JP2003315225A - 試料ホルダ、走査プローブ顕微鏡及び半導体試料加熱方法 - Google Patents
試料ホルダ、走査プローブ顕微鏡及び半導体試料加熱方法Info
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- JP2003315225A JP2003315225A JP2002125691A JP2002125691A JP2003315225A JP 2003315225 A JP2003315225 A JP 2003315225A JP 2002125691 A JP2002125691 A JP 2002125691A JP 2002125691 A JP2002125691 A JP 2002125691A JP 2003315225 A JP2003315225 A JP 2003315225A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 最初は加熱体に電流を流して半導体試料を加
熱し、半導体が加熱され電気的な抵抗値が低くなったと
ころで、半導体試料の通電加熱が行われることで、電源
容量の小さな、安価で持ち運びの便利な電源で半導体試
料の加熱を行う。 【構成】 十分な超高真空状態が維持された真空容器中
に試料を設置し、その近傍に、加熱体を設置し、試料と
加熱体を電気的に並列接続する。また、加熱体と電気的
に直列にバイメタル・スイッチを接続する。
熱し、半導体が加熱され電気的な抵抗値が低くなったと
ころで、半導体試料の通電加熱が行われることで、電源
容量の小さな、安価で持ち運びの便利な電源で半導体試
料の加熱を行う。 【構成】 十分な超高真空状態が維持された真空容器中
に試料を設置し、その近傍に、加熱体を設置し、試料と
加熱体を電気的に並列接続する。また、加熱体と電気的
に直列にバイメタル・スイッチを接続する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査プローブ顕微鏡、
電子顕微鏡、Ｘ線マイクロアナライザ及び半導体検査装
置等に用いられる試料を加熱する装置及び方法に関す
る。
電子顕微鏡、Ｘ線マイクロアナライザ及び半導体検査装
置等に用いられる試料を加熱する装置及び方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】走査プローブ顕微鏡、電子顕微鏡及びＸ
線マイクロアナライザ等で観察される試料の処理の１つ
に試料加熱がある。この試料加熱は、試料のクリーニン
グ、試料の組織を整えるアニール及び高温での試料組織
の観察等を目的として行われる。加熱は、試料の酸化を
防止するため、酸素等のほとんど存在しない超高真空中
で行われる。試料の加熱方法としては直接試料に電流を
流して加熱する通電加熱と、加熱装置等で試料を加熱す
る傍熱加熱方式がある。傍熱加熱方式では、十分にクリ
ーニングやアニールを行う程度の高温にすることは難し
いが、通電加熱方式を用いると、試料を十分高温に加熱
することが出来る。また、通電加熱方式は設備が簡素な
ため、広く用いられている。図３は、通電加熱方式の試
料加熱方法を用いた走査トンネル顕微鏡における回路図
である。
線マイクロアナライザ等で観察される試料の処理の１つ
に試料加熱がある。この試料加熱は、試料のクリーニン
グ、試料の組織を整えるアニール及び高温での試料組織
の観察等を目的として行われる。加熱は、試料の酸化を
防止するため、酸素等のほとんど存在しない超高真空中
で行われる。試料の加熱方法としては直接試料に電流を
流して加熱する通電加熱と、加熱装置等で試料を加熱す
る傍熱加熱方式がある。傍熱加熱方式では、十分にクリ
ーニングやアニールを行う程度の高温にすることは難し
いが、通電加熱方式を用いると、試料を十分高温に加熱
することが出来る。また、通電加熱方式は設備が簡素な
ため、広く用いられている。図３は、通電加熱方式の試
料加熱方法を用いた走査トンネル顕微鏡における回路図
である。
【０００３】半導体は、常温付近では電気的な抵抗値が
大きく、高温になるに従って抵抗値が減少する性質があ
る。例えば、シリコン試料の場合、約５００℃まで加熱
するには１００Ｖ程度の電圧が必要であるが、約５００
℃より高温では１０〜２０Ｖ程度の電圧で済む。シリコ
ン試料のアニールを行うためには、１２００℃以上で１
０秒以上加熱する必要があるので、最終的には１０Ｖ乃
至２０Ｖ、３Ａ程度の電気を流せば良い。
大きく、高温になるに従って抵抗値が減少する性質があ
る。例えば、シリコン試料の場合、約５００℃まで加熱
するには１００Ｖ程度の電圧が必要であるが、約５００
℃より高温では１０〜２０Ｖ程度の電圧で済む。シリコ
ン試料のアニールを行うためには、１２００℃以上で１
０秒以上加熱する必要があるので、最終的には１０Ｖ乃
至２０Ｖ、３Ａ程度の電気を流せば良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱始
めには１００Ｖ程度の電圧が必要であるため、電源とし
ては１００Ｖ、３Ａ程度の容量の大きいものが必要であ
った。１００Ｖ、３Ａ程度の大容量の電源は、高価で、
重く持ち運びが不便で、また、汎用性がないため半導体
試料加熱専用に購入する必要があり不便であった。本発
明が解決しようとする課題は、小容量の電源を用いて半
導体試料の加熱を行うことである。
めには１００Ｖ程度の電圧が必要であるため、電源とし
ては１００Ｖ、３Ａ程度の容量の大きいものが必要であ
った。１００Ｖ、３Ａ程度の大容量の電源は、高価で、
重く持ち運びが不便で、また、汎用性がないため半導体
試料加熱専用に購入する必要があり不便であった。本発
明が解決しようとする課題は、小容量の電源を用いて半
導体試料の加熱を行うことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、真空中で
半導体試料を加熱する試料ホルダであって、通電加熱さ
れる試料と、試料と電気的に並列に接続され、試料を傍
熱加熱する加熱体と、を備えたことを特徴とする。
半導体試料を加熱する試料ホルダであって、通電加熱さ
れる試料と、試料と電気的に並列に接続され、試料を傍
熱加熱する加熱体と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】第２の本発明は、所定の温度より高い温度
では加熱体に流れる電流が停止する開閉器を備えたこと
を特徴とする。
では加熱体に流れる電流が停止する開閉器を備えたこと
を特徴とする。
【０００７】第３の本発明は、走査プローブ顕微鏡に前
述した試料ホルダを備えたことを特徴とする。
述した試料ホルダを備えたことを特徴とする。
【０００８】第４の本発明は、真空中での半導体試料の
加熱方法であって、傍熱加熱により半導体を加熱する第
１のステップと、所定の温度より高い温度では、通電加
熱により半導体試料の加熱を行う第２のステップと、を
備えたことを特徴とする。
加熱方法であって、傍熱加熱により半導体を加熱する第
１のステップと、所定の温度より高い温度では、通電加
熱により半導体試料の加熱を行う第２のステップと、を
備えたことを特徴とする。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を説明する。
【００１０】図１は、本発明の実施例として示した走査
プローブ顕微鏡の１種である走査トンネル顕微鏡におけ
る回路図である。半導体試料が酸化しないように十分な
超高真空状態が維持された真空容器５の中には、半導体
の試料１が設置されており、その近傍には、加熱体２が
設置されている。試料１と加熱体２は電気的に並列に接
続され、電流・電圧が可変な電源６に接続されている。
探針３は試料１に対向するように設置され、探針３の上
面には３次元スキャナ４が装着されている。３次元スキ
ャナ４は、電圧により伸縮する圧電素子によって構成さ
れており、電圧を印加することにより、ＸＹＺ方向の任
意の方向に変位を生じる。これにより、探針３は、走査
を行うことが出来る。
プローブ顕微鏡の１種である走査トンネル顕微鏡におけ
る回路図である。半導体試料が酸化しないように十分な
超高真空状態が維持された真空容器５の中には、半導体
の試料１が設置されており、その近傍には、加熱体２が
設置されている。試料１と加熱体２は電気的に並列に接
続され、電流・電圧が可変な電源６に接続されている。
探針３は試料１に対向するように設置され、探針３の上
面には３次元スキャナ４が装着されている。３次元スキ
ャナ４は、電圧により伸縮する圧電素子によって構成さ
れており、電圧を印加することにより、ＸＹＺ方向の任
意の方向に変位を生じる。これにより、探針３は、走査
を行うことが出来る。
【００１１】次に、上記のような構成の装置の動作を説
明する。トンネル顕微鏡で像を得る場合、探針３を試料
１に数ｎｍ程度近づけ３次元スキャナ４の変位により探
針３を走査させるが、試料１を加熱する場合は、探針３
を試料１より１ｍｍ程度以上離しておく。試料１及び加
熱体２は、電源６により通電される。まず、電源６によ
り１０Ｖ程度以下で０．２Ａ乃至０．５Ａ程度の電流を
流すと、常温付近では半導体の抵抗値は大きいため、試
料１に電流はほとんど流れず、加熱体２のみに電流が流
れる。このため、加熱体２のみ温度が上昇するが、近傍
にある試料１も加熱体２の熱により加熱される。そし
て、数秒乃至数十秒後には、試料１が数百℃程度に加熱
されると同時に抵抗値が小さくなり、試料１にも電流が
流れ出す。そこで、電流を増加させ、２０Ｖ程度で３Ａ
程度の電流を流し、試料１を通電加熱により加熱する。
試料１の温度がさらに上がると半導体の抵抗値もさらに
低下するため、電圧は余り変化しない。従って、加熱体
２に流れる電流の量は余り変化せず、電流の増加分のほ
とんどが試料１に流れる。
明する。トンネル顕微鏡で像を得る場合、探針３を試料
１に数ｎｍ程度近づけ３次元スキャナ４の変位により探
針３を走査させるが、試料１を加熱する場合は、探針３
を試料１より１ｍｍ程度以上離しておく。試料１及び加
熱体２は、電源６により通電される。まず、電源６によ
り１０Ｖ程度以下で０．２Ａ乃至０．５Ａ程度の電流を
流すと、常温付近では半導体の抵抗値は大きいため、試
料１に電流はほとんど流れず、加熱体２のみに電流が流
れる。このため、加熱体２のみ温度が上昇するが、近傍
にある試料１も加熱体２の熱により加熱される。そし
て、数秒乃至数十秒後には、試料１が数百℃程度に加熱
されると同時に抵抗値が小さくなり、試料１にも電流が
流れ出す。そこで、電流を増加させ、２０Ｖ程度で３Ａ
程度の電流を流し、試料１を通電加熱により加熱する。
試料１の温度がさらに上がると半導体の抵抗値もさらに
低下するため、電圧は余り変化しない。従って、加熱体
２に流れる電流の量は余り変化せず、電流の増加分のほ
とんどが試料１に流れる。
【００１２】例えば、シリコンの試料を観察するばあ
い、アニールを行い組織の整った試料を観察するには、
１２００℃で１０秒以上加熱する必要がある。この場合
最終的に１０Ｖ乃至２０Ｖ、３Ａ程度の電流で、アニー
ルすることが出来る。加熱は、十分な超高真空状態が維
持された真空容器５で行っているので、試料１が酸化す
ることはない。尚、半導体試料は、シリコンに限定する
ものではなく、他の半導体でも良い。また、アニール等
を行う場合の温度、時間等は、各半導体に固有の値があ
り、本実施例の値に限定するものではない。加熱体の熱
源は、タングステン線、ニクロム線等の金属線の他、グ
ラファイトの薄膜、レーザ、電子ビーム及びランプ等で
も良い。さらに、本発明は、走査トンネル顕微鏡に限定
するものではなく、走査プローブ顕微鏡、電子顕微鏡、
Ｘ線マイクロアナライザ及び半導体検査装置等に適用可
能である。
い、アニールを行い組織の整った試料を観察するには、
１２００℃で１０秒以上加熱する必要がある。この場合
最終的に１０Ｖ乃至２０Ｖ、３Ａ程度の電流で、アニー
ルすることが出来る。加熱は、十分な超高真空状態が維
持された真空容器５で行っているので、試料１が酸化す
ることはない。尚、半導体試料は、シリコンに限定する
ものではなく、他の半導体でも良い。また、アニール等
を行う場合の温度、時間等は、各半導体に固有の値があ
り、本実施例の値に限定するものではない。加熱体の熱
源は、タングステン線、ニクロム線等の金属線の他、グ
ラファイトの薄膜、レーザ、電子ビーム及びランプ等で
も良い。さらに、本発明は、走査トンネル顕微鏡に限定
するものではなく、走査プローブ顕微鏡、電子顕微鏡、
Ｘ線マイクロアナライザ及び半導体検査装置等に適用可
能である。
【００１３】図２は、本発明の他の実施例として示した
バイメタル・スイッチを用いたトンネル顕微鏡の回路図
である。半導体試料が酸化しないように十分な超高真空
状態が維持された真空容器５の中には、半導体の試料１
が設置されており、その近傍には、加熱体２が設置され
ている。試料１と加熱体２は、電気的に並列に接続さ
れ、電流・電圧が可変な電源６に接続されている。加熱
体２又は試料１の近傍で、伝導又は放射等により熱を感
知できる位置にバイメタル・スイッチ７が設置されてお
り、加熱体２と電気的に直列に接続されている。バイメ
タル・スイッチ７は線膨張係数の違う２種又はそれ以上
の金属を張り合わせたもので、温度が上昇し、一定の温
度になるとそれらの線膨張係数が異なるため湾曲し、ス
イッチが切れる。探針３は試料１に対向するように設置
され、探針３の上面には３次元スキャナ４が装着されて
いる。これにより、探針３は、走査を行うことが出来
る。
バイメタル・スイッチを用いたトンネル顕微鏡の回路図
である。半導体試料が酸化しないように十分な超高真空
状態が維持された真空容器５の中には、半導体の試料１
が設置されており、その近傍には、加熱体２が設置され
ている。試料１と加熱体２は、電気的に並列に接続さ
れ、電流・電圧が可変な電源６に接続されている。加熱
体２又は試料１の近傍で、伝導又は放射等により熱を感
知できる位置にバイメタル・スイッチ７が設置されてお
り、加熱体２と電気的に直列に接続されている。バイメ
タル・スイッチ７は線膨張係数の違う２種又はそれ以上
の金属を張り合わせたもので、温度が上昇し、一定の温
度になるとそれらの線膨張係数が異なるため湾曲し、ス
イッチが切れる。探針３は試料１に対向するように設置
され、探針３の上面には３次元スキャナ４が装着されて
いる。これにより、探針３は、走査を行うことが出来
る。
【００１４】上記のような構成の実施例において、動作
を説明する。まず、０．２Ａ乃至０．５Ａ程度の電流を
流すと、半導体の試料１は常温付近で抵抗が高いため、
加熱体２のみに電流が流れる。このため、加熱体２のみ
温度が上昇し、近傍にある試料１も加熱体２により加熱
される。この時の電圧は、せいぜい１０Ｖ程度以下であ
る。そして、数秒乃至数十秒後には試料１が加熱され数
百℃程度になる。また、加熱体２の熱によりバイメタル
・スイッチ７も加熱される。例えば、２００℃程度にな
ると作動するバイメタル・スイッチを用いると、２００
℃程度になると自動的に加熱体２の電流が遮断される。
そして、電流を増やしていけば、試料１が通電加熱のみ
で加熱され、１０Ｖ乃至２０Ｖ程度で３Ａ程度の電流に
より試料１を加熱することが出来る。図１における実施
例では、加熱体２にも電流が流れるが、図２における実
施例では高温で電流は全て試料１に流れるため、電流に
よる温度管理としては、図２における実施例の方が精度
は良い。尚、加熱体２に流れる電流を遮断するスイッチ
は、バイメタル・スイッチに限定せず、温度センサ等を
用いたスイッチでも良い。
を説明する。まず、０．２Ａ乃至０．５Ａ程度の電流を
流すと、半導体の試料１は常温付近で抵抗が高いため、
加熱体２のみに電流が流れる。このため、加熱体２のみ
温度が上昇し、近傍にある試料１も加熱体２により加熱
される。この時の電圧は、せいぜい１０Ｖ程度以下であ
る。そして、数秒乃至数十秒後には試料１が加熱され数
百℃程度になる。また、加熱体２の熱によりバイメタル
・スイッチ７も加熱される。例えば、２００℃程度にな
ると作動するバイメタル・スイッチを用いると、２００
℃程度になると自動的に加熱体２の電流が遮断される。
そして、電流を増やしていけば、試料１が通電加熱のみ
で加熱され、１０Ｖ乃至２０Ｖ程度で３Ａ程度の電流に
より試料１を加熱することが出来る。図１における実施
例では、加熱体２にも電流が流れるが、図２における実
施例では高温で電流は全て試料１に流れるため、電流に
よる温度管理としては、図２における実施例の方が精度
は良い。尚、加熱体２に流れる電流を遮断するスイッチ
は、バイメタル・スイッチに限定せず、温度センサ等を
用いたスイッチでも良い。
【００１５】図４は、図１の実施例に用いる、加熱体を
備えた試料ホルダの断面図である。試料１は、電線１５
が接続された押さえ金具１３により固定されている。１
８、１８’は押さえ金具１３を試料ステージ１２に固定
するためのネジである。ホルダ碍子１６の中央部には円
筒状の溝が形成されており、その中にはヒータ・ベース
１１が収納されている。ヒータ部９は、ヒータ碍子１０
に巻き付けられたタングステン線又はニクロム線等のヒ
ータ線８を通電することにより加熱される。ホルダ碍子
１６は、ホルダ・ベース１４にネジ１７、１７’により
固定されている。ピン１９は、本試料ホルダを図示しな
い走査トンネル顕微鏡のヘッドにセットする時に掴む部
分である。電線１５及びヒータ線８は図示しない直流電
源に電気的に並列に接続されている。
備えた試料ホルダの断面図である。試料１は、電線１５
が接続された押さえ金具１３により固定されている。１
８、１８’は押さえ金具１３を試料ステージ１２に固定
するためのネジである。ホルダ碍子１６の中央部には円
筒状の溝が形成されており、その中にはヒータ・ベース
１１が収納されている。ヒータ部９は、ヒータ碍子１０
に巻き付けられたタングステン線又はニクロム線等のヒ
ータ線８を通電することにより加熱される。ホルダ碍子
１６は、ホルダ・ベース１４にネジ１７、１７’により
固定されている。ピン１９は、本試料ホルダを図示しな
い走査トンネル顕微鏡のヘッドにセットする時に掴む部
分である。電線１５及びヒータ線８は図示しない直流電
源に電気的に並列に接続されている。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、最
初は加熱体に電流を流して半導体試料を加熱し、半導体
試料が加熱され抵抗値が低くなったところで、半導体試
料の通電加熱が行われるため、電源容量の小さな、安価
で持ち運びの便利な電源の使用が可能となった。
初は加熱体に電流を流して半導体試料を加熱し、半導体
試料が加熱され抵抗値が低くなったところで、半導体試
料の通電加熱が行われるため、電源容量の小さな、安価
で持ち運びの便利な電源の使用が可能となった。
【００１７】
【図１】本発明の実施例として示したトンネル顕微鏡の
回路図である。
回路図である。
【図２】本発明の他の実施例として示したバイメタル・
スイッチを用いたトンネル顕微鏡の回路図である。
スイッチを用いたトンネル顕微鏡の回路図である。
【図３】本発明を使用しない従来技術のトンネル顕微鏡
の回路図である。
の回路図である。
【図４】図１の実施例に用いられる試料ホルダの断面図
である。
である。
１ 試料
２ 加熱体
３ 探針
４ ３次元スキャナ
５ 真空容器
６ 電源
７ バイメタル・スイッチ
８ ヒータ線
９ ヒータ部
１０ ヒータ碍子
１１ ヒータ・ベース
１２ 試料ステージ
１３ 押さえ金具
１４ ホルダ・ベース
１５ 電線
１６ ホルダ碍子
１７ ネジ
１７’ ネジ
１８ ネジ
１８’ ネジ
１９ ピン
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｗ
Ｋ
Claims (4)
- 【請求項１】真空中で半導体試料を加熱する試料ホルダ
であって、通電加熱される前記試料と、前記試料と電気
的に並列に接続され、前記試料を傍熱加熱する加熱体
と、を備えた試料ホルダ。 - 【請求項２】所定の温度より高い温度では前記加熱体に
流れる電流を遮断する開閉器を備えた請求項１に記載し
た試料ホルダ。 - 【請求項３】請求項１又は請求項２に記載した試料ホル
ダを備えたことを特徴とした走査プローブ顕微鏡。 - 【請求項４】真空中での半導体試料の加熱方法であっ
て、傍熱加熱により前記試料を加熱する第１のステップ
と、所定の温度より高い温度では、通電加熱により前記
試料の加熱を行う第２のステップと、を備えた半導体試
料の加熱方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002125691A JP2003315225A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 試料ホルダ、走査プローブ顕微鏡及び半導体試料加熱方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002125691A JP2003315225A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 試料ホルダ、走査プローブ顕微鏡及び半導体試料加熱方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003315225A true JP2003315225A (ja) | 2003-11-06 |
Family
ID=29540336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002125691A Withdrawn JP2003315225A (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 試料ホルダ、走査プローブ顕微鏡及び半導体試料加熱方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003315225A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009163981A (ja) * | 2008-01-07 | 2009-07-23 | Hitachi High-Technologies Corp | ガス電界電離イオン源，荷電粒子顕微鏡、及び装置 |
| JP2012169297A (ja) * | 2012-05-11 | 2012-09-06 | Hitachi High-Technologies Corp | ガス電界電離イオン源，荷電粒子顕微鏡、及び装置 |
| JP2018031770A (ja) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 住友金属鉱山株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡を用いた試料の測定方法および走査型プローブ顕微鏡用試料ホルダー |
| CN108427453A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-08-21 | 南京大学 | 一种超高真空下样品热处理工艺的自动化温度控制***及方法 |
-
2002
- 2002-04-26 JP JP2002125691A patent/JP2003315225A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009163981A (ja) * | 2008-01-07 | 2009-07-23 | Hitachi High-Technologies Corp | ガス電界電離イオン源，荷電粒子顕微鏡、及び装置 |
| JP2012169297A (ja) * | 2012-05-11 | 2012-09-06 | Hitachi High-Technologies Corp | ガス電界電離イオン源，荷電粒子顕微鏡、及び装置 |
| JP2018031770A (ja) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 住友金属鉱山株式会社 | 走査型プローブ顕微鏡を用いた試料の測定方法および走査型プローブ顕微鏡用試料ホルダー |
| CN108427453A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-08-21 | 南京大学 | 一种超高真空下样品热处理工艺的自动化温度控制***及方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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