JP4229837B2 - 静電気的マニピュレーティング装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

（発明の背景）
本発明は、請求項１の前置きに開示した静電気的マニピュレーティング装置に関する。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）分析に関して、マイクロサンプルは、走査型電子顕微鏡と集束イオンビーム（ＦＩＢ）とを組み合わせて、半導体ウェハから除去される。これは、サンプルを集束イオンビームにて切断すべく、且つ、興味ある領域の位置を同定するためのＳＥＭとして認識される。その後、このサンプルは、真空チャンバーの外部へ取り出され、光学顕微鏡下のＴＥＭサンプルホルダー上に配置される。このサンプルのサイズは、通常、約１５から２０μｍ×０．１から１μｍである。これは、比較的時間のかかる操作であって、サンプルが損傷されたり欠失したりする可能性がある。

信頼性及び再現性を向上させるべく、必要とされるすべての制御を同一の真空下にて実行し、従って、大気（特に、酸素、水蒸気及びこれに類似するもの）に曝露される種々の起こりうる作用を阻止する自動サンプリング装置が望まれる。

米国特許出願Ａ−５，２７０，５５２号明細書で述べられているのは、マイクロサンプルが、ビーム誘導性堆積膜によりこのサンプルが取り付けられるファインプローブによりウェハから除去されてもよい、ことである。この方法は、堆積膜が半導体製造環境中の望ましくなく起こりうる不純物を招来するという欠点を有している。さらに、ファインプローブは、非常に脆く、ウェハ又はサンプル表面への衝突により損傷を受ける可能性がある。

欧州特許出願０９２７８８０Ａ１号明細書は、サンプルを調製するための方法及び装置について述べられており、図１３に示すように、プローブは、静電気的吸収技術（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いてマイクロ試験片に強固に結合されている。この面において観察されるのは、この方法は、質的化学変化を伴うことがなく、ウェハ又はサンプルに不純物が導入されることがないという長所を有している。しかしながら、一旦プローブに取りつけられると、サンプルの位置及び配向が規定できないという事実に起因した有意な欠点を有している。従って、ＴＥＭ観察や分析に適した方法にて、サンプルを支持体に取り付ける試みにおいて、重大な困難性に直面している。

本願発明者が認識したのは、安定的に完全に制御された様式にてサンプルを取り扱うことにより利点が得られる可能性があり、安定した工程を可能とすることである。また、発明者が認識したのは、加えて、この工程を自動化可能であり、従って、先行技術における種々の方法に対して実質的な利点を供することが可能であることである。

（本発明の概略）
従って、他の事物の中で、本発明の目的は、サンプルを安定的な位置に保持しつつ、外来物を導入することなく、連続的な真空下にて、半導体ウェハの除去の間及びその後でも、サンプルを取り扱うための装置を供することである。従って、本発明の面の一つによると、本発明は、請求項１の特徴部分に一致することで特徴付けられる。さらに、本発明の利点は、従属請求項に開示されている。

（図面の簡単な説明）
本発明におけるこれら及びさらなる面並びに利点は、好適実施例の既述、特に、添付した図面に対する参照文の既述において以下により詳細に述べられる。

（一般的な考慮）
本発明に従った装置を考慮すると、サンプル上に静電気力をかけることのできる、少なくとも２つの電気的導電性要素のフォークを備えており、本願発明者が認識したのは、サンプルを一定の位置に保持しつつ、静電気力を使用することは、外来物質による起こりうる不純物の混入を阻止する、ということである。また発明者が認識したのは、取り扱われる対象物のネットの電荷は、電気的導電性要素の表面に絶縁層を設けることによりゼロに保つことである。また、本願発明者が認識したのは、サンプルは、適用電圧を除去し、もし所望ならば逆の極性を適用することによりこの装置から接続されていなくてもよいということである。あるいは、前記サンプルは、前記フォークの極性とは反対の極性をとしても良い。なお、前記フォークは、シリコン（Ｓｉ）を備えた材料から構成されていても良い。また、前記フォークは、ＳｉＯ _２ またはガラスにより構成されても良い。

（好適実施例に関する詳細な記載）
本発明は、添付した図面に対する参照文を与えると同時に、いくつかの好適実施例に関する以下の詳細な記述により明らかにされるであろう。図面において、図１及び２は、マイクロサンプルに関する好適実施例について参照しており、図３乃至６は、かかるマイクロサンプルを取り使うための装置を参照し、これらは、例えば欧州特許出願第０９２７８８０Ａ１号明細書に述べられているような公知の様式にてウェハから除去されてもよい。

図１は、マニピュレータにより取り扱うための、追加の機械的支持体２をＦＩＢ切断することにより製造されたマイクロサンプル１を示している。このマイクロサンプルの実際の寸法は、約２０μｍ×５μｍ×０．１から１μｍである。ウェハ表面に平行なマイクロサンプルの脆弱さ及び小さな寸法を有する結果として、このマイクロサンプル上により大きくより強固な部品を有することに利点がある。この部品の上部（ウェハー）表面の寸法は約１０μｍ×５μｍである。より大きな寸法でも可能であるが、マイクロサンプルの調製により長い時間を要求し、出力効率性を低下させてしまう。

図２は、種々の機械的部品を有することなく、そのピットになお配置されているマイクロサンプル１を伴ったウェハ３の詳細を示している。上端部４における２つの位置を除いては、ＦＩＢにより自由に切断される。このマイクロサンプルの寸法は、図１のものと同様である。傾斜壁５の大きなホールは、マイクロサンプルの側面及び底部を研磨可能とするのに必要とされる。マイクロサンプルの表面６は、ウェハの表面に垂直であり、一般的に、分析のための興味ある断面に存在している。

サンプルの調製におけるこの方法の利点は、（ＦＩＢ研磨）の調製に必要な時間と、分析されるウェハの最も小さな容量及び除去される領域とである。しかしながら、マニピュレータに関して、損傷したり不純物を混入させたりすることなくそのピットからマイクロサンプルを取り出すことは、さらに困難である。図３は、連続的な真空下にて、半導体ウェハの除去の間及びその後にサンプルを保持するための静電気的マニピュレーティング装置に関する図であり；このサンプルに対して静電気力をかけることのできる、少なくとも２つの電気的導電性要素のフォークを備えている。図１に示されたサンプルは、主表面８と、主要表面の下部に存在する接触表面９と、メサ表面１１に導く電気的導電性要素１０とを備えた装置７によりその位置から持ち上げられる。このメサ表面は、基板の主表面とウェハ表面との間にクリアランスを生み出す。接触領域を介した電極は、サンプルに静電気力を生み出し、サンプルが持ち上げられ、且つウェハから除去されることを可能としている。もし所望あるいは必要ならば、このサンプルは、意図する位置へと配置され；その後、電圧を除去することにより放出される。場合によっては、例えば、（部分的に）分極された絶縁材料に由来の静電気力（ｅｌｅｃｔｒｅｔ ｅｆｆｅｃｔ）などの個々に示されたサンプルと装置との間に残存する応力は、この装置からサンプルを分離することにいまだ対抗していてもよい。この場合、望ましい分離は、振幅を徐々にゼロボルトへと減少させながら代替的な電圧により達成されてもよい。また、別の態様として、前記静電気力は、前記電気的導電性要素（フォーク）に適用された複数の電圧により、かけられても良い。

図４は、図３に示した装置の変形バージョンを示しており、接触表面９は、基板の背面に配置されている。ボンディングワイヤー１２は、絶縁されたバイアス１３により、電圧を接触表面へと供給してもよい。

図５は、図３の別の変形バージョンを示しており、ボンディングワイヤー１２及び接触表面９は、主表面の両方に存在し、且つ、側表面１４において電気的導電性要素１０に接触している。

図６は、図２にて述べたタイプのサンプルをピックアップ（ｐｉｃｋ ｕｐ）しマニピュレートすることができる装置７を示している。電気的導電性要素１０は、突出表面１５上に突出されている。この寸法は、図２の傾斜壁５の大きいホールのものよりも小さい。従って、ウェハ表面に垂直なマイクロサンプルの表面６に機械的に接触することが可能となる。

すべての実施例において、メサ表面１１の電気的導電性要素１０の表面、側表面１４及び突出表面１５のすべては、約５μｍの長さと、３μｍの幅を有している。

すべての実施例において、電気的導電性要素の表面は、少なくともメサ表面上、側表面及び突出表面位置において、好ましく高い誘電定数を有する、例えば、Ｔａ_２Ｏ_５などの絶縁材料にてコートされているが、例えば、フォトレジスト、パリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）、マイラー（Ｍｙｌａｒ）、ＳｉＯ，ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２などのその他の絶縁材料であっても可能である。

上述の実施例において、一つのフィンガーの絶縁層が、適用電圧にて正に荷電される一方で、他方は、負に荷電される。従って、一定に残存する引力が存在し、絶縁層は、電流を阻止するであろう。上述したように、絶縁材料の荷電を再分布させるべく、サンプルは、電圧を除去することにより、且つ必要ならば、振幅が減少する代わりの電圧を適用することにより放出される。

本願発明者は、上述の装置により、半導体ウェハのサンプルを取り扱うための方法をさらに供した。この方法は、
ａ）静電気的手段により、前記サンプルを前記フォークに引き付け、
ｂ）ＦＩＢビームにより、前記ウェハから前記サンプルを切断し、
ｃ）前記フォークにより、前記ウェハから前記サンプルを除去し、
ｄ）前記サンプルを適切な支持媒体へと接触させ、
ｅ）前記フォークから前記静電気力を除去し、且つ、
ｆ）前記支持体に対して前記フォークの相対的な移動により、前記フォークを前記サンプルから分離する、
ステップを備えている。

簡便な取り扱いに関して、フォークを、例えば、ピエゾ−アクチュエーターなど、少なくとも１つの自由度を有するマイクロマニピュレーターへと接続することが望ましい。

マニピュレータが取り付け可能な１つの側面におけるより大きな領域を有する、マイクロサンプルに関する好適実施例を示している。 ウェハにおいて、その半径の側面及び周囲のいずれかの上にホールを研磨しサンプルをウェハに保持する、マイクロサンプルに関する第２の好適実施例を示している。 いまだそのピットに存在している通常の膜などのマイクロサンプルを接触し、保持し、放出するための装置を示している。 図３に示した装置の変形バージョンを示している。 図３に示した装置の他の変形バージョンを示している。 図３に示した装置のさらに別の変形バージョンを示しており、電気的導電性要素は、主表面から突き出した表面上に延長されている。

Claims (14)

1. 連続真空下、半導体ウェハ（３）から除去する間及びその後に、マイクロサンプル（１）を取り扱う静電気的マニピュレーティング装置であって、
   前記サンプルに静電気力をかけることができる少なくとも２つの電気的導電性要素（１０）のフォーク（７）を備え、
   前記少なくとも２つの電気的導電性要素は、第１の部分と、第２の部分とを有し、
   前記第２の部分は、前記半導体ウェハと接触するメサ表面にまで導かれ、
   前記メサ表面により、前記半導体ウェハと前記第２の部分の間に、クリアランスが生じることを特徴とする装置。
2. 複数の前記電気的導電性要素は、絶縁材料の薄コーティーングにより覆われていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記フォークは、マイクロマニピュレーターに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記マイクロマニピュレーターは、ピエゾ−アクチュエーターであることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記ピエゾ−アクチュエーターは、複数の自由度を有することを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記ピエゾ−アクチュエーターは、１つの自由度を有していることを特徴とする請求項４に記載の装置。
7. 前記フォークは、シリコン（Ｓｉ）を備えた材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記フォークは、ＳｉＯ_２から構成されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記フォークは、ガラスにより構成されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 前記電気的導電性要素のすべては、フォトレジスト、パリレン、マイラー、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３及びＴｉＯ_２から選択された材料を電気的に絶縁した薄層にてコートされていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記電気的導電性要素のすべては、Ｔａ_２Ｏ_５の薄層にてコートされていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記サンプルは、前記フォークの極性とは反対の極性を必要とすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. 前記静電気力は、前記電気的導電性要素に適用された複数の電圧によりかけられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 請求項１に記載の装置による、半導体ウェハ（３）のサンプルの取扱方法であって、
    ａ）静電気的手段により、前記サンプルを前記フォーク（７）に引き付け、
    ｂ）ＦＩＢビームにより、前記ウェハから前記サンプルを切断し、
    ｃ）前記フォークにより、前記ウェハから前記サンプルを除去し、
    ｄ）前記サンプルを適切な支持媒体へと接触させ、
    ｅ）前記フォークから前記静電気力を除去し、且つ、
    ｆ）前記支持体に対して前記フォークの相対的な移動により、前記フォークを前記サンプルから分離する、
    ステップを備えている方法。

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