(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子機器の真空チャンバ内でサンプルを操作する方法であって、
当該方法は、前記真空チャンバ内で実施され、
第1の基板上のサンプルを提供するステップと、
マニピュレータの外端部を、前記サンプルに近接させるステップと、
前記外端部に前記サンプルを、取り外し可能に取り付けるステップと、
前記マニピュレータの外端部に取り付けられた前記サンプルを、前記第1の基板から持ち上げ、前記サンプルを第2の基板に搬送するステップと、
前記サンプルを前記第2の基板に取り付けるステップと、
前記サンプルを前記マニピュレータの外端部から取り外すステップと、
を有し、
前記外端部に前記サンプルを、取り外し可能に取り付けるステップは、前記サンプルをカーボンナノチューブの束に接触させることにより実施され、
前記カーボンナノチューブの束は、電子ビーム誘導成膜法、イオンビーム誘導成膜法、またはレーザビーム誘導成膜法により、前記マニピュレータの前記外端部に、交換式に取り付けられる、方法。
【請求項２】
前記サンプルを前記第2の基板に取り付けるステップは、EBID法、IBID法、およびLBID法からなる群から選定されたいずれか一つのビーム誘導成膜法により実施される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記サンプルは半導体サンプルであり、前記サンプルは、前記第1の基板から掘り出される、請求項1または2に記載の方法。
【請求項４】
前記第2の基板は、走査型電子顕微鏡に使用されるサンプル担体、および／または集束イオンビーム機器に使用されるサンプル担体、および／または透過型電子顕微鏡に使用されるサンプル担体、および／または走査透過型電子顕微鏡に使用されるサンプル担体、および／またはMEMSヒータである、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
前記第2の基板には、カーボンナノチューブの束が設けられ、
前記サンプルを前記第2の基板に取り付けるステップは、前記サンプルを前記カーボンナノチューブの束に、取り外し可能に取り付けるステップである、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
荷電粒子機器に使用されるマニピュレータであって、
カーボンナノチューブの束が設けられた外端部を有し、
前記カーボンナノチューブの束は、前記マニピュレータの前記外端部に、交換式に取り付けられ、
前記カーボンナノチューブの束は、サンプルを取り外し可能に取り付けるように構成されている、マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、荷電粒子機器の真空チャンバ内でサンプルを操作する方法に関し、
当該方法は、前記真空チャンバ内で実施され、
第1の基板上のサンプルを提供するステップと、
マニピュレータの外端部を、前記サンプルに近接させるステップと、
前記外端部に前記サンプルを、取り外し可能に取り付けるステップと、
前記マニピュレータの外端部に取り付けられた前記サンプルを基板から持ち上げ、前記サンプルを第2の基板に搬送するステップと、
前記サンプルを前記第2の基板に取り付けるステップと、
前記サンプルを前記マニピュレータの外端部から取り外すステップと、
を有する。
【背景技術】
【０００２】
そのような方法は、Asjesによる欧州特許出願公開第EP1468437A2号で知られている。Asjesには、静電把持装置が記載されており、ここでは、少なくとも2つの導電性素子のフォークにより、サンプルに静電力を加えることができる。導電性素子は、薄い絶縁層で被覆されることが好ましい。
【０００３】
マニピュレータの外端部（マニピュレータの「先端」とも称される）をサンプルに近づけ、さらに2つの導電性素子に電位差を印加して、静電フォークを「活性化」させることにより、静電力でサンプルがフォークに結合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第1468437号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Asjesの方法の問題は、絶縁材料のサンプルのハンドリングの際にサンプルを失う可能性があり、信頼性の低い結果が得られることである。
【０００６】
そのような別の方法として、独国ロイトリンゲンKleindiek  Nanotechnik  GmbHから入手できる、MGS2-EMマイクロ把持装置を使用することが知られている。http://www.kleindiek.com/mgs2-em.html参照。ここでは、ピエゾ起電マイクロピンセット（pincer）（外端部または先端）を使用してサンプルが把持され、サンプルがいずれかの場所に配置された後、再度サンプルが開放される。
【０００７】
この問題は、サンプルの機械的変形が生じ得ることである。別の問題は、把持装置を極めて高精度に配置する必要があることである。従って、機械的な把持装置を使用する方法は、迅速な方法とは言えない。
【０００８】
以下の文章において、「外端部」および「先端」と言う用語は、同じ意味を表し、相互に互換可能に使用されることに留意する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、前記問題の解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的のため、本発明による方法は、サンプルを取り付ける少なくとも一つのステップが、単にサンプルをカーボンナノチューブの束に接触させることにより、実施されるという特徴を有する。
【００１１】
乾式接着材としてのCNTの使用は、例えばShihao  Huらの「カーボンナノチューブをベースとした、改良型のヤモリ足模倣タイプの乾式接着材」、ナノスケール、第5巻、第475-486頁、2013年において提案されていることに留意する必要がある。また、シングルCNTの特徴を利用し、粒子光学機器において、シングルCNTをワークベンチに取り付けることも、この刊行物から知られている。しかしながら、粒子光学機器において、サンプルの脱着可能な接着のために、CNTの束を使用することは、開示も示唆もされていない。
【００１２】
さらに、日本国特許出願公開第JP2006073270Aには、熱伝導性ニードルに取り付けられたサンプルが記載されており、ニードルは、カーボンナノチューブ（CNT）または金属で構成されることが記載されていることに留意する必要がある。しかしながら、この出願は、ビーム誘導成膜法を用いてサンプルをCNTに接続することを示しており、ホルダとの間に大きな熱伝導性接続が生じる。
【００１３】
ある実施例では、サンプルを取り付ける他のステップは、EBID、IBID、またはLBIDの群からのビーム誘導成膜法により、サンプルを取り付けるステップを有する。
【００１４】
ここで、サンプルは、BIDを用いて、マニピュレータまたは第2の基板のいずれかに取り付けられる。電子ビーム誘導成膜（EBID）法、イオンビーム誘導成膜（IBID）法、またはレーザビーム誘導成膜（LBID）法を使用して、サンプルをマニピュレータまたは第2の基板（例えばサンプルグリッドまたはMEMSヒータ）に取り付けるステップは、当業者に知られている。
【００１５】
別の実施例では、サンプルは、EBID法、IBID法、またはLBID法により、マニピュレータの外端部に取り付けられ、単にサンプルをカーボンナノチューブの束（104、306）に接触させることにより、第2の基板に取り付けられる。
【００１６】
この方法は、半導体サンプルの再配置に特に適する。該サンプルは、第1の基板から掘り出される。
【００１７】
第1の基板（ウェハ）からのサンプルの掘り出し法は、当業者には良く知られている。そのようなサンプルは、通常、10×10μm2の寸法を有し、約1μｍ（発掘の直後）から約100〜20nm（いわゆる「薄肉化」の後）の間の厚さを有する。
【００１８】
第2の基板は、SEMに使用されるサンプル担体、および／またはFIBに使用されるサンプル担体、および／またはTEMに使用されるサンプル担体、および／またはMEMSヒータであることが好ましい。
【００１９】
そのようなサンプル担体は、半月状グリッド、メッシュ状のグリッド、穴あきカーボングリッド、スタブなど、多くの形態で容易に利用可能である。米国West  Chester、SPIサプライ／Structure  Probe社など、そのようなサンプル担体を公共的に利用できる、いくつかの供給元が知られている。
【００２０】
ある実施例では、第2の基板には、CNTの束が備えられ、サンプルを第2の基板に取り付けるステップは、CNTの前記束に、サンプルを取り外し可能に取り付けるステップである。
【００２１】
第2の基板は、サンプル担体（例えばTEMグリッド）であっても、別のタイプの基板であっても良い。
【００２２】
別の実施例では、マニピュレータには、CNTの束が備えられ、サンプルをマニピュレータに取り付けるステップは、前記CNTの束に、サンプルを取り外し可能に取り付けるステップである。
【００２３】
さらに別の実施例では、CNTの束は、EBID法、IBID法、またはLBID法により、マニピュレータの本体に取り付けられる。
【００２４】
この実施例では、CNTは交換式であり、またはCNTは、例えばサンプルのプローブ操作に使用される電気プローブのような、他の手段と置換可能である。この場合、（高価な）マニピュレータは、他の用途にも同様に使用できる。
【００２５】
ある態様では、SEMに使用されるサンプル担体、および／またはFIBに使用されるサンプル担体、および／またはTEMに使用されるサンプル担体は、CNTの束を備えても良い。
【００２６】
サンプル担体にCNTの束を提供することにより、サンプル担体に、サンプルを取り外し可能に取り付けることができる。
【００２７】
別の態様では、マニピュレータは、粒子光学機器に使用され、マニピュレータは、CNTの束を有する先端を有し、サンプルは、ここに取り外し可能に取り付けられる。
【００２８】
マニピュレータにCNTの束を提供することにより、マニピュレータに、サンプルを取り外し可能に取り付けることができる。
【００２９】
ある実施例では、マニピュレータの先端は、交換式の先端である。
【００３０】
これにより、CNTの束を用いたサンプルの再配置、サンプルのプローブ操作、欧州特許出願第EP15156537号等に記載されているような、マニピュレータを用いたガスノズルの配置のようないくつかの用途に、マニピュレータを使用することが可能となる。
【００３１】
さらに別の実施例では、荷電粒子機器は、サンプルを配置する移動式のステージを備え、このステージには、1または2以上のカーボンナノチューブの束を有する領域が設けられる。
【００３２】
以下、図面を用いて本発明について説明する。図において、同様の参照符号は、対応する特徴物を表す。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】サンプルを概略的に示した図である。サンプルは、まずマニピュレータに取り付けられ、CNTを有する第2の基板に取り付けられる。
【図１Ｂ】サンプルを概略的に示した図である。サンプルは、まずマニピュレータに取り付けられ、CNTを有する第2の基板に取り付けられる。
【図１Ｃ】サンプルを概略的に示した図である。サンプルは、まずマニピュレータに取り付けられ、CNTを有する第2の基板に取り付けられる。
【図１Ｄ】サンプルを概略的に示した図である。サンプルは、まずマニピュレータに取り付けられ、CNTを有する第2の基板に取り付けられる。
【図１Ｅ】サンプルを概略的に示した図である。サンプルは、まずマニピュレータに取り付けられ、CNTを有する第2の基板に取り付けられる。
【図２】配向されたCNTを有する第2の基板（サンプルホルダ）上に調製されたTEMラメラの顕微鏡写真である。
【図３Ａ】第1の基板から掘り出され、マニピュレータ上のCNT領域に取り付けられたサンプルを、概略的に示した図である。次に、サンプルは、第2の表面に搬送される。
【図３Ｂ】第1の基板から掘り出され、マニピュレータ上のCNT領域に取り付けられたサンプルを、概略的に示した図である。次に、サンプルは、第2の表面に搬送される。
【図３Ｃ】第1の基板から掘り出され、マニピュレータ上のCNT領域に取り付けられたサンプルを、概略的に示した図である。次に、サンプルは、第2の表面に搬送される。
【図３Ｄ】第1の基板から掘り出され、マニピュレータ上のCNT領域に取り付けられたサンプルを、概略的に示した図である。次に、サンプルは、第2の表面に搬送される。
【図３Ｅ】第1の基板から掘り出され、マニピュレータ上のCNT領域に取り付けられたサンプルを、概略的に示した図である。次に、サンプルは、第2の表面に搬送される。。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図1A〜1Eには、まずマニピュレータに取り付けられ、次にCNTを有する第2の基板に取り付けられたサンプルを概略的に示す。
【００３５】
図1Aには、マニピュレータの先端106に取り付けられた（接続、溶接、はんだ付けされた）サンプル100を概略的に示す。接続は、ビーム誘導成膜法（電子ビーム誘導成膜法、イオンビーム誘導成膜法、レーザビーム誘導成膜法）、またはサンプルと先端を相互に溶接して溶接部108が生じる技術と同等の技術により行われる。また、ターゲット領域として、第2の基板102（例えばサンプルホルダの一部）上のCNTの束104（CNT機能領域、または短くCNT領域としても知られる）が示されている。
【００３６】
図1Bには、サンプル100がCNT領域に接触するまで、サンプル100がCNT領域に向かって移動する様子を概略的に示す。
【００３７】
図1Cには、マニピュレータの先端106が、溶接部108およびサンプル100から切断された様子を概略的に示す。これは、通常、イオンビームミリング法、および同等の方法により行われる。
【００３８】
図1Dには、CNT領域104に取り付けられたサンプル100が集束イオンビーム112で照射され、サンプルが局部的に薄肉化され、溶接部108が除去される様子を概略的に示す。前記集束イオンビームは、図1Cに示したマニピュレータと溶接部の間の分離にも使用され得ることに留意する必要がある。
【００３９】
図1Eには、サンプル100が局部的にラメラ114まで薄肉化された様子を示す。厚さは、例えば、100nm以下である。そのような厚さでは、（走査型）透過型電子顕微鏡において、サンプルは電子に対して透明性を示し、従って（S）TEMでする観察することができる。
【００４０】
図2には、図1Eに対応する顕微鏡写真を示す。
【００４１】
TEMサンプル100は、配向されたカーボンナノチューブの機能領域104に取り付けられている。次に、サンプルは、局部的にラメラ114まで薄肉化され、ラメラの厚さは約100nmである。サンプルをCNT領域104に取り付ける際に、溶接は使用されない（例えばIBIDが使用される）。機械的な接着力を定性的に評価した。その結果、従来のIBIDまたはEBID溶接と同等かそれ以上の接着力であることが示された。
【００４２】
この例では、溶接は、サンプルをマニピュレータに取り付ける際に使用されることに留意する必要がある。しかしながら、異なる表面積または異なる配向を有するCNTの束を使用して、例えば、マニピュレータの小さな領域と第2の表面の大きな領域とを使用して、まずCNTを有するマニピュレータにサンプルを取り付け、次に、CNTを有する第2の基板にサンプルを取り付け、引張り力によりサンプルをマニピュレータから取り外し、サンプルと第2の表面（のCNT領域）の間の結合を維持しても良い。
【００４３】
図3A〜3Eには、第1の基板からサンプルを掘り出し、サンプルをマニピュレータ上のCNT領域に取り付け、次にサンプルを第2の表面に搬送する様子を概略的に示す。
【００４４】
図3Aには、集束イオンビーム302により、第1の表面300（例えば半導体ウェハの表面）から、サンプル100が掘り出される様子を概略的に示す。先端にCNT領域306を有するマニピュレータ304がその近傍にある。
【００４５】
図3Bには、掘り出しの間、CNT領域306を有するマニピュレータ304がサンプル100と接触するようにされ、その結果、サンプルがCNT領域に取り付けられる様子を概略的に示す。
【００４６】
図3Cには、CNT領域306を有するマニピュレータ304により、完全に開放されたサンプル100が第1の表面300から持ち上げられる概略的に示す。
【００４７】
図3Dには、サンプル100が第2の表面308（例えばTEMサンプルグリッド）に搬送され、第2の表面で保持される様子を概略的に示す。IBID用の集束イオンビーム310が使用され、溶接部312が形成される。
【００４８】
ビーム310は、ビーム302と同じビームであっても良いことに留意する必要がある。ただし、ミリング（図3A）とは異なり、IBID（図3D）用以外のガスは使用されない。
【００４９】
図3Eには、溶接部312が溶接部314に拡張され、CNT機能領域306を有するマニピュレータ304がサンプル100から引き離される様子を示す。
【００５０】
CNT表面領域およびCNTの配向を選定することにより、図3Dおよび3Eに示した溶接ステップを、図1A〜1Eに示したような、第2の表面のCNT領域にサンプルを取り付けるステップに置換することができる。
【００５１】
サンプルを第2の表面に取り付けた後、例えば、集束イオンビームコラムを備える荷電粒子機器において、サンプルが薄肉化され、その後、同じ機器（特にそのような機器が走査型電子顕微鏡カラムを備える場合）においてサンプルが観察され、または（S）TEMに搬送され、サンプルが観察され得ることに留意する必要がある。
【００５２】
このように、カーボンナノチューブ（CNT）機能領域の使用の結果、静電的に把持されたサンプルを失うリスク、または機械的な把持装置を使用した際の機械的変形のリスクを回避したまま、サンプルを取り付け／脱着するための迅速な方法を得ることができる。
【符号の説明】
【００５３】
100      サンプル
102      第2の基板
104      CNT領域
106      先端
108      溶接部
114      ラメラ
300      第1の表面
302      集束イオンビーム
304      マニピュレータ
306      CNT領域
308      第2の表面
310      集束イオンビーム
312      溶接部
314      溶接部
【図１Ａ】
0006736336.tif 000002
【図１Ｂ】
0006736336.tif 000003
【図１Ｃ】
0006736336.tif 000004
【図１Ｄ】
0006736336.tif 000005
【図１Ｅ】
0006736336.tif 000006
【図２】
0006736336.tif 000007
【図３Ａ】
0006736336.tif 000008
【図３Ｂ】
0006736336.tif 000009
【図３Ｃ】
0006736336.tif 000010
【図３Ｄ】
0006736336.tif 000011
【図３Ｅ】
0006736336.tif 000012