JP3070550B2 - 半導体試料劈開方法及びけがき線形成装置 - Google Patents
半導体試料劈開方法及びけがき線形成装置Info
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- JP3070550B2 JP3070550B2 JP9304354A JP30435497A JP3070550B2 JP 3070550 B2 JP3070550 B2 JP 3070550B2 JP 9304354 A JP9304354 A JP 9304354A JP 30435497 A JP30435497 A JP 30435497A JP 3070550 B2 JP3070550 B2 JP 3070550B2
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- line
- ray
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/362—Laser etching
- B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体試料劈開方
法及び劈開用のけがき線形成装置に関する。
法及び劈開用のけがき線形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体試料断面の評価は、一般によく知
られている走査型電子顕微鏡や、オージェ電子分光法な
どによって行われてきた。これらの評価方法において試
料断面を評価するには、試料を劈開する必要がある。
られている走査型電子顕微鏡や、オージェ電子分光法な
どによって行われてきた。これらの評価方法において試
料断面を評価するには、試料を劈開する必要がある。
【０００３】従来の劈開方法について説明すると、図４
に示すように、半導体試料１にダイヤモンドペンなどに
よってけがき線１００を刻み、これを劈開する方法が広
く用いられている。この場合、半導体試料を構成する結
晶基板表面の結晶面が既知として、半導体試料が図示の
ように長方形をしているとすると、その一側面を基準と
して、けがき線の方向を決める。その方向に定規をおい
てダイヤモンドペンでけがき線を入れるのが普通であ
る。
に示すように、半導体試料１にダイヤモンドペンなどに
よってけがき線１００を刻み、これを劈開する方法が広
く用いられている。この場合、半導体試料を構成する結
晶基板表面の結晶面が既知として、半導体試料が図示の
ように長方形をしているとすると、その一側面を基準と
して、けがき線の方向を決める。その方向に定規をおい
てダイヤモンドペンでけがき線を入れるのが普通であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな手法では、けがき線の方向や太さの精度が悪く、と
くに表面にデバイスをもった半導体試料においては、そ
のデバイス構造や材料の違いなどによる影響のため、所
望の分析箇所に劈開面を得ることが困難である。特に、
近年の微細化した半導体デバイスにおいては、劈開箇所
の特定自体が困難になっている。更に、劈開箇所が特定
できたとしても、結晶基板の表面部がけがき線によって
損傷されるので、結晶基板の断面全体にわたる劈開面を
形成できない。すなわち、所望の分析箇所に、正確に劈
開面を形成することができない。
うな手法では、けがき線の方向や太さの精度が悪く、と
くに表面にデバイスをもった半導体試料においては、そ
のデバイス構造や材料の違いなどによる影響のため、所
望の分析箇所に劈開面を得ることが困難である。特に、
近年の微細化した半導体デバイスにおいては、劈開箇所
の特定自体が困難になっている。更に、劈開箇所が特定
できたとしても、結晶基板の表面部がけがき線によって
損傷されるので、結晶基板の断面全体にわたる劈開面を
形成できない。すなわち、所望の分析箇所に、正確に劈
開面を形成することができない。
【０００５】本発明の目的は、微細なデバイスを形成し
た半導体試料の所望の分析箇所に正確に劈開面を得るこ
とのできる半導体試料劈開方法及びけがき線形成装置を
提供することにある。
た半導体試料の所望の分析箇所に正確に劈開面を得るこ
とのできる半導体試料劈開方法及びけがき線形成装置を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体試料劈開
方法は、半導体試料のけがき線を形成して劈開する箇所
にＸ線を照射することにより劈開方向をＸ線回折法によ
って決定し、フォーカスイオンビーム若しくはレーザー
ビームにより、前記劈開方向に破線状にけがき線を刻ん
だ後、前記半導体試料の前記けがき線を境にして一方の
側を固定して、他方の側に前記半導体試料の表面に垂直
な方向に外力を加えて劈開するというものである。
方法は、半導体試料のけがき線を形成して劈開する箇所
にＸ線を照射することにより劈開方向をＸ線回折法によ
って決定し、フォーカスイオンビーム若しくはレーザー
ビームにより、前記劈開方向に破線状にけがき線を刻ん
だ後、前記半導体試料の前記けがき線を境にして一方の
側を固定して、他方の側に前記半導体試料の表面に垂直
な方向に外力を加えて劈開するというものである。
【０００７】本発明第１のけがき線形成装置は、半導体
試料の保持台と、前記半導体試料のけがき線を形成して
劈開する箇所にコリメートされたＸ線を照射する第１の
手段と、前記半導体試料によって回折されたＸ線を検出
するＸ線センサを有するＸ線検出計と、イオン源から発
生するイオンビームを集束し偏向して前記半導体試料面
を走査しつつ照射する第２の手段と、前記半導体試料か
ら放出される２次電子または２次イオンを検出し画像表
示する第３の手段とを有して前記半導体試料の表面にけ
がき線を形成するようにしたというものである。
試料の保持台と、前記半導体試料のけがき線を形成して
劈開する箇所にコリメートされたＸ線を照射する第１の
手段と、前記半導体試料によって回折されたＸ線を検出
するＸ線センサを有するＸ線検出計と、イオン源から発
生するイオンビームを集束し偏向して前記半導体試料面
を走査しつつ照射する第２の手段と、前記半導体試料か
ら放出される２次電子または２次イオンを検出し画像表
示する第３の手段とを有して前記半導体試料の表面にけ
がき線を形成するようにしたというものである。
【０００８】本発明第２のけがき線形成装置は、半導体
試料の保持台と、前記半導体試料のけがき線を形成して
劈開する箇所にコリメートされたＸ線を照射する第１の
手段と、前記半導体試料によって回折されたＸ線を検出
するＸ線センサを有するＸ線検出計と、イオン源から発
生するイオンビームを集束し偏向して前記半導体試料面
を走査しつつ照射する第２の手段と、前記半導体試料か
ら放出される２次電子または２次イオンを検出し画像表
示する第３の手段とを有して前記半導体試料の表面にけ
がき線を形成するようにしたというものである。
試料の保持台と、前記半導体試料のけがき線を形成して
劈開する箇所にコリメートされたＸ線を照射する第１の
手段と、前記半導体試料によって回折されたＸ線を検出
するＸ線センサを有するＸ線検出計と、イオン源から発
生するイオンビームを集束し偏向して前記半導体試料面
を走査しつつ照射する第２の手段と、前記半導体試料か
ら放出される２次電子または２次イオンを検出し画像表
示する第３の手段とを有して前記半導体試料の表面にけ
がき線を形成するようにしたというものである。
【０００９】Ｘ線回折法により決定される劈開方向に、
フォーカスイオンビーム若しくはレーザービームでこの
方向を水平方向とする２次元走査をし、反射されたイオ
ンビーム又は２次電子若しくはレーザービームを検出し
て得られる半導体試料表面の画像を観察し、前述の走査
に同期してビーム量を制御して破線状にけがき線を刻む
ことができる。
フォーカスイオンビーム若しくはレーザービームでこの
方向を水平方向とする２次元走査をし、反射されたイオ
ンビーム又は２次電子若しくはレーザービームを検出し
て得られる半導体試料表面の画像を観察し、前述の走査
に同期してビーム量を制御して破線状にけがき線を刻む
ことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明のけが
き線形成装置の第１の実施の形態は、半導体試料１の保
持台２（図示しないＸ−Ｙステージ及び２軸のゴニオメ
ータ・ヘッドを有している）と、半導体試料１にコリメ
ートされた単色のＸ線３を照射する第１の手段（Ｘ線源
４（図示しないＸ線フィルタ及びコリメータを含む）及
びＸ線制御装置５を有している。Ｘ線源４は、Ｘ線制御
装置５から制御信号３１を受けてオン／オフ及びＸ線３
の強度を制御する。）と、半導体試料１によって回折さ
れたＸ線６を検出するＸ線検出計（ＧＭ計数管７、Ｘ線
検出計本体８及び信号線３２を有している。Ｘ線検出器
本体８は、ＧＭ計数管７を駆動し、その出力信号（３
２）を受け取って増幅等の処理をしてＸ線計数値を表示
する。）と、イオン源９から発生するイオンビーム１０
ａを集束し偏向してイオンビーム１０ｂとして半導体試
料１の表面を走査しつつ照射する第２の手段（イオン源
９、集束偏向系１１、イオンビーム制御回路１２及び偏
向信号線３５を有している。）と、半導体試料１から放
出される２次イオン１３を検出し画像表示する第３の手
段（２次イオン検出器１４、画像処理装置１５及びＣＲ
Ｔ等の画像表示装置１６を有している）とを有してな
り、イオンビーム１０ａの強度を前述の走査に同期して
制御することによって半導体試料１の表面にけがき線を
形成するようにしたというものである。イオンビーム制
御回路１２，画像処理装置１５及びＣＲＴ（１６）は、
同一の同期信号Ｓによって同期をとって動作する。ＣＲ
Ｔの水平走査線の内所望のもの（例えば、ノンインター
ライン・フルフレーム走査、有効水平走査線本数がＮ本
の時、Ｍ本目（１≦Ｍ≦Ｎ）の水平走査線。）を、制御
信号Ｓｃにより、ライン選択回路１８で指定し（同期信
号３７のうちフィールド期間におけるＭ個目の水平同期
信号を選択）、前記例で言えば、Ｍ個目の水平同期パル
スの検出直後にアクティブとなるライン選択回路１８の
出力信号３８をフィードバックしてＭ本目の走査線をＣ
ＲＴ（１６）上で濃くする。同時に、この出力信号３８
をうけて、方形波発生回路１９は、方形波信号３９をこ
の選択された水平走査期間中、イオンビーム制御回路１
２に供給し、イオンビーム強度制御信号３４として、イ
オン源９に印加して、イオンビームの強度制御を行う。
方形波発生回路１９は、１水平走査期間内に少なくとも
数発のパルスを発生し、パルス繰り返し周波数及び波高
は可変とする。又、ライン選択回路１８との間に図示し
ない遅延時間可変の遅延回路を挿入するのが好ましい。
き線形成装置の第１の実施の形態は、半導体試料１の保
持台２（図示しないＸ−Ｙステージ及び２軸のゴニオメ
ータ・ヘッドを有している）と、半導体試料１にコリメ
ートされた単色のＸ線３を照射する第１の手段（Ｘ線源
４（図示しないＸ線フィルタ及びコリメータを含む）及
びＸ線制御装置５を有している。Ｘ線源４は、Ｘ線制御
装置５から制御信号３１を受けてオン／オフ及びＸ線３
の強度を制御する。）と、半導体試料１によって回折さ
れたＸ線６を検出するＸ線検出計（ＧＭ計数管７、Ｘ線
検出計本体８及び信号線３２を有している。Ｘ線検出器
本体８は、ＧＭ計数管７を駆動し、その出力信号（３
２）を受け取って増幅等の処理をしてＸ線計数値を表示
する。）と、イオン源９から発生するイオンビーム１０
ａを集束し偏向してイオンビーム１０ｂとして半導体試
料１の表面を走査しつつ照射する第２の手段（イオン源
９、集束偏向系１１、イオンビーム制御回路１２及び偏
向信号線３５を有している。）と、半導体試料１から放
出される２次イオン１３を検出し画像表示する第３の手
段（２次イオン検出器１４、画像処理装置１５及びＣＲ
Ｔ等の画像表示装置１６を有している）とを有してな
り、イオンビーム１０ａの強度を前述の走査に同期して
制御することによって半導体試料１の表面にけがき線を
形成するようにしたというものである。イオンビーム制
御回路１２，画像処理装置１５及びＣＲＴ（１６）は、
同一の同期信号Ｓによって同期をとって動作する。ＣＲ
Ｔの水平走査線の内所望のもの（例えば、ノンインター
ライン・フルフレーム走査、有効水平走査線本数がＮ本
の時、Ｍ本目（１≦Ｍ≦Ｎ）の水平走査線。）を、制御
信号Ｓｃにより、ライン選択回路１８で指定し（同期信
号３７のうちフィールド期間におけるＭ個目の水平同期
信号を選択）、前記例で言えば、Ｍ個目の水平同期パル
スの検出直後にアクティブとなるライン選択回路１８の
出力信号３８をフィードバックしてＭ本目の走査線をＣ
ＲＴ（１６）上で濃くする。同時に、この出力信号３８
をうけて、方形波発生回路１９は、方形波信号３９をこ
の選択された水平走査期間中、イオンビーム制御回路１
２に供給し、イオンビーム強度制御信号３４として、イ
オン源９に印加して、イオンビームの強度制御を行う。
方形波発生回路１９は、１水平走査期間内に少なくとも
数発のパルスを発生し、パルス繰り返し周波数及び波高
は可変とする。又、ライン選択回路１８との間に図示し
ない遅延時間可変の遅延回路を挿入するのが好ましい。
【００１１】次に、このけがき線形成装置を用いて、半
導体試料に劈開用のけがき線を形成する方法につて説明
する。
導体試料に劈開用のけがき線を形成する方法につて説明
する。
【００１２】半導体試料１として、縦２ｍｍ、横２ｍ
ｍ、厚さ２００μｍのシリコン半導体基板（その表面が
ほぼ（１００）面であるとする）を使用した集積回路チ
ップを用いる。
ｍ、厚さ２００μｍのシリコン半導体基板（その表面が
ほぼ（１００）面であるとする）を使用した集積回路チ
ップを用いる。
【００１３】（１００）面並びに（１１１）面の双方と
垂直な面、すなわち（０１−１）面及び（０−１１）を
劈開面に選ぶことができるが、これらと等価な全ての
｛０１１｝面は、劈開面として使える。
垂直な面、すなわち（０１−１）面及び（０−１１）を
劈開面に選ぶことができるが、これらと等価な全ての
｛０１１｝面は、劈開面として使える。
【００１４】シリコン半導体基板の（１００）面に入射
するＸ線３の光路と反射したＸ線６の光路のなす角度φ
がπ−２θ111 となるように、Ｘ線源４とＧＭ計数管６
をセットする。θ111 は、シリコン結晶の（１１１）面
のブラッグ角である。半導体試料１を保持台に固定し、
Ｘ線を照射する。ゴニオメータを調整して、Ｘ線検出計
の出力が極大となるようにする。ここまでは、Ｘ線回折
計と同じである。
するＸ線３の光路と反射したＸ線６の光路のなす角度φ
がπ−２θ111 となるように、Ｘ線源４とＧＭ計数管６
をセットする。θ111 は、シリコン結晶の（１１１）面
のブラッグ角である。半導体試料１を保持台に固定し、
Ｘ線を照射する。ゴニオメータを調整して、Ｘ線検出計
の出力が極大となるようにする。ここまでは、Ｘ線回折
計と同じである。
【００１５】Ｘ線３の光路とシリコン基板表面の法線ｓ
の双方と直交する法線ｈ（図示しない）に直交する平面
を劈開面とすることができる。法線ｈに垂直な平面とシ
リコン半導体基板の表面との交線ｋ（図示しない）及び
これと平行な線の一つに沿ってけがき線を形成すればよ
い。
の双方と直交する法線ｈ（図示しない）に直交する平面
を劈開面とすることができる。法線ｈに垂直な平面とシ
リコン半導体基板の表面との交線ｋ（図示しない）及び
これと平行な線の一つに沿ってけがき線を形成すればよ
い。
【００１６】半導体試料を構成する基板結晶（この例で
はシリコン）、その表面若しくはそれに近い結晶面（こ
の例では（１００）面））が決まっていれば、法線ｈ又
は交線ｋは決まるので、そのいずれか一方、例えば交線
ｋと平行な方向をイオンビームの水平走査方向とする。
そのように集束偏向系とシリコン基板表面との相対位置
関係をセットすればよい。この場合、交線ｋの周りにシ
リコン基板を回転させて偏向しないときのイオンビーム
がシリコン基板の表面にほぼ垂直に入射するようにする
のが好ましい。
はシリコン）、その表面若しくはそれに近い結晶面（こ
の例では（１００）面））が決まっていれば、法線ｈ又
は交線ｋは決まるので、そのいずれか一方、例えば交線
ｋと平行な方向をイオンビームの水平走査方向とする。
そのように集束偏向系とシリコン基板表面との相対位置
関係をセットすればよい。この場合、交線ｋの周りにシ
リコン基板を回転させて偏向しないときのイオンビーム
がシリコン基板の表面にほぼ垂直に入射するようにする
のが好ましい。
【００１７】次に、真空容器１７を閉じ（Ｘ線源４は真
空容器の外にあってもよい。真空容器にガラス窓を設け
てそのガラス窓からＸ線を入射すればよいからであ
る。）、排気した後、３０ｋｅＶに加速され集束された
ガリウムイオンビーム（１０ｂ）により半導体試料１の
表面を２次元的に走査する。イオンビームの水平走査方
向は交線ｋと基板表面を含む直線の方向とする。走査領
域は、シリコン基板表面より広くとってもよい。この
時、ガリウムイオンビームによって半導体試料がエッチ
ングされないように、イオンビーム強度を小さくしてお
く。２次電子又は負の２次イオンビーム１３を２次イオ
ン検出器１４で検出して得られる出力信号３３を画像処
理装置１５に与え、その出力である映像信号３６を画像
表示装置１６に与えて半導体試料表面のイメージが表示
される。ここでは、走査イオン顕微鏡として動作してい
るわけである。
空容器の外にあってもよい。真空容器にガラス窓を設け
てそのガラス窓からＸ線を入射すればよいからであ
る。）、排気した後、３０ｋｅＶに加速され集束された
ガリウムイオンビーム（１０ｂ）により半導体試料１の
表面を２次元的に走査する。イオンビームの水平走査方
向は交線ｋと基板表面を含む直線の方向とする。走査領
域は、シリコン基板表面より広くとってもよい。この
時、ガリウムイオンビームによって半導体試料がエッチ
ングされないように、イオンビーム強度を小さくしてお
く。２次電子又は負の２次イオンビーム１３を２次イオ
ン検出器１４で検出して得られる出力信号３３を画像処
理装置１５に与え、その出力である映像信号３６を画像
表示装置１６に与えて半導体試料表面のイメージが表示
される。ここでは、走査イオン顕微鏡として動作してい
るわけである。
【００１８】次に、多数の水平走査線のうちしかるべき
走査線を少なくとも一本、必要に応じて、互いに隣接す
る複数の走査線を選んで、ガリウムイオンビームの強度
を大きくして、半導体試料の表面をエッチングすること
によりけがき線を形成する。この時ガリウムイオンビー
ム強度を方形波状に変化させることにより、破線状のけ
がき線を形成するのが好ましい。ここでは、幅１μｍ以
下、たとえば５００ｎｍ、長さ５０μｍの溝（図３の１
０１）を５０μｍ間隔で刻んだ。このとき、所望の分析
箇所（図３の１０２）を避けて溝１０１を形成した。ラ
イン選択回路の出力信号３８を受けてから方形波が発生
するまでの遅延時間及び又はパルス繰り返し周波数、ガ
リウムイオンビームの強度を調整しながら半導体試料表
面のイメージを観察し、けがき線を形成する箇所を決定
した後、ガリウムイオンビームの強度を上げてエッチン
グを開始すればよい。
走査線を少なくとも一本、必要に応じて、互いに隣接す
る複数の走査線を選んで、ガリウムイオンビームの強度
を大きくして、半導体試料の表面をエッチングすること
によりけがき線を形成する。この時ガリウムイオンビー
ム強度を方形波状に変化させることにより、破線状のけ
がき線を形成するのが好ましい。ここでは、幅１μｍ以
下、たとえば５００ｎｍ、長さ５０μｍの溝（図３の１
０１）を５０μｍ間隔で刻んだ。このとき、所望の分析
箇所（図３の１０２）を避けて溝１０１を形成した。ラ
イン選択回路の出力信号３８を受けてから方形波が発生
するまでの遅延時間及び又はパルス繰り返し周波数、ガ
リウムイオンビームの強度を調整しながら半導体試料表
面のイメージを観察し、けがき線を形成する箇所を決定
した後、ガリウムイオンビームの強度を上げてエッチン
グを開始すればよい。
【００１９】次に、半導体試料をゴニオメータヘッドか
ら取り外し、劈開装置に取り付け、機械的手段により劈
開する。例えば、半導体試料のけがき線の片側を固定
し、自由端をハンマにより機械力を加えて劈開すればよ
い。この劈開は、真空中で行うのが好ましい。半導体試
料をゴニオメータから劈開装置に移し劈開するまでの作
業をしかるべき搬送手段等を利用して一貫して真空中で
行うことも可能である。
ら取り外し、劈開装置に取り付け、機械的手段により劈
開する。例えば、半導体試料のけがき線の片側を固定
し、自由端をハンマにより機械力を加えて劈開すればよ
い。この劈開は、真空中で行うのが好ましい。半導体試
料をゴニオメータから劈開装置に移し劈開するまでの作
業をしかるべき搬送手段等を利用して一貫して真空中で
行うことも可能である。
【００２０】更に、真空を保持したまま劈開された半導
体試料を分析評価装置に搬送することもできる。
体試料を分析評価装置に搬送することもできる。
【００２１】Ｘ線回折計により正確に決定される劈開面
に合わせてイオンビームを走査し、走査イオン顕微鏡で
観察しつつ前述の走査と同期してイオンビーム量を制御
することにより所望の分析箇所を避けて溝を形成して破
線状にけがき線を正確に形成することができる。従っ
て、イオン衝撃によるダメージのほとんどない劈開面を
シリコン半導体基板の断面全体にわたって得ることがで
き正確な分析評価が可能となる。又、真空中で劈開する
ときは、外気に触れることによる自然酸化膜等の形成を
避けることができるので、清浄な劈開面の分析が可能と
なる。
に合わせてイオンビームを走査し、走査イオン顕微鏡で
観察しつつ前述の走査と同期してイオンビーム量を制御
することにより所望の分析箇所を避けて溝を形成して破
線状にけがき線を正確に形成することができる。従っ
て、イオン衝撃によるダメージのほとんどない劈開面を
シリコン半導体基板の断面全体にわたって得ることがで
き正確な分析評価が可能となる。又、真空中で劈開する
ときは、外気に触れることによる自然酸化膜等の形成を
避けることができるので、清浄な劈開面の分析が可能と
なる。
【００２２】次に、本発明の第2の実施の形態について
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２３】図２を参照すると、本発明のけがき線形成
装置の第２の実施の形態は、半導体試料１の保持台２
（図示しないＸ−Ｙステージ及び２軸のゴニオメータ・
ヘッドを有している）と、半導体試料１にコリメートさ
れた単色のＸ線３を照射する第１の手段（Ｘ線源４（図
示しないＸ線フィルタ及びコリメータを含む）及びＸ線
制御装置５を有している。Ｘ線源４は、Ｘ線制御装置５
から制御信号３１を受けてオン／オフ及びＸ線３の強度
を制御する。）と、半導体試料１によって回折されたＸ
線６を検出するＸ線検出計（ＧＭ計数管７、Ｘ線検出計
本体８及び信号線３２を有している。Ｘ線検出器本体８
は、ＧＭ計数管７を駆動し、その出力信号（３２）を受
け取って増幅等の処理をしてＸ線計数値を表示する。）
と、レーザー源９Ａから発生するレーザービーム１０ａ
Ａをダイクロイックミラー２０で反射し、走査し、集束
してレーザービーム１０ｂＡとして半導体試料１の表面
を走査しつつ照射する第２の手段（レーザー源９Ａ、ダ
イクロイックミラー２０、スキャナ１１−１，集束レン
ズ１１−２及びレーザービーム制御回路１２Ａを有して
いる。）と、半導体試料１で反射されるレーザービーム
を集束レンズ１１−２，スキャナ１１−１，ダイクロイ
ックミラー２０を経て検出し画像表示する第３の手段
（ＣＣＤなどの固体撮像装置１４Ａ、画像処理装置１５
Ａ及びＣＲＴ等の画像表示装置１６を有している）とを
有してなり、レーザビーム１０ａＡの強度を前述の走査
に同期して制御することによって半導体試料１の表面に
けがき線を形成するようにしたというものである。
装置の第２の実施の形態は、半導体試料１の保持台２
（図示しないＸ−Ｙステージ及び２軸のゴニオメータ・
ヘッドを有している）と、半導体試料１にコリメートさ
れた単色のＸ線３を照射する第１の手段（Ｘ線源４（図
示しないＸ線フィルタ及びコリメータを含む）及びＸ線
制御装置５を有している。Ｘ線源４は、Ｘ線制御装置５
から制御信号３１を受けてオン／オフ及びＸ線３の強度
を制御する。）と、半導体試料１によって回折されたＸ
線６を検出するＸ線検出計（ＧＭ計数管７、Ｘ線検出計
本体８及び信号線３２を有している。Ｘ線検出器本体８
は、ＧＭ計数管７を駆動し、その出力信号（３２）を受
け取って増幅等の処理をしてＸ線計数値を表示する。）
と、レーザー源９Ａから発生するレーザービーム１０ａ
Ａをダイクロイックミラー２０で反射し、走査し、集束
してレーザービーム１０ｂＡとして半導体試料１の表面
を走査しつつ照射する第２の手段（レーザー源９Ａ、ダ
イクロイックミラー２０、スキャナ１１−１，集束レン
ズ１１−２及びレーザービーム制御回路１２Ａを有して
いる。）と、半導体試料１で反射されるレーザービーム
を集束レンズ１１−２，スキャナ１１−１，ダイクロイ
ックミラー２０を経て検出し画像表示する第３の手段
（ＣＣＤなどの固体撮像装置１４Ａ、画像処理装置１５
Ａ及びＣＲＴ等の画像表示装置１６を有している）とを
有してなり、レーザビーム１０ａＡの強度を前述の走査
に同期して制御することによって半導体試料１の表面に
けがき線を形成するようにしたというものである。
【００２４】レーザービーム制御回路１２Ａ（スキャナ
１１−１を制御する信号を走査信号線３５Ａに出力す
る），固体撮像装置１４Ａ、画像処理装置１５Ａ及びＣ
ＲＴ（１６）は、同一の同期信号Ｓによって同期をとっ
て動作する。ＣＲＴの水平走査線の内所望のもの（例え
ば、ノンインターライン・フルフレーム走査、有効水平
走査線本数がＮ本の時、Ｍ本目（１≦Ｍ≦Ｎ）の水平走
査線）を、制御信号Ｓｃにより、ライン選択回路１８で
指定し（フィールド期間におけるＭ個目の水平同期信号
を選択）、前記例で言えば、Ｍ個目の水平同期パルスの
検出直後にアクティブとなるライン選択回路１８の出力
信号３８をフィードバックしてＭ本目の走査線をＣＲＴ
（１６）上で濃くする。同時に、この出力信号３８をう
けて、方形波発生回路１９Ａは、方形波信号３９Ａをこ
の選択された水平走査期間中、レーザービーム制御回路
１２Ａに供給し、レーザービーム強度制御信号３４Ａと
して、レーザー源９Ａに印加して、レーザービームの強
度制御を行う。方形波発生回路１９は、１水平走査期間
内に少なくとも数発のパルスを発生し、パルス繰り返し
周波数及び波高は可変とする。又、ライン選択回路１８
との間に図示しない遅延時間可変の遅延回路を挿入する
のが好ましい。
１１−１を制御する信号を走査信号線３５Ａに出力す
る），固体撮像装置１４Ａ、画像処理装置１５Ａ及びＣ
ＲＴ（１６）は、同一の同期信号Ｓによって同期をとっ
て動作する。ＣＲＴの水平走査線の内所望のもの（例え
ば、ノンインターライン・フルフレーム走査、有効水平
走査線本数がＮ本の時、Ｍ本目（１≦Ｍ≦Ｎ）の水平走
査線）を、制御信号Ｓｃにより、ライン選択回路１８で
指定し（フィールド期間におけるＭ個目の水平同期信号
を選択）、前記例で言えば、Ｍ個目の水平同期パルスの
検出直後にアクティブとなるライン選択回路１８の出力
信号３８をフィードバックしてＭ本目の走査線をＣＲＴ
（１６）上で濃くする。同時に、この出力信号３８をう
けて、方形波発生回路１９Ａは、方形波信号３９Ａをこ
の選択された水平走査期間中、レーザービーム制御回路
１２Ａに供給し、レーザービーム強度制御信号３４Ａと
して、レーザー源９Ａに印加して、レーザービームの強
度制御を行う。方形波発生回路１９は、１水平走査期間
内に少なくとも数発のパルスを発生し、パルス繰り返し
周波数及び波高は可変とする。又、ライン選択回路１８
との間に図示しない遅延時間可変の遅延回路を挿入する
のが好ましい。
【００２５】次に、このケガキ線形成装置を用いて、半
導体試料に劈開用のケガキ線を形成する方法につて説明
する。
導体試料に劈開用のケガキ線を形成する方法につて説明
する。
【００２６】半導体試料１として、縦５ｍｍ、横１０ｍ
ｍ、厚さ３００μｍのシリコン半導体基板（その表面が
ほぼ（１００）面であるとする）を使用した集積回路チ
ップを用いる。
ｍ、厚さ３００μｍのシリコン半導体基板（その表面が
ほぼ（１００）面であるとする）を使用した集積回路チ
ップを用いる。
【００２７】（１００）面並びに（１１１）面の双方と
垂直な面、すなわち（０１−１）面及び（０−１１）を
劈開面に選ぶことができるが、これらと等価な全ての
｛０１１｝面は、劈開面として使える。
垂直な面、すなわち（０１−１）面及び（０−１１）を
劈開面に選ぶことができるが、これらと等価な全ての
｛０１１｝面は、劈開面として使える。
【００２８】シリコン半導体基板の（１００）面に入射
するＸ線３の光路と反射したＸ線６の光路のなす角度φ
がπ−２θ111 となるように、Ｘ線源４とＧＭ計数管６
をセットする。θ111 は、シリコン結晶の（１１１）面
のブラッグ角である。半導体試料１を保持台に固定し、
Ｘ線を照射する。ゴニオメータを調整して、Ｘ線検出計
の出力が極大となるようにする。ここまでは、Ｘ線回折
計と同じである。Ｘ線３の光路とシリコン基板表面の法
線ｓの双方と直交する法線ｈ（図示しない）に直交する
平面を劈開面とすることができる。法線ｈに垂直な平面
とシリコン半導体基板の表面との交線ｋ（図示しない）
及びこれと平行な線の一つに沿ってけがき線を形成すれ
ばよい。
するＸ線３の光路と反射したＸ線６の光路のなす角度φ
がπ−２θ111 となるように、Ｘ線源４とＧＭ計数管６
をセットする。θ111 は、シリコン結晶の（１１１）面
のブラッグ角である。半導体試料１を保持台に固定し、
Ｘ線を照射する。ゴニオメータを調整して、Ｘ線検出計
の出力が極大となるようにする。ここまでは、Ｘ線回折
計と同じである。Ｘ線３の光路とシリコン基板表面の法
線ｓの双方と直交する法線ｈ（図示しない）に直交する
平面を劈開面とすることができる。法線ｈに垂直な平面
とシリコン半導体基板の表面との交線ｋ（図示しない）
及びこれと平行な線の一つに沿ってけがき線を形成すれ
ばよい。
【００２９】半導体試料を構成する基板結晶（この例で
はシリコン）、その表面若しくはそれに近い結晶面（こ
の例では（１００）面））が決まっていれば、法線ｈ又
は交線ｋは決まるので、そのいずれか一方、例えば交線
ｋと平行な方向をイオンビームの水平走査方向とする。
そのように集束偏向系とシリコン基板表面との相対位置
関係をセットすればよい。この場合、交線ｋの周りにシ
リコン基板を回転させて、偏向しないときのイオンビー
ムがシリコン基板の表面にほぼ垂直に入射するようにす
るのが好ましい。
はシリコン）、その表面若しくはそれに近い結晶面（こ
の例では（１００）面））が決まっていれば、法線ｈ又
は交線ｋは決まるので、そのいずれか一方、例えば交線
ｋと平行な方向をイオンビームの水平走査方向とする。
そのように集束偏向系とシリコン基板表面との相対位置
関係をセットすればよい。この場合、交線ｋの周りにシ
リコン基板を回転させて、偏向しないときのイオンビー
ムがシリコン基板の表面にほぼ垂直に入射するようにす
るのが好ましい。
【００３０】次に、真空容器１７Ａを閉じ（Ｘ線源４は
真空容器の外にあってもよい。真空容器にガラス窓を設
けてそのガラス窓からＸ線を入射すればよいからであ
る。又、集束レンズ１１−２も真空容器の外においても
よい。）、排気した後、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーの発振線
により半導体試料１の表面を２次元的に走査する。走査
領域は、シリコン基板表面より広くとってもよい。レー
ザービームの水平走査方向は交線ｋと基板表面を含む直
線の方向とする。この時、Ｎｄ−ＹＡＧレーザービーム
によって半導体試料がエッチングされないように、レー
ザービーム強度を小さくしておく。次に、半導体試料１
の表面で反射されたレーザービームを集束レンズ１１−
２，スキャナ１１−１，ダイクロイックミラー２０を経
て、固体撮像装置１４Ａで検出して、画像処理装置１５
を通すことにより、画像表示装置１６に半導体試料表面
のイメージが表示される。Ｎｄ−ＹＡＧレーザーの波長
は、１．０６μｍなので、近赤外に感度のある固体撮像
装置を用いればよいのである。
真空容器の外にあってもよい。真空容器にガラス窓を設
けてそのガラス窓からＸ線を入射すればよいからであ
る。又、集束レンズ１１−２も真空容器の外においても
よい。）、排気した後、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーの発振線
により半導体試料１の表面を２次元的に走査する。走査
領域は、シリコン基板表面より広くとってもよい。レー
ザービームの水平走査方向は交線ｋと基板表面を含む直
線の方向とする。この時、Ｎｄ−ＹＡＧレーザービーム
によって半導体試料がエッチングされないように、レー
ザービーム強度を小さくしておく。次に、半導体試料１
の表面で反射されたレーザービームを集束レンズ１１−
２，スキャナ１１−１，ダイクロイックミラー２０を経
て、固体撮像装置１４Ａで検出して、画像処理装置１５
を通すことにより、画像表示装置１６に半導体試料表面
のイメージが表示される。Ｎｄ−ＹＡＧレーザーの波長
は、１．０６μｍなので、近赤外に感度のある固体撮像
装置を用いればよいのである。
【００３１】次に、多数の水平走査線のうちしかるべき
走査線を少なくとも一本、必要に応じて、互いに隣接す
る複数の走査線を選んで、レーザービームの出力を大き
くして、半導体試料の表面をエッチングすることにより
けがき線を形成する。この時レーザービーム強度を方形
波状に変化させることにより、破線状のけがき線を形成
するのが好ましい。ここでは、出力２００ｍＪ、パルス
幅１０ｎｍＮｄ−ＹＡＧレーザーの発信線を集束させ、
幅１μｍ、長さ５０μｍの溝を５０μｍ間隔で刻んだ。
このとき、所望の分析箇所を避けて溝を形成した。ライ
ン選択回路の出力信号３８を受けてから方形波が発生す
るまでの遅延時間及び又はパルス繰り返し周波数、レー
ザービームの強度を調整しながら半導体試料表面のイメ
ージを観察し、けがき線を形成する箇所を決定した後、
レーザービームの強度を上げてエッチングを開始すれば
よい。
走査線を少なくとも一本、必要に応じて、互いに隣接す
る複数の走査線を選んで、レーザービームの出力を大き
くして、半導体試料の表面をエッチングすることにより
けがき線を形成する。この時レーザービーム強度を方形
波状に変化させることにより、破線状のけがき線を形成
するのが好ましい。ここでは、出力２００ｍＪ、パルス
幅１０ｎｍＮｄ−ＹＡＧレーザーの発信線を集束させ、
幅１μｍ、長さ５０μｍの溝を５０μｍ間隔で刻んだ。
このとき、所望の分析箇所を避けて溝を形成した。ライ
ン選択回路の出力信号３８を受けてから方形波が発生す
るまでの遅延時間及び又はパルス繰り返し周波数、レー
ザービームの強度を調整しながら半導体試料表面のイメ
ージを観察し、けがき線を形成する箇所を決定した後、
レーザービームの強度を上げてエッチングを開始すれば
よい。
【００３２】次に、半導体試料をゴニオメーターヘッド
から取りはずし、劈開を行うが、第１の実施の形態の場
合と同じなので、改めて説明しない。
から取りはずし、劈開を行うが、第１の実施の形態の場
合と同じなので、改めて説明しない。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｘ線回折法によって劈開方向を決定し、フォーカスイオ
ンビーム若しくはレーザビームでけがき線を形成するこ
とにより、精度よく劈開をすることができる。又、破線
状に刻み目を入れることによって微細な分析箇所がこれ
らの高エネルギービームで損傷されるのを避けることが
できるので、従来の劈開方法では特定が困難で損傷を免
れなかった微少部分に劈開面を形成し評価できる清浄な
分析用試料を作製できる。特に、真空中で劈開し、真空
を保持したまま試料を分析評価装置に搬送すれば、清浄
な劈開表面を評価することも可能となる。
Ｘ線回折法によって劈開方向を決定し、フォーカスイオ
ンビーム若しくはレーザビームでけがき線を形成するこ
とにより、精度よく劈開をすることができる。又、破線
状に刻み目を入れることによって微細な分析箇所がこれ
らの高エネルギービームで損傷されるのを避けることが
できるので、従来の劈開方法では特定が困難で損傷を免
れなかった微少部分に劈開面を形成し評価できる清浄な
分析用試料を作製できる。特に、真空中で劈開し、真空
を保持したまま試料を分析評価装置に搬送すれば、清浄
な劈開表面を評価することも可能となる。
【図１】本発明のけがき線形成装置の第１の実施の形態
の全体の構成を示すブロック図。
の全体の構成を示すブロック図。
【図２】本発明のけがき線形成装置の第２の実施の形態
の全体の構成を示すブロック図。
の全体の構成を示すブロック図。
【図３】従来の方法による試料劈開法について説明する
ための斜視図。
ための斜視図。
【図４】本発明による試料劈開法について説明するため
の斜視図。
の斜視図。
１ 半導体試料 ２ 保持台 ３ Ｘ線 ４ Ｘ線源 ５ Ｘ線制御装置 ６ Ｘ線 ７ ＧＭ計数管 ８ Ｘ線検出計本体 ９ イオン源 ９Ａ レーザー源 １０ａ、１０ｂ イオンビーム １０ａＡ，１０ｂＡ レーザービーム １１ 集束偏向系 １１−１ スキャナ １１−２ 集束レンズ １２ イオンビーム制御回路 １２Ａ レーザービーム制御回路 １３ ２次イオン １４ ２次イオン検出器 １４Ａ 固体撮像装置 １５，１５Ａ 画像処理装置 １６ 画像表示装置 １７ 真空容器 １８ ライン選択回路 １９，１９Ａ 方形波発生回路 ２０ ダイクロイックミラー ３１ 制御信号 ３２ 信号線 ３３ 出力信号 ３４ イオンビーム強度制御信号 ３４Ａ レーザービーム強度制御信号 ３５ 偏向信号線 ３５Ａ 走査信号線 ３６ 映像信号 ３７ 同期信号 ３８ 出力信号 ３９，３９Ａ 方形波信号 １００ けがき線 １０１ 溝 １０２ 分析箇所
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/301 H01L 21/304 B23K 15/00 B23K 26/00
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体試料のけがき線を形成して劈開す
る箇所にＸ線を照射することにより劈開方向をＸ線回折
法によって決定し、フォーカスイオンビーム若しくはレ
ーザービームにより、前記劈開方向に破線状にけがき線
を刻んだ後、前記半導体試料の前記けがき線を境にして
一方の側を固定して、他方の側に前記半導体試料の表面
に垂直な方向に外力を加えて劈開することを特徴とする
半導体試料劈開方法。 - 【請求項２】 半導体試料の保持台と、前記半導体試料
のけがき線を形成して劈開する箇所にコリメートされた
Ｘ線を照射する第１の手段と、前記半導体試料によって
回折されたＸ線を検出するＸ線センサを有するＸ線検出
計と、イオン源から発生するイオンビームを集束し偏向
して前記半導体試料面を走査しつつ照射する第２の手段
と、前記半導体試料から放出される２次電子または２次
イオンを検出し画像表示する第３の手段とを有して前記
半導体試料の表面にけがき線を形成するようにしたこと
を特徴とするけがき線形成装置。 - 【請求項３】 半導体試料の保持台と、前記半導体試料
のけがき線を形成して劈開する箇所にコリメートされた
Ｘ線を照射する第１の手段と、前記半導体試料によって
回折されたＸ線を検出するＸ線検出計と、レーザービー
ム源から発生するレーザービームを集束し偏向して前記
半導体試料面を走査しつつ照射する第２の手段と、前記
半導体試料によって反射された前記レーザービームを検
出し画像表示する第３の手段とを有して前記半導体試料
の表面にけがき線を形成するようにしたことを特徴とす
るけがき線形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9304354A JP3070550B2 (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 半導体試料劈開方法及びけがき線形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9304354A JP3070550B2 (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 半導体試料劈開方法及びけがき線形成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145087A JPH11145087A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3070550B2 true JP3070550B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=17932016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9304354A Expired - Lifetime JP3070550B2 (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 半導体試料劈開方法及びけがき線形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3070550B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6841788B1 (en) * | 2000-08-03 | 2005-01-11 | Ascend Instruments, Inc. | Transmission electron microscope sample preparation |
| JP3934536B2 (ja) | 2001-11-30 | 2007-06-20 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法 |
| JP4161298B2 (ja) * | 2002-09-13 | 2008-10-08 | 株式会社東京精密 | レーザーダイシング装置 |
| GB2439962B (en) * | 2006-06-14 | 2008-09-24 | Exitech Ltd | Process and apparatus for laser scribing |
| JP2008166351A (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Nec Electronics Corp | 半導体装置 |
-
1997
- 1997-11-06 JP JP9304354A patent/JP3070550B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11145087A (ja) | 1999-05-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000425 |