JP2008008850A - マイクロマニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】プローブの先端に発生させたポンプによる吸引力で容易に試料の採取が行うことができるマイクロマニピュレータを提供する。
【解決手段】マイクロマニピュレータのプローブ７は、直径１０μｍ程度の注射針のような中空構造を有しており、先端１５には、軸に対して６０°の斜面をなして開口１６が設けられている。このように斜面とすることで、先端１５の面積が広がり、薄片試料２を安定に保持できるようにする。また、この開口１６の縁において、開口１６がなす楕円面の長軸を挟んだ線対称な位置にそれぞれ切り欠き１７が設けられ、吸引した空気を逃がすことが可能な構造になっている。これにより、吸引力が強くなり過ぎて吸着した薄片試料３を破壊するような事態を予防する。
【選択図】図２

Description

本発明は、集束イオンビーム装置により作製された微小な薄片試料を吸引力によって吸着するプローブを備えたマイクロマニピュレータに関する。

集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｒｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）装置は、電子顕微鏡の観察用試料を作製したり、断面観察したり、配線加工を行う装置である。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察用試料をＦＩＢによって作成する場合、薄片をサンプリングする方法の１つとしてリフトアウト法が知られている。図６に試料として半導体基板２０を加工する様子を模式的に示す。図示しないＦＩＢ装置のチャンバー内部に設置された半導体基板２０にガリウムイオンビーム２３を照射して基板の一部を削り、近接した２箇所に切削溝２２を作ることで、厚さ０．１μｍ程度の薄片試料２１に加工することができる。この薄片試料２１は、図７に示すようにＦＩＢ装置のチャンバーから半導体基板２０を取り出した後、一般的にマイクロマニピュレータと呼ばれる装置に設置されてプローブ２４によって基板から剥離される。このプローブは静電気を帯電させた状態で可動し、クーロン力により薄片試料を吸着するための棒状の器具である。その後、薄片試料２１は炭素などの有機膜によるコーティングがなされた観察用のグリッドに貼り付けられ、電子顕微鏡のステージに設置されて観察される。

特許文献１では、採取対象である試料に応じて正極性もしくは負極性の電圧を金属キャピラリ（プローブ）に印加して、発生する静電気によって試料を吸着するマイクロマニピュレータが提案されている。また、特許文献２では、フィルム、プラスチックス、塗料膜などに混入している微小異物を、原因究明用のサンプルとして工業目的サンプリング用のマイクロナイフで切除或いは剥離などにより取り出した後に、該微小異物を先端部にフィルタが配設された連続吸引式マイクロキャピラリ（プローブ）により分析用試料台に移設して行う連続吸引式マイクロサンプリングシステムなどが提案されている。
特開平５−２０８３８７号公報 特願２００４−１２３６１号公報

上記特許文献１のような静電気を帯びたプローブを用いて薄片試料の採取する場合、試料が微小であるために作業が非常に難しい。例えば、静電気が弱いと薄片を基板から分離できず、分離しても安定に保持できない。逆に静電気が強いとプローブから薄片試料を観察用のグリッドに固着する際になかなか離れず、上手く固着できない。さらに、プローブ全体に静電気を帯びた状態であるために、薄片試料を上手く先端に吸着できず、取り扱いが難しくなり、紛失したりすることがある。

また、これまで提案されているマイクロマニピュレータには、上記特許文献２のようにポンプによる吸引力で試料をプローブの先端に保持するものはあるが、同様のマニピュレータで、ＦＩＢにより作製された薄片試料を扱うものはなかった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、プローブの先端に発生させたポンプによる吸引力で容易に試料の採取が行うことができるマイクロマニピュレータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るマイクロマニピュレータは、収束イオンビームにより作製された微小な薄片試料を、可動する中空構造のプローブに吸着させるに際し、前記プローブの先端に有する開口に吸引力を発生させる吸引力発生手段を備え、前記先端が斜面をなし、前記プローブを前記薄片試料に対して傾斜姿勢に保ったまま前記薄片試料を前記先端と平行に吸着させるようにする。

また、前記マイクロマニピュレータにおいて、前記開口の縁に切り欠きを設ける。

さらに、前記マイクロマニピュレータにおいて、前記切り欠きを前記斜面における線対称な位置に１以上ずつ設ける。

プローブを傾斜姿勢にしたまま、ポンプによる吸引力で薄片試料をプローブの先端と平行に吸着することで、例えば、マイクロマニピュレータに設置された薄片試料の上方に機材が近接している場合でも邪魔にならずに採取作業を行うことができ、また、静電気のような取り扱いにくさがないため、容易に薄片試料を採取することができる。したがって、採取処理の作業効率が向上する。さらに、先端を斜面にすることで薄片試料を吸着する面積が広がるために、安定に薄片試料を吸着でき、採取処理がより容易になる。

薄片試料の開口の縁に切り欠きを設けることで、薄片試料を強く吸引しすぎないようにし、破壊などの事態を防ぐことができるため、さらに作業効率が向上する。

切り欠きをプローブの先端がなす斜面における線対称な位置に１以上ずつ設けることで、薄片試料を安定に保持でき、採取処理が容易になるため、さらに作業効率が向上する。

図１に本発明に係るマイクロマニピュレータの構成を示して説明する。試料となる半導体基板２は、支持柱５によって保持された載置台４の上に設置されている。半導体基板２はＦＩＢによって加工済みであり、ＦＩＢによる切削でできた切削溝９に挟まれた厚さ０．１μｍ程度の薄片試料３の採取処理がマイクロマニピュレータ１により行われる。載置台４は、マイクロマニピュレータ１の操作端末１１からの操作によって支持柱５の長さを変化させることで、適当な高さに調節できる。光学顕微鏡６は、ＣＣＤカメラを内蔵しており、載置台４の上方に設置され、載置台４に設置された半導体ウエハ２の基板表面の画像を操作端末１１に送信し、その映像がモニタ１２に表示される。また、薄片試料３の採取後は、図示しないグリッドに固着された薄片試料３を観察するために用いられる。

プローブ７は、注射針のような中空構造を持つ棒状の採取器具であり、駆動部８と支柱１０を通るチューブ（図示せず）を介してポンプ１９に接続されている。プローブ７は、このポンプが発する吸引力によって先端に薄片試料３を吸着し、半導体基板２から剥離して保持する。また、プローブ７は、支柱１０に支持された駆動部８に連結され、この駆動部８の内部に備えられたモータ（図示せず）によって３次元的に可動し、回動も可能となっている。プローブ７の操作は、操作端末１１から可能となっている。

ポンプ１９は、プローブ７の吸引力発生手段であり、駆動部８を指示する支柱１０に取り付けられ、プローブ７と図示しないチューブを介して接続されている。ポンプ１９の吸引力の発生は、操作端末１１から操作により制御可能となっている。なお、ポンプ１９を取り付ける場所は、本実施形態に限られず、例えば駆動部８の内部でもよく、また、吸引発生手段としてはポンプ１９に限らず、他の装置を用いてもよい。

操作端末１１は、マイクロマニピュレータ１の各部位の操作や設定を行うためのもので、パソコンなどで実現される。操作端末１１は、画面を表示するモニタ１２と、入力を行うマウスやキーボードからなる操作部１３と、本体１４とから構成されており、マニピュレータ１を操作するためのソフトウェアが予めインストールされている。このソフトウェアによって、載置台４の高さ調節と、ポンプ１９の吸引力の発生制御と、プローブ７の操作が実行でき、また、光学顕微鏡６の画像をモニタ１２に表示できる。なお、プローブ７の操作のため、操作部１３に専用のジョイスティックなどを備えてもよい。

次に、図２にプローブ７の先端付近の構造を示して説明する。プローブ７は、直径１０μｍ程度の注射針のような中空構造を有しており、先端１５には、軸に対して６０°の斜面をなして開口１６が設けられている。このように斜面とすることで、先端１５の面積が広がり、薄片試料２を安定に保持できるようにする。また、この開口１６の縁において、先端１５がなす楕円面の長軸を挟んだ線対称な位置にそれぞれ切り欠き１７が設けられ、吸引した空気を逃がすことが可能な構造になっている。これにより、吸引力が強くなり過ぎて吸着した薄片試料３を破壊するような事態を予防するとともに、薄片試料３を安定に保持する。なお、先端１５がなす楕円面は本実施形態に限られるものではなく、楕円でなく長方形や正円でもよく、また、先端１５の角度は用途に応じて最適な角度とすればよい。

次に、マイクロマニピュレータ１の作用を説明する。まず、半導体基板２を載置台４の上に設置する。作業者は、操作端末１１のモニタ１２で光学顕微鏡６から送られてくる半導体基板２の表面の拡大映像を確認しながら採取すべき薄片試料３を探し出す。そして、試料３にフォーカスを合わせるように、操作端末１１から載置台４の高さ調整を行った後、操作端末１１からプローブ７の位置及び向きを調節して先端１５が薄片試料３の主面と平行になるようにする。ここで、ポンプ１９からプローブ７に吸引力を発生するように制御を行うと、図３に示すように薄片試料３を先端１５に十分に吸着することができる。そして、図４に示すように、そのままプローブ７を操作して上方へ移動させると、薄片試料３が半導体基板２から剥離して採取が完了する。ここで、先端１５が斜面をなしていることにより、薄片試料３の上方にある光学顕微鏡６などの機材が邪魔にならずに、プローブ７を傾斜姿勢にしたまま採取を行うことができる。

その後、プローブ７に薄片試料３を保持したまま、載置台４の上に設置した半導体基板２を取り除き、代わりに炭素でコーティングされた観察用のグリッドを設置する。そして、図５に示すように、操作端末１１からプローブ７の位置及び向きを調節してプローブ７に保持した薄片試料３の主面をグリッド１８の表面と平行になるようにした後、プローブ７を下降させて薄片試料３をグリッド１８に固着する。なお、ここでも同様に、プローブ７の姿勢を傾斜姿勢にしたまま採取を行うことができる。固着後、操作端末１１からポンプ１９の吸引力の発生を停止して、プローブ７を薄片試料３より離す。この後、作業者は、グリッド１８を図示しない電子顕微鏡の観察台に設置して薄片試料３の観察を行う。なお、観察用のグリッド１８は炭素でコーティングされたものに限られず、他の有機物によりコーティングされているものもある。

このようにポンプ１９による吸引力で薄片試料２を先端と平行に吸着することで、容易に、かつ安定に薄片試料を採取することができる。また、プローブ７を傾斜姿勢にしたまま作業を可能とすることで、薄片試料２の上方に光学顕微鏡６が接近していても容易に作業を行うことができ、さらに、光学顕微鏡６の撮影する薄片試料２の映像を妨げることがないため、さらに作業が容易となる。

なお、本実施形態において、マイクロマニピュレータ１は、ＦＩＢ装置により作製された薄片試料２の採取に用いたが、半導体ウエハ上に付着したゴミや異物を採取する場合にも用いることができる。

本発明のマイクロマニピュレータの構成図である。 プローブの先端付近の構造図である。 プローブによる薄片試料の吸着時の様子を示す。 プローブによる薄片試料の剥離時の様子を示す。 プローブによる薄片試料のグリッドへの固着時の様子を示す。 ＦＩＢによる半導体基板の加工の様子を示す。 プローブによる薄片試料の剥離の様子を示す。

符号の説明

１ マイクロマニピュレータ
２，２０ 半導体基板
３，２１ 薄片試料
４ 載置台
５ 支持柱
６ 光学顕微鏡
７，２４ プローブ
８ 駆動部
９，２２ 切削溝
１０ 支柱
１１ 操作端末
１２ モニタ
１３ 操作部
１４ 本体
１５ 先端
１６ 開口
１７ 切り欠き
１８ グリッド
１９ ポンプ
２３ ガリウムイオンビーム

Claims (3)

1. 収束イオンビームにより作製された微小な薄片試料を、可動する中空構造のプローブに吸着させるマイクロマニピュレータにおいて、
   前記プローブの先端に有する開口に吸引力を発生させる吸引力発生手段を備え、
   前記先端が斜面をなし、前記プローブを前記薄片試料に対して傾斜姿勢に保ったまま前記薄片試料を前記先端と平行に吸着させることを特徴とするマイクロマニピュレータ。
2. 前記開口の縁に切り欠きを設けたことを特徴とする請求項１記載のマイクロマニピュレータ。
3. 前記切り欠きは前記斜面における線対称な位置に１以上ずつ設けられていることを特徴とする請求項２記載のマイクロマニピュレータ。
   

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