DE102006007431A1

DE102006007431A1 - Durch Halbleitersilizium-Verfahrenstechnik gebildeter Probenträger

Info

Publication number: DE102006007431A1
Application number: DE102006007431A
Authority: DE
Inventors: Kouji Iwasaki; Masanao Munekane
Original assignee: SII NanoTechnology Inc
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2026-02-18
Also published as: DE102006007431B4; JP2006226970A; CN1834608A; CN1834608B; US7345289B2; JP4570980B2; US20060189021A1

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Probenträger unter Verwendung eines Siliziumsubstrats (1) als Ausgangsmaterial gebildet, wobei die Dickenkonstruktion mit einer Formgebung und einer Dicke von 10 mum oder weniger unter Verwendung einer Halbleitersilizium-Verfahrenstechnik gebildet ist. Der erfindungsgemäße Probenträger ist an einem teilweise geschnittenen Gitter (5) in einem Zustand haftend angebracht, in dem ein Probenbereich nicht angebracht ist. Ferner ist eine Vielzahl von Bereichen, auf denen die Proben angebracht werden, auf dem gleichen Substrat (1) angeordnet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Probenträger, der eine winzig kleine Probe, wie z.B. eine TEM-Betrachtungsprobe (wobei TEM für transmission electron microscope bzw. Transmissionselektronenmikroskop steht), fixiert, die einem Feinstabtastvorgang unterzogen wird, und der eine zusätzliche Formgebung bzw. Ausbildung erleichtert.

Herkömmlicherweise sind in Bezug auf eine Technik zum Ausführen eines Feinstabtastvorgangs, bei der ein winziges Probenstück unter Verwendung einer Fokussierionenstrahl- bzw. FIB-Vorrichtung aus einem bestimmten Bereich einer Probe herausgeschnitten wird, sowie zum Fixieren des Probenstücks auf einem Probenträger, verschiedene Typen vorgeschlagen worden. Zum Beispiel sind folgende Verfahrensweisen vorgeschlagen worden: 1) ein Verfahren, bei dem ein Bereich eines Wafers, der einen spezifischen Teil enthält, mechanisch in Blockform herausgeschnitten wird und der Block durch FIB-Bearbeitung in Scheiben geschnitten wird, 2) ein Verfahren, bei dem Löcher in Bereichen vor und hinter einem spezifischen Bereich des Wafers durch FIB-Bearbeitung gebildet werden, eine Dünnstück-Fertigbearbeitung an dem Wafer mittels FIB angewendet wird und gebildete Proben auf ein Gitter transferiert werden und auf dem Gitter fixiert werden (ein Entnahmeverfahren, wie es in dem Patentdokument JP-A-2001-141620 "Schnittbildungsverfahren für eine Probe für ein Txansmissionselektronenmikroskop" offenbart ist, das am 25. Mai 2001 offengelegt wurde), 3) ein Verfahren, bei dem Löcher in Bereichen vor und hinter einem spezifischen Bereich des Wafers durch FIB-Bearbeitung gebildet werden und anschließend Proben in Form eines winzigen Blocks aufgenommen werden und auf einem Probenträger fixiert werden sowie anschließend einer Dünnstück-Fertigbearbeitung mittels FIB unterzogen werden (siehe das Patentdokument JP-A-2003-35682 "Probenhalter und Probenanalysierverfahren", offengelegt am 7. Feb. 2003). Da die Probe in dem Verfahren 1) durch Schneiden gebildet wird, entstehen solche Nachteile, wie das Auftreten von Rissen und Abplatzungen, und selbst bei Vorhandensein von Erfahrung ist die durch Dickenformgebung erzielte Dicke auf 10 μm begrenzt. Im Hinblick auf das Verfahren 2) ist des Probenstück ultrafein, und somit ist es bei Verlust der Probe unmöglich, das Probenstück wieder herzustellen, wobei gleichzeitig auch ein Reformieren nach dem Probenaufnahmevorgang unmöglich ist. Das Verfahren 3), das das Probenstück in Form eines feinen Blocks aufnimmt, bedingt einen mühsamen Arbeitsvorgang, der Erfahrung voraussetzt. D.h., bei dem Verfahren 3) wird das Probenstück in Form eines feinen Blocks aufgenommen, der feine Block wird einmal an einem distalen Ende einer Sonde fixiert, deren Handhabung mittels eines Mikro-Manipulators durch FIBCVD erfolgt, und das Probenstück wird auf einen Probenträger übertragen und anschließend durch Schneiden separiert.

In einer weiteren Veröffentlichung von Daisuke Sakata, "FIB-Entnahmeverfahren, das zusätzliches Formen ermöglicht" aus der "Schriftlichen Zusammenfassung von Vorträgen auf dem 58. Treffen der Japanischen Elektronenmikroskop-Gesellschaft", Seite 247, 14. bis 16. Mai, 2002, Japanische Elektronenmikroskop-Gesellschaft, ist ein Verfahren 3) offenbart, bei dem eine Reformierung vorgenommen werden kann. Das Verfahren 3) bereitet die Probe folgendermaßen vor. Da das Verfahren 2), das die Entnahmeprobe an das Kohlenstoffgitter anhaftet, die Reformierung nicht ausführen kann, wird als Erstes ein Probenträger bereitgestellt, der das Gitter ersetzt. D.h., ein Si-Wafer wird durch Dicing bzw. Auseinanderschneiden poliert, bis die Dicke des Si-Wafers in etwa 10 μm erreicht, und anschließend werden Nuten gebildet, die verhindern, dass der Si-Wafer bei der Übertragung von Elektronen zum Zeitpunkt der Ausführung der TEM-Betrachtung zu einem Hindernis wird, wobei ferner eine Wand zum Aufhängen der Entnahmeprobe in dem Si-Wafer mittels FIB gebildet wird, um dadurch einen Probenträger zu bilden, wie dies in einem linken oberen Bereich in 7 dargestellt ist. Obwohl die Schritte bis zu der Entnahme der Probe entsprechenden Schritten des Entnahmeverfahrens ähnlich sind, ist es notwendig, eine zusätzliche Formausbildung nach dem Entnahmeschritt auszuführen, und aus diesem Grund wird die an der Probe vorgenommene FIB-Formgebung vorübergehend beendet, während ein Betrachtungsbereich mit einer Dicke von 2 bis 3 μm verbleibt. Eine feine Probenstücköffnung (Betrachtungsbereich) wird aus dem FIB-Formgebungsbereich durch Handhabung eines Mikro-Manipulators entnommen, und die feine Probenstücköffnung wird an dem vorstehend genannten Probenträger A aufgehängt, der aus dem Si-Wafer gebildet worden ist (ein Zustand, wie er in 7 oben rechts dargestellt ist). Die feine Probenstücköffnung, die auf dem Probenträger A platziert ist, wird zusammen mit dem Probenträger wieder in das FIB-Formgebungsteil zurück gesetzt (ein Zustand, wie er in 7 in einem Bereich links unten dargestellt ist), und die beiden Enden sowie der Boden der Probe B werden an dem Probenträger B durch FIB-Abscheidung unter Verwendung von Wolfram oder dergleichen fixiert (ein Zustand, wie er in 7 in einem Bereich rechts unten dargestellt ist). Wenn das Probenstück wieder in der Öffnung fixiert ist, wird wiederum die Reformierung für die dünne Ausbildung an der Probe ausgeführt.

Beim Anwenden der zusätzlichen Formausbildung an der durch Feinstabtastung gebildeten Probe sind solche Ideen vorgeschlagen worden, wie eine große Dimensionierung des Probenträgers zum Reduzieren eines solchen Hintergrunds des Probenträgers, wie einem Gitter, die Reduzierung der Dicke des Gitters zum Reduzieren eines Ausbildungsbereichs, sowie die Reduzierung einer Dicke eines Bereichs, auf dem die Probe platziert wird, durch Bilden des Probenträgers durch Auseinanderschneiden. Wenn jedoch die Dicke des Gitters verringert wird, wird die Handhabung des Gitters schwierig, und das Gitter verliert an Festigkeit, so dass es leicht zu einem Biegen des Gitters kommt. Ferner ist eine durch Ätzen gebildete Oberfläche des Gitters nicht gleichmäßig, sondern diese zeigt Welligkeit und Unebenheiten, so dass das Gitter nicht zum vertikalen Fixieren des winzig kleinen Stücks geeignet ist. Wenn der Probenträger durch Formausbildung des Si-Wafers mittels Auseinanderschneiden gebildet ist, lässt sich ein Probenträger hoher Qualität herstellen. Das Auseinanderschneiden erfolgt jedoch manuell, und daher erfordert das Auseinanderschneiden Erfahrung, so dass ein Nachteil dahingehend vorhanden ist, dass die Herstellung von Probenträgern auf Massenherstellungsbasis schwierig ist und somit die Kosten in die Höhe getrieben werden. Ferner besteht bei der Formausbildung durch Auseinanderschneiden die Wahrscheinlichkeit, dass Abplatzungen (Risse und Abplatzungen) entstehen, so dass es selbst bei maximalen Anstrengungen schwierig ist, eine Breite der Probenfixieroberfläche auf 10 μm oder weniger einzustellen, so dass die Breite der Probenfixieroberfläche auf ca. 20 μm eingestellt wird. Bei der Bildung einer TEM-Probe wird zum Verringern des Hintergrunds des Probenträgers der Probenträger ebenfalls geätzt, so dass bei dicker Ausbildung des Probenträgers ein Nachteil dahingehend vorhanden ist, dass die Ausbildungszeit entsprechend der Dicke länger wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Probenträgers, bei dem eine zusätzliche Formausbildung einer Probe vorgenommen werden kann, ohne dass es zur Entstehung von Nachteilen hinsichtlich der ebenen Ausbildung einer Oberfläche beispielsweise eines Gitters sowie zur Entstehung von Hintergrundrauschen kommt und bei dem eine dünner ausgebildete Probe ohne große Erfahrung beim Bereitstellen der Probe fixiert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Probenträger, wie er im Anspruch 1 angegeben ist.

Der Probenträger gemäß der vorliegenden Erfindung bildet die Dickenkonstruktion mit einer zweidimensionalen Formgebung sowie einer Dicke von 10 μm oder weniger unter Verwendung eines Siliziumsubstrats als Ausgangsmaterial mittels einer Siliziumhalbleiter-Verfahrenstechnik.

Ferner ist die Dickenkonstruktion mit zweidimensionaler Formgebung in Form einer terrassenförmigen Konfiguration ausgebildet, wobei ein Probenfixierbereich auf einer obersten Stufe einer Terrasse gebildet ist.

Weiterhin wird der Probenträger der vorliegenden Erfindung an einem teilweise geschnittenen Gitter in einem Zustand haftend angebracht, in dem ein Probenbereich nicht auf dem Gitter angeordnet ist.

Ferner ist bei dem Probenträger der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Bereichen, auf denen die Proben angebracht werden, auf dem gleichen Substrat angeordnet.

Der Probenträger der vorliegenden Erfindung bildet die Dickenkonstruktion mit einer Dicke von 10 μm oder weniger unter Verwendung des Siliziumsubstrats als Ausgangsmaterial, und zwar mittels der Halbleitersilizium-Verfahrenstechnik (MEMS: mikro-elektromechanische Systeme), und daher ist es möglich, eine ebene Ausbildung mit einer Genauigkeit im Submikronbereich auf einer Probenfixierfläche zu erzielen, ohne dass hierfür Erfahrung notwendig ist, wobei es gleichzeitig möglich ist, die Bildung unter Einschränkung einer Breite der Probenfixierfläche auf ca. 5 μm auszuführen. Da die Größe des eigentlichen Probenträgers durch die Bildung vermindert werden kann, lässt sich eine TEM-Probe bilden, und zwar mit kleinem Hintergrund, der auf das Streuen aufgestrahlter Elektronen zurückzuführen ist. Dies impliziert, dass die herkömmliche Ausbildung zum Reduzieren der Dicke des eigentlichen Probenträgers, um Hintergrundrauschen zu verringern, überflüssig wird, so dass sich die Zeitdauer für die Ausbildung verkürzt. Da außerdem eine große Anzahl von Probenträgern auf ein Mal hergestellt werden kann, lässt sich eine Verkürzung der Ausbildungszeit pro Stück realisieren, so dass sich die Probenträger hoher Qualität kostengünstig bereitstellen lassen.

Da es sich bei dem Probenträger der vorliegenden Erfindung um einen Probenträger handelt, der an einer Probenfixierfläche in einem Zustand fixiert wird, in dem die jeweiligen Probenstücke in aufrecht stehender Weise an dem Probenträger fixiert sind, lässt sich die weitere Ausbildung auch nach dem Fixieren der Probe sowie nach der Betrachtung feststellen.

Weiterhin greift der Probenträger der vorliegenden Erfindung eine Terrassenkonfiguration auf und ist der Probenfixierbereich auf der obersten Stufe der Terrassenform gebildet, so dass sich der Probenträger durch schmaleres Ausbilden von zu ätzenden Bereichen des Siliziumsubstrats in stufenartiger Weise einfach bilden lässt.

Ferner ist bei dem Probenträger der vorliegenden Erfindung der Probenträger an dem teilweise geschnittenen Gitter in einem Zustand haftend angebracht, in dem der Probenbereich nicht auf dem Gitter angeordnet ist. Selbst wenn der eigentliche Probenträger fein ist, ist somit eine einfache Handhabung des Probenträgers möglich, und da gleichzeitig das Gitter nicht in dem Probenstückbereich vorhanden ist, werden keine Hintergrundgeräusche erzeugt.

Ferner ist bei dem Probenträger der vorliegenden Erfindung die Mehrzahl der Bereiche, an denen die Proben angebracht werden, auf dem gleichen Substrat angeordnet, so dass es möglich ist, eine Serie von relevanten Proben auf einem einzigen Probenträger zu platzieren, so dass ein solches Experiment, wie eine Vergleichsbetrachtung oder dergleichen, in einfacher Weise innerhalb von kurzer Zeit durchgeführt werden kann und der Probenträger bei der Vorratshaltung von Proben oder der Qualitätskontrolle von Proben bequem verwendet weiden kann. Selbst zu dem Zeitpunkt der weiteren Formausbildung ist es aufgrund der Fixierung der Vielzahl von Probenstücken auf einem einzigen Probenträger möglich, die Vielzahl der Proben nacheinander zu bilden, und zwar unter Aufrechterhaltung von Umgebungsbedingungen im Inneren einer Kammer, wie z.B. eines Vakuumzustands, so dass die Ausbildungszeit verkürzt werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Darstellung eines Probenträgers, der mittels eines mikroelektromechanischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
2 eine Darstellung zur Erläuterung einer Art und Weise, in der ein Probenträger an einem Gitter haftend angebracht wird;
3 eine Darstellung einer Ausführungsform eines Probenträgers, der mittels eines mikro-elektromechanischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist;
4A bis 4D Darstellungen zum Erläutern eines Maskenmusters, das zum Zeitpunkt der Bildung des Probenträgers gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendet wird;
5A bis 5K Ansichten zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bilden des Probenträgers gemäß dem Ausführungsbeispiel;
6 eine Ansicht zur Erläuterung, dass eine Dicke des Probenträgers das Aufstrahlen von Ar-Ionenstrahlen von der Unterseite her zulässt; und
7 eine Ansicht zur Erläuterung eines herkömmlichen Entnahmeverfahrens, bei dem die zusätzliche Formausbildung vorgenommen werden kann.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung eines Silizium-Wafers bzw. -Plättchens mit einer Dicke von 100 bis 120 μm aus Ausgangsmaterial ein Probenträger mittels einer Halbleitersilizium-Verfahrenstechnik gebildet. Die allgemeine Konstruktion des Probenträgers der vorliegenden Erfindung weist eine terrassenförmige Gestalt auf, wie dies in 1 gezeigt ist, wobei eine oberste Stufe der Terrassenform eine Probenfixierfläche bildet. Die Terrassenform ist durch ein lithografisches Verfahren in Richtung der Dicke des Silizium-Wafers gebildet. D. h., 1.) es wird eine Resistschicht auf einer Oberfläche des Silizium-Wafers gebildet, 2.) es wird eine Schutzschicht gebildet, indem Bereiche, in denen eine vorhandene Dicke aufrecht erhalten werden soll, einer Belichtung unter Verwendung eines Maskenmusters unterzogen werden, und 3.) diese Resistschicht wird entfernt, und gleichzeitig wird das Silizium in den Bereichen, in denen die Schutzschicht nicht ausgebildet ist, auf eine bestimmte Dicke geätzt. Als 4.) wird wiederum eine Resistschicht auf der Oberfläche des Wafers gebildet, 5.) wird eine Schutzschicht gebildet, indem Bereiche, in denen eine vorhandene Dicke aufrecht erhalten werden soll, einer Belichtung unter Verwendung eines Maskenmusters unterzogen, und 6.) wird die Resistschicht entfernt, und gleichzeitig wird das Silizium in den Bereichen, in denen die Schutzschicht nicht gebildet ist, auf eine gewünschte Dicke geätzt.
Im Anschluss daran erfolgt zusätzlich ein erforderliches Ätzen, um dadurch den Wafer so auszubilden, bis die oberste Stufe, die die Probenfixierfläche bildet, eine Dicke von 10 μm oder weniger hat. Die Größe eines Probenträgers ist derart gewählt, dass (bezogen auf die Zeichnung) eine Abmessung in Längsrichtung 1000 μm oder weniger beträgt und eine Abmessung in seitlicher Richtung 1000 μm bis 1500 μm beträgt. Wie in 2 gezeigt ist, ist der Probenträger an einem Gitter mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Dicke von ca. 50 μm haftend angebracht und fixiert. Das bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendete Gitter hat keine volle Kreisform, sondern es handelt sich um ein teilweise geschnittenes Gitter, bei dem ein Probenfixierbereich nach Art einer Aussparung ausgebildet ist. Diese Ausbildung dient zum Verhindern, dass die Transmissions- bzw. Durchstrahlungs-Elektronen über das Gitter zum Zeitpunkt der Durchführung der TEM-Betrachtung zu Hintergrundrauschen werden. Eine Oberflächengenauigkeit eines durch eine derartige Technik gebildeten Probenträgers beträgt 0,1 μm oder weniger, wobei eine Oberflächenrauheit des Probenträgers ebenfalls ± 0,1 μm oder weniger beträgt. Andererseits beträgt eine Oberflächengenauigkeit eines durch herkömmliches Dicing bzw. Auseinanderschneiden gebildeten Probenträgers mehrere bis mehrere 10 μm oder weniger, und eine Oberflächenrauheit eines solchen Probenträgers beträgt in etwa mehrere μm oder weniger. Bei den in der Zeichnung dargestellten Größen handelt es sich nicht um Zahlenwerte, die die Erfindung einschränken sollen, sondern diese dienen dazu, den Fachleuten auf dem Gebiet einen allgemeinen Anhalt hinsichtlich der Größen zu vermitteln.
Ausführungsbeispiel 1
Im Folgenden werden die Herstellungsschritte eines Ausführungsbeispiels des Probenträgers gemäß der vorliegenden Erfindung, wie dieser in 3 dargestellt ist, in Verbindung mit den 4A bis 4D und den 5A bis 5J erläutert. Ein Silizium-Substrat 1, das eine einzelne Siliziumschicht 12 mit einer Dicke von 100 μm auf einer Basisschicht 11 bildet, wird als Ausgangsmaterial verwendet. Eine Maskierschicht 2 wird auf einer Oberfläche der einzelnen Siliziumschicht 12 des Silizium-Substrats 1 in der in 5A dargestellten Weise gebildet, und eine Resistschicht 3 für ein lithografisches Verfahren wird auf den Maskierschicht 2 gebildet. Als Nächstes wird eine Maske für das lithografische Verfahren gebildet, um einer vordere Oberfläche einer untersten Stufe einer Terrassenform mit einer Größe in Längsrichtung von 400 μm und einer Größe in seitlicher Richtung von 1100 μm auszubilden. Die Formgebung der Maske entspricht der in 4A dargestellten Formgebung. Selbstverständlich ist die Anzahl der Maskenmuster nicht auf Eins beschränkt, sondern es kann eine große Anzahl von Maskenmustern entsprechend der Anzahl von Probenträgern, die auf dem Wafer gebildet werden können, in einer Matrixanordnung vorgesehen werden. Das Muster der Maske wird durch Bestrahlen mit UV-Strahlung auf die vorstehend genannte Resistschicht 3 übertragen. Aufgrund dieser Schritte wird in der in 5B darstellten Weise ein Bereich, der einem vorderen Oberflächenbereich der untersten Stufe der Terrassenform entspricht, mit einem Resist 31 auf der Maskierschicht 2 bedeckt, während die Maskierschicht 2 in anderen Bereichen freiliegt. Wenn die Maskierschicht 2 in einem derartigen Zustand geätzt wird, wie dies in 5C dargestellt ist, wird die Siliziumschicht 12 in den Bereichen mit Ausnahme des mit dem Resist 31 bedeckten Bereichs freigelegt. Anschließend wird eine Resist-Ablöseflüssigkeit in das Resist 31 eingespritzt, um das Resist 31 zu entfernen. Anschließend erfolgt auf der Siliziumsschicht 12 ein anisotroper Ätzvorgang in der zu der Oberfläche senkrechten Richtung, bis eine Ätztiefe von 50 μm erreicht ist. Aufgrund dieser Schritte wird die unterste Terrassenfläche mit einer Breite von 50 μm gebildet, wie dies in 5D dargestellt ist.
Wie in 5E dargestellt ist, wird dann auf der Oberfläche des Substrats wiederum eine Maskierschicht 2 gebildet, und auf dieser wird wiederum eine Resistschicht 3 gebildet. Dieses Mal wird eine Maske für ein lithografisches Verfahren zum Bilden einer vorderen Oberfläche einer zweiten Stufe der Terrassenform mit einer Größe in Längsrichtung von 180 μm und einer Größe in seitlicher Richtung von 1100 μm gebildet, und ein Muster der Maske wird durch Bestrahlen mit UV-Strahlung auf die vorstehend genannte Resistschicht 3 übertragen. Eine Formgebung (A + B) der Maske wird durch Hinzufügen einer in 4B dargestellten Formgebung zu der in 4A dargestellten, vorausgehenden Formgebung gebildet. Aufgrund dieser Schritte werden in der in 5F dargestellten Weise Bereiche, die dem vorderen Oberflächenbereich der ersten Stufe der Terrassenform und dem vorderen Oberflächenbereich der zweiten Stufe der Terrassenform entsprechen, mit einem Resist 31 auf der Maskierschicht 2 bedeckt, während die Maskierschicht 2 in den übrigen Bereichen freiliegt. Beim Ätzen der Maskierschicht 2 in einem derartigen Zustand wird die Sili ziumschicht 12 in Bereichen mit Ausnahme des von dem Resist 31 bedeckten Bereichs freigelegt. Anschließend wird das Resist 31 entfernt, und es erfolgt ein anisotroper Ätzvorgang an der Siliziumschicht 12 in der zu der Oberfläche senkrechten Richtung, bis eine Ätztiefe von 30 μm erreicht ist. Aufgrund dieser Schritte wird eine zweite Terrassenfläche gebildet, wie dies in 5G dargestellt ist.
Wie in 5H in teilweise vergrößerter Weise dargestellt ist, werden anschließend ein drittes Mal auf der Oberfläche des Substrats eine Maskierschicht 2 und auf der Maskierschicht 2 eine Resistschicht 3 gebildet. Dieses Mal wird eine Maske für ein lithografisches Verfahren zum Bilden einer dritten Stufe der Terrassenform gebildet. Bei der Formgebung einer Maske, wie diese bei C in 3 dargestellt ist, handelt es sich um eine Formgebung (A + B + C), die durch Hinzufügen einer rechteckigen Formgebung mit einer Größe in Längsrichtung von 90 μm und einer Größe in seitlicher Richtung von 1100 μm zu der vorangehenden Maskenform gebildet wird, wobei ein Muster der Maske durch Bestrahlen mit UV-Strahlung auf die vorstehend genannte Resistschicht 3 übertragen wird. Aufgrund dieser Schritte wird in der in 5I dargestellten Weise ein Bereich, der den vorderen Oberflächenbereichen der ersten, zweiten und dritten Stufe der Terrassenform entspricht, mit einem Resist 31 auf der Maskierschicht 2 bedeckt, während die Maskierschicht 2 in den übrigen Bereichen freiliegt. Beim Ätzen der Maskierschicht 2 in einem derartigem Zustand wird die Siliziumschicht 12 in Bereichen mit Ausnahme des von dem Resist 31 bedeckten Bereichs freigelegt. Anschließend wird das Resist 31 entfernt, und es erfolgt ein anisotroper Ätzvorgang an der Siliziumschicht 12 in der zu der Oberfläche rechtwinkligen Richtung, bis eine Ätztiefe von 15 μm erreicht ist. Aufgrund dieser Schritte wird ein dritte Terrassenfläche und damit die oberste Terrassenfläche gebildet, wie dies in 5J dargestellt ist.
Wie in 5K dargestellt ist, werden dann auf der Oberfläche des Substrats ein viertes Mal eine Maskierschicht 2 und auf dieser wiederum eine Resistschicht 3 gebildet. Dieses Mal wird eine Maske für ein lithografisches Verfahren bereitgestellt, um in separater Weise einen Probenfixierbereich zu bilden, der eine oberste Stufe der Terrassenform bildet. Eine Formgebung der Maske ist so ausgebildet, wie dies in 4D dargestellt ist; da die oberste Stufe und der dritte Terrassenform-Stufenbereich bei diesem Ausführungsbeispiel voneinander getrennt sind, ist in Übereinstimmung mit einer Höhe von 120 μm für beide Stufen eine durch Addieren von fünf rechteckigen Mustern zu den Mustern A und B gebildete Formgebung (A +B +C) vorgesehen; diese besteht aus einem Muster mit einer Größe in Längsrichtung von 120 μm und einer Größe in seitlicher Richtung von 100 μm, einem Muster mit einer Größe in Längsrichtung von 120 μm und einer Größe in seitlicher Richtung von 50 μm, das von dem ersten Muster mit einer Beabstandung von 200 μm in seitlicher Richtung angeordnet sind, einem Muster mit einer Größe in Längsrichtung von 120 μm und einer Größe in seitlicher Richtung von 20 μm, das von dem vorhergehenden Muster mit einer Beabstandung von 200 μm in seitlicher Richtung angeordnet ist, einem Muster mit einer Größe in Längsrichtung von 120 μm und einer Größe in seitlicher Richtung von 30 μm, das von dem vorhergehenden Muster mit einer Beabstandung von 200 μm in seitlicher Richtung angeordnet ist, sowie einem Muster mit einer Größe in Längsrichtung von 120 μm und einer Größe in seitlicher Richtung von 100 μm, das von dem vorhergehenden Muster mit einer Beabstandung von 200 μm in seitlicher Richtung angeordnet ist, wobei die Muster der Maske durch Bestrahlen mit UV-Strahlung auf die vorstehend genannte Resistschicht 3 übertragen werden. Aufgrund dieser Schritte liegt die Maskierschicht 2 in einem Zustand frei, in dem nur diejenigen Bereiche, die vordere Oberflächenbereiche der dritten Stufe und der obersten Stufe der Terrassenform bilden und die voneinander getrennt sind, nicht mit einem Resist 31 auf der Maskierschicht 2 bedeckt sind. Beim Ätzen der Maskierschicht 2 in einem derartigen Zustand wird die Siliziumschicht 12 in Bereichen freigelegt, die nicht mit dem Resist 31 bedeckt sind. Anschließend erfolgt ein anisotroper Ätzvorgang an der Siliziumschicht 12 in der zu der Oberfläche senkrechten Richtung, bis die Siliziumschicht 12 eliminiert ist und die Basisschicht 11 freiliegt. Hierbei bilden die zu ätzenden Bereiche einen rechten Bereich von einer in 5K unterbrochen dargestellten Linie. Aufgrund einer derartigen Formausbildung sind die dritte Stufe und die oberste Stufe der Terrassenform in fünf Teile unterteilt.
Nach Abschluß des Silizium-Formgebungsschrittes mit dem vorstehend beschriebenen Prozess wird das Resist unter Verwendung einer Resist-Ablöseflüssigkeit entfernt, und anschließend wird die Maskierschicht 2 entfernt. Auf diese Weise wird eine große Anzahl von Silizium-Probenträgern gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Basisschicht 11 des Substrats 1 gebildet.
Auf diese Weise wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Probenträger 4 unter Verwendung der mikro-elektromechanischen Systemtechnik bzw. MEMS-Technik gebildet, und daher ist es möglich, eine extrem dünne Probenfixierfläche zu bilden Die Oberflächengenauigkeit beträgt ±1 μm oder weniger, und die Oberflächenrauheit beträgt ebenfalls 0,1 μm oder weniger. Der Probenträger 4 wird an dem teilweise geschnittenen Kreisgitter 5, das eine Dicke von ca. 50 μm und einen Durchmesser von ca. 3 mm aufweist, unter Verwendung eines leitfähigen Haftmittels angebracht, wie dies in 2 dargestellt ist. Das leitfähige Haftmittel wird dazu verwendet, zu verhindern, dass die Probe elektrisch schwebend ist, wobei dies auf das Speichern von Ladung aufgrund der Bestrahlung mit geladenen Teilchen zurückzuführen ist. Anstatt des leitfähigen Haftmittels kann auch eine Behandlung aufgegriffen werden, mit der eine leitfähige Beschichtung aufgebracht wird.
Ein winziges Probenstück, das durch Feinstabtastung gebildet wird, wird auf einer obersten Stufe der Terrassenform fixiert. Zum Beispiel wird das winzige Probenstück an dem Probenträger der vorliegenden Erfindung fixiert und im Fall einer Probe für die TEM-Betrachtung wird die dünne Formgebung durch FIB unter Verwendung von Ga-Ionen erzielt. Bei einer derartigen Ausbildung entstehen Nachteile, wie z.B. Ionen-Rückhaltung. Zum Überwinden solcher Nachteile wird die Fertigbearbeitung, die restliche, in dem FIB erzeugte Ga-Ionen entfernt, unter Verwendung von Ar-Ionen durchgeführt. Da bei einer solchen Bearbeitung der Probenträger der vorliegenden Erfindung mit einer extrem kleinen Dicke hergestellt werden kann, kann diese Formausbildung durch Aufstrahlen von Ionen von der Unterseite her stattfinden, wie dies in 6 gezeigt ist. D.h., unter der Voraussetzung, dass ein von den Argon-Strahlen und dem Gitter 5 eingeschlossener Winkel 10 Grad oder weniger beträgt, ist es selbst bei Vorhandensein des Probenträgers möglich, das Bestrahlen der Probe mit den Ar-Ionenstrahlen auszuführen, so dass somit das Aufstrahlen der Strahlen aus einer derartigen Richtung stattfinden kann, dass im Wesentlichen keine Möglichkeit für ein wieder Anhaften von Ga-Ionen besteht.
Obwohl der Probenträger der vorliegenden Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf das Feinstabtasten für die TEM-Betrachtung als ein Beispiel beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Betrachtung beschränkt, sondern diese ist auch in einem breiten Umfang bei einer DEM-Probe oder bei winzig kleinen Proben anwendbar, die für andere Oberflächen-Analysiereinrichtungen Verwendung finden.

1: Siliziumsubstrat
2: Maskierschicht
3: Resistschicht
4: MEMS-Probenträger
5: Gitter
11: einzelne Siliziumschicht
12: Basisschicht
31: entwickelte Resistschicht

Claims

Probenträger, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Dickenkonstruktion mit einer zweidimensionalen Formgebung und einer Dicke von 10 μm oder weniger unter Verwendung eines Siliziumsubstrats (1) als Ausgangsmaterial mittels einer Halbleitersilizium-Verfahrenstechnik gebildet ist.
Probenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenkonstruktion mit zweidimensionaler Formgebung in Form einer terrassenförmigen Konfiguration ausgebildet ist, wobei ein Probenfixierbereich auf einer obersten Stufe einer Terrasse gebildet ist.
Probenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Probenträger an einem teilweise geschnittenen Gitter (5) in einem Zustand haftend angebracht ist, in dem ein Probenbereich nicht auf dem Gitter (5) angeordnet ist.
Probenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Bereichen, auf denen die Proben angebracht werden, auf dem gleichen Substrat angeordnet ist.