JP5010766B2 - ナノ粒子を統計的に特徴付ける方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、小粒子を測定することに関し、具体的には、ナノ粒子のポピュレーション（ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ）を特徴付けることに関する。

研究者は、多様な分野においてナノ粒子の多数の潜在的な応用分野を見い出している。たとえば、医療応用分野について、電池および燃料電池において、ならびに望ましい機械、熱、電磁、および／または光学の特性を有するコーティングとして、さらに穴あけおよび産業用研磨における使用について、ナノ粒子、具体的には炭素構造を使用することが特に注目される。そのような炭素構造には、たとえば、炭素ナノ管（「ＣＮＴ」）、およびＣ−６０、Ｃ７０、Ｃ７６、およびＣ８４など、「バッキー・ボール」としても知られるフラーレンがある。

ナノ粒子は、医薬品、放射、または他の治療剤を身体の対象部分に搬送するために、医薬品搬送システムの構成要素として使用することができる。これらの応用分野では、ナノ粒子のサイズは決定的である。ナノ粒子を使用する応用分野は、通常、大量のナノ粒子を使用するので、大きなグループ、すなわちナノ粒子のポピュレーションを特徴付けることができることが重要である。

燃焼方法およびアーク方法など、ＣＮＴを製造する多くの既知の方法が存在するが、製造産物のサイズおよび他の特性を決定するために、製造プロセスの結果を特徴付けることは困難であった。現行方法は、たとえば走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）または原子力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して、個々のナノ粒子をサンプリングし、手作業で測定することを必要とする。そのような手作業方法は、緩慢で高価であり、実際、これらの技術を商用的に成功させるには経済的に法外である。ナノ粒子のポピュレーションを特徴付ける効率的な方式がないので、望ましい結果を一貫して生成するように製造プロセスを制御することは困難である。さらに、統計的品質制御が、ナノ粒子のほぼあらゆる応用分野について必要とされ、医薬品搬送システムなど、医療応用分野において特に重要である。ナノ粒子のポピュレーションを特徴付ける効率的な方式がないので、実際の応用分野は限定される。
米国特許出願公開第２００４／００３３６７９号明細書 米国特許第６７９７９５３号明細書 国際公開第９８／４８４４３号パンフレット 米国特許第５９８１９６２号明細書 米国特許第６８８９１１３号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１６８５９４号明細書 フェン（Ｆｅｎｎ）ら、「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ Ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．２４６、６４〜７０ページ（１９８９年） Ｃ．Ｍ．ホワイトハウス（Ｗｈｉｔｅｈｏｕｓｅ）ら、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、５７：６７５（１９８５年）

本発明の目的は、ナノ粒子のポピュレーションを統計的に特徴付ける方法および装置を提供することである。

１つの好ましい実施形態では、多くの粒子が、個々にまたは小グループにおいて、表面上に散在する。次いで、粒子は、分析機器によって特徴付けられる。粒子を散在させることによって、機器は、個々の粒子を操作せずに、複数の粒子を効率的に分析することができる。

１つの好ましい実施形態では、ナノ粒子の電気、化学、または他の特性が、ナノ粒子を表面上に分布させるために使用される。一実施形態では、表面は、電荷のパターンを表面上に形成することによって作成される。粒子は、イオン化させることができ、粒子は、正味の電荷など、ナノ粒子に関する電荷パターンおよび電気特性によって決定されるパターンにおいて表面上に配列される。

次いで、粒子は、たとえば、自動パターン認識ソフトウエアと共に、電子顕微鏡など、個々のナノ粒子を見つけて特徴付けることができる個々の粒子を測定する機器を使用して特徴付けられる。ナノ粒子を特徴付ける別の方式は、個々の粒子を測定せずに、表面上のナノ粒子の分布を特徴付けることができるスキャタロメータなどの機器を使用することである。他の方法は、投影照明を使用し、それにより、広い電子ビームが粒子に加えられ、結果的な２次電子または後方散乱電子が、２次元電子センサ・アレイの上に集束される。像が、再構築され、次いで分析され、それにより、個々の粒子の単一走査が回避される。

以上は、以下の本発明の詳細な記述がより良好に理解され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、本発明と同じ目的を実施するための他の構造を修正または設計する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築は、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。

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。

１つの好ましい実施形態は、多数のナノ粒子を表面上に散在させ、次いで、ポピュレーションを記述する統計を決定するために、ナノ粒子を特徴付ける。粒子は散在しているので、粒子を測定することはより容易になり、測定のために個々の粒子を操作することは必要ない。いくつかの実施形態では、粒子は、表面上に力の中心を形成することによって分布させることができ、力の中心は、ナノ粒子を引き付けるか、または反発するように、ナノ粒子と相互作用する領域である。力の中心は、たとえば、イオン化された、または極性のナノ粒子を引き付ける、または反発する電荷のグループ、あるいはナノ粒子またはナノ粒子の上のコーティングを引き付ける、または反発する化学物質とすることができる。

特徴付けに使用される機器に応じて、粒子の特徴は、たとえば、寸法、化学組成、電気特性、光学特性、またはあらゆる他の特性を含むことができる。特性のいずれかから、任意の統計を決定することができる。たとえば、平均、標準偏差、最小値、最大値、スキュー（ＳＫＥＷ）、ケルトシス（ｋｅｒｔｏｓｉｓ）、および他の特性を含めて、特性の統計的分布を決定することができる。統計を決定するために個々にまたは測定全体の一部として測定される粒子の数は、通常、２５より多く、５０より多く、１００より多く、または２００より多い。特徴付けに使用されるナノ粒子の数に上限はない。ナノ粒子は、本明細書において使用される用語として、１０００μｍより小さい、１００μｍより小さい、１０μｍより小さい、または１μｍより小さい粒子を指す。

いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、特徴付けを容易にするために、決定パターンにおいて、すなわち、表面上に形成された電荷または他の力の中心によって決定されたパターンにおいて分布する。いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、無作為な特徴付けパターンにおいて散在させることが可能である。

いくつかの実施形態では、粒子は、測定の容易さまたは精度を促進するために、互いに関係して、または基準方向に対して位置合わせされる。たとえば、個々の粒子の長手方向の寸法が電子顕微鏡走査方向に垂直になり、すべての個々の粒子の一端が基準線に対して位置合わせされ、それにより測定を容易にするように、炭素ナノ管を位置合わせすることができる。粒子は、たとえば、点電荷の代わりに、電荷の連続的または断続的な線を使用することによって、電荷パターンを成形することにより位置合わせすることが可能である。

いくつかの実施形態では、粒子は、粒子をイオン化し、電荷パターンを表面上に形成し、次いで、イオン化粒子を表面上に噴霧することによって分布し、電荷パターンが、粒子の分布を決定する。他の実施形態では、粒子は、イオン化のステップを必要としないこともある。いくつかの実施形態では、電荷パターンを使用せずに、帯電粒子または非帯電粒子を無作為に表面上に分布させることができる。いくつかの実施形態では、粒子を分布させるために、粒子間の反発を使用することができる。いくつかの実施形態では、イオン化の代わりに、電荷の双極子モーメントが使用される。他の実施形態では、ナノ粒子のパターンを決定するために、化学的な力または他の力が使用される。

図１は、１つの好ましい実施形態のステップを示す。ステップ１０２において、電荷パターンが、基板上に形成される。図２は、負の電荷のパターン２０４が上に形成されている基板２０２を示す。正電荷のパターン、または正電荷と負電荷の混合パターンを使用することもできる。図２は、電子ビーム・カラム２０６または集束イオン・ビームなどの他の帯電粒子ビームによってなど、帯電粒子ビーム・システムによって電荷を付着させることができることを示す。電荷パターンは、フォトコピー・プロセスのように、レーザ・ビームを使用して形成することもできる。電荷パターンを形成するために帯電粒子ビームが使用される場合、電荷パターンを形成する動作は、通常、真空において実施される。ナノ粒子を電荷パターンの上に分布させるなどのその後のステップは、真空において、または空気中において実施することが可能である。

ステップ１０４において、ナノ粒子３０２は、図３に示されるように噴霧装置３０４に装填される。ステップ１０６において、ナノ粒子は、基板上に噴霧される。図３は、基板上において負の電荷パターンの上に配列された正のナノ粒子３０６を示す。

電荷パターンは、基板上のナノ粒子の構成を決定する。たとえば、ナノ粒子が正に帯電している場合、ナノ粒子は、基板上の負の電荷に引き付けられる。ナノ粒子が正に帯電している場合、ナノ粒子は、基板上の負の電荷から反発される。いくつかの中性ナノ粒子の双極子モーメントにより、中性ナノ粒子も帯電領域に引き付けられる。随意選択のステップ１０８において、基板は、過剰なナノ粒子を除去するために、たとえば、気体の通路、および随意選択で超音波を使用することによって一掃される。随意選択のステップ１１０において、サンプルは、化学的プロセスまたはビーム誘起化学作用プロセスにより、電荷を制御するために物質でコーティングすることが可能である。この時点において、基板には、事前に決定された数のナノ粒子が有利な帯電特性を有する決定パターンおよび位置取りで構成されている。

ステップ１１４において、ナノ粒子の現示が得られる。たとえば、その現示は、ＳＥＭ像またはスキャタロメータ・グラフとすることが可能である。一実施形態では、基板およびナノ粒子は、相補撮像パラメータを有するおそらくは複数走査で、ＳＥＭを使用して撮像することが可能である。図４は、２次電子または後方散乱電子を検出するための電子カラム４０２および検出器４０４を含むＳＥＭを示す。検出器は、ＳＥＭ像など、ナノ粒子の現示を形成するために使用される。代替として、投影照明と、２次電子または後方散乱電子を２次元センサに集束させることとを使用することが可能である。代替として、スキャタロメータなどの積分測定を使用することが可能である。本発明は、ナノ粒子を特徴付ける任意の特定のタイプの機器に限定されるものではない。

ステップ１１６において、その現示が分析される。たとえば、その現示が１つまたは複数のＳＥＭ像である場合、１つまたは複数の像は、光学認識ソフトウエアを使用して分析することができる。コンピュータ４１０が、検出器４０４からの信号から像を形成し、コンピュータ４１０または他のコンピュータ上で実行されるソフトウエアが、ナノ粒子の寸法を特定して測定する。次いで、図５のヒストグラムなどの統計を測定から生成することができる。自動像認識ソフトウエアを使用することにより、システムがセット・アップされ、何を探索し、どのように測定するか学習させた後、人の介入がわずかである、またはない状態で、多数のナノ粒子を測定することが可能になる。ナノ粒子が基板上に分布していることにより、自動測定の使用が容易になる。随意選択で、ステップ１２０において、個々のナノ粒子は、高分解能撮像および臨界寸法の視覚表示のために選抜することができる。

参照によって本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２００４／００３３６７９号明細書は、電荷パターンを基板の上に形成し、次いでナノ粒子を基板の上に分布させることによってナノ構造をパターン化する方法を記載している。電子ビーム、イオン・ビーム、またはレーザなどのエネルギー・ビームが、マイラ、ポリ（メチルメタクリレート）、ＳｉＯ₂またはＣａＴｉＯ₃の絶縁シートなどの基板に電荷パターンを加えるために使用される。たとえば、図２に示されるように、負の電荷を付着させるために電子ビームを使用することができ、または、正もしくは負の電荷を付着させるために、イオン・ビームを使用することができる。代替として、レーザ印刷と同様のプロセスでは、光伝導性基板を帯電させ、次いで、レーザを使用して基板を放電させることによって、パターンを形成することができる。

多くの粒子の高いスループットを維持して大きな表面を帯電させるために、複数帯電粒子ビームによる平行照明を使用して、複数の部位を同時に帯電させることができる。たとえば、米国特許第６７９７９５３号明細書が、複数電子ビーム・カラムを使用して複数電子ビームを生成するシステムを記載している。他の既知の複数ビーム・システムには、国際公開第９８／４８４４３号パンフレットおよび米国特許第５９８１９６２号明細書に記載されているシステムがある。電荷パターンを表面上に迅速に形成する他の方法には、表面を遮断する格子の上に帯電粒子を投光映写するものがあり、帯電粒子のみが望ましい位置において表面に到達することを可能にする。帯電表面を形成する他の方法は、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）などの事前帯電半導体基板など、回路を経て、または光電効果により、電荷を搬送することによって帯電表面領域を形成することを可能にする電気回路を有する基板を使用する。

電荷パターンが形成された後、イオン化ナノ粒子が、電荷パターンの上に噴霧される。ナノ粒子は、たとえばフェン（Ｆｅｎｎ）ら、「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ Ｏｆ Ｌａｒｇｅ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．２４６、６４〜７０ページ（１９８９年）（「フェン」）によって記載されている電気噴霧イオン化などの噴霧イオン化技法を使用することによってイオン化させることができる。図６に示されるように、ナノ粒子は、ステップ６０２において溶媒に存在する。ステップ６０４において、ナノ粒子は、電子噴霧装置においてイオン化される。

図７は、フェンにおいて記載されている噴霧イオン化デバイスを概略的に示す。装置は、Ｃ．Ｍ．ホワイトハウス（Ｗｈｉｔｅｈｏｕｓｅ）ら、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、５７：６７５（１９８５年）において詳細に記載されている。装置７００は、ステンレス・スチール皮下針７０２を含み、これを経て、サンプル溶液が、通常１μｌ／分と２０μｌ／分との間の流量においてＥＳ室７０４に入る。針は、通常、室の壁に対して数キロボルトに維持される。回りの円筒電極７０６は、電位の分布を成形し、バス気体の流れ（ｂａｔｈ ｇａｓ）７１０を向けるように作用する。針の先端における結果的な場は、発生する液体の表面を帯電させ、クーロン力によって帯電液滴の微細噴霧へと液体を分散させる。液滴は、室７０４の端部壁にあるガラス毛細管７１４の入口端部に向かって泳動する。約８００トールの圧力、３２０Ｋから３５０Ｋの初期温度、および約１００ｍｌ／ｓの流量に通常ある乾燥気体の流れが、各液滴から溶媒が蒸発するのを容易にし、液滴が電場の影響下において室７０４の端部壁に向かってドリフトする際に、その直径を減少させる。任意の特定のナノ粒子に使用されるパラメータは、当業者なら本明細書において提供される誘導に従って、または上記において引用された論文などの刊行文献によって、不要な実験をせずに決定することができる。

発生する液体の表面上の電荷密度は、クーロン反発力が表面張力に近づくまで増大すると考えられ、この時点において、液滴は分裂して、やはり蒸発する帯電娘液滴を生成する。この一連の事象は、表面電荷密度による場が液滴から周囲の気体にイオン化ナノ粒子を脱着させるほど十分強くなるように、娘液滴の曲率半径が十分小さくなるまで繰り返される。脱着イオンは、陽イオン（または陰イオン）を含み、それにそれ自体はイオンではない溶媒または溶媒種が付着されて、いわゆる「準分子」イオンを生成する。

ＣＮＴまたはフラーレンなど、特徴付けられるナノ粒子が炭素構造である一実施形態では、好ましい基板は石英プレートである。電荷スポットは、電荷生成ビームが生成するのと同程度に小さいことが好ましい。いくつかの実施形態では、スポットは、比較的に互いに接近していてもよい。帯電スポット間の間隔は、異なる方向において異なるものとすることができ、スポット自体は、対称または非対称とすることができる。たとえば、長い寸法を有するナノ粒子では、帯電スポットは、端間に構成された粒子の行を創出するように構成することができ、粒子は、行間の間隔を有しており、実施形態によっては互いに接触したり、または接触しなかったりする。好ましい実施形態では、上述された電気噴霧イオン化が使用される。ＣＮＴは、液体の懸濁液において保持され、アセトンまたはエタノールのような溶媒など、高い蒸気圧を有することが好ましい。溶媒が蒸発し、液滴がより小さくなるにつれ、粒子ＣＮＴは液滴内において不安定になるが、その理由は、イオン化ＣＮＴが懸濁液から出現するまで、電荷濃度が増大するからである。例えば、プラズマ脱着、高速イオン（または原子）衝撃、レーザ脱着、フィールド脱着、電気流体力学、または熱噴霧または空気噴霧などの他の噴霧イオン化方法など、ＣＮＴをイオン化する他の方法を使用することもできる。

いくつかの実施形態では、ナノ粒子は、イオン化を容易にするために、または基板上の力の中心に引き付けられる、またはそれから反発されるコーティングを提供するために、噴霧の前にコーティングすることができる。

付着される際のナノ粒子は、基板上およびポピュレーション内の静電力のために、十分に密な集合体に凝集しない可能性がある。これが生じる場合、たとえば、リソグラフィを使用して表面上に以前に創出された構造などの表面上のその場の電位で静電力を操作することが必要である可能性がある。

電気噴霧装置を出る帯電ＣＮＴは、米国特許出願公開第２００４／００３３６７９号明細書に記載されているように、帯電パターン化基板の上に噴霧される。ＣＮＴは、電荷パターンに向けられる。電荷パターンの周辺における粒子の速度は、帯電表面による粒子の捕獲を容易にするために低減されることが好ましい。帯電粒子の速度は、電荷パターンに追随する粒子の確率を増大させるために、米国特許出願公開第２００４／００３３６７９号明細書に記載されているように、電場、磁場、または２つの組合せを使用して制御することができる。基板の回りの領域に導入されるナノ粒子の数は、ナノ粒子源から来る単位時間あたりのナノ粒子の数を決定するために、チャネルトロン・イオン検出器と同様に、ナノ粒子計数方式を使用することによって制御することができる。

ＣＮＴがパターンの上に噴霧された後、ナノ粒子のサイズまたは他の特性が評価される。たとえば、サイズは、コグネックス・コーポレーション（Ｃｏｇｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒｔａｉｏｎ）から入手可能な電子顕微鏡およびパターン認識ソフトウエアを使用して決定することができる。オペレータが、ナノ粒子を手作業で特定し、像のサイズおよび拡大の知識からサイズを決定することができる。次いで、オペレータは、他のナノ粒子を自動的に認識して、同様の測定を自動的に実施するように、ソフトウエアに学習させることができる。ソフトウエアは、基板表面全体を走査し、ナノ粒子を特定し、見つけた粒子を測定するように、探索アルゴリズムを実施することができる。代替として、基板の帯電領域の位置は、ソフトウエアにプログラムすることができ、それらの位置において像を取り入れて、分析することができる。自動的に撮像し、測定し、統計を生成するシステムが、たとえば、米国特許第６８８９１１３号明細書、「Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ」において記載されており、これは、本発明の譲受人に譲渡され、参照によって本明細書に組み込まれている。

代替として、個々に測定せずに統計的特性または他の特性を決定するシステムを使用することができる。たとえば、スキャタロメトリが、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２００３／０１６８５９４号明細書、「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」において記載されている。スキャタロメトリは、反復パターンの物理的特性に依拠するグラフを生成する。グラフは、既知のパラメータを有してパターンから生成されたライブラリ・グラフと比較される。未知のパターンのグラフとライブラリ・グラフとの整合は、未知のパターンが、間隔、サイズ、および組成など、整合するライブラリ・グラフを生成するために使用されたナノ粒子パターンと同じ物理パラメータを有することを意味する。たとえば、指定電荷パターンの上に分布した異なるサイズの単一壁ＣＮＴについて、スキャタロメトリ・グラフのライブラリを編集することができる。単一壁のＣＮＴの未知のサンプルの特性を決定するために、指定電荷パターンについて未知の単一壁ＣＮＴのスキャタロメトリ・グラフを生成することができ、グラフをライブラリ・グラフと比較する。サンプルのＣＮＴのサイズは、整合ライブラリ・グラフのＣＮＴのサイズと同じである。通常の単一壁ＣＮＴは、約２〜３ｎｍ×１０＋μｍである。

表面上にナノ粒子を配列することによって、本発明の実施形態は、複数粒子の迅速な測定および分析を容易にする。ナノ粒子を導電性にするためにナノ粒子を随意選択でコーティングすることにより、より良好な撮像および測定を提供することができる。粒子は、ナノ粒子を基板の上に分布させる前または後にコーティングすることができる。本発明により、既存のパターン認識アルゴリズムを使用して、これらの事前に配されたナノ粒子について限界寸法を特定して測定することが可能になる。

１つの好ましい実施形態が、多数のサンプルのノイズを有するまたは低分解能の高速走査像から統計を抽出するために、２次元統計およびスペクトル分析を使用することを提供する。

以下の装置および動作方法は、多数のナノ粒子の物理サイズの統計を迅速に抽出することを見込む。

好ましい実施形態は、
Ａ．米国特許出願公開第２００４／００３３６７９号明細書に記載されているＭＩＴナノ噴霧など、統合ナノ粒子噴霧装置などの基板の上に電荷パターンを生成するデバイスと、
Ｂ．ナノ粒子を帯電させて搬送する統合化学搬送システム（ナノケミックス（ＮａｎｏＣｈｅｍｉＸ）から入手可能なシステムなど）と、
Ｃ．本出願の譲受人であるＦＥＩカンパニから入手可能なものなど、たとえば小室ＳＥＭである撮像または測定機器と、
Ｄ．統合された像分析ハードウエアおよびソフトウエア（コグネックス・ベース・システムなど）とを含む。

ＣおよびＤの代わりに、いくつかの実施形態は、目視可能な像を必要とせずに、例えば空間周波数スペクトルを決定するなど、表面を分析する測定システムを使用することができる。

表面上の電荷は、ナノ粒子を分布させるために、ナノ粒子を引き付ける、または反発する力の中心として使用することができるが、本発明は、ナノ粒子を分布させるために電気力を使用することに限定されるものではない。たとえば、ある他の実施形態では、分布は、基板の一部を機能化することによって形成することができる。たとえば、電気的引力ではなく、化学的引力を使用することができる。たとえば、金原子がチオール、すなわちスルフヒドリル基またはこれらの基を含む分子に引き付けられることが知られている。チオールは、あるパターンにおいて基板の上に分布させることができ、金でコーティングされたナノ粒子は、表面上に噴霧することができる。金コーティング・ナノ粒子は、チオールに引き付けられる。

「ポピュレーション」とは、たとえば３０より多いが、通常は１，０００を十分に超える多数のナノ粒子を備える任意の基を意味する。ポピュレーションのナノ粒子の数に上限はなく、いくつかのポピュレーションは、数百万以上のナノ粒子を有することが可能である。品質およびプロセスの制御では、ポピュレーション全体の直接測定によって、またはポピュレーションの統計サンプリングによってポピュレーションを特徴付けることが重要であるが、多数のナノ粒子の特徴付けを依然として必要とする。

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確定される本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本明細書において様々な修正、代用、および変更を実施することができることを理解されたい。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するものではない。当業者なら、本発明の開示から、同じ機能をほぼ実施する、または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結果を達成する現在存在する、または後に開発されるプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、およびステップを本発明により使用することが可能であることを容易に理解するであろう。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、またはステップを範囲内に含むことを意図する。

本発明の１つ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。 本発明の１つの好ましい実施形態による電荷パターンを表面上に形成することを示す図である。 図２の電荷分布の上に噴霧されているナノ粒子を示す図である。 電子顕微鏡によって特徴付けられる図３のナノ粒子を示す図である。 図４に示されるように測定されたナノ粒子の特性の統計的分布を示す図である。 ナノ粒子をイオン化する好ましいステップを示すフローチャートである。 ナノ粒子をイオン化して、帯電ナノ粒子を表面上に噴霧する装置の一部を示す図である。

符号の説明

２０２ 基板
２０４ 負の電荷のパターン
２０６ 電子ビーム・カラム
３０２ ナノ粒子
３０４ 噴霧装置
３０６ 正のナノ粒子
４０２ 電子カラム
４０４ 検出器
４１０ コンピュータ
７００ 装置
７０２ ステンレス・スチール皮下針
７０４ ＥＳ室
７０６ 円筒電極
７１０ 流れ
７１４ ガラス毛細管

Claims (27)

1. ナノ粒子の特性を決定する方法であって、
   電荷パターンを基板の上に形成することと、
   特性付けを容易にするために、個々の前記ナノ粒子を前記電荷パターンによって分布させることと、
   ナノ粒子のポピュレーションの統計的特性を決定するために、複数の前記ナノ粒子の特性を測定することとを含む方法。
2. 個々の前記ナノ粒子を操作せずに、前記基板上の複数の前記ナノ粒子の特性を測定することとを含む請求項１に記載の方法。
3. ナノ粒子の特性を決定する方法であって、
   力の中心のパターンを表面上に形成することと、
   個々の前記ナノ粒子を前記力の中心のパターンによって前記表面上に分布させ、ナノ粒子の前記分布が、前記力の中心のパターンによる前記ナノ粒子に対する力によって影響を受けることと、
   個々の前記ナノ粒子を操作せずに、前記表面上の個々の前記ナノ粒子の特性を測定することとを含む方法。
4. 力の中心のパターンを形成することが、前記表面上に電荷パターンを形成することを含む請求項３に記載の方法。
5. 前記ナノ粒子を分布させることが、帯電ナノ粒子を分布させることを含む請求項１、２、４のいずれかに記載の方法。
6. 力の中心のパターンを形成することが、前記表面上に化学物質のパターンを形成することを含む請求項３に記載の方法。
7. 前記複数のナノ粒子を前記表面上に分布させることが、前記パターンの前記化学物質によって引き付けられる、または反発するナノ粒子を分布させることを含む請求項６に記載の方法。
8. 電荷パターンを形成することが、帯電粒子ビームを絶縁基板に向けることを含む請求項１または４に記載の方法。
9. ナノ粒子を前記電荷パターンの上に分布させることが、炭素を含む分子を前記電荷パターンの上に分布させることを含み、前記炭素を含む分子が、７２０より大きい分子量を有する請求項１または４に記載の方法。
10. ナノ粒子を前記電荷パターンの上に分布させることが、フラーレンまたは炭素ナノ管を分布させることを含む請求項１または４に記載の方法。
11. ナノ粒子を前記電荷パターンの上に分布させることが、前記ナノ粒子をイオン化することを含む請求項１または４に記載の方法。
12. 前記ナノ粒子をイオン化することが、前記ナノ粒子を液体の中に混合し、前記液体をノズルを経て乾燥気体の中に噴霧することを含む請求項１１に記載の方法。
13. 測定を容易にするために前記ナノ粒子をコーティングすることをさらに備える請求項１、２、３のいずれかに記載の方法。
14. 前記表面上の前記複数のナノ粒子の特性を測定することが、前記ナノ粒子のポピュレーションの統計的特性を決定するために、前記ナノ粒子の１つの特性を測定することを備える請求項２または３に記載の方法。
15. 前記ナノ粒子のポピュレーションの統計的特性を決定するために前記ナノ粒子の１つの特性を測定することが、ナノ粒子を含む前記基板の一部の像を形成するために、電子顕微鏡を使用することと、前記ナノ粒子の特性を決定するために前記像を自動的に解釈することとを含む請求項１または１４に記載の方法。
16. 前記像においてナノ粒子を自動的に特定することをさらに備える請求項１５に記載の方法。
17. 前記ナノ粒子のポピュレーションの統計的特性を決定するために、前記ナノ粒子の１つの特性を測定することが、積分方法を使用することを含む請求項１または１４に記載の方法。
18. 前記積分方法が、スキャタロメトリを備える請求項１７に記載の方法。
19. ナノ粒子のポピュレーションの特性を決定する装置であって、
    基板の上に電荷パターンを形成するためのエネルギー・ビーム・システムと、
    前記ナノ粒子を、前記基板上の前記電荷パターンであって、前記基板の表面に亘って前記ナノ粒子を個々に分布させる前記電荷パターンの上に噴霧する噴霧器と、
    前記基板上の前記ナノ粒子の特性を測定する測定機器とを備える装置。
20. 前記測定機器の出力から前記ナノ粒子の特性を自動的に決定するソフトウエアをさらに備える請求項１９に記載の装置。
21. 前記エネルギー・ビーム・システムが、帯電粒子ビーム・システムである請求項１９に記載の装置。
22. 前記帯電粒子ビーム・システムが、走査電子顕微鏡システムを含む請求項２１に記載の装置。
23. 前記測定機器が、電子顕微鏡を含む請求項１９に記載の装置。
24. 前記測定機器が、スキャタロメータを含む請求項１９に記載の装置。
25. 特性付けを容易にするために個々の前記ナノ粒子を前記電荷パターンによって分布させることが、双極子モーメントを有する無電荷ナノ粒子を分布させることを含む請求項１に記載の方法。
26. 分布された前記ナノ粒子は、互いに関係して、または、基準方向に対して位置合わせされている請求項３に記載の方法。
27. 前記力の中心は、前記ナノ粒子を引き付けまたは反発する電荷のグループによって形成される領域を含み、
    前記ナノ粒子は、前記電荷のグループによって形成される領域における相互作用によって配置されている請求項２６に記載の方法。

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