(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを照射するイオン源と、試料を固定する試料ホルダを備えたイオンミリング装置において、
前記試料の一部を遮蔽するマスクを備え、前記イオン源と前記マスクとの間に非軸対称レンズを設け、当該非軸対称レンズは、前記試料の前記マスクからの突出方向をＸ方向としたときに、当該Ｘ方向に対して相対的にＹ方向にビームを広げて照射することを特徴とするイオンミリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査顕微鏡や透過型顕微鏡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、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。
【０００６】
特許文献１には、真空チャンバ内に配置され、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、前記真空チャンバ内に配置され、前記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、前記試料を保持する試料ホルダと、前記傾斜ステージ上に位置し、前記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た試料作製装置であり、前記傾斜ステージの傾斜角を変化させながら、前記イオンビームによる試料加工を行うようにし、試料の位置調整用の光学顕微鏡が試料ステージ引出し機構の上端部に取り付けられた試料作製装置が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】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】
【０００８】
従来のイオンミリング装置では、イオンビーム照射手段より照射されるイオンビームは試料に到達するまでに広がりながら試料と遮蔽材に円状に照射されていた。この方法では、試料を削るためにイオンビームの一部しか使用していないため効率が悪いことと、またイオンビームにも制限がないため遮蔽材の寿命が短いということと、試料以外の部分に照射されたイオンビームによりスパッタされた物質が加工面に再付着してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みて、加工効率の良いイオンミリング装置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】
【００１０】
本発明は、イオンビームを照射するイオンビーム源と、試料を固定する試料ホルダを備えたイオンミリング装置において、試料の一部を遮蔽するマスクを備え、イオンビーム源とマスクとの間に非軸対称レンズを配置し、試料の加工希望範囲に合わせてイオンビームを変形させる構成のイオンミリング装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、前記非軸対称レンズに印加される電圧とイオンビームの変形量との関係をあらかじめ記憶装置へ記憶しておき、操作パネル上でイオンビームの変形量を設定することにより、イオンビームの変形量に応じた印加電圧を印加することが可能なイオンミリング装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、イオンビーム源とマスクの間に非軸対称レンズを配置し、試料の加工希望範囲に合わせてイオンビームを変形させることにより、加工効率が良く、さらに遮蔽材の寿命が長い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】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明によるイオンミリング装置の実施例を示したものであり、イオン源１，非軸対称レンズ４５，試料マスクユニット２１，試料微動ベース５，真空チャンバ１５，真空排気系６などから構成されている。図１における座標を図示のごとく定める。すなわちＺ軸はイオンビーム中心で、Ｚ：０を試料表面とする。試料マスクユニット２１と試料ホルダ試料マスクユニット微動機構４が真空チャンバ１５の内部に設置されている状態を示している。以下では、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。従って、以下でイオンビーム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。
【００１５】
イオン源１から出射するアルゴンイオンの電流量は、イオン源制御部７で制御され、その下部にはイオンビームを非対称に変形させるための非軸対称レンズ４５が配置されている。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。
【００１６】
試料微動ベース５は、試料３を固定する試料ホルダ２３を固定し、Ｘ軸を中心にプラスマイナスθ度だけ繰り返し回転（面は傾斜）できるように構成されており、傾斜させる速度と角度は、試料微動制御部８により制御される。また、試料マスクユニット微動機構４は、Ｘ方向とＹ方向に移動できるように構成される。
【００１７】
試料微動ベース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、試料微動ベース５が真空チャンバ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。
【００１８】
試料マスクユニット本体の構成を図２により説明する。図２の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。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とそのマスク位置調整部２６とを一体に構成したものを試料マスクユニット（本体）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、垂直面内で試料ホルダを回転できるようにしている。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２９のばね圧で戻るようになっている。
【００１９】
試料マスクユニット２１は、マスクの位置と回転角を微調整できる機構を持ち、試料マスクユニット微動機構４に取り付け，取り外しができる。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。試料３は試料ホルダ２３に接着固定される。試料ホルダ位置制御機構３０により試料ホルダ２３の高さ方向の位置を調整し、試料３をマスク２に密着させる。
【００２０】
図３は、試料マスクユニット２１の他の例を示す。この例にあっては、試料ホルダ固定金具３５を使用しており、他の構成は図２に示す例と基本的に同一である。図３（ａ）は、試料３を固定した試料ホルダ２３を試料マスクユニット２１内に装着した状態を示し、図３（ｂ）は試料３を固定した試料ホルダ２３を試料マスクユニット２１から取り外した状態を示す。
【００２１】
図４は本実施例と比較のために、従来のイオンミリング装置の構成を示す図である。（ａ）は立体図であり、（ｂ）は加工中の状態をイオン源１側から見た平面図、（ｃ）は側面図である。この図に示すように、イオン源から照射されたイオンビーム４４は広がりながら試料３およびマスク２に照射され、また試料３およびマスク２にも照射されないイオンビーム４４は試料を保持するための構成部品等に照射されていたため、加工効率が悪く保持するための構成部品等もイオンビーム４４でスパッタしてしまい、スパッタされた物質が加工面に再付着してしまう不都合問題があった。
【００２２】
図５は本実施例のイオンミリング装置の構成を示した図である。（ａ）は立体図であり、（ｂ）は加工中の状態をイオン源１側から見た図、（ｃ）は側面図である。この図に示すように、イオン源から照射されたイオンビーム４４は、イオン源とマスクの間に配置された非軸対称レンズ４５に印加された同電位の電圧により、試料突出方向、すなわちＸ方向に収束し、前記突出方向に対して直角の方向、すなわちＹ方向に広がりながら試料３に照射される。
【００２３】
本実施例では電界によりイオンビーム４４を多くの割合で試料に集中して照射可能なため加工効率が良く、従来にくらべ短時間で加工が可能となる。またマスク２へのイオンビーム４４の照射が抑えられるため、マスク２の寿命も延ばすことができた。また、図５では非軸対称レンズ４５の形状を２対の半円としたが、本実施例は前記電界レンズ形状に限定されない。半円とした場合は両電極の電圧を変化させることによってＸ方向の位置を調整することができる半面組立時の精度を上げるためにコストの上昇は避けられない。反対に１枚の円板に楕円穴を打ち抜きした構造ではＸ方向の調整はできない反面空隙の平行度などの精度を良くすることができる。
【００２４】
図６は、試料の断面とマスクを平行にする方法を示した説明図である。試料ホルダ回転ねじ２８を回してＸ１方向の位置調整を行い、試料３の断面とマスク２の稜線が平行になるよう後述するようにして顕微鏡下で微調整する。このとき、試料３の断面がマスクより僅かに突出、例えば５０マイクロメートル程度突出するようにマスク位置調整部２６を回して設定する。
【００２５】
図７は、試料ホルダ位置制御機構３０の構成を示す。試料ホルダ位置制御機構３０は、リニアガイド１１とこれに固着されたフランジ１０からなり、フランジ１０に固着された試料微動ベース５は、リニアガイド１１に沿って真空チャンバ１５から引き出される。この操作に伴って、試料微動ベース５に設置された、試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４が、すなわちマスク２，試料ホルダ２３，試料３が真空チャンバ１５から一体的に引き出される。
【００２６】
本実施例において、試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４は、試料微動ベース５に着脱自在に固定される構成を有する。従って、試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４が真空チャンバ１５の外部に引き出されると、試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４を試料微動ベース５から着脱可能状態とされる。すなわち、試料マスクユニット２１の着脱スタンバイ状態である。
【００２７】
図７は、このような着脱自在の状態から、試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４が着脱された状態を示す。この着脱は人手によって、もしくは適切な器具を用いて行う。
【００２８】
一方、マスク２と試料３との遮蔽位置関係を観測する光学顕微鏡４０は、図８に示すように、真空チャンバ１５から別体に構成され、任意の場所に配置することが可能とされる。そして、光学顕微鏡４０は、周知のルーぺ１２，ルーペ微動機構１３を備える。更に、光学顕微鏡４０は、観測台４１上に取り外された試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４を装置するための固定台４２が設けてあり、位置決め用の軸と穴によって再現性のある決まった位置に試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４は、固定台４２上に設置される。
【００２９】
図９は、試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４を固定台４２上に固定した状態を示す。
【００３０】
図１０は、試料３の断面研磨したい部位をイオンビーム中心に合わせる方法を示した説明図である。感光紙等を試料ホルダ２３に取り付け、イオンビームを照射することによりできた痕、すなわちビーム中心とルーペの中心をルーペ微動機構１３でＸ２，Ｙ２を駆動して合わせておく。図３で試料３を設置した後の試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４を固定台４２に設置する。固定台４２のＸ３，Ｙ３方向の位置を調整してルーペ中心に合わせることで、イオンビーム中心と断面研磨したい部位を合わせることができる。
【００３１】
このように、マスク２と試料３との遮蔽位置関係の調整時に、試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４は、試料微動ベース５から取り外されて光学顕微鏡４０の固定台４２に装着され、マスク２は試料３に対する遮蔽位置関係がマスク微調整機構であるマスク位置調整部によって調整される。
【００３２】
図１１は、イオンビームで試料３の断面を鏡面研磨する方法を示した説明図である。アルゴンイオンビームを照射すると、マスク２で覆われていない試料３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。
【００３３】
このように、イオンミリング時に試料に対する遮蔽位置関係が調整されたマスク２を備えた試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４が試料微動ベース５に戻され、装着されることになる。
【００３４】
以上のように、マスク２と試料３との遮蔽位置関係の調整時に、試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４を試料微動ベース５から取り外して光学顕微鏡４０の固定台４２に装着し、マスクの試料３に対する遮蔽位置関係を調整し、イオンミリング時に、試料に対する遮蔽位置関係が調整されたマスク２を備えた試料マスクユニット２１を設置した試料マスクユニット微動機構４を真空チャンバ１５内に戻し、試料微動ベース５に装着するようにしたイオンミリング方法が構成される。
【００３５】
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、試料の断面観察したい部位を従来よりも約１０分の１から２０分の１の短時間で、加工幅も約１.５倍程度広く加工することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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である。
【図２】試料マスクユニットの概略構成図である。
【図３】試料マスクユニットの他の例を示す図である。
【図４】従来のイオンミリングによる試料断面研磨方法を示した説明図である。
【図５】本実施例のイオンミリングによる試料断面研磨方法を示した説明図である。
【図６】試料の断面とマスクを平行にする方法を示した説明図である。
【図７】試料微動ベースを引き出し、試料マスクユニットを設置した試料マスクユニット微動機構を着脱した状態を示す図である。
【図８】別体と設けられた光学顕微鏡に試料マスクユニットを設置した試料マスクユニット微動機構を装着する状態を示す図である。
【図９】試料マスクユニットを設置した試料マスクユニット微動機構を光学顕微鏡に装着した状態を示す図である。
【図１０】アルゴンイオンビーム中心と試料の断面研磨したい部位とを合わせる方法を示した説明図である。
【図１１】イオンミリングによる試料断面研磨方法を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  イオン源
２  マスク
３  試料
４  試料マスクユニット微動機構
５  試料微動ベース
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
１１，２４  リニアガイド
１２  ルーペ
１３  ルーペ微動機構
１５  真空チャンバ
２１  試料マスクユニット
２２  試料ホルダ回転リング
２３  試料ホルダ
２５  マスクホルダ
２６  マスク位置調整部
２７  マスク固定ねじ
２８  試料ホルダ回転ねじ
２９  ばね
３０  試料ホルダ位置制御機構
３５  試料ホルダ固定金具
４０  光学顕微鏡
４１  観測台
４２  固定台
４５  非軸対称レンズ
４６  電界レンズ印加電圧制御部
【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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【図６】
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【図７】
0005331342.tif 000008
【図８】
0005331342.tif 000009
【図９】
0005331342.tif 000010
【図１０】
0005331342.tif 000011
【図１１】
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