(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ぜんまいばねを駆動源とする回転駆動装置の出力軸に固定され、上面に試料を固定して試料を回転させるターンテーブルを備える試料回転装置であって、
前記ターンテーブルは、上面に前記試料を固定する水平テーブルを備え、
前記ターンテーブルと水平テーブルとの間には、水平微調整用の弾性部材を備え、
前記ターンテーブルと水平テーブルとを複数の締付部材にて締め付け、その締付力の調整により、水平テーブルの水平微調整を行うことを特徴とする試料回転装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記回転駆動装置を上下動可能に支持する弾性部材と、
前記回転駆動装置の上方に上下位置調整可能に配設され、前記回転駆動装置と当接して回転駆動装置の上限位置を規制する高さ調整部材と、
前記高さ調整部材の下面より突出可能にされ、前記回転駆動装置を下方に押し付けて回転駆動装置の水平微調整を行う複数の水平調整部材とを備えることを特徴とする試料回転装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
導電性を有する試料固定部材の下面に、試料固定部材を固定する磁石を一体に取り付け、導電性を有するターンテーブルに前記磁石を介して試料固定部材を取り付け、前記試料固定部材にてターンテーブル上の導電性を要する試料を固定することを特徴とする試料回転装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記回転駆動装置は、出力軸の１回転に要する時間が４〜６０分に設定されていることを特徴とする試料回転装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記ターンテーブルには、回転中心位置を表示したセンターガイドが前記試料を覆って取り付けられることを特徴とする試料回転装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記回転駆動装置は、突出状態で回転停止状態を維持する回転規制手段を有し、
前記回転規制手段を突出させた状態で試料ホルダ内に設置されるとともに、
前記試料ホルダは、ホルダガイドにより移動可能に支持され、ホルダ送り手段によりホルダガイドのホルダストッパ位置まで押込み可能とされ、
前記回転規制手段は、前記ホルダストッパに当接して押込まれることにより、回転規制が解除可能とされていることを特徴とする試料回転装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の試料回転装置を備えたスパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、試料回転装置に関し、特に試料の分析時に試料を回転させるための試料回転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体，ＩＣ，ウエハなどにおいては、微量の不純物の分析，測定が行われる。
【０００３】
特に、ＬＳＩ中の配線部は、アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），金属シリサイド，タングステン（Ｗ）に代表される数多くの材料が薄膜として積み重なっている。これらの薄膜の分析は、その組成や不純物量の測定が中心である。特に不純物の測定には、二次イオン質量分析装置（Secondary Ion Mass Spectrometry 、以下ＳＩＭＳと称す。）が多く用いられている。
【０００４】
このＳＩＭＳにおいては、超高真空の下で、酸素やセシウムなどの一次イオンビームを励起に用い、この一次イオンビームの照射により、試料から二次イオンを検出し、この二次イオンを分析して微量不純物を検出するようにしている。
【０００５】
なお、微量分析手段としては、前述のＳＩＭＳによる分析の他、ＡＥＳ（オージェ電子分光分析），ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析）による分析も採用されている。このＡＥＳにおいては、試料表面に電子を照射した際に発生するオージェ電子を分析することによって、試料表面の定性分析、定量分析を行うようになっている。また、ＸＰＳにおいては、試料表面にＸ線を照射し、そのとき発生する光電子を分析することによって、試料表面の定性分析、定量分析を行うようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のＳＩＭＳにおいては、酸素やセシウムなどの一次イオンビームを励起に用い、検出も二次イオンであるため、スパッタリングに伴う諸問題が発生する。
【０００７】
例えば、表面荒れ，選択スパッタ，スパッタリングの初期過程における二次イオン化効率並びにスパッタ収率の変化などが代表的な例である。
【０００８】
特に、従来においては、試料を固定した状態でスパッタリングを行うため、表面荒れが生じ、深さ方向の分解能が低下するという問題があった。
【０００９】
これに対し、スパッタリング中に試料を回転することにより、表面荒れを軽減し、深さ方向の分解能を向上させることも考えられているが、外からモータで回転させようとすると、超高真空状態を維持するために、装置が複雑化してしまうという問題があった。
【００１０】
また、分析装置の中にモータを入れようとすると、モータが電源に乾電池等を使用していると、超高真空状態の下で乾電池の成分が漏出して分析結果に悪影響を与えるおそれがあるという問題があった。
【００１１】
さらに、試料を回転させる場合、試料の一次イオンビームの照射される部分の高さに変化が生じやすく、この照射部分の高さに変化が生じると、一次イオンビームの入射角が一定にならず、正確な検出が困難となるという問題があった。
【００１２】
また、試料の電気導通を図るとともに、磁石固定とすることで、試料脱着時に試料や回転機構に加わる力を軽減することが可能となる。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点に着目してなされたもので、その目的はスパッタリング中に試料を回転させて表面荒れを軽減し、深さ方向の分解能を向上させると共に、超高真空状態の下でも装置を複雑化させたり、分析結果に影響を与えたりすることなく、しかも試料を水平に維持することができる試料回転装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の発明は、
ぜんまいばねを駆動源とする回転駆動装置の出力軸に固定され、上面に試料を固定して試料を回転させるターンテーブルを備える試料回転装置であって、
前記ターンテーブルは、上面に前記試料を固定する水平テーブルを備え、
前記ターンテーブルと水平テーブルとの間には、水平微調整用の弾性部材を備え、
前記ターンテーブルと水平テーブルとを複数の締付部材にて締め付け、その締付力の調整により、水平テーブルの水平微調整を行うことを備えることを特徴としている。
【００１５】
第２の発明は、
ぜんまいばねを駆動源とする回転駆動装置の出力軸に固定され、上面に試料を固定して試料を回転させるターンテーブルを備える試料回転装置であって、
前記回転駆動装置を上下動可能に支持する弾性部材と、
前記回転駆動装置の上方に上下位置調整可能に配設され、前記回転駆動装置と当接して回転駆動装置の上限位置を規制する高さ調整部材と、
前記高さ調整部材の下面より突出可能にされ、前記回転駆動装置を下方に押し付けて回転駆動装置の水平微調整を行う複数の水平調整部材とを備えることを特徴としている。
【００１６】
第３の発明は、
ぜんまいばねを駆動源とする回転駆動装置の出力軸に固定され、上面に試料を固定して試料を回転させるターンテーブルを備える試料回転装置であって、
導電性を有する試料固定部材の下面に、試料固定部材を固定する磁石を一体に取り付け、導電性を有するターンテーブルに前記磁石を介して試料固定部材を取り付け、前記試料固定部材にてターンテーブル上の導電性を要する試料を固定することを特徴としている。
【００１７】
第４の発明は、
ぜんまいばねを駆動源とする回転駆動装置の出力軸に固定され、上面に試料を固定して試料を回転させるターンテーブルを備える試料回転装置であって、
前記回転駆動装置は、出力軸の１回転に要する時間が４〜６０分に設定されていることを特徴としている。
【００１８】
第５の発明は、
ぜんまいばねを駆動源とする回転駆動装置の出力軸に固定され、上面に試料を固定して試料を回転させるターンテーブルを備える試料回転装置であって、
前記ターンテーブルには、回転中心位置を表示したセンターガイドが前記試料を覆って取り付けられることいることを特徴としている。
【００１９】
第６の発明は、
ぜんまいばねを駆動源とする回転駆動装置の出力軸に固定され、上面に試料を固定して試料を回転させるターンテーブルを備える試料回転装置であって、
前記回転駆動装置は、突出状態で回転停止状態を維持する回転規制手段を有し、
前記回転規制手段を突出させた状態で試料ホルダ内に設置されるとともに、
前記試料ホルダは、ホルダガイドにより移動可能に支持され、ホルダ送り手段によりホルダガイドのホルダストッパ位置まで押込み可能とされ、
前記回転規制手段は、前記ホルダストッパに当接して押込まれることにより、回転規制が解除可能とされていることを特徴としている。
【００２０】
【作用】
前記構成の第１の発明にあっては、試料を固定するターンテーブルを、ぜんまいばねを駆動源とした回転駆動装置により回転させることにより、試料の表面荒れを軽減して、深さ方向の分解能を向上させることができ、しかも、回転駆動装置はぜんまいばねを駆動源とするため、分析装置の内部に設置しても、分析装置内の雰囲気に影響を与えることがなく、正確な分析を行うことが可能で、さらには、分析装置の内部に配設できることにより、超高真空状態の下においても、複雑な構造とすることなく試料の回転を行わせることが可能となる。
【００２１】
また、水平微調整用の弾性部材を介在させた状態で、ターンテーブルと水平テーブルとを複数の締付部材にて締め付け、その締付力の調整により、水平テーブルの水平微調整を行うことができ、したがって試料を回転させる場合でも試料を常に水平に保つことができ、正確な分析を行うことが可能となる。
【００２２】
第２の発明にあっては、高さ調整部材を上下させて弾性部材により支持された回転駆動装置の高さを調整し、複数の水平調整部材によって水平微調整を行うことにより、厚さの異なる試料の分析，測定に対応することが可能となる。
【００２３】
第３の発明にあっては、試料固定部材を磁石によりターンテーブルに容易に取り付けることができ、しかも固定手段を必要としないので機構を簡素化することができる上に、試料固定部材，ターンテーブルおよび磁石を導電性を有する部材にて形成することにより、導電性を要する試料の電気導通を図るとともに、磁石固定とすることで、試料脱着時に試料や回転機構に加わる力を軽減することが可能となる。
【００２４】
第４の発明にあっては、回転駆動装置の出力軸の一回転に要する時間を４〜６０分に設定することにより、ＳＩＭＳなどの分析装置に使用するに最適な状態とすることが可能となる。
【００２５】
第５の発明にあっては、回転中心位置を表示したセンターガイドを設けることにより、容易に試料の分析部位をターンテーブルの回転中心に設定することが可能となる。
【００２６】
第６の発明にあっては、試料を長時間真空雰囲気下においた後、ホルダ送り手段により試料ホルダを押込み、ホルダストッパに回転規制手段を当接させて回転駆動手段の回転規制を解除し、回転を開始させることにより、試料分析時に問題となる残留大気成分の影響を低減させることができ、しかも測定者の都合に合わせて回転を開始させることができ、有効回転時間を測定時間に一致させることが可能となる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１〜図３は、本発明の一実施例に係る試料回転装置を示す図である。
【００２９】
この試料回転装置は、ケース１０と、回転駆動装置１２と、ターンテーブル１４と、試料固定部材１６と、センタガイド１８とを備えている。
【００３０】
ケース１０は、貫通した筒状のもので、上部内周にフランジ部２０が突出形成されている。
【００３１】
回転駆動装置１２は、ぜんまいばねを駆動源とし、出力軸２２を上面中央から垂直上方に突出させた状態で、ケース１０内に収納されるようになっている。
【００３２】
また、この回転駆動装置１２の下面には、下押え板２４が配設され、この下押え板２４の下面には、裏蓋２６の中央部分にねじ２８を介して取り付けられた弾性部材としての板ばね３０の端部が当接し、この板ばね３０によって回転駆動装置１２がケース１０内で上下動可能に支持された状態となっている。なお、裏蓋２６は、ケース１０の側面に取り付けたねじ３２によってケース１０内に固定されるようになっている。
【００３３】
また、回転駆動装置１２の上面にはケース１０の内周にほぼ相応した外周を有するリング状の上押え板３４が配設され、この上押え板３４の上部には、回転駆動装置１２の上限位置を規制する高さ調整部材３６が配設されている。
【００３４】
この高さ調整部材３６は、ケース１０の内径とほぼ相応した外径の調整リングガイド３８と、この調整リングガイド３８の内面と螺合する調整リング４０とからなり、調整リングガイド３８をケース１０のフランジ２０に係合させた状態で、ケース１０の側面に取り付けたねじ４２によりケース１０内の上部に固定されるようになっている。そして、調整リングガイド３８を固定した状態で、調整リングガイド３８に対し調整リング４０を回転させることにより、調整リング４０が上下方向に移動できるようになっている。例えば、調整リング４０と調整ガイドリング４８との螺合を二条ねじにて行い、１回転で約１ｍｍ上下できるようにしている。
【００３５】
したがって、調整リング４０を下方に移動させることにより、上押え板３４を介して回転駆動装置１２が板ばね３０の付勢力に抗して下方に移動して位置決めされるようになっている。
【００３６】
さらに、調整リング４０には、周方向に沿って複数の水平調整部材としての調整ねじ４４が取り付けられ、これら複数の調整ねじ４４の調整リング４０下面からの突出量を調整することにより、回転駆動装置１２の水平微調整を行うことができるようになっている。したがって、調整リングガイド３８に螺合した調整リング４０による回転駆動装置１２の高さ調整時に、調整リング４０の調整リングガイド３８に対する螺合部分による水平誤差が生じた場合に、この調整ねじ４４によって水平度の微調整を行うことにより、正確な回転駆動装置１２の水平度を確保することが可能となる。
【００３７】
このように、回転駆動装置１２の高さを調整可能にすることにより、厚さの異なる試料の分析を行う場合であっても、常に試料の上面位置を一定にして同一条件で分析できることとなる。
【００３８】
また、回転駆動装置１２としては、本実施例においては図３に示すような時計のムーブメントを使用しており、このムーブメントは、ぜんまいばね４６を駆動源とし、このぜんまいばね４６に蓄えられた力が２番車４８，３番車５０，４番車５２との歯車からなる伝達機構を経て、ガンギ車５４，アンクル５６，天輪５８等からなる脱進調速機へ伝達され、ここで回転エネルギーを間欠的に受けて衝撃エネルギーとして変換するようになっている。この場合、２番車４８には分針が取り付けられるもので、この実施例では２番車４８を出力軸２２として用いるようにしている。
【００３９】
また、２番車４８の回転速度では不十分であるため、天輪５８の一部を切除して、軽量化することにより、出力軸２２の一回転に要する時間を４〜６０分に設定するようにしている。なお、この回転の規制状態は、歯車の規制や天輪５８に取り付けられるひげぜんまい６０のばね定数を変化させることによってもなし得る。
【００４０】
さらに、ぜんまいばね４６を巻く場合には、裏蓋２６および下押え板２４に形成した巻き穴６２から回転駆動装置１２内にドライバを差し込み、ぜんまいばね４６の軸を直接回転させることにより、ぜんまいばね４６の巻き取りをなし得るようにしている。
【００４１】
また、図４の実施例に示すように、ケース１０の側面にりゅうず穴６６を形成しておくことにより、このりゅうず穴６６からりゅうず６８を突出させて、ぜんまいばね４６を巻き取るようにすることも可能である。
【００４２】
ターンテーブル１４は、円板状のもので、下面中央部にボス部７０を突出させ、このボス部７０の中心に回転駆動装置１２の出力軸２２を取り付けるための取付け穴７２を形成し、この取付け穴７２内に前記出力軸２２を差し込んで出力軸２２に固定されて回転し得るようになっている。また、ボス部７０の側面には環状の溝７４が形成され、この環状の溝７４内に、回転駆動装置１２に固定されたストッパプレート７６の先端が係入され、試料回転装置を逆さにした場合でも、ターンテーブル１４が脱落しないようになっている。
【００４３】
また、ターンテーブル１４上には、上面に試料７８を固定する水平テーブル８０が設けられ、この水平テーブル８０とターンテーブル１４との間には、水平テーブル８０の水平微調整を行うための弾性部材として板ばね８２を介在させ、これらターンテーブル１４と水平テーブル８０とを板ばね８２の挿通穴８４を貫通させた状態で複数、例えば４本の締付部材としての締付ねじ８６にて締め付け、各締付ねじ８６の締付力を調整することにより、水平テーブルの水平微調整を行えるようにしている。例えば、半径３．５ｍｍ内で、高さが３ミクロン以内の誤差に止まるように調整可能とする。
【００４４】
したがって、ターンテーブル１４により試料７８を回転させながら、試料７８の分析，測定を行う場合であっても、試料７８を水平に維持して、試料７８の分析部分の高さを一定にすることができ、その結果、例えばＳＩＭＳなどのように一次イオンビームを試料７８に照射する場合であっても、一次イオンビームの入射角を一定に保つことが可能となり、正確な分析が行えることとなる。
【００４５】
試料固定部材１６は、図２に示すように、円板状の板ばね８２の中央部を切り欠いて下方に折り曲げた状態のもので、その折り曲げ部分の先端を試料７８の上面に点接触して試料７８を上面から押圧し固定し得るようになっている。また、試料固定部材１６の下面外周部分には、複数、例えば４つの磁石８８を一体に取り付け、この磁石８８をターンテーブル１４上に吸着させることにより、試料固定部材１６をターンテーブル上に容易に固定し得るようにしている。また、試料固定部材１６，磁石８８およびターンテーブル１４をそれぞれ導電性を有する部材にて形成することにより、試料７８の電気的導通を図り、試料７８のＳＩＭＳ分析を可能にしている。
【００４６】
センターガイド１８は、試料７８を覆う状態でターンテーブル１４上に取り付けられる筒状のもので、上面にリング状のフランジ部９０が形成され、このフランジ部９０の上面にはターンテーブル１４の回転中心位置を表示する４本のＶ溝９２が刻設され、さらに、これらＶ溝９２間の開孔部分に細線９４を直交させて配設している。したがって、試料固定部材１６上からセンターガイド１８を被せた状態でターンテーブル１４上にセンターガイド１８を取り付け、細線９４の交叉位置に試料７８の分析点がくるように試料７８を位置決めすることにより、容易に正確な試料７８の分析点の位置決めを行うことが可能となる。
【００４７】
図５には、本発明の他の実施例を示す。
【００４８】
この実施例では、試料回転装置を収納した試料ホルダ１００を試料室１０８内のホルダガイド１０２上に移動可能に支持させている。
【００４９】
ホルダガイド１０２の先端には、ホルダストッパ１０４が立上げ形成されている。
【００５０】
また、試料ホルダ１００は、ホルダ送り手段としてのホルダ送りロッド１０６により押込まれ、ホルダガイド１０２に沿ってホルダストッパ１０４に当接して位置決めされるようになっている。
【００５１】
さらに、試料ホルダ１００の押込み方向側の側面からは、回転駆動装置のりゅうず６８を突出させている。このりゅうず６８は、突出状態で回転駆動装置の回転停止状態を維持する回転規制手段としての機能を有するものとなっており、このりゅうず６８を押込むことにより、回転駆動装置の回転停止状態を解除して回転を開始し得るようになっている。
【００５２】
そして、試料ホルダ１００に試料をセットし、りゅうず６８によりぜんまいばね４８を巻き、りゅうず６８を引き出してターンテーブルの回転を止めた状態にして試料室１０８内のホルダガイド１０２上に支持させ、長時間（例えば一晩）試料を真空中で放置しておき、測定を開始しようとする際に、ホルダ送りロッド１０６により、試料ホルダ１００をホルダガイド１０２に沿ってホルダストッパ１０４と当接するまで押込む。すると、試料ホルダ１００から突出するりゅうず６８がホルダストッパ１０４に当接して押込まれ、回転駆動装置の回転停止状態が解除されて、回転が開始されることとなる。
【００５３】
このように、長時間試料を真空雰囲気下におくことにより、試料分析時に問題となる残留大気成分の影響を低減させることができる。
【００５４】
また、測定者の都合に合わせて回転を開始させることができ、有効回転時間を測定時間に一致させることが可能となり、長時間（例えば一晩）回転させておくような無駄を無くすことができる。
【００５５】
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において各種の変形実施例が可能である。
【００５６】
例えば、本実施例の試料回転装置は、ＳＩＭＳによる分析の場合に限らず、ＡＥＳ，ＸＰＳなどの分析にも適用し得るものである。
【００５７】
また、回転駆動装置として時計のムーブメントを使用した場合について説明したが、これに限らず、ぜんまいばねを駆動源とするものであれば種々の回転駆動装置を採用することが可能である。
【００５８】
さらに、前記実施例においては、弾性部材として板ばね３０および８２を用いたが、この例に限らず分析の条件によってはゴム等の弾性変形部材を採用することも可能である。
【００５９】
そして更に、前記実施例においては、ケース１０を外側部材とした場合について説明したが、この例に限らず、ケース１０を試料ホルダー内に組込むようにすることも可能である。
【００６０】
【発明の効果】
前記構成の第１の発明にあっては、試料を固定するターンテーブルをぜんまいばねを駆動源とした回転駆動装置により回転させることにより、試料の表面荒れを軽減して、深さ方向の分解能を向上させることができ、しかも、回転駆動装置はぜんまいばねを駆動源とするため、分析装置の内部に設置しても、分析装置内の雰囲気に影響を与えることがなく、正確な分析を行うことができ、さらには、分析装置の内部に配設できることにより、超高真空状態の下においても、複雑な構造とすることなく試料の回転を行わせることができるという効果がある。
【００６１】
また、水平微調整用の弾性部材を介在させた状態で、ターンテーブルと水平テーブルとを複数の締付部材にて締め付け、その締付力の調整により、水平テーブルの水平微調整を行うことができ、したがって試料を回転させる場合でも試料を常に水平に保つことができ、正確な分析を行うことができるという効果がある。
【００６２】
第２の発明にあっては、高さ調整部材を上下させて弾性部材により支持された回転駆動装置の高さを調整し、複数の水平調整部材によって水平微調整を行うことにより、厚さの異なる試料の分析，測定に対応することができるという効果がある。
【００６３】
第３の発明にあっては、試料固定部材を磁石によりターンテーブルに容易に取り付けることができ、しかも固定手段を必要としないので機構を簡素化することができる上に、試料固定部材，ターンテーブルおよび磁石を導電性を有する部材にて形成することにより、導電性を要する試料の電気導通を図るとともに、磁石固定とすることで、試料脱着時に資料や回転機構に加わる力を軽減することができるという効果がある。
【００６４】
第４の発明にあっては、回転駆動装置の出力軸の一回転に要する時間を４〜６０分に設定することにより、ＳＩＭＳなどの分析装置に使用するに最適な状態とすることができるという効果がある。
【００６５】
第５の発明にあっては、回転中心位置を表示したセンターガイドを設けることにより、容易に試料の分析部位をターンテーブルの回転中心に設定することができるという効果がある。
【００６６】
第６の発明にあっては、試料を長時間真空雰囲気下においた後、ホルダ送り手段により試料ホルダを押込み、ホルダストッパに回転規制手段を当接させて回転駆動手段の回転規制を解除し、回転を開始させることにより、試料分析時に問題となる残留大気成分の影響を低減させることができ、しかも測定者の都合に合わせて回転を開始させることができ、有効回転時間を測定時間に一致させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る試料回転装置の断面図である。
【図２】図１のターンテーブル上の分解斜視図である。
【図３】図１の回転駆動装置の内部機構を下面側から見た斜視図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る試料の回転装置を示す部分断面図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る試料の回転装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１２  回転駆動装置
１４  ターンテーブル
１６  試料固定部材
１８  センターガイド
２２  出力軸
３０  板ばね
３６  高さ調整部材
４４  調整ねじ
４６  ぜんまいばね
７８  試料
８０  水平テーブル
８２  板ばね
８６  締付けねじ
８８  磁石
１００  試料ホルダ
１０２  ホルダガイド
１０４  ホルダストッパ
１０６  ホルダ送りロッド
１０８  試料室
【図１】
0003661199.tif 000002
【図２】
0003661199.tif 000003
【図３】
0003661199.tif 000004
【図４】
0003661199.tif 000005
【図５】
0003661199.tif 000006