(57)【要約】【課題】Ｓ／ＴＥＭ分析用の複数のサンプルを抜き取り、取り扱う改良された方法を提供すること。【解決手段】本発明の好ましい実施形態は、複数のサンプルを、積み重ねられた形で同時に付着させるマイクロマニピュレータ、およびそれらのそれぞれのサンプルをＴＥＭグリッド上に配置する方法を利用する。複数のサンプルの処理を可能にする方法を使用することによって、サンプル準備のスループットはかなり増大する。【選択図】図５
2014182125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板から複数の薄片を抜き取る方法であって、
抜き取る少なくとも２つの薄片を準備するステップと、
第１の薄片と接触するようにマニピュレータを移動させて、前記第１の薄片を前記マニピュレータに付着させるステップと、
前記第１の薄片が第２の薄片と接触するように前記マニピュレータを移動させて、前記第２の薄片を前記第１の薄片に付着させるステップと、
前記マニピュレータで、前記第１の薄片および前記第２の薄片を抜き取るステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記マニピュレータに対する前記薄片の前記付着が、ＦＩＢデポジションによって達成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の薄片に対する前記第２の薄片の前記付着が、ＦＩＢデポジションによって達成される、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記マニピュレータを、付着した前記第１の薄片および第２の薄片と一緒にＴＥＭサンプルホルダまで移動させて、前記第２の薄片が、前記ＴＥＭサンプルホルダ上のある位置と接触するようにするステップであり、静電力が、前記ＴＥＭサンプルホルダ上の前記位置に前記第２の薄片を付着させ、前記第２の薄片を前記第１の薄片から分離するステップと、
前記マニピュレータを、付着した前記第１の薄片と一緒に、前記ＴＥＭサンプルグリッド上の別の位置まで移動させ、前記第１の薄片を、前記ＴＥＭサンプルホルダ上の第２の位置と接触させて、前記第１の薄片が、前記ＴＥＭサンプルホルダ上の前記第２の位置に付着し、前記マニピュレータとの接続を断つようにするステップと
をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記マニピュレータを、付着した前記第１の薄片および第２の薄片と一緒にＴＥＭサンプルホルダまで移動させて、前記第２の薄片が、前記ＴＥＭサンプルホルダ上のある位置と接触するようにするステップであり、ＦＩＢデポジションを使用して、前記ＴＥＭサンプルホルダ上の前記位置に前記第２の薄片を結合し、前記ＦＩＢデポジションが、前記第２の薄片を前記第１の薄片から分離するステップと、
前記マニピュレータを、付着した前記第１の薄片と一緒に、前記ＴＥＭサンプルホルダ上の別の位置まで移動させ、前記第１の薄片を、前記ＴＥＭサンプルホルダ上の第２の位置と接触させるステップであり、ＦＩＢデポジションを使用して、前記ＴＥＭサンプルホルダ上の前記第２の位置に前記第１の薄片を付着させ、それによって、前記第１の薄片を前記マニピュレータから分離するステップと
をさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の薄片が前記ＴＥＭサンプルホルダに付着しているときに、前記第２の薄片と前記第１の薄片の間の接続を断ち切ることによって、前記第２の薄片が前記第１の薄片から分離される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記マニピュレータがナノマニピュレータである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記マニピュレータを第３の薄片に移動させ、前記第２の薄片を前記第３の薄片に接触させて、前記第２の薄片が前記第３の薄片に付着するようにするステップをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記マニピュレータを、付着した前記第１、第２および第３の薄片と一緒に前記ＴＥＭサンプルホルダ上の第１の位置まで移動させて、前記第３の薄片が、前記ＴＥＭサンプルホルダの前記第１の位置と接触するようにするステップと、
前記第３の薄片を前記第１の位置に付着させ、前記第３の薄片を前記第２の薄片から分離するステップと、
前記マニピュレータを、付着した前記第１の薄片および第２の薄片と一緒に前記ＴＥＭサンプルホルダ上の第２の位置まで移動させ、前記第２の薄片を、前記ＴＥＭサンプルホルダの前記第２の位置と接触させるステップと、
前記第２の薄片を、前記ＴＥＭサンプルホルダの前記第２の位置に付着させ、前記第２の薄片を前記第１の薄片から分離するステップと、
前記マニピュレータを、付着した前記第１の薄片と一緒に前記ＴＥＭサンプルホルダ上の第３の位置まで移動させ、前記第１の薄片を、前記ＴＥＭサンプルホルダの前記第３の位置と接触させるステップと、
前記第１の薄片を、前記ＴＥＭサンプルホルダの前記第３の位置に付着させるステップと
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＴＥＭサンプルホルダがＴＥＭグリッドである、請求項４〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
基板から複数の薄片を抜き取る方法であって、
抜き取る複数の薄片を準備するステップと、
第１の薄片と接触するようにナノマニピュレータを移動させて、前記第１の薄片を前記ナノマニピュレータに付着させるステップと、
前記ナノマニピュレータを、次の複数の薄片のうちのそれぞれの薄片まで移動させて、後続のそれぞれの薄片が最後に付着させた薄片に付着して薄片のスタックを形成するようにするステップと、
前記ナノマニピュレータを、薄片の前記スタックと一緒にＴＥＭサンプルホルダまで移動させるステップと、
薄片の前記スタック上の最後の薄片が前記ＴＥＭグリッド上のある位置と接触するように前記ナノマニピュレータを移動させて、最後の薄片が前記位置に付着するようにするステップと、
前記ナノマニピュレータを前記ＴＥＭサンプルホルダ上の別の位置に移動させて、前記ナノマニピュレータに付着させた順番とは逆の順番で前記薄片を一つずつ移すステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記ＴＥＭサンプルホルダがＴＥＭグリッドである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の薄片の前記付着が静電力による、請求項１１または請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の薄片の前記付着がＦＩＢデポジションによる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＴＥＭサンプルホルダに対する前記薄片の前記付着が、ＦＩＢデポジションによって達成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＴＥＭサンプルホルダに対する前記薄片の前記付着の結果、前記薄片と直前の薄片との接続を物理的に断ち切ることによって、前記薄片が前記直前の薄片から分離する、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過電子顕微鏡および透過型走査電子顕微鏡用のサンプルの抜取りおよび取扱いに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の製造などの半導体製造は一般にフォトリソグラフィの使用を伴う。回路をその表面に形成する半導体基板、通常はシリコン・ウェーハを、放射で露光すると溶解性が変化する材料、例えばフォトレジストで覆う。放射源と半導体基板の間に配置されたマスク、レチクルなどのリソグラフィ・ツールが、基板のどのエリアを放射で露光するのかを制御する陰を作る。露光後、露光したエリアまたは露光しなかったエリアからフォトレジストを除去して、後続のエッチング・プロセスまたは拡散プロセスの間、ウェーハの一部を保護するパターン形成されたフォトレジスト層をウェーハの表面に残す。
【０００３】
このフォトリソグラフィ・プロセスは、それぞれのウェーハの表面に、しばしば「チップ」と呼ばれる多数の集積回路デバイスまたはエレクトロメカニカル・デバイスを形成することを可能にする。次いで、そのウェーハを切断して、単一の集積回路デバイスまたはエレクトロメカニカル・デバイスをそれぞれが含む個々のダイを得る。最後に、これらのダイをさらに処理して、パッケージングし、個々の集積回路チップまたはエレクトロメカニカル・デバイスにする。
【０００４】
この製造プロセス中、露光および集束は変化するため、リソグラフィ・プロセスによって現像されるパターンを絶えず監視または測定して、パターンの寸法が許容範囲内にあるかどうかを判定する必要がある。パターン・サイズが小さくなるにつれて、特に、そのリソグラフィ・プロセスが使用可能な分解能の限界に特徴部分の最小サイズが近づくにつれて、しばしばプロセス制御と呼ばれるこのような監視の重要性は相当に増す。デバイス密度を絶えず高くしていくためには、特徴部分のサイズを絶えず小さくしていく必要がある。特徴部分のサイズには、相互接続ラインの幅および間隔、コンタクト・ホールの間隔および直径、ならびにさまざまな特徴部分のコーナ、エッジなどの表面形状などが含まれる。ウェーハ上の特徴部分は３次元構造物であり、特徴部分の特徴を完全に描写するためには、ラインまたはトレンチの上面における幅などの表面寸法だけでなく、特徴部分の完全な３次元プロファイルを描写しなければならない。製造プロセスを微調整するため、および所望のデバイスの形状が得られることを保証するために、プロセス・エンジニアは、このような表面の特徴部分の臨界寸法（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）（ＣＤ）を正確に測定することができなければならない。
【０００５】
ＣＤの測定は一般に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの機器を使用して実施される。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、１次電子ビームを微小なスポットに集束させ、観察しようとする表面をそのスポットで走査する。表面に１次ビームが衝突すると、その表面から２次電子が放出される。その２次電子を検出し、画像を形成する。このとき、画像のそれぞれの点の輝度は、その表面の対応するスポットにビームが衝突したときに検出された２次電子の数によって決定される。しかしながら、特徴部分が小さくなり続けると、通常のＳＥＭによって提供される分解能にとって測定する特徴部分が小さくなりすぎる点に至る。
【０００６】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）では、数ナノメートル程度の極めて小さな特徴部分を見ることができる。材料の表面だけを画像化するＳＥＭとは対照的に、ＴＥＭは、サンプルの内部構造をも分析することができる。ＴＥＭでは、ブロード・ビームがサンプルに衝突し、サンプルを透過した電子は集束されサンプルの画像を形成する。１次ビーム中の電子の多くがサンプルを透過し、反対側から出てくることを可能にするため、サンプルは十分に薄くなければならない。サンプルの厚さは一般に１００ｎｍ未満であり、サンプルは薄片（ラメラ（ｌａｍｅｌｌａ））とも呼ばれる。
【０００７】
透過型走査電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）では、１次電子ビームを微小なスポットに集束させ、そのスポットでサンプル表面を走査する。加工物を透過した電子を、サンプルの向こう側に置かれた電子検出器によって集める。画像のそれぞれの点の強度は、その表面の対応する点に１次ビームが衝突したときに集められた電子の数に対応する。
【０００８】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭまたはＳＴＥＭ）で観察するためにはサンプルが非常に薄くなければならないため、サンプルの準備は、繊細で時間のかかる作業である。本明細書で使用する用語「ＴＥＭ」はＴＥＭまたはＳＴＥＭを指し、ＴＥＭ用のサンプルを準備すると言うときには、ＳＴＥＭで観察するためのサンプルを準備することも含まれると理解される。本明細書で使用する用語「Ｓ／ＴＥＭ」もＴＥＭとＳＴＥＭの両方を指す。
【０００９】
ＴＥＭ試料を準備するいくつかの技法が知られている。これらの技法には例えば、劈開、化学研磨、機械研磨、もしくはブロード・ビーム低エネルギー・イオン・ミリング（ｂｒｏａｄ  ｂｅａｍ  ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ  ｉｏｎ  ｍｉｌｌｉｎｇ）、または以上のうちの１つまたは複数の組合せなどが含まれる。これらの技法の欠点は、これらの技法が、特定の部位だけを処理する（ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）のではなく、しばしば、出発材料を次第に小さな材料片に切断していく必要があり、それによって原サンプルの多くの部分を破壊することである。
【００１０】
一般に「リフトアウト（ｌｉｆｔ−ｏｕｔ）」技法と呼ばれるこの技法は、集束イオン・ビームを使用して、基板の周囲の部分を破壊または損傷することなく基板またはバルクサンプルからサンプルを切り出す。このような技法は、集積回路の製造で使用されるプロセスの結果の分析および物理科学または生物科学の一般的な材料の分析に有用である。これらの技法を使用して、任意の向きのサンプル（例えば断面または平面のサンプル）を分析することができる。いくつかの技法は、直接にＴＥＭで使用するのに十分な薄さを有するサンプルを抜き取り、他の技法は、観察する前にさらに薄くする必要がある「塊（ｃｈｕｎｋ）」のサンプルまたは大きなサンプルを抜き取る。さらに、ＴＥＭ以外の他の分析ツールによって、これらの「リフトアウト」試料を直接に分析することもできる。ＦＩＢシステムの真空室内で基板からサンプルを抜き取る技法は普通、「原位置（ｉｎ−ｓｉｔｕ）」技法と呼ばれ、（ウェーハ全体を別のツールに移してからサンプルを取り出すときのように）真空室外でサンプルを取り出す技法は「外位置（ｅｘ−ｓｉｔｕ）」技法と呼ばれる。
【００１１】
抜き取る前に十分に薄くされたサンプルはしばしば、電子透過性の薄いフィルムで覆われた金属グリッド（ｇｒｉｄ）へ移送され、その上に載せられて観察される。図１は、先行技術のＴＥＭグリッド１０上に載せられたサンプルを示す。一般的なＴＥＭグリッド１０は銅、ニッケルまたは金製である。寸法はさまざまだが、ある一般的なグリッドは例えば３．０５ｍｍの直径を有し、サイズ９０×９０μｍ2のセル１４および幅３５μｍのバー１３からなる中央部分１２を有する。入射電子ビーム中の電子はセル１４を通り抜けることができるが、バー１３によって遮断される。中央部分１２の周囲には縁部分１６がある。縁部分の幅は０．２２５ｍｍである。向き識別マーク１８を除き、縁部分１６にセルはない。この電子透過性の薄い支持フィルムの厚さ１５はサンプルキャリア全体にわたって均一であり、その値は約２０ｎｍである。分析するＴＥＭ試料は、セル１４内に配置または載置される。
【００１２】
抜取りプロセスの間に、完成した薄片を含むウェーハをＦＩＢから取り出し、マイクロマニピュレータを備えた光学顕微鏡下に置く。マイクロマニピュレータに取り付けられたプローブを薄片の上に配置し、プローブを注意深く下ろして薄片と接触させる。静電力が薄片をプローブ先端に引きつける。次いで、一般に、薄片が付着したプローブ先端をＴＥＭグリッドまで移動させる。あるいは、プローブ先端に対する薄片のこの付着を、ＦＩＢデポジション（ＦＩＢ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を使用して達成することもできる。
【００１３】
観察する前にさらに薄くする必要があるサンプルは一般に、ＴＥＭサンプルホルダに直接に取り付けられる。図２は、部分的に円形の３ｍｍのリングを含む一般的なＴＥＭサンプルホルダ３１を示す。いくつかの用途では、イオン・ビーム・デポジションまたは接着剤（ａｄｈｅｓｉｖｅ）によって、サンプル３０を、ＴＥＭサンプルホルダのフィンガ（ｆｉｎｇｅｒ）３２に付着させる。サンプルは、フィンガ３２から、ＴＥＭ（図示せず）内で、電子ビームが、サンプル３１を通り抜けてサンプルの下の検出器に至る障害物のない経路を有するように延びる。ＴＥＭサンプルは一般に、ＴＥＭ内のサンプルホルダ上に、ＴＥＭサンプルの平面が電子ビームに対して垂直になるように水平に取り付けられ、観察される。
【００１４】
残念なことに、このような先行技術のサンプル抜取り方法を使用したＴＥＭサンプルの準備は時間がかかる。従来の作業の流れでは通常、ユーザが、一度に１つのサンプルを拾い上げ、ＴＥＭサンプルホルダ上に置く。最初にサンプルを準備する。マイクロマニピュレータを使用して、サンプルを持ち上げ、取り出す。次いで、サンプルをサンプルホルダへ移動させ、位置決めし、下ろし、静電力がサンプルを「落下させる（ｄｒｏｐ  ｏｆｆ）」ようにする。サンプルを取り出し、接続を物理的に断ち切ることによってＴＥＭサンプルホルダの位置にサンプルを置くこともできる。ＣＤ測定は、特定のプロセスの特性および質を十分に評価するためにしばしば、ウェーハ上の異なる位置からの複数のサンプルを必要とする。例えば、いくつかの状況では、所与のウェーハからの１５から５０個のＴＥＭサンプルを分析することが望ましい。このような多くのサンプルを公知の方法を使用して抜き取り、測定しなければならないときには、１枚のウェーハからのサンプルを処理するのにかかる総時間が数日または数週間にもなることがある。ＴＥＭ分析によって知りうる情報が非常に貴重であることがあるにしても、ＴＥＭサンプルを製作し測定する全体プロセスは従来非常に労働集約的で時間がかかり、そのため、製造プロセスの制御にこのタイプの分析を使用することは実際的ではない。それぞれのＴＥＭサンプルを準備し、取り出すためには、ユーザが、これらのステップを繰り返し実行しなければならない。言い換えると、ユーザが、別のサンプルを準備するステップを繰り返す。ユーザは次いで、サンプルを持ち上げ、取り出すステップを繰り返す。次いで、ユーザは、サンプルを一つずつＴＥＭサンプルホルダへ移動させる。ＴＥＭ薄片を大量に準備するためのこの現行のプロセスは逐次的に実行され、しばしば、時間のかかる労働集約的なプロセスとなる。
【００１５】
サンプルを抜き取り、移送するプロセスの速度を上げることは、半導体ウェーハを生産ラインにより速く戻すことが可能になることにより、時間と潜在的な収益の両面において相当な利点を提供するであろう。２つ以上のサンプルを一度に抜き取る新たな方式を含む、改良されたＴＥＭサンプル分析方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／８５３，１８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、本発明の目的は、サンプルを大量に準備するためにスループットを増大させる、ＴＥＭサンプルを分析する改良された方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の好ましい実施形態は、サンプルの効率的な処理を可能にするサンプルの複数回の拾い上げおよび落下を可能にする改良された方法を提供する。本発明の好ましい実施形態は、複数のサンプルを互いに積み重ね、付着させて、より少ないステップでサンプルをＴＥＭサンプルホルダに移動させる方法を可能にする。このプロセスはさらに、ステージの動き、ガス注入システム（ＧＩＳ）の挿入／後退動作およびマニピュレータの挿入／後退動作を最小化する。
【００１９】
以上では、以下の本発明の詳細な説明をより十分に理解できるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広く概説した。以下では、本発明の追加の特徴および利点を説明する。開示される着想および特定の実施形態を、本発明の同じ目的を達成するために他の構造を変更しまたは設計するベースとして容易に利用することができることを当業者は理解すべきである。さらに、このような等価の構造は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨および範囲を逸脱しないことを当業者は理解すべきである。
【００２０】
次に、本発明および本発明の利点のより完全な理解のため、添付図面に関して書かれた以下の説明を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】先行技術の一般的なＴＥＭグリッドを示す図である。
【図２】先行技術の一般的なＴＥＭサンプルホルダを示す図である。
【図３】複数のサンプルを示す図である。
【図４】マニピュレータによって拾い上げられている１つのサンプルを示す図である。
【図５】マニピュレータによって拾い上げられている２つのサンプルを示す図である。
【図６】マニピュレータによって拾い上げられている３つのサンプルを示す図である。
【図７】マニピュレータによって拾い上げられている４つのサンプルを示す図である。
【図８】マニピュレータによって拾い上げられている５つのサンプルを示す図である。
【図９】ＴＥＭサンプルホルダに隣接した５つのサンプルを示す図である。
【図１０】ホルダ（１１０）に結合している最後のサンプル（１０５）を示す図である。
【図１１】グリッドに付着させているサンプル（１０４）を示す図である。
【図１２】グリッドに付着させているサンプル（１０３）を示す図である。
【図１３】グリッドに付着させているサンプル（１０２）を示す図である。
【図１４】従来の方法および本発明の実施形態に基づく方法を使用した５つのサンプルに対する平均サンプル時間（ａｖｅｒａｇｅ  ｓａｍｐｌｅ  ｔｉｍｅ）を示すグラフである。
【図１５】従来の方法および本発明の実施形態に基づく方法を使用した５つのサンプルに対する平均サンプル時間（ａｖｅｒａｇｅ  ｓａｍｐｌｅ  ｔｉｍｅ）を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施形態に従って複数のサンプルを保持しているマイクロプローブの写真である。
【図１７】本発明の実施形態に従ってサンプルを落下させているマイクロプローブの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の好ましい実施形態は、複数のサンプルを拾い上げ、それらのサンプルを、ＴＥＭサンプルホルダまたはＴＥＭグリッド上に落下させる方法を提供し、この方法は、スループットを増大させるために実施される。このスループットの増大には、労働集約度がより低いプロセスが関与する。
【００２３】
本発明の好ましい方法または装置は多くの新規の態様を有する。本発明は、異なる目的を有する異なる方法または装置として実施することができるため、全ての実施形態に全ての態様が存在する必要はない。さらに、記載された実施形態の態様の多くは別々に特許を受けることができる。
【００２４】
本発明の好ましい一実施形態では、最初に、ウェーハまたは他の基板の表面に１つまたは複数の薄片を形成する。図３は、ミリングされて、または準備のために処理されて、ウェーハから取り出されたいくつかの薄片１００を示す。好ましくは、取り出す前に薄片をその場で薄くする、Ｂｌａｃｋｗｏｏｄ他の「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓ／ＴＥＭ  Ｓａｍｐｌｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ」という名称の米国特許仮出願第６０／８５３，１８３号明細書（この文献は参照によって本明細書に組み込まれる）に記載されている自動化されたｅｘ−ｓｉｔｕプロセスを使用して、いくつかの薄片を形成する。このサンプルミリング・プロセスを使用して、ウェーハまたは他の基板の表面の異なる部位に１つまたは複数の薄片を形成することができる。この方法は、フィンガ型グリッドへ移送する複数の塊のタイプの抜取りにも使用することができる。
【００２５】
所望の数の薄片を形成、準備した後、マイクロマニピュレータを使用して薄片を抜き取る。それぞれの薄片の位置のｘｙ座標を含む、それぞれのウェーハの全ての薄片部位のリストを、薄片をミリングするのに使用したＦＩＢシステムから抜取りツールへ転送することができる。図４に示されているように、マイクロマニピュレータ１０１は、静電力が薄片１０２をプローブ先端１５０に引きつける静電／圧力マニピュレータである。この薄片抜取りプロセスは完全に自動化されていることが好ましい。あるいは、この抜取りプロセスを、完全にまたは部分的に手動で制御することもできる。
【００２６】
次いで、図５に示されているように、マイクロマニピュレータまたはナノマニピュレータを、抜き取る準備ができた次の薄片１０３を含む別の位置へ移動させる。マイクロマニピュレータ１０１および付着させた薄片１０２を降ろし、薄片１０２が薄片１０３と接触するようにする。静電力が、薄片１０３を薄片１０２に引きつけ、薄片１０３を薄片１０２に付着させて、薄片のスタック（ｓｔａｃｋ）を形成する。あるいは、この薄片の相互付着は、ＦＩＢデポジションもしくは電子ビームを使用して薄片を結合させることによって、またはキー型接続を形成することができる当業界で公知の摩擦ばめによって達成することもできる。図６に示されているように、このプロセスを、次の薄片１０４に対して繰り返す。抜き取るサンプルが垂直のサンプル面を有する場合、これによって、プローブも、サンプル面に対して４５度の角度に向けられる。
【００２７】
図７および８に示されているように、このプロセスを繰り返して、後続のそれぞれの薄片が、直前に付着させた薄片に付着するようにする。薄片１０５は薄片１０４に付着する。薄片１０６は薄片１０５に付着する。付着エリアは、静電力が付着を達成することを可能にし、さらに、静電力を、付着させようとしている全ての薄片の重量よりも大きくすることを可能にする小さな部分を含むことができる。
【００２８】
コンピュータまたはプロセッサは、適当なソフトウェアを使用して、抜き取る複数の薄片のｘｙ座標をＦＩＢシステムから受け取ることができる。次いで、それぞれの薄片の位置を、サンプルを抜き取り、ＴＥＭサンプルホルダまたはＴＥＭグリッドへ移送した後のＴＥＭサンプルホルダ上の位置に対応させることができる（一般に１セルにつき１つの薄片）。これによって、プロセス全体を通じたデータ・トレーサビリティ（ｄａｔａ  ｔｒａｃｅａｂｉｌｉｔｙ）を提供することができ、その結果、ＴＥＭの最終結果を、元のウェーハ上の特定のサンプル部位に自動的に対応させることができる。
【００２９】
サンプルをプローブ先端に接着するのには静電引力が使用されるため、マイクロプローブの角度のついた斜角面（ベベル（ｂｅｖｅｌ））は、プローブ先端をその長軸を軸に１８０度回転させることができることとともに、ＴＥＭサンプルホルダ上に薄片を正確に配置することを可能にする。ＦＩＢデポジションを使用してサンプルをプローブ先端に結合させまたはサンプルとサンプルを相互に結合させるときにも、この角度には特別の考慮が払われる。
【００３０】
全ての薄片を積み重ねられた形で拾い上げた後、配置のため、それらの薄片を、ＴＥＭサンプルホルダまたはＴＥＭグリッドに移す。図９に示されているように、それらの薄片を、ＴＥＭサンプルホルダ１１０上に落下させる。最後に拾い上げた薄片、図１０では薄片１０６を降ろし、ＴＥＭサンプルホルダ１１０の付着スポット１２０に付着するように薄片１０６を配置する。ＴＥＭサンプルホルダ１１０からの静電力は、薄片１０６と薄片１０５とを付着させている静電力よりも強い。したがって、薄片１０６は、進んでＴＥＭサンプルホルダ１１０に付着する。あるいは、この接続を断ち切り、結合によりサンプルをＴＥＭサンプルホルダ１１０に付着させることによって、サンプルを物理的に分離することもできる。図１１〜１３に従って、積み重ねられた薄片をＴＥＭサンプルホルダ１１０上の異なる位置に移動させ、一つずつ移す。このとき、ウェーハから最後に抜き取られた薄片が、降ろされて、ＴＥＭサンプルホルダ１１０に付着する最初の薄片になる。マイクロマニピュレータ１０１から全ての薄片を取り出し、ＴＥＭサンプルホルダ１１０に付着させるまで、この操作を連続的に実施する。
【００３１】
薄片のこの処理は、それぞれの薄片を準備するためにそれぞれの追加のサンプル部位に移動し、この処理を繰り返すことができるＦＩＢシステムを使用して実行することができる。この処理は、所望のサンプル位置の両側をミリングするプロセスを含むことができる。この方法では、バルク・ステージとＴＥＭサンプルホルダまたはＴＥＭグリッドとの間の移動の回数がより少なくなるため、このプロセスは、ステージの動きを最小化し、スループットを増大させ、ＧＩＳの挿入／後退動作およびマニピュレータの挿入後退動作を最小化する。このプロセスの自動化が十分に達成されると、スループットはかなり増大すると予想される。
【００３２】
Ｈ４５０ＨＰ、Ｈ４５０ＭＬ、Ｈ４５０ＳＦ１ＮＰＣおよびＨ４５０ＳＦ１  ＰＣを使用し、薄片を抜き取る従来の方法および本発明の実施形態に基づく方法を使用した、５つのサンプルに対する平均的サンプル時間を示す図１４および１５に示されているように、本発明の方法を使用することによって１サンプル当たり約２分短縮された。５つの薄片からなる所与のサンプルでは、節減される総サンプル時間が２分から１０分以上である。
【００３３】
図１６は、本発明の実施形態に従って４つの薄片を首尾よく拾い上げたマイクロマニピュレータを示す。図１７は、４つの薄片が付着した、ＴＥＭサンプルホルダ上に配置されようとしているマイクロマニピュレータの実際の写真を示す。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、基板から複数の薄片を抜き取る方法は、抜き取る少なくとも２つの薄片を準備するステップと、第１の薄片と接触するようにマニピュレータを移動させて、第１の薄片をマニピュレータに付着させるステップと、第１の薄片が第２の薄片と接触するようにマニピュレータを移動させて、第２の薄片を第１の薄片に付着させるステップと、マニピュレータで、第１の薄片および第２の薄片を抜き取るステップとを含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、マニピュレータに対する薄片の付着が、ＦＩＢデポジションによって達成される。いくつかの実施形態では、第１の薄片に対する第２の薄片の付着が、ＦＩＢデポジションによって達成される。いくつかの実施形態では、この方法がさらに、マニピュレータを、付着した第１の薄片および第２の薄片と一緒にＴＥＭサンプルホルダまで移動させて、第２の薄片が、ＴＥＭサンプルホルダ上のある位置と接触するようにするステップであり、静電力が、ＴＥＭサンプルホルダ上の前記位置に第２の薄片を付着させ、第２の薄片を第１の薄片から分離するステップと、マニピュレータを、付着した第１の薄片と一緒に、ＴＥＭサンプルグリッド上の別の位置まで移動させ、第１の薄片を、ＴＥＭサンプルホルダ上の第２の位置と接触させて、第１の薄片が、ＴＥＭサンプルホルダ上の第２の位置に付着し、マニピュレータとの接続を断つようにするステップとを含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、この方法がさらに、マニピュレータを、付着した第１の薄片および第２の薄片と一緒にＴＥＭサンプルホルダまで移動させて、第２の薄片が、ＴＥＭサンプルホルダ上のある位置と接触するようにするステップであり、ＦＩＢデポジションを使用して、ＴＥＭサンプルホルダ上の前記位置に第２の薄片を結合し、前記ＦＩＢデポジションが、第２の薄片を第１の薄片から分離するステップと、マニピュレータを、付着した第１の薄片と一緒に、ＴＥＭサンプルホルダ上の別の位置まで移動させ、第１の薄片を、ＴＥＭサンプルホルダ上の第２の位置と接触させるステップであり、ＦＩＢデポジションを使用して、ＴＥＭサンプルホルダ上の第２の位置に第１の薄片を付着させ、それによって、第１の薄片をマニピュレータから分離するステップとを含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、第２の薄片がＴＥＭサンプルホルダに付着しているときに、第２の薄片と第１の薄片の間の接続を断ち切ることによって、第２の薄片が第１の薄片から分離される。いくつかの実施形態では、マニピュレータがナノマニピュレータである。いくつかの実施形態では、この方法がさらに、マニピュレータを第３の薄片に移動させ、第２の薄片を第３の薄片に接触させて、第２の薄片が第３の薄片に付着するようにするステップを含む。いくつかの実施形態では、この方法がさらに、マニピュレータを、付着した第１、第２および第３の薄片と一緒にＴＥＭサンプルホルダ上の第１の位置まで移動させて、第３の薄片が、ＴＥＭサンプルホルダの第１の位置と接触するようにするステップと、第３の薄片を第１の位置に付着させ、第３の薄片を第２の薄片から分離するステップと、マニピュレータを、付着した第１の薄片および第２の薄片と一緒にＴＥＭサンプルホルダ上の第２の位置まで移動させ、第２の薄片を、ＴＥＭサンプルホルダの第２の位置と接触させるステップと、第２の薄片を、ＴＥＭサンプルホルダの第２の位置に付着させ、第２の薄片を第１の薄片から分離するステップと、マニピュレータを、付着した第１の薄片と一緒にＴＥＭサンプルホルダ上の第３の位置まで移動させ、第１の薄片を、ＴＥＭサンプルホルダの第３の位置と接触させるステップと、第１の薄片を、ＴＥＭサンプルホルダの第３の位置に付着させるステップとを含む。いくつかの実施形態では、ＴＥＭサンプルホルダがＴＥＭグリッドである。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態によれば、基板から複数の薄片を抜き取る方法は、抜き取る複数の薄片を準備するステップと、第１の薄片と接触するようにナノマニピュレータを移動させて、第１の薄片をナノマニピュレータに付着させるステップと、ナノマニピュレータを、次の複数の薄片のうちのそれぞれの薄片まで移動させて、後続のそれぞれの薄片が最後に付着させた薄片に付着して薄片のスタックを形成するようにするステップと、ナノマニピュレータを、薄片の前記スタックと一緒にＴＥＭサンプルホルダまで移動させるステップと、薄片の前記スタック上の最後の薄片がＴＥＭグリッド上のある位置と接触するようにナノマニピュレータを移動させて、最後の薄片が前記位置に付着するようにするステップと、ナノマニピュレータをＴＥＭサンプルホルダ上の別の位置に移動させて、ナノマニピュレータに付着させた順番とは逆の順番で薄片を一つずつ移すステップとを含む。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ＴＥＭサンプルホルダがＴＥＭグリッドである。いくつかの実施形態では、前記複数の薄片の付着が静電力による。いくつかの実施形態では、前記複数の薄片の付着がＦＩＢデポジションによる。いくつかの実施形態では、ＴＥＭサンプルホルダに対する薄片の付着が、ＦＩＢデポジションによって達成される。いくつかの実施形態では、ＴＥＭサンプルホルダに対する薄片の付着の結果、薄片と直前の薄片との接続を物理的に断ち切ることによって、薄片が直前の薄片から分離する。
【００４０】
本発明は幅広い適用可能性を有し、上記の例において説明し、示した多くの利点を提供することができる。本発明の実施形態は、具体的な用途によって大きく異なる。全ての実施形態が、これらの全ての利点を提供するわけではなく、全ての実施形態が、本発明によって達成可能な全ての目的を達成するわけでもない。さらに、以上の説明の多くは半導体ウェーハを対象としているが、本発明は、適当な任意の基板または表面に対して使用することができる。さらに、上記の説明の多くは、厚さが１００ｎｍ未満の全体に長方形の薄片を対象としているが、本発明は、他の厚さを有する薄片および他の形状を有するサンプルと一緒に使用することもできる。添付図面は、本発明の理解を助けることが意図されており、別段示されていない限り、原寸に比例していない。
【００４１】
本発明および本発明の利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に、さまざまな変更、置換および改変を加えることができることを理解すべきである。さらに、本出願の範囲が、本明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法およびステップの特定の実施形態に限定されることは意図されていない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を実行し、または実質的に同じ結果を達成する既存のまたは今後開発されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを、本発明に従って利用することができる。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法またはステップを含むことが意図されている。
【符号の説明】
【００４２】
１００  薄片
１０１  マイクロマニピュレータ
１１０  ＴＥＭサンプルホルダ
１２０  付着スポット
１５０  プローブ先端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
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2014182125000002.pdf
2014182125000003.pdf
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