(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作動きが、ロッドのような先端を示したサンプル・キャリアとマニピュレータとから成る操作システムを利用して行われる、基板から採取される微視的サンプルを操作する方法であって、
前記サンプルを前記サンプル・キャリアのロッドのような先端に取り付け、前記サンプルを前記基板から完全に切断する工程と、
穴を備えたホルダ上に前記サンプルをマウントする工程であり、前記サンプルが完全に前記穴の中に入るように、前記サンプルを取り付けた前記サンプル・キャリアを前記ホルダの上面に載せる、工程と、
次いで、前記サンプルを取り付けた前記サンプル・キャリアの一部を前記マニピュレータから分離する工程とを有し、
前記サンプル・キャリアの一部の分離後、分離された前記サンプル・キャリアの一部が前記サンプルを取り付けたまま前記ホルダの上面に残るように分離する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
操作動きが、サンプル・キャリアとマニピュレータとから成る操作システムを利用して行われる、基板から採取される微視的サンプルを操作する方法であって、
前記サンプルを前記サンプル・キャリアの先端に取り付け、前記サンプルを前記基板から完全に切断する工程と、
次いで、前記サンプルと前記マニピュレータを分離する工程とを有し、
前記マニピュレータと前記サンプル・キャリアを、分離後、前記サンプル・キャリアのうち前記サンプルに対して突き出た部分が前記サンプルに取り付けられたまま残るように分離され、
前記操作システムは、ワイヤを供給するワイヤ供給手段と、前記ワイヤの端部を分離する切断手段とを備え、
前記サンプル・キャリアは、前記ワイヤの端部によって形成され、
前記分離は、前記ワイヤの端部を前記供給されたワイヤから前記切断手段により分離することによって行われる、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、
分離が生じる分離エリア位置において前記ワイヤにくびれが生じるように、前記供給されたワイヤを引き伸ばす工程を更に有する、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法であって、
前記サンプル・キャリアは、前記マニピュレータに取り外し可能に接続される、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法であって、
前記サンプル・キャリアに固有の識別コードを備える、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の方法であって、
前記サンプル・キャリアは、前記ホルダに、前記サンプルが前記穴内の略自由な位置に配置されるように、取り付けられることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、
前記サンプル・キャリアは、前記ホルダに、機械的に挟まれることによって取り付けられる、ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の方法であって、
前記ホルダに固有の識別コードを備える、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
サンプルを基板から切り離すための粒子ビームを生成する粒子源と、
前記サンプルが前記基板から採取される基板上の位置へサンプル・キャリアを動かすマニピュレータとを備えた請求項２又は３記載の方法を実行する粒子光学装置であって、
サンプル・キャリアを形成するためのワイヤを供給するワイヤ供給手段と、
前記サンプル・キャリアを得るために、前記ワイヤ供給手段から供給された前記ワイヤの端部を分離する切断手段とを有する、ことを特徴とする粒子光学装置。
【請求項１０】
サンプルを基板から切り離すための粒子ビームを生成する粒子源と、
前記サンプルが前記基板から採取される基板上の位置へサンプル・キャリアを動かすマニピュレータとを備えた請求項４乃至８のいずれか一項記載の方法を実行する粒子光学装置であって、
前記マニピュレータは、前記サンプル・キャリアを前記マニピュレータに取り外し可能に取り付ける結合機構を有する、ことを特徴とする粒子光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作動きがサンプル・キャリアとマニピュレータとから成る操作システムを利用して行われる、基板から採取される微視的サンプルを操作する方法であり、サンプルをサンプル・キャリアに取り付け、該サンプルを基板から完全に切断する工程と、次いでサンプルとマニピュレータを分離する工程とを有する方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、上記方法を実行する粒子光学装置にも関する。
【背景技術】
【０００３】
上記方法は既知である（例えば、特許文献１参照）。この方法は、主として、半導体業界において用いられる。そこでは、分析工程及び／又は処理工程を可能にするために、微視的サイズのサンプルがウエハーなどの基板から採取される。今日では、このようなサンプルは、１０μｍオーダのサイズと、１００μｍの厚さを有する。傾向としては、対象とする構造の更なる微細化及びそれに伴う抽出サンプルの微細化に向かっている。この分析は、例えば、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；透過型電子顕微鏡）、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；二次イオン形質量分析法）、又は、Ｘ線分析装置、などを用いて実施することができる。更なる処理工程は、例えば、ＴＥＭを用いた分析の一環としてイオンビームを利用してサンプルを薄くすることを有し得る。
【０００４】
上記特許文献１記載の方法の場合、針形のサンプル・キャリアが、マニピュレータ上を移動して、サンプルが基板から抽出される基板上の位置へ移動する。サンプルを基板から完全に切断する前に、サンプルは金属付着によって針形のサンプル・キャリアの先端（ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ）に取り付けられる。
【０００５】
サンプルをウエハーから採取し、該サンプルをサンプル・キャリアに取り付ける別の方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。このために、サンプルは、まず粒子ビームを用いて基板から完全に切り離され、次いでサンプル・キャリアに取り付けられる。上記既知の方法のいずれにおいても、サンプルが基板から切り離され、サンプル・ホルダに取り付けられるという状況が実現するため、サンプル・ホルダを用いてサンプルを操作することができる。
【０００６】
粒子ビームを用いてサンプルを完全に切り離した後、マニピュレータに取り付けられたサンプルは、マニピュレータを用いて別の位置へ連れていかれる。
【０００７】
次いで、サンプルは、金属付着を利用して、ＴＥＭグリッドの形をしたキャリアに固定される。ＴＥＭグリッドは穴を有し、サンプルはその穴の端に取り付けられる。サンプルをＴＥＭグリッドに固定した後、サンプルとマニピュレータの間の金属付着接続を切り離すために、イオンビームを用いて、マニピュレータとサンプルの間を分離する。
【０００８】
ＴＥＭグリッドは、金属箔から成る。この金属箔には、複数の穴が形成される。これらの穴の境界線は、上記金属箔の帯である。ＴＥＭグリッドは、通常、３ｍｍオーダの外径と、１５μｍ以上の穴と、１０μｍ以上の幅の境界線帯と、１０μｍ以上の厚さとを有する。ＴＥＭグリッドの実施形態に応じて、穴は何百μｍのサイズまで上げてもよい。
【特許文献１】米国特許第６，４２０，７２２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５７０，１７０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記既知の方法の欠点は、更なる処理及び／又は分析中のサンプルへの空間的可触性を妨げることなく、サンプルの端点を穴の端に接続するために、サンプル・キャリア上にマウントされたサンプルを、操作システムによってＴＥＭグリッド上にサブミクロンの精度で位置決めしなければならないことである。この点について、サンプルのサイズがＴＥＭグリッドの帯の幅と同じかそれよりも小さいということに気がつくことが重要である。
【００１０】
上記方法の別の欠点は、サンプルが固定されたグリッド又はホルダ以外のグリッド又はホルダを必要とする装置においてサンプルを処理又は分析できないことである。
【００１１】
更に別の欠点は、サイズが３ｍｍオーダで、何百もの穴が開いたＴＥＭグリッド上のどこかで、サイズが１０μｍオーダの微視的サンプルが帯に固定される、というＴＥＭグリッド上でのサンプルの位置決めにある。
【００１２】
本発明の目的は、微視的サンプルの操作をより良く容易にする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このため、本発明に係る方法は、マニピュレータとサンプル・キャリアを、分離後、サンプル・キャリアのうちサンプルに対して突き出た部分が該サンプルに取り付けられたまま残るように分離する、ことを特徴とする。
【００１４】
サンプル・キャリアを微視的なサンプルより大幅に大きくして、そしてサンプル・キャリアを操作することによって、巨視的なマニピュレータを用いた該マニピュレータに取り付けられた微視的サンプルの操作が、サンプルに取り付けられるサンプル・キャリア無しでのサンプルの操作より容易になる。
【００１５】
サンプルよりかなり大きい穴を備えたＴＥＭグリッド上にサンプルをマウントするとき、サンプル全体が穴の中に入り、サンプル・キャリアがＴＥＭグリッドの１以上の帯の上に載るようにサンプル・キャリアが操作されれば、必要な位置決め精度が大幅に低減され、それに伴い操作がより容易になる。
【００１６】
サンプルを再マウントするときは、サンプル・キャリアを、リリースし、操作し、マウントすればよい。これは、微視的なサンプルをリリースし、操作し、マウントするよりも容易且つ効率的である。このような再マウントは、例えば、当初の設置が誤っていた場合にサンプルの位置や向きを変えるときや、サンプルに後続の処理又は分析を施す装置において用いられる別のグリッド又はホルダ上にサンプルをマウントするときなどに必要となる。
【００１７】
最後に、（比較的大きい）サンプル・キャリアに取り付けられた微視的サンプルの位置決めは、サンプル・キャリア無しでのサンプルの位置決めよりも容易である。まず、サンプル・キャリアの位置を決め、次に、サンプル・キャリアの形を追従することによって、サンプル・キャリアに取り付けられたキャリアがローカライズされる。
【００１８】
本発明に係る方法の好ましい実施形態において、サンプル・キャリアはロッドのような先端を有し、サンプルがサンプル・キャリアに取り付けられる場所はサンプル・キャリアの上記ロッドのような先端である。この実施形態の利点は、比較的大きいサンプル・キャリアの先端が微視的なサンプルに取り付けられる場所における視認性がサンプル・キャリア自体によってできる限りブロックされない。この結果、サンプルが切り離された前の採取されたサンプル上でのサンプル・キャリアの先端の位置決めをできる限りシンプルにすることができる。
【００１９】
本発明に係る方法の別の実施形態において、サンプル・キャリアはワイヤ供給の端部によって形成される。このシナリオにおいて、上記分離は、上記端部をワイヤ供給から分離することによって行われる。この実施形態の利点は、本方法が繰り返し適用される場合、ワイヤ供給の残った端を後続のサンプル・キャリアの新しい端部として使うことができることである。このシナリオにおいて、上記分離は、ワイヤ供給のワイヤにくびれが生じるようにワイヤを引き伸ばすことを含むことができる。これの利点は、新たに形成されるワイヤ供給端がサンプル・キャリアの残部より小さい直径を有するため、採取する微視的サンプル上にその端を設置するのが容易になるからである。
【００２０】
本発明に係る方法の別の実施形態において、サンプル・キャリアは、マニピュレータに取り外し可能に接続される。この実施形態の利点は、マニピュレータが、人間を介在せず、自動的に、例えばカセットからサンプル・キャリアを取り出し、サンプルをそのサンプル・キャリアに取り付け、サンプルを切り離し、サンプル・キャリアを取り付けられたサンプルと共に同じ又は別のカセット内へ置いてリリースし、そして、このカセットを本方法が実行された装置から取り出して、カセット内に存在するサンプルが処理及び／又は分析を受けられるようにする、ことができる。サンプル・キャリアは、サンプル採取に続く分析及び／又は処理を実行する装置において用いるのに適した形にすることができる。サンプル・キャリアは複数のサンプルを運ぶように具体化することができる。これにより、分析及び／又は処理に必要な時間を短縮することができる。また、サンプル・キャリアに固有の識別コードを備えることもできる。これにより、後続の分析及び／又は処理中のサンプルの識別が容易となる。この装置の実施形態は、主に、集積回路の製造環境など非常に多くのサンプルが分析される環境において、有益的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を図面に基づいて説明する。図面において、同じ符号は対応する要素を示す。
【００２２】
図面は、サンプルが基板から切り離される前にサンプル・キャリアをサンプルに取り付ける際の方法についてしか説明していないが、サンプルをサンプル・キャリアに取り付ける前にまずサンプルを完全に切り離すことも可能である。
【実施例】
【００２３】
図１Ａ及び１Ｂは、部分的に切り離されたサンプル１を含むウエハー形の基板２を示す。サンプルは、イオンビームを用いて、既知の方法で切り離すことができる。サンプル１の裏面は既に切り離され、サンプル１は、ウエハー２とサンプル１の間の接続７のみを通じて、ウエハー２に接続されている。サンプル１は、今日では、１０μｍオーダのサイズ（すなわち、ラインＡＡ’に垂直な長さ）と、１００ｎｍの厚さ（ラインＡＡ’方向のサイズ）を有する。ウエハー２は、今日では３００ｍｍのサイズを有し、ウエハー上のランダムな任意の場所からサンプルを採取することが可能であるべきである。図１Ｂは、図１Ａに示したラインＡＡ’に沿って切った横断面を示す。図から明らかなように、サンプル１の裏面はウエハー２から自由である。
【００２４】
図２は、マニピュレータ４と、サンプル・キャリア３とから成る操作システム５を概略的に示す。マニピュレータ４は、ウエハー２の平面内において、ウエハー２から採取されるウエハー２（図１Ａ参照）に垂直なサンプル１の位置にまで、サンプル・キャリア３を移動させることができる。サンプル１のサイズの観点から、これは、１μｍオーダの精度で行われなければならない。この種の精度を備えたウエハーを位置決めするマニピュレータはそれ自体既知である。
【００２５】
図３は、マニピュレータ４（図２参照）に接続され、サンプル１に取り付けられたサンプル・キャリア３（図２参照）の先端（ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ）を概略的に示す。ここで、接続６は、金属付着の形で具体化されている。サンプル１とウエハー２の間の接続７を粒子ビームで切り離した後、サンプル１はサンプル・キャリア３のみによって支えられる。
【００２６】
図４は、（マニピュレータ４に接続された）サンプル・キャリア３と、サンプル・キャリア３に取り付けられたサンプル１とをＴＥＭグリッド１４上で位置決めしているマニピュレータ４を概略的に示す。サンプル・キャリア３は、サンプル１が、分離後、ＴＥＭグリッド１４のいずれかの穴の中に全体が入り、サンプル・キャリア３がＴＥＭグリッド１４（ブロードキャスト５に更に示す）の１以上の帯の上に載るように、マニピュレータ４によってＴＥＭグリッド１４上で位置決めされる。次いで、例えばレーザビーム又は粒子ビームを用いて、マニピュレータ４とサンプル・キャリア３の間が位置８において分離される。ここで、サンプル・キャリア３のうちサンプル１に対して突き出た部分及びサンプル１に接続したままの部分は、サンプル１に比して大きい。
【００２７】
図５は、サンプル・キャリア３とマニピュレータ４の間が分離された後のサンプル１の位置決めを概略的に示す。サンプル・キャリア３は、ＴＥＭグリッド１４の１つの帯の上に載り、サンプル１はＴＥＭグリッド１４の１つの穴１７内に全体が配置される。この結果、サンプル１は、他の装置において、処理及び／又は分析のために容易にアクセスすることができる。
【００２８】
図６は、ワイヤ供給１１の端部９によってサンプル・キャリア３（図２参照）が形成された、操作システム５の一実施形態を概略的に示す。加えて、ここでは分離手段１５も概略的に図示する。分離手段１５は、後に図７において更に説明するように、現実的には機械式であるが、レーザビーム又は粒子ビームを用いて分離を実施する切断手段として具現化されてもよい。ワイヤ供給１１を用いることで、本方法を繰り返し適用する場合に、サンプル・キャリア３をシンプルに製造することができる。サンプル・キャリア３及びサンプル・キャリア３を形成するワイヤは、サンプル・キャリア３がその上に位置決めされるサンプル１のサイズの観点から、非常に薄いものであるべきである。この文脈において、ワイヤとは、例えば、半導体業界においてチップを「接着する」のに用いられるワイヤなどである。このワイヤは、今日では直径を１０μｍとすることができる。
【００２９】
図７Ａは、図６について参照した機械式分離手段の一実施形態を概略的に示す。この実施形態では、互いに向かって作用する１組のナイフ１６を用いて、端部９がワイヤ供給１１から機械的に切断される。
【００３０】
図７Ｂは、図６について参照した機械式分離手段の別の一実施形態を概略的に示す。この実施形態では、クランプ１２を離すことによってワイヤ供給１１を引き伸ばし、それによりワイヤ供給１１にくびれを生じさせることによって、端部９がワイヤ供給１１から機械的に切断される。くびれの直径は端部９の直径よりも大幅に小さいため、このくびれの結果として新たに形成される針のような先端の端部９も、ワイヤ供給１１のワイヤ直径より大幅に細く、微視的なサンプル１の位置決めが容易になる。
【００３１】
図８は、正面から見たラインＡＡ’に沿った横断面図であり、図２に既に示したマニピュレータ４に取り外し可能に接続できるサンプル・キャリア３を示す。図から明らかなように、サンプル・キャリア３は、マニピュレータ４が接続のために握ることができる比較的薄い本体１８と、サンプル１を取り付けるための先細り指１９とから形成される。サンプル・キャリア３の形は、処理及び／又は分析が実行される装置における標準的な標本キャリアとして用いることができるように、選ばれる。これらは、例えば、ＴＥＭ装置において、ＴＥＭグリッドと共に用いられる標本キャリアである。サンプル・キャリア３は、指１９が複数存在するおかげで、複数のサンプル１を運ぶように具体化される。このような指１９の形、配置、及び方向により、別の指１９に既に取り付けられたサンプル１がウエハー２と接触してしまうというリスク無しに、サンプル１を指１９のいずれかの先端に取り付けることができるという状況が実現される。上記のような接触は、既に取り付けられたサンプル１やサンプル・キャリア３と既に取り付けられたサンプル１の間の接続にダメージを与え得る。加えて、サンプル・キャリア３には、（固有の）識別コード１３が付与される。この識別コードは、後続の分析及び／又は処理において、サンプル・キャリア３に取り付けられたサンプルの識別を容易にする。この識別は、集積回路の製造環境など非常に多くのサンプルが分析される環境において、特に有益的である。
【００３２】
図８Ｂは、マニピュレータ４の一部である結合機構１０を用いてマニピュレータ４に接続された、図８Ａに示すサンプル・キャリア３を概略的に示す。この結合機構１０の口は、図示しないアクチュエータを用いて閉じられ、サンプル・キャリア３が挟まれる。
【００３３】
図９は、図１０に更に示すＴＥＭグリッド１４などのような１以上の穴１７を備えた平らなホルダに取り付けられた取り外し可能サンプル・キャリア３の別の実施形態を概略的に示す。このサンプル・キャリア３は、比較的厚い中央部分２０と細い脚２１とを備えたＵ字形を有する。比較的厚い中央部分２０は、図８Ｂに示すような結合機構１０によって握ることができる。サンプル１は、細い脚２１に取り付けられる。
【００３４】
図１０は、穴１７を備え、ＴＥＭグリッド１４の形をした平らなホルダに取り付けられた、図９に示すようなサンプル・キャリア３を概略的に示す。ここでは、サンプル・キャリア３及びそれに接続されたサンプル１はいずれも、穴１７内のどこにあってもよい。加えて、ＴＥＭグリッド１４には、固有の識別コード１３が備えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】ウエハーと部分的に切り離されたサンプルの概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａの横断面の概略図である。
【図２】ウエハーと操作システムの概略図である。
【図３】ウエハーとサンプル・キャリアが取り付けられた部分的に切り離されたサンプルの概略図である。
【図４】サンプルが取り付けられ、サンプル・キャリアとマニピュレータの切り離しが行われている操作システムの概略図である。
【図５】サンプルが取り付けられたサンプル・キャリアが配置されたＴＥＭグリッドの概略図である。
【図６】ワイヤの供給によりサンプル・キャリアが形成された操作システムの概略図である。
【図７Ａ】図６において用いることが可能な機械的分離手段の概略図である。
【図７Ｂ】図６において用いることが可能な機械的分離手段の概略図である。
【図８Ａ】取り外し可能なサンプル・キャリアの図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示したサンプル・キャリアを操作する機械的保持手段を備えたマニピュレータの図である。
【図９】平らなホルダへの取り付け用に具体化された取り外し可能サンプル・キャリアの図である。
【図１０】図９のサンプル・キャリアが取り付けられる平らなホルダの図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  サンプル
２  基板
３  サンプル・キャリア
４  マニピュレータ
５  操作システム
６  接続
７  接続
８  位置
９  端部
１０  結合機構
１１  ワイヤ供給
１２  クランプ
１３  識別コード
１４  ＴＥＭグリッド
１５  分離手段
１６  ナイフ
１７  穴
１８  本体
１９  先細り指
２０  中央部分
２１  脚
【図１Ａ】
0004619695.tif 000002
【図１Ｂ】
0004619695.tif 000003
【図２】
0004619695.tif 000004
【図３】
0004619695.tif 000005
【図４】
0004619695.tif 000006
【図５】
0004619695.tif 000007
【図６】
0004619695.tif 000008
【図７Ａ】
0004619695.tif 000009
【図７Ｂ】
0004619695.tif 000010
【図８Ａ】
0004619695.tif 000011
【図８Ｂ】
0004619695.tif 000012
【図９】
0004619695.tif 000013
【図１０】
0004619695.tif 000014