(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップから切り出され、観察対象となる観察分析箇所を含む凸部と、該凸部に隣接し上記凸部より厚さが小さい凹部とを有する透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法において、
非金属材料からなる固着材でダイヤモンド粒子を固着保持すると共に上記凹部の幅よりも大きい厚さを有するダイヤモンドブレードを用い、上記ダイヤモンドブレードを保持具で保持し、上記ダイヤモンドブレードの外周部を上記保持具から上記半導体チップの厚さの２倍以内で突き出し、上記半導体チップの厚さよりも小さい第１の切込量で切り込むと共に上記ダイヤモンドブレードの一回の送り動作で上記半導体チップ上の上記観察分析箇所に隣接する部分に上記凹部を形成する研削工程と、
上記研削工程後に、上記ダイヤモンドブレードを用い、上記半導体チップの厚さに相当する第２の切込量で切り込んで上記研削工程での上記送り動作と平行な方向に上記半導体チップを切断し、上記観察分析箇所を含む凸部と上記凹部とからなる領域を切り出す工程とを
有することを特徴とする透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体チップから切り出され、観察対象となる観察分析箇所を含む凸部と、該凸部に隣接し上記凸部より厚さが小さい凹部とを有する透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、シリコン、ガリウムヒ素等の半導体ウェハから切り出されたＬＳＩチップ等の半導体チップの観察分析箇所に薄片部を設け、薄片部に電子線を透過させて透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することが行なわれている。
【０００３】
図６は透過電子顕微鏡用観察試料を示す斜視図である。図に示すように、幅２５０〜３００μｍの凹部２０に隣接して５０μｍの段差１７を有する凸部１９が設けられ、凸部１９の観察分析箇所に厚さ０．１μｍ以下の薄片部８が設けられている。
【０００４】
従来、図６に示すような透過電子顕微鏡用観察試料を作製するためには、半導体ウェハ上に形成された半導体チップを切り出すためのダイシングマシンを使用している。
【０００５】
このダイシングマシンを使用して図６に示すような透過電子顕微鏡用観察試料を作製するには、まず図７に示すように、切削加工により半導体チップ１に凹部２０を設ける。つぎに、透過電子顕微鏡用観察試料の長さを２〜３ｍｍ、幅を０．３ｍｍとするカッティングライン５に沿って半導体チップ１を切断する。つぎに、半導体チップ１から切り出したものをダイシングマシンから取り外し、凸部１９の観察分析箇所をフォーカスイオンビーム（ＦＩＢ）装置により薄片化し、薄片部８を設ける。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このダイシングマシンにおいては、半導体ウェハとほぼ同径のステージ上に半導体ウェハを固定し、ダイヤモンドブレードあるいはステージを縦横２方向に走行させ、半導体ウェハ上の各半導体チップの分割ライン（スクライブライン）に沿って半導体ウェハを完全切断（スルーカット）する。ダイヤモンドブレードとして、図８に示すようにニッケル、銅等のメタルからなる固着材３にダイヤモンド粒子２を無電解メッキ等で固着させたダイヤモンドブレード４を使用している。このダイヤモンドブレード４はメタルで補強されているため、強度が強く、熱放散も高く、かつ約１万回転／分の高速でダイヤモンドブレード４を回転させ、ダイヤモンド粒子２が高保持力で固着材３に固着され、耐摩耗性が良好であるため、一般には切断速度を１０ｍｍ／ｓより速くして半導体チップ切断のスループットを向上させている。
【０００７】
しかし、ダイシングマシンによって透過電子顕微鏡用観察試料を作製したときには、凹部２０の幅（２５０〜３００μｍ）はダイヤモンドブレード４の厚さ（３０〜５０μｍ）より大きいから、半導体チップ１に凹部２０を設けるときには、ダイヤモンドブレード４を溝幅方向と直交方向に繰り返し往復動作させて加工する必要があるので、凹部２０の加工時間が長くなる。また、欠け（チッピング）を低減するために、一回の切込量を小さくして加工したときには、凹部２０の加工時間がさらに長くなると共に、ダイヤモンドブレード４が同一研削溝を繰り返し通過するから、繰り返しダイヤモンドブレード４の側面が凸部１９と接触するので、図９に示すように、かえって凸部１９の端部の欠け６が大きくなる。また、ダイヤモンドブレード４の厚さが薄いから、図１０に示すように、ダイヤモンドブレード４を凹溝の幅方向に移動する際、ダイヤモンドブレード４にたわみａが生ずるので、ダイヤモンドブレード４の側面が凸部１９の端部と接触する場合があり、この場合にも凸部１９の端部の欠け６が大きくなる。また、ダイヤモンドブレード４のダイヤモンド粒子２は高保持力で固着材３に固着されているから、加工時のダイヤモンド粒子２の加工変位が拘束されるので、ダイヤモンド粒子２の１粒子当りの加工量が大きくなるため、欠け６も片側２５μｍ以上と大きくなる。したがって、凸部１９の幅を少なくとも１００μｍ以上にする必要があるから、フォーカスイオンビーム装置により０．１μｍ以下に薄片化して薄片部８を設けるのに多くの時間（約１日）を要する。このように、凹部２０の加工時間が長くなると共に、薄片部８の加工時間が長くなるから、透過電子顕微鏡用観察試料の作製時間が長くなる。
【０００８】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、凹部の加工時間が短く、また凸部の端部の欠けが小さい透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、この発明においては、半導体チップから切り出され、観察対象となる観察分析箇所を含む凸部と、該凸部に隣接し上記凸部より厚さが小さい凹部とを有する透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法において、非金属材料からなる固着材でダイヤモンド粒子を固着保持すると共に上記凹部の幅よりも大きい厚さを有するダイヤモンドブレードを用い、上記ダイヤモンドブレードを保持具で保持し、上記ダイヤモンドブレードの外周部を上記保持具から上記半導体チップの厚さの２倍以内で突き出し、上記半導体チップの厚さよりも小さい第１の切込量で切り込むと共に上記ダイヤモンドブレードの一回の送り動作で上記半導体チップ上の上記観察分析箇所に隣接する部分に上記凹部を形成する研削工程と、上記研削工程後に、上記ダイヤモンドブレードを用い、上記半導体チップの厚さに相当する第２の切込量で切り込んで上記研削工程での上記送り動作と平行な方向に上記半導体チップを切断し、上記観察分析箇所を含む凸部と上記凹部とからなる領域を切り出す工程とを行なう。
【００１０】
【作用】
この透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法においては、ダイヤモンド粒子はメタルより弾性係数の小さい非金属材料からなる固着材で保持されているから、ダイヤモンド粒子の保持力が小さく、ダイヤモンド粒子の１粒子当りの加工量も小さく、また凹部の幅よりも大きい厚さを有するダイヤモンドブレードを用い、凹部をダイヤモンドブレードの一回の送り動作で加工しているから、ダイヤモンドブレードを繰り返し往復動作させて加工する必要がなく、繰り返しダイヤモンドブレードが凸部の端部と接触せず、さらにダイヤモンドブレードを保持具で保持し、ダイヤモンドブレードの外周部を保持具から半導体チップの厚さの２倍以内で突き出して加工しているから、ダイヤモンドブレードが変形しないので、ダイヤモンドブレードのたわみにより側面が凸部の端部と接触することがない。
【００１１】
【実施例】
図１はこの発明に係る透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法に使用するダイヤモンドブレードの一部を示す概略断面図である。図に示すように、ダイヤモンドブレード９のダイヤモンド粒子２は熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等からなる低弾性係数の固着材２１で保持されており、ダイヤモンドブレード９の厚さｔは図６に示した透過電子顕微鏡用観察試料の凹部２０の幅より若干大きい。
【００１２】
図２は図１に示したダイヤモンドブレードを有する透過電子顕微鏡用観察試料を作製するための装置を示す概略正面図、図３は図２に示した装置を示す概略側面図である。図に示すように、基台３９上に１０〜２０°以下の範囲で角度を微調整するための手動の回転装置２９が設けられ、回転装置２９上に加工面と平行なＹ軸方向位置を調整するための手動のＹ軸位置決め台２８が設けられ、Ｙ軸位置決め台２８上に加工面と直角なＺ軸方向位置を調整するための手動のＺ軸位置決め台２７が設けられ、Ｚ軸位置決め台２７上に貯水槽３０が設けられ、貯水槽３０に防護カバー４０が取り付けられ、貯水槽３０内に冷却水３７が入れられ、貯水槽３０内に正確に９０度回転することができる試料固定部２６が設けられ、試料固定部２６に半導体チップ１３が固定されている。また、基台３９上に加工面と平行でかつＹ軸と直角なＸ軸方向に一定速度Ｖで移動するＸ軸移動台２５が設けられ、Ｘ軸移動台２５上にブレード取付部２４が設けられ、ブレード取付部２４にブレード駆動部２３が取り付けられ、ブレード駆動部２３に保持具３８を介してダイヤモンドブレード９が取り付けられている。また、試料固定部２６の上方に光学顕微鏡３１が設けられ、光学顕微鏡３１の像を撮映するＴＶカメラ３２が設けられ、ＴＶカメラ３２が撮映した画像を表示するＴＶモニタ３３が設けられている。また、Ｘ軸移動台２５の駆動装置を制御する制御装置（図示せず）が設けられている。
【００１３】
つぎに、図２、図３に示した装置を使用して図６に示した透過電子顕微鏡用観察試料を作製する方法、すなわちこの発明に係る透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法を説明する。まず、図４（ａ）に示すように、半導体チップ１３にレーザマーカ等で観察分析位置用マーク１５、凹部研削位置用マーク３５ａ、３５ｂおよび切断位置用マーク３６ａ〜３６ｆを設ける。この場合、凹部研削位置用マーク３５ａ、３５ｂ、切断位置用マーク３６ａ〜３６ｆはダイヤモンドブレード９の厚さｔを考慮して設ける。つぎに、半導体チップ１３を試料固定部２６に試料固定用ワッスク、粘着テープ等により取り付ける。つぎに、ダイヤモンドブレード９の半径よりも半導体チップ１３の厚さの２倍以内の量だけ小さい半径を有する保持具３８によりダイヤモンドブレード９をブレード駆動部２３に取り付ける。つぎに、光学顕微鏡３１のカーソルラインをダイヤモンドブレード９の片方のエッジに合致するように校正する。つぎに、ＴＶモニタ３３を見ながらＹ軸位置決め台２８、回転装置２９を操作することにより、光学顕微鏡３１のカーソルラインを凹部研削位置用マーク３５ａ、３５ｂに合わせる。つぎに、Ｚ軸位置決め台２７を操作することにより、試料固定部２６を上昇し、ダイヤモンドブレード９に段差１７の高さに相当する第１の切込量δ１を与える。つぎに、冷却水３７を半導体チップ１３の表面まで冠水させると共に、防護カバー４０を被せる。つぎに、ブレード駆動部２３によりダイヤモンドブレード９を所定の回転数Ｒで回転すると共に、Ｘ軸移動台２５によりダイヤモンドブレード９を速度ＶでＸ方向に移動して、半導体チップ１３を切削加工することにより、図４（ｂ）に示すように、凹部２０が形成される。つぎに、ダイヤモンドブレード９の回転を停止し、Ｚ軸位置決め台２７を操作することにより、試料固定部２６を下降したのち、Ｘ軸移動台２５によりダイヤモンドブレード９を元の位置（図２に示す位置）に戻す。つぎに、ＴＶモニタ３３を見ながらＹ軸位置決め台２８、回転装置２９を操作することにより、光学顕微鏡３１のカーソルラインを切断位置用マーク３６ａ、３６ｂに合わせる。つぎに、Ｚ軸位置決め台２７を操作することにより、試料固定部２６を上昇し、ダイヤモンドブレード９に半導体チップ１３の厚さに相当する第２の切込量δ２を与える。つぎに、冷却水３７を半導体チップ１３の表面まで冠水させると共に、防護カバー４０を被せる。つぎに、ブレード駆動部２３によりダイヤモンドブレード９を所定の回転数Ｒで回転すると共に、Ｘ軸移動台２５によりダイヤモンドブレード９を速度ＶでＸ方向に移動して、半導体チップ１３を切断（スルーカット）する。つぎに、ＴＶモニタ３３を見ながらＹ軸位置決め台２８、回転装置２９を操作することにより、光学顕微鏡３１のカーソルラインを切断位置用マーク３６ｃ、３６ｄに合わせたのち、同様にして半導体チップ１３を切断し、図４（ｂ）に示す状態とする。つぎに、試料固定部２６を９０°回転する。つぎに、ＴＶモニタ３３を見ながらＹ軸位置決め台２８、回転装置２９を操作することにより、光学顕微鏡３１のカーソルラインを切断位置用マーク３６ｅに合わせたのち、半導体チップ１３を切断し、さらに光学顕微鏡３１のカーソルラインを切断位置用マーク３６ｆに合わせたのち、半導体チップ１３を切断して、図４（ｃ）に示す状態とする。つぎに、試料固定部２６を半導体チップ１３ごと貯水槽３０から取り外し、試料固定部２６から観察試料部分４１を取り外す。つぎに、観察試料部分４１の凸部１９の観察分析箇所を図示しないフォーカスイオンビーム装置により薄片化し、薄片部８を形成する。
【００１４】
図１に示したダイヤモンドブレード９においては、ダイヤモンド粒子２がエポキシ樹脂等からなる低弾性係数の固着材２１で保持されているから、ダイヤモンド粒子２は低保持力で固着材２１に保持されているので、ダイヤモンド粒子２の１粒子当りの加工量が小さく、図５に示すように、凸部１９の端部の欠け６が小さい。また、厚さｔが凹部２０の幅よりも大きいダイヤモンドブレード９を用い、凹部２０をダイヤモンドブレード９の一回の送り動作で加工しているから、ダイヤモンドブレード９を繰り返し往復動作させて加工する必要がないので、凹部２０の加工時間が短くなり、また繰り返しダイヤモンドブレード９が凸部１９と接触しないので、凸部１９の端部の欠け６が小さく（１０μｍ以下）なる。また、ダイヤモンドブレード９は幅が大きく、またダイヤモンドブレード９の外周部を保持具３８から半導体チップ１３の厚さの２倍以内で突き出して加工しているから、ダイヤモンドブレード９がたわみにくく、ダイヤモンドブレード９の側面が凸部１９の端部と接触することがないので、凸部１９の端部の欠け６が小さくなる。このように、凸部１９の幅を小さく加工することができるから、フォーカスイオンビーム装置により薄片化して薄片部８を設けるのに多くの時間を要しない。また、凹部２０の加工時間が短くなると共に、薄片部８の加工時間が短くなるから、透過電子顕微鏡用観察試料の作製時間が短くなる。また、従来のように、ダイシングマシンを使用したときには、ダイシングマシンは分割ラインの自動検出装置、半導体ウェハの自動位置決め装置等を有していて高価であるので、透過電子顕微鏡用観察試料の作製コストが高い。これに比べ、図２、図３に示した装置を使用して透過電子顕微鏡用観察試料を作製したときには、装置は安価であるから、透過電子顕微鏡用観察試料を低コストで作製できる。また、ダイシングマシンはダイヤモンドブレード４の移動距離が６インチ、８インチ等の半導体ウェハのサイズに対応しているため大型となるのに対して、図２、図３に示した装置は加工すべき半導体チップ１３のサイズ（３０ｍｍ以下）に対応して小型である。また、ダイシングマシンによる半導体ウェハの半導体チップ分割作業の空き時間に割り込ませて透過電子顕微鏡用観察試料の作製作業を行なわざるを得ず、急を要する透過電子顕微鏡用観察試料の作製には対応が困難である。これに対して、図２、図３に示した専用装置を使用すれば、急を要する透過電子顕微鏡用観察試料の作製にも対応することができる。
【００１５】
なお、上述実施例においては、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂からなる低弾性係数の固着材２１でダイヤモンド粒子２を保持したが、他の非金属材料からなる固着材でダイヤモンド粒子２を保持してもよい。また、上述実施例においては、手動の回転装置２９、Ｙ軸位置決め台２８、Ｚ軸位置決め台２７を用いたが、駆動装置を有する回転装置、Ｙ軸位置決め台、Ｚ軸位置決め台を用いてもよい。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法においては、ダイヤモンドブレードを繰り返し往復動作させて加工する必要がないから、凹部の加工時間が短く、またダイヤモンド粒子の１粒子当りの加工量が小さく、また繰り返しダイヤモンドブレードが凸部と接触せず、さらにダイヤモンドブレードのたわみにより側面が凸部の端部と接触することがないから、凸部の端部の欠けを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法に使用するダイヤモンドブレードの一部を示す概略断面図である。
【図２】図１に示したダイヤモンドブレードを有する透過電子顕微鏡用観察試料を作製するための装置を示す概略正面図である。
【図３】図２に示した装置を示す概略側面図である。
【図４】この発明に係る透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法の手順の説明図である。
【図５】この発明に係る透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法の説明図である。
【図６】完成した透過電子顕微鏡用観察試料を示す斜視図である。
【図７】従来の透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法の説明図である。
【図８】ダイシングマシンのダイヤモンドブレードの一部を示す概略断面図である。
【図９】従来の透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法の説明図である。
【図１０】従来の透過電子顕微鏡用観察試料の作製方法の説明図である。
【符号の説明】
２…ダイヤモンド粒子
９…ダイヤモンドブレード
１３…半導体チップ
２０…凹部
２１…固着材
３８…保持具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003585885.tif 000008
【図８】
0003585885.tif 000009
【図９】
0003585885.tif 000010
【図１０】
0003585885.tif 000011