(57)【要約】      （修正有）【課題】全ミリングプロセス中に、試料を連続的にかつ実時間モードで観察することができ、かつプロセスの精度、品質、および停止の完全自動制御を行なうことができるシステムを提供する。【解決手段】マスク５０および試料２１を操作し、それによって試料２１の異なる側をイオンミリング装置４０に露出することを含む。操作は、試料２１とマスク５０との間の空間的関係を変化させることなく維持しながら、回転させることを含む。マスク５０および試料２１のアラインメントの実行は、画像を走査型電子顕微鏡のような撮像装置によって得ることを含むことができる。【選択図】図２
2012018163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を作製するための方法であって、以下のステップを含む方法:
マスクおよび初期試料をマニピュレータによって受け取るステップ;
マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側が撮像装置に対面するように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって撮像装置の前に配置すること;
マスクで初期試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽しながら、初期試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持するように、マスクおよび初期試料のアラインメントをマニピュレータによって実行するステップ、但しアラインメントの実行は、マスクおよび初期試料の画像を撮像装置によって得ることを含む;
マスクと初期試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ;
マスキング部分をマスクによって遮蔽しながら、初期試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によってミリングして、部分的にミリングされた試料を提供するステップ;
マスクおよび初期試料の縁部領域の第２側が撮像装置に対面するように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって撮像装置の前に配置するステップ、但し第２側は第１側とは異なる;
マスクが部分的にミリングされた試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽しながら、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持するように、マスクおよび初期試料のアラインメントをマニピュレータによって実行するステップ、但しアラインメントの実行は、マスクおよび部分的にミリングされた試料の画像を撮像装置によって得ることを含む;
マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよび部分的にミリングされた試料の縁部領域の第２側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよび部分的にミリングされた試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ;および
マスクによってマスキング部分を遮蔽しながら、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によってミリングして、ミリングされた試料を提供するステップ。
【請求項２】
マスクおよび初期試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップは、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって回転させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によってミリングするステップは、ミリング中に、撮像装置の透過型検出器によってミリングされた試料の縁部領域の厚さを監視することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
部分的にミリングされた試料の縁部領域のミリング中に得られた厚さフィードバック情報に基づいて、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
部分的にミリングされた試料のミリング後に得られた厚さフィードバック情報に基づいて、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
撮像装置の光軸はミリング工具の光軸に対し直角を成し；マスクおよび初期試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップは、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって回転させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
以下のステップを含む、請求項１に記載の方法：
マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側が撮像装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって配置するステップ；
マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ；
マスクおよび初期試料の縁部領域の第２側が撮像装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって撮像装置の前に配置するステップ；および
マスクおよび部分的にミリングされた試料の縁部領域の第２側がイオンミリング装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび部分的にミリングされた試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ。
【請求項８】
初期試料の縁部領域は少なくとも１ミクロンの厚さを有し、ミリングされた試料の縁部領域の厚さは５０ナノメートルを超えない、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ミリングするステップは、イオンミリング装置の光軸を中心にミリングビームを回転させながらミリングすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によって除去することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
部分的にミリングされた試料の縁部領域の厚さに基づいて、部分的にミリングされた試料の縁部領域のミリングを停止することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
撮像装置の透過型検出器によって部分的にミリングされた試料の縁部領域の厚さを監視することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
撮像装置の透過型検出器へ出力される電流を、電流値と厚さの値との間の予め定められた関係と比較することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
以下のステップをさらに含む、請求項１に記載の方法：
マスクおよびミリングされた試料の縁部領域の第１側が撮像装置に対面するように、マスクおよびミリングされた試料をマニピュレータによって撮像装置の前に配置するステップ；
ミリングされた試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持しながら、マスクがミリングされた試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽するように、マスクおよびミリングされた試料のアラインメントをマニピュレータによって実行するステップ、但しアラインメントの実行は、撮像装置によってマスクおよびミリングされた試料の画像を得ることを含む；
マスクとミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよびミリングされた試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよびミリングされた試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ；および
マスキング部分をマスクによって遮蔽しながら、ミリングされた試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によってミリングして、さらにミリングされた試料を提供するステップ。
【請求項１５】
撮像装置は、光学装置である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
撮像装置は、走査型電子顕微鏡である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
後方散乱電子検出器によって初期試料のミリングの進捗を監視するステップと、部分的にミリングされた試料のミリングの完了を透過型検出器によって監視するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
部分的にミリングされた試料の縁部領域が所望の厚さに達したときに、部分的にミリングされた試料のミリングを自動的に停止することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
マニピュレータ；撮像装置；およびイオンミリング装置を含む試料作製システムであって；
マニピュレータは、次のように構成される：
マスクおよび初期試料を受け取る；
マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側が撮像装置に対面するように、マスクおよび初期試料を撮像装置の前に配置する；
初期試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持しながら、マスクが初期試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽するように、マスクおよび初期試料のアラインメントに関与する；
マスクと初期試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよび初期試料をイオンミリング装置の前に配置する；
イオンミリング装置は、マスキング部分をマスクによって遮蔽しながら、初期試料の縁部領域の露出部分をミリングして、部分的にミリングされた試料を提供するように構成される；
マニピュレータはさらに、次のように構成される：
マスクおよび初期試料の縁部領域の第２側が撮像装置と対面するようにマスクおよび初期試料を撮像装置の前に配置する、但し第２側は第１側とは異なる；
部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持しながら、マスクが部分的にミリングされた試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽するように、マスクおよび部分的にミリングされた試料のアラインメントに関与する；
マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよび部分的にミリングされた試料の縁部領域の第２側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよび部分的にミリングされた試料をイオンミリング装置の前に配置する；
イオンミリング装置はさらに、マスクによってマスキング部分を遮蔽しながら、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分をミリングして、ミリングされた試料を提供するように適応される；および
撮像装置は次のように構成される：
マスクおよび初期試料のアラインメント中に、マスクおよび初期試料の画像を得る；および
マスクおよび部分的にミリングされた試料のアラインメント中に、マスクおよび部分的にミリングされた試料の画像を得る。
【請求項２０】
マニピュレータは、マスクおよび初期試料がイオンミリング装置と対面するまで、マスクおよび初期試料を回転させるように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
撮像システムは、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分のミリング中に、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分の厚さを示す検出信号を提供するように構成された透過型検出器を含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
マニピュレータは、部分的にミリングされた試料の縁部領域のミリング中に得られた厚さフィードバック情報に基づいて、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させるように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
マニピュレータは、部分的にミリングされた試料のミリング後に得られた厚さフィードバック情報に基づいて、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させるように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
撮像装置の光軸はミリング工具の光軸に対し直角を成し、マニピュレータは、マスクおよび初期試料がイオンミリング装置に対面するまで、マスクおよび初期試料を回転させるように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
マニピュレータは次のように構成される、請求項１９に記載のシステム：
マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側が撮像装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料を配置する；
マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料をイオンミリング装置の前に配置する；
マスクおよび初期試料の縁部領域の第２側が撮像装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料を撮像装置の前に配置する；および
マスクおよび部分的にミリングされた試料の縁部領域の第２側がイオンミリング装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび部分的にミリングされた試料をイオンミリング装置の前に配置する。
【請求項２６】
初期試料の縁部領域は、少なくとも１ミクロンの厚さを有し、システムは、ミリングされた試料の縁部領域が５０ナノメートルを超えない厚さになるまで、ミリングされた試料の縁部領域をミリングするように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２７】
イオンミリング装置は、イオンミリング装置の光軸を中心にミリングビームを回転させながら、ミリングを行なうように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２８】
イオンミリング装置は、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分を除去するように構成される、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２９】
部分的にミリングされた試料の縁部領域の厚さに基づいて、部分的にミリングされた試料の縁部領域のミリングを停止するように構成されるコントローラを含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項３０】
部分的にミリングされた試料の縁部領域の厚さの監視を支援するように構成される透過型検出器を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
撮像装置の透過型検出器によって出力された電流を、電流値と厚さの値との間の予め定められた関係と比較するように構成されるコントローラを含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
マニピュレータはさらに次のように構成される、請求項１９に記載のシステム：
マスクおよびミリングされた試料の縁部領域の第１側が撮像装置に対面するように、マスクおよびミリングされた試料を撮像装置の前に配置する；
ミリングされた試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持しながら、マスクがミリングされた試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽するように、マスクおよびミリングされた試料のアラインメントに関与する；
マスクとミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよびミリングされた試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよびミリングされた試料をイオンミリング装置の前に配置する；および
イオンミリング装置はさらに、マスキング部分がマスクによって遮蔽されている間に、ミリングされた試料の縁部領域の露出部分をミリングして、さらにミリングされた試料を提供するように構成される。
【請求項３３】
撮像装置は、光学装置である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項３４】
撮像装置は、走査型電子顕微鏡である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項３５】
初期試料のミリングの進捗の監視に関与するように構成された後方散乱電子検出器と、部分的にミリングされた試料のミリングの完了の監視を支援するように構成された透過型検出器とを含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項３６】
部分的にミリングされた試料の縁部領域が所望の厚さに達したときに、部分的にミリングされた試料のミリングを自動的に停止するように構成されるコントローラを含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項３７】
イオンミリング装置は、撮像装置とは異なる、請求項１９に記載のシステム。
【請求項３８】
イオンミリング装置は、撮像装置である、請求項１９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１０年７月６日に出願された米国仮特許出願Ｎｏ．６１／３６１５３６からの優先権の利益を主張する。この出願の内容は参考としてここに組み入れられる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、透過型電子顕微鏡法用の試料を作製するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）は、電子ビームを薄片試料に透過させて、それが検体を通過するときに検体と相互作用させる技術である。検体を透過した電子の相互作用から、高解像画像を形成することができる。薄片試料は数ナノメートルの厚さを有することができる。
【０００４】
ＴＥＭ試料の作製は、試料ホルダ要素に接続される試料を受け取るか製造することによって開始することができる。イオンミリング前の試料と試料ホルダ要素との組合せを初期試料と呼ぶ。
【０００５】
試料ホルダ要素は数ミクロンよりずっと厚く、マニピュレータによって保持することができる。試料ホルダ要素は、試料に接着剤で接着するかまたは他の方法で接続することができる。試料の縁部領域または試料の縁部領域付近の領域は機械的工程によって薄化し、次いでイオンミリング装置によってさらに薄化して、電子にとって透明であることができかつＴＥＭ試料として使用することができる、非常に薄い領域を提供することができる。
【０００６】
図１は、先行技術の初期試料２１を示す。初期試料２１は試料ホルダ要素２９および試料２８を含む。試料ホルダ要素２９は半円形として形成される。試料ホルダ要素２９の直線状縁部は、試料２８の第１縁部に接続される。試料２８の上部は薄化され、縁部２５で終端する事前薄化領域２１（２）を提供する。
【０００７】
事前薄化領域２１（２）は深さ（高さ）２１（７）および幅２１（３）を有する。事前薄化領域２１（２）は、ＴＥＭ試料に含めるべき標的２１（５）を含む関心領域２１（４）を含む。
【０００８】
透過型電子顕微鏡法用の薄片試料を生成するための方法およびシステムを提供する必要性は高まっている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の実施形態では、試料を作製するための方法を提供する。該方法は以下のステップを含むことができる。
ａ．マスクおよび初期試料をマニピュレータによって受け取るステップ。
ｂ．マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側が撮像装置に対面するように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって撮像装置の前に配置すること。
ｃ．マスクで初期試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽しながら、初期試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持するように、マスクおよび初期試料のアラインメントをマニピュレータによって実行するステップ。アラインメントの実行は、マスクおよび初期試料の画像を撮像装置によって得ることを含むことができる。
ｄ．マスクと初期試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ。
ｅ．マスキング部分をマスクによって遮蔽しながら、初期試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によってミリングして、部分的にミリングされた試料を提供するステップ。
ｆ．マスクおよび初期試料の縁部領域の第２側が撮像装置に対面するように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって撮像装置の前に配置するステップ。第２側は第１側とは異なる。第１側および第２側は縁部領域の両側とすることができる。
ｇ．マスクが部分的にミリングされた試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽しながら、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持するように、マスクおよび初期試料のアラインメントをマニピュレータによって実行するステップ。アラインメントの実行は、マスクおよび部分的にミリングされた試料の画像を撮像装置によって得ることを含むことができる。
ｈ．マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよび部分的にミリングされた試料の縁部領域の第２側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよび部分的にミリングされた試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ。
ｉ．マスクによってマスキング部分を遮蔽しながら、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によってミリングして、ミリングされた試料を提供するステップ。
【００１０】
マスクおよび初期試料をイオンミリング装置の前に配置するステップは、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって回転させることを含むことができる。
【００１１】
部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分をミリングするステップは、ミリング中に、撮像装置の透過型検出器によってミリングされた試料の縁部領域の厚さを監視することを含むことができる。
【００１２】
該方法は、部分的にミリングされた試料の縁部領域のミリング中に得られた厚さフィードバック情報に基づいて、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることを含むことができる。かくして、以前にマスキングされた領域を除去し、それによって縁部領域を要求される厚さまで薄化するために、マスク領域の以前にマスキングされた領域を露出させるようにマスクを移動させることができる。
【００１３】
該方法は、部分的にミリングされた試料のミリング後に得られた厚さフィードバック情報に基づいて、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることを含むことができる。かくして、以前にマスキングされた領域を除去し、それによって縁部領域を要求される厚さまで薄化するために、マスク領域の以前にマスキングされた領域を露出させるようにマスクを移動させることができる。
【００１４】
撮像装置の光軸はミリング工具の光軸に対し直角を成すことができる。マニピュレータは、マスクおよび初期試料がイオンミリング装置に対面するように、それらを９０度回転させることができる。
【００１５】
該方法は以下のステップを含むことができる。
ａ．マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側が撮像装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって配置するステップ。
ｂ．マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ。
ｃ．マスクおよび初期試料の縁部領域の第２側が撮像装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって撮像装置の前に配置するステップ。
ｄ．マスクおよび部分的にミリングされた試料の縁部領域の第２側がイオンミリング装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび部分的にミリングされた試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ。
【００１６】
初期試料の縁部領域は少なくとも１ミクロンの厚さを有し、ミリングされた試料の縁部領域の厚さは５０ナノメートルを超えない。
【００１７】
ミリングするステップは、イオンミリング装置の光軸を中心にミリングビームを回転させながら試料をミリングすることを含むことができる。
【００１８】
該方法は、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によって除去することを含むことができる。
【００１９】
該方法は、部分的にミリングされた試料の縁部領域の厚さに基づいて、部分的にミリングされた試料の縁部領域のミリングを停止することを含むことができる。
【００２０】
該方法は、撮像装置の透過型検出器によって部分的にミリングされた試料の縁部領域の厚さを監視することを含むことができる。
【００２１】
該方法は、撮像装置の透過型検出器によって出力される電流を、電流値と厚さの値との間の予め定められた関係と比較することを含むことができる。
【００２２】
該方法は以下のステップを含むことができる。
ａ．マスクおよびミリングされた試料の縁部領域の第１側が撮像装置に対面するように、マスクおよびミリングされた試料をマニピュレータによって撮像装置の前に配置するステップ。
ｂ．ミリングされた試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持しながら、マスクがミリングされた試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽するように、マスクおよびミリングされた試料のアラインメントをマニピュレータによって実行するステップ。アラインメントの実行は、撮像装置によってマスクおよびミリングされた試料の画像を得ることを含むことができる。
ｃ．マスクとミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよびミリングされた試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよびミリングされた試料をマニピュレータによってイオンミリング装置の前に配置するステップ。
ｄ．マスキング部分をマスクによって遮蔽しながら、ミリングされた試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によってミリングして、さらにミリングされた試料を提供するステップ。
【００２３】
画像を得るステップは、撮像装置、すなわち光学装置、走査型電子顕微鏡、または光学装置と走査型電子顕微鏡との組合せによって、実行することができる。
【００２４】
該方法は、後方散乱電子検出器によって初期試料のミリングの進捗を監視するステップと、部分的にミリングされた試料のミリングの完了を透過型検出器によって監視するステップとを含むことができる。
【００２５】
該方法は、部分的にミリングされた試料の縁部領域が所望の厚さに達したときに、部分的にミリングされた試料のミリングを自動的に停止することを含むことができる。
【００２６】
本発明の実施形態では、試料作製システムを提供し、それはマニピュレータ、撮像装置、およびイオンミリング装置を含むことができる。
ａ．マニピュレータは、次のように構成されることができる。
１．マスクおよび初期試料を受け取る。
２．マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側が撮像装置に対面するように、マスクおよび初期試料を撮像装置の前に配置する。
３．初期試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持しながら、マスクが初期試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽するように、マスクおよび初期試料のアラインメントに関与する。マニピュレータは、マスクおよび初期試料を要求される位置に配置するときに、アラインメントプロセスに関与する。アラインメントプロセスはさらにマスクおよび初期試料の画像の取得、画像の処理、ならびにコマンドの（オペレータから、コントローラから、手動的または自動的な）マニピュレータへの提供を必要とするかもしれない。
４．マスクと初期試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよび初期試料をイオンミリング装置の前に配置する。
ｂ．イオンミリング装置は、マスキング部分をマスクによって遮蔽しながら、初期試料の縁部領域の露出部分をミリングして、部分的にミリングされた試料を提供するように構成することができる。
ｃ．マニピュレータはさらに、次のように構成される。
１．マスクおよび初期試料の縁部領域の第２側が撮像装置と対面するようにマスクおよび初期試料を撮像装置の前に配置する。ここで第２側は第１側とは異なる。
２．部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持しながら、マスクが部分的にミリングされた試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽するように、マスクおよび部分的にミリングされた試料のアラインメントに関与する。マニピュレータは、マスクおよび部分的にミリングされた試料を要求される位置に配置するときに、アラインメントプロセスに関与する。アラインメントプロセスはさらにマスクおよび部分的にミリングされた試料の画像の取得、画像の処理、ならびにコマンドの（オペレータから、コントローラから、手動的または自動的な）マニピュレータへの提供を必要とするかもしれない。
３．マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよび部分的にミリングされた試料の縁部領域の第２側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよび部分的にミリングされた試料をイオンミリング装置の前に配置する。
ｄ．イオンミリング装置はさらに、マスクによってマスキング部分を遮蔽しながら、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分をミリングして、ミリングされた試料を提供するように適応されることができる。
ｅ．撮像装置は次のように構成されることができる。
１．マスクおよび初期試料のアラインメント中に、マスクおよび初期試料の画像を得る。
２．マスクおよび部分的にミリングされた試料のアラインメント中に、マスクおよび部分的にミリングされた試料の画像を得る。
【００２７】
撮像装置は、光学装置、走査型電子顕微鏡、またはそれらの組合せとすることができる。
【００２８】
システムマニピュレータは、マスクおよび初期試料がイオンミリング装置と対面するまで、マスクおよび初期試料を回転させるように構成されることができる。
【００２９】
撮像システムは、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分のミリング中に、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分の厚さを示す検出信号を提供するように構成された透過型検出器を含むことができる。
【００３０】
マニピュレータは、部分的にミリングされた試料の縁部領域のミリング中に得られた厚さフィードバック情報に基づいて、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させるように構成されることができる。
【００３１】
システムは、部分的にミリングされた試料のミリング後に得られた厚さフィードバック情報に基づいて、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を変化させるように構成されることができる。
【００３２】
撮像装置の光軸はミリング工具の光軸に対し直角を成すことができ、マニピュレータは、マスクおよび初期試料がイオンミリング装置に対面するまで、マスクおよび初期試料を回転させるように構成されることができる。
【００３３】
マニピュレータは次のように構成されることができる。
ａ．マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側が撮像装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料を配置する。
ｂ．マスクおよび初期試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料をイオンミリング装置の前に配置する。
ｃ．マスクおよび初期試料の縁部領域の第２側が撮像装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび初期試料を撮像装置の前に配置する。
ｄ．マスクおよび部分的にミリングされた試料の縁部領域の第２側がイオンミリング装置の光軸に対し直角を成すように、マスクおよび部分的にミリングされた試料をイオンミリング装置の前に配置する。
【００３４】
初期試料の縁部領域は、少なくとも１ミクロンの厚さを有し、システムは、ミリングされた試料の縁部領域が５０ナノメートルを超えない厚さになるまで、ミリングされた試料の縁部領域をミリングするように構成されることができる。
【００３５】
イオンミリング装置は、イオンミリング装置の光軸を中心にミリングビームを回転させながら、ミリングを行なうように構成されることができる。
【００３６】
イオンミリング装置は、部分的にミリングされた試料の縁部領域の露出部分を除去するように構成されることができる。
【００３７】
システムは、部分的にミリングされた試料の縁部領域の厚さに基づいて、部分的にミリングされた試料の縁部領域のミリングを停止するように構成されることのできるコントローラを含むことができる。
【００３８】
システムは、部分的にミリングされた試料の縁部領域の厚さの監視を支援するように構成することのできる透過型検出器を含むことができる。透過型検出器は、試料の縁部領域の厚さを示す検出信号を提供することによって、監視を支援する。検出信号は既知の厚さを表わし、したがって縁部領域の実際の厚さを検出するように処理することができる。
【００３９】
システムは、撮像装置の透過型検出器によって出力された電流を、電流値と厚さの値との間の予め定められた関係と比較するように構成されることのできるコントローラを含むことができる。
【００４０】
システムは、初期試料のミリングの進捗の監視に関与するように構成された後方散乱電子検出器と、部分的にミリングされた試料のミリングの完了の監視を支援するように構成されることのできる透過型検出器とを含むことができる。
【００４１】
システムは、部分的にミリングされた試料の縁部領域の所望の厚さに達したときに、部分的にミリングされた試料のミリングを自動的に停止するように構成されることのできるコントローラを含むことができる。
【００４２】
イオンミリング装置はさらに、マスキング部分がマスクによって遮蔽されている間に、ミリングされた試料の縁部領域の露出部分をミリングして、さらにミリングされた試料を構成されることができる。
【００４３】
マニピュレータはさらに次のように構成されることができる。
ａ．マスクおよびミリングされた試料の縁部領域の第１側が撮像装置に対面するように、マスクおよびミリングされた試料を撮像装置の前に配置する。
ｂ．ミリングされた試料の縁部領域の露出部分を非マスキング状態に維持しながら、マスクがミリングされた試料の縁部領域のマスキング部分を遮蔽するように、マスクおよびミリングされた試料のアラインメントに関与する。
ｃ．マスクとミリングされた試料との間の空間的関係を変化させることなく、マスクおよびミリングされた試料の縁部領域の第１側がイオンミリング装置に対面するように、マスクおよびミリングされた試料をイオンミリング装置の前に配置する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
本発明のさらなる詳細、態様、および実施形態を単なる例として図面に関連して説明する。図面では、類似の要素または機能的に同様の要素を識別するために同様の参照番号を使用する。図中の要素は、簡潔および明確を期すように示されており、必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。
【００４５】
【図１】図１は、先行技術の初期試料を示す。
【００４６】
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るアラインメントステージ中のシステムの一部分を示す。
【００４７】
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る１回目のミリングシーケンス中のシステムの一部分を示す。
【００４８】
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る２回目のミリングシーケンス中のシステムの一部分を示す。
【００４９】
【図５】図５は、本発明の実施形態に係るミリングされた試料を示す。
【００５０】
【図６】図６は、本発明の実施形態に係るマニピュレータを示す。
【００５１】
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る試料ホルダ、初期試料、およびマニピュレータの一部分を示す。
【００５２】
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る試料ホルダを示す。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る試料ホルダを示す。
【００５３】
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係るシステムを示す。
【００５４】
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の実施形態に係るシステムの一部分を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の別の実施形態に係るシステムの一部分を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明のさらに別の実施形態に係るシステムの一部分を示す。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、本発明のさらに別の実施形態に係るシステムの一部分を示す。
【００５５】
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係るイオンミリング装置を示す。
【００５６】
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の実施形態に係るエアロック組立体を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の別の実施形態に係るエアロック組立体を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明のさらに別の実施形態に係るエアロック組立体を示す。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、本発明のさらに別の実施形態に係るエアロック組立体を示す。
【００５７】
【図１４】図１４は、本発明の実施形態に係る方法を示す。
【００５８】
【図１５】図１５は、本発明の実施形態に係る方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
本発明の上述および他の目的、特徴、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と照らし合わせて読んだときに、いっそう明瞭になるであろう。図面では、同様の参照符号は様々な図全体で同様の要素を表わす。
【００６０】
本発明の図示した実施形態は大部分が、当業者に公知の電子部品および回路を用いて実現することができるので、本発明の基礎を成す概念を理解し評価するために、かつ本発明の教示を曖昧にあるいは分かりにくくしないためにも、必要と思われる程度以上には詳述しない。
【００６１】
縁部領域という用語は、その通常の意味を有する。それは縁部に近接する領域であると解釈することができ、あるいは縁部によって範囲を定めることができる。試料の縁部領域は試料の縁部に近接するか、または縁部によって範囲を定めることができる。それは標的を含むことができる。試料の縁部領域は、ＴＥＭ試料を形成するようにイオンミリングによって薄化することができる。縁部領域のミリング後の厚さは５１ナノメートル未満とすることができる。その幅および長さは、１ミクロン以上とすることができるが、他の寸法を提供することができる。縁部領域は、矩形の形状を有するものとして図示されているが、これは必ずしもそうする必要はなく、他の形状を持つことができる。
【００６２】
本発明の実施形態では、方法を提供する。該方法は、以下を含むことができる。
ａ．マスクを生成または受け取るステップ。マスクは高精度マスクをもたらすためにマイクロクリービング（ｍｉｃｒｏ−ｃｌｅａｖｉｎｇ）プロセスによって製造することができる。
ｂ．数ミクロンの厚さ（その縁部付近）を有する初期試料を受け取るか生成する。図１に示す実施例を参照すると、初期試料の厚さは、事前薄化領域２１（２）の厚さである。
ｃ．マスクおよび初期試料をマニピュレータに提供する。図１に示す実施例を参照すると、マニピュレータは試料ホルダ要素２９を保持する。
ｄ．マニピュレータを使用することによってマスクおよび初期試料のアラインメントを行ない、かつ走査型電子顕微鏡、光学顕微鏡、またはそれらの組合せによってアラインメントプロセスを観察する。アラインメントプロセスは、マスクおよび初期試料の１つ以上を１つ以上の軸に沿って、所望の空間関係が達成されるまで移動させることを含むことができる。例えば、アラインメントはマスクおよび初期試料をそれらが互いに平行になり、かつマスクが取り除くべき初期試料の部分だけを暴露させるまで位置させることを含むことができる。図１の初期試料を参照すると、マスクは、マスクの縁部領域が（Ｘ軸に沿って）縁部２５と平行になり、かつ事前薄化領域の半分以上だけをマスキングするように配置することができる。事前薄化領域の正確な半分からのわずかな逸脱は、ＴＥＭ試料の期待される幅の約半分である。ＴＥＭ試料は、事前薄化領域と同一の厚さを有することができる。代替的に、図１のマスキング要素は、ミリングを実行する前に少なくとも部分的に除去することができる。
ｅ．マスクおよび初期試料がイオンミリング装置に対面するようにアラインメントを維持しながら、軸を中心にマスクおよび初期試料を回転させる。マスクおよび初期試料は、それらがイオンミリング装置の視野内に位置するという意味で、イオンミリング装置に対面する。それらはイオンミリング装置の光軸に対し直角を成すことができるが、光軸から９０度とは異なる角度に向けてもよい。イオンミリング装置がミリングプロセス中に照射角度を変更した場合、イオンミリング装置の光軸は、異なるミリング角度の関数として画定することができる。例えば、光軸は異なるミリング角度の平均とすることができる。
ｆ．初期試料の縁部領域の露出部分をイオンミリング装置によってミリングすることを含む１回目のミリングシーケンスを実行する。イオンミリング装置は、走査型電子顕微鏡によってミリングを観察しながら、二重偏向技術によってミリングすることができる。
ｇ．部分的にミリングされた試料の縁部領域の他の側をイオンミリング装置に露出させるために、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を（マニピュレータによって）変化させる。
ｈ．マニピュレータならびに走査型電子顕微鏡および光学顕微鏡の少なくとも１つを使用することによって、マスクおよび部分的にミリングされた試料のアラインメントを実行する。部分的にミリングされた試料の他の側をイオンミリングに露出させるようにマスクはアラインメントされ、アラインメントは、マスクおよび／または初期試料をマニピュレータによって移動させることを含むことができる。
ｉ．ミリングを走査型電子顕微鏡によって観察しながら、部分的にミリングされた試料の縁部領域の他の（現在露出されている）部分を、所望の厚さに達するまでイオンミリング装置によってミリングすることを含む２回目のミリングシーケンスを実行する。
【００６３】
システムは、全ミリングプロセス中に、試料を連続的にかつ実時間モードで観察することができ、かつプロセスの精度、品質、および停止の完全自動制御を行なうことができる。
【００６４】
図２〜４および図１０を参照すると、システム１０は以下を含むことができる。
ａ．マニピュレータ１００。マニピュレータ１００は、種々のステージにおける複数の操作要素を含むことができる。
ｂ．走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のような撮像装置。ＳＥＭは例えば対物レンズ３０、ＢＳＥ検出器３２、ＳＥ検出器３４、ＴＥＭ検出器３３のみならず、ＳＥＭカラム３５に含むことのできる電子源、電子光学系、および他の構成要素をも含むことができる。
ｃ．イオンミリング装置４０。
ｄ．システムの様々な構成要素を制御するコントローラ（図１０に９９で表わす）。
【００６５】
システム１０はまた、真空システム９０、真空チャンバ９１、光学顕微鏡９２、防振システム９４、ベース９６、エアロック１３００、およびベースプレート９８をも含むことができる。イオン・ビーム・ユニット４０は、Ｘｅ供給ユニット４２およびイオン銃４４のような種々の構成要素（一部は図１０および１２に示されている）を含むことができる。
【００６６】
システム１０は、マスク５０を生成するか受け取ることができる。マスクは、高精度マスクを提供するためにマイクロクリービングによって製造することができる。システムがマスク５０を生成する場合、それはマイクロクリービングユニット（図示せず）を含む。
【００６７】
図６は、マニピュレータ１００およびエアロック１３００の供給ロッド１３０５の一部を示す。
【００６８】
マニピュレータ１００は、どちらも主回転ステージ１３０上に位置する２つの個別サブユニット１１０および１２０を含む。
【００６９】
第２サブユニット１２０は試料およびマスクを操作し、Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびθステージを有する。図６では、これらのステージはＸステージ１００（１）、Ｙステージ１００（２）、Ｚステージ１００（３）、およびθステージ１００（５）と表わされる。
【００７０】
第１サブユニット１１０は試料を操作することができ、それは、例えば第２サブユニット１２０によって導入された移動に対してマスクを移動させることによって、マスクと試料との間の空間的関係を変更することができる。マスクおよび試料は各々、サブユニットによって移動させることができ、各々を互いに対して移動させることができ、回転ステージ１３０のようなステージを共用することができないことが注目される。
【００７１】
第１サブユニット１１０はＸ、Ｙ、Ｚ、およびθステージを有することができる。図６および９のいずれにおいても、これらのステージはＸステージ１００（１１）、Ｙステージ（図示せず）、Ｚステージ１００（９）、およびθステージ１００（８）と表わされる。
【００７２】
第２サブユニット１２０はマスクを操作することができ、またマスク、較正プレート、アパーチャ、成膜用ターゲット等のような技術的アクセサリをも操作することができる。
【００７３】
第１サブユニット１１０は、試料ホルダ（シャトル１０３とも呼ばれる）から試料または技術的アクセサリを受け取ることができる。シャトル１０３は、それが試料用のアンギュラステージ１００（８）上に配置されるまで移動することができる。
【００７４】
ステージは、１０１（１）〜１０１（５）と表わされるプレート、ビーム、レール、ガイドライン等のような構造要素間で接続される。
【００７５】
図７は、マスク５０によってマスキングされ、シャトル１０３によって保持された初期試料２１をより詳細に示す。図７はまた、初期試料２１の上に位置する固定アパーチャマスク１１１をも示す。イオンビームは固定アパーチャマスク１１１のアパーチャを通過するはずである。固定アパーチャマスク１１１は、イオンミリングの結果生じる副次的損傷を防止する。それは初期試料２１に対して固定される。図７はまた、初期試料２１がロックロードから（またはロックロードに）もたらされるときに、初期試料２１を支持することのできる要素３３３をも示す。図７は、初期試料２１がシャトル１０３に受け取られその上に配置された後の要素３３３を示す。
【００７６】
図８は、２つの相互垂直蟻継ぎ１０３１および１０３２を含むシャトル１０３を示す。シャトル１０３はまた、間隔を置いて配置されそれらの間の狭い空間に試料２１を保持する２つのブロック１０３３および１０３４をも含む。図９は、マニピュレータエンジン１３１のみならず種々の構成要素をも示す。
【００７７】
図２を参照すると、初期試料２１とマスク５０との間のアラインメントプロセスを監視するために、検出器３２および／または検出器３４を使用する走査型電子顕微鏡が用いられる。
【００７８】
アラインメントプロセスは、（ａ）マスク５０および初期試料２１が互いに平行になる（両方とも水平とすることができる）かまたは任意の他の仕方で配置され、かつ（ｂ）マスク５０の縁部領域が、１回目のミリングシーケンス中にミリングされた後の初期試料２１の所望のミリング後の縁部を表わす想像線の真上に位置されるように、マスク５０および初期試料２１のアラインメントを実行することを含むことができる。この想像線は、ミリングされる試料２１の中心から数ナノメートルの位置に配置されることができる。破線５５は、マスク５０がアラインメントプロセスの終端に対して水平であることを示している。初期試料２１の縁部２５上のマスク５０の縁部５３の軌跡と初期試料２１の中心２２との間の距離（Ｄ２３）は数ナノメートルである。それはミリング後の試料の最終厚さの約２分の１である。
【００７９】
アラインメントプロセスの目的は、マスクがイオンミリング装置と初期試料２１との間に配置された後、初期試料の予め定められた露出部分をイオンミリング装置にミリングさせる一方、初期試料の予め定められたマスキング部分をイオンミリング装置がミリングすることをそれ（マスク）が防止することを保証することである。
【００８０】
ひとたびアラインメントプロセスが終了すると、マスク５０および初期試料２１は移動する（例えば回転する）。回転は、マスク５０と初期試料２１との間の空間的関係を変えずに維持しながら、主回転ステージ１３０によって、軸を中心に（例えばＸ軸を中心に）実行することができる。ひとたびマスク５０および初期試料２１がイオンミリング装置４０に対面すると、移動（回転）は停止することができる。
【００８１】
イオンミリング装置４０は、（検出器３２および／または検出器３４を使用して）走査型電子顕微鏡によってミリングを観察しながら、初期試料２１の縁部領域の露出部分を二重偏向によってミリングすることを含む１回目のミリングシーケンスを実行する。ミリングはさらに、初期試料２１の片側の事前薄化領域をさらに薄化して、部分的にミリングされた試料（図４に２１´で表わされる）のミリング済みの側を（図４に２４で表わされる）を提供する。イオンビーム４２はＸＹ面内で偏向することができるが、これは必ずしもそうでなくてもよい。
【００８２】
初期試料の片側がミリングされ（部分的にミリングされた試料２１´が提供された）後、マニピュレータ１００は、部分的にミリングされた試料２１´の縁部領域の反対側をイオンミリング装置４０に露出させるために、マスク５０と部分的にミリングされた試料２１´との間の空間的関係を変化させる。これは、試料回転ステージ１００（８）上でその軸（１１２）を中心に部分的にミリングされた試料２１´を回転させることを含むことができ、かつマスク５０の高さを変更することをも含むことができる。
【００８３】
本発明の実施形態では、所望のアラインメントが得られることを保証するために撮像システムがマスクおよび部分的にミリングされた試料の画像を取得するアラインメントプロセス中、空間的関係の変化は制御される。アラインメントに先立ち、アラインメントを実行する撮像システムに対面するまでマスクおよび部分的にミリングされた試料を移動（例えば回転）させ、次いでイオンミリング装置に対面するまでマスクおよび部分的にミリングされた試料を移動（例えば回転）させることができる。
【００８４】
空間的関係を変化させた後、イオンミリング装置４０は、走査型電子顕微鏡および（任意選択的に、部分的にミリングされた試料が電子を部分的に透過し始めたときに）ＴＥＭまたはＳＴＥＭ検出器３３によってミリングを観察しながら、部分的にミリングされた試料２１´の縁部領域の他の（今露出されている）部分を所望の厚さに達するまでミリングすることを含む、２回目のミリングシーケンスを実行する。ミリングプロセスは、ミリングされた試料の厚さが所望の厚さに達したことがＴＥＭ検出器３３により示されたときに、自動的に停止することができる。
【００８５】
システム１０は、格納式ＢＳＥ検出器、ＳＥ検出器、またはそれらの組合せを含むことができる。スパッタ率の高い初期イオンミリング中に、試料の観察は、図２に対物レンズ３０の磁極片の下に位置するように示された格納式ＢＳＥ検出器３２によって達成することができる。
【００８６】
試料がまだ入射一次電子を透過しないイオンミリングの中間ステージで高解像度画像を得るために、ＳＥ検出器３４およびＢＳＥ検出器３２の組合せを使用することができる。
【００８７】
試料が一次電子を透過する、イオンミリングの最終ステージで高解像度画像を得るために、透過型（ＴＥ）検出が使用される。試料アラインメントプロセスの標的識別をオペレータが、３つの上記検出器、すなわちＳＥ、ＢＳＥ、およびＴＥの組合せによって実行することができる。
【００８８】
ミリングされた試料２１″の最終厚さは、透過型（ＴＥ）検出器３３からの出力電流の測定によって決定することができる。これらの出力電流対試料厚さの較正曲線が、試料の様々な材料成分について予め定められた分析条件に対し計算される。そのような曲線の例を図１１に示す。これらの曲線は、これらの曲線は検出器の追加出力であり、データは〜ミリングプロセスを自動的に停止させる。完成したＴＥＭ試料と共に厚さマップが提供される。
【００８９】
ＳＥ検出器３４は、シンチレータおよび光電子増倍管の組合せを含むＥｖｅｒｈａｒｔ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ型検出器とすることができる。ＳＥ検出器３４は、システムチャンバの側壁に取り付けることができる。ＳＥ検出器３４は、電流モードで動作することができる。イオンミリング中に、ＳＥ検出器３４は保護シャッタ３５によって保護される。図２はＳＥ検出器３４を、対物レンズ３０の右側に位置するように示されているが、これは必ずしもそうでなくてもよい。
【００９０】
ＢＳＥ検出器３２は、極端に短い作業距離が必要なときに高解像度観察モードを得るために、その格納を可能にするように対物レンズ３０の磁極片の下に配置することのできる、固体半導体検出器とすることができる。ＢＳＥ検出器３２は電流モードで動作することができる。ＢＳＥ３２検出器は、イオンミリング中に試料表面の観察のために使用することができる。
【００９１】
ＴＥ検出器３３は、電気的に互いに絶縁された３つの独立部品を含むことができる。第１明視野ＴＥ３３（１）検出器と呼ばれる第１の部品は、試料の下の顕微鏡主軸上に配置されるディスクとすることができる。それは、小さい角度で散乱する透過電子の検出専用である。第２の部品は、第２明視野ＴＥ検出器３３（２）と呼ばれ、第１明視野ＴＥ検出器と同軸のリングを表わす。それは、小さい角度であるが第１明視野ＴＥ検出器の場合よりは大きい角度で散乱する透過電子の検出専用である。暗視野ＴＥ検出器３３（３）と呼ばれる第３の部品は、第２明視野ＴＥ検出器と同軸のリングを表わす。それは、比較的大きい角度で散乱する透過電子の検出専用である。これら３つのＴＥ検出器部品は全て固体半導体検出器とすることができ、約１に等しい原子数分解能を有することができ、電流モードで働くことができる。イオンミリング中に、ＴＥ検出器３３は、試料２１の下の顕微鏡主軸上のその頂部に配置された保護シャッタのファラデーカップによって保護することができる。それは、処理済み試料の厚さ測定用のＴＥ検出器のその後の較正を達成するために、電子プローブ電流の測定専用とすることができる。
【００９２】
検出器の数、それらの位置、検出器の種類、および各検出器の部品数（ならびにそれらの大きさおよび形状）は、上に示した実施例とは異なることができることが注目される。
【００９３】
図１１Ａ〜１１Ｃは、本発明の種々の実施形態に係るマニピュレータ１００を示す。図１１Ａは、マニピュレータ１００の正面図であり、図１１Ｂはマニピュレータ１００の平面図であり、図１１Ｃはマニピュレータ１００の側面図であり、図１１Ｄはマニピュレータ１００の３次元図である。これらは全ての本発明の実施形態によるものである。
【００９４】
マニピュレータ１００は、どちらも主回転ステージ１３０上に位置する２つの個別サブユニット１１０および１２０を含む。回転ステージ１３０はエンジン１３０（１）〜１３０（４）によって分離され、電力を供給される。
【００９５】
第２サブユニット１２０は試料およびマスクを操作し、Ｘ、Ｙ、Ｚ、およびθステージを有する。図６では、これらのステージはＸステージ１００（１）、Ｙステージ１００（２）、Ｚステージ１００（３）、およびθステージ１００（５）と表わされる。
【００９６】
第１サブユニット１１０は試料を操作することができ、それは、例えば第２サブユニット１２０によって導入された移動に対してマスクを移動させることによって、マスクと試料との間の空間的関係を変更することができる。マスクおよび試料は各々、サブユニットによって移動させることができ、各々を互いに対して移動させることができ、回転ステージ１３０のようなステージを共用することができないことが注目される。
【００９７】
第１サブユニット１１０はＸ、Ｙ、Ｚ、およびθステージを有することができる。図６および９のいずれにおいても、これらのステージはＸステージ１００（１１）、Ｙステージ（図示せず）、Ｚステージ１００（９）、およびθステージ１００（８）と表わされる。
【００９８】
第２サブユニット１２０はマスクを操作することができ、またマスク、較正プレート、アパーチャ、成膜用ターゲット等のような技術的アクセサリをも操作することができる。
【００９９】
第１サブユニット１１０は、試料ホルダ（シャトル１０３とも呼ばれる）から試料または技術的アクセサリを受け取ることができる。シャトル１０３は、それが試料用のアンギュラステージ１００（８）上に配置されるまで移動することができる。
【０１００】
ステージは、１０１（１）〜１０１（５）と表わされるプレート、ビーム、レール、ガイドライン等のような構造要素間で接続される。
【０１０１】
図１２を参照すると、イオンミリング装置４０（イオン・スパッタリング・システムとも呼ばれる）は、以下の能力および自由度を有することができる。
ａ．迅速な塊状除去によるプロセスの増強のみならず、処理後の試料の最高水準の最終品質をもたらす穏便なミリングモードをも可能にする、広範囲のイオンエネルギ制御。
ｂ．短いプロセス持続時間の高いイオン電流密度。
ｃ．試料の均等な処理をもたらすビーム断面に沿ったイオン電流の均一性の制御。
ｄ．試料表面の選択的ミリングを回避する試料表面に対するビームの可変入射角度。
ｅ．多種多様な用途および技術的モードをもたらすビームの形状および大きさの制御。
ｆ．試料処理の均等性のためのビームパルス化。
ｇ．特定領域の試料処理をもたらすビームの正確な位置決め。
ｈ．試料処理の均等性のための直交方向のビーム走査。
ｉ．試料処理の均等性のための関心領域を中心とするユーセントリックビーム回転。
【０１０２】
イオンミリング装置４０は以下を含むことができる。
ａ．プラズマを着火させるためのデュオプラズマトロンイオン源。
ｂ．プラズマからＸｅ＋イオンビームを取り出しかつ捕集するビーム形成モジュール。
ｃ．イオンビームを処理される試料に集束させ、その方向に向かわせる最終光学系。
ｄ．一定の指定圧力の自動ガス配送を提供するＸｅガス供給システム。
ｅ．プラズマ着火およびイオンビーム形成のために、計測量のガスをイオン源に自動的に供給するリーク弁。
ｆ．イオン・スパッタリング・システムの自動制御をもたらす電子機器および電力供給装置。
【０１０３】
図１２は、イオンビーム源組立体４０（１）、非イオン化粒子供給組立体４０（２）、イオンビーム引出し組立体４０（３）、イオンビーム集束組立体４０（４）、イオンビーム偏向部分組立体４０（５）、イオンビーム第１偏向組立体４０（６）、およびイオンビーム第２偏向組立体４０（７）を含むものとしてイオンミリング装置４０を示している。
【０１０４】
イオンビーム源組立体４０（１）は非イオン化粒子供給組立体４０（２）によって供給され、イオンビーム引出し組立体４０（３）は、イオンミリング装置の光軸４１に沿って伝搬するイオンビームを出力する。イオンビーム集束組立体４０（４）はイオンビームを集束し、かつ集束したイオンビームをイオンビーム第１偏向組立体４０（６）に供給する。イオンビーム第１偏向組立体はイオンビームを回転させて、イオンミリング装置の光軸とは相隔たる方向に沿ってイオンビームを向かわせ、偏向回転したイオンビーム４１（２）を提供する。イオンビーム第２偏向組立体４０（７）は、イオンビーム４１（３）の回転を維持しながら、回転イオンビームを光軸の方向に向かわせる。回転はミリング角度を絶えず変化させ、より平滑なミリング済み試料を提供する。
【０１０５】
イオンミリング装置の非限定例は、「Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｍｕｌｔｉ−Ｄｅｆｌｅｃｔｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｍｉｌｌｉｎｇ  ｏｆ  ａ  Ｗｏｒｋ  Ｐｉｅｃｅ  ａｎｄ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｅｘｔｅｎｔ  Ｔｈｅｒｅｏｆ」と称する米国特許公開出願第２００８／００７８７５０７５０Ａ１号に提供されており、それを参照によって本書に援用する。
【０１０６】
図１３Ａ〜１３Ｄを参照すると、システムはエアロック１３００を有する。図１３Ａは、エアロック１３００および本発明の実施形態に係る真空チャンバ９１の壁９１（１）の略断面図である。
【０１０７】
図１３Ｂは、本発明の実施形態に係るエアロック１３００、真空チャンバ９１、およびマニピュレータ１００の平面図である。図１３Ｂは、供給ロッドによって支持された試料が真空チャンバ９１内に入る前のエアロックを示す。
【０１０８】
図１３Ｃは、本発明の実施形態に係るエアロック１３００、真空チャンバ９１、およびマニピュレータ１００の断面図である。図１３Ｃは、供給ロッドによって支持された試料が真空チャンバ９１内に入る前のエアロックを示す。
【０１０９】
図１３Ｄは、本発明の実施形態に係るエアロック１３００、真空チャンバ９１、およびマニピュレータ１００の断面図である。図１３Ｄは、供給ロッドによって支持された試料が真空チャンバ９１内に配置されるときにエアロックを示す。
【０１１０】
エアロック１３００の機能は、真空チャンバ９１を通気することなく、真空チャンバ（図１０に９１で示す）内に多くの試料、およびマスク、較正プレート、アパーチャ、成膜用ターゲット等のような技術的アクセサリを装填／排出することを可能にすることである。
【０１１１】
エアロック１３００は以下を含む。
ａ．試料および技術的アクセサリを供給システムに／から（およびマニピュレータを包囲する真空チャンバから／に）装填／排出するための主筐体１３３０における摺動密閉蓋１３２０付きの装填口１３１０。
ｂ．エアロックを追加的に通気することなく、３〜５個の試料およびマスク、較正プレート、アパーチャ、成膜用ターゲット等のような技術的アクセサリを真空チャンバ内に装填することを可能にする供給ロッド１３０５を含む供給システム。供給ロッドの接合部（ドラム）は、試料または技術的アクセサリを担持する標準シャトルを取り付けるために多くの蟻継ぎを有する。供給ロッド１３０５は、その軸を中心に回転することができ、手動でまたはモータにより移動させることができる。
ｃ．試料および技術的アクセサリを供給システムに／から装填／排出中に真空チャンバの通気を防止する遮断弁１３５０。
【０１１２】
遮断弁１３５０が開いたときに供給ロッド１３０５が真空チャンバ９１に、特に真空チャンバ９１の内部空間９１（２）に入ることができるように、エアロック１３００は真空チャンバ９１の壁９１（１）の開口に近接する。供給ロッド１３０５が真空チャンバに入る前に、エアロック１３００および特に装填口（空間）は真空排気される。遮断弁１３５０が閉じると、気体が真空チャンバ９１内に入ることが防止されるように、エアロック１３００は密閉される。
【０１１３】
マニピュレータ１００は以下のステージを含むことができ、これらのステージは以下のパラメータによって特徴付けることができる。
【０１１４】
主回転ステージ１３０：
アクチュエータの型：    ピエゾモータ
作動モード：    ステッピングおよびスキャンニング
ストローク：    最小１２０度
最大速度：    １０度／秒
最大加速度：    １０００度／秒２
エンコーダ閉ループによる位置決め精度：    １５０ｍ゜
分解能：    ５０ミクロン
【０１１５】
第１サブユニット１１０：
Ｘ軸１００（１）
アクチュエータの型：    ピエゾモータ
作動モード：    ステッピングおよびスキャンニング
ストローク：    ３０ｍｍ
最大速度：    ５ｍｍ／秒
最大加速度：    １０００ｍｍ／秒２
エンコーダ閉ループによる位置決め精度：    １０００ｎｍ
分解能：    １ｎｍ
Ｙ軸１００（２）
アクチュエータの型：    ピエゾモータ
作動モード：    ステッピングおよびスキャンニング
ストローク：    ２５ｍｍ
最大速度：    １０ｍｍ／秒
最大加速度：    １０００ｍｍ／秒２
エンコーダ閉ループによる位置決め精度：    １０００ｎｍ
分解能：    １ｎｍ
Ｚ軸１００（３）
アクチュエータの型：    ピエゾモータ
作動モード：    ステッピングおよびスキャンニング
ストローク：    ３０ｍｍ
最大速度：    ５ｍｍ／秒
最大加速度：    １０００ｍｍ／秒２
エンコーダ閉ループによる位置決め精度：    １０００ｎｍ
分解能：    １ｎｍ
θ軸（軸に貫通穴は無いかもしれない）１００（５）
アクチュエータの型：    ピエゾモータ
作動モード：    ステッピングおよびスキャンニング
ストローク：    ３６０度
最大速度：    ４５度／秒
最大加速度：    １０００度／秒２
エンコーダ閉ループによる位置決め精度：    ５００ｍ°
分解能：    １００μ°
【０１１６】
第２サブユニット１２０：
Ｘ軸１００（１１）
アクチュエータの型：    ピエゾモータ
作動モード：    ステッピングおよびスキャンニング
ストローク：    ３０ｍｍ
最大速度：    ５ｍｍ／秒
最大加速度：    １０００ｍｍ／秒２
エンコーダ閉ループによる位置決め精度：    １０００ｎｍ
分解能：    １ｎｍ
Ｙ軸（図示せず）
アクチュエータの型：    ピエゾモータ
作動モード：    ステッピングおよびスキャンニング
ストローク：    ２５ｍｍ
最大速度：    １０ｍｍ／秒
最大加速度：    １０００ｍｍ／秒２
エンコーダ閉ループによる位置決め精度：    １０００ｎｍ
分解能：    １ｎｍ
Ｚ軸１００（９）
アクチュエータの型：    ピエゾモータ
作動モード：    ステッピングおよびスキャンニング
ストローク：    ３０ｍｍ
最大速度：    ５ｍｍ／秒
最大加速度：    １０００ｍｍ／秒２
エンコーダ閉ループによる位置決め精度：    １０００ｎｍ
分解能：    １ｎｍ
Ｒ軸１００（８）
アクチュエータの型：    ピエゾモータ
作動モード：    ステッピングおよびスキャンニング
ストローク：    ３６０度
最大速度：    ４５度／秒
最大加速度：    １０００度／秒２
エンコーダ閉ループによる位置決め精度：    ２５０ｍ°
分解能：    １５０μ°
【０１１７】
図１および５を参照して、初期試料およびミリングされた試料は以下のパラメータによって特徴付けることができる。
入力試料厚さ    ２０〜３０ミクロン
ミリング後の試料厚さ    １０〜５０ｎｍ
関心領域の厚さの変動    ＜５ｎｍ
標的特徴の周りの薄化領域（関心領域）
厚さ＜５０ｎｍ    １０×５μ
厚さ＜１００ｎｍ    ３０×１０μ
厚さ＜２００ｎｍ    １００×１５μ
関心領域の局在性    ５〜１０ｎｍ
アーチファクトレベル
非晶質化    ＜１ｎｍ
点欠点    ＜１ｎｍ
Ｘｅ汚染    ＜１０−９％
【０１１８】
図１４は、本発明の実施形態に係る方法１４００を示す。
【０１１９】
方法１４００は、マスクを受け取るかまたは生成するステージ１４１０から開始される。マスクは、高精度マスクを提供するためにマイクロクリービングによって生成することができる。マイクロクリービングの例は、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｃｌｅａｖｉｎｇ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」と称する米国特許６２２３９６１に示されており、これを参照によって本書に援用する。
【０１２０】
ステージ１４１０の後に、図１に示す通り、数ミクロンの厚さを（その縁部付近で）有する初期試料を受け取るかまたは生成するステージ１４２０が続く。初期試料は、イスラエル国のＣａｍｔｅｋ  Ｌｔｄ．のＭＥ３ツールによって作製することができる。
【０１２１】
ステージ１４２０の後に、マスクおよび初期試料をマニピュレータに提供するステージ１４３０が続く。
【０１２２】
ステージ１４３０の後に、マニピュレータならびに走査型電子顕微鏡および光学顕微鏡の少なくとも１つを使用することによって、マスクおよび初期試料（図２）のアラインメントを実行するステージ１４４０が続く。マスクのアライメントは初期試料の片側をイオンミリングに露出させるように行なわれ、アラインメントはマスクおよび／または初期試料をマニピュレータによって移動させることを含む。
【０１２３】
ステージ１４４０の後に、マスクおよび初期試料がイオンミリング装置に対面するようにアラインメントを維持しながら、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって移動（例えば軸を中心に回転）させるステージ１４５０が続く。
【０１２４】
ステージ１４５０の後に、走査型電子顕微鏡によってミリングを観察しながら、二重偏向によってミリングを実行するイオンミリング装置によって初期試料の縁部領域の露出部分をミリングすることを含む１回目のミリングシーケンス（図３）を実行するステージ１４６０が続く。該ミリングは初期試料の片側の縁部領域を薄化するものである。１回目のミリングシーケンスは、部分的にミリングされた試料を提供する。図２は、マスクが初期試料の中心から数ナノメートル（Ｄ２３）離れた位置から始まるゾーンを露出させることを示す。
【０１２５】
ステージ１４６０の後に、部分的にミリングされた試料の縁部領域の反対側をイオンミリング装置に対して露出させるために、マスクと部分的にミリングされた試料との間の空間的関係を（マニピュレータによって）変化させるステージ１４７０が続く。
【０１２６】
ステージ１４７０の後に、マニピュレータならびに走査型電子顕微鏡および光学顕微鏡の少なくとも１つを使用することによって、マスクおよび部分的にミリングされた試料のアラインメントを実行するステージ１４７５が続く。部分的にミリングされた試料の反対側をイオンミリング装置に露出させるためにマスクはアラインメントされ、アラインメントはマスクおよび／または初期試料をマニピュレータによって移動させることを含むことができる。
【０１２７】
ステージ１４７５の後に、走査型電子顕微鏡によって、かつ（任意選択的に、部分的にミリングされた試料が部分的に電子を透過し始めたときに）ＴＥＭまたはＳＴＥＭ検出器によってミリングを観察しながら、部分的にミリングされた試料の縁部領域の他の（今露出されている）部分を、所望の厚さに達するまでイオンミリング装置によってミリングすることを含む２回目のミリングシーケンス（図４）を実行するステージ１４８０が続く。ミリングプロセスは、ミリングされた試料の厚さが所望の厚さに達したことをＴＥＭ検出器３３が示したときに、自動的に停止することができる。
【０１２８】
図１５は、本発明の実施形態に係る方法１５００を示す。
【０１２９】
方法１５００は、マスクを受け取るかまたは生成するステージ１４１０から開始される。マスクは、高精度マスクを提供するためにマイクロクリービングによって生成することができる。マイクロクリービングの例は、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｃｌｅａｖｉｎｇ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」と称する米国特許６２２３９６１に示されており、これを参照によって本書に援用する。
【０１３０】
ステージ１４１０の後に、図１に示す通り、数ミクロンの厚さを（その縁部付近で）有する初期試料を受け取るかまたは生成するステージ１４２０が続く。初期試料は、イスラエル国のＣａｍｔｅｋ  Ｌｔｄ．のＭＥ３ツールによって作製することができる。
【０１３１】
ステージ１４２０の後に、マスクおよび初期試料をマニピュレータに提供するステージ１４３０が続く。
【０１３２】
ステージ１４３０の後に、マニピュレータならびに走査型電子顕微鏡および光学顕微鏡の少なくとも１つを使用することによって、マスクおよび初期試料（図２）のアラインメントを実行するステージ１４４０が続く。マスクのアライメントは初期試料の片側をイオンミリングに露出させるように行なわれ、アラインメントはマスクおよび／または初期試料をマニピュレータによって移動させることを含む。
【０１３３】
ステージ１４４０の後に、マスクおよび初期試料がイオンミリング装置に対面するようにアラインメントを維持しながら、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって移動（例えば軸を中心に回転）させるステージ１４５０が続く。
【０１３４】
ステージ１４５０の後に、走査型電子顕微鏡によってミリングを観察しながら、二重偏向によってミリングを実行するイオンミリング装置によって初期試料の縁部領域の露出部分をミリングすることを含む１回目のミリングシーケンス（図３）を実行するステージ１４６０が続く。該ミリングは初期試料の片側の縁部領域を薄化するものである。１回目のミリングシーケンスは、部分的にミリングされた試料を提供する。図２は、マスクが初期試料の中心から数ナノメートル（Ｄ２３）離れた位置から始まるゾーンを露出させることを示す。
【０１３５】
ステージ１４６０の後に、マスクおよび初期試料が撮像装置に対面するように、マスクおよび初期試料をマニピュレータによって移動（例えば軸を中心に回転）させるステージ１５１０が続く。
【０１３６】
ステージ１５１０の後に、マニピュレータならびに走査型電子顕微鏡および光学顕微鏡の少なくとも１つを使用することによって、マスクおよび部分的にミリングされた試料のアラインメントを実行するステージ１５２０が続く。部分的にミリングされた試料の反対側をイオンミリングに露出させるために、マスクがアラインメントされ、アラインメントはマスクおよび／または初期試料をマニピュレータによって移動させることを含むことができる。
【０１３７】
ステージ１５２０の後に、走査型電子顕微鏡によって、かつ（任意選択的に、部分的にミリングされた試料が部分的に電子を透過し始めたときに）ＴＥＭまたはＳＴＥＭ検出器によってミリングを観察しながら、部分的にミリングされた試料の縁部領域の他の（今露出されている）部分を、所望の厚さに達するまでイオンミリング装置によってミリングすることを含む２回目のミリングシーケンス（図４）を実行するステージ１４８０が続く。ミリングプロセスは、ミリングされた試料の厚さが所望の厚さに達したことをＴＥＭ検出器３３が示したときに、自動的に停止することができる。ミリングされた試料（または少なくともそのミリングされた縁部）は、ＳＥＴＭまたはＴＥＭによって観察される標的を含むはずである。
【０１３８】
図１４および１５は二重ミリングプロセスを示すが、該方法は、マスクと試料との間の空間的関係の変更およびマスクと試料とのアラインメントを先行させて、３つ以上のミリングステージを含むことができることが注目される。
【０１３９】
上に示した方法の各々の結果は、標的を含みかつＴＥＭまたはＳＴＥＭ試料となるように電子を透過させる、非常に薄い関心領域である。
【０１４０】
本発明は、従来のツール、方法論、および構成部品を使用することによって実施することができる。したがってそのようなツール、構成部品、および方法論についてここでは詳細に記載しない。これまでの説明で、本発明の完全な理解をもたらすために多くの明確な詳細を記載している。しかし本発明は、明確に記載した詳細に頼ることなく、実施することができることを認識されたい。
【０１４１】
本開示では、本発明の例示的実施形態およびその多様性の数例を示しかつ記載しただけである。本発明は、種々の他の組合せおよび環境での使用が可能であり、かつ本書に明記する発明の概念の範囲内で変化または変形が可能であることを理解されたい。
【図２】
2012018163.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
2012018163.tif 000010
【図１２】
2012018163.tif 000011
【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
2012018163.tif 000014
【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012018163.tif 000018
【図９】
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【図１０】
2012018163.tif 000020
【図１３Ａ】
2012018163.tif 000021
【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【外国語明細書】
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