JP3653918B2

JP3653918B2 - 半導体ウェーハの表面段差の検出方法

Info

Publication number: JP3653918B2
Application number: JP04719597A
Authority: JP
Inventors: 悦郎森田; 幸夫川合
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: JPH10229108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの表面段差の検出方法、詳しくは半導体ウェーハのＣＭＰ（Chemical and Mechanical Polishing）研磨面の全面に於ける段差を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこのＣＭＰ研磨面の全面段差の検出方法としては、有効な手法は確立されていなかった。すなわち、研磨面の平坦度の測定は、接触式測定法、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy）などにより局所的に行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のＣＭＰによる研磨面の平坦度の測定方法にあっては、以下の不都合があった。すなわち、いずれも局所的平坦度の測定に留まるため、研磨面全面における段差についての測定が不可能であった。または、その測定に長時間を要していた。特に、ＣＭＰによれば、局所的な平坦化は達成できたとしても、研磨面全面での平坦化が達成することができているか否かは不明であるからである。
【０００４】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、ＣＭＰ研磨面を他のシリコンウェーハ鏡面に張り合わせ、この界面を観察することにより、ＣＭＰ研磨面の全面の段差を容易に把握することができることを、知見し、この発明を完成させた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明の目的は、半導体ウェーハのＣＭＰ研磨面の全面の段差を容易にかつ確実に検出、把握することができる方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、パターンを有する半導体ウェーハのＣＭＰ研磨表面の段差を検出する方法であって、鏡面を有する被張り合わせ半導体ウェーハを準備する工程と、上記被張り合わせ半導体ウェーハの鏡面に、測定対象である上記パターンを有する半導体ウェーハのＣＭＰ研磨面を張り合わせる際に、これらの上記被張り合わせウェーハおよび上記パターンを有する半導体ウェーハに赤外線を照射してこの張り合わせの進行を撮像するとともに、この張り合わせ先端面が形成する線が略直線として継続して観測されることにより上記段差を検出する工程とを含む半導体ウェーハの表面段差の検出方法である。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、上記被張り合わせ半導体ウェーハは、測定対象である上記パターンを有する半導体ウェーハと同一口径である請求項１に記載の半導体ウェーハの表面段差の検出方法である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、張り合わせられた上記被張り合わせ半導体ウェーハおよび上記パターンを有する半導体ウェーハに超音波を照射することにより、上記段差を検出する請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの表面段差の検出方法である。
【０００９】
【作用】
請求項１〜請求項３に記載の発明によれば、パターンを有する半導体ウェーハのＣＭＰ研磨面を、被張り合わせ半導体ウェーハの鏡面に張り合わせる。そして、この張り合わせ界面の全面の段差を検出する。ＣＭＰ研磨面が段差を有する場合、張り合わせの進行が不連続となる。または、その不連続部がボイドとして残ることがある。特に大きな段差の場合、これは張り合わせ後のボイドとして残るため、この未接合部（ボイド）の位置により、その段差の位置を確認することができる。
【００１０】
特に、上記パターンを有する半導体ウェーハおよび被張り合わせ半導体ウェーハに赤外線を照射することにより、その全面の段差を検出することができる。赤外線の照射により張り合わせ中にｉｎ−ｓｉｔｕで、ＣＭＰ研磨面の段差の確認を行うことができる。
また、請求項３に記載の発明によれば、張り合わせ終了後、その段差位置を容易に確認することができる。この超音波測定は、所定の配線パターンなどを被着・形成したウェーハのＣＭＰ研磨面の精密測定に好適な方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。まず、この発明方法にあっては、準備工程において、鏡面を有する被張り合わせ半導体ウェーハと、ＣＭＰ研磨された測定対象の半導体ウェーハとを、それぞれ準備する。この場合、いずれも同一口径、例えば口径６インチのシリコンウェーハを準備する。被張り合わせシリコンウェーハの一面には鏡面研磨を施し、ＳＣ１（Standard cleaning 1）洗浄もしくはさらにＨＦ洗浄を施してシリコン面を露出させておいてもよく、また、その鏡面に酸化膜を形成してあってもよい。
【００１２】
次に、クリーンルームの室温で、この被張り合わせシリコンウェーハの鏡面に、測定対象であるシリコンウェーハのＣＭＰ研磨面を重ね合わせる（張り合わせる）。この重ね合わせは、例えばＯＦ（オリエンテーションフラット）部分を起点として図１中矢印方向に重ね合わせを開始し、反対側に向かって所定の速度で徐々に密着させていく。このとき、赤外線を照射し重ね合わせ面の状態を撮影している。
【００１３】
そして、重ね合わせが終了したら、これらのシリコンウェーハ同士の重ね合わせ界面に赤外線を照射し、この状態をＩＲ（Infra Red）カメラで撮影して界面全面に於ける段差を検出する。また、重ね合わせ後の状態を超音波照射で測定する。図１（Ａ）〜（Ｅ）には、その段差の状況が示されている。図１はＣＭＰ研磨面が平坦である場合の張り合わせ状況をＩＲで撮像した場合を経時的に示す。ＯＦより重ね合わせを開始すると、その進行に伴い重ね合わせ先端面がＯＦとは反対側に向かって移行する。この先端面は所定の曲率で湾曲した円弧を形成している。張り合わせ熱処理の終了後、これをＵＳ（超音波照射）で測定しても同図（Ｅ）に示すように、ボイドの発生は皆無である。すなわち、（Ａ）〜（Ｄ）に示すような重ね合わせ先端の進行をＩＲ観測することができれば、このＣＭＰ研磨面は段差がなく、平坦であることがわかる。
【００１４】
図２（Ａ）〜（Ｃ）にはＣＭＰ研磨面の段差が大きい場合の張り合わせ状態を示すものである。（Ｂ）に示すように、ＩＲでのその場（ｉｎｓｉｔｕ）観察により、張り合わせ先端面に直線状の部分が生じている場合、これをその後のＵＳ観察で大きなボイドとして確認することができた。すなわち、ＣＭＰ研磨面に大きな段差が生じている場合は、ＩＲ観察では曲線の一部が直線として視認することができる。
【００１５】
図３（Ａ）〜（Ｆ）にはＣＭＰ研磨面の段差が小さい場合の状態を示している。この張り合わせでは、張り合わせ先端面を形成する線が、（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、略直線として継続してＩＲ観測される。これを張り合わせ終了後にＩＲ観察してもボイドとしては検出することができない。しかし、ＵＳを用いてさらに高精度の観察を行うと、（Ｆ）に示すように、小さなボイドが直線状に確認される。すなわち、例えば１０ｎｍ程度の小さな段差は、その場ＩＲでは直線として把握することができるものである。
【００１６】
なお、この赤外線照射およびその撮像装置は、例えば以下のように構成している。すなわち、接着治具の直上に所定間隔だけ離れてＩＲカメラがセットしてある。また、接着治具に対して斜め上方から所定角度をなして赤外線を照射可能に赤外光源（半導体レーザ等）が配設される。照射された赤外線は、系内で反射し、ＩＲカメラに入射する構成である。ＩＲカメラの出力信号は画像処理装置に送られ、さらに、モニタに表示される。すなわち、接着治具上での２枚のウェーハの張り合わせ時の重ね合わせ面の状態は、このウェーハを透過し、または反射した赤外線をＩＲカメラで撮影することにより、記録される。この重ね合わせ面の状態は、所定の信号処理（光電変換、フィルタリング等）を経て画像としてモニタに表示される。したがって、作業者はモニタを目視してボイド等を容易に発見、認識することができる。
【００１７】
さらに、この発明にあっては、ＣＭＰ研磨面としては、例えば酸化シリコン膜、ポリシリコン膜、窒化シリコン膜等の他に、これらの膜の上にＣｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ等の金属配線層を形成し、この配線層をＣＭＰ研磨したものであってもよい。また、ＣＭＰ研磨面が張り合わせられる鏡面ウェーハとしてはベアシリコンウェーハまたは酸化シリコン膜付きのウェーハであってもよい。
【００１８】
上記超音波測定は公知の方法で行った。例えば、高周波パルス発生装置から電気信号を音響レンズ上端の圧電トランスデューサに印加し、その電気機械的特性によって音響信号に変換する。平面超音波はレンズ母材を通過し、さらに音響レンズ平面のレンズ部で球面波に変換されて水中を伝搬し、試料である張り合わせウェーハに到達する。このとき、一部は反射し、残りは内部に進入する。内部に音響インピーダンスが異なる部分（境界）があればそこで反射が起こる。この反射波は逆の経路を通って音響レンズにより受信され、電気信号に再度変換される。この状況をオシロスコープで観察できる。このような測定原理に基づいて欠陥情報を超音波映像として形成することができる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明によれば、ウェーハ全面にわたってのＣＭＰ研磨面の段差の有無を検出することができる。また、その段差の位置を正確に検出することができる。また、非破壊で、かつ、高感度の測定ができる。パターンを有するＣＭＰ研磨面の段差を測定する場合、パターンとそれ以外の凹凸の区別を容易に行うことができる。また、赤外線照射測定では、張り合わせと同時にその場（ｉｎｓｉｔｕ）で観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る張り合わせ界面の様子を示す模式図である。
【図２】この発明の他の実施例に係る張り合わせ界面の様子を示す模式図である。
【図３】この発明のさらに他の実施例に係る張り合わせ界面の様子を示す模式図である。

Claims

パターンを有する半導体ウェーハのＣＭＰ研磨表面の段差を検出する方法であって、
鏡面を有する被張り合わせ半導体ウェーハを準備する工程と、
上記被張り合わせ半導体ウェーハの鏡面に、測定対象である上記パターンを有する半導体ウェーハのＣＭＰ研磨面を張り合わせる際に、これらの上記被張り合わせウェーハおよび上記パターンを有する半導体ウェーハに赤外線を照射してこの張り合わせの進行を撮像するとともに、この張り合わせ先端面が形成する線が略直線として継続して観測されることにより上記段差を検出する工程とを含む半導体ウェーハの表面段差の検出方法。
上記被張り合わせ半導体ウェーハは、測定対象である上記パターンを有する半導体ウェーハと同一口径である請求項１に記載の半導体ウェーハの表面段差の検出方法。
張り合わせられた上記被張り合わせ半導体ウェーハおよび上記パターンを有する半導体ウェーハに超音波を照射することにより、上記段差を検出する請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの表面段差の検出方法。