(57)【要約】【課題】本発明は、加工領域を変更する度毎に試料を試料ステージ機構に付け直す手間が不要のイオンミリング装置、及びイオンミリング方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、試料に照射するイオンビームを発生させるイオン銃と、前記イオンビームによる照射加工が行なわれる前記試料を内置する試料室と、前記試料室の真空を保つために排気を行なう排気装置と、イオン生成のためのガスを注入するガス注入機構と、前記試料を設置して回動する試料ステージ機構を備えたイオンミリング装置において、前記試料ステージ機構は、前記試料を載せて回転する回転テーブルと、前記回転テーブルを駆動する回転機構と、前記回転テーブルの回転中心軸線と前記イオンビームの中心線との位置関係を偏心調整できる偏心機構と、前記試料ステージに設置した試料の中心線と前記回転テーブルの回転中心軸線との位置関係を偏心調整できる試料位置調整機構を有することを特徴とする。【選択図】図１
2008204905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に照射するイオンビームを発生させるイオン銃と、前記イオンビームによる照射加工が行なわれる前記試料を内置する試料室と、前記試料室の真空を保つために排気を行なう排気装置と、イオン生成のためのガスを注入するガス注入機構と、前記試料を設置して回動する試料ステージ機構を備えたイオンミリング装置において、
前記試料ステージ機構は、前記試料を載せて回転する回転テーブルと、前記回転テーブルを駆動する回転機構と、前記回転テーブルの回転中心軸線と前記イオンビームの中心線との位置関係を偏心調整できる偏心機構と、前記試料ステージに設置した試料の中心線と前記回転テーブルの回転中心軸線との位置関係を偏心調整できる試料位置調整機構を有することを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオンミリング装置において、
前記試料ステージ機構は、前記イオンビームの中心線に対し前記回転テーブルの回転軸心線の傾斜角度を任意に調整できる角度調整機構を有することを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載したイオンミリング装置において、
前記ミリングプロファイル中心線、即ち回転テーブルの回転中心軸線の位置を把握する機能を有することを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載されたイオンミリング装置において、
前記イオンビームを加速させるための加速電極が前記試料の電位に対し、マイナスの電位を有することを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載されたイオンミリング装置において、
前記イオン銃と前記試料の間に前記イオンビームを遮蔽するところのイオンビーム遮蔽板を設けることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項６】
請求項５に記載されたイオンミリング装置において、
前記イオンビーム照射板は、イオンビームの電流を測定する機能をも有することを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項７】
試料に照射するイオンビームを発生させるイオン銃と、前記イオンビームによる照射加工が行なわれる前記試料を内置する試料室と、前記試料室の真空を保つために排気を行なう排気装置と、イオン生成のためのガスを注入するガス注入機構と、前記試料を設置して回転する試料ステージ機構を備え、
前記試料ステージ機構は、前記試料を載せて回転する回転テーブルと、前記回転テーブルを駆動する回転機構を有するイオンミリング加工方法において、
前記回転テーブルの回転中心と前記イオンビームの中心線をずらして回転させた状態の前記試料に前記イオンビームを照射する場合に、前記回転テーブルの回転中心軸線を動かさず据えたまま前記試料の中心線を前記回転テーブルの回転中心軸線に対し、偏心調整して前記試料の任意の領域を加工することを特徴とするイオンミリング方法。
【請求項８】
請求項７に記載したイオンミリング加工方法において、
前記試料ステージ機構は、前記イオンビームの中心線に対し前記回転テーブルの回転中心軸線を傾斜させて加工することを特徴とするイオンミリング加工方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載されたイオンミリング加工方法において、
前記ミリングプロファイル中心線、即ち回転テーブルの回転中心軸線の位置を把握することを特徴とするイオンミリング加工方法。
【請求項１０】
請求項７〜９の何れかに記載されたイオンミリング加工方法において、
前記回転テーブルは右回転・左回転が交互に繰り返されてミリング加工が行なわれることを特徴とするイオンミリング加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型顕微鏡（ＴＥＭ）などで観察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イオンミリング加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンミリング装置は、金属，ガラス，セラミックなどの表面あるいは断面を、アルゴンイオンビームを照射するなどして研磨するための装置であり、電子顕微鏡により試料の表面あるいは断面を観察するための前処理装置として好適である。
【０００３】
電子顕微鏡による試料の断面観察において、従来は観察したい部位の近傍を例えばダイヤモンドカッター，糸のこぎり等を使用して切断した後、切断面を機械研磨し、電子顕微鏡用の試料台に取り付けて像を観察していた。
【０００４】
機械研磨の場合、例えば高分子材料やアルミニウムのように柔らかい試料では、観察表面がつぶれる、あるいは研磨剤の粒子によって深い傷が残るといった問題があった。
【０００５】
又、例えばガラスあるいはセラミックのように固い試料では研磨が難しく、柔らかい材料と固い材料とが積層された複合材料では、表面断面加工が極めて難しいという問題があった。
【０００６】
これに対し、イオンミリングは、柔らかい試料でも表面の形態がつぶれることなく加工でき、固い試料および複合材料の研磨が可能である。鏡面状態の断面を容易に得ることができるという効果がある。
【０００７】
特許文献１には、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ミリング加工することにより、直径５ｍｍ程度の平坦な加工面が得られると報告されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平３−３６２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の装置では、試料を試料ステージ機構に設置すると試料の加工領域は常に同一であり、試料を試料ステージ機構から一度取り外さないと他の加工領域をミリングすることが出来なかった。
【００１０】
また、前処理技術である試料の樹脂包埋等を行う際には、試料の加工箇所を樹脂包埋容器中心付近に設置しなければならず、慎重な作業が必要であった。
【００１１】
本発明は、かかる課題に鑑みて、加工領域を変更する度毎に試料を試料ステージ機構にから付け直す手間が不要のイオンミリング装置、及びイオンミリング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、試料に照射するイオンビームを発生させるイオン銃と、前記イオンビームによる照射加工が行なわれる前記試料を内置する試料室と、前記試料室の真空を保つために排気を行なう排気装置と、イオン生成のためのガスを注入するガス注入機構と、前記試料を設置して回動する試料ステージ機構を備えたイオンミリング装置において、前記試料ステージ機構は、前記試料を載せて回転する回転テーブルと、前記回転テーブルを駆動する回転機構と、前記回転テーブルの回転中心軸線と前記イオンビームの中心線との位置関係を偏心調整できる偏心機構と、前記試料ステージに設置した試料の中心線と前記回転テーブルの回転中心軸線との位置関係を偏心調整できる試料位置調整機構を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、試料に照射するイオンビームを発生させるイオン銃と、前記イオンビームによる照射加工が行なわれる前記試料を内置する試料室と、前記試料室の真空を保つために排気を行なう排気装置と、イオン生成のためのガスを注入するガス注入機構と、前記試料を設置して回動する試料ステージ機構を備え、前記試料ステージ機構は、前記試料を載せて回転する回転テーブルと、前記回転テーブルを駆動する回転機構を有するイオンミリング加工方法において、前記回転テーブルの回転中心軸線と前記イオンビームの中心線をずらして回転させた状態の前記試料に前記イオンビームを照射する場合に、前記回転テーブルの回転中心軸線を動かさず据えたまま前記試料の中心線を前記回転テーブルの回転中心軸線に対し、ずらすように可動させて前記試料の任意の領域を加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、試料を試料ステージに設置後、試料と試料ステージの回転中心の位置調整が可能となるため、任意のミリング加工領域を選択でき、また試料の取り外しなく複数箇所のミリング加工が可能なイオンミリング方法、およびイオンミリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施例に係わるイオンミリング装置を示したものであり、大きく分けて、試料室１、イオン銃２、排気装置３、試料ステージ機構４、イオン電流測定器５、高圧ユニット６、ガス供給源７により構成されている。
【００１７】
以下では、イオン銃２からアルゴンイオンビームを照射する場合について説明する。
【００１８】
従って、以下でイオンビーム８はアルゴンイオンビームを意味するが、本実施例はアルゴンイオンビームに限定されない。
【００１９】
また、以下で試料９を設置する際、試料９の中心線１８と回転テーブル４０の回転中心軸線１７は同一である場合について説明しているが、本実施例は試料を設置する際、試料の中心線１８と回転テーブル４０の回転中心軸線１７が同一であることに限定されない。
【００２０】
試料ステージ機構４は、回転テーブル４０、前記回転テーブル４０を駆動する回転機構１１、回転テーブル４０の回転中心軸線１７と前記イオンビーム８の中心線との位置関係を偏心調整できる偏心機構１２を有する。
【００２１】
さらに、試料ステージ機構４は、試料ステージ機構４に設置した試料９の中心線１８と前記回転テーブル４０の回転中心軸線１７との位置関係を偏心調整できる試料位置調整機構１０、前記イオンビーム８の中心線に対し前記回転テーブル４０の回転中心軸線１７の傾斜角度を任意に調整できる角度調整機構１３を有する。
【００２２】
試料室１内を排気装置３にて真空度が１０−４〜１０−３Ｐａ程度まで排気する。
【００２３】
この試料室１内には、イオンビーム８を放出するイオン銃２、試料９を設置し、試料９と回転テーブル４０の回転中心軸線１７の位置関係を調整する試料位置調整機構１０、試料９を回転させる回転機構１１が備わる。
【００２４】
回転テーブル４０の回転中心軸線１７とイオンビーム８の中心線の試料表面照射位置１６を任意の距離だけずらす偏心機構１２、イオンビーム８の中心線に対して試料表面を傾斜させる角度調整機構１３を持つ試料ステージ機構４、イオンビーム８の電流値を測定するイオン電流測定器５を備える。
【００２５】
ここで、試料９、試料位置調整機構１０、回転機構１１は、偏心機構１２によりイオンビーム８の中心線に対して垂直なー方向に移動できる。この移動方向は、ニ方向（前後／左右方向）でも良い。
【００２６】
即ち、回転テーブル４０の回転中心軸線１７をイオンビーム８の中心線の試料表面照射位置１６から任意の距離だけ偏心させた偏心量１９（ずらす）を確保することが可能となる。更に試料位置調整機構１０を移動させることにより、試料９の中心線１８と回転テーブル４０の回転中心軸線１７の位置関係が変えられることになる。
【００２７】
アルゴンガスの供給源であるガス供給源７から減圧弁１４で０．０３ＭＰａ程度に減圧され、その後流量コントロールユニット１５によりアルゴンの流量を調整し、イオン銃２に供給される。
【００２８】
イオン銃２は、その導入されたアルゴンガスを高圧ユニット６によりイオン化させ、イオンビーム８を放出する。このイオンビーム８は、まずイオン電流測定器５に照射させて、イオン電流を測定する。イオン電流値が安定したことを確認し、イオン電流測定器５を手前に引き、イオンビーム８を試料に照射する。またイオン銃２は、イオン銃２内のイオンを加速させる加速電極を試料電位より低くしているため、絶縁の試料にイオンを照射したときに発生するチャージアップを防止する機能を有している。
【００２９】
また、イオンビームを加速させるための加速電極が前記試料の電位に対し、マイナスの電位することも可能である。
【００３０】
さらに、イオン銃と試料の間にイオンビームを遮蔽するところのイオンビーム遮蔽板を設けることも可能である。
【００３１】
本発明の実施例に記載したイオンミリング装置により調整されるイオンビーム８と試料９の位置関係について説明するが、従来装置と本実施例のイオンミリング装置の違いを分かり易くする為に、従来装置と比較して説明する。
【００３２】
従来装置では、図２に示すように試料９の中心線１８を回転テーブル４０の回転中心軸線１７に合わせて試料９を設置させ、そして回転テーブル４０の回転中心軸線１７を試料表面照射位置１６から偏心機構１２によりＤ１だけ偏心させる偏心量１９を確保する。
【００３３】
更に回転テーブル４０の傾斜角２０は角度調整機構１３によりα度に調整され、回転テーブル４０を回転させながらイオンビーム８を入射する。
【００３４】
この時の断面のミリングプロファイル（ミリング形状）を図３に示すが、試料９の中心線１８と平坦なミリングプロファイルの中心線２１（＝回転テーブル４０の回転中心軸線１７）は常に同一であり、試料９の中心線１８以外を中心とするミリング加工が出来なかった。（ここで、偏心量１９の値をＤ１、回転テーブル４０の傾斜角２０の値をα度とした時、ミリングプロファイルの中心部が平坦になる条件とする。）
本発明の実施例のイオンミリング装置では、上記条件に加え、図４に示すように試料位置調整機構１０により試料９の中心線１８と回転テーブル４０の回転中心軸線１７の偏心量２２をＤ２とし（偏心方向は試料面に対して自由に選択できる）、試料ステージ４を回転させながらイオンビーム８を入射する。
【００３５】
この時の断面のミリングプロファイルを図５に示すが、試料９の中心線１８とミリングプロファイルの中心線２１（＝回転テーブル４０の回転中心軸線１７）は偏心量２２の値であるＤ２だけずれることになる。
【００３６】
こうしたＤ２の値を調整することにより、ミリングプロファイルの中心線２１は試料９の中心線１８以外の領域への選択が可能となった。
【００３７】
実際に任意の点を中心としたミリング加工を行う時には以下の方法を行う。
【００３８】
回転テーブル４０の回転中心軸線１７とミリングプロファイルの中心線２１は同一なので、回転テーブル４０の回転中心軸線１７の位置を確認できるメモリを試料ステージ機構４の偏心機構１２上部に設置し、試料９を回転テーブル４０に設置後、試料位置調整機構１０により加工位置を前記メモリに合わせることにより、任意の点を中心とした平坦なミリング加工ができる。
【００３９】
本実施例により、任意のミリング加工領域を選択でき、また試料を取り外すことなく複数箇所のミリング加工が可能なイオンミリング装置、およびイオンミリング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例によるイオンミリング装置の概略構成図。
【図２】試料表面照射位置から回転中心を偏心させた場合（従来装置の場合）の位置関係を示した図。
【図３】上記条件（図２）の時のミリングプロファイルを示す図。
【図４】試料表面照射位置から回転中心を偏心させ、更に回転中心から試料中を偏心させた場合（本発明の装置の場合）の位置関係を示した図。
【図５】上記条件（図４）時のミリングプロファイルを示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１…試料室、２…イオン源、３…排気装置、４…試料ステージ機構、５…イオン電流測定器、６…高圧ユニット、７…ガス供給源、８…イオンビーム、９…試料、１０…試料位置調整機構、１１…回転機構、１２…偏心機構、１３…角度調整機構、１４…減圧弁、１５…流量コントロールユニット、１６…イオンビーム中心の試料表面照射位置、１７…回転テーブルの回転中心軸線、１８…試料の中心、１９…偏心量、２０…傾斜角、２１…ミリングプロファイルの中心線、２２…偏心量、４０…回転テーブル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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