平面ビュー・サンプル作製
【課題】帯電粒子ビーム操作のためにサンプルを配向させる方法および装置を提供する。
【解決手段】サンプルが、サンプルの主表面がプローブ・シャフトに対して垂直ではない角度にある状態で、プローブに付着され、プローブ・シャフトは、サンプルを再配向させるために回転される。一実施形態では、サンプル・ステージに対して４５度などのある角度に配向されたプローブは、平坦領域がプローブの軸に対して４５度で平行に配向された、すなわち、平坦領域がサンプル・ステージに平行であるプローブの先端を有する。プローブ先端の平坦領域は、サンプルに付着され、プローブが１８０度回転されるとき、サンプルの配向は、水平から垂直に９０度変化する。次いで、サンプルは、ＴＥＭ格子をサンプル・ステージ上で垂直配向ＴＥＭ格子に付着される。サンプル・ステージは、薄くするためにサンプルの背面をイオン・ビームに向けるように回転および傾斜される。
【解決手段】サンプルが、サンプルの主表面がプローブ・シャフトに対して垂直ではない角度にある状態で、プローブに付着され、プローブ・シャフトは、サンプルを再配向させるために回転される。一実施形態では、サンプル・ステージに対して４５度などのある角度に配向されたプローブは、平坦領域がプローブの軸に対して４５度で平行に配向された、すなわち、平坦領域がサンプル・ステージに平行であるプローブの先端を有する。プローブ先端の平坦領域は、サンプルに付着され、プローブが１８０度回転されるとき、サンプルの配向は、水平から垂直に９０度変化する。次いで、サンプルは、ＴＥＭ格子をサンプル・ステージ上で垂直配向ＴＥＭ格子に付着される。サンプル・ステージは、薄くするためにサンプルの背面をイオン・ビームに向けるように回転および傾斜される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電粒子ビーム・システムにおいて観察するためのサンプルを作製することに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査イオン顕微鏡法および電子顕微鏡法などの帯電粒子ビーム顕微鏡法は、光学顕微鏡法より著しく高い分解能および深い焦点深度を提供する。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、１次電子ビームが、観察される表面を走査する微小スポットに集束される。表面に１次電子ビームが当たったとき、２次電子が表面から放出される。それらの２次電子が検出され、像が形成され、像上の各点の輝度は、ビームが表面上の対応するスポットに当たるときに検出された２次電子の数によって決定される。走査イオン顕微鏡法（ＳＩＭ）は、走査電子顕微鏡法と同様であるが、イオン・ビームが、表面を走査し２次電子を放出するために使用される。
【０００３】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）では、広幅電子ビームがサンプルに当たり、サンプルを透過した電子が集束されてサンプルの像を形成する。サンプルは、１次ビームの電子の多くがサンプルを通過し、反対側に貫通できるように、十分に薄くなければならない。サンプルは、通常、１００ｎｍ未満の厚さである。
【０００４】
走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）では、１次電子ビームは微小スポットに集束され、スポットは、サンプル表面にわたって走査される。ワーク・ピースを透過した電子は、サンプルの遠位側において電子検出器によって収集され、像上の各点の強度は、１次ビームが表面上の対応する点に当たったとき収集された電子の数に対応する。
【０００５】
サンプルは、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭまたはＳＴＥＭにかかわらず）で観察するために非常に薄くなければならないので、サンプルの作製は、繊細で時間のかかる作業であることがある。本明細書において使用される「ＴＥＭ」サンプルという用語は、ＴＥＭまたはＳＴＥＭ用のサンプルを指し、ＴＥＭ用のサンプルを作製するという言及は、ＳＴＥＭ上で観察するためのサンプルを作製することも含むと理解されたい。ＴＥＭサンプルを作製する１つの方法は、イオン・ビームを使用してサンプルを基板からカットすることである。プローブが、サンプルが完全に切り離される前に、あるいは後に、サンプルに付着される。プローブは、たとえば静電気、ＦＩＢ蒸着、または接着剤によって付着することができる。プローブに付着されたサンプルは、サンプルが抽出された基板から取り出され、通常、ＦＩＢ蒸着、静電気、または接着剤を使用してＴＥＭ格子に付着される。
【０００６】
図１は、部分的に円形の３ｍｍリングを備える通常のＴＥＭ格子１００を示す。いくつかの応用例では、サンプル１０４が、イオン・ビーム蒸着または接着剤によってＴＥＭ格子のフィンガ１０６に付着される。サンプルはフィンガ１０６から延び、それにより、ＴＥＭ（図示せず）では、電子ビームが、サンプル１０４を経てサンプルの下の検出器まで自由経路を有する。ＴＥＭ格子は、通常、ＴＥＭ格子の平面が電子ビームに垂直な状態で、ＴＥＭのサンプル・ホルダの上に水平に取り付けられ、サンプルは観察される。
【０００７】
いくつかの２重ビーム・システムは、サンプルを抽出するために使用することができるイオン・ビーム、およびＳＥＭまたはＳＴＥＭの観察に使用することができる電子ビームを含む。いくつかの２重ビーム・システムでは、ＦＩＢは、垂直から５２度などの角度に配向され、電子ビーム・カラムは垂直に配向される。他のシステムでは、電子ビーム・カラムは傾斜され、ＦＩＢは垂直に配向されるか、あるいはまた傾斜される。サンプルが上に取り付けられているステージは、通常、傾斜させることができ、いくつかのシステムでは最高で約６０度である。
【０００８】
ＴＥＭサンプルは、どのようにサンプルがワーク・ピース上において配向されたかに応じて、「平面ビュー」・サンプルまたは「断面ビュー」・サンプルとして大まかに分類することができる。観察されるサンプルの面がワーク・ピースの表面に平行であった場合、サンプルは、「平面ビュー」・サンプルと呼ばれる。観察される面がワーク・ピースの表面に垂直であった場合、サンプルは、「断面ビュー」・サンプルと呼ばれる。
【０００９】
図２は、通常のプロセスを使用してワーク・ピース２０２から部分的に抽出される断面ビューＴＥＭサンプル２００を示す。イオン・ビーム２０４が、抽出されるサンプルの両面上においてトレンチ２０６および２０８をカットし、電子ビームによって観察される主表面２１２を有する薄いラメラ（ｌａｍｅｌｌａ）２１０を残す。次いでサンプル２００は、ワーク・ピース２０２をイオン・ビームに対して傾斜させ、その側面および底部の周りでカットすることによって取り出される。プローブ２１６が、サンプル２００が取り出される前に、あるいは後に、サンプル２００の上部に付着され、サンプルをＴＥＭ格子に輸送する。図２は、ほとんど完全に切り離されたサンプル２００が、１側面上のタブ２１８によって付着している様子を示す。図２は、タブ２１８を切断する準備が整ったイオン・ビーム２０４を示す。
【００１０】
図２に示されたように、主表面２１２は垂直に配向される。ラメラを輸送することにより、通常、その配向は変化せず、したがってその主表面は、サンプル２００がＴＥＭサンプル・ホルダに至るとき、依然として垂直に配向されている。ＴＥＭ格子１００の平面は、通常、図３に示されるように垂直に配向され、それによりサンプル２００は、主表面２１２が格子の平面に平行に延びるようにＴＥＭ格子に付着することができ、格子の構造は、格子がＴＥＭに取り付けられているとき、電子の透過を妨害しない。イオン・ビームは、イオン・ビーム蒸着によって抽出サンプルをＴＥＭ格子に付着するために使用することができる。付着後、サンプル２００の面は、イオン・ビームを使用して薄くすることもできる。図３は、サンプル・ステージ３０４上の格子支持体３０２においてＴＥＭ格子１００に付着されているサンプル２００を示す。サンプル２００は、イオン・ビーム２０４およびノズル３１２からの蒸着前駆気体３１０を使用して格子に付着される。図４は、ステージ３０４が回転および傾斜され、それにより、サンプル２００をイオン・ビームによって薄くすることができるように、サンプル２００がイオン・ビーム２０４に垂直になることを示す。
【００１１】
図５は、サンプルの面５０４を観察するために、平面ビュー・サンプル５０２が抽出される元のワーク・ピース５００を示す。サンプル５０２は、２つの交差イオン・ビーム・カット５０６Ａおよび５０６Ｂによって両方向からアンダーカットされ、次いでイオン・ビームは、側面５０８Ａおよび５０８Ｂをカットして「チャンク（ｃｈｕｎｋ）」を切り取る。プローブ５１０が、サンプル５０２の上部に付着される。したがって、抽出されたサンプルは、水平に配向している。サンプルが、垂直に配向されたＴＥＭ格子に対して水平に配向して付着された場合、サンプルは格子の平面に垂直に延び、格子はＴＥＭの電子ビームを妨害する。サンプルが、水平に配向されたＴＥＭ格子に取り付けられた場合、観察される面５０４は上方に向く。その場合、従来のＦＩＢシステムでは、薄くするためにＴＥＭ格子を真空室から取り外してサンプル５０２の背面を暴露させるようにＴＥＭ格子を反転させることなしに、平面サンプル５０２の背面を薄くすることは困難である。
【００１２】
平面ビューＴＥＭサンプル５０２の配向のこの問題は、平面ビュー・サンプルを付着するためにＴＥＭ格子をその上で水平に配向させることができる「フリップ・ステージ」を使用することによって過去に克服されており、その場合ステージは、薄くするためにサンプルの背面をイオン・ビームに垂直に向けることができるように１８０度反転させて回転させることができる。フリップ・ステージは、たとえば、Ａｓｓｅｌｂｅｒｇｓらの米国特許出願公開第２００４／０１４４９２４号明細書、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓａｍｐｌｅ、ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ」に記載されており、従来のステージ上において利用可能ではない自由度を提供する。そのようなフリップ・ステージは、すべてのＦＩＢシステムにおいて利用可能ではない。
【００１３】
したがって、ＴＥＭサンプル・ホルダを再配向せずにサンプルを薄くすることができる方式で平面ビュー・サンプルをＴＥＭ格子に付着する方法および装置を提供することが望ましい。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１４４９２４号明細書
【特許文献２】米国特許第５８５１４１３号明細書
【特許文献３】米国特許第５４３５８５０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、帯電粒子ビーム・サンプルの配向を変更する方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、帯電粒子ビーム・システムにおいて帯電粒子ビーム・サンプルの配向を変更するのを容易にし、たとえば、平面ビューＴＥＭサンプルを作製するのに有用である。一実施形態では、シャフトを備え、かつ角度付き先端を有するプローブが、サンプルに付着される。シャフトを第１の角度にわたって回転させることによって、サンプルの配向は、第２の角度だけ回転する。サンプルのステージ平面に対する縦方向シャフト軸の配向が既知であり、かつ縦方向シャフト軸に対するプローブ先端の角度が既知であることにより、正確に９０度だけ、または所望の角度だけサンプルの配向を回転させるシャフトの回転角度を決定することができる。たとえば、シャフトの縦軸がサンプルのステージ平面に対して４５度に配向しており、プローブ先端表面がシャフトの縦軸に対して４５度に配向している場合、プローブのシャフトを１８０度回転させることによって、サンプルの配向は、水平から垂直に９０度だけ変化する。サンプルは、ＴＥＭ格子に付着するのに好都合な角度になるように回転させることができ、それにより、再配向のためにサンプルをシステムから取り外さず、かつ特別なステージを必要とせずに、サンプルを帯電粒子ビーム・システムによって薄くすることができる。サンプルを再配向させることにより、レーザ処理または走査電子顕微鏡法など、サンプルが他の処理を受けることを容易にすることができ、本発明は、ＴＥＭサンプルの作製に限定されるものではない。
【００１６】
以上は、以下の本発明の詳細な記述をよりよく理解することが可能であるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広範に概述した。本発明の追加の特徴および利点が、以下において記述される。当業者なら、開示される概念および特定の実施形態は、本発明の同じ目的を実施するために他の構造を修正または設計するための基盤として容易に使用することが可能であることを理解されたい。また当業者なら、そのような等価な構造は、添付の請求項において述べられる本発明の精神および範囲から逸脱しないことも理解されたい。
【００１７】
本発明およびその利点をより完全に理解するために、ここで、添付の図面と関連して取り入れられる以下の記述を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本開示は、帯電粒子ビーム・システムにおいてサンプルの配向を変更する新規な方法に関する。一実施形態において、本発明は、ＴＥＭまたはＳＴＥＭ内で観察するための平面ビュー・サンプルの作製を容易にする。方法は、フリップ・ステージを必要とせず、かつＴＥＭ格子が真空チャンバから取り出されて再配向されることを必要とせずに、サンプルを抽出し、付着し、および薄くすることができるような方式で、平面ビュー・サンプルを抽出し、ＴＥＭ格子の上に取り付けることを提供する。サンプルの再配向は、サンプルに関する他の分析または処理の操作を容易にすることも可能である。
【００１９】
図６は、本発明を実施するのに適切な通常のイオン・ビーム・システムである集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）システム６１０を示す。ＦＩＢシステム６１０は、液体金属イオン源６１４または他のイオン源および集束カラム６１６が内部に配置される上部ネック部分６１２を有する排気エンベロープを含む。マルチカスプまたは他のプラズマ源などの他のタイプのイオン源、および成形ビーム・カラムなどの他の光学カラムも、電子ビームおよびレーザ・システムと同様に使用することができる。
【００２０】
イオン・ビーム６１８が、液体金属イオン源６１４からイオン・ビーム集束カラム６１６を経て、偏向プレート６２０で概略的に示された静電偏向手段の間を通り、たとえば下方チャンバ６２６内のステージ６２４上に配置された半導体デバイスを備えるワーク・ピース６２２に向かって進む。ステージ６２４は、１つまたは複数のＴＥＭサンプル・ホルダを支持することもでき、それにより、サンプルは、半導体デバイスから抽出して、ＴＥＭサンプル・ホルダに移動させることができる。ステージ６２４は、水平平面（Ｘ軸およびＹ軸）および垂直（Ｚ軸）に移動することができることが好ましい。ステージ６２４はまた、約６０度傾斜させ、Ｚ軸の周りで回転させることもできる。システム制御装置６１９が、ＦＩＢシステム６１０の様々な部分の動作を制御する。システム制御装置６１９により、使用者が、従来のユーザ・インタフェース（図示せず）に入力されたコマンドにより所望の方式で走査されるイオン・ビーム６１８を制御することができる。代替として、システム制御装置６１９は、プログラムされた命令に従ってＦＩＢシステム６１０を制御することが可能である。
【００２１】
たとえば、使用者が、ポインティング・デバイスを使用してディスプレイ・スクリーン上で対象領域を描画することができ、その後システムは、サンプルを抽出するために、以下で記述されるステップを自動的に実施することができる。いくつかの実施形態では、ＦＩＢシステム６１０は、対象の領域を自動的に識別するために、マサチューセッツ州ナティックのＣｏｇｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているソフトウエアなど、画像認識ソフトウエアを組み込むことができ、その後システムは、本発明によりサンプルを手動でまたは自動的に抽出することができる。たとえば、システムは、複数のデバイスを含む半導体ウエハ上において同様の特徴を自動的に特定することができ、異なる（または同じ）デバイス上でそれらの特徴のサンプルを採取することができる。
【００２２】
イオン・ポンプ６２８が、上部ネック部分６１２を真空にするために使用される。下方チャンバ６２６は、真空制御装置６３２の制御下において、ターボ分子および機械ポンピング・システム６３０で真空にされる。真空システムは、下方チャンバ６２６内において、約１×ｌ０−７Ｔｏｒｒ（１．３×１０−７ｍｂａｒ）と５×１０−４Ｔｏｒｒ（６．７×１０−４ｍｂａｒ）の間の真空を実現する。エッチング補助気体、エッチング遅延気体、または蒸着前駆気体が使用される場合、チャンバの背景圧力は、通常約１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３×１０−５ｍｂａｒ）まで上昇することがある。
【００２３】
高電圧電源６３４が、約１ｋｅＶから６０ｋｅＶのイオン・ビーム６１８を形成し、それをサンプルに向けるために、液体金属イオン源６１４ならびにイオン・ビーム集束カラム６１６の適切な電極に接続される。パターン生成装置６３８によって提供される規定パターンに従って動作する偏向制御装置および増幅器６３６が、偏向プレート６２０に結合されており、それによりイオン・ビーム６１８を手動でまたは自動的に制御して、ワーク・ピース６２２の上面上においての対応するパターンをトレースすることが可能である。いくつかのシステムでは、偏向プレートは、当技術分野において周知であるように最終レンズの前に配置される。イオン・ビーム集束カラム６１６内のビーム・ブランキング電極（図示せず）により、イオン・ビーム６１８は、ブランキング制御装置（図示せず）がブランキング電圧をブランキング電極に印加するとき、対象６２２の代わりにブランキング・アパーチャ（図示せず）の上に当たる。
【００２４】
液体金属イオン源６１４は、通常、ガリウムの金属イオン・ビームを提供する。このイオン源は、通常、イオン・ミリング、エンハンスド・エッチング、材料蒸着によってワーク・ピース６２２を修正するために、またはワーク・ピース６２２を撮像する目的で、ワーク・ピース６２２において１０分の１マイクロメートル以下の幅に集束させることができる。２次イオンまたは電子の放出を検出するために使用されるＥｖｅｒｈａｒｔ Ｔｈｏｒｎｌｅｙまたはマルチチャネル・プレートなどの帯電粒子検出器６４０が、駆動信号をビデオ・モニタ６４４に供給し、かつ制御装置６１９から偏向信号を受信するビデオ回路６４２に接続される。
【００２５】
下方チャンバ６２６内の帯電粒子検出器６４０の位置は、異なる実施形態では変更することができる。たとえば、帯電粒子検出器６４０は、イオン・ビームと同軸とすることができ、イオン・ビームが通過できる穴を含むことができる。他の実施形態では、２次粒子は、最終レンズを経て収集することができ、次いで、収集のために軸外に逸らすことができる。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）６４１には、その電源および制御６４５と共に、ＦＩＢシステム６１０が任意選択で設けられる。
【００２６】
気体送達システム６４６が、気体蒸気を導入してワーク・ピース６２２に向けるために、下方チャンバ６２６の中に延びる。本発明の譲受人に譲渡されたＣａｓｅｌｌａらへの米国特許第５８５１４１３号明細書、「Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」が、適切な気体送達システム６４６を記載している。他の気体送達システムが、やはり本発明の譲受人に譲渡されたＲａｓｍｕｓｓｅｎへの米国特許第５４３５８５０号明細書「Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」に記載されている。たとえば、エッチングを改善するためにヨウ素を送達することができ、または、金属を蒸着させるために金属有機化合物を送達することができる。
【００２７】
テキサス州ダラスのＯｍｎｉｐｒｏｂｅ，Ｉｎｃ．からのＡｕｔｏＰｒｏｂｅ ２００（商標）、またはドイツ、ロイトリンゲンのＫｌｅｉｎｄｉｅｋ ＮａｎｏｔｅｃｈｎｉｋからのＭｏｄｅｌ ＭＭ３Ａなど、微調整装置６４７が、真空チャンバ内において物体を精確に移動させることができる。微調整装置６４７は、真空チャンバ内に位置する部分６４９のＸ、Ｙ、Ｚ、およびシータの制御を提供するために、真空チャンバ外に配置された精密電気モータ６４８を備えることが可能である。微調整装置６４７は、小さな対象物を操作するために、様々なエンド・エフェクタ（ｅｎｄ ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ）に装備することができる。以下で記述される実施形態では、エンド・エフェクタは薄いプローブ６５０である。薄いプローブ６５０は、サンプルとプローブの間の引力を制御する目的で、電荷をプローブ６５０に加えるためにシステム制御装置６１９に電気的に接続することが可能である。
【００２８】
加熱または冷却することが可能であるＸ−Ｙステージ６２４の上にワーク・ピース６２２を挿入するために、また内部気体供給リザーバが使用される場合はそれを使うために、ドア６０が開かれる。ドアは、システムが真空下にある場合、ドアを開くことができないようにインタロックされる。高圧電源は、イオン・ビーム６１８に給電して、かつ集束させるために、適切な加速電圧をイオン・ビーム集束カラム６１６の電極に提供する。イオン・ビーム６１８がワーク・ピース６２２に当たったとき、材料がサンプルからスパッタリングされる、すなわち放出される。代替として、イオン・ビーム６１８は、材料を蒸着させるために、前駆気体を分解することができる。集束イオン・ビーム・システムは、たとえば本発明の譲渡人であるオレゴン州ヒルズボロのＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。適切なハードウエアの例が上記で提供されたが、本発明は、あらゆる特定のタイプのハードウエアにおいて実施されることに限定されるものではない。
【００２９】
図７は、平面ビューＴＥＭサンプルを作製する好ましい方法のステップを記載する。上述の図５は、図７の初期ステップのいくつかの結果を示す。ステップ７０２において、集束イオン・ビームが、抽出されるサンプルの下のワーク・ピース５００において第１の方向から第１カット５０６Ａを作成する。ステップ７０４において、イオン・ビームは、第１の方向に対向し、かつ第１カット５０６Ａと交差する第２の方向からサンプルの下に第２カット５０６Ｂを作成する。たとえば、サンプル・ステージは、１８０度回転させることができ、第１カットおよび第２カットの入射角度は、同じとすることができる。ステップ７０６において、左縁が、以前のカット５０６Ａおよび５０６Ｂと交差する５０８Ａである。
【００３０】
図８は、縦軸８０４、および縦軸８０４に対して角度８０８でカットされた先端８０６を有するシャフト８０２を備えるプローブ８００を示す。プローブのシャフト８０２は、シャフトを３次元で移動させることができ、かつシャフトを回転させることができる微調整装置８１０に接続される。シャフトは、非傾斜配向にあるサンプル・ステージの平面に対して、好ましくは４５度である固定角度８１２であることが好ましい。プローブの先端８０８は、角度８１２と同じ角度でカットされることが好ましく、それによりプローブ先端の平坦な領域は、非傾斜配向にあるサンプル・ステージの平面に平行になる。ステップ７１０において、プローブ先端８０６が、図９に示されるようにサンプル５０２に付着される。プローブ８００は、たとえば、タングステンなどの金属の集束イオン・ビーム蒸着を使用して、サンプルおよびプローブに付着することができる。プローブ８００をサンプル５０２に付着するために、プローブ先端８０６は、主表面５０４上においてサンプル５０２と接触させる。イオン・ビームがプローブ先端８０６とサンプル５０２の間の接触点の周りの領域を走査するように向けられる際に、タングステンヘキサカルボニルＷ（ＣＯ）６などの前駆気体がその接触点に向けられる。イオン・ビームは、サンプル５０２をプローブ先端８０６に接続する材料を蒸着させるように、前駆気体の分解を誘起するために使用される。
【００３１】
ステップ７１２において、サンプルの右側壁５０８Ｂはカットされ、サンプル５０２を切り離す。代替として、サンプルの右側壁５０８Ｂがカットされて、サンプルが切り離された後、プローブ８００をサンプル５０２に付着することができる。次に、プローブ８００は、サンプル５０２をワーク・ピース５００から分離するために、ステップ７１４において引き出される。図１０は、ウエッジ形背面１００２と反対側の主表面５０４上においてプローブ８００に付着されたサンプル５０２を示す。
【００３２】
ＴＥＭ上においてサンプル５０２を観察するために、ウエッジ形背面１００２は、ウエッジの中心の厚さを低減するために薄くしなければならない。ステップ７１６において、プローブのシャフト８０２は、図１１に示されるように調整装置８１０によって１８０度回転される。次いで主表面５０４は、サンプル・ステージ３０４の平面に垂直、かつ、垂直に配向されたＴＥＭサンプル・ホルダの平面に平行に配向される。次いでサンプル５０２は、ステップ７２０においてイオン・ビーム蒸着を使用して、図１２に示されるように垂直に配向されたＴＥＭ格子１００のフィンガ１０６に付着される。プローブ８０２は、通常は接続を切断するＦＩＢを使用して、ステップ７２２においてサンプル５０２から取り外される。ステップ７２４において、サンプルのステージ３０４は、背面１００２がイオン・ビーム２０４に面するように、図１３に示されるように回転され、サンプル・ステージ３０４は、背面１００２がイオン・ビームに垂直になるように傾斜される。サンプルはこの段階で、背面１００２をイオン・ビームで機械加工することによって薄くするのに適切な位置に配向される。ステップ７２６においてサンプル５０２の背面１００２は、図１４に示されるように薄くされる。ステップ７３０において、サンプルは、ＴＥＭまたはＳＴＥＭにおいて観察される。
【００３３】
当業者ならまた、プローブの底面上の平坦な表面が好ましくはあるが、いくつかの実施形態では排除することができることも理解するであろう。サンプルがプローブに固定されている限り、プローブを回転させることにより、サンプルは再配向され、再配向の角度は、回転の程度、およびプローブ軸とステージ平面の間の角度によって決定される。したがって、丸いプローブ先端、プローブの先端がステージの平面に平行ではないプローブの先端角度、またはあらゆる他のプローブ先端の形状が、本発明の範囲内にある。
【００３４】
本発明およびその利点が詳細に記述されたが、添付の請求項によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な修正、代用、および変更を本発明において実施することができることを理解されたい。たとえば、記述された角度および配向は、イオン・ビームが垂直に対してある角度に配向されたシステムについて有用である。垂直にまたはあらゆる他の角度に配向されているイオン・ビーム・カラムについて、当業者なら、本発明の適切な実施形態を提供するために、上述された例を容易に変更することができる。本発明は、ＴＥＭサンプルの作製にのみ有用なのではなく、ＳＥＭまたは光学顕微鏡の観察、あるいはあらゆる帯電粒子ビーム、レーザ、または他の顕微的試料に対する作業について使用することができる。
【００３５】
さらに、本発明の範囲は、本明細書において記述されたプロセス、機械、製造、物質の組成、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を意図しない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書において記述された対応する実施形態とほぼ同じ機能を実施する、またはほぼ同じ結果を達成する現在既存の、または開発されるプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステップが、本発明により使用されることが可能である。したがって、添付の請求項は、そのようなプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステップを範囲内に含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】サンプルが付着される通常のＴＥＭ格子を示す図である。
【図２】ワーク・ピースから抽出されている断面ＴＥＭサンプルを示す図である。
【図３】図１のＴＥＭ格子の上に取り付けられている図２の断面ＴＥＭサンプルを示す図である。
【図４】イオン・ビームを使用してサンプルを薄くするために傾斜および回転された図３のサンプルおよび格子を示す図である。
【図５】ワーク・ピースから抽出されている平面ビューＴＥＭサンプルを示す図である。
【図６】本発明を実施するために使用される通常の２重ビーム・システムを示す図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態のステップを示すフロー・チャートである。
【図８】本発明の好ましい実施形態において使用されるプローブを示す図である。
【図９】サンプル５０２に配置された図８のプローブを示す図である。
【図１０】サンプルが付着されている図８のプローブを示す図である。
【図１１】サンプルの配向を変更するために１８０度回転された図１０のプローブを示す図である。
【図１２】ＴＥＭ格子に付着されている図１１のサンプルを示す図である。
【図１３】イオン・ビームで薄くするためにサンプルを配向させるように回転および傾斜されているステージ上の図１２のＴＥＭ格子を示す図である。
【図１４】部分的に薄くされた図３のサンプルを示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００ 通常のＴＥＭ格子
１０４ サンプル
１０６ フィンガ
２００ ＴＥＭサンプル
２０２ ワーク・ピース
２０４ イオン・ビーム
２０６ トレンチ
２０８ トレンチ
２１０ ラメラ
２１２ 主表面
２１６ プローブ
２１８ タブ
３０２ 格子支持体
３０４ サンプル・ステージ
３１０ 蒸着前駆気体
３１２ ノズル
５００ ワーク・ピース
５０２ 平面ビュー・サンプル
５０４ 主表面
５０６Ａ イオン・ビーム・カット
５０６Ｂ イオン・ビーム・カット
５０８Ａ 側面
５０８Ｂ 側面
５１０ プローブ
６１０ ＦＩＢシステム
６１２ 上方ネック部分
６１４ 液体金属イオン源
６１６ 集束カラム
６１８ イオン・ビーム
６１９ システム制御装置
６２０ 偏向プレート
６２２ ワーク・ピース
６２４ ステージ
６２６ 下方チャンバ
６３０ ターボ分子および機械ポンピング・システム
６３２ 真空制御装置
６３４ 高電圧電源
６３６ 偏向制御装置および増幅器
６３８ パターン生成装置
６４０ 帯電粒子検出器
６４１ 走査電子顕微鏡
６４２ ビデオ回路
６４４ ビデオ・モニタ
６４５ 電源および制御
６４６ 気体送達システム
６４７ 微調整装置
６４８ 精密電気モータ
６４９ 部分
６５０ 薄いプローブ
７０２ ステップ
７０４ ステップ
７０６ ステップ
７１０ ステップ
７１２ ステップ
７１４ ステップ
７１６ ステップ
７２０ ステップ
７２２ ステップ
７２４ ステップ
７２６ ステップ
７３０ ステップ
８００ プローブ
８０２ プローブのシャフト
８０４ 縦軸
８０６ プローブ先端
８０８ 角度
８１０ 微調整装置
８１２ 固定角度
１００２ ウエッジ形背面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電粒子ビーム・システムにおいて観察するためのサンプルを作製することに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査イオン顕微鏡法および電子顕微鏡法などの帯電粒子ビーム顕微鏡法は、光学顕微鏡法より著しく高い分解能および深い焦点深度を提供する。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、１次電子ビームが、観察される表面を走査する微小スポットに集束される。表面に１次電子ビームが当たったとき、２次電子が表面から放出される。それらの２次電子が検出され、像が形成され、像上の各点の輝度は、ビームが表面上の対応するスポットに当たるときに検出された２次電子の数によって決定される。走査イオン顕微鏡法（ＳＩＭ）は、走査電子顕微鏡法と同様であるが、イオン・ビームが、表面を走査し２次電子を放出するために使用される。
【０００３】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）では、広幅電子ビームがサンプルに当たり、サンプルを透過した電子が集束されてサンプルの像を形成する。サンプルは、１次ビームの電子の多くがサンプルを通過し、反対側に貫通できるように、十分に薄くなければならない。サンプルは、通常、１００ｎｍ未満の厚さである。
【０００４】
走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）では、１次電子ビームは微小スポットに集束され、スポットは、サンプル表面にわたって走査される。ワーク・ピースを透過した電子は、サンプルの遠位側において電子検出器によって収集され、像上の各点の強度は、１次ビームが表面上の対応する点に当たったとき収集された電子の数に対応する。
【０００５】
サンプルは、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭまたはＳＴＥＭにかかわらず）で観察するために非常に薄くなければならないので、サンプルの作製は、繊細で時間のかかる作業であることがある。本明細書において使用される「ＴＥＭ」サンプルという用語は、ＴＥＭまたはＳＴＥＭ用のサンプルを指し、ＴＥＭ用のサンプルを作製するという言及は、ＳＴＥＭ上で観察するためのサンプルを作製することも含むと理解されたい。ＴＥＭサンプルを作製する１つの方法は、イオン・ビームを使用してサンプルを基板からカットすることである。プローブが、サンプルが完全に切り離される前に、あるいは後に、サンプルに付着される。プローブは、たとえば静電気、ＦＩＢ蒸着、または接着剤によって付着することができる。プローブに付着されたサンプルは、サンプルが抽出された基板から取り出され、通常、ＦＩＢ蒸着、静電気、または接着剤を使用してＴＥＭ格子に付着される。
【０００６】
図１は、部分的に円形の３ｍｍリングを備える通常のＴＥＭ格子１００を示す。いくつかの応用例では、サンプル１０４が、イオン・ビーム蒸着または接着剤によってＴＥＭ格子のフィンガ１０６に付着される。サンプルはフィンガ１０６から延び、それにより、ＴＥＭ（図示せず）では、電子ビームが、サンプル１０４を経てサンプルの下の検出器まで自由経路を有する。ＴＥＭ格子は、通常、ＴＥＭ格子の平面が電子ビームに垂直な状態で、ＴＥＭのサンプル・ホルダの上に水平に取り付けられ、サンプルは観察される。
【０００７】
いくつかの２重ビーム・システムは、サンプルを抽出するために使用することができるイオン・ビーム、およびＳＥＭまたはＳＴＥＭの観察に使用することができる電子ビームを含む。いくつかの２重ビーム・システムでは、ＦＩＢは、垂直から５２度などの角度に配向され、電子ビーム・カラムは垂直に配向される。他のシステムでは、電子ビーム・カラムは傾斜され、ＦＩＢは垂直に配向されるか、あるいはまた傾斜される。サンプルが上に取り付けられているステージは、通常、傾斜させることができ、いくつかのシステムでは最高で約６０度である。
【０００８】
ＴＥＭサンプルは、どのようにサンプルがワーク・ピース上において配向されたかに応じて、「平面ビュー」・サンプルまたは「断面ビュー」・サンプルとして大まかに分類することができる。観察されるサンプルの面がワーク・ピースの表面に平行であった場合、サンプルは、「平面ビュー」・サンプルと呼ばれる。観察される面がワーク・ピースの表面に垂直であった場合、サンプルは、「断面ビュー」・サンプルと呼ばれる。
【０００９】
図２は、通常のプロセスを使用してワーク・ピース２０２から部分的に抽出される断面ビューＴＥＭサンプル２００を示す。イオン・ビーム２０４が、抽出されるサンプルの両面上においてトレンチ２０６および２０８をカットし、電子ビームによって観察される主表面２１２を有する薄いラメラ（ｌａｍｅｌｌａ）２１０を残す。次いでサンプル２００は、ワーク・ピース２０２をイオン・ビームに対して傾斜させ、その側面および底部の周りでカットすることによって取り出される。プローブ２１６が、サンプル２００が取り出される前に、あるいは後に、サンプル２００の上部に付着され、サンプルをＴＥＭ格子に輸送する。図２は、ほとんど完全に切り離されたサンプル２００が、１側面上のタブ２１８によって付着している様子を示す。図２は、タブ２１８を切断する準備が整ったイオン・ビーム２０４を示す。
【００１０】
図２に示されたように、主表面２１２は垂直に配向される。ラメラを輸送することにより、通常、その配向は変化せず、したがってその主表面は、サンプル２００がＴＥＭサンプル・ホルダに至るとき、依然として垂直に配向されている。ＴＥＭ格子１００の平面は、通常、図３に示されるように垂直に配向され、それによりサンプル２００は、主表面２１２が格子の平面に平行に延びるようにＴＥＭ格子に付着することができ、格子の構造は、格子がＴＥＭに取り付けられているとき、電子の透過を妨害しない。イオン・ビームは、イオン・ビーム蒸着によって抽出サンプルをＴＥＭ格子に付着するために使用することができる。付着後、サンプル２００の面は、イオン・ビームを使用して薄くすることもできる。図３は、サンプル・ステージ３０４上の格子支持体３０２においてＴＥＭ格子１００に付着されているサンプル２００を示す。サンプル２００は、イオン・ビーム２０４およびノズル３１２からの蒸着前駆気体３１０を使用して格子に付着される。図４は、ステージ３０４が回転および傾斜され、それにより、サンプル２００をイオン・ビームによって薄くすることができるように、サンプル２００がイオン・ビーム２０４に垂直になることを示す。
【００１１】
図５は、サンプルの面５０４を観察するために、平面ビュー・サンプル５０２が抽出される元のワーク・ピース５００を示す。サンプル５０２は、２つの交差イオン・ビーム・カット５０６Ａおよび５０６Ｂによって両方向からアンダーカットされ、次いでイオン・ビームは、側面５０８Ａおよび５０８Ｂをカットして「チャンク（ｃｈｕｎｋ）」を切り取る。プローブ５１０が、サンプル５０２の上部に付着される。したがって、抽出されたサンプルは、水平に配向している。サンプルが、垂直に配向されたＴＥＭ格子に対して水平に配向して付着された場合、サンプルは格子の平面に垂直に延び、格子はＴＥＭの電子ビームを妨害する。サンプルが、水平に配向されたＴＥＭ格子に取り付けられた場合、観察される面５０４は上方に向く。その場合、従来のＦＩＢシステムでは、薄くするためにＴＥＭ格子を真空室から取り外してサンプル５０２の背面を暴露させるようにＴＥＭ格子を反転させることなしに、平面サンプル５０２の背面を薄くすることは困難である。
【００１２】
平面ビューＴＥＭサンプル５０２の配向のこの問題は、平面ビュー・サンプルを付着するためにＴＥＭ格子をその上で水平に配向させることができる「フリップ・ステージ」を使用することによって過去に克服されており、その場合ステージは、薄くするためにサンプルの背面をイオン・ビームに垂直に向けることができるように１８０度反転させて回転させることができる。フリップ・ステージは、たとえば、Ａｓｓｅｌｂｅｒｇｓらの米国特許出願公開第２００４／０１４４９２４号明細書、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓａｍｐｌｅ、ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ」に記載されており、従来のステージ上において利用可能ではない自由度を提供する。そのようなフリップ・ステージは、すべてのＦＩＢシステムにおいて利用可能ではない。
【００１３】
したがって、ＴＥＭサンプル・ホルダを再配向せずにサンプルを薄くすることができる方式で平面ビュー・サンプルをＴＥＭ格子に付着する方法および装置を提供することが望ましい。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１４４９２４号明細書
【特許文献２】米国特許第５８５１４１３号明細書
【特許文献３】米国特許第５４３５８５０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、帯電粒子ビーム・サンプルの配向を変更する方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、帯電粒子ビーム・システムにおいて帯電粒子ビーム・サンプルの配向を変更するのを容易にし、たとえば、平面ビューＴＥＭサンプルを作製するのに有用である。一実施形態では、シャフトを備え、かつ角度付き先端を有するプローブが、サンプルに付着される。シャフトを第１の角度にわたって回転させることによって、サンプルの配向は、第２の角度だけ回転する。サンプルのステージ平面に対する縦方向シャフト軸の配向が既知であり、かつ縦方向シャフト軸に対するプローブ先端の角度が既知であることにより、正確に９０度だけ、または所望の角度だけサンプルの配向を回転させるシャフトの回転角度を決定することができる。たとえば、シャフトの縦軸がサンプルのステージ平面に対して４５度に配向しており、プローブ先端表面がシャフトの縦軸に対して４５度に配向している場合、プローブのシャフトを１８０度回転させることによって、サンプルの配向は、水平から垂直に９０度だけ変化する。サンプルは、ＴＥＭ格子に付着するのに好都合な角度になるように回転させることができ、それにより、再配向のためにサンプルをシステムから取り外さず、かつ特別なステージを必要とせずに、サンプルを帯電粒子ビーム・システムによって薄くすることができる。サンプルを再配向させることにより、レーザ処理または走査電子顕微鏡法など、サンプルが他の処理を受けることを容易にすることができ、本発明は、ＴＥＭサンプルの作製に限定されるものではない。
【００１６】
以上は、以下の本発明の詳細な記述をよりよく理解することが可能であるように、本発明の特徴および技術上の利点をかなり広範に概述した。本発明の追加の特徴および利点が、以下において記述される。当業者なら、開示される概念および特定の実施形態は、本発明の同じ目的を実施するために他の構造を修正または設計するための基盤として容易に使用することが可能であることを理解されたい。また当業者なら、そのような等価な構造は、添付の請求項において述べられる本発明の精神および範囲から逸脱しないことも理解されたい。
【００１７】
本発明およびその利点をより完全に理解するために、ここで、添付の図面と関連して取り入れられる以下の記述を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本開示は、帯電粒子ビーム・システムにおいてサンプルの配向を変更する新規な方法に関する。一実施形態において、本発明は、ＴＥＭまたはＳＴＥＭ内で観察するための平面ビュー・サンプルの作製を容易にする。方法は、フリップ・ステージを必要とせず、かつＴＥＭ格子が真空チャンバから取り出されて再配向されることを必要とせずに、サンプルを抽出し、付着し、および薄くすることができるような方式で、平面ビュー・サンプルを抽出し、ＴＥＭ格子の上に取り付けることを提供する。サンプルの再配向は、サンプルに関する他の分析または処理の操作を容易にすることも可能である。
【００１９】
図６は、本発明を実施するのに適切な通常のイオン・ビーム・システムである集束イオン・ビーム（ＦＩＢ）システム６１０を示す。ＦＩＢシステム６１０は、液体金属イオン源６１４または他のイオン源および集束カラム６１６が内部に配置される上部ネック部分６１２を有する排気エンベロープを含む。マルチカスプまたは他のプラズマ源などの他のタイプのイオン源、および成形ビーム・カラムなどの他の光学カラムも、電子ビームおよびレーザ・システムと同様に使用することができる。
【００２０】
イオン・ビーム６１８が、液体金属イオン源６１４からイオン・ビーム集束カラム６１６を経て、偏向プレート６２０で概略的に示された静電偏向手段の間を通り、たとえば下方チャンバ６２６内のステージ６２４上に配置された半導体デバイスを備えるワーク・ピース６２２に向かって進む。ステージ６２４は、１つまたは複数のＴＥＭサンプル・ホルダを支持することもでき、それにより、サンプルは、半導体デバイスから抽出して、ＴＥＭサンプル・ホルダに移動させることができる。ステージ６２４は、水平平面（Ｘ軸およびＹ軸）および垂直（Ｚ軸）に移動することができることが好ましい。ステージ６２４はまた、約６０度傾斜させ、Ｚ軸の周りで回転させることもできる。システム制御装置６１９が、ＦＩＢシステム６１０の様々な部分の動作を制御する。システム制御装置６１９により、使用者が、従来のユーザ・インタフェース（図示せず）に入力されたコマンドにより所望の方式で走査されるイオン・ビーム６１８を制御することができる。代替として、システム制御装置６１９は、プログラムされた命令に従ってＦＩＢシステム６１０を制御することが可能である。
【００２１】
たとえば、使用者が、ポインティング・デバイスを使用してディスプレイ・スクリーン上で対象領域を描画することができ、その後システムは、サンプルを抽出するために、以下で記述されるステップを自動的に実施することができる。いくつかの実施形態では、ＦＩＢシステム６１０は、対象の領域を自動的に識別するために、マサチューセッツ州ナティックのＣｏｇｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているソフトウエアなど、画像認識ソフトウエアを組み込むことができ、その後システムは、本発明によりサンプルを手動でまたは自動的に抽出することができる。たとえば、システムは、複数のデバイスを含む半導体ウエハ上において同様の特徴を自動的に特定することができ、異なる（または同じ）デバイス上でそれらの特徴のサンプルを採取することができる。
【００２２】
イオン・ポンプ６２８が、上部ネック部分６１２を真空にするために使用される。下方チャンバ６２６は、真空制御装置６３２の制御下において、ターボ分子および機械ポンピング・システム６３０で真空にされる。真空システムは、下方チャンバ６２６内において、約１×ｌ０−７Ｔｏｒｒ（１．３×１０−７ｍｂａｒ）と５×１０−４Ｔｏｒｒ（６．７×１０−４ｍｂａｒ）の間の真空を実現する。エッチング補助気体、エッチング遅延気体、または蒸着前駆気体が使用される場合、チャンバの背景圧力は、通常約１×１０−５Ｔｏｒｒ（１．３×１０−５ｍｂａｒ）まで上昇することがある。
【００２３】
高電圧電源６３４が、約１ｋｅＶから６０ｋｅＶのイオン・ビーム６１８を形成し、それをサンプルに向けるために、液体金属イオン源６１４ならびにイオン・ビーム集束カラム６１６の適切な電極に接続される。パターン生成装置６３８によって提供される規定パターンに従って動作する偏向制御装置および増幅器６３６が、偏向プレート６２０に結合されており、それによりイオン・ビーム６１８を手動でまたは自動的に制御して、ワーク・ピース６２２の上面上においての対応するパターンをトレースすることが可能である。いくつかのシステムでは、偏向プレートは、当技術分野において周知であるように最終レンズの前に配置される。イオン・ビーム集束カラム６１６内のビーム・ブランキング電極（図示せず）により、イオン・ビーム６１８は、ブランキング制御装置（図示せず）がブランキング電圧をブランキング電極に印加するとき、対象６２２の代わりにブランキング・アパーチャ（図示せず）の上に当たる。
【００２４】
液体金属イオン源６１４は、通常、ガリウムの金属イオン・ビームを提供する。このイオン源は、通常、イオン・ミリング、エンハンスド・エッチング、材料蒸着によってワーク・ピース６２２を修正するために、またはワーク・ピース６２２を撮像する目的で、ワーク・ピース６２２において１０分の１マイクロメートル以下の幅に集束させることができる。２次イオンまたは電子の放出を検出するために使用されるＥｖｅｒｈａｒｔ Ｔｈｏｒｎｌｅｙまたはマルチチャネル・プレートなどの帯電粒子検出器６４０が、駆動信号をビデオ・モニタ６４４に供給し、かつ制御装置６１９から偏向信号を受信するビデオ回路６４２に接続される。
【００２５】
下方チャンバ６２６内の帯電粒子検出器６４０の位置は、異なる実施形態では変更することができる。たとえば、帯電粒子検出器６４０は、イオン・ビームと同軸とすることができ、イオン・ビームが通過できる穴を含むことができる。他の実施形態では、２次粒子は、最終レンズを経て収集することができ、次いで、収集のために軸外に逸らすことができる。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）６４１には、その電源および制御６４５と共に、ＦＩＢシステム６１０が任意選択で設けられる。
【００２６】
気体送達システム６４６が、気体蒸気を導入してワーク・ピース６２２に向けるために、下方チャンバ６２６の中に延びる。本発明の譲受人に譲渡されたＣａｓｅｌｌａらへの米国特許第５８５１４１３号明細書、「Ｇａｓ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」が、適切な気体送達システム６４６を記載している。他の気体送達システムが、やはり本発明の譲受人に譲渡されたＲａｓｍｕｓｓｅｎへの米国特許第５４３５８５０号明細書「Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」に記載されている。たとえば、エッチングを改善するためにヨウ素を送達することができ、または、金属を蒸着させるために金属有機化合物を送達することができる。
【００２７】
テキサス州ダラスのＯｍｎｉｐｒｏｂｅ，Ｉｎｃ．からのＡｕｔｏＰｒｏｂｅ ２００（商標）、またはドイツ、ロイトリンゲンのＫｌｅｉｎｄｉｅｋ ＮａｎｏｔｅｃｈｎｉｋからのＭｏｄｅｌ ＭＭ３Ａなど、微調整装置６４７が、真空チャンバ内において物体を精確に移動させることができる。微調整装置６４７は、真空チャンバ内に位置する部分６４９のＸ、Ｙ、Ｚ、およびシータの制御を提供するために、真空チャンバ外に配置された精密電気モータ６４８を備えることが可能である。微調整装置６４７は、小さな対象物を操作するために、様々なエンド・エフェクタ（ｅｎｄ ｅｆｆｅｃｔｏｒｓ）に装備することができる。以下で記述される実施形態では、エンド・エフェクタは薄いプローブ６５０である。薄いプローブ６５０は、サンプルとプローブの間の引力を制御する目的で、電荷をプローブ６５０に加えるためにシステム制御装置６１９に電気的に接続することが可能である。
【００２８】
加熱または冷却することが可能であるＸ−Ｙステージ６２４の上にワーク・ピース６２２を挿入するために、また内部気体供給リザーバが使用される場合はそれを使うために、ドア６０が開かれる。ドアは、システムが真空下にある場合、ドアを開くことができないようにインタロックされる。高圧電源は、イオン・ビーム６１８に給電して、かつ集束させるために、適切な加速電圧をイオン・ビーム集束カラム６１６の電極に提供する。イオン・ビーム６１８がワーク・ピース６２２に当たったとき、材料がサンプルからスパッタリングされる、すなわち放出される。代替として、イオン・ビーム６１８は、材料を蒸着させるために、前駆気体を分解することができる。集束イオン・ビーム・システムは、たとえば本発明の譲渡人であるオレゴン州ヒルズボロのＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている。適切なハードウエアの例が上記で提供されたが、本発明は、あらゆる特定のタイプのハードウエアにおいて実施されることに限定されるものではない。
【００２９】
図７は、平面ビューＴＥＭサンプルを作製する好ましい方法のステップを記載する。上述の図５は、図７の初期ステップのいくつかの結果を示す。ステップ７０２において、集束イオン・ビームが、抽出されるサンプルの下のワーク・ピース５００において第１の方向から第１カット５０６Ａを作成する。ステップ７０４において、イオン・ビームは、第１の方向に対向し、かつ第１カット５０６Ａと交差する第２の方向からサンプルの下に第２カット５０６Ｂを作成する。たとえば、サンプル・ステージは、１８０度回転させることができ、第１カットおよび第２カットの入射角度は、同じとすることができる。ステップ７０６において、左縁が、以前のカット５０６Ａおよび５０６Ｂと交差する５０８Ａである。
【００３０】
図８は、縦軸８０４、および縦軸８０４に対して角度８０８でカットされた先端８０６を有するシャフト８０２を備えるプローブ８００を示す。プローブのシャフト８０２は、シャフトを３次元で移動させることができ、かつシャフトを回転させることができる微調整装置８１０に接続される。シャフトは、非傾斜配向にあるサンプル・ステージの平面に対して、好ましくは４５度である固定角度８１２であることが好ましい。プローブの先端８０８は、角度８１２と同じ角度でカットされることが好ましく、それによりプローブ先端の平坦な領域は、非傾斜配向にあるサンプル・ステージの平面に平行になる。ステップ７１０において、プローブ先端８０６が、図９に示されるようにサンプル５０２に付着される。プローブ８００は、たとえば、タングステンなどの金属の集束イオン・ビーム蒸着を使用して、サンプルおよびプローブに付着することができる。プローブ８００をサンプル５０２に付着するために、プローブ先端８０６は、主表面５０４上においてサンプル５０２と接触させる。イオン・ビームがプローブ先端８０６とサンプル５０２の間の接触点の周りの領域を走査するように向けられる際に、タングステンヘキサカルボニルＷ（ＣＯ）６などの前駆気体がその接触点に向けられる。イオン・ビームは、サンプル５０２をプローブ先端８０６に接続する材料を蒸着させるように、前駆気体の分解を誘起するために使用される。
【００３１】
ステップ７１２において、サンプルの右側壁５０８Ｂはカットされ、サンプル５０２を切り離す。代替として、サンプルの右側壁５０８Ｂがカットされて、サンプルが切り離された後、プローブ８００をサンプル５０２に付着することができる。次に、プローブ８００は、サンプル５０２をワーク・ピース５００から分離するために、ステップ７１４において引き出される。図１０は、ウエッジ形背面１００２と反対側の主表面５０４上においてプローブ８００に付着されたサンプル５０２を示す。
【００３２】
ＴＥＭ上においてサンプル５０２を観察するために、ウエッジ形背面１００２は、ウエッジの中心の厚さを低減するために薄くしなければならない。ステップ７１６において、プローブのシャフト８０２は、図１１に示されるように調整装置８１０によって１８０度回転される。次いで主表面５０４は、サンプル・ステージ３０４の平面に垂直、かつ、垂直に配向されたＴＥＭサンプル・ホルダの平面に平行に配向される。次いでサンプル５０２は、ステップ７２０においてイオン・ビーム蒸着を使用して、図１２に示されるように垂直に配向されたＴＥＭ格子１００のフィンガ１０６に付着される。プローブ８０２は、通常は接続を切断するＦＩＢを使用して、ステップ７２２においてサンプル５０２から取り外される。ステップ７２４において、サンプルのステージ３０４は、背面１００２がイオン・ビーム２０４に面するように、図１３に示されるように回転され、サンプル・ステージ３０４は、背面１００２がイオン・ビームに垂直になるように傾斜される。サンプルはこの段階で、背面１００２をイオン・ビームで機械加工することによって薄くするのに適切な位置に配向される。ステップ７２６においてサンプル５０２の背面１００２は、図１４に示されるように薄くされる。ステップ７３０において、サンプルは、ＴＥＭまたはＳＴＥＭにおいて観察される。
【００３３】
当業者ならまた、プローブの底面上の平坦な表面が好ましくはあるが、いくつかの実施形態では排除することができることも理解するであろう。サンプルがプローブに固定されている限り、プローブを回転させることにより、サンプルは再配向され、再配向の角度は、回転の程度、およびプローブ軸とステージ平面の間の角度によって決定される。したがって、丸いプローブ先端、プローブの先端がステージの平面に平行ではないプローブの先端角度、またはあらゆる他のプローブ先端の形状が、本発明の範囲内にある。
【００３４】
本発明およびその利点が詳細に記述されたが、添付の請求項によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な修正、代用、および変更を本発明において実施することができることを理解されたい。たとえば、記述された角度および配向は、イオン・ビームが垂直に対してある角度に配向されたシステムについて有用である。垂直にまたはあらゆる他の角度に配向されているイオン・ビーム・カラムについて、当業者なら、本発明の適切な実施形態を提供するために、上述された例を容易に変更することができる。本発明は、ＴＥＭサンプルの作製にのみ有用なのではなく、ＳＥＭまたは光学顕微鏡の観察、あるいはあらゆる帯電粒子ビーム、レーザ、または他の顕微的試料に対する作業について使用することができる。
【００３５】
さらに、本発明の範囲は、本明細書において記述されたプロセス、機械、製造、物質の組成、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を意図しない。当業者なら本発明の開示から容易に理解するように、本明細書において記述された対応する実施形態とほぼ同じ機能を実施する、またはほぼ同じ結果を達成する現在既存の、または開発されるプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステップが、本発明により使用されることが可能である。したがって、添付の請求項は、そのようなプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステップを範囲内に含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】サンプルが付着される通常のＴＥＭ格子を示す図である。
【図２】ワーク・ピースから抽出されている断面ＴＥＭサンプルを示す図である。
【図３】図１のＴＥＭ格子の上に取り付けられている図２の断面ＴＥＭサンプルを示す図である。
【図４】イオン・ビームを使用してサンプルを薄くするために傾斜および回転された図３のサンプルおよび格子を示す図である。
【図５】ワーク・ピースから抽出されている平面ビューＴＥＭサンプルを示す図である。
【図６】本発明を実施するために使用される通常の２重ビーム・システムを示す図である。
【図７】本発明の好ましい実施形態のステップを示すフロー・チャートである。
【図８】本発明の好ましい実施形態において使用されるプローブを示す図である。
【図９】サンプル５０２に配置された図８のプローブを示す図である。
【図１０】サンプルが付着されている図８のプローブを示す図である。
【図１１】サンプルの配向を変更するために１８０度回転された図１０のプローブを示す図である。
【図１２】ＴＥＭ格子に付着されている図１１のサンプルを示す図である。
【図１３】イオン・ビームで薄くするためにサンプルを配向させるように回転および傾斜されているステージ上の図１２のＴＥＭ格子を示す図である。
【図１４】部分的に薄くされた図３のサンプルを示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００ 通常のＴＥＭ格子
１０４ サンプル
１０６ フィンガ
２００ ＴＥＭサンプル
２０２ ワーク・ピース
２０４ イオン・ビーム
２０６ トレンチ
２０８ トレンチ
２１０ ラメラ
２１２ 主表面
２１６ プローブ
２１８ タブ
３０２ 格子支持体
３０４ サンプル・ステージ
３１０ 蒸着前駆気体
３１２ ノズル
５００ ワーク・ピース
５０２ 平面ビュー・サンプル
５０４ 主表面
５０６Ａ イオン・ビーム・カット
５０６Ｂ イオン・ビーム・カット
５０８Ａ 側面
５０８Ｂ 側面
５１０ プローブ
６１０ ＦＩＢシステム
６１２ 上方ネック部分
６１４ 液体金属イオン源
６１６ 集束カラム
６１８ イオン・ビーム
６１９ システム制御装置
６２０ 偏向プレート
６２２ ワーク・ピース
６２４ ステージ
６２６ 下方チャンバ
６３０ ターボ分子および機械ポンピング・システム
６３２ 真空制御装置
６３４ 高電圧電源
６３６ 偏向制御装置および増幅器
６３８ パターン生成装置
６４０ 帯電粒子検出器
６４１ 走査電子顕微鏡
６４２ ビデオ回路
６４４ ビデオ・モニタ
６４５ 電源および制御
６４６ 気体送達システム
６４７ 微調整装置
６４８ 精密電気モータ
６４９ 部分
６５０ 薄いプローブ
７０２ ステップ
７０４ ステップ
７０６ ステップ
７１０ ステップ
７１２ ステップ
７１４ ステップ
７１６ ステップ
７２０ ステップ
７２２ ステップ
７２４ ステップ
７２６ ステップ
７３０ ステップ
８００ プローブ
８０２ プローブのシャフト
８０４ 縦軸
８０６ プローブ先端
８０８ 角度
８１０ 微調整装置
８１２ 固定角度
１００２ ウエッジ形背面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電粒子ビーム・システムにおいてサンプルを処理する方法であって、
サンプル・ステージ平面を有するサンプル・ステージ上に基板を載置することと、
サンプルを前記基板から切り離すことと、
プローブを前記サンプルに付着し、前記プローブが、シャフト軸を有するシャフトを含み、前記シャフト軸が、前記サンプル・ステージ平面に対してシャフト角度に配向され、前記サンプルが、前記シャフト軸に平行ではない主表面を有することと、
前記プローブに付着させた前記サンプルを所定の配向角度だけ回転させるために、前記シャフトをその軸の周りで第１の回転角度にわたって回転させることとを備える方法。
【請求項２】
前記プローブが、付着表面を含むプローブ先端を有するプローブを含み、前記付着表面が、前記シャフト軸に対して垂直ではない所定の先端角度に配向され、前記プローブを前記サンプルに付着することが、前記プローブ先端の前記付着表面が前記サンプル表面に平行な状態で前記プローブを付着することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記サンプルが前記配向角度だけ回転された後、前記サンプルをサンプル・ホルダに付着することをさらに備える請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記サンプル・ホルダがＴＥＭ格子である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
平面ビュー・サンプルを創出するために、イオン・ビームを使用することによって、前記サンプル・ホルダに付着させた前記サンプルを薄くすることをさらに含む請求項３または請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＴＥＭ格子に付着させている間、ＴＥＭまたはＳＴＥＭで前記平面ビュー・サンプルを観察することをさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記シャフト角度が４５度であり、前記先端角度が４５度であり、前記第１の回転角度が１８０度であり、前記配向角度が９０度である請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記シャフト軸を第１の回転角度にわたって回転させることが、前記プローブ先端に付着された前記サンプルを９０度の配向角度だけ回転させるために、前記シャフト軸を１８０度だけ回転させることを含む請求項１、請求項２、または請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記先端の付着表面が前記サンプルに付着しているとき、前記先端の前記付着表面が、前記サンプル・ステージ平面に平行に配向される請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＴＥＭ格子が垂直に配向される請求項４、請求項５、または請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記プローブを前記サンプルに付着することが、イオン・ビーム蒸着によって前記プローブを前記サンプルに付着することを含む請求項１、請求項２、または請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
前記プローブを前記サンプルに付着することが、接着剤で前記プローブを前記サンプルに付着することを含む請求項１、請求項２、または請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
サンプルを前記基板から切り離すことが、集束イオン・ビームを使用して前記サンプルを前記基板から切り離すことを含む請求項１、請求項２、または請求項３に記載の方法。
【請求項１４】
サンプルを処理する装置であって、
イオン・ビーム・カラムと、
サンプル・ステージ平面を有するサンプル・ステージであって、少なくとも２次元で移動し、垂直軸の周りで回転し、および水平から傾斜させることができる、サンプル・ステージと、
シャフト軸を有するプローブ・シャフトおよび前記プローブ・シャフトの端部にあるプローブ先端を含むプローブであって、前記プローブ先端が、サンプルに付着するための付着表面を有し、前記付着表面が、前記シャフト軸に対して垂直ではない所定の付着表面角度に配向されるプローブと、
前記プローブを前記シャフト軸に沿って保持および回転させるための微調整装置であって、前記シャフトを前記サンプル・ステージ平面に対して所定のシャフト角度に保持し、微調整装置が所定のシャフト回転角度だけ前記プローブ・シャフトを回転させるとき、前記プローブ付着表面の配向が所定のサンプル配向変更角度によって変化するように、シャフト回転能力を有する微調整装置とを備える装置。
【請求項１５】
前記イオン・ビーム・カラムが、集束イオン・ビーム・カラムである請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記微調整装置が、前記サンプル・ステージ平面に対して４５度に配向された前記シャフト軸を保持し、前記プローブ付着表面が、ほぼ平坦で、前記シャフト軸に対して４５度の付着表面角度に配向され、それにより、プローブ付着表面を前記サンプル・ステージ平面と平行に配向させるために、前記微調整装置を前記シャフト軸の周りで回転させることができる請求項１４に記載の装置。
【請求項１】
帯電粒子ビーム・システムにおいてサンプルを処理する方法であって、
サンプル・ステージ平面を有するサンプル・ステージ上に基板を載置することと、
サンプルを前記基板から切り離すことと、
プローブを前記サンプルに付着し、前記プローブが、シャフト軸を有するシャフトを含み、前記シャフト軸が、前記サンプル・ステージ平面に対してシャフト角度に配向され、前記サンプルが、前記シャフト軸に平行ではない主表面を有することと、
前記プローブに付着させた前記サンプルを所定の配向角度だけ回転させるために、前記シャフトをその軸の周りで第１の回転角度にわたって回転させることとを備える方法。
【請求項２】
前記プローブが、付着表面を含むプローブ先端を有するプローブを含み、前記付着表面が、前記シャフト軸に対して垂直ではない所定の先端角度に配向され、前記プローブを前記サンプルに付着することが、前記プローブ先端の前記付着表面が前記サンプル表面に平行な状態で前記プローブを付着することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記サンプルが前記配向角度だけ回転された後、前記サンプルをサンプル・ホルダに付着することをさらに備える請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記サンプル・ホルダがＴＥＭ格子である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
平面ビュー・サンプルを創出するために、イオン・ビームを使用することによって、前記サンプル・ホルダに付着させた前記サンプルを薄くすることをさらに含む請求項３または請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ＴＥＭ格子に付着させている間、ＴＥＭまたはＳＴＥＭで前記平面ビュー・サンプルを観察することをさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記シャフト角度が４５度であり、前記先端角度が４５度であり、前記第１の回転角度が１８０度であり、前記配向角度が９０度である請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記シャフト軸を第１の回転角度にわたって回転させることが、前記プローブ先端に付着された前記サンプルを９０度の配向角度だけ回転させるために、前記シャフト軸を１８０度だけ回転させることを含む請求項１、請求項２、または請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記先端の付着表面が前記サンプルに付着しているとき、前記先端の前記付着表面が、前記サンプル・ステージ平面に平行に配向される請求項２または請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＴＥＭ格子が垂直に配向される請求項４、請求項５、または請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記プローブを前記サンプルに付着することが、イオン・ビーム蒸着によって前記プローブを前記サンプルに付着することを含む請求項１、請求項２、または請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
前記プローブを前記サンプルに付着することが、接着剤で前記プローブを前記サンプルに付着することを含む請求項１、請求項２、または請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
サンプルを前記基板から切り離すことが、集束イオン・ビームを使用して前記サンプルを前記基板から切り離すことを含む請求項１、請求項２、または請求項３に記載の方法。
【請求項１４】
サンプルを処理する装置であって、
イオン・ビーム・カラムと、
サンプル・ステージ平面を有するサンプル・ステージであって、少なくとも２次元で移動し、垂直軸の周りで回転し、および水平から傾斜させることができる、サンプル・ステージと、
シャフト軸を有するプローブ・シャフトおよび前記プローブ・シャフトの端部にあるプローブ先端を含むプローブであって、前記プローブ先端が、サンプルに付着するための付着表面を有し、前記付着表面が、前記シャフト軸に対して垂直ではない所定の付着表面角度に配向されるプローブと、
前記プローブを前記シャフト軸に沿って保持および回転させるための微調整装置であって、前記シャフトを前記サンプル・ステージ平面に対して所定のシャフト角度に保持し、微調整装置が所定のシャフト回転角度だけ前記プローブ・シャフトを回転させるとき、前記プローブ付着表面の配向が所定のサンプル配向変更角度によって変化するように、シャフト回転能力を有する微調整装置とを備える装置。
【請求項１５】
前記イオン・ビーム・カラムが、集束イオン・ビーム・カラムである請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記微調整装置が、前記サンプル・ステージ平面に対して４５度に配向された前記シャフト軸を保持し、前記プローブ付着表面が、ほぼ平坦で、前記シャフト軸に対して４５度の付着表面角度に配向され、それにより、プローブ付着表面を前記サンプル・ステージ平面と平行に配向させるために、前記微調整装置を前記シャフト軸の周りで回転させることができる請求項１４に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００８−２６３１２（Ｐ２００８−２６３１２Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１６３５４６（Ｐ２００７−１６３５４６）
【出願日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【出願人】（５０１４１９１０７）エフ・イ−・アイ・カンパニー (78)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６３５４６（Ｐ２００７−１６３５４６）
【出願日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【出願人】（５０１４１９１０７）エフ・イ−・アイ・カンパニー (78)
【Ｆターム（参考）】
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