耐性評価用ウェハ及び耐性評価方法
【課題】 外部からの荷重による絶縁膜の耐圧力を短時間かつ正確に評価することができる耐性評価用ウェハ及び耐性評価方法を提供するものである。
【解決手段】 耐性評価用ウェハ１００は、基板１上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜２を介して対向して配設される一対の第１の配線３及び第２の配線４と、一対の配線のうち第１の配線３に第１のビア５を介して接続され、最上層に配設される第１の接続パッド６と、一対の配線のうち第２の配線４に第２のビア７を介して接続され、最上層に配設される第２の接続パッド８と、基板１に対して垂直な方向における第１の配線３及び第２の配線４の一部に重畳し、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２を介して最上層に電気的に浮遊状態で平面端子として複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッド９と、を備えている。
【解決手段】 耐性評価用ウェハ１００は、基板１上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜２を介して対向して配設される一対の第１の配線３及び第２の配線４と、一対の配線のうち第１の配線３に第１のビア５を介して接続され、最上層に配設される第１の接続パッド６と、一対の配線のうち第２の配線４に第２のビア７を介して接続され、最上層に配設される第２の接続パッド８と、基板１に対して垂直な方向における第１の配線３及び第２の配線４の一部に重畳し、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２を介して最上層に電気的に浮遊状態で平面端子として複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッド９と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁膜として、一般的に比誘電率が３以下の低い誘電率ｋである低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を用いた半導体ウェハ又はこの半導体ウェハの各セルをダイシングにより個々に分割して形成される半導体チップにおける、外部からの荷重による絶縁膜の耐圧力を評価するための耐性評価用ウェハ及び耐性評価方法に関する。特に、ウェハテスト工程における、半導体ウェハの各セルのボンディングパッド上にプローブ針を当てて各セルの電気的試験を行なう時に、プローブ針により加えられる力（以下、プローブ荷重と称す）、又はボンディング工程における、半導体チップのボンディングパッドに対するワイヤの接合時に、ボンディングツールを介して加えられる力（以下、ボンディング荷重と称す）による、絶縁膜の耐圧力を評価するための耐性評価用ウェハ及び耐性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代半導体デバイスの高速化を実現するために、半導体チップ内部の隣接する配線間を絶縁する絶縁膜（層間絶縁膜、配線間絶縁膜）として、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を応用する技術が用いられている。
【０００３】
この低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を用いた絶縁膜（以下、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜と称す）は、多孔質な膜質であるために、機械的な強度が脆弱であり、半導体チップを実装する際に、積層した膜の破断や剥離などを引き起こし、半導体チップ内部の配線が断線する要因となっていた。
【０００４】
このため、半導体チップの開発及び製造にあたり、予め、組立工程（後工程）におけるｌｏｗ−ｋ絶縁膜に加えられる外部からの荷重を想定したｌｏｗ−ｋ絶縁膜の耐圧力を評価することが重要な要件となっている。
【０００５】
これに対し、従来のボンディング耐性評価用素子は、ボンディングパッドの下部構造中における脆弱な配線層が金属膜で置き換えられた形態となっており、評価すべき脆弱な配線層における金属膜の数又は大きさを変数として、パッド下の金属膜層数における剥離発生率に基づき、ボンディング耐性を評価するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２２７８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のボンディング耐性評価用素子を用いたボンディング耐性の評価は、パッド下の金属膜層数における剥離発生率を算出するにあたり、パッド下の各金属膜層における剥離現象の発生部分（個数）を検出する必要があり、顕微鏡で観察するなどによって剥離現象の発生部分（個数）を目視により検出しているものと考えられる。
【０００７】
このため、従来のボンディング耐性評価用素子を用いたボンディング耐性の評価は、長時間を要し、必ずしも正確ではなく、剥離現象の発生部分を看過される恐れがあるという課題がある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、外部からの荷重による絶縁膜の耐圧力を短時間かつ正確に評価することができる耐性評価用ウェハ及び耐性評価方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る耐性評価用ウェハにおいては、基板上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜を介して対向して配設される一対の配線と、前記一対の配線のうち一の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第１の接続パッドと、前記一対の配線のうち他の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第２の接続パッドと、最上層に平面端子として一又は複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッドと、を備え、前記押圧パッドと前記一対の配線とは、絶縁膜を介して電気的に浮遊状態にあり、前記基板に対して垂直方向に透視投影すると、前記一の配線及び／若しくは他の配線の一部に重畳され、又は前記一の配線及び他の配線間に配置されるように、前記押圧パッドが配設されているものである。
【０００９】
また、この発明に係る耐性評価用ウェハにおいては、前記第１の接続パッド、第２の接続パッド及び押圧パッドが、同層の導電性薄膜をパターニングすることにより一括して形成されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る耐性評価用ウェハにおいては、基板上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜を介して対向して配設される一対の配線と、前記一対の配線のうち一の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第１の接続パッドと、前記一対の配線のうち他の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第２の接続パッドと、最上層に平面端子として一又は複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッドと、を備え、前記押圧パッドと前記一対の配線とは、絶縁膜を介して電気的に浮遊状態にあり、前記基板に対して垂直方向に透視投影すると、前記一の配線及び／若しくは他の配線の一部に重畳され、又は前記一の配線及び他の配線間に配置されるように、前記押圧パッドが配設されていることにより、押圧パッドに対して所定の圧力を外部から加えることによる、一の配線及び他の配線間における静電容量の変化に基づき、ボンディング荷重によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜の耐圧力を短時間かつ正確に評価することができる。
【００１１】
また、この発明に係る耐性評価用ウェハにおいては、前記第１の接続パッド、第２の接続パッド及び押圧パッドが、同層の導電性薄膜をパターニングすることにより一括して形成されることにより、ウェハ処理工程数を増加させることなく、耐性評価用ウェハの製造コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（本発明の第１の実施形態）
図１（ａ）は第１の実施形態に係る耐性評価用ウェハの概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す耐性評価用ウェハにおける１つのセルを拡大した部分拡大図、図２（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ａ−Ａ線の断面図、図３（ａ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｂ−Ｂ線の端面図、図３（ｂ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｃ−Ｃ線の端面図、図４（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｄ−Ｄ線の断面図、図５（ａ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｅ−Ｅ線の端面図、図５（ｂ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｆ−Ｆ線の端面図、図６（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｇ−Ｇ線の断面図、図７（ａ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｈ−Ｈ線の端面図、図７（ｂ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｉ−Ｉ線の端面図、図８（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｊ−Ｊ線の断面図、図９（ａ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｋ−Ｋ線の端面図、図９（ｂ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｌ−Ｌ線の端面図、図１０（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図１０（ｂ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図１１（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図１１（ｂ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図である。
【００１３】
耐性評価用ウェハ１００は、ウェハ製造工程を経て作製されたウェハ上に、ウェハ処理工程（前工程）により、所定の配線、パッド及び回路素子などのテストパターンが各セルに配設されたものであり、図１（ｂ）に示すセル１１０が、少なくとも一箇所配設される。なお、耐性評価用ウェハ１００の各セルは、耐性評価用ウェハ１００をダイシングにより個々に分割して形成される１つの半導体チップに相当する領域である。
【００１４】
セル１１０は、図１（ｂ）に示すように、周縁部に沿って複数のパッド１１１が配設され、後述する耐性評価構造１０が、所定の領域に配設される。
なお、本実施形態に係る耐性評価構造１０は、図１（ｂ）に示すように、セル１１０の対向する辺の略中央を横断するように配設させた例を示しているが、後述する押圧パッド９を所定の個数配設させることができるのであれば、この位置に限られるものではない。
【００１５】
また、セル１１０は、ＴＥＧ（test element group）として、図示しないデイジーチェーン、ビアチェーン、つづら折れパターン及び櫛歯パターンなどの各種の抵抗パターンが配設されてもよい。
【００１６】
耐性評価構造１０は、図２及び図３に示すように、基板１上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜２を介して対向して配設される一対の配線（ここでは、第１の配線３及び第２の配線４）と、一対の配線のうち一の配線（以下、第１の配線３と称す）にビア（以下、第１のビア５と称す）を介して接続され、最上層に配設される接続パッド（以下、第１の接続パッド６と称す）と、一対の配線のうち他の配線（以下、第２の配線４と称す）にビア（以下、第２のビア７と称す）を介して接続され、最上層に配設される接続パッド（以下、第２の接続パッド８と称す）と、基板１に対して垂直な方向における第１の配線３及び第２の配線４の一部に重畳し、絶縁膜（ここでは、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２）を介して最上層に電気的に浮遊状態で平面端子として複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッド９と、を備えている。
【００１７】
基板１は、半導体ウェハとして一般的なＳｉ基板（シリコンウェハ）を用いている。
ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２は、セル１１０の内部配線に対応して複数の層に配設され、図２（ｂ）においては、第１の配線３の下地膜となる第１のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ａ、第２の配線４の下地膜となる第２のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ｂ、及び第２の配線４の保護膜となる第３のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ｃとして配設される。
【００１８】
なお、本実施形態に係る耐性評価構造１０は、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を測定するための構造であるために、第１の配線３及び第２の配線４に対して下層に位置する少なくとも１層にｌｏｗ−ｋ絶縁膜２が使用されていればよく、例えば、第３のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ｃの代わりに、絶縁膜として一般的なＳｉＯ2膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜又はＳｉＣＮ膜などを用いてもよい。
【００１９】
第１の配線３は、図２に示すように、第２の配線４に対して平行かつ直線状に配設されるメタル配線（ここでは、銅配線）である。
また、第１の配線３は、ダマシン法により、下地である第１のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ａに配線用の溝を形成し、配線材（ここでは、銅）を埋め込んだものである。
【００２０】
なお、ダマシン法は、予め下地の絶縁膜（ここでは、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２）中に配線溝パターンを形成した後、全面に金属薄膜（ここでは、銅薄膜）を形成する。そして、その上から、ＣＭＰ（chemical mechanical polish：化学的機械的研磨）で研磨して、溝部分に埋め込まれたメタル配線（ここでは、銅配線）を形成する配線形成法である。
【００２１】
このダマシン法は、配線の段差がなくなり表面の平坦化を可能にすること、メタル配線が絶縁膜に完全に埋め込まれているので高信頼性配線を実現しやすいこと、という利点がある。また、アルミ配線よりも抵抗値や信頼性に優れた銅配線を実現するうえで、ダマシン法は有効である。
【００２２】
第２の配線４は、第１の配線３と同様に、ダマシン法により、下地である第２のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ｂに配線用の溝を形成し、配線材（ここでは、銅）を埋め込んだものであり、第１の配線３に対して平行かつ直線状に配設されるメタル配線（ここでは、銅配線）である。
【００２３】
なお、本実施形態に係る第１の配線３及び第２の配線４は、配線材として、Ｃｕ（銅）を使用しているが、銅配線に限られるものではなく、配線材として一般的なＡｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ａｇ（銀）又はＡｕ（金）などを用いてもよい。また、第１の配線３と第２の配線４とは、異なる配線材を用いて形成してもよい。
【００２４】
また、第１の配線３及び第２の配線４の配線形成法は、ダマシン法に限られるものではなく、エッチング法により形成してもよい。
また、本実施形態に係る第１の配線３及び第２の配線４は、図２及び図３に示すように、別層（第１のメタル層、第２のメタル層）として配設させているが、第１の配線３及び第２の配線４を同層として配設させてもよく、例えば、図４及び図５に示すように、第１の配線３及び第２の配線４を第１のメタル層として配設させることで、ウェハ処理工程数を削減し、耐性評価用ウェハ１００の製造コストを削減することができる。
【００２５】
また、本実施形態に係る第１の配線３及び第２の配線４は、図２乃至図５に示すように、互いに平行かつ直線状に配設されているが、例えば、図６及び図７に示すように、第１の配線３及び第２の配線４を櫛歯形状とし、互いに接触せずに間隔を持って噛合させて配設させてもよい。これにより、第１の配線３及び第２の配線４が互いに対向する面積を大きくすることができ、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を稼ぐことができる。
【００２６】
また、本実施形態に係る第１の配線３及び第２の配線４は、図２乃至図７に示すように、基板１に対して垂直な方向において重畳させずにそれぞれ配設させているが、図８及び図９に示すように、基板１に対して垂直な方向において重畳させてそれぞれ配設させてもよい。
【００２７】
以上のように、第１の配線３及び第２の配線４は、様々な配線材、配線形成法及び積層構造が考えられるのであるが、半導体チップの実製品に使用される配線材（ここでは、銅）及び積層構造（ここでは、別層）によりダマシン法を用いて形成することが、実製品に近い積層構造におけるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力を評価ができるうえに、既存のウェハ処理工程（前工程）を利用することができるので、好ましい。
【００２８】
第１の接続パッド６、第２の接続パッド８及び押圧パッド９は、エッチング法を用い、金属薄膜（ここでは、アルミニウム薄膜）を形成した後に、フォトリソグラフィにより、図２（ａ）に示すような略矩形状に形成したものである。
【００２９】
なお、第１の接続パッド６、第２の接続パッド８及び押圧パッド９は、セル１１０のパッド１１１を形成するウェハ処理工程（前工程）により一括して形成することが、ウェハ処理工程数を増加させることなく、耐性評価用ウェハ１００の製造コストを削減できるために好ましい。
特に、セル１１０のパッド１１１の直下まで、第１の配線３及び第２の配線４をそれぞれ延在させ、パッド１１１を第１の接続パッド６及び第２の接続パッド８として代替させてもよい。
【００３０】
また、本実施形態に係る耐性評価構造１０は、図２乃至図９に示すように、第１の接続パッド６が第１の配線３及ぶ第２の配線４の一端側に配設され、第２の接続パッド８が第１の配線３及ぶ第２の配線４の他端側に配設される構成としているが、図１０に示すように、第１の接続パッド６及び第２の接続パッド８が、第１の配線３及ぶ第２の配線４の一端側に配設される構成としてもよい。
【００３１】
押圧パッド９は、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を測定する測定装置の測定分解能（２ｐＦ程度）を考慮して、平面寸法及び個数を設定することが好ましい。
すなわち、押圧パッド９は、例えば、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量が１０ｐＦとなるように、０．１０８ｐＦである４０μｍ角の矩形形状であれば、９３個を並設させ、０．２２４ｐＦである１２０μｍ角の矩形形状であれば、４５個を並設させることになる。なお、隣り合う押圧パッド９の間隔は、後述する自動検査装置の多種多様なプローブ針の配置に対応できるように、任意に設定する。
【００３２】
また、本実施形態に係る押圧パッド９は、図２乃至図１０に示すように、基板１に対して垂直方向に透視投影すると、第１の配線３及び第２の配線４の一部に重畳して配設されているが、第１の配線３及び第２の配線４間に外力を加えることができるのであれば、この位置に限られるものではない。
【００３３】
例えば、図１１（ａ）に示すように、第１の配線３又は第２の配線４のいずれか一方に重畳させてもよいし、図１１（ｂ）に示すように、第１の配線３及び第２の配線４間に配設させてもよい。特に、図１１（ａ）に示すように、第１の配線３又は第２の配線４のいずれか一方に重畳させる場合には、ボンディング荷重がボンディングパッドの中央部に作用することを考慮して、押圧パッド９の中心が第１の配線３及び第２の配線４間となるように、押圧パッド９を配設させることが好ましい。
【００３４】
第１のビア５は、第１の配線３と第１の接続パッド６とを接続するための接続線であり、図２及び図３においては、デュアルダマシン法により第２の配線４を形成するための銅薄膜の銅が埋め込まれることで形成されたビアホール部分５ａ及び中継部分５ｂと、エッチング法により第１の接続パッド６を形成するためのアルミニウム薄膜のアルミニウムが埋め込まれることで形成されたビアホール部分５ｃとで構成される。
【００３５】
第２のビア７は、第２の配線４と第２の接続パッド８とを接続するための接続線であり、図２においては、エッチング法により第２の接続パッド８を形成するためのアルミニウム薄膜のアルミニウムが埋め込まれることで形成される。
【００３６】
つぎに、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力の評価方法について説明する。
まず、耐性評価用ウェハ１００は、第１の接続パッド６及び第２の接続パッド８に図示しない測定装置のプローブが当接され、対をなす第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量が測定される（第１のステップＳ１）。なお、測定装置としては、Ｑメータ、ＬＣＲメーター又はインピーダンスアナライザなどの既存の測定装置を用いる。
【００３７】
そして、耐性評価用ウェハ１００は、半導体及び電子部品実装ボードをテストする図示しない自動検査装置（ＡＴＥ：automatic test equipment）に投入される。
そして、自動検査装置は、耐性評価用ウェハ１００のセル１１０の押圧パッド９上にプローブ針を当ててセル１１０の電気的試験のための動作を行なうことで、押圧パッド９にプローブ荷重が加えられる（第２のステップＳ２）。
【００３８】
さらに、耐性評価用ウェハ１００は、第１の接続パッド６及び第２の接続パッド８に自動検査装置又は測定装置のプローブが当接され、対をなす第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量が測定される（第３のステップＳ３）。
そして、耐性評価用ウェハ１００の押圧パッド９にプローブ荷重が加えられる前の静電容量の測定値と、耐性評価用ウェハ１００の押圧パッド９にプローブ荷重が加えられた後の静電容量の測定値とを比較する（第４のステップＳ４）。
【００３９】
ここで、プローブ荷重が加えられる前後において、静電容量が等しい測定値であれば、耐性評価用ウェハ１００のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２は、破壊や剥離などの積層構造の変形が生じておらず、自動検査装置によるプローブ荷重に対して耐久性があると判定する（第５のステップＳ５ａ）。
【００４０】
これに対し、プローブ荷重が加えられる前後において、静電容量が異なる測定値であれば、耐性評価用ウェハ１００のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２は、破壊や剥離などの積層構造の変形が生じており、自動検査装置によるプローブ荷重に対して耐久性がないと判定する（第５のステップＳ５ｂ）。
【００４１】
以上のように、耐性評価用ウェハ１００の押圧パッド９にプローブ荷重が加えられる前後における、対をなす第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量の測定値を比較することで、自動検査装置によるプローブ荷重に対してｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐久性を、短時間かつ正確に評価することができる。
【００４２】
なお、前述した第３のステップＳ３は、第２のステップＳ２における耐性評価用ウェハ１００の押圧パッド９にプローブ荷重を加えた状態で、対をなす第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量が測定されるステップとし、プローブ荷重を加えた状態のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の状態（積層構造の変形の有無）を評価してもよい。
【００４３】
また、本実施形態に係る評価方法は、前述した第２のステップＳ２において、自動検査装置に耐性評価用ウェハ１００を投入し、この自動検査装置のプローブ針によるプローブ荷重に対するｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐久性を評価したが、自動検査装置を用いることなく、押圧パッド９に対して、何等かの加圧ツールを用いて、所定の荷重を加えてもよい。
【００４４】
この場合には、押圧パッド９に対する荷重を段階的に変化させ、各段階における第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量をそれぞれ測定する。そして、各段階の静電容量の測定値のうち、一定の静電容量の測定値から変化した段階を検出することで、該当する段階の前段階における荷重の大きさをｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力として評価することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る評価方法は、複数の押圧パッド９に対して、同時に、プローブ荷重を加える場合や、複数の押圧パッド９における各押圧パッド９に対して、順次、プローブ荷重を加える場合や、同一の押圧パッド９に対して、複数回、プローブ荷重を加える場合も考えられる。
【００４６】
なお、複数の押圧パッド９における各押圧パッド９に対して、順次、プローブ荷重を加える場合には、耐性評価用ウェハ１００のセル１１０内の位置の違いによるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の影響を評価することができる。
また、同一の押圧パッド９に対して、複数回、プローブ荷重を加える場合には、プローブ針を当接した回数によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の影響を評価することができる。
【００４７】
なお、以上の説明においては、耐性評価用ウェハ１００を対象にして、プローブ荷重によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力を評価する場合について説明したが、耐性評価用ウェハ１００をダイシングにより個々に分割して形成される１つの耐性評価用チップ１１０ａを対象にして、ボンディング荷重によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力を評価してもよい。
この場合に、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力の評価方法は、耐性評価用ウェハ１００及びセル１１０が耐性評価用チップ１１０ａに読み替えられ、プローブ荷重がボンディング荷重に読み替えられる。
特に、前述した第２のステップＳ２において、自動検査装置はボンディング装置に読み替えられる。
すなわち、耐性評価用チップ１１０ａは、図示しないボンディング装置に投入される。
【００４８】
そして、ボンディング装置は、耐性評価用チップ１１０ａの押圧パッド９とボンディングワイヤとを互いに加圧して、熱及び／又は超音波振動を与えて接合することで、押圧パッド９にボンディング荷重が加えられる（第２のステップＳ２）。
【００４９】
なお、以上の説明においては、プローブ荷重又はボンディング荷重によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力を評価する場合について説明したが、裏面研磨（バックグラインド）による耐性評価用ウェハ１００の耐性を評価する場合にも適用することができる。この場合には、押圧パッド９に荷重を加える必要はなく、バックグラインドの処理前後において、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を測定し、バックグラインドの処理前後における静電容量の測定値を比較することで、耐性評価用ウェハ１００の耐性を評価することができる。
【００５０】
また、耐性評価用チップ１１０ａをチップマウンターで移載する際、すなわち、ダイシングされた耐性評価用ウェハ１００から耐性評価用チップ１１０ａを個々に分離吸着して移送する際に、耐性評価用チップ１１０ａの裏側から針状のピン（ニードル）を突き上げるチップ突上げ（チップピックアップ）による耐性評価用チップ１１０ａの耐性を評価する場合にも適用することができる。
【００５１】
また、耐性評価用ウェハ１００から耐性評価用チップ１１０ａをパッケージのボンディング位置へ移送する間、又はパッケージのボンディング位置に耐性評価用チップ１１０ａを載置（チップマウント）する際における、耐性評価用チップ１１０ａの吸着保持具である移送コレットによる耐性評価用チップ１１０ａの耐性を評価する場合にも適用することができる。特に、移送コレットの形状などの違いによる耐性評価用チップ１１０ａのダメージの程度を評価することができる。
【００５２】
なお、本実施形態に係る耐性評価構造においては、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を測定することで、耐性評価用ウェハ１００又は耐性評価用チップ１１０ａの耐性を評価しているが、第１の配線３及び第２の配線４間の絶縁抵抗を測定して耐性評価用ウェハ１００又は耐性評価用チップ１１０ａの耐性を評価することも考えられる。すなわち、耐性評価用ウェハ１００又は耐性評価用チップ１１０ａのｌｏｗ−ｋ絶縁膜２が破壊や剥離などの積層構造の変形が生じた場合には、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量であるキャパシタが破壊されることでもあり、漏れ電流が生じるために、絶縁抵抗を測定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）は第１の実施形態に係る耐性評価用ウェハの概略構成を示す平面図、（ｂ）は図１（ａ）に示す耐性評価用ウェハにおける１つのセルを拡大した部分拡大図である。
【図２】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ａ−Ａ線の断面図である。
【図３】（ａ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｂ−Ｂ線の端面図、（ｂ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｃ−Ｃ線の端面図である。
【図４】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｄ−Ｄ線の断面図である。
【図５】（ａ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｅ−Ｅ線の端面図、（ｂ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｆ−Ｆ線の端面図である。
【図６】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｇ−Ｇ線の断面図である。
【図７】（ａ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｈ−Ｈ線の端面図、（ｂ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｉ−Ｉ線の端面図である。
【図８】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｊ−Ｊ線の断面図である。
【図９】（ａ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｋ−Ｋ線の端面図、（ｂ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｌ−Ｌ線の端面図である。
【図１０】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図である。
【図１１】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 基板
２ ｌｏｗ−ｋ絶縁膜
２ａ 第１のｌｏｗ−ｋ絶縁膜
２ｂ 第２のｌｏｗ−ｋ絶縁膜
２ｃ 第３のｌｏｗ−ｋ絶縁膜
３ 第１の配線
４ 第２の配線
５ 第１のビア
５ａ ビアホール部分
５ｂ 中継部分
５ｃ ビアホール部分
６ 第１の接続パッド
７ 第２のビア
８ 第２の接続パッド
８ 第２の接続パッド
９ 押圧パッド
１０ 耐性評価構造
１００ 耐性評価用ウェハ
１１０ セル
１１０ａ 耐性評価用チップ
１１１ パッド
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁膜として、一般的に比誘電率が３以下の低い誘電率ｋである低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を用いた半導体ウェハ又はこの半導体ウェハの各セルをダイシングにより個々に分割して形成される半導体チップにおける、外部からの荷重による絶縁膜の耐圧力を評価するための耐性評価用ウェハ及び耐性評価方法に関する。特に、ウェハテスト工程における、半導体ウェハの各セルのボンディングパッド上にプローブ針を当てて各セルの電気的試験を行なう時に、プローブ針により加えられる力（以下、プローブ荷重と称す）、又はボンディング工程における、半導体チップのボンディングパッドに対するワイヤの接合時に、ボンディングツールを介して加えられる力（以下、ボンディング荷重と称す）による、絶縁膜の耐圧力を評価するための耐性評価用ウェハ及び耐性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代半導体デバイスの高速化を実現するために、半導体チップ内部の隣接する配線間を絶縁する絶縁膜（層間絶縁膜、配線間絶縁膜）として、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を応用する技術が用いられている。
【０００３】
この低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）材料を用いた絶縁膜（以下、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜と称す）は、多孔質な膜質であるために、機械的な強度が脆弱であり、半導体チップを実装する際に、積層した膜の破断や剥離などを引き起こし、半導体チップ内部の配線が断線する要因となっていた。
【０００４】
このため、半導体チップの開発及び製造にあたり、予め、組立工程（後工程）におけるｌｏｗ−ｋ絶縁膜に加えられる外部からの荷重を想定したｌｏｗ−ｋ絶縁膜の耐圧力を評価することが重要な要件となっている。
【０００５】
これに対し、従来のボンディング耐性評価用素子は、ボンディングパッドの下部構造中における脆弱な配線層が金属膜で置き換えられた形態となっており、評価すべき脆弱な配線層における金属膜の数又は大きさを変数として、パッド下の金属膜層数における剥離発生率に基づき、ボンディング耐性を評価するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２２７８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のボンディング耐性評価用素子を用いたボンディング耐性の評価は、パッド下の金属膜層数における剥離発生率を算出するにあたり、パッド下の各金属膜層における剥離現象の発生部分（個数）を検出する必要があり、顕微鏡で観察するなどによって剥離現象の発生部分（個数）を目視により検出しているものと考えられる。
【０００７】
このため、従来のボンディング耐性評価用素子を用いたボンディング耐性の評価は、長時間を要し、必ずしも正確ではなく、剥離現象の発生部分を看過される恐れがあるという課題がある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、外部からの荷重による絶縁膜の耐圧力を短時間かつ正確に評価することができる耐性評価用ウェハ及び耐性評価方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る耐性評価用ウェハにおいては、基板上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜を介して対向して配設される一対の配線と、前記一対の配線のうち一の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第１の接続パッドと、前記一対の配線のうち他の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第２の接続パッドと、最上層に平面端子として一又は複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッドと、を備え、前記押圧パッドと前記一対の配線とは、絶縁膜を介して電気的に浮遊状態にあり、前記基板に対して垂直方向に透視投影すると、前記一の配線及び／若しくは他の配線の一部に重畳され、又は前記一の配線及び他の配線間に配置されるように、前記押圧パッドが配設されているものである。
【０００９】
また、この発明に係る耐性評価用ウェハにおいては、前記第１の接続パッド、第２の接続パッド及び押圧パッドが、同層の導電性薄膜をパターニングすることにより一括して形成されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る耐性評価用ウェハにおいては、基板上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜を介して対向して配設される一対の配線と、前記一対の配線のうち一の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第１の接続パッドと、前記一対の配線のうち他の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第２の接続パッドと、最上層に平面端子として一又は複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッドと、を備え、前記押圧パッドと前記一対の配線とは、絶縁膜を介して電気的に浮遊状態にあり、前記基板に対して垂直方向に透視投影すると、前記一の配線及び／若しくは他の配線の一部に重畳され、又は前記一の配線及び他の配線間に配置されるように、前記押圧パッドが配設されていることにより、押圧パッドに対して所定の圧力を外部から加えることによる、一の配線及び他の配線間における静電容量の変化に基づき、ボンディング荷重によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜の耐圧力を短時間かつ正確に評価することができる。
【００１１】
また、この発明に係る耐性評価用ウェハにおいては、前記第１の接続パッド、第２の接続パッド及び押圧パッドが、同層の導電性薄膜をパターニングすることにより一括して形成されることにより、ウェハ処理工程数を増加させることなく、耐性評価用ウェハの製造コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（本発明の第１の実施形態）
図１（ａ）は第１の実施形態に係る耐性評価用ウェハの概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す耐性評価用ウェハにおける１つのセルを拡大した部分拡大図、図２（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ａ−Ａ線の断面図、図３（ａ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｂ−Ｂ線の端面図、図３（ｂ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｃ−Ｃ線の端面図、図４（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｄ−Ｄ線の断面図、図５（ａ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｅ−Ｅ線の端面図、図５（ｂ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｆ−Ｆ線の端面図、図６（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｇ−Ｇ線の断面図、図７（ａ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｈ−Ｈ線の端面図、図７（ｂ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｉ−Ｉ線の端面図、図８（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｊ−Ｊ線の断面図、図９（ａ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｋ−Ｋ線の端面図、図９（ｂ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｌ−Ｌ線の端面図、図１０（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図１０（ｂ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図１１（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、図１１（ｂ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図である。
【００１３】
耐性評価用ウェハ１００は、ウェハ製造工程を経て作製されたウェハ上に、ウェハ処理工程（前工程）により、所定の配線、パッド及び回路素子などのテストパターンが各セルに配設されたものであり、図１（ｂ）に示すセル１１０が、少なくとも一箇所配設される。なお、耐性評価用ウェハ１００の各セルは、耐性評価用ウェハ１００をダイシングにより個々に分割して形成される１つの半導体チップに相当する領域である。
【００１４】
セル１１０は、図１（ｂ）に示すように、周縁部に沿って複数のパッド１１１が配設され、後述する耐性評価構造１０が、所定の領域に配設される。
なお、本実施形態に係る耐性評価構造１０は、図１（ｂ）に示すように、セル１１０の対向する辺の略中央を横断するように配設させた例を示しているが、後述する押圧パッド９を所定の個数配設させることができるのであれば、この位置に限られるものではない。
【００１５】
また、セル１１０は、ＴＥＧ（test element group）として、図示しないデイジーチェーン、ビアチェーン、つづら折れパターン及び櫛歯パターンなどの各種の抵抗パターンが配設されてもよい。
【００１６】
耐性評価構造１０は、図２及び図３に示すように、基板１上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜２を介して対向して配設される一対の配線（ここでは、第１の配線３及び第２の配線４）と、一対の配線のうち一の配線（以下、第１の配線３と称す）にビア（以下、第１のビア５と称す）を介して接続され、最上層に配設される接続パッド（以下、第１の接続パッド６と称す）と、一対の配線のうち他の配線（以下、第２の配線４と称す）にビア（以下、第２のビア７と称す）を介して接続され、最上層に配設される接続パッド（以下、第２の接続パッド８と称す）と、基板１に対して垂直な方向における第１の配線３及び第２の配線４の一部に重畳し、絶縁膜（ここでは、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２）を介して最上層に電気的に浮遊状態で平面端子として複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッド９と、を備えている。
【００１７】
基板１は、半導体ウェハとして一般的なＳｉ基板（シリコンウェハ）を用いている。
ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２は、セル１１０の内部配線に対応して複数の層に配設され、図２（ｂ）においては、第１の配線３の下地膜となる第１のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ａ、第２の配線４の下地膜となる第２のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ｂ、及び第２の配線４の保護膜となる第３のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ｃとして配設される。
【００１８】
なお、本実施形態に係る耐性評価構造１０は、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を測定するための構造であるために、第１の配線３及び第２の配線４に対して下層に位置する少なくとも１層にｌｏｗ−ｋ絶縁膜２が使用されていればよく、例えば、第３のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ｃの代わりに、絶縁膜として一般的なＳｉＯ2膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜又はＳｉＣＮ膜などを用いてもよい。
【００１９】
第１の配線３は、図２に示すように、第２の配線４に対して平行かつ直線状に配設されるメタル配線（ここでは、銅配線）である。
また、第１の配線３は、ダマシン法により、下地である第１のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ａに配線用の溝を形成し、配線材（ここでは、銅）を埋め込んだものである。
【００２０】
なお、ダマシン法は、予め下地の絶縁膜（ここでは、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２）中に配線溝パターンを形成した後、全面に金属薄膜（ここでは、銅薄膜）を形成する。そして、その上から、ＣＭＰ（chemical mechanical polish：化学的機械的研磨）で研磨して、溝部分に埋め込まれたメタル配線（ここでは、銅配線）を形成する配線形成法である。
【００２１】
このダマシン法は、配線の段差がなくなり表面の平坦化を可能にすること、メタル配線が絶縁膜に完全に埋め込まれているので高信頼性配線を実現しやすいこと、という利点がある。また、アルミ配線よりも抵抗値や信頼性に優れた銅配線を実現するうえで、ダマシン法は有効である。
【００２２】
第２の配線４は、第１の配線３と同様に、ダマシン法により、下地である第２のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２ｂに配線用の溝を形成し、配線材（ここでは、銅）を埋め込んだものであり、第１の配線３に対して平行かつ直線状に配設されるメタル配線（ここでは、銅配線）である。
【００２３】
なお、本実施形態に係る第１の配線３及び第２の配線４は、配線材として、Ｃｕ（銅）を使用しているが、銅配線に限られるものではなく、配線材として一般的なＡｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ａｇ（銀）又はＡｕ（金）などを用いてもよい。また、第１の配線３と第２の配線４とは、異なる配線材を用いて形成してもよい。
【００２４】
また、第１の配線３及び第２の配線４の配線形成法は、ダマシン法に限られるものではなく、エッチング法により形成してもよい。
また、本実施形態に係る第１の配線３及び第２の配線４は、図２及び図３に示すように、別層（第１のメタル層、第２のメタル層）として配設させているが、第１の配線３及び第２の配線４を同層として配設させてもよく、例えば、図４及び図５に示すように、第１の配線３及び第２の配線４を第１のメタル層として配設させることで、ウェハ処理工程数を削減し、耐性評価用ウェハ１００の製造コストを削減することができる。
【００２５】
また、本実施形態に係る第１の配線３及び第２の配線４は、図２乃至図５に示すように、互いに平行かつ直線状に配設されているが、例えば、図６及び図７に示すように、第１の配線３及び第２の配線４を櫛歯形状とし、互いに接触せずに間隔を持って噛合させて配設させてもよい。これにより、第１の配線３及び第２の配線４が互いに対向する面積を大きくすることができ、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を稼ぐことができる。
【００２６】
また、本実施形態に係る第１の配線３及び第２の配線４は、図２乃至図７に示すように、基板１に対して垂直な方向において重畳させずにそれぞれ配設させているが、図８及び図９に示すように、基板１に対して垂直な方向において重畳させてそれぞれ配設させてもよい。
【００２７】
以上のように、第１の配線３及び第２の配線４は、様々な配線材、配線形成法及び積層構造が考えられるのであるが、半導体チップの実製品に使用される配線材（ここでは、銅）及び積層構造（ここでは、別層）によりダマシン法を用いて形成することが、実製品に近い積層構造におけるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力を評価ができるうえに、既存のウェハ処理工程（前工程）を利用することができるので、好ましい。
【００２８】
第１の接続パッド６、第２の接続パッド８及び押圧パッド９は、エッチング法を用い、金属薄膜（ここでは、アルミニウム薄膜）を形成した後に、フォトリソグラフィにより、図２（ａ）に示すような略矩形状に形成したものである。
【００２９】
なお、第１の接続パッド６、第２の接続パッド８及び押圧パッド９は、セル１１０のパッド１１１を形成するウェハ処理工程（前工程）により一括して形成することが、ウェハ処理工程数を増加させることなく、耐性評価用ウェハ１００の製造コストを削減できるために好ましい。
特に、セル１１０のパッド１１１の直下まで、第１の配線３及び第２の配線４をそれぞれ延在させ、パッド１１１を第１の接続パッド６及び第２の接続パッド８として代替させてもよい。
【００３０】
また、本実施形態に係る耐性評価構造１０は、図２乃至図９に示すように、第１の接続パッド６が第１の配線３及ぶ第２の配線４の一端側に配設され、第２の接続パッド８が第１の配線３及ぶ第２の配線４の他端側に配設される構成としているが、図１０に示すように、第１の接続パッド６及び第２の接続パッド８が、第１の配線３及ぶ第２の配線４の一端側に配設される構成としてもよい。
【００３１】
押圧パッド９は、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を測定する測定装置の測定分解能（２ｐＦ程度）を考慮して、平面寸法及び個数を設定することが好ましい。
すなわち、押圧パッド９は、例えば、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量が１０ｐＦとなるように、０．１０８ｐＦである４０μｍ角の矩形形状であれば、９３個を並設させ、０．２２４ｐＦである１２０μｍ角の矩形形状であれば、４５個を並設させることになる。なお、隣り合う押圧パッド９の間隔は、後述する自動検査装置の多種多様なプローブ針の配置に対応できるように、任意に設定する。
【００３２】
また、本実施形態に係る押圧パッド９は、図２乃至図１０に示すように、基板１に対して垂直方向に透視投影すると、第１の配線３及び第２の配線４の一部に重畳して配設されているが、第１の配線３及び第２の配線４間に外力を加えることができるのであれば、この位置に限られるものではない。
【００３３】
例えば、図１１（ａ）に示すように、第１の配線３又は第２の配線４のいずれか一方に重畳させてもよいし、図１１（ｂ）に示すように、第１の配線３及び第２の配線４間に配設させてもよい。特に、図１１（ａ）に示すように、第１の配線３又は第２の配線４のいずれか一方に重畳させる場合には、ボンディング荷重がボンディングパッドの中央部に作用することを考慮して、押圧パッド９の中心が第１の配線３及び第２の配線４間となるように、押圧パッド９を配設させることが好ましい。
【００３４】
第１のビア５は、第１の配線３と第１の接続パッド６とを接続するための接続線であり、図２及び図３においては、デュアルダマシン法により第２の配線４を形成するための銅薄膜の銅が埋め込まれることで形成されたビアホール部分５ａ及び中継部分５ｂと、エッチング法により第１の接続パッド６を形成するためのアルミニウム薄膜のアルミニウムが埋め込まれることで形成されたビアホール部分５ｃとで構成される。
【００３５】
第２のビア７は、第２の配線４と第２の接続パッド８とを接続するための接続線であり、図２においては、エッチング法により第２の接続パッド８を形成するためのアルミニウム薄膜のアルミニウムが埋め込まれることで形成される。
【００３６】
つぎに、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力の評価方法について説明する。
まず、耐性評価用ウェハ１００は、第１の接続パッド６及び第２の接続パッド８に図示しない測定装置のプローブが当接され、対をなす第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量が測定される（第１のステップＳ１）。なお、測定装置としては、Ｑメータ、ＬＣＲメーター又はインピーダンスアナライザなどの既存の測定装置を用いる。
【００３７】
そして、耐性評価用ウェハ１００は、半導体及び電子部品実装ボードをテストする図示しない自動検査装置（ＡＴＥ：automatic test equipment）に投入される。
そして、自動検査装置は、耐性評価用ウェハ１００のセル１１０の押圧パッド９上にプローブ針を当ててセル１１０の電気的試験のための動作を行なうことで、押圧パッド９にプローブ荷重が加えられる（第２のステップＳ２）。
【００３８】
さらに、耐性評価用ウェハ１００は、第１の接続パッド６及び第２の接続パッド８に自動検査装置又は測定装置のプローブが当接され、対をなす第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量が測定される（第３のステップＳ３）。
そして、耐性評価用ウェハ１００の押圧パッド９にプローブ荷重が加えられる前の静電容量の測定値と、耐性評価用ウェハ１００の押圧パッド９にプローブ荷重が加えられた後の静電容量の測定値とを比較する（第４のステップＳ４）。
【００３９】
ここで、プローブ荷重が加えられる前後において、静電容量が等しい測定値であれば、耐性評価用ウェハ１００のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２は、破壊や剥離などの積層構造の変形が生じておらず、自動検査装置によるプローブ荷重に対して耐久性があると判定する（第５のステップＳ５ａ）。
【００４０】
これに対し、プローブ荷重が加えられる前後において、静電容量が異なる測定値であれば、耐性評価用ウェハ１００のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２は、破壊や剥離などの積層構造の変形が生じており、自動検査装置によるプローブ荷重に対して耐久性がないと判定する（第５のステップＳ５ｂ）。
【００４１】
以上のように、耐性評価用ウェハ１００の押圧パッド９にプローブ荷重が加えられる前後における、対をなす第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量の測定値を比較することで、自動検査装置によるプローブ荷重に対してｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐久性を、短時間かつ正確に評価することができる。
【００４２】
なお、前述した第３のステップＳ３は、第２のステップＳ２における耐性評価用ウェハ１００の押圧パッド９にプローブ荷重を加えた状態で、対をなす第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量が測定されるステップとし、プローブ荷重を加えた状態のｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の状態（積層構造の変形の有無）を評価してもよい。
【００４３】
また、本実施形態に係る評価方法は、前述した第２のステップＳ２において、自動検査装置に耐性評価用ウェハ１００を投入し、この自動検査装置のプローブ針によるプローブ荷重に対するｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐久性を評価したが、自動検査装置を用いることなく、押圧パッド９に対して、何等かの加圧ツールを用いて、所定の荷重を加えてもよい。
【００４４】
この場合には、押圧パッド９に対する荷重を段階的に変化させ、各段階における第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量をそれぞれ測定する。そして、各段階の静電容量の測定値のうち、一定の静電容量の測定値から変化した段階を検出することで、該当する段階の前段階における荷重の大きさをｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力として評価することができる。
【００４５】
また、本実施形態に係る評価方法は、複数の押圧パッド９に対して、同時に、プローブ荷重を加える場合や、複数の押圧パッド９における各押圧パッド９に対して、順次、プローブ荷重を加える場合や、同一の押圧パッド９に対して、複数回、プローブ荷重を加える場合も考えられる。
【００４６】
なお、複数の押圧パッド９における各押圧パッド９に対して、順次、プローブ荷重を加える場合には、耐性評価用ウェハ１００のセル１１０内の位置の違いによるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の影響を評価することができる。
また、同一の押圧パッド９に対して、複数回、プローブ荷重を加える場合には、プローブ針を当接した回数によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の影響を評価することができる。
【００４７】
なお、以上の説明においては、耐性評価用ウェハ１００を対象にして、プローブ荷重によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力を評価する場合について説明したが、耐性評価用ウェハ１００をダイシングにより個々に分割して形成される１つの耐性評価用チップ１１０ａを対象にして、ボンディング荷重によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力を評価してもよい。
この場合に、ｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力の評価方法は、耐性評価用ウェハ１００及びセル１１０が耐性評価用チップ１１０ａに読み替えられ、プローブ荷重がボンディング荷重に読み替えられる。
特に、前述した第２のステップＳ２において、自動検査装置はボンディング装置に読み替えられる。
すなわち、耐性評価用チップ１１０ａは、図示しないボンディング装置に投入される。
【００４８】
そして、ボンディング装置は、耐性評価用チップ１１０ａの押圧パッド９とボンディングワイヤとを互いに加圧して、熱及び／又は超音波振動を与えて接合することで、押圧パッド９にボンディング荷重が加えられる（第２のステップＳ２）。
【００４９】
なお、以上の説明においては、プローブ荷重又はボンディング荷重によるｌｏｗ−ｋ絶縁膜２の耐圧力を評価する場合について説明したが、裏面研磨（バックグラインド）による耐性評価用ウェハ１００の耐性を評価する場合にも適用することができる。この場合には、押圧パッド９に荷重を加える必要はなく、バックグラインドの処理前後において、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を測定し、バックグラインドの処理前後における静電容量の測定値を比較することで、耐性評価用ウェハ１００の耐性を評価することができる。
【００５０】
また、耐性評価用チップ１１０ａをチップマウンターで移載する際、すなわち、ダイシングされた耐性評価用ウェハ１００から耐性評価用チップ１１０ａを個々に分離吸着して移送する際に、耐性評価用チップ１１０ａの裏側から針状のピン（ニードル）を突き上げるチップ突上げ（チップピックアップ）による耐性評価用チップ１１０ａの耐性を評価する場合にも適用することができる。
【００５１】
また、耐性評価用ウェハ１００から耐性評価用チップ１１０ａをパッケージのボンディング位置へ移送する間、又はパッケージのボンディング位置に耐性評価用チップ１１０ａを載置（チップマウント）する際における、耐性評価用チップ１１０ａの吸着保持具である移送コレットによる耐性評価用チップ１１０ａの耐性を評価する場合にも適用することができる。特に、移送コレットの形状などの違いによる耐性評価用チップ１１０ａのダメージの程度を評価することができる。
【００５２】
なお、本実施形態に係る耐性評価構造においては、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量を測定することで、耐性評価用ウェハ１００又は耐性評価用チップ１１０ａの耐性を評価しているが、第１の配線３及び第２の配線４間の絶縁抵抗を測定して耐性評価用ウェハ１００又は耐性評価用チップ１１０ａの耐性を評価することも考えられる。すなわち、耐性評価用ウェハ１００又は耐性評価用チップ１１０ａのｌｏｗ−ｋ絶縁膜２が破壊や剥離などの積層構造の変形が生じた場合には、第１の配線３及び第２の配線４間の静電容量であるキャパシタが破壊されることでもあり、漏れ電流が生じるために、絶縁抵抗を測定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）は第１の実施形態に係る耐性評価用ウェハの概略構成を示す平面図、（ｂ）は図１（ａ）に示す耐性評価用ウェハにおける１つのセルを拡大した部分拡大図である。
【図２】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ａ−Ａ線の断面図である。
【図３】（ａ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｂ−Ｂ線の端面図、（ｂ）は図２（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｃ−Ｃ線の端面図である。
【図４】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｄ−Ｄ線の断面図である。
【図５】（ａ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｅ−Ｅ線の端面図、（ｂ）は図４（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｆ−Ｆ線の端面図である。
【図６】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｇ−Ｇ線の断面図である。
【図７】（ａ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｈ−Ｈ線の端面図、（ｂ）は図６（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｉ−Ｉ線の端面図である。
【図８】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｊ−Ｊ線の断面図である。
【図９】（ａ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｋ−Ｋ線の端面図、（ｂ）は図８（ａ）に示す耐性評価構造の矢視Ｌ−Ｌ線の端面図である。
【図１０】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図である。
【図１１】（ａ）は図１（ｂ）に示すセルに配設される他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図、（ｂ）は図１（ｂ）に示すセルに配設されるさらに他の耐性評価構造の概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 基板
２ ｌｏｗ−ｋ絶縁膜
２ａ 第１のｌｏｗ−ｋ絶縁膜
２ｂ 第２のｌｏｗ−ｋ絶縁膜
２ｃ 第３のｌｏｗ−ｋ絶縁膜
３ 第１の配線
４ 第２の配線
５ 第１のビア
５ａ ビアホール部分
５ｂ 中継部分
５ｃ ビアホール部分
６ 第１の接続パッド
７ 第２のビア
８ 第２の接続パッド
８ 第２の接続パッド
９ 押圧パッド
１０ 耐性評価構造
１００ 耐性評価用ウェハ
１１０ セル
１１０ａ 耐性評価用チップ
１１１ パッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜を介して対向して配設される一対の配線と、
前記一対の配線のうち一の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第１の接続パッドと、
前記一対の配線のうち他の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第２の接続パッドと、
最上層に平面端子として一又は複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッドと、
を備え、
前記押圧パッドと前記一対の配線とは、絶縁膜を介して電気的に浮遊状態にあり、前記基板に対して垂直方向に透視投影すると、前記一の配線及び／若しくは他の配線の一部に重畳され、又は前記一の配線及び他の配線間に配置されるように、前記押圧パッドが配設されていることを特徴とする耐性評価用ウェハ。
【請求項２】
前記請求項１に記載の耐性評価用ウェハにおいて、
前記第１の接続パッド、第２の接続パッド及び押圧パッドが、同層の導電性薄膜をパターニングすることにより一括して形成されることを特徴とする耐性評価用ウェハ。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の耐性評価用ウェハを用いた耐性評価方法において、
前記第１の接続パッド及び第２の接続パッドに測定装置のプローブをそれぞれ当接させ、前記一の配線及び他の配線間の静電容量を測定する第１のステップと、
前記第１のステップ後に、前記押圧パッドに対して所定の荷重を外部から加える第２のステップと、
前記第２のステップ中又は第２のステップ後に、前記第１の接続パッド及び第２の接続パッドに測定装置のプローブをそれぞれ当接させ、前記一の配線及び他の配線間の静電容量を測定する第３のステップと、
前記第１のステップで得られた静電容量の測定値及び前記第３のステップで得られた静電容量の測定値を比較する第４のステップと、
を具備することを特徴とする耐性評価方法。
【請求項４】
前記請求項３に記載の耐性評価方法において、
前記第３のステップが、前記第２のステップにおける外力を加えた状態で行なうことを特徴とする耐性評価方法。
【請求項５】
前記請求項３又は４に記載の耐性評価方法において、
前記第２のステップが、前記押圧パッドに対する荷重を段階的に変化させて行ない、
前記第３のステップが、前記各段階における前記一の配線及び他の配線間の静電容量を測定することを特徴とする耐性評価方法。
【請求項６】
前記請求項３乃至５のいずれかに記載の耐性評価方法において、
前記複数の押圧パッドにおける各押圧パッドに対して、前記第２のステップ及び第３のステップをそれぞれ行なうことを特徴とする耐性評価方法。
【請求項１】
基板上にｌｏｗ−ｋ絶縁膜を介して対向して配設される一対の配線と、
前記一対の配線のうち一の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第１の接続パッドと、
前記一対の配線のうち他の配線にビアを介して接続され、最上層に配設される第２の接続パッドと、
最上層に平面端子として一又は複数配設され、所定の荷重で押圧される押圧パッドと、
を備え、
前記押圧パッドと前記一対の配線とは、絶縁膜を介して電気的に浮遊状態にあり、前記基板に対して垂直方向に透視投影すると、前記一の配線及び／若しくは他の配線の一部に重畳され、又は前記一の配線及び他の配線間に配置されるように、前記押圧パッドが配設されていることを特徴とする耐性評価用ウェハ。
【請求項２】
前記請求項１に記載の耐性評価用ウェハにおいて、
前記第１の接続パッド、第２の接続パッド及び押圧パッドが、同層の導電性薄膜をパターニングすることにより一括して形成されることを特徴とする耐性評価用ウェハ。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載の耐性評価用ウェハを用いた耐性評価方法において、
前記第１の接続パッド及び第２の接続パッドに測定装置のプローブをそれぞれ当接させ、前記一の配線及び他の配線間の静電容量を測定する第１のステップと、
前記第１のステップ後に、前記押圧パッドに対して所定の荷重を外部から加える第２のステップと、
前記第２のステップ中又は第２のステップ後に、前記第１の接続パッド及び第２の接続パッドに測定装置のプローブをそれぞれ当接させ、前記一の配線及び他の配線間の静電容量を測定する第３のステップと、
前記第１のステップで得られた静電容量の測定値及び前記第３のステップで得られた静電容量の測定値を比較する第４のステップと、
を具備することを特徴とする耐性評価方法。
【請求項４】
前記請求項３に記載の耐性評価方法において、
前記第３のステップが、前記第２のステップにおける外力を加えた状態で行なうことを特徴とする耐性評価方法。
【請求項５】
前記請求項３又は４に記載の耐性評価方法において、
前記第２のステップが、前記押圧パッドに対する荷重を段階的に変化させて行ない、
前記第３のステップが、前記各段階における前記一の配線及び他の配線間の静電容量を測定することを特徴とする耐性評価方法。
【請求項６】
前記請求項３乃至５のいずれかに記載の耐性評価方法において、
前記複数の押圧パッドにおける各押圧パッドに対して、前記第２のステップ及び第３のステップをそれぞれ行なうことを特徴とする耐性評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−５６４２７（Ｐ２０１０−５６４２７Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２１９４７（Ｐ２００８−２２１９４７）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（３９１０４３３３２）財団法人福岡県産業・科学技術振興財団 (53)
【出願人】（５９８０１５０８４）学校法人福岡大学 (114)
【出願人】（５０８２６２８３６）株式会社ウォルツ (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（３９１０４３３３２）財団法人福岡県産業・科学技術振興財団 (53)
【出願人】（５９８０１５０８４）学校法人福岡大学 (114)
【出願人】（５０８２６２８３６）株式会社ウォルツ (4)
【Ｆターム（参考）】
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