JP2012248535A - 絶縁層を介して導電経路を形成するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非破壊的方法により基板の表面上の絶縁層を介して電気的に基板を接地する。
【解決手段】基板の表面上の絶縁層を介して、導電経路を形成する装置に関する。第１の放射線源は、絶縁層の第１の領域へ放射線を放出するように構成され、且つ、第１の電気接点は、第１の領域へ第１のバイアス電圧を印加するように構成される。第２の放射線源は、絶縁層の第２の領域へ放射線を放出するように構成され、且つ、第２の電気接点は、第２の領域へ第２のバイアス電圧を印加するように構成される。領域の伝導性は、伝導経路がそれらの領域で絶縁層を介して形成されるように、放射によって増加する。一実施態様において、装置は、電子ビーム装置において使用され得る。別の実施形態は、絶縁層を介して導電経路を形成する方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発明者トーマス・プレトナーらによって、２０１１年５月２３日に出願された、米国仮特許出願番号第６１／４８８，９４０号の利益を請求し、その開示は参照によって全体が本明細書に援用される。
本発明は、絶縁層を介して電気的経路を形成するための技術に関する。

基板の表面上の絶縁層を介して電気的に基板を接地することが、しばしば望ましい。基板は、例えば、シリコンウエハ又は他の半導体基板であり得る。絶縁層は、例えば、基板の表面上の酸化層または窒化物層であり得る。

例えば、電子ビーム検査装置では、機構は、通常、その裏面を介して検査されるシリコンウエハを接地するために使用され、その裏側は、製造された集積回路から離れた側である。従来の機構は、ピンからバルクのシリコンウエハへ導電経路を強引に押し込むために、ピンの下の絶縁層の機械的破壊、又は、絶縁層を介した電気的アーク発生、又はその両方の組み合わせのいずれかによって、硬質金属の鋭いピンを、ウエハの裏側上の絶縁層に対して押すというものである。

残念ながら、この従来の機構は、ウエハ裏面への不可逆的な損傷（電気的及び／又は機械的）を引き起こす。例えば、シリコンウエハの裏側上の酸化層に、傷が付き得るか、又はそうでなければ、バルクシリコンを露出させるように、機械的に鋭い接地端子によって破損し得る。

次に、製造プロセスにおいてウエハは連続しているため、エッチングプロセスは、誤ってウエハへ適用され得、また、望ましくなく、裏面上の露出したシリコンをエッチングすることもある。更に、酸化層が非常に厚い場合、機械的損傷は、ウエハの位置ずれを生じ得る、破損した領域の近くに破片粒子を引き起こすのに十分な実質的な可能性がある。

一実施形態は、基板の表面上の絶縁層を介して導電経路を形成する装置に関して開示した。本件基板の充電が負又は正となる可能性がある場合、それぞれの放射源及び逆のバイアス極性との２つの接点を、正又は負の荷電のいずれかを排出することを可能にするために、装置内に提供し得る。第１の放射源は、絶縁層の第１の領域へ放射線を放出するように構成され、第１の電気接点は、基板上に蓄積されている電荷をドレインすることができるように、第１のバイアス電圧を第１の領域へ印加するように構成される。第２の放射源は、絶縁層の第２の領域へ放射線を放出するように構成され、第２の電気接点は、第２のバイアス電圧を第２の領域へ印加するように構成されている。第１及び第１の領域の導電率は、それらの領域における絶縁層を通して伝導経路が形成されるように、放射線によって増加される。一実施形態では、装置は、ウエハキャリアの一部で有り得、且つ、電子ビームイメージング装置において使用され得る。

他の実施形態は、絶縁層を介して電気的に伝導パスを形成する方法に関する。放射線は、絶縁層の第１の領域へ放出され、第１のバイアス電圧は、第１の領域へ印加される。放射線は、絶縁層の第２の領域へ放出され、第２のバイアス電圧は、第２の領域へ印加される。第１及び第２の領域の導電率は、伝導経路がそれらの領域において絶縁層を通じて形成されるように放射線によって増加される。一実施形態において、その方法は、絶縁層を介して基板を接地するために、電子ビームイメージング装置において使用され得る。

他の実施形態、態様及び特徴もまた、開示する。

本発明の一実施形態による、絶縁層を介した導電経路を形成するための装置の、断面図である。 本発明の一実施形態による、装置の電気接地図である。 本発明の一実施形態による、等価回路を示す。 本発明の一実施形態による、裏面接点のバイアス電圧を選択し、印加するための方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態による、例示的な絶縁層の正のバイアス電流−電圧特性曲線を示す。 本発明の一実施形態による、例示的な絶縁層の負のバイアス電流−電圧特性曲線を示す。 本発明の一実施形態による、例示的な絶縁層へ印加する際の曲線から決定したバイアス電圧を示す。 本発明の一実施形態による、絶縁層を介した導電経路を形成するための別の装置の断面図である。

図１は、本発明の一実施形態による、絶縁層を介した導電経路を形成するための装置１００の断面図である。装置１００は、厚さが１ナノメーター未満〜数ミクロンの範囲であり得る絶縁層（単数又は複数）１０４を横切って電流を運ぶ機構を提供するために使用され得る。有利なことに、絶縁層への機械的損傷及び絶縁層の電気的破壊は、装置１００を使用することで、回避し得る。

図１に示すように、絶縁層１０４は、例えば、半導体ウエハ１０２の裏側に形成された酸化及び／又は窒化層であり得る。装置１００はまた、他の絶縁層を介して導電経路パスを形成するためにも、採用され得る。ウエハ１０２の裏側１０４は、ウエハキャリア１０６の上に搭載され得る。

図１において示されるように、装置１００は、例えば、自動化された電子ビーム検査装置のような、電子ビーム（Ｅビーム）イメージング装置において、利用され得る。そのような電子ビームイメージング装置は、入射する電子ビーム１０８をウエハ１０２の前側へ集中し得る。電子ビーム１０８は、ウエハ１０２のバルクへの負電荷の電流を含む。この負電荷の電流は、ウエハ１０２における望ましくない電荷を構築し得る。本明細書に記載したように、図１の装置１００は、ウエハ１０２内に構築された望ましくない電荷を排出するための、非破壊的な機構を提供する。

本発明の一実施形態によると、絶縁層を損傷することなく、構築された望ましくない電荷をドレインするために、導電経路を提供するように、１つ以上の電気接点１１４及び１つ以上の放射線源１１０が利用され得る。図１に示された例示的な実施形態において、接点１１４の近傍にあり、ウエハ１０２の絶縁層１０４及び２つの放射線源１１０と接触する、２つの可撓性メッシュ電気接点１１４が存在する。示されるように、各放射線源１１０は、対応する接点メッシュ１１４の開口部を介して、放射線１１１を放出するように配置され得る。

バイアス電圧（バイアス１ １１５及びバイアス２ １１６）を、導電素子１１２を経由して、接点メッシュ１１４へ印加する。導電素子１１２は、放射線源１１０を囲むユニットの一部に、なり得るがそうである必要はない。

絶縁層１０４は、一般的に故障する閾値電界を有する。この閾値電界は、電気的絶縁破壊電界と呼ばれ得、絶縁層１０４の材料特性に依存する。本発明の一実施形態によると、各バイアス電圧（１１５及び１１６）は、好ましくは、絶縁層１０４の電気的破壊を起こす電圧よりも低く維持される。言い換えると、バイアス電圧によって起こる電界は、好ましくは電気的破壊電界よりも低く維持される。

放射線源１１０は、エネルギーを、バイアス電圧（１１５及び１１６）によって起こされる電界によって影響を受ける絶縁層１０４の領域へ添加するように選択され、配置される。放射線源１１０は、伝導帯へ電子を促進するために機能する、及び／又は価電子帯へ孔を空ける放射線１１１を排出するように、有利に構成され得る。

一実施形態において、放射線源１１０は、直接的に電離放射線を追加することにより、直接的に絶縁層１０４内に電子−孔の対を作成し得る。電離放射線は、α粒子、イオンビーム、高エネルギー光子、又は電子ビームの形状であり得る。好ましい実施形態において、電離放射線は、放射性アメリシウム（Ａｍ）ソースを使用して放出されるα粒子であり得る。

別の実施形態において、放射線源１１０は、絶縁層１０４の界面から絶縁層１０４のバルクへの電荷の光子アシスト射出を起こし得る。採用される光子エネルギーに依存して、電荷は、絶縁層の伝導帯への光電子放出又はトンネルのいずれかを起こし得る。特定の実施形態では、紫外線（ＵＶ）または深紫外線波長での光子を使用し得る。

更に別の実施形態において、伝導帯への熱的な電荷注入を利用し得る。熱的な注入は、例えば、窒化物層に有用であると観察されている。

図２は、本発明の一実施形態による、装置１００の電気接地図である。第１のバイアス電圧＋Ｖ₁は、第１の保護抵抗Ｒ_保護を介して第１のグリッド接点１１４へ、第１の電圧源によって印加され得、第２のバイアス電圧−Ｖ₂は、第２の保護抵抗Ｒ_保護を介して第２のグリッド接点１１４へ、第２の電圧源によって印加され得る。保護抵抗は、電圧源への損傷を避けるように、２つのグリッド接点１１４の間を流れる最大電流を制限するために、十分な抵抗を有するように、選択され得る。

放射線１１１は、グリッド接点１１４を介して、絶縁層１０４へ衝突（impinge）するように放出される。電場の下にある絶縁層１０４の領域において、放射線１１１は有利に、伝導帯への電子の促進、及び／又は価電子帯へ孔を引き起こす。結果として、電流の伝導経路は、上述の各グリッド接点１１４の領域における絶縁層１０４を介して作られる。

第１の電流Ｉ₁は、次に、第１のグリッド接点１１４を介して流れ、第２の電流Ｉ₂は、次に、第２のグリッド接点１１４を介して流れ得る。電気接地図２００において示されるように、第１の電流（「ソース」電流）Ｉ₁＝Ｉ_{ビーム無し}（第１及び第２のグリッド接点１１４の間を流れる）であり、第２の電流（「ドレイン」電流）Ｉ₂＝Ｉ_{ビーム無し}＋Ｉ_荷電であり、ここでＩ_荷電は、ウエハ１０２へ入射する電子ビーム１０８からの電荷による電流である。キルヒホッフの法則から、Ｉ_荷電＝Ｉ_ビーム−Ｉ_拡散であり、ここでＩ_ビームは、電子ビーム電流であり、Ｉ_拡散は、拡散した電流である。

概念的に、負の電圧バイアス（−Ｖ₂）を備えた第２のグリッド接点１１４が電子をドレインする一方、正の電圧バイアス（＋Ｖ₁）を備えた第１のグリッド接点１１４は電子をソースとする。絶縁層１０４における電位降下は比較的大きいが、それぞれの接点について反対の符号となっている。ネット電位（Ｖ₁＋Ｖ₂）は、比較的小さく、また、ゼロとなるように調整され得る。示されているように、たとえ電子ビーム１０８が存在しなくても（即ち、たとえＩ_ビーム＝０であっても）、ウエハ１０２を介して流れる電流（Ｉ_{ビーム無し}）は存在する。電子ビームが存在する場合、荷電電流（Ｉ_荷電）の追加は、ウエハバイアスを相殺し、従って、キーパラメータは、電流対バイアスの傾き（即ち小さな信号インピーダンス）である。オフセット誘導されるビーム電流は、Ｖ₁がＶ₂と等しくならないように、バイアスオフセットを印加することによって、ゼロへ「再調整」され得る（即ち、相殺される）。

図３は、本発明の一実施形態による等価回路３００を示す。示されているように、第１のインピーダンスＺ₁は、電圧＋Ｖ₁（「ソース」電圧）の第１の電圧源及び、電圧Ｖ_wのウエハ１０２のバルクの間に、効果的に存在しており、また、第１のインピーダンスＺ₂は、電圧Ｖ_wのウエハ１０２のバルク及び電圧−Ｖ₂（「ドレイン」電圧）の第２の電圧源の間に効果的に存在している。Ｚ₁は、絶縁層１０４の正にバイアスされた領域についての小信号インピーダンスと同等であり、また、Ｚ₂は、絶縁層１０４の負にバイアスされた領域についての小信号インピーダンスと同等である。オームの法則より、
ΔＶ₁＝Ｖ₁−Ｖ_w＝Ｉ₁Ｚ₁
及び、
ΔＶ₂＝Ｖ_w−（−Ｖ₂）＝Ｖ_w＋Ｖ₂＝Ｉ₂Ｚ₂
である。図２に関して、上記に開示したように、
Ｉ₁＝Ｉ_{ビーム無し}
及び
Ｉ₂＝Ｉ_{ビーム無し}＋Ｉ_荷電
である。

図４は、本発明の一実施形態による裏側の接点のバイアス電圧を選択し、印加するための方法４００のフローチャートである。正のバイアス電流−電圧（ＩＶ）特性は、絶縁層１０４について見出され（４０２）、Ｉ_{ビーム無し}についての標的電流を達成するように、第１のメッシュ接点１１４へ正のバイアス１１５（＋Ｖ₁）を印加するように、決定は正のＩ−Ｖ特性から成され得る（４０６）。更に、負のバイアスＩＶ特性は、絶縁層１０４について見出され（４０４）、Ｉ_{ビーム無し}についての標的電流を達成するように、第２のメッシュ接点１１４へ負のバイアス１１６（−Ｖ₂）を印加するように、決定は負のＩ−Ｖ特性から成され得る。

Ｉ_{ビーム無し}の標的電流が、電子ビーム１０８が存在しないで流れるように、正のバイアス１１５（＋Ｖ₁）を、第１の接点１１４へ印加し、負のバイアス１１６（−Ｖ₂）は第２の接点１１４へ印加する。ウエハ１０２が、電子ビーム装置内に存在する場合、次に電子ビーム１０８は、ウエハ１０２の表面上へ集中し得る（４１４）。ビーム１０８による荷電電流Ｉ_荷電は、次に、第２の接点１１４を介して、第２の電流Ｉ₂の一部として排出される（４１６）。

方法４００は、電荷ビルドアップを避けるために、非破壊的方法でウエハ１０２を有利に接地させる。電気端子の接点において、接地（ゼロ）電位を採用する従来の接地技術とは異なり、本明細書に開示した方法４００は、ウエハバルクにおいて、本質的にニュートラルな（ゼロ又はゼロに近い）を達成するために、電気接点において非ゼロ電位を採用する。

図５は、本発明の一実施形態による例示的な絶縁層についての、正のバイアス電流−電圧特性曲線５００を示し、図６は、本発明の一実施形態による例示的な絶縁層についての負のバイアス電流−電圧特性曲線を示す。例示的な絶縁層は、図７に示されるように、シリコンウエハ７０２の裏側上の窒化層７０４である。

図５及び図６において示されているように、０．７マイクロアンペア（μＡ）の電流が対象とされ得る。図５及び６のＩ−Ｖ曲線から、本標的電流は、約＋５３ボルトの正のバイアス電圧、及び約−５７ボルトの負のバイアス電圧に達するようである。図４のステップ４１０及び４１２によると、これらのバイアス電圧は、それぞれ、図７に示されるように第１及び第２の接点７０６へ、印加され得る。

図８は、本発明の一実施形態による、絶縁層を介した導電経路を形成するための、別の装置８００の断面図である。図８における装置８００は、図１において上記で示された装置１００と類似している。しかしながら、図１における装置１００が２つの電気接点１１４及び２つの放射線源１１０を有する一方、図８の装置８００は、１つの電気接点１１４及び１つの放射線源１１０のみを有する。

図８における装置８００は、排出されるべき１つの型の荷電（即ち、正のみ又は負のみの荷電）が存在する場合に、印加され得る。一方、図１の装置１００は、正負いずれかの符号の荷電を排出する柔軟性を有する。例えば、可変入射エネルギーを用いた電子ビーム機器において、充電はいずれかの信号であり得る。

上記の図は、縮尺通りである必要はなく、例示の目的によるものであり、特定の実施形態に限定する目的によるものでは無い。上記の説明において、多数の特定の詳細が本発明の実施形態を通した理解を提供するために、与えられている。しかしながら、本発明の例示の実施形態の上記の説明は、網羅的であることも、開示した厳密な形態に本発明を限定することも、意図しない。当業者は、発明が１つ以上の特定の詳細無しに、又は他の方法や構成要素などを用いて、実施することができることを理解するであろう。他の例において、公知の構造又は操作は、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるために、詳細に渡って図示も記載もされていない。本発明の特定の実施形態及び実施例が、本明細書において例示目的で記載されている一方、関連する当業者が理解するであろうように、様々な均等の変更が、本発明の範囲内において可能である。

これらの変更は、上記の詳細な説明に照らして、本発明に対してなし得る。以下の特許請求の範囲において使用される用語は、明細書及び特許請求の範囲において開示される特定の実施形態に、本発明を限定するために解釈されるべきではない。更に、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定されるべきであり、特許請求の権利範囲の解釈の確立された教義に従って解釈されるべきである。

Claims (22)

1. 基板の表面上の絶縁層を介する導電経路を形成する装置であって、
   放射線を前記絶縁層の第１の領域へ放出するように構成された第１の放射線源と、
   前記第１の領域へ、第１のバイアス電圧を印加するように構成された第１の電気接点と、
   放射線を前記絶縁層の第２の領域へ放出するように構成された第２の放射線源と、
   前記第２の領域へ、第２のバイアス電圧を印加するように構成された第２の電気接点と
   を含む、装置。
2. 前記第１の領域の部分へ衝突するように、前記第１の放射線源からの放射線が、前記第１の電気接点における開口部を介して通過し、且つ、前記第２の領域の部分へ衝突するように、前記第２の放射線源からの放射線が、前記第２の電気接点における開口部を介して通過する、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１及び第２の電気接点が、前記領域へ前記バイアス電圧を印加する伝導メッシュを含み、前記放射線源からの前記放射線が、前記伝導メッシュにおける開口部を介して通過する、請求項２に記載の装置。
4. 正のバイアス電圧が前記第１の電気接点によって印加され、負のバイアス電圧が前記第２の電気接点によって印加される、請求項１に記載の装置。
5. 前記バイアス電圧が、前記絶縁層の電流−電圧特性データを用いて決定される、請求項４に記載の装置。
6. 前記基板の前記表面へビーム電流を用いて電子ビームを集中させるための、電子ビームカラムを更に含む、請求項１に記載の装置。
7. 前記ビーム電流から前記基板によって荷電電流を吸収し、前記装置が、前記絶縁層を介して前記基板の外の前記荷電電流と接触する、請求項６に記載の装置。
8. 前記放射線源が紫外線を生成する、請求項１に記載の装置。
9. 前記放射線源が荷電粒子を生成する、請求項１に記載の装置。
10. 前記荷電粒子が、α粒子を含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記放射線源が、アメリシウムを含む、請求項１０に記載の装置。
12. 絶縁層を介して導電経路を形成するための方法であって、
    前記絶縁層の第１の領域へ放射線を放出することと、
    前記第１の領域へ第１のバイアス電圧を印加することと、
    前記絶縁層の第２の領域へ放射線を放出することと、
    前記第２の領域へ第２のバイアス電圧を印加することと
    を含む、方法。
13. 前記第１の領域の部分へ衝突するように、前記第１の放射線源からの前記放射線が前記第１の電気接点における開口部を介して通過し、かつ、前記第２の領域の部分へ衝突するように、前記第２の放射線源からの前記放射線が前記第２の電気接点における開口部を介して通過する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１及び第２の電気接点が、前記領域へ前記バイアス電圧を印加する伝導性メッシュを含み、前記放射線源からの前記放射線が、前記伝導性メッシュにおける開口部を介して通過する、請求項１３に記載の方法。
15. 正のバイアス電圧が前記第１の電気接点によって印加され、負のバイアス電圧が前記第２の電気接点によって印加される、請求項１２に記載の方法。
16. 前記絶縁層についての電流−電圧特性データを使用して、前記バイアス電圧を決定することを、更に含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記基板の前記表面へ、ビーム電流を用いて電子ビームを集中することと、
    前記ビーム電流から荷電電流を前記基板へ吸収することと、
    前記絶縁層を介して前記基板外へ前記荷電電流を導電することと、
    を更に含む、請求項１２に記載の方法。
18. 前記放射線源が紫外線を生成する、請求項１２に記載の方法。
19. 前記放射線源が荷電粒子を生成する、請求項１２に記載の方法。
20. 前記荷電粒子が、α粒子を含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記放射線源がアメリシウムを含む、請求項２０に記載の方法。
22. 基板の表面上の絶縁層を介して、導電経路を形成する装置であって、
    前記絶縁層の第１の領域へ放射線を放出するように構成された、第１の放射線源と、
    前記第１の領域へ前記第１のバイアス電圧を印加するように構成された第１の電気接点と、含み、
    前記第１の放射線源からの放射線は、前記第１の領域の部分へ衝突するように、前記第１の電気接点における開口部を介して通過する、
    装置。

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