JP4966160B2

JP4966160B2 - 膜厚測定方法

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Publication number: JP4966160B2
Application number: JP2007279636A
Authority: JP
Inventors: 芳英鈴木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: JP2009109246A

Description

本発明は、膜厚測定方法に関し、特に、バンプ（突起電極）等の微小面積の領域内における膜厚測定方法に関する。

近年の半導体装置の小型化に伴い、高密度の実装方式が不可欠となっている。従来、半導体チップ（半導体装置）の高密度実装の方法として、ＴＣＰ（Tape Carrier Package）、ＣＯＦ（Chip On Film）、ＣＯＧ（Chip On Glass）等がある。これらは、半導体チップの電極パッド上にバンプと称される突起状電極を形成し、該バンプを介して、熱圧着やＡＣＦ（Anisotropy Conductive Film）を用いて半導体チップをフィルム基板やガラス基板に実装する方法である。このようなバンプを形成する手法として、メッキ法が広く使われている。

メッキ法には電解メッキ法と無電解メッキ法があるが、従来は電解Ａｕメッキを用いる方法が広く使われてきた。

一方、無電解メッキ法は、電解メッキ法と比較して、バリアメタル層及びメッキ工程時の電極の形成に必要なスパッタリング工程、突起電極のパターン形成に必要なフォト工程、パターン形成時に使用したレジストやメッキ工程時に使用したバリアメタルの除去に必要なエッチング工程等を省略できる。このように、工程数を削減することができるため、納期を短縮できるとともに、製造コストを抑制する効果もある。

かかる無電界メッキ法を用いたバンプ形成方法の一例としては、無電解メッキ法で電極パッド上にＮｉバンプを形成した後、当該Ｎｉバンプ表面に無電解メッキ法でＡｕなどの薄膜を形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、実装品質を安定化させるためには、バンプの高さ（厚さ）を測定し、当該高さを一定範囲内の値に留めることが必要となる。金属薄膜の膜厚を測定する方法としては、電子顕微鏡、蛍光Ｘ線分析、シート抵抗を測定する方法などが挙げられる。しかし電子顕微鏡による直接観察は試料の準備に時間がかかり、破壊検査であるため製品を直接測定できないという問題がある。また蛍光Ｘ線やシート抵抗を用いる方法はバンプのような微小なメッキでの測定は困難である。

そこで、従来、金属バンプの膜厚を測定する方法として、電子線により試料表面を走査し、そこから発生する特性Ｘ線強度を測定することによって、膜厚を測定する方法が提示されている（例えば、特許文献２、３参照）。

特許文献２に記載の方法は、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）と成分分析装置を用いて、予め膜厚が既知の材料を用いて特性Ｘ線を把握し、これと膜厚が未知の材料における特性Ｘ線とを比較して未知の材料の膜厚を算出する方法である。

また、特許文献３に記載の方法は、基板上に被着された薄膜上を電子ビームプローブで走査し、薄膜を透過して該基板に到達した電子により該基板を構成する物質から発生する特性Ｘ線強度を測定し、予め求められた「該薄膜の膜厚と特性Ｘ線強度の関係」から該薄膜の膜厚を求める方法である。

特開２００１−２３７２６７号公報特開平９−１４５３４４号公報特開平２−２６６２０８号公報

上記特許文献２及び３の方法は、予め特性Ｘ線強度と膜厚の関係を取得しておくとともに、Ｘ線検出器によって検出された特性Ｘ線強度をその関係に当てはめることで膜厚を導出する方法である。

しかし、これらの方法の場合、予め特性Ｘ線強度と膜厚の関係を取得した際に照射した電子線の電子量と、測定時に照射された電子線の電子量との間に大きな相違があった場合には、予め取得していた特性Ｘ線強度と膜厚の関係に導出された膜厚値と実際の膜厚値との間に大きな誤差が生じる。すなわち、上記従来方法の場合には、照射される電子線の電子量の変動の影響を受けやすいという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑み、バンプのような微小面積の領域において形成された薄膜の膜厚を簡易に精度良く測定する方法を実現することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る膜厚測定方法は、所定のバンプ材料で構成されたバンプの直上層に当該バンプとは異なる第１薄膜材料で形成された第１薄膜の膜厚測定方法であって、前記第１薄膜を透過して当該第１薄膜下層の前記バンプに対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の下で電子線を照射する第１ステップと、前記第１ステップに係る電子線照射によって、前記バンプから放射される前記バンプ材料の特性Ｘ線、並びに前記第１薄膜から放射される前記第１薄膜材料の特性Ｘ線を検出すると共に、両特性Ｘ線の強度比を測定する第２ステップと、前記バンプ材料で構成される評価用バンプの直上層に前記第１薄膜材料で構成される評価用第１薄膜をその膜厚値を変更して複数形成された各第１評価用素子に対して、前記評価用第１薄膜を透過して前記評価用バンプに電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の下で電子線を照射したときに取得された、前記バンプ材料及び前記第１薄膜材料の特性Ｘ線の強度比と前記評価用第１薄膜の膜厚値との関係を示す情報である第１検量線、並びに、前記第２ステップで測定された前記バンプ材料及び前記第１薄膜材料の特性Ｘ線の強度比、から前記第１薄膜の膜厚値を導出する第３ステップとを有することを第１の特徴とする。

本発明に係る膜厚測定方法の上記第１の特徴によれば、予め第１検量線を取得しておくことで、当該第１薄膜を透過して下層のバンプにも電子が侵入し得る条件下で設定された加速電圧の下で電子線を照射してバンプから放射されるバンプ材料の特性Ｘ線強度及び第１薄膜から放射される第１薄膜材料の特性Ｘ線強度を同時に測定し、これらの強度比と第１検量線から簡易な演算によって第１薄膜の膜厚を導出することができる。

そして、この予め取得している第１検量線は、電子線照射によって検出された第１薄膜材料及びバンプ材料の特性Ｘ線の強度比と第１薄膜材料の膜厚との関係である。照射された電子線の電子量に変動が生じた場合であっても、当該電子線照射によって放射される各材料の特性Ｘ線強度は、何れも電子量が多いと強度が増加する方向に変動し、電子量が少ないと強度が減少する方向に変動するため、これらの比である強度比は電子量の変動の影響をほとんど受けない。従って、かかる強度比と膜厚の関係で規定された第１検量線を用いて測定対象たる膜厚を導出することにより、電子量の変動の影響が抑制され、高精度の膜厚値を導出することができる。また、予め第１検量線に関する情報の取得さえしておけば、Ｘ線検出器から得られる各材料の特性Ｘ線強度に基づいて簡易な演算処理を行うのみで膜厚値の導出が可能である。すなわち、本発明方法によれば、簡易な方法により、電子線の電子量の変動の影響を最小限に抑制し、精度良く膜厚値を測定することができる。

特に、本発明に係る膜厚測定方法の場合、予め第１薄膜の膜厚の値そのものは不明であってもその値の範囲が既知であるような場合には、当該膜厚範囲から前記第１ステップに係る照射処理にける加速電圧の値、すなわち、前記第１薄膜を透過して当該第１薄膜下層の前記バンプに対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の値を容易に認識することができるため、効率的に膜厚値の測定を行うことが可能となる。

また、本発明に係る膜厚測定方法は、所定のバンプ材料で構成されたバンプの直上層に当該バンプとは異なる薄膜材料で構成された多層からなる薄膜の膜厚測定方法であって、前記バンプの直上層に前記バンプ材料とは異なる第１薄膜材料で形成された第１薄膜の更に直上層に前記バンプ材料並びに前記第１薄膜材料とは異なる第２薄膜材料で形成された第２薄膜を透過して前記第１薄膜に対して電子が侵入し得ると共に、前記第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得ない範囲内の加速電圧の下で電子線を照射する第１ステップと、前記第１ステップに係る電子線照射によって、前記第１薄膜から放射される前記第１薄膜材料の特性Ｘ線、並びに前記第２薄膜から放射される前記第２薄膜材料の特性Ｘ線を検出すると共に、両特性Ｘ線の強度比を測定する第２ステップと、前記バンプ材料で構成される評価用バンプの直上層に前記第１薄膜材料で構成される評価用第１薄膜を有すると共に、前記評価用第１薄膜の直上層に前記第２薄膜材料で構成される評価用第２薄膜を有し、前記評価用第１薄膜並びに前記評価用第２薄膜の膜厚値を変更して複数形成された各第２評価用素子に対して、前記評価用第２薄膜を透過して前記評価用第１薄膜に対して電子が侵入し得ると共に、前記評価用第１薄膜を透過して前記評価用バンプに対して電子が侵入し得ない範囲内の加速電圧の下で電子線を照射したときに、取得された前記第１薄膜材料及び前記第２薄膜材料の特性Ｘ線の強度比と前記評価用第２薄膜の膜厚値との関係を示す情報である第２検量線、並びに、前記第２ステップで測定された前記第１薄膜材料及び前記第２薄膜材料の特性Ｘ線の強度比、から前記第２薄膜の膜厚値を導出する第３ステップと、を有することを第２の特徴とする。

本発明に係る膜厚測定方法の上記第２の特徴によれば、バンプの上層に異なる材料からなる複数の薄膜、すなわちバンプ直上層に形成される第１薄膜及びその直上層に形成される第２薄膜を有する場合においても、予め第２検量線を取得しておくことで、当該第２薄膜を透過して第１薄膜にも電子が侵入し得ると共に、当該第１薄膜を透過してバンプに対しては電子が侵入し得ない条件下で設定された加速電圧の下で電子線を照射して、第１薄膜バンプから放射される第１薄膜材料の特性Ｘ線強度及び第２薄膜から放射される第２薄膜材料の特性Ｘ線強度を同時に測定し、これらの強度比と第２検量線から簡易な演算によって第２薄膜の膜厚を導出することができる。

そして、第１の特徴の場合と同様、予め取得している第２検量線は、電子線照射によって検出された第１薄膜材料及び第２薄膜材料の特性Ｘ線の強度比と第２膜厚材料の膜厚との関係である。照射された電子線の電子量に変動が生じた場合であっても、当該電子線照射によって放射される各材料の特性Ｘ線強度は、何れも電子量が多いと強度が増加する方向に変動し、電子量が少ないと強度が減少する方向に変動するため、これらの比である強度比は電子量の変動の影響をほとんど受けない。従って、かかる強度比と膜厚の関係で規定された第２検量線を用いて測定対象たる膜厚を導出することにより、電子量の変動の影響が抑制され、高精度の膜厚値を導出することができる。また、予め第２検量線に関する情報を取得しておけば、Ｘ線検出器から得られる各材料の特性Ｘ線強度に基づいて簡易な演算処理を行うのみで膜厚値の導出が可能である。すなわち、本発明方法によれば、簡易な方法により、電子線の電子量の変動の影響を最小限に抑制し、精度良く第２薄膜の膜厚値を測定することができる。

そして、本特徴においても、第１の特徴の場合と同様、予め第２薄膜の膜厚の値そのものは不明であってもその値の範囲が既知であるような場合には、当該膜厚範囲から前記第４ステップに係る照射処理にける加速電圧の値、すなわち、前記第２薄膜を透過して前記第１薄膜に対して電子が侵入し得ると共に、前記第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得ない範囲内の加速電圧の値を容易に認識することができるため、効率的に膜厚値の測定を行うことが可能となる。

また、本発明に係る膜厚測定方法は、所定のバンプ材料で構成されたバンプの直上層に当該バンプとは異なる薄膜材料で構成された多層からなる薄膜の膜厚測定方法であって、前記バンプの直上層に前記バンプ材料とは異なる第１薄膜材料で形成された第１薄膜の更に直上層に前記バンプ材料並びに前記第１薄膜材料とは異なる第２薄膜材料で形成された第２薄膜及び前記第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の下で電子線を照射する第４ステップと、前記第４ステップに係る電子線照射によって、前記バンプから放射される前記バンプ材料の特性Ｘ線、並びに前記第１薄膜から放射される前記第１薄膜材料の特性Ｘ線を検出すると共に、両特性Ｘ線の強度比を測定する第５ステップと、前記バンプ材料で構成される評価用バンプの直上層に前記第１薄膜材料で構成される評価用第１薄膜を有すると共に、前記評価用第１薄膜の直上層に前記第２薄膜材料で構成される評価用第２薄膜を有し、前記評価用第１薄膜並びに前記評価用第２薄膜の膜厚値を変更して複数形成された前記各第２評価用素子に対して前記評価用第２薄膜及び前記評価用第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の下で電子線を照射したときに、取得された前記バンプ材料及び前記第１薄膜材料の特性Ｘ線の強度比と前記評価用第１薄膜及び前記評価用第２薄膜の各膜厚値との関係を示す情報である第３検量線、所定の方法で取得或いは認識された前記第２薄膜の膜厚値、並びに前記第５ステップで測定された前記バンプ材料及び前記第１薄膜材料の特性Ｘ線の強度比から前記第１薄膜の膜厚値を導出する第６ステップと、を有することを第３の特徴とする。

本発明に係る膜厚測定方法の上記第３の特徴によれば、バンプの上層に異なる材料からなる複数の薄膜、すなわちバンプ直上層に形成される第１薄膜及びその直上層に形成される第２薄膜を有する場合においても、予め第２薄膜の膜厚が既知である場合には、第３検量線を取得しておくことで、第２薄膜及びて第１薄膜を透過してバンプに電子が侵入し得る条件下で設定された加速電圧の下で電子線を照射して、バンプから放射されるバンプ材料の特性Ｘ線強度及び第１薄膜から放射される第１薄膜材料の特性Ｘ線強度を同時に測定し、これらの強度比と、第２薄膜の膜厚、及び第３検量線から簡易な演算によって第１薄膜の膜厚を導出することができる。

そして、第１及び第２の特徴の場合と同様、予め取得している第３検量線は、電子線照射によって検出されたバンプ材料及び第１薄膜材料の特性Ｘ線の強度比と第１薄膜材料及び第２膜厚材料の膜厚との関係である。照射された電子線の電子量に変動が生じた場合であっても、当該電子線照射によって放射される各材料の特性Ｘ線強度は、何れも電子量が多いと強度が増加する方向に変動し、電子量が少ないと強度が減少する方向に変動するため、これらの比である強度比は電子量の変動の影響をほとんど受けない。従って、かかる強度比と膜厚の関係で規定された第３検量線を用いて測定対象たる膜厚を導出することにより、電子量の変動の影響が抑制され、高精度の膜厚値を導出することができる。また、予め第２薄膜の膜厚及び第３検量線に関する情報を取得しておけば、Ｘ線検出器から得られる各材料の特性Ｘ線強度に基づいて簡易な演算処理を行うのみで膜厚値の導出が可能である。すなわち、本発明方法によれば、簡易な方法により、電子線の電子量の変動の影響を最小限に抑制し、精度良く第１薄膜の膜厚値を測定することができる。

そして、第１及び第２の特徴の場合と同様、予め第１薄膜の膜厚の値そのものは不明であってもその値の範囲が既知であるような場合には、当該膜厚範囲から前記第４ステップに係る照射処理にける加速電圧の値、すなわち、前記第２薄膜及び前記第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の値を容易に認識することができるため、効率的に膜厚値の測定を行うことが可能となる。

また、本発明に係る膜厚測定方法は、上記第３の特徴に加えて、前記第６ステップが、上記第２の特徴に係る本発明の膜厚測定方法の前記第３ステップによって導出された前記第２薄膜の膜厚値を用いて前記第１薄膜の膜厚値の導出を行うステップであることを第４の特徴とする。

本発明に係る膜厚測定方法の上記第４の特徴によれば、バンプの上層に異なる材料からなる複数の薄膜、すなわちバンプ直上層に形成される第１薄膜及びその直上層に形成される第２薄膜を有する場合においても、第２検量線及び第３検量線を取得しておき、所定の条件下で電子線を照射して放射される特性Ｘ線の強度比を測定して、当該測定結果と各検量線の情報を用いて簡易な演算を行うのみで、第１薄膜並びに第２薄膜の膜厚を導出することができる。そして、第１〜第３の特徴と同様、強度比に基づいて膜厚を導出する方法であるため、照射される電子量の変動の影響をほとんど受けず、精度良く第１薄膜及び第２薄膜の膜厚値を測定することができる。

そして、第１薄膜及び第２薄膜の膜厚の値そのものは不明であってもその値の範囲が既知であるような場合には、当該膜厚範囲から前記第１及び第４ステップに係る照射処理にける加速電圧の値、すなわち、前記第２薄膜を透過して前記第１薄膜に対して電子が侵入し得ると共に、前記第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得ない範囲内の加速電圧、並びに、前記第２薄膜及び前記第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の値を容易に認識することができるため、効率的に膜厚値の測定を行うことが可能となる。

本発明の構成によれば、バンプのような微小面積の領域において形成された薄膜の膜厚を簡易に精度良く測定することができる。

以下において、本発明に係る膜厚測定方法（以下、適宜「本発明方法」と称する）の各実施形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
本発明方法の第１実施形態（以下、適宜「本実施形態」と称する）につき、以下の図１〜図３の各図を参照して説明する。

図１は、本実施形態における本発明方法の概要を説明するための概略構成図である。半導体チップ１の表面に、Ａｌ系合金等からなる電極パッド２が形成され、その上層に保護膜３および無電解Ｎｉメッキバンプ４（以下、適宜「Ｎｉバンプ４」と記載）が形成される。Ｎｉバンプ４は高さ５〜２０μｍ程度であり、その表面には、無電解メッキ法により厚さ０．０５〜１．２μｍ程度のＡｕメッキ層５（以下、適宜「Ａｕ薄膜５」と記載。第１薄膜に相当）が施されている。

Ｘ線検出器８は、電子線６を照射した際に放出される特性Ｘ線７のエネルギ量と強度を検出する。電子線６の侵入深さは、電子線出力手段（不図示）の加速電圧を変化させることにより調整することができる。Ｘ線検出器８が検出する特性Ｘ線のエネルギ量や強度は、電子線６の侵入深さに応じて変化する。すなわち、電子線出力手段からの加速電圧に応じてＸ線検出器８が検出する特性Ｘ線のエネルギ量や強度が変化するところ、Ｘ線検出器８によって検出された特性Ｘ線のエネルギ量や強度によって、電子線出力手段の加速電圧を認識することが可能となる。

図２は、本実施形態における本発明方法の概略手順を示すフローチャートである。まず、電子線を照射した際にＡｕ薄膜５を透過してＡｕ薄膜５下層のＮｉバンプ４に対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧を選択する（ステップ＃１）。具体的には、Ａｕ膜厚が０．０５〜０．１μｍ程度の場合は１０〜１５ｋｅＶ程度とし、０．１〜０．３μｍ程度の場合１５〜２０ｋｅＶ程度とし、０．３〜０．７μｍ程度の場合２０〜２５ｋｅＶ程度とし、また０．７〜１．２μｍ程度の場合は２５〜３０ｋｅＶ程度とすることが望ましい。なお、前記のＡｕ膜厚の範囲は、Ａｕ薄膜５形成時の目標膜厚がどの範囲内に含まれるかを基準に選択することができる。すなわち、Ａｕ薄膜５の正確な膜厚値は不明であっても、ある程度の膜厚値の範囲内が分かっている場合には、どの範囲内に属しているかによって電子線出力手段の加速電圧を選択すると良い。また、Ａｕ薄膜５の膜厚の範囲内も不明である場合には、上記各印加電圧の範囲内の何れかの印加電圧を一義的に選択するものとして良い。

次に、ステップ＃１で選択した加速電圧の下で電子線出力手段から電子線６をＮｉバンプ４に照射する（ステップ＃２）。

次に、Ｘ線検出器８を確認し、Ａｕの特性Ｘ線のみならず、その下層に形成されているＮｉの特性Ｘ線についても検出されたかどうかを確認する（ステップ＃３）。検出されていなければ（ステップ＃３においてＮｏ）、加速電圧を所定電圧だけ上昇させ（ステップ＃１へ戻る）、再度電子線の照射を行う（ステップ＃２）。そして、Ａｕ及びＮｉの特性Ｘ線がＸ線検出器８によって検出されるまで実行する。

一方、Ｘ線検出器８において、Ｎｉ及びＡｕの特性Ｘ線が検出されていれば（ステップ＃３においてＹｅｓ）、下記に示す「第１検量線」とステップ＃３で測定された実際のＡｕ及びＮｉの特性Ｘ線強度の強度比（以下、「Ａｕ／Ｎｉ特性強度比」と記載）からＡｕ膜厚値を導出する（ステップ＃４）。

ここで、第１検量線とは、予め、Ｎｉで構成される評価用バンプの直上層に評価用Ａｕ薄膜をその膜厚を変更して複数形成した第１評価用素子に対して、所定の加速電圧の下で電子線を照射して各加速電圧毎に取得したＡｕ／Ｎｉ特性強度比と評価用Ａｕ薄膜との関係を指す。この第１検量線を取得するに際しては、第１評価用素子に対して電子線を照射する際の加速電圧を異ならせて各加速電圧毎に第１検量線を予め取得しておいても良い。加速電圧毎に第１検量線が取得されている場合には、ステップ＃４において、ステップ＃１で選択された加速電圧に最も近い加速電圧の下で取得された第１検量線と、ステップ＃３で測定された実際のＡｕ及びＮｉの特性Ｘ線強度の強度比からＡｕ膜厚値を導出することができる。

通常、前記のように、Ａｕ薄膜５の膜厚値そのものは未知であるものの膜厚値の範囲については予め認識できている場合においては、前記において列挙した加速電圧の中から選択した一の加速電圧の下で電子線の照射を行うことにより、Ｘ線検出器８によってＡｕ及びＮｉの特性Ｘ線が検出できるため、加速電圧を変更して複数回電子線の照射処理を実行する必要はない。

ステップ＃４では、ステップ＃３で測定された両特性Ｘ線強度からＡｕ／Ｎｉ特性強度比を算出し、当該算出された強度比に対応するＡｕ膜厚値を第１検量線から導出する。なお、第１検量線としては、同一のバンプ材料（本実施形態の場合はＮｉ）で構成される評価用バンプの直上層に、同一の薄膜材料（本実施形態の場合はＡｕ）で構成される評価用薄膜が形成された評価用素子を用い、評価用薄膜の膜厚を適宜変更しながら、電子線を評価用素子に照射した場合の評価用薄膜の膜厚とＡｕ／Ｎｉ特性強度比の関係を予め取得したものを利用することができる。

図３は、２０ｋｅＶの加速電圧の下で測定された第１検量線を示すグラフである。検量線は、同一加速電圧の下で複数回測定を行って得られたデータを所定の近似方法によって近似することで導出したものを用いても良いし、多数の測定を行って得られた純粋なデータを用いるものとしても良い。図３では、直線近似して得られた第１検量線が示されている。図３の場合、傾きが約０．０２３であるため、下記（数１）によってＡｕ膜厚を算出することができる。

（数１）
Ａｕ膜厚〔μｍ〕＝０．０２３×（Ａｕ／Ｎｉ特性強度比）

なお、各加速電圧の下での第１検量線に関する情報は、Ｘ線検出器８内外の記憶手段に記録されており、Ｘ線検出器８によってＡｕの特性Ｘ線強度及びＮｉの特性Ｘ線強度が検出された時点で、所定の演算処理手段によって記憶手段から第１検量線に関する情報が読み出されるとともに自動的にＡｕ膜厚が算出される構成とすることができる。

このように、本発明方法によれば、バンプの直上層に形成された薄膜の膜厚を測定するに際し、測定対象薄膜を透過して下層のバンプにも電子が侵入し得る条件下で設定された加速電圧の下で電子線を照射し、薄膜を構成する物質から発生する複数の特性Ｘ線強度を同時に測定し、これらの強度比と予め取得している第１検量線から簡易な演算によって膜厚測定対象薄膜の膜厚を導出することができる。

そして、予め取得している第１検量線は、複数種類の材料の特性Ｘ線強度の強度比とバンプ直上層に形成された薄膜の膜厚との関係である。電子線６の電子量に変動が生じた場合であっても、当該電子線照射によって放射される各材料の特性Ｘ線強度は、何れも電子量が多いと強度が増加する方向に変動し、電子量が少ないと強度が減少する方向に変動するため、これらの比である強度比は電子量の変動の影響をほとんど受けない。従って、かかる強度比と膜厚の関係で規定された第１検量線を用いて測定対象たる膜厚を導出することにより、電子量の変動の影響が抑制され、高精度の膜厚値を導出することができる。また、予め第１検量線に関する情報を取得しておけば、Ｘ線検出器から得られる各材料の特性Ｘ線強度に基づいて簡易な演算処理を行うのみで膜厚値の導出が可能である。すなわち、本発明方法によれば、簡易な方法により、電子線の電子量の変動の影響を最小限に抑制し、精度良く膜厚値を測定することができる。

［第２実施形態］
本発明方法の第２実施形態（以下、適宜「本実施形態」と称する）につき、以下の図４〜図６の各図を参照して説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態と比較して、金属バンプ上層に形成された薄膜の構成が異なるのみであり、他は第１実施形態と同一である。

図４は、本実施形態における本発明方法の概要を説明するための概略構成図である。半導体チップ１の表面に、Ａｌ系合金等からなる電極パッド２が形成され、その上層に保護膜３および無電解Ｎｉメッキバンプ４（Ｎｉバンプ４）が形成される。無電解Ｎｉバンプ４は高さ５〜２０μｍであり、その表面には、無電解メッキ法により厚さ０．１〜０．３μｍのＰｄメッキ層９（以下、「Ｐｄ薄膜９」と記載）が施され、さらにその表面には、無電解メッキ法により厚さ０．０５〜０．３μｍ程度のＡｕメッキ層５（Ａｕ薄膜５）が施されている。

図５は、本実施形態における本発明方法の概略手順を示すフローチャートである。まず、Ａｕ薄膜５を透過してＰｄ薄膜９に対して電子が侵入し得ると共に、Ｐｄ薄膜９を透過してＮｉバンプ４に対して電子が侵入し得ない範囲内の加速電圧を選択する（ステップ＃１１）。なお、ステップ＃１１において選択する加速電圧の大きさは、ステップ＃１と同様、バンプ形成時のＡｕ薄膜５及びＰｄ薄膜９の目標膜厚の範囲内に応じて選択すれば良い（例えば１５ｋｅＶ）。また、Ａｕ薄膜５及びＰｄ薄膜９の膜厚値の範囲が未知である場合には、第１実施形態と同様に、任意の加速電圧を一義的に選択するものとして良い。

次に、ステップ＃１１で選択した加速電圧の下で電子線出力手段から電子線６をＮｉバンプ４に照射する（ステップ＃１２）。

次に、Ｘ線検出器８を確認し、Ａｕの特性Ｘ線のみならず、その下層に形成されているＰｄの特性Ｘ線についても検出されたかどうかを確認する（ステップ＃１３）。検出されていなければ（ステップ＃１３においてＮｏ）、加速電圧を所定電圧だけ上昇させ（ステップ＃１１へ戻る）、再度電子線の照射を行う（ステップ＃１２）。そして、Ａｕ及びＰｄの特性Ｘ線がＸ線検出器８によって検出されるまで実行する。

一方、Ｘ線検出器８において、Ａｕ及びＰｄの特性Ｘ線が検出されていれば（ステップ＃１３においてＹｅｓ）、下記に示す「第２検量線」とステップ＃１３で測定された実際のＡｕ及びＮｉの特性Ｘ線強度の強度比（以下、「Ａｕ／Ｐｄ特性強度比」と記載）からＡｕ膜厚値を導出する（ステップ＃１４）。

ここで、第２検量線とは、予め、Ｎｉで構成される評価用バンプの直上層に評価用Ｐｄ薄膜を有すると共に更にその直上層に評価用Ａｕ薄膜を有し、これらの評価用Ｐｄ薄膜及び評価用Ａｕ薄膜の膜厚値を変更して複数形成した第２評価用素子に対して、所定の加速電圧の下で電子線を照射して各加速電圧毎に取得したＡｕ／Ｐｄ特性強度比と評価用Ａｕ薄膜との関係を指す。この第２検量線を取得するに際しては、第２評価用素子に対して電子線を照射する際の加速電圧を異ならせて各加速電圧毎に第２検量線を予め取得しておいても良い。加速電圧毎に第２検量線が取得されている場合には、ステップ＃１４において、ステップ＃１１で選択された加速電圧に最も近い加速電圧の下で取得された第２検量線と、ステップ＃１３で測定された実際のＡｕ及びＮｉの特性Ｘ線強度の強度比からＡｕ膜厚値を導出することができる。

本実施形態においても、予めＡｕ薄膜５及びＰｄ薄膜９の膜厚値そのものは未知であるものの膜厚値の範囲については予め認識できている場合においては、選択した一の加速電圧の下で電子線の照射を行うことにより、Ｘ線検出器８によってＡｕ及びＰｄの特性Ｘ線が検出できるため、加速電圧を変更して複数回電子線の照射処理を実行する必要はない。

すなわち、ステップ＃１４では、Ｘ線検出器８によって検出されたＡｕ及びＰｄの特性Ｘ線強度からＡｕ／Ｐｄ特性強度比を算出し、当該算出された強度比に対応するＡｕ膜厚値を第２検量線から導出する。

図６は、１５ｋｅＶの加速電圧の下で測定された第２検量線を示すグラフである。検量線は、同一加速電圧の下で複数回測定を行って得られたデータを所定の近似方法によって近似することで導出したものを用いても良いし、多数の測定を行って得られた純粋なデータを用いるものとしても良い。図６では、直線近似して得られた第２検量線が示されている。図３の場合、傾きが約０．０１１であるため、下記（数２）によってＡｕ膜厚を算出することができる。

（数２）
Ａｕ膜厚〔μｍ〕＝０．０１１×（Ａｕ／Ｐｄ特性強度比）

次に、Ａｕ薄膜５及びＰｄ薄膜９を透過してＮｉバンプ４に対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧を選択する（ステップ＃１５）。この場合も、ステップ＃１１と同様、バンプ形成時のＡｕ薄膜並びにＰｄ薄膜の目標膜厚の範囲内に応じて選択すれば良い（例えば２０ｋｅＶ）。なお、本ステップ＃１５で選択される加速電圧は、少なくともステップ＃１１で選択された加速電圧より高電圧となる。また、Ａｕ薄膜５及びＰｄ薄膜９の膜厚値の範囲が未知である場合には、ステップ＃１１で選択された加速電圧より高い任意の加速電圧を一義的に選択するものとして良い。

次に、ステップ＃１５で選択した加速電圧の下で電子線出力手段から電子線６をＮｉバンプ４に照射する（ステップ＃１６）。

次に、Ｘ線検出器８を確認し、少なくともＰｄの特性Ｘ線及びその下層のＮｉの特性Ｘ線が検出されたかどうかを確認する（ステップ＃１７）。検出されていなければ（ステップ＃１７においてＮｏ）、加速電圧を所定電圧だけ上昇させ（ステップ＃１５へ戻る）、再度電子線の照射を行う（ステップ＃１６）。そして、少なくともＰｄ及びＮｉの特性Ｘ線がＸ線検出器８によって検出されるまで実行する。

一方、Ｘ線検出器８において、Ｐｄ及びＮｉの特性Ｘ線が検出されていれば（ステップ＃１７においてＹｅｓ）、下記に示す「第３検量線」、ステップ＃１４で導出されたＡｕ膜厚値、及びステップ＃１７で測定された実際のＰｄ及びＮｉの特性Ｘ線強度の強度比（以下、「Ｐｄ／Ｎｉ特性強度比」と記載）からＰｄ膜厚値を導出する（ステップ＃１８）。

ここで、第３検量線とは、予め前記第２評価用素子に対して、所定の加速電圧の下で電子線を照射して各加速電圧毎に取得したＰｄ／Ｎｉ特性強度比と評価用Ａｕ薄膜及び評価用Ｐｄ薄膜との関係を指す。この第３検量線を取得するに際しては、第２評価用素子に対して電子線を照射する際の加速電圧を異ならせて各加速電圧毎に第３検量線を予め取得しておいても良い。加速電圧毎に第３検量線が取得されている場合には、ステップ＃１８において、ステップ＃１５で選択された加速電圧に最も近い加速電圧の下で取得された第２検量線、ステップ＃１４で導出されたＡｕ薄膜値、及びステップ＃１７で測定された実際のＡｕ及びＮｉの特性Ｘ線強度の強度比からＰｄ膜厚値を導出する（ステップ＃１８）。

図７は、２０ｋｅＶの加速電圧の下で測定された第３検量線を示すグラフであり、Ｐｄ膜厚が０．１μｍ、並びに０．３μｍの場合が図示されている。検量線は、同一Ｐｄ膜厚条件下、同一加速電圧の下で複数回測定を行って得られたデータを所定の近似方法によって近似することで導出したものを用いても良いし、多数の測定を行って得られた純粋なデータを用いるものとしても良い。

図７の場合、Ｐｄ膜厚を同一にした条件下で、Ａｕ膜厚が厚くなるにつれＰｄ／Ｎｉ特性強度比が低下する。図７に示されたグラフより、Ａｕ膜厚、Ｐｄ膜厚、並びにＰｄ／Ｎｉ特性強度比の関係が下記（数３）のように近似できる。

（数３）
Ｐｄ／Ｎｉ特性強度比＝２０×Ｐｄ膜厚〔μｍ〕×ｅｘｐ（−５×Ａｕ膜厚〔μｍ〕）

すなわち、（数３）より下記（数４）が導かれる。

従って、ステップ＃１４で導出されたＡｕ膜厚値、及びステップ＃１７で検出されたＰｄ及びＮｉの特性Ｘ線強度比から、例えば上記（数４）のような関係式を用いてＰｄ膜厚を導出することができる。

すなわち、本実施形態のように、Ｎｉバンプ４の上層に、異なる材料で構成された複数の薄膜層（Ｐｄ薄膜９及びＡｕ薄膜５）が形成されている場合においても、異なる材料で構成された上下に連続する２層に対して電子線を照射して前記連続する２層夫々から放射される各物質の特性Ｘ線の強度比をＸ線検出器によって確認するとともに、予め取得された、これら２層を構成する各物質の特性Ｘ線の強度比と上層を構成する膜厚の関係から、上層を構成する膜の膜厚を容易に導出することができる。

従って、第１実施形態と同様、本実施形態においても、複数の層からなる金属薄膜を、上層の薄膜を透過して下層の薄膜にも電子が侵入し得る条件下で設定された加速電圧の下で電子線を照射し、薄膜を構成する物質から発生する複数の特性Ｘ線強度を同時に測定し、これらの強度比と予め取得している検量線（第２検量線、第３検量線）から簡易な演算によって測定対象たる金属薄膜の膜厚を導出することができる。そして、予め取得している検量線は、複数種類の材料の特性Ｘ線強度の強度比と測定対象の薄膜の膜厚との関係であるため、電子線の電子量に変動が生じた場合であっても、当該電子線照射によって放射される各材料の特性Ｘ線強度は、何れも電子量が多いと強度が増加する方向に変動し、電子量が少ないと強度が減少する方向に変動するため、これらの比である強度比は電子量の変動の影響をほとんど受けない。従って、かかる強度比と膜厚の関係で規定された検量線を用いて測定対象たる膜厚を導出することにより、電子量の変動の影響が抑制され、高精度の膜厚値を導出することができる。また、予め検量線に関する情報を取得しておけば、Ｘ線検出器から得られる各材料の特性Ｘ線強度に基づいて簡易な演算処理を行うのみで膜厚値の導出が可能であるため、簡易な方法により、電子線の電子量の変動の影響を最小限に抑制し、精度良く膜厚値を測定することができる。

なお、本実施形態において、Ａｕ膜厚が既知である場合には、ステップ＃１１〜＃１４を省略し、ステップ＃１５〜＃１８のみを行うことで、Ｐｄ膜厚を導出するものとして良い。

また、上述した各実施形態において、バンプに用いられる材料、並びに金属薄膜を構成する材料は一例であり、これらに限定されるものではない。すなわち、バンプの上層に１層の金属薄膜が形成される場合には、バンプ材料とその上層の金属薄膜とが異なる材料で構成されていれば良く、また、バンプの上層に複数層の金属薄膜が形成される場合には、バンプ材料と、各金属薄膜の材料が異なる材料で構成されていれば良い。更に、上述した各数式は、ある条件下で測定した結果を近似することで求められた関係式であり、各検量線から導かれる関係式は上記の各数式に限定されるものではない。

本発明方法の第１実施形態の概要を説明するための概略構成図本発明方法の第１実施形態の概略手順を示すフローチャート２０ｋｅＶの加速電圧の下でのＡｕ膜厚とＡｕ／Ｎｉの特性Ｘ線強度比の関係を示すグラフ本発明方法の第２実施形態の概要を説明するための概略構成図本発明方法の第２実施形態の概略手順を示すフローチャート１５ｋｅＶの加速電圧の下でのＡｕ膜厚とＡｕ／Ｐｄの特性Ｘ線強度比の関係を示すグラフ１５ｋｅＶの加速電圧の下でのＡｕ膜厚とＰｄ／Ｎｉの特性Ｘ線強度比の関係を示すグラフ

符号の説明

１：半導体チップ
２：電極パッド
３：保護膜
４：Ｎｉバンプ
５：Ａｕメッキ層
６：電子線
７：特性Ｘ線
８：Ｘ線検出器
９：Ｐｄメッキ層

Claims

所定のバンプ材料で構成されたバンプの直上層に当該バンプとは異なる第１薄膜材料で形成された第１薄膜の膜厚測定方法であって、
前記第１薄膜を透過して当該第１薄膜下層の前記バンプに対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の下で電子線を照射する第１ステップと、
前記第１ステップに係る電子線照射によって、前記バンプから放射される前記バンプ材料の特性Ｘ線、並びに前記第１薄膜から放射される前記第１薄膜材料の特性Ｘ線を検出すると共に、両特性Ｘ線の強度比を測定する第２ステップと、
前記バンプ材料で構成される評価用バンプの直上層に前記第１薄膜材料で構成される評価用第１薄膜をその膜厚値を変更して複数形成された各第１評価用素子に対して、前記評価用第１薄膜を透過して前記評価用バンプに電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の下で電子線を照射したときに取得された、前記バンプ材料及び前記第１薄膜材料の特性Ｘ線の強度比と前記評価用第１薄膜の膜厚値との関係を示す情報である第１検量線、並びに、前記第２ステップで測定された前記バンプ材料及び前記第１薄膜材料の特性Ｘ線の強度比、から前記第１薄膜の膜厚値を導出する第３ステップと、を有することを特徴とする膜厚測定方法。
所定のバンプ材料で構成されたバンプの直上層に当該バンプとは異なる薄膜材料で構成された多層からなる薄膜の膜厚測定方法であって、
前記バンプの直上層に前記バンプ材料とは異なる第１薄膜材料で形成された第１薄膜の更に直上層に前記バンプ材料並びに前記第１薄膜材料とは異なる第２薄膜材料で形成された第２薄膜を透過して前記第１薄膜に対して電子が侵入し得ると共に、前記第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得ない範囲内の加速電圧の下で電子線を照射する第１ステップと、
前記第１ステップに係る電子線照射によって、前記第１薄膜から放射される前記第１薄膜材料の特性Ｘ線、並びに前記第２薄膜から放射される前記第２薄膜材料の特性Ｘ線を検出すると共に、両特性Ｘ線の強度比を測定する第２ステップと、
前記バンプ材料で構成される評価用バンプの直上層に前記第１薄膜材料で構成される評価用第１薄膜を有すると共に、前記評価用第１薄膜の直上層に前記第２薄膜材料で構成される評価用第２薄膜を有し、前記評価用第１薄膜並びに前記評価用第２薄膜の膜厚値を変更して複数形成された各第２評価用素子に対して、前記評価用第２薄膜を透過して前記評価用第１薄膜に対して電子が侵入し得ると共に、前記評価用第１薄膜を透過して前記評価用バンプに対して電子が侵入し得ない範囲内の加速電圧の下で電子線を照射したときに、取得された前記第１薄膜材料及び前記第２薄膜材料の特性Ｘ線の強度比と前記評価用第２薄膜の膜厚値との関係を示す情報である第２検量線、並びに、前記第２ステップで測定された前記第１薄膜材料及び前記第２薄膜材料の特性Ｘ線の強度比、から前記第２薄膜の膜厚値を導出する第３ステップと、を有することを特徴とする膜厚測定方法。
所定のバンプ材料で構成されたバンプの直上層に当該バンプとは異なる薄膜材料で構成された多層からなる薄膜の膜厚測定方法であって、
前記バンプの直上層に前記バンプ材料とは異なる第１薄膜材料で形成された第１薄膜の更に直上層に前記バンプ材料並びに前記第１薄膜材料とは異なる第２薄膜材料で形成された第２薄膜及び前記第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の下で電子線を照射する第４ステップと、
前記第４ステップに係る電子線照射によって、前記バンプから放射される前記バンプ材料の特性Ｘ線、並びに前記第１薄膜から放射される前記第１薄膜材料の特性Ｘ線を検出すると共に、両特性Ｘ線の強度比を測定する第５ステップと、
前記バンプ材料で構成される評価用バンプの直上層に前記第１薄膜材料で構成される評価用第１薄膜を有すると共に、前記評価用第１薄膜の直上層に前記第２薄膜材料で構成される評価用第２薄膜を有し、前記評価用第１薄膜並びに前記評価用第２薄膜の膜厚値を変更して複数形成された前記各第２評価用素子に対して前記評価用第２薄膜及び前記評価用第１薄膜を透過して前記バンプに対して電子が侵入し得る範囲内の加速電圧の下で電子線を照射したときに、取得された前記バンプ材料及び前記第１薄膜材料の特性Ｘ線の強度比と前記評価用第１薄膜及び前記評価用第２薄膜の各膜厚値との関係を示す情報である第３検量線、所定の方法で取得或いは認識された前記第２薄膜の膜厚値、並びに前記第５ステップで測定された前記バンプ材料及び前記第１薄膜材料の特性Ｘ線の強度比から前記第１薄膜の膜厚値を導出する第６ステップと、を有することを特徴とする膜厚測定方法。
前記第６ステップが、請求項２に記載の前記第３ステップによって導出された前記第２薄膜の膜厚値を用いて前記第１薄膜の膜厚値の導出を行うステップであることを特徴とする請求項３に記載の膜厚測定方法。