(57)【要約】  広い面積で膜厚の均一な薄片試料や、先端の鋭利な針状試料を加工できる集束イオンビーム加工装置を実現するために、イオン源（１）と、イオン源（１）から引き出されたイオンビーム（２）を集束して試料（５）に照射する電子レンズ（３）と、試料（５）を保持する試料ホルダ（１３）とを備えた集束イオンビーム加工装置において、試料ホルダ（１３）に、試料（５）を覆うように配置されるシールド電極（７）を設けるとともに、試料（５）とシールド電極（７）を、それぞれ個別に電圧を印加できるように互いに絶縁する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源と、イオン源から引き出されたイオンビームを集束して試料に照射する電子レンズと、前記試料を保持する試料ホルダを備えた集束イオンビーム加工装置において、
前記試料ホルダは、前記試料を覆うように配置されるシールド電極を有し、前記試料と前記シールド電極にそれぞれ個別に電圧が印加出来るように互いに電気的に絶縁されることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記シールド電極の位置は、集束イオンビーム加工装置の外から調整されることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項３】
請求項１記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記シールド電極は、スリット状の穴を有することを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項４】
請求項３記載の集束イオンビーム加工装置において、
薄片試料の作製の際に、前記シールド電極に対して前記試料の電圧が低く設定されることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項５】
請求項１記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記シールド電極は、円状の穴を有することを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項６】
請求項５記載の集束イオンビーム加工装置において、
針状試料の作製の際に、前記シールド電極に対して前記試料の電圧が高く設定されることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項７】
請求項１記載の集束イオンビーム加工装置において、
さらに電子線源と、電子線源から引き出された電子線を集束して試料に照射する電子レンズを備えたことを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項８】
集束イオンビーム加工装置に使用する試料ホルダにおいて、
試料を覆うように配置されるシールド電極を有し、前記試料と前記シールド電極にそれぞれ個別に電圧を印加出来るように互いに電気的に絶縁されることを特徴とする試料ホルダ。
【請求項９】
請求項８記載の試料ホルダにおいて、
前記試料ホルダは、サイドエントリー形であることを特徴とする試料ホルダ。
【請求項１０】
請求項９記載の試料ホルダにおいて、
前記試料ホルダは、金属製の試料ホルダ本体を有し、
前記試料及び前記シールド電極は、前記試料ホルダ本体とは互いに電気的に絶縁されて配置されることを特徴とする試料ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料ホルダ及びそれを備えた集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＩＢ加工観察装置は、イオンビームを集束して試料に照射することで、試料の微細加工を行う装置である（特許文献１、２）。イオンビームを試料に照射すると、スパッタリングによって試料を削ることが出来る。同時に試料から放出された二次電子を検出することで、走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）像が得られる。すなわち、試料の加工と観察を並行して行うことが出来るため、試料の特定の場所の微細加工を行うのに適している。そのため、半導体の不良解析や、透過電子顕微鏡用の薄片試料や針状試料の作製に利用されている。さらに、ＦＩＢ加工観察装置と走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の複合装置（ＦＩＢ−ＳＥＭ）の場合は、ＦＩＢによる加工とＳＥＭ像による精度の高い観察を並行して行うことができるため、ＳＩＭ像では観察できない微細な構造を持つ試料の加工が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３０２７８５号公報
【特許文献２】特開２０１２−３３４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオンビームを用いることにより微細加工を行うことができるが、イオンビームは集束しても一定の広がりを持つため、加工によって作製できる形状の精度には限界がある。発明者等が検討した結果、１０μｍ×１０μｍで厚さが１００ｎｍ程度の薄片試料を作製する場合、このような広い面積で膜厚を均一にするのが難しいことが分かった。また、針状試料を作製する場合、先端が一定以上鋭利にすることができないことが分かった。【０００５】
本発明の目的は、広い面積で膜厚が均一な薄片試料や、先端が鋭利な針状試料の作製が可能な試料ホルダ及びそれを備えた集束イオンビーム加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための一実施形態として、集束イオンビーム加工装置に使用する試料ホルダにおいて、
試料を覆うように配置されるシールド電極を有し、前記試料と前記シールド電極にそれぞれ個別に電圧が印加出来るように互いに電気的に絶縁されることを特徴とする試料ホルダとする。【０００７】
また、イオン源と、イオン源から引き出されたイオンビームを集束して試料に照射する電子レンズと、前記試料を保持する試料ホルダを備えた集束イオンビーム加工装置において、
前記試料ホルダは、前記試料を覆うように配置されるシールド電極を有し、前記試料と前記シールド電極にそれぞれ個別に電圧が印加出来るように互いに電気的に絶縁されることを特徴とする集束イオンビーム加工装置とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、広い面積で膜厚が均一な薄片試料や、先端が鋭利な針状試料の作製が可能な試料ホルダ及びそれを備えた集束イオンビーム加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施例に係るＦＩＢ加工観察装置を説明するための概略全体構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る試料ホルダの要部（シールド電極）を説明するための斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るＦＩＢ加工観察装置の試料ホルダにおいて、試料が加工される様子を説明するため断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る試料ホルダの要部（シールド電極）を説明するための斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係るＦＩＢ加工観察装置の試料ホルダにおいて、試料が加工される様子を説明するため断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係るＦＩＢ加工観察装置及び試料ホルダを説明するための概略全体構成断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係るＦＩＢ−ＳＥＭ加工観察装置を説明するための概略全体構成断面図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る試料ホルダの要部（シールド電極）を説明するための斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施例に係る試料ホルダの詳細断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のＦＩＢ加工観察装置は、試料を覆うシールド電極を備える。シールド電極は試料とは電気的に絶縁されており、試料とシールド電極にはそれぞれ個別に電圧を印加できる。試料とシールド電極の間に電位差が生じると電場が形成される。電場が試料とシールド電極の間に閉じ込められるため、試料とシールド電極の距離を縮めると、大きな電場を形成できる。また、シールド電極の位置や傾きをＦＩＢ加工観察装置の外から調整することで、電場の形状を調整できる。以上のようにして形成された電場によってイオンビームの偏向を制御し、自由度の高い加工を行うことが出来る。
以下、本発明を実施例により説明する。
（実施例１）
本発明の第１の実施例に係る試料ホルダ及びそれを備えた集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工観察装置について図を用いて説明する。なお、本実施では、薄片試料の加工のための構成を示す。図１にＦＩＢ加工観察装置全体構成を記す。装置上部のイオン源１からガリウムイオンが引き出され、イオンビーム２となって装置下部に向かう。イオンビーム２は電子レンズ３によって集束や偏向などの制御を受け、真空に保たれた試料室４の中にある試料５に照射される。試料５は試料台６に固定されている。試料台６は電気的に外部電源９に接続されているので、外部電源９によって試料５に電圧を印加出来る。試料５はシールド電極７に覆われている。シールド電極７は可動式のマイクロプローブ８に固定されている。マイクロプローブは可動式で、試料５に対する位置を調整することが出来る。マイクロプローブは電気的に外部電源１０に接続されているので、外部電源１０によってシールド電極７に電圧を印加出来る。試料ホルダは試料台６とシールド電極７を含む。
【００１１】
図２に試料ホルダを構成するシールド電極７の形状を示す。シールド電極７は試料よりも十分大きく、直径５ｍｍの円形である。シールド電極７は、電場をその内部（試料５とシールド電極７の間）に閉じ込めるため、側面部に円筒形の覆いを有する。上部には穿孔１１が設けられており、穿孔１１を通じてイオンビーム２がシールド電極７で覆われた試料に照射される。穿孔１１の形状は、幅１ｍｍ、長さ３ｍｍのスリット形である。この幅や長さは加工試料の大きさ（約１００ｎｍ〜約１０μｍ）に比べて十分大きい。このため、穿孔の大きさは、加工後の薄膜の厚さには影響しない。
【００１２】
図３を用いて試料台６の上に載せられた試料５を平板状に加工する場合の加工手順について説明する。ＳＩＭ像で試料を観察しながら、穿孔の中心を通して加工箇所が見えるようにシールド電極７の水平・垂直を調整する。なお、試料の観察は、シールド電極７の上部に配置した二次電子検出器（図示せず）を用い、イオンビーム２の照射により試料５から放出され、穿孔から跳び出して来た二次電子（図示せず）を検出することにより行うことができる。次に、ＳＩＭ像の焦点を試料５とシールド電極７に交互に合わせながらシールド電極７の高さをマイクロプローブ８により調整し、試料５に出来るだけ接近させる。
【００１３】
まず、従来と同様、イオンビーム２が試料５の表面に垂直に照射されるように、シールド電極７と試料５の電圧は０Ｖのまま、ＦＩＢ加工によって幅１０μｍ、高さ１０μｍで壁状の薄片試料を作製する。このＦＩＢによる加工では、試料５の上部に比べて下部の厚さが厚くなり（台形状）、膜厚が均一な薄片試料を得ることができない。そこで本実施例においては、シールド電極７と試料５との間に電位差を与える。
【００１４】
即ち、最終仕上げの段階に来たら、シールド電極７の電圧は０Ｖのまま、試料５に負の電圧を徐々に印加する。すると、試料５とシールド電極７の間に、等電位面１２で表わされる電場が生じる。シールド電極７が試料５に対して傾いているとＳＩＭ像が移動するので、移動しないようにシールド電極７の傾きを適宜調整する。試料５への印加電圧が−１００Ｖになると、正の電荷を持つイオンビームは電場によって試料５に引き寄せられ、ＳＩＭ像で薄膜試料の根元が広がって見えるようになる。このとき、試料５の上部と下部にイオンビーム２が均等に照射され、膜厚の均一な薄片試料が加工出来る。なお、試料５の電圧を０Ｖ（接地電位）のまま、シールド電極７に正の電圧を印加することもできるが、電子レンズ電位との関係からシールド電極を接地電位（０Ｖ）とすることが望ましい。本実施例ではイオンとしてガリウムイオンを用いたが、これに限定されない。
【００１５】
シールド電極７の役割は、イオンビーム２を通し、かつ電場をシールド電極７と試料５の間に閉じ込めることである。よって、シールド電極７が電場を上部に漏らさない限り、シールド電極７や穿孔１１は上記と異なる形状でも構わない。
【００１６】
以上、本実施例によれば、シールド電極内部でイオンビームを曲げて試料に照射することができるため、広い面積で膜厚が均一な薄片試料の作製が可能な試料ホルダ及びそれを備えた集束イオンビーム加工装置を提供することができる。
（実施例２）
本発明の第２の実施例について、図４と図５を用いて説明する。なお、本実施例では、先端が鋭利な針状試料の作製について説明する。装置全体の構成は実施例１と同じである。
【００１７】
図４は、本実施例に係る試料ホルダにおけるシールド電極７の斜視図である。シールド電極７は試料よりも十分大きく、直径５ｍｍの円形である。シールド電極７は、電場をその内部（試料５とシールド電極７の間）に閉じ込めるため、側面部には円筒形の覆いを有する。上部には穿孔１１が設けられており、穿孔１１を通じてイオンビーム２がシールド電極７で覆われた試料に照射される。穿孔１１の形状は、直径１ｍｍの円形または多角形である。
【００１８】
図５を用いて試料台６の上に載せられた試料５を先端が鋭利な針状に加工する場合の加工手順について説明する。ＳＩＭ像で試料を観察しながら、穿孔の中心を通して加工箇所が見えるようにシールド電極７の水平・垂直を調整する。なお、試料の観察は、シールド電極７の上部に配置した二次電子検出器（図示せず）を用い、イオンビーム２の照射により試料５から放出され、穿孔から跳び出して来た二次電子（図示せず）を検出することにより行うことができる。次に、ＳＩＭ像の焦点を試料５とシールド電極７に交互に合わせながらシールド電極７の高さをマイクロプローブ８により調整し、試料５に出来るだけ接近させる。
【００１９】
まず、従来と同様、イオンビーム２が試料５の表面に垂直に照射されるように、シールド電極７と試料５の電圧は０Ｖのまま、ＦＩＢ加工によって針状試料を作製する。このＦＩＢによる加工では、試料５の上部が丸くなり、先端が鋭利な針状試料を得ることができない。そこで本実施例においては、シールド電極７と試料５との間に電位差を与える。
【００２０】
即ち、最終仕上げの段階に来たら、シールド電極７の電圧は０Ｖのまま、試料５に正の電圧を徐々に印加する。すると、試料５とシールド電極７の間に、等電位面１２で表わされる電場が生じる。シールド電極７が試料５に対して傾いているとＳＩＭ像が移動するので、移動しないようにシールド電極７の傾きを適宜調整する。試料５への印加電圧が＋１００Ｖになると、正の電荷を持つガリウムイオンビームは電場によって試料５から遠ざかり、ＳＩＭ像で針状試料の先端が縮んで見えるようになる。このとき、試料５の先端以外の場所にイオンビーム２が優先的に照射され、先端の鋭利な針状試料が加工出来る。なお、試料５の電圧を０Ｖ（接地電位）のまま、シールド電極７に負の電圧を印加することもできるが、電子レンズ電位との関係からシールド電極を接地電位（０Ｖ）とすることが望ましい。本実施例ではイオンとしてガリウムイオンを用いたが、これに限定されない。
【００２１】
シールド電極７の役割は、イオンビーム２を通し、かつ電場をシールド電極７と試料５の間に閉じ込めることである。よって、シールド電極７が電場を上部に漏らさない限り、シールド電極７や穿孔１１は上記と異なる形状でも構わない。
【００２２】
以上、本実施例によれば、シールド電極内部でイオンビームを曲げて試料に照射することができるため、先端が鋭利な針状試料の作製が可能な試料ホルダ及びそれを備えた集束イオンビーム加工装置を提供することができる。
（実施例３）
本発明の第３の実施例について、図６と図９を用いて説明する。なお、実施例１又は２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。
【００２３】
本実施例では、試料ホルダの詳細について説明する。図６に本実施例に係るＦＩＢ加工観察装置全体及び試料ホルダの構成を示す。装置上部のイオン源１から液体金属ガリウムイオンが引き出され、イオンビーム２となって装置下部に向かう。イオンビーム２は電子レンズ３によって集束や偏向などの制御を受け、真空に保たれた試料室４の中にある試料５に照射される。試料５は試料ホルダ１３に固定されている。試料ホルダ１３はサイドエントリー形で、一方の先端に試料５を装着し、もう一方の先端は試料室４の外部に露出している。試料５はシールド電極７に覆われている。なお、シールド電極７と試料ホルダ１３の本体との間の真空度は、加工中であっても試料室４と同程度となるよう、これらの間には適当な隙間が形成されている。
【００２４】
図９に試料ホルダ１３の断面図を示す。試料５及びシールド電極７は試料ホルダ１３の本体とは電気的に絶縁されている。試料ホルダ１３の本体はメタルで形成され、内部は中空であり、その内部に電線を配置することが出来る。試料５は試料ホルダ１３の本体内部の電線を通じて外部電源９に接続されているので、外部電源９によって試料５に電圧を印加出来る。シールド電極７は試料ホルダ１３本体内部の電線を通じて外部電源１０に接続されているので、外部電源１０によってシールド電極７に電圧を印加出来る。シールド電極７は調整ノブ１４を動かすことで、試料５に対する位置や傾きを調整することが出来る。
【００２５】
その後は、シールド電極７の位置の調整や加工手順を実施例１、実施例２と同様に行えば、実施例１、実施例２と同様の薄片試料、針状試料を加工することが出来る。
【００２６】
以上、本実施例によれば、シールド電極内部でイオンビームを曲げて試料に照射することができるため、広い面積で膜厚が均一な薄片試料や先端が鋭利な針状試料の作製が可能な試料ホルダ及びそれを備えた集束イオンビーム加工装置を提供することができる。また、試料ホルダをサイドエントリー形とすることにより、シールド電極を備えた試料ホルダを容易に作製することができる。また、シールド電極及び試料を試料ホルダの本体とは電気的に絶縁し、これらに接続する電源を別個に設けることにより試料ホルダに対してこれらに任意の電圧を印加することができ、試料に入射するイオンビームの方向を任意に曲げることが可能となり、より自由度の高い加工を行うことができる。
（実施例４）
本発明の第４の実施例について、図７と図８を用いて説明する。なお、実施例１乃至３のいずれかに記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００２７】
本実施例では、ＦＩＢ−ＳＥＭ加工観察装置について説明する。図７に本実施例に係るＦＩＢ−ＳＥＭ加工観察装置全体構成の断面図を示す。装置上部のイオン源１から液体金属ガリウムイオンが引き出され、イオンビーム２となって装置下部に向かう。イオンビーム２は電子レンズ３によって集束や偏向などの制御を受け、真空に保たれた試料室４の中にある試料５に照射され、試料が加工される。
【００２８】
一方、電子線源１５から電子が引き出され、電子線１６となって装置下部に向かう。電子線１６は電子レンズ１７によって集束や偏向などの制御を受け、真空に保たれた試料室４の中にある試料５に照射され、試料が観察される。
【００２９】
図８に本実施例に係る試料ホルダが備えるシールド電極７（薄膜形成用）の斜視図を示す。イオンビーム２を通す穿孔１１の他、電子線１６を通す穿孔１８が設けられている。シールド電極７と試料５の印加電圧を０Ｖにすれば、シールド電極７が無い場合と同様に、加工途中に試料５をＳＥＭ像で観察することが出来る。
【００３０】
その後は、シールド電極７の位置の調整や加工手順を実施例１、実施例２と同様に行えば、実施例１、実施例２と同様の薄片試料、針状試料を加工することが出来る。また、実施例３のシールド電極７に穿孔１８を設ければ、ＦＩＢ−ＳＥＭ加工観察装置に試料ホルダ１３を使用することが出来る。
【００３１】
以上、本実施例によれば、シールド電極内部でイオンビームを曲げて試料に照射することができるため、広い面積で膜厚が均一な薄片試料や先端が鋭利な針状試料の作製が可能な試料ホルダ及びそれを備えた集束イオンビーム加工装置を提供することができる。また、ＳＥＭ機能を搭載することにより、加工途中の形状を高精度に観察でき、より高精度な加工が可能となる。
【００３２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１…イオン源、２…イオンビーム、３…電子レンズ、４…試料室、５…試料、６…試料台、７…シールド電極、８…マイクロプローブ、９…外部電源、１０…外部電源、１１…穿孔、１２…等電位面、１３…試料ホルダ、１４…調整ノブ、１５…電子線源、１６…電子線、１７…電子レンズ、１８…穿孔。
【図１】
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【図２】
2014184881.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014184881.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014184881.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月28日(2016.11.28)
【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】
イオン源と、イオン源から引き出されたイオンビームを集束して試料に照射する電子レンズと、前記試料を保持する試料ホルダを備えた集束イオンビーム加工装置において、
前記試料ホルダは、上部に前記イオンビームが通過する孔を有し側面部には筒型の覆いが設けられ前記試料を覆うように配置されるシールド電極を有し、前記試料と前記シールド電極にそれぞれ個別に電圧が印加出来るように互いに電気的に絶縁されることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記シールド電極の位置は、集束イオンビーム加工装置の外から調整されることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項３】
請求項１記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記シールド電極の前記孔は、スリット状であることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項４】
請求項３記載の集束イオンビーム加工装置において、
薄片試料の作製の際に、前記シールド電極に対して前記試料の電圧が低く設定されることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項５】
請求項１記載の集束イオンビーム加工装置において、
前記シールド電極の前記孔は、円形状であることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項６】
請求項５記載の集束イオンビーム加工装置において、
針状試料の作製の際に、前記シールド電極に対して前記試料の電圧が高く設定されることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項７】
請求項１記載の集束イオンビーム加工装置において、
さらに電子線源と、電子線源から引き出された電子線を集束して試料に照射する電子レンズを備えたことを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項８】
集束イオンビーム加工装置に使用する試料ホルダにおいて、
上部にイオンビームが通過する孔を有し側面部には筒型の覆いが設けられ試料を覆うように配置されるシールド電極を有し、前記試料と前記シールド電極にそれぞれ個別に電圧を印加出来るように互いに電気的に絶縁されることを特徴とする試料ホルダ。
【請求項９】
請求項８記載の試料ホルダにおいて、
前記試料ホルダは、サイドエントリー形であることを特徴とする試料ホルダ。
【請求項１０】
請求項９記載の試料ホルダにおいて、
前記試料ホルダは、金属製の試料ホルダ本体を有し、
前記試料及び前記シールド電極は、前記試料ホルダ本体とは互いに電気的に絶縁されて配置されることを特徴とする試料ホルダ。
【国際調査報告】
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