(57)【要約】  イオンビーム試料準備装置の実施形態及び実施形態を使用する方法が開示される。この装置は、イオンを試料に向けることができる真空チャンバ内のイオンビーム放射手段と、試料に向けられたイオンの部分を遮断するシールドと、シールドを所定位置に且つ再配置可能且つ着脱可能に維持するシールド保持手段を有するシールド保持ステージと、を備える。シールド及びシールド保持ステージの両方での相補的な基準特徴により、試料の処理及び再処理を行う装置で試料を正確且つ再現可能に位置決めすることができる。保持ステージリフト手段により、試料のイオンビームミリングが行われる主真空チャンバから分離された装填チャンバを作成することができる。ヒートシンク手段が、イオンビームで試料準備を受けている試料から離れるように熱を伝導するように構成される。【選択図】図２
2013524244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム試料準備装置であって、
ａ）真空チャンバ内に配置され、イオンビームをシールド保持ステージに向けるイオンビーム放射手段と、
ｂ）前記真空チャンバ内に配置される前記シールド保持ステージであって、
ｉ）第１の基準特徴、
ｉｉ）第２の基準特徴、
ｉｉｉ）少なくともシールド解放位置及びシールド保持位置を有するシールド保持手段
を備える、前記シールド保持ステージと、
ｃ）前記シールド保持ステージに結合され、前記シールド保持ステージを保持ステージ装填位置と保持ステージ処理位置との間で移動させるように構成された保持ステージリフト手段であって、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密装填チャンバが前記シールド保持ステージと前記真空チャンバの部分との間に形成されることを特徴とするとともに、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密封止が、前記装填チャンバと前記イオンビーム放射手段が配置された前記真空チャンバの部分との間に形成されることをさらに特徴とする、保持ステージリフト手段と、
ｄ）前記保持ステージリフト手段に結合され、前記保持ステージリフト手段を前記保持ステージ装填位置と前記保持ステージ処理位置との間で移動させるように動作可能なリフト駆動装置と、
ｅ）前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置に保持される場合、前記装填チャンバにアクセスできるように配置される着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーであって、前記チャンバカバーが、前記真空チャンバの所定位置に配置された場合、実質的な真空気密封止を提供することを特徴とする、着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーと、
ｆ）少なくとも剛性平坦部を有し、前記シールド保持ステージに着脱可能且つ再配置可能に保持されるシールドであって、前記シールドが、
ｉ）前記試料を前記シールドに耐久的に接着させるように構成された近位試料面、
ｉｉ）前記イオンビームの経路に配置され、前記シールドが前記シールド保持手段の前記シールド保持位置に保持され、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ処理位置に保持される場合、前記試料に向けられたイオンビームの部分を遮蔽するように位置決めされる第１の遮蔽面、
ｉｉｉ）前記シールドに一体形成される第３の基準特徴であって、前記シールド保持位置にある前記シールド保持手段が、前記第３の基準特徴を付勢して、前記第１の基準特徴に当接させる、第３の基準特徴、及び
ｉｖ）前記シールドに一体形成される第４の基準特徴であって、前記シールド保持位置にある前記シールド保持手段が、前記第４の基準特徴を付勢して、前記第２の基準特徴に当接させる、第４の基準特徴
をさらに備える、シールドと、
ｇ）第１のポンプマニフォルド及び第２のポンプマニフォルドの両方に動作可能に接続された真空ポンプ手段であって、前記第１のポンプマニフォルドが前記真空チャンバを脱気するように構成され、前記第２のポンプマニフォルドが、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、前記装填チャンバを脱気するように構成される、真空ポンプ手段と、
を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記シールド保持ステージが第５の基準特徴をさらに備え、前記シールドが、前記シールドに一体形成された第６の基準特徴をさらに備え、前記シールド保持位置にある前記シールド保持手段が、前記第６の基準特徴を付勢して、前記第５の基準特徴に当接させることを特徴とする、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、前記第１の遮蔽面が約９０度未満且つ約８０度を超える角度で前記近位試料面に接触することを特徴とする、装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、前記第１の遮蔽面が約８７度未満且つ約８３度を超える角度で前記近位試料面に接触することを特徴とする、装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、前記第１の遮蔽面が、低いスパッタリング収率を有する非磁性材料で作られることを特徴とする、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、前記第１の遮蔽面の少なくとも一部がタンタル又はチタンで作られることを特徴とする、装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、前記第３の基準特徴が基準面であり、前記基準面の少なくとも一部が、前記近位試料面の少なくとも一部と同一の広がりを有することを特徴とする、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、前記近位試料面が、前記シールドと前記試料との間で接着剤を流すように構成された少なくとも１つの溝部を有することを特徴とする、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、前記シールドが、前記シールドに結合され、前記近位試料面に対して前記試料を保持するように構成された試料締め付け手段をさらに備えることを特徴とする、装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置において、前記シールドが、
ａ）前記イオンビームの部分の経路に配置された部分を有する第２の遮蔽面と、
ｂ）前記第１の遮蔽面が前記近位試料面に接触する位置にあるシールドエッジと、
ｃ）前記第２の遮蔽面上の可視位置合わせマークであって、前記シールドが前記シールド保持手段の前記シールド保持位置に保持される場合、イオンビームが前記シールドエッジに衝突する領域に対して、前記可視位置合わせマークの位置が所定の関係にあるように構成される、可視位置合わせマークと、
をさらに備えることを特徴とする、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置において、前記シールドがコア材料に接合する被覆材料で作られ、前記被覆材料の部分が前記第１の遮蔽面の少なくとも一部を形成し、前記コア材料の部分が、前記シールドの前記第３の基準特徴及び前記シールドの前記第４の基準特徴を形成することを特徴とする、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の装置において、前記被覆材料が、低いスパッタリング収率を有する非磁性材料で作られることを特徴とする、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、前記被覆材料の少なくとも一部がタンタル又はチタンであることを特徴とする、装置。
【請求項１４】
イオンビーム試料準備装置であって、
ａ）真空チャンバ内に配置され、イオンビームをシールド保持ステージに向けるイオンビーム放射手段と、
ｂ）前記真空チャンバ内に配置される前記シールド保持ステージであって、
ｉ）第１の基準特徴、
ｉｉ）第２の基準特徴、
ｉｉｉ）少なくともシールド解放位置及びシールド保持位置を有するシールド保持手段
を備える、前記シールド保持ステージと、
ｃ）前記シールド保持ステージに結合され、前記シールド保持ステージを保持ステージ装填位置と保持ステージ処理位置との間で移動させるように構成された保持ステージリフト手段であって、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密装填チャンバが前記シールド保持ステージと前記真空チャンバの部分との間に形成されることを特徴とするとともに、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密封止が、前記装填チャンバと前記イオンビーム放射手段が配置された前記真空チャンバの部分との間に形成されることをさらに特徴とする、保持ステージリフト手段と、
ｄ）前記保持ステージリフト手段に結合され、前記保持ステージリフト手段を前記保持ステージ装填位置と前記保持ステージ処理位置との間で移動させるように動作可能なリフト駆動装置と、
ｅ）前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置に保持される場合、前記装填チャンバにアクセスできるように配置される着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーであって、前記チャンバカバーが、前記真空チャンバの所定位置に配置された場合、実質的な真空気密封止を提供することを特徴とする、着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーと、
ｆ）少なくとも剛性平坦部を有し、前記シールド保持ステージに着脱可能且つ再配置可能に保持されるシールドであって、前記シールドが、
ｉ）前記試料を前記シールドに耐久的に接着させるように構成された近位試料面、
ｉｉ）前記イオンビームの経路に配置され、前記シールドが前記シールド保持手段の前記シールド保持位置に保持され、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ処理位置に保持される場合、前記試料に向けられたイオンビームの部分を遮蔽するように位置決めされる第１の遮蔽面、
ｉｉｉ）前記シールドに一体形成される第３の基準特徴であって、前記シールド保持位置にある前記シールド保持手段が、前記第３の基準特徴を付勢して、前記第１の基準特徴に熱伝導的に接触して当接させる、第３の基準特徴、及び
ｉｖ）前記シールドに一体形成される第４の基準特徴であって、前記シールド保持位置にある前記シールド保持手段が、前記第４の基準特徴を付勢して、前記第２の基準特徴に当接させる、第４の基準特徴
をさらに備える、シールドと、
ｇ）第１のポンプマニフォルド及び第２のポンプマニフォルドの両方に動作可能に接続された真空ポンプ手段であって、前記第１のポンプマニフォルドが前記真空チャンバを脱気するように構成され、前記第２のポンプマニフォルドが、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、前記装填チャンバを脱気するように構成される、真空ポンプ手段と、
ｈ）前記シールド保持ステージに熱伝導的に接触する伝熱部材と、
ｉ）熱を前記伝熱部材から離れるように伝導させるように構成されたヒートシンク手段と、
を備えることを特徴とする、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置において、前記シールド保持ステージが第５の基準特徴をさらに備え、前記シールドが、前記シールドに一体形成された第６の基準特徴をさらに備え、前記シールド保持位置にある前記シールド保持手段が、前記第６の基準特徴を前記第５の基準特徴に当接するように促すことを特徴とする、装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の装置において、前記第１の遮蔽面が約９０度未満且つ約８０度を超える角度で前記近位試料面に接触することを特徴とする、装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の装置において、前記第１の遮蔽面が約８７度未満且つ約８３度を超える角度で前記近位試料面に接触することを特徴とする、装置。
【請求項１８】
請求項１４に記載の装置において、前記第１の遮蔽面が、低いスパッタリング収率を有する非磁性材料で作られることを特徴とする、装置。
【請求項１９】
請求項１４に記載の装置において、前記第１の遮蔽面の少なくとも一部がタンタル又はチタンで作られることを特徴とする、装置。
【請求項２０】
請求項１４に記載の装置において、前記第３の基準特徴が基準面であり、前記基準面の少なくとも一部が、前記近位試料面の少なくとも一部と同一の広がりを有することを特徴とする、装置。
【請求項２１】
請求項１４に記載の装置において、前記近位試料面が、前記シールドと前記試料との間で接着剤を流すように構成された少なくとも１つの溝部を有することを特徴とする、装置。
【請求項２２】
請求項１４に記載の装置において、前記シールドが、前記シールドに結合され、前記近位試料面に対して前記試料を保持するように構成された試料締め付け手段をさらに備えることを特徴とする、装置。
【請求項２３】
請求項１４に記載の装置において、前記シールドが、
ａ）前記イオンビームの部分の経路に配置された部分を有する第２の遮蔽面と、
ｂ）前記第２の遮蔽面上の可視位置合わせマークであって、前記可視位置合わせマークの位置が、前記シールドが前記シールド保持手段の前記シールド保持位置に保持される場合、前記イオンビームが前記シールドエッジに衝突する領域に対して所定の関係にあるように構成される、可視位置合わせマークと、
をさらに備えることを特徴とする、装置。
【請求項２４】
請求項１４に記載の装置において、前記ヒートシンク手段が窒素を使用して、前記伝熱部材から離れるように熱を伝導させるように構成されることを特徴とする、装置。
【請求項２５】
請求項１４に記載の装置において、前記シールドが高い熱伝導性を有する材料で作られることを特徴とする、装置。
【請求項２６】
請求項１４に記載の装置において、前記シールドがコア材料に接合する被覆材料で作られ、前記被覆材料の部分が前記第１の遮蔽面の少なくとも一部を形成し、前記コア材料の部分が、前記シールドの前記第３及び第４の基準特徴を形成することを特徴とする、装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の装置において、前記コア材料は銅を含むことを特徴とする、装置。
【請求項２８】
イオンビーム試料準備装置において、
ａ）真空チャンバ内に配置され、イオンビームをシールド保持ステージに向けるイオンビーム放射手段と、
ｂ）前記真空チャンバ内に配置される前記シールド保持ステージであって、
ｉ）第１の基準特徴、
ｉｉ）第２の基準特徴、
ｉｉｉ）少なくともシールド解放位置及びシールド保持位置を有するシールド保持手段
を備える、前記シールド保持ステージと、
ｃ）前記シールド保持ステージに結合され、前記シールド保持ステージを保持ステージ装填位置と保持ステージ処理位置との間で移動させるように構成された保持ステージリフト手段であって、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密装填チャンバが前記シールド保持ステージと前記真空チャンバの部分との間に形成されることを特徴とするとともに、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密封止が、前記装填チャンバと前記イオンビーム放射手段が配置された前記真空チャンバの部分との間に形成されることをさらに特徴とし、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、前記シールド保持ステージが前記真空チャンバの部分と熱伝導的に接触することをさらに特徴とする、保持ステージリフト手段と、
ｄ）前記保持ステージリフト手段に結合され、前記保持ステージリフト手段を前記保持ステージ装填位置と前記保持ステージ処理位置との間で移動させるように動作可能なリフト駆動装置と、
ｅ）前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置に保持される場合、前記装填チャンバにアクセスできるように配置される着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーであって、前記チャンバカバーが、前記真空チャンバの所定位置に配置された場合、実質的な真空気密封止を提供することを特徴とする、着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーと、
ｆ）少なくとも剛性平坦部を有し、前記シールド保持ステージに着脱可能且つ再配置可能に保持されるシールドであって、前記シールドが、
ｉ）前記試料を前記シールドに耐久的に接着させるように構成された近位試料面、
ｉｉ）前記イオンビームの経路に配置され、前記シールドが前記シールド保持手段の前記シールド保持位置に保持され、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ処理位置に保持される場合、前記試料に向けられたイオンビームの部分を遮蔽するように位置決めされる第１の遮蔽面、
ｉｉｉ）前記シールドに一体形成される第３の基準特徴であって、前記シールド保持位置にある前記シールド保持手段が、前記第３の基準特徴を付勢して、前記第１の基準特徴に熱伝導的に接触して当接させる、第３の基準特徴、及び
ｉｖ）前記シールドに一体形成される第４の基準特徴であって、前記シールド保持位置にある前記シールド保持手段が、前記第４の基準特徴を付勢して、前記第２の基準特徴に当接させる、第４の基準特徴
をさらに備える、シールドと、
ｇ）第１のポンプマニフォルド及び第２のポンプマニフォルドの両方に動作可能に接続された真空ポンプ手段であって、前記第１のポンプマニフォルドが前記真空チャンバを脱気するように構成され、前記第２のポンプマニフォルドが、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置にある場合、前記装填チャンバを脱気するように構成される、真空ポンプ手段と、
ｈ）前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ処理位置に保持される場合、前記シールド保持ステージに熱伝導的に接触するように配置された伝熱部材であって、前記保持ステージリフト手段が前記保持ステージ装填位置に保持される場合、前記伝熱部材が前記シールド保持ステージと熱伝導的に接触しないようにさらに配置される、伝熱部材と、
ｉ）熱を前記伝熱部材から離れるように伝導させるように構成されたヒートシンク手段と、
を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置において、前記シールド保持ステージが第５の基準特徴をさらに備え、前記シールドが、前記シールドに一体形成された第６の基準特徴をさらに備え、前記シールド保持位置にある前記シールド保持手段が、前記第６の基準特徴を前記第５の基準特徴に当接するように促すことを特徴とする、装置。
【請求項３０】
請求項２８に記載の装置において、前記第１の遮蔽面が約９０度未満且つ約８０度を超える角度で前記近位試料面に接触することを特徴とする、装置。
【請求項３１】
請求項２８に記載の装置において、前記第１の遮蔽面が約８７度未満且つ約８３度を超える角度で前記近位試料面に接触することを特徴とする、装置。
【請求項３２】
請求項２８に記載の装置において、前記第１の遮蔽面が、低いスパッタリング収率を有する非磁性材料で作られることを特徴とする、装置。
【請求項３３】
請求項２８に記載の装置において、前記第１の遮蔽面の少なくとも一部がタンタル又はチタンで作られることを特徴とする、装置。
【請求項３４】
請求項２８に記載の装置において、前記第３の基準特徴が基準面であり、前記基準面の少なくとも一部が、前記近位試料面の少なくとも一部と同一の広がりを有することを特徴とする、装置。
【請求項３５】
請求項２８に記載の装置において、前記近位試料面が、前記シールドと前記試料との間で接着剤を流すように構成された少なくとも１つの溝部を有することを特徴とする、装置。
【請求項３６】
請求項２８に記載の装置において、前記シールドが、前記シールドに結合され、前記近位試料面に対して前記試料を保持するように構成された試料締め付け手段をさらに備えることを特徴とする、装置。
【請求項３７】
請求項２８に記載の装置において、前記シールドが、
ａ）前記イオンビームの部分の経路に配置された部分を有する第２の遮蔽面と、
ｂ）前記第２の遮蔽面上の可視位置合わせマークであって、前記可視位置合わせマークの位置が、前記シールドが前記シールド保持手段の前記シールド保持位置に保持される場合、イオンビームが前記シールドエッジに衝突する領域に対して所定の関係にあるように構成される、可視位置合わせマークと、
をさらに備えることを特徴とする、装置。
【請求項３８】
請求項２８に記載の装置において、前記ヒートシンク手段が窒素を使用して、前記伝熱部材から離れるように熱を伝導させるように構成されることを特徴とする、装置。
【請求項３９】
請求項２８に記載の装置において、前記シールドが高い熱伝導性を有する材料で作られることを特徴とする、装置。
【請求項４０】
請求項２８に記載の装置において、前記シールドがコア材料に接合する被覆材料で作られ、前記被覆材料の部分が前記第１の遮蔽面の少なくとも一部を形成し、前記コア材料の部分が、前記シールドの前記第３及び第４の基準特徴を形成することを特徴とする、装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の装置において、前記コア材料は銅を含むことを特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、先に出願された２０１０年４月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／３２２，８７０号明細書の利益を主張するものである。出願第６１／３２２，８７０号明細書は参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は、１つ又は複数のイオンビームを顕微鏡観測又は分光解析に向けた材料の準備に使用することに関する。顕微光観測技法としては、光学顕微鏡法、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）、走査透過型電子顕微鏡法（ＳＴＥＭ）、反射電子顕微鏡法（ＲＥＭ）が挙げられるが、これらに限定されない。分光解析技法としては、Ｘ線マイクロ解析、反射電子エネルギー損失分光法（ＲＥＥＬＳ）、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）法、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、及びオージェ電子分光法（ＡＥＳ）が挙げられるが、これらに限定されない。任意の顕微鏡技法で見るべき材料は、顕微鏡検査に適した試料を生成するために、処理する必要があり得る。
【０００３】
材料のイオンビームミリングは、顕微鏡検査に適した試料を生成することができる。イオンビーム放射装置は、試料に向かうイオンビームを生成し、加速させ、方向付けることができる。試料にイオンが衝突すると、材料がイオン衝突部位から離れるようにはね飛ぶ。さらに、イオンビームにより試料表面を研磨して、略平滑した状態にし、試料の観測的特徴をさらに強化し得る。イオンビームの使用により、試料の関心領域を露出して研磨し、それにより、調査される材料から適した観測試料を作成し得る。
【０００４】
広域イオンビーム源を使用する断面切断又は広域イオンビーム源を使用する断面研磨としても知られる広域イオンビーム傾斜切断（ＢＩＢＳＣ：Ｂｒｏａｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｓｌｏｐｅ−Ｃｕｔｔｉｎｇ）は、試料材料を除去して、様々な顕微鏡法及び分光法による最終的な解析のために、平滑でアーチファクトの略ない断面表面を露出させる高速方法である。ＢＩＢＳＣ技法の顕著な利点は、多くの場合、数十分又は数百分という試料ミリング時間にわたり、１時間当たり数十平方μｍ、数百平方μｍ、又は数千平方μｍを超え得る高い表面準備速度である。
【０００５】
ＢＩＢＳＣ技法のユーザにとって重要な考慮事項としては、ユーザが試料の処理に費やす努力及び時間の低減又は最小化、処理又は解析のために試料ホルダに取り付ける間等の、繊細な試料が直接処理され、破損の危険にさらされるステップ数の低減又は最小化、ユーザが試料を最終的な解析機器（撮像又は分光測定）に移すため、及び解析前に、準備された試料の領域の座標を最終的な解析機器に位置合わせするために費やす時間及び努力の低減又は最小化、試料の処理及び撮像での高質且つ高確率の成功の保証、ＢＩＢＳＣミリング機器及び試料取り付け機器が各試料に費やす時間の低減又は最小化、並びに試料と、観測に使用される対物レンズ又はプローブ形成レンズとの間で必要な作業距離を低減することによる、試料取り付け中及び最終的な解析中の試料の高質な顕微鏡観測の保証が挙げられる。
【０００６】
イオンビームミリングは、適宜脱気した環境で行われる。試料は、ユーザにより大気圧で装填又は取り外すことができるが、イオンビーム処理は真空のような条件下で行わなければならない。試料のイオンビームミリングに適した近真空環境は、確立に時間がかかる。適宜脱気した環境を得るために必要な時間は、イオンビームミリングの開始前に脱気しなければならない容積に比例する。本開示の実施形態は、試料の装填中及び取り外し中の脱気容積を低減し、それにより、試料を処理する際により高い効率が可能な、試料の装填及び処理を行う装置及び方法を教示する。
【０００７】
試料は、イオンビームで準備されている間、加熱を受け得る。加熱は、望ましくないように試料を変化させ得る。例えば、加熱で試料が軟化又は溶融し、それにより、温度が所望の範囲に維持されたならば起こらないであろう試料の変化が生じる場合があり得る。本開示の実施形態は、試料の熱環境を管理する装置及びその装置を使用する方法を教示する。試料に対する改良された熱制御の実施形態は、有利なことには、改良された試料の装填及び処理を提供する実施形態と組み合わせて、試料の処理においてさらに高い効率を達成し得る。
【０００８】
上記の点を考慮して、本開示の実施形態が多くの利点を授け、したがって、非常に望ましいことは明らかである。
【背景技術】
【０００９】
米国特許第６，９１４，２４４号明細書は、この技術分野での先行技術である。米国特許第６，９１４，２４４号明細書では、電子顕微鏡法の標本を準備するイオンビームミリングシステム及び方法が提供され、半導体、金属、合金、セラミック、及び他の無機材料のＴＥＭ又はＳＥＭによる解析に対する準備に有用である。一実施形態では、標本処理チャンバと、少なくとも２つのイオンビーム生成器と、標本支持体又はホルダとを含む、透過型電子顕微鏡法による解析に対して標本を準備するシステム及びプロセスが提供される。イオンビームマスキング部材が標本の表面に固定され、標本がフライス加工される。好ましくは、このシステムは、ミリング動作の進行を表示する機能も含み、標本がフライス加工される際に表面上の関心領域を監視できるようにする光学顕微鏡等の撮像装置も含む。
【発明の概要】
【００１０】
本開示は、イオンビーム試料準備装置及び開示される装置を使用して、後の観測に向けて試料を準備する方法に関する。この装置は、準備のできていない試料及び準備のできた試料の両方の高速で再現可能な保持及び解放を行う特徴を有し、それにより、イオンビーム装置での試料の準備に役立つとともに、観測装置での準備のできた試料の観測にも役立つ。開示される特徴により、イオンビーム試料準備装置内及び準備のできた試料を観測するために後に使用される観測装置内の両方で試料を正確且つ再現可能に位置決めすることができる。本開示の試料装填及び処理特徴は、試料装填後に脱気が必要な容積を低減するように働く。試料装填及び処理特徴は、試料が大気圧で装填中であってさえも、真空チャンバの大部分で真空のような環境を維持するようにも働く。本開示の熱管理特徴は、準備中の試料の熱環境を管理するように働く。それにより、イオンビーム試料準備を受けている試料の温度は、装置により作られる熱環境により影響を受け得る。
【００１１】
イオンビーム試料準備装置の本開示による実施形態は、真空チャンバ内に配置され、イオンビームをシールド保持ステージに向けるイオンビーム放射手段と、真空チャンバ内に配置されるシールド保持ステージであって、第１の基準特徴、第２の基準特徴、少なくともシールド解放位置及びシールド保持位置を有するシールド保持手段を備える、シールド保持ステージと、上記シールド保持ステージに結合され、上記シールド保持ステージを保持ステージ装填位置と保持ステージ処理位置との間で移動させるように構成される保持ステージリフト手段であって、保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密装填チャンバがシールド保持ステージと真空チャンバの部分との間に形成されることを特徴とするとともに、保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密封止が、装填チャンバとイオンビーム放射手段が配置された真空チャンバの部分との間に形成されることをさらに特徴とする、保持ステージリフト手段と、上記保持ステージリフト手段に結合され、上記保持ステージリフト手段を上記保持ステージ装填位置と上記保持ステージ処理位置との間で移動させるように動作可能なリフト駆動装置と、上記保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置に保持される場合、上記装填チャンバにアクセスできるように配置される着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーであって、上記チャンバカバーが、上記真空チャンバの所定位置に配置された場合、実質的な真空気密封止を提供することを特徴とする、着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーと、少なくとも剛性平坦部を有し、シールド保持ステージに着脱可能且つ再配置可能に保持されるシールドであって、上記シールドが、試料をシールドに耐久的に接着させるように構成された近位試料面、イオンビームの経路に配置され、上記シールドがシールド保持手段のシールド保持位置に保持され、保持ステージリフト手段が保持ステージ処理位置に保持される場合、試料に向けられたイオンビームの部分を遮蔽するように位置決めされる第１の遮蔽面、上記シールドに一体形成される第３の基準特徴であって、上記シールド保持位置にある上記シールド保持手段が、上記第３の基準特徴を付勢して、上記第１の基準特徴に当接させる、第３の基準特徴、及び上記シールドに一体形成される第４の基準特徴であって、上記シールド保持位置にある上記シールド保持手段が、上記第４の基準特徴を付勢して、上記第２の基準特徴に当接させる、第４の基準特徴をさらに備える、シールドと、第１のポンプマニフォルド及び第２のポンプマニフォルドの両方に動作可能に接続された真空ポンプ手段であって、第１のポンプマニフォルドが上記真空チャンバを脱気するように構成され、第２のポンプマニフォルドが、上記保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、上記装填チャンバを脱気するように構成される、真空ポンプ手段と、を備える。
【００１２】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、シールド保持ステージは第５の基準特徴をさらに備え、シールドは、シールドに一体形成された第６の基準特徴をさらに備え、上記シールド保持位置にあるシールド保持手段は、上記第６の基準特徴を付勢して、上記第５の基準特徴に当接させる。
【００１３】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、第１の遮蔽面は約９０度未満且つ約８０度を超える角度で上記近位試料面に接触する。
【００１４】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、第１の遮蔽面は約８７度未満且つ約８３度を超える角度で上記近位試料面に接触する。
【００１５】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、第１の遮蔽面は、低いスパッタリング収率を有する非磁性材料で作られる。
【００１６】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、第１の遮蔽面の少なくとも一部はタンタル又はチタンで作られる。
【００１７】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、第３の基準特徴は基準面であり、上記基準面の少なくとも一部は、上記近位試料面の少なくとも一部と同一の広がりを有する。
【００１８】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、近位試料面は、シールドと上記試料との間で接着剤を流すように構成された少なくとも１つの溝部を有する。
【００１９】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、シールドは、シールドに結合され、上記近位試料面に対して試料を保持するように構成された試料締め付け手段をさらに備える。
【００２０】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、シールドは、イオンビームの部分の経路に配置された部分を有する第２の遮蔽面と、第１の遮蔽面が近位試料面に接触する位置にあるシールドエッジと、第２の遮蔽面上の可視位置合わせマークであって、上記シールドがシールド保持手段のシールド保持位置に保持される場合、イオンビームが上記シールドエッジに衝突する領域に対して、上記位置合わせマークの位置が所定の関係にあるように構成される、可視位置合わせマークと、をさらに備える。
【００２１】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、シールドはコア材料に接合する被覆材料で作られ、被覆材料の部分は第１の遮蔽面の少なくとも一部を形成し、コア材料の部分は、シールドの第３及び第４の基準特徴を形成する。関連する実施形態では、被覆材料は、低いスパッタリング収率を有する非磁性材料で作られる。
【００２２】
本開示の別の実施形態は、イオンビーム試料準備装置に関し、この装置は、
真空チャンバ内に配置され、イオンビームをシールド保持ステージに向けるイオンビーム放射手段と、真空チャンバ内に配置されるシールド保持ステージであって、上記シールド保持ステージは、第１の基準特徴、第２の基準特徴、少なくともシールド解放位置及びシールド保持位置を有するシールド保持手段を備える、シールド保持ステージと、上記シールド保持ステージに結合され、上記シールド保持ステージを保持ステージ装填位置と保持ステージ処理位置との間で移動させるように構成された保持ステージリフト手段であって、保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密装填チャンバがシールド保持ステージと真空チャンバの部分との間に形成されることを特徴とするとともに、保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密封止が、装填チャンバとイオンビーム放射手段が配置された真空チャンバの部分との間に形成されることをさらに特徴とする、保持ステージリフト手段と、上記保持ステージリフト手段に結合され、上記保持ステージリフト手段を上記保持ステージ装填位置と上記保持ステージ処理位置との間で移動させるように動作可能なリフト駆動装置と、上記保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置に保持される場合、上記装填チャンバにアクセスできるように配置される着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーであって、上記チャンバカバーが、上記真空チャンバの所定位置に配置された場合、実質的な真空気密封止を提供することを特徴とする、着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーと、少なくとも剛性平坦部を有し、シールド保持ステージに着脱可能且つ再配置可能に保持されるシールドであって、試料をシールドに耐久的に接着させるように構成された近位試料面、イオンビームの経路に配置され、上記シールドがシールド保持手段のシールド保持位置に保持され、保持ステージリフト手段が保持ステージ処理位置に保持される場合、試料に向けられたイオンビームの部分を遮蔽するように位置決めされる第１の遮蔽面、上記シールドに一体形成される第３の基準特徴であって、上記シールド保持位置にあるシールド保持手段が、上記第３の基準特徴を付勢し、上記第１の基準特徴に熱伝導的に接触して当接させる、第３の基準特徴、及び上記シールドに一体形成される第４の基準特徴であって、上記シールド保持位置にある上記シールド保持手段が、上記第４の基準特徴を付勢して、上記第２の基準特徴に当接させる、第４の基準特徴をさらに備える、シールドと、第１のポンプマニフォルド及び第２のポンプマニフォルドの両方に動作可能に接続された真空ポンプ手段であって、第１のポンプマニフォルドは上記真空チャンバを脱気するように構成され、第２のポンプマニフォルドは、上記保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、上記装填チャンバを脱気するように構成される、真空ポンプ手段と、シールド保持ステージに熱伝導的に接触する第１の伝熱部材と、熱を上記伝熱部材から離れるように伝導させるように構成されたヒートシンク手段と、を備える。
【００２３】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、ヒートシンク手段は窒素を使用して、第１の伝熱部材から離れるように熱を伝導させるように構成される。
【００２４】
イオンビーム試料準備装置の関連する実施形態では、シールドはコア材料に接合する被覆材料で作られ、被覆材料の部分は第１の遮蔽面の少なくとも一部を形成し、コア材料の部分は、シールドの第３及び第４の基準特徴を形成する。関連する実施形態では、コア材料は高い熱伝導性を有する。関連する実施形態では、コア材料は銅を含む。
【００２５】
本開示の別の実施形態は、イオンビーム試料準備装置に関し、この装置は、真空チャンバ内に配置され、イオンビームをシールド保持ステージに向けるイオンビーム放射手段と、真空チャンバ内に配置されるシールド保持ステージであって、第１の基準特徴、第２の基準特徴、少なくともシールド解放位置及びシールド保持位置を有するシールド保持手段を備える、シールド保持ステージと、上記シールド保持ステージに結合され、上記シールド保持ステージを保持ステージ装填位置と保持ステージ処理位置との間で移動させるように構成された保持ステージリフト手段であって、保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密装填チャンバがシールド保持ステージと真空チャンバの部分との間に形成されることを特徴とし、保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、実質的な真空気密封止が前記装填チャンバと、前記イオンビーム放射手段が配置された前記真空チャンバの部分との間に生み出されることをさらに特徴とするとともに、保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、上記シールド保持ステージが上記真空チャンバの部分と熱伝導的に接触することをさらに特徴とする、保持ステージリフト手段と、上記保持ステージリフト手段に結合され、上記保持ステージリフト手段を上記保持ステージ装填位置と上記保持ステージ処理位置との間で移動させるように動作可能なリフト駆動装置と、上記保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置に保持される場合、上記装填チャンバにアクセスできるように配置される着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーであって、上記チャンバカバーが、上記真空チャンバの所定位置に配置された場合、実質的な真空気密封止を提供することを特徴とする、着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバーと、少なくとも剛性平坦部を有し、シールド保持ステージに着脱可能且つ再配置可能に保持されるシールドであって、シールドが、試料をシールドに耐久的に接着させるように構成された近位試料面、イオンビームの経路に配置され、上記シールドがシールド保持手段のシールド保持位置に保持され、保持ステージリフト手段が保持ステージ処理位置に保持される場合、試料に向けられたイオンビームの部分を遮蔽するように位置決めされる第１の遮蔽面、上記シールドに一体形成される第３の基準特徴であって、上記シールド保持位置にあるシールド保持手段が、上記第３の基準特徴を付勢して、上記第１の基準特徴に熱伝導的に接触して当接させる、第３の基準特徴、及び上記シールドに一体形成される第４の基準特徴であって、上記シールド保持位置にある上記シールド保持手段が、上記第４の基準特徴を付勢して、上記第２の基準特徴に当接させる、第４の基準特徴をさらに備える、シールドと、第１のポンプマニフォルド及び第２のポンプマニフォルドの両方に動作可能に接続された真空ポンプ手段であって、第１のポンプマニフォルドが上記真空チャンバを脱気するように構成され、第２のポンプマニフォルドが、上記保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置にある場合、上記装填チャンバを脱気するように構成される、真空ポンプ手段と、上記保持ステージリフト手段が上記保持ステージ処理位置に保持される場合、シールド保持ステージに熱伝導的に接触するように配置された伝熱部材であって、上記保持ステージリフト手段が上記保持ステージ装填位置に保持される場合、上記伝熱部材が上記シールド保持ステージと熱伝導的に接触しないようにさらに配置される、伝熱部材と、熱を上記伝熱部材から離れるように伝導させるように構成されたヒートシンク手段と、を備える。
【００２６】
本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点が、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付図面に関してよりよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の実施形態により、保持ステージリフト手段をさらに備えるイオンビーム試料準備装置の概略断面図を示し、シールドをシールド保持ステージに装填する前の保持ステージ装填位置にある装置を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の実施形態により、保持ステージリフト手段をさらに備えるイオンビーム試料準備装置の概略断面図を示し、シールドをシールド保持位置に装填した後の保持ステージ装填位置にある装置を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本開示の実施形態により、保持ステージリフト手段をさらに備えるイオンビーム試料準備装置の概略断面図を示し、シールドをシールド保持ステージに装填した後、且つチャンバカバーを装填チャンバに嵌めた後の試料装填位置にある装置を示す。
【図２】図２は、本開示の実施形態により、保持ステージリフト手段をさらに備えるイオンビーム試料準備装置の概略断面図を示し、保持ステージ処理位置にある装置を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、試料がシールドに耐久的に接着された状態のシールドを保持するシールド保持ステージの斜視図を示し、この図は、図３Ｂに使用される断面平面も示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、シールド保持手段がシールド保持位置にある図３Ａのシールド保持ステージの断面図を示す。
【図４】図４は、シールド保持手段がシールド保持位置にある断面を示すことを除き、図３Ｂの断面と同様の断面を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、図５Ｂの断面平面を示す、本開示によるシールド保持ステージの斜視図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、シールドがシールド保持位置に位置決めされた、図５Ａのシールド保持ステージの斜視断面図を示す。
【図６】図６は、図５Ｂのシールド及びシールド保持ステージの分解組立斜視断面図を示し、シールド及びシールド保持ステージの両方の基準特徴がこの図では見られる。
【図７Ａ】図７Ａは、シールドのイオンビーム側から見た本開示の実施形態によるシールドの斜視図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、シールドのイオンビーム側から見た本開示の実施形態によるシールドの斜視図を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、シールドの近位試料側から見た本開示の実施形態によるシールドの斜視図を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、シールドの近位試料側から見た本開示の実施形態によるシールドの斜視図を示す。
【図９】図９は、シールドのイオンビーム側から見た、可視位置合わせ特徴を有する本開示による別のシールドの斜視図を示す。
【図１０】図１０は、シールドの近位試料側から見た、試料の下での接着剤の流れに役立つ溝部を有する、本開示による別のシールドの斜視図を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本開示によるイオンビーム試料準備熱管理装置での準備前の試料が耐久的に接着したシールドの斜視図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本開示によるイオンビーム試料準備熱管理装置での準備後の試料が耐久的に接着したシールドの斜視図を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本開示の実施形態による一体型試料締め付け手段を有するシールドの実施形態を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本開示の実施形態による一体型試料締め付け手段を有するシールドの実施形態を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、コア材料と、被覆材料とを備えるシールドの実施形態の概略図を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、コア材料と、被覆材料とを備えるシールドの実施形態の概略図を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、シールド保持ステージリフト手段と、試料の温度を制御するヒートシンク手段との両方を有するイオンビーム試料準備装置の概略断面図を示し、図１４Ａでは、シールド保持ステージリフト手段は試料装填位置に示され、シールド保持手段はシールド保持位置に示される。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａと同じ装置の概略断面図を示し、図１４Ｂでは、シールド保持ステージリフト手段は試料処理位置に示される。
【図１５Ａ】図１５Ａは、シールド保持ステージリフト手段と、試料の温度を制御するヒートシンク手段との両方を有するイオンビーム試料準備装置の別の実施形態の概略断面図を示し、図１５Ａでは、シールド保持ステージリフト手段は試料装填位置に示され、シールド保持手段はシールド保持位置に示される。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａと同じ装置の概略断面図を示し、図１５Ｂでは、シールド保持ステージリフト手段は試料処理位置に示される。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
広域イオンビーム傾斜切断（ＢＩＢＳＣ）試料準備手順は、一連のプロセスステップｐ１〜ｐ５として説明することができる：
ｐ１）処理が望まれる試料の領域をイオンシールドの使用可能部分に位置合わせするステップ、
ｐ２）試料の所望の領域を１つ又は複数のイオンビームで処理することができるように、ＢＩＢＳＣイオンミリングシステム内で試料とシールドとを位置合わせするステップ、
ｐ３）イオンミリングシステムを、イオンビームミリングに適切な真空レベルまで脱気するステップ、
ｐ４）時には生体内光学顕微鏡撮像等のプロセス監視ステップを使用し、十分な切断深度及び断面品質を確認して、１つ又は複数のイオンミリング動作を実行するステップ、
ｐ５）ＢＩＢＳＣイオンミリング機器を通気し、機器から試料を取り出すステップ。
【００２９】
準備のできたＢＩＢＳＣ試料の解析は、一連のプロセスステップｐ６〜ｐ９として説明することができる：
ｐ６）最終的な解析顕微鏡に試料を導入し、解析を開始できるように、顕微鏡を初期化するステップ、
ｐ７）所望のエリアを撮像できるように、任意の数の顕微鏡の並進移動ステージ、傾斜ステージ、及び回転ステージを調整することにより、準備のできた断面表面の位置を見つけるステップ、
ｐ８）所望の顕微鏡解析又は分光解析を実行するステップ、
ｐ９）試料を顕微鏡から取り出すステップ、
ｐ１０）試料を解析した後、試料を再処理して、切断深度、位置、又は角度を変更すると判断し得る−従来ではｐ１〜ｐ９を繰り返す必要がある。
【００３０】
本開示の実施形態は、ＢＩＢＳＣ生成された試料の処理並びに続く観測及び解析において特定の効率及び性能を独自に可能にする。本開示の有益な特徴、機能、及び態様としては、
１．シールド、試料−シールド取り付け装置内のシールド保持装置、ＢＩＢＳＣイオンミル内のシールド保持装置、最終的な解析機器内のシールド保持装置の基準特徴により、処理ステップｐ１、ｐ２、及びｐ７での大幅な時間効率が可能であること、
２．シールドに耐久的に接着した試料の一体性及びシールドに単に締め付けられた状態でのより低い程度でのシールドへの試料の一体性により、ｐ４中に、長時間であり、温度が変化してさえも、試料へのシールドの位置合わせが一貫した状態を保持する際により大きな確実性が可能であり、その一方で、この精密な位置合わせが維持されない場合には、断面切断プロセスの品質が低減すること、
３．処理ステップｐ１においてシールドに耐久的に接着された試料の一体性により、ミリング動作全体を通して試料とシールドとの空間的関係を共に維持する高価でかなり大きな固定装置の必要性がなくなり、複数の固定装置なしで、ミリング前に複数の試料を準備できること、
４．シールドに耐久的に接着されるか、又は締め付けられる試料の一体性により、撮像対物レンズと試料との間に利用される作業距離が最小の場合であっても、顕微鏡で観察する前に、試料をシールドから取り外す必要性がなくなり、これにより、処理ステップｐ６での試料再取り付け中の時間及び試料が破損する危険性を低減できること、
５．ステップｐ１０でのように試料の再処理が実行される場合、シールドに耐久的に接着されるか、又は締め付けられる試料の一体性により、ステップｐ１及びｐ２の必要性をなくすことができ、試料を再び取り付ける間の処理時間及び試料が破損する危険性が大幅に低減すること、及び
６．ステップｐ１０でのように試料の再処理が実行される場合、シールドに耐久的に接着されるか、又は締め付けられる試料の一体性により、試料及びシールドに衝突するイオンビームの角度を変更することで、異なる断面平面を元々の切断の断面平面に非常に近くで切断することができること、
が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３１】
これより図１Ａを参照して、イオンビーム試料準備装置２の実施形態の概略断面図を示す。図１Ａの実施形態は、イオンビーム放射手段２０により内部で試料を準備し得る真空チャンバ１０と、着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバー１８であって、チャンバ１０から外された場合、試料にアクセスし、シールドを装填できるようにするチャンバカバー１８と、共に真空チャンバ１０を、イオンビームミリングに適切な真空レベルにする第１のポンプマニフォルド９２ａ及び真空ポンプ手段９０と、シールド保持ステージ４０及びシールド保持手段４２であって、シールド保持手段４２は図１Ａではシールド解放位置４８に示される、シールド保持ステージ４０及びシールド保持手段４２と、上記シールド保持ステージ４０に結合される保持ステージリフト手段１００と、上記保持ステージリフト手段１００に動作可能に結合されたリフト駆動装置１０２であって、シールド保持ステージを保持ステージ装填位置１０４まで持ち上げることができる、リフト駆動装置１０２と、真空チャンバ１０と外部大気との間に真空封止を維持しながら、保持ステージリフト手段を上下に移動させることができる真空封止５６と、を備えて示される。シールド保持ステージ４０が保持ステージ装填位置１０４まで上昇した場合、装填チャンバ１６が作られる。保持ステージ装填位置１０４にある場合、シールド保持ステージ４０の真空封止特徴が真空チャンバ１０の真空封止特徴に係合し、上記真空チャンバを外部大気から分離するように機能する。
【００３２】
図１Ｂは、図１Ａと同じ実施形態を示し、試料８が耐久的に接着されたシールド６０がシールド保持ステージ４０に配置され、シールド保持手段４２によりステージのシールド保持位置に保持されることをさらに示す。
【００３３】
図１Ｃは、図１Ｂと同じ実施形態を示し、チャンバカバー１８が真空チャンバ１０に配置されて、装填チャンバ１６を外部大気から分離することをさらに示す。好ましい実施形態では、チャンバカバー１８が所定位置に配置されて、装填チャンバを外部大気から封止する場合、装填チャンバ１６の容積は、真空チャンバ１０の容積よりもはるかに小さい。装置が図１Ｃと同様に構成される場合、シールド保持ステージを保持ステージ処理位置に下降させる準備として、第２のポンプマニフォルド９２ｂ及びポンプ手段９０を使用して、装填チャンバ１６を脱気し得る。装填チャンバが適した真空レベルまで脱気されると、試料のイオンビームミリングの準備として、保持ステージリフト手段を作動させて、シールド保持ステージを下降させ得る。
【００３４】
図２は、図１Ｃと同じ実施形態を示す。図２では、保持ステージリフト手段１００及びリフト駆動装置１０２が動作して、シールド保持ステージ４０を保持ステージ処理位置１０６に下降させている。図２の実施形態は、中央イオンビーム軸２２を試料８に向けるイオンビーム放射手段２０と、イオンビームの少なくとも一部から試料８の少なくとも一部を遮蔽するシールド６０とを備えて示される。試料８がイオンビームで準備された後、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図２に示される一連のステップを逆にして、試料を保持ステージ装填位置まで上昇させ、チャンバカバー１８を取り外し、顕微鏡で観測するために、シールドと試料との組み合わせを取り外し得る。
【００３５】
図２を引き続き参照すると、イオンビームは、好ましくは、希ガスイオンを含む。イオンビームに使用される元素としては、アルゴン、キセノン、及びクリプトンを挙げることができるが、これらに限定されない。イオンビームは、イオン及び中性物の混合物を含むこともできる。保持ステージ処理位置１０６にある場合、シールド保持ステージ４０は真空チャンバ１０内で、中央イオンビーム軸２２に対して所定位置且つ所定の向きで配置される。
【００３６】
シールド６０の好ましい実施形態では、良好な熱伝導性を有する材料を使用して、シールドとシールド保持ステージとの間の伝熱を向上させることができ、上記材料としては、実質的に非磁性の金属が挙げられるが、これに限定されない。シールド６０の別の好ましい実施形態では、良好な熱伝導性を有する材料をコア材料６６として使用して、シールドとシールド保持ステージとの間の伝熱を向上させることができ、スパッタリング収率が低い実質的に非磁性の材料を、コア材料を覆う被覆材料６７として使用し得、それにより、被覆材料はシールド６０の遮蔽面６１の少なくとも一部を形成する。図１３Ａ及び図１３Ｂはシールド６０の２つの異なる実施形態を示し、各実施形態は、コア材料６６と被覆材料６７との組み合わせを備えて示される。
【００３７】
図３Ａは、シールドと試料との組み合わせをシールド保持ステージ４０のシールド保持位置に配置する前に、試料８がシールド６０に耐久的に接着されたシールドの保持ステージ４０の斜視図を示す。シールド６０は遮蔽面６１を有し、遮蔽面６１は、試料８に関連して位置決めされて、上記試料８の少なくとも一部をイオンビームの少なくとも一部から遮蔽する。図３Ａには、図３Ｂに示される断面図を示す断面線も示される。
【００３８】
図３Ｂは、シールド保持ステージ４０の部分であるシールド保持手段の位置及び機能を示す断面図を示す。図３Ｂは、シールド保持位置４６におけるシールド保持手段の実施形態を示し、シールド保持手段は、シールド保持手段の第１の部材４２ａと、シールド保持手段の第２の部材４２ｂとを備える。シールド保持手段の第１の部材４２ａは、シールド保持手段の第２の部材４２ｂをシールド６０に対して付勢する。シールド保持手段の第１の部材の動作は、シールド６０をシールド保持ステージ４０に対しても付勢し、それにより、試料がイオンビームにより準備されている間、シールド６０の位置をシールド保持ステージ４０内に維持する。シールド保持手段の実施形態は、シールド保持手段の第１の部材４２ａのばねと、シールド保持ステージ４０のキャビティ内で摺動するように構成されたシールド保持手段の第２の部材４２ｂとしての中実部材とを備え得る。
【００３９】
図４は、図３Ｂと同じ断面平面からの図を示す。しかし、図４では、シールド及び試料が除去されて、シールド保持手段のシールド解放位置４８が示される。シールド保持手段により提供される２つの位置、すなわち、図３Ａ及び図３Ｂに示されるシールド保持位置４６並びに図４に示されるシールド解放位置４８により、シールドをシールド保持ステージ４０に着脱可能且つ再配置可能に固定し得る。シールド６０に耐久的に接着された試料は、処理し、取り外してから、単にシールド保持位置に配置され、試料を再びイオンビームで準備することにより再処理し得る。
【００４０】
図５Ａは、シールド６０が保持されたシールド保持ステージ４０の斜視図を示し、上記シールドは遮蔽面６１を有する。図５Ａは、図５Ｂに使用される断面平面も示す。
【００４１】
図５Ｂは、シールド６０及びシールド保持ステージ４０の両方の物理的な特徴を示す断面斜視図を示し、シールド６０及びシールド保持ステージ４０は、シールド保持ステージに対するシールドの正確で再現可能な位置決めに役立つ。シールド６０の位置決めは、遮蔽面６１及びシールドエッジ６３が正確に位置決めされ、シールド保持ステージに対して正確な向きを有するとともに、中央イオンビーム軸２２に対して位置決めされて、試料に向けられたイオンビームの少なくとも一部を遮断することを保証する。
【００４２】
図６は、シールド６０及びシールド保持ステージ４０の両方の好ましい実施形態が複数の基準特徴７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、及び７０ｆを有する図５Ｂと同様の断面斜視図を示す。図６に示される分解組立図では、シールド６０は、シールド保持ステージ４０から取り外されており、シールドは近位試料面６２を露出するように方向を変更し、イオンビームによる試料準備前に、近位試料面６２に、試料を耐久的に接着し得る。複数の基準特徴７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、及び７０ｆは、シールド６０及びシールド保持ステージ４０の両方に設けられ、基準特徴により、シールド保持ステージ４０に対してシールド６０を正確且つ再現可能に位置決めすることができる。シールド上の基準特徴７０ｂ、７０ｄ、及び７０ｆは、シールド保持ステージ上の相補的な基準特徴７０ａ、７０ｃ、及び７０ｅに当接させられた場合、シールドを中央イオンビーム軸２２に対して所定の位置且つ所定の向きに保持するように形作られ、位置決めされる。シールド保持手段４２は、シールドがシールド保持位置に保持された場合、シールド６０の基準特徴７０ｂ、７０ｄ、及び７０ｆがシールド保持ステージ４０の対応する基準特徴７０ａ、７０ｃ、及び７０ｅに当接することを保証する。シールドがシールド保持位置に保持される場合、図６でも見られるシールドエッジ６３も、所定位置及び所定の向きにさせられる。
【００４３】
基準特徴は、シールド上の基準特徴が、シールド保持ステージ上に対応する基準特徴を有するように、対で配置される。図６では、そのような一対の基準特徴は、シールド保持ステージ上の基準特徴７０ａと、シールド上の基準特徴７０ｂとである。図６に示される別の基準特徴対は、シールド保持ステージ上の基準特徴７０ｃと、シールド上の基準特徴７０ｄとである。図６に示される別の基準特徴対は、シールド保持ステージ上の基準特徴７０ｅと、シールド上の基準特徴７０ｆとである。シールドがシールド保持位置にある場合、シールド保持手段は、基準特徴対を当接するように促すように働き、それにより、シールド保持ステージの位置に対するシールドの位置を拘束する。基準特徴は、図６の好ましい実施形態に示されるように、基準面であってもよく、又は基準エッジ、基準頂点、又は基準面と、基準エッジと、基準頂点との組み合わせであってもよい。
【００４４】
これより図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂ、図９、及び図１０を参照して、本開示によるシールド６０の様々な特徴及び実施形態を示す。
【００４５】
図７Ａは、第１の遮蔽面６１ａ、第２の遮蔽面６１ｂ、及びシールドエッジ６３を示すシールドの斜視図である。シールドにより阻止されるイオンビーム放射手段からのイオン、特に第１の遮蔽面６１ａにより阻止されるイオンは、試料のミリングから阻まれる。シールドにより阻止されないイオンは、観測及び解析に向けて試料を準備するために使用し得る。イオンビームが動作している場合、イオンは第２の遮蔽面６１ｂに衝突することもあれば、しないこともある。イオンが第２の遮蔽面６１ｂに衝突するか否かは、イオンビームのサイズ、イオンビームが向けられる角度、及びイオンビームが向けられる位置を含むが、これらに限定されないいくつかの要因に依存する。シールドの好ましい実施形態は、第２の遮蔽面６１ｂが第１の遮蔽面６１ａと同じ材料で作られることである。好ましい実施形態では、シールド６０は概して平坦な剛性部材であり、平滑で研磨し得る１つ又は複数の遮蔽面を有し、シールド保持ステージ内への正確な位置決めに役立つ基準面と、少なくとも追加の基準特徴とを有する。シールドの好ましい材料は、タンタル又はチタンが挙げられるが、これらに限定されないスパッタリング収率が低い非磁性金属である。シールド６０のより低コストの実施形態は、シールドの大部分のコア材料６６と、遮蔽面に使用される被覆材料６７とを備え得る。好ましいコア材料としては、銅が挙げられるが、これに限定されない。好ましい被覆材料としては、タンタル又はチタンが挙げられるが、これらに限定されない。図１３Ａ及び図１３Ｂは、シールド６０の２つの異なる実施形態を示し、各実施形態は、コア材料６６と被覆材料６７との組み合わせを備えて示される。
【００４６】
図７Ｂは、図７Ａに示されるものと同じシールドであるが、異なる角度から示し、それにより、複数の基準特徴７０ｄ及び７０ｆの位置及び性質を示す。
【００４７】
図８Ａは、図７Ａ及び図７Ｂに示されるものと同じシールドを示す。図８Ａは、イオンビーム試料準備中、試料に最も近いシールドの側からのシールド６０の斜視図を示す。近位試料面６２を使用して、装置で準備すべき試料材料に接着し得る。基準面７２は、表面である基準特徴である。好ましい実施形態では、近位試料面６２の少なくとも一部は、基準面７２の少なくとも一部と同じ広がりを有し得る。シールドエッジ６３は、第１の遮蔽面６１ａと近位試料面６２との交わりにより形成される。第１の遮蔽面６１ａと近位試料面６２との角度は、イオンビームにより試料に対して実行されるミリングの品質に影響する。好ましい実施形態は、上記第１の遮蔽面６１ａが、約９０度未満且つ約８０度を超える角度で上記近位試料面６２に接触する場合に達成される。さらにより好ましい実施形態が、上記第１の遮蔽面６１ａが約８７度未満且つ約８３度を超える角度で上記近位試料面６２に接触する場合に達成される。
【００４８】
図８Ｂは、図８Ａに示されるものと同じシールドであるが、異なる角度から示し、それにより、シールド６０に存在する複数の基準特徴７０ｄ及び７０ｆと、基準面７２との位置及び性質を示す。
【００４９】
図９は、第１の遮蔽面６１ａ、第２の遮蔽面６１ｂ、シールドエッジ６３を有し、可視位置合わせマーク６５をさらに備えるシールド６０の斜視図を示す。シールドがシールド保持位置に保持される場合、可視位置合わせマークは、シールドエッジが中央イオンビーム軸に略垂直であるとき、イオンビームの部分がシールドエッジ６３上を通り、試料に衝突する大まかな位置を示すように位置決めされる。
【００５０】
図１０は、イオンビーム試料準備中に試料に最も近いシールドの側からのシールド６０の斜視図を示す。近位試料面６２を使用して、装置でのイオンビーム試料準備前に試料材料をシールドに接着し得る。溝部６４は、試料の下で接着剤が流れるのに有用な近位試料面６２の溝部を提供し、それにより、シールドへの試料の耐久性のある接着を促進する。試料をシールドに接着するために使用される好ましい材料としては、ＵＶ硬化接着剤、光硬化接着剤、強力瞬間接着剤、シルバーペイント、及びワックスが挙げられるが、これらに限定されない。
【００５１】
これより図１１Ａを参照して、シールド６０、遮蔽面６１、シールドに耐久的に接着された試料８、及び可視位置合わせマーク６５の斜視図を示す。図１１Ａは、イオンビーム準備前の試料を示す。図１１Ｂは、図１１Ａに示される物体と同じ物体の斜視図である。しかし、図１１Ｂは、イオンビーム試料準備後の試料を表す。遮蔽面６１は、中央イオンビーム軸２２に沿って伝播するイオンビームの部分を遮断する。試料８の部分は、試料準備中にイオンビームによりスパッタされて除去され、それにより、シールドエッジ６３及び中央イオンビーム軸２２により定義される平面にある試料の部分が露出する。このようにして準備された試料は、様々な顕微鏡法又は分光法の技法、特に、高度に研磨された平面を必要とする技法を用いる観測又は解析に適する。
【００５２】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、シールド６０の別の実施形態を示し、試料締め付け手段６８が、シールドの近位試料面６２に一体形成される。図１２Ａは試料を締め付ける前のこのシールドを示し、図１２Ｂは、試料８が試料締め付け手段６８によりシールドに固定された後のこのシールドを示す。別の実施形態では、試料締め付け手段６８を別個に形成し、次に、試料を締め付ける前に、シールドに結合してもよい。接着剤を試料締め付け手段と試料との間に塗布して、試料がシールドに対して動かないことをさらに保証し得る。
【００５３】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図２に示される装置の使用は、以下のステップを参照して進め得る。真空チャンバ外で、試料をシールドに耐久的に接着し得る。シールド保持ステージを保持ステージ装填位置に移動させ、それにより、イオンビーム放射手段が配置された真空チャンバの部分に対して真空気密である装填チャンバを作り出す。次に、第２のポンプマニフォルドを通して、真空ポンプ手段の動作により装填チャンバを大気圧まで加圧し得る。次に、チャンバカバーを外し得る。チャンバカバーが外された状態で、シールドと試料との組み合わせをシールド保持ステージのシールド保持位置に固定し得る。次に、チャンバカバーを再び配置し得る。チャンバカバーが真空チャンバの所定位置にある状態で、真空ポンプ手段を動作させ、第２のポンプマニフォルドを通して装填チャンバを脱気し、それにより、大気圧よりも実質的に低い真空レベルを得ることができる。次に、保持ステージリフト手段及びリフト駆動装置を動作させて、シールド保持ステージを保持ステージ処理位置に移動させ得る。第１のポンプマニフォルドを通して、真空ポンプ手段が装填プロセス全体を通して動作して、真空チャンバ内で真空レベルを維持し得る。試料及びシールドが保持ステージ処理位置に移動すると、イオンビーム放射手段が動作して、試料を準備し得る。試料が、装置のユーザが望む程度まで準備されると、イオンビーム放射手段をオフにし得る。次に、保持ステージリフト手段及びリフト駆動装置が動作して、シールド保持ステージを再び保持ステージ装填位置に移動させ得る。真空気密装填チャンバが再び作り出された状態で、真空チャンバの残りの部分の真空を妨げずに、装填チャンバを大気圧まで加圧し得る。チャンバカバーを外し得、準備のできた試料を、先に接着されたシールドと共に装置から取り出し得る。準備のできた試料及びシールドを保持し、それにより、試料の準備のできた領域を顕微鏡で観測し得るように、顕微鏡にシールド保持ステージを嵌める。観測後、ユーザは、追加の試料準備が必要であると判断し得る。試料はまだ、シールドに耐久的に接着されているため、さらに処理するために、試料及びシールドを真空チャンバに戻すことは簡単である。シールド及びシールド保持ステージの両方の基準特徴は、試料が装置で処理される都度、シールドを略同じ位置及び向きに保持可能なことを保証する。複数の基準特徴７０ａ、７０ｃ、及び７０ｅを有するシールド保持ステージ４０と、シールド保持手段４２と、複数の基準特徴７０ｂ、７０ｄ、及び７０ｆを有する少なくとも１つのシールド６０とを備えたキットを、顕微鏡に嵌めるために供給し得る。そのようなキットは、イオンビーム試料準備装置２で準備された試料の顕微鏡観測に役立つ。
【００５４】
これより図１４Ａを参照して、シールド保持ステージ４０の温度を制御するように構成されたイオンビーム試料準備装置２の実施形態の概略断面図を示す。図１４Ａの実施形態は、試料を内部でイオンビーム放射手段２０により準備し得る真空チャンバ１０と、着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバー１８であって、チャンバ１０から外された場合、試料にアクセスし、シールドを装填できるようにするチャンバカバー１８と、共に真空チャンバ１０を、イオンビームミリングに適切な真空レベルにする第１のポンプマニフォルド９２ａ及びポンプ手段９０と、シールド保持ステージ４０及びシールド保持手段４２であって、シールド保持手段４２は図１４Ａではシールド保持位置に示される、シールド保持ステージ４０及びシールド保持手段４２と、上記シールド保持ステージ４０に結合される保持ステージリフト手段１００と、上記保持ステージリフト手段１００に動作可能に結合されるリフト駆動装置１０２であって、シールド保持ステージを図１４Ａに示される保持ステージ装填位置１０４と図１４Ｂに示される保持ステージ処理位置１０６との間で移動させ得る、リフト駆動装置１０２と、真空チャンバ１０と外部大気との間で真空封止を維持しながら、保持ステージリフト手段を上下に移動させることができる真空封止５６とを備えて示される。
【００５５】
図１４Ａの装置は、シールド保持ステージ４０と熱伝導的に接触する伝熱部材８０と、伝熱部材８０と熱交換流体又はガスとの間での熱交換に役立つヒートシンク手段８４とをさらに備えて示される。シールド保持手段４２は、シールド保持位置にある場合、シールド６０とシールド保持ステージ４０との間での熱伝導接触を促し、それにより、シールドとシールド保持ステージとの熱交換を促進する。シールド保持ステージ４０が保持ステージ装填位置１０４まで上昇した場合、装填チャンバ１６が作り出される。保持ステージ装填位置１０４にあるとき、シールド保持ステージ４０の真空封止特徴は、真空チャンバ１０の真空封止特徴と係合し、上記真空チャンバを外部大気から分離するように機能する。第２のポンプマニフォルド９２ｂ及びポンプ手段９０を使用して、シールド保持ステージを保持ステージ処理位置に下降させる準備として、装填チャンバ１６を脱気し得る。好ましい実施形態では、チャンバカバー１８が所定位置にあり、装填チャンバを外部大気から封止する場合、装填チャンバ１６の容積は真空チャンバ１０の容積よりもはるかに小さい。
【００５６】
引き続き図１４Ａを参照すると、イオンビームは、好ましくは、希ガスイオンを含む。イオンビームに使用される元素としては、アルゴン、キセノン、及びクリプトンが挙げられるが、これらに限定されない。イオンビームは、イオンと中性物との混合物を含んでもよい。ヒートシンク手段８４は、吸熱媒質として気体窒素、液体窒素、他の気体、又は他の液体を使用し得る。ヒートシンク手段８４は、伝熱部材８０を所定の温度に実質的に維持可能な温度制御手段をさらに備え得る。図１４Ａ及び図１４Ｂのシールド保持ステージ４０は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に示されるシールド保持ステージ４０が有するものと同じ特徴及び機能を有する。さらに、図１４Ａ及び図１４Ｂのシールド６０は、図３Ａ、図３Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、及び図８Ｂのものと同じ特徴、機能、及び態様を有する。シールド６０の好ましい実施形態では、良好な熱伝導性を有する材料を使用して、シールドとシールド保持ステージとの間での熱伝導を向上させることができ、上記材料としては実質的に非磁性の金属が挙げられるが、これに限定されない。図１３Ａ及び図１３Ｂは、シールド６０の他の好ましい実施形態を示し、この実施形態では、良好な熱伝導性を有する材料をコア材料として使用して、シールドとシールド保持ステージとの間での熱伝導を向上させることができ、スパッタリング収率が低い実質的に非磁性の材料を、コア材料を覆う被覆材料として使用することができ、それにより、被覆材料はシールド６０の遮蔽面６１の少なくとも一部を形成する。
【００５７】
図１４Ｂの装置は、図１４Ａと同じ装置を示す。しかし、図１４Ｂでは、保持ステージリフト手段１０４及びリフト駆動装置１０２が動作して、シールド保持ステージ４０を保持ステージ処理位置１０６に移動させている。保持ステージ処理位置にある場合、シールド保持ステージ４０は、中央イオンビーム軸２２に対して所定の位置及び向きで真空チャンバ１０内に配置される。
【００５８】
図１４Ａ及び図１４Ｂの装置では、シールド保持ステージ４０の基準特徴により、上述したシールド６０を再配置可能に使用することができる。シールド保持手段により提供される２つの位置、すなわち、図３Ｂに示されるシールド保持位置４６及び図４に示されるシールド解放位置４８により、シールドを着脱可能且つ再配置可能にシールド保持ステージ４０に固定し得る。シールド６０に耐久的に接着された試料は、処理し、取り外してから、単に試料をシールド保持位置に配置し、イオンビームで試料を再び準備することにより再処理し得る。シールド及びシールド保持ステージの両方の基準特徴は、シールドを略同一の位置及び向きで複数回位置決めし得ることを保証する。
【００５９】
図１４Ａ及び図１４Ｂの装置の使用は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図２の装置の使用に関して開示されたすべてのステップに従って進め得る。しかし、図１４Ａ及び図１４Ｂの実施形態に示される伝熱部材及びヒートシンク手段は、ユーザに追加の性能を与える。図１４Ａ及び図１４Ｂの実施形態では、熱制御は、保持ステージリフト手段と、リフト駆動装置と、保持ステージ装填位置にある場合に生み出される分離された装填チャンバと協調して特によく機能する。これは、試料が低温に保たれながらイオンビームで準備される場合に当てはまり得る。そのような温度は、装置の直近外部の局所大気の露点よりも低いことがあり得る。シールド保持ステージが局所露点よりも低い温度である場合、装填中及び取り外し中にシールド保持ステージを大気に露出させると、装填チャンバ内で水分凝縮が生じ得る。そのような水分凝縮は、湿った保持ステージが真空チャンバ内に移動する場合、真空チャンバ内で維持される真空状況を損なうであろう。さらに、凝縮が試料上に形成され得る場合、凝縮は試料を損ない得る。有利なことには、ヒートシンク手段を使用して、ユーザがチャンバカバーを外して、シールド保持ステージにアクセスする前に、シールド保持ステージの温度を局所露点よりも上の温度にし得る。保持ステージリフト手段は、装填チャンバの作成が、試料の装填中及び取り外し中に周囲大気に露出しなければならない装置の容積を大幅に低減するという点で別の利点を生み出す。これは、シールド保持ステージの温度を上昇又は下降させて、周囲大気温度に合わせなければならない場合は常に、途方もない時間の節減である。
【００６０】
これより図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して、イオンビーム試料準備装置２の別の実施形態の概略断面図を示す。図１５Ａ及び図１５Ｂの装置は、図１４Ａ及び図１４Ｂの実施形態とは異なる構成によりシールド保持ステージ４０の温度を制御するように構成される。図１５Ａの実施形態は、試料を内部でイオンビーム放射手段２０により準備し得る真空チャンバ１０と、着脱可能且つ再配置可能なチャンバカバー１８であって、チャンバ１０から外された場合、試料にアクセスし、シールドを装填できるようにするチャンバカバー１８と、共に真空チャンバ１０を、イオンビームミリングに適切な真空レベルにする第１のポンプマニフォルド９２ａ及びポンプ手段９０と、シールド保持ステージ４０及びシールド保持手段４２であって、シールド保持手段４２は図１５Ａではシールド保持位置に示される、シールド保持ステージ４０及びシールド保持手段４２と、上記シールド保持ステージ４０に結合される保持ステージリフト手段１００と、上記保持ステージリフト手段１００に動作可能に結合されたリフト駆動装置１０２であって、シールド保持ステージを図１５Ａに示される保持ステージ装填位置１０４と図１５Ｂに示される保持ステージ処理位置１０６との間で移動し得る、リフト駆動装置１０２と、真空チャンバ１０と外部大気との間に真空封止を維持しながら、保持ステージリフト手段を上下に移動させることができる真空封止５６と、を備えて示される。シールド保持ステージ４０が保持ステージ装填位置１０４まで上昇した場合、装填チャンバ１６が生み出される。図１５Ａ及び図１５Ｂの装置は、伝熱部材８０及びヒートシンク手段８４をさらに備えて示され、これらは共に、伝熱部材８０とヒートシンク手段８４との間で熱交換を促進させる。
【００６１】
図１５Ａ及び図１５Ｂの両方の装置は、試料８がシールド６０に耐久的に接着された状態で示される。試料とシールドとの組み合わせは、シールド保持手段４２のシールド保持位置に保持されて示される。シールド保持ステージ４０及びシールド６０は、本開示においてすべて上述された図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図２、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂに示されるシールド保持ステージ及びシールドと同じように働き、同じ特徴及び態様を有する。図１５Ａ及び図１５Ｂのシールド保持ステージは、保持ステージリフト手段が保持ステージ処理位置１０６にある場合、伝熱部材８０に熱伝導的に接触して係合できるようにする追加の特徴を有する。図１５Ａ及び図１５Ｂのシールド保持ステージは、保持ステージリフト手段１００が保持ステージ装填位置１０４にある場合、伝熱部材８０との熱伝導的接触から係合解除できるようにする特徴も有する。
【００６２】
引き続き図１５Ａ及び図１５Ｂを参照すると、シールド保持手段４２は、シールド保持位置にある場合、シールド６０とシールド保持ステージ４０との間での熱伝導的接触を促し、それにより、シールドとシールド保持ステージとの間での熱交換を促進する。保持ステージリフト手段が保持ステージ装填位置１０４にある場合、シールド保持ステージ４０と伝熱部材８０との間に熱伝導的接触はない。さらに、保持ステージ装填位置１０４にある場合、シールド保持ステージは、真空チャンバ１０の部分と熱伝導的に接触し得る。熱伝導的な接触により、シールド保持ステージは真空チャンバの接触部分と熱を交換することができ、それにより、試料、シールド、及びシールド保持ステージは、真空チャンバの接触部分に存在する温度と同じ温度に近づき得る。
【００６３】
保持ステージ装填位置１０４にある場合、シールド保持ステージ４０の真空封止特徴は真空チャンバ１０の真空封止特徴に係合し、上記真空チャンバを外部大気から分離するように機能する。第２のポンプマニフォルド９２ｂ及びポンプ手段９０を使用して、シールド保持ステージを保持ステージ処理位置まで下降させる準備として、装填チャンバ１６を脱気し得る。好ましい実施形態では、チャンバカバー１８が所定位置にあり、装填チャンバを外部大気から封止する場合、装填チャンバ１６の容積は、真空チャンバ１０の容積よりもはるかに小さい。
【００６４】
図１５Ｂは、保持ステージリフト手段１００及びリフト駆動装置１０２が動作して、保持ステージ処理位置１０６に移動した後の図１５Ａの装置を示す。この位置では、伝熱部材８０は、シールド保持ステージ４０と熱伝導的に接触する。ヒートシンク手段８４は、この位置で動作して、伝熱部材８０を通して熱を交換し、それにより、シールド保持ステージ４０の温度に影響し得る。シールドがシールド保持位置に保持される場合、シールド６０とシールド保持ステージ４０との間に確立される熱伝導的接触は、熱回路を完成させ、ヒートシンク手段８４とシールド６０との間で熱を交換できるようにする。好ましい実施形態では、ヒートシンク手段８４は、熱交換媒質として気体又は液体の窒素を使用し得る。
【００６５】
図１５Ａ及び図１５Ｂの装置の使用は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、及び図２の装置の使用に関して開示されたすべてのステップに従って進め得る。しかし、図１５Ａ及び図１５Ｂの実施形態に示される伝熱部材及びヒートシンク手段は、ユーザに追加の性能を与える。図１５Ａ及び図１５Ｂの実施形態では、熱制御は、保持ステージリフト手段と、リフト駆動装置と、保持ステージ装填位置にある場合に生み出される分離された装填チャンバと協調して特によく機能する。これは、試料が低温に保たれながらイオンビームで準備される場合に当てはまり得る。そのような温度は、装置の直近外部の局所大気の露点よりも低いことがあり得る。シールド保持ステージが局所露点よりも低い温度である場合、装填中及び取り外し中にシールド保持ステージを大気に露出させると、装填チャンバ内で水分凝縮が生じ得る。そのような水分凝縮は、湿った保持ステージが真空チャンバ内に移動する場合、真空チャンバ内で維持される真空状況を損なうであろう。さらに、凝縮が試料上に形成され得る場合、凝縮は試料を損ない得る。試料は、イオンビームで処理された後、保持ステージリフト手段及びリフト駆動装置により保持ステージ装填位置に移動させ得る。この位置において、シールド保持ステージは真空チャンバの部分と熱伝導的に接触する。伝熱部材はもはやシールド保持ステージに接触していないため、シールド保持ステージの温度を真空チャンバのその部分の温度まで自由に上昇させることができる。真空チャンバの温度は局所大気とおおよそ同じ温度であるため、シールド保持ステージ、シールド、及び試料は局所大気の温度に達することになる。保持ステージ装填位置にある場合の真空チャンバとシールド保持ステージとの熱伝導的接触は、保持ステージ処理位置にある間、先に冷却された試料を暖める効率的な方法を提供する。試料、シールド、及びシールド保持ステージが十分に暖まった場合、装填チャンバを大気状況まで再加圧し、チャンバカバーを外し、シールドと試料との組み合わせを装置から取り外して、他のどこかで顕微鏡観察を行い得る。
【００６６】
本発明について本発明の特定の好ましいバージョンを参照してかなり詳細に説明したが、他のバージョンも可能である。例えば、様々な実施形態に示される特徴を１つの実施形態に組み合わせることが望ましい場合がある。特定の好ましいバージョンが、適宜置換し得、様々な実施形態で同様の性能を達成し得る代替形態を有することもできる。例えば、装置の装填チャンバのアクセスに使用されるチャンバカバーは、装置に繋がれるか、ヒンジを介して装置に取り付けられるか、それとも全体的に装置から取り外し可能であるかに関係なく、求められる機能を等しく良好に満たし得る。添付の特許請求の範囲のこれら及び他の均等物が、当業者により容易に認識されよう。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲は、本明細書に含まれる好ましいバージョンの説明に限定されるべきではない。
【００６７】
特定の機能を実行する「手段」又は特定の機能を実行する「ステップ」と明示的に述べられていない請求項内の任意の要素は、米国特許法第１１２条第６段落に指定される「手段」又は「ステップ」条項として解釈されるべきではない。特に、本発明での請求項での「ステップ」の使用は、米国特許法第１１２条第６段落の条項を行使するものとして解釈されない。
【符号の説明】
【００６８】
図に見られる参照番号のリスト
２−イオンビーム試料準備装置
８−試料
１０−真空チャンバ
１６−装填チャンバ
１８−チャンバカバー
２０−イオンビーム放射手段
２２−中央イオンビーム軸
４０−シールド保持ステージ
４２−シールド保持手段
４２ａ−シールド保持手段の第１の部材
４２ｂ−シールド保持手段の第２の部材
４６−シールド保持位置
４８−シールド解放位置
５６−真空封止
６０−シールド
６１−遮蔽面
６１ａ、６１ｂ等−第１の遮蔽面、第２の遮蔽面等
６２−近位試料面
６３−シールドエッジ
６４−溝部
６５−可視位置合わせマーク
６６−コア材料
６７−被覆材料
６８−試料締め付け手段
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆ−第１の基準特徴、第２の基準特徴、第３の基準特徴、第４の基準特徴、第５の基準特徴、第６の基準特徴
７２−基準面
８０−伝熱部材
８４−ヒートシンク手段
９０−真空ポンプ手段
９２−ポンプマニフォルド
９２ａ、９２ｂ等−第１のポンプマニフォルド、第２のポンプマニフォルド等
１００−保持ステージリフト手段
１０２−リフト駆動装置
１０４−保持ステージ装填位置
１０６−保持ステージ処理位置
【図１Ａ】
2013524244.tif 000003
【図１Ｂ】
2013524244.tif 000004
【図１Ｃ】
2013524244.tif 000005
【図２】
2013524244.tif 000006
【図３Ａ】
2013524244.tif 000007
【図３Ｂ】
2013524244.tif 000008
【図４】
2013524244.tif 000009
【図５Ａ】
2013524244.tif 000010
【図５Ｂ】
2013524244.tif 000011
【図６】
2013524244.tif 000012
【図７Ａ】
2013524244.tif 000013
【図７Ｂ】
2013524244.tif 000014
【図８Ａ】
2013524244.tif 000015
【図８Ｂ】
2013524244.tif 000016
【図９】
2013524244.tif 000017
【図１０】
2013524244.tif 000018
【図１１Ａ−１１Ｂ】
2013524244.tif 000019
【図１２Ａ】
2013524244.tif 000020
【図１２Ｂ】
2013524244.tif 000021
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
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