JP3569147B2

JP3569147B2 - Substrate cutting method

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Publication number: JP3569147B2
Application number: JP01762199A
Authority: JP
Inventors: 理絵渡辺; 裕一北村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP2000216114A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、基板の切断方法に関し、特に、半導体素子の断面観察を行うための半導体基板の切断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の不良解析やプロセス開発における半導体素子の構造確認などを行う目的で、半導体素子の断面観察が行われることがある。このような断面観察を行うためには、基板を切断して、断面観察の対象となる部分の断面を露出させる必要がある。図１（ａ）および（ｂ）に示す方法を例にとり、従来の基板切断方法を説明する。
【０００３】
まず、図１（ａ）に示すように、断面観察の対象となる半導体素子２が形成された半導体基板１の表面上に半導体素子２を横切る直線３を想定し、この直線３の端部付近にダイヤモンドカッター５を用いて目視にて傷４をつける。その後、図１（ｂ）に示すように半導体基板１に力６を加え、傷４をつけた部分から半導体基板１を劈開し、その断面を露出させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の基板切断方法によれば、切断の位置精度が極めて悪く、求める断面を正確に得ることができないという問題があった。ダイヤモンドカッター５の先端の大きさは１００μｍ程度もあるに対し、半導体素子２のサイズは１０μｍ程度またはそれ以下しかないからである。
【０００５】
切断の位置精度が悪いと、図２（ａ）に示すように、半導体素子２からはずれた位置を通るような断面が形成される可能性が高い。この切断面７は、観察断面８を含んでいないため、切断面７に対する研磨を行い、図２（ｂ）に示すように観察断面８を露出させる必要がある。この研磨には多くの作業量が必要であり、それゆえ、観察断面８を露出させるには非常に多くの時間を要していた。
【０００６】
特に最近では、テストパターン領域に含まれるような素子形状の断面観察を行うのではなく、直接、ＬＳＩを構成している半導体素子２の断面観察を行わなければならない場合が多くなってきているため、高い位置精度を持った基板の切断方法が求められるようになってきた。テストパターン領域では半導体基板１上に同一のパターンが多数形成されているため、切断の位置精度が悪くとも、露出した切断面７に観察対象の断面が含まれていることが多い。しかし、０．５μｍ以下の内部構造を有する微細な半導体素子２の断面観察を行う場合には、半導体基板１上の特定の半導体素子２の断面を正確に露出させるのが困難である。
【０００７】
従来の方法では、半導体基板１の劈開容易面に対して平行な切断面７を露出させることはできても、劈開容易面に対して平行でない任意の面方位を持つ切断面７を露出させることは困難であった。
【０００８】
また、半導体基板１上に硬度の低いアルミニウム配線が形成された段階や半導体基板１が仕上げの研磨に適さない脆い材料から構成されている場合には、切断後の研磨を行うことが難しいため、切断の位置精度が悪いと、観察断面８を露出させることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高い位置精度を持った基板の切断方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による基板の切断方法は、単結晶性基板上で断面観察の対象を含む解析領域を決定する工程と、前記解析領域を横切る仮想的な平面のうち前記単結晶性基板の表面に対して実質的に垂直な平面が前記単結晶性基板の前記表面と交わる直線上であって前記解析領域内における該直線以外の直線上の複数の位置にパルス状のレーザビームを連続して照射し、それによって複数の損傷部分を連続して前記単結晶性基板に形成する工程と、前記単結晶性基板の何れかの部位に力を加え、それによって前記複数の損傷部分から前記単結晶性基板を割り、前記複数の損傷部分を横切る前記単結晶性基板の断面を露出させる工程とを包含し、前記直線は、前記単結晶性基板の劈開容易面に対して平行でない。
【００１２】
本発明によるまた別の基板の切断方法は、非単結晶性基板の表面上で断面観察の対象を含む解析領域を決定する工程と、前記解析領域を横切る仮想的な平面のうち前記非単結晶性基板の表面に対して実質的に垂直な平面が前記非単結晶性基板の裏面と交わる直線上であって、前記解析領域と対向する位置を含む複数の位置にパルス状のレーザビームを連続して照射し、それによって複数の損傷部分を連続して前記非単結晶性基板に形成する工程と、前記非単結晶性基板の何れかの部位に力を加え、それによって前記複数の損傷部分から前記非単結晶性基板を割り、前記複数の損傷部分を横切る前記非単結晶性基板の断面を露出させる工程とを包含する。
【００１３】
前記単結晶性基板または前記非結晶性基板の露出した断面上に前記断面観察の対象の断面が現れていない場合は、前記単結晶性基板または前記非結晶性基板の断面を研磨し、それによって断面観察の対象の断面を露出させる工程をさらに包含することが好ましい。
【００１４】
前記レーザビームが前記単結晶性基板または前記非結晶性基板上に形成するビームスポットの直径は、１μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
なお、本明細書において「基板を劈開する」とは、結晶の劈開容易面に対して平行な面が露出するように基板を割ることをいい、「基板を切断すること」は、「基板を劈開すること」を包含し、劈開以外の方法で基板の断面を露出させることを広く含むものとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本発明による基板の切断方法の第１の実施形態を説明する。
【００１９】
本実施形態では、基板１として単結晶シリコン基板を用いる。基板１の表面上には、断面観察の対象となる半導体素子を含むＬＳＩ回路が形成されている。半導体素子２を含み断面解析の対象となる領域を解析領域１７とする。図３（ａ）〜（ｃ）では、解析領域を横切る仮想的な平面のうち基板１の表面に対して実質的に垂直となる平面と基板１の表面とが交わる直線３を一点鎖線で示している。まず、図３（ａ）に示すように、解析領域１７を除く領域における直線３上の任意の位置にレーザビーム１０を照射し、基板１に損傷部分９を形成する。本実施形態の場合、基板１の端部領域１８に損傷部分９を形成する。端部領域１８の範囲は、例えば、基板１の端から数ｍｍの範囲である。レーザビーム１０の照射位置を決定する手法については後述する。
【００２０】
レーザビーム１０の光源としては、例えば、色素レーザ、固体レーザ、ガスレーザ等を用いることができる。色素レーザとしては、波長域３３０〜３６２ｎｍの色素Ｐ−テルフェニル（溶媒シクロヘキサン）、波長域５３０〜５７５ｎｍの色素フルオレセイン（溶媒エタノール）、波長域４１１〜４３０ｎｍの色素Ｂｉｓ−ＭＳＢ（溶媒シクロヘキサン）、波長域５８４〜６５６ｎｍの色素Ｒ．Ｂ．（溶媒エタノール）等の色素レーザを用いることが好ましく、波長域３３０〜３６２ｎｍの色素Ｐ−テルフェニル（溶媒シクロヘキサン）の色素レーザを用いることがさらに好ましい。
【００２１】
レーザビーム１０の照射によって形成される損傷部分９は、レーザビーム１０のエネルギーが照射部分の基板１を溶融することによって形成された凹部であり、その直径は１〜１０μｍ、深さは２〜３０μｍである。１０μｍ以下の位置精度で基板を切断するためには、直径が１０μｍ以下となるよう損傷部分９を形成することが好ましい。より好ましくは、直径が２〜３μｍ、深さが５〜１０μｍとなるように損傷部分９を形成する。
【００２２】
レーザビーム１０の照射条件としては、例えば、出力エネルギー５〜５０マイクロジュール、パルス幅１〜１０ナノ秒、スポットサイズの直径０．１〜１μｍを用いることができる。損傷部分９の直径を１０μｍ以下とするためには、スポットサイズの直径を１μｍ以下とするのがよい。レーザビーム１０の照射条件は、出力エネルギーを最大５０マイクロジュール、パルス幅を２〜６ナノ秒、ビームスポットの直径を最小０．２〜０．３μｍとするのが好ましい。スポットの形は、円形に限らず長円などであってもよい。
【００２３】
なお、基板１の表面にＳｉＯ２等の膜が形成されている場合であっても、レーザビーム１０の照射によって損傷部分９を形成することができる。波長０．２〜４．０μｍの可視領域に対して透明であるＳｉＯ２等の膜は、可視領域の波長を有するレーザビーム１０を透過させるが、基板１上に損傷部分９が形成される際にＳｉＯ２等の膜も部分的に吹き飛ばされてしまうと考えられる。
【００２４】
図３（ｂ）に示すように、直線３上の複数の位置に損傷部分９を形成するには、基板１を移動させながら、上記工程を繰り返し行えば良い。各損傷部分９の間隔を例えば数μｍ程度とし、多数の損傷部分９を直線状に形成しても良い。基板１の移動についての詳細は後述する。なお、基板１を移動させるかわりにレーザビーム１０の照射位置を移動させるか、基板１とレーザビーム１０の両方を移動させても良い。
【００２５】
面方位（１００）の結晶面を表面とするシリコン基板では、結晶方位［００１］、［０１０］、［０１１］および［０−１１］（ここで、「−１」は１バーと呼ぶ）が劈開結晶方位となる。劈開結晶方位は基板の劈開容易面に対して平行であるので、面方位（１００）のシリコン基板を劈開する場合には、基板の劈開容易面に対して平行な直線３上の両端の端部領域に数点（好ましくは合計１０点ほど）の損傷部分を形成すればよい。また、切断精度をそれほど高く要求しないときには、基板の一端の端部領域にレーザビームで損傷部分を形成してもよい。一端のみに損傷部分を形成しても、所望位置またはそれに極めて近い位置の断面を露出させることができる。
【００２６】
ＭＯＳ型半導体素子には、面方位（１００）のシリコン基板が用いられ、半導体素子のパターンは、基板の劈開容易面と基板の表面とが交わる直線に対して平行に形成されることが多いので、本実施形態の方法に従って損傷部分を形成すれば解析領域を横切る劈開容易面を容易に得ることができる。
【００２７】
図３（ｃ）に示すように、レーザビームを照射した基板１を切断用の台１５に載せた後、基板１の裏面を台１５のくさび状段差１６に押しあて、基板１の何れかの部位に力６を加えることによって損傷部分９から基板１を割る。くさび状段差１６の高さは数百μｍ程度とすればよく、作業者の手で基板１の何れか部位にわずかな力を加えればよい。基板１が劈開されると、図２（ｂ）に示すように、観察断面８を含む切断面７が露出する。もし、切断面７に観察断面８が現れていない場合には、切断面７を研磨し、図２（ｂ）のように観察断面８を露出させればよい。この場合の研磨の量および時間は、従来の切断方法の研磨量および時間より少なくてすむ。
【００２８】
次に、図４から図７を参照しながら、照射位置の決定について詳細を説明する。図７は、照射位置の決定を説明するためのフローチャートである。
【００２９】
まず、図４（ａ）に示すように、基板１の表面を撮影しているＣＣＤカメラの画像２０を利用して半導体素子２を含む解析領域１７を探し出す（解析領域位置合わせ工程Ｓ１）。画像２０の中心には画像中心基準マーク２１が設けられていることが好ましい。画像中心基準マーク２１の座標は、例えば、座標表示部２２に表示される。
【００３０】
図４（ａ）において、座標表示部２２は座標２３（ｘ_１、ｙ_１）を表示している。座標２３は、基板１の下にあるＸＹテーブルのＸＹ軸２６を基準にして求められる。ＸＹテーブルは、１０μｍ以下の位置精度で基板１をＸＹ方向に移動させることができる。
【００３１】
ＸＹテーブルの移動は、ＸＹテーブル制御部によって制御される。ＸＹテーブル制御部にはＸ方向およびＹ方向の移動スイッチおよび停止スイッチが備え付けられており、作業者は、これらのスイッチを押すことによって、ＸＹテーブルをＸ方向およびＹ方向に移動させたり、移動しているＸＹテーブルを停止させたりすることができる。なお、作業者が、直接、移動スイッチを押すのではなく、ＸＹテーブル制御部に移動する方向と距離とを予め設定し、その設定によってＸＹテーブルをＸＹ方向に移動させてもよい。
【００３２】
次いで、図４（ｂ）に示すように、ＸＹテーブルを移動させることによって画像中心基準マーク２１の位置に断面解析対象となる半導体素子２を合わせる。この位置で半導体素子２の中心座標を決定する（解析対象中心座標決定工程Ｓ２）。決定した中心座標は、座標表示部２２に座標２３（ｘ_２、ｙ_２）と表示される。
【００３３】
次に、図４（ｃ）に示すように、Ｘ座標をｘ_２と一定にしながら、Ｙ座標をｙ_２よりも大きくなるようにＸＹテーブルを移動させる（座標移動工程Ｓ３）。図５（ａ）に示すように、基板の端２４が画面に現れたことを作業者が確認し、次いで、図５（ｂ）に示すように、基板の端２４を基準にして、基板の端部領域１８内で照射位置の決定を行う（照射位置決定Ｓ４）。その後、図５（ｃ）に示すように、照射位置にレーザビーム１０を照射し、基板１の表面に損傷部分９を形成する（照射工程Ｓ５）。複数の損傷部分９を形成するときには、工程Ｓ３〜Ｓ５を繰り返し行えばよい。
【００３４】
基板１の反対側の端部領域１８に損傷部分９を形成したいときには、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、座標移動工程Ｓ３、照射位置決定工程Ｓ４、照射工程Ｓ５を行えばよい。まず、図５（ｃ）に示す状態からｘ_２を一定としながら、Ｙの値が小さくなるようにＸＹテーブルを移動させる。次いで、図６（ａ）に示すように基板の反対側の端２４が現れたことを作業者が確認した後、ＸＹテーブルを調整して照射位置の決定を行う。その後、図６（ｂ）に示すように、照射位置にレーザビーム１０で照射し、損傷部分９を形成する。上記同様に、複数の損傷部分９を形成するときには、工程Ｓ３〜Ｓ５を繰り返し行えばよい。
【００３５】
本実施形態では、座標移動工程Ｓ３をＸＹテーブルをＹ方向に移動させることによって行っているが、Ｘ方向に移動させることによって行ってもよい。
【００３６】
Ｓ１からＳ５までの工程を行うことによって、解析領域１７を横切る仮想的な直線上に任意の数の損傷部分９を形成することができる。実験によれば、１０回行った劈開のうち、１０回の劈開とも約１０μｍ以下の精度で、基板を劈開できることがわかった。この劈開の位置精度は、従来の基板の切断方法の精度よりも、約１０倍〜１００倍高いことになる。
【００３７】
本実施形態のように切断すべき基板が単結晶性基板である場合には、基板の劈開容易面に対して直線３が平行となるようにレーザビーム１０の照射位置を決定することが好ましい。
【００３８】
（第２の実施形態）
図８および図９を参照しながら、本発明による基板の切断方法の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、図８に示すように、直線２７上の解析領域１７を除いた部分に損傷部分９を連続して形成している点にある。直線２７は、直線３と同様に、解析領域１７を横切る仮想的な平面のうち基板１の表面に対して実質的に垂直な平面と基板１の表面とが交わる線である。各損傷部分９の間隔は、例えば、数μｍ程度とすればよい。図９は、第２の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【００３９】
まず、第１の実施形態と同様に、解析対象領域位置合わせ工程Ｓ１１、解析対象中心座標決定工程Ｓ１２、座標移動工程Ｓ１３および照射位置決定工程Ｓ１４を行い、その後、連続照射工程Ｓ１５を行う。連続照射は、レーザビーム１０の照射および停止の時間的間隔と、ＸＹテーブルの移動速度を制御することによって行われる。半導体素子２を含む解析領域１７が近づいてきたら、作業者はレーザビームの照射を停止し（照射停止工程Ｓ１６）、ＸＹテーブルの移動だけを行わせる（座標移動工程Ｓ１３）。
【００４０】
次に、解析領域１７を越えたところで、作業者が照射開始位置を再び決定し（照射開始位置決定工程Ｓ１４）、連続照射を行う（連続照射工程Ｓ１５）。基板の端２４が近づいてきたところで、照射を停止する（照射停止工程Ｓ１６）。
【００４１】
本実施形態によれば、解析領域１７を除いた領域における直線２７上に損傷部分９を連続して形成するため、直線２７が劈開容易面に対して平行でなくとも、良好に基板を切断することができる。
【００４２】
基板１として単結晶シリコン基板を用いた場合、直線２７を劈開容易面に対して平行にしなくとも、上記第１の実施形態の方法でシリコン基板を劈開したときとほぼ同様の精度で基板１を切断できる。バイポーラデバイスでは、面方位（１１１）の結晶面を表面とするシリコン基板が用いられ、半導体素子のパターンは、基板の劈開容易面と基板の表面とが交わる直線に対して平行に形成されないことが多いため、劈開によって観察断面８を露出させることは難しい。しかし、本実施形態の方法によれば、劈開容易面に対して平行でない任意の面方位で基板を切断することができるため、面方位（１１１）のシリコン基板でも、高い位置精度で切断することができる。
【００４３】
なお、シリコン基板に限らず、ガリウム・ヒ素、インジウム・リン等の可視光線（波長３８０〜７８０ｎｍ）の領域で不透明な半導体基板に対しても高い位置精度での切断が可能である。
【００４４】
（第３の実施例）
図１０〜図１２を参照しながら、本発明による基板の切断方法の本実施形態を説明する。本実施形態が、前述の実施形態と異なる点は、図１０に示すように、基板裏面２９に損傷部分９を形成する点にある。各損傷部分９の間隔は、第２の実施形態と同様に、例えば数μｍとすればよい。図１２は、本実施形態を説明するためのフローチャートである。
【００４５】
半導体素子２は基板裏面２９に現れていないため、基板裏面２９において照射開始位置を特定することは、表面において照射開始位置を特定することよりも困難である。そのため、図１１（ａ）に示すように、基板１の表面において、基板１の頂点Ｃの座標と半導体素子２の中点座標とを利用して、ベクトル３０を算出した後、図１１（ｂ）に示すように反転ベクトル３１を算出して、裏面の中点座標を算出する。以下、詳細に説明する。
【００４６】
図１１（ａ）に示すように、例えば、基板１の一つの頂点Ｃを、基板の基準座標として指定する（基板基準座標指定工程Ｓ２１）。次に、半導体素子の中点座標を決定し（解析対象中心座標決定工程Ｓ２２）、その後、基板の基準座標と解析対象の中心座標とからベクトル３０を算出する（ベクトル算出工程Ｓ２３）。
【００４７】
次に、図１１（ａ）から（ｂ）に示すように、基板１を表面から裏面に裏返し（反転工程Ｓ２４）、ベクトル３０を利用して反転ベクトル３１を算出する（反転ベクトル算出工程２５）。図１１（ｂ）に示す反転ベクトル３１は、ベクトル３０のＸ成分の絶対値を変えることなく正負を反転させたものである。従って、頂点Ｃを始点をする反転ベクトル３１の終点は、裏面の中心座標を指示することになる。但し、基板１の表面の頂点Ｃと、基板裏面の頂点ＣとのＸＹテーブルにおける座標が、一致していない場合には、基板１の表面の頂点Ｃの座標を基準にして、基板裏面の頂点Ｃの座標を補正しておく必要がある。なお、図１１（ａ）および（ｂ）におけるＡ、Ｂ、ＣおよびＤは、それぞれ、基板１の表面と裏面の頂点を示しており、図１１（ａ）中のＥは直線２７とＣ−Ｄ辺との交点を示し、図１１（ｂ）中のＥは直線２８とＣ−Ｄ辺との交点を示す。
【００４８】
算出された反転ベクトル３１を利用して、裏面の照射開始位置を決定する（照射開始位置決定工程Ｓ２６）。照射開始位置を決定した後は、第２の実施形態と同様の連続照射工程Ｓ２８を行い、基板の端になったら、照射位置停止工程Ｓ２９を行う。基板裏面２９には半導体素子２は形成されていないので、本実施態様では、第２の実施形態のように連続照射を途中で停止する工程を行わなくてもよい。
【００４９】
工程Ｓ２１〜Ｓ２９を行うことによって、解析対象１７を横切る仮想的な平面のうち基板１の表面に対して実質的に垂直となる平面と基板１の裏面とが交わる直線２８上に複数の損傷部分９を形成することができる。
【００５０】
なお、セラミック、グラファイト等の非単結晶性の基板やＳＯＩ基板は、劈開容易面を有しない。そのため、第２の実施形態における工程Ｓ１１〜Ｓ１６を行った後、上記工程Ｓ２１〜Ｓ２８を行うことによって、基板１の表面および裏面の両面に損傷部分９を形成すればよい。このように直線状に損傷部分９を形成することによって、非結晶性の基板を任意の直線に沿って切断することができる。
【００５１】
石英、サファイア等の波長０．２〜４．０μｍの可視領域に対して透明な材料からなる基板を切断する場合は、このような基板材料に対して不透明な波長領域の赤外レーザ等を用いることが好ましい。このような赤外レーザとしては、ＣＯ_２レーザ（波長１０．６μｍ、照射時間数μｓｅｃ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ、照射時間３０ｎｓｅｃ）等が挙げられる。
【００５２】
（基板切断装置）
図１３を参照しながら、本発明による基板の切断方法に用いられる基板切断装置を説明する。
【００５３】
この基板切断装置は、座標表示部２２、ＸＹテーブル１０７、ステージ１０８、光学顕微鏡１０９、反射板１１０、ＣＣＤカメラ１１１、モニター１１２、レーザ制御部１１３、レーザ発振部１１４および光学系１１５を備えている。
【００５４】
ＸＹテーブル制御部１１７はＸＹテーブル１０７と接続しており、ＸＹテーブル１０７の移動を制御する。ＸＹテーブル１０７は、ＸＹテーブル制御部１１７の指示に従って、１０μｍ以下の位置精度で移動する。ＸＹテーブル制御部１１７には、座標表示部２２が接続されており、座標表示部２２はＸＹテーブルの座標を表示する。
【００５５】
ＸＹテーブル１０７の上にはステージ１０８が設置されている。ステージ１０８は、真空ポンプ１１６と接続されているため、基板１を吸着して固定することができる。
【００５６】
光学顕微鏡１０９およびＣＣＤカメラ１１１は、基板１上の半導体素子２などを探し出す目的で、ＸＹテーブル１０７およびステージ１０８の上方に設置されている。ＣＣＤカメラ１１１は、パターンモニター１１２に接続されているので、ＣＣＤカメラ１１１の画像２０は、パターンモニター１１２に映し出される。パターンモニター１１２に映し出された半導体素子２をモニターしながら、ＸＹテーブル制御部１１７からの指示によって、ＸＹテーブル７は移動することができる。
【００５７】
光学顕微鏡１０９およびＣＣＤカメラ１１１は、図４から図６で示したように、解析対象領域の位置合わせ、解析対象中心の座標の決定、基板の端２４のモニター、照射位置の決定、および照射停止位置の決定に用いられる。
【００５８】
レーザ制御部１１３は、レーザ発振部１１４と接続され、レーザ発振部１１４から放射されるレーザビーム１０の出力エネルギー、パルス幅、スポットサイズ等の照射条件を制御する。レーザ制御部１１３で設定された照射条件に従って、レーザ発振部１１４はレーザビーム１０を出射する。
【００５９】
レーザ発振部１１４の前方には光学系１１５および反射板１１０が備え付けられており、レーザ発振部１１４から放射されたレーザビーム１０は、光学系１１５を通った後、反射板１１０で反射される。反射板１１０によって反射された後のレーザビーム１０が進行する方向の先には、対物レンズ１１を有する光学顕微鏡１０９が備え付けられている。光学顕微鏡１０９の対物レンズ１１を通してレーザビーム１０は収束され、基板１上の照射位置に照射される。
【００６０】
１０μｍ以下の位置精度で基板１を切断するためには、ビームスポットの直径を最小１μｍ以下、好ましくは、０．３〜０．２μｍとするとともに、ＸＹテーブルの位置精度を１０μｍ〜数μｍにする必要がある。
【００６１】
図３（ｂ）、図８および図９に示したように、基板１に複数の損傷部分９を形成するためには、ＸＹテーブル１０７の移動速度を制御して動かしながら、照射時間と停止時間を制御してレーザビーム１０を照射すればよい。
【００６２】
なお、図１３には示していないが、基板切断装置は、段差１６を設けた切断用の台１５を備えていてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の基板切断方法によれば、高い位置精度でかつ再現性よく基板を切断することができる。単結晶性基板を切断する場合、単結晶性基板の劈開容易面に対して仮想的な平面が平行となるようにレーザビームの照射位置を決定すれば、観察断面を含む切断面を簡単に露出させることができる。さらに、基板上に形成するレーザビームのビームスポットの直径を１μｍ以下とすることによって、１０μｍ以下の位置精度で基板を切断することができる。
【００６４】
また、本発明の基板切断方法によれば、劈開容易面に対して平行でない面方位でも、高い位置精度でかつ再現性よく基板を切断することができるため、非結晶性基板であっても観察断面を含む切断面を露出させることができる。また、研磨に適さない基板であって、観察断面を含む切断面を露出させることができるため、断面解析を行うことが可能となる。さらに、損傷部分を解析領域以外の領域に形成すれば、断面観察の対象である半導体素子を損傷させることなく基板を切断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、従来の基板切断方法を説明するための図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、観察断面を出すために研磨を行う必要があることを説明する図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、本発明の第１の実施形態による基板の切断方法を説明するための図である。
【図４】（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、解析対象領域位置合わせ工程、解析対象中心座標決定工程、および座標移動工程を説明するための図である。
【図５】（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、座標を移動させながら基板の端を確認する工程、照射位置を決定する工程、および照射工程を説明するための図である。
【図６】基板にレーザで損傷部分を形成する工程を説明する図である。
【図７】本発明による基板の切断方法の第１の実施形態の主要な工程を説明するフローチャートである。
【図８】本発明による基板の切断方法の第２の実施形態を説明するための図である。
【図９】本発明による基板の切断方法の第２の実施形態の主要な工程を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明による基板の切断方法の第３の実施形態を説明するための図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は、裏面の照射開始位置を決定する工程を説明するための図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態による基板の切断方法の主要な工程を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明に使用される基板切断装置の構成図である。
【符号の説明】
１基板
２半導体素子
３直線
４ダイヤモンドカッターによる傷
５ダイヤモンドカッター
６力
７切断面
８観察断面
９損傷部分
１０レーザビーム
１１対物レンズ
１５切断用の台
１６段差
１７解析領域
１８端部領域
２０画像
２１画像中心基準マーク
２２座標表示部
２３座標
２４基板の端
２５ステージ
２６ＸＹテーブルのＸＹ軸
２７直線
２８直線
２９基板裏面
３０ベクトル
３１反転ベクトル
１０７ＸＹテーブル
１０８ステージ
１０９光学顕微鏡
１１０反射板
１１１ＣＣＤカメラ
１１２モニター
１１３レーザ制御部
１１４レーザ発振部
１１５光学系
１１６真空ポンプ
１１７ＸＹテーブル制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of cutting a substrate, and more particularly to a method of cutting a semiconductor substrate for observing a cross section of a semiconductor element.
[0002]
[Prior art]
In some cases, a cross section of a semiconductor element is observed for the purpose of analyzing a failure of the semiconductor element, confirming the structure of the semiconductor element in process development, and the like. In order to perform such cross-section observation, it is necessary to cut the substrate to expose a cross-section of a portion to be subjected to cross-section observation. A conventional substrate cutting method will be described by taking the method shown in FIGS. 1A and 1B as an example.
[0003]
First, as shown in FIG. 1A, a straight line 3 crossing the semiconductor element 2 is assumed on the surface of the semiconductor substrate 1 on which the semiconductor element 2 to be subjected to cross-sectional observation is formed. Is visually scratched using a diamond cutter 5. Thereafter, as shown in FIG. 1B, a force 6 is applied to the semiconductor substrate 1 to cleave the semiconductor substrate 1 from the scratched portion and expose the cross section.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
According to the conventional substrate cutting method, there is a problem that the positional accuracy of the cutting is extremely poor, and a desired cross section cannot be obtained accurately. This is because the size of the tip of the diamond cutter 5 is about 100 μm, while the size of the semiconductor element 2 is about 10 μm or less.
[0005]
If the position accuracy of the cutting is poor, there is a high possibility that a cross section passing through a position deviated from the semiconductor element 2 is formed as shown in FIG. Since the cut surface 7 does not include the observation cross section 8, it is necessary to polish the cut surface 7 to expose the observation cross section 8 as shown in FIG. This polishing requires a large amount of work, and therefore, it takes a very long time to expose the observation section 8.
[0006]
In particular, recently, it has become increasingly necessary to directly observe the cross section of the semiconductor element 2 constituting the LSI, instead of observing the cross section of the element shape included in the test pattern region. Therefore, a method of cutting a substrate having high positional accuracy has been required. Since many identical patterns are formed on the semiconductor substrate 1 in the test pattern region, the exposed cut surface 7 often includes the cross section of the observation target even if the cutting position accuracy is poor. However, when observing a cross section of a fine semiconductor element 2 having an internal structure of 0.5 μm or less, it is difficult to accurately expose a cross section of a specific semiconductor element 2 on the semiconductor substrate 1.
[0007]
In the conventional method, it is possible to expose the cut surface 7 parallel to the easy cleavage surface of the semiconductor substrate 1, but to expose the cut surface 7 having any plane orientation that is not parallel to the easy cleavage surface. Was difficult.
[0008]
In addition, when the aluminum wiring having low hardness is formed on the semiconductor substrate 1 or when the semiconductor substrate 1 is made of a brittle material that is not suitable for final polishing, it is difficult to perform polishing after cutting. If the cutting position accuracy is poor, there is a problem that the observation section 8 cannot be exposed.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and a main object of the present invention is to provide a method for cutting a substrate having high positional accuracy.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A method for cutting a substrate according to the present invention includes the steps of: determining an analysis region including a cross-sectional observation target on a single-crystal substrate; and, of a virtual plane that crosses the analysis region, the surface of the single-crystal substrate. The substantially vertical plane is the surface of the single crystalline substrate.Face andOn a straight line that intersectsAnd pulse-shaped at a plurality of positions on a straight line other than the straight line in the analysis area.Laser beamContinuouslyIrradiate, therebyMultipleThe damaged partContinuouslyForming on the single crystalline substrate, and applying a force to any part of the single crystalline substrate, whereby thepluralDividing the single-crystal substrate from the damaged portion,Across the multiple damaged areasExposing a cross section of the single crystalline substrate.AndThe straight line is parallel to the easy cleavage plane of the single crystal substrate.Absent.
[0012]
Still another method of cutting a substrate according to the present invention includes the steps of: determining an analysis region including a cross-sectional observation target on a surface of the non-single-crystal substrate; A plane substantially perpendicular to the surface of the non-crystalline substrate is on a straight line intersecting with the back surface of the non-single-crystal substrate, and the pulsed laser beam is continuously applied to a plurality of positions including a position facing the analysis region. Forming a plurality of damaged portions on the non-single-crystal substrate in succession, and applying a force to any part of the non-single-crystal substrate, thereby applying the plurality of damaged portions to the non-single-crystal substrate. Dividing the non-single-crystalline substrate from and exposing a cross-section of the non-single-crystalline substrate across the plurality of damaged portions.
[0013]
If the cross section of the cross-sectional observation is not appearing on the exposed cross-section of the single-crystal substrate or the non-crystal substrate, the cross-section of the single-crystal substrate or the non-crystal substrate is polished, It is preferable that the method further includes a step of exposing a section to be subjected to section observation.
[0014]
The diameter of a beam spot formed by the laser beam on the single crystalline substrate or the non-crystalline substrate is preferably 1 μm or less.
[0017]
In this specification, “cleaving the substrate” means breaking the substrate so that a plane parallel to the easy cleavage plane of the crystal is exposed, and “cutting the substrate” means “cutting the substrate”. Cleavage "and broadly includes exposing the cross section of the substrate by a method other than cleavage.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
A first embodiment of the method for cutting a substrate according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0019]
In this embodiment, a single crystal silicon substrate is used as the substrate 1. On the surface of the substrate 1, an LSI circuit including a semiconductor element whose cross section is to be observed is formed. An area including the semiconductor element 2 and subjected to the cross-sectional analysis is referred to as an analysis area 17. 3A to 3C, a straight line 3 intersecting a plane substantially perpendicular to the surface of the substrate 1 and a straight line 3 intersecting the surface of the substrate 1 among virtual planes crossing the analysis region is indicated by a dashed line. ing. First, as shown in FIG. 3A, an arbitrary position on the straight line 3 in the region except the analysis region 17 is irradiated with the laser beam 10 to form a damaged portion 9 on the substrate 1. In the case of the present embodiment, the damaged portion 9 is formed in the end region 18 of the substrate 1. The range of the end region 18 is, for example, a range of several mm from the end of the substrate 1. A method for determining the irradiation position of the laser beam 10 will be described later.
[0020]
As a light source of the laser beam 10, for example, a dye laser, a solid-state laser, a gas laser, or the like can be used. As the dye laser, dye P-terphenyl (solvent cyclohexane) in a wavelength range of 330 to 362 nm, dye fluorescein (solvent ethanol) in a wavelength range of 530 to 575 nm, dye Bis-MSB (solvent cyclohexane) in a wavelength range of 411 to 430 nm, wavelength Dye R.I. B. It is preferable to use a dye laser such as (solvent ethanol) or the like, and it is more preferable to use a dye laser of dye P-terphenyl (solvent cyclohexane) having a wavelength range of 330 to 362 nm.
[0021]
The damaged portion 9 formed by the irradiation of the laser beam 10 is a concave portion formed by the energy of the laser beam 10 melting the substrate 1 at the irradiated portion, and has a diameter of 1 to 10 μm and a depth of 2 to 30 μm. It is. In order to cut the substrate with a positional accuracy of 10 μm or less, it is preferable to form the damaged portion 9 to have a diameter of 10 μm or less. More preferably, the damaged portion 9 is formed so as to have a diameter of 2 to 3 μm and a depth of 5 to 10 μm.
[0022]
As the irradiation condition of the laser beam 10, for example, an output energy of 5 to 50 microjoules, a pulse width of 1 to 10 nanoseconds, and a spot size of 0.1 to 1 μm can be used. In order to reduce the diameter of the damaged portion 9 to 10 μm or less, the diameter of the spot size is preferably set to 1 μm or less. The irradiation conditions of the laser beam 10 are preferably such that the output energy is 50 microjoules at maximum, the pulse width is 2 to 6 nanoseconds, and the diameter of the beam spot is 0.2 to 0.3 μm at minimum. The shape of the spot is not limited to a circle but may be an ellipse or the like.
[0023]
Note that even when a film such as SiO 2 is formed on the surface of the substrate 1, the damaged portion 9 can be formed by irradiation with the laser beam 10. A film made of SiO2 or the like that is transparent to the visible region having a wavelength of 0.2 to 4.0 μm transmits a laser beam 10 having a wavelength in the visible region, but when a damaged portion 9 is formed on the substrate 1, It is considered that a film such as SiO2 is also partially blown off.
[0024]
As shown in FIG. 3B, in order to form the damaged portion 9 at a plurality of positions on the straight line 3, the above steps may be repeatedly performed while moving the substrate 1. The interval between the damaged portions 9 may be set to, for example, about several μm, and a large number of damaged portions 9 may be formed linearly. The details of the movement of the substrate 1 will be described later. Instead of moving the substrate 1, the irradiation position of the laser beam 10 may be moved, or both the substrate 1 and the laser beam 10 may be moved.
[0025]
In a silicon substrate having a crystal plane having a plane orientation of (100) as a surface, crystal orientations [001], [010], [011], and [0-11] (here, “−1” is referred to as 1 bar) are present. It becomes the cleavage crystal orientation. Since the cleavage crystal orientation is parallel to the easy cleavage plane of the substrate, when cleaving a silicon substrate having the plane orientation (100), the ends of both ends on a straight line 3 parallel to the easy cleavage plane of the substrate. It is sufficient to form several (preferably about 10) damaged portions in the region. When the cutting accuracy is not required to be so high, a damaged portion may be formed by a laser beam in an end region of one end of the substrate. Even if a damaged portion is formed only at one end, a cross section at a desired position or a position very close to the desired position can be exposed.
[0026]
A MOS type semiconductor element uses a silicon substrate having a plane orientation of (100), and the pattern of the semiconductor element is often formed in parallel with a straight line that intersects the easy cleavage plane of the substrate and the surface of the substrate. If a damaged portion is formed according to the method of the present embodiment, an easy-to-cleave surface crossing the analysis region can be easily obtained.
[0027]
As shown in FIG. 3C, after the substrate 1 irradiated with the laser beam is placed on the cutting table 15, the back surface of the substrate 1 is pressed against the wedge-shaped step 16 of the table 15, and any one of the substrates 1 is pressed. The substrate 1 is split from the damaged portion 9 by applying a force 6 to the site. The height of the wedge-shaped step 16 may be about several hundred μm, and a slight force may be applied to any part of the substrate 1 by an operator's hand. When the substrate 1 is cleaved, the cut surface 7 including the observation section 8 is exposed as shown in FIG. If the observation cross section 8 does not appear on the cut surface 7, the cut surface 7 may be polished to expose the observation cross section 8 as shown in FIG. In this case, the amount and time of polishing are smaller than those of the conventional cutting method.
[0028]
Next, the details of the determination of the irradiation position will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a flowchart for explaining the determination of the irradiation position.
[0029]
First, as shown in FIG. 4A, an analysis area 17 including a semiconductor element 2 is searched for using an image 20 of a CCD camera which images the surface of the substrate 1 (analysis area positioning step S1). It is preferable that an image center reference mark 21 is provided at the center of the image 20. The coordinates of the image center reference mark 21 are displayed on the coordinate display unit 22, for example.
[0030]
In FIG. 4A, a coordinate display unit 22 displays coordinates 23 (x₁, Y₁) Is displayed. The coordinates 23 are obtained based on the XY axis 26 of the XY table below the substrate 1. The XY table can move the substrate 1 in the XY directions with a positional accuracy of 10 μm or less.
[0031]
The movement of the XY table is controlled by the XY table control unit. The XY table control unit is provided with a move switch and a stop switch in the X direction and the Y direction. By pressing these switches, the operator moves or moves the XY table in the X direction and the Y direction. Or stop the XY table. Instead of the operator directly pressing the movement switch, the direction and distance of movement to the XY table control unit may be set in advance, and the XY table may be moved in the XY directions according to the setting.
[0032]
Next, as shown in FIG. 4B, the semiconductor element 2 to be subjected to the cross-sectional analysis is adjusted to the position of the image center reference mark 21 by moving the XY table. At this position, the center coordinates of the semiconductor element 2 are determined (analysis target center coordinate determination step S2). The determined center coordinates are displayed on the coordinate display section 22 at coordinates 23 (x₂, Y₂) Is displayed.
[0033]
Next, as shown in FIG.₂While keeping the Y coordinate constant₂The XY table is moved so as to be larger than the above (coordinate movement step S3). An operator confirms that the edge 24 of the substrate appears on the screen as shown in FIG. 5A, and then, as shown in FIG. The irradiation position is determined in the end region 18 (irradiation position determination S4). Thereafter, as shown in FIG. 5C, the irradiation position is irradiated with a laser beam 10 to form a damaged portion 9 on the surface of the substrate 1 (irradiation step S5). When forming a plurality of damaged portions 9, steps S3 to S5 may be repeatedly performed.
[0034]
When it is desired to form the damaged portion 9 in the end region 18 on the opposite side of the substrate 1, as shown in FIGS. 6A and 6B, the coordinate movement step S3, the irradiation position determination step S4, and the irradiation step S5 are performed. Good. First, x from the state shown in FIG.₂The XY table is moved so that the value of Y becomes smaller while keeping the value of Y constant. Next, as shown in FIG. 6A, the operator confirms that the opposite end 24 of the substrate has appeared, and then adjusts the XY table to determine the irradiation position. Thereafter, as shown in FIG. 6B, the irradiation position is irradiated with a laser beam 10 to form a damaged portion 9. As described above, when forming a plurality of damaged portions 9, steps S3 to S5 may be repeatedly performed.
[0035]
In the present embodiment, the coordinate moving step S3 is performed by moving the XY table in the Y direction, but may be performed by moving the XY table in the X direction.
[0036]
By performing the steps from S1 to S5, an arbitrary number of damaged portions 9 can be formed on a virtual straight line crossing the analysis region 17. According to the experiment, it was found that the substrate can be cleaved with an accuracy of about 10 μm or less in all of the ten cleavages performed in the ten cleavages. This cleavage position accuracy is about 10 to 100 times higher than the accuracy of the conventional substrate cutting method.
[0037]
When the substrate to be cut is a single-crystal substrate as in this embodiment, it is preferable to determine the irradiation position of the laser beam 10 so that the straight line 3 is parallel to the easy cleavage surface of the substrate.
[0038]
(Second embodiment)
A second embodiment of the substrate cutting method according to the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment is different from the first embodiment in that the damaged portion 9 is formed continuously on the straight line 27 except for the analysis region 17 as shown in FIG. Like the straight line 3, the straight line 27 is a line that intersects a plane that is substantially perpendicular to the surface of the substrate 1 among a virtual plane that crosses the analysis region 17 and the surface of the substrate 1. The interval between the damaged portions 9 may be, for example, about several μm. FIG. 9 is a flowchart for explaining the second embodiment.
[0039]
First, similarly to the first embodiment, the analysis target area positioning step S11, the analysis target center coordinate determination step S12, the coordinate movement step S13, and the irradiation position determination step S14 are performed, and then the continuous irradiation step S15 is performed. The continuous irradiation is performed by controlling a time interval between irradiation and stoppage of the laser beam 10 and a moving speed of the XY table. When the analysis area 17 including the semiconductor element 2 approaches, the operator stops the irradiation of the laser beam (irradiation stop step S16) and moves only the XY table (coordinate movement step S13).
[0040]
Next, at a position beyond the analysis area 17, the operator again determines the irradiation start position (irradiation start position determination step S14) and performs continuous irradiation (continuous irradiation step S15). When the edge 24 of the substrate approaches, the irradiation is stopped (irradiation stopping step S16).
[0041]
According to the present embodiment, since the damaged portion 9 is continuously formed on the straight line 27 in the region excluding the analysis region 17, the substrate can be cut well even if the straight line 27 is not parallel to the easy cleavage plane. be able to.
[0042]
When a single crystal silicon substrate is used as the substrate 1, the substrate 1 can be formed with almost the same accuracy as when the silicon substrate is cleaved by the method of the first embodiment, without making the straight line 27 parallel to the easy cleavage plane. Can be cut. In a bipolar device, a silicon substrate having a (111) crystal plane as its surface is used, and a pattern of a semiconductor element may not be formed parallel to a straight line intersecting the easy cleavage surface of the substrate and the surface of the substrate. Because of the large number, it is difficult to expose the observation section 8 by cleavage. However, according to the method of the present embodiment, since the substrate can be cut in any plane orientation that is not parallel to the easy-to-cleave plane, it is possible to cut the silicon substrate with the plane orientation (111) with high positional accuracy. Can be.
[0043]
In addition, not only a silicon substrate but also an opaque semiconductor substrate in a visible light region (wavelength: 380 to 780 nm) such as gallium / arsenic or indium / phosphorus can be cut with high positional accuracy.
[0044]
(Third embodiment)
This embodiment of the method for cutting a substrate according to the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment differs from the above-described embodiment in that a damaged portion 9 is formed on the back surface 29 of the substrate as shown in FIG. The distance between the damaged portions 9 may be, for example, several μm, as in the second embodiment. FIG. 12 is a flowchart for explaining the present embodiment.
[0045]
Since the semiconductor element 2 does not appear on the back surface 29 of the substrate, specifying the irradiation start position on the back surface 29 of the substrate is more difficult than specifying the irradiation start position on the front surface. Therefore, as shown in FIG. 11A, after calculating the vector 30 on the surface of the substrate 1 by using the coordinates of the vertex C of the substrate 1 and the coordinates of the midpoint of the semiconductor element 2, FIG. ), The inversion vector 31 is calculated, and the midpoint coordinates of the back surface are calculated. The details will be described below.
[0046]
As shown in FIG. 11A, for example, one vertex C of the substrate 1 is designated as the reference coordinates of the substrate (substrate reference coordinate designation step S21). Next, the midpoint coordinates of the semiconductor element are determined (analysis target center coordinate determination step S22), and then the vector 30 is calculated from the reference coordinates of the substrate and the analysis target center coordinates (vector calculation step S23).
[0047]
Next, as shown in FIGS. 11A and 11B, the substrate 1 is turned over from the front surface to the back surface (inversion step S24), and an inverted vector 31 is calculated using the vector 30 (inverted vector calculation step 25). . The inversion vector 31 shown in FIG. 11B is obtained by inverting the sign without changing the absolute value of the X component of the vector 30. Therefore, the end point of the inverted vector 31 starting from the vertex C indicates the center coordinate of the back surface. However, when the coordinates of the vertex C on the front surface of the substrate 1 and the vertex C on the back surface of the substrate 1 do not match, the vertex on the back surface of the substrate 1 is determined based on the coordinates of the vertex C on the front surface of the substrate 1. It is necessary to correct the coordinates of C. A, B, C, and D in FIGS. 11A and 11B indicate the vertices of the front surface and the back surface of the substrate 1, respectively, and E in FIG. An intersection with the side D is shown, and E in FIG. 11B indicates an intersection between the straight line 28 and the side CD.
[0048]
The irradiation start position on the back surface is determined using the calculated inverted vector 31 (irradiation start position determination step S26). After the irradiation start position is determined, a continuous irradiation step S28 similar to that of the second embodiment is performed, and when the end of the substrate is reached, an irradiation position stop step S29 is performed. Since the semiconductor element 2 is not formed on the back surface 29 of the substrate, in this embodiment, the step of stopping the continuous irradiation in the middle as in the second embodiment may not be performed.
[0049]
By performing the steps S21 to S29, a plurality of damaged portions are formed on a straight line 28 where a plane substantially perpendicular to the surface of the substrate 1 among the virtual planes crossing the analysis target 17 and the back surface of the substrate 1 intersect. 9 can be formed.
[0050]
Note that a non-single-crystal substrate such as ceramic or graphite or an SOI substrate does not have an easy cleavage surface. Therefore, after performing steps S11 to S16 in the second embodiment, by performing steps S21 to S28, the damaged portion 9 may be formed on both the front surface and the back surface of the substrate 1. By forming the damaged portion 9 in a straight line in this manner, the amorphous substrate can be cut along an arbitrary straight line.
[0051]
When cutting a substrate made of a material transparent to a visible region having a wavelength of 0.2 to 4.0 μm such as quartz or sapphire, use an infrared laser or the like in an opaque wavelength region for such a substrate material. Is preferred. Such infrared lasers include CO 2₂Laser (wavelength 10.6 μm, irradiation time several μsec), Nd: YAG laser (wavelength 1.06 μm, irradiation time 30 nsec), and the like.
[0052]
(Substrate cutting device)
A substrate cutting device used in the substrate cutting method according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0053]
This substrate cutting apparatus includes a coordinate display unit 22, an XY table 107, a stage 108, an optical microscope 109, a reflection plate 110, a CCD camera 111, a monitor 112, a laser control unit 113, a laser oscillation unit 114, and an optical system 115. .
[0054]
The XY table control unit 117 is connected to the XY table 107 and controls the movement of the XY table 107. The XY table 107 moves with a positional accuracy of 10 μm or less according to an instruction from the XY table control unit 117. The coordinate display unit 22 is connected to the XY table control unit 117, and the coordinate display unit 22 displays the coordinates of the XY table.
[0055]
A stage 108 is provided on the XY table 107. Since the stage 108 is connected to the vacuum pump 116, the stage 1 can be sucked and fixed.
[0056]
The optical microscope 109 and the CCD camera 111 are installed above the XY table 107 and the stage 108 in order to search for the semiconductor element 2 and the like on the substrate 1. Since the CCD camera 111 is connected to the pattern monitor 112, the image 20 of the CCD camera 111 is displayed on the pattern monitor 112. The XY table 7 can be moved by an instruction from the XY table control unit 117 while monitoring the semiconductor element 2 displayed on the pattern monitor 112.
[0057]
As shown in FIGS. 4 to 6, the optical microscope 109 and the CCD camera 111 adjust the position of the analysis target area, determine the coordinates of the analysis target center, monitor the edge 24 of the substrate, determine the irradiation position, and stop the irradiation. Used for position determination.
[0058]
The laser control unit 113 is connected to the laser oscillation unit 114 and controls irradiation conditions such as output energy, pulse width, and spot size of the laser beam 10 emitted from the laser oscillation unit 114. The laser oscillation unit 114 emits the laser beam 10 according to the irradiation conditions set by the laser control unit 113.
[0059]
An optical system 115 and a reflector 110 are provided in front of the laser oscillator 114. The laser beam 10 emitted from the laser oscillator 114 passes through the optical system 115 and is reflected by the reflector 110. An optical microscope 109 having an objective lens 11 is provided ahead of the direction in which the laser beam 10 after being reflected by the reflection plate 110 travels. The laser beam 10 is converged through the objective lens 11 of the optical microscope 109 and is applied to an irradiation position on the substrate 1.
[0060]
In order to cut the substrate 1 with a positional accuracy of 10 μm or less, the diameter of the beam spot is set to a minimum of 1 μm or less, preferably 0.3 to 0.2 μm, and the positional accuracy of the XY table is set to 10 μm to several μm. There is a need.
[0061]
As shown in FIGS. 3B, 8 and 9, in order to form a plurality of damaged portions 9 in the substrate 1, the irradiation time and the stop time are controlled while moving the XY table 107. May be controlled to irradiate the laser beam 10.
[0062]
Although not shown in FIG. 13, the substrate cutting device may include a cutting table 15 provided with a step 16.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the substrate cutting method of the present invention, a substrate can be cut with high positional accuracy and high reproducibility. When cutting a single-crystal substrate, if the laser beam irradiation position is determined so that the virtual plane is parallel to the easy-to-cleave surface of the single-crystal substrate, the cut surface including the observation section can be easily exposed. Can be done. Further, by setting the diameter of the beam spot of the laser beam formed on the substrate to 1 μm or less, the substrate can be cut with a positional accuracy of 10 μm or less.
[0064]
Further, according to the substrate cutting method of the present invention, the substrate can be cut with high positional accuracy and high reproducibility even in a plane orientation that is not parallel to the easy cleavage plane. The cut surface including the cross section can be exposed. In addition, since the substrate is not suitable for polishing and can expose the cut surface including the observed cross section, the cross section analysis can be performed. Furthermore, if the damaged portion is formed in a region other than the analysis region, the substrate can be cut without damaging the semiconductor element to be subjected to cross-sectional observation.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are views for explaining a conventional substrate cutting method.
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining that it is necessary to perform polishing to obtain an observation cross section.
FIGS. 3A to 3C are views for explaining a method of cutting a substrate according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4C are diagrams for explaining an analysis target area positioning step, an analysis target center coordinate determination step, and a coordinate movement step, respectively.
FIGS. 5A to 5C are diagrams for explaining a step of confirming an end of a substrate while moving coordinates, a step of determining an irradiation position, and an irradiation step, respectively.
FIG. 6 is a diagram illustrating a process of forming a damaged portion on a substrate by using a laser.
FIG. 7 is a flowchart illustrating main steps of a first embodiment of a substrate cutting method according to the present invention.
FIG. 8 is a view for explaining a second embodiment of the substrate cutting method according to the present invention.
FIG. 9 is a flowchart illustrating main steps of a substrate cutting method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a view for explaining a third embodiment of the substrate cutting method according to the present invention.
FIGS. 11A and 11B are diagrams for explaining a process of determining an irradiation start position on the back surface.
FIG. 12 is a flowchart illustrating main steps of a substrate cutting method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a configuration diagram of a substrate cutting device used in the present invention.
[Explanation of symbols]
1 substrate
2 Semiconductor elements
3 straight line
4 Scratch by diamond cutter
5 diamond cutter
6 power
7 Cutting surface
8 Observation cross section
9 Damaged parts
10 Laser beam
11 Objective lens
15 Cutting table
16 steps
17 Analysis area
18 Edge area
20 images
21 Image center fiducial mark
22 Coordinate display section
23 coordinates
24 Edge of Board
25 stages
26 XY axis of XY table
27 straight line
28 straight line
29 Back side of substrate
30 vectors
31 Inversion vector
107 XY table
108 stages
109 Optical microscope
110 Reflector
111 CCD camera
112 monitors
113 Laser control unit
114 Laser oscillator
115 Optical system
116 vacuum pump
117 XY table control unit

Claims

A step of determining an analysis region including a cross-sectional observation target on the single-crystal substrate,
The in said analysis area in a straight line substantially perpendicular plane intersecting the table surface of the single crystalline substrate to the surface of the monocrystalline substrate of a virtual plane transverse to the analysis region A step of continuously irradiating a pulsed laser beam to a plurality of positions on a straight line other than the straight line , thereby continuously forming a plurality of damaged portions on the single-crystalline substrate,
Applying a force to any portion of the single crystalline substrate, thereby dividing the single crystalline substrate from the plurality of damaged portions, exposing a cross section of the single crystalline substrate across the plurality of damaged portions; ,
The method for cutting a substrate, wherein the straight line is not parallel to the easy-to-cleave plane of the single-crystal substrate.

A step of determining an analysis region including a cross-sectional observation target on the surface of the non-single-crystal substrate,
A plane substantially perpendicular to the surface of the non-single-crystal substrate among virtual planes crossing the analysis region is a straight line that intersects the back surface of the non-single-crystal substrate, and faces the analysis region. A step of continuously irradiating a pulsed laser beam to a plurality of positions including the position to be performed, thereby forming a plurality of damaged portions continuously on the back surface of the non-single-crystalline substrate,
Applying a force to any part of the non-single-crystal substrate, thereby dividing the non-single-crystal substrate from the plurality of damaged portions and exposing a cross-section of the non-single-crystal substrate across the plurality of damaged portions And a step of cutting the substrate.

If the cross section of the cross-sectional observation is not appearing on the exposed cross-section of the single-crystal substrate or the non-crystal substrate, the cross-section of the single-crystal substrate or the non-crystal substrate is polished, 3. The method for cutting a substrate according to claim 1, further comprising a step of exposing a cross section to be subjected to cross section observation.

The method for cutting a substrate according to claim 1, wherein a diameter of a beam spot formed by the laser beam on the single-crystal substrate or the non-crystalline substrate is 1 μm or less.