(57)【要約】連続真空条件下での以下の試料処理活動、即ち、試料のプラズマクリーニング、試料のイオンビームエッチングまたは反応性イオンビームエッチング、試料のプラズマエッチング及び試料の導電性材料によるコーティングのうちの２つまたはそれ以上のステップを行う装置を含む、顕微鏡用試料調製装置。また、処理チェンバ内の試料の表面位置を検知する装置及び方法。検知位置は後続処理のために適当な位置に試料を自動的に移動させるために使用される。
2006509999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡用試料調製装置であって、
試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器と、
試料に導電性材料をコーティングするための手段とより成り、
試料のプラズマクリーニング及び試料のコーティングは連続真空条件下で行われる試料調製装置。
【請求項２】
連続真空条件下で試料から材料を除去する手段をさらに含む請求項１の装置。
【請求項３】
前記除去手段はイオンビームを用いて試料をエッチングする手段より成る請求項２の装置。
【請求項４】
前記エッチング装置はイオンビームを試料に指向させるイオン源を有する請求項３の装置。
【請求項５】
前記エッチング装置はさらにイオン源に隣接して配置されたプロセスガス源を有する請求項４の装置。
【請求項６】
前記コーティング手段はマグネトロンスパッタリング装置より成る請求項１の装置。
【請求項７】
前記コーティング手段はイオンビームをターゲットに指向させるイオン源を有し、ターゲットは導電材料で形成されている請求項１の装置。
【請求項８】
第１のチェンバ及び第２のチェンバをさらに備え、第１のチェンバは真空弁を介して第２のチェンバに接続されており、第１のチェンバの内部は真空弁を開くと連続真空条件下の第２のチェンバの内部に露出される請求項１の装置。
【請求項９】
前記プラズマ発生器は第１のチェンバにより支持されており、試料のプラズマクリーニングは第１のチェンバの内部で行われ、前記コーティング手段は第２のチェンバにより支持されており、試料のコーティングは第２のチェンバの内部で行われる請求項８の装置。
【請求項１０】
試料を支持し、連続真空条件下で試料を第１のチェンバと第２のチェンバとの間で移送する移送棒をさらに有する請求項８の装置。
【請求項１１】
第１のチェンバ及び第２のチェンバをさらに備え、第１のチェンバは真空弁を介して第２のチェンバに接続されており、第１のチェンバの内部は真空弁を開くと連続真空条件下の第２のチェンバの内部に露出される請求項２の装置。
【請求項１２】
前記プラズマ発生器は第１のチェンバにより支持されており、試料のプラズマクリーニングは第１のチェンバの内部で行われ、前記コーティング手段及び前記除去手段は第２のチェンバにより支持されており、試料のコーティング及び試料からの材料の除去は第２のチェンバの内部で行われる請求項１１の装置。
【請求項１３】
試料を支持し、連続真空条件下で試料を第１のチェンバと第２のチェンバとの間で移送する移送棒をさらに有する請求項１１の装置。
【請求項１４】
さらに真空チェンバを有し、該真空チェンバはプラズマ発生器及び前記コーティング手段を支持し、試料のプラズマクリーニング及び試料のコーティングは真空チェンバの内部で行われる請求項１の装置。
【請求項１５】
さらに真空チェンバを有し、該真空チェンバはプラズマ発生器、前記コーティング手段及び前記材料除去手段を支持し、試料のプラズマクリーニング、試料のコーティング及び試料からの材料の除去は真空チェンバの内部で行われる請求項２の装置。
【請求項１６】
前記プラズマ発生器は、プラズマ管、プラズマ管の周りに巻回されたコイル及びコイルに接続されたＲＦ電源より成る請求項１の装置。
【請求項１７】
プラズマ管に接続された酸素含有プロセスガス源をさらに備え、プラズマクリーニングはプロセスガスを用いて行われる請求項１６の装置。
【請求項１８】
前記プロセスガスはさらにアルゴンを含む請求項１７の装置。
【請求項１９】
前記プロセスガスはアルゴン７５％、酸素２５％の混合物より成る請求項１８の装置。
【請求項２０】
前記プロセスガスは非反応性ガスを含む請求項１７の装置。
【請求項２１】
第１のチェンバに接続されて第１のチェンバを第１の選択された所定真空レベルにまで排気する第１の真空ポンプと、第２のチェンバに接続されて第２のチェンバを第２の選択された所定真空レベルにまで排気する第２の真空ポンプとをさらに備えた請求項８の装置。
【請求項２２】
前記第１及び第２の真空ポンプは無潤滑式真空ポンプより成る請求項２１の装置。
【請求項２３】
前記無潤滑式真空ポンプは、無潤滑式ダイアフラムポンプ、分子吸収ポンプ、ターボ分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援される分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援されるターボ分子吸収ポンプ、クライソープションポンプ、往復ピストンポンプ、スクロールポンプ、ねじポンプ、クローポンプ、非オイルシール型単段／多段ピストンポンプ及びロータリーローブ（ルーツ）ポンプよりなる群から選択される請求項２２の装置。
【請求項２４】
さらに真空状態を制御する無潤滑式真空ポンプを備えた請求項１の装置。
【請求項２５】
前記無潤滑式真空ポンプは、無潤滑式ダイアフラムポンプ、分子吸収ポンプ、ターボ分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援される分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援されるターボ分子吸収ポンプ、クライソープションポンプ、往復ピストンポンプ、スクロールポンプ、ねじポンプ、クローポンプ、非オイルシール型単段／多段ピストンポンプ及びロータリーローブ（ルーツ）ポンプよりなる群から選択される請求項２５の装置。
【請求項２６】
試料を保持する試料段をさらに備え、該試料段は前記除去手段に関して試料を傾斜するように構成されており、試料は試料段により保持されると試料表面により画定される平面にほぼ垂直な回転軸を中心として回転可能である請求項２の装置。
【請求項２７】
試料段を冷却する手段をさらに備えた請求項２６の装置。
【請求項２８】
前記試料段は前記回転軸に沿って選択的に移動可能である請求項２６の装置。
【請求項２９】
試料を保持する試料段をさらに備え、該試料段は前記除去手段に関して試料を傾斜するように構成されており、試料は試料段により保持されると試料表面により画定される平面にほぼ垂直な回転軸を中心として回転可能である請求項８の装置。
【請求項３０】
前記第２のチェンバはさらに低温トラップを有する請求項８の装置。
【請求項３１】
前記第２のチェンバはさらに、試料上に付着した導電性材料の量を測定する水晶発振器を有する請求項８の装置。
【請求項３２】
顕微鏡用試料調製装置であって、
試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器と、
試料から材料を除去するための手段とより成り、
試料のプラズマクリーニング及び試料からの材料の除去は連続真空条件下で行われる試料調製装置。
【請求項３３】
前記除去手段はイオンビームを用いて試料をエッチングする手段より成る請求項３２の装置。
【請求項３４】
前記エッチング装置はイオンビームを試料に指向させるイオン源を有する請求項３３の装置。
【請求項３５】
前記エッチング装置はさらにイオン源に隣接して配置されたプロセスガス源を有する請求項３４の装置。
【請求項３６】
第１のチェンバ及び第２のチェンバをさらに備え、第１のチェンバは真空弁を介して第２のチェンバに接続されており、第１のチェンバの内部は真空弁を開くと連続真空条件下の第２のチェンバの内部に露出される請求項３２の装置。
【請求項３７】
前記プラズマ発生器は第１のチェンバにより支持されており、試料のプラズマクリーニングは第１のチェンバの内部で行われ、前記材料除去手段は第２のチェンバにより支持されており、試料からの材料の除去は第２のチェンバの内部で行われる請求項３６の装置。
【請求項３８】
試料を支持し、連続真空条件下で試料を第１のチェンバと第２のチェンバとの間で移送する移送棒をさらに有する請求項３６の装置。
【請求項３９】
さらに真空チェンバを有し、該真空チェンバはプラズマ発生器及び前記材料除去手段を支持し、試料のプラズマクリーニング及び試料からの材料の除去は真空チェンバの内部で行われる請求項３２の装置。
【請求項４０】
前記プラズマ発生器は、プラズマ管、プラズマ管の周りに巻回されたコイル及びコイルに接続されたＲＦ電源より成る請求項３２の装置。
【請求項４１】
プラズマ管に接続された酸素含有プロセスガス源をさらに備え、プラズマクリーニングはプロセスガスを用いて行われる請求項４０の装置。
【請求項４２】
前記プロセスガスはさらにアルゴンを含む請求項４１の装置。
【請求項４３】
前記プロセスガスはアルゴン７５％、酸素２５％の混合物より成る請求項４２の装置。
【請求項４４】
前記プロセスガスは非反応性ガスを含む請求項４１の装置。
【請求項４５】
第１のチェンバに接続されて第１のチェンバを第１の選択された所定真空レベルにまで排気する第１の真空ポンプと、第２のチェンバに接続されて第２のチェンバを第２の選択された所定真空レベルにまで排気する第２の真空ポンプとをさらに備えた請求項３６の装置。
【請求項４６】
前記第１及び第２の真空ポンプは無潤滑式真空ポンプより成る請求項４５の装置。
【請求項４７】
前記無潤滑式真空ポンプは、無潤滑式ダイアフラムポンプ、分子吸収ポンプ、ターボ分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援される分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援されるターボ分子吸収ポンプ、クライソープションポンプ、往復ピストンポンプ、スクロールポンプ、ねじポンプ、クローポンプ、非オイルシール型単段／多段ピストンポンプ及びロータリーローブ（ルーツ）ポンプよりなる群から選択される請求項４６の装置。
【請求項４８】
さらに真空状態を制御する無潤滑式真空ポンプを備えた請求項３２の装置。
【請求項４９】
前記無潤滑式真空ポンプは、無潤滑式ダイアフラムポンプ、分子吸収ポンプ、ターボ分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援される分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援されるターボ分子吸収ポンプ、クライソープションポンプ、往復ピストンポンプ、スクロールポンプ、ねじポンプ、クローポンプ、非オイルシール型単段／多段ピストンポンプ及びロータリーローブ（ルーツ）ポンプよりなる群から選択される請求項４８の装置。
【請求項５０】
試料を保持する試料段をさらに備え、該試料段は前記除去手段に関して試料を傾斜するように構成されており、試料は試料段により保持されると試料表面により画定される平面にほぼ垂直な回転軸を中心として回転可能である請求項３２の装置。
【請求項５１】
試料段を冷却する手段をさらに備えた請求項５０の装置。
【請求項５２】
前記試料段は前記回転軸に沿って選択的に移動可能である請求項５０の装置。
【請求項５３】
試料を保持する試料段をさらに備え、該試料段は前記除去手段に関して試料を傾斜するように構成されており、試料は試料段により保持されると試料表面により画定される平面にほぼ垂直な回転軸を中心として回転可能である請求項３６の装置。
【請求項５４】
前記第２のチェンバはさらに低温トラップを有する請求項３６の装置。
【請求項５５】
顕微鏡用試料調製装置であって、
試料に導電性材料をコーティングするための手段と、
試料をプラズマエッチングするための手段とより成り、
試料のコーティング及び試料のプラズマエッチングは連続真空条件下で行われる試料調製装置。
【請求項５６】
さらに真空状態を制御する無潤滑式真空ポンプを備えた請求項５５の装置。
【請求項５７】
前記無潤滑式真空ポンプは、無潤滑式ダイアフラムポンプ、分子吸収ポンプ、ターボ分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援される分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援されるターボ分子吸収ポンプ、クライソープションポンプ、往復ピストンポンプ、スクロールポンプ、ねじポンプ、クローポンプ、非オイルシール型単段／多段ピストンポンプ及びロータリーローブ（ルーツ）ポンプよりなる群から選択される請求項５６の装置。
【請求項５８】
前記プラズマエッチングはさらに容量性放電プラズマエッチングより成る請求項５５の装置。
【請求項５９】
さらに真空チェンバを備え、前記プラズマエッチング手段は真空チェンバにより支持された第１の電極と、真空チェンバにより支持された第２の電極とを有し、第１及び第２の電極は試料を受容するためにそれらの間にギャップを画定する請求項５８の装置。
【請求項６０】
前記第１及び第２の電極はそれぞれほぼ平坦な電極より成り、第１及び第２の電極は互いに実質的に平行である請求項５９の装置。
【請求項６１】
試料を保持する試料段をさらに備え、該試料段は真空チェンバにより支持され、試料段の少なくとも一部は第１の電極である請求項６０の装置。
【請求項６２】
前記試料段は第１の電極の平坦な正面にほぼ垂直な方向で移動可能である請求項６１６の装置。
【請求項６３】
前記第２の電極は第２の電極の平坦な表面にほぼ垂直な方向で移動可能である請求項６１の装置。
【請求項６４】
第１及び第２の電極に接続されて前記ギャップ内に電界を発生させる交流電圧源をさらに備え、前記電界は前記ギャップに導入されるガスからプラズマを発生させる請求項５９の装置。
【請求項６５】
前記プラズマエッチングはさらに誘導結合プラズマエッチングより成る請求項５５の装置。
【請求項６６】
前記コーティング手段はマグネトロンスパッタリングより成る請求項５５の装置。
【請求項６７】
前記コーティング手段はイオンビームをターゲットに指向させるイオン源より成り、ターゲットは導電材料により形成されている請求項５５の装置。
【請求項６８】
試料をイオンビームエッチングする手段をさらに備え、イオンビームエッチングは連続真空条件下で行われる請求項５５の装置。
【請求項６９】
イオンビームを試料に指向させるイオン源をさらに備え、イオンビームは試料をエッチングし、イオンビームによる試料のエッチングは連続真空条件下で行われる請求項５５の装置。
【請求項７０】
さらに真空チェンバを有し、該真空チェンバは前記コーティング手段及び前記プラズマエッチング手段を支持し、試料のコーティング及び試料のプラズマエッチングは真空チェンバの内部で行われる請求項５５の装置。
【請求項７１】
さらに真空チェンバを有し、該真空チェンバは前記コーティング手段、前記プラズマエッチング手段及び前記イオンビームエッチング手段を支持し、試料のコーティング、試料のプラズマエッチング及び試料のイオンビームエッチングは真空チェンバの内部で行われる請求項６８の装置。
【請求項７２】
さらに真空チェンバを有し、該真空チェンバは前記コーティング手段、前記プラズマエッチング手段及び前記イオン源を支持し、試料のコーティング、試料のプラズマエッチング及び試料のイオンビームエッチングは真空チェンバの内部で行われる請求項６９の装置。
【請求項７３】
前記イオン源は、連続真空条件下で試料をイオンビームエッチングするためにイオンビームを試料に選択的に指向させる請求項６７の装置。
【請求項７４】
試料を保持する試料段をさらに備え、前記試料段はイオンビームが試料に指向されて該試料と衝突するように試料がイオンビームの経路内にある第１の位置と、イオンビームがターゲットに指向されて該ターゲットと衝突するように試料が前記経路の外側にある第２の位置との間で移動可能である請求項７３の装置。
【請求項７５】
前記試料段は前記イオン源に関して傾斜するように構成されており、試料段は試料が該試料段により保持されると試料表面により画定される平面にほぼ垂直な回転軸を中心として回転可能である請求項７４の装置。
【請求項７６】
試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器をさらに備え、プラズマクリーニングは連続真空条件下で行われる請求項５５の装置。
【請求項７７】
前記プラズマ発生器は、プラズマ管、プラズマ管の周りに巻回されたコイル及びコイルに接続されたＲＦ電源より成る請求項７６の装置。
【請求項７８】
プラズマ管に接続された酸素含有プロセスガス源をさらに備え、プラズマクリーニングはプロセスガスを用いて行われる請求項７７の装置。
【請求項７９】
前記プロセスガスはさらにアルゴンを含む請求項７８の装置。
【請求項８０】
前記プロセスガスはアルゴン７５％、酸素２５％の混合物より成る請求項７９の装置。
【請求項８１】
前記プロセスガスは非反応性ガスを含む請求項７８の装置。
【請求項８２】
試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器をさらに備え、プラズマクリーニングは連続真空条件下で行われる請求項６８の装置。
【請求項８３】
前記プラズマ発生器は、プラズマ管、プラズマ管の周りに巻回されたコイル及びコイルに接続されたＲＦ電源より成る請求項８２の装置。
【請求項８４】
プラズマ管に接続された酸素含有プロセスガス源をさらに備え、プラズマクリーニングはプロセスガスを用いて行われる請求項８３の装置。
【請求項８５】
前記プロセスガスはさらにアルゴンを含む請求項８４の装置。
【請求項８６】
前記プロセスガスはアルゴン７５％、酸素２５％の混合物より成る請求項８５の装置。
【請求項８７】
前記プロセスガスは非反応性ガスを含む請求項８４の装置。
【請求項８８】
さらに真空チェンバを有し、該真空チェンバは前記コーティング手段、前記プラズマエッチング手段及び前記プラズマ発生器を支持し、試料のコーティング、試料のプラズマエッチング及び試料のプラズマクリーニングは真空チェンバの内部で行われる請求項７６の装置。
【請求項８９】
さらに真空チェンバを有し、該真空チェンバは前記コーティング手段、前記プラズマエッチング手段、前記プラズマ発生器及び前記イオンビームエッチング手段を支持し、試料のコーティング、試料のプラズマクリーニング、試料のプラズマクリーニング及び試料のイオンビームエッチングは真空チェンバの内部で行われる請求項８２の装置。
【請求項９０】
顕微鏡用試料調製装置であって、
第１の真空チェンバと、
第１の真空チェンバに接続された第２の真空チェンバと、
連続真空条件下を第１の真空チェンバ内部の第１の位置と、第２の真空チェンバ内部の第２の位置との間で移動可能な試料段と、
第１の真空チェンバにより支持されて、試料に導電性材料をコーティングする手段と、
少なくとも一部が第２の真空チェンバにより支持されて、試料をプラズマエッチングする手段とより成る試料調製装置。
【請求項９１】
第１の真空チェンバに接続された第１の無潤滑式真空ポンプと、第２の真空チェンバに接続された第２の無潤滑式真空ポンプとをさらに備えた請求項９０の装置。
【請求項９２】
前記第１及び第２の無潤滑式真空ポンプは、無潤滑式ダイアフラムポンプ、分子吸収ポンプ、ターボ分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援される分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援されるターボ分子吸収ポンプ、クライソープションポンプ、往復ピストンポンプ、スクロールポンプ、ねじポンプ、クローポンプ、非オイルシール型単段／多段ピストンポンプ及びロータリーローブ（ルーツ）ポンプよりなる群から選択される請求項９１の装置。
【請求項９３】
前記プラズマエッチングはさらに容量性放電プラズマエッチングより成る請求項９０の装置。
【請求項９４】
前記プラズマエッチング手段は第２のチェンバにより支持された第１の電極と、第２の電極とを有し、試料段の少なくとも一部は第２の電極であり、第１及び第２の電極は試料段が第２の位置にあるときそれらの間にギャップを画定する請求項９３の装置。
【請求項９５】
前記第１及び第２の電極はそれぞれほぼ平坦な電極より成り、第１及び第２の電極は互いに実質的に平行である請求項９４の装置。
【請求項９６】
第１及び第２の電極に接続されて前記ギャップ内に電界を発生させる交流電圧源をさらに備え、前記電界は前記ギャップに導入されるガスからプラズマを発生させる請求項９４の装置。
【請求項９７】
前記試料段は第１の位置と第２の位置との間を第１の縦方向に移動可能であり、第１の電極は第１の縦方向にほぼ垂直な第２の縦方向に移動可能である請求項９４の装置。
【請求項９８】
前記コーティング手段はマグネトロンスパッタリングより成る請求項９０の装置。
【請求項９９】
前記コーティング手段はイオンビームをターゲットに指向させるイオン源より成り、ターゲットは導電材料により形成されている請求項９０の装置。
【請求項１００】
前記イオン源は、連続真空条件下で試料をイオンビームエッチングするためにイオンビームを試料に選択的に指向させる請求項９９の装置。
【請求項１０１】
前記試料段はさらに第１の真空チェンバ内の第３の位置へ移動可能であり、試料はイオンビームが該試料に指向されてそれと衝突するように第３の位置でイオンビームの経路内にあり、試料はイオンビームがターゲットに指向されてそれと衝突するように第１の位置で前記経路の外側にある請求項１００の装置。
【請求項１０２】
連続真空条件下で試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器をえらに備えた請求項９０の装置。
【請求項１０３】
前記プラズマ発生器は第１の真空チェンバにより支持されている請求項１０２の装置。
【請求項１０４】
前記プラズマ発生器は第２の真空チェンバにより支持されている請求項１０２の装置。
【請求項１０５】
第１のチェンバと第２のチェンバとの間に位置する弁をさらに備え、前記弁は第１のチェンバを第２のチェンバから隔離する閉じた状態と、試料を第１と第２の位置との間で移動可能にする開いた状態とを有する請求項９０の装置。
【請求項１０６】
開いた状態にある前記弁は試料段が第２の位置にある時該試料段と係合し、前記弁と試料段との係合により第１の真空チェンバと第２の真空チェンバの間の質量移動を阻む実質的な密封状態が形成される請求項１０５の装置。
【請求項１０７】
第１のチェンバと第２のチェンバの間に位置するバッフルをさらに備え、該バッフルは試料段が第１の位置と第２の位置の間で移動できるようにする開いた状態を有する請求項９０の装置。
【請求項１０８】
顕微鏡用試料調製装置であって、
真空チェンバと、
真空チェンバに接続され、試料をエッチングするためにイオンビームを該試料に指向させるイオン源と、
真空チェンバに接続され、試料をプラズマエッチングするプラズマエッチング組立体と、
真空チェンバにより支持され、試料を導電性材料でコーティングする手段とより成り、
試料のエッチング、プラズマエッチング及びコーティングは真空チェンバ内に確立される連続真空条件下で行われる試料調製装置。
【請求項１０９】
連続真空条件下で試料をプラズマクリーニングするために真空チェンバに接続されたプラズマ発生器をさらに備えた請求項１０８の装置。  
【請求項１１０】
前記プラズマ発生器は、プラズマ管、プラズマ管の周りに巻回されたコイル及びコイルに接続されたＲＦ電源より成る請求項１０９の装置。
【請求項１１１】
プラズマ管に接続されたプロセスガス源をさらに備えた請求項１１０の装置。
【請求項１１２】
前記プロセスガスは酸素を含む請求項１１１の装置。
【請求項１１３】
前記プロセスガスはさらにアルゴンを含む請求項１１２の装置。
【請求項１１４】
前記プロセスガスはアルゴン７５％、酸素２５％の混合物より成る請求項１１３の装置。
【請求項１１５】
前記プロセスガスは非反応性ガスを含む請求項１１２の装置。
【請求項１１６】
真空チェンバ内に連続真空条件を確立する無潤滑式真空ポンプをさらに備えた請求項１０８の装置。
【請求項１１７】
前記無潤滑式真空ポンプは、無潤滑式ダイアフラムポンプ、分子吸収ポンプ、ターボ分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援される分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援されるターボ分子吸収ポンプ、クライソープションポンプ、往復ピストンポンプ、スクロールポンプ、ねじポンプ、クローポンプ、非オイルシール型単段／多段ピストンポンプ及びロータリーローブ（ルーツ）ポンプよりなる群から選択される請求項１１６の装置。
【請求項１１８】
真空チェンバに接続された装填ロックチェンバをさらに有する請求項１０８の装置。
【請求項１１９】
前記エッチングはイオンビームエッチングより成り、さらにイオン源に接続された不活性プロセスガス源を有する請求項１０８の装置。
【請求項１２０】
前記エッチングは反応性イオンエッチングより成り、さらにイオン源に接続された反応性プロセスガス源を有する請求項１０８の装置。
【請求項１２１】
前記プラズマエッチングは容量性エッチングにより発生されるプラズマを使用し、プラズマエッチング組立体はさらに電極と、前記電極に接続された交流電圧源とを有する請求項１０８の装置。
【請求項１２２】
試料を保持する試料段をさらに備え、試料段の少なくとも一部はプラズマの発生及びプラズマエッチングに使用される第２の電極を構成する請求項１２１の装置。
【請求項１２３】
前記試料段は前記電極と第２の電極の間にギャップが形成される位置へ移動可能であり、交流電圧源は前記ギャップ内に電界を発生させ、前記電界は前記ギャップに導入されるガスからプラズマを発生させる請求項１２２の装置。
【請求項１２４】
前記ギャップの１またはそれ以上のサイズ及び交流電圧源の出力はユーザーにより設定されるパラメータに基づき自動制御される請求項１２３の装置。
【請求項１２５】
前記プラズマエッチング組立体はさらに２またはそれ以上のガス入口を有し、プロセスガスはユーザーにより選択される２またはそれ以上のプロセスガスの混合物より成る請求項１２３の装置。
【請求項１２６】
前記プロセスガスはさらにＯ2、ＣＦ4及びＣＨＦ3の少なくとも１つより成る請求項１２５の装置。
【請求項１２７】
前記プラズマエッチング組立体はさらに２またはそれ以上のガス入口を有し、試料のプラズマエッチングはユーザーにより選択される２またはそれ以上のプロセスガスの混合物から発生されるプラズマを利用する請求項１０８の装置。
【請求項１２８】
前記プラズマエッチング組立体は、酸素含有プロセスガスからプラズマを発生させることにより試料をプラズマクリーニングするために使用可能である請求項１０８の装置。
【請求項１２９】
前記コーティングはイオンビームスパッタリングによるコーティングより成り、前記コーティング手段は導電性材料より形成されたターゲットを有し、前記イオン源はイオンビームをターゲットに指向させる請求項１０８の装置。
【請求項１３０】
前記コーティング手段はさらに真空チェンバにより支持されるレバーを有し、前記レバーはターゲットを保持し、前記レバーはイオンビームがターゲットに指向される位置に選択的に移動可能である請求項１２９の装置。
【請求項１３１】
前記コーティング手段は各々が導電性材料により形成された複数のターゲットを有し、前記イオン源はイオンビームを選択された１つのターゲットに指向させる請求項１０８の装置。
【請求項１３２】
前記コーティング手段はさらに、選択された１つのターゲットを遮蔽された位置から露出位置に移動させる手段をさらに含む請求項１３１の装置。
【請求項１３３】
前記コーティング手段はさらに真空チェンバにより支持されるレバーを有し、前記レバーは複数のターゲットを保持し、前記レバーはイオンビームが選択された１つのターゲットに指向される位置に選択的に移動可能である請求項１３１の装置。
【請求項１３４】
前記複数のターゲットはターゲットホルダーにより保持され、該ターゲットホルダーは各々が１つのターゲットを露出させ残りの１またはそれ以上のターゲットを遮蔽する複数の位置の間で移動可能である請求項１３３の装置。
【請求項１３５】
前記ターゲットホルダーはレバーにより回転自在に支持され、前記ターゲットホルダーは前記複数の位置の間で回転可能である請求項１３４の装置。
【請求項１３６】
前記ターゲットホルダーはさらに複数のピンを有し、真空チェンバはアームを支持し、ターゲットホルダーはアームと任意の１つのピンの間の接触により選択的に回転される請求項１３５の装置。
【請求項１３７】
選択された１つのターゲットを選択的に露出させ、残りの１またはそれ以上のターゲットを遮蔽する手段をさらに備えた請求項１３３の装置。
【請求項１３８】
試料を保持する試料段をさらに備えた請求項１０８の装置。
【請求項１３９】
前記試料段は、試料のエッチング、プラズマエッチング及びコーティングを行うために連続真空条件下で真空チェンバ内の複数の処理位置に移動可能である請求項１３８の装置。
【請求項１４０】
前記試料段は、ユーザーにより設定されるパラメータに基づき前記処理位置の間で自動的に移動可能である請求項１３９の装置。
【請求項１４１】
前記パラメータは選択された処理位置間の移動順序を含む請求項１４０の装置。
【請求項１４２】
前記試料段は真空チェンバの垂直軸に沿う第１の方向に移動可能であり、さらに、垂直軸に沿う試料表面の第１の位置を検知する位置を備え、試料段は第１の位置に基づき複数の処理位置に自動的に移動される請求項１３９の装置。
【請求項１４３】
前記第１の位置は垂直軸に沿い第２の位置に関して測定される請求項１４２の装置。
【請求項１４４】
前記試料段は真空チェンバの垂直軸に沿う第１の方向に移動可能であり、さらに、真空チェンバにより支持されたビーム発生装置及びビームセンサーを有し、ビーム発生装置及びビームセンサーは垂直軸に沿う試料表面の第１の位置の検知に使用され、試料段は第１の位置に基づき複数の処理位置に自動的に移動される請求項１３８の装置。
【請求項１４５】
前記第１の位置は垂直軸に沿い第２の位置に関して測定される請求項１４４の装置。
【請求項１４６】
前記ビーム発生装置はレーザーより成る請求項１４４の装置。
【請求項１４７】
前記試料段は真空チェンバの垂直軸に沿う第１の方向に移動可能であり、試料を支持する試料段の少なくとも第１の部分は前記垂直軸を中心として回転可能であり、第１の部分に接続された試料段の少なくとも第２の部分は前記垂直軸に関して第１の角度方向に移動可能である請求項１３８の装置。
【請求項１４８】
第２の部分に接続された試料段の少なくとも第３の部分は前記垂直軸に関して第２の角度方向に移動可能である請求項１４７の装置。
【請求項１４９】
前記試料段は選択的独立運動できる少なくとも３つの自由度を有する請求項１３８の装置。
【請求項１５０】
前記試料段は選択的独立運動できる少なくとも３つの自由度を有する請求項１４９の装置。
【請求項１５１】
前記真空チェンバはプラズマ発生器に隣接する第１のアーパチャと、第１のアーパチャを選択的に覆う第１の可動シャッターと、プラズマエッチング組立体に隣接する第２のアーパチャと、第２のアーパチャを選択的に覆う第２の可動シャッターとを有する請求項１０８の装置
【請求項１５２】
顕微鏡用試料調製方法であって、
処理チェンバの軸に沿う試料表面の第１の位置を測定し、
第１の位置に基づき試料を処理チェンバ内の１またはそれ以上の処理位置に自動的に移動させるステップより成る試料調製方法。
【請求項１５３】
前記測定ステップはさらに、第１の位置を前記軸に沿う第２の位置に関して測定するステップを含む請求項１５２の方法。
【請求項１５４】
前記測定ステップはさらに、
ビームを発生させ、
ビームをセンサーに指向させ、
試料を前記軸に沿って移動させ、
センサーの測定値が所定のレベルになると前記第１の位置を確認するステップより成る請求項１５２の方法。
【請求項１５５】
前記ビームはレーザービームより成る請求項１５４の方法。
【請求項１５６】
前記所定のレベルは、センサーが完全に非ブロック状態にある時測定されるレベルのほぼ５０％である請求項１５４の方法。
【請求項１５７】
前記測定ステップはさらに、
（ａ）センサーが完全にブロックされるブロック位置へ試料を前記軸に沿って移動させ、そしてブロック位置変数をブロック位置に等しい値に設定し、
（ｂ）センサーが完全に非ブロック状態の非ブロック位置に試料を前記軸に沿って移動させ、非ブロックセンサーレベルの読みをとり、そしてクリア位置変数を非ブロック位置に等しい位置に等しい値に設定し、
（ｃ）ブロック位置変数に等しい位置と、クリア位置変数に等しい位置の間のほぼ半分の中間位置へ試料を移動させ、
（ｄ）中間位置で現在のセンサーレベルの読みをとり、
（ｅ）現在のセンサーレベルの読みが非ブロックセンサーレベルの読みの約５０％に等しいか否かを判定し、
（ｆ）現在のセンサーレベルの読みが非ブロックセンサーレベルの読みの約５０％に等しければ第１の位置を中間位置に等しい値に設定し、
（ｇ）現在のセンサーレベルの読みが非ブロックセンサーレベルの読みの約５０％未満であればブロック位置変数を中間位置に等しい値に設定し、そしてステップ（ｆ）において第１の位置が設定されるまでステップ（ｃ）乃至（ｈ）を繰り返し、
（ｈ）現在のセンサーレベルの読みが非ブロックセンサーレベルの約５０％より大きければクリア位置変数を中間位置に等しい位置に設定し、そしてステップ（ｆ）において第１の位置が設定されるまでステップ（ｃ）乃至（ｈ）を繰り返すステップより成る請求項１５６の方法。
【請求項１５８】
顕微鏡用試料調製する装置であって、
処理チェンバと、
処理チェンバ内部の１またはそれ以上の処理位置に移動可能な試料段と、
処理チェンバの軸に沿う試料表面の第１の位置を検知する手段とより成り、
試料段は第１の位置に基づき１またはそれ以上の処理位置に自動的に移動される試料調製装置。
【請求項１５９】
前記第１の位置は前記軸に沿い第２の位置に関して測定される請求項１５８の装置。
【請求項１６０】
前記処理位置は、試料のエッチング、試料のプラズマクリーニング、試料のプラズマエッチング及び試料の導電性材料によるコーティングのうちの１またはそれ以上を行う位置を含む請求項１５８の装置。
【請求項１６１】
顕微鏡用試料調製する装置であって、
処理チェンバと、
処理チェンバ内部の１またはそれ以上の処理位置に移動可能な試料段と、
処理チェンバにより支持され、処理チェンバの軸に沿う試料表面の第１の位置の検知に使用されるビーム発生装置及びビームセンサーとより成り、
試料段は第１の位置に基づき１またはそれ以上の処理位置に自動的に移動される試料調製装置。
【請求項１６２】
前記第１の位置は前記軸に沿い第２の位置に関して測定される請求項１６１の装置。
【請求項１６３】
前記処理位置は、試料のエッチング、試料のプラズマクリーニング、試料のプラズマエッチング及び試料の導電性材料によるコーティングのうちの１またはそれ以上を行う位置を含む請求項１６１の装置。
【請求項１６４】
前記ビーム発生装置はレーザーより成る請求項１６１の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型電子顕微鏡のような顕微鏡の検査用試料の調製方法及び装置に係り、さらに詳細には、連続真空条件の下での種々の試料調製機能を備えた装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は電子により試料像を形成する。ＳＥＭでは、電子銃が、例えばフィラメントを加熱することにより電子ビームを発生させる。電子ビームはコラムを貫通する経路をたどり、一連の電磁レンズにより像形成すべき試料の方へ指向される。電子ビームが試料に当たると多数の信号が発生する。これら種々の信号は、種々のタイプの試料像の発生に使用できる。
【０００３】
１つの信号は後方散乱電子として知られるものから発生する。この信号は、試料の原子からそれらの発生源の方へ実質的に後方に「飛び跳ねる」入射電子を収集し分析することにより得られる。これが後方散乱電子の由来である。これらの電子は高速度で移動するため試料内にかなり侵入することが可能であり、表面のかなり下方の部位から散乱した後試料から脱出することができる。ＳＥＭでは、検出器は後方散乱電子の経路に配置され、その結果得られる信号が試料の像形成に使用される。後方散乱電子の存在量及びエネルギーは試料の原子番号により異なる。その結果、原子番号の大きい元素は電子番号の小さい元素より明るく見える。かくして、後方散乱電子を用いて試料中に存在する種々の元素を示す像を得ることができる。
【０００４】
もう１つの信号は二次電子として知られるものから得られる。入射（ビーム）電子からの少量のエネルギーは、電磁相互作用により試料中に既に存在する電子と結合する。その結果、試料の一部の電子のエネルギーが試料の仕事関数を克服可能なレベルに上昇し、５ｅＶのオーダーの比較的小さい運動エネルギーで試料表面から脱出する。これらの電子は二次電子と呼ばれる。一次ビームから結合されるエネルギーは小さいため、試料表面近く（一般的には１０ｎｍ以内）の電子だけが二次電子となることが可能であり、試料表面よりさらに深いところの電子は表面に到達する前にビームから吸収したエネルギーを失ってしまう。かくして、二次電子検出（ＳＥＤ）により形成される像は、試料の体積部でなくて表面だけを表すため高解像度が得られる。二次電子は像形成のために正に帯電した検出器により収集される。顕微鏡使用者によく知られているように、ＳＥＤが関与する物理的プロセスは試料の微細構成に非常に敏感である。かくして、ＳＥＤ像は点光源により照明される対象の通常写真によく似た試料の表面形状に応じたコントラストを有する。
【０００５】
ＳＥＭで試料検査する前に試料を調製するための周知の技術がいくつか存在する。これらには、エッチング、コーティング及びプラズマクリーニングがある。
【０００６】
エッチングは、幾つかのプロセスのうちの１つを使って試料の一部を選択的に除去するものである。エッチングは、マイクロチップのような多層構造の埋没部分を検査したい場合に有用となり得る。この場合、頂部層をエッチングにより除去して埋没部分を露出させ、検査することができる。さらに、以下に詳述するように、例えばガリウムから発生する集束イオンビームを用いてエッチングすることにより、試料に刻まれたトレンチの表面のような試料表面を平坦化または滑らかにすることができる。この場合、トレンチ表面をエッチングして平坦化するためにアルゴンから発生する低エネルギーのイオンビームを使用できる。
【０００７】
最後に、エッチングの１つの重要な用途として、半導体業界において、種々の材料より成る多層構造の断面検査をしたい場合がある。しかしながら、これらの断面には、形成されると微細構成がほとんどまたは全く存在しないため、ＳＥＭの二次電子モードでは効果的に像形成することができない。エッチングプロセスがどのように実行されるかによるが、種々の材料は選択的に、即ち異なる速度で、エッチングされる。選択的エッチングプロセスを種々の材料より成る多層構造断面の試料に用いると、これらの層が異なる速度でエッチングされて種々の高さの多層構造となる。その後、試料の像をＳＥＭの二次電子モードで形成すると、選択的エッチングにより形成された微細構成が、例えば試料各層の境界に関する情報を与える。
【０００８】
多数のエッチング方法が当該技術分野で周知である。これらの方法には、イオンビームエッチング（略してＩＢＥ）、反応性イオンビームエッチング（略してＲＩＢＥ）、化学支援イオンビームエッチング（略してＣＡＩＢＥ）、及び反応性イオンエッチング（略してＲＩＥ）としても知られるプラズマエッチングが含まれる。名前が示唆するように、ＩＢＥ、ＲＩＢＥ、ＣＡＩＢＥは全てエッチングプロセスでイオンビームを利用する。
【０００９】
ＩＢＥにおいて、アルゴンのような不活性ガスより成るイオンビームは、イオン銃としても知られるイオンビーム発生源により発生され、ターゲット試料に指向される。イオンビームは運動量移動により試料から材料を除去する。詳述すると、イオンビームのイオンがターゲット試料と衝突して原子をその試料からはじき出す。ＩＢＥでは、イオンビームからの運動量移動効率はターゲットの原子質量に依存するため、種々の材料が種々の速度で除去されるという意味で、選択性は低い。また、イオンは特定の方向から試料に衝突するため、高い方向性あるいは異方性が存在する。この異方性を利用すると試料の調製にあたり特定の望ましい結果を得ることができる。例えば、滑らかで平坦な表面を形成するには、イオンを所望の表面にほぼ平行な方向から試料に衝突させることができる。このタイプのエッチングは平坦化として知られ、イオンビームを試料に小さい入射角で衝突させるところに特徴がある。表面から突出する部分は周囲平面の領域に比べて速い速度で侵食されるため、異方性による平面化効果が得られる。滑らかで平らな表面を得るための平坦化にＩＢＥを利用する方法は、「イオンミリング」としても知られている。大きな入射角でエッチングすると、エッチングの選択性が入射角の増加につれて増加するため試料の微細構成が強調される。
【００１０】
ＲＩＢＥでは、イオン銃がＣＦ4のような反応性ガスからイオンビームを発生させる。その結果、運動量移動に加えて、化学反応により材料がターゲット試料から除去される。化学反応はこのプロセスに高度の選択性を付加するが、その理由は、試料の種々の成分につき種々の異なる化学反応が発生し、また、これらの化学反応はそれぞれ非常に異なる速度で進行することがあるためである。
【００１１】
ＲＩＢＥの問題点の１つは、反応性ガスがイオン銃を構成する材料とも反応することである。これによりイオン銃が腐蝕し磨耗が早くなる。ＣＡＩＢＥは、どちらかと言えばＩＢＥとＲＩＢＥとのハイブリッド形態であり、この問題を回避する。ＣＡＩＢＥでは、ヨウ素のような反応性ガスの流れをホースまたはノズルのような中性装置により試料ターゲットに指向させる。同時に、不活性ガスより成るイオンビームを試料ターゲットに指向させる。イオンビームのイオンが試料表面に衝突するため、試料表面への反応性ガスの衝突により生じる化学反応が促進され、それによりＩＢＥ単独よりもより効果的で選択性のあるエッチングが行える。ＲＩＢＥの問題は、反応性ガスはイオン銃ではイオン化されないため回避される。
【００１２】
歴史的にみて、ＩＢＥは透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の試料調製に使用されている。ＳＥＭの最近の進歩により、ＩＢＥはＳＥＭの試料調製にますます利用されるようになっている。試料の幾何学的形状は、ＴＥＭからＳＥＭへＩＢＥを適応させようとする際、制約となる。ＴＥＭはサイズがほとんど変わらないが、ＳＥＭ試料の幾何学的形状は多種多様である。ＩＢＥ装置の多くは、ＴＥＭ試料のほとんど変わらないサイズだけに合わせて設計されている。ＩＢＥをＳＥＭに適用させる場合、試料の幾何学的形状の多様性、さらに詳しくは試料全高を検知してそれに合わせるためのシステムが装置が実際に使用する場合必要になる。
【００１３】
プラズマエッチング（ＲＩＥ）では、試料は化学反応性プラズマに露出される。プラズマを発生させるガス種に応じて、種々の化学反応が関与し、選択性エッチングが起こる。プラズマエッチング用プラズマを発生するための多くの方法が周知である。プラズマエッチング装置の１つのタイプは、試料を実質的に平らで実質的に平行な２つの電極間のギャップに配置する。そのギャップにガスを、例えば１トルの低圧で導入し、電極を交流電圧源の端子に接続すると、ギャップ内に交流電界が発生する。電界はそのエネルギーのガス電子に結合してガス分子の一部をイオン化することにより、ギャップ内にプラズマを形成する。この結合は主として静電的であるため、これは「容量性放電」プラズマとして知られている。このプラズマは、供給ガス中の元の種だけでなく元の供給ガスの種の原子の他の多くの組み合わせを含むことができる。プラズマは、これらの種を中性分子としてだけでなく正または負のラジカルとして含むことができる。エッチングの文脈では、正味電荷を有する任意の電子またはその一部は「イオン」と呼ばれる。イオンは、プラズマシースの電界によりプラズマから出て、電界及び試料を含む任意の材料表面の方へ加速される。中性分子は拡散により包囲体に浸透する。イオン及び／または中性分子は、試料の材料と化学反応をする傾向が多かれ少なかれあるため選択性エッチングを行うことができる。さらに、イオンは、試料に向かって特定の方向に加速されるため方向性または異方性エッチングを行うことができる。これら２つの特性が組み合わさるため、ＲＩＥは種々の材料層より成る試料断面に微細構成を導入するため特に有用である。この選択性は種々の材料を種々の速度でエッチングする傾向があるため、微細構成の起伏が得られる。異方性は、垂直方向のエッチング速度を増加させるが横方向のエッチング速度を減少させるため、鋭い端縁部を残すように働く。これらの効果は、平行プレートの相対的サイズの変更及び独立の直流電源の付加を含む多くの方法により増加することができる。
【００１４】
プラズマエッチング装置のもう１つのタイプは、交流磁界によりエネルギーをプラズマ電子に結合する。これは誘導結合プラズマまたはＩＣＰとして知られている。イオン及び中性種の発生は、上述した例で起こるものと類似である。しかしながら、ＩＣＰのシース電圧は容量性放電のシース電圧よりも一般的に格段に低く、一般的にイオンがプラズマから出る速度が小さいため、低い異方性が得られる。さらに進んだＩＣＰエッチング装置では、異方性の度合いを、プラズマ内部に比べて試料の静電位を調節することにより制御することができる。
【００１５】
さらによく似たプラズマエッチング法は、特に半導体処理用として開発されている。これらの方法及びそれに用いる装置は、例えば「ウェットエッチング」システムとして知られる酸を用いる方法及び装置とは対照的に「ドライエッチング」システムとしてこの分野で知られている。
【００１６】
ＳＥＭは電子により像形成を行うため、従来型ＳＥＭの大部分は試料が導電性であることを必要とする。試料が非導電性絶縁材料より成る場合、ＳＥＭの衝突電子は材料から運び去られず、試料表面上に蓄積、帯電して、後続ビームの電子の軌道を乱し、像の品質を低下させる。セラミックまたはプラスチックのような絶縁材料より成る非導電性試料の像形成を行うには、ＳＥＭにかける前に試料に導電材料の薄層をコーティングする必要がある。常用の導電材料の一部として、炭素、白金、パラジウム、金、金−パラジウム、クロム、アルミニウム及びタングステンがある。特定導電材料の選択は用途による。通常、試料のコーティングは２つの方法、即ち、熱蒸着またはスパッタリングのうちの１つで行う。
【００１７】
当該技術分野では、抵抗加熱及び電子ビーム蒸着を含む多数の熱蒸着法が周知である。熱的方法では、試料を真空チェンバ内に配置して、例えば１０-3乃至１０-5トルに排気し、試料に適用すべきコーティング材料をチェンバ内で加熱する。抵抗加熱法では、コーティング材料を、電流を通す電気導体と接触させて熱を発生させることにより加熱する。通常、その導体はタングステンボートの形態である。電子ビーム蒸着法では、電子はフィラメントから放出され、蒸着すべきコーティング材料の材料源の方へ加速される。電子がその発生源の材料に衝突する衝撃によりその材料に熱が発生する。何れの方法でも、材料の加熱により材料が熱蒸着される。コーティングされる試料は、その表面に蒸着材料のフラックスを受けるように配置される。試料は熱的に低温であるため、蒸着された材料がその表面で凝縮してコーティングを形成する。
【００１８】
当該技術分野では、幾つかのスパッタリング法及び試料コーティング装置が周知である。かかる周知の方法のうちの２つは、イオンビームスパッタリングとマグネトロンスパッタリング法である。
【００１９】
イオンビームスパッタリングでは、不活性ガスより成るイオンビームが導電材料より成るターゲットに指向される。イオンビームはＩＢＥまたはイオンミリングとして材料を除去する。試料は、除去される材料の一部がその試料と衝突して粘着し、試料に導電材料がコーティングされるように構成されている。
【００２０】
マグネトロンスパッタリングでは、通常は不活性のイオンの高フラックスを発生させる磁気的に閉じ込められた直流プラズマが発生し、これらのイオンが導電性ターゲットに衝突して運動量移動により材料を除去する。イオンビームスパッタリングの場合と同様、試料は、除去される材料の一部が試料に衝突して粘着し、コーティングを形成するように構成されている。
【００２１】
当該技術分野で周知のように、スパッタリングプロセスに関与する多数のパラメータは最終的なコーティングの外観を規定する。これらのパラメータには、試料温度、試料とターゲット間の距離、コーティングを行う際の回転、揺動及び傾斜を含む試料の操作、ターゲットの方向、一次イオンエネルギー、真空レベル及びターゲット材料が含まれる。
【００２２】
任意のコーティングプロセスのもう１つの本質的部分は、試料表面に適用されるコーティング材料の厚さをモニターが可能なことである。最も広く用いられている方法では、水晶発振器をコーティングチェンバ内のコーティングすべき試料近くに配置する。水晶の共振周波数を測定するが、これは水晶の表面に適用された材料の量の関数であり、これを幾何学的形状を考慮して試料表面上に付着された材料の量と関係付けることが可能である。コーティングプロセスは、所望の厚さが得られると自動的に終了するように自動制御してもよい。
【００２３】
ＳＥＭ分析の品質に悪影響を与える１つの問題は試料の炭化水素汚染である。この汚染は、調製プロセス時、オペレータが手袋を着用しない手で試料に触れるような不適当な取り扱いにより生じることがある。汚染の他の原因として、油の逆流が汚染を惹き起こす、ポンピング経路に油を用いる真空ポンプにより支援される油拡散ポンプまたはターボ分子ポンプを使用する調製プロセスに試料をかけることや、調製プロセスに炭化水素系溶剤及び接着剤を使用することや、試料を周囲条件下で貯蔵または露出することや、油蒸気を含むＳＥＭ真空系統に繰り返し露出することでその蒸気が真空ポンプから電子光学系コラムへ移動するかまたは周囲条件に露出することによりチェンバ内に侵入することがある。試料の汚染は主として炭化水素化合物によるが、酸化物または粒状物のような他の種類の汚染が存在することもある。さらに、試料表面及びターゲットが汚染すると、スパッタリングコーティング法により付着されるコーティングの品質に悪影響が及ぶことがある。かかる汚染により、コーティング材料の接着が困難になることや、コーティングがまだらになることや、望ましくない金属間種が形成されることがある。スパッタリングターゲットが汚染すると、単原子金属種よりも望ましくない化合物材料が付着することがある。
【００２４】
さらに、試料は、周囲環境内で１つの処理装置から次の装置へ、顕微鏡用としての調製時に移送される際汚染されることがある。例えば、独立型プラズマクリーニング装置から別個の独立型コーティングまたはイオンミリング装置へ移送される時に汚染されることがある。
【００２５】
試料を迅速にクリーニングする手段としてスパッタリング装置に使用されるクリーニング法には２つある。イオンビームスパッタリングと併用される第１の方法では、スパッタリングイオン源が再び試料に指向された後、試料が短期間の間ミリングを受ける。これにより試料表面から望ましくない汚染物質がはじき出される。しかしながら、望ましくない汚染物質は再び試料上または恐らくスパッタリングコーティングターゲットに自由に付着する。さらに、試料表面をスパッタリングするとエッチングが生じることがある。第２の方法はマグネトロンスパッタリングシステムに使用される。この方法では、ターゲットの極性をイオンが試料に向かって加速されるように逆にする。即ち、ターゲットと試料の役割を逆にする。これによっても試料表面にエッチングが生じるが、それは特に軟らかい材料の場合である。
【００２６】
本願の一部として引用するFischioneの米国特許第５，６３３，５０２号（発明の名称：”Plasma Processing System for Transmission Electron Microscopy Specimens and Specimen Holders”）には、別のクリーニング法と溶液が記載されている。このFischione特許は、主として炭化水素の形態の汚染物質を試料から除去するために低エネルギーのＲＦプラズマの使用が好ましいプラズマ処理法及び装置を開示している。このシステムは、真空系、試料及び試料ホルダーを挿入するプラズマチェンバ、着脱自在の内側スリーブコンポーネントを備えたアクセスポートを有するハウジング、及びプラズマチェンバに結合されてプラズマの発生及び保持を可能にするＲＦ電源より成る。処理を開始するには、後でプラズマを形成するために真空系でプラズマチェンバの排気を行う。プラズマの形成は発振電界をプラズマチェンバに結合することにより開始させるのが好ましい。希ガス及び酸化剤の混合物を含む多くのプロセスガス混合物を使用できる。酸素２５％、アルゴン７５％の混合物が好ましい。酸素は試料上の炭素物質と化学反応し、それらの物質をＣＯ、ＣＯ2、Ｈ2Ｏのような揮発性種に変換する。アルゴンは酸素を希釈化して、ガスを取り扱う際の安全性の問題を単純化する。
【発明の概要】
【００２７】
本発明の好ましい実施例は顕微鏡用試料調製装置に係り、該装置は、真空チェンバ、試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器、試料をプラズマエッチングするためのイオン源、真空チェンバに接続されて試料をプラズマエッチングするプラズマエッチング組立体、及び試料に導電性材料をコーティングする組立体を有する。試料のプラズマクリーニング、エッチング、プラズマエッチング及びコーティングは、真空チェンバ内において該チェンバ内に確立される連続真空条件下で行われる。プラズマ発生器は、プラズマ管、プラズマ管の周りに巻回されたコイル及びコイルに接続されたＲＦ電源を有する。この装置はさらに、プラズマ管に接続され、酸素またはアルゴンのような非反応性ガスと混合された酸素を含有するプロセスガスの供給源を有する。この装置は、イオン源に供給されるガスに応じてイオンビームまたは反応性イオンビームエッチングを実施するように構成することができる。最も好ましい実施例において、プラズマエッチングは容量性放電法により発生されるプラズマを用いて実施されるが、このプラズマは２つの電極間のギャップで発生される電界により発生される。最も好ましい実施例において、コーティングは、イオンビームスパッタリング法を用いて実施されるが、このイオンビームは導電性材料により形成されたターゲットへ指向される。この装置は、真空チェンバにより支持されてターゲットを保持するレバーを有するが、このレバーはイオンビームがターゲットに指向される位置に選択的に移動可能である。さらに、この装置は複数のターゲットを有し、イオンビームは選択された１つのターゲットに指向される。この装置はさらに、試料を保持する移動自在の試料段を有し、この試料段は真空チェンバ内の複数の処理位置に自動的に移動可能である。一実施例において、試料段は真空チェンバの垂直軸に沿う第１の方向に移動可能であり、この装置は垂直軸に沿う試料表面の位置を検知するコンポーネントを有する。この位置が検知されると、試料段はこの検知位置に基づき複数の処理位置に自動的に移動される。１つの特定実施例において、この高さを検知するコンポーネントは、レーザービームまたは他のビーム、波動または帯電粒子発生器及びセンサーを有し、これらは共に真空チェンバにより支持される。試料段は、垂直軸を中心とする回転、２つの方向における傾斜及び垂直方向の移動能力のような独立に選択可能な４つまたはそれ以上の自由度を持つのが最も好ましい。
【００２８】
本発明はまた、顕微鏡用試料調製方法に係り、該方法は、処理チェンバの軸に沿う試料表面の第１の位置を測定し、第１の位置に基づき試料を処理チェンバ内の１またはそれ以上の処理位置に自動的に移動させるステップより成る。特定の実施例によると、測定ステップは、ビームを発生させ、ビームをセンサーに指向させ、試料を前記軸に沿って移動させ、センサーの測定値が所定のレベルになると第１の位置を確認するステップより成る。所定のレベルは、１つの特定実施例において、センサーが完全に非ブロック状態にある時測定されるレベルのほぼ５０％に等しいレベルである。本発明はまた、この方法を実施する装置に係る。
【００２９】
本発明の別の実施例は顕微鏡用試料調製装置に係り、該装置は、試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器と、試料に導電性材料をコーティングするための組立体とより成り、試料のプラズマクリーニング及び試料のコーティングは連続真空条件下で行われる。この装置はさらに、連続真空条件下で試料から材料を除去する手段を有する。この手段は、イオンビームを試料に指向させるイオン源を有する。１つの特定実施例において、試料をコーティングする組立体はマグネトロンスパッタリング装置を有する。さらに別の実施例において、試料をコーティングする組立体は導電性材料より成るターゲットへイオンビームを指向させるイオン源を有する。この装置は、単一のチェンバかまたは真空弁により接続された第１及び第２のチェンバを有する。この装置はさらに、化学支援イオンビームエッチングを行うためにイオン源に隣接して配置されたプロセスガス源を有する。
【００３０】
本発明のさらに別の実施例は顕微鏡用試料調製装置に係り、その装置は、試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器と、試料からエッチングなどにより材料を除去するための組立体とより成り、試料のプラズマクリーニング及び試料からの材料の除去は連続真空条件下で行われる。試料からエッチングなどにより材料を除去するための組立体は、イオンビームを指向させるイオン源を有する。この装置は、試料を処理するための単一のチェンバかまたは真空弁により互いに接続された第１及び第２のチェンバを有する。この装置はさらに、試料を保持するための傾斜及び回転可能な試料段を有する。
【００３１】
本発明のさらに別の実施例は顕微鏡用試料調製装置に係り、該装置は、試料をコーティングするための組立体と、試料をプラズマエッチングするための組立体とより成り、試料のコーティング及びプラズマエッチングは連続真空条件下で行われる。プラズマエッチングは容量性放電エッチング法を用いて実施されるが、この装置はさらに試料を受容するために間にギャップを画定する第１及び第２の電極と、第１及び第２の電極に接続され、ギャップに導入されるガスからプラズマを発生させる電界を該ギャップ内に発生させる交流電圧源とを有する。この装置はさらに、少なくとも一部がプラズマエッチングに用いる電極の１つである、試料を保持する試料段を有する。プラズマエッチングは、別法として、誘導結合プラズマエッチング法により実施することができる。１つの特定実施例において、コーティング組立体は、マグネトロンスパッタリング装置を有する。別の実施例において、コーティング組立体は、イオンビームを導電性材料により形成されたターゲットへ指向させるイオン源を有する。この装置はさらに、試料をイオンビームエッチングするための組立体を有し、イオンビームエッチングも連続真空条件下で行われる。この装置は、連続真空条件下で試料を処理する単一のチェンバを有する。この装置はさらに、連続真空条件下で試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器を有する。
【００３２】
本発明のさらに別の実施例は、顕微鏡用試料調製装置に係り、該装置は、第１の真空チェンバと、第１の真空チェンバに接続された第２の真空チェンバと、連続真空条件下を第１の真空チェンバ内部の第１の位置と、第２の真空チェンバ内部の第２の位置との間で移動可能な試料段と、第１の真空チェンバにより支持されて、試料に導電性材料をコーティングする手段と、少なくとも一部が第２の真空チェンバにより支持されて、試料をプラズマエッチングする手段とより成る。プラズマエッチングは容量性放電エッチング法を利用するが、プラズマエッチング組立体は間にギャップを画定する第１及び第２の電極と、第１及び第２の電極に接続され、ギャップに導入されるガスからプラズマを発生させる電界を該ギャップ内に発生させる交流電圧源とを有する。試料段の少なくとも一部は電極の１つとして働く。コーティング組立体は、マグネトロンスパッタリング装置を有するか、または、イオンビームを導電性材料により形成されたターゲットへ指向させるイオン源を有する。この装置はまた、試料を連続真空条件下でイオンビームエッチングするためにイオンビームを試料へ指向させるイオン源を有する。この装置はさらに、連続真空条件下でプラズマクリーニングを行うためのプラズマ発生器を有する。
【実施例】
【００３３】
図１を参照して、該図は、試料が連続真空条件下でプラズマクリーニング、エッチングまたはコーティングのそれぞれ単独または任意の組み合わせ処理を受ける、本発明の第１実施例によるプラズマクリーニング、エッチング及びコーティング装置１０のブロック図である。プラズマクリーニング、エッチング及びコーティング装置１０は、例えばステンレス鋼またはアルミニウムより成るプラズマチェンバ１５を備えているが、試料はその内部で米国特許第５，６３３，５０２号に記載されたようなプラズマクリーニング処理を受けることができる。プラズマクリーニング、エッチングまたはコーティング装置１０はまた、ステンレス鋼またはアルミニウムより成るエッチング及びコーティングチェンバ２０を有し、その内部で、試料はエッチング、コーティングまたはそれらの両方の処理を受けることができる。プラズマチェンバ１５及びコーティングチェンバ２０は、真空弁２５で接続されているが、この弁は手動でまたは自動的に作動可能である。真空弁２５は、プラズマチェンバ１５及びエッチング及びコーティングチェンバ２０が、一方が大気圧で他方が真空状態であるように等圧でない場合に真空弁２５が不用意に開くのを防止するための連動能力を備えている。
【００３４】
図３を参照して、該図はスタブに装着した試料３を示す。走査型電子顕微鏡用として調製される試料１は、接着剤、機械式クランピングなどにより標準型試料スタブ７に装着されている。種々のサイズの幾つかの標準型試料スタブが市販されているが、それらは一般的に、試料１を保持するための頂面が平らなプラットフォーム４より成る。市販の試料スタブの一部は下方に延びるピン６も備えているが、そうでないものもある。市販の試料スタブの一部の高さは５−２０ミリメートルであり、直径は１２．５−５０ミリメートルである。試料スタブはTed Pella Inc.のような販売先から手に入れることができる。環状溝５を有する試料スタブ７には、把持及び操作を容易にするための幾何学的特徴部分がある。試料１は、調製すべき表面２を頂部が平らなプラットフォーム４に平行になるようにスタブ７に装着するのが好ましい。
【００３５】
図２は、スタブ装着試料３を真空内で移動させるための移送棒３０を示す。移送棒３０は、図３に示す１またはそれ以上のスタブ装着試料３を保持できる把持手段３２を有する。図２に示す把持手段３２の構造は、図３のスタブ装着試料３の溝５と係合するフォーク状である。把持手段３２は平滑シャフト３１の端部に固着されるが、このシャフトにより球形フランジ３４の摺動シール３７を介して真空を供給しながらの線形運動が可能になる。球形フランジ３４は、真空フランジ３３の摺動シール３６により真空供給しながらの機械的回転運動を可能にする。摺動シール３６及び３７により提供される運動の組み合わせにより、スタブ装着試料３を真空外のオペレータが真空チェンバ１５及び２０の内側の種々の位置に来るように操作することができる。
【００３６】
再び、図１を参照して、プラズマクリーニング、エッチングまたはコーティング装置１０は、１またはそれ以上のスタブ装着試料３に適応する把持手段３２を備えた移送棒３０を有する。この移送棒３０により、把持手段３２に把持されたスタブ装着試料３をプラズマチェンバ１５とエッチング及びコーティングチェンバ２０との間で真空弁２５を介して前後に移動させることが可能であるが、その際、プラズマチェンバ１５及びエッチング及びコーティングチェンバ２０の両方は確立された技術に従ってそれらのプロセスにそれぞれ一般的に好適な真空下にある。かかる運動を可能にするには、移送棒３０の長さをプラズマチェンバ１５からエッチング及びコーティングチェンバ２０に到達するに十分な長さにする必要がある。エッチング及びコーティングチェンバ２０内に収納された試料段３５は、スタブ装着試料３のピン６を受け入れる孔部を有する。球形フランジ３４内のシャフト３１の運動とフランジ３３内の球形フランジ３４の運動との組み合わせによりスタブ装着試料３を試料段３５上に配置し、把持手段３２をスタブ装着試料３から離脱させて、スタブ装着試料３を移送棒３０から分離し且つ試料段３５上に配置された状態にすることができる。移送棒３０の運動の別の組み合わせにより、把持手段３２をスタブ装着試料３に係合させ、試料段３５から持ち上げた後、チェンバ１５及び２０内の種々の他の位置に移動させることが可能である。当業者は、スタブ装着試料３を把持して移送するためにピンと孔部またはフォークと溝以外の構成を使用できることがわかるであろう。例えば、差込接続、ねじ接続、鳩尾接続及び磁石による接続も使用可能である。この実施例は、簡単で、周囲に溝を有する手に入りやすい試料スタブ７との適合性に優れている好ましい。
【００３７】
移送棒３０はフランジ３３と、プラズマチェンバ１５上の係合フランジ（図示せず）とを介してプラズマチェンバ１５に固着されるため、プラズマチェンバ１５の真空の漏れない密着係合部が形成される。移送棒３０とプラズマチェンバ１５との間の接続は、例えば周知のＩＳＯ“ＫＦ”型設計を用いる着脱自在のものが好ましい。スタブ装着試料のプラズマチェンバ１５への導入は、プラズマチェンバ１５を大気圧に開放し、移送棒３０をプラズマチェンバ１５から離脱させ、スタブ装着試料を移送棒３０の把持手段３２に固定し、移送棒３０をプラズマチェンバ１５に再び固定することにより行える。
【００３８】
プラズマ管４０はプラズマチェンバ１５に接続されている。プラズマ管４０は石英より成る中空円筒管であるのが好ましい。石英は、交流磁界が実質的に減衰なしに通過できる低い導電性及び透磁率を有するため好ましい。プラズマ管４０に好適な他の材料にはガラスが含まれる。プラズマ管４０はフランジ４５より成る蓋を有する。コイル５０がプラズマ管４０の外周面に巻回され、ＲＦ電源５５に接続されている。ガス入口取付け具８５はプラズマチェンバ１５とは反対のプラズマ管４０の端部に位置する。プロセスガス入口６０はプロセスガス源（図示せず）への接続部として設けられているが、通気ガス入口６５は通気のためにアルゴンのような通気ガス源（図示せず）への接続部として設けられている。質量流量コントローラ７５は管路７０によりプロセスガス入口６０に接続されている。この管路はステンレス鋼で構成するのが好ましいが、ビトン、強化プラスチック、銅及びポリエチレンを用いるものでよい。質量流量コントローラ７５は、クリーニング動作時プラズマ管４０へのプロセスガスの流量を調整する。質量流量コントローラ７５の代替物として、手動の計量弁を用いてもよい。三方弁のような弁８０により、プラズマ管４０が大気圧に通気される状態と、プロセスガスが管路７０及びガス入口取付け具８５を介してプラズマ管４０に流入可能な状態との切り換えを行う。
【００３９】
プラズマチェンバ１５にはターボポンプ９０も結合されている。ターボポンプ９０は、プラズマの発生及び維持のためにプラズマ管４０及びプラズマチェンバ１５内に、好ましくは、プロセスガスが流れている時は１０-2トル、ガス源がオフになっている時は１０-6トルのオーダーの適当な真空レベルを提供する。かくして、無潤滑式ダイアフラムポンプ９５は、ライン前または出口圧力を減少する目的で管路１００によりターボポンプ９０に接続されている。乾式システムとしても知られる無潤滑式システムは、プラズマチェンバ１５内に炭化水素汚染物質が導入される可能性をなくすため好ましい。かかる無潤滑式または乾式システムの特徴は、（ｉ）ポンピング経路に油または他の天然または合成流体潤滑剤が存在しない、または（ｉｉ）油または天然もしくは合成流体潤滑剤による密封が行われず、油または別の天然または合成流体潤滑剤が真空系統のポンプの真空チェンバの密封部を形成することである。無潤滑式ダイアフラムポンプ９５の代わりに使用可能な他のタイプの無潤滑式または乾式ポンプには、分子吸収ポンプ、ターボ分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援される分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援されるターボ分子吸収ポンプ、クライオソープションポンプ、往復ピストンポンプ、スクロールポンプ、ねじポンプ、クローポンプ、無潤滑シール単段及び多段ピストンポンプ、及びロータリーローブ（ルーツ）ポンプが含まれる。プラズマチェンバ１５及びプラズマ管４０内の真空レベルをモニターするために真空ゲージ１０２が設けられている。
【００４０】
プラズマ管４０内でのプラズマの始動は、プロセスガスが流入するプラズマ管４０に発振電磁界を誘導結合することにより行う。ＲＦ電源５５及びコイル５０はプラズマ発生に用いる発振電磁界を与える。発振電磁界の誘導結合によるプラズマの発生は通常、ＩＣＰと呼ばれる。プラズマは、一旦発生すると拡散してプラズマチェンバ１５に流入して、移送棒３０上に装着された試料をクリーニングする。
【００４１】
ＲＦ電力を効果的に発生させるには、電源回路をプラズマ管４０とコイル５０とにインピーダンスマッチングさせて反射電力を最小限に抑える必要がある。反射電力を最小限に抑えると、全体の電気効率が増加する。事実上全てのケースにおいて、マッチング回路がＲＦ電源５５の一体的なコンポーネントとして組み込まれている。
【００４２】
ＲＦ電源５５により使用される周波数は１３．５６ｍＨｚであるのが好ましい。この周波数は本願で述べるものと同様な用途のためにＦＣＣにより確保されている工業用周波数であり、工業用プラズマの発生に常用される。しかしながら、ＲＦ電源５５の周波数はそれに限定されず、６０Ｈｚより高い任意の高周波数として分類可能である。
【００４３】
汎用として、酸素２５％、アルゴン７５％の混合物より成るプロセスガスまたは窒素のような他の非反応性ガスが好ましい。酸素及びそのラジカルは、試料上の炭化水素汚染物質と化学反応して、それをＣＯ、ＣＯ2及びＨ2Ｏのような揮発性種に変換するが、その揮発性種はターボポンプ９０及びダイアフラムポンプ９５により排出される。アルゴンのような非反応性ガスは、プロセスガス中の酸素を安全な取り扱いを簡単に行えるレベルにまで希釈化する。酸素だけより成るプロセスガスも使用可能である。かかるプロセスガスを用いると酸素及び非反応性ガス混合物よりも処理速度が大きくなる。また、ヨウ素、塩素及びＣＦ4のような他の反応性ガスをプロセスガスまたはその成分として使用することも可能であるが、処理すべき材料及び除去すべき汚染物質に応じて選択する必要がある。
【００４４】
プラズマチェンバ１５及びプラズマ管４０は、電子温度が、例えば１０，０００Ｋのように高いがイオン及び中性粒子温度が、例えば５００Ｋのように低い非平衡高周波数プラズマを使用する。処理のためにかかるプラズマを用いると、処理中の材料の温度が普通は周囲温度より数度だけ上昇するにすぎない。試料を有意に加熱さずに処理するのは、試料を過熱すると材料の特性が変化する可能性があるため好ましい。
【００４５】
図１には試料をプラズマクリーニングする特定タイプのプラズマ発生器を示すが、容量性放電プラズマ発生器、電子−サイクロトロン共振プラズマ源、ＤＣチャージまたは適当なプラズマを発生される他の任意の公知の装置を含む（これらに限定されない）別のプラズマ発生器も使用できることを付言する。
【００４６】
エッチング及びコーティングチェンバ２０には、該チェンバにある間試料を所望の材料でコーティングするためのマグネトロンスパッタリングヘッド１０５が設けられている。簡単な真空インターフェイスを有する適当なマグネトロンスパッタリングヘッドが幾つか市販されている。適当なマグネトロンスパッタリングヘッドの一例は、ペンシルベニア州デュケインのAngstrom Sciences社から販売されているＯＮＹＸ−１である。ターゲット、即ち、試料上にスパッタリングされる材料はマグネトロンスパッタリングヘッド１０５の内部にある。マグネトロンスパッタリングヘッド１０５では、プラズマがターゲットとコーティングすべき試料との間に形成される。プラズマはターゲットから材料を除去して試料上に付着させる。マグネトロンスパッタリングヘッド１０５用のガスはステンレス鋼の管路のような高純度ガスライン１１０を介して供給されるため、汚染が最小限に抑えられるが、そのガスはまた、ニードル弁１１５により調整される。ソレノイド弁１２０がガスライン１１０に設けられ、ガス流のオンとオフを切り換えるために使用される。マグネトロンスパッタリングヘッド１０５に用いる適当なガスはアルゴンであるが、ネオンまたはキセノンのような他のガスも使用できる。このガスは、ガス入口１２５を介して圧縮ガスシリンダのようなガス源（図示せず）から供給される。電源１２８はマグネトロンスパッタリングヘッド１０５に結合されるが、電流制御型１０００ボルト直流電源であるのが好ましい。マグネトロンスパッタリングヘッド１０５にとって典型的な動作圧力は０．５と５０ミリトルの間にある。水晶発振器１２９は、試料表面上に付着されるコーティング材料の量を測定するためエッチング及びコーティングチェンバ２０に設けられる。
【００４７】
マグネトロンスパッタリングヘッド１０５のターゲットの直径は、試料のコーティング領域を最大約１．５インチにするため約１インチまたは２インチであるのが好ましい。さらに、マグネトロンスパッタリングヘッド１０５と試料との間の距離は２インチと６インチの間にするのが好ましい。好ましい距離での動作を容易にするために、マグネトロンスパッタリングヘッド１０５には、例えば、摺動Ｏリングシールを用いる可変高さ調節手段を設けてもよい。あるいは、試料段３５の高さを可変にしてもよい。
【００４８】
マグネトロンスパッタリングヘッド１０５の代替物として、本願の他所に述べるような試料の上にコーティングを行う他のタイプの装置（イオンビームスパッターコーティング装置及び蒸発器を含むがこれらに限定されない）を用いてもよい。
【００４９】
エッチング及びコーティングチェンバ２０には、イオンビームエッチングにより該チェンバ２０内の試料をエッチングするためのイオン銃１３０も設けられている。イオン銃１３０はイオンビームを発生し、イオンを試料段３５に配置された試料の方へ加速する。帯電イオンが試料に衝突すると、運動量移動により試料の材料が除去される。イオン銃１３０は、初期プラズマを発生させイオンをプラズマから抽出することによりイオンビームを発生させる。プラズマはＤＣまたはＲＦ電磁界または電子の衝撃により発生可能である。さらに、イオン銃１３０は、フィラメントを含むかフィラメントを含まないものがある。直流によりプラズマを発生させるフィラメントのない銃は、大きな領域に亘って大きなエッチング速度が可能である広ビーム高電流密度のイオンビームを発生し、またフィラメントの取り換えが不要であるため動作時間が長いという理由で好ましい。また、フィラメントのないイオン銃は、フィラメント表面の高温により高速反応が促進されてフィラメントの腐蝕が早まるという理由により、反応性プロセスガス種との適合性から見てフィラメント付きのイオン銃よりも優れている。フィラメントのない適当なＤＣイオン銃は、ペンシルベニア州エクスポートにあるE. A. Fischione Instruments社により販売されるモデル１０１０イオンミルである。イオン銃１３０はフィラメントのない直流イオン銃であるのが好ましいが、イオン銃１３０はフィラメントタイプのものでもよく、プラズマ発生のためにＲＦを利用するものでもよいことを注意されたい。フィラメントタイプでＲＦを利用する適当なイオン銃の例は、英国オックスフォードシャイアのOxford Applied Research社により販売されている。
【００５０】
イオン銃１３０は、エッチングを受ける領域の大きさに応じてビーム直径が試料段３５のところで約１−２０ミリメートル、最大電流密度が迅速なエッチングを行える２５０μＡ／ｍｍ2であるのが好ましい。さらに、イオン銃１３０のエネルギーは５０−６０００ｅＶの範囲内であるのが好ましい。高いエネルギーを用いるとエッチング速度が増加するが、試料表面の損傷が大きくなる。一方、低いエネルギーでは表面の損傷は少ないが長いエッチング時間が必要である。
【００５１】
イオン銃１３０には電源１３５が結合される。ＤＣイオン銃と併用する適当な電源１３５の例として、ニューヨーク州ロンコンコマのUltravolt Inc.社により販売される２Ａ２４−Ｐ１２５がある。ＲＦ型イオン銃と併用するに適当な電源１３５の例として、コロラド州フォートコリンズのAdvanced Energy社により販売されるものがある。アルゴンまたはキセノンのようなプロセスガスは、ガス入口１２５及びステンレス鋼の管路のようなガスライン１２６を介して圧縮ガスシリンダのようなガス源（図示せず）からイオン銃１３０に供給される。質量流量コントローラ１４０はガスライン１２６に設けられており、周知のフィードバックループ制御方式を用いるなどしてプロセスガスの流量を調整する。
【００５２】
ヨウ素及びヨウ素混合物のような反応性ガスによる化学支援イオンエッチングを可能にするために、エッチング及びコーティングチェンバ２０に、イオン銃１３０からのイオン経路の近くにガス入口オリフィス１４５を設けることができる。ガス入口オリフィス１４５はプロセスガス源１５０に結合されている。イオン銃１３０から加速されたイオンはプロセスガスと衝突して反応性種を形成するが、これらの種は拡散するかあるいは試料段３５の方へ移動する。反応性種は試料と化学反応してある特定の材料を他の材料に比べて早い速度で除去するため、エッチングをアルゴンのような不活性ガスだけを用いる場合よりもより際立った選択性で行う。プロセスガスは、一般的に、イオンビームの作用なしに試料と反応可能であるか、または試料表面上に吸着された後にイオンビームにより分解されて反応性種となることができる。化学的支援イオンエッチングを用いる場合、エッチング及びコーティングチェンバ２０及びその内部に用いる他のコンポーネントの材料は腐食性及び反応性ガスとの適合性がよいように選択するのが好ましい。
【００５３】
試料から材料を除去する他のタイプの装置として、本願の他所で詳述する試料を反応性イオンエッチングまたはプラズマエッチングする装置を含む（これらに限定されない）装置をイオン銃１３０の代替物として用いることができる。
【００５４】
試料段３５は、コーティング及びエッチングプロセス時に試料を保持するためにエッチング及びコーティングチェンバ２０に設けられている。試料段３５は、種々のサイズで標準型の市販の試料スタブを保持するものが好ましい。本発明の好ましい実施例によると、試料段３５はイオン銃１３０に関して０度乃至９０度の範囲に亘って選択的に傾斜できるようになっている。この傾斜能力により、イオンビームの入射角を、試料表面をほとんど平坦化できるその表面に平行な角度から、最大のエッチング選択性が得られる試料平面に垂直な角度に変更することが可能である。さらに、試料段３５は試料表面の平面内で選択的に回転できるものが好ましい。試料表面の平面内の回転運動は、多種類の試料の平坦化の品質を改善するものとして知られている。コーティング時に試料段３５を傾斜させ、回転させると試料表面のコーティングをより均一にすることができる。試料段３５の傾斜及び回転は、図１において１６０で示すステッパモーター、ギア、軸受、シャフトなどのようなコンポーネントを含む従来型機械式マニピュレータにより行う。
【００５５】
当該技術分野において知られているように、アーティファクトを最小限に抑えるためにエッチングプロセス時に試料段３５を冷却するのが好ましい。この目的のために、液体窒素デュオア１６５を試料段３５に固定して、試料段３５を伝導冷却する。試料段３５には、例えば抵抗型のような加熱器を設けて、チェンバを通気する前または水蒸気または他の蒸気が存在し低温試料上に凝縮する可能性のある試料をシステムから大気中に取り出す前にその温度を迅速に上昇させてもよい。
【００５６】
接続管１８０を介してダイアフラムポンプ１７５により支援されるターボポンプ１７０は、エッチング及びコーティングチェンバ２０に結合されている。ターボポンプ１７０は、エッチング及びコーティングプロセスのためにエッチング及びコーティングチェンバ２０内を、例えば、１０-4乃至１０-7トルの適当な真空レベルにする。エッチング及びコーティングチェンバ２０内の真空レベルをモニターするために真空ゲージ１８５を設ける。
【００５７】
マグネトロンスパッタリングヘッド１０５及びイオン銃１３０は動作時に冷却を必要とすることがある。この目的のために、エッチング及びコーティングチェンバ２０に、マグネトロンスパッタリングヘッド１０５及びイオン銃１３０を水冷できるようにする管路及び取付け具（図示せず）を設ける。
【００５８】
エッチング及びコーティングチェンバ２０には、水蒸気及び他の残存揮発性種を低温捕捉するための冷却トラップを設けるが、これは、エッチング及びコーティングチェンバ２０に固定された液体窒素デュオア１９０と、該チェンバ２０内の伝導冷却低温バッフル１９５とより成る。伝導コンポーネントは、低温バッフル１９５のところで−１４０℃未満の温度を与えるために銅で形成するのが好ましい。ユーザーの利便性をかんがえると４−８時間の保持時間が好ましい。
【００５９】
エッチング及びコーティングチェンバ２０には観察窓２００を設けるのが好ましい。室内照明からの反射を最小限に抑えるためにこの観察窓２０を試料段３５に関して配向するのが好ましいが、反射防止用コーティングを設けるのが最も好ましい。
【００６０】
エッチング及びコーティングチェンバ２０に、観察窓２００の外部に取付けた光学顕微鏡またはＣＣＤカメラより成る拡大光学観察系（図示せず）を設けてもよい。観察系は１０００倍を超える拡大率を与えるものが好ましい。エッチング及びコーティングチェンバのサイズによるが、長い焦点距離の対物レンズが必要となる。試料を良好に照明するために高強度光源が好ましいが、その光源は観察窓２００からの反射を避けるためにエッチング及びコーティングチェンバ２０内に取付けるのが好ましい。
【００６１】
可動シャッターまたはバッフル（図示せず）を観察窓２００及びマグネトロンスパッタリングヘッド１０５の前方に配置して、使用中でない時に異物が付着しないように保護するのが好ましい。例えば、マグネトロンスパッタリングヘッド１０５を覆うようなシャッターを設けると、マグネトロンターゲット表面上へのイオンビームエッチングによるエッチング生成物の付着が阻止されるが、これらの生成物は後続のマグネトロンスパッタリングによるコーティング時に試料上に付着することがある。同様に、観察窓２００を覆うようなシャッターを設けると観察窓へのエッチング及び／またはコーティング生成物の付着が阻止されるが、これらの生成物は観察窓の光学的清澄性を減少させることがある。
【００６２】
動作について説明すると、ユーザーはプラズマクリーニング、エッチング及びコーティング装置１０の電源をオンに切り換えて、エッチング及びコーティングチェンバ２０内を真空にする。これにより、例えば、３．７５×１０-6トルのレベルになる。同時に、試料段３５及び低温バッフル１９５を、液体窒素を液体窒素デュオア１６５及び１９０に導入することにより冷却する。試料スタブ上に装着された試料を、移送棒３０の端部の把持手段３２上に装着する。これには、プラズマクリーニングチェンバ１５及びプラズマ管４０を通気し、把持手段３２及びスタブ装着試料３を保持する移送棒３０をプラズマクリーニングチェンバ１５内に導入する必要がある。その後、プラズマクリーニングチェンバ１５及びプラズマ管４０をターボポンプ９０により、例えば、１０-6トルのベースライン圧力に排気する。ついで、試料のプラズマクリーニングを、質量流量コントローラ７５及び弁８０を介してプロセスガスをプロセスガス入口６０からプラズマ管４０内に流入させることにより開始させる。プラズマは、コイル５０及びＲＦ電源５５により形成されるＲＦ電磁界をプラズマ管４０に誘導結合することにより始動される。プラズマは、プラズマ管４０からプラズマチェンバ１５内に移動し、移送棒３０上の試料をクリーニングする。プラズマクリーニングが完了すると、プロセスガスの流れを停止し、プラズマクリーニングチェンバ１５をベースライン圧力に排気する。エッチング及びコーティングチェンバ２０は、例えば、１０-7トルのベースライン圧力かそれに近い値にある。真空弁２５を開き、把持手段３２がエッチング及びコーティングチェンバ２０内にあって、試料スタブ７が試料段３５と係合するまで移送棒３０をエッチング及びコーティングチェンバ２０内に押し込む。試料スタブ７が試料段３５と係合すると、移送棒３０の端部上の把持手段３２をしてスタブ７を解放させ、把持手段３２を真空弁２５を介して移送棒３０と共に後退させ、真空弁２５を閉じる。試料段３５を所望のエッチング角度に傾斜させ、オプションとして、試料段３５の回転を開始する。試料を、イオン銃１３０を用いるイオンビームエッチングか化学支援イオンビームエッチングの何れかによりエッチング及びコーティングチェンバ２０内で所望の時間の間エッチング処理する。エッチングが完了すると、試料段３５をその初期交換位置に戻し、プロセスガスの流れを止める。ターボポンプ１７０によりエッチング流を排出する。この時点でさらなるプラズマクリーニングが望ましい場合、真空弁２５を開き、移送棒３０により試料スタブ７をピックアップする。試料スタブ７をピックアップした移送棒３０を真空弁２５を介してプラズマクリーニングチェンバ１５内に後退させ、そこで試料を再びプラズマクリーニングする。プラズマクリーニングが完了すると、真空弁２５を再開し、移送棒３０をエッチング及びコーティングチェンバ内に移動させ、試料スタブ７を試料段３５上に配置する。移送棒３０を真空弁２５を介して後退させ、真空弁２５を閉じる。エッチング及びコーティングチェンバ２０内の高真空度をそのベースライン圧力またはそれに近い値に変化させ、そのチェンバから水蒸気のような汚染物質が除去されるよう���する。シャッターがマグネトロンスパッタリングヘッド１０５の前方の定位置にある場合、前スパッタリングステップを実行して、クロムまたはタングステンのターゲットのようなある特定のターゲットから酸化物層を除去する。別法として、この前スパッタリングステップを省略してもよい。前スパッタリングステップが完了すると、シャッターをマグネトロンスパッタリングヘッド１０５の前方位置から移動させ、マグネトロンスパッタリングヘッド１５０により試料のコーティングを、水晶発振器１２９により測定されるコーティングの所望厚さに応じて所望の時間の間行う。コーティングが所望厚さになると、ガスの流れを止めて、マグネトロンスパッタリングヘッド１０５を脱勢する。真空がそのベースライン圧力またはそれに近い値に回復すると、真空弁２５を開き、試料スタブを移送棒３０により回収する。その後、移送棒３０を真空弁２５を介してプラズマクリーニングチェンバ１５内に後退させ、真空弁２５を閉じる。所望に応じて、プラズマクリーニングチェンバ１５内でさらなるプラズマクリーニングステップを実行してもよい。このステップが完了すると、プラズマクリーニングチェンバ１５を大気圧に通気し、移送棒３０をプラズマクリーニングチェンバ１５から取り出す。試料を保持する試料スタブを分析のために走査型電子顕微鏡へ送る。
【００６３】
図４に略示する本発明の別の実施例によると、この装置は１つの真空容器４００を有し、この容器には、図１に示すダイアフラムポンプ９５により支援されるターボポンプ９０のような真空ポンプ４１０、試料を挿入し取り出すためのポート４２０、イオンビームエッチングのためのイオン銃１３０、ＲＩＥを実施する電極装置が設けられている。図４は、可動プレート４３０としての１つのＲＩＥ電極と、スタブ装着試料３としてのもう１つのＲＩＥ電極とを示す。図４には図示しないが、可動プレート４３０とスタブ装着試料３の間にかける交流電圧の発生源と、ＲＩＥのために、例えば１トルの適当な圧力を提供する、例えば、四フッ化炭素（ＣＦ4）のようなプロセスガス源とが設けられている。他の構成の電極も可能であることに注意されたい。例えば、可動プレート４３０を省略し、真空容器４００の壁をその代わりに利用してもよい。しかしながら、可動プレート４３０の方がＲＩＥプラズマが形成されるギャップを物理的に調節できるため好ましい。この実施例の方法は、試料１、好ましくはスタブ装着試料３をポート４２０を介して真空容器４００に導入するステップを含む。試料スタブ装着３は試料段３５により保持させるが、この試料段には、スタブ装着試料３をイオン銃１３０に関して傾斜させ、図３に示すように調製すべき試料１の表面にほぼ垂直な軸を中心として回転させるための周知のマニピュレータを備えたものが好ましい。真空ポンプ４１０により、真空容器４００を、例えば１０-6トルの圧力に排気する。イオン銃１３０を用いて本願の他所に述べるように調製すべき表面のイオンビームエッチングを行う。ＣＦ4のようなＲＩＥに好適なプロセスガスを図１に示す質量流量コントローラ４０のようなコントローラ（図示せず）により真空容器４００内に供給し、可動プレート４３０及びスタブ装着試料３より成る電極を交流電圧源（図示せず）により付勢して、表面２の全部または一部をプラズマエッチングする。真空ポンプ４１０をオフにし、通気ガスを真空容器４００内に導入して、その圧力を大気圧に上昇させる。その後、試料１をポート４２０を介して真空容器から取り出し、ＳＥＭへ送って観察する。この場合の利点として、オペレータは試料をただ１回取り扱うことにより２つの調製機能を実施できること、調製ステップ間が連続真空条件であること、多数の試料調製ステップを通してイオン銃１３０、試料段３５、真空ポンプ４１０及びＲＩＥ電極を含む処理用コンポーネントをオペレータが注意を払う必要性を最小限に抑えるようにコンピュータ制御できることがある。
【００６４】
図５に略示する本発明の別の実施例において、この装置は、一般的に図４の真空ポンプ４１０に類似する真空ポンプ５１１と、試料１を挿入し取り出すためのポート５１２と、試料１を保持し操作するための試料段３５と、プラズマクリーニングのためのプラズマ発生器５２０と、イオンビームエッチングのためのイオン銃１３０と、ＲＩＥを行うための可動電極５３０と、イオン銃１３０と共に作用してイオンビームスパッタリングプロセスにより導電性コーティングを形成するスパッターターゲット５４０とを有する真空容器５１０より成る。油拡散ポンプ、ターボ分子ポンプまたはターボ吸収ポンプのような多種類のポンプが知られており、真空ポンプ５１１として使用可能である。無潤滑式システムは、真空ポンプ５１１からの炭化水素が試料１１を汚染する可能性を最小限に抑えるため好ましい。コンタクトフランジ、ＩＳＯ“ＫＦ”フランジ、ゲート弁または装填ロックのような多種類のポートが知られており、ポート５１１として用いることができる。装填ロックは、試料を挿入した後真空を迅速に回復できるため好ましい。装填ロックは周知であり、例えば、事実上全ての透過型電子顕微鏡に見られる。多種類の公知のプラズマ発生器をクリーニングプロセスを行うためのプラズマ発生器５２０として使用できるが、図１及び５に示すような誘導結合型プラズマ発生器は、プラズマからのイオンの束のエネルギーが例えば１０−２０ｅｖのように比較的低いため、試料１に予期せぬスパッタリングが起こるかまたは試料１が熱的損傷を受ける可能性が少ないため好ましい。プラズマ発生器５２０として使用できる別のプラズマ発生器には、容量性放電プラズマ発生器、電子−サイクロトロン共振（ＥＣＲ）プラズマ発生源、及びＤＣ放電が含まれる。電子による衝撃、ペニングイオン化、電子ビーム、ガス状電界イオン化またはホローアノードのような多種類のイオンビーム発生源が知られており、イオン銃１３０として用いることができる。ペニング型またはホローアノード型イオン銃は、構造が簡単で堅牢性を有し、電子を発生するために加熱されるフィラメントを必要としないため好ましい。プラズマ発生器５２０に用いるものに似た誘導結合プラズマ発生器、バレル型反応器または平行プレートエッチング装置のような多種類の装置をプラズマエッチング（ＲＩＥ）用として設けることができる。平行プレート型は、周知のように良好な材料選択性、材料除去速度及び方向性をもってエッチングできるため好ましい。蒸発器、マグネトロンスパッタリングコーティング装置またはイオンビームスパッタリングコーティング装置のような、試料にコーティングを付着させる多種類の装置が知られている。イオン銃１３０及びスパッタリングターゲット５４０を用いるイオンビームスパッタリングコーティング装置は、細かい粒子のコーティングを生成しイオンミリングに使用されるものと同じイオンビーム発生源を用いる可能性があるため好ましい。この好ましい実施例では、イオン銃１３０をスパッタリングターゲット５４０の方へ指向し、イオン銃１３０からの高エネルギーイオンをスパッタリングターゲット５４０に衝突させてその表面からの原子をスパッタリングするが、一部の原子は試料１と低速度で衝突してその表面に接着するため、コーティングが生じる。この実施例において、試料段３５は図４に関連して説明した試料１を傾斜させ回転させることができるだけでなく、試料１をイオン銃１３０のイオンビーム経路の完全に外部に移動させることができるのが好ましい。試料１は、調製すべき表面２がイオンビームに向くようにイオンビーム経路から離れる方向に移すことができる。これにより、スパッタリングターゲット５４０を周知の運動機構５５０を介してビーム経路内に挿入することが可能であり、そのためイオンビームコーティングを行うための別個のイオン銃が不要になる。かくして、図５に示す装置により、イオンミリング、プラズマエッチング、プラズマクリーニング及び／またはコーティングステップを、試料１を連続真空条件下に置きながら、任意の順序で、任意の回数且つ種々の動作メーターに従って行うことができる。連続真空の利点は、真空容器５１０の外側の大気への露出を避けることにより処理ステップ間で試料１が汚染される可能性が最小限に抑えられることである。
【００６５】
図６に略示するさらに別の実施例において、この装置は共通弁６３０により結合される２つの真空容器６１０及び６２０より成るが、この弁６３０は所与の時点におけるその状態により２つの容器６１０及び６２０を互いに隔離するか接続するように働く。真空ポンプ４１０及び５１１と同様な真空ポンプ６０１及び６０２により、容器６１０及び６２０をそれぞれそれらのプロセスにとって適当な真空レベルに排気する。この実施例において、試料を導入し取り出すためのポート６１２、プラズマ発生器５２０と同じようなプラズマ発生器６１５、及び可動プレート４３０及び可動電極５３０と同様なＲＩＥ電極６１４は容器６１０内にあり、イオン銃１３０及びスパッタリングターゲット５４０と同様なスパッタリングターゲット６１６は容器６２０内にある。試料１、好ましくはスタブ装着試料３を、図６において、容器６２０内の試料段６１３上の定位置で示す。しかしながら、図６に示す実施例において、試料段６３５は図１の試料段３５と同じ一般的な特徴及び移動能力を有するが、図６の試料段６３５は試料１を容器６１０または６２０の何れかの種々の位置に移動させる移動能力を有する点で相違する。もちろん、弁６３０は試料１が容器６１０内にある時はいつも開位置でなければならない。図６に示す実施例では、プラズマエッチングステップ及びプラズマクリーニングステップを容器６１０内で実施し、コーティングステップ及びイオンミリングステップを容器６２０内で実施することができるが、これら全てのステップはプロセス時には、例えば１トル未満、プロセスステップ間では１０-5トルの連続真空条件下で行うことができる。図６に示す実施例では容器６１０と６２０を互いに一時的に隔離することができるが、プラズマ発生器６１０及びＲＩＥ電極６１４のイオンビームエッチング及び／またはスパッタリングコーティングのプロセスからの廃棄生成物への露出が減少する。これらの廃棄生成物は、容器６１０のような容器の壁のような表面にこびりついてその表面を汚染する有意量の廃棄物を生成することが知られている。試料段６３５及び弁６３０は、弁６３０が開位置にあり、試料段６３５が容器６１０内に延びている時、試料段６３５及び弁６３０の本体が嵌合して容器６１０と６２０との間で質量移動が生じないような実質的な密封が多かれ少なかれ得られるような係合性を備えている。この場合、係合状態では、かかる密封によりイオンビーム発生源１３０及びスパッタリングターゲット６１６がプラズマクリーニング及び／またはＲＩＥエッチングのプロセスによる廃棄生成物に露出される度合いが減少する。
【００６６】
別法として、弁６３０を、閉位置で容器６１０と６２０の間の透視線をブロックする可動バッフルで置き換えてもよい。このバッフルは、開位置では試料段６３５が容器６１０内において試料を移動できるようにする。このバッフルには同じようなサイズの弁６３０より低コストであるという利点があるが、一部の材料を容器６１０と６２０の間に拡散させるという問題点もある。
【００６７】
さらに別法として、プラズマ発生器６１５及びＲＩＥ電極６１４を容器６１０から容器６２０へ移動してもよい。さらに別例として、プラズマ発生器６１０またはＲＩＥ電極６１４を容器６１０から６２０内へ、またイオン銃１３０及びスパッタリングターゲット６１６を容器６２０から容器６１０へ移動してもよい。容器６１０及び６２０内のプラズマ発生器６１５、ＲＩＥ電極６１４、イオン銃１３０及びスパッタリングターゲット６１６の他の種々の組み合わせ及び組み合わせの一部を変更することも可能である。
【００６８】
図６に示すシステムに、多数の試料を一度に取り扱うための公知の機構を装備してもよい。これにより、多数の機能を種々の試料１に対して同時に実施できることによりこの装置による試料のスループットを増加させる可能性がある。例えば、試料を装置に導入する装填ロックが設けられている場合、この装填ロックは、１つの試料１はその内部にあって最初のポンピングを受けるが、異なる試料１が装置内の別のステーションにあって、例えばプラズマクリーニングを受けることができる。かかる多数の試料取り扱いシステムはこの業界で周知である。
【００６９】
イオンビームエッチングを行う任意の実施例にオプションとして含めることができる本発明の１つの局面として、試料をイオンビームに整列させるための調整がある。公知のイオンビームエッチング装置では、試料は図５の３５のようなマニピュレータに装着され、このマニピュレータは図３の表面２のような調製すべき表面の平面内で試料を回転することができる。一般的に、マニピュレータの位置は回転軸に平行な方向に固定されている。即ち、それは調製すべき表面に垂直な平行には並進できない。走査型電子顕微鏡の試料は高さがかなり異なることがあるため、調製すべき表面に垂直な方向に並進できないと、試料とイオンビームの整列が困難になる。本発明は、マニピュレータを、ここでは高度と呼ぶイオンビーム経路に関して並進させるための図５の試料段３５のような試料段を包含すすることができる。図７は、イオンビームエッチング能力を有する本発明の実施例に使用可能な本発明の１つの局面の関連詳細部分を示す。図７では、真空容器７００を、ここで説明した他の真空容器、例えば、図５の真空容器５１０と同じ一般的な特性及びコンポーネントを有するものとして示す。図７において、試料段７３５は、試料１を保持し、図１の試料段３５と同様にイオン銃１３０を用いるイオンビームエッチングに好適な種々の運動自由度を有する。試料段７３５の高度は可変であるが、かかる可変性は従来型モーター、ギアなどを用いることにより得られる。本発明はまた、図３の表面２のような調製すべき試料表面の高度を観察するための電流計７５０及びイオン銃１３０との関連で使用するファラデーカップ７４０のような検知システムを包含する。あるいは、この検知システムをレーザーダイオードのような光発生器と併用されるフォトトランジスタのような光検出器で構成してもよい。この検知システムは、イオン銃１３０のような放出器と、上述した検知システムの一部を構成する検知器の間に調整すべき表面にほぼ平行な検知ビーム７３０を形成して、試料１がビーム７３１の下方に位置する場合は検知ビーム７３１が遮断されず、試料１がビーム７３１内またはその上方にある時は遮断されるように動作する。イオン銃１３０は試料をイオンビームエッチングする際に用いるものと同じイオン銃でよく、あるいは、本明細書で説明した検知システムに専用の別個のイオン銃でもよい。実際は、検知システムが検知ビーム７３１が遮断されるか否かをチェックする間に試料１の高度を変化させる。高度の運動は検知ビーム７３１が部分的に遮断されるしきい点で停止させて、調製すべき試料表面の正確な位置を求めるようにしてもよい。このしきい位置はイオンエッチングビームの位置と一致するのが好ましいが、しきい位置がイオンエッチングビームとは離れている可能性もあり、その場合、所定距離だけさらに高度を上げると、試料の調製すべき表面をイオンエッチングビーム内に置くことができる。検知システム及び試料高度システムの動作をコンピュータによる自動制御にして使用しやすくするのが好ましい。かかるコンピュータ制御システムは当該技術分野において周知である。
【００７０】
図１に関連して詳述した種々の構成要素を図４−７に関連して説明した任意の装置と適宜併用するかそれと置き換えてもよいことがわかるであろう。同様に、図４−７に関連して詳述した構成要素は、適宜、図１に示す装置と併用するかまたはそれと置き換えることが可能である。
【００７１】
図８を参照して、該図は本発明による装置８００の好ましい実施例を示す。装置８００は、図８では、図１０に示す前方ドア組立体８０２が装置８００の内部コンポーネントを見ることができるように取り外された状態で示されている。装置８００は、図１に示すターボポンプ９０または図５に示す真空ポンプ５１１と同様なターボポンプ８１０を備えた真空チェンバ８０５を有する。ターボポンプ８１０は無潤滑式ポンプであり、無潤滑式ダイアフラムポンプ（図示せず）により支援されるのが最も好ましい。真空チェンバ８０５には装填ロックチェンバ８１５が接続されるが、この装填ロックチェンバはヒンジ８３０により装填ロックベゼル８２５に接続された装填ロックキャップ８２０を有する。装填ロックチェンバ８１５を通気する時、オペレータは、ヒンジ８３０により装填ロックキャップ８２０を持ち上げて装填ロックベゼル８２５から離れる方向に移動させることができ、試料段８５０を真空チェンバ８０５内のその最大垂直位置に移動させる時、スタブ８４０上に装着された試料８３５を可動試料段８５０に装着することができる。これにより、装填ロックチェンバ８１５が試料装着のために通気される間、真空チェンバ８０５を引き続き真空下に置くことができる。試料８３５及びスタブ８４０を試料段８５０上に装着した後、装填ロックキャップ８２０を閉じる。即ち、装填ロックベゼル８２５と接触する位置へ戻し、装填ロックチェンバ８１５内の圧力を、好ましくは５×１０-5トルのオーダーの適当なレベルに減少させ、上述した試料８３５の処理を開始させることができる。
【００７２】
図９を参照して、該図は試料段８５０の等角投影図である。試料段８５０は、スタブ８４０を受容保持するための支持組立体８５５を有する。支持組立体８５５は、ステップモーター８５７及び結合ギア８６０により図９に示す垂直軸Ａを中心として回転可能である。試料段８５０はまた、支持組立体８５５に接続された支持ブロック８７０と、支持ブロック８７０に接続された第１の傾斜組立体８７５とを有する。支持ブロック８７０、従って支持組立体８５５は、ステップモーター（図示せず）及び結合ギア８８０により図９に示す軸Ｂを中心として第１の傾斜組立体８７５に関して回転可能である。支持組立体８５５は、支持ブロック８７０に接続されているため軸Ｂを中心として回転可能である。第１の傾斜組立体８７５には第２の傾斜組立体８８５が接続されている。第１の傾斜組立体８７５は、ステップモーター（図示せず）及び結合ギア８９０により図９に示す軸Ｃを中心として第２の傾斜組立体８８５に関して回転可能である。さらに、図８を参照して、試料段８５０は棒８９５に固着され、ステップモーター８９７の動作により図８の矢印に示すように真空チェンバ８０５内で垂直方向に移動可能である。各ステップモーター８０５は装置８００に関連して設けられるコンピュータ制御システムの選択的自動制御下にある。かくして、図８及び９に示すように、試料段８５０は選択的独立運動を行える以下の４つの自由度を有する。即ち、（１）軸Ａを中心とする回転、（２）傾斜と呼ばれる軸Ｂを中心とする回転、（３）傾斜とも呼ばれる軸Ｃを中心とする回転、及び（４）真空チェンバ内の垂直運動である。
【００７３】
図８を再び参照して、この装置８００はさらに、真空チェンバ８０５内で試料８３５をプラズマクリーニングするためにシールド８９７内に収容されたプラズマ発生器を有する。本願の他所で述べたように多種類のプラズマ発生器を使用できるが、図１及び５に示すような誘導結合型プラズマ発生器が好ましい。真空チェンバ８０５には、シールド８９７内に収容されたプラズマ発生器が発生するプラズマが真空チェンバ８０５内に流入して試料８３５をプラズマクリーニングできるようにするアーパチャ９００が設けられている。可動シャッター９０５が真空チェンバ８０５内に設けられ、プラズマクリーニング中でない時アーパチャ９００を遮蔽する位置に、好ましくは自動的に移動するように構成されているため、本願で述べたそれ以外の試料調製プロセスの実施中にプラスチック発生器のコンポーネントを汚染されないように保護する。図１１を参照して、試料８３５をプラズマクリーニングする場合、試料段８５０を好ましくは図１１に示す位置へ適当なステップモーターを動作させることにより移動させる。図１１に示す位置では、試料段８３５はアーパチャ９００に隣接しており、シャッター９０５は開位置にある。
【００７４】
図８に示すように、装置８００は、真空チェンバ８０５内で試料８３５をイオンビームエッチングまたは反応性イオンビームエッチングするためのイオン源９１０も備えている。イオン源９１０は、真空チェンバ８０５に固着された冷却フランジ９１５内に取り付けられている。イオンビームエッチングのための不活性ガス及び反応性イオンビームエッチングのための反応性ガスのような１またはそれ以上のプロセスガスは、圧縮ガスシリンダのようなガス源（図示せず）から１またはそれ以上のガス入口を介してイオン源９１０に供給される。１またはそれ以上の質量流量コントローラ（図示せず）が各プロセスガスの流量調節のために設けられている。好ましい実施例において、装置８００は、それぞれが対応する質量流量コントローラを有し、一方がアルゴンのような不活性ガス用、もう一方がＣＦ4のような反応性ガス用の２つのガス入口を有する。電子による衝撃、ペニングイオン化、電子ビーム、気体ガス状電界イオン化またはホローアノード放電イオン源のような多種類のイオン源が知られており、イオン源９１０として用いることができる。ホローアノード放電型のイオン源が好ましい。図１２を参照して、試料８３５をエッチングする場合、試料段８５０を好ましくは自動的に図１２に示す位置へ適当なステップモーターを動作させることにより移動させる。図１２に示す位置では、試料８３５はイオン源９１０が発生するイオンビーム内、好ましくはそのビームの中心に位置する。さらに、ステップモーターを選択的に動作させることにより、試料８３５をイオンビームが９０度の角度でその表面に入射して試料８３５をイオンミリングする位置から、イオンビームが０度でその表面に入射して試料８３５を平坦化する位置へ、あるいは、０度と９０度の間の任意の位置へ移動させることができる。さらに、試料８３５を図９に示す軸Ａを中心として選択的に回転させることにより、所与の領域が時間の関数で均一に処理されるようにすることができる。
【００７５】
装置８００はさらに、試料８３５を反応性イオンエッチングとしても知られるプラズマエッチングするための真空チェンバ８０５に固着されたＲＩＥ組立体９２０を有する。好ましい実施例において、ＲＩＥ組立体９２０は、プラズマが２つの実質的に平行な電極間で発生する既に詳説した容量性放電方式により発生されるプラズマを利用する。この実施例において、ＲＩＥ組立体９２０は、プラズマ発生に必要な電極の１つして働くプレートが内部に支持された容器９２５を有する。端部キャップ９３０は容器９３５の密封のために容器９２５の端部に固定されている。交流ＲＦ電圧源９３５が設けられるが、この電圧源は容器９２５内に支持されたプレートに接続され、この容器に供給されるガスから容器９２５の内部にプラズマを発生させる。最も好ましい実施例において、ＲＩＥ組立体９２０には多数のガス入口、例えば３つのガス入口が設けられており、これによりプラズマをＯ2、ＣＦ4、ＣＨＦ3のような種々のプロセスガスから選択的に発生することができる。所定の量及び濃度の各ガスの導入は、特定の材料を除去する例ではユーザーがガスを特別に混合できるよう独立制御するのが好ましい。銅を用いる半導体材料のための典型的なガス混合物はＣＦ4が９０％、Ｏ2が１０％である。かかる混合物はまた、ＣＨＦ3、Ｈ2または種々のＣｌ系ガスを幾つかの割合で含有することがある。図１３を参照して、試料８３５をプラズマエッチングする場合、試料段８５０を好ましくは自動的に図３に示すような位置へ適当なステップモーターを動作させることにより移動させる。図１３に示す位置では、試料８３５は真空チェンバ８０５に設けられてアーパチャ９４５に隣接している。試料８３５の表面は容器９２５内で支持されるプレートに平行であるのが好ましい。試料段８５０の支持組立体８５５はプラズマ発生に用いる第２の電極である。可動シャッター９４５が真空チェンバ８０５内に設けられているが、プラズマエッチング中でない時はアーパチャ９４０を遮蔽する位置に好ましくは自動的に移動させ、上述した他の試料調製プロセスの実施中にＲＩＥ組立体９２０のコンポーネントを汚染されないように保護する。ＲＦ電圧源９３５の出力レベル及び容器９２５内に支持されたプレートと試料段８３５の表面の間の距離を、プラズマエッチング性能及び特性を変更できるように調整可能であることが好ましい。容器９２５内に支持されたプレートと試料９３５の表面の間に距離は、試料段８５０がどの程度容器９２５内に挿入されているかに応じて異なる。これらのパラメータは、装置８００に設けられコンピュータ制御システムにより自動的に制御されるのが好ましい。
【００７６】
ＲＩＥ組立体９２０は、ガス入口の１つを介して酸素含有プロセスガスを導入し、プロセスガスからプラズマを発生させて、試料をプラズマクリーニングするために使用できる。プロセスガスはまた、アルゴンまたは別の非反応性ガスのような他のガスを含むことができる。
【００７７】
装置８００は、試料８３５上に導電性コーティングを形成するようにも構成されている。試料８３５のコーティングは、イオン源９１０がスパッタリングターゲットと協働する、本願の他所に詳述するイオンビームスパッタリングプロセスを用いて行われる。詳述すると、図１０を参照して、前方ドア組立体８０２は、真空チェンバ８０５の前部に固着するように構成され、ターゲットホルダー９５５を支持するターゲット支持ヘッド９５２を備えたレバー９５０を有する。ターゲットホルダー９５５は試料８３５のイオンビームスパッタリングによるコーティングに用いる１またはそれ以上のターゲット９６０を保持する。レバー９５０は、ターゲットホルダー９５５がターゲットシールド９６５の背後に隠れた、不使用時にターゲット９６０を保護する第１の位置（図１０に図示せず）と、選択されたターゲット９６０がイオン源９１０が発生するイオンビームと一直線に並ぶ第２の位置（図１０に図示せず）との間で移動可能である。図１０はこれら２つの位置の間の中間位置を示す。図１４を参照して、試料のイオンビームスパッタリングによるコーティングを行う場合、試料段８５０を、試料８３５がイオン源９１０により発生されるイオンビームの外側に位置する図１４に示す位置へ好ましくは自動的に移動させる。試料８３５を選択されたターゲット９６０からおおよそ半インチ離れた位置に移動させ、選択されたターゲット９６０に平行にコーティングシーケンスを開始させるのが好ましい。コーティング時、試料８３５を以下に述べるようにその頂面を中心として傾斜させるのが好ましい。レバーアーム９５０を、選択されたターゲット９６０がイオン源９１０により発生されるイオンビームの軸と交差する位置へ好ましくは自動的に移動させる（図１４には例示のためターゲット支持ヘッド９５２だけを示す）。この位置において、イオンビームはターゲット９６０と衝突し、原子をターゲット９６０の表面からスパッタリングするが、これらの原子は試料８３５上に降り注いて、その表面に付着し、その表面にコーティングを形成する。試料段８５０を制御するステップモーターを選択的且つ好ましくは自動的に動作させて、試料８３５を、図９に示す軸Ａを中心として回転させ、揺動としても知られる、試料８３５の表面頂部を中心として傾斜させると、試料８３０の表面に均一なコーティングを形成できる。この傾斜は、図９に示す軸Ｂ及びＣを中心とする選択的回転及び図８の矢印に示すような試料段８５０の選択的な垂直移動により行われる。
【００７８】
最も好ましい実施例において、装置８００は、単一のターゲットまたは種々の材料より成るターゲットのような多数のターゲット９６０を収容し、特定のターゲットをコーティングプロセス時に選択的に使用する機構を有する。詳述すると、図１０及び図１５に示すように、ターゲットホルダー９５５はディスク状であり、多数のターゲット９６０を保持する。ターゲットホルダー９５５は、ターゲット支持ヘッド９５２内の多数の位置の間で回転するよう構成されている。各回転位置で、選択された１つのターゲット９６０が露出するが、残りのターゲット９６０はターゲット支持ヘッド９５２の一部の背後に隠れる。ターゲットホルダー９５５からはピン９７０が延びる。ターゲットホルダー９５５は、ピン９７０と前方ドア組立体８０２上に設けられたアーム９７５との協働作用により種々の回転位置の間で回転される。詳述すると、ターゲットホルダー９５５を１つの位置から次の位置に回転するには、最初にレバー９５０を、ターゲットホルダー９５５がターゲットシールド９６５の背後に隠れているその第１の位置から持ち上げた後、その第１の位置へ落下させる。この移動シーケンスの間、特に下方移動時に、１つのピン９７０がアーム９７０と接触してターゲットホルダー９５５を１つの位置だけ回転させる。このプロセスを、所望のターゲット９６０が露出する位置へ移動させるに必要な回数だけ反復すればよい。装置８００の自動制御は、特定のターゲット９６０の各位置を自動的に追跡して各々が選択的に、好ましくは自動的に試料８３５をコーティングする位置に移動できるように構成されている。
【００７９】
最も好ましい実施例によると、装置８００はさらに、真空チェンバ８０５の内部の垂直軸に沿う試料８３５の表面の高さ位置を検知するシステムを有する。この垂直軸は図８に示す棒８９５の縦方向軸と平行であり、縦方向軸及び図８の矢印で示す棒８９５の垂直移動軸と平行である。装置８００は、高さ位置を測定すると、種々のステップモーターを動作させて、試料８３５が処理に適した位置にある図１１−１４に示す適当な処理位置へ試料段８５０を自動的に移動できるため、この高さ位置の測定は重要である。これらの移動及びステップモーターの自動動作に必要な計算は、垂直軸に沿うこの最初の高さ位置に基づく。詳述すると、高さ位置は、垂直軸に沿う固定位置、例えば、試料８３５またはスタブ８４０がない場合の試料段８５０の頂部位置に関して測定する。新しい試料８３５を処理しようとする度に、自動位置決め及び処理を可能にする測定が必要なのはこの相対的高さ位置である。この相対的高さ位置を測定した後、必要に応じてステップモーターを制御し試料段８５０を移動させるためにこの高さ位置を計算及びアルゴリズムに使用するが、この計算及びアルゴリズムは試料毎に変更されない。この自動的位置決めに必要な特定のアルゴリズムの創出は当業者の技量内であり、ここでは詳述しない。
【００８０】
図８に示すように、装置８００の最も好ましい実施例によると、レーザー９８０及びセンサー９８５が試料８３５の表面高さ位置を検知するために設けられている。レーザー９８０の適当な例は、Coherent Inc.社により市販されている部品番号第０２２１−０１５−００のレーザーであり、出力は１ｍＷ、波長は６７０ｎｍである。センサー９８５の適当な例として、波長６７０ｎｍに同調された、UDT Sensors Inc.社により市販される光センサーがある。イオン源をレーザー９８０の代替物として使用し、ファラデーカップをセンサー９８５の代替物として用いることができる。
【００８１】
レーザー９８０は、レーザービームの経路が試料段８５０により妨げられない時に発生するレーザービームがセンサー９８５により受信されるように配置されている。上述したような試料８３５の表面高さ位置は、試料段８５０をレーザービームを完全に妨げる（即ち、センサー９８５が遮蔽される）垂直位置へ移動させ、試料段８５０をセンサー９８５がレーザービームの所定の強度レベルを感知するまで下方に移動させることにより測定できる。図１６は、試料８３５の表面高さ位置を測定するための現在において好ましい方法を示すフローチャートである。ブロック１０００を参照して、最初に試料段８５０をレーザービームが完全に妨げられる（即ち、センサー９８５の検知レベルが０である）位置に移動させ、センサー９８５の読みをとる。次いで、ブロック位置として知られる変数を試料段８５０の現在の垂直位置に等しい値に設定する。次にブロック１００５に示すように、試料段８５０の、レーザービームが完全に妨げられない垂直位置へ移動させ、センサー９８５の読みをとる。クリア位置として知られる変数をその時の試料段８５０の位置に設定する。次いで、ブロック１０１０を参照して、試料段８５０をブロック位置とクリア位置の中間点に移動させる。次いで、ブロック１０１５に示すようにセンサー９８５の読みをとる。ブロック１０２０を参照して、次にセンサーの読みが最初のクリア位置でとった読みの５０％に予め設定した許容誤差を加算または減算したレベルにあるか否かを判定する。センサーの読みが最初のクリア位置の５０％に許容誤差をプラスマイナスした値であれば、ステップ１０２５で示すように、試料８３５の表面高さ位置を試料段８５０の現在位置に設定する。ステップ１０１５で得たセンサーの読みが最初のクリア位置で得た読みの５０％に許容誤差をプラスマイナスした値に等しくない場合、ブロック１０３０で示すように、センサーの読みが最初のクリア位置の読みの５０％に許容誤差をプラスマイナスした値よりも小さいか否か判定する。もしそうであれば、ブロック１０３５で示すようにブロック位置の変数を試料段５８０の現在位置に等しい値に設定し、ステップ１０１０に戻る。そうでなくて、ブロック１０３０においてセンサーの読みが最初のクリア位置の読みの５０％より大きいと判定されると、ブロック１０４０に示すように、クリア位置変数を試料段８５０の現在位置に設定し、ブロック１０１０に戻る。ブロック１０２５において高さ位置が設定されるまでこの処理を継続する。
【００８２】
試料８３５の表面高さ位置を検知する別の機構として、近接センサー（ホール効果）、電気接点または機械式接点スイッチを用いる機構（これらの限定されない）を使用してもよい。
【００８３】
本願で使用した用語及び表現は説明用の用語であって限定用ではなく、かかる用語及び表現の使用に当たり本明細書に図示説明した特徴部分及びその一部の均等物を除外する意図はなく、頭書の特許請求の範囲内において種々の変形例及び設計変更が可能であることが認識される。本発明の特定の実施例を発明の詳細な説明において記載したが、本発明はそれらの実施例だけに限定されるべきでなく、多数の変形例及び設計変更が可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明による顕微鏡用試料調製装置の第１実施例を示す概略図である。
【図２】真空容器の内部の図３に示すスタブ装着試料を移動させる移送棒を示す部分断面図である。
【図３】従来技術のスタブ装着試料の等角投影図である。
【図４】本発明による顕微鏡用試料調製装置の第２実施例を示す概略図である。
【図５】本発明による顕微鏡用試料調製装置の第３実施例を示す概略図である。
【図６】本発明による顕微鏡用試料調製装置の第４実施例を示す概略図である。
【図７】本発明の１つの局面に従って試料をイオンビームに整列させるシステムの実施例を示す概略図である。
【図８】本発明による顕微鏡用試料調製装置の第５の好ましい実施例を示す概略図である。
【図９】図８の装置の一部を形成する試料段を示す等角投影図である。
【図１０】図８の装置の一部を形成する前方ドア組立体の等角投影図である。
【図１１】試料がプラズマクリーニングのために配置される図８の装置を示す等角投影図である。
【図１２】試料がエッチングのための配置される図８の装置を示す等角投影図である。
【図１３】試料がプラズマエッチングのための配置される図８の装置を示す等角投影図である。
【図１４】試料がコーティングのための配置される図８の装置を示す等角投影図である。
【図１５】図１０に示す前方ドア組立体の部分等角投影図である。
【図１６】本発明の１つの局面に従って試料表面の高さ位置を検知する方法を示すフローチャートである。
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年4月28日(2005.4.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡用試料調製装置であって、
試料をプラズマクリーニングするためのプラズマ発生器と、
連続真空条件下で試料から材料を除去する手段と、
試料をプラズマエッチングする手段と、
試料に導電性材料をコーティングするための手段とより成り、
試料のプラズマクリーニング、試料のプラズマエッチング、試料からの材料の除去及び試料のコーティングは連続真空条件下で行われる試料調製装置。
【請求項２】
第１のチェンバ及び第２のチェンバをさらに備え、第１のチェンバは真空弁を介して第２のチェンバに接続されており、第１のチェンバの内部は真空弁を開くと連続真空条件下の第２のチェンバの内部に露出される請求項１の装置。
【請求項３】
試料を支持し、連続真空条件下で試料を第１のチェンバと第２のチェンバとの間で移送する移送棒をさらに有する請求項１又は２の装置。
【請求項４】
さらに真空チェンバを有し、該真空チェンバはプラズマ発生器、試料から材料を除去する前記手段、試料をプラズマエッチングする前記手段及び試料にコーティングする前記手段のうちの少なくとも２つを支持し、試料のプラズマクリーニング、試料のコーティング、試料のプラズマエッチング及び試料からの材料の除去は真空チェンバの内部で行われる請求項１の装置。
【請求項５】
試料を保持する試料段をさらに備えた請求項１、２又は４の装置。
【請求項６】
前記試料段は、試料のプラズマクリーニング及びプラズマエッチング、試料からの材料の除去及び試料のコーティングを行うために連続真空条件下で真空チェンバ内の複数の処理位置に移動可能である請求項５の装置。
【請求項７】
前記試料段は、ユーザーにより設定されるパラメータに基づき前記処理位置の間で自動的に移動可能である請求項５の装置。
【請求項８】
前記パラメータは選択された処理位置間の移動順序を含む請求項７の装置。
【請求項９】
前記試料段は真空チェンバの垂直軸に沿う第１の方向に移動可能であり、さらに、垂直軸に沿う試料表面の第１の位置を検知する位置を備え、試料段は第１の位置に基づき複数の処理位置に自動的に移動される請求項５の装置。
【請求項１０】
前記試料段は真空チェンバの垂直軸に沿う第１の方向に移動可能であり、さらに、真空チェンバにより支持されたビーム発生装置及びビームセンサーを有し、ビーム発生装置及びビームセンサーは垂直軸に沿う試料表面の第１の位置の検知に使用され、試料段は第１の位置に基づき複数の処理位置に自動的に移動される請求項９の装置。
【請求項１１】
前記第１の位置は垂直軸に沿い第２の位置に関して測定される請求項９又は１０の装置。
【請求項１２】
前記ビーム発生装置はレーザーより成る請求項１０の装置。
【請求項１３】
前記試料段は真空チェンバの垂直軸に沿う第１の方向に移動可能であり、試料を支持する試料段の少なくとも第１の部分は前記垂直軸を中心として回転可能であり、第１の部分に接続された試料段の少なくとも第２の部分は前記垂直軸に関して第１の角度方向に移動可能である請求項５の装置。
【請求項１４】
第２の部分に接続された試料段の少なくとも第３の部分は前記垂直軸に関して第２の角度方向に移動可能である請求項１３の装置。
【請求項１５】
前記試料段は選択的独立運動できる少なくとも３つの自由度を有する請求項５の装置。
【請求項１６】
前記試料段は選択的独立運動できる少なくとも４つの自由度を有する請求項５の装置。
【請求項１７】
試料段は試料を傾斜するように構成されており、試料は試料段により保持されると試料表面により画定される平面にほぼ平行な回転軸を中心として回転可能である請求項５の装置。
【請求項１８】
試料段を冷却する手段をさらに備えた請求項５の装置。
【請求項１９】
試料段は前記回転軸に沿って選択的に移動可能である請求項９、１０又は１３の装置。
【請求項２０】
第１のチェンバと第２のチェンバとの間に位置する弁をさらに備え、前記弁は第１のチェンバを第２のチェンバから隔離する閉じた状態と、試料を第１と第２の位置との間で移動可能にする開いた状態とを有する請求項１又は２の装置。
【請求項２１】
開いた状態にある前記弁は試料段が第２の位置にある時該試料段と係合し、前記弁と試料段との係合により第１の真空チェンバと第２の真空チェンバの間の質量移動を阻む実質的な密封状態が形成される請求項２０の装置。
【請求項２２】
第１のチェンバと第２のチェンバの間に位置するバッフルをさらに備え、該バッフルは試料段が第１の位置と第２の位置の間で移動できるようにする開いた状態を有する請求項２０の装置。
【請求項２３】
第２のチェンバはさらに低温トラップを有する請求項２の装置。
【請求項２４】
第２のチェンバはさらに、試料上に付着した導電性材料の量を測定する水晶発振器を有する請求項２の装置。
【請求項２５】
さらに真空状態を制御する少なくとも１つの真空ポンプを備えた請求項１、２又は４の装置。
【請求項２６】
第１のチェンバに接続されて第１のチェンバを第１の選択された所定真空レベルにまで排気する第１の真空ポンプと、第２のチェンバに接続されて第２のチェンバを第２の選択された所定真空レベルにまで排気する第２の真空ポンプとをさらに備えた請求項２５の装置。
【請求項２７】
真空ポンプは無潤滑式真空ポンプより成る請求項２５又は２６の装置。
【請求項２８】
無潤滑式真空ポンプは、無潤滑式ダイアフラムポンプ、分子吸収ポンプ、ターボ分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援される分子吸収ポンプ、ダイアフラムポンプにより支援されるターボ分子吸収ポンプ、クライソープションポンプ、往復ピストンポンプ、スクロールポンプ、ねじポンプ、クローポンプ、非オイルシール型単段／多段ピストンポンプ及びロータリーローブポンプよりなる群から選択される請求項２５の装置。
【請求項２９】
プラズマ発生器は、プラズマ管、プラズマ管の周りに巻回されたコイル及びコイルに接続されたＲＦ電源より成る請求項１の装置。
【請求項３０】
プラズマ管に接続された酸素含有プロセスガス源をさらに備え、プラズマクリーニングはプロセスガスを用いて行われる請求項２９の装置。
【請求項３１】
プロセスガスはさらにアルゴンを含む請求項３０の装置。
【請求項３２】
試料をプラズマエッチングする前記手段は、酸素含有プロセスガスからプラズマを発生させることにより試料をプラズマクリーニングするためにも使用可能である請求項１の装置。
【請求項３３】
プロセスガスはアルゴン７５％、酸素２５％の混合物より成る請求項２９の装置。
【請求項３４】
プロセスガスは非反応性ガスを含む請求項２９または３３の装置。
【請求項３５】
プラズマ発生器は第１のチェンバにより支持される請求項１０の装置。
【請求項３６】
試料のプラズマクリーニングは第１のチェンバの内部で行われ、前記コーティング手段、前記プラズマエッチングする手段及び試料から材料を除去する前記手段のうち少なくとも１つは第２のチェンバにより支持されており、試料のコーティング、試料のプラズマエッチング及び試料からの材料の除去は第２のチェンバの内部で行われる請求項２または３５の装置。
【請求項３７】
プラズマ発生器は第２の真空チェンバにより支持されている請求項２の装置。
【請求項３８】
試料から材料を除去する前記手段はイオンビームを用いて試料をエッチングする手段より成る請求項１、２又は４の装置。
【請求項３９】
試料から材料を除去する前記手段はイオンビームを試料に指向させるイオン源を有する請求項３８の装置。
【請求項４０】
試料から材料を除去する前記手段はさらにイオン源に隣接して配置されたプロセスガス源を有する請求項１、２、４又は３９の装置。
【請求項４１】
試料をイオンビームエッチングする手段をさらに備え、イオンビームエッチングは連続真空条件下で行われる請求項３９の装置。
【請求項４２】
試料にコーティングする前記手段はイオンビームを試料に指向させるイオン源を有し、ターゲットは導電材料で形成されている請求項１、２又は４の装置。
【請求項４３】
試料にコーティングする前記手段はマグネトロンスパッタリングより成る請求項４２の装置。
【請求項４４】
前記コーティングはイオンビームスパッタリングによるコーティングより成り、前記コーティング手段は導電性材料より形成されたターゲットを有し、前記イオン源はイオンビームをターゲットに指向させる請求項４２の装置。
【請求項４５】
前記コーティング手段はさらに真空チェンバにより支持されるレバーを有し、前記レバーはターゲットを保持し、前記レバーはイオンビームがターゲットに指向される位置に選択的に移動可能である請求項４２の装置。
【請求項４６】
前記コーティング手段は各々が導電性材料により形成された複数のターゲットを有し、前記イオン源はイオンビームを選択された１つのターゲットに指向させる請求項４２の装置。
【請求項４７】
前記コーティング手段はさらに、選択された１つのターゲットを遮蔽された位置から露出位置に移動させる手段をさらに含む請求項４６の装置。
【請求項４８】
前記コーティング手段はさらに真空チェンバにより支持されるレバーを有し、前記レバーは複数のターゲットを保持し、前記レバーはイオンビームが選択された１つのターゲットに指向される位置に選択的に移動可能である請求項４６の装置。
【請求項４９】
前記複数のターゲットはターゲットホルダーにより保持され、該ターゲットホルダーは各々が１つのターゲットを露出させ残りの１またはそれ以上のターゲットを遮蔽する複数の位置の間で移動可能である請求項４６の装置。
【請求項５０】
前記ターゲットホルダーはレバーにより回転自在に支持され、前記ターゲットホルダーは前記複数の位置の間で回転可能である請求項４９の装置。
【請求項５１】
前記ターゲットホルダーはさらに複数のピンを有し、真空チェンバはアームを支持し、ターゲットホルダーはアームと任意の１つのピンの間の接触により選択的に回転される請求項４６の装置。
【請求項５２】
選択された１つのターゲットを選択的に露出させ、残りの１またはそれ以上のターゲットを遮蔽する手段をさらに備えた請求項４６の装置。
【請求項５３】
前記プラズマエッチングはさらに容量性放電プラズマエッチングより成る請求項１、２又は４の装置。
【請求項５４】
さらに真空チェンバを備え、前記プラズマエッチング手段は真空チェンバにより支持された第１の電極と、真空チェンバにより支持された第２の電極とを有し、第１及び第２の電極は試料を受容するためにそれらの間にギャップを画定する請求項１、２又は４の装置。
【請求項５５】
前記第１及び第２の電極はそれぞれほぼ平坦な電極より成り、第１及び第２の電極は互いに実質的に平行である請求項５４の装置。
【請求項５６】
試料を保持する試料段をさらに備え、該試料段は真空チェンバにより支持され、試料段の少なくとも一部は第１の電極である請求項５４の装置。
【請求項５７】
前記試料段は第１の電極の平坦な正面にほぼ垂直な方向で移動可能である請求項５６の装置。
【請求項５８】
前記第２の電極は第２の電極の平坦な表面にほぼ垂直な方向で移動可能である請求項５６の装置。
【請求項５９】
前記試料段は第１の位置と第２の位置との間を第１の縦方向に移動可能であり、第１の電極は第１の縦方向にほぼ垂直な第２の縦方向に移動可能である請求項５６の装置。
【請求項６０】
第１及び第２の電極に接続されて前記ギャップ内に電界を発生させる交流電圧源をさらに備え、前記電界は前記ギャップに導入されるガスからプラズマを発生させる請求項５４の装置。
【請求項６１】
前記プラズマエッチングはさらに誘導結合プラズマエッチングより成る請求項１、２又は４の装置。
【請求項６２】
前記プラズマエッチング手段はさらに２またはそれ以上のガス入口を有し、試料のプラズマエッチングはユーザーにより選択される２またはそれ以上のプロセスガスの混合物から発生されるプラズマを利用する請求項５３又は６１の装置。
【請求項６３】
前記プロセスガスはさらにＯ2、ＣＦ4及びＣＨＦ3の少なくとも１つより成る請求項６２の装置。
【請求項６４】
前記真空チェンバはプラズマ発生器に隣接する第１のアーパチャと、第１のアーパチャを選択的に覆う第１の可動シャッターと、プラズマエッチング組立体に隣接する第２のアーパチャと、第２のアーパチャを選択的に覆う第２の可動シャッターとを有する請求項２又は４の装置
【請求項６５】
顕微鏡用試料調製方法であって、
処理チェンバの軸に沿う試料表面の第１の位置を測定し、
第１の位置に基づき試料を処理チェンバ内の１またはそれ以上の処理位置に自動的に移動させるステップより成る試料調製方法。
【請求項６６】
前記測定ステップはさらに、第１の位置を前記軸に沿う第２の位置に関して測定するステップを含む請求項６５の方法。
【請求項６７】
前記測定ステップはさらに、
ビームを発生させ、
ビームをセンサーに指向させ、
試料を前記軸に沿って移動させ、
センサーの測定値が所定のレベルになると前記第１の位置を確認するステップより成る請求項６５の方法。
【請求項６８】
前記ビームはレーザービームより成る請求項６７の方法。
【請求項６９】
前記所定のレベルは、センサーが完全に非ブロック状態にある時測定されるレベルのほぼ５０％である請求項６７の方法。
【請求項７０】
前記測定ステップはさらに、
（ａ）センサーが完全にブロックされるブロック位置へ試料を前記軸に沿って移動させ、そしてブロック位置変数をブロック位置に等しい値に設定し、
（ｂ）センサーが完全に非ブロック状態の非ブロック位置に試料を前記軸に沿って移動させ、非ブロックセンサーレベルの読みをとり、そしてクリア位置変数を非ブロック位置に等しい位置に等しい値に設定し、
（ｃ）ブロック位置変数に等しい位置と、クリア位置変数に等しい位置の間のほぼ半分の中間位置へ試料を移動させ、
（ｄ）中間位置で現在のセンサーレベルの読みをとり、
（ｅ）現在のセンサーレベルの読みが非ブロックセンサーレベルの読みの約５０％に等しいか否かを判定し、
（ｆ）現在のセンサーレベルの読みが非ブロックセンサーレベルの読みの約５０％に等しければ第１の位置を中間位置に等しい値に設定し、
（ｇ）現在のセンサーレベルの読みが非ブロックセンサーレベルの読みの約５０％未満であればブロック位置変数を中間位置に等しい値に設定し、そしてステップ（ｆ）において第１の位置が設定されるまでステップ（ｃ）乃至（ｈ）を繰り返し、
（ｈ）現在のセンサーレベルの読みが非ブロックセンサーレベルの約５０％より大きければクリア位置変数を中間位置に等しい位置に設定し、そしてステップ（ｆ）において第１の位置が設定されるまでステップ（ｃ）乃至（ｈ）を繰り返すステップより成る請求項１５６の方法。