(57)【要約】【課題】本発明の目的は、試料のマスク面側と搭載面とが非平行の場合に、平行に加工する必要が無く試料作製を容易に行うことができるイオンミリング装置及びその方法を提供することにある。【解決手段】本発明は、平面を有する試料を真空チャンバ内で試料ホルダユニットに固定してイオンビーム照射しミリング加工するイオンミリング装置において、前記試料ホルダユニットは、前記試料を前記イオンビームから遮蔽するマスクに接する前記平面に対してその裏面側の傾斜に沿って固定できる固定構造を有することを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面を有する試料を真空チャンバ内で試料ホルダユニットに固定してイオンビーム照射しミリング加工するイオンミリング装置において、前記試料ホルダユニットは、前記試料を前記イオンビームから遮蔽するマスクに接する前記平面に対してその裏面側の傾斜に沿って固定できる固定構造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において、前記試料ホルダユニットは、本体部と、該本体部の一方側に設けられた側壁に移動可能に設けられた前記マスクと、前記試料を搭載する試料ホルダと、該試料ホルダに貫通して設けられた雌ねじ内に挿通し前記傾斜に沿って突出長さを調整できるボールプランジャと、前記本体部に回転可能に設置された回転リングと、該回転リングの一方側に設けられ前記試料ホルダを前記回転リングの他方側に押し付ける送りねじと、前記送りねじの前記試料ホルダ側に設けられ前記送りねじの送りによる押圧によって前記試料ホルダを前記回転リング内に固定する試料ホルダ固定金具と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２において、前記雌ねじは、前記試料ホルダの前記試料の搭載面に平行に前記送りねじの送り方向と同一方向に複数個形成されてい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２又は３において、前記ボールプランジャは、前記雌ねじの数と同数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２から４のいずれかにおいて、前記試料ホルダ固定金具は、前記イオンビーム照射を受けないように前記試料ホルダの左右に接して前記押圧するようコ字型形状を有す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２から５のいずれかにおいて、前記マスクは、前記押圧する方向に移動可能であることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかにおいて、前記真空チャンバに取り付けられ、前記イオンビームを照射するイオンビーム源と、前記イオンビームの電流密度を制御するイオン源制御部と、前記真空チャンバを真空排気する真空排気系と、該真空排気系を制御する真空排気系制御部と、前記真空チャンバの側面に設けられた開口部と、該開口部を塞ぐフランジと、前記試料ホルダを搭載し前記イオンビームの光軸に対してＸ方向とＹ方向に手動移動できる試料ホルダユニット移動機構と、前記フランジに固定され前記試料ホルダユニット移動機構を搭載し前記試料ホルダユニット移動機構の中心を軸に往復回転傾斜できる試料移動ベースと、前記試料を往復回転傾斜させる回転方向と角度を制御する試料移動制御部とを有する特徴とするイオンミリング装置。
【請求項８】
平面を有する試料を真空チャンバ内で固定してイオンビーム照射し前記試料をミリング加工するイオンミリング方法において、前記試料の前記イオンビームから遮蔽するマスクと接する面を前記平面とし、前記平面を前記マスクに接すると共に、前記試料を前記平面に対してその裏面側の傾斜に沿って試料ホルダに搭載し固定することを特徴とするイオンミリング方法。
【請求項９】
請求項８において、前記試料を前記試料ホルダと共に前記イオンビーム照射の照射方向を軸に回転可能に設置することを特徴とするイオンミリング方法。
【請求項１０】
請求項８又は９において、前記マスクを前記試料の突き出し長さ方向に移動可能であることを特徴とするイオンミリング方法。
【請求項１１】
請求項８から１０のいずれかにおいて、前記試料の固定を、前記イオンビーム照射を受けないように前記試料ホルダの左右を押圧することにより行うことを特徴とするイオンミリング方法。
【請求項１２】
請求項８から１１のいずれかにおいて、前記試料ホルダに搭載した前記試料の前記平面を前記マスクに接するように前記試料ホルダに設けられた複数のボールプランジャの突出長さを調整して前記固定することを特徴とするイオンミリング方法。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれかにおいて、前記試料を、前記試料のイオンビーム照射による加工面に対して平行に往復回転傾斜可能及び前記イオンビーム照射の照射方向を軸にＸ方向とＹ方向に移動可能に設置することを特徴とするイオンミリング方法。
【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新規なイオンミリング装置及びその方法に関する。
【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。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、断面加工が極めて難しいという問題があった。
【０００５】
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ると共に、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。
【０００６】
特許文献１には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）試料を加工するイオンミリング装置における試料を搭載し固定する際に、接着剤を用いずに試料を固定する試料ホルダと、そのホルダを固定するホルダ固定具に関して記載されている。
【０００７】
特許文献２には、真空チャンバ内に配置された試料にイオンビームを照射するためのイオンビーム照射手段と、真空チャンバ内に配置されイオンビームにほぼ垂直な方向の傾斜軸をもつ傾斜ステージと、その傾斜ステージ上に配置され試料を保持する試料ホルダと、傾斜ステージ上に位置し、試料を照射するイオンビームの一部を遮る遮蔽材とを具え、傾斜ステージの傾斜角を変化させながら、イオンビームによる試料加工ができるように、試料の位置調整用の光学顕微鏡が試料ステージ引き出し機構の上端部に取り付けられた試料作製装置が示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−２９３４７５号公報
【特許文献２】特開２００５−９１０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のイオンミリング装置の場合、試料ホルダ及び試料台に合わせるために試料のマスク面と押さえる裏面を平行に加工した試料を作成し、試料の鏡面研磨したい部位にイオンビームの中心を精度良く合わせることが必要になる。また、試料の鏡面研磨したい部位のみを露出させ、その他の部分をマスクで遮蔽することが必要になる。イオンミリング装置では、通常、試料は試料ホルダ及び試料台の取り付け形状に合わせて加工してから固定され、試料ホルダは試料ホルダ固定具に固定されている。
【００１０】
真空チャンバ内に設置された試料ホルダ固定具の上で、マスクの位置を試料の加工面に対して精度良く合わせることは、容易ではなかった。このため、結果的に試料の鏡面研磨したい部位とイオンビームの中心とを精度良く位置合わせすることが容易でなかった。また、従来、試料ホルダに試料を固定する場合、試料を加工面の側両面から挟んでマスクに接触させる構造のため、試料を試料ホルダに合わせて加工する作業が容易ではなかった。また、試料がマスク密着されない場合、言い換えれば試料とマスクの間に隙間がある場合、観察したい断面として目的の断面が得られなかった。
【００１１】
そして、いずれの特許文献においても、観察する試料はいずれも平行な面を有するもので、互いに非平行な面を有する場合の試料の加工については示されていないものである。
【００１２】
本発明の目的は、試料のマスク面側と搭載面とが非平行の場合に、平行に加工する必要が無く試料作製を容易に行うことができるイオンミリング装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、平面を有する試料を真空チャンバ内で試料ホルダユニットに固定してイオンビーム照射しミリング加工するイオンミリング装置において、前記試料ホルダユニットは、前記試料を前記イオンビームから遮蔽するマスクに接する前記平面に対してその裏面側の傾斜に沿って固定できる固定構造を有することを特徴とする。即ち、前記試料の固定面が平行でなくても前記試料の上面と前記マスクの下面を密着できるように調整機構を設けたことを特徴とするにある。
【００１４】
前記試料ホルダユニットは、本体部と、該本体部の一方側に設けられた側壁に移動可能に設けられた前記マスクと、前記試料を搭載する試料ホルダと、該試料ホルダに貫通して設けられた雌ねじ内に挿通し前記傾斜に沿って突出長さを調整できるボールプランジャと、前記本体部に回転可能に設置された回転リングと、該回転リングの一方側に設けられ前記試料ホルダを前記回転リングの他方側に押し付ける送りねじと、前記送りねじの前記試料ホルダ側に設けられ前記送りねじの送りによる押圧によって前記試料ホルダを前記回転リング内に固定する試料ホルダ固定金具とを有することが好ましい。
【００１５】
本発明のイオンミリング装置は、前記真空チャンバに取り付けられ、前記イオンビームを照射するイオンビーム源と、前記イオンビームの電流密度を制御するイオン源制御部と、前記真空チャンバを真空排気する真空排気系と、該真空排気系を制御する真空排気系制御部と、前記真空チャンバの側面に設けられた開口部と、該開口部を塞ぐフランジと、前記試料ホルダを搭載し前記イオンビームの光軸に対してＸ方向とＹ方向に手動移動できる試料ホルダユニット移動機構と、前記フランジに固定され前記試料ホルダユニット移動機構を搭載し前記試料ホルダユニット移動機構の中心を軸に往復回転傾斜できる試料移動ベースと、前記試料を往復回転傾斜させる回転方向と角度を制御する試料移動制御部とを有することを特徴とする。
【００１６】
又、本発明は、平面を有する試料を真空チャンバ内で固定してイオンビーム照射し前記試料をミリング加工するイオンミリング方法において、前記試料の前記イオンビームから遮蔽するマスクと接する面を前記平面とし、前記平面を前記マスクに接すると共に、前記試料を前記平面に対してその裏面側の傾斜に沿って試料ホルダに搭載し固定することを特徴とする。
【００１７】
本発明のイオンミリング方法は、前記試料を、前記イオンビーム照射の照射方向を軸にその軸周りに回転可能、前記試料のイオンビーム照射による加工面に対して平行に往復回転傾斜可能及び前記イオンビーム照射の照射方向を軸にX方向とY方向に移動可能に設置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、試料上面と試料固定面を平行に加工する必要が無く、電子顕微鏡等により表面あるいは断面を観察するための試料を容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明によるイオンミリング装置の構成図であり、（ａ）が試料を真空チャンバ内に設置された状態、（ｂ）が試料を真空チャンバ内から取り出した状態である。本発明によるイオンミリング装置は、イオン源１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が、本実施例はアルゴンイオンビームに限定されない。
【００２０】
アルゴンイオンのイオン源１におけるアルゴンイオンの電流密度は、イオン源制御部７で制御される。真空チャンバ１５は真空排気系制御部９にて真空排気系６を制御して真空又は大気の状態にでき、その状態を保持できる。
【００２１】
試料移動ベース５は、試料２を固定する試料ホルダ２３を固定し、試料ホルダユニット移動機構４の中心を軸に試料３のイオンビーム照射による加工面に対して平行に往復回転傾斜できるように構成されており、往復回転傾斜させる方向と傾斜角度は、試料移動制御部８により制御される。試料移動ベース５を回転傾斜させることにより、試料ホルダ２３にて固定されている試料３をイオンビームの光軸に対して所定の角度に設定することができる。
【００２２】
また、試料ホルダユニット移動機構４は、イオンビームの光軸に対して横方向の前後左右、すなわち、Ｘ方向とＹ方向とに２つの送りねじによって手動で移動できるように構成される。
【００２３】
試料移動ベース５は、真空チャンバ１５の容器壁の一部を兼ねるフランジ１０に回転機構を介して配置されており、フランジ１０をリニアガイド１１に沿って引き出して真空チャンバ１５を大気状態に開放した時に、試料移動ベース５が真空チャンバ１５の外部へ引き出されるように構成されている。このようにして、試料ステージ引出機構が構成される。
【００２４】
図２は、試料ホルダユニット本体の構成を示す斜視図（ａ）、試料ホルダの斜視図（ｂ）及び（ｃ）である。実施例では、少なくとも試料ホルダ２３とその回転機構、マスク２とその微調整機構とを一体に構成したものを試料ホルダユニット２１と称する。図２では、試料ホルダ２３の回転機構として試料ホルダ回転リング２２と試料ホルダ回転ねじ２８が備えられており、イオンビームの光軸に対して、垂直に試料ホルダを回転できるようにしている。
【００２５】
試料ホルダユニット２１は、マスク２の位置と回転角を微調整できる機構を持ち、試料ホルダユニット微動機構４に取り付け、取り外しができる。
【００２６】
マスク２はマスクホルダ２５にマスク固定ねじ２７により固定される。マスクホルダ２５はマスク２の位置を調整するねじ構造を有するマスク微調整機構２６を操作することによってリニアガイド２４に沿って前記試料の突き出し長さ方向に移動可能であり、これにより試料３とマスク２の位置が微調整される。試料ホルダ２３は、下部側より試料ホルダ回転リング２２内に挿入され固定される。試料３は試料ホルダ２３とマスク２にて固定される。
【００２７】
試料ホルダ回転リング２２は、試料ホルダ回転ねじ２８を回すことによって回転するように構成されており、逆回転はばね（図示なし）のばね圧で戻るようになっている。
【００２８】
図２（ｂ）及び（ｃ）は試料３を乗せた試料ホルダ２３の詳細を示す斜視図であり、（ｂ）は試料３を固定した試料ホルダ２３のイオン照射面側から見た図、（ｃ）がイオン照射面の反対面側から見た図である。図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、試料ホルダ２３には４個のボールプランジャ１２が雌ねじ１３を通して挿入され、後述する試料３の傾斜に沿ってイオン照射側がマスク２に密着するように個々のボールプランジャ１２の突出長さが調整される。ボールプランジャ１２は雌ねじ１３に挿通する雄ねじを有し、その先端が半球になっている。
【００２９】
雌ねじ１３は、試料ホルダ２３の試料３の搭載面に平行に送りねじ１４の送り方向と同一方向に４個形成されている。
【００３０】
図３は、本発明に係る試料ホルダユニットの構成を示す平面図（ａ）及びその正面図（ｂ）である。本実施例では、少なくとも試料ホルダ２３とその回転機構、マスク２とその微調整機構とを一体に構成したものを試料ホルダユニット２１と称する。図３では、試料ホルダ２３の回転機構としてイオンビームの光軸の軸周りに回転する試料ホルダ回転リング２２と、その回転を行う試料ホルダ回転ねじ２８が備えられており、イオンビームの光軸に対して、試料３の平面を水平に回転できるようにしている。
【００３１】
試料ホルダユニット２１は、試料ホルダ２３、マスク２、ボールプランジャ１２、試料ホルダ固定金具１５、試料ホルダ２３、本体部１８、本体部１８に回転可能に設けられた試料ホルダ回転リング２２、試料ホルダ回転リング２２に設けられた送りねじ１４で構成され、フランジ１０に固定された試料微動ベース５に着脱自在に固定される。
【００３２】
試料ホルダ固定金具１６は、イオンビーム照射を受けないように試料ホルダ２３の左右に接して押圧するようコ字型形状を有する。
【００３３】
試料３は、図３に示すようにその加工面に対してその奥に厚さが小さく傾斜しており、その平面がマスク２に密着できるように、ボールプランジャ１２を備えた試料ホルダ２３に搭載されている。試料３の平面をマスク２に密着させて、その傾斜に沿ってボールプランジャ１２の突出長さを調整し、次に送りねじ１４によって送られる試料ホルダ固定金具１６によって試料ホルダ２３をボールプランジャ１２を介して試料ホルダ回転リング２２に押し付け、固定されると共に、試料３の加工したい部分をマスク２から突出させイオンビームにてミリングできるようにしている。
【００３４】
本構成による試料ホルダユニット２１を使用し、試料ホルダ２３のサイズに試料を加工すれば、種々の形状の試料３に対応することができる。
【００３５】
試料ホルダユニット２１は、マスク２の位置と回転角を微調整できる機構を持ち、試料ホルダユニット微動機構４に取り付け、取り外しができる。
【００３６】
マスク２はマスクホルダ２５にマスク固定ねじ２７により固定される。マスクホルダ２５はマスク微調整機構（すなわちマスク位置調整部）２６を操作することによってリニアガイド２４に沿って移動し、これにより試料３とマスク２の位置が微調整される。試料ホルダ２３は、下部側より試料ホルダ回転リング２２に挿入され、固定される。
【００３７】
図４は、イオンビームで試料の断面を鏡面研磨した断面図である。試料３にアルゴンイオンビーム２１を照射すると、マスク２で覆われていない部分をマスク２に沿って、深さ方向に取り除くことができ、且つ、試料３の断面の表面を鏡面研磨することができる。マスク２においても、アルゴンイオンビーム２１の照射を受けて損傷し、損傷部１７が形成される。
【００３８】
以上のように、本実施例においては、試料３の裏面をマスク２する面と平行面にしなくとも、試料ホルダ５のサイズに合わせ容易に加工した試料３をマスク２にて遮蔽するために、調整機構としてボールプランジャ４を備えた試料ホルダ２３、試料ホルダ固定金具１６、送りねじ１４にて固定する試料ホルダユニット２１をフランジ９に設けられた試料移動ベース５に装着するようにしたものである。
【００３９】
本実施例によれば、試料ホルダユニット２１に調整機構を設けることにより試料３を固定する面と試料３の上面を平行面に加工せずともマスク２と密着させて固定することができる。試料３の作製の場合には、マスク２に接する面だけを平面にし、試料ホルダ５に搭載できるサイズに加工すれば、試料ホルダ５に試料３を固定することができるので、試料３の上面と試料３の固定面を平行に加工する必要が無く観察用の試料３を容易に作製することができる。
【００４０】
また、試料３の損傷を考慮し、試料３の下側から固定具等を用いて試料３に力がかかる固定方法をとらず、試料ホルダ２３にボールプランジャ１２を備えたものを指で押さえる程度にマスク２に押し当て試料に極力力をかけず、試料ホルダ２３の側面から送りねじ１４と試料ホルダ固定金具１６にて固定することができる。
【００４１】
又、マスク２の位置を試料３の鏡面研磨したい部位に合わせる位置合わせ作業が容易に行うことができる。
【００４２】
近年、特に半導体分野で、複合材料を電子顕微鏡で断面観察することが重要となってきており、複合材料の断面を鏡面研磨する重要性が増している。本実施例により、試料作製や試料の断面観察したい部位に試料を固定することが容易となった。本実施例において、複数個の試料ホルダユニットを備えるようにすれば、あらかじめ多くの試料を加工位置が微調整された状態で準備することが可能になり、きわめて効率的である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るイオンミリング装置の構成図である。
【図２】本発明に係る試料ホルダユニット（ａ）及び試料ホルダ（ｂ）、（ｃ）の斜視図である。
【図３】本発明に係る試料ホルダユニットの平面図（ａ）及びその正面図（ｂ）である。
【図４】本発明に係るイオンミリングによる試料の断面研磨方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…イオン源、２…マスク、３…試料、４…試料ホルダユニット移動機構、５…試料移動ベース、６…真空排気系、７…イオン源制御部、８…試料微動制御部、９…真空排気系制御部、１０…フランジ、１１…リニアガイド、１２…ボールプランジャ、１３…雌ねじ、１４…送りねじ、１５…真空チャンバ、１６…試料ホルダ固定金具、１７…損傷部、１８…本体部、２１…試料ホルダユニット、２２…試料ホルダ回転リング、２３…試料ホルダ、２４…リニアガイド、２５…マスクホルダ、２６…マスク微調整機構、２７…マスク固定ねじ、２８…試料ホルダ回転ねじ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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