JP2017090272A - 形状測定方法及び形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貼り合わせウェーハを構成する接着剤の厚みを正確に測定する。【解決手段】測定部１００は、半導体ウェーハ１０のエッジ部３００の断面形状を測定する（Ｓ２０１）。測定部１００は、サポート部材２０のエッジ部３００の断面形状を測定する（Ｓ２０３）。測定部１００は、貼り合わせウェーハ３０のエッジ部４００の断面形状を測定する（Ｓ２０５）。解析部２２０は、貼り合わせウェーハの厚みｔ４から半導体ウェーハ１０の厚みｔ１及びサポート部材２０の厚みｔ２を減じることで、接着剤４０の厚みｔ３を算出する（Ｓ２０７）。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハと、前記半導体ウェーハを補強するサポート部材と、前記半導体ウェーハ及び前記サポート部材を貼り合わせる接着剤とを備える、貼り合わせウェーハのエッジ部の断面形状を測定する形状測定方法及び形状測定装置に関するものである。

貼り合わせウェーハの膜厚測定の代表的な測定手段として、ＦＴＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）法による膜厚測定方法が公知である（特許文献１）。特許文献１に示すＦＴＩＲ測定装置は、赤外線を照射可能な赤外線光源１、入射した光の一部を透過する一方、残りを反射して光を２つに分解するビームスプリッタ２、光軸方向に移動可能な走査ミラー３、固定ミラー４、及び検出器５を備えている。そして、ＦＴＩＲ測定装置は、赤外線をウェーハに照射した際の反射光を検出器５で測定することで、インターフェログラムを検出し、検出したインターフェログラムから膜厚を算出する。

特開２００３−６５７２４号公報

ところで、貼り合わせウェーハのエッジ部は、平坦ではなく角度変化のある形状を持つ。そのため、上記のＦＴＩＲ測定装置を貼り合わせウェーハのエッジ部の厚みの測定に適用した場合、インターフェログラムが検出されず、貼り合わせウェーハを構成する接着剤の厚みを正確に求めることができないという問題がある。

その他、貼り合わせウェーハのエッジ部の接着剤の厚みを測定する方法としては、貼り合わせウェーハを切断して、断面を観測する方法が挙げられる。しかし、この方法は、破壊検査であり、ウェーハの加工に多くの時間を要するため、歩留まりが低下するという問題がある。

本発明の目的は、貼り合わせウェーハを構成する接着剤の厚みを正確に測定する技術を提供することにある。

本発明の一態様による形状測定方法は、半導体ウェーハと、前記半導体ウェーハを補強するサポート部材と、前記半導体ウェーハ及び前記サポート部材を貼り合わせる接着剤とを備える、貼り合わせウェーハのエッジ部の断面形状を測定する形状測定方法であって、
貼り合わせ前の前記半導体のエッジ部の断面形状及び貼り合わせ前の前記サポート部材のエッジ部の断面形状をそれぞれ個別に測定する第１測定ステップと、
前記貼り合わせウェーハのエッジ部の断面形状を測定する第２測定ステップと、
前記第１測定ステップによる測定結果と、前記第２ステップによる測定結果とを比較することで、前記貼り合わせウェーハにおける前記接着剤の厚みを演算する演算ステップとを備える。

この構成によれば、貼り合わせ前の半導体ウェーハ及び貼り合わせ前のサポート部材のエッジ部の断面形状をそれぞれ個別に測定する第１測定ステップと、貼り合わせウェーハのエッジ部の断面形状を測定する第２測定ステップとが実行される。そして、第１測定ステップによる測定結果と、前記第２ステップによる測定結果とを比較することで、貼り合わせウェーハを構成する接着剤の厚みが検出される。そのため、貼り合わせウェーハを構成する接着剤の厚みを正確に検出できる。

上記態様において、前記半導体ウェーハは、シリコン、ガラス、炭化硅素、サファイア、及び化合物半導体のいずれかで構成されてもよい。

この構成によれば、半導体ウェーハが、シリコン、ガラス、炭化硅素、サファイア、及び化合物半導体のいずれかで構成される場合において、接着剤の厚みを正確に検出できる。

上記構成において、前記サポート部材は、シリコン、ガラス、炭化硅素、サファイア、及び化合物半導体のいずれかで構成されてもよい。

この構成によれば、サポート部材が、シリコン、ガラス、炭化硅素、サファイア、及び化合物半導体のいずれかで構成される場合において、接着剤の厚みを正確に検出できる。

上記態様において、前記第１、第２測定ステップは、影絵撮影法、ラインスキャン撮影法、及びマイクロスコープ撮影法のいずれかを用いて前記エッジ部の断面形状を測定してもよい。

この構成によれば、第１、第２測定ステップは、影絵撮影法、ラインスキャン撮影法、及びマイクロスコープ撮影法のいずれかを用いて前記エッジ部の断面形状を測定するので、接着剤の厚みを正確に検出できる。

上記態様において、前記第１測定ステップは、前記半導体ウェーハ及び前記サポート部材の厚みを前記エッジ部の断面形状を示すパラメータとして測定し、
前記第２測定ステップは、前記貼り合わせウェーハの厚みを前記エッジ部の断面形状を示すパラメータとして測定し、
前記演算ステップは、前記第２測定ステップで測定された前記貼り合わせウェーハの厚みから、前記第１測定ステップで測定された前記半導体ウェーハの厚み及び前記サポート部材の厚みを減じることで、前記接着剤の厚みを算出してもよい。

この構成によれば、第２測定ステップで測定された前記貼り合わせウェーハの厚みから、第１測定ステップで測定された半導体ウェーハの厚み及びサポート部材の厚みを減じることで、接着剤の厚みが算出される。そのため、接着剤の厚みを正確に検出できる。

本発明によれば、貼り合わせウェーハの接着剤の厚みを正確に測定できる。

本実施の形態による形状測定装置の全体構成の一例を示す図である。 本実施の形態における形状測定装置の処理の一例を示すフローチャートである。 半導体ウェーハ及びサポート部材のエッジ部を拡大して示した図である。 貼り合わせウェーハのエッジ部を拡大して示した図である。 ラインスキャン測定法で測定物体Ｘのエッジ部の断面形状を測定する測定部の構成の一例を示す図である。 マイクロスコープ撮影法で測定物体Ｘのエッジ部の断面形状を測定する測定部の構成の一例を示す図である。

図１は、本実施の形態による形状測定装置の全体構成の一例を示す図である。本実施の形態による形状測定装置は、円盤状の測定物体Ｘのエッジ部の断面形状を測定する装置である。以下の説明では、測定物体Ｘは円盤状であるとして説明するが、これは一例であり、主面の形状は円形以外の形状（例えば、四角形）であってもよい。

測定物体Ｘとしては、半導体ウェーハ、サポート部材、及び貼り合わせウェーハが採用される。半導体ウェーハは、例えば、シリコン、ガラス、炭化硅素、サファイア、及び化合物半導体のいずれかで構成される。化合物半導体としては、例えば、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）が該当する。

サポート部材は、半導体ウェーハを補強する部材であり、例えば、シリコン、ガラス、炭化硅素、サファイア、及び化合物半導体のいずれかで構成される。

貼り合わせウェーハは、半導体ウェーハと、サポート部材と、半導体ウェーハ及びサポート部材を貼り合わせる接着剤とを備える。

本実施の形態による形状測定装置は、測定部１００及び演算部２００を備える。測定部１００は、点光源１０１と、点光源１０１の平行光学系としてのコリメータレンズ２０１と、撮像光学系３０１とを備える。点光源１０１は、光源１１とピンホール１２とを備える。光源１１は、例えば白色ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成され、測定物体Ｘに向けて光を照射する。ピンホール１２は、コリメータレンズ２０１の焦点位置に位置し、例えばφ（直径）１００〜２００μｍ程度の孔で構成されている。

光源１１から照射された光は、ピンホール１２を通過することでビーム径が拡げられる。ピンホール１２により拡げられた光は、コリメータレンズ２０１により平行光ＬＦ（平行光束）にされる。平行光ＬＦの光軸Ｌ１は、測定物体Ｘの接線方向Ｄ１００と平行である。接線方向Ｄ１００は、測定物体Ｘの径方向と直交する方向である。

図１の例では、光軸Ｌ１は、測定物体Ｘの外周（エッジ）と接している。但し、これは一例であり、光軸Ｌ１は、平行光ＬＦの一部が測定物体Ｘの断面により遮蔽されるような方向であればどのような方向が採用されてもよい。

撮像光学系３０１は、テレセントリックレンズ３１と、撮像部３２とを備える。テレセントリックレンズ３１は、平行光ＬＦを撮像部３２に向けて照射する。撮像部３２は、例えば、２次元のＣＭＯＳセンサ或いはＣＣＤセンサで構成され、テレセントリックレンズ３１を通過した光による測定物体Ｘのエッジ部の影像（シルエット）を撮像する。

テレセントリックレンズ３１は、例えば、両側テレセントリック構造のテレセントリックレンズが採用され、第１レンズ３１ａ、絞り３１ｃ、及び第２レンズ３１ｂを備える。第１、第２レンズ３１ａ、３１ｂは、第１レンズ３１ａの後側焦点と第２レンズ３１ｂの前側焦点とが一致するように配列されている。絞り３１ｃは、例えば、可変絞りで構成され、第１、第２レンズ３１ａ，３１ｂの焦点位置に配置されている。

テレセントリックレンズ３１は、物体側（測定物体Ｘ側）、像側（撮像部３２側）とも主光線が光軸Ｌ１に対して平行であり、測定物体Ｘを通過した光のうち、平行光（平行に極めて近い光を含む）のみを通過させる。

図１の例では、コリメータレンズ２０１と第１レンズ３１ａとの間隔は、例えば２００ｍｍ程度に設定されている。測定物体Ｘは、平行光ＬＦの中に配置されている。また、図１の例では、第１、第２レンズ３１ａ、３１ｂはそれぞれ１枚のレンズで構成されているが、これは一例にすぎない。第１、第２レンズ３１ａ、３１ｂは、それぞれ２枚以上のレンズからなるレンズ群で構成されてもよい。

演算部２００は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを備えるコンピュータで構成され、断面形状算出部２１０及び解析部２２０を備える。断面形状算出部２１０及び解析部２２０は、例えば、ＣＰＵが制御プログラムを実行することで実現される。但し、これは一例であり、断面形状算出部２１０及び解析部２２０は、それぞれ、専用のハードウェア回路（ＡＳＩＣやＦＰＧＡ）で構成されてもよい。

断面形状算出部２１０は、測定部１００が測定した半導体ウェーハの測定結果から半導体ウェーハのエッジ部の断面形状を示すパラメータを算出する。ここで、半導体ウェーハの測定結果は、撮像部３２が撮像する半導体ウェーハのエッジ部の影像（シルエット）である。断面形状算出部２１０は、撮像部３２が撮像した半導体ウェーハのエッジ部の影像を示す画像データから半導体ウェーハの厚みを抽出し、抽出した厚みを半導体ウェーハのエッジ部の断面形状を示すパラメータとして算出する。具体的には、断面形状算出部２１０は、撮像部３２が撮像した画像データが示す半導体ウェーハの厚みに所定の係数を乗じることで、半導体ウェーハの実際の厚みを算出すればよい。ここで、所定の係数としては、撮像部３２が撮像した画像データの単位長を実際の長さに換算するための係数が採用できる。

図３は、半導体ウェーハ１０及びサポート部材２０のエッジ部３００を拡大して示した図である。以下、半導体ウェーハ１０のみに注目して、エッジ部３００について説明する。エッジ部３００は、半導体ウェーハ１０の外周及び外周近傍を含む領域である。エッジ部３００は、第１平坦部３１０、第１傾斜部３２０、先端部３３０、第２傾斜部３４０、及び第２平坦部３５０を備える。第１平坦部３１０は、半導体ウェーハ１０の径方向Ｄ３００と平行な平面であって、半導体ウェーハ１０の一方の主面（例えば、表面）に連なる平面である。ここで、径方向Ｄ３００とは、半導体ウェーハ１０の中心を基準とし、半導体ウェーハ１０の半径に沿った方向を指す。

第２平坦部３５０は、径方向Ｄ３００と平行な平面であって、半導体ウェーハ１０の他方の主面（例えば、裏面）と連なる平面である。第１、第２傾斜部３２０、３４０は、断面視において、径方向Ｄ３００に向けて厚みが減少するような角度で傾斜した面である。先端部３３０は、第１傾斜部３２０と第２傾斜部３４０とを繋ぐ面である。図３の例では、先端部３３０は、断面視において、径方向Ｄ３００と直交しているがこれは一例である。例えば、先端部３３０は、断面視において半導体ウェーハ１０の径方向Ｄ３００の外側に突出した湾曲形状を持っていても良いし、径方向Ｄ３００に対して傾斜した形状を持っていても良い。

図１に参照を戻し、断面形状算出部２１０は、半導体ウェーハ１０において、第１平坦部３１０及び第２平坦部３５０間の距離を半導体ウェーハ１０の厚みｔ１として算出する。なお、断面形状算出部２１０は、サポート部材２０に対しても半導体ウェーハ１０と同様にして厚みｔ２を算出する。更に、断面形状算出部２１０は、半導体ウェーハ１０と同様にして貼り合わせウェーハ３０の厚みｔ４を算出する（図４参照）。

解析部２２０は、貼り合わせ前の半導体ウェーハ１０のエッジ部３００の断面形状の測定結果と、貼り合わせ前のサポート部材２０のエッジ部３００の断面形状の測定結果と、貼り合わせウェーハ３０のエッジ部４００の断面形状の測定結果とを比較することで、貼り合わせウェーハを構成する接着剤の厚みを演算する。

図４は、貼り合わせウェーハ３０のエッジ部４００を拡大して示した図である。エッジ部４００は、貼り合わせウェーハ３０の外周及び外周近傍を含む領域である。貼り合わせウェーハ３０は、半導体ウェーハ１０、接着剤４０、サポート部材２０が順に積層されている。接着剤４０は半導体ウェーハ１０及びサポート部材２０を接着させる材料で構成されている。

エッジ部４００の断面形状は、半導体ウェーハ１０の第１平坦部３１０、第１傾斜部３２０、及び先端部３３０と、サポート部材２０の先端部３３０、第２傾斜部３４０、及び第２平坦部３５０と、接着剤４０の外周とで構成されている。接着剤４０は、半導体ウェーハ１０の第２傾斜部３４０とサポート部材２０の第１傾斜部３２０との間の扇状の領域に存在している。そのため、接着剤４０の外周はこの扇状の領域内にある接着剤４０によって構成される。

解析部２２０は、断面形状算出部２１０により算出された貼り合わせウェーハ３０の厚みｔ４から、断面形状算出部２１０により算出された半導体ウェーハ１０の厚みｔ１及びサポート部材２０の厚みｔ２を減じることで、接着剤４０の厚みｔ３を算出する。

ここで、貼り合わせウェーハ３０の厚みｔ４は、貼り合わせウェーハ３０において、半導体ウェーハ１０の第１平坦部３１０からサポート部材２０の第２平坦部３５０までの距離を指す。また、接着剤４０の厚みｔ４は、貼り合わせウェーハ３０において、半導体ウェーハ１０の第２平坦部３５０からサポート部材２０の第１平坦部３１０までの距離を指す。

次に、本実施の形態における形状測定装置の処理について説明する。図２は、本実施の形態における形状測定装置の処理の一例を示すフローチャートである。まず、測定部１００は、半導体ウェーハ１０のエッジ部３００の断面形状を測定する（Ｓ２０１）。

ここでは、光源１１が半導体ウェーハ１０の外周の接線方向に向けて光を照射することで形成される半導体ウェーハ１０のエッジ部３００の影像を、撮像部３２が撮像することで、半導体ウェーハ１０のエッジ部３００の断面形状が測定される。

次に、断面形状算出部２１０は、Ｓ２０１での測定結果から半導体ウェーハ１０の厚みｔ１を算出する（Ｓ２０２）。

次に、測定部１００は、サポート部材２０のエッジ部３００の断面形状を測定する（Ｓ２０３）。ここでは、半導体ウェーハ１０の場合と同様、撮像部３２がサポート部材２０の影像を撮像することで、サポート部材２０のエッジ部３００の断面形状が測定される。

次に、断面形状算出部２１０は、Ｓ２０３での測定結果からサポート部材２０の厚みｔ２を算出する（Ｓ２０４）。

次に、測定部１００は、貼り合わせウェーハ３０のエッジ部４００の断面形状を測定する（Ｓ２０５）。ここでは、半導体ウェーハ１０の場合と同様、撮像部３２が貼り合わせウェーハ３０の影像を撮像することで、貼り合わせウェーハ３０のエッジ部４００の断面形状が測定される。ここで、測定対象となる貼り合わせウェーハ３０は、Ｓ２０１で測定された半導体ウェーハ１０と、Ｓ２０２で測定されたサポート部材２０とが接着剤４０で接着された貼り合わせウェーハ３０である。

次に、断面形状算出部２１０は、Ｓ２０５での測定結果から貼り合わせウェーハ３０の厚みｔ４を算出する（Ｓ２０６）。

次に、解析部２２０は、貼り合わせウェーハ３０の厚みｔ４から半導体ウェーハ１０の厚みｔ１及びサポート部材２０の厚みｔ２を減じることで、接着剤４０の厚みｔ３を算出する（Ｓ２０７）。すなわち、解析部２２０は、ｔ３＝ｔ４−（ｔ１＋ｔ２）の演算により厚みｔ３を算出する。

このように、本実施の形態による形状測定装置によれば、貼り合わせ前の半導体ウェーハ１０、貼り合わせ前のサポート部材２０、及び貼り合わせウェーハ３０のそれぞれのエッジ部の断面形状の測定結果から、半導体ウェーハ１０、サポート部材２０、及び貼り合わせウェーハ３０の厚みｔ１、ｔ２、ｔ４がそれぞれ検出される。そして、算出した厚みｔ１、ｔ２、ｔ４を用いて接着剤４０の厚みｔ３が算出される。そのため、貼り合わせウェーハ３０を構成する接着剤４０の厚みｔ３を正確に算出できる。その結果、貼り合わせウェーハ３０のエッジ部４００の断面形状の解析を正確に行うことができる。

なお、本実施の形態は以下の変形例が採用できる。

（１）図１では測定部１００は影絵撮影法で測定物体Ｘを測定したが、本発明はこれに限定されず、ラインスキャン撮影法或いはマイクロスコープ撮影法のいずれかで測定物体Ｘを測定してもよい。

図５は、ラインスキャン測定法で測定物体Ｘのエッジ部の断面形状を測定する測定部１００の構成の一例を示す図である。図５において、測定部１００は、ラインセンサ５０１と、走査機構５０２とを備える。ラインセンサ５０１は、例えば、複数の受光素子が主走査方向Ｄ５０２に配列された１次元のＣＭＯＳセンサ或いはＣＣＤセンサで構成され、１ライン単位で測定物体Ｘのエッジ部の断面形状を測定する。ここで、ラインセンサ５０１は、主走査方向Ｄ５０２が測定物体Ｘの主面と直交するように配置されている。走査機構５０２は、例えば、アクチュエータで構成され、ラインセンサ５０１を主走査方向Ｄ５０２に直交する副走査方向Ｄ５０１に移動させる。したがって、ラインセンサ５０１は、走査機構５０２により副走査方向Ｄ５０１に移動されながら、１ライン単位で測定物体Ｘの撮像を繰り返すことで、測定物体Ｘのエッジ部の断面形状を測定できる。なお、図５の例では、ラインセンサ５０１が副走査方向Ｄ５０１に移動されたが、これに限定されず、ラインセンサ５０１は固定され、測定物体Ｘが副走査方向Ｄ５０１に移動されてもよい。

図６は、マイクロスコープ撮影法で測定物体Ｘのエッジ部の断面形状を測定する測定部１００の構成の一例を示す図である。図６において測定部１００は、マイクロスコープ６００で構成されている。マイクロスコープ６００は、カラーカメラ、照明、レンズ、及び接続ケーブルを備える拡大表示装置である。図６では、マイクロスコープ６００は光軸Ｌ６００が測定物体Ｘの接線方向Ｄ６００に向くように配置されている。

マイクロスコープ６００は、測定物体Ｘのエッジ部を撮像し、撮像データを演算部２００に出力する。演算部２００は、撮像データを表示部６０１に表示する。これにより、表示部６０１は、測定物体Ｘのエッジ部の拡大像を表示する。

ユーザは表示部６０１に拡大表示された測定物体Ｘの拡大像を目視することで測定物体Ｘの厚みを測定してもよい。或いは演算部２００がマイクロスコープ６００から出力された撮像データを画像処理することで測定物体Ｘの厚みを測定してもよい。

（２）図２のフローチャートでは、順に、半導体ウェーハ１０のエッジ部３００の断面形状が測定され、サポート部材２０のエッジ部３００の断面形状が測定されていたが、この順は逆であってもよい。すなわち、順に、サポート部材２０のエッジ部３００の断面形状が測定され、半導体ウェーハ１０のエッジ部３００の断面形状が測定されてもよい。

Ｘ 測定物体
１０ 半導体ウェーハ
２０ サポート部材
３０ 貼り合わせウェーハ
１００ 測定部
２００ 演算部
２１０ 断面形状算出部
２２０ 解析部
３００ エッジ部
４００ エッジ部

Claims (6)

1. 半導体ウェーハと、前記半導体ウェーハを補強するサポート部材と、前記半導体ウェーハ及び前記サポート部材を貼り合わせる接着剤とを備える、貼り合わせウェーハのエッジ部の断面形状を測定する形状測定方法であって、
   貼り合わせ前の前記半導体のエッジ部の断面形状及び貼り合わせ前の前記サポート部材のエッジ部の断面形状をそれぞれ個別に測定する第１測定ステップと、
   前記貼り合わせウェーハのエッジ部の断面形状を測定する第２測定ステップと、
   前記第１測定ステップによる測定結果と、前記第２ステップによる測定結果とを比較することで、前記貼り合わせウェーハにおける前記接着剤の厚みを演算する演算ステップとを備える形状測定方法。
2. 前記半導体ウェーハは、シリコン、ガラス、炭化硅素、サファイア、又は化合物半導体で構成される請求項１に記載の形状測定方法。
3. 前記サポート部材は、シリコン、ガラス、炭化硅素、サファイア、又は化合物半導体で構成される請求項１又は２に記載の形状測定方法。
4. 前記第１、第２測定ステップは、影絵撮影法、ラインスキャン撮影法、及びマイクロスコープ撮影法のいずれかを用いて前記エッジ部の断面形状を測定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の形状測定方法。
5. 前記第１測定ステップは、前記半導体ウェーハ及び前記サポート部材の厚みを前記エッジ部の断面形状を示すパラメータとして測定し、
   前記第２測定ステップは、前記貼り合わせウェーハの厚みを前記エッジ部の断面形状を示すパラメータとして測定し、
   前記演算ステップは、前記第２測定ステップで測定された前記貼り合わせウェーハの厚みから、前記第１測定ステップで測定された前記半導体ウェーハの厚み及び前記サポート部材の厚みを減じることで、前記接着剤の厚みを算出する請求項１〜４のいずれか１項に記載の形状測定方法。
6. 半導体ウェーハと、前記半導体ウェーハを補強するサポート部材と、前記半導体ウェーハ及び前記サポート部材を貼り合わせる接着剤とを備える、貼り合わせウェーハのエッジ部の断面形状を測定する形状測定装置であって、
   貼り合わせ前の前記半導体ウェーハのエッジ部の断面形状、貼り合わせ前の前記サポート部材のエッジ部の断面形状、及び前記貼合ウェーハのエッジ部の断面形状をそれぞれ測定する測定部と、
   貼り合わせ前の前記半導体ウェーハのエッジ部の断面形状の測定結果と、貼り合わせ前の前記サポート部材のエッジ部の断面形状の測定結果と、前記貼り合わせウェーハのエッジ部の断面形状の測定結果とを比較することで、前記貼り合わせウェーハを構成する接着剤の厚みを演算する演算部とを備える形状測定装置。

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