JP2002543439A - 一体型マイクロカラム・走査型プローブ顕微鏡アレイ - Google Patents

一体型マイクロカラム・走査型プローブ顕微鏡アレイ

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イーテック・システムズ・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 ウエハのプロセシング及び表面検査のための装置が、マイクロカラム及び関連する走査型プローブ顕微鏡を有する。マイクロカラムによって、比較的高い分解能でウエハを高速で走査することが可能となると共に、走査型プローブ顕微鏡がウエハの高度に局所的な領域の原子分解能を提供する。マイクロカラム及び走査型プローブ顕微鏡は同一の基板から部分的に作られ得る。加えて、マイクロカラム及び走査型プローブ顕微鏡は、走査型プローブ顕微鏡及び／又はマイクロカラムのアレイの一部であり得る。この装置は、イメージング、リソグラフィー、及び分光分析のために用いられ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） （発明の分野） 本発明は、電子ビーム技術に関するものである。本発明は、特に、表面検査及
び微細加工のためのマイクロカラム及び走査型プローブ顕微鏡を備えた装置に関
するものである。
【０００２】 （関連技術の説明） 電子ビーム技術における最近の傾向は、低電圧走査型電子顕微鏡を中心とする
方向に向かっている。低電圧走査型電子顕微鏡は、表面検査、計測、試験、及び
リソグラフィーにおける用途を有する。
【０００３】 従来型の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は大型の固定して用いられるう装置であ
る。ＳＥＭは、半導体関連の検査及び試験のような多くの用途を有するが、従来
型のＳＥＭは、その寸法、動かせない点、及び関連コストのためにそれらの有用
性には限界がある。例えば、計測されるサンプルは、検査プロセスの間にＳＥＭ
とは異なり動かされなければならないことから、従来型のＳＥＭはサンプルより
非常に大きい真空チャンバを用いる必要がある。更に、三次元的な表面形状イメ
ージングに必要なビーム入射角を得るために、サンプルを従来型のＳＥＭに対し
て一定の角度をなすように配置しなければならない。このため、大きいサンプル
又は壊れやすいサンプルを取り扱うことが困難になる。更に、従来型のＳＥＭで
は、ただ１つの顕微鏡が一回に１つのサンプルを観察することしかできないため
スループットが余り高くない。
【０００４】 ＳＥＭを改良するための努力の結果、小型の電子ビームマイクロカラム（マイ
クロカラム）が得られた。マイクロカラムは、走査型トンネル電子顕微鏡（ＳＴ
Ｍ）のフィードバック原理の下で動作する電界放出源及び微細加工された電子光
学要素を基本構成要素とするものである。マイクロカラムは、その概要がT. H.
P. Changら, "Electron Beam Technology- SEM to Microcolumn," 32 Microelec
tronic Engineering 113-30 (1996) 及びT. H. P. Changら, "Electron-Beam Mi
crocolumns for Lithography and Related Applications," B 14(6) Journal of
Vacuum Science Technology 3774-81 (Nov./Dec, 1996)に記載されており、上
記文献は引用により本明細書の一部とする。
【０００５】 マイクロカラムは高速の走査速度での高い分解能を提供するが、原子分解能を
提供することはできない。分光分析又は微細構造分析の場合のような原子レベル
の情報は、微細加工におけるインライン品質制御又は位置合わせのために必要と
なり得る。加えて、リソグラフィーの場合、マイクロカラムは非常に小さい形状
を書き込む能力の点で限界がある。従って、マイクロカラムの分解能より広い分
解能を有し、原子スケールの形状の書き込みが可能な装置を提供することは有益
である。
【０００６】 （要約） 本発明は、一個の装置においてマイクロカラムと走査型プローブ顕微鏡を組み
合わせることによって生ずるこれらの問題を取り扱うものである。この装置は、
マイクロカラム又は走査型プローブ顕微鏡の何れよりも広い範囲の分解能及び走
査範囲を提供する。加えて、装置のサイズが小さいため、閉鎖空間における使用
にも適したものである。この汎用装置は、イメージング、リソグラフィー、及び
分光分析等に用途を有する。
【０００７】 本発明の或る形態によれば、ウエハの表面検査又は微細加工のための装置が、
マイクロカラムと関連する走査型プローブ顕微鏡とを有する。両方の要素が一個
の支持構造体の上に設けられ得る。走査型プローブ顕微鏡は、例えば走査型トン
ネル顕微鏡又は原子間力顕微鏡であり得、これがウエハ上の形状の原子分解能を
提供し、一方マイクロカラムによってサンプル全体に粗い粗い高速の走査が可能
である。
【０００８】 本発明の別の形態によれば、ウエハの表面検査又は微細加工のための装置が、
マイクロカラムのアレイ（配列）及び少なくとも一つの走査型プローブ顕微鏡を
有する。この少なくとも一つの走査型プローブ顕微鏡はマイクロカラムのアレイ
における少なくとも一つのマイクロカラムと関連付けられており、ウエハ上の形
状の原子レベルの分解能を提供する。
【０００９】 本発明の更に別の形態によれば、ウエハの検査又はパターン形成のための方法
が、複数のマイクロカラム及び少なくとも一つの走査型プローブ顕微鏡を有する
アレイを準備する過程と、マイクロカラムのアレイの各マイクロカラムがウエハ
の各ダイスの上に位置するようにウエハの上にアレイを配置する過程とを有する
。この方法は更に、ウエハのダイスを検査又はパターン形成する過程、又はマイ
クロカラムを用いてダイス上のパターンを選択的に露光する過程を含む。走査型
プローブ顕微鏡は、高い精度でウエハの上にアレイを配置し、且つダイス上に原
子レベルの形状のパターン形成・検査を行う。同時並行に処理を行うことによっ
て、高速で検査又はリソグラフィープロセスを実施することができる。
【００１０】 本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面と共に参照することによりより良く
理解され、且つその様々な目的、特徴及び利点が当業者に明らかなものとなろう
。また、図面においては、類似の構成要素又は同一の構成要素には同一の符号が
付されている。
【００１１】 （詳細な説明） 図１は、半導体ウエハ又はサンプル１２の上に配置された、本発明による装置
１０を示す。装置１０は、共に支持構造体１８の上に設けられた、マイクロカラ
ム１４及び走査型プローブ顕微鏡１６を備えている。支持構造体１８は、マイク
ロカラム１４及び走査型プローブ顕微鏡１６をサンプル１２に対して動かすため
の三次元圧電駆動素子（図示せず）を備え得る。マイクロカラム１４（及び関連
する電子検出器）及び走査型プローブ顕微鏡１６とを組み合わせることによって
、装置１０において広い範囲の分解能が得られ、そのため多くの用途で装置を用
いることができることになる。マイクロカラム１４は高速の走査速度を有し、こ
れによって高速の走査が可能になると共に、関連する従来型の検出器によってサ
ンプル１２に関する情報が得られる。しかし、マイクロカラム１４は、サンプル
の非常に高い分解能を提供することはできない。マイクロカラムは走査プロセス
の間にサンプルから比較的離れた位置に維持されるからである。動作中のマイク
ロカラム１４の先端部とサンプル１２との間の一般的な距離は約１ｍｍである。
一方、走査型プローブ顕微鏡１６は、サンプル１２の表面からナノメーターのオ
ーダーの距離にあるプローブ先端部２０を有し、サンプル１２の非常に高い分解
能を提供する。後に詳細に説明するように、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、又は磁気力顕微鏡（magnetic force microscope）
（ＭＦＭ）等の様々な走査型プローブ顕微鏡１６を用いることができる。走査型
プローブ顕微鏡１６は、そのプローブ先端部２０がサンプル１２の表面を横断し
て機械的に走査し、従来通りサンプル１２の原子レベルの又はそれに近い情報を
提供する。この情報は、微細構造に関するもの（topographic）、分光分析的な
もの（spectroscopic）、又は磁気的なもの（magnetic）であり得る。しかし、
走査型プローブ顕微鏡１６は、サンプル１２の表面を横断する機械的な走査が必
要であり、従って表面に沿って電子ビームを電子的に走査するマイクロカラム１
４より非常に走査速度が遅い。マイクロカラム１４と走査型プローブ顕微鏡１６
とを一体化することにより、汎用装置１０が作り出され、この装置はイメージン
グ、リソグラフィー、及び分光分析等の多くの用途において用いることができる
。
【００１２】 図２は、サンプル１２の上に配置されたマイクロカラム１４と、サンプル１２
の下に配置された関連するチャネルトロン電子検出器２２を示す組立分解図であ
る。サンプル１２は、適切な支持体（図示せず）の上にある。検出器２２は、サ
ンプル１２が電子に対して透過性である時に走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）
のイメージを生成し得る。マイクロカラム１４は、電界エミッタ先端部２４を有
する、小型のコールドフィールド（cold-field）又はショットキーエミッタであ
り得る電子源（図示せず）を備える。先端部２４は、例えば単結晶タングステン
、炭化ハフニウム、又はダイアモンドの先端部のようなコールドフィードエミッ
タ先端部、又はZr/O/Wショットキー型エミッタ先端部であり得る。先端部２４は
、好ましくは、三軸ＳＴＭ型Ｘ−Ｙ−Ｚポジショナのような位置決め手段である
ポジショナ２６の上に取り付けられる。ポジショナ２６は、各軸に沿って約１０
μｍから最大約１ｍｍの範囲で動く。ポジショナ２６は、ナノメータスケールの
位置決め精度を達成する能力を有し、先端部２４を電子光学カラム２８と位置合
わせするために用いられる。カラム２８は、様々な図面に示された要素を有する
。カラム２８は約３．５ｍｍの長さを有する。
【００１３】 例示の目的のため、先端部２４は、エキストラクタ（取出器）３２における５
μｍの直径の孔３０と位置合わせされている。エキストラクタ３２は、直径約１
００μｍの孔３６を有するアノード３４と組み合わせられ、選択された大きさの
二重電極ビーム源３８を形成している。ビーム源３８は得られる原子ビーム４０
を孔部材４４におけるビーム限定孔４２に向ける。孔４２は約数μの大きさで、
例えば２．５μｍの直径を有する。選択された孔のサイズ及び間隔によって、サ
ンプル１２における電子ビーム４６の集束が決定される。
【００１４】 孔４２からの電子ビーム４６はビームリフレクタ４８を通過する。ビームリフ
レクタ４８は、一個構造か、或いは複数の単位八重極スキャナ／スチグマトール
（scanner/stigmator）であり得る。デフレクタ４８はビーム４６を偏向したり
、又はサンプル１６を横断するように走査させる。複数の電極アインツェルレン
ズ５０は、ビーム４８を有効距離１〜２ｍｍでサンプル１２に集束させる。レン
ズ５０は、例えばそれぞれが直径約２００μｍの孔５８を有する３つの電極５２
、５４、及び５６を有し得る。
【００１５】 マイクロカラム１４は、所望に応じて、サンプル１２から上向きに散乱される
電子を検出する電子検出器６０を備える。検出器６０は、二次的な及び後方散乱
した電子を検出するためのマイクロチャネルプレート電子検出器か、又は低エネ
ルギー後方散乱電子を検出するための金属−半導体検出器であり得る。マイクロ
カラム１４は、検査及びイメージングに適した、例えば５０ｅＶ〜５ＫｅＶの範
囲の電子エネルギーを有するビーム４８を生成するように動作する。
【００１６】 図２は、マイクロカラム１４において使用され得る多くの可能な電子光学カラ
ム及び電界放出源の一例を示す。マイクロカラム１４に適した電子光学カラム及
び電界放出源の他の例については以下の文献及び特許、即ちE. Kratschmer等 "E
xperimental Evaluation of a 20 x 20 mm Footprint Microcolumn," B 14(6) J
ournal of Vacuum Science Technology 3792-96 (Nov./Dec.1996); "Electron-B
eam Sources and Charged-Particle Optics/' 2522 SPIE 4-12 (1995); M. G. R
. Thompson等 "Lens and Deflector Design for Microcolumns," 13(6) Journal
of Vacuum Science Technology 2245-49 (Nov./DeC. 1995); H. S. Kim等 "Min
iature Schottky Electron Source," 13(6) Journal of Vacuum Science Techno
logy 2468-72 (Nov./Dec. 1995)；Chang等に付与された米国特許第5,122,663号
；及びChang等に付与された米国特許第5,155,412号等を参照されたい。上記の文
献はこの引用により本明細書の一部とする。
【００１７】 図３は、ビーム源レンズ３８及びアインツェルレンズ５０の構成の一例を示す
。更なる詳細については、K. Y. Lee等 "High Aspect Ratio Aligned Multilaye
r Microstructure Fabrication," 12(6) Journal of Vacuum Science Technolog
y 3425-30 (Nov./Dec. 1994)を参照されたい。この文献も引用により本明細書の
一部とする。ビーム源３８は、１００〜５００μｍの厚みの絶縁層６８及び７０
によって離隔された、複数のシリコンウエハ又はチップ６２、６４、及び６６を
有する。層６８及び７０（図面では尺度が異なっている）は、通常PYREXTMのよ
うなガラスから形成される。ビーム源３８を形成するため、チップ６２、６４、
及び６６及び層６８及び７０は高い精度で位置合わせされ、一般的には電気化学
的陽極結合（anodic bonding）によって相互に結合される。
【００１８】 結合プロセスの前に、電子ビームリソグラフィー及び反応性イオンエッチング
によって、シリコンチップ６２、６４、及び６６に、各シリコン膜７２、７４、
及び７６を形成する。膜７２、７４、及び７６は、約１〜２μｍの厚みを有する
。次に、例えば孔７８、８０、及び８２のような必要なビーム孔をそれぞれ膜７
２、７４、及び７６に形成する。膜７２、７４、及び７６及び孔３０、３６、及
び４２は、ビーム源レンズ３８の要素３２、３４、及び４４を形成する。
【００１９】 アインツェルレンズ５０の電極５２、５４、及び５６は、同様に形成された孔
５８を有する中央シリコン膜７８、８０、及び８２を備える。アインツェルレン
ズ５０は更に、それぞれ孔８８及び９０を備えるPYREXTMからなる絶縁層８４及
び８６を備える。孔８８及び９０は、孔５８よりも大きい。膜７８、８０、及び
８２及び層８４及び８６は位置合わせされ、一般的には互いに結合されてアイン
ツェルレンズ５０を形成する。
【００２０】 孔１０の走査型プローブ顕微鏡１６の概念図が図４に示されている。走査型プ
ローブ顕微鏡１６は、制御器９４を含む従来型のフィードバックシステム９２を
用いて、プローブ９６、機械的走査システム９８、及びディスプレイシステム１
００をモニタリングし制御する。機械的走査システム９８は、機械的走査の間に
、走査型プローブ顕微鏡１６のプローブ９８をサンプル１２の上で動かし、ディ
スプレイシステム１００はサンプルの表面に関する情報を表示する。プローブ９
６の一端から下向きに延びるプローブ先端部２０の動きは、通常は圧電制御回路
１０１によって制御される。走査型プローブ顕微鏡の詳細については、"Scannin
g Probe Microscope Utilizing an Optical Element in a Waveguide for Divid
ing the Center Part of the Laser Beam Perpendicular to the Waveguide"な
る名称の米国特許第5,213,286号において見出すことができる。この特許明細書
は引用により本明細書の一部とする。上述のように、走査型プローブ顕微鏡１６
は原子分解能を提供し、個々の原子を視覚的に観察することを可能にする。走査
型プローブ顕微鏡１６の分解能は、ナノメータ以下のレベル、例えば０．１ｍｍ
からマイクロメータレベルに到るまでの範囲である。例えばＳＴＭ、ＡＦＭ、又
はＭＦＭのような任意の走査型プローブ顕微鏡を、マイクロカラム１４と組み合
わせて用いて、サンプル１６をイメージ化することができる。ＳＴＭ及びＡＦＭ
は、リソグラフィーの用途にも用いることができ、ＳＴＭは分光分析においても
用いることができる。
【００２１】 ＳＴＭはサンプルの形状をイメージ化するために量子トンネル効果を利用する
。ＳＴＭの場合、プローブ先端部２０は導電性で、且つプローブ先端部２０がサ
ンプル１２の表面をラスター走査することから、制御電圧が圧電結晶材料１０２
に印加され、従ってプローブ先端部２０とサンプル１２との間を流れるトンネル
電流の大きさは一定になる。トンネル電流はプローブ９６とサンプル１２との間
の距離によって左右されることから、圧電結晶材料１０２はサンプル１２の表面
に従ってプローブ先端部２０を変位させる。プローブ先端部２０の変位に対応す
るイメージデータが、トンネル電流を一定に保つために圧電材料本体部に印加さ
れる制御電極から決定される。両者の間に電位差がある時にのみプローブ先端部
２０とサンプル表面との間のギャップを越えてトンネル電流が流れることから、
ＳＴＭはサンプルの表面が導電性である用途に限定される。
【００２２】 ＳＴＭはサンプル上にパターンを書き込むことができる。詳述すると、リソグ
ラフィーの１つの方法では、トンネル電流がＳＴＭのプローブ先端部２０とサン
プル１２との間を選択的に流されると共にガスがサンプル１２に供給される。ト
ンネル電流が流れるサンプル１２の部分のみがガスから原子又は分子を吸収する
。従って、原子又は分子の所望の量及びパターンがサンプル１２上に堆積し得る
ことになり、電子ビームの分解能がパターンにおける最小の形状サイズを決定す
る。分解能を制御するプローブ先端部２０の直径は、１ｎｍ程度であり得る。関
連する他の技術は、トンネル効果で流れる電子によるレジスト材料の低電圧露光
である。ＳＴＭを用いてサンプル１２からの材料の除去も行うことができる。薄
膜をプローブ先端部２０の直径によって決定されるようなビームの分解能でエッ
チングすることができる。ＳＴＭを用いるリソグラフィーの例は、"Lithography
Apparatus Using Scanning Tunneling Microscopy"なる名称の米国特許第5,227
,626号に記載されており、この特許は引用により本明細書の一部とする。
【００２３】 加えて、ＳＴＭは分光分析（spectroscopy）のためにも用いることができる。
ＳＴＭが選択可能な電圧で電流を供給することから、ＳＴＭはサンプルの非常に
局所的な領域のバンド構造、表面状態、結合エネルギー、及び原子組成に関する
情報を提供することができる。
【００２４】 ＡＦＭは、サンプル表面の三次元イメージを提供し、また導電性の表面を有す
るサンプルに限定されない。したがって、ＡＦＭを用いるイメージング及びリソ
グラフィーは絶縁体に適用することができる。ＡＦＭでは、柔軟な片持ち梁状の
突出部であるカンチレバー１０４の上に取りつけられたプローブ９６をサンプル
１２に接触させ、サンプル１２の表面を横断して走査されるときのカンチレバー
１０４の偏位を測定する。プローブ先端部２０がサンプル１２の上を通過すると
き、サンプル１２からの原子間力がプローブ先端部２０に加わり、力の大きさに
対応する距離だけプローブ先端部２０が曲がる。カンチレバー１０４は、その変
位を一定に維持するためにフィードバック制御される、圧電結晶材料１０２を有
する。カンチレバー１０４に印加される電圧がサンプル１２の表面形状に従って
変化し、サンプル１２の表面のイメージは印可される電圧の情報に基づいて生成
される。
【００２５】 ＡＦＭのカンチレバー１０４は、そのカンチレバー１０４が小さいばね定数と
高い共振周波数を有することを可能にするシリコン微細加工技術によって作製さ
れ得る。プローブ先端部２０は、カンチレバー１０４の遊端に取りつけられる。
一般的なＡＦＭプローブ先端部は、例えばPark Scientific Instruments社製の
ような標準的なＳｉ３Ｎ４ピラミッド型先端部であり、８０ｎｍの先端部直径を
有するものである。リソグラフィーの用途の場合、例えば３０ｎｍのＴｉがプロ
ーブ先端部２０の上に被着される。ＡＦＭは、サンプルのＨパッシベイテッドＳ
ｉ（H-passivated Si）表面をプローブ先端部２０によって生成される電界に曝
すことによって一定の領域を酸化することによりサンプル上にパターンを書き込
むことができる。このプロセスの詳細については、E. S. Snowら, "Fabrication
of Si Nanostructures with an Atomic Force Microscope," 64(15) Appl. Phy
s. Lett. 1932-34 (April 11, 1994)に記載されており、この文献は引用により
本明細書の一部とする。
【００２６】 またＭＦＭは、ＡＦＭと類似の構成を有する。ＭＦＭのプローブ９６は、磁性
材料で形成される。従って、ＭＦＭはプローブ先端部２０とサンプルの表面上の
磁性粒子との間に作用する磁力を利用することによってサンプル表面のイメージ
を生成する。
【００２７】 マイクロカラム１４及び走査型プローブ顕微鏡１６は、好ましくは、装置１０
の一個のユニットとして結晶性シリコンから微細加工により形成される。図５は
、マイクロカラム１４のアレイ（配列）と走査型プローブ顕微鏡１６のプローブ
部分とが一個の共通の接地された電極５９の上に形成されている装置１０５を示
す別の実施形態の図である。図６は、装置１０５の一部の拡大部分断面図であり
、電極５９が、どのようにして、走査型プローブ顕微鏡１６のプローブ部分のた
めの基板材料としての、及びマイクロカラム１４及び走査型プローブ顕微鏡１６
のアインツェルレンズ５０の電極５６としての両方の役目を果たすかということ
を示している。走査型プローブ顕微鏡１６の形成は、従来の技術を用いて電極５
９上において行われ、マイクロカラム１４の電極５６のためのパターン形成され
た孔が加えられる。マイクロカラム１４は、アインツェルレンズ５０の電極５６
は設けずに上述の方法を用いて同時並行で形成される。次にこの二つのサブアセ
ンブリを位置合わせし、例えば陽極結合技術またはレーザー結合技術を用いて相
互に結合する。この一体型装置の精度は、結合システムの位置合わせ精度のみに
よって限定される。マイクロカラムの最終的な電極及び走査型プローブ顕微鏡の
両方が接地電位で動作することから、これらの間を分離することは不要である。
マイクロカラム１４及び走査型プローブ顕微鏡１６の残りの部分は、従来通りに
形成される。
【００２８】 別の形態では、マイクロカラム１４及び走査型プローブ顕微鏡１６が、別々に
製造され、次に図１の支持構造体１８において組み立てられる。しかし、これに
は、マイクロカラム１４と走査型プローブ顕微鏡１６との間の適切な位置合わせ
が必要である。装置１６は、微細加工された場合の１００μｍ×１００μｍの大
きさから１ｃｍ×１ｃｍの大きさを有し得る。小さいサイズは、装置１０が限ら
れた空間、例えば超真空状態のチャンバに於いて非常に高い機械的安定性をもっ
て動作できるという点で有益である。
【００２９】 装置１０は、マイクロカラム１４か走査型プローブ顕微鏡１６の何れか単体を
用いる場合より広い範囲の分解能を提供し、かつより多数の用途のために使用す
ることができる。装置１０のマイクロカラム１０はサンプル１２の比較的大きい
表面領域の二次元イメージングを高速で提供し、走査型プローブ顕微鏡１６は、
微細構造、分光分析、または磁気情報等のより詳細な局所的な情報を提供する。
加えて、マイクロカラム１４はサンプル１２のより大きい領域にパターン形成す
るために用いることができ、走査型プローブ顕微鏡１６は、サンプル１２上に原
子スケールの形状パターン形成をする。装置１０においてマイクロカラム１４と
走査型プローブ顕微鏡１６とを組み合わせることによって、インライン品質制御
、より高いスループットのリソグラフィーも可能となる。
【００３０】 ここで図７を参照されたい、本発明の別の実施形態の装置が、サンプル１２の
上に配置されているところが示されている。図７において、装置１１０は、一個
のマイクロカラム１４に関連する走査型プローブ顕微鏡１６のアレイ１１２を有
する。マイクロカラム１４及び走査型プローブ顕微鏡１６のプローブのアレイ１
１２は、サンプル１２の上で同時に動作し得る。或る実施例では、アレイ１１２
の中央部に位置する走査型プローブ顕微鏡１６がＳＴＭ１１４であり、アレイ１
１２の周辺部に沿った位置にある走査型プローブ顕微鏡１６がＡＦＭ１１６であ
る。周辺部のＡＦＭ１１６は、サンプル１２上の位置合わせ標的１１８に対する
装置１１０の位置のナノメーター以下の測定値を非破壊的に提供し得る。この測
定値を用いてサンプル１２の上に装置１１０を配置し、このとき中央部のＳＴＭ
１１４を用いてサンプル１２上に原子スケールでデバイスの書き込みを行うこと
ができるとともに、マイクロカラム１４が相互接続部及びパッドの書き込みを行
う。
【００３１】 図８は、本発明の更に別の実施例の平面図である。装置２１０は、マイクロカ
ラム１４のアレイ２１２を備えており、各マイクロカラム１４はそれに関連する
少なくとも一個の走査型プローブ顕微鏡１６を有する。図７に示すように、走査
型プローブ顕微鏡のアレイが各マイクロカラム１４に対して設けられてもよい。
図８において、サンプル１２は複数のダイス２１４を有するウエハである。装置
２１０は、各マイクロカラム１４及びそれに関連する走査型プローブ顕微鏡１６
または走査型プローブ顕微鏡のアレイがウエハ１２の各ダイス２１４の上にくる
ようにウエハ１２の上に配置される。マイクロカラム１４のアレイ２１２は備え
た装置２１０によって高スループットのリソグラフィーが可能となる。複数のパ
ターンがウエハ１２ダイス２１４の上に同時に形成されるからである。
【００３２】 上述の実施例のいずれに於いても、本発明は、以下の二つの方式の少なくとも
一方の方式で用いることができる。第１の方式は、マイクロカラムを第１のツー
ルとして用い、走査型プローブ顕微鏡を第２のツールとして用いる方式であり、
第２の方式は、走査型プローブ顕微鏡を第１のツールとして用い、マイクロカラ
ムを第２のツールとして用いる方式である。例えば、図８の装置２１０の或る応
用例では、マイクロカラム１４をサンプルまたは基板上に形状のパターン形成を
するための第１のツールとして用いる。周辺部の走査型プローブ顕微鏡１６はマ
イクロカラム１４をウエハ１２の各ダイス２１４に位置合わせするための位置合
わせ用の第２のツールであり、これによって各マイクロカラム１４がウエハ１２
の上の領域に精度の高いパターン形成を行うことができる。この場合、周辺部の
走査型プローブ顕微鏡１６は、ＳＴＭかＡＦＭの何れかであり、ウエハ１２の周
辺部に沿って位置する標的１１８の位置合わせのための走査を行う。周辺部の走
査型プローブ顕微鏡１６は、位置情報を提供し、次にこの情報を用いてウエハ１
２のダイス２１４に対するマイクロカラム１４の位置を調節する。上述のように
、中央部の走査型プローブ顕微鏡１６は、ウエハ１２の上の領域のパターン形成
のためにも用いることができるということに注意されたい。
【００３３】 走査型プローブ顕微鏡が第１のツールとして用いられるような第２の方式の用
途の例としては、基板の表面に関する高度に局所的な情報が必要となるイメージ
ングの用途がある。マイクロカラム１４はサンプルを高速で走査して、目的の領
域を見つけだす。一旦目的の領域が見出されると、走査型プローブ顕微鏡１６が
そこに焦点を合わせ、目的の領域に関するより詳細な情報を提供する。
【００３４】 要約すると、本発明の実施形態によって、フィールドサイズが数桁にわたるナ
ロメーター以下の分解能のイメージング、ｍｅＶ〜ｋｅＶの広い範囲のエネルギ
ーでのリソグラフィー、及び高い分解能をもって材料を局所的に解析することが
可能となる。リソグラフィーでは、プローブ顕微鏡１６の走査のためのＳＴＭ、
またはＡＦＭの選択が、特定の用途に応じて決まる。加えて、装置１０は、幅広
いサンプル材料、例えば金属、半導体、及び絶縁体等について用いることができ
る。
【００３５】 本発明を、いくつかの実施例に基づいて説明してきたが、この説明は本発明の
例示を目的としたものであり、本発明を限定するものと解釈してはならない。当
業者は、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更を
加えた実施が可能であろう。例えば、装置１０がＳＴＭ、ＡＦＭ、またはＭＦＭ
以外の走査型プローブ顕微鏡を備えていてもよい。他の走査型プローブ顕微鏡と
しては、走査型音響顕微鏡（scanning acoustic microscope）、走査型容量顕微
鏡（scanning capacitance microscope）、走査型熱顕微鏡（scanning thermal
microscope）、走査型光学顕微鏡（scanning optical microscope）、及び走査
型イオン伝導顕微鏡（scanning ion-conductive microscope）等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例による、サンプル上に配置された走査型プローブ顕微鏡及び
マイクロカラムを備えた装置の斜視図。
【図２】 図１のマイクロカラムの組立分解斜視図。
【図３】 図１及び図２のマイクロカラムのためのマイクロカラムビーム源及びマイクロ
レンズの組立分解斜視図。
【図４】 図１の走査型プローブ顕微鏡の概念的ブロック図。
【図５】 走査型プローブ顕微鏡及びマイクロカラムのアレイを示す、本発明の別の実施
例による装置の斜視図。
【図６】 図５の線６−６で切断した拡大部分断面図。
【図７】 マイクロカラム及び関連する走査型プローブ顕微鏡のアレイを示す、本発明の
更に別の実施例による装置の斜視図。
【図８】 マイクロカラム及び関連する走査型プローブ顕微鏡のアレイを示す、本発明の
更に別の実施例による装置の概略平面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 13/16 Ｇ０１Ｎ 13/16 Ａ 23/225 23/225 Ｇ１２Ｂ 21/22 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１Ｈ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 キム、ホー−ソップ 大韓民国インチョン・プピィエング−グ・ ドングホー 1307・フュンダイアパートメ ント 116 (72)発明者 チャング、ティー・エイチ・フィリップ アメリカ合衆国カリフォルニア州94404・ ミルピタス・ニミッツレーン 1105 Ｆターム(参考） 2F063 AA43 BA30 BB06 BC06 DA01 DA04 DA05 DB01 DB05 DD03 DD07 DD08 EA16 EB15 EB23 FA07 GA57 HA04 ZA01 2F069 AA60 BB15 DD15 DD20 GG01 GG04 GG06 GG07 GG59 GG65 GG66 HH05 HH09 HH30 JJ07 JJ14 LL03 2G001 AA03 BA07 BA15 DA01 GA06 SA01

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 支持構造体と、 前記支持構造体に取り付けられた第１の電子ビームマイクロカラムと、 前記第１のマイクロカラムに関連する、前記支持構造体に取り付けられた第１
    の走査型プローブ顕微鏡の少なくともプローブとを有する装置。
  2. 【請求項２】 前記第１のマイクロカラムが、 電子ビームを放出するための電界エミッタ先端部を有するポジショナと、 前記電子ビームを集束させるための対物レンズと、 前記電子ビームを前記ウエハを横断して走査させるためのデフレクタとを有す
    ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記マイクロカラムに関連する検出器を更に有することを
    特徴とする請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記第１の走査型プローブ顕微鏡が、走査型トンネル顕微
    鏡であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記第１の走査型プローブ顕微鏡が、原子間力顕微鏡であ
    ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 第２のマイクロカラムと、 前記第２のマイクロカラムに関連する、前記支持構造体の上に取り付けられた
    第２の走査型プローブ顕微鏡の少なくともプローブとを更に有することを特徴と
    する請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記第１及び第２の走査型プローブ顕微鏡が、走査型トン
    ネル顕微鏡であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記第１の走査型プローブ顕微鏡が、走査型トンネル顕微
    鏡であり、前記第２の走査型プローブ顕微鏡が、原子間力顕微鏡であることを特
    徴とする請求項６に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記支持構造体が、前記第１のマイクロカラムの一部及び
    前記第１の走査型プローブ顕微鏡のプローブが画定された結晶基板を含むことを
    特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１のマイクロカラムに関連する走査型プローブ顕
    微鏡のアレイを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記アレイの中央部にある前記走査型プローブ顕微鏡の
    少なくとも１つが、走査型トンネル顕微鏡であることを特徴とする請求項１０に
    記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記アレイの周辺部に沿った位置にある前記走査型プロ
    ーブ顕微鏡の少なくとも１つが、原子間力顕微鏡であることを特徴とする請求項
    １０に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記支持構造体が、前記第１のマイクロカラムの一部及
    び前記第１の走査型プローブ顕微鏡のプローブが画定された結晶基板を含むこと
    を特徴とする請求項１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 電子ビームマイクロカラムのアレイと、 前記マイクロカラムのアレイにおける少なくとも１つのマイクロカラムと関連
    する少なくとも１つの走査型プローブ顕微鏡とを有することを特徴とする装置。
  15. 【請求項１５】 前記マイクロカラムのアレイの各マイクロカラムが、 電子ビームを放出するための電界エミッタ先端部を有するポジショナと、 電子ビームを集束させるための対物レンズと、 ウエハを横断して前記電子ビームを走査するためのデフレクタとを有すること
    を特徴とする請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記少なくとも１つの走査型プローブ顕微鏡が、走査型
    トンネル顕微鏡であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記少なくとも１つの走査型プローブ顕微鏡が、原子間
    力顕微鏡であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記マイクロカラムのアレイの各マイクロカラムが、関
    連する走査型プローブ顕微鏡を有することを特徴とする請求項１４に記載の装置
    。
  19. 【請求項１９】 複数の走査型プローブ顕微鏡が走査型トンネル顕微鏡で
    あり、複数の走査型プローブ顕微鏡が原子間力顕微鏡であることを特徴とする請
    求項１８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記マイクロカラムのアレイが中央部及び周辺部を有し
    、前記走査型トンネル顕微鏡が前記アレイの中央部に位置し、前記原子間力顕微
    鏡が前記アレイの前記アレイの周辺部に位置することを特徴とする請求項１９に
    記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記マイクロカラムのアレイの一部及び前記少なくとも
    １つの走査型プローブ顕微鏡のプローブが、結晶基板に画定されていることを特
    徴とする請求項１４に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 複数のダイス領域を有するウエハを検査し、パターン形
    成するための方法であって、 中央部と周辺部とを有する電子ビームマイクロカラムのアレイ及び前記マイク
    ロカラムのアレイのマイクロカラムに関連する少なくとも１つの走査型プローブ
    顕微鏡を有する、表面検査及び微細加工のための装置を準備する過程と、 前記マイクロカラムのアレイの各マイクロカラムが前記ウエハの各ダイス領域
    の上に位置するように、前記装置を前記ウエハの上に配置する過程と、 前記マイクロカラムのアレイを用いて前記ウエハの前記ダイス領域をパターン
    形成する過程とを有することを特徴とする複数のダイス領域を有するウエハを検
    査し、パターン形成するための方法。
  23. 【請求項２３】 前記少なくとも１つの走査型プローブ顕微鏡が、前記ア
    レイの前記周辺部に沿って位置し、かつ前記装置を前記ウエハの上に位置させる
    べく、前記少なくとも１つの走査型プローブ顕微鏡から信号を引き出す過程を更
    に有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記少なくとも１つの走査型プローブ顕微鏡が、原子間
    力顕微鏡であることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記少なくとも１つの走査型プローブ顕微鏡が、前記ア
    レイの中央部に位置し、かつ前記少なくとも１つの走査型プローブ顕微鏡を用い
    て前記ウエハのダイス領域をパターン形成する過程を更に有することを特徴とす
    る請求項２２に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記少なくとも１つの走査型プローブ顕微鏡が、走査型
    トンネル顕微鏡であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記装置の各マイクロカラムが関連する走査型プローブ
    顕微鏡を有し、前記アレイの周辺部に沿って位置する複数の走査型プローブ顕微
    鏡が原子間力顕微鏡であり、前記アレイの中央部に位置する複数の走査型プロー
    ブ顕微鏡が走査型トンネル顕微鏡であることを特徴とし、 前記装置を前記ウエハの上に位置させるべく、前記少なくとも原子間力顕微鏡
    から信号を引き出す過程と、 前記走査型トンネル顕微鏡を用いて前記ウエハのダイス領域をパターン形成す
    る過程とを更に有することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 サンプルを処理する方法であって、 サンプルに電子ビームを作用させる過程と、 プローブを用いて前記サンプルを顕微鏡的に厳密に検査する過程と、 前記プローブから信号を引き出す過程とを有し、 前記ビームと前記プローブが一つの装置に一体化されていることを特徴とする
    サンプルを処理する方法。
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