部に互いに離間して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項１１】
上記基準部材は、上記各半導体装置に３個以上設けられており、上記基準部材のうちの２つを結ぶ直線から離間した位置に、少なくとも１つの上記基準部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項１２】
一方向に連続して配置された複数の突起電極と、この突起電極の高さの比較基準となる基準部材とを備えた半導体装置であって、
上記基準部材は、複数の上記突起電極に対して上記一方向の両側となる位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
半導体基板に形成された多数の半導体装置における、各半導体装置に形成された被測定部材の高さを測定する半導体基板の高さ測定方法であって、
上記半導体装置に設けられている基準部材の高さを測定する第１測定工程と、
当該半導体装置に設けられている被測定部材の高さを測定する第２測定工程と、
上記基準部材の高さの測定結果に基づいて基準高さを設定する基準設定工程と、
上記基準高さに対する上記被測定部材の相対高さを算出する算出工程とを含むことを特徴とする半導体基板の高さ測定方法。
【請求項１４】
上記第１測定工程および第２測定工程は、
上記半導体基板に光を照射する工程と、
上記半導体基板からの上記光の反射光を検出する工程と、
上記光を照射する位置と上記反射光を検出した位置とに基づいて、上記光を反射した位置の高さを算出する工程とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の高さ測定方法。
【請求項１５】
上記第１測定工程において、
それぞれの上記基準部材における互いに異なる複数箇所の高さを測定し、これら複数箇所についての高さ測定値の平均値を当該基準部材の高さとすることを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の高さ測定方法。
【請求項１６】
上記各半導体装置には上記基準部材が２個以上備えられており、
上記第１測定工程において上記各基準部材の高さを測定し、
上記基準設定工程において上記各基準部材の高さを測定結果に基づいて上記基準高さを設定することを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の高さ測定方法。
【請求項１７】
上記各半導体装置には上記基準部材が３個以上備えられ、上記基準部材のうちの２つを結ぶ直線から離間した位置に少なくとも１つの上記基準部材が設けられており、
上記第１測定工程において上記各基準部材の高さを測定し、
上記基準設定工程において上記各基準部材の高さ測定値に基づいて上記基準高さを設定することを特徴とする請求項１３に記載の半導体基板の高さ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高さ測定の測定精度を向上させるための高さの基準点を備えた半導体基板、半導体装置、および半導体基板の高さ測定方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話情報端末などの電子機器において小型軽量化が進んでおり、それに呼応してこれらの電子機器に組み込まれる半導体集積回路自体にも、小型軽量化や高密度実装化が求められている。
【０００３】
半導体集積回路等（以下、半導体装置と称する）の小型化および高密度実装化を達成する有力な方法として、実装用の突起電極（所謂バンプ）を用いる方法が広く用いられている。この方法では半導体装置表面の所定の位置に、メッキ技術を応用して金（Ａｕ）によるバンプを形成し、このバンプを利用して半導体装置を実装基板に直接実装するようになっている。そのため、バンプ高さのバラツキを低減するニーズが高まっている。
【０００４】
バンプ形成のプロセスフローの一例として、メッキ法の一例を図１１に示す。図１１（ａ）では、まず半導体装置が多数組み込まれた半導体の基板１０１（シリコン基板）の表面に保護膜１０５を塗布する。次にバンプ１０２を形成させるべき箇所の保護膜１０５を開口して、該半導体の基板１０１において予め堆積させておいた下地金属膜１０３（アルミニウムパッド）を露出させる。
【０００５】
次に、図１１（ｂ）のように、上記保護膜１０５および上記下地金属膜１０３の上にバリア・メタル１０４を形成する。さらに図１１（ｃ）のように、上記バリア・メタル１０４の上にフォトレジスト膜１０６を形成し、バンプ１０２を形成させるべき箇所を開口させる。
【０００６】
次に、図１１（ｄ）のように上記半導体の基板１０１をメッキ液に浸す。上記工程によって、上記フォトレジスト膜１０６の開口部分である露出した下地金属膜１０３上にメッキ金属（バンプ１０２）が析出する。図１１（ｅ）のように上記フォトレジスト膜１０６および上記バリア・メタル１０４を上記基板１０１から取り除くことにより、バンプ１０２が形成される。析出させる金属は、例えば金（Ａｕ）などである。
【０００７】
上記のようなメッキ法には、電解メッキ法と無電解メッキ法との２つの方法があるが、バンプの形成には、通常電解メッキ法が用いられている。電解メッキ法では、メッキをすべき基板を陰極に接続し、基板と陽極電極とを対向させてメッキ液中に浸漬させる。その後、所定の直流電圧を印加して基板上の所定の位置にメッキ金属を析出させる。電解メッキ法は、無電解メッキ法に比べてメッキの成長速度が格段に速いという特徴がある。また。下地金属とメッキ液との組合せの自由度が大きいこと等によって、バンプに必要な数十μｍの厚みのメッキ層を容易に形成することができる。
【０００８】
上記のように形成されるバンプを用いて半導体装置を実装基板に実装する方法では、バンプと実装基板との接続強度の確保や、接続に係る実装基板の信頼性確保の為に、半導体装置の表面に形成されるバンプの高さ、つまりメッキの厚さが、半導体装置内はもとより半導体基板内で均一であることが必要不可欠である。
【０００９】
また、形成されたメッキ厚さを測定するための測定精度として必要な精度は、基板内で要求される基板の厚さの均一性以上に高精度でなければならない。
【００１０】
メッキの厚さ(バンプ１０２の高さ）を測定する方法として、従来より（１）接触式の段差測定機によって測定する方法、（２）顕微鏡のフォーカスの焦点深度より高さを読み取る方法、（３）レーザを用いてバンプの高さを測定する方法などが用いられている。
【００１１】
なお、上記（１）の方法では、個々のバンプ１０２を１個づつ測定するため、測定精度は触診式の針の形状に依存する。また、接触することによって高さを測定するため、被測定物を傷つける懸念がある。
【００１２】
また、上記（２）の方法では、フォーカスを読み取るための測定精度を確保することが難しいと共に、大量のバンプ１０２を読み取る場合の測定スピードが遅いという問題がある。
【００１３】
上記（３）の方法としては、例えば測定対象であるバンプに斜め上からレーザ光を照射し、その反射光を位置検出素子で受光し、該位置検出素子上での受光位置から三角測量法によりウエハ全面のバンプ高さを測定する方法が知られている（特許文献１，２、非特許文献１参照）。
【００１４】
なお、非特許文献１には、所定間隔だけ離して同一基盤上に設置した２つの測定プローブを被測定面に沿って走査し、これらの２つの測定プローブの測定信号の差をとることによって、基盤の走査に伴う測定誤差をキャンセルし、その上で、２つの測定プローブの測定信号の差から、データ処理により被測定表面の形状を求める方法（inclination method、two-point method、及びこれらを改良した combined method）が開示されている。
【００１５】
上記（３）の方法では、被測定物を傷つける恐れはなくなり、またフォーカスを合わせ直す必要もないので測定スピードについても向上すると考えられる。
【特許文献１】特開２００３−６５７２８号公報（平成１５年（２００３年）３月５日公開）
【特許文献２】特開２００１−１３３２４３号公報（平成１３年（２００１年）５月１８日公開）
【非特許文献１】Satoshi Kiyono and Wei Gao 著、「Profile measurement of machined surface with a new differential method」、Precision Engineering誌、Vol.16, No.3 (July 1994) P.212-218
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記従来の構成では、半導体ウエハに反りや傾きが生じた場合などに、バンプの高さを精度よく測定できないという問題がある。
【００１７】
つまり、従来の測定方法では、バンプの高さを特定するための基準高さを、当該バンプに隣接する基板表面の高さ、あるいは測定器具の設置高さに基づいて設定していた。このため、例えば、多数のバンプを有する多数の半導体チップを１つの半導体ウエハ上に形成する場合などに、半導体ウエハの反りや傾きが生じると、各バンプの高さを精度よく測定できないという問題が生じていた。
【００１８】
一般に、半導体チップにはトランジスタなどの能動素子や配線などが形成され、これら各部材は、それぞれの機能を保持するために絶縁層などで覆われる。このような構成では、形成される素子などによってチップの表面形状が変化したり、表面の硬度や光の反射率などが変化したりする。このため、バンプの高さを特定するための基準高さを、当該バンプに隣接する基板表面の高さに設定すると、表面形状、表面の硬度、表面の光の反射率などのばらつきによって測定精度が低下してしまう。また、チップ間に段差の激しいスクラブラインがある場合には、その影響を受けてしまう。
【００１９】
また、バンプの高さを特定するための基準高さを、測定器具の設置高さを基準として設定すると、半導体ウエハの反りや傾きが生じた場合に、測定器具と半導体チップ上の各バンプとの相対距離が変化することになるので、バンプの高さを精度よく測定できない。
【００２０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、多数の半導体チップが形成された半導体基板において、各半導体チップに形成された部材の高さ測定を精度よく行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の半導体基板は、上記課題を解決するために、多数の半導体装置を備える半導体基板であって、上記半導体装置に形成された部材の高さの比較基準となる基準高さを決定するための基準部材が各々の上記半導体装置に設けられていることを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、上記半導体装置に形成された部材の高さの比較基準となる基準高さを決定するための基準部材が各々の上記半導体装置に設けられている。これにより、上記半導体装置に形成された部材の高さを、当該部材が備えられる半導体装置に設けられた上記基準部材の高さ測定値に基づいて設定される基準高さを基準として相対的に測定できる。したがって、上記半導体基板に反りや傾きが生じた場合であっても、各半導体装置に形成された部材の高さを精度よく測定できる。
【００２３】
また、上記基準部材は、各々の上記半導体装置に２箇所以上設けられている構成であってもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、上記基準部材に基づいて設定される基準高さを、上記半導体装置に２箇所以上設けられている上記基準部材によって設定できる。このように、複数の基準部材の高さ測定結果に基づいて基準高さを設定することで、各基準部材の高さの測定誤差の影響を軽減し、各半導体装置に形成された部材の高さをより精度よく測定できる。また、上記各基準部材の隣接方向に半導体基板の反りや傾きが生じている場合であっても、この半導体基板の反りや傾きの影響を小さくすることができるので、各半導体装置に形成された部材の高さをより精度よく測定できる。
【００２５】
また、上記各半導体装置には、一方向に連続して配置された複数の突起電極が設けられており、複数の上記突起電極に対して上記一方向の両側となる位置に上記基準部材が設けられている構成としてもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、複数の上記突起電極に対して上記一方向の両側となる位置に基準部材が設けられているので、上記一方向に半導体基板の反りや傾きが生じている場合であっても、この半導体基板の反りや傾きの影響を小さくすることができる。したがって、上記一方向に半導体基板の反りや傾きが生じている場合であっても、上記各突起電極の高さを精度よく測定できる。
【００２７】
また、上記基準部材は、少なくとも一部が外部に露出している構成としてもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、基準部材の少なくとも一部が外部に露出しているので、基準部材上に他の部材（例えば絶縁膜等）が形成されている場合に比べて、高さ測定に対する他の部材の影響を低減できるので、基準部材の基準高さを高精度で測定することができる。例えば、基準部材に照射した光の反射光を検出してこの基準部材の高さを測定する測定方法を用いる場合、基準部材を露出させておくことにより、基準部材での光の反射率が増し、反射される光の量が増えるので、基準部材の高さの測定精度を増すことができる。
【００２９】
また、上記基準部材は、上記基準部材における外部に露出している領域は、少なくとも一方向の幅が２０μｍ以上であり、上記一方向に直交する方向の幅が１０μｍ以上であってもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、上記基準部材における外部に露出している領域が、少なくとも一方向の幅が２０μｍ以上であり、上記一方向に直交する方向の幅が１０μｍ以上であるので、基準部材に照射した光の反射光を検出してこの基準部材の高さを測定する測定方法を用いるとともに、上記光のスポット径を１０μｍ以下とすることで、上記基準部材における異なる複数箇所について高さを測定することができる。これにより、基準部材の高さ測定にかかる測定誤差を減らすことができ、基準高さの測定精度を向上させることができる。
【００３１】
また、上記基準部材は、上記半導体装置の最上層に形成される金属部材であってもよい。
【００３２】
上記の構成によれば、基準部材が半導体装置の最上層に形成される金属部材である。すなわち、この基準部材は外部に露出しているので、基準部材上に他の部材（例えば絶縁膜等）が形成されている場合に比べて、高さ測定に対する他の部材の影響を低減できるので、基準部材の基準高さを高精度で測定することができる。例えば、基準部材に照射した光の反射光を検出してこの基準部材の高さを測定する測定方法を用いる場合、基準部材を露出させておくことにより、基準部材での光の反射率が増し、反射される光の量が増えるので、基準部材の高さの測定精度を増すことができる。また、上記の構成によれば、基準部材が金属部材であるので、光の反射率が高いため、基準部材に照射した光の反射光を検出してこの基準部材の高さを測定する測定方法を用いることで、高さ測定の精度をさらに増すことができる。
【００３３】
また、上記基準部材は、入射される光を反射率５０％以上で反射することが好ましい。ここで、上記反射率とは、入射した光の強度に対する反射光の光の強度のことである。
【００３４】
上記の構成によれば、上記基準部材での入射される光の反射率が５０％以上であるので、例えば基準部材に照射した光の反射光を検出してこの基準部材の高さを測定する測定方法を用いる場合に、反射光を精度よく検出することができ、基準部材の高さの測定精度を増すことができる。
【００３５】
また、上記基準部材は、上記半導体基板の基板面法線方向から見て、上記半導体装置に設けられる配線および能動素子と重畳しない領域に設けられていることが好ましい。
【００３６】
これにより、上記基準部材が上記半導体装置に設けられる配線および能動素子とは重畳しない領域に設けられるので、半導体装置表面における平坦性の高い領域に基準部材を設けることができる。これにより、配線または能動素子が半導体装置の表面の平坦性を低下させ、それによって基準部材の高さにばらつきが生じることを防止できる。したがって、基準高さをより精度よく設定できる。
【００３７】
また、上記半導体装置は、配線、能動素子、または配線および能動素子と、絶縁層と、上記基準部材とが基板側から基板から離れる方向に向かってこの順で積層されており、上記絶縁層における上記基準部材と接する領域は、平坦化処理を成されている構成としてもよい。
【００３８】
これにより、上記基準部材の下層に形成される上記絶縁層が平坦化処理をされているので、この絶縁層の下層に配線および／または能動素子が配置されている場合であっても、平坦性の高い領域に基準部材を設けることができる。これにより、配線または能動素子が半導体装置の表面の平坦性を低下させ、それによって基準部材の高さにばらつきが生じることを防止できる。したがって、基準高さをより精度よく設定できる。
【００３９】
また、上記基準部材は、上記半導体装置の周縁部に互いに離間して設けられている構成としてもよい。
【００４０】
上記の構成によれば、上記基準部材は、上記半導体装置の周縁部に互いに離間して設けられている。これにより、上記半導体基板に反りや傾きが生じている場合であっても、上記各基準部材の高さ測定結果に基づいて基準高さを設定することで、この反りや傾きの影響を軽減するように基準高さを設定でき、半導体基板に形成された部材の高さを精度よく測定することができる。
【００４１】
また、上記基準部材が上記各半導体装置に３個以上設けられており、上記基準部材のうちの２つを結ぶ直線から離間した位置に、少なくとも１つの上記基準部材が設けられている構成であってもよい。
【００４２】
上記の構成によれば、上記基準部材が上記半導体基板上に３個以上設けられ、上記基準部材のうちの２つを結ぶ直線から離間した位置に、少なくとも１つの上記基準部材が設けられているので、複数の方向についての半導体装置の反りや傾きの影響を軽減するように基準高さを設定できる。したがって、半導体基板に形成された部材の高さをより精度よく測定することができる。
【００４３】
また、本発明の半導体装置は、上記課題を解決するために、一方向に連続して配置された複数の突起電極と、この突起電極の高さの比較基準となる基準部材とを備えた半導体装置であって、上記基準部材は、複数の上記突起電極に対して上記一方向の両側となる位置にそれぞれ設けられていることを特徴としている。
【００４４】
上記の発明によれば、上記半導体装置に形成される複数の突起電極が一方向に連続して配置され、その両端に上記基準部材が設けられる。したがって、突起電極が連続して設けられる方向に半導体装置の反りや傾きが生じている場合であっても、この反りや傾きの影響を軽減するように基準高さを設定できる。これにより、上記各突起電極の高さを精度よく測定できる。
【００４５】
また、本発明の半導体基板の高さ測定方法は、上記課題を解決するために、半導体基板に形成された多数の半導体装置における、各半導体装置に形成された被測定部材の高さを測定する半導体基板の高さ測定方法であって、上記半導体装置に設けられている基準部材の高さを測定する第１測定工程と、当該半導体装置に設けられている被測定部材の高さを測定する第２測定工程と、上記基準部材の高さの測定結果に基づいて基準高さを設定する基準設定工程と、上記基準高さに対する上記被測定部材の相対高さを算出する算出工程とを含むことを特徴としている。
【００４６】
上記の方法によれば、上記半導体装置に設けられている基準部材の高さを測定する第１測定工程と、当該半導体装置に設けられている被測定部材の高さを測定する第２測定工程と、上記基準部材の高さの測定結果に基づいて基準高さを設定する基準設定工程と、上記基準高さに対する上記被測定部材の相対高さを算出する算出工程とを含む。これにより、上記半導体装置に形成された被測定部材の高さを、当該被測定部材が備えられる半導体装置に設けられた基準部材の高さ測定値に基づいて設定される基準高さを基準として相対的に測定できる。したがって、上記半導体基板に反りや傾きが生じた場合であっても、各半導体装置に形成された部材の高さを精度よく測定できる。
【００４７】
また、上記第１測定工程および第２測定工程は、上記半導体基板に光を照射する工程と、上記半導体基板からの上記光の反射光を検出する工程と、上記光を照射する位置と上記反射光を検出した位置とに基づいて、上記光を反射した位置の高さを算出する工程とを含んでいてもよい。
【００４８】
上記の方法によれば、基準部材および被測定部材に対して光を照射することによってこれらの部材の高さを測定できる。したがって、これらの部材に測定器具等を接触させる必要がないので、各部材が破損，損傷することを防止できる。また、上記の方法によれば、測定スピードを向上できる。
【００４９】
また、上記第１測定工程において、それぞれの上記基準部材における互いに異なる複数箇所の高さを測定し、これら複数箇所についての高さ測定値の平均値を当該基準部材の高さとしてもよい。
【００５０】
上記の方法によれば、上記基準部材の異なる複数箇所について高さを測定し、これら複数箇所についての高さ測定値の平均値を当該基準部材の高さとする。これにより、１つの基準部材について測定を１回のみ行う場合に比べて、測定誤差の影響を低減し、基準高さの測定精度よく測定できる。また、異なる複数箇所の測定を行うので、基準部材の表面形状が測定結果に及ぼす影響を低減でき、基準高さの測定精度を向上させることができる。
【００５１】
また、上記各半導体装置には上記基準部材が２個以上備えられており、上記第１測定工程において上記各基準部材の高さを測定し、上記基準設定工程において上記各基準部材の高さを測定結果に基づいて上記基準高さを設定する方法としてもよい。
【００５２】
上記の方法によれば、上記基準部材に基づいて設定される基準高さを、上記半導体装置に２箇所以上設けられている上記基準部材によって設定できる。このように、複数の基準部材の高さ測定結果に基づいて基準高さを設定することで、各基準部材の高さの測定誤差の影響を軽減し、各半導体装置に形成された部材の高さをより精度よく測定できる。また、上記各基準部材の隣接方向に半導体基板の反りや傾きが生じている場合であっても、この半導体基板の反りや傾きの影響を小さくすることができるので、各半導体装置に形成された部材の高さをより精度よく測定できる。
【００５３】
また、上記各半導体装置には上記基準部材が３個以上備えられ、上記基準部材のうちの２つを結ぶ直線から離間した位置に少なくとも１つの上記基準部材が設けられており、上記第１測定工程において上記各基準部材の高さを測定し、上記基準設定工程において上記各基準部材の高さ測定値に基づいて上記基準高さを設定する方法としてもよい。
【００５４】
上記の方法によれば、上記基準部材が上記半導体基板上に３個以上設けられ、上記基準部材のうちの２つを結ぶ直線から離間した位置に、少なくとも１つの上記基準部材が設けられている。そして、上記第１測定工程において上記各基準部材の高さを測定し、上記基準設定工程において上記各基準部材の高さ測定値に基づいて上記基準高さを設定する。これにより、複数の方向についての半導体装置の反りや傾きの影響を軽減するように基準高さを設定できる。したがって、半導体基板に形成された部材の高さをより精度よく測定することができる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明の半導体基板は、以上のように、上記半導体装置に形成された部材の高さを測定するための高さの比較基準となる基準高さを決定するための基準部材が各々の上記半導体装置に設けられている。
【００５６】
それゆえ、上記半導体装置に形成された部材の高さを、当該部材が備えられる半導体装置に設けられた上記基準部材の高さ測定値に基づいて設定される基準高さを基準として相対的に測定できる。したがって、上記半導体基板に反りや傾きが生じた場合であっても、各半導体装置に形成された部材の高さを精度よく測定できる。
【００５７】
本発明の半導体装置は、一方向に連続して配置された複数の突起電極と、この突起電極の高さの比較基準となる基準部材とを備えた半導体装置であって、上記基準部材は、複数の上記突起電極に対して上記一方向の両側となる位置にそれぞれ設けられている。
【００５８】
それゆえ、突起電極が連続して設けられる方向に半導体装置の反りや傾きが生じている場合であっても、この反りや傾きの影響を軽減するように基準高さを設定できる。これにより、上記各突起電極の高さを精度よく測定できる。
【００５９】
本発明の半導体基板の高さ測定方法は、以上のように、上記半導体装置に設けられている基準部材の高さを測定する第１測定工程と、当該半導体装置に設けられている被測定部材の高さを測定する第２測定工程と、上記基準部材の高さの測定結果に基づいて基準高さを設定する基準設定工程と、上記基準高さに対する上記被測定部材の相対高さを算出する算出工程とを含んでいる。
【００６０】
それゆえ、上記半導体装置に形成された被測定部材の高さを、当該被測定部材が備えられる半導体装置に設けられた基準部材の高さ測定値に基づいて設定される基準高さを基準として相対的に測定できる。したがって、上記半導体基板に反りや傾きが生じた場合であっても、各半導体装置に形成された部材の高さを精度よく測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
本発明の一実施形態について、図１〜図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００６２】
図３は、本実施形態にかかる半導体ウエハ（半導体基板）４の平面図である。この図に示すように、半導体ウエハ４の表面には、複数の半導体チップ（半導体装置）１が形成されている。
【００６３】
なお、本実施形態では、各半導体チップ１は細長い矩形形状を有し、半導体ウエハ４上に連続して配置されているが、半導体チップ１の形状および配置方法はこれに限るものではなく、適宜変更してもよい。また、本実施形態では半導体ウエハ４がドライバデバイスであるものとするが、これに限るものではない。また、本実施形態では、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体ウエハ４を用いるものとするが、半導体ウエハ４の材質は特に限定されない。
【００６４】
図２は、半導体チップ１の平面図である。また、図１は、図２に示したＡ−Ａ断面の断面図である。
【００６５】
これらの図に示すように、半導体チップ１上には、複数のバンプ（突起電極）２、および測定基準部（基準部材）３が設けられている。なお、図１に示すように、半導体チップ１におけるバンプ２と測定基準部３上の一部とを除く領域は、絶縁膜５によって覆われている。また、半導体チップ１には、トランジスタ等の能動素子や配線（いずれも図示せず）が設けられていてもよい。
【００６６】
図２に示すように、半導体チップ１の外縁がなす辺に沿って複数のバンプ２が連続して配置されている。また、測定基準部３は、半導体チップ１の各角部に設けられている。つまり、半導体チップ１の各辺に沿って連続して配置された複数のバンプ２を挟み込むように、これら複数のバンプ２の両側に測定基準部３が設けられている。
【００６７】
バンプ２の材質は特に限定されるものではないが、例えば金を用いることができる。
【００６８】
測定基準部３はアルミニウム（Ａｌ）からなる。また、測定基準部３の表面は、入射光の反射率（入射光の強度に対する反射光の強度の割合）が５０％以上になるように表面処理（鏡面仕上げ等）が施されている。なお、図１に示すように、測定基準部３上の少なくとも一部では、絶縁膜５が除去されている。
【００６９】
次に、半導体チップ１上に形成された部材の高さを測定する方法について説明する。図４は、半導体チップ１上に形成された部材の高さの測定方法を説明するための説明図である。
【００７０】
この図に示すように、本実施形態では、レーザ発振機６から出射したレーザ光を半導体チップ１に対して斜め上方から照射し、半導体チップ１によって反射された反射光をＰＳＤ（ポジショニング・センシング・デバイス、位置検出素子）７で受光し、このＰＳＤにおける受光位置に基づいて三角測定法による演算を行うことによって半導体チップ１上の各部材の高さを測定する（レーザ測定法）。
【００７１】
図５は、半導体チップ１上のバンプ２の高さの測定方法の一例を示した説明図である。この図に示す例では、半導体チップ１のｘ方向の一辺に沿って配置された連続する複数のバンプ２ａの両側に設けられた測定基準部３ａ，３ｂのうち、測定基準部３ａの高さを測定した後、連続する複数のバンプ２ａの高さを測定し、その後に測定基準部３ｂの高さを測定する。そして、これら両測定基準部３ａ，３ｂについての高さ測定値の平均値を基準高さとし、これら両測定基準部３ａ，３ｂの間に配置された各バンプ２ａの上記基準高さに対する相対高さを算出する。あるいは、両測定基準部３ａ，３ｂについての高さ測定値と、各バンプ２ａの両測定基準部３ａ，３ｂからの距離とに応じて、各バンプ２ａの基準高さをそれぞれ設定してもよい。例えば、両測定基準部３ａ，３ｃの高さ測定値と、両測定基準部３ａ，３ｃの高さ測定値に基づいて算出される半導体ウエハ４の反りや傾きに伴う半導体チップ１の両測定基準部３ａ，３ｃを結ぶ方向の傾斜と、各バンプ２ｂの両測定基準部３ａ，３ｃからの距離とに基づいて、各バンプ２ｂの基準高さを例えば線形近似等によってバンプ毎にそれぞれ設定してもよい。
【００７２】
その後、半導体チップ１のｙ方向の一辺に沿って配置された連続する複数のバンプ２ｂの両側に設けられた測定基準部３ａ，３ｃのうち、測定基準部３ａの高さを測定した後、連続する複数のバンプ２ｂの高さを測定し、その後に測定基準部３ｃの高さを測定する。そして、これら両測定基準部３ａ，３ｃについての高さ測定値の平均値を基準高さとし、これら両測定基準部３ａ，３ｃの間に配置された各バンプ２ｂの上記基準高さに対する相対高さを算出する。あるいは、ｘ方向の説明と同様に、両測定基準部３ａ，３ｃについての高さ測定値と、各バンプ２ｂの両測定基準部３ａ，３ｃからの距離とに応じて、各バンプ２ｂの基準高さをそれぞれ設定してもよい。
【００７３】
また、測定基準部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄおよび各バンプ２，２ａ、２ｂの高さの測定を行い、その後、上記測定基準部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから求められる基準高さに対する各バンプ２，２ａ、２ｂの相対高さを求めてもよい。つまり、各測定基準部および各バンプ（各被測定部材）の高さ測定を行った後、各測定基準部の高さ測定値に基づいて設定させる基準高さに基づいて、各バンプの高さ測定値を補正（校正）するようにしてもよい。
【００７４】
上記基準高さは、測定基準部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄについての高さ測定値の平均値としてもよいし、上記測定基準部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから求められる半導体チップ１の傾きを基にして算出される値であってもよい。
【００７５】
従来の方法では、半導体チップに形成したバンプなどの高さを測定するときには、半導体チップの表面、半導体チップが形成される半導体ウエハ、または高さ測定装置の基準点などの高さを基準としてバンプなどの高さを測定していた。
【００７６】
しかしながら、半導体チップには、実装される素子や配線などがあり、それらを構成するためにさまざまな処理がなされているので、半導体チップの表面は必ずしも平面であるとは限らない。また、表面に露出している物質も、半導体チップに形成された素子などにより異なっているため、半導体チップの表面が平坦であっても異なる高さであると認識される場合があった。
【００７７】
特に、特許文献１などのように、バンプの高さをこのバンプに対して照射したレーザ光の反射に基づいて測定している場合には、半導体チップの表面の反射率や平坦性などが測定の度に変化するため、半導体チップの表面の反射率や平坦性などによって反射される光の状態が変化し、高さの測定値が変化してしまう可能性があった。また、高さの基準点となる基板の表面から測定しているので、バンプ１０２間のスペースが狭い場合には半導体チップの表面までレーザ光が届かず、測定誤差が生じるという問題点があった。上記の測定誤差は、金バンプのように表面の粒塊が粗い場合にはさらに顕著となっていた。
【００７８】
これに対して、本実施形態の方法では、半導体ウエハ４に複数の半導体チップ１が形成されており、これら複数の半導体チップ１のそれぞれに当該半導体チップ１上に形成された各バンプの高さ測定基準点となる測定基準部３が設けられている。
【００７９】
これにより、半導体ウエハに反りや傾きが生じた場合であっても、各半導体チップ１における測定基準部３についての高さ測定結果に基づいて基準高さを設定し、この基準高さに対する各バンプの相対高さを測定することで、各バンプの高さを精度よく測定できる。
【００８０】
また、本実施形態では、一方向に沿って連続して配置された複数のバンプ２を挟み込むように、これら複数のバンプ２の両側に測定基準部３が設けられている。そして、これら両測定基準部３の高さ測定値に基づいて基準高さを設定し、この基準高さに対する上記各バンプ２の相対高さを測定する。
【００８１】
つまり、半導体ウエハ４の反りや傾きが上記一方向に生じている場合であっても、半導体ウエハ４の反りや傾きの影響を小さくして、各バンプ２の高さを精度よく測定することができる。
【００８２】
また、本実施形態では、ｘ方向に沿って連続して配置された複数のバンプ２ａを挟み込むように、これら複数のバンプ２ａの両側に測定基準部３ａ，３ｂが設けられている。また、ｙ方向に沿って連続して配置された複数のバンプ２ｂを挟み込むように、これら複数のバンプ２ｂの両側に測定基準部３ａ，３ｃが設けられている。そして、測定基準部３ａ，３ｂの高さ測定値に基づいて設定される基準高さに対する上記各バンプ２ａの相対高さを測定し、測定基準部３ａ，３ｃの高さ測定値に基づいて設定される基準高さに対する上記各バンプ２ｂの相対高さを測定する。
【００８３】
これにより、半導体ウエハ４の反りや傾きがｘ方向および／またはｙ方向に生じている場合であっても、半導体ウエハ４の反りや傾きの影響を小さくして、各バンプの高さを精度よく測定することができる。
【００８４】
なお、上記では測定基準部３が複数のバンプ２を挟み込むように設けられていたが、半導体ウエハ４の複数方向の反りや傾きに対して各バンプ２の高さを精度よく測定するためには、上記の測定基準部３は、半導体チップ１の上に３個以上、同一直線上にならない位置に設けられていればよい。３箇所の測定基準部３によって、半導体チップ１の表面のなす複数方向についての傾きが各バンプの高さ測定結果に及ぼす影響を低減できるからである。なお、例えば半導体ウエハ４に生じる反りが大きく、半導体チップ１の反りなどが問題となる場合には、測定基準部３を多数（例えば４個以上）設けることが好ましい。これにより、半導体チップ２上の位置に応じて各バンプの基準高さを設定することで、半導体チップ２の反りを考慮して各バンプの高さを測定することができ、各バンプの高さをより精度よく測定できる。
【００８５】
また、上記測定基準部３は、半導体チップ１の表面に設けられていればよいが、上記半導体チップ１の表面であり、かつ半導体チップ１の隅に設けられることが好ましい。測定基準部３を半導体チップ１上の隅に設けることによって、測定基準部３同士の間隔が広くなるので、半導体ウエハ４に生じる反りや傾きを精度よく測定することができる。
【００８６】
また、本実施形態では、レーザ測定法を用いて高さ測定を行っている。このため、バンプ２に測定器具を直接接触させずに高さを測定することができるので、測定器具との接触によってバンプ２が破損することを防止できる。また、レーザ測定法を用いることにより、接触式の段差測定機によって測定する方法や、顕微鏡のフォーカスの焦点深度より高さを読み取る方法に比べて、測定スピードを向上させることができる。
【００８７】
ただし、本実施形態に適用できる高さの測定方法は、レーザ光による三角測量法による計測方法に限定されない。例えば、接触式の段差測定機によって測定する方法、または顕微鏡のフォーカスの焦点深度より高さを読み取る方法を用いてもよい。これらの方法を用いた場合にも、半導体ウエハ４上に形成された複数の半導体チップ１のそれぞれに測定基準部３を設けることで、各バンプの高さを精度よく測定できる。
【００８８】
なお、本実施形態では、測定基準部３として、入射光の反射率が５０％以上の部材を用いている。これにより、後述する実施例に示すように、レーザ測定法を用いて高さ測定を行う場合に、測定基準部３からの反射光を適切に検出し、高さ測定を精度よく行える。
【００８９】
以下に、上記測定基準部３に関する具体例を実施例として記載する。以下の実施例では、本実施の形態に記載のレーザ測定法で測定を行ない、測定器は日立国際電気製のＶＩ−１５００ＷＡ−Ｓを用いた。また高さの測定精度は、本実施の形態の方法での高さの測定値と、接触式の段差計を用いた高さの測定値との測定値の差である。なお、以下の例は本願の発明の実施例の一つであり、本願の発明を限定するものではない。
【００９０】
〔実施例１〕
図６は、測定基準部３を形成する材質を変えることによって、高さの測定精度(再現性）を検討したグラフである。より具体的には、図６は、半導体チップ上に、金バンプ、Ｓｉ基板上に形成したＳｉＮ層（絶縁層）、Ａｌ上に形成したＳｉＮ層（絶縁層）、ＴｉＮからなるＰＡＤ電極、ＡｌからなるＰＡＤ電極、Ｓｉからなるスクラブライン上のそれぞれについて、レーザ測定法により高さを測定した場合の、入射光の反射率（入射光の強度に対する反射光の強度の割合）および高さ測定の精度を測定した結果を示すグラフである。
【００９１】
この図に示すように、測定対象となる部材の光の反射率と測定精度とは密接な相関関係が有り、光の反射率が高い方が測定精度は高くなる。したがって、測定基準部３は反射率が高いことが好ましく、鏡面でレーザを正反射する構造がより好ましい。
【００９２】
近年の半導体装置の製造技術では、バンプの高さ測定精度は１μｍ以下が要望されている。１μ以下の測定精度を実現するためには、少なくとも測定基準部３の反射率を５０％以上にすることが好ましい。
【００９３】
なお、通常、Ｓｉ基板は鏡面仕上げされており、レーザ光を正反射する性質を有する。しかしながら、図６の例では、ＡｌからなるＰＡＤ電極の表面が最も反射率が高かった。これは、半導体形成工程においてＳｉエッチ（エッチング）などにより表面がダメージを受けて表面粗さが粗くなったためであると考えられる。
【００９４】
また、下地の表面をＳｉＮからなる透過絶縁膜でコーティングする場合、ＳｉＮ表面と下地の両方で光が反射し、ＳｉＮの膜厚によって反射率が大きく変動する。このため、測定基準部３における少なくとも高さ測定時にレーザ光を照射される領域の表面には絶縁層を設けず、測定基準部３となる材料を露出させておくことが好ましい。
【００９５】
〔実施例２〕
次に、Ａｌからなる測定基準部３上に絶縁層の開口部を設けるとともに、この開口部が設けられた領域における互いに異なる場所で複数回のスキャン（高さ測定）を行い、これら複数回の高さ測定結果の平均値を高さの測定値とした場合の、この測定値の測定精度について調べた。なお、測定基準部３に照射するレーザ光のスポット径は１０μｍとした。
【００９６】
図７は、高さ測定回数と測定精度との相関を示すグラフである。この図に示すように、高さ測定回数が多いほど基準高さの測定精度が向上した。
【００９７】
この結果より、１つの測定基準部３について複数回の高さ測定を行い、測定結果の平均値をこの測定基準部３についての高さ測定値とすることが好ましい。
【００９８】
したがって、測定基準点３におけるレーザ光の入射面、あるいは測定基準点３上の絶縁層の開口部は、複数回の高さ測定時に互いに異なる領域にレーザ光を照射できる形状および面積であることが好ましい。例えば、２回の高さ測定を行う場合、上記入射面あるいは開口部は、面積が測定時に照射するレーザ光の照射領域の面積の２倍以上であって、少なくとも１方向の幅が上記レーザ光のスポット径の２倍以上であり、上記１方向と直交する１方向の幅が上記スポット径以上であることが好ましい。
【００９９】
また、図７に示した結果より、１つの測定基準部３について４回以上の高さ測定を行い、測定結果の平均値をこの測定基準部３についての高さ測定値とすることがより好ましい。４回以上の高さ測定を行う場合、測定基準点３におけるレーザ光の入射面、あるいは測定基準点３上の絶縁層の開口部は、面積が測定時に照射するレーザ光の照射領域の面積の４倍以上であって、少なくとも１方向の幅が上記レーザ光のスポット径の２倍以上であり、上記１方向と直交する１方向の幅が上記スポット径の２倍以上であることが好ましい。また、レーザ光の照射領域のアライメント精度を考慮すると、上記入射面あるいは開口部は、一辺がスポット径の３倍以上（30μm以上）の矩形形状よりも大きいことが好ましい。
【０１００】
〔実施例３〕
次に、基板面上における測定基準部３を形成する領域の下地構造と測定精度との関係について調べる実験を行った。
【０１０１】
この実験では、（ａ）トランジスタ等の能動素子や配線が設けられていない平坦な領域に測定基準部３を形成した場合、（ｂ）配線が設けられている領域に測定基準部３を形成した場合、（ｃ）トランジスタが設けられている領域に測定基準部３を形成した場合のそれぞれについて、測定基準部３についての高さの測定精度を調べた。図９は上記（ａ）（ｂ）の測定に用いた半導体チップ１の構成を示す断面図であり、図１０は上記（ｃ）の測定に用いた半導体チップ１の断面図である。なお、いずれの場合にも、測定基準部３の表面を６００ｎｍのＳｉＮからなる絶縁膜で覆った構成とした。
【０１０２】
図８は、測定基準部３の下地構造と測定精度との関係を示すグラフである。この図に示すように、トランジスタ等の能動素子や配線が設けられていない平坦な領域に測定基準部３を形成した場合が最も測定精度が高かった。したがって、高さ測定の精度を向上させるためには、測定基準部３を、基板上におけるトランジスタ等の能動素子や配線が設けられていない領域に形成することが好ましい。
【０１０３】
その結果、メタル下がフラットな場合がもっとも再現性が良く、光の反射が安定する。そのため、基準点の下に配線や、トランジスタを配置しないことが好ましい。しかしながら、チップサイズの制約条件などにより、どうしても基準点の下に能動素子(トランジスタなど）を配置しなければならない場合はＣＭＰなどの研磨技術により下地を平坦化処理しても同様の効果が得られる。
【０１０４】
なお、例えば半導体チップ１のサイズの制約条件などにより、測定基準部３の下層に能動素子(トランジスタ１１など）や配線などを配置しなければならない場合には、ＣＭＰなどの研磨技術により下地を平坦し、平坦化した下地上に測定基準部３を設ければよい。これにより、トランジスタ等の能動素子や配線が設けられていない平坦な領域に測定基準部３を形成する場合と同様の効果が得られる。
【０１０５】
また、この実施例では、測定基準部３上にＳｉＮからなる絶縁層を備えた構成について高さ測定を行ったが、上記したように、上記測定基準部３は、チップ１の最上層に設け、この測定基準部３の上方に絶縁膜を設けない構成としてもよい。また、測定基準部３は、半導体チップ１上に備えられる他の部材と異なる工程で作成されるものであってもよく、他の部材の形成工程において作成されるものであってもよい。例えば、半導体チップ１上にメタル配線層を形成してパターニングする際に、このメタル配線層と同じ工程によって形成，パターニングしてもよい。あるいは、半導体チップ１上に形成されたメタル配線層の一部を、測定基準点として用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、多数の半導体チップが形成された半導体ウエハにおける、各半導体チップに形成された部材の高さ測定に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体チップの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる半導体チップの平面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる半導体ウエハの平面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる半導体チップの高さ測定方法を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる半導体チップの高さ測定方法を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる半導体チップにおける、測定基準部の材質と高さの測定精度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態にかかる半導体チップにおける、測定基準部の高さ測定回数と測定精度との相関を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態にかかる半導体チップにおける、測定基準部の下地構造と測定精度との関係を示すグラフである。
【図９】図８の実験に用いた半導体チップの断面図である。
【図１０】図８の実験に用いた半導体チップの断面図である。
【図１１】従来のバンプ電極形成のプロセスフローを示す断面図である。
【図１２】従来のバンプの高さの測定方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  半導体チップ（半導体装置）
２  バンプ（被測定部材）
３  測定基準部（基準部材）
４  半導体ウエハ（半導体基板）
５  絶縁膜（絶縁層）
６  レーザ発信機
７  ＰＳＤ
８  入射光
９  反射光
１０  メタル配線（配線）
１１  トランジスタ（能動素子）
１２  パッシベーション（絶縁層）
【図１】
2008117797.tif 000003
【図２】
2008117797.tif 000004
【図３】
2008117797.tif 000005
【図４】
2008117797.tif 000006
【図５】
2008117797.tif 000007
【図６】
2008117797.tif 000008
【図７】
2008117797.tif 000009
【図８】
2008117797.tif 000010
【図９】
2008117797.tif 000011
【図１０】
2008117797.tif 000012
【図１１】
2008117797.tif 000013
【図１２】
2008117797.tif 000014