CN106057617A

CN106057617A - 在带电粒子装置的真空室中操纵样品的方法

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Publication number: CN106057617A
Application number: CN201610235217.XA
Authority: CN
Inventors: T.维斯塔韦; P.C.M.巴肯; E.J.R.维斯塞尤尔; P.波劳塞克
Original assignee: FEI Co
Current assignee: FEI Co
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2036-04-15
Also published as: EP3082149B1; JP2016206182A; EP3082148A1; CN106057617B; US20160307727A1; JP6736336B2; US11017980B2; EP3082149A1

Abstract

本发明涉及一种在带电粒子装置的真空室中操纵样品（100）的方法，方法在所述真空室中执行，方法包括：在第一衬底（300）上提供样品（100）的步骤，使操纵器的极值端（304）与样品接触的步骤，将样品附着到所述极值端的步骤，该附着是可去除附着，将被附着到操纵器的极值端的样品从第一衬底提升并将样品传送到第二衬底（308）的步骤，将样品附着到第二衬底的步骤，将样品从操纵器的极值端分开的步骤，其特征在于附着样品的步骤中的至少一个仅仅通过使样品与一束碳纳米管（306）接触被执行。碳纳米管（CNT）功能区域的使用导致用于将样品附着/分开的快速方法，从而避免了在静电夹持时丢失样品的风险或使用机械夹持器时的机械变形的风险。

Description

在带电粒子装置的真空室中操纵样品的方法

技术领域

本发明涉及一种在带电粒子装置的真空室中操纵样品的方法，该方法在所述真空室中执行，该方法包括：

· 在第一衬底上提供样品的步骤，

· 使操纵器的极值端与样品接触的步骤，

· 将样品附着到所述极值端的步骤，该附着是可去除地附着，

· 将被附着到操纵器的极值端的样品从衬底提升并将样品传送到第二衬底的步骤，

· 将样品附着到第二衬底的步骤，

· 将样品从操纵器的极值端分离的步骤，

从Asjes的欧洲专利申请EP1468437A2知道这样的方法。Asjes描述了一种静电夹持器，其中，至少两个导电元件的叉状物能够对样品施加静电力。优选地，用薄绝缘层涂敷导电元件。

背景技术

通过使操纵器的极值端（也称为操纵器的“尖端”）与样品紧密接触且然后通过向两个导电元件施加电压差来“激励”静电叉状物，通过静电力将样品结合到叉状物。

Asjes的方法的缺点是在处理绝缘材料的样品时的不可靠结果，从而导致样品的可能损失。

根据使用来自德国Reutlingen（罗伊特林根）的Kleindiek Nanotechnik GmbH.（纳米科技有限公司）的MGS2-EM微型夹持器知道另一种这样的方法，参见：http://www.kleindiek.com/mgs2-em.html。在这里，使用压电供电微型钳子（极值端或尖端）来夹持样品，并且在将样品放置在别处之后，再次将样品释放。

缺点是样品的可能机械变形。另一缺点是必须将夹持器非常精确地定位，并且因此使用机械夹持器的方法并不是快速方法。

应注意的是在下面文本中，可互换地使用词“极值端”和“尖端”，其意指相同的含义。

发明内容

本发明旨在提供所述问题的解决方案。

为此，根据本发明的方法的特征在于附着样品的步骤中的至少一个仅仅通过使样品与一束碳纳米管接触而被执行。

应注意的是在例如Shihao Hu等人的“Advanced gecko-foot-mimetic dry adhesives based on carbon nanotubes”，Nanoscale, 2013, 5 , 第 475-486页中提出了使用CNT作为干粘合剂。而且，将单个CNT附着到粒子光学装置中的工作台用于所述单个CNT的表征根据该出版物是已知的。然而，并未公开或暗示使用一束CNT用于将样品可分离地粘附在粒子光学装置中。

还应注意的是日本专利申请号JP2006073270A还公开了被附着到导热针的样品，该针由金属或碳纳米管（CNT）形成。然而，本申请讲授使用束致沉积将样品连接到CNT，从而具有与支架的高导热连接。

在实施例中，附着样品的另一步骤包括通过来自EBID、IBID或LBID的组的束致沉积来附着样品。

在这里，使用BID将样品附着到操纵器或第二衬底。使用电子束致沉积（EBID）、离子束致沉积（IBID）或激光束致沉积（LBID）将样品附着到操纵器或第二衬底（例如，样品网格或MEMS加热器）对熟练的技术人员是已知的。

在另一实施例中，通过EBID、IBID或LBID将样品附着到操纵器的极值端，并仅仅通过使样品与一束碳纳米管（104、306）接触将样品附着到第二衬底。

该方法尤其适合于将半导体样品重新定位，所述样品被从第一衬底挖出。

将样品从第一衬底（晶片）挖出对熟练的技术人员是公知的。这样的样品具有10×10 µm² 的典型尺寸和近似1 µm（直接地在挖出之后）至近似100-20 nm（在所谓的‘减薄’之后）之间的厚度。

优选地，第二衬底是供在SEM中使用的样品载体和/或供在FIB中使用的样品载体和/或供在TEM中使用的样品载体和/或MEMS加热器。

这样的样品载体以许多形式（诸如，半月网格、具有网孔的网格、有孔碳网格、短柱等）容易地可用。知道诸如美国西切斯特的SPI Supplies / Structure Probe公司之类的若干供应商使这样的样品载体可用于公众。

在实施例中，第二衬底装配有一束CNT，并且将样品附着到第二衬底的步骤是将样品可去除地附着到所述束CNT的步骤。

第二衬底可以是样品载体（例如TEM网格）或另一类型的衬底。

在另一实施例中，操纵器装配有一束CNT，并且将样品附着到操纵器的步骤是将样品可去除地附着到所述束CNT的步骤。

在进一步实施例中，通过EBID、IBID或LBID来将该束CNT附着到操纵器的主体。

在该实施例中，CNT是可替换的，或者可以通过其它构件（例如，被用于探测样品的电探针）来替换CNT。这使（昂贵的）操纵器也可用于其它用途。

在一方面，供在SEM中使用的样品载体和/或供在FIB中使用的样品载体和/或供在TEM中使用的样品载体装配有一束CNT。

通过为样品载体装配一束CNT，可以将样品可去除地附着到样品载体。

在另一方面，操纵器供在粒子光学装置中使用，该操纵器具有带有一束CNT以将样品可去除地附着到操纵器的尖端。

通过为操纵器装配有一束CNT，可以将样品可去除地附着到操纵器。

在实施例中，操纵器的尖端是可替换尖端。

这使得能够使用操纵器用于多个用途，诸如使用一束CNT将样品重新定位、探测样品、如在欧洲专利申请EP15156537中所述的那样使用操纵器对气体喷嘴进行定位等。

在又一实施例中，带电粒子装置装配有可活动台，该台用于对样品进行定位，该台装配有具有一个或多个束或碳纳米管的区域。

附图说明

现在使用附图来阐明本发明，在附图中相同的参考标号指代相应的特征。为此：

· 图1A-1E示意性地示出了首先被附着到操纵器的、用CNT被附着到第二衬底的样品。

· 图2示出了在具有定向CNT的第二衬底（样品支架）上制备的TEM薄片的显微照片。

· 图3A-3E示意性地示出了从被附着到操纵器上的CNT区域的第一衬底挖出的样品且然后将样品传送到第二表面。

具体实施方式

图1A-1E示意性地示出了首先被附着到操纵器的、用CNT被附着到第二衬底的样品。

图1A示意性地示出了被附着（连接、熔接、焊接）到操纵器的尖端106的样品100。该连接是通过束致沉积（电子束致沉积、离子束致沉积、激光束致沉积）或导致将样品与尖端熔接在一起的焊缝108的可比较的技术做出的。还示出了目标区域，辅助衬底102（例如样品支架的一部分）上的一束CNT 104（也称为CNT功能区域或者简称为：CNT区域）。

图1B示意性地示出了将样品100朝着CNT区域移动直至样品接触CNT区域为止。

图1C示意性地示出了操纵器的尖端106从焊缝108和样品100被切断。这通常是通过离子束铣削（如这样的已知方法）完成的。

图1D示意性地示出了通过聚焦离子束112来照射被附着到CNT区域104的样品100用于将样品局部减薄并去除焊缝108。应注意的是还可以使用所述聚焦离子束来做出图1C中所示的操纵器与焊缝之间的分离。

图1E示出了样品100被局部地减薄至具有例如100 nm或更小的厚度的薄片114。在这样的厚度下，样品在（扫描）透射电子显微镜中示出针对电子的透明度，并且因此可以在（S）TEM中被检查。

图2示出了对应于图1E的显微照片。

TEM样品100被附着到定向碳纳米管功能区域104。该样品然后被局部地减薄至具有近似100 nm的厚度的薄片114。没有熔接（例如使用IBID）被用来将样品附着到CNT区域104。在质量上测试该机械粘附：其被证明与经典的IBID或EBID熔接相比可比较或更好。

应注意的是在本示例中使用焊缝来将样品附着到操纵器。然而，通过使用具有不同表面面积或不同取向（例如，操纵器上的小面积和第二表面上的大面积）的CNT束，可能首先用CNT将样品附着到操纵器，并且然后用CNT将样品附着到第二衬底，并且通过牵引来将样品从操纵器分开，从而保持样品与第二表面（上的CNT区域）之间的结合。

图3A-3E示意性地示出了从被附着到操纵器上的CNT区域的第一衬底挖出的样品且然后将样品传送到第二表面。

图3A示意性地示出了通过聚焦离子束302从其挖出样品100的第一表面300（例如半导体晶片的表面）。在其尖端上具有CNT区域306的操纵器304在附近。

图3B示意性地示出了在挖出的同时，使得具有其CNT区域306的操纵器304与样品100接触，作为其一个结果，样品被附着到CNT区域。

图3C示意性地示出了完全自由的样品100通过具有其CNT区域306的操纵器304从第一表面300被提升。

图3D示意性地示出了样品100被传送到第二表面308（例如TEM样品网格）并被抵靠着第二表面保持。聚焦离子束310被用于IBID，从而形成焊缝312。

应注意的是射束310可以是与射束302相同的射束，但用于铣削（图3A）或者除了用于IBID以外没有或其它气体被使用（图3D）。

图3E示出了焊缝312被扩大成焊缝314，并且具有其CNT功能区域306的操纵器304从样品100被牵引。

通过选择CNT表面面积和CNT取向，可能替换图3D和3E中所示的熔接步骤以将样品附着到第二表面上的CNT区域，如图1A-1E中所示。

应注意的是在将样品附着到第二表面之后，可以将样品减薄，例如在装配有聚焦离子束镜筒的带电粒子装置中，并且然后在同一仪器中被检查（尤其是如果这样的仪器也装配有扫描电子显微镜镜筒的话），或者在（S）TEM中被传送和检查。

碳纳米管（CNT）功能区域的使用因此导致用于将样品附着/分开的快速方法，从而避免了在静电夹持时丢失样品的风险或使用机械夹持器时的机械变形的风险。

Claims

1.一种在带电粒子装置的真空室中操纵样品（100）的方法，该方法在所述真空室中执行，该方法包括：

· 在第一衬底（300）上提供样品（100）的步骤，

· 使操纵器的极值端（106）与样品接触的步骤，

· 将样品附着到所述极值端的步骤，该附着是可去除附着，

· 将被附着到操纵器的极值端的样品从第一衬底提升并将样品传送到第二衬底（102、308）的步骤，

· 将样品附着到第二衬底的步骤，

· 将样品从操纵器的极值端分开的步骤，

其特征在于

· 附着样品的步骤中的至少一个仅仅通过使样品与一束碳纳米管（104、306）接触而被执行。

2.权利要求1的方法，

其中，附着样品（100）的另一步骤包括通过来自EBID、IBID或LBID的组的束致沉积来附着样品。

3.权利要求2的方法，

其中，通过EBID、IBID或LBID将样品附着到操纵器的极值端，并仅仅通过使样品与一束碳纳米管（104、306）接触将样品附着到第二衬底。

4.前述权利要求中的任一项的方法，

其中，所述样品（100）是半导体样品，所述样品从第一衬底（300）被挖出。

5.前述权利要求中的任一项的方法，

其中，所述第二衬底（308）是供在扫描电子显微镜中使用的样品载体和/或供在聚焦离子束装置中使用的样品载体和/或供在透射电子显微镜中使用的样品载体和/或供在扫描透射电子显微镜中使用的样品载体和/或MEMS加热器。

6.前述权利要求中的任一项的方法，

其中，所述第二衬底（102）装配有一束碳纳米管（104），并且将样品（100）附着到第二衬底的步骤是将样品可去除地附着到所述束碳纳米管的步骤。

7.前述权利要求中的任一项的方法，

其中，所述操纵器（304）装配有一束碳纳米管（306），并且将样品（100）附着到操纵器的步骤是将样品可去除地附着到所述束碳纳米管的步骤。

8.权利要求7的方法，

其中，所述束碳纳米管（306）通过电子束致沉积、离子束致沉积或激光束致沉积被附着到操纵器的主体。

9.供在扫描电子显微镜中使用的样品载体（102）和/或供在聚焦离子束装置中使用的样品载体和/或供在（扫描）透射电子显微镜中使用的样品载体和/或供在扫描透射电子显微镜中使用的样品载体，该样品载体装配有一束碳纳米管（104）。

10.一种供在带电粒子装置中使用的操纵器，

所述操纵器具有装配有一束碳纳米管（306）的极值端（304），该束碳纳米管被装配成将样品（100）可去除地附着到操纵器。

11.权利要求9的操纵器，

其中，所述极值端（304）是可替换极值端。

12.一种装配有可活动台的带电粒子装置，所述台用于对样品进行定位，所述台装配有具有一个或多个束或碳纳米管的区域。