(57)【要約】【課題】本発明は、上記の問題点を鑑み、材料やイオンビーム照射角度に依存しない加工をする手法を提供することを目的としている。【解決手段】上記目的を達成するために、本発明は、イオンビームを試料に照射して試料を加工する加工装置において、前記イオンビームに対し、試料を回転傾斜させる試料傾斜回転機構を備え、当該試料回転機構は、試料をイオンビームに対し回転させる回転軸と、当該回転軸に対して直行し、前記試料をイオンビームに対して傾斜させる傾斜軸を備え、前記試料の回転と傾斜を同時に行うことを特徴とする加工装置を提供する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを試料に照射して試料を加工する加工装置において、
前記イオンビームに対し、試料を回転傾斜させる試料傾斜回転機構を備え、
当該試料回転機構は、試料をイオンビームに対し回転させる回転軸と、当該回転軸に対して直行し、前記試料をイオンビームに対して傾斜させる傾斜軸を備え、前記試料の回転と傾斜を同時に行うことを特徴とする加工装置。
【請求項２】
請求項１の加工装置において、
前記試料傾斜回転機構は、前記回転軸に接続した第１の回転部材と、当該第１の回転部材に連動して回転する第２の回転部材と、前記試料が搭載される試料台を備え、当該試料台は、前記第２の回転部材と接続し、前記第２の回転部材の回転により前記傾斜軸に沿って傾斜することを特徴とする加工装置。
【請求項３】
請求項２の加工装置において、
前記第２の回転部材と前記試料台の接続部の位置を、前記第２の回転部材の中心からの距離に対し変更する部材を備えることを特徴とする加工装置。
【請求項４】
請求項１の加工装置において、
前記回転軸は、前記加工装置の試料ステージの回転駆動により回転されることを特徴とする加工装置。
【請求項５】
請求項１の加工装置において、
試料に対して電子線を照射する電子照射系と、前記試料から発生した電子を検出する検出器と、当該検出器により検出された信号に基づいて、前記イオンビームの試料への照射を終了させる制御装置を備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項６】
請求項５の加工装置において、
前記制御装置は、前記試料の加工面に電子線を照射し、前記検出器により検出された信号が所定の信号量を超えた数が所定数以下になった場合に、前記イオンビームの試料への照射を終了させることを特徴とする加工装置。
【請求項７】
請求項１の加工装置において、
試料にレーザー光を照射するためのレーザー照射系と、試料から反射，散乱したレーザー光を検出する検出器を備え、当該検出器により検出された信号に基づいて、前記イオンビームの試料への照射を終了させる制御装置を備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項８】
請求項７の加工装置において、
前記検出器の検出面は、前記レーザー光を通過する開口部を備え、当該開口部に対して同心円状に分割された検出面を有することを特徴とする加工装置。
【請求項９】
イオンビームを試料に照射して試料を加工する加工装置に用いられる試料駆動機構であって、
当該試料駆動機構は、試料をイオンビームに対し回転させる回転軸と、当該回転軸に対して直行し、前記試料をイオンビームに対して傾斜させる傾斜軸を備え、前記試料の回転と傾斜を同時に行うことを特徴とする試料駆動機構。
【請求項１０】
請求項９の試料駆動機構において、
前記回転軸に接続した第１の回転部材と、当該第１の回転部材に連動して回転する第２の回転部材と、前記試料が搭載される試料台を備え、当該試料台は、前記第２の回転部材と接続し、前記第２の回転部材の回転により前記傾斜軸に沿って傾斜することを特徴とする試料駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンミリング装置および走査電子顕微鏡用試料加工方法に関し、特に、走査電子顕微鏡やＥＢＳＰ法（Electron BackScatter diffraction Pattern）等を用いて、観察・分析される試料を作製するためのイオンミリング装置および走査電子顕微鏡用試料加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器における実装技術の急速な進歩に伴い、電子部品の構成部品も小型化，高密度化し、その内部構造のＳＥＭ観察・分析ニーズが急速に高まっている。
【０００３】
試料の内部構造観察を目的に機械研磨法により作製された試料面には、研磨時に加わる応力による変形や研磨傷，ダレにより微細構造を観察・分析できない場合がある。この対処法として、機械研磨の仕上げにイオンミリング法が適用される。
【０００４】
イオンミリング法とは、加速したイオンを試料に照射し、照射したイオンが試料表面の原子や分子をはじき飛ばすスパッタリング現象を利用し、試料を無応力で加工する手法であり、ＳＥＭを用いた試料表面および内部構造における積層形状，膜厚評価，結晶状態，故障や異物断面の解析のための試料前処理法として利用されている。
【０００５】
イオンミリング装置の従来例として、特許文献１〜３の技術が存在する。
【０００６】
特許文献１によると、試料を回転体に載せて、その回転中心軸線とイオンビーム中心の試料表面照射位置を所定の距離だけずらしてイオンミリングすることにより、直径５mm程度の加工面が得られると記載されている。
【０００７】
特許文献２には、イオンミリング装置内にビデオカメラを内蔵したプローブを配置し、加工状態を確認することが記載されている。
【０００８】
特許文献３には、イオンビームが照射されている箇所と、加工目的位置とを一致するための好適なイオンミリング法及びイオンミリング装置について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平３−３６２８５号公報
【特許文献２】特開平１０−１４０３４８号公報
【特許文献３】特開２００７−８３２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
機械研磨法により作製された試料面には、研磨時に加わった応力による変形や研磨傷，ダレが形成され、これらを除去するためにイオンミリング法が適用される。
【００１１】
しかしながら、ミリングレートは各材料やイオンビーム照射角度に依存するため、ミリングレートが異なる材料で構成される複合材料は、試料へのイオンビーム照射角度が固定されている従来のイオンミリング法では、微細構造解析のための平滑な加工面が得られないという問題があった。
【００１２】
また、観察・解析に必要な加工ができているかどうかを確認するためには、試料をイオンミリング装置から取り外し光学顕微鏡もしくはＳＥＭによる観察を行い、確認する必要があるため、作業が煩雑となり時間を要していた。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を鑑み、材料やイオンビーム照射角度に依存しない加工をする手法を提供すること、更にイオンミリング法による終点検知が容易に行える手段を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、イオンビームを試料に照射して試料を加工する加工装置において、前記イオンビームに対し、試料を回転傾斜させる試料傾斜回転機構を備え、当該試料回転機構は、試料をイオンビームに対し回転させる回転軸と、当該回転軸に対して直行し、前記試料をイオンビームに対して傾斜させる傾斜軸を備え、前記試料の回転と傾斜を同時に行うことを特徴とする加工装置を提供する。
【００１５】
また終点検知は、試料に対して電子線を照射する電子照射系と、前記試料から発生した電子を検出する検出器と、当該検出器により検出された信号に基づいて、前記イオンビームの試料への照射を終了させる制御装置を備えたことを特徴とする加工装置、あるいは、試料にレーザー光を照射するためのレーザー照射系と、試料から反射，散乱したレーザー光を検出する検出器を備え、当該検出器により検出された信号に基づいて、前記イオンビームの試料への照射を終了させる制御装置を備えたことを特徴とする加工装置により達成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、イオンビーム照射角度を連続的に変えることで、複合材料においても材料やイオンビーム照射角度に依存しない平滑な加工面を得られる。また、イオンミリング装置に、試料に電子線を照射できる電子照射系と試料から発生した電子を検出，表示する機能を設け得られた信号を処理することや、試料にレーザー光を照射するための光学系と試料から反射，散乱したレーザー光を検出する機能を備え、検出したレーザー光を処理することで、終点検知を行い、試料の取り外しをせずに加工の終点検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】請求項１，２および実施例１を示す、試料回転傾斜機構を備えたイオンミリング装置の説明図である。
【図２】試料傾斜回転機構の詳細な説明図である。
【図３】試料傾斜回転機構の詳細な説明図である。
【図４】従来のイオンミリング法と本発明によるイオンミリング法の加工面との比較を示す説明図である。
【図５】試料傾斜回転機構による連続的に変化する照射角度の詳細な説明図である。
【図６】ステージ傾斜角度により可変できる加工範囲の詳細な説明図である。
【図７】試料傾斜回転機構およびＳＥＭ機能を備えたイオンミリング装置の説明図である。
【図８】試料傾斜回転機構およびＳＥＭ機能を備えたイオンミリング装置の詳細説明図である。
【図９】イオンミリング終点検知の説明図である。
【図１０】試料傾斜回転機構およびレーザー光照射機能を備えたイオンミリング装置の説明図である。
【図１１】イオンミリング終点検知の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明が適用されたイオンミリング装置の一実施例を示す図である。図１の破線部に示す、本発明による試料に照射するイオンビームの照射角度を連続的に変えることができる試料傾斜回転機構００１を搭載した試料ステージ００６と、イオン源００２，試料室００４，真空排気系００５，イオン電流測定器００７，高圧ユニット００８，ガス供給源００９により構成される。
【００２０】
本実施例の試料傾斜回転機構００１は試料ステージ００６を介し、試料室００４内に設置される。試料室００４は、真空排気系００５によって試料室内を大気圧または真空に制御され、その状態を保持できる。
【００２１】
イオン源００２は、イオンビーム００３を照射する構成要素全てを含んだ照射系を意味する。
【００２２】
また、試料ステージ００６はイオンビーム００３を試料１０１の任意の場所に照射するための前後左右や上下および回転，傾斜する構成要素の全てを含んだ機構系を意味する。
【００２３】
次に、本発明による試料傾斜回転機構００１を例とした試料の連続傾斜回転を説明する。
【００２４】
本実施例の試料傾斜回転機構００１は、イオン源００２からイオンビーム００３を照射するときに、試料ステージ００６の傾斜角度に依存する固定の照射角度でなく、照射角度を連続的に変えるための機構であり、試料の回転機能及び傾斜機能を有する。
【００２５】
以下、図２，図３を用いて試料の回転機能及び傾斜機能の詳細を説明する。
【００２６】
図２は、試料ステージ００６の回転機構を駆動源とし、図２の回転軸１０５を回転する場合の例である。回転軸１０５が回転すると、回転軸１０５に付属した内部歯車１１１を介して回転板１０７が回転する。回転板１０７が回転すると、回転板１０７に付属したピン１１４により駆動アーム１０６も駆動し、傾斜軸１０３に付属した試料台１０２は、傾斜軸１０３を中心として上下運動を行う。更に試料台１０２の上に搭載された試料１０１は、回転軸１０５により回転する。回転軸１０５の回転は、ばね１１０により伝えられ試料１０１を回転させる。ばね１１０は試料台が傾斜したときにも回転駆動を試料１０１に伝えるものである。試料台１０２は回転せず、また回転軸１０５の上部が通る開口部があけられている。もしくは、試料台１０２は二重の構造になっており、試料１０１が搭載される内周側が回転軸１０５の上部と接続して回転し、傾斜軸１０３と接続した外周側は回転しないという構造であってもよい。
【００２７】
これらの上下運動と回転運動は、回転軸１０５に付属したばね１１０により、各運動を制限することなく可能となる。
【００２８】
試料傾斜回転機構００１と試料ステージ００６により、図３で示すように試料１０１には、試料ステージ００６による試料傾斜に加えて、傾斜軸１０３による連続傾斜と回転軸１０５による回転により、イオンビーム００３が連続的に変化して照射される。従って、従来の手法では困難であった材料やイオンビーム照射角度によるミリングレートの差に依存しない、微細構造解析に必要である平滑な加工面を得られる。
【００２９】
図４は、従来のイオンミリング法と本発明によるイオンミリング法による加工面との比較を示す説明図である。
【００３０】
図４（ａ）は、イオンビームを固定の照射角度で照射する従来のイオンミリング法による加工面を示す。従来の手法では、試料のミリングレートは各材料やイオンビーム照射角度に依存するため、加工面には材料や結晶方位を反映した凹凸が形成される。一方、図４（ｂ）に示す、本発明のイオンミリング法による加工では、イオンビームは連続的に様々な方向から試料へ照射されるため、課題を解決し、平滑な加工面を形成することが可能となる。
【実施例２】
【００３１】
図５は、本発明の他の実施例を示す図であり、試料回転傾斜機構００１により連続的に変化する試料へイオンビーム００３が照射する角度、つまり本発明では試料傾斜角度（θ）に関する説明図である。試料傾斜角度（θ）の範囲は、駆動アーム１０６の振れ幅を可変することで変更が可能となる。
【００３２】
具体的には、駆動アーム１０６を駆動する回転板１０７に付属するピン１１４を、回転板１０７の内側に配置する、もしくは回転板１０７を小さくすると、図５（ａ）に示すように試料傾斜角度（θ１）１０８を小さくすることができる。また、駆動アーム１０６を駆動する回転板１０７に付属するピン１１４を、回転板１０７の外側に配置する、もしくは回転板１０７を大きくすると、図５（ｂ）に示すように試料傾斜角度（θ２）１０９を大きくすることができる。
【００３３】
このように、回転板１０７に付属するピン１１４の位置により、連続して変化する試料傾斜角度（傾斜角度（θ１）１０８および傾斜角度１０９（θ２）のように）の範囲を変更することが可能となる。
【００３４】
例えば、試料傾斜角度（θ１）１０８の場合は、イオンビーム００３の照射範囲１１２は狭くなり、試料傾斜角度（θ２）１０９の場合は、イオンビーム００３の照射範囲１１３は広くなる。つまり、イオンビーム００３は広範囲に照射され、加工範囲は広くなる。したがって、駆動アーム１０６と回転板１０７によって決定する傾斜角度（θ）により、加工範囲を容易に変更することが可能となる。また、試料傾斜角度を変更することによって、種々の試料において平滑な平面を得ることができる。
【００３５】
また、図６は、図５に示した試料傾斜回転機構００１による試料傾斜角度（θ２）１０９の範囲と、図６に示す試料ステージ００６の傾斜角度を組み合わせて使用することで加工範囲を、更に縮小・拡大することが可能である。
【００３６】
本発明を用いることで、試料１０１に照射されるイオンビーム００３の照射密度を変化させることも可能となるため、加工する試料に合わせて加工速度を制御することも実現できる。
【実施例３】
【００３７】
図７は、本発明のイオンミリング装置の加工の終点検知の実施例を示す図である。
【００３８】
本実施例では、本発明によるイオンミリング装置にＳＥＭ機能を設けた場合を説明する。
【００３９】
ＳＥＭ機能は、電子銃０１２より電子ビーム０１４を試料１０１に照射し、試料１０１から放出される二次電子０１５や反射電子０１６等の信号を検出するための二次電子検出器０１７や反射電子検出器０１３を備え、前記信号を二次元画像として表示する等の一般的なＳＥＭとしての基本機能を有している。
【００４０】
イオンミリング・ＳＥＭ制御系ユニット０１８は、前述の一般的なＳＥＭとしての基本機能を制御するとともに、二次元画像の画像輝度をラインプロファイルとして表示する機能とイオンミリング装置を制御する機能を有する。
【００４１】
図８は、電子銃０１２と二次電子検出器０１７，反射電子検出器０１３の位置を示した図である。図８（ａ）で示すように、反射電子検出器０１３は、電子銃０１２から放出される電子線が通過する開口部を備える。また、図８（ｂ）は、試料１０１側から見た反射電子検出器０１３を示している。
【００４２】
図９は、ＳＥＭ機能を用いた終点検知についての説明図である。
【００４３】
イオンミリング装置に設けたＳＥＭ機能を用いて終点検知を行う場合は、電子銃０１２より電子線０１４を加工前の試料１０１へ走査し、試料１０１から発生した二次電子０１５や反射電子０１６を、二次電子検出器０１７や反射電子検出器０１３により検出し、試料表面の凹凸や組成を反映した画像を取得する。なお、画像取得に際しては加工前後や加工途中において、イオンミリング・ＳＥＭ制御系ユニット０１８によるＳＥＭ観察を容易とするため、試料１０１は常に電子銃０１２の方向に向け停止させる。
【００４４】
次に、取得した画像をイオンミリング・ＳＥＭ制御系ユニット０１８にて処理を行い、試料の凹凸を反映したラインプロファイル１１５を表示する。この時、加工前の試料１０１は、図９（ａ）−１に示すような試料１０１の凹凸により、図９（ａ）−２に示すようなラインプロファイル１１５が表示される。
【００４５】
このラインプロファイル１１５を設定した閾値１１６にて、図９（ａ）−３に示すような二値化処理を行い、閾値１１６以上のピークの数を計測・記憶する。
【００４６】
その後、本発明によるイオンミリング加工を行い、前述と同様に閾値１１６以上のピークの数を計測・記憶する。これらを自動で繰り返すことで、イオンミリング加工の時間経過に伴い、試料１０１の凹凸は図９（ｂ）−１に示すように減少し、試料１０１の凹凸を反映したラインプロファイル１１５も、図９（ｂ）−２に示すように変化し、ラインプロファイルを二値化処理した結果も図９（ｂ）−３のように変化する。
【００４７】
このピークの数が予め設定した数以下となった時点で終了と判定し、イオンミリング加工を停止することで、終点検知が可能となる。更に加工条件設定や一回当たりの加工時間を変更することおよび閾値１１６を複数設けることで、加工途中の段階で制御することも可能となる。
【００４８】
更に画像取得に際しても、二次電子検出器０１７と反射電子検出器０１３を両方備えていることから、試料１０１に合わせた最適な画像を取得できる。例えば、導電性の無い試料１０１においては、ガス供給源００９から供給されるガスにより、高エネルギーの電子である反射電子０１６を用いた低真空観察が可能であるため、電子線０１４による帯電現象も回避して終点検知が可能となる。
【００４９】
また、反射電子０１６を用いた場合は、電子線０１４の照射により試料１０１から放出される低エネルギーの電子である二次電子０１５と区別して検出が可能であるため、画像取得時にイオンビーム００３を停止することなく、終点検知も可能となる。
【００５０】
上記したように、本発明によるＳＥＭ機能を備えたイオンミリング装置では、試料１０１に電子線０１４を照射したことで得られた電子情報等を処理することで、イオンミリング加工の完了を判定できる。
【実施例４】
【００５１】
図１０は、終点検知の他の実施例を示す図である。
【００５２】
本実施例では、本発明によるイオンミリング装置にレーザー照射機能を設けた場合を説明する。
【００５３】
レーザー照射機能は、レーザー光源０１９よりレーザー光０２０を照射し、試料１０１から反射または散乱した光を検出するリング状の検出器０２１をレーザー光源０１９の直下に備え、それらの信号を処理し表示する機能を全て含んだものである。
【００５４】
イオンミリング・レーザー照射制御系０２４は、本発明によるイオンミリング装置とレーザー照射機能を制御しており、また加工前後や加工途中においてレーザー照射をする際には、試料１０１を常にレーザー光源０１９の方向に向け停止させる。
【００５５】
図１１は、本実施例を詳細に示した図である。図１１（ａ）において、レーザー光源０１９よりレーザー光０２０を照射し、試料１０１から反射または散乱した光を検出するリング状の検出器０２１には、レーザー光源０１９から放出されるレーザー光０２０が通過する開口部がある。図１１（ｂ）は、リング状の検出器０２１を試料側から見た図である。
【００５６】
イオンミリング装置に設けたレーザー照射機能を用いて終点検知を行う場合は、レーザー光源０１９よりレーザー光０２０を加工前の試料１０１に照射する。レーザー光０２０は試料１０１の凹凸により乱反射または大きく散乱するため、図１１（ｃ）で示されるように、リング状の検出器０２１において、反射・散乱光０２２が検出されるリング１１７の数は多くなる。この加工前の検出リングの数を、イオンミリング・レーザー照射制御系０２４によって計測・記憶する。
【００５７】
その後、本発明によるイオンミリング加工を行い、前述と同様に加工後の散乱光０２３が検出されるリング１１７の数を計測・記憶する。これらを自動で繰り返すことで、イオンミリング加工の時間経過に伴い、試料１０１の凹凸は減少し、加工後の散乱光０２３が検出されるリング１１７の数も図１１（ｄ）で示すように減少する。
【００５８】
加工後の散乱光０２３が検出されるリング１１７の数が設定した数以下となった時点で終了と判定し、イオンミリング加工を停止することで、終点検知が可能となる。また、加工条件の設定や一回当たりの加工時間を変更することや、リング状の検出器０２１のリング１１７を増減することや複数設けることで、加工途中の段階で制御することも可能となる。
【００５９】
上記したように、本発明によるレーザー照射機能を備えたイオンミリング装置では、試料からのレーザー散乱光を検出するリングの数によって、イオンミリング加工の完了を判定できる。
【符号の説明】
【００６０】
００１  試料傾斜回転機構
００２  イオン源
００３  イオンビーム
００４  試料室
００５  真空排気系
００６  試料ステージ
００７  イオン電流測定器
００８  高圧ユニット
００９  アルゴンガス供給源
０１０  流量コントロールユニット
０１１  イオン源・試料ステージ・ガス制御部
０１２  ＳＥＭ電子銃
０１３  反射電子検出器
０１４  電子ビーム
０１５  二次電子
０１６  反射電子
０１７  二次電子検出器
０１８  ＳＥＭ制御系ユニット
０１９  レーザー光源
０２０  レーザー光
０２１  リング状の検出器
０２２  加工前の散乱光
０２３  加工後の散乱光
０２４  制御系ユニット
１０１  試料
１０２  試料台
１０３  傾斜軸
１０４  試料ホールダ
１０５  回転軸
１０６  駆動アーム
１０７  回転板
１０８  試料傾斜角度（θ１）
１０９  試料傾斜角度（θ２）
１１０  ばね
１１１  内部歯車
１１２，１１３  イオンビームの照射範囲
１１４  回転板に付属したピン
１１５  プロファイル
１１６  閾値
１１７  リング
【図１】
2011154920.tif 000003
【図２】
2011154920.tif 000004
【図３】
2011154920.tif 000005
【図４】
2011154920.tif 000006
【図５】
2011154920.tif 000007
【図６】
2011154920.tif 000008
【図７】
2011154920.tif 000009
【図８】
2011154920.tif 000010
【図９】
2011154920.tif 000011
【図１０】
2011154920.tif 000012
【図１１】
2011154920.tif 000013