JP2008532778A - 物体を修正する機器および方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】物体を修正する機器および方法
【解決手段】方法および機器は、表面上の特定の場所に反応物質を位置決めすることと、次いで、表面を修正して材料を除去するかまたは材料を加えるように、エネルギ源を装置から反応物質へ方向付けることと、を含む。
【選択図】 図１Ａ〜１Ｄ

Description

本発明は、一般的に、比較的高い程度の容積および位置精度で物質を変えることに関する。より具体的には、本発明は、半導体産業に使用される基板および用品から物質を除去すること及び加えることに関し、例えば、半導体ウエハーおよびフォトマスクの修正であり、これらは、フォトリソグラフィープロセス、半導体の形成、およびマイクロおよびナノ構造物に使用される。本発明は、ナノメートルおよびより大きな範囲の寸法で、ナノメートル位置精度（Ｘ、ＹおよびＺ）で表面および表面特徴部に対して、基板を変えることができる。
半導体産業および他の産業用のウエハー、半導体ダイ、フォトマスク、およびフラットパネルディスプレイ／マイクロディスプレイ装置を修正し製作する際に、並びに、半導体の処理に使用されるマスクの欠陥を訂正する際に、直径または表面積と比較して比較的深い小さな穴および他の形状を形成する必要があることがある。また、他の装置特徴部に対して高い位置精度で小さな穴および形状を形成する必要があることもある。穴に関して、高いアスペクト比の穴を形成することは困難である。深さの幅に対する比率は、アスペクト比と称されることに注意されたい。
高いアスペクト比の構造物に関連した問題を克服する試みは、比較的成功していない。一般に、これらの解決法は、イオンビーム、電子ビームまたはレーザビーム等の粒子ビームを使用して、試料から材料に穴を開けることである。例えば、Ｂｉｒｄｓｌｅｙらに付与された米国特許第６，４０３，３８８号には、この目的のためにイオンビームを使用する方法が開示されている。このようなビーム装置はまた、気体をビーム内に導入することによって試料表面に材料を堆積するために使用される。しかしながら、これらの解決法には、はっきりした不利点がある。
Ｍｉｒｋｉｎらに付与された米国特許第６，８２７，９７９号、米国特許第６，６３５，３１１号、および米国特許出願第１０／４４９，６８５号、米国特許出願第１０／４４２，１８８号、米国特許出願第１０／４６５，７９４号、米国特許出願第１０／３０１，８４３号、米国特許出願第１０／２６１，６６３号は、小さな寸法の物体に材料を加えるために走査プローブ顕微鏡を使用する方法を教示している。これらの教示は、添加プロセス用の機構として化学技術を示している。これらの教示は、電磁気、粒子ビームまたは気体材料の使用による添加材料の活性化を含んでいない。本明細書に出願人らによって記載された活性化手段の使用および機器は、結果として、出願人の発明において実質的により多様化になる。
Ｓｃｈｗａｒｔｚに付与された米国特許第６，７３７，６４６号および第６，６７４，０７４号には、先端をコーティングし且つこのコーティングを原子間力顕微鏡で物体に加えることによって、物体に材料を加えることが開示されている。この発明は、気体を含むためのチャンバをさらに教示している。しかしながら、この発明は、エネルギ装置で活性化されたコーティングまたは材料がどの点にもないというはっきりした不利点がある。エネルギ装置を含むことによって、物体に材料を加える時間は、有意に減少される。
イオンビームを使用して材料除去を試みるときに、イオンは、それ自体を試料または装置に埋め込んでもよく、深さを変動する。結果として、埋め込まれたイオンの存在によって装置特性が変えられることがあるため、装置は使用不可能になる。気体をイオンビーム内に導入することもまた、イオンビームチャンバにおける封じ込めおよび適切な気体の選択にさらなる挑戦を課す。
電子ビームで、試料が電荷を展開し始める場合は、ビームの位置を制御することが困難になる。この現象は、電子ビームが非導電性の基板表面または導電性がよくない基板表面を打つときに、発生する。結果として、この方法の精度は、エンドユーザには深刻な懸念になる。このようなビームを使用することにより、制御できない損傷を生じる可能性があり、これは、ターゲット装置を使用不可能にする。気体を電子ビームに導入することもまた、電子ビームチャンバにおける封じ込めおよび適切な気体の選択にさらなる課題を課す。
レーザ光を用いると、穴のサイズは、達成可能な焦点スポットのサイズによって限定されることもある。公称焦点スポットよりも小さな材料修正が達成される場合には、除去の深さ、およびしたがってアスペクト比は、限定される。次いで、レーザ光は、当てられた光線波長の限定のため、限定された用途で部分的な解決になるだけである。
さらに、半導体処理および評価において、基板特徴部への物理的なアクセスがまた必要とされることもある。小さな直径の穴または丸くない穴用の小さな区域が、穴に隣接する装置の特徴部に対する破壊または損傷を防止することが望ましい。先行技術の解決法は、どれも、比較程度の精度および精密さでこの課題を達成することができない。
したがって、高い位置精度および容積制御で半導体等の試料を修正することができる技術が必要である。半導体またはターゲット装置を修正して、エンドユーザの必要に応じて材料を加えることができる必要性もある。隣接する区域にあまり影響を与えることなく様々なレベルの材料を除去することができる必要性もある。高いアスペクト比の特徴部を高い位置精度と組み合わせることは、隣接区域への影響を限定する。
米国特許第６，４０３，３８８号明細書 米国特許第６，８２７，９７９号明細書 米国特許第６，６３５，３１１号明細書 米国特許出願第１０／４４９，６８５号 米国特許出願第１０／４４２，１８８号 米国特許出願第１０／４６５，７９４号 米国特許出願第１０／３０１，８４３号 米国特許出願第１０／２６１，６６３号 米国特許第６，７３７，６４６号明細書 米国特許第６，６７４，０７４号明細書
前述の必要性は、大部分が本発明によって満たされ、１つの態様において、いくつの実施形態で、半導体素子等の物体を、材料が除去されるかまたは加えられるように修正することを可能にする機器が設けられる。本発明は、修正されるべき装置に反応物質を置き且つこの反応物質が所望のように表面を修正するようにエネルギの形態をこの反応物質に受けさせることによって、この課題を達成する。反応物質は、装置の構成に基づいて所望の課題用に独自に選択される。本発明の様々な実施形態に記載された源からのエネルギは、光エネルギ、音響エネルギまたは熱の形態のエネルギであってもよい。あるいは、エネルギは、電子、イオンまたは他の原子核粒子等の粒子ビームエネルギであってもよい。反応物質は、反応物質のまわりの区域内に気体を導入することによって活性化されてもよい。
選ばれた反応物質は、材料を試料から除去する必要があるか否か、または、材料を試料に加えるべきか否か、に依存する。反応物質の正確な配置は、典型的に、走査プローブ顕微鏡で達成される。走査プローブ顕微鏡は、プローブに非常に微細な先端を備えているプローブアセンブリを使用する顕微鏡の部類である。プローブアセンブリは、非常に正確な位置決め機構を使用して、Ｘ、ＹおよびＺ方向にガイドされる。これらの顕微鏡は典型的に、プローブと試料の表面との間にいくつかの特定の相互作用を使用する。例えば、走査トンネル顕微鏡は、プローブ先端と試料との間に小バイアス電圧を置く。この顕微鏡は、次いで、先端へまたは先端から試料へ流れる電流を検出する。別のタイプの走査プローブ顕微鏡は、走査力顕微鏡である。この顕微鏡は、プローブアセンブリに非常に鋭い先端を利用する。先端は、カンチレバーに装着される。先端に作用する引きつけるか反発するかの原子間力によって生じるカンチレバーの撓みは、モニタされる。他のタイプの走査プローブ顕微鏡は、容量性または磁性の検出機構を使用する。本明細書に記載された本発明は、典型的に、走査力顕微鏡を示しているが、他のタイプの走査プローブ顕微鏡が、記載された実施形態の多くにおいて等しく機能することができる。
本発明の一実施形態にしたがって、物体を修正する方法は、試料または物体に反応物質を位置決めすることと、反応物質に向けてエネルギを方向付けることと、を含み、エネルギは、試料または物体を修正するように反応物質を活性化するように構成されている。反応物質は、試料の組成に基づいて選ばれるか選択される。試料は、材料を除去するかまたは材料を加えるかのいずれかによって、修正することができる。
本発明の別の実施形態にしたがって、物体を修正する機器は、物体に位置決めされる反応物質と、物体を修正するために反応物質に出力を方向付けるように構成されたエネルギ装置と、を含む。この実施形態は、物体に反応物質を位置決めするように構成されているアセンブリをさらに含むことができる。
本発明のさらに別の実施形態にしたがって、試料を修正するプロセスによって生成された製品は、試料に反応物質を位置決めすることと、反応物質に向けてエネルギ源を方向付けることと、を含み、エネルギは、反応物質とともに、試料を修正するように構成されている。試料は、材料を除去するかまたは材料を加えるかのいずれかによって、修正することができる。
本発明のさらに別の実施形態にしたがって、反応物質は、流体状態にあるときには、カンチレバーおよび先端アセンブリに形成されたチャネルを通って流体反応物質を方向付けるかまたは強制することによって、試料の表面へ送出されてもよい。Ｋｌｅｙに付与された米国特許第６，３３７，４７９号および第６，３５３，２１９号は、参照として本明細書に組み込まれ、走査力顕微鏡のカンチレバーおよび先端のチャネルを使用する流体送出システムが記載されている。
このようにして、詳細な説明がより良好に理解されるために、且つ、業界への寄与がより良好に認識されるために、幾分大まかに概略された本発明の一定の実施形態がある。当然ながら、下記に記載され且つ添付の特許請求の範囲の主題を形成する本発明のさらなる実施形態がある。
この点で、本発明の少なくとも一実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、下記の説明に述べられたかまたは図面に例示された構造の詳細および構成要素の配列に用途を限定しないことを理解されたい。本発明は、前述のものに加えた実施形態が可能であり、様々な方法で実行され成し遂げることができる。また、本明細書および要約書に使用される言葉遣いおよび専門用語は、説明のためのものであり、限定とみなされるべきではないことを理解すべきである。
故に、本開示が基礎としている概念は、本発明の数個の目的を成し遂げるために、他の構造物、方法およびシステムを設計するための基礎として容易に利用されてもよいことを、当業者は認識する。したがって、特許請求の範囲は、このような等価物の構造が、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、それらを含むとみなされることが重要である。
これから本発明を図面を参照して説明するが、類似の参照符号は、図面全体を通し類似の部品を参照する。本発明にしたがった実施形態は、化学物質等の少量の液体かまたは固体材料の粒子を利用し、これは、物体の表面を修正するための反応物質と称される。この液滴または粒子は、典型的に、プローブによって小さな点で試料に置かれる。
本発明の機器および方法の実施形態は、図１Ａに例示され、これは、ターゲット装置の表面より上でプローブ先端に一定量の削除反応物質を備えた走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリを示す。この図では、走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリ１０は、プローブレバー１２およびプローブ先端１４を含む。走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリ１０を使用して、好ましい実施形態では、精密に且つ正確に反応物質１６をターゲット装置表面１８に置く。これを行うために、この例では削除反応物質または除去反応物質である反応物質１６は、プローブ先端１４に置かれるかまたは位置する。ひとたびプローブ先端１４に置かれると、プローブ先端１４は、接着した反応物質１６とともに、装置表面１８より上の所望の場所に、次いで装置表面１８に、動かされる。
プローブ先端１０は、プローブ顕微鏡に使用されるタイプであり得る。このようなプローブを試料上に且つ試料に正確に位置決めすることは、プローブ顕微鏡装置を使用することによって達成することができる。このようにして、反応物質１６は、試料のターゲット装置表面１８に、高い精度で例えばナノメートルの範囲で、表面および表面特徴部に対して、置かれる。反応物質１６は、好ましい実施形態では、１平方ナノメートルから６０平方ナノメートルまでかそれ以上のサイズ範囲であり得る。
図１Ｂは、ターゲット装置に近接したプローブ先端１４に、一定量の削除反応物質１６を備えた走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリ１０を示し、反応物質は、ターゲット装置表面１８の表面を湿潤している。本発明の好ましい実施形態において、反応物質１６は一般に、液体形態である。反応物質１６をターゲット装置表面１８または基板に運搬する間に反応物質１６を走査力顕微鏡のプローブ先端１０に粘着させるために、表面力（すなわち、表面張力および粘着力）が当てにされている。反応物質１６が表面１８に十分に近くにもたらされるときには、反応物質１６は、毛細管作用を経由して表面１８へ移る。この場合、先端材料および反応物質１６は、先端材料が反応物質１６に対して少なくとも部分的に親水性である材料および反応物質の群から選択される。加えて、この場合、基板材料は、反応物質１６を先端１４から基板へ移送するのを容易にするために、親水性であってもよい。この実施形態における先端材料および反応物質１６の選択は、先端１４が反応物質１６との化学反応に抵抗するようにする。後の実施形態では、先端材料および反応物質は、先端１４と反応物質１６との間に穏やかな反応または可能であれば強い反応が発生するように、選択される。
図８および９に示されている本発明の代替の実施形態において、プローブ先端１４は、反応物質または反応物質の成分を含んでもよい。これは、使用前に先端６０をコーティングすることによって達成される。この場合、先端は、恐らく、この過程で消耗品になる。反応物質を先端６０から移送することは、コーティングされた先端を表面に接触させることによって達成され（図８Ｂ参照）、これは、反応物質６２（コーティングの部分）を位置決めする（図８Ｃ参照）。移送はまた、コーティングされた先端を反応物質の別の成分内にまたは溶剤内に浸漬してコーティングの部分を溶解することによって、達成される。このプロセスは、コーティングされた先端の反応物質７４を基板表面へ移送するのを容易にする。再度、これらの実施形態において、電磁（ＥＭ）エネルギは、基板へ移送された材料に方向付けられ、移送された材料をこれの最終的な所望の形態に変える。この実施形態では、コーティングを加える代わりに、先端自体を反応物質材料から製作することが可能である。図８および９は、本明細書でさらに詳細に説明されていることに注意されたい。
本発明の代替の実施形態において、反応物質１６を先端へ且つ先端から移送することはまた、プローブ先端１４および／または基板に電荷を形成することによって容易にされてもよい。この実施形態において、反応物質１６は、静電力によって基板に引きつけられ、犠牲先端の溶解した部分が、反応物質とともに基板に移送される。後のステップにおいて、ＥＭエネルギが、移送された材料に方向付けられ、移送された材料は、これの最終状態に変わる。
図１Ｃは、表面１８に一定量の削除反応物質を備えたターゲット装置表面１８を示し、光線が反応物質に向けて方向付けられている。好ましい実施形態において、この光線は、電磁源２０を含み、それから電磁ビーム２２が発する。
反応物質１６を活性化する結果として生じる可能性がある残骸を除去するために、気体状輸送媒体２３が試料表面１８より上に方向付けられてもよい。あるいは、気体状媒体２３を使用して、源２０を使用してまたは使用せずに、反応物質１６を活性化してもよい。
本発明の好ましい実施形態にしたがって、装置表面１８に反応物質１６を置いた後に、電磁エネルギ（典型的にレーザから派生する）は、反応物質１６がある試料表面に向けて方向付けられる。電磁エネルギのレベルは、エネルギが反応物質１６の化学物質を活性化するのに十分であり、化学物質に試料の表面をエッチングさせ、ほぼ液滴または粒子のサイズの窪みを残すように、設定される。反応物質１６および電磁エネルギを繰り返し加えることによって、窪みは深くなることができ、ついには、窪みの直径または表面積を有意に拡大することなく所定の深さまたは検出された深さに到達し、したがって、高いアスペクト比の穴を形成する。反復プロセス中に、先端を表面または表面特徴部に対して再位置合わせする必要があることがある。例えば、特定の最終深さに到達するために除去スポットの深さを実証する必要があることがある。この場合、先端は、残っている反応物質が表面に置かれないかまたは位置しないように、位置を実証する前に洗浄されてもよい。残っている反応物質を先端から洗浄する１つの方法は、先端材料に実質的に影響を与えない反応物質溶剤内に先端を浸漬することである。
図１Ｄは、光線２２によって生じた、表面における削除反応物質１６の活性化の結果である窪み２４を備えたターゲット装置表面１８を示す。この場合では、ユーザは、製造プロセス中に不注意に表れたかまたは形成された材料を除去することを望んだ。材料が半導体素子であった場合には、この材料は、装置を操作不可能にし得る不適切な接続である可能性があった。多くの場合、半導体素子は、再構築されなければならない。しかしながら、本発明では、半導体素子の非常に小さい特徴部かまたは微小な特徴部を固定することができる。多くの場合、特徴部は非常に小さいため、それらを除去するかまたは再構築する他の適切な方法はない。本発明では、これらの特徴部は、実質的により正確な方法で且つわずかな時間で訂正されることがある。
図２Ａは、ターゲット装置表面１８より上でプローブ先端１４に一定量の添加反応物質２６を備えた走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリ１０を示す。ターゲット装置材料に追加材料を形成するプロセスは、材料を除去するものに類似している。
添加反応物質２６がプローブ先端１４にあると、走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリ１０は、ターゲット装置表面１８に近接して添加反応物質２６を置くか位置決めし、反応物質は、図２Ｂに示されているように、ターゲット装置表面の表面を湿潤する。材料が加えられる場所は、好ましい実施形態では、予めユーザに知られている。ユーザは、材料を表面に加えたいときには、解決しようとしている問題に関連した添加反応物質を選択する。添加反応物質２６を選択するときには、走査プローブ顕微鏡アセンブリ１０は、１つの場所、例えば容器からターゲット装置表面へプローブ先端１４を経由して、これを除去する。先端材料が反応物質１６と部分的に反応する場合には、先端は、反応物質の基板への移送が発生する前に、反応物質内に部分的に溶解してもよい。先端の一部、犠牲先端は、溶解した部分は残留物２８の集積に寄与しようとするように、液体反応物質内に溶解してもよい。
図２Ｃは、表面に一定量の添加反応物質２６を備えたターゲット装置表面１８を示し、光線が反応物質２６に向けて方向付けられている。ひとたびプローブ先端１４が添加反応物質２６をターゲット装置表面１８に置くか位置決めすると、添加反応物質２６はＥＭビーム１８を受け、それから、反応を開始し、ターゲット装置の表面１８に添加材料の形成を開始する。
図２Ｄは、突起が形成されたターゲット装置表面１８を示す。残留物２８の隆起が、ＥＭビーム２２によって生じた表面における添加反応物質２６の活性化から形成される。ひとたび残留物２８が形成されると、技術者は、必要に応じてさらなる残留物物質を形成するかまたは加えることができるか、または、図１Ａ〜１Ｄに記載された方法によって、残留物２８のすべてかまたは一部を除去することができる。
液滴または粒子は、電磁エネルギによって活性化された後に、装置に残留物２８を残す。この残留物２８は、導体としてまたは絶縁体として作用してもよい。装置がフォトマスクである場合には、残留物は、光の吸収体として作用してもよい。
ＥＭビーム２２の源は、典型的に、レーザか、非コヒーレント光源か、または、代替の実施形態では、高周波電波である。一定の用途では、波長の範囲にわたって同調可能なレーザまたは電磁源が望ましい。このようなレーザで、波長を同調して、試料の小さな区域の材料をエッチングするかまたは除去する状態へ反応物質を励起するか、または、材料除去の速度を加速する状態へ反応物質を励起する。
２つの機構を使用して、装置から材料を除去するかまたは装置に材料を堆積させる。好ましい実施形態である第１は、光熱効果である。この機構では、反応物質は、ＥＭエネルギによって励起され、反応物質の熱を増加させる。この熱増加は、反応物質をより速くエッチングさせる。あるいは、光熱効果を使用して、反応物質は、導体、絶縁体または不透明層として作用する固体残留物に変わってもよい。ＥＭエネルギのレベルは、装置材料を溶融せずに反応物質のスピードを上げるレベルへ反応物質を励起するように、選択される。
反応物質１６の組成は、選んだ場所で装置から材料を除去させるのに十分な励起の状態に入り且つこの場所を囲繞する材料に影響を与えないように、選ばれてもよい。
あるいは、反応物質２６の組成は、所望の特性を呈した残留物を堆積させるように選ばれ、再度、励起は、装置材料に変化を引き起こさずに反応物質２６を残留物へ減少するように、選択される。
代替の実施形態において、材料を除去するかまたは堆積させる第２の機構は、光化学効果によって達成される。この機構では、反応物質は、化学特性かまたは組成を変えさせる方法で励起される。１つの例では、反応物質１６は、エネルギ源によって、装置材料と化学的に反応する代替の材料へ変えられてもよい。別の例では、反応物質２６は、反応物質材料の化学変化を発生させる反応物質混合物の触媒を活性化することによって、例えば液体から固体へ、形態を変えることができる。このようにして、導体材料または絶縁体材料を装置材料に加えてもよい。この組成変化はまた、反応物質の光の透過の変化（例えば、透明から部分的または完全な不透明へ）によって達成されてもよい。再度、ＥＭエネルギおよびまたは波長のレベルは、装置材料に直接影響を与えることなく、化学反応を誘発するレベルへ反応物質を励起するように、選択される。ＥＭエネルギが光である場合には、同調可能なレーザまたは他の源を使用することができる。次いで、同調可能な源の波長を、容認可能な速度で反応を進行させる波長へ、調整することができる。
異なる反応物質を選択することによって、試料材料は、囲繞するかまたは下にある異なるタイプの試料材料を乱すことなく、除去することができる。さらに、一定のタイプの層状試料が、エッチングプロセスを停止するために使用することができる層を有してもよいように、材料の選択が行われてもよい。このようにして、ターゲット装置のいわゆる「エッチング停止」層は、プロセスの一部であってもよい。この層は、エッチング溶液または固体に有意に反応しない材料から構成され、したがって、プロセスを可能にし、それによって、エッチング材料は励起エネルギとともに、遭遇した第１の層と反応するが、エッチング停止層に到達したときに、エッチングプロセスは中断するかまたは実質的に遅くなる。
本発明とともに使用されてもよい典型的な材料は、下記の通りである。
Figure 2008532778
これらのリストは、すべてを網羅したものではなく、先端および基板用の元素、酸化物および金属、および反応物質用の水酸化物、酸および化合物のタイプを代表するものである。
本発明の１つの例は、装置の表面からケイ素等の材料を除去することである。ケイ素の除去を行うとわかった反応物質は、水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウムである。本発明において、一定量の反応物質、水酸化カリウムが、走査プローブ顕微鏡アセンブリ１０のプローブ先端１４によって、源から取られ、次いで所望の位置に置かれる。ひとたび適所に置かれると、表面に位置する一定量の水酸化カリウムは、次いでＥＭエネルギを受け、これは、この例では、集束アルゴンイオンレーザであり、レーザ出力はおよそ１．５ワットである。ひとたびＥＭレーザを受けると、材料の除去は、プローブ先端１４によって水酸化カリウムの場所へ実質的に強制される。
硝酸ナトリウムは一般に、金属用の効果的な除去反応物質として作用することがわかった。リン酸、硫酸および水酸化カリウムは、ステンレス鋼およびチタン用の効果的な除去反応物質として作用する。
図３Ａは、反応物質容器３２に保持されている反応物質プール３０から一定量の反応物質を引いている走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリ１０を示す。図３Ｂは、一定量の反応物質を担持しているプローブ先端１４を示す。好ましい実施形態では、表面力を使用して、反応物質を反応物質容器３２から走査力顕微鏡アセンブリ１０のプローブ先端１０に粘着させ、一方、反応物質１６は、ターゲット装置表面１８または基板へ輸送される。先端材料および反応物質１６は、先端材料が反応物質に対して少なくとも部分的に親水性である材料および反応物質の群から選択される。さらに、基板材料は、反応物質を先端から基板へ移送するのを容易にするために、親水性であってもよい。
先端１４は、疎水性絶縁体３３でコーティングされることができ、依然として反応物質３０を引きつけることができる。この方法において、先端１４は、反応物質３０に置かれた電荷とは反対に帯電されてもよい。電荷の差が十分に大きいときには、反応物質３０は、凝集力および重力が克服される十分な力で、先端１４に引きつけられる。反応物質３０は、次いで、試料１８へ輸送されてもよい。絶縁体３３は、反応物質３０と先端１４との間で電荷が消失するのを防止する。先端１４が試料１８の近くへもたらされるため、反応物質３０と試料１８との間の電荷の差は中和し、絶縁体３３の疎水性の性質が、反応物質３０を試料１８に向けて駆動する。反応物質３０は、この実施形態では、固体であっても液体であってもよい。
代替の実施形態において、先端１４は、反応物質または反応物質３４の成分がコーティングされるか、または、反応物質材料から製作される。反応物質３４は、次いで図８Ｃに示されているように、先端１４を装置表面に直接接触することによって表面３５に移送することができる。先端１４はまた、液体反応物質の移送のために記載されたものと類似の方法で液体内に置かれることができ、反応物質の混合を完了するかまたは反応物質の移送を補助する。この実施形態において、先端コーティングの一部は、図９Ａに示されているように、液体内で溶解し、結果として得られた反応物質は、反応物質３４を備えた基板へ移送される。この実施形態において、先端は、反応物質３４を効率的に移送するために、より頻繁に交換する必要がある。
本発明の代替の実施形態において、反応物質１６を先端へ移送し且つ先端から移送することはまた、先端および／または基板に電荷を形成することによって容易にされてもよい。また、この実施形態において、犠牲先端の一部が基板へ移送される。その後、ＥＭエネルギが、移送された材料に方向付けられ、移送された材料はこれの最終状態に変わる。
図４Ａは、表面に削減反応物質３６を堆積しているプローブ先端１４を備えた走査プローブ顕微鏡アセンブリ１０を示す。この図では、反応物質３６は、反応物質３４の先の添加で予め形成された窪み３７内に堆積されている。図４Ａは、異なる材料製の複数の層を含むターゲット装置３８を含む。これらの複数の層は、第１の装置層４０および第２の装置４２である。
図４Ａに示された材料の窪み３７もまた、さらなる材料除去のために反応物質プロセスを使用する前に、代替の方法によって形成されていることができる。例えば、窪み３７は、装置を形成するために使用されるプロセス中に形成されていることができる。窪み３７はまた、先端を表面に直接接触することによって、走査プローブ先端１４で形成されていることができる。窪み３７またはピットを形成する他の手段は、イオンビームまたはレーザビームを使用することを含む。所定の窪みを使用して、反応物質を配置中に理想的な場所へガイドするのを助けることができる。場所はまた、除去または添加のプロセス中に、反応物質を所望の場所へ拘束するのを助けることもできる。加えて、装置の製作中に予め画成された窪みは、装置の他の接近不可能な構造物に対して高い位置精度を有することができる。
図４Ａの削除反応物質３６を繰り返し加えることは、装置層二４２に対するはっきりした接続を達成するために行われる。第１の装置層４０の厚さのため、この目的を達成するために、削除反応物質３６の複数添加が必要である。
図１Ａ〜１Ｄに類似して、ひとたび削除反応物質３６が表面に位置決めされると、これは、この図では窪み形成であるが、ＥＭエネルギおよび結果として得られたビーム２２が、図４Ｂに示されているように、第１の装置層４０の追加材料を除去するために、削除反応物質３６に集中される。
図４Ｃは、削除反応物質を繰り返し加えることによって形成された結果として得られた空隙４４を示す。さらに、装置層の異なる材料のため、第２の装置層４２は、エッチャントに反応しない材料の停止層である。言い換えると、第１の装置層４０用に選ばれた反応物質は、第２の装置層４２の材料にエッチングするかまたは除去する同一の効果は有さない。
図５Ａは、反応物質を表面窪み４８内に位置決めしている走査プローブ顕微鏡アセンブリ１０を示す。この実施形態において、技術者は、削減反応物質１６の先の添加から生じた追加物質を表面に形成しようと試みている。
図５Ａは、図４Ａ〜４Ｃに詳述されたターゲット装置３８である。先に詳述したように、ターゲットは、第１の装置層４０および第２の装置層４２を含む。図４Ａ〜４Ｃに詳述したように材料を除去しており、技術者は、今や、接続を完了する必要がある。
図５Ｂは、エネルギのビーム２２を添加反応物質５０に向けて方向付けている電磁源を示す。添加反応物質５０にビーム２２を受けさせることによって、ターゲット表面に対する添加反応物質５０のより急速な化学反応が形成される。
図５Ｃは、添加反応物質５０にかかるビームの結果を詳述する。ビームは、反応物質に、空隙５４を部分的に満たす残留物５２を形成させた。材料の層は、ここで、材料の停止層５５の頂部に添加反応物質５０を加えることによって形成される。
図５Ｄは、添加反応物質５０を加えることによって形成された結果として得られた満たされた空隙５４を示す。この特定の例では、添加反応物質５０は、ターゲット装置の別のオブジェクションへの接続を形成することができる。例えば、ターゲット装置が半導体である場合には、空隙５４を添加反応物質５０で満たすことは、１つのトランジスタを別のトランジスタへ接続することであり得る。
本発明から見ることができるように、装置に行うことができる果てしない量の修理または訂正がある。図５Ｄに詳述されたような接続を形成することは、一般に、新しい装置を完全に形成することを必要とする。本発明で、企業は、単に、本明細書に開示された技術で表面を修復することによって、装置を再使用するかまたは変更することができる。
図６Ａは、多層装置を例示する。この図では、４つの層があり、すなわち、第１の装置層４０、第２の装置層４２、第３の装置層５６および第４の装置層５８である。４つの層４０、４２、５６、５８は、それぞれ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、ケイ素（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）およびケイ素（Ｓｉ）である。
図６Ｂは、最初の３つの層４０、４２、５６の各々を通って形成された穴５９を例示する。穴５９は、この図では、非導電性プラグ６０で満たされて示されている。第１の装置層４０を通る経路を形成するために、バッファードフッ酸等の反応物質が、走査プローブ顕微鏡アセンブリ１０によって層に置かれる。ひとたび位置決めされると、二酸化ケイ素材料をエッチングするかまたは除去するために、ビーム２２が反応物質に当てられる。
バッファードフッ酸反応物質は、第２の装置層４２、ケイ素には必ずしも効果的ではない。したがって、この層は、停止層として作用し、反応物質が第２の装置層４２内に潜伏するかまたはエッチングするのを防止する。
第２の装置層４２が停止層として作用する場合には、別の反応物質が選ばれ、装置を通るエッチングプロセスを継続する。ケイ素である第２の装置層４２用に、材料を除去するのに効果的な反応物質は、水酸化ナトリウムである。第１の装置層４０同様に、反応物質はビーム２２を受け、材料を除去する。このプロセスは、必要な材料が除去され二酸化ケイ素である第３の装置層５６に到達するまで、継続される。第３の装置層５６の材料を除去するために、プロセスは、第１の装置層４０と同様に、二酸化ケイ素用の除去反応物質としてバッファードフッ酸で繰り返される。
ひとたびすべての層を通って必要な材料が除去されると、非導電性残留物６０を形成するために、反応物質が加えられる。その後に形成される導電性プラグ用の絶縁体を作るために、図６Ｂの非導電性プラグ６０が形成される。
図６Ｃは、次のステップを示し、非導電性プラグ６０は、開けられた穴をさらに有し、第４の装置層５８への経路を形成する。この図に見られるように、層４２は、今、層５８から絶縁されている。
図６Ｄは、導電性残留物６１で満たされた絶縁体６０に形成された穴を示す。残留物を形成する装置は、図５Ａ〜５Ｄに関連して詳述されたものに類似する。接続は、この図では、第４の装置層５８、ケイ素から第３の装置層５２、第２の装置層二４２および装置層一４０まで、直接接続する。残留物６１は、次いで、第１の装置層一４０の上部表面にわたって且つこれの意図された接続に、位置する。
図７は、対向する電荷が、先端１４および反応物質２６および基板１８に置かれてもよいことを示す。これは、反応物質２６を基板１８へ引きつけさせる。先端１４および試料１８に電荷を置いた後に、反応物質２６を備えたプローブ１０が、試料１８に向けて動かされる。反応物質２６と試料１８との間の距離が十分に小さいときには、クーロン力が、反応物質２６を先端１４へ保持する表面力よりも大きくなる。この距離で、反応物質２６は、先端１４から分離し、試料１８へ動く。
図８Ａは、プローブ先端１４の反応性コーティング６２を例示し、これはプローブアセンブリ１０の一部である。この図は、試料表面１８へもたらされる前のプローブアセンブリ１０を描いている。
図８Ｂは、反応性コーティング６２を備えたプローブ先端１４を例示する。さらに、この図は、先端１４を試料表面１８へ下降しているカンチレバー１０を描いている。
図８Ｃは、プローブ先端１４が試料表面１８から上げられている場合を例示する。図が描くように、ひとたびプローブ先端１５が除去されると、一定量のコーティング６３が表面１８に残ったままである。コーティング６３のこの残余は、その後活性化される反応物質になる。
図９Ａは、コーティングされた先端１４を例示し、これは、少量のまたは液滴の反応物質１６をさらに含む。この実施形態において、反応物質１６は、コーティング６２と反応しており、図９Ｂに示されているように、第２の反応物質６４を形成する。この混合は、液滴が反応物質の源から表面へ輸送されるときに発生する。
反応物質の輸送中に、この第２の反応物質は、大半の場合には、コーティング６２の溶解した部分を含む。ひとたび所望の区域に輸送されると、第２の反応物質６４は、試料表面１８に置かれるかまたは位置する。
図１０Ａは、カンチレバー６６および先端６８を含むプローブアセンブリ６５を示し、カンチレバー６６および先端６８は内部チャネル７０を有する。内部チャネル６６は、この図では、点線で示されている。
チャネル７０は、流体反応物質７２を試料表面１８へ送出するために、図１０Ｂに示されているように、チャネル７０を通って先端６８へ流体反応物質７２を送出する。図１０Ｃに示されているように、レーザ２０は、流体反応物質７２が試料表面１８に置かれた後に、流体反応物質７２の滴を活性化する。選択された流体反応物質７２のタイプに依存して、試料１８の一部が除去されるか、または、試料１８上の残留物は、図１Ａ〜１Ｄおよび図２Ａ〜２Ｄに示され述べられたままである。
図１１Ａは、基板の上面図である。この図は、本発明の実施形態にしたがってどのように特定の形状が形成されるかを例示する。より具体的には、この図は、試料１８の表面にほぼ方形の空隙を形成するのを示す。反応物質１６の多数の液滴が、先端（図示せず）によって試料１８上に置かれる。電磁源２０は、図１１Ｂに詳述されるように、１回に１つずつ液滴を活性化してもよく、または、ビーム２２の直径がすべての液滴を包含するのに十分なほど大きい場合にはすべて一緒に活性化してもよい。反応物質液滴１６が十分な粘性を有する場合には、表面力はそれらを一緒に引くには不十分であり、すべてが試料１８上に置かれてもよい。次いで、反応物質液滴１６は、レーザビーム２２によってすべて一緒に活性化されてもよい。再度、反応物質１６が粘性を有する場合には、液滴の形態の反応物質１６を置く代わりに、反応物質１８が様々な形状のライン内に引かれてもよい。ビーム２２を繰り返し加えるのとともに本明細書に記載されたように反応物質１６をそのように繰り返し加えることは、図１１Ｃに詳述されるように、任意の深さの高いアスペクト比の壁を備えた空隙形状７４を試料１８に形成する。
見ることができるように、広く様々な簡単な近似形状例えば矩形を、形成することができる。より複雑な形状の形成もまた、大きなおよび小さな矩形、方形、円および線の組み合わせを使用して、形成されてもよい。複雑な形状はまた、深さおよび側方向寸法に形成されてもよい。拡張によって、複雑な追加形状が高さに加えられてもよく、且つ、先に述べた追加反応物質を使用することによって、側方向に加えられてもよい。また、拡張によって、互いに対して精密に位置するかまたは試料１８上の他の特徴部に対して精密に位置するほぼ円形の穴または形状のアレイが、形成されてもよい。再度、アレイを形成する反応物質は、単一の場所で順次に活性化されてもよく、または、当てられた光スポットが十分に大きく作られる場合には、反応物質は複数の場所で同時に活性化されてもよい。
本発明の多くの特徴および利点は、詳細な明細書から明らかであり、したがって、添付の特許請求の範囲によって、本発明のすべてのこのような特徴および利点をカバーすることが意図され、それは、本発明の真の精神および範囲に入る。さらに、多数の修正例および変化例が当業者にはたやすく発生するため、例示され述べられた正確な構造物および操作に本発明を限定することは望まれず、したがって、すべての適切な修正例および等価物は、本発明の範囲内に入るとしてもよい。
ターゲット装置の表面より上に位置決めされたプローブ先端に一定量の削除反応物質を備えた走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリを例示している。 ターゲット装置に近接したプローブ先端に一定量の削除反応物質を備えた走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリを例示しており、反応物質はターゲット装置表面の表面を湿潤している。 表面に一定量の削除反応物質を備えたターゲット装置表面を例示しており、光線が反応物質に向けて方向付けられている。 表面における削除反応物質の活性化の結果である窪みを備えたターゲット装置表面を例示している。この活性化は、光線によって生じる。 ターゲット装置の表面より上でプローブ先端に一定量の添加反応物質を備えた走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリを例示している。 ターゲット装置に近接したプローブ先端に一定量の添加反応物質を備えた走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリを例示しており、反応物質はターゲット装置表面の表面を湿潤している。 表面に一定量の添加反応物質を備えたターゲット装置表面を例示しており、光線が反応物質に向けて方向付けられている。 表面における添加反応物質の活性化の結果である隆起を備えたターゲット装置表面を例示している。活性化は、光線によって生じる。 反応物質のプールから一定量の反応物質を引いている走査プローブ顕微鏡プローブアセンブリを例示している。 一定量の反応物質を輸送しているプローブ先端を例示している。 削除反応物質の先の添加から生じた表面窪みに反応物質を堆積している走査プローブ顕微鏡を例示している。 エネルギのビームを反応物質に向けて方向付けている電磁源を例示している。 反応物質の第２のまたはその後の堆積によって形成された結果として得られた空隙およびエッチャントに反応しない材料の停止層を例示している。 削減反応物質の先の添加から生じた表面窪みに添加反応物質を堆積している走査プローブ顕微鏡を例示している。 エネルギのビームを添加反応物質に向けて方向付けている電磁源を例示している。 材料の停止層の頂部に添加反応物質を加えることによって形成された結果として得られた部分的に満たされた空隙を例示している。 添加反応物質を加えることによって形成された結果として得られた満たされた空隙を例示している。 多層装置を例示している。 試料に穴をエッチングする結果を例示しており、穴は、非導電性残留物で満たされている。 非導電性残留物に穴をエッチングする結果を例示している。 非導電性残留物の満たされた穴を例示している。この例示では、充填残留物は導電性である。 先端の帯電および反応物質、さらに、ターゲット装置における反対の帯電を例示している。 反応物質でコーティングされたプローブ先端を例示している。 プローブ先端を試料の表面へ下降しているプローブアセンブリのカンチレバーを例示している。 プローブが表面から離れた後の、試料の表面に堆積された反応物質を例示している。 溶媒液体内に浸漬されていた反応物質でコーティングされたプローブ先端を例示している。 コーティングされたプローブ先端が反応物質の第１の液滴と反応するときに発生する反応物質の第２の液滴を例示している。 プローブアセンブリを備えたレーザ化学機械加工システムを例示しており、これは、試料の表面へ流体を送出するためにプローブアセンブリにチャネルを含む。 チャネルから試料の表面へ流体を送出するのを例示している。 試料の表面へ堆積された後に流体を活性化しているエネルギ源を例示している。 試料の表面に反応物質の複数の液滴を置くのを例示している。 試料における複数の液滴の活性化を例示している。 試料表面に液滴を配置し活性化することから生じる形状を例示している。

Claims (77)

  1. 物体を修正する方法であって、
    試料に反応物質を位置決めすることと、
    前記反応物質に向けてエネルギを方向付けることと、
    を備え、
    前記エネルギは、前記試料を修正するために前記反応物質と共に構成される方法。
  2. 前記試料は、材料を除去することによって修正される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記試料は、材料を加えることによって修正される、請求項１に記載の方法。
  4. 前記試料は、単一層の物体である、請求項１に記載の方法。
  5. 前記試料は、少なくとも２つの層から構成されている、請求項４に記載の方法。
  6. 前記試料に基づいて、反応物質を選択することをさらに備える、請求項１に記載の方法。
  7. 前記試料から材料を除去するために反応物質を選択することをさらに備える、請求項６に記載の方法。
  8. 前記反応物質に材料を堆積するために反応物質を選択することをさらに備える、請求項６に記載の方法。
  9. 前記反応物質は、走査プローブ顕微鏡で位置決めされる、請求項１に記載の方法。
  10. 前記走査プローブ顕微鏡のプローブ先端は、前記反応物質を位置決めする、請求項９に記載の方法。
  11. 前記反応物質に基づいて先端材料を選択することをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記反応物質は、前記先端が前記反応物質に反応しないように、選択される、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記反応物質に基づいて、前記先端が前記反応物質に反応するように、先端材料を選択することをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記走査プローブ顕微鏡のプローブ先端は、前記反応物質から構成されている、請求項９に記載の方法。
  15. 前記プローブ先端の一部は、前記試料に堆積されている、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記プローブ先端は、前記反応物質で予めコーティングされている、請求項９に記載の方法。
  17. 走査プローブ顕微鏡で容器から前記反応物質を取り出すことをさらに備える、請求項１に記載の方法。
  18. 前記走査プローブ顕微鏡で前記試料に前記反応物質を置くことをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
  19. 前記試料は、半導体素子である、請求項１に記載の方法。
  20. 前記加えられた材料は、導体である、請求項３に記載の方法。
  21. 前記加えられた材料は、絶縁体である、請求項３に記載の方法。
  22. 前記加えられた材料を、前記試料の別の区域に連結することをさらに備える、請求項３に記載の方法。
  23. 前記反応物質は、親水性プロセスを通して取り出される、請求項１１に記載の方法。
  24. 前記反応物質は、静電荷プロセスを通して取り出される、請求項１１に記載の方法。
  25. 前記反応物質は、静電荷プロセスを通して前記試料に位置決めされる、請求項１に記載の方法。
  26. 開口が多層装置に形成され、絶縁プラグを形成することと、前記絶縁プラグに開口を形成することと、前記絶縁プラグ内部に導電性プラグを形成することと、の各ステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  27. 前記走査プローブ顕微鏡は、プロセスの終点を決定する、請求項９に記載の方法。
  28. 前記反応物質は、流体送出チャネルを備えているプローブアセンブリを通って送出される、請求項１に記載の方法。
  29. 残骸除去手段によって残骸を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  30. 反応物質を複数の場所に置いて特定の形状の特徴部を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  31. 物体を修正する機器であって、
    前記物体に位置決めされる反応物質と、
    前記物体を修正するために前記反応物質に出力を方向付けけるように構成されたエネルギ装置と、
    を備える機器。
  32. 前記物体に前記反応物質を位置決めするように構成されているアセンブリをさらに備える、請求項３１に記載の機器。
  33. 前記アセンブリは、走査プローブ顕微鏡である、請求項３２に記載の機器。
  34. 前記反応物質は、前記走査プローブ顕微鏡のプローブ先端で位置決めされる、請求項３３に記載の機器。
  35. 前記反応物質は、親水性プロセスを通して前記プローブ先端に置かれる、請求項３４に記載の機器。
  36. 前記エネルギ装置は、電磁装置である、請求項３１に記載の機器。
  37. 前記エネルギ装置は、レーザである、請求項３１に記載の機器。
  38. 前記エネルギ装置は、前記試料に電磁波を方向付けるように構成されている、請求項３１に記載の機器。
  39. 前記物体は、単一層の装置である、請求項３１に記載の機器。
  40. 前記物体は、少なくとも２つの層から構成されている、請求項３１に記載の機器。
  41. 前記物体は、半導体素子である、請求項３１に記載の機器。
  42. 前記反応物質は、前記物体から材料を除去するように構成されている、請求項３１に記載の機器。
  43. 前記反応物質は、前記物体に材料を加えるように構成されている、請求項３１に記載の機器。
  44. 前記加えられた材料は、導体である、請求項４３に記載の機器。
  45. 前記加えられた材料は、絶縁体である、請求項４３に記載の機器。
  46. 前記反応物質は、前記物体に基づいて選択される、請求項３１に記載の機器。
  47. 前記少なくとも２つの層の一方は、停止層として作用するように構成されている、請求項４０に記載の機器。
  48. 前記反応物質は、前記少なくとも２つの層の一方から材料を除去し且つ前記少なくとも２つの層の第２のものと反応しないように構成されている、請求項４０に記載の機器。
  49. 前記エネルギ装置は、前記物体における前記反応物質の反応時間を増加するように構成されている、請求項３１に記載の機器。
  50. 前記反応物質は、静電気プロセスを通して前記プローブ先端に置かれる、請求項３４に記載の機器。
  51. 前記加えられた材料は、前記物体の別の部分に連結される、請求項３７に記載の機器。
  52. プローブアセンブリおよび流体送出チャネルをさらに備える、請求項３１に記載の機器。
  53. 残骸除去手段をさらに備える、請求項３１に記載の機器。
  54. 反応物質を複数の場所に置いて特定の形状の特徴部を形成するステップをさらに備える、請求項３１に記載の機器。
  55. 試料を修正するプロセスによって生成された製品であって、
    前記試料に反応物質を位置決めすることと、
    前記反応物質に向けてエネルギを方向付けることと、
    を備え、
    前記エネルギは、前記試料を修正するように構成されている製品。
  56. 前記試料は、材料を除去することによって修正される、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  57. 前記試料は、材料を加えることによって修正される、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  58. 前記試料は、単一層の物体である、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  59. 前記試料は、少なくとも２つの層から構成されている、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  60. 前記試料に基づいて、反応物質を選択することをさらに備える、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  61. 前記試料から材料を除去するために反応物質を選択することをさらに備える、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  62. 前記反応物質に材料を堆積するために反応物質を選択することをさらに備える、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  63. 前記反応物質は、走査プローブ顕微鏡で位置決めされる、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  64. 前記走査プローブ顕微鏡のプローブ先端が、前記反応物質を位置決めする、請求項６３に記載のプロセスによって生成された製品。
  65. 前記反応物質は、流体送出チャネルを備えたプローブアセンブリを通って送出される、請求項６４に記載のプロセスによって生成された製品。
  66. 前記試料から残骸を除去することをさらに備える、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  67. 反応物質を複数の場所に置いて特定の形状の特徴部を形成することをさらに備える、請求項５５に記載のプロセスによって生成された製品。
  68. 物体を修正するシステムであって、
    前記物体を変える手段であって、前記物体に位置決めされるように構成されている変える手段と、
    前記変える手段を活性化する手段であって、前記変える手段に方向付けられる活性化する手段と、
    を備えるシステム。
  69. 前記変える手段は、位置決めする手段で前記物体に位置決めされる、請求項６８に記載のシステム。
  70. 前記変える手段は、化学反応物質である、請求項６８に記載のシステム。
  71. 前記活性化する手段は、エネルギ源である、請求項６８に記載のシステム。
  72. 前記エネルギ源は、レーザである、請求項６８に記載のシステム。
  73. 前記物体は、多層装置である、請求項６８に記載のシステム。
  74. 前記物体は、半導体である、請求項６８に記載のシステム。
  75. 前記位置決めする手段は、走査プローブ顕微鏡である、請求項６９に記載のシステム。
  76. 前記位置決めする手段は、プローブアセンブリである、請求項６９に記載のシステム。
  77. 残骸を除去する手段をさらに備える、請求項６８に記載のシステム。
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