(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム試料調製方法において、
ａ）前記試料の少なくとも一部分が真空チャンバ内においてイオンビームによって調製されるように、所定の強度を有すると共に第１傾斜角度を有するイオンビームを前記試料に向かって導くステップと、
ｂ）光源により前記試料の少なくとも一部分を照明するステップと、
ｃ）前記イオンビームの一部分と実質的に交差する回転軸を有する回転ステージを使用して前記試料を回転させるステップと、
ｄ）前記試料の少なくとも一部分の実質的に合焦された画像を撮像するステップと、
ｅ）前記撮像された画像から１つ又は複数の特徴を機器制御装置内において抽出するステップであって、前記抽出された特徴のうちの少なくとも１つは、前記撮像された画像の一部分における色、前記撮像された画像の一部分における形状、及び前記撮像された画像の一部分における光学干渉リングの一部分、のうちの少なくとも１つである抽出するステップと、
ｆ）（ｉ）前記イオンビームの前記傾斜角度を第２傾斜角度に変更すること、（ｉｉ）前記イオンビームの強度を第２の強度に変更することであって、ゼロよりも大きい第２の強度に変更すること、および（ｉｉｉ）前記回転ステージの前記回転角度を変更すること、のうちの少なくとも１つを実行することにより、前記１つ又は複数の特徴の前記抽出に対して前記機器制御装置内において応答するステップと、
前記イオンビームを前記試料に向かって導くことを継続するステップであって、前記イオンビームまたは前記回転ステージが、（ｉ）前記傾斜角度が変更された状態、（ｉｉ）前記第２の強度である状態、および（ｉｉｉ）前記回転角度が変更された状態、のうちの少なくとも１つであるステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、ｄ）前記試料の少なくとも一部分の実質的に合焦された画像を撮像するステップの前に、前記回転ステージを既定の位置に回転させるステップが行われることを更に特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、ｄ）前記試料の少なくとも一部分の実質的に合焦された画像を撮像するステップの前に、既定の時点まで待機するステップが行われることを更に特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、（ｉ）前記イオンビームの前記傾斜角度を第２傾斜角度に変更することと、（ｉｉ）前記イオンビームの前記強度を第２の強度に変更することと、（ｉｉｉ）前記回転ステージの前記回転角度を変更することと、を含む群のうちの少なくとも１つを実行するための将来時点を前記機器制御装置内において推定するステップを更に有することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記撮像された画像から抽出される前記特徴のうちの１つ又は複数は、停止条件を表すことを更に特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載のイオンビーム試料調製方法が、さらに、
ｇ）前記試料の一連の画像を撮像するステップであって、一連の各画像は、実質的に合焦されている、ステップと、
ｈ）前記撮像された一連の画像から１つ又は複数の特徴を前記機器制御装置内において抽出するステップと、
ｉ）（ｉ）前記イオンビームの傾斜角度を変更すること、（ｉｉ）前記イオンビームの強度を変更すること、（ｉｉｉ）および前記回転ステージの位置を変更すること、のうちの少なくとも１つを実行することにより、前記撮像された一連の画像からの１つ又は複数の特徴の抽出に対して、前記機器制御装置において応答するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記複数の画像のシーケンスから抽出される前記特徴のうちの少なくとも１つは、前記撮像された画像の一部分のサイズの時間に対する変化、前記撮像された画像の一部分における色の時間に対する変化、前記撮像された画像の一部分における形状の時間に対する変化、前記撮像された画像の一部分における強度の時間に対する変化、及び前記撮像された画像の一部分における光学干渉リングの一部分の時間に対する変化からなる群からのものであることを更に特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、それぞれの画像は、前記回転ステージが実質的に同一の回転角度において位置決めされた状態において撮像されることを更に特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記一連の画像が撮像された順序と同一の順序において前記複数の画像のシーケンスを表示するステップを更に有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６に記載の方法において、
ａ）１つ又は複数の撮像された前記画像のそれぞれが撮像される回転角度が異なってもよいことを更に特徴とする１つ又は複数の撮像された画像を前記機器制御装置内において処理するステップと、
ｂ）１つ又は複数のプログラムにより回転された画像を生成するステップであって、前記１つ又は複数のプログラムにより回転された画像のそれぞれが前記１つ又は複数の撮像された画像に対応していることを更に特徴とし、且つ、前記１つ又は複数のプログラムにより回転された画像のそれぞれが実質的に同一の既定の回転角度において撮像されたように見えることを更に特徴とするステップと、
を更に有することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記プログラムにより回転された一連の画像を表示するステップを更に有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法において、
ａ）前記プログラムにより回転された一連の画像から１つ又は複数の特徴を機器制御装置内において抽出するステップと、
ｂ）（ｉ）前記イオンビームの前記傾斜角度を第２傾斜角度に変更すること、（ｉｉ）前記イオンビームの前記強度を変更すること、および（ｉｉｉ）前記回転ステージの位置を変更すること、のうちの少なくとも１つを実行することにより、前記プログラムにより回転された一連の画像からの前記１つ又は複数の特徴の前記抽出に対して前記機器制御装置内において応答するステップと、
を更に有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法において、
ａ）前記１つ又は複数のプログラムにより回転された画像を保存するステップと、
ｂ）前記１つ又は複数のプログラムにより回転された画像を取得するステップと、
ｃ）前記１つ又は複数のプログラムにより回転された画像を表示するステップと、
を更に有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、既に出願済みの２０１２年７月２７日付けで出願された米国仮特許出願第６１／６７６，３６８号明細書の利益を主張するものである。米国仮特許出願第６１／６７６，３６８号明細書は、引用により、本明細書に包含される。本出願は、既に出願済みの２０１３年７月２４日付けで出願された米国特許出願第１３／９４９，３６９号明細書の利益を主張するものである。米国特許出願第１３／９４９，３６９号明細書は、引用により、本明細書に包含される。
【０００２】
本開示は、顕微鏡観察又は分光分析用の物質を調製するための１つ又は複数のイオンビームの使用法に関する。顕微鏡観察技術には、限定を伴うことなしに、光学顕微鏡法、走査電子顕微鏡法（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡法（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡法（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＴＥＭ）、及び反射電子顕微鏡法（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＲＥＭ）が含まれる。分光分析法には、限定を伴うことなしに、Ｘ線微小分析、反射電子エネルギー損失分光法（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ−ｌｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＲＥＥＬＳ）、電子後方散乱回折（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ−Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＥＢＳＤ）、Ｘ線光電子分光法（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）、及びオーガー電子分光法（Ａｕｇｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）が含まれる。任意の顕微鏡法によって観察される対象の物質は、顕微鏡検査に適した試料を生成するための処理を必要とする場合がある。
【０００３】
透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）は、多くの物質の詳細な微小構造を研究するための重要な技法である。原子レベル分解能のＴＥＭ用の試料の調製は、非常に要求が厳しく、非常に薄く（即ち、＜５０ナノメートルであり）、且つ、アーチファクトを伴わない最終的な試料を必要としている。通常、試料の調製には、試料物質の相対的に薄い（即ち、１００〜２００マイクロメートルの）円板を生成するべく、初期スライス化、セグメント化、及び機械的な薄化（ｔｈｉｎｎｉｎｇ）が伴っている。次いで、後からのＴＥＭによる研究のために、試料のイオンビームミリングを利用して試料内の対象領域を更に薄化し、スムージングし、且つ、露出させることにより、通常は５０ナノメートルの厚さを有する試料を生成してもよい。
【０００４】
物質のイオンビームミリングにより、顕微鏡検査に十分に適した試料を生成することができる。イオンビーム照射装置により、イオンのビームを生成し、試料に向かって、加速させると共に導いてもよい。試料に対するイオンの衝突により、物質が、イオン衝突のエリアから離れるように、スパッタリングされることになる。更には、試料の表面が、イオンビームによって実質的に滑らかな状態に研磨され、これにより、試料の観察特性が更に改善されることになる。イオンビームの使用により、サンプル内の対象領域を露出させると共に研磨してもよく、これにより、適切な観察試料が調査対象の物質から製造される。
【０００５】
ＴＥＭ分析用に意図された試料をミリングするために使用されるイオンビームシステムは、通常、境界面を露出させるか、又は電子にとって透明な領域を有する試料を生成する。これらのシステムの多くは、ビームが複数の方向から試料に衝突することになるように、回転する試料と、固定されたビームと、を有する。この結果、試料表面の不均一なトポロジーに起因して発生しうる特定領域が陰になる現象を補償することにより、試料の相対的に均一なミリングが得られる。イオンビームミリングに使用される代表的なシステムにおいては、イオンビーム自体の中心と試料の回転軸の交差によって規定される試料の領域内において、イオンビームにより、試料から物質が最も迅速に除去される。対象の特定領域が回転の中心に位置するように、試料をイオンビームシステム内において位置決めすることは、しばしば、困難である。イオンビーム試料調製プロセスにおいては、対象の特定領域に狙いを定めるべく試みる際に、ある程度の回数の試行錯誤が予想されよう。
【０００６】
イオンビームミリング法に関するユーザーにとっての重要な考慮事項には、試料の加工の際に所要されるユーザーの時間及び作業を低減及び極小化すること、処理及び分析のための試料ホルダへの取り付けの際などのように、デリケートな試料が直接的に取り扱われると共に損傷のリスクに晒されるステップの数を低減又は極小化すること、最終的な分析機器（撮像又は分光分析）内への試料の移送及び分析前の最終的な分析機器に対する調製済みの試料領域の座標のアライメントの際に所要されるユーザーの時間及び作業を低減又は極小化すること、試料の処理及び撮像において高品質と高い成功確率を保証すること、イオンミリング機器及び試料取付機器がそれぞれの試料について占有される時間を低減及び極小化すること、並びに、試料と観察に使用される対物又はプローブ形成レンズの間に必要とされる作業距離を低減することによってサンプルの取付及び最終的な分析において試料の高品質の顕微鏡観察を保証すること、が含まれる。
【０００７】
上述の点を考慮した場合に、本開示の実施形態が、多数の利点を提供し、且つ、従って、非常に望ましいことが明らかである。
【背景技術】
【０００８】
米国特許第６，９１４，２４４号明細書は、本技術分野における先行技術である。米国特許第６，９１４，２４４号明細書においては、電子顕微鏡法の試料調製用のイオンビームミリングシステム及び方法が提供されており、これは、半導体、金属、合金、セラミック、及びその他の無機物質のＴＥＭ又はＳＥＭによる分析用の調製のために有用である。一実施形態においては、透過電子顕微鏡法による分析用の試料の調製のために、試料処理チャンバと、少なくとも２つのイオンビーム生成器と、試料支持部又はホルダと、を含むシステム及びプロセスが提供されている。イオンビームマスク部材が試料の表面に固定され、且つ、試料がミリングされる。又、好ましくは、システムは、ミリング作業の進捗を観察するための能力をも含み、且つ、試料のミリングに伴う試料上の対象エリアの監視を許容する光学顕微鏡などの撮像装置を含んでもよい。
【発明の概要】
【０００９】
本開示は、イオンビーム試料調製装置と、開示されている装置を使用して後からの観察のために試料を調製する方法と、を対象としている。本開示の特徴は、イオンビーム内における試料の調節自在の多軸微小位置決めを可能にしており、これにより、調製されている試料内における対象領域の検出、特定、及び露出において多数の利点を提供する。本開示の更なる特徴は、デリケートな試料の取扱いの極小化、調製を経験している試料の診断のための観察の改善、及びイオンビーム試料調製プロセスの全体的な効率の改善において、利益を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の一実施形態によるイオンビームを使用して試料を調製する方法は、前記試料の少なくとも一部分が真空チャンバ内において前記第１イオンビームによって調製されるように、所定の強度を有すると共に第１傾斜角度を有する第１イオンビームを前記試料に向かって導くステップと、前記試料の少なくとも一部分を照明するステップと、複数の回転角度を有すると共に前記第１イオンビームの一部分と実質的に交差する回転軸を有する回転ステージを使用して前記試料を回転させるステップと、前記試料の少なくとも一部分の実質的に合焦された画像をキャプチャするステップと、前記キャプチャされた画像から１つ又は複数の特徴をインスツルメントコントローラ内において抽出するステップと、前記第１イオンビームの傾斜角度を第２イオンビームに変更すること、前記第１イオンビームの強度を変更すること、及び前記回転ステージの回転角度を変更することからなる群からの少なくとも１つのステップを実行することにより、前記１つ又は複数の特徴の抽出に対して前記インスツルメントコントローラ内において応答するステップと、を有する。
【００１１】
関係する一実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、抽出される特徴の少なくとも１つが、前記キャプチャされた画像の一部分のサイズ、前記キャプチャされた画像の一部分における色、前記キャプチャされた画像の一部分における形状、前記キャプチャされた画像の一部分における強度、及び前記キャプチャされた画像内の光学干渉リングの一部分からなる群からのものであることを更に特徴としている。別の関係する実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記回転ステージを既定の位置に回転させるステップが、前記試料の少なくとも一部分の実質的に合焦された画像をキャプチャする前記ステップに先行することを更に特徴としている。別の関係する実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、既定の時点まで待機するステップが、前記試料の少なくとも一部分の実質的に合焦された画像をキャプチャする前記ステップに先行することを更に特徴としている。
【００１２】
関係する一実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記第１イオンビームの傾斜角度を第２傾斜角度に変更するステップと、前記第１イオンビームの強度を変更するステップと、前記回転ステージの回転角度を変更するステップと、からなる群からの少なくとも１つのステップを実行するための将来時点を前記インスツルメントコントローラ内において推定するステップを更に有する。別の関係する実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記キャプチャされた画像から抽出される前記特徴の１つ又は複数が停止条件を表していることを更に特徴としている。
【００１３】
本開示の別の実施形態によるイオンビームを使用して試料を調製する別の方法は、前記試料の少なくとも一部分が真空チャンバ内において前記第１イオンビームによって調製されるように、所定の強度を有すると共に第１傾斜角度を有する第１イオンビームを前記試料に向かって導くステップと、前記試料の少なくとも一部分を照明するステップと、複数の回転角度を有すると共に前記第１イオンビームの一部分と実質的に交差する回転軸を有する回転ステージを使用して前記試料を回転させるステップと、前記シーケンスのそれぞれの画像が実質的に合焦されている前記試料の複数の画像のシーケンスをキャプチャするステップと、前記複数の画像のキャプチャされたシーケンスから１つ又は複数の特徴をインスツルメントコントローラ内において抽出するステップと、前記第１イオンビームの傾斜角度を第２傾斜角度に変更すること、前記第１イオンビームの強度を変更すること、及び前記回転ステージの位置を変更することからなる群からの少なくとも１つのステップを実行することにより、前記キャプチャされた複数の画像のシーケンスからの前記１つ又は複数の特徴の抽出に対して前記インスツルメントコントローラ内において応答するステップと、を有するイオンビーム試料調製方法を有する。
【００１４】
関係する一実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記複数の画像のシーケンスから抽出される特徴のうちの少なくとも１つは、前記キャプチャされた画像の一部分のサイズの時間に対する変化、前記キャプチャされた画像の一部分における色の時間に対する変化、前記キャプチャされた画像の一部分における形状の時間に対する変化、前記キャプチャされた画像の一部分における強度の時間に対する変化、及び前記キャプチャされた画像の一部分における光学干渉リングの一部分の時間に対する変化からなる群からのものであることを更に特徴としている。
【００１５】
関係する一実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、それぞれの画像が、前記回転ステージが実質的に同一の回転角度において位置決めされた状態においてキャプチャされることを更に特徴としている。別の関係する実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記複数の画像のシーケンスがキャプチャされた順序と同一の順序において前記複数の画像のシーケンスを表示するステップを更に有する。別の関係する実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記１つ又は複数のキャプチャされた画像のそれぞれがキャプチャされる回転角度が異なってもよいことを更に特徴とする１つ又は複数のキャプチャされた画像をインスツルメントコントローラ内において処理するステップと、１つ又は複数のプログラム的に回転された画像を生成するステップであって、前記１つ又は複数のプログラム的に回転された画像のそれぞれが前記１つ又は複数のキャプチャされた画像に対応していることを更に特徴とすると共に前記１つ又は複数のプログラム的に回転された画像が実質的に同一の既定の回転角度においてキャプチャされたものとして見えることを更に特徴とするステップと、を更に有する。
【００１６】
関係する一実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記プログラム的に回転された画像のシーケンスを表示するステップを更に有する。別の関係する実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記プログラム的に回転された画像のシーケンスから１つ又は複数の特徴をインスツルメントコントローラ内において抽出するステップと、前記第１イオンビームの傾斜角度を第２傾斜角度に変更すること、前記第１イオンビームの強度を変更すること、及び前記回転ステージの位置を変更することからなる群からの少なくとも１つのステップを実行することにより、前記プログラム的に回転された画像のシーケンスからの前記１つ又は複数の特徴の抽出に対して前記インスツルメントコントローラ内において応答するステップと、を更に有する。別の関係する実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記１つ又は複数のプログラム的に回転された画像を保存するステップと、前記１つ又は複数のプログラム的に回転された画像を取得するステップと、前記１つ又は複数のプログラム的に回転された画像を表示するステップと、を更に有する。
【００１７】
本開示の別の実施形態によるイオンビームを使用して試料を調製する別の方法は、前記試料の少なくとも一部分が真空チャンバ内において前記第１イオンビームによって調製されるように、所定の強度を有すると共に第１傾斜角度を有する第１イオンビームを前記試料に向かって導くステップと、前記試料の少なくとも一部分を照明するステップと、複数の回転角度を有すると共に前記第１イオンビームの一部分と実質的に交差する回転軸を有する回転ステージを使用して前記試料を回転させるステップと、前記試料の少なくとも一部分の実質的に合焦された画像をキャプチャするステップと、前記実質的に合焦された画像がキャプチャされた前記回転ステージの回転角度をキャプチャするステップと、前記実質的に合焦された画像をインスツルメントコントローラ内において処理してプログラム的に回転された画像を生成するステップと、を有し、前記プログラム的に回転された画像は、前記実質的に合焦された画像がキャプチャされた前記回転角度とは異なってもよい見掛けの回転角度を有することを更に特徴としている。
【００１８】
関係する一実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記プログラム的に回転された画像の１つ又は複数を表示するステップを更に有する。別の関係する実施形態においては、イオンビーム試料調製方法は、前記プログラム的に回転された画像から１つ又は複数の特徴をインスツルメントコントローラ内において抽出するステップと、前記第１イオンビームの傾斜角度を第２傾斜角度に変更すること、前記第１イオンビームの強度を変更すること、及び前記回転ステージの位置を変更することからなる群からの少なくとも１つのステップを実行することにより、前記プログラム的に回転された画像からの前記１つ又は複数の特徴の抽出に対して前記インスツルメントコントローラ内において応答するステップと、を更に有する。
【００１９】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様、及び利点については、以下の説明、添付の請求項、及び添付の図面との関連において更に十分に理解することができよう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本開示によるイオンビーム試料調製装置の概略断面図を示す。
【図２】図２は、本開示の別の実施形態によるイオンビーム試料調製装置の概略断面図を示す。
【図３】図３は、試料を保持する試料ホルダの斜視図を示す。
【図４】図４は、試料ホルダを保持する前の調節自在の位置決めステージに結合された回転ステージの斜視図を示す。
【図５】図５は、試料ホルダが保持位置にある調節自在の位置決めステージに結合された回転ステージの斜視図を示す。
【図６】図６は、位置決めステージカバーが回転ステージ上に配置されている図５の装置の斜視図を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、試料がイオンビームによって調製されている際の試料の観察を可能にする特徴を有する本開示の別の実施形態によるイオンビーム試料調製装置の概略断面図を示しており、シャッタ手段は、シャッタ閉鎖位置にあるものとして示されている。
【図７Ｂ】図７Ｂは、シャッタ手段がシャッタ開放位置にある状態の図７Ａの装置の概略断面図を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、回転ステージリフト手段を特徴とする本開示の別の実施形態によるイオンビーム試料調製装置の概略断面図を示す。図８Ａの装置は、回転ステージリフト手段が上昇位置にあり、且つ、シャッタ手段は、シャッタ開放位置にある状態で示されている。
【図８Ｂ】図８Ｂは、チャンバカバーが定位置にあると共に装填チャンバを生成する状態にある図８Ａの装置を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、回転ステージリフト手段が処理位置にあると共にシャッタ手段がシャッタ閉鎖位置にある状態の図８Ａの装置を示す。
【図８Ｄ】図８Ｄは、回転ステージリフト手段が処理位置にあり、シャッタ手段がシャッタ開放位置にあり、且つ、真空ウィンドウを通じた真空チャンバの外部からの試料の観察の準備が整った状態にある図８Ａの装置を示す。
【図９】図９は、装置のシステムと通信すると共にこれを制御しているインスツルメントコントローラを特徴とする本開示の別の実施形態によるイオンビーム試料調製装置の概略断面図を示す。
【図１０】図１０は、図９の装置内において動作する定期的に実行される観察及び制御プロセスの動作フローチャートを示す。
【図１１】図１１は、図９の装置内において動作する画像取得プロセスの動作フローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本開示の実施形態は、薄く、研磨され、且つ、電子にとって透明である領域を試料から生成する能力を有するイオンビーム試料調製装置及び方法を提供する。具体的には、本開示は、試料内の対象領域を観察及び処理する能力を改善する多軸微小位置決めステージについて記述している。開示されている改善は、試料の取扱いの極小化、イオンビームの中心において試料内の対象領域を位置決めする能力の改善及びこれによる処理効率の改善、並びに、試料がイオンビーム内において調製されている際の診断用の撮像のために試料を位置決めする能力の改善という利益を有する。
【００２２】
まず、図１を参照すれば、本開示によるイオンビーム試料調製装置２の一実施形態が示されており、これは、試料６が調製される真空チャンバ１０と、外部の雰囲気から真空チャンバ１０を封止するチャンバカバー１８と、真空チャンバ１０をイオンビームミリングに適した真空レベルに設定するべく協働する真空ポンプ手段９０及びポンピングマニホルド９２と、中心イオンビーム軸を有するイオンビームを生成すると共に試料６に向かって導くイオンビーム照射手段２０と、少なくとも２つの異なるイオンビーム強度を提供するように機能するイオンビーム強度制御手段２４と、イオンビーム照射手段２０の少なくとも２つの異なる傾斜角度を提供するように機能するイオンビーム傾斜制御手段２６と、回転軸４４及び回転ドライブ４２を有する真空チャンバ１０内に配設された回転ステージ４０と、回転ステージ４０に対して調節自在に結合された調節自在の位置決めステージ４５であって、調節自在の位置決めステージ４５は、試料ホルダ５０を解放自在に保持するように構成された試料ホルダ保持手段４９を有し、試料ホルダ５０は、試料ホルダ保持部分５１と、試料を保持しうる少なくとも１つの試料支持アーム５２と、を有し、支持アーム５２は、回転軸４４と中心イオンビーム軸２２の両方が、試料がイオンビーム内において調製されている間に、実質的に試料６の同一部分と交差すると共に、試料支持アーム５２のいずれの部分も、試料がイオンビーム内において調製されている間に、回転軸４４によって交差されないように、試料６を位置決めすることを更に特徴としている、調節自在の位置決めステージ４５と、を有する。保持位置にある際に、試料ホルダ５０は、イオンビームの少なくとも一部分が試料を調整してもよいように、試料６を既定の位置及び向きにおいて配置する。
【００２３】
図１の参照を継続すれば、イオンビームは、好ましくは、貴ガスイオンを有する。その他の好適な実施形態においては、非貴ガスイオンを使用してもよい。イオンビーム用に使用される貴ガス元素には、限定を伴うことなしに、アルゴン、キセノン、及びクリプトンが含まれよう。又、イオンビームは、イオンと中性物質の混合物を有してもよい。中心イオンビーム軸の試料に対する入射角度が変化しうるように、イオンビーム照射手段２０の位置及び方向を変更してもよい。好適な実施形態においては、入射角度は、水平プラス又はマイナス１０度の範囲を有してもよい。入射角度が大きいほど、試料から物質が相対的に迅速に除去され、入射角度が小さいほど、相対的に滑らかな表面が生成され、アーチファクトが少なくなる。イオンビーム強度制御手段２４は、生成されるイオンのエネルギー、単位時間当たりに生成されるイオンの数、放出されるイオンビームの広がり、並びに、放出されるイオンビームの空間分布及び形状というイオンビームの特性のうちの１つ又は複数が制御されうるように、イオンビーム照射手段２０を制御するべく機能する。
【００２４】
回転ステージ４０は、中心イオンビーム軸２２に対する既定の位置及び向きにおいて真空チャンバ１０内に配設される。試料の調製の際に、回転ドライブ４２は、回転軸４４を中心として回転ステージ４０の回転を制御してもよい。又、試料の調製の際には、イオンビーム強度制御手段２４も、少なくとも２つの異なるビーム強度が試料調製の際に使用されうるように、イオンビームの強度を変化させてもよい。更には、試料の調製の際には、イオンビーム傾斜制御手段２６も、少なくとも２つの異なる傾斜角度が試料調製の際に使用されうるように、イオンビームの傾斜角度を変化させてもよい。試料がイオンビーム内において調製された後に、チャンバカバー１８を除去してもよく、次いで、試料ホルダを除去してもよく、且つ、調製済みの試料を顕微鏡内において観察してもよい。
【００２５】
回転ドライブ４２は、３６０°のフル回転にわたって回転ステージ４０を回転させるように、又は２つの個別の角度位置の間において交互に回転ステージ４０をロックするように、構成されてもよい。更には、回転ドライブ４２は、連続的な又は間欠的な回転のために構成されてもよい。回転ドライブ４２は、回転ステージ４０の回転位置及びその計測及び計測のシーケンスを計測して回転ステージ４０の位置、速度、又は加速度を制御するように、更に構成されてもよい。
【００２６】
図２は、図１に示されているものに類似した一実施形態を示しており、これは、第１イオンビーム照射手段２０ａと、第２イオンビーム照射手段２０ｂと、を有し、第１イオンビーム照射手段は、第１中心イオンビーム軸２２ａを有し、且つ、第２イオンビーム照射手段は、第２中心イオンビーム軸２２ｂを有する。図２の実施形態は、第１イオンビーム照射手段２０ａから少なくとも２つの異なる強度を提供するように機能する第１イオンビーム強度制御手段２４ａと、イオンビーム照射手段２０ａの少なくとも２つの異なる傾斜角度を提供するように機能する第１ビーム傾斜制御手段２６ａと、第２イオンビーム照射手段２０ｂから少なくとも２つの異なる強度を提供するように機能する第２イオンビーム強度制御手段２４ｂと、イオンビーム照射手段２０ｂの少なくとも２つの異なる傾斜角度を提供するように機能する第２イオンビーム傾斜制御手段２６ｂと、を更に有する。
【００２７】
図２の装置は、第１イオンビーム照射手段２０ａと第２イオンビーム照射手段２０ｂの両方によって調製されている試料６を示している。試料６は、第１試料表面９ａと、第２試料表面９ｂと、を有するものとして図２に示されている。図２の実施形態は、第２イオンビーム照射手段２０が第２試料表面９ｂを調製している間に、第１試料表面９ａを調製する第１イオンビーム照射手段２０ａを示している。図２に示されている好適な実施形態は、複数のイオンビーム照射手段を有することにより、装置が一度に試料６の複数の面を調製することが可能であり、且つ、この結果、単一のイオンビーム照射手段と比べた場合に、速度及び効率の改善が得られることを明らかにしている。その他の好適な実施形態においては、複数のイオンビームによって試料の同一の面を調製してもよい。
【００２８】
次に図３を参照すれば、試料ホルダ５０の斜視図が示されている。試料ホルダが試料調製のために真空チャンバ内において配設された際にその一部分が調節自在の位置決めステージ４５の試料ホルダ保持手段によって解放自在に保持されてもよい試料ホルダ保持部分５１と、試料６を支持及び位置決めするべく協働する第１試料支持アーム５２ａ及び第２試料支持アーム５２ｂと、を有する試料ホルダ５０が示されている。図３の試料６は、試料表面９と、試料周辺エッジ８と、を有するものとして示されている。試料６がイオンビーム内において調製されている際に、ビームの一部分は、試料表面９に対して導かれることになり、これにより、イオンビームの動作を通じて試料６の研磨と薄化の両方が実現される。試料周辺エッジ８は、通常、試料表面９よりも小さな寸法を有する。調製の前に、試料６は、通常、薄い円板様の外観を有することになる。又、図３には、試料ホルダボア５４も可視状態にあり、これは、全般的に中空の態様を有しており、この結果、試料６の底部表面から試料ホルダ保持部分５１の全体を通じた下方への妨げられない視準線が許容されている。試料ホルダ５０が保持位置にある際には、回転ステージの回転軸は、試料ホルダ５０のいずれの部分とも交差することなしに、試料ホルダボア５４を通過する。
【００２９】
次に、図４を参照すれば、調節自在の位置決めステージ４５に結合された回転ステージ４０の一部分のクローズアップ斜視図が示されている。イオンビーム試料調製装置２の動作の際に、回転ステージ４０は、真空チャンバ１０内において既定の場所に位置している。調節自在の位置決めステージ４５は、回転ステージ４０に対して運動自在に結合され、これにより、試料ホルダ保持手段４９の位置の調節が可能になっている。図４の調節自在の位置決めステージ４５は、第１調節軸４６ａに沿って調節自在の位置決めステージを運動させるように構成された第１位置調節手段４８ａと、第２調節軸４６ｂに沿って調節自在の位置決めステージを運動させるように構成された第２位置調節手段４８ｂと、試料が１つ又は複数のイオンビーム内において調製されている間に装置内において試料ホルダ５０を解放自在に保持する試料ホルダ保持手段４９と、を有する。
【００３０】
第１位置調節手段４８ａの調節により、調節自在の位置決めステージ４５が第１調節軸４６ａに沿って回転ステージ４０との関係において運動する。同様の方式により、第２位置調節手段４８ｂの調節により、調節自在の位置決めステージ４５が第２調節軸４６ｂに沿って回転ステージ４０との関係において運動する。第１及び第２位置調節手段は、これにより、第１及び第２調節軸に沿った試料ホルダ保持手段４９の微小位置決めを実現する。試料ホルダが調節自在の位置決めステージ４５内において保持された際に、第１及び第２位置調節手段４８ａ及び４８ｂを使用することにより、試料ホルダの位置と試料ホルダによって保持されうる任意の試料の位置を調節してもよい。
【００３１】
好適な実施形態においては、位置調節手段は、調節軸に沿った約０．５ミリメートルの運動の範囲を許容してもよく、且つ、調節軸に沿った２５マイクロメートルレベルの小さな増分調節を反復的に実施することができる。その他の好適な実施形態においては、位置調節手段は、調節軸に沿った数ミリメートルの運動の範囲を許容してもよい。その他の好適な実施形態においては、位置調節手段により、調節軸に沿った１０マイクロメートルレベルの小さな増分調節を反復的に実施することができる。限定を伴うことなしに、ラック及びピニオンの動作、微細ピッチの親ねじの動作、及びカム及びカム従動子の動作を含む調節を操作者の手で実施しうる調節自在の位置決め手段のいくつかの構造が可能である。更には、限定を伴うことなしに、圧電ステッパモーターの動作、ステッパモーターの動作、及びサーボモーターの動作を含む電気機械的な位置調節手段も、本開示の精神及び範囲に含まれる。
【００３２】
第１及び第２位置調節手段４８ａ及び４８ｂは、それぞれ、試料ホルダの設置前と試料ホルダの設置後の両方において調節してもよい。試料ホルダ５０が調節自在の位置決めステージ４５内において設置された際に、第１及び第２位置調節手段４８ａ及び４８ｂを使用して試料ホルダの位置を調節してもよい。
【００３３】
好適な実施形態においては、第１調節軸４６ａは、回転軸４４に対して実質的に垂直になるように位置決めされており、且つ、第２調節軸４６ｂは、回転軸４４に対して実質的に垂直になるように位置決めされている。好適な実施形態においては、第１調節軸４６ａ及び第２調節軸４６ｂは、相互に実質的に垂直に位置決めされている。第１及び第２位置調節手段の累積的な結果は、試料６の異なるエリアが１つ又は複数のイオンビームによって調製されうるように、試料６が１つ又は複数のイオンビームの位置及び方向との関係において真空チャンバ内において運動できるようにするというものである。
【００３４】
図５は、試料ホルダ保持部分が試料ホルダ保持手段内において係合している斜視図を示している。好適な実施形態においては、試料ホルダ保持手段４９は、摩擦嵌め又はスプリング弾発メカニズムを使用することにより、試料ホルダ５０を解放自在に保持してもよい。試料ホルダ保持手段４９の代替構造には、限定を伴うことなしに、ねじ山を有するクランプメカニズムが含まれる。試料ホルダ５０が調節自在の位置決めステージ４５内において保持された際に、第１位置調節手段４８ａに対して実施されるなんらかの調節により、第１調節軸４６ａの方向に沿って試料６が運動することになる。又、第２位置調節手段４８ｂに対して実施されるなんらかの調節により、試料６が第２調節軸４６ｂの方向に沿って運動することになる。図５は、試料ホルダ５０が調節自在の位置決めステージ４５上の保持位置にある間に、第１及び第２位置調節手段に対してアクセスしてもよく、且つ、これを調節してもよいことを示している。
【００３５】
図６は、調節自在の位置決めステージをカバーするように、且つ、これにより、試料が１つ又は複数のイオンビームによって調製されている際にスパッタリングされる破片から調節自在の位置決めステージを保護するように、位置決めステージカバー４７が回転ステージ４０上に配置されている図５の装置の斜視図を示している。位置決めステージカバー４７は、試料ホルダ５０が保持されている間に設置及び除去されてもよく、且つ、試料６を運動させたり又はその他の方法で試料を妨げたり又はこれに接触することなしに、取り外し及び再設置されてもよいことを更に特徴としている。
【００３６】
次に図７Ａを参照すれば、本開示の別の実施形態によるイオンビーム試料調製装置の概略断面図が示されており、これは、試料がイオンビームによって調製されている際の試料の観察を可能にする特徴を有する。図７Ａの装置は、真空チャンバカバー１８を更に開示しており、これは、真空密の光学的に透明な真空ウィンドウ７０と、真空ウィンドウ１０と試料ホルダ５０の間に配設されたシャッタ手段７２であって、真空ウィンドウ７０が真空チャンバ１０の内部から実質的に封止されているシャッタ閉鎖位置と試料が１つ又は複数のイオンビームによって調製されている際に、真空チャンバ１０の外部から、真空ウィンドウ７０を通じて、且つ、試料６上への試料６の直接的な視準線観察が許容されているシャッタ開放位置の両方を有することを更に特徴とするシャッタ手段７２と、１つ又は複数のイオンビームによって調製されている試料６の領域に向かって方向付けされた光軸７６を有する試料観察手段７１であって、１つ又は複数のイオンビームによって調製されている試料の領域の拡大されると共に実質的に合焦された視野を提供することを更に特徴とする試料観察手段７１と、光を第１試料表面９ａに向かって導くと共に光の少なくとも一部分が１つ又は複数のイオンビームによって調製される試料６の領域に入射する第１照明源６０ａと、光を第２試料表面９ｂに向かって導くと共に光の少なくとも一部分が１つ又は複数のイオンビームによって調製されている試料６の領域に入射する第２照明源６０ｂと、を有する。
【００３７】
図７Ａの装置においては、回転ステージ４０及び調節自在の位置決めステージは、第１照明源６０ａからの光の少なくとも一部分が試料ホルダボアを通過すると共に試料が１つ又は複数のイオンビームによって調製されている領域内において第１試料表面９ａに入射できるように、構成されている。好適な実施形態においては、第１及び第２照明源６０ａ及び６０ｂは、それぞれ、実質的にモノクロ光、広い色スペクトルを有する光、又はモノクロと広いスペクトルの両方の任意の組合せを放出する発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を有する。好適な実施形態においては、試料観察手段７１は、調製されている試料の領域を観察するべく、適切な焦点距離及び倍率を有する光学顕微鏡である。
【００３８】
図７Ａを参照すれば、シャッタ手段７２がシャッタ閉鎖位置にある際に、真空ウィンドウ７０は、試料が１つ又は複数のイオンビームによって調製されている際に装置内において生成されうるスパッタリングされた物質によって汚れるか又は曇ることから保護されていることが理解できよう。図７Ｂに示されているように、試料観察手段７１を使用して試料の進捗を観察することを操作者が所望している際には、シャッタ手段７２をシャッタ開放位置に操作してもよい。試料の観察の後に、シャッタ手段７２は、図７Ａのシャッタ閉鎖位置に戻してもよく、これにより、真空ウィンドウ７０上において堆積しうるスパッタリングされた物質の量が極小化される。
【００３９】
図１〜図７Ｂに示されている装置の使用法は、真空チャンバの外部において、試料を試料ホルダに取り付けてもよく、チャンバカバーが取り外された状態において、試料と試料ホルダの組合せを調節自在の位置決めステージの試料ホルダ保持手段内においてセットしてもよく、且つ、操作者が、第１及び第２位置調節手段を調節して試料を所定の位置に運動させてもよく、次いで、必要に応じて、位置決めステージカバーを調節自在の位置決めステージ上において配置してもよく、次いで、チャンバカバーを再設置してもよく、次いで、真空ポンプ手段を動作させてポンピングマニホルドを通じて真空チャンバを排気し、これにより、イオンビームミリングに適した真空レベルを得てもよく、次いで、イオンビーム照射手段を動作させて試料を調製してもよいというステップとの関連において進捗してもよい。装置の操作者は、試料の調製された部分の進捗及び場所について定期的にチェックしてもよい。装置が真空ウィンドウ、シャッタ、照明、及び試料観察手段を装備している場合には、シャッタを開放してもよく、且つ、操作者は、チャンバカバーの取外しを要することなしに、試料を直接的に観察してもよい。装置が真空ウィンドウなどを装備していない場合には、チャンバを開放して試料調製の進捗を検査することができる。試料の望ましい領域が調製されていないと操作者が判断した場合には、操作者は、第１又は第２位置調節手段を調節して望ましい試料領域を露出させると共に調製する必要があると判定することになる。必要に応じて、イオンビーム照射手段をターンオフしてもよく、真空チャンバを周辺雰囲気圧力に戻してもよく、チャンバカバーを取り外してもよく、必要に応じて、位置決めステージカバーを取り外してもよく、且つ、次いで、操作者は、第１及び第２位置調節手段を調節して試料の位置を調節してもよい。次いで、試料を真空チャンバに戻してもよく、且つ、必要に応じて、試料が望ましい状態で調製される時点まで、プロセスを反復してもよい。次いで、試料の対象領域の観察のために、顕微鏡に試料ホルダを装着してもよい。
【００４０】
次に、図８Ａには、本開示の別の実施形態によるイオンビーム試料調製装置２の概略断面図が示されており、これは、回転ステージリフト手段８０を特徴としている。図８Ａの装置においては、回転ステージリフト手段は、上昇位置８６において示されている。上昇位置８６にある間に、試料ホルダ５０を設置してもよく、或いは、調節自在の位置決めステージ４５から取り外してもよい。又、上昇位置８６にある際には、調節自在の位置決めステージ４５の第１位置調節手段及び第２位置調節手段を調節してもよく、これにより、試料６内の対象領域の調製が促進される。図８Ａの装置は、試料が調製される真空チャンバ１０と、光学的に透明な真空ウィンドウ７０を有する着脱自在且つ交換可能なチャンバカバー１８と、中心イオンビーム軸２２を有するイオンビームを生成すると共に試料６に向かって導くイオンビーム照射手段２０と、少なくとも２つの異なるイオンビーム強度を提供するように機能するイオンビーム強度制御手段２４と、イオンビーム照射手段２０の少なくとも２つの異なる傾斜角度を提供するように機能するイオンビーム傾斜制御手段２６と、イオンビームミリングに適した真空レベルに真空チャンバ１０を設定するように協働する第１ポンピングマニホルド９２ａ及びポンピング手段９０と、試料ホルダ５０が保持されうる調節自在の位置決めステージ４５に対して結合された回転ステージ４０と、回転ステージ４０に対して動作可能に結合された回転ステージリフト手段８０であって、真空封止形状が真空チャンバ１０と回転ステージ４０の間において係合して真空チャンバ１０内において真空状態を維持する上昇位置８６を有することを更に特徴とする回転ステージリフト手段８０と、シャッタ開放位置及びシャッタ閉鎖位置を有するシャッタ手段７２であって、シャッタ開放位置は、試料がイオンビームによって調製される際に、真空チャンバ１０の外部から、真空ウィンドウ７０を通じて、且つ、試料６上への試料６の直接的な視準線観察を許容することを更に特徴とするシャッタ手段７２と、シャッタ開放位置とシャッタ閉鎖位置の両方を提供するためにシャッタ手段７２に対して動作可能に結合されたシャッタ作動手段７３と、その少なくとも一部分が試料に入射する光を試料６に向かって導く第１照明源６０ａと、を有するものとして示されている。
【００４１】
図８Ｂは、真空チャンバ１０上において設置され、且つ、これにより、装填チャンバ１６を生成するチャンバカバー１８を有する図８Ａの装置を示しており、装填チャンバ１６は、外部雰囲気と真空チャンバ１０の残りの部分の両方から隔離されている。好適な一実施形態においては、チャンバカバー１８が外部雰囲気から装填チャンバを封止するための所定の位置にある際には、装填チャンバ１６の容積は、真空チャンバ１０の容積よりも格段に小さい。装置が図８Ｂと同様に構成されている際には、第２ポンピングマニホルド９２ｂ及びポンピング手段９０を使用することにより、試料６を処理位置に降下させるための準備作業として装填チャンバ１６を排気してもよい。
【００４２】
図８Ｃは、図８Ａ及び図８Ｂと同一の装置を示しているが、回転ステージリフト手段８０が、回転ステージを処理位置８８に運動させるべく動作済みである。処理位置８８にある際には、回転ドライブ４２は、回転ステージ４０と係合しており、且つ、回転軸４４を中心として回転するように動作可能である。処理位置８８においては、試料６は、試料６の１つ又は複数の表面がイオンビームによって処理されうる位置に配設される。図８Ｃは、シャッタ閉鎖位置にあるシャッタ手段７２を更に示しており、この場合には、真空ウィンドウ７０は、真空チャンバ１０の残りの部分から隔離されてもよく、これにより、真空ウィンドウ７０上に堆積しうるスパッタリングされた物質の量が極小化される。
【００４３】
図８Ｄは、図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃと同一の装置を示しているが、シャッタ作動手段７３が、真空ウィンドウ７０を通じた、且つ、イオンビーム内において調製されている試料上への、直接的な視準線観察を許容するシャッタ開放位置にシャッタ手段７２を運動させるべく動作済みである。シャッタ手段７２により、シャッタ開放位置においては、必要に応じて、処理が適用されている間に、試料を真空ウィンドウ７０を通じて観察してもよい。限定を伴うことなしに、光学顕微鏡、スチールカメラ、デジタル画像キャプチャ、ビデオ、並びに、即座の又は時間遅延した分析用の画像をキャプチャするその他の手段を含む様々な手段を使用して試料を観察してもよい。
【００４４】
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、及び図８Ｄの装置は、特定の望ましい効率を許容することを理解することができよう。試料の位置決め調節を実施する必要がある際に、真空チャンバの全体を換気する代わりに、回転ステージリフト手段８０を動作させて試料を装填チャンバ１６内に上昇させてもよい。好適な実施形態においては、装填チャンバの容積は、真空チャンバの容積よりも格段に小さい。回転ステージが上昇位置にある際には、真空チャンバの残りの部分内において真空状態が維持される。装填チャンバの小さな容積の換気及び排気に所要する時間は、チャンバ全体の換気及び排気よりも格段に少ない。装填チャンバが、イオンビームミリングに適した圧力に排気された際に、回転ステージリフト手段を動作させて試料を処理位置に運動させてもよく、且つ、再度、試料をイオンビーム内において調製してもよい。
【００４５】
次に図９を参照すれば、図８Ａ〜図８Ｄの装置の一実施形態が示されており、これは、試料６と回転軸４４の交差によって表された領域に向かって方向付けされた光軸７６を有する試料撮像手段７４と、その少なくとも一部分が試料に入射する光を試料６に向かって導く第２照明源６０ｂと、第１通信チャネル１０２ａを通じて試料撮像手段７４と通信すると共にその動作を調整し、第２通信チャネル１０２ｂを通じてシャッタ作動手段７３と通信すると共にその動作を調整し、第３通信チャネル１０２ｃを通じてイオンビーム強度制御手段２４と通信すると共にその動作を調整し、第４通信チャネル１０２ｄを通じてイオンビーム傾斜制御手段２６と通信すると共にその動作を調整し、且つ、第５通信チャネル１０２ｅを通じて回転ドライブ４２と通信すると共にその動作を調整するインスツルメントコントローラ１００と、を更に有する。
【００４６】
図９に示されているイオンビーム試料調製装置２は、調製された試料の品質とその調製効率の両方において多数の改善を可能にする。試料撮像手段７４は、撮像作業に適したものとなるように、異なる特徴を有する異なる形態を有してもよい。好適な実施形態において、試料撮像手段７４は、画像を取得すると共に画像データをインスツルメントコントローラ１００に伝達するように動作可能である。又、試料撮像手段７４は、取得された画像を処理し、取得された画像から特徴を抽出し、且つ、それらの抽出された特徴をインスツルメントコントローラ１００に伝達してもよい。次いで、インスツルメントコントローラ１００は、インスツルメントコントローラ１００が通信中であってもよいサブシステムを制御する際に、画像データ、処理された画像データ、及び画像データから抽出された特徴を使用してもよい。又、インスツルメントコントローラ１００は、画像データ、処理された画像データ、及び抽出された画像の特徴を後からの使用のために保存してもよい。
【００４７】
好適な実施形態においては、試料撮像手段７４は、デジタル画像センサと、前記デジタル画像センサに結合されると共にイオンビーム内において調製されている試料の少なくとも一部分上において合焦されたレンズ系と、レンズ系上において動作するように特性が光学的であるか又は取得されたデジタル画像上において動作するように特性がデジタル的であってもよいズーム能力と、を有する。好適な実施形態においては、第１通信チャネル１０２ａは、インスツルメントコントローラ１００と試料撮像手段７４の間においてデータを双方向に搬送する。インスツルメントコントローラ１００は、これにより、試料撮像手段７４を通じた画像の取得のトリガと画像取得動作から導出されたデータの受取りの両方を実行してもよい。特定の好適な実施形態においては、試料撮像手段７４は、第１照明源６０ａ及び第２照明源６０ｂを制御してもよく、且つ、これにより、取得された試料画像の品質に対する相対的に高度な制御機能を有してもよい。試料撮像手段７４は、操作者ディスプレイを更に有してもよく、操作者ディスプレイは、試料がイオンビーム内において調製されている際に、試料からの画像又は画像のシーケンスを装置の操作者に対して示してもよい。試料撮像手段７４は、予め取得された保存されている画像を更に表示してもよい。
【００４８】
その他の好適な実施形態においては、試料撮像手段７４によって取得された画像を処理することにより、イオンビーム内において試料を調製するプロセスに関係する目的の特徴を抽出してもよい。好適な一実施形態においては、第１照明源６０ａは、試料撮像手段７４が画像を取得する際に試料６の照明を提供してもよい。試料は、イオンビームによって処理されるのに伴って徐々に薄くなる。最終的には、試料に穿孔が形成され始めることになる。試料が背面照明されている際には、このような穿孔は、明るいスポットとして現れることになり、試料の穿孔されてはいない領域は、画像上において格段に暗いものとして現れることになる。別の好適な実施形態においては、第１及び第２照明源６０ａ及び６０ｂが、それぞれ、試料を照明してもよい。試料が薄くなるのに伴って、但し、試料の穿孔の前に、試料の最も薄いエリアの周りに位置した干渉リングが画像上において可視状態となろう。更には、イオンビームによって試料が穿孔される前に、干渉リングの色の変化が観察されることになろう。キャプチャされた画像又は画像のシーケンスから、これらの画像の特徴及びその他のものを抽出してもよく、且つ、インスツルメントコントローラ１００は、装置の動作の際に、これらを使用してもよい。
【００４９】
インスツルメントコントローラ１００は、第２通信チャネル１０２ｂを通じてシャッタ作動手段７３を制御し、且つ、これにより、シャッタ手段７２の少なくとも２つの位置を提供するように、機能する。更には、第２通信チャネル１０２ｂは、シャッタ手段７２がどのような位置にあるのかを通知しうるデータをインスツルメントコントローラ１００に送信するように、機能してもよい。インスツルメントコントローラ１００は、これにより、シャッタ作動手段７３及びシャッタ手段７２の動作の制御及び観察の両方を実行してもよい。
【００５０】
インスツルメントコントローラ１００は、第３通信チャネル１０２ｃを通じてイオンビーム強度制御手段２４を制御し、これにより、イオンビームの少なくとも２つの異なる強度を提供するように、機能する。第３通信チャネル１０２ｃは、双方向データをインスツルメントコントローラ１００とイオンビーム強度制御手段２４の間において搬送してもよく、且つ、これにより、イオンビーム強度制御手段２４の動作の制御及び観察の両方を実行してもよい。
【００５１】
インスツルメントコントローラ１００は、第４通信チャネル１０２ｄを通じてイオンビーム傾斜制御手段２６を制御し、これにより、イオンビームの少なくとも２つの異なる傾斜角度を提供するように、機能する。第４通信チャネル１０２ｄは、双方向データをインスツルメントコントローラ１００とイオンビーム傾斜制御手段２６の間において搬送してもよく、且つ、これにより、イオンビーム傾斜制御手段２６の動作の制御及び観察の両方を実行してもよい。
【００５２】
インスツルメントコントローラ１００は、第５通信チャネル１０２ｅを通じて回転ドライブ４２を制御するように、機能する。インスツルメントコントローラ１００は、これにより、回転ステージ４０の位置、速度、及び加速度を制御してもよい。第５通信チャネル１０２ｅは、インスツルメントコントローラ１００が回転ステージ４０の動作の制御及び観察の両方を実行してもよいように、双方向データをインスツルメントコントローラ１００と回転ドライブ４２の間において搬送してもよい。
【００５３】
図１０は、本開示の好適な一実施形態による図９の装置の動作のフローチャートを示している。図１０のプロセスステップについては、装置のサブシステムの観測器及びコントローラの両方として機能するインスツルメントコントローラ１００との関連において理解することができる。「取得準備」のプロセスステップ２００によって開始することにより、インスツルメントコントローラ１００は、調製されている試料の画像をキャプチャするべく装置の準備を開始する。好適な実施形態においては、「取得トリガ？」２００は、既定の時点において又は既定の回転角度において発生してもよい。次いで、プロセスは、「シャッタ開放」のプロセスステップ２０２に移動し、このステップにおいて、シャッタ手段７２をシャッタ開放位置に移動させてもよい。「画像取得」のプロセスステップ２０４に移動することにより、試料撮像手段７４に画像を取得させてもよく、この後に、「シャッタ閉鎖」のプロセスステップ２０６により、シャッタ手段７２をシャッタ閉鎖位置に移動させてもよい。次いで、「画像特徴抽出」のプロセスステップ２０８により、新たに取得された画像から目的の特徴を抽出してもよい。抽出された特徴の１つ又は複数が、試料が完成したことを示している場合には、「停止条件検出？」のプロセスステップ２１０により、停止条件を識別し、且つ、プロセスを停止する。停止条件が検出されない場合には、プロセスは、「調節を必要とする状態の検出？」のプロセスステップ２１２に移動し、なんらかの調節を装置に対して実施しなければならないかどうかを決定する。調節が不要である場合には、プロセスは、「取得トリガ？」のプロセスステップ２００に遷移して戻り、且つ、反復する。調節が必要である場合には、「ビーム強度調節」２１４、「回転ドライブ調節」２１６、及び「ビーム角度調節」２１８という３つのプロセスステップのうちの１つ又は任意の組合せをトリガしてもよい。調節が実施された後に、プロセスは、「取得トリガ？」のプロセスステップ２００に遷移して戻り、且つ、反復する。「ビーム強度調節」のプロセスステップ２１４においては、イオンビーム強度制御手段２４にイオンビームの強度を増減させてもよい。「回転ドライブ調節」のプロセスステップ２１６においては、回転ドライブ４２に回転ステージ４０の回転位置、回転速度、又は加速度を増減させてもよい。「ビーム角度調節」のプロセスステップ２１８においては、イオンビーム傾斜制御手段２６に中心イオンビーム軸２２が試料６に入射する角度を調節させてもよい。
【００５４】
次いで、「画像取得」のプロセスステップ２０４については、図１１のフローチャートを参照することにより、更に十分に理解することができよう。図１１のフローチャートは、いくつかのサブステップを有益な方式で実行することにより、「画像取得」のプロセスステップ２０４を完了させてもよいことを示している。「取得パラメータ判定」のプロセスステップ３００において、試料撮像手段７４により、画像の取得を制御するパラメータを取得又は導出している。次いで、「照明調節」のプロセスステップ３０２により、取得又は判定されたパラメータを使用することにより、第１照明源６０ａ、又は第２照明源６０ｂ、或いは、これらの両方の照明源によって提供される照明を調節している。次いで、「焦点調節」のプロセスステップ３０４により、取得又は判定されたパラメータを使用することにより、試料撮像手段７４の焦点特性を調節している。「ズーム調節」のプロセスステップ３０６により、取得又は判定されたパラメータを使用することにより、試料撮像手段７４のズーム特性を調節している。「露出調節」のプロセスステップ３０８により、取得又は判定されたパラメータを使用することにより、試料撮像手段７４の露出特性を調節している。「回転ドライブ調節」のプロセスステップ３１０により、取得又は判定されたパラメータに従って回転ステージの位置、速度、及び加速度を調節してもよい。好適な実施形態においては、装置は、画像のキャプチャの前に、回転ステージを減速させるか又は停止させてもよい。次いで、装置は、「取得トリガ？」のプロセスステップにおいて、正確に既定された時点又は正確に判定された回転角度の発生を待つ。「取得トリガ？」が発生した際に、プロセスは、画像キャプチャのプロセスステップ３１４に遷移することになり、ここで、画像がキャプチャされることになる。画像は、不揮発性のストレージに保存されてもよく、或いは、その他の使用目的のために、別の場所に通信チャネルを介して送信されてもよい。キャプチャが完了した後に、プロセスは、「照明調節」のプロセスステップ３１６に進み、これにより、第１及び第２照明源を調節してもよく、これには、ターンオフが含まれてもよい。この後に、図１１のフローチャートによって実施されるプロセスが完了する。
【００５５】
図９の装置は、多くの有益な能力及び特徴を可能にする。好適な１つの利益は、画像のシーケンスをキャプチャしてもよいという点にある。１つ又は複数のイオンビームが試料に対して導かれた際に、撮像手段７４は、試料の様々な深さの領域に対応する試料の連続的な画像をキャプチャしてもよく、その理由は、イオンビームが連続的な画像の間において試料から物質を除去しているからである。この場合には、図９の実施形態によって取得される画像のシーケンスから、試料の３Ｄ復元を実施してもよい。
【００５６】
取得された画像に対して更なる画像処理を使用してもよい。好適な一実施形態においては、すべての画像が同一の角度においてキャプチャされたかのように見えるように、異なる回転角度においてキャプチャされた画像のそれぞれをインスツルメントコントローラ１００によってプログラム的に回転させてもよい。このような方式で処理された画像のシーケンスは、試料が処理され、且つ、画像が取得されている際に、まったく回転していないように見えることになろう。操作者によって観察された際に、上述の方法で処理された画像は、装置の有用性を大幅に改善する。
【００５７】
次に図１２を参照すれば、本開示による別の実施形態の有益な態様のフローチャートが示されている。図１２のプロセスは、図９のイオンビーム試料調製装置２の操作者によって実行されてもよく、この場合には、インスツルメントコントローラ１００は、画像を操作者に対して提示する表示システムと、操作者によって生成された注釈を受け付けるように機能可能な入力システムと、画像と共に注釈データを保存するように動作可能なストレージシステムと、を更に有する。試料が調製された際には、調製された試料内における対象領域の場所又はさまざまな目的の特徴の場所を記録する方法を有することが多くの場合に非常に有用である。イオンビーム装置の操作者は、図１２のプロセスを実行することにより、これを効率的に実施することができる。まず、「画像注釈付加」のプロセスステップ４００を開始している。操作者の選択内容に基づいて、又は自動的に試料の処理の末尾において、「画像提示」のプロセスステップ４０２により、試料撮像手段７４によって取得された画像をインスツルメントコントローラ１００の表示システムによって操作者に対して提示してもよい。「画像注釈受付」のプロセスステップ４０４において、操作者は、インスツルメントコントローラ手段１００の入力システムを使用することにより、１つ又は複数の注釈データを入力してもよい。好適な実施形態においては、注釈データは、対象の１つ又は複数の点のｘ及びｙ座標、増加数列又は文字などの受け付けられたそれぞれの注釈ごとの一意の標識、１つ又は複数の目的の特徴の重心の場所、１つ又は複数の目的の特徴を含む画像の二次元サブ領域の場所及び範囲、及び現在の注釈に存在している特徴のタイプの分類又はその他の表現のうちの１つ又は任意の組合せを規定してもよい。注釈は、人間が判読可能なテキスト、グラフィックス、及び画像の形態であってもよく、或いは、その他の機器との間の交換を促進するように適合された機械可読フォーマットを有してもよい。「注釈停止？」のプロセスステップ４０６により、複数の注釈がそれぞれの画像ごとに生成されることを許容している。更なる注釈を生成する必要がない際には、「画像と共に注釈保存」のプロセスステップ４０８により、注釈が画像と関連付けられるように、すべての注釈をインスツルメントコントローラ１００のストレージシステム内に保存する。「注釈完了」のプロセスステップ４１０により、このプロセスを終了させている。
【００５８】
イオンビーム内において調製され、撮像され、且つ、図１２のプロセスに従って注釈が付与された試料は、その後に、観察のために、顕微鏡に転送されてもよい。顕微鏡の操作者は、顕微鏡機器内において試料を配置し、拡大し、合焦し、且つ、観察する際に、注釈が付与された画像の使用から、大きな利益を享受することになろう。
【００５９】
その好適な特定のバージョンを参照し、本発明についてかなり詳細に説明したが、その他のバージョンも可能である。さまざまな実施形態において示されている特徴を単一の実施形態に組み合わせることが望ましいであろう。異なる数及び構成の特徴を使用することにより、本開示の精神及び範囲に完全に含まれるイオンビーム試料調製装置の実施形態を構築してもよい。この場合に、添付の請求項の精神及び範囲は、本明細書に包含されている好適なバージョンの説明に限定されるものではない。
【００６０】
規定された機能を実行する「ための手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」又は特定の機能を実行する「ためのステップ（ｓｔｅｐ  ｆｏｒ）」を明示的に記述していない請求項中の任意の要素は、米国特許法第１１２条第６段落に規定されている「手段（ｍｅａｎｓ）」又は「ステップ（ｓｔｅｐ）」として解釈してはならない。具体的には、本明細書の請求項における「（ステップ）ｓｔｅｐ  ｏｆ」の使用は、米国特許法第１１２条第６段落の条項の発動を意図したものではない。
【符号の説明】
【００６１】
２  イオンビーム試料調製装置
６  試料
８  試料周辺エッジ
９  試料表面
９ａ、９ｂ  第１、第２試料表面
１０  真空チャンバ
１６  装填チャンバ
１８  チャンバカバー
２０  イオンビーム照射手段
２０ａ、２０ｂ  第１、第２イオンビーム照射手段
２２  中心イオンビーム軸
２２ａ、２２ｂ  第１、第２中心イオンビーム軸
２４  イオンビーム強度制御手段
２４ａ、２４ｂ  第１、第２イオンビーム強度制御手段
２６  イオンビーム傾斜制御手段
２６ａ、２６ｂ  第１、第２イオンビーム傾斜制御手段
４０  回転ステージ
４２  回転ドライブ
４４  回転軸
４５  調節自在の位置決めステージ
４６ａ、４６ｂ  第１、第２調節軸
４７  位置決めステージカバー
４８ａ、４８ｂ  第１、第２位置調節手段
４９  試料ホルダ保持手段
５０  試料ホルダ
５１  試料ホルダ保持部分
５２  試料支持アーム
５２ａ、５２ｂ  第１、第２試料支持アーム
５４  試料ホルダボア
６０  照明源
６０ａ、６０ｂ  第１、第２照明源
７０  試料観察ウィンドウ
７１  試料観察手段
７２  シャッタ手段
７３  シャッタ作動手段
７４  試料撮像手段
７６  光軸
８０  回転ステージリフト手段
８６  上昇位置
８８  処理位置
９０  真空ポンプ手段
９２  ポンピングマニホルド
９２ａ、９２ｂ  第１、第２ポンピングマニホルド
１００  インスツルメントコントローラ
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ  第１、第２、第３、第４、第５通信チャネル
２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８  プロセスステップ
３００、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６  プロセスステップ
４００、４０２、４０４、４０６、４０８、４１０  プロセスステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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