JP2010091354A - 単結晶基板の非破壊反り測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パッケージ材料で封止した部品中の単結晶基板の反りを、部品を破壊することなくパッケージ材料越しに回折Ｘ線を用いて測定する。
【解決手段】Ｘ線検出器１を固定したまま、入射Ｘ線４の波数ベクトル８の方向から測定した試料ステージ６の回転角ωを変化させると、ブラッグ条件が満たされるとき、すなわち試料３０内のＳｉチップの照射領域の表面と入射Ｘ線４の波数ベクトル８とのなす角αがある特定の値をとるとき、Ｘ線の結晶回折が生じＸ線検出器１で回折Ｘ線９が検出される。ここで、試料３０は、プリント基板上にＳｉチップが搭載され、それらがモールドにより封止した構造である。Ｘ線検出器１は、モールド越しに回折Ｘ線９を検出し、ロッキング曲線を取得することができる。このロッキング曲線に基づいて、Ｓｉチップの反り測定ができる。
【選択図】図１４

Description

本発明は単結晶基板の非破壊反り測定方法及び測定装置に係り、特に単結晶基板の反りを、部品を破壊することなく回折Ｘ線を用いて測定する単結晶基板の非破壊反り測定方法及び測定装置に関する。

一般に、結晶材料の物性量や性質の多くは、応力及びこれに伴って現れる格子歪によって変化する。また、結晶材料の応力や格子歪は、同じ材料であっても、その成長条件や加工条件、あるいはその結晶材料に接する他の材料が及ぼす応力などによって変化する。従って、結晶材料の応力や格子歪を評価し、その用途に応じて加工・成長条件を最適化することが、高性能かつ高信頼の材料・製品開発にとって不可欠である。

特に、半導体結晶を用いてエレクトロニクス製品を製造する場合には、その単結晶を薄い板状のウェハに加工し、片面上にダイオード、トランジスタ、キャパシタ等の素子を形成する。これらの素子を形成するプロセスには、酸化、成膜、不純物導入、エッチング、熱処理等の工程が含まれるため、半導体ウェハ内には応力が発生し、巨視的な反りとなって現れる。この半導体ウェハの反りは、半導体結晶の物性量や性質を変化させるので、素子の性能及び信頼性に影響を与える。従って、半導体ウェハの反りを評価する必要がある。

そこで、半導体ウェハに対応する単結晶基板の反りを測定する方法が特許文献１に記載されている。特許文献１記載の単結晶基板の反りの測定方法では、被測定試料であるシリコン単結晶の回折角度幅の百分の一以下のＸ線を単結晶基板に入射し、単結晶基板の反りによって入射条件の異なる回折Ｘ線を原子核乾板に記録する。そして、上記の測定方法では、記録した回折Ｘ線の強度分布から反りを測定する。

特開平４−２８５８０６号公報

ところで、近年の大規模半導体集積回路（ＬＳＩ）のパッケージング技術においては、省スペース化の要求から、ＬＳＩの拡散工程を経た後に半導体ウェハを薄膜化しチップに分割した後、パッケージングを施すといった技術が検討されている。

例えば、同じ機能を持つ半導体チップ（主にメモリチップ）を積層し、パッケージングすることで、製品が持つ情報処理能力や情報蓄積能力を大幅な搭載スペースの拡大無く向上させる技術は、マルチ・チップ・パッケージング（Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈｉｐ−Ｐａｃｋａｇｉｎｇ:ＭＣＰ）技術と呼ばれる。また、異なる種類の機能を持つ半導体チップを一つのパッケージ内に積層し、そのパッケージに新たな機能を持たせるという、システム・イン・パッケージ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ：ＳｉＰ）といった技術も知られている。

このようなＭＣＰやＳｉＰに代表される実装技術では、半導体チップ（単結晶基板）は１００μｍあるいはそれ以下に薄膜化される。薄膜化された半導体チップは、パッケージング材料の応力の影響を受け易くなるため、パッケージング後の半導体チップの反り状態は、パッケージング材料や工程により変化する。従って、半導体製品の性能制御や信頼性向上のためには、パッケージング後の半導体チップの反りを測定する必要がある。特に、パッケージング後の積層された複数の半導体チップ（単結晶基板）のそれぞれについて、反りを測定できることが望ましい。

しかるに、前述した特許文献１記載の単結晶基板の反りの測定方法は、シリコン単結晶の回折角度幅の百分の一以下のＸ線を単結晶基板に直接入射し、それにより得られる回折Ｘ線に基づいて単結晶基板の反りを測定する方法である。このため、特許文献１記載の単結晶基板の反りの測定方法では、パッケージ内の積層された複数の単結晶基板に対して、パッケージ越しにＸ線を照射し、パッケージ中から積層された複数の単結晶基板からの回折Ｘ線を検出して、単結晶基板個々の反りを検出することができない。

なお、パッケージされた半導体チップの応力や反りの評価は、これまでにもラマン分光法や歪ゲージ法を用いて行われてきた。しかし、ラマン分光法は、パッケージの断面において測定を行う破壊検査であり、断面作成の際に応力が緩和するため、測定結果が実際の半導体チップの応力を反映しない場合があるという懸念がある。また、歪ゲージ法は非破壊検査であるが、この方法で測定される歪は、パッケージ表面の歪であり、半導体チップに加わる歪は推定でしか求められない。また、上記のＭＣＰやＳｉＰのように複数の半導体チップが積層されている場合には、個々の半導体チップの歪の推定の難易度が大幅に増す。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、パッケージ材料で封止した部品中の単結晶基板の反りを、部品を破壊することなくパッケージ材料越しに回折Ｘ線を用いて測定する単結晶基板の非破壊反り測定方法及び測定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の単結晶基板の非破壊反り測定方法は、単結晶基板をパッケージ材料で封止した部品にＸ線を照射する照射ステップと、単結晶基板からの回折Ｘ線をパッケージ材料越しに検出して、単結晶基板の反りを非破壊で測定する検出・測定ステップとを含むことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するため、本発明の単結晶基板の非破壊反り測定装置は、単結晶基板をパッケージ材料で封止した部品にＸ線を照射する照射手段と、単結晶基板からの回折Ｘ線をパッケージ材料越しに検出して、単結晶基板の反りを非破壊で測定する検出・測定手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、パッケージ材料により封止した単結晶基板の反りを、部品を破壊することなくパッケージ材料越しに回折Ｘ線を用いて測定することができ、その測定結果に基づいた実装材料やプロセスの最適化が可能となり、高性能及び高信頼の製品開発が促進させることができる。

次に、本発明の実施形態について図面と共に詳細に説明する。

図１〜図５は、本発明になる単結晶基板の非破壊反り測定方法の基本となるＸ線回折法で用いる手段と構成、及びＸ線光線図の概略を示す。図１〜図５は説明のために簡略化されており、実際の測定における手段とその構成、及びＸ線光線図と完全には一致しない場合もある。なお、図１〜図５において、同一構成部分には同一符号を付してある。

図１において、適切なＸ線源２で発生したＸ線は入射スリット３を通過し、試料ステージ６上に固定された単結晶基板５の照射領域７（領域Ａ）に入射する。Ｘ線検出器１を固定したまま、入射Ｘ線４の波数ベクトル８の方向から測定した試料ステージ６の回転角ωを変化させると、ブラッグ条件が満たされるとき、すなわち照射領域７（領域Ａ）の表面と入射Ｘ線４の波数ベクトル８とのなす角αがある特定の値α_Ｂをとるとき、Ｘ線の結晶回折が生じＸ線検出器１で回折Ｘ線９が検出される。ここで、回折Ｘ線９が検出されるときの回転角ωをω_Ｂと表す。さらに、照射領域７（領域Ａ）におけるω_Ｂの値をω_Ｂ(A)とする。また、本明細書では回折Ｘ線強度のω依存性をロッキング曲線と呼ぶことにする。

単結晶基板５が反っていない場合、回転角ωをω_Ｂ(A)にしたまま、試料ステージ６をＸ軸方向へ移動させ、図２に示すように、単結晶基板５上の他の領域２５（領域Ｂ）にＸ線を照射しても、回折Ｘ線９はＸ線検出器１により引き続き検出される。これは領域２５の表面と入射Ｘ線４の波数ベクトル８とのなす角αが領域７と領域２５とでα_Ｂのまま同じためである。

これに対して、図３から図５に示すように、単結晶基板５が上に凸に反っている場合を考える。まず、図３に示すように、照射領域２６（領域Ｃ）にＸ線４を照射したときの回転角ω_Ｂをω_Ｂ(C)とする。このとき、回折Ｘ線９がＸ線検出器１により検出されているので、照射領域２６（領域Ｃ）の表面と入射Ｘ線４の波数ベクトル８とのなす角αはα_Ｂである。

次に、図４に示すように、回転角ωをω_Ｂ(C)に設定したまま、試料ステージ６をＸ軸に平行にＸ軸の負の方向へ移動し、照射領域２７（領域Ｄ）にＸ線４を照射する。このときは、照射領域２７（領域Ｄ）では単結晶基板５の反りにより照射領域２７（領域Ｄ）の表面と入射Ｘ線４の波数ベクトル８とのなす角αがα_Ｂからずれるため、単結晶基板５からの回折Ｘ線はＸ線検出器１により検出されない。

照射領域２７（領域Ｄ）にＸ線を照射したときに得られる回折Ｘ線９を検出するためには、図５に示すように、照射領域２７（領域Ｄ）の表面と入射Ｘ線４の波数ベクトル８とのなす角αがα_Ｂとなるように試料ステージ６の回転角ωの値を変化させればよい。すなわち、測定点が移動することによって生じるαの変化を打ち消す方向にωの値を調整すればよい。定量的には、照射領域２６（領域Ｃ）の表面と照射領域２７（領域Ｄ）の表面とのなす角をΔθ≧０とするとき、
ω＝ω_B(C)＋Δθ
＝ω_B(D) （１）
とすれば、照射領域２７（領域Ｄ）の表面と入射Ｘ線４の波数ベクトル８とのなす角αがα_Ｂとなり、回折Ｘ線９がＸ線検出器１により検出される。以上の説明から、単結晶基板５の反りにより回折Ｘ線９が検出される際の回転角ωが変化することが理解される。

ここで、（１）式を変形すると、次式が得られる。

ω_B(D)−ω_B(C)＝＋Δθ （２）
これは照射領域２７（領域Ｄ）と照射領域２６（領域Ｃ）とでω_Ｂを測定すれば、その変化から領域Ｃと領域Ｄの表面のなす角Δθ、すなわち反りによる表面の角度変化が求められることを示している。

以上では、単結晶基板５が上に凸に反っている場合について説明したが、下に凸に反っている場合も同様の原理で反りによる表面のなす角の変化が測定可能である（説明は省略する）。ただし、下に凸に反っている場合の回転角ωと、領域Ｃと領域Ｄの表面のなす角Δθは、上記の（１）式及び（２）式とは異なり、それぞれ（３）式及び（４）式となる。

ω＝ω_B(C)−Δθ
＝ω_B(D) （３）
ω_B(D)−ω_B(C)＝−Δθ （４）
従って、ω_Ｂの位置変化の符号から反りの向き（上に凸あるいは下に凸）の判定が可能である。

以上がＸ線回折を用いて単結晶基板の反りを測定する方法の原理の説明である。以下ではこれを用いて実際に反り判定を行った例について説明する。

図６（Ａ）、（Ｂ）は、単結晶基板の反りの測定に用いた試料の平面図、側面図を示す。図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、試料１００は、樹脂基板１０上にＳｉ（００１）単結晶基板をもとに作られたＳｉチップ１１が圧着されている構成である。この試料１００は、実装プロセス途中の試料であり、樹脂基板１０の表面は空気中に露出した状態である。

図７は、実験時のＸ線と試料１００との関係を特に測定試料近傍について示した上面図を示す。実験に用いたＸ線回折装置の概略構成は図１と同じである。図７において、入射Ｘ線１３は、Ｓｉチップ１１に対して斜めに入射し、これにより回折Ｘ線１４が得られる。入射Ｘ線１３のスリット幅は０.５ｍｍ×０.１ｍｍであるが、入射Ｘ線１３はＳｉチップ１１に対して斜めに入射するので、Ｓｉチップ１１上でのＸ線の照射領域１２はおよそＷ１×Ｗ２＝０.５ｍｍ×０.２ｍｍの領域となる（図７に白抜きで示した領域）。

次に、実際の測定の手順について、図８と共に説明する。まず、図８（Ａ）に示すように、Ｓｉチップ１１の端部の照射領域１２にＸ線が照射されるように試料１００をセットしてＸ線を照射し、同図（Ｂ）に示すようにロッキング曲線１５を取得しω_Ｂを求める。

その後、図８（Ｃ）に示すように試料ステージを０.１ｍｍだけＸ軸方向に平行移動し、移動後の照射領域１２’に上記と同様にしてＸ線を照射して同図（Ｄ）に示すようにロッキング曲線１６を取得しω_Ｂを求める。このように「試料ステージをＸ軸方向に沿って０.１ｍｍ移動させる。」、「ロッキング曲線を取得しω_Ｂを求める」といった２つのステップを、測定位置が測定出発点の試料端部とは逆の端部に達するまで繰り返す。

図９は、このようにして得られたω_ＢのＳｉチップ上の位置Ｘに対する依存性ω_Ｂ(X)を示す。図９において、Ｓｉチップ端部付近を除くとω_Ｂ(X)は位置Ｘについて増加関数であり、Ｓｉチップの大部分は上に凸に反っていると考えられる。

図１０は、ω_ＢのＳｉチップ上の位置Ｘに対する依存性Δω_Ｂ(X)を示す。ここで、Δω_Ｂ(X)＝ω_Ｂ(X)−ω_Ｂ（Ｘ＝０）である。上述のように、ω_Ｂ(X)の変化は反りによる単結晶基板表面の角度変化に相当するので、Δω_Ｂ(X)はＸ＝０の基板表面を基準に測定した位置Ｘにおける基板表面の角度を表している。

よって、図１１に示すように、Ｓｉチップ断面の模式図を描き、基板表面を表す曲線をｚ＝ｆ（Ｘ）と表すとき、ｆ（Ｘ）の傾きは丁度
ｔａｎ（−Δω_Ｂ(X)）＝−ｔａｎ（Δω_Ｂ(X)）
に等しい。マイナスの符号がつくのは、Δω_Ｂ(X)は反りによる基板表面の角度変化そのものではなく、それを打ち消すようにして試料ステージの回転角ωを調整してから得られる量であるからである。

以上から、測定値であるΔω_Ｂ(X)を用いて、試料断面図における基板表面を表す曲線ｆ（Ｘ）すなわち各点Ｘにおける試料表面のｚ軸方向への変位量を得るための次式の微分方程式が得られる。

ｄｆ／ｄＸ＝−ｔａｎ（Δω_Ｂ(X)） （５）
ｚ＝ｆ（Ｘ）は、この微分方程式を積分する次式により得られる。

従って、図１１と（６）式とを用いて積分を行うことにより、ｆ（Ｘ）すなわち、試料の断面図を得ることができる。図１２は、このようにして得られた試料の断面図を示す。縦軸はｚ方向へのＳｉチップの変位量（displacement）に相当する変位量を示す。図１２に示すように、試料は全体として上に凸であり、基板全体としての反り量（ｚの最大値と最小値の差）が約７０μｍであることが分かる。

表１は、反りの向きや反り量が異なる試料について上述の方法で反りを測定した結果と、一般に反り測定に用いられている表面粗さ計を用いて反りを測定した結果とを比較した表を示す。この表から分かるように、両者の測定結果の間には、絶対値で１.５μｍから５μｍの違いがあるが、反りの向き、試料間の反り量の大小関係は、２つの測定法の間で良く一致している。この結果から、Ｘ線回折によるチップ反り測定の結果が妥当であると判断される。

以上に示したのはパッケージ工程途中での測定結果であった。すなわち、半導体チップは露出しているので、表面粗さ計を用いる等の簡便な反り測定法があり、必ずしもＸ線回折を用いた反り測定は必要ではない。以下では、パッケージ工程を終え、パッケージ材料に封止した状態の半導体チップの反りを測定する本発明方法について説明する。

パッケージ材料に封止した状態の半導体チップの反りの測定は、表面粗さ計を用いる等の簡便な反り測定法では困難である。一方、Ｘ線回折を用いた反り測定では、パッケージ材料に封止した状態の半導体チップの反りの測定は、パッケージ材料越しにＸ線回折の測定を行わなくてはならない。一般に、強度Ｉ_０のＸ線が物質へ入射し、その物質中を進んだ時、Ｘ線は物質に吸収され、その強度は距離ｔに対し指数関数的に減衰する。距離ｔだけ物質中を進んだ後のＸ線強度Ｉ（ｔ）は次式で表される。

Ｉ（ｘ）＝Ｉo・exp［−μ_mρｔ］ （７）
ここで、ρは物質の密度、μ_ｍはＸ線の質量吸収係数である。μ_ｍは物質を構成する元素や入射Ｘ線のエネルギーに依存する。すなわち、原子番号Ｚが大きい元素ほどμ_ｍは大きい傾向にあり、入射Ｘ線のエネルギーＥが高いほどμ_ｍは小さい。これらの依存性は、吸収端近傍を除いて、近似的に以下のように表される。

μ_m＝ｋ（Ｚ／Ｅ）³ （８）
ここで、ｋは比例係数である。よって、より高エネルギーのＸ線を用いることでパッケージ材料によるＸ線の吸収を小さくすることが可能であり、その結果パッケージ材料越しでのＸ線回折測定が可能となる。

図１３（Ａ）、（Ｂ）は、本発明になる単結晶基板の非破壊反り測定方法によりパッケージ材料越しに回折Ｘ線の取得を試みた試料の一例の平面図、断面図を模式的に示す。同図において、試料３０は、プリント基板３１上にＳｉ（００１）基板から作成したＳｉチップ３２が搭載され、これをモールド（主成分：ＳｉＯ_２）３３で封止した構造である。

図１４は、本発明になる単結晶基板の非破壊反り測定装置の一実施形態の概略構成図を示す。同図中、図１〜図５と同一構成部分には同一符号を付してある。図１４において、試料ステージ６には図１３に示した試料３０が載置固定されている。

図１４において、適切なＸ線源２で発生したＸ線４は入射スリット３を通過し、試料ステージ６上に固定された試料３０のパッケージ材料であるモールド３３を透過して単結晶基板であるＳｉチップ３２の照射領域に入射する。これにより、Ｓｉチップ３２の照射領域からは回折Ｘ線が出射する。

Ｘ線検出器１を固定したまま、入射Ｘ線４の波数ベクトル８の方向から測定した試料ステージ６の回転角ωを変化させると、ブラッグ条件が満たされるとき、すなわちＳｉチップ３２の照射領域の表面と入射Ｘ線４の波数ベクトル８とのなす角αがある特定の値をとるとき、Ｘ線の結晶回折が生じＸ線検出器１で、モールド３３を透過した回折Ｘ線９が検出される。

次に、このようにして、Ｘ線検出器１で取得されたロッキング曲線について説明する。図１５は、Ｘ線４として比較的低エネルギーのＸ線（ＣｕＫα特性Ｘ線、Ｅ＝８.０５ｋｅＶ）を用いた場合のロッキング曲線を示す。図１３のＳｉチップ３２からの回折Ｘ線（（００４）反射）がモールド３３を透過し図１４のＸ線検出器１に達していれば、試料ステージ６の回転角ωが３４.５６°付近に回折ピークが観測されるはずである。しかし、モールド材料による吸収のため、回折ピークを観測することができなかった。

図１６は、Ｘ線４として比較的高エネルギーのＸ線（ＭｏＫα特性Ｘ線、Ｅ＝１７.５ｋｅＶ）を用いて上記と同様の実験を行った場合のロッキング曲線を示す。このロッキング曲線は、試料ステージ６の回転角ωが１５.４７°付近で回折ピークを示す。図１６において、試料ステージ６の回転角ωが１５.４７°付近に見られるサブピークはＭｏＫα_１特性Ｘ線と僅かに波長が異なるＭｏＫα_２特性Ｘ線による回折ピークである。この結果は、高エネルギーのＸ線を入射Ｘ線４として用いることで、図１〜図１２と共に前述したような反り測定がパッケージの破壊無しに行われ得ることを示している。

このように、本実施形態では、モールド３３で封止したＳｉチップ３２の反り（応力含む）をモールド３３越しに非破壊で測定できることが可能となるので、これに基づいた実装材料やプロセスの最適化が可能となり、高性能及び高信頼の製品開発を促進させることができる。

なお、上記の実施形態では入射Ｘ線としてＭｏＫα特性Ｘ線を用いたが、モールド３３越しにＳｉチップ３２からの回折Ｘ線を測定できる程度のエネルギーを持っているＸ線であれば、入射Ｘ線４はＭｏＫα特性Ｘ線でなくともよい。

実験室規模の回折装置を用いて実験する場合には、特性Ｘ線が線源として好適であるが、上の目的に適切かつ現実的なものとしては、エネルギーではおおむね１０ｋｅＶを上回るＸ線が好ましい。このようなＸ線としては、ＺｎＫα特性Ｘ線、ＲｈＫα特性Ｘ線、ＰｄＫα特性Ｘ線、ＡｇＫα特性Ｘ線、ＭｏＫα特性Ｘ線や、ＷＫα特性Ｘ線などが挙げられる。また、適切なエネルギーであれば、荷電粒子の加速度運動から得られるＸ線、例えばシンクロトロン放射から得られるＸ線を用いてもよい。

また、検出した回折Ｘ線は（００４）反射であったが、他の格子面による回折Ｘ線でも構わない。例えば、（００８）、（００１２）等の（００４）反射の系統反射でもよいし、（１１３）反射など非対称反射でもよい。

チップのもととなる基板も（００１）基板３１以外であっても構わない。（０１１）基板、（１１１）基板あるいは他の面指数の格子面を表面に平行にした基板であっても、検出する回折Ｘ線を適切に選ぶことにより、同様の測定が可能である。

更に、上記の実施形態では測定試料はＳｉチップ３２であったが、これまでの説明から明らかなように、単結晶基板であればよく、ＧａＡｇ等の化合物半導体であっても構わないし、半導体以外の単結晶基板でもよい。

ところで、上記の実施形態では、モールド３３を透過させるために入射Ｘ線の高エネルギー化を図ったが、入射Ｘ線の高エネルギー化は、複数枚の半導体チップを積層したＭＣＰやＳｉＰに対しては、複数枚の半導体チップからの回折Ｘ線を一度に検出できる可能性を生む。

そこで、本発明者は、ＭｏＫα特性Ｘ線を入射Ｘ線に用いて、３枚のＳｉチップを積層した試料からモールド越しに回折スペクトルを取得することを試みた。図１７（Ａ）、（Ｂ）は、この場合の試料４０の平面図、断面図を模式的に示す。図１７（Ｂ）に示すように、試料４０は、プリント基板４１上にＳｉ（００１）基板から作成した、積層された３枚のＳｉチップ４２が搭載され、これをモールド（主成分：ＳｉＯ_２）４３で封止した構造のＳｉＰ製品である。この試料４０は、図１３に示した試料３０に似ているが、図１７（Ｂ）に示す断面図から分かるように、３枚のＳｉチップ４２が積層されているのが特徴である。

図１８は、本発明になる単結晶基板の非破壊反り測定装置の他の実施形態の概略構成図を示す。同図中、図１〜図５と同一構成部分には同一符号を付してある。図１８において、試料ステージ６には図１７に示した試料４０が載置固定されている。

図１７において、適切なＸ線源２で発生した高エネルギーのＸ線４（ここでは、一例としてＭｏＫα特性Ｘ線）は入射スリット３を通過し、試料ステージ６上に固定された試料４０のパッケージ材料であるモールド４３を透過して積層された３枚のＳｉチップ４２の照射領域に入射する。これにより、Ｓｉチップ４２の照射領域からは回折Ｘ線が出射する。

Ｘ線検出器１を固定したまま、入射Ｘ線４の波数ベクトル８の方向から測定した試料ステージ６の回転角ωを変化させると、ブラッグ条件が満たされるとき、すなわちＳｉチップ４２の照射領域の表面と入射Ｘ線４の波数ベクトル８とのなす角αがある特定の値をとるとき、Ｘ線の結晶回折が生じＸ線検出器１で、モールド４３を透過した回折Ｘ線９が検出される。

次に、このようにして、Ｘ線検出器１で取得されたロッキング曲線について説明する。図１９は、図１８の構成により取得されたロッキング曲線の一例を示す。回折ピークがローレンツ分布であると仮定して、白抜き丸で示した測定値に対してピーク分離を行うと、図１９中の実線のようになる。分離された曲線はあわせて６本のピークからなるが、Ｋα_１線によるピークとＫα_２線によるピークが組みであるので、独立なピークは３組である。従って、積層された３枚のＳｉチップ４２からの回折Ｘ線が一つのロッキング曲線の中に観測されていると判断される。

図１９では、ピーク分離により得られたピークと測定値の差異が大きいωの領域があるが、これは、回折ピークがローレンツ分布であるという仮定が厳密には正しくないためであり、積層された３枚のＳｉチップ４２から回折Ｘ線９が観測されたという結果に変わりはない。

以上の結果は、高エネルギーのＸ線を入射Ｘ線４として用いることで、反り測定をパッケージ４３内に積層された３枚のＳｉチップ４２のうち個々のＳｉチップに対して行うことが可能であることを示している。

このように、本実施形態では、モールド４３で封止した積層された３枚のＳｉチップ４２の個々のＳｉチップの反り（応力含む）をモールド４３越しに非破壊で測定できることが可能となるので、これに基づいた実装材料やプロセスの最適化が可能となり、ＳｉＰ製品等の高性能及び高信頼の製品開発を促進させることができる。

なお、上記の実施形態では、３枚のＳｉチップ４２を積層したＳｉＰ製品に対してＭｏＫα特性Ｘ線を用いて測定したが、半導体チップの材質はＳｉ以外でもよく、単結晶基板であればよい。

また、入射Ｘ線４はＭｏＫα特性Ｘ線以外でも、対象の単結晶基板を所望の枚数だけ透過し回折Ｘ線が検出されるのに十分なエネルギーを持っているものであればよい。このＸ線の例としては、既に述べた、ＺｎＫα特性Ｘ線、ＲｈＫα特性Ｘ線、ＰｄＫα特性Ｘ線、ＡｇＫα特性Ｘ線、ＭｏＫα特性Ｘ線や、ＷＫα特性Ｘ線が挙げられる。また、入射Ｘ線４は荷電粒子の加速度運動から得られるＸ線、例えばシンクロトロン放射から得られるＸ線でもよい。すなわち、適切なＸ線源２は、対象の単結晶基板の種類、透過すべき基板の枚数等を考慮し選ばれるべきである。

本発明の単結晶基板の非破壊反り測定方法の基本となるＸ線回折法で用いる手段と構成、及びＸ線光線図の概略を示す図（その１）である。 本発明の単結晶基板の非破壊反り測定方法の基本となるＸ線回折法で用いる手段と構成、及びＸ線光線図の概略を示す図（その２）である。 本発明の単結晶基板の非破壊反り測定方法の基本となるＸ線回折法で用いる手段と構成、及びＸ線光線図の概略を示す図（その３）である。 本発明の単結晶基板の非破壊反り測定方法の基本となるＸ線回折法で用いる手段と構成、及びＸ線光線図の概略を示す図（その４）である。 本発明の単結晶基板の非破壊反り測定方法の基本となるＸ線回折法で用いる手段と構成、及びＸ線光線図の概略を示す図（その５）である。 図１〜図５において反り測定を行った試料の一例の模式図である。 入射Ｘ線、回折Ｘ線、Ｘ線の照射領域と試料の位置関係の一例を示す模式図である。 本発明の反り測定の測定手順の説明図である。 図１〜図５に示す反り測定方法により測定された試料ステージの回転角ω_Ｂの試料位置依存性を示す図である。 図１〜図５に示す反り測定方法により測定されたΔω_Ｂの試料位置依存性を示す図である。 試料断面図における基板表面を表す曲線を示す図である。 図１〜図５に示す反り測定方法により測定されたＳｉチップの断面の一例を示す図である。 本発明の単結晶基板の非破壊反り測定方法及び測定装置により回折Ｘ線の取得を試みた試料の一例の模式図である。 本発明の単結晶基板の非破壊反り測定装置の一実施形態の概略構成図である。 図１４に示す測定装置において、図１３に示した試料に対してＣｕＫα特性Ｘ線を用いてパッケージ材料越しに得たロッキング曲線の一例を示す図である。 図１４に示す測定装置において、図１３に示した試料に対してＭｏＫα特性Ｘ線を用いてパッケージ材料越しに得たロッキング曲線の一例を示す図である。 本発明の単結晶基板の非破壊反り測定方法及び測定装置により回折Ｘ線の取得を試みた試料の他の例の模式図である。 本発明の単結晶基板の非破壊反り測定装置の他の実施形態の概略構成図である。 図１８に示す測定装置において、図１７に示した試料に対してＭｏＫα特性Ｘ線を用いてパッケージ材料越しに得たロッキング曲線の一例を示す図である。

符号の説明

１ Ｘ線検出器
２ Ｘ線源
３ 入射スリット
４、１３ 入射Ｘ線
５ 単結晶基板
６ 試料ステージ
７、１２、１２’、２５、２６、２７ 照射領域
８ 入射Ｘ線の波数ベクトル
９、１４ 回折Ｘ線
１０ 樹脂基板
１１、３２ Ｓｉチップ
１５、１６ ロッキング曲線
３０ モールドでパッケージされたＳｉチップを含む試料
３１、４１ プリント基板
３３、４３ モールド
４０ モールドでパッケージされた３枚の積層されたＳｉチップを含む試料（ＳｉＰ製品）
４２ 積層された３枚のＳｉチップ

Claims (16)

1. 単結晶基板をパッケージ材料で封止した部品にＸ線を照射する照射ステップと、
   前記単結晶基板からの回折Ｘ線を前記パッケージ材料越しに検出して、前記単結晶基板の反りを非破壊で測定する検出・測定ステップと
   を含むことを特徴とする単結晶基板の非破壊反り測定方法。
2. 積層された複数の単結晶基板をパッケージ材料で封止した部品にＸ線を照射する照射ステップと、
   前記複数の単結晶基板からの回折Ｘ線を前記パッケージ材料越しに検出して、前記複数の単結晶基板のそれぞれの反りを非破壊で測定する検出・測定ステップと
   を含むことを特徴とする単結晶基板の非破壊反り測定方法。
3. 積層された複数の単結晶基板をパッケージ材料で封止した部品にＸ線を照射する照射ステップと、
   個々の前記単結晶基板からの回折Ｘ線を前記パッケージ材料越しに一つのロッキング曲線の中に検出して、前記複数の単結晶基板のそれぞれの反りを非破壊で測定する検出・測定ステップと
   を含むことを特徴とする単結晶基板の非破壊反り測定方法。
4. 前記検出・測定ステップは、
   前記単結晶基板からのロッキング曲線を取得して前記単結晶基板からの回折Ｘ線を検出する検出ステップと、
   前記部品を一定距離移動する移動ステップと
   を前記部品の一端部から反対側の端部まで繰り返すことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の単結晶基板の非破壊反り測定方法。
5. 前記照射ステップは、１０ｋｅＶ以上のエネルギーを持つＸ線を前記部品に照射するステップであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の単結晶基板の非破壊反り測定方法。
6. 前記１０ｋｅＶ以上のエネルギーを持つＸ線は、Ｚｎ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｍｏ及びＷのいずれかから得られるＸ線であることを特徴とする請求項５記載の単結晶基板の非破壊反り測定方法。
7. 前記１０ｋｅＶ以上のエネルギーを持つＸ線は、荷電粒子の加速度運動により得られるＸ線であることを特徴とする請求項５記載の単結晶基板の非破壊反り測定方法。
8. 前記荷電粒子の加速度運動により得られるＸ線は、前記荷電粒子のシンクロトロン放射から得られるＸ線であることを特徴とする請求項７記載の単結晶基板の非破壊反り測定方法。
9. 単結晶基板をパッケージ材料で封止した部品にＸ線を照射する照射手段と、
   前記単結晶基板からの回折Ｘ線を前記パッケージ材料越しに検出して、前記単結晶基板の反りを非破壊で測定する検出・測定手段と
   を有することを特徴とする単結晶基板の非破壊反り測定装置。
10. 積層された複数の単結晶基板をパッケージ材料で封止した部品にＸ線を照射する照射手段と、
    前記複数の単結晶基板からの回折Ｘ線を前記パッケージ材料越しに検出して、前記複数の単結晶基板のそれぞれの反りを非破壊で測定する検出・測定手段と
    を有することを特徴とする単結晶基板の非破壊反り測定装置。
11. 積層された複数の単結晶基板をパッケージ材料で封止した部品にＸ線を照射する照射手段と、
    個々の前記単結晶基板からの回折Ｘ線を前記パッケージ材料越しに一つのロッキング曲線の中に検出して、前記複数の単結晶基板のそれぞれの反りを非破壊で測定する検出・測定手段と
    を有することを特徴とする単結晶基板の非破壊反り測定装置。
12. 前記検出・測定手段は、
    前記単結晶基板からのロッキング曲線を取得して前記単結晶基板からの回折Ｘ線を検出する検出手段と、
    前記部品を一定距離移動する移動手段と
    を前記部品の一端部から反対側の端部まで繰り返すことを特徴とする請求項９乃至１１のうちいずれか一項記載の単結晶基板の非破壊反り測定装置。
13. 前記照射手段は、１０ｋｅＶ以上のエネルギーを持つＸ線を前記部品に照射する手段であることを特徴とする請求項９乃至１１のうちいずれか一項記載の単結晶基板の非破壊反り測定装置。
14. 前記１０ｋｅＶ以上のエネルギーを持つＸ線は、Ｚｎ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｍｏ及びＷのいずれかから得られるＸ線であることを特徴とする請求項１３記載の単結晶基板の非破壊反り測定装置。
15. 前記１０ｋｅＶ以上のエネルギーを持つＸ線は、荷電粒子の加速度運動により得られるＸ線であることを特徴とする請求項１４記載の単結晶基板の非破壊反り測定装置。
16. 前記荷電粒子の加速度運動により得られるＸ線は、前記荷電粒子のシンクロトロン放射から得られるＸ線であることを特徴とする請求項１５記載の単結晶基板の非破壊反り測定装置。

Images