(57)【要約】【課題】有底の凹部の状態を非破壊で検査し、製造コストを低減させる。【解決手段】本発明のウエハ５０のビア孔５１の検査方法は、有底のビア孔５１が表面に形成されたウエハ５０に被転写材料を塗布し、この被転写材料をビア孔５１内に充填させ、被転写材料を硬化させた後、ウエハ５０から離型させることでビア孔５１がビア像７１として転写されてなる被転写体７０を形成する転写工程と、ビア像７１の表面を観察することでその表面形状の画像データを作成する表面観察工程と、ビア像７１の画像データに基づいてビア像７１の形状を評価し、ビア孔５１内の状態を検査する検査工程とを備えたところに特徴を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底の凹部が表面に形成された基板に被転写材料を塗布し、この被転写材料を前記凹部内に充填させ、前記被転写材料を硬化させた後、前記基板から離型させることで前記凹部が凸部として転写されてなる被転写体を形成する転写工程と、
前記凸部の表面を観察することでその表面形状の画像データを作成する表面観察工程と、
前記凸部の画像データに基づいて前記凸部の形状を評価することで前記凹部内の状態を検査する検査工程とを備えた基板の凹部の検査方法。
【請求項２】
前記検査工程では、前記凸部の高さを測定することで前記凹部の深さを算出することを特徴とする請求項１に記載の基板の凹部の検査方法。
【請求項３】
前記検査工程では、前記凸部の有無を確認することで前記凹部の欠陥の有無を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板の凹部の検査方法。
【請求項４】
有底のビア凹部が表面に形成された基板に被転写材料を塗布し、この被転写材料を前記ビア凹部内に充填させ、前記被転写材料を硬化させた後、前記基板から離型させることで前記ビア凹部がビア凸部として転写されてなるビア被転写体を形成する成膜前転写工程と、
前記基板の表面にレジスト膜を成膜することで前記ビア凹部の内壁に沿ってレジスト膜が成膜されてなるレジスト凹部を形成する成膜工程と、
前記レジスト凹部内に前記被転写材料を充填させ、前記被転写材料を硬化させた後、前記基板から離型させることで前記レジスト凹部がレジスト凸部として転写されてなるレジスト被転写体を形成する成膜後転写工程と、
前記ビア凸部および前記レジスト凸部の表面を観察することでそれぞれの表面形状の画像データを作成する表面観察工程と、
前記ビア凸部の画像データと前記レジスト凸部の画像データとの差分データを前記レジスト膜の画像データとし、このレジスト膜の画像データに基づいて前記レジスト膜の状態を検査する検査工程とを備えた基板のレジスト膜の検査方法。
【請求項５】
前記検査工程では、前記レジスト膜の膜厚を測定することを特徴とする請求項４に記載の基板のレジスト膜の検査方法。
【請求項６】
前記検査工程では、前記ビア凸部の高さから前記レジスト凸部の高さを減ずることで前記ビア凹部の底部に成膜されたレジスト膜の膜厚を算出することを特徴とする請求項５に記載の基板のレジスト膜の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の凹部の検査方法および基板のレジスト膜の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスにおける高密度パッケージ技術の一つとして、ＴＳＶと呼ばれる技術が注目されている。このＴＳＶは、チップを貫通する貫通電極を用いて積層したチップ間を接続する技術であり、例えば、下記特許文献１に記載のものが知られている。ＴＳＶの製造工程の一例について簡単に説明すると、まず、ウエハの表面にビアホールと呼ばれる有底の凹部を形成し、このビアホールの内壁に沿ってレジスト膜を成膜する。次に、露光、現像を行うことにより、ビアホールの底部に成膜されたレジスト膜のみを除去する。引き続き、ドライエッチングを行うことにより、ビアホールの底部に露出したウエハが除去される。そして、ビアホール内のレジスト膜を剥離した後、ビアホール内に銅めっきを施すことで、チップを貫通する貫通電極が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９６９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ビアホールの検査は一般に、ビアホールの位置でウエハを切断し、この切断面を研磨した上で観察する、いわゆる破壊検査が行われる。一方、ウエハを破壊せずにビアホールの内部を検査する、いわゆる非破壊検査の方法としては、例えば、ビアホールの上方から顕微鏡などを用いてビアホールの内部を検査する方法がある。しかしながら、上記したＴＳＶのビアホールは小径でかつ深く形成されているため、ビアホールの底部に光が届きにくく、ビアホールの形状を観察したり、ビアホールの底部に成膜されたレジスト膜の膜厚を測定したりすることは困難である。結局のところ、ビアホールの形状やレジスト膜の膜厚を検査するにあたっては、破壊検査を行うこととなり、ウエハの歩留まり低下に伴ってＴＳＶの製造コストが高くなってしまう。
【０００５】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、有底の凹部の状態を非破壊で検査し、製造コストを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の基板の凹部の検査方法は、有底の凹部が表面に形成された基板に被転写材料を塗布し、この被転写材料を凹部内に充填させ、被転写材料を硬化させた後、基板から離型させることで凹部が凸部として転写されてなる被転写体を形成する転写工程と、凸部の表面を観察することでその表面形状の画像データを作成する表面観察工程と、凸部の画像データに基づいて凸部の形状を評価し、凹部内の状態を検査する検査工程とを備えたところに特徴を有する。
【０００７】
このような検査方法によると、基板の凹部を被転写材料に転写させることにより、凸部を有する被転写体を形成し、凸部の表面形状を評価するようにしたから、基板を破壊することなく、有底の凹部の状態を検査することができる。また、凸部の表面形状の画像データを作成しているから、その画像データを画像処理することにより、凸部の形状を迅速に評価することができる。したがって、有底の凹部の状態を非破壊で検査することができ、製造コストを低減させることができる。
【０００８】
本発明の実施の態様として、以下の構成が好ましい。
検査工程では、凸部の高さを測定することで凹部の深さを算出してもよい。
このようにすると、凹部の深さに基づいて良否を判断することができる。
【０００９】
検査工程では、凸部の有無を確認することで凹部の欠陥の有無を検出してもよい。
このようにすると、凹部の欠陥を容易に判断することができる。
【００１０】
また、本発明の基板のレジスト膜の検査方法は、有底のビア凹部が表面に形成された基板に被転写材料を塗布し、この被転写材料をビア凹部内に充填させ、被転写材料を硬化させた後、基板から離型させることでビア凹部がビア凸部として転写されてなるビア被転写体を形成する成膜前転写工程と、基板の表面にレジスト膜を成膜することでビア凹部の内壁に沿ってレジスト膜が成膜されてなるレジスト凹部を形成する成膜工程と、レジスト凹部内に被転写材料を充填させ、被転写材料を硬化させた後、基板から離型させることでレジスト凹部がレジスト凸部として転写されてなるレジスト被転写体を形成する成膜後転写工程と、ビア凸部およびレジスト凸部の表面を観察することでそれぞれの表面形状の画像データを作成する表面観察工程と、ビア凸部の画像データとレジスト凸部の画像データとの差分データをレジスト膜の画像データとし、このレジスト膜の画像データに基づいてレジスト膜の状態を検査する検査工程とを備えたところに特徴を有する。
【００１１】
このような検査方法によると、レジスト膜の画像データを作成することができ、この画像データをモニタなどで観察することにより、基板を破壊することなく、レジスト膜の状態を検査することができる。
【００１２】
また、検査工程では、レジスト膜の膜厚を測定してもよい。
このようにすると、レジスト膜の膜厚に基づいてレジスト膜の良否を判断することができる。
【００１３】
また、検査工程では、ビア凸部の高さからレジスト凸部の高さを減ずることでビア凹部の底部に成膜されたレジスト膜の膜厚を算出してもよい。
このようにすると、ビア凹部の底部の膜厚に基づいてレジスト膜の良否を判断することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、有底の凹部の状態を非破壊で検査し、製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】レジスト成膜装置の要部を拡大した正面図
【図２】被転写体形成装置の要部を拡大した断面図
【図３】被転写体を形成する手順を示したフローチャート
【図４】レジスト膜の膜厚を測定する手順を示したフローチャート
【図５】基板の表面に被転写材料を塗布する前の状態を示した断面図
【図６】基板の表面に被転写材料を塗布した後の状態を示した断面図
【図７】真空チャックでビア被転写体を基板の表面から離型した状態を示した断面図
【図８】基板の表面にレジスト膜を成膜した状態を示した断面図
【図９】レジスト膜上に被転写材料を塗布した後の状態を示した断面図
【図１０】レジスト凹部内に被転写材料を充填した状態を示した断面図
【図１１】真空チャックでレジスト被転写体を基板の表面から離型した状態を示した断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜実施形態＞
本発明の実施形態を図１ないし図１１の図面を参照しながら説明する。図１はレジスト成膜装置１０を示しており、このレジスト成膜装置１０は、レジスト液を噴射してウエハ５０の表面にレジスト膜６０を成膜するための装置である。本実施形態のウエハ５０は、直径２００ｍｍのシリコンウエハとされている。このウエハ５０の表面には、ＴＳＶ（Through-Silicon Via：シリコン貫通ビア）における貫通電極を形成するためのビア孔５１が凹設されている。このビア孔５１は、有底の凹部として形成されている。
【００１７】
レジスト成膜装置１０には、円形の薄板状をなすウエハ５０を吸着して固定するホットプレート１１が設けられており、このホットプレート１１に支持されたウエハ５０を全周に亘って取り囲むようにしてミストレスカップ１２が周設されている。このミストレスカップ１２は、ホットプレート１１を支持する基台１３の外周縁から上方に立ち上がる形態とされており、ウエハ５０上で跳ね返ったレジスト液が周囲に飛散することを規制している。
【００１８】
ホットプレート１１の内部には、ヒータ（図示せず）が設けられており、このヒータによってウエハ５０が任意の温度に加熱されるようになっている。ウエハ５０の上方には、回転霧化式のスプレーノズル１４が配設されている。このスプレーノズル１４は、アーム１５の先端に取り付けられている。このアーム１５の基端は、可動ヘッド１６に固定されており、この可動ヘッド１６は、Ｘ軸アクチュエータ１７によってＸ方向へ移動可能とされ、Ｙ軸アクチュエータ１８によってＹ方向へ移動可能とされている。スプレーノズル１４には静電発生装置が装着されており、この静電発生装置によって帯電されたレジスト液がウエハ５０に対して効率よく塗着（塗布）されるようになっている。
【００１９】
スプレーノズル１４は非金属で構成され、２軸のアクチュエータ１７，１８によって可動ヘッド１６がＸ方向およびＹ方向に移動することによってウエハ５０上の任意の位置で噴射可能とされている。本実施形態では、スプレーノズル１４が千鳥状に動作することにより、ウエハ５０の全面にレジスト液を塗布できるようになっている。スプレーノズル１４の内部には、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン，polyetheretherketone）からなるカップ１９が回転可能に装着されており、このカップ１９は最大７００００回転／分で高速回転する。これにより、レジスト液の液滴が数μｍの大きさになり、ウエハ５０の表面に形成された小径のビア孔５１の内部にレジスト液の液滴を進入させやすくなる。
【００２０】
また、スプレーノズル１４におけるカップ１９の周囲には、エアキャップ２０が装着されている。エアキャップ２０の先端には、シェーピングエアと呼ばれるキャリアガスを高速で噴出するシェーピングエア孔が形成されており、このシェーピングエア孔から吹き出したシェーピングエアの圧力（シェーピングエアの風量）を調整することによってレジスト液の飛行速度を制御できるようになっている。これにより、レジスト液の液滴を数十ｍ／ｓの速度で噴射することができる。このようなスプレーノズル１４によると、間口の直径が２０μｍから１００μｍのビア孔５１の底面および側面にレジスト膜６０を成膜することが可能である。
【００２１】
カップ１９の内部には、成膜されなかったミスト状のレジスト液を捕手するための捕手溶剤が収容されている。この捕手溶剤によって捕手されたレジスト液は廃レジストとして廃棄される。また、捕手溶剤と廃レジストを分離した後、再度捕手溶剤をカップ１９に送り込むことができるようになっている。なお、レジスト成膜装置１０内の空気は、ヘパフィルタを介して循環されており、Ｃｌａｓｓ１００の清浄度に保たれている。
【００２２】
図２は被転写体形成装置３０を示しており、この被転写体形成装置３０は、ウエハ５０上に被転写体７０を形成するための装置である。被転写体７０は、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン,polydimethylsiloxane）からなる被転写材料をウエハ５０の表面に塗布して硬化させたものである。
【００２３】
被転写体形成装置３０は、架台３１を有し、この架台３１の上面における中央には、ウエハ５０を吸着して固定する真空チャック３２が設けられている。この真空チャック３２の内部には、ヒータ（図示せず）が設けられており、このヒータによってウエハ５０が任意の温度に加熱されるようになっている。また、架台３１には、真空チャック３２を内部に収容してなるチャンバ３３が設けられており、このチャンバ３３の内部を真空にすることができるようになっている。チャンバ３３において真空チャック３２と対向する天井部分には、シャッタ３４が設けられている。このシャッタ３４が開くと、チャンバ３３が上方に開口した状態となる。
【００２４】
真空チャック３２の上方には、ディスペンサノズル３６が配設されている。このディスペンサノズル３６は、被転写材料をウエハ５０上に滴下する装置である。また、ディスペンサノズル３６の上方には、離型用チャック３５が設けられている。この離型用チャック３５は、ウエハ５０上の被転写体７０を吸着してウエハ５０から離型させるためのものである。離型用チャック３５の内部には、ヒータ（図示せず）が設けられており、このヒータによってウエハ５０が任意の温度に加熱されるようになっている。したがって、ヒータによってウエハ５０を加熱しながら離型させることができる。これは、ウエハ５０に被転写体７０が固着したまま無理に離型させようとすることでウエハ５０が破損することを回避するための措置である。
【００２５】
図３は被転写体形成装置３０によって被転写体７０を形成する手順を示したフローチャートである。まず、ウエハ５０をチャンバ３３内の真空チャック３２に載置し、真空引きすることで真空チャック３２に装着する（ステップＳ１１）。次に、ディスペンサノズル３６をウエハ５０上の中央付近へ移動させる（ステップＳ１２）。ウエハ５０を回転させ、ディスペンサノズル３６から被転写材料を滴下させると、被転写材料がウエハ５０上の中心から外周へ濡れ広がり、ほぼ一定の膜厚でウエハ５０上に塗布される（ステップＳ１３）。被転写材料の滴下を停止させ、シャッタ３４を閉止した後、チャンバ３３内を真空引きすると、被転写材料がビア孔５１の内部へ吸い込まれ、ビア孔５１の内部に被転写材料が充填される。そして、数１０分程度放置し、被転写材料を硬化させると、ビア孔５１の内部に、その形状が転写されてなるビア像７１が形成される。こうして、複数のビア像７１を一体に備えた被転写体７０が形成される（ステップＳ１４）。
【００２６】
次に、チャンバ３３内の真空引きを停止させ、大気圧に開放した後、シャッタ３４を開き（ステップＳ１５）、離型用チャック３５をチャンバ３３内に下降させ、ウエハ５０上に形成された被転写体７０を真空吸着する（ステップＳ１６）。このとき、被転写体７０は、真空チャック３２と離型用チャック３５の双方によって加熱されているため、真空チャック３２に対する密着力が低下する。次に、真空チャック３２による真空引きを停止させ、離型用チャック３５を上昇させることで、被転写体７０をウエハ５０から離型させる（ステップＳ１７）。こうして、被転写体７０が得られる。
【００２７】
図４はレジスト膜の膜厚を測定する手順を示したフローチャートである。まず、レジスト膜６０を成膜する前におけるビア孔５１の状態を把握すべく、ビア孔５１の内部形状を転写させたビア像８１を有するビア被転写体８０を形成しておく（ステップＳ２１）。具体的には、図５に示すように、複数のビア孔５１が形成されたウエハ５０を用意し、図６に示すように、ウエハ５０上にビア被転写体８０を形成し、図７に示すように、離型用チャック３５によってビア被転写体８０をウエハ５０から離型させる。ここでは、被転写材料として、信越化学工業製のＳＩＭ−３６０を使用しており、以下のステップＳ２５においても同様である。
【００２８】
そして、レーザ顕微鏡でビア像８１の表面を走査することによりビア像８１の表面形状を測定し、この測定データに基づいてビア像８１の画像データを作成する（ステップＳ２２）。ここで、ビア被転写体８０の画像データをモニタで確認することにより、ビア像８１の有無を確認することでビア孔５１の欠陥の有無を検出することができる。また、ビア像８１の高さを測定することでビア孔５１の深さを測定することができる。このように、ビア像８１の形状をモニタで確認することでビア孔５１の形状を容易に評価することができる（ステップＳ２３）。
【００２９】
次に、ウエハ５０上にレジスト膜６０を成膜する（ステップＳ２４）。このレジスト膜６０の成膜条件は、以下のとおりである。使用スプレーとして、回転霧化式のスプレーノズル１４を使用し、カップ１９の回転数を７００００回転／分とし、シェーピングエア圧力を０．１９ＭＰａとし、塗り回数を２回とし、使用レジストとして、東京応化工業株式会社製PMER  P-LA900を使用した。この成膜条件下、レジスト液の微小液滴をビア孔５１の底面および側面に塗布し、ウエハ５０上にレジスト膜６０を成膜した様子を図８に示す。レジスト膜６０は、ウエハ５０の外面のみならず、ビア孔５１の内壁に沿って成膜され、ビア孔５１の底壁および側壁にそれぞれ成膜されている。したがって、ビア孔５１の内部には、ビア孔５１の内壁に成膜されたレジスト膜６０によって覆われてなるレジスト孔６１が形成される。このレジスト孔６１は、有底の凹部として形成されている。なお、ステップＳ２４は、本発明でいう「成膜工程」に対応している。
【００３０】
ここで、レジスト孔６１の状態を把握すべく、レジスト孔６１の内部形状を転写させたレジスト像９１を有するレジスト被転写体９０を形成しておく（ステップＳ２５）。具体的には、図９および図１０に示すように、レジスト膜６０上にレジスト被転写体９０を形成し、図１１に示すように、離型用チャック３５によってレジスト被転写体９０を加熱しつつレジスト膜６０から離型させる。なお、ステップＳ２１は、本発明でいう「転写工程」と「成膜前転写工程」に対応し、ステップＳ２５は、本発明でいう「転写工程」と「成膜後転写工程」に対応している。
【００３１】
そして、レーザ顕微鏡でレジスト像９１の表面を走査することによりレジスト像９１の表面形状を測定し、この測定データに基づいてレジスト像９１の画像データを作成する（ステップＳ２６）。ここで、レジスト被転写体９０の画像データをモニタで確認することにより、レジスト像９１の有無を確認し、レジスト孔６１の欠陥の有無を検出することができる。例えば、図１１における左から２番目のビア孔５１は孔潰れによる欠陥を示したものである。また、レジスト像９１の高さを測定することでレジスト孔６１の深さを測定することができる。このように、レジスト像９１の形状を確認することでレジスト孔６１の形状を評価することができる（ステップＳ２７）。なお、ステップＳ２２とＳ２６は、本発明でいう「表面観察工程」に対応している。
【００３２】
さらに、ビア被転写体８０の画像データとレジスト被転写体９０の画像データとの差分データを算出する。この差分データは、レジスト膜６０の画像データとなるため、この画像データに基づいてレジスト膜６０の膜厚を算出することができる（ステップＳ２８）。例えば、ビア像８１の高さを測定し、レジスト像９１の高さを測定した後、ビア像８１の高さからレジスト像９１の高さを減ずることでレジスト膜６０の膜厚を算出する。
【００３３】
レジスト膜６０の膜厚は、図１０に示すように、レジスト孔６１の底部６２で厚く、レジスト孔６１の開口部６３で薄くなる傾向がある。したがって、例えば、底部６２の膜厚が所定の膜厚以下となるように管理したり、開口部６３の膜厚が所定の膜厚以上となるように管理したりすることができる。なお、ステップＳ２３とＳ２７とＳ２８は、本発明でいう「検査工程」に対応している。
【００３４】
以上のように本実施形態では、ウエハ５０を破壊することなくビア孔５１およびレジスト孔６１の状態を検査することができる。これにより、ウエハ５０の歩留まり低下を防ぐことができ、製造コストを低減させることができる。具体的には、ビア孔５１に対応するビア像７１とレジスト孔６１に対応するレジスト像９１とを画像データで取り込み、この画像データをモニタで確認することにより、ビア孔５１およびレジスト孔６１の欠陥を容易に確認することができる。また、ビア像７１の画像データとレジスト像９１の画像データとの差分データをレジスト膜６０の画像データとして作成できるため、レジスト膜６０の形状や膜厚などを画像処理によって迅速に検査することができる。
【００３５】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では半導体に用いられるウエハ５０上に被転写体を形成してビア孔５１の内部を検査する方法を例示しているものの、プリント回路基板上に形成されたビア孔の内部を検査する場合にも本発明を適用することができる。
【００３６】
（２）上記実施形態ではレーザ顕微鏡を用いて画像データを作成しているものの、本発明によると、走査型電子顕微鏡ＳＥＭを用いて画像データを作成してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
５０…ウエハ（基板）
５１…ビア孔（凹部、ビア凹部）
６０…レジスト膜
６１…レジスト孔（レジスト凹部）
７０…被転写体
７１…ビア像（ビア凸部）
８０…ビア被転写体（被転写体）
８１…ビア像（ビア凸部）
９０…レジスト被転写体（被転写体）
９１…レジスト像（レジスト凸部）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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