JP2006024631A - ブラインドビアの深さ評価方法および深さ評価装置ならびに基板の研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導電性物質が充填されたブラインドビアの深さを評価する深さ評価方法および深さ評価装置ならびにこれを用いた基板の研磨装置を提供する。
【解決手段】 基板２１を透過可能な波長域の検知光Ｌを他方の面２１ｂ側から基板２１に向けて照射し、基板２１に向かって配置された顕微鏡１２を通して検知光Ｌが基板２１側で反射されることにより生じる反射光を受光手段に受光させ、顕微鏡１２の焦点を、基板２１の一方の面２１ａ及び／又は他方の面２１ｂに設けられた第１のマーキング２５，２６に合わせたときに受光手段を介して得られる第１の情報と、顕微鏡１２の焦点を、ブラインドビア２３の底部２３ｂに設けられた第２のマーキング２４に合わせたときに受光手段を介して得られる第２の情報とに基づいて、基板２１の一方の面２１ａに開口してなるブラインドビア２３の深さｄを算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコンやガラス等からなる基板に貫通電極を形成する際に好適なブラインドビアの深さ評価方法および深さ評価装置ならびにこれを用いた基板の研磨装置に関する。

電子デバイスや光デバイス等の小型化、高機能化、あるいはデバイス同士の積層接続のため、基板に貫通電極を設けることがある。このような貫通電極を形成する方法の一例として、基板（半導体ウエハ）に非貫通の深孔（ブラインドビア）を形成し、必要に応じてブラインドビアの孔壁面に絶縁層を堆積させた後、ブラインドビア内に導電性物質（導電層）を充填し、さらに、基板の裏面側から導電層が露出するまでエッチングまたは研磨を行い、導電層を基板の裏面まで貫通させる方法がある（例えば、特許文献１の段落００２０〜００２３および図２参照）。
特開２００１−３５１９９７号公報

導電層を貫通させるためには、ブラインドビアの深さを考慮して基板の裏面からのエッチング量または研磨量を決定する必要があるが、従来、ブラインドビアの深さを評価する良い方法がなかった。例えば、ブラインドビアが形成された段階（導電層の形成前）で光学顕微鏡等を用いてブラインドビアを観察することによりブラインドビアの深さを評価する方法が考えられるが、ブラインドビアが微細になる（孔径が小さく、深さが深くなる）と、正確な測定が困難であるという問題がある。また、ブラインドビアが形成される基板がガラスのように透明なものであると、可視光による測定ではブラインドビアの識別が極めて難しくなり、深さ測定ができないという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、導電性物質が充填されたブラインドビアの深さを評価する深さ評価方法および深さ評価装置ならびにこれを用いた基板の研磨装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、一方の面及び／又は他方の面に第１のマーキングを備えた基板と、該基板の一方の面に開口してなるブラインドビアと、該ブラインドビアの底部に設けられた第２のマーキングとを備える対象物において前記ブラインドビアの深さを評価する評価方法であって、基板を透過可能な波長域の検知光を前記他方の面の側から前記基板に向けて照射し、前記基板に向かって配置された顕微鏡を通して前記検知光が基板側で反射されることにより生じる反射光を受光手段に受光させ、前記顕微鏡の焦点を第１のマーキングに合わせたときに前記受光手段を介して得られる第１の情報と、前記顕微鏡の焦点を第２のマーキングに合わせたときに前記受光手段を介して得られる第２の情報とに基づいて、前記ブラインドビアの深さを算出することを特徴とするブラインドビアの深さ評価方法を提供する。
前記基板がシリコン基板である場合、前記検知光としては赤外光を用いることが好ましい。また、前記基板がガラス基板である場合、前記検知光としては可視光を用いることが好ましい。

また、本発明は、一方の面及び／又は他方の面に第１のマーキングを備えた基板と、該基板の一方の面に開口してなるブラインドビアと、該ブラインドビアの底部に設けられた第２のマーキングとを備える対象物において前記ブラインドビアの深さを評価する評価装置であって、基板を透過可能な波長域の検知光を射出する光源と、前記基板に向かって配置された顕微鏡と、前記検知光が基板側で反射されることにより生じる反射光を受光する受光手段と、前記基板と前記顕微鏡との間隔を調整する間隔調整手段と、前記顕微鏡の焦点が第１のマーキングに合わされたときに前記受光手段を介して得られる第１の情報と、前記顕微鏡の焦点が第２のマーキングに合わされたときに前記受光手段を介して得られる第２の情報とに基づいて、前記ブラインドビアの深さを算出する計算機とを備えることを特徴とするブラインドビアの深さ評価装置を提供する。
また、本発明は、上記のブラインドビアの深さ評価装置と、前記深さ評価装置によって評価されたブラインドビアの深さに基づいて前記基板を前記ブラインドビアが開口した側の面とは反対側の面である裏面側から研磨する研磨手段とを備えることを特徴とする基板の研磨装置を提供する。

本発明の評価方法及び評価装置によれば、基板の一方の面（表面）から開口されてなるブラインドビアの深さを評価するにあたり、基板の他方の面（裏面）の側から検知光を照射し、該検知光をブラインドビアの底部で第２のマーキングに反射させて生じる反射光を受光手段で受光することによりブラインドビアの底部の位置を検知することができる。第２のマーキングとしては、ブラインドビア内に形成された導電層や絶縁層などを利用することができる。
また、基板の一方の面及び／又は他方の面に第１のマーキングを設け、検知光を第１のマーキングに反射させて生じる反射光を受光手段で受光することにより基板の一方の面及び／又は他方の面の位置を検知することができる。
このようにして、顕微鏡の焦点を第１のマーキングに合わせたときに得られる第１の情報と、顕微鏡の焦点を第２のマーキングに合わせたときに得られる第２の情報とに基づいて、ブラインドビアの深さを算出し評価することが可能となる。
ブラインドビアの底部を観察するため、基板の他方の面（裏面）から基板を透過可能な波長域の検知光を照射した場合、マーキングがないと、ブラインドビアが微細になるにつれて正確な測定が困難になる。しかしながら本発明においては、第１および第２のマーキングは、検知光に対する光学特性が基板の材料とは異なる材料からなるので、基板との識別が容易であり、正確な測定が可能になる。
本発明の研磨装置によれば、ブラインドビアの深さを考慮して基板の裏面からの研磨量を決定することができ、ブラインドビアの導電層が基板を貫通してなる貫通電極を確実に得ることができる。

以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明のブラインドビアの深さ評価方法の一例を説明する図面であり、図２は、本発明のブラインドビアの深さ評価装置の一例を示す概略構成図である。
図３は、貫通電極を有するデバイスの製造方法の一例を工程順に説明する図面である。

図３（ａ）において、符号２１は基板である。基板２１の材料としては、例えばシリコンやガラス等を用いることができる。
この基板２１の一方の面２１ａ（以下、符号２１ａで示される面を基板表面と言う場合がある。）には素子２２が形成されている。また、この基板２１には、基板表面２１ａから垂直方向に複数のブラインドビア２３が形成されている。ブラインドビア２３は、例えばドライエッチングによって形成することができる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、それぞれのブラインドビア２３の内部に、金属や合金等からなる導電性材料２４を充填する。導電性材料２４の層は、ブラインドビア２３の底部２３ｂから開口部２３ａまで達している。なお、ブラインドビア２３の孔壁には、必要に応じて、絶縁層やバリアメタル層（図示略）等の層を形成してもよい。
基板２１の表面２１ａには、パターン配線などにより、金属配線層２５を形成する。導電性材料２４と素子２２とは、金属配線層２５を介して電気的に接続されている。
さらに、必須ではないが、基板２１の他方の面である裏面２１ｂにもマーキング２６を形成しておくとよい。マーキング２６は、金属配線層と同様にして導電性材料から形成してもよく、また、塗料等の塗布によって形成することもできる。
基板２１の一方の面２１ａまたは他方の面２１ｂに設けられる第１のマーキングの位置は、ブラインドビア２３に対する位置関係を一定に決めておくことが好ましい。この場合、ステージ１５等を自動制御する場合にマーキングの位置を発見しやすくなる。

次いで、図３（ｃ）に示すように、基板２１の裏面２１ｂの側から物理的な研磨や化学的なエッチングを施すことにより、導電性材料２４の先端を基板２１の裏面２１ｂに露出させる。
これにより、図３（ｄ）に示すように、素子２２からの配線を基板２１の裏面２１ｂに取り出すことのできる貫通電極２７を有するデバイス２８を製造することができる。なお、基板２１の裏面２１ｂには、必要に応じて絶縁層や配線、金属バンプ等を設けることができる。

図１（ａ）〜（ｃ），図３（ｂ）に示すように、本形態例のブラインドビアの深さ評価方法における評価の対象物２０は、ブラインドビア２３の内部に導電性材料２４が充填された基板２１である。
なお、図１（ａ）〜（ｃ）では、対象物２０は基板表面２１ａが図面の下側を向くように裏返されている。

ここで、本形態例のブラインドビアの深さ評価装置について図２を参照しながら説明する。図２に示す深さ評価装置１０は、基板２１を透過可能な波長域の検知光Ｌを射出する光源１１と、基板２１に向かって配置された顕微鏡１２と、検知光Ｌが基板２１側で反射されることにより生じる反射光を受光する受光手段としてのカメラ１３と、カメラ１３により撮像された画像を表示するモニタ１４と、基板２１が載置されるステージ１５と、ステージ１５および顕微鏡１２の位置や向き等を制御する制御手段１６（コントローラ）と、カメラ１３により撮像された画像の情報および制御手段１６から送信されたステージ１５および顕微鏡１２の位置に関する情報を受け取り、これらの情報に基づいてブラインドビア２３の深さを算出する計算機１８（コンピュータ）を備える。

光源１１は、例えばハロゲンランプやレーザ光源などを用いることができる。光源１１としては、基板２１を透過可能な波長域の検知光Ｌを発生することができるものが用いられる。検知光Ｌの波長域は、基板２１の材質にもよるが、例えば赤外光、可視光、紫外光などのうちから選択することができる。
例えば基板２１がガラスからなるものである場合、検知光Ｌとしては、４００ｎｍ程度以上、８００ｎｍ程度以下の可視光を用いることができる。
また、基板２１がシリコンからなるものである場合、検知光Ｌとしては、１．１μｍ程度以上、１．５μｍ程度以下の赤外光を用いることができる。

顕微鏡１２としては、特に限定されるものではないが、ここでは一例として、対物レンズ１２ａと結像レンズ１２ｂとハーフミラー１２ｃとを内蔵したものが用いられている。
光源１１から射出された検知光Ｌはハーフミラー１２ｃに入射して向きを９０°変え、対物レンズ１２ａを介して、基板２１の裏面２１ｂの側から基板２１上に照射される。検知光Ｌが基板２１側で反射されることにより生じる反射光は、対物レンズ１２ａ及びハーフミラー１２ｃを透過し、結像レンズ１２ｂによって集光され、カメラ１３（例えばＣＣＤカメラ）に内蔵された撮像素子（図示略）上に結像され、この結果、撮像素子により画像信号が出力される。

顕微鏡１２およびステージ１５は、それぞれモータ等の駆動手段（図示せず）を備える。顕微鏡１２とステージ１５との相対的移動方向は、望ましくは、顕微鏡１２とステージ１５とが対向するＺ方向（図２の上下方向）と、ステージ１５の表面に沿うＸ方向（図２では左右方向）およびＹ方向（図２では紙面に垂直な方向）との３方向を含む。しかし、マーキングの位置を調整することにより、ステージ１５の表面に沿う方向の移動が一方向のみであっても、本発明の実施は可能である。さらに、顕微鏡１２とステージ１５との相対的向き（角度）が調節できるようにしてあれば、顕微鏡１２の光軸が基板２１の裏面２１ｂに対して垂直となるように調整することも可能となる。
制御手段１６は、顕微鏡１２およびステージ１５の駆動手段を制御することにより、顕微鏡１２と基板２１との間隔を調整したりすることができる。つまり、本形態例においては、顕微鏡１２と基板２１との間隔を調整する間隔調整手段１７が、ステージ１５と制御手段１６とから構成されている。

次に、本形態例のブラインドビアの深さ評価方法について説明する。
まず、図２に示すように、基板２１の他方の面２１ｂが顕微鏡１２の側を向くように、対象物２０をステージ１５の上に裏向きに載せる。このような対象物２０の操作は、図示しないロボット等を用いて自動的に行うこともできる。
顕微鏡１２の焦点を基板２１に形成された各マーキングに合わせるときには、マーキングの位置が顕微鏡１２の光軸上にのるように、例えばステージ１５を制御してＸ方向およびＹ方向の位置合わせを行う。

図１（ａ）に示すように、基板２１の一方の面２１ａに顕微鏡１２の焦点を合わせる。そのときの顕微鏡１２とステージ１５の相対的位置（例えば、顕微鏡１２とステージ１５との距離Ａ）を第１の情報として、制御手段１６から計算機１８に送信する。基板２１の一方の面２１ａに焦点を合わせる際には、例えば基板表面２１ａに形成された金属配線層２５をマーキング（第１のマーキング）として、これに焦点を合わせればよい。マーキングとなる金属配線層２５としては、素子２２とブラインドビア２３内の導電性材料２４とを接続する配線に限らず、他の金属配線層の他の部分や、ダミー配線等を利用することもできる。また、基板２１の一方または他方の面２１ａ，２１ｂに設けられる第１のマーキングとしては、検知光Ｌに対して不透明（検知光を充分に反射させるもの）であれば、導電層でなくとも、基板表面２１ａの印刷層など（もしあれば）を利用することもできる。

図１（ｂ）に示すように、ブラインドビア２３の底部２３ｂに顕微鏡１２の焦点を合わせ、そのときの顕微鏡１２とステージ１５の相対的位置（例えば、顕微鏡１２とステージ１５との距離Ｂ）を第２の情報として、制御手段１６から計算機１８に送信する。ブラインドビア２３の底部２３ｂに焦点を合わせる際には、第２のマーキングとして、例えばブラインドビア２３内に充填された導電性材料２４の底部、あるいはブラインドビア２３の孔壁に形成された絶縁層やバリアメタル層（図示略）等を利用し、このような第２のマーキングの位置に焦点が合えばよい。
また、ブラインドビア２３の底部２３ｂにのみ、第２のマーキングとして好適な材料からなる層を形成してもよい。この場合、図３（ｃ）に示すように、研磨工程でブラインドビア２３を貫通させるときに、第２のマーキングの部分を除去することができる。

計算機１８では、図１（ａ）における顕微鏡１２とステージ１５の相対的位置（第１の情報）と、図１（ｂ）における顕微鏡１２とステージ１５の相対的位置（第２の情報）とに基づき、ブラインドビアの深さを算出する。もし、基板２１の屈折率と外部の雰囲気（空気等）の屈折率（検知光の波長における屈折率とする）が等しいとすれば、二つの状態における顕微鏡１２とステージ１５との距離の差（すなわちＢ−Ａ）がブラインドビア２３の深さｄに相当することになるが、実際には、基板２１の材料の屈折率ｎに基づいて補正する必要がある。

また、基板２１の他方の面２１ｂにもマーキング２６を設けた場合には、この基板２１の他方の面２１ｂ上のマーキング２６に顕微鏡１２の焦点を合わせ、そのときの顕微鏡１２とステージ１５の相対的位置（例えば、顕微鏡１２とステージ１５との距離Ｃ）を制御手段１６から計算機１８に送信することができる。
このとき、基板２１の厚さをｔ、ブラインドビア２３の深さをｄとおくと、式（１）に示す関係が成り立つので、これによってブラインドビア２３の深さｄを算出することもできる。

（Ｂ−Ａ）／（Ｃ−Ａ）＝ｄ／ｔ ・・・ （式１）

本発明の研磨装置は、上述したようにブラインドビア２３内部の導電性材料２４の先端を基板２１の裏面２１ｂに露出させるため、図３（ｃ）に示すように基板２１の裏面２１ｂを研磨するときに、基板２１の厚さｔとブラインドビア２３の深さｄを考慮して基板２１の研磨量を決定する。ブラインドビア２３内の導電性材料２４が貫通するためには、基板２１の厚さｔからブラインドビア２３の深さｄを減じた差（ｔ−ｄ）よりも若干余分に研磨すると良い。
基板２１が複数のブラインドビア２３を有する場合、すべてのブラインドビア２３内の導電性材料２４が貫通するためには、複数のブラインドビア２３の深さｄを測定し、最も浅いブラインドビア２３の深さに基づいて基板２１の研磨量を決定するのが好ましい。これにより、ブラインドビア２３の深さにばらつきがある場合でも、すべてのブラインドビア２３内の導電性材料２４が貫通したデバイスを製造する作業が容易化される。

以上説明したように、本形態例の深さ評価方法によれば、ブラインドビアに充填された導電性材料の底部の位置と、基板の一方の面の位置及び／又は他方の面の位置とに基づいて、ブラインドビアの深さを数値的に評価することができる。これにより、ブラインドビアを貫通させるための研磨量をより確実に決定することができる。
ブラインドビアに充填された導電性材料の底部の位置を測定するため、何も充填されていないブラインドビアの底部を観察することに比べて光学顕微鏡の焦点を合わせやすい。また、基板の裏面側からブラインドビアの底部を観察するので、径が微細で深さが深いブラインドビアにおいても、精度の高い計測が可能となる。
本形態例の深さ評価方法は、対象物をステージの上に適切な向きに載置するロボット等を設け、ステージや顕微鏡等の駆動が自動的に制御されるように設定することにより、自動化も可能であり、この場合、評価および研磨の作業に要する労力を大幅に軽減できる。

＜実施例１＞
ガラスからなる基板（直径：４インチ（約１０ｃｍ）、厚さ：約５２５μｍ）の一方の面から、ドライエッチングにより、深さが約３００μｍ、直径が約８０μｍのブラインドビアを複数形成した。光源として波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用い、図１に示す評価装置を用いて、ブラインドビアの深さを評価した。
このようにしてブラインドビアの深さを本発明の非破壊的な評価方法にて評価した後、基板を切断してブラインドビアを深さ方向に沿って露出させ、ブラインドビアの深さを実測した。得られた実測値を本発明による評価値と比較したところ、本発明によってブラインドビアの深さを実用的な精度で評価することが可能であることが分かった。

＜実施例２＞
シリコンからなる基板（直径：４インチ（約１０ｃｍ）、厚さ：約５２５μｍ）の一方の面から、ドライエッチングにより、深さが約３００μｍ、直径が約８０μｍのブラインドビアを複数形成した。光源として波長１．３μｍのハロゲンランプを用い、図１に示す評価装置を用いて、ブラインドビアの深さを評価した。
このようにしてブラインドビアの深さを本発明の非破壊的な評価方法にて評価した後、基板を切断してブラインドビアを深さ方向に沿って露出させ、ブラインドビアの深さを実測した。得られた実測値を本発明による評価値と比較したところ、本発明によってブラインドビアの深さを実用的な精度で評価することが可能であることが分かった。

本発明は、貫通電極を有する半導体デバイスや電子デバイス等の製造に利用することができる。

本発明のブラインドビアの深さ評価方法の一例を説明する図面である。 本発明のブラインドビアの深さ評価装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の基板の研磨方法を用いた貫通電極付き基板の製造方法の一例を示す工程図である。

符号の説明

１０…ブラインドビアの深さ評価装置、１１…光源、１２…顕微鏡、１３…受光手段、１７…間隔調整手段、１８…計算機、２０…対象物、２１…基板、２１ａ…基板の一方の面（基板表面）、２１ｂ…基板の他方の面（裏面）、２３…ブラインドビア、２３ｂ…ブラインドビアの底部、２４…導電性材料（第２のマーキング）、２５…金属配線層（第１のマーキング）、２６…マーキング、ｄ…ブラインドビアの深さ、Ｌ…検知光。

Claims (5)

1. 一方の面及び／又は他方の面に第１のマーキングを備えた基板と、該基板の一方の面に開口してなるブラインドビアと、該ブラインドビアの底部に設けられた第２のマーキングとを備える対象物において前記ブラインドビアの深さを評価する評価方法であって、
   基板を透過可能な波長域の検知光を前記他方の面の側から前記基板に向けて照射し、
   前記基板に向かって配置された顕微鏡を通して前記検知光が基板側で反射されることにより生じる反射光を受光手段に受光させ、
   前記顕微鏡の焦点を第１のマーキングに合わせたときに前記受光手段を介して得られる第１の情報と、前記顕微鏡の焦点を第２のマーキングに合わせたときに前記受光手段を介して得られる第２の情報とに基づいて、前記ブラインドビアの深さを算出することを特徴とするブラインドビアの深さ評価方法。
2. 前記基板がシリコン基板であり、前記検知光として赤外光を用いることを特徴とする請求項１に記載のブラインドビアの深さ評価方法。
3. 前記基板がガラス基板であり、前記検知光として可視光を用いることを特徴とする請求項１に記載のブラインドビアの深さ評価方法。
4. 一方の面及び／又は他方の面に第１のマーキングを備えた基板と、該基板の一方の面に開口してなるブラインドビアと、該ブラインドビアの底部に設けられた第２のマーキングとを備える対象物において前記ブラインドビアの深さを評価する評価装置であって、
   基板を透過可能な波長域の検知光を射出する光源と、
   前記基板に向かって配置された顕微鏡と、
   前記検知光が基板側で反射されることにより生じる反射光を受光する受光手段と、
   前記基板と前記顕微鏡との間隔を調整する間隔調整手段と、
   前記顕微鏡の焦点が第１のマーキングに合わされたときに前記受光手段を介して得られる第１の情報と、前記顕微鏡の焦点が第２のマーキングに合わされたときに前記受光手段を介して得られる第２の情報とに基づいて、前記ブラインドビアの深さを算出する計算機と、
   を備えることを特徴とするブラインドビアの深さ評価装置。
5. 請求項４に記載のブラインドビアの深さ評価装置と、
   前記深さ評価装置によって評価されたブラインドビアの深さに基づいて前記基板を前記ブラインドビアが開口した側の面とは反対側の面である裏面側から研磨する研磨手段と
   を備えることを特徴とする基板の研磨装置。

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