(57)【要約】【課題】  金薄膜の膜厚測定を確実に且つ短時間で実行可能な膜厚測定方法を提供する。【解決手段】  金を除く所定のバンプ材料で構成されたバンプの直上層に形成された金膜の膜厚を測定するために、金膜を透過してバンプに入射可能な波長を有する光を照射し、光反射率を測定して金膜の膜厚を求める膜厚測定方法であって、バンプの光反射率より金膜の光反射率が低くなる第１波長領域内で、且つ、金膜の厚さに応じて光反射率が単調変化する第２波長領域内で、膜厚測定対象の金膜に照射する光の波長を設定する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金を除く所定のバンプ材料で構成されたバンプの直上層に形成された金膜の膜厚を測定するために、前記金膜を透過して前記バンプに入射可能な波長を有する光を照射し、光反射率を測定して前記金膜の膜厚を求める膜厚測定方法であって、
前記バンプの前記光反射率より前記金膜の前記光反射率が低くなる第１波長領域内で、且つ、前記金膜の厚さに応じて前記光反射率が単調変化する第２波長領域内で、膜厚測定対象の前記金膜に照射する前記光の波長を設定することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
前記バンプ材料がニッケルである場合に、４５０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の波長の前記光を用いることを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定方法。
【請求項３】
前記金膜の想定膜厚が、０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の場合に、４５０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長の前記光を用いることを特徴とする請求項２に記載の膜厚測定方法。
【請求項４】
前記金膜の想定膜厚が、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の場合に、４９０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の波長の前記光を用いることを特徴とする請求項２または３に記載の膜厚測定方法。
【請求項５】
測定された前記金膜の前記光反射率を用い、前記金膜に照射する前記光の波長毎に前記光反射率と前記膜厚の関係を示した検量線データに基づいて、前記膜厚を算出することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の膜厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンプの直上層に形成された金膜の膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置の小型化に伴い、半導体装置の小型化を図る技術には、例えば、高密度実装技術がある。高密度実装技術には、配線基板に半導体チップを搭載するＦＣ（Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ）実装、テープ状のフィルム基板に半導体チップを搭載するＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）、フレキシブル基板に直接ベアチップを実装するＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）、ガラス基板上にベアチップを実装するＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）、半導体チップ同士を接続するＣＯＣ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）等がある。
【０００３】
より具体的には、これらの高密度実装技術では、例えば、半導体基板上に形成された電極パッド上にバンプと称される突起状電極を形成し、バンプの直上層にＡｕ薄膜（金膜）を形成して、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ、異方性導電フィルム）や半田層、Ｓｎ層等を介して熱圧着することにより、半導体チップをフィルム基板やガラス基板に実装している。
【０００４】
また、電極パッド上にバンプを形成する方法、及び、バンプの直上層にＡｕ薄膜を形成する方法としては、例えば、メッキ法があり、メッキ法には、外部電源を用いてメッキ材料を堆積させる電解メッキ法と化学的な還元反応によりメッキ材料を堆積させる無電解メッキ法がある。尚、無電解メッキ法は、電解メッキ法と比較して、バリアメタル層及びメッキ用電極を形成するためのスパッタリング工程、バンプのパターンを形成するためのフォト工程、及び、フォト工程で使用したレジストやメッキ工程で使用したバリアメタルを除去するためのエッチング工程等の工程を実行する必要がない。即ち、無電解メッキ法は、電解メッキ法と比較して、製造工程数が少ないことから、製造コストを低くおさえることができ、更に、製造時間の短縮が期待できるので、納期を短期間化することが可能になる。
【０００５】
メッキ法による高密度実装技術としては、例えば、無電解メッキ法により、電極パッド上にバンプ材料としてＮｉを用いてＮｉバンプを形成し、無電解メッキ法により、Ｎｉバンプの直上層にＡｕ薄膜を形成した半導体装置の製造方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
ところで、無電解メッキ法によりＡｕ薄膜を形成する場合において、半導体チップのパッケージへの実装品質を安定させるためには、Ａｕ薄膜を膜厚が所望の値になるように形成する必要がある。このため、Ａｕ薄膜の膜厚を精度良く測定する必要がある。
【０００７】
Ａｕ薄膜の膜厚を測定する方法としては、例えば、電子顕微鏡による直接観察、蛍光Ｘ線分析による測定、或いは、シート抵抗の測定等の方法がある。しかし、電子顕微鏡による直接観察は、試料の準備に時間がかかる上、破壊検査であるため製品を直接測定できないという問題がある。また、蛍光Ｘ線分析による測定及びシート抵抗の測定は、近年の微細化により数十μｍサイズの微少バンプの膜厚測定に用いるのは困難であるという問題がある。
【０００８】
金属薄膜（Ａｕ薄膜）の膜厚を測定する方法としては、例えば、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）を用い、予め測定対象薄膜と同じ薄膜材料の特性Ｘ線の強度と膜厚の相関関係を求めておき、成分分析装置により測定対象薄膜の特性Ｘ線を分析し、前記相関関係に基づいて測定対象薄膜の膜厚を求める膜厚測定方法がある（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
【０００９】
尚、上記特許文献２及び特許文献３に記載の膜厚測定方法では、特性Ｘ線の強度を求めるために、所定時間以上特性Ｘ線を積算する必要があるため、膜厚測定に非常に時間がかかるという問題があった。
【００１０】
上記特許文献２及び特許文献３に記載の膜厚測定方法に対し、金属薄膜（Ａｕ薄膜）の膜厚を測定する他の方法として、例えば、測定対象薄膜に対して光を照射し、光の干渉現象を利用して膜厚を測定する膜厚測定方法がある（例えば、特許文献４参照）。
【００１１】
上記特許文献４に記載の膜厚測定方法では、上記特許文献２及び特許文献３に記載の膜厚測定方法のように特性Ｘ線を蓄積する必要がなく、測定時間を短くおさえることが可能である。
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２３７２６７号公報
【特許文献２】特開平９−１４５３４４号公報
【特許文献３】特開平２−２６６２０８号公報
【特許文献４】特開平１１−１５３４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献４に記載の膜厚測定方法では、光の干渉現象を利用するため、光が測定対象薄膜を透過してバンプに到達する必要があるが、例えば、Ａｕ材料のように、光反射率が高い薄膜材料については、薄膜層に照射する光の波長によっては、光がＡｕ薄膜層を透過してバンプまで到達できない場合があり、この場合には、バンプからの反射光を得ることができず、膜厚測定が実行できない可能性が高い。即ち、上記特許文献４に記載の膜厚測定方法を、光反射率が高い薄膜材料にそのまま適用しても、確実に膜厚測定を実行することは困難である。このため、光反射率が高いＡｕ材料の膜厚を、確実に、且つ、短時間で実行することが可能な技術が求められている。
【００１４】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ａｕ薄膜の膜厚測定を確実に且つ短時間で実行可能な膜厚測定方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明に係る膜厚測定方法は、金を除く所定のバンプ材料で構成されたバンプの直上層に形成された金膜の膜厚を測定するために、前記金膜を透過して前記バンプに入射可能な波長を有する光を照射し、光反射率を測定して前記金膜の膜厚を求める膜厚測定方法であって、前記バンプの前記光反射率より前記金膜の前記光反射率が低くなる第１波長領域内で、且つ、前記金膜の厚さに応じて前記光反射率が単調変化する第２波長領域内で、膜厚測定対象の前記金膜に照射する前記光の波長を設定することを第１の特徴とする。
【００１６】
上記特徴の本発明に係る膜厚測定方法は、前記バンプ材料がニッケルである場合に、４５０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の波長の前記光を用いることを第２の特徴とする。
【００１７】
上記特徴の本発明に係る膜厚測定方法は、前記金膜の想定膜厚が、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の場合に、４５０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の波長の前記光を用いることを第３の特徴とする。
【００１８】
上記第２または第３の特徴の本発明に係る膜厚測定方法は、前記金膜の想定膜厚が、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の場合に、４９０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の波長の前記光を用いることを第４の特徴とする。
【００１９】
上記何れかの特徴の本発明に係る膜厚測定方法は、測定された前記金膜の前記光反射率を用い、前記金膜に照射する前記光の波長毎に前記光反射率と前記膜厚の関係を示した検量線データに基づいて、前記膜厚を算出することを第５の特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
上記特徴の膜厚測定方法によれば、バンプの光反射率より金膜の光反射率が低くなる、即ち、上層のＡｕ薄膜層（金膜層）を透過して下層のバンプに到達し得る第１波長領域内で、且つ、金膜の厚さに応じて光反射率が単調変化する第２波長領域内で、光の波長を設定し、Ａｕ薄膜層を透過する際の光の減衰を含む光反射率を測定するように構成されているので、確実且つ短時間で膜厚を測定することが可能になる。
【００２１】
また、上記特徴の膜厚測定方法によれば、光を照射し光反射率を測定して金膜の膜厚を求めるように構成されていることから、非接触で非破壊検査を行うことが可能であり、製品を直接測定できる。更に、光を照射し光反射率を測定して金膜の膜厚を求めるように構成されていることから、微小バンプの膜厚測定にも対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る膜厚測定方法（以下、適宜「本発明方法」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
〈第１実施形態〉
本発明方法の第１実施形態について、図１を基に説明する。ここで、図１は、本発明方法を実行する測定装置１の概略部分構成例、及び、本発明方法による膜厚測定を行う半導体装置の概略部分構成例を示している。
【００２４】
測定装置１は、図１に示すように、光を発生する光源１２からの光を平行光にするレンズ１３と、レンズ１３からの光の方向を膜厚測定対象のＡｕ薄膜２４（金膜に相当）に向けて調節し、後述するレンズ１５を介して光を膜厚測定対象のＡｕ薄膜２４に照射するハーフミラー１４と、バンプ２３からの反射光を平行光にするレンズ１５と、レンズ１５によって平行光にされたバンプ２３からの反射光を、ハーフミラー１４及びレンズ１６を介して受け付ける受光素子１７と、膜厚測定の際に、測定装置１の各構成、即ち、光源１２、レンズ１３、ハーフミラー１４、レンズ１５、レンズ１６及び受光素子１７を制御する動作制御回路１０を備えて構成されている。尚、本実施形態の光源１２は、可視光を発生可能な水銀灯１２ａと、水銀灯１２ａで発生した光を単色光にするモノクロメータ１２ｂで構成されている。
【００２５】
半導体チップ２は、半導体基板２０上に、Ａｌ系合金を用いて形成された電極パッド２１と、電極パッド２１上の所定領域を除き、半導体基板２０上の所定領域に形成された保護膜２２と、バンプ材料の一例としてのＮｉを用い、無電解メッキ法等により電極パッド２１上に形成されたＮｉバンプ２３と、無電解メッキ法等によりＮｉバンプ２３の直上層に形成されたＡｕ薄膜２４を備えて構成されている。
【００２６】
以下、測定装置１における半導体チップ２に照射する光の波長の設定について、図２〜図５を基に説明する。
【００２７】
尚、ここでは、Ｎｉバンプ２３の厚みは1μｍ〜２０μｍに、Ａｕ薄膜２４の厚みは、２０ｎｍ〜１００ｎｍに設定されている場合について説明する。また、本実施形態の測定装置１は、Ａｕ薄膜２４に照射する光の波長毎に光反射率と膜厚の関係を示した検量線データを予め作成しておき、Ａｕ薄膜２４の光反射率から検量線データを用いて膜厚を求める。
【００２８】
図２は、半導体チップ２に照射する光の波長と、Ａｕ薄膜２４の厚さが０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍの夫々の場合における光反射率の関係を示している。図２において、第１波長領域Ａ１では、Ａｕ薄膜２４の厚さが０ｎｍの場合の光反射率、即ち、Ｎｉバンプ２３の光反射率より、Ａｕ薄膜２４の厚さが５０ｎｍ及び１００ｎｍの場合の光反射率が低くなっており、これは、光がＡｕ薄膜２４を透過してＮｉバンプ２３に到達可能であることを示している。また、第２波長領域Ａ２では、Ａｕ薄膜２４の厚さに応じて光反射率が単調変化している。
【００２９】
図２に示すように、第１波長領域Ａ１における光反射率は、光がＡｕ薄膜２４を透過する際に減衰するため、Ａｕ薄膜２４の膜厚が厚いほど低下する。ここで、特に、波長４５０ｎｍ〜５１０ｎｍの範囲に設定された第２波長領域Ａ２１では、Ａｕ薄膜２４の厚さが５０ｎｍの場合の光反射率と１００ｎｍの場合の光反射率の差が、膜厚の算出に必要な程度に大きくなっている。このため、Ａｕ薄膜２４の厚さが５０ｎｍ〜１００ｎｍの場合には、波長４５０ｎｍ以上の光を用いてＡｕ薄膜２４の膜厚測定を行うことが望ましい。また、波長５１０ｎｍ以上では、光反射率が、Ａｕ薄膜２４の膜厚が０ｎｍのとき、即ち、Ａｕ薄膜２４が形成されていないときより大きくなっており、Ａｕ薄膜２４の膜厚測定に用いるのに適していない。尚、本実施形態では、Ａｕ薄膜２４の膜厚測定精度を十分に確保するため、光の波長に対する光反射率の変化量が所定量以上となる波長４５０ｎｍ以上の光を用いる。従って、本実施形態の測定装置１は、波長が４５０ｎｍ〜５１０ｎｍの光を用いて、Ａｕ薄膜２４の膜厚測定を行う。
【００３０】
図３は、Ａｕ薄膜２４に照射する光の波長が４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの場合における光反射率とＡｕ薄膜２４の膜厚の関係を示した検量線データの例を示している。同様に、図４は、Ａｕ薄膜２４に照射する光の波長が４９０ｎｍ〜５１０ｎｍの場合における光反射率とＡｕ薄膜２４の膜厚の関係を示した検量線データの例を示している。また、図５は、Ａｕ薄膜２４に照射する光の波長が４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの場合における光反射率とＡｕ薄膜２４の膜厚の関係を示した検量線データの例を示している。
【００３１】
より詳細には、図３では、波長４５０ｎｍ、４６０ｎｍ及び４７０ｎｍの場合について夫々示している。図３に示すように、Ａｕ薄膜２４に照射する光の波長が４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの場合、光反射率（反射率）は、Ａｕ薄膜２４の膜厚が０〜６０ｎｍの範囲では、膜厚が増大するにつれて光反射率が単調減少する。従って、Ａｕ薄膜２４の想定膜厚が０〜６０ｎｍの範囲、特に、Ａｕ薄膜２４の想定膜厚が０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の場合には、Ａｕ薄膜２４に波長が４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの光を照射することにより、図３に示す検量線データから、Ａｕ薄膜２４の膜厚を良好に求めることができる。より好ましくは、図３から分かるように、想定膜厚が１０ｎｍ〜４０ｎｍの場合に、Ａｕ薄膜２４の膜厚を良好に求めることができる。
【００３２】
また、図４では、波長４９０ｎｍ、５００ｎｍ及び５１０ｎｍの場合について夫々示している。図４に示すように、Ａｕ薄膜２４に照射する光の波長が４９０ｎｍ〜５１０ｎｍの場合、光反射率（反射率）は、Ａｕ薄膜２４の膜厚が１３ｎｍのときに最大値となり、Ａｕ薄膜２４の膜厚が１３ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲では、膜厚が増大するにつれて光反射率が単調減少する。従って、Ａｕ薄膜２４の想定膜厚が１３〜１００ｎｍの範囲、特に、Ａｕ薄膜２４の想定膜厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の場合には、Ａｕ薄膜２４に波長が４９０ｎｍ〜５１０ｎｍの光を照射することにより、図３に示す検量線データから、Ａｕ薄膜２４の膜厚を良好に求めることができる。
【００３３】
図１示す測定装置１は、第１波長領域Ａ１及び第２波長領域Ａ２が重複する領域Ａ２１に対応する波長、図２では、波長４５０ｎｍ〜５１０ｎｍから、Ａｕ薄膜２４の想定膜厚に応じて、最適な波長を選択する。即ち、本実施形態では、Ａｕ薄膜２４の想定膜厚が２０ｎｍ〜５０ｎｍの場合には、４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長を、Ａｕ薄膜２４の想定膜厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍの場合には、４９０ｎｍ〜５１０ｎｍの波長を選択する。尚、Ａｕ薄膜２４の想定膜厚が５０ｎｍから一定範囲内の場合には、４７０ｎｍ〜４９０ｎｍの波長を選択するように構成しても良い。測定装置１は、選択した波長の検量線データを用いることにより、測定した光反射率からＡｕ薄膜２４の膜厚を求める。
【００３４】
〈別実施形態〉
〈１〉上記実施形態では、バンプ材料としてニッケル（Ｎｉ）を用いて説明したが、これに限るものではない。バンプ材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）等であっても良い。
【００３５】
〈２〉上記実施形態では、バンプ２３の厚さが１μｍ〜２０μｍに設定されている場合について説明したが、これに限るものではない。バンプ２３の厚さは、プロセスやパッケージ等に応じて適切に設定する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る膜厚測定方法を実行する測定装置の概略部分構成例、及び、膜厚測定対象の半導体チップの概略部分構成例を示す概略部分ブロック図
【図２】本発明に係る膜厚測定方法を実行する測定装置において、照射する光の波長の設定方法を示すグラフ
【図３】本発明に係る膜厚測定方法を実行する測定装置において、照射する光の波長の設定方法を示すグラフ
【図４】本発明に係る膜厚測定方法を実行する測定装置において、照射する光の波長の設定方法を示すグラフ
【図５】本発明に係る膜厚測定方法を実行する測定装置において、照射する光の波長の設定方法を示すグラフ
【符号の説明】
【００３７】
１      測定装置
２      半導体チップ
１０    動作制御回路
１２    光源
１２ａ  水銀灯
１２ｂ  モノクロメータ
１３    レンズ
１４    ハーフミラー
１５    レンズ
１６    レンズ
１７    受光素子
２０    半導体基板
２１    電極パッド
２２    保護膜
２３    バンプ
２４    Ａｕ薄膜（金膜）
【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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