JP2011191285A - Method for measurement of stepped structure in light transmissive material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可視光、近赤外光または赤外光が透過可能な材料に設けられた有底穴等の段差のある構造の形状の測定方法に関し、例えば、積層LSI(Large Scale Integrated circuit)チップ作成の際に積層のために用いるシリコン貫通電極(Through Silicon Via(TSV);貫通ビア)の深さ等の段差のある形状を予め把握するために、貫通ビアを完成する前の未貫通ビアの形状等を測定する段差構造測定方法に関するものである。 The present invention relates to a method for measuring the shape of a stepped structure such as a bottomed hole provided in a material capable of transmitting visible light, near-infrared light, or infrared light. For example, a stacked LSI (Large Scale Integrated circuit) In order to grasp in advance the shape of steps such as the depth of the through silicon vias (Through Silicon Via (TSV)) used for stacking when creating a chip, it is not through vias before completing the through vias. The present invention relates to a step structure measuring method for measuring the shape and the like.
半導体の微細加工技術は現時点では65nm前後であるが25nmに向かって量産化が進んでいる。しかし、数年後には微細化の限界が来るのではないかと予測されている。
また、製造装置価格も高額となり、半導体メーカー1社では設備投資の限界を超えているといわれる。
このように、二次元では限界が近づいてきており、三次元へのアプローチが始まった。
Semiconductor microfabrication technology is currently around 65 nm, but mass production is progressing toward 25 nm. However, it is predicted that the limit of miniaturization will come in a few years.
In addition, the price of manufacturing equipment is high, and it is said that one semiconductor manufacturer exceeds the limit of capital investment.
Thus, the limit is approaching in 2D, and the approach to 3D has begun.
LSIを三次元化するためにはシリコンに貫通穴を設け、電極を通し、バンプで接続して積層していくことになる。
例えば、積層DRAM(Dynamic Random Access Memory)を形成する方法として、DRAM素子を形成する前に貫通電極を形成するVia First法があるが、Via First法によってDRAM素子を形成する場合、概略次のような工程を経て行われる。
In order to make an LSI three-dimensional, through holes are provided in silicon, electrodes are passed through, and bumps are connected and laminated.
For example, as a method of forming a stacked DRAM (Dynamic Random Access Memory), there is a Via First method in which a through electrode is formed before forming a DRAM device. When a DRAM device is formed by the Via First method, the following is roughly performed. This is done through various processes.
1.シリコンウェーハをドライエッチングでエッチングして貫通ビア用の有底穴(未貫通ビア)を形成し、
2.CVD(Chemical Vapor Deposition)で未貫通ビアの側壁に絶縁膜を形成し、
3.CVDで未貫通ビアに高P(リン)濃度のポリシリコンを充填し、
4.CMP(Chemical Meshanical Polishing)でシリコンウェーハ表面のポリシリコンを除去し、
5.DRAM素子形成後に電界めっきでシリコンウェーハ表面側にマイクロバンプを形成し、
6.シリコンウェーハをBG(Back Grinding)とCMPで50μm程度の所定厚まで薄化して貫通ビアを形成し、
7.CVDで窒化膜を形成し、
8.ドライエッチングで貫通電極部を開口することによってして配線を形成し、
9.電解メッキで裏面側にマイクロバンプを形成した後、ダイシングする。
1. A silicon wafer is etched by dry etching to form a bottomed hole for a through via (non-through via).
2. An insulating film is formed on the sidewall of the non-through via by CVD (Chemical Vapor Deposition)
3. Fill the non-penetrating via with polysilicon with high P (phosphorus) concentration by CVD,
4). The polysilicon on the silicon wafer surface is removed by CMP (Chemical Meshanical Polishing)
5. After the DRAM element is formed, micro bumps are formed on the silicon wafer surface side by electroplating.
6). A silicon wafer is thinned to a predetermined thickness of about 50 μm by BG (Back Grinding) and CMP to form a through via,
7). A nitride film is formed by CVD,
8). Form wiring by opening the through electrode part by dry etching,
9. After micro bumps are formed on the back side by electrolytic plating, dicing is performed.
前記の如くして積層DRAM等の積層LSIチップが形成されるため、貫通ビアを構成する貫通穴の深さ等の形状の測定と、品質保証のために、市場で不良になる可能性を十分に予測できる検査をしておかなければならない。
これは、電気的な検査だけで検出することはできず、内部解析で異常につながる可能性を画像で捕まえる必要が出てくる。
Since a laminated LSI chip such as a laminated DRAM is formed as described above, there is a sufficient possibility that it will become defective in the market for the measurement of the shape such as the depth of the through hole constituting the through via and the quality assurance. You must have a predictable test.
This cannot be detected only by electrical inspection, and it is necessary to capture the possibility of an abnormality in the internal analysis with an image.
まず始めに、貫通穴の深さや径等の形状が安定してできていることを検査することが、積層前には必要になる。
しかし、要求される貫通穴の仕様は、例えば直径2μm、深さ50μmという、アスペクト比1:25の穴であり、通常の光学測定では回折現象のため困難な要求もある。これは積層した構造で、熱を放出できなければ、設計の自由度が狭くなるため、小さなギャップにして、なおかつ熱伝導の良い材料(例えば、シリコンコンパウンド)等の充填により、熱対策をとることが必須になることに関係している。
First, it is necessary to inspect that the shape of the through hole, such as the depth and diameter, is made stable before lamination.
However, the required specification of the through hole is, for example, a hole with an aspect ratio of 1:25 having a diameter of 2 μm and a depth of 50 μm, which is difficult due to a diffraction phenomenon in ordinary optical measurement. This is a laminated structure. If heat cannot be released, the degree of freedom in design will be narrowed. Therefore, heat countermeasures should be taken by filling a small gap and a material with good thermal conductivity (for example, silicon compound). Is related to becoming essential.
例えば、図1に示すように、シリコンウェーハ101の表面102から裏側103方向に所定の径及び深さ(例えば直径2μm、深さ50μm)に形成される高アスペクト比の貫通ビアの深さ等の形状を、貫通ビア完成前の未貫通ビア104の段階で、未貫通ビア104に測定用の可視光Lを入射させることにより測定する方法が考えられる。
しかしながら、可視光Lは未貫通ビア104に入射しても、回折現象によって未貫通ビア104の底面105からは測定に必要な所定量以上の光Lが戻ってこないため、未貫通ビア104の深さ等の形状が測定困難である。
尚、図1において、未貫通ビア104を貫通ビアにする際には、シリコンウェーハ101は裏面103から破線C位置まで削除される。
For example, as shown in FIG. 1, the depth of a high aspect ratio through via formed in a predetermined diameter and depth (for example, a diameter of 2 μm and a depth of 50 μm) from the
However, even if the visible light L is incident on the non-penetrating via 104, the diffraction L phenomenon does not return more than a predetermined amount of light L necessary for measurement from the
In FIG. 1, when the non-through via 104 is changed to the through via, the
一方、近赤外光または赤外光はシリコンをある程度透過できるので、これを用いてシリコンウェーハ101の内部が観察可能である。
しかしながら、未貫通ビア104の屈折率(未貫通ビアに含まれる空気の屈折率)が略1でありシリコンウェーハ101の屈折率が約3.4〜3.8である。したがって、図2に示すように未貫通ビア104の側壁で反射してしまい、近赤外光または赤外光Lを未貫通ビア104の底面105まで進入させることが困難である。
On the other hand, near-infrared light or infrared light can penetrate silicon to some extent, so that the inside of the
However, the refractive index of the non-penetrating via 104 (the refractive index of air contained in the non-penetrating via) is approximately 1, and the refractive index of the
よって、測定に光線を使う限り、干渉法、共焦点法等の他の測定法でも前記のような高アスペクト比の穴の深さ等の形状の測定はシリコンウェーハの表面側からの測定では困難である。
他方、特許文献1には、高アスペクト比の微小穴の一種であるトレンチの深さを裏面から赤外光で測定するようにした発明が開示されている。
Therefore, as long as light is used for measurement, it is difficult to measure the shape such as the depth of a hole with a high aspect ratio as described above even from other methods such as interferometry and confocal method. It is.
On the other hand,
しかし、特許文献1の請求項1には、<ウェーハを透過可能な波長の光源を使用し、前記ウェーハの前面及び背面からの反射光を受光することと、前記前面がトレンチの内部を支持するようにされており、更に、トレンチの突出部の高さを測定する作業と、突出部の高さを、前記前面と前記背面間の前記測定高さの差の変換によって較正する作業とによってトレンチ深さを測定する方法。>と記載されている。
However, in
これを分かりやすく理解するためには、特許文献1の図11のフロー図で理解が容易になる。このフロー図のポイントを見ると、次のようになる。
1.まず、ウェーハの表面、裏面からの応答を受信する。
2.次に各センサからの前記表面及び裏面の各高さ値を記録する。
3.前記各高さ値に基づいて厚さ値に変換する。
4.ウェーハの形状変化を計算表示する。
と記載されている。
In order to easily understand this, the flow chart of FIG. Looking at the points in this flow chart, it is as follows.
1. First, responses from the front and back surfaces of the wafer are received.
2. Next, the height values of the front and back surfaces from each sensor are recorded.
3. The thickness value is converted based on each height value.
4). Calculate and display wafer shape changes.
It is described.
つまり、簡単に言うと、シリコンウェーハの厚さからトレンチの底の位置を比例的に計算している。
しかし、この場合、基準となるシリコンウェーハの厚みにバラツキがあると、それはそのまま、トレンチ深さの測定値のバラツキになってしまう。実際シリコンウェーハは、例えば12インチウェーハでは、厚さ0.775mm±0.025mmのバラツキを持っている。つまり±3.2%のバラツキがあり、これがそのままトレンチ深さの測定誤差になるため、測定精度が悪いという問題がある。
この問題を解決するためには、予めシリコンウェーハの厚みを測っておき、前記厚みによって測定値を補正する必要がある。しかしながら、予めシリコンウェーハの厚みを測るために測定時間がかかるため、高速な測定が困難という問題がある。
In short, the bottom position of the trench is proportionally calculated from the thickness of the silicon wafer.
However, in this case, if there is a variation in the thickness of the silicon wafer that serves as a reference, this will be a variation in the measured value of the trench depth. Actually, for example, a 12-inch wafer has a variation of 0.775 mm ± 0.025 mm in thickness of a silicon wafer. That is, there is a variation of ± 3.2%, which becomes a measurement error of the trench depth as it is, and there is a problem that the measurement accuracy is poor.
In order to solve this problem, it is necessary to measure the thickness of the silicon wafer in advance and correct the measured value based on the thickness. However, since it takes a long time to measure the thickness of the silicon wafer in advance, there is a problem that high-speed measurement is difficult.
また、上記のような高アスペクト比の穴を赤外光干渉法によって測定できる可能性があると推測される測定装置がフランスのFOGALE社から、製品名DeeProbeとして販売されている。しかしながら前記測定装置では、一穴測定するのに2秒近くを要し、この方式では大幅な高速化は困難であり、生産のインライン検査で使用する場合、生産タクトを下げてしまう問題がある。 In addition, a measuring apparatus presumed to be capable of measuring a hole with a high aspect ratio as described above by infrared light interferometry is sold under the product name DeeProbe from the French company FOGALE. However, in the measuring apparatus, it takes nearly 2 seconds to measure one hole, and it is difficult to greatly increase the speed by this method, and there is a problem that the production tact is lowered when used in an in-line inspection of production.
本発明は、可視光、近赤外光または赤外光が透過する材料に設けられた高アスペクト比の穴の深さ等の段差構造を正確且つ高速に測定することを課題としている。 An object of the present invention is to accurately and rapidly measure a step structure such as a depth of a high aspect ratio hole provided in a material that transmits visible light, near infrared light, or infrared light.
本発明によれば、可視光、近赤外光または赤外光が透過する材料に設けられた未貫通ビア、トレンチまたはMEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微少電気機械素子)等の段差構造を測定する段差構造測定方法において、可視光、近赤外光または赤外光の測定用光を前記段差構造が形成された面の裏側から照射し、前記測定用光が前記材料に焦点を結ぶ位置を測定することによって又は前記材料からの反射光を測定することによって前記段差構造の形状を測定し、予め取得した前記材料の屈折率を用いて又は屈折率を測定する屈折率測定手段によって測定した前記材料の屈折率を用いて、前記測定した形状を換算することにより前記段差構造の実際の形状を算出することを特徴とする段差構造測定方法が提供される。 According to the present invention, a step structure such as a non-through via, a trench, or a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) provided in a material that transmits visible light, near infrared light, or infrared light is measured. In the step structure measurement method, visible light, near infrared light, or infrared measurement light is irradiated from the back side of the surface on which the step structure is formed, and the position where the measurement light is focused on the material is measured. Measuring the shape of the step structure by measuring reflected light from the material, or using the refractive index of the material acquired in advance or measured by a refractive index measuring means An actual shape of the step structure is calculated by converting the measured shape by using the refractive index of the step structure measurement method.
本発明によれば、可視光、近赤外光または赤外光が透過する材料に設けられた高アスペクト比の穴の深さ等の段差構造を正確且つ高速に測定することが可能である。 According to the present invention, it is possible to accurately and rapidly measure a step structure such as the depth of a high aspect ratio hole provided in a material that transmits visible light, near infrared light, or infrared light.
前述したように、例えば直径2μm、深さ50μmのような高アスペクト比の有底穴等の頑さ構造の形状測定は、可視光の場合は回折現象によって未貫通ビア104の底面105からは測定に必要な量の光が戻ってこず、又、近赤外光または赤外光の場合においては表面側から穴に光を進入させることが困難であったり、光線が散乱し計測の大きな障害になる等のため、測定が困難である。
本発明の実施の形態では、前記問題を解決するために発想を全く変えて未貫通ビア等の段差構造に測定用光を入射させようとせずに、逆に段差構造を有する材料(例えばシリコンウェーハ)の裏側(段差構造が形成されている面(表面)の裏側)から近赤外光又は赤外光を照射し、段差構造の外側から観察、検査することで穴等の段差構造のアスペクト比がいくら高くても測定可能な方法を実現している。
As described above, the shape measurement of a rigid structure such as a bottomed hole having a high aspect ratio such as a diameter of 2 μm and a depth of 50 μm is measured from the
In an embodiment of the present invention, a material having a step structure (e.g., a silicon wafer) is conversely used without resolving the idea to make the measurement light incident on a step structure such as a non-penetrating via. ) (The back side of the surface (surface) where the step structure is formed) is irradiated with near-infrared light or infrared light, and observed and inspected from the outside of the step structure, thereby the aspect ratio of the step structure such as a hole It realizes a measurable method no matter how high.
ここで、段差構造とは、ガラスのような透明体やシリコンウェーハ等の可視光、近赤外光又は赤外光が透過可能な材料の表面側から裏面側に向かって形成された未貫通ビアやトレンチ等の有底穴や有底溝、MEMS等、シリコンウェーハ表面との間に段差を有する構造を意味している。また、形状とは、有底穴等の段差構造の深さ、径、長さ、面積等の可視光、近赤外光又は赤外光によって測定可能な形を意味している。
以下、本発明の実施の形態に関して図面を参照しながら、高アスペクト比でシリコンウェーハにドライエッチング等で深堀りされた未貫通ビアの深さ等の形状を高精度で高速に測定する例を説明する。
Here, the step structure is a non-through via formed from the surface side to the back side of a material that can transmit visible light, near infrared light, or infrared light such as a transparent body such as glass or a silicon wafer. Or a bottomed hole such as a trench, a bottomed groove, a MEMS, or the like, which means a structure having a step between the surface of the silicon wafer. The shape means a shape that can be measured by visible light, near-infrared light, or infrared light, such as the depth, diameter, length, and area of a stepped structure such as a bottomed hole.
Hereinafter, with reference to the drawings regarding embodiments of the present invention, an example of measuring a shape such as the depth of a non-through via deeply drilled in a silicon wafer with a high aspect ratio by dry etching or the like with high accuracy at high speed will be described. To do.
尚、本発明の実施の形態において、測定に使用する光としては可視光、近赤外光又は赤外光を使用できるが、波長350nm以上の可視光は例えばガラスのような透明体に対して有効である。また、シリコンウェーハについては900nm〜3000nmの範囲内の近赤外光又は赤外光が好ましい。このような波長の近赤外光又は赤外光が好ましい理由としては、900nm未満の光はシリコンを透過しないためである。尚、以下の記載においては、シリコンウェーハ材料について記述しているが、本発明では材料を光が透過する場合は、その波長の光を使用することができるので、材料はシリコンウェーハに限定されるものではない。
また、測定用光の波長が長くなることによって分解能の目安となるエアリーディスク半径(=0.61λ/NA(但し、λは使用する測定光の波長、NAは開口率である。))が大きくなり、これによって測定精度が大きく劣化するため、必要な測定精度が得られる上限の波長として上限値3000nmに設定している。
In the embodiment of the present invention, visible light, near-infrared light, or infrared light can be used as light used for measurement. Visible light having a wavelength of 350 nm or more is applied to a transparent material such as glass. It is valid. For silicon wafers, near infrared light or infrared light in the range of 900 nm to 3000 nm is preferable. The reason why near-infrared light or infrared light having such a wavelength is preferable is that light of less than 900 nm does not pass through silicon. In the following description, a silicon wafer material is described. However, in the present invention, when light is transmitted through the material, light of that wavelength can be used, so the material is limited to a silicon wafer. It is not a thing.
Further, the Airy disk radius (= 0.61λ / NA (where λ is the wavelength of the measurement light to be used and NA is the aperture ratio)), which is a measure of the resolution, is increased by increasing the wavelength of the measurement light. As a result, the measurement accuracy is greatly deteriorated. Therefore, the upper limit wavelength at which the required measurement accuracy is obtained is set to an upper limit value of 3000 nm.
図3は、本発明の実施の形態に係る段差構造測定方法の概略説明図である。
図3の例は、シリコンウェーハ101の表面102と未貫通ビア104の底面105とによって段差(本例では未貫通ビア104の深さに相当)が形成された段差構造の例である。未貫通ビア104は、貫通ビアを形成する前段階のものであり、シリコンウェーハ101の表面102側から裏面103側に向かって所定径で所定深さに形成された有底穴であり、シリコンウェーハ101の表面102側に露出している。
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of the step structure measuring method according to the embodiment of the present invention.
The example of FIG. 3 is an example of a step structure in which a step (corresponding to the depth of the non-penetrating via 104 in this example) is formed by the
先ず、段差構造の形状(例えば未貫通ビア104の深さ)を測定する場合、シリコンウェーハ101の裏面103側から、シリコンウェーハの表面102、及び、未貫通ビア104の底面105に、可視光、近赤外光または赤外光の中の所定波長の光である測定用光Lを照射する。
次に、共焦点測定法等の測定方法を用いて、シリコンウェーハ102の表面102及び未貫通ビア104の底面105で反射した測定用光Lを検出し、基準となる所定位置から表面102までの距離と、前記所定位置から底面105までの距離を測定する。前記所定位置から表面102までの距離と前記所定位置から底面105までの距離との差を算出することによって、見かけ上の未貫通ビア104の深さを測定する。
First, when measuring the shape of the step structure (for example, the depth of the non-penetrating via 104), visible light from the
Next, the measurement light L reflected by the
次に、予め情報として取得していたシリコンウェーハ101の屈折率を用いて、或いは、シリコンウェーハ101の屈折率を測定する屈折率測定手段を用いて測定したシリコンウェーハ101の屈折率を用いて、前記見かけ上の形状に前記屈折率による換算処理を施して実寸法の形状を算出するようにしている。
前記特許文献1と大きく異なるところは、この屈折率の情報を用いて直接的に実際の値を測定する点である。
尚、図3において未貫通ビア104から貫通ビアを形成する際には、シリコンウェーハ101は裏面103から破線C位置まで削除される。
Next, using the refractive index of the
A significant difference from
In FIG. 3, when the through via is formed from the non-through via 104, the
本実施の形態に係る測定方法により、可視光、近赤外光または赤外光(シリコンの透過しやすさという点から1127nm以上の波長がより好ましく且つ一定以上の分解能を得るという点から3000nm以下の波長がより好ましい。)の測定用光Lをシリコンウェーハ101の裏面103側から照射することにより、未貫通ビア104のアスペクト比が1:25でも1:200でもそれ以上でも問題なく測定できる。また、屈折率による換算処理によって、より高精度な形状測定が可能になる。
By the measurement method according to the present embodiment, visible light, near infrared light, or infrared light (a wavelength of 1127 nm or more is more preferable from the viewpoint of easy transmission of silicon and 3000 nm or less from the viewpoint of obtaining a certain resolution or more. Is irradiated from the
尚、詳細は後述するが、屈折率を測定するためにブリュースター角を短時間で測定し、なおかつ正確に求めるために、1つの屈折率測定点の屈折率を複数回測定してそれらの平均値をとり、さらにシリコンウェーハの測定対象領域においてXY方向の複数の屈折率測定点で測定している。
また、例えば後述する共焦点法で測定する場合、1画素当たり1μm角の領域として2000×2000画素分の領域を、1回に測定する1単位領域として、シリコンウェーハの測定対象領域を複数の単位領域に区分し、各単位領域毎に段差構造の形状(段差形状)を測定し、これをシリコンウェーハの全測定対象領域について行うようにしている。
Although details will be described later, in order to measure the refractive index, the Brewster angle is measured in a short time, and in order to obtain it accurately, the refractive index at one refractive index measurement point is measured several times and the average of them is measured. Further, the measurement is performed at a plurality of refractive index measurement points in the XY directions in the measurement target region of the silicon wafer.
For example, when measuring by the confocal method described later, an area of 2000 × 2000 pixels as a 1 μm square area per pixel is used as a unit area to be measured at a time, and the measurement target area of the silicon wafer is a plurality of units. The region is divided into regions, the shape of the step structure (step shape) is measured for each unit region, and this is performed for all measurement target regions of the silicon wafer.
この場合、段差構造の測定開始時(各単位領域毎に見かけ上の段差形状を測定する直前)に、段差形状を測定する測定用光と同じ波長の測定用光を用いてシリコンウェーハの各単位領域の屈折率を測定し、前記測定用光によって測定した各単位領域の形状の測定値を、当該単位領域の屈折率(屈折率の精度を上げるためには当該単位領域において複数回測定した屈折率の平均値でもよい。)に基づいて換算して実際の形状を求めることにより、シリコンウェーハ内で屈折率の分布が変化しても誤差が生じないようにしている。これにより、十分な測定精度が確保できる。
屈折率の測定は、段差構造の測定開始時ではなく、段差構造の測定終了時(各単位領域に見かけ上の段差形状を測定終了した直後)に行うようにしてもよい。
In this case, at the start of the step structure measurement (immediately before measuring the apparent step shape for each unit region), each unit of the silicon wafer is measured using the measurement light having the same wavelength as the measurement light for measuring the step shape. Measure the refractive index of the region, and measure the shape of each unit region measured by the measurement light. The refractive index of the unit region (the refractive index measured multiple times in the unit region to increase the accuracy of the refractive index) The average shape of the refractive index may be converted to the actual shape to obtain an error so that no error occurs even if the refractive index distribution changes in the silicon wafer. Thereby, sufficient measurement accuracy can be ensured.
The refractive index may be measured not at the start of the step structure measurement but at the end of the step structure measurement (immediately after the measurement of the apparent step shape in each unit region).
TSVの穴の場合には、直径2μmでピッチが6μmで形成される場合もあるので、TSVが所定密度以上に密集する場合、図7に示すように対物レンズ407の前段に配置したアパーチャ601を小さくすることによって、未貫通ビアの側壁で測定用光が反射しないように開口数NAを小さくした方が、コントラストの高い像が得られる場合がある。
In the case of a TSV hole, since it may be formed with a diameter of 2 μm and a pitch of 6 μm, when the TSV is densely packed to a predetermined density or more, an
また、TSVが所定密度以上に密集していない場所での測定は、図6に示すように対物レンズ407の前段に配置したアパーチャを大きくすることによって、開口数NAを大きくして集光スポットを小さくした方が分解能が良くなる。この集光スポットは一般的にエアリーディスクと呼ばれ、エアリーディスク半径ε=0.61λ/NAできまる。これは、光の波としての性質のために回折現象が生じるからである。
Further, in the measurement where the TSVs are not denser than the predetermined density, as shown in FIG. 6, by increasing the aperture arranged in front of the
本発明の実施の形態では、図6又は図7のように、段差構造の形状測定に使用する光学系の開口数NAを、段差構造の形状にあわせて変えるようにしている。
また、エアリーディスクが大きくならないように、近赤外光の波長は1127nm以上が好ましいと言えども、上限で3000nm以下に抑えることが好ましく、1500nm以下に抑えることがより好ましい。
これにより、良品のLSIチップ同士を複数枚接合したときに、接合部分とその周辺に異常はないか、また製品出荷後に接合異常が発生しないか、マイクロクラック等が存在して、それが成長して市場で不良になり、不良回収につながる不具合発生の可能性はないか等、三次元画像で検査できるようになる。
In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6 or FIG. 7, the numerical aperture NA of the optical system used for measuring the shape of the step structure is changed in accordance with the shape of the step structure.
In order to prevent the Airy disk from becoming large, the wavelength of near-infrared light is preferably 1127 nm or more, but is preferably suppressed to 3000 nm or less, more preferably 1500 nm or less at the upper limit.
As a result, when a plurality of non-defective LSI chips are bonded together, there is no abnormality in the bonded portion and its periphery, or there is no bonding abnormality after product shipment, or there is a microcrack, etc., which grows. It becomes possible to inspect with a three-dimensional image, for example, whether there is a possibility of a defect that becomes defective in the market and leads to defect recovery.
次に、本発明の実施の形態に係る段差構造の測定方法に使用する測定装置の概略構成と測定動作について詳細に説明する。
図4は、本実施の形態で使用する共焦点レーザ顕微鏡の光学系を示す構成図である。
図4において、レーザ光源401は、可視光、近赤外光または赤外光における所定波長の測定用光Lを出力し、測定用光Lをエキスパンダ402及びコリメータ403で平行光に広げ、偏光ビームスプリッタ404で測定用光LのS偏光成分を反射してXYスキャナ部405に導出する。
Next, a schematic configuration and measurement operation of the measurement apparatus used in the method for measuring a step structure according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
FIG. 4 is a configuration diagram showing an optical system of a confocal laser microscope used in the present embodiment.
In FIG. 4, a
XYスキャナ部405は図5のように、測定用光LをX方向にスキャンするための共振型レゾナントスキャナ501及び測定用光LをX方向に直角なY方向にスキャンするガルバノスキャナ502を備えている。
レゾナントスキャナ501は共振型で高速にミラー駆動が可能なスキャナである。本実施の形態で使用するレゾナントスキャナ501は約8KHzで往復動作する。つまり、0.0625msecで1行の走査が行える。
As shown in FIG. 5, the
A
ガルバノスキャナ502は測定用光LをY方向に所定行(例えば2000行)走査する。
レゾナントスキャナ501からの測定用光Lを、2000行ガルバノスキャナ502で列方向に走査することで1画面(例えばX方向2000画素×Y方向2000画素)の像が125msecで得られることになる。これは形状測定の1単位である2000×2000画素の画像を8フレーム/秒で取得できることになる。
The
By scanning the measurement light L from the
これから、1画素当たりの取得時間を算出すると、31.25nsecになり、読み出し速度は32MHzの光検出器が必要になるが、浜松ホトニクス株式会社製の製品G8376−03は2.5nsecである。A/D(アナログ/デジタル)変換器も32MHz以上で10ビットのものがあればよく、例えばナショナルセミコンダクター社製のAD12V170は12ビット、170MSPS(メガサンプルパーセコンド)ものがあり、速度にもまだ余裕がある。
レゾナントスキャナ501の速度が上がれば、さらに画像取得速度が上がる。また、要求仕様を満たすMEMSスキャナができれば、これを使用することも可能である。
From this, when the acquisition time per pixel is calculated, it becomes 31.25 nsec and a readout speed of a photodetector of 32 MHz is required, but the product G8376-03 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. has 2.5 nsec. The A / D (analog / digital) converter needs only to be 10 bits at 32 MHz or more. For example, the AD12V170 made by National Semiconductor has 12 bits, 170 MSPS (megasample second), and the speed is still enough. There is.
If the speed of the
XYスキャナ部405を介して出力された測定用光Lは、λ/4波長板406によって円偏光の測定用光Lに変換された後、対物レンズ407を介して測定対象物であるシリコンウェーハ101に照射される。λ/4波長板406は偏光ビームスプリッタ404とともに用いて、シリコンウェーハ101からの反射光がレーザ光源401に戻らないようにするためのものである。
The measurement light L output via the
これによりシリコンウェーハ101は裏面103側から測定用光Lによって走査されることになるが、図8に示すようにXY方向に、シリコンウェーハ101の1単位領域(本実施の形態ではX方向2000画素×Y方向2000画素)801毎に測定用光Lで走査が行われる。
前記走査によって、各単位領域毎に各画素において、シリコンウェーハ101の表面102及び未貫通ビア104の底面105で測定用光Lが反射する。
As a result, the
By the scanning, the measurement light L is reflected by the
前記反射した測定用光Lは、対物レンズ407、λ/4波長板406、XYスキャナ部405、偏光ビームスプリッタ404を順に通過し、結像レンズ408及びピンホール409を介して光検出器410で検出される。
前記測定動作を、所定長単位でZ軸方向にスキャンしながら行う。光検出器410によって鮮明な像が検出されたときのZ方向位置が所定位置を基準とするシリコンウェーハ101の表面102及び未貫通ビア104の底面105の位置となる。表面102と底面105の位置の差をとることによって未貫通ビア104の見かけ上の深さが求められる。
The reflected measurement light L passes through the
The measurement operation is performed while scanning in the Z-axis direction in predetermined length units. The position in the Z direction when a clear image is detected by the
前記動作をシリコンウェーハ101の全測定対象領域にわたって行うことにより、シリコンウェーハ101の全測定対象領域における表面102及び未貫通ビア104の底面105の見かけ上の位置を測定し、シリコンウェーハ101の全測定対象領域に設けられた未貫通ビア104の見かけ上の深さを測定する。
By performing the above operation over the entire measurement target region of the
その後、予め情報として得ていたシリコンウェーハ101の屈折率を用いて、あるいは、前記測定動作開始時若しくは前記測定動作終了時に測定したシリコンウェーハ101の屈折率を用いて、前記見かけ上の測定値を実際の値に換算して、未貫通ビア104の実際の深さを算出する。例えば、未貫通ビア104の見かけの深さをDM、空気の屈折率をn1、シリコンウェーハ101の屈折率をn2とすると、実際の深さDSはDM・n2/n1となる。
Thereafter, using the refractive index of the
尚、本実施の形態では、段差形状を測定する単位領域毎に屈折率を複数回測定してそれらの平均値を算出し、前記平均値を当該単位領域の屈折率として用いて、当該単位領域の測定値を実際の値に変換するようにしているが、シリコンウェーハ101全体から複数の点を選択して屈折率を測定し、それらの平均値を各単位領域に共通するシリコンウェーハ101の1つの屈折率として用いて、各単位領域毎の測定値を、前記1つの屈折率によって換算して実際の値を求めるようにする等、種々の変更が可能である。
In the present embodiment, the refractive index is measured a plurality of times for each unit region for measuring the step shape, the average value thereof is calculated, and the average value is used as the refractive index of the unit region. The measured value is converted into an actual value. A plurality of points are selected from the
前記仕様でシリコンウェーハ101に形成された、表面102から深さ50μの未貫通ビア104の深さを測るための方法をより詳細に示せば、以下の通りである。
1.シリコンウェーハ101の測定を開始するために、まず自動位置決めを行う。これはシリコンウェーハ101表面に設けられたシリコンウェーハ101の位置決めマーク(図示せず)または一定以上の距離を持った複数の未貫通ビア104により、少なくとも2点のXY(水平)位置及びZ(垂直)位置を決めて取り込む。
これには、例えば5秒程度の時間があれば可能である。 −−−−−−−(1)
The method for measuring the depth of the non-penetrating via 104 having a depth of 50 μm from the
1. In order to start the measurement of the
This is possible if, for example, the time is about 5 seconds. ------- (1)
2.最初のシリコンウェーハ101内の測定チップに移動し、XYZ位置を決める。これには、例えば1秒程度の時間があれば可能である。 −−−−−−−(2)
3.次に、例えば、1画素当たり1μm角で2000×2000画素の2mm角を1単位の領域として測定を開始する。
2. Move to the first measurement chip in the
3. Next, for example, measurement is started with a 1 mm square per pixel and a 2 mm square of 2000 × 2000 pixels as one unit area.
4.段差構造の形状測定の最初のステップはシリコンウェーハ101の屈折率測定から行う。屈折率の測定は表面102ではなく、裏面103側からの測定(例えばブリュースター角による反射測定)になるため、ウェーハ101の厚み方向Zの無駄な移動を防ぐために、まずある単位(例えば2mm間隔)でシリコンウェーハ101全体の屈折率分布(複数の点の屈折率)を、未貫通ビア104を測定する全測定対象領域について測定し必要に応じて平均化により各測定値の測定誤差を低減する。例えば、未貫通ビア104の実際の形状を算出する際にシリコンウェーハ101全体について1つの屈折率を使用する場合には全測定対象領域について屈折率を平均化して1つの屈折率を算出する。また、各単位領域毎の屈折率を用いて形状を算出する場合には、各単位領域毎に複数回測定した屈折率を平均化して、各単位領域毎の屈折率を算出する。
ここで、<300mmウェーハの回路領域はオリフラと外周部を考慮して直径300mmの面積の85%に回路が形成されており、そのうち10%がTSVの領域である>と仮定すると、測定の必要な面積(全測定対象領域の面積)は、
3.1415×150×150×0.85×0.1=6008mm2
となる。2mm角の単位で屈折率を複数回測定し平均化して測定精度を上げて1箇所に付き10msecで屈折率測定および屈折率のデータ取り込みを行う場合、2mmの移動時間を0.2秒とすると、1シリコンウェーハ101あたり、次の時間で屈折率の分布データを取り込むことになる。
0.21秒×(6008/4)=315.42秒 −−−−−−(3)
ここで、(6008/4)は、全測定対象領域における取り込み領域数である。
4). The first step of measuring the shape of the step structure is performed by measuring the refractive index of the
Here, it is necessary to measure if it is assumed that the circuit area of the 300 mm wafer is 85% of the area of 300 mm in diameter considering the orientation flat and the outer periphery, and 10% of the area is the TSV area. Area (area of all measurement target areas) is
3.1415 × 150 × 150 × 0.85 × 0.1 = 6008 mm 2
It becomes. When the refractive index is measured several times in a unit of 2 mm square and averaged to increase the measurement accuracy and the refractive index measurement and the data acquisition of the refractive index are performed at 10 msec per location, the moving time of 2 mm is 0.2 seconds. Refractive index distribution data is fetched per
0.21 seconds × (6008/4) = 315.42 seconds ------ (3)
Here, (6008/4) is the number of capture areas in all measurement target areas.
5.次に、シリコンウェーハ101において未貫通ビア104の深さを測定する最初の表面102の位置を検出する。
これは、例えば1秒程度の時間があれば可能である。 −−−−−−(4)
6.ここから、未貫通ビア104の深さの測定を開始する。測定は精度を確保するために、シリコンウェーハ101の表面102から未貫通ビア104の深さ方向に測定することが好ましい。
戻って表面102位置にセットするのに、例えば0.1秒程度の時間があれば可能である。これに必要な時間は、
0.1秒×((6008/4)−1)=150.1秒 −−−−−−(5)
5. Next, the position of the
This is possible, for example, if the time is about 1 second. ------ (4)
6). From here, the measurement of the depth of the non-penetrating via 104 is started. In order to ensure accuracy, it is preferable to measure from the
For example, it takes about 0.1 second to return and set the
0.1 seconds × ((6008/4) -1) = 150.1 seconds ------ (5)
7.深さ測定に必要な時間は、例えば、次の表1ようなステップで深さ方向(Z方向)にスキャンすることで効率的に精度良く測定することができる。
表1で測定する場合、垂直(Z)方向には11画面の画像を取り込むことになる。測定時間は、表1から取り込み領域数をかけて、
1.445秒×(6008/4)=2170秒 −−−−−−(6)
1ウェーハ当たりの測定時間は、上記時間(1)から(6)を合計して、2642秒(44.04分)となる。
1日に測定できる枚数は、60分×24÷39.04分/枚=32.7枚となり、1ヶ月では981枚/30日の測定が可能になる。
ウェーハ1枚当たりのLSIの取れ数を600とすると、58万8千チップ/月の測定速度になる。
尚、シリコンウェーハ101についての前記屈折率測定は、全測定対象領域の見かけ上の形状測定が終了した時点で行うようにしてもよい。
When measuring in Table 1, 11 screen images are captured in the vertical (Z) direction. The measurement time is multiplied by the number of capture areas from Table 1,
1.445 seconds × (6008/4) = 2170 seconds ------ (6)
The measurement time per wafer is 2642 seconds (44.04 minutes), which is the sum of the above times (1) to (6).
The number of sheets that can be measured per day is 60 minutes × 24 ÷ 39.04 minutes / sheets = 32.7 sheets, and 981 sheets / 30 days can be measured in one month.
When the number of LSIs taken per wafer is 600, the measurement speed is 588,000 chips / month.
The refractive index measurement for the
次に、材料の屈折率を測定する方法について具体的に説明する。
屈折率を測定するには、分光エリプソ測定器を用いる場合とブリュースター角を測定して屈折率を求める場合の2種類が考えられる。
一般的には、分光エリプソ測定器で測る方がより精度が高いといわれるが、モデリング、マッチング等に測定時間がかかるので、時間を短縮するためにはブリュースター角を精度よく測ることの方が装置の高速化には向いている。
そこで、本実施の形態では、ブリュースター角測定から屈折率を求める方法を記載する。
但し、分光エリプソ測定器を用いて屈折率を測るようにしてもよい。
Next, a method for measuring the refractive index of the material will be specifically described.
In order to measure the refractive index, there are two types: a case where a spectroscopic ellipsometer is used and a case where the refractive index is obtained by measuring the Brewster angle.
In general, it is said that measuring with a spectroscopic ellipsometer is more accurate, but it takes more measurement time for modeling, matching, etc., so in order to shorten the time, it is better to measure the Brewster angle accurately. It is suitable for high-speed equipment.
Therefore, this embodiment describes a method for obtaining the refractive index from Brewster angle measurement.
However, the refractive index may be measured using a spectroscopic ellipsometer.
2つの屈折率の異なる材質の界面にある角度をもって光が入射する時、入射面に平行な偏光成分(P偏光成分)と、入射面に垂直な偏光成分(S偏光成分)とでは反射率が異なり、P偏光成分はある角度(ブリュースター角θp)で反射率が0まで減少し、その後増加する。S偏光成分は反射率が単調に増加する。
ブリュースター角θpは2つの材質の屈折率n1、n2から次式によって求められる。
ブリュースター角θp=Arctan(n2/n1)
n1は入射側材質(本実施の形態では空気)の屈折率、n2は透過側材質(本実施の形態ではシリコン)の屈折率である。したがって、入射側材質の屈折率n1が既知の場合、ブリュースター角θpを測定することによって透過側材質の屈折率n2を求めることができる。
When light is incident at an angle at the interface between two materials having different refractive indexes, the reflectance is the polarization component parallel to the incident surface (P-polarized component) and the polarization component perpendicular to the incident surface (S-polarized component). Unlike the P-polarized light component, the reflectance decreases to 0 at a certain angle (Brewster angle θp) and then increases. The reflectance of the S-polarized component increases monotonously.
The Brewster angle θp is obtained from the refractive indexes n1 and n2 of the two materials by the following equation.
Brewster angle θp = Arctan (n2 / n1)
n1 is the refractive index of the incident side material (air in the present embodiment), and n2 is the refractive index of the transmission side material (silicon in the present embodiment). Therefore, when the refractive index n1 of the incident side material is known, the refractive index n2 of the transmission side material can be obtained by measuring the Brewster angle θp.
例えば、ガラス(n=1.52)の場合、P偏光成分とS偏光成分およびブリュースター角θpの関係は図9のように表わされる。
上記の式より、ガラス(n=1.52)の場合、空気の屈折率nをn=1.000292とした場合、ブリュースター角θはθp=56.65度、シリコンの屈折率が例えば同じ近赤外光でn=3.412とすると、θp=73.66度となる。逆に、ブリュースター角θpを正確に求めると、正確に屈折率nを求めることができる。
For example, in the case of glass (n = 1.52), the relationship between the P-polarized component, the S-polarized component and the Brewster angle θp is expressed as shown in FIG.
From the above formula, in the case of glass (n = 1.52), when the refractive index n of air is n = 1.000292, the Brewster angle θ is θp = 56.65 degrees, and the refractive index of silicon is the same, for example. When n = 3.412 in near infrared light, θp = 73.66 degrees. Conversely, when the Brewster angle θp is accurately determined, the refractive index n can be accurately determined.
図11は前記原理を用いて、ブリュースター角θp測定から測定対象物の屈折率を求める方法の説明図である。
図11において、レーザ光源1101は屈折率測定用の測定用光Lを測定対象物に対して可変な角度で照射する光源であり、偏光板1102は測定用光LのP偏光成分を通過させる偏光板、受光器1103は測定対象で反射した測定用光Lを検出する光検出手段であり、これらによって、ブリュースター角測定によって屈折率を測定する屈折率測定器が構成されている。また、レーザ光源1101、偏光板1102及び受光器1103は屈折率測定手段を構成している。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a method for obtaining the refractive index of the measurement object from the Brewster angle θp measurement using the above principle.
In FIG. 11, a
レーザ光源1101から出射した屈折率測定用の測定用光Lは、空気(屈折率がn1)1104中に配置された偏光板1102を通って、屈折率測定の対象物であるシリコンウェーハ(屈折率がn2)1105で反射した後、受光器1103によってP偏光成分の測定用光Lが検出される。
レーザ光源1101から偏光板1102を介して測定用光Lがシリコンウェーハ1105に入射する角度を変えながら、受光器1103によってP偏光成分の測定用光Lを検出し、受光器1103によって検出されるP偏光成分が0になるときの入射角度を測定する。P偏光成分が0になるときの入射角度がブリュースター角θpである。
屈折率測定用のレーザ光源1101から出力される測定用光Lを、段差形状測定用のレーザ光源401から出力される可視光、近赤外光又は赤外光と同じ波長の光とすることにより、屈折率を正確に測定することが可能になり、その結果、実際の段差形状を正確に測定することが可能になる。
The measurement light L for refractive index measurement emitted from the
While changing the angle at which the measurement light L is incident on the
By making the measurement light L output from the
このようにして、シリコンウェーハ1105の複数の点で屈折率を測定し、全測定点の屈折率をシリコンウェーハ全体の1つの屈折率として使用し、測定した形状に、屈折率による換算を行って実際の形状を算出する。あるいは、測定した各単位領域の屈折率をシリコンウェーハ1105の各単位領域の屈折率として使用して、形状を測定する単位領域毎に該単位領域の屈折率を用いて、測定した形状に、屈折率による換算を行って実際の形状を算出するようにしてもよい。
In this way, the refractive index is measured at a plurality of points on the
次に、図6、図7に関して説明したように、有効な測定を行えるよう、測定対象に応じて光学系の開口数NAを変えるようにしており、以下、開口数NAを小さくした方が有利な場合について説明する。
開口数NAを小さくすることは、焦点を小さくすること、言い換えればエアリディスクを小さくすることにおいては不利になるが、図10のようにシリコンウェーハ101内に高アスペクト比の未貫通ビア104が所定密度以上の高い密度で密集する場合は有利になることがある。
Next, as described with reference to FIGS. 6 and 7, the numerical aperture NA of the optical system is changed in accordance with the measurement target so that effective measurement can be performed. A case will be described.
Reducing the numerical aperture NA is disadvantageous in reducing the focal point, in other words, in reducing the air disk, but a high aspect ratio non-through via 104 is formed in the
これはその密集した未貫通ビア104の壁で全反射または反射した測定用光Lがノイズとなり、像のコントラストを落とす場合がある。このようなときには、開口数NAを小さくしたほうが正確な測定ができる。
したがって測定対象物の形状にあわせて開口数NAを変えることが有効であり、例えば図10のようにシリコンウェーハ101内に未貫通ビア104が所定値以上の密度で密集した場合にはあえて開口数NAが小さくなるように変えて測定を行う。
This is because the measurement light L totally reflected or reflected by the dense walls of the
Therefore, it is effective to change the numerical aperture NA in accordance with the shape of the measurement object. For example, when the
本実施の形態では、共焦点測定法を用いて焦点を結ぶ位置を測定することによって段差構造の見かけ上の位置(換言すれば見かけ上の形状)を測定したが、光干渉測定法又はレーザ三角測定法を用いて反射光を測定することによって見かけ上の形状を測定し、前記測定した形状に、既知の屈折率または測定した屈折率による換算を行って実際の形状を算出するように構成してもよい。
また、本実施の形態では、屈折率測定手段として、ブリュースター角測定によって屈折率を求める手段を用いたが、分光エリプソ測定器を用いるようにしてもよい。
In this embodiment, the apparent position (in other words, the apparent shape) of the step structure is measured by measuring the position where the focal point is formed using the confocal measurement method. An apparent shape is measured by measuring reflected light using a measurement method, and the actual shape is calculated by converting the measured shape into a known refractive index or a measured refractive index. May be.
In the present embodiment, as the refractive index measuring means, means for obtaining the refractive index by Brewster angle measurement is used. However, a spectroscopic ellipsometer may be used.
また、本実施の形態では、シリコンウェーハの屈折率を屈折率測定手段によって測定して求めるようにしたが、全体としての1つの屈折率が予め既知であれば、当該既知の屈折率を用いて、測定した形状を換算し、実際の形状を算出するようにしてもよい。また、シリコンウェーハの複数の点の屈折率が既知の場合には、形状を測定する領域毎に、測定した形状に屈折率による換算を行って実際の形状を得るようにしてもよい。
また、本実施の形態では、段差形状が設けられた材料としてシリコンウェーハの例で説明したが、可視光、近赤外光又は赤外光が透過可能な材料であれば適用可能であり、例えば、ガラス、セラミック、化合物半導体の場合にも適用可能である。
In the present embodiment, the refractive index of the silicon wafer is obtained by measuring the refractive index using a refractive index measuring unit. However, if one refractive index as a whole is known in advance, the known refractive index is used. Alternatively, the actual shape may be calculated by converting the measured shape. In addition, when the refractive indexes of a plurality of points on the silicon wafer are known, the actual shape may be obtained by converting the measured shape by the refractive index for each region where the shape is measured.
In this embodiment, the example of the silicon wafer is described as the material provided with the step shape, but any material that can transmit visible light, near infrared light, or infrared light is applicable. It can also be applied to glass, ceramics, and compound semiconductors.
以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、可視光、近赤外光または赤外光が透過する材料に設けられた未貫通ビア、トレンチまたはMEMS等の段差構造を測定する測定方法において、可視光、近赤外光または赤外光の測定用光を前記段差構造が形成された面の裏側から照射し、前記測定用光が前記材料に焦点を結ぶ位置を測定することによって又は前記材料からの反射光を測定することによって前記段差構造の見かけ上の形状を測定し、予め取得した前記材料の屈折率または測定によって得た前記材料の屈折率を用いて前記測定した形状を換算して実際の形状を算出することを特徴としている。 As described above, according to the embodiment of the present invention, measurement for measuring a step structure such as a non-through via, a trench, or a MEMS provided in a material through which visible light, near infrared light, or infrared light is transmitted. In the method, by irradiating measurement light of visible light, near infrared light, or infrared light from the back side of the surface on which the step structure is formed, and measuring the position where the measurement light is focused on the material Alternatively, the apparent shape of the step structure is measured by measuring reflected light from the material, and the measured shape is obtained using the refractive index of the material obtained in advance or the refractive index of the material obtained by measurement. It is characterized by calculating an actual shape by conversion.
また例えば、可視光、近赤外光または赤外光の測定用光Lを未貫通ビア104が形成されたシリコンウェーハ101の裏面103側から照射し、共焦点測定法により、測定用光Lがシリコンウェーハ101の表面102及び未貫通ビア104の底面105に焦点を結ぶ位置を測定することによって未貫通ビア104の見かけ上の形状を測定し、予め取得したシリコンウェーハ101の屈折率または屈折率を測定する屈折率測定手段によって測定したシリコンウェーハ101の屈折率を用いて、前記測定した見かけ上の形状を換算して未貫通ビア104の実際の形状を算出するようにしている。
したがって、可視光、近赤外光または赤外光が透過する材料に設けられた高アスペクト比の穴の深さ等の段差構造の形状を正確且つ高速に測定することが可能になる。
Further, for example, the measurement light L of visible light, near infrared light, or infrared light is irradiated from the
Therefore, the shape of the step structure such as the depth of a high aspect ratio hole provided in a material that transmits visible light, near infrared light, or infrared light can be measured accurately and at high speed.
ここで、前記段差構造の形状測定方法として、前記測定用光が前記材料に焦点を結ぶ位置を測定することによって前記段差構造の形状を測定する共焦点測定法を用いることにより、高速且つ高精度な測定が可能になる。
また、前記段差構造の形状測定方法として、前記材料からの反射光を測定することによって前記段差構造の形状を測定する光干渉測定法を用いることにより、より高精度な測定が可能になる。
また、前記段差構造の形状測定方法として、前記材料からの反射光を測定することによって前記段差構造の形状を測定するレーザ三角測定法を用いることもできる。
また、前記屈折率測定手段にブリュースター角測定によって屈折率を測定する屈折率測定器を用いることにより、より高速な屈折率測定が可能になる。
また、前記屈折率測定手段に分光エリプソ測定器を用いることにより、より高精度な屈折率測定が可能になる。
また、前記材料の屈折率を測定する光の波長と、前記段差構造を測定する測定用光の波長を同じ波長とすることにより、より正確な屈折率測定が可能になる。
Here, as a method for measuring the shape of the step structure, a confocal measurement method that measures the shape of the step structure by measuring a position where the measurement light is focused on the material is used. Measurement is possible.
In addition, as a method for measuring the shape of the step structure, it is possible to perform measurement with higher accuracy by using an optical interferometry method that measures the shape of the step structure by measuring reflected light from the material.
In addition, as a method for measuring the shape of the step structure, a laser triangulation measurement method that measures the shape of the step structure by measuring reflected light from the material can be used.
Further, by using a refractive index measuring device that measures the refractive index by Brewster angle measurement as the refractive index measuring means, it is possible to perform a higher-speed refractive index measurement.
Further, by using a spectroscopic ellipsometer as the refractive index measuring means, it is possible to measure the refractive index with higher accuracy.
Further, by setting the wavelength of the light for measuring the refractive index of the material and the wavelength of the measuring light for measuring the step structure to the same wavelength, more accurate refractive index measurement can be performed.
また、前記段差構造の形状測定開始時または形状測定終了時にまとめて、前記材料の屈折率または屈折率分布を測定対象領域の裏面から測定することにより、総測定時間を短縮化することが可能になる。
また、前記段差構造の形状測定に使用する光学系の開口数NAを段差構造の形状にあわせて可変とすることにより、測定対象の形状等に応じた高精度な測定が可能になる。
In addition, it is possible to shorten the total measurement time by measuring the refractive index or refractive index distribution of the material from the back surface of the measurement target region at the start of shape measurement or at the end of shape measurement of the step structure. Become.
In addition, by making the numerical aperture NA of the optical system used for measuring the shape of the step structure variable in accordance with the shape of the step structure, high-accuracy measurement according to the shape of the measurement object or the like is possible.
また、シリコンウェーハの厚みのバラツキに影響されることがなく又、シリコンウェーハの裏面から表面に焦点を合わせて測定し、穴の深さ方向に焦点移動させ、全ての穴の深さのが測定できた時点で測定を終了すればよいため厚みを測る必要はない。言い換えると、例えば厚みが0.775mmのウェーハでも穴の深さが50μmであり、バラツキで最も深くなった穴を例えば55μmとすれば、その時点で測定を終了させればいいので、測定時間が早くなる。また、穴の深さ測定おいてはウェーハ裏面の測定は全く必要ない。
したがって、高アスペクト比の穴等の段差構造の形状を、直接的に、正確に又高速に測定することが可能である。
In addition, it is not affected by variations in the thickness of the silicon wafer. Also, the focus is measured from the back surface to the front surface of the silicon wafer, and the focus is moved in the depth direction of the hole, and the depth of all holes is measured. It is not necessary to measure the thickness because the measurement should be finished when it is completed. In other words, for example, even if a wafer having a thickness of 0.775 mm has a hole depth of 50 μm, and the hole having the deepest variation is, for example, 55 μm, the measurement can be terminated at that time, so the measurement time Get faster. Further, in measuring the depth of the hole, it is not necessary to measure the back surface of the wafer at all.
Therefore, it is possible to directly and accurately measure the shape of the step structure such as a high aspect ratio hole.
また、直径2μm、深さ50μmのアスペクト比1:25の穴の深さ等の形状を高速に測定でき、生産のインラインで生産タクトを落とさずに高速に精度よく測定することが可能になる。
また、シリコンに形成された、小さな穴(2μm〜100μm)、直径と深さのアスペクト比が1:25以上の大きなものであっても、アスペクト比に左右されず穴の深さ、形状の測定が可能になる。
Further, the shape of a hole having a diameter of 2 μm and a depth of 50 μm with an aspect ratio of 1:25 can be measured at high speed, and measurement can be performed at high speed and accurately without dropping production tact in production.
In addition, even if a small hole (2 μm to 100 μm) formed in silicon and the aspect ratio of diameter and depth is large such as 1:25 or more, the depth and shape of the hole are measured regardless of the aspect ratio. Is possible.
また、良品のLSIチップ同士を複数枚接合したときに、接合部分とその周辺に異常が発生する可能性の有無、製品出荷後に接合異常が発生する可能性の有無、マイクロクラック等が存在して、それが成長して市場不良、不良回収につながる不具合発生の可能性の有無等を三次元画像で検査することが可能になる。
また、積層したシリコンウェーハの接続部およびその周辺等の観察が同じ方法と装置で実現できるようになり、積層ウェーハ技術を支える検査、品質を出荷時だけでなく出荷後の品質の保証も実現でき、市場での品質異常、不良回収を未然に防ぐことができるようになる等の効果を奏する。
In addition, when multiple non-defective LSI chips are bonded together, there is a possibility that an abnormality will occur in the bonded portion and its surroundings, a possibility that a bonding abnormality may occur after product shipment, micro cracks, etc. As a result, it becomes possible to inspect with a three-dimensional image whether or not there is a possibility of occurrence of defects leading to market failure and failure recovery.
In addition, the observation and connection of laminated silicon wafers and their surroundings can be realized with the same method and equipment, and inspection and quality that support laminated wafer technology can be guaranteed not only at the time of shipment but also after shipment. In this way, it is possible to prevent problems such as quality abnormalities and defective recovery in the market.
シリコンウェーハに設けられた微細、高アスペクト比の有底穴、階段形状等の段差構造の測定のみならず、可視光、近赤外光または赤外光が透過するシリコン以外の材料、例えば、ガラス、セラミック、化合物半導体に設けられた段差構造の測定・検査に適用できる。 In addition to the measurement of stepped structures such as fine, high aspect ratio bottomed holes and staircase shapes provided on silicon wafers, materials other than silicon that transmit visible light, near infrared light, or infrared light, such as glass It can be applied to the measurement and inspection of step structures provided in ceramics and compound semiconductors.
101・・・シリコンウェーハ
102・・・表面
103・・・裏面
104・・・未貫通ビア
105・・・底面
401、1101・・・レーザ光源
402・・・エキスパンダ
403・・・コリメータ
404・・・偏光ビームスプリッタ
405・・・XYスキャナ部
406・・・λ/4波長板
407・・・対物レンズ
408・・・結像レンズ
409・・・共焦点ピンホール
410・・・光検出器
501・・・共振型レゾナントスキャナ
502・・・ガルバノスキャナ
601・・・アパーチャ
801・・・1単位領域
1102・・・偏光板
1103・・・受光器
101 ...
Claims (10)
可視光、近赤外光または赤外光の測定用光を前記段差構造が形成された面の裏側から照射し、
前記測定用光が前記材料に焦点を結ぶ位置を測定することによって又は前記材料からの反射光を測定することによって前記段差構造の形状を測定し、
予め取得した前記材料の屈折率を用いてまたは屈折率を測定する屈折率測定手段によって測定した前記材料の屈折率を用いて、前記測定した形状を換算することにより前記段差構造の実際の形状を算出することを特徴とする段差構造測定方法。 In a step structure measurement method for measuring a step structure such as a non-through via, a trench or a MEMS provided in a material that transmits visible light, near infrared light, or infrared light,
Irradiate measurement light of visible light, near infrared light or infrared light from the back side of the surface where the step structure is formed,
Measure the shape of the step structure by measuring the position where the measuring light focuses on the material or by measuring the reflected light from the material,
The actual shape of the step structure is converted by converting the measured shape using the refractive index of the material measured in advance by using the refractive index of the material obtained in advance or by the refractive index measuring means for measuring the refractive index. A method for measuring a step structure, characterized by calculating.
前記測定用光は近赤外光または赤外光であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一に記載の段差構造測定方法。 The step structure is a non-through via provided in a material that transmits near infrared light or infrared light,
The step structure measuring method according to claim 1, wherein the measurement light is near infrared light or infrared light.
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