(57)【要約】【課題】試料とマスクとの遮蔽位置の調整を行うに際して、手間取らずに簡便且つ精度の良い遮蔽位置調整が可能な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。【解決手段】真空チャンバに取り付けられ、試料に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、試料ホルダに固定された試料の一部を遮蔽するマスク、試料ホルダを回転する試料回転機構及びマスクと試料との遮蔽位置関係を調整するマスク位置調整部から構成される試料マスクユニットと、イオンビームと垂直な面内で試料マスクユニットを移動させる試料マスクユニット微動機構と、試料マスクユニット微動機構を真空チャンバ内で設置できる試料微動ベースと、マスクと試料との遮蔽位置関係を観測する顕微鏡をと備えたイオンミリング装置において、試料マスクユニットは、前記マスクから突出する試料の量を調整するためのマイクロメータを搭載する。【選択図】図１１
2009245783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバに取り付けられ、試料に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、該試料ホルダに固定された試料の一部を遮蔽するマスク、前記試料ホルダを回転する試料回転機構及び前記マスクと前記試料との遮蔽位置関係を調整するマスク位置調整部から構成される試料マスクユニットと、
前記イオンビームと垂直な面内で前記試料マスクユニットを移動させる試料マスクユニット微動機構と、
前記試料マスクユニット微動機構を真空チャンバ内で設置できる試料微動ベースと、
前記マスクと前記試料との遮蔽位置関係を観測する顕微鏡とを備えたイオンミリング装置において、
前記試料マスクユニットは、前記マスクから突出する試料の量を調整するためのマイクロメータを搭載した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を用いたイオンミリング方法において、前記マスクから突出する試料の量の調整は、前記顕微鏡を覗いて前記マスクのエッジと前記試料のエッジとが同位置となるよう前記マイクロメータで調整し、その状態から、前記マスクのエッジから突出させる試料の量を前記マイクロメータが示す値を見て調整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イオンミリング装置およびイオンミリング方法に関する。
【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】
従来の電子顕微鏡による試料の断面観察では、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試料の断面像を観察していた。
【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ことがあった。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からなる試料では、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をつぶすことなく加工でき、また、固い試料および複合材料からなる試料の研磨も可能である。すなわち、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、イオンミリング装置の試料ホルダおよびホルダ固定具に関して記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０１４９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のイオンミリング装置では、マスクと試料との遮蔽位置関係を観測する顕微鏡のメモリを使って、マスクから突出する試料の量を調整している。このイオンミリング装置では、マスクから突出する試料の突出量が小さいほど、調整が困難になってくる。また、試料の突出量によって、顕微鏡の倍率を最適な値に調整する必要が出てくるという煩わしさがあった。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決し、試料とマスクとの遮蔽位置の調整を行うに際して、手間取らずに簡便且つ精度の良い遮蔽位置調整が可能な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にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成すべく本発明に係るイオンミリング装置は、真空チャンバに取り付けられ、試料に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固定する試料ホルダ固定具、前記試料ホルダ、該試料ホルダに固定された試料の一部を遮蔽するマスク、前記試料ホルダを回転する試料回転機構及び前記マスクと試料との遮蔽位置関係を調整するマスク位置調整部から構成される試料マスクユニットと、イオンビームと垂直な面内で試料マスクユニットを移動させる試料マスクユニット微動機構及び前記マスクと試料との遮蔽位置関係を観測する顕微鏡を備えたイオンミリング装置において、試料マスクユニットは、前記マスクから突出する試料の量を調整するためのマイクロメータを搭載したものである。
【００１１】
また、本発明に係るイオンミリング方法は、上記のイオンミリング装置を用い、前記マスクから突出する試料の量の調整は、前記顕微鏡を覗いてマスクのエッジと試料のエッジとが同位置となるよう前記マイクロメータで調整し、その状態から、マスクのエッジ突出させる試料の量を前記マイクロメータにより調整する方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試料とマスクとの遮蔽位置調整を行うに際して、手間取らずに簡便且つ精度の良く遮蔽位置調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のイオンミリングの実施形態を添付図面に基づいて説明する。本実施形態では、マスクと試料との位置関係を調整するために用いる顕微鏡（光学顕微鏡）が装置本体と分けて設置されているが、本発明は、顕微鏡が装置本体と一体に設置されている場合も含む。また、本実施形態では、装置本体と試料ステージが分離できる構造だが、本発明は、装置本体と試料ステージが一体型の場合も含む。
【００１４】
図１は、イオンミリング装置本体の構成を示した概略図である。図１に示すように、イオンミリング装置本体は、真空チャンバ１５に取り付けられ、試料３にイオンビームを照射するイオンビーム源１と、試料３とマスク２を所望の位置に調整して固定するための試料マスクユニット２１と、イオンビームと垂直な面内で試料マスクユニット２１を移動させるための試料マスクユニット微動機構４と、試料マスクユニット微動機構４を真空チャンバ１５内で設置するための試料微動ベース５と、マスク２と試料３との遮蔽位置関係を観測する顕微鏡（図６参照）をと備える。図１では、試料マスクユニット２１と試料ホルダ固定具が真空チャンバ１５の内部に設置されている状態を示している。以下では、イオンビーム源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、本実施形態はアルゴンイオンビームに限定されない。
【００１５】
アルゴンイオンのイオンビーム源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内は、真空排気系制御部９にて真空排気系６を制御されて、真空又は大気の状態にされ、その状態を保持される。
【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、イオンビームの光軸に対して任意の角度に回転傾斜できるように構成される。試料ベース５の回転傾斜させる方向と傾斜角度は、試料微動制御部８により制御される。試料微動ベース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。試料マスクユニット微動機構４は、イオンビームの光軸に対して垂直方向の前後左右、すなわち、図中の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（詳細は後述する図５参照）が構成される。
【００１８】
試料マスクユニット２１の構成を図２（ａ）及び図２（ｂ）により説明する。図２（ａ）は試料マスクユニット２１の平面図、図２（ｂ）はその側面図である。試料マスクユニット２１は、試料３を固定する試料ホルダ２３、試料ホルダ２３に固定された試料の一部を遮蔽するマスク２、試料ホルダ２３を回転する試料回転機構及びマスク２と試料３との遮蔽位置関係を調整するマスク位置調整部とを備える。本実施形態では、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マスクユニット（本体）２１と称する。試料ホルダ２３の回転機構は、試料ホルダ回転リング２２と試料ホルダ回転ねじ２８とで構成され、イオンビームの光軸に対して垂直に試料ホルダ２３を回転させる。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のばね圧で試料ホルダ２３の回転開始時の位置側に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２の位置と回転角を微調整できる機構を有し、試料マスクユニット微動機構４への取り付け及び取り外しができる。
【００２０】
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、マスク２の下方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（図中Ｚ方向）の位置を調整し、試料ホルダ２３をマスク２に密着させる。
【００２１】
図３は、試料マスクユニット２１の他の例を示す斜視図である。この例では、試料ホルダ２３を試料ホルダ回転リング２２に固定するための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。
【００２２】
図４は、試料３の断面とマスク２を平行にする方法を示す説明図である。試料ホルダ回転ねじ２８を回して試料３（試料ホルダ２３）を回動させることによりマスク２と試料３との位置調整を行う。マスク２と試料３は、試料３の断面とマスク２の稜線が平行になるように顕微鏡下で微調整される（顕微鏡の詳細は後述する）。このとき、試料３の断面がマスク２より僅かに突出、例えば５０μｍ程度突出するようにマスク微調整機構２６を回して設定する。
【００２３】
図５は、試料ステージ引出機構３０の構成を示す概略図である。試料ステージ引出機構３０は、リニアガイド１１とリニアガイド１１に固着されたフランジ１０からなる。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１０に沿って真空チャンバ１５から引き出される。試料微動ベース５には、試料マスクユニット２１が設置された試料マスクユニット微動機構４が設置されているので、マスク２、試料ホルダ２３及び試料３が真空チャンバ１５から一体的に引き出される。
【００２４】
本実施形態において、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（試料マスクユニット２１の着脱スタンバイ）。
【００２５】
なお、図５は、試料マスクユニット２１の着脱自在スタンバイの状態から、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が脱離した状態を示している。この試料マスクユニット２１の着脱は人手によって、もしくは適当な器具によって行う。
【００２６】
一方、図６に示すように、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、真空チャンバ１５外の任意の場所に配置される。光学顕微鏡４０は、ルーぺ１２とルーペ微動機構１３を備える。光学顕微鏡４０には、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を設置するための固定台４２が観測台４１上に設けられている。固定台４２には、試料マスクユニット微動機構４の位置決めして固定するための軸４２ａと穴４２ｂが設けられ、試料マスクユニット微動機構４は、軸４２ａと穴４２ｂにより、固定台４２上の所定の位置に固定される。図７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斜視図である。
【００２７】
図８は、試料３の断面研磨の対象とする部位をイオンビーム中心に合わせる方法の説明図である。まず、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１２の中心とを、ルーペ微動機構１３で駆動して合わせておく（Ｘ２方向，Ｙ２方向：ルーペ側位置調整）。次に、試料マスクユニット本体２１が設置され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（イオンビーム中心）と試料の断面研磨したい部位を合わせる（固定台側位置調整）。
【００２８】
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位置調整部（マスク微調整機構）によって調整される。
【００２９】
図９は、イオンビームで試料３の断面を鏡面研磨する方法の説明図である。アルゴンイオンビームを試料３に照射すると、その試料３のうちマスク２で覆われていない箇所３ａ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。
【００３０】
このように、イオンミリング時には、試料３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を試料微動ベース５に装着し、ミリング加工を行う。以上がイオンミリングの一連の作業である。
【００３１】
なお、図１０に示すように、光学顕微鏡４０の固定台４２をイオンビームに対して斜めに形成し、試料マスクユニット２１及び試料マスクユニット微動機構４をイオンビームに対して斜めとなるように固定してもよい。
【００３２】
次にマスク２から突出させる試料３の量（マスク２のエッジから試料３のエッジまで長さ：図９中、矢印３ａ）の決め方について記載する。ミリング加工を短時間で終了するためには、突出量を少なくする(例えば３０μｍ)ことが重要となる。しかし、試料３の観察対象部位（ミリング加工後のエッジ）が加工前の断面（エッジ）から離れている場合は、その離れた分の突出量(例えば１００μｍ)を必要とする。このように突出量は、加工時間や試料の研磨状態等の条件により変化する。突出量の調整は、図８に示したように、光学顕微鏡４０の目盛りを観察しながら、マスク微調整機構２６を廻すため、突出量を変化させる場合、光学顕微鏡４０の倍率も変化させる必要がある(固定倍率で行うと精度が悪くなる)。
【００３３】
図１１は、本実施形態のイオンミリング装置が備える試料マスクユニット４３を示す斜視図である。図１１に示すように、試料マスクユニット４３は、マスク２から突出する試料３の量を調整するためのマイクロメータ４４を搭載している。図１１のマスク４５、マスクホルダ４６は、図３のマスク２、マスクホルダ２５と同様の機能を持つ。マイクロメータ４４のツマミを廻すと、マスクホルダ４６が、試料３の突出長さ方向に可動する機構となっている。すなわち、マイクロメータ４４は、マスクホルダ４６に固定されたマスク２を試料３の突出長さ方向に移動させることができる。
【００３４】
試料マスクユニット４３の使用方法を説明する。まず、図７で説明したように、試料マスクユニット４３を設置した試料マスクユニット微動機構４を固定台４２上に固定する。試料マスクユニットを固定した後、ルーペ１２を覗きながら、マイクロメータ４４を用いてマスクホルダ４６（マスク２）を微小移動させ、試料３のエッジとマスク２のエッジとを一致させる。次に、その時のマイクロメータ４４の値（マスク２のエッジが試料のエッジに一致するまでマスク２が移動した距離）を記憶する。最後に、試料３のエッジとマスク２のエッジとが一致した状態から、試料３の突出量３ａをマイクロメータが示す値を見て調整する。具体的には、試料３をマスク２から突出させたい量を、上記の記憶した値にプラス（マイクロメータのセット方法によってはマイナス）した値までマイクロメータ４４を廻す。これにより、試料２とマスク３との遮蔽位置調整を行うに際して、高精度な試料３の突出量が得られることになる。このように、本実施形態のイオンミリング装置によれば、マイクロメータ４４を搭載した試料マスクユニット４３により、調整精度の高いイオンミリング装置及が構築できる。
【００３５】
また、本実施形態のイオンミリング方法によれば、従来のように光学顕微鏡４０の拡大倍率を最適な倍率に変化させ光学顕微鏡４０の目盛りを見ながら試料３を所望の突出位置に調整するのではなく、試料３のエッジとマスク２のエッジとを一致させた後、光学顕微鏡４０の拡大倍率を変化させることなく（固定倍率）、マイクロメータ４４の示す値をみて、試料３をマスクから突出させているので、容易に試料３の遮蔽位置を調整することができる。また、光学顕微鏡４０の拡大倍率が固定倍率のままであっても、マイクロメータ４４の値を基に、試料３をマスク２から突出させているので、試料３の突出量を高精度に調整することができる。
【００３６】
すなわち、ミリング加工時間や試料の研磨状態等の条件によって決まる最適な突出量が微小であっても、容易かつ高精度に試料の遮蔽位置調整を行うことができる。ひいては、試料の突出量を高精度に小さくできるので、ミリング加工時間を短縮することができる。
【００３７】
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。本発明によれば、試料の断面観察したい部位に、マスクを精度よく且つ容易に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】イオンミリング装置本体の構成を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は試料マスクユニットの構成を示す平面図、（ｂ）は試料マスクユニットの構成を示す側面図である。
【図３】試料マスクユニットの他の例の構成を示す図であり、（ａ）は試料ホルダを試料マスクユニット装着時の斜視図、（ｂ）は試料ホルダを試料マスクユニットから取り外した状態の斜視図である。
【図４】試料のエッジとマスクのエッジとを平行にする方法を示す説明図である。
【図５】イオンミリング装置から試料マスクユニットを脱離する状態を示す断面図である。
【図６】試料マスクユニット微動機構に設置された試料マスクユニットと光学顕微鏡とを示す斜視図である。
【図７】試料マスクユニットに設置された試料マスクユニットを光学顕微鏡に装着した状態を示す斜視図である。
【図８】イオンビーム中心と試料の断面研磨する部位とを合わせる方法の説明図である。
【図９】イオンミリングによる試料断面研磨方法を示す説明図（断面図）である。
【図１０】試料マスクユニットに設置されたマスクユニットを光学顕微鏡に装着した他の例を示す斜視図である。
【図１１】本実施形態のイオンミリング装置の試料マスクユニットを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  イオンビーム源
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
１５  真空チャンバ
２１  試料マスクユニット
２３  試料ホルダ
２６  マスク微調整機構
４０  光学顕微鏡
４３  試料マスクユニット
４４  マイクロメータ
【図１】
2009245783.tif 000003
【図２】
2009245783.tif 000004
【図３】
2009245783.tif 000005
【図４】
2009245783.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009245783.tif 000008
【図７】
2009245783.tif 000009
【図８】
2009245783.tif 000010
【図９】
2009245783.tif 000011
【図１０】
2009245783.tif 000012
【図１１】
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