CN106233419B - 离子蚀刻装置以及试料加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于抑制由于利用低加速电压而产生的离子束照射而产生的试料热量上升的技术。在试料(3)的前方设置与遮蔽件(2)不同的遮蔽板(13)。该遮蔽板(13)与加工面重叠的位置开口，离子束仅通过该遮蔽板(13)的开口部，在其以外的位置用遮蔽板(13)遮蔽，不会照射试料(3)。另外，通过冷却遮蔽板(13)而进一步抑制试料的热量上升。

Description

离子蚀刻装置以及试料加工方法
技术领域
本发明涉及离子蚀刻装置以及试料加工方法，如涉及用于防止通过离子蚀刻试料时对试料的损伤的技术。
背景技术
离子蚀刻装置是在真空排气后的试料室设置试料、不使施加为10kV左右以下的氩离子束聚集地照射试料、利用物理阴极溅镀现象从试料表面弹飞原子、以无应力研磨试料表面的装置，在制成扫描电子显微镜(SEM)和透过电子显微镜(TEM)用试料时使用。
例如，在专利文献1中公开了具备由溅射收敛率低的材料(即使碰到离子束也不会被切削的材料)形成的遮蔽板(遮蔽件)的离子蚀刻装置。通过该遮蔽板(遮蔽件)使试料的一部分从遮蔽板端面露出50～200μm左右，从离子束遮蔽试料露出的露出部分以外。即，通过部分性地露出试料且进行离子束照射，试料被加工为沿遮蔽板端面的形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-14996号公报
发明内容
发明所需要解决的课题
由于离子蚀刻装置的离子束为加速电压为10kV左右、离子束电流为200μA左右，由离子束照射而产生的热量大概为2J/s左右。
在加工不耐热的试料如树脂等的低融点试料的情况下，如专利文献2所公开的，将遮蔽板(遮蔽件)与试料台连接于冷却源，进行试料的冷却。可是，在不耐热的试料(如，橡胶、玻璃等)中，相比较于试料的由离子束产生的热增加量，来自冷却源的冷却不能得到充分的冷却效果。
因此，为了降低了由离子束而导致的对试料的热损伤，具有考虑保养·操作性，不变更亨宁型离子束的磁力，用3kV左右的低加速电压照射离子束，降低对试料的热损伤的方法。
可是，在未聚集的离子束中，通过使加速电压变低，离子束对试料的照射区域变大，所以试料高温区域也会变大。通常，在热传导率低的试料中，相比于向试料支架·试料台·遮蔽板(遮蔽件)的热传递，由离子束照射产生的热量供给会变多。因此，试料的温度相比于融点会上升，其结果，不能够防止热损伤，试料变形。
本发明是鉴于这样的情况而发明的，提供一种用于降低由低加速电压的离子束照射而引起的对试料的热损伤的技术。
用于解决课题的方法
为了实现上述目的，本发明中，在离子蚀刻装置中在试料遮蔽件与离子源之间配置用于限制离子束对试料的照射区域的离子束照射区域限制部件。通过该离子束照射区域限制部件限制因kV左右的低加速电压而扩大的离子束的照射区域，在试料的观察加工部分以外不照射离子束。由此，降低对试料的热损伤。
涉及本发明的更进一步特征是从本说明书、附图中变得清楚的内容。另外，本发明的方案通过要素以及多种要素的组成以及以后的详细记述与添加的保护范围内的方案而实现并实行。
发明效果
根据本发明可抑制对试料的热损伤。
附图说明
图1是表示涉及本发明的实施方式的离子蚀刻装置的概略结构的图。
图2是表示离子蚀刻装置的试料台附近结构的图。
图3是表示带切口遮蔽板的其他结构(变形例)的图。
图4是表示离子蚀刻装置的变形例的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图关于本发明的实施方式进行说明。在附图也会有功能性相同的要素用相同的号码表示的情况。并且，附图表示根据本发明的原理的具体实施方式与实施例，但这些是用于理解本发明的内容，绝不是为了限制性地解释本发明而使用的内容。
在本实施方式中，本领域技术人员为了实施本发明十分详细地进行了说明，但也可以为其他的安装·形式，需要理解能不脱离本发明的技术性思想的范畴与精神地进行构成·结构的变更与多种要素的置换。因此，并不是将以后的记述限定于此地进行解释。
本发明的实施方式涉及用离子束照射用扫描形电子显微镜(SEM)、透过形电子显微镜(TEM)等观察的试料的观察·分析面而用于形成目标的观察面的离子蚀刻装置。尤其涉及用于形成不耐热的试料的观察面的离子蚀刻装置。在实施方式中采用搭载用于照射氩离子束的离子源的离子蚀刻装置作为例子进行说明，离子束不限于氩离子束，可适用多种的离子束。
<离子蚀刻装置的结构>
图1是表示涉及本发明的实施方式的离子蚀刻装置的结构的图。该离子蚀刻装置100具备真空室14、真空排气系统6、直线导轨11、设置于真空室14的上面的离子源1、设置于真空室14的前面的试料载物台8。
在真空室14上设置试料单元底座5。另外，在试料单元底座5上搭载试料遮蔽单元微动机构4。搭载方法为使试料遮蔽单元微动机构4的下面(离子束照射的遮蔽面的对置面)与试料单元底座5的上面接触，用螺钉固定。并且，试料单元底座5以能够相对于离子束的光轴以任意角度旋转倾斜的方式构成。旋转倾斜的方向与倾斜角度通过试料载物台8控制。通过使试料载物台8旋转倾斜，能够使设置于试料遮蔽单元微动机构4上的试料支架7以及试料3相对于离子束的光轴设定为预定的角度。而且，使试料载物台8的旋转倾斜轴与试料上面(遮蔽下面)的位置一致，高效率地制作平滑的加工面。
试料单元底座5通过搭载于兼顾真空室14的容器壁的一部分的凸缘10的试料载物台8(旋转机构)而配置，在沿直线导轨11拉出凸缘10而使真空室14开放为大气状态时，试料单元底座5向真空室14的外部被拉出。如此，构成试料载物台拉出机构。
而且，试料单元底座5以能够相对于离子束的光轴以任意角度旋转倾斜的方式构成。旋转倾斜的方向与倾斜角度通过试料载物台8控制。因此，通过使试料载物台8旋转倾斜，能够使设置于试料支架7上的试料3相对于离子束的光轴设定为预定的角度。而且，使试料载物台8的旋转倾斜轴与试料上面(遮蔽下面)的位置一致，高效率地制作平滑的加工面。
试料遮蔽单元微动机构4以能够向相对于离子束的光轴垂直方向的前后左右即X方向与Y方向移动的方式构成。因此，试料支架7也以能够向相对于离子束的光轴垂直方向的前后左右即X方向与Y方向移动的方式构成。
试料保持部件9是更加牢固地固定试料3的部件，用如树脂等构成。试料保持部件9是与试料3一起被切削的装置，每次蚀刻试料3就会更换。
遮蔽件(遮蔽板)2是以与试料保持部件9或试料接触的状态配置，能够仅露出试料3的前端部分而通过离子束蚀刻其露出的部分的装置。遮蔽件(遮蔽板)2通过遮蔽件支架12固定。并且，可以使遮蔽件2与遮蔽件支架12作为一体而形成。可是，在该情况下，由于遮蔽件2普遍在前次的蚀刻动作中被切削，所以优选每次蚀刻动作之后更换一体型的遮蔽件+遮蔽件支架。
而且，带切口遮蔽板13以覆盖遮蔽件2的方式配置。由离子源1释放的离子束通过带切口遮蔽板13限制照射面积，与超过切口宽度的区域对应的离子束不会照射试料3。另外，带切口遮蔽板13具备从前端向下方以预定长度延伸的折回部131。通过该折回部131防止折回的离子束照射试料。
而且，通过带切口遮蔽板13的折回部131与试料遮蔽单元微动机构4接触，如果冷却带切口遮蔽板13，试料遮蔽单元微动机构4也会被冷却，从而能够提高试料3的散热效果。
试料遮蔽单元微动机构4具备与二轴的试料平面移动机构相独立的一轴或二轴的微动结构。另外，试料、上述遮蔽板以及各微动结构能容易地从离子蚀刻主体上脱离，能够在光学显微镜观察下进行离子束照射位置与试料的位置调整。
<一般的离子蚀刻装置的课题>
在用于制成电子显微镜用试料的离子蚀刻装置100上，离子束的照射条件为如加速电压为10kV左右以下、离子束电流为200μA左右以下。此时，通过离子束照射向试料施加的热量作为在加速电压上乘以离子束电流的焦耳热能够计算出来，在上述加速电压、离子束电流中大概为2J/s左右以下。
另外，在离子蚀刻装置100中为了得到分析·观察所必要的试料面，对试料的离子束照射时间有时需要数小时。此时，在树脂等的低融点试料中不能无视由离子束照射而导致的试料温度上升引起的形状的变形、损伤。
为了抑制由离子束照射导致的试料温度上升，可使用由离子束照射而产生的热量能高效地从试料向试料保持结构等热传递的试料保持方法或使用降低离子束照射热能量而抑制试料的温度上升值的方法。如果使用抑制试料3的温度上升的机构，能通过降低加速电压而抑制由离子束照射而产生的发热量。在使加速电压为3kV左右、离子束电流为200μA左右以下的条件下，通过离子束照射而向试料施加的热量大概为0.6J/s左右，与加速电压为10kV左右的离子束相比，约为1/3的热量。
可是，离子蚀刻装置100的亨宁型离子束不聚集离子束，因此在使加速电压为3kV的情况下离子束扩散，对试料的离子束照射面积相比较于10kV左右的加速电压增加。
其结果，抑制由低加速度的离子束照射引起的试料温度上升的效果变小。
因此，在本发明的实施方式中，如上述，在离子蚀刻装置100中设置搭载新的带切口遮蔽板13的机构。
<带切口遮蔽板的结构>
图2是表示搭载于试料单元底座5上的各部件的结构的图。尤其在本实施方式中为了解决上述课题设置新的带切口遮蔽板13。具体地说，在试料与遮蔽件2的跟前(纸面跟前)上设置在遮蔽板中央部具有开口(切口)的带切口遮蔽板13。带切口遮蔽板13以其开口部分与试料3的观察面重叠的方式设置·固定。
通过上述结构，以加速电压3kV左右的低加速电压，离子束20向带切口遮蔽板13、遮蔽件(遮蔽板)2以及试料3照射。因低加速电压而扩散的离子束首先向带切口遮蔽板13照射。在带切口遮蔽板13的开口部(切口)以外，由于离子束20被切断，因此仅有照射开口部分的离子束20穿过带切口遮蔽板13。
穿过带切口遮蔽板13的离子束20照射在遮蔽件(遮蔽板)2与试料3(以及试料保持部件9)。被照射的区域由于仅照射在观察加工面，因此能以减轻对试料3的热损伤的状态将试料加工为沿遮蔽件(遮蔽板)2的端面的形状。
另外，带切口遮蔽板13的开口部形状只要能够切断观察面以外，形状可以是任意形状。在此为切口，但可以是圆形、椭圆形的开口部。因此，带切口遮蔽板13能够简称为限制离子束20的照射面积的离子束照射区域限制部件(机构)。
带切口遮蔽板13具备从前端部分向试料支架7的方向垂直延伸的折回部131。通过该折回部131防止离子束20的折回，离子束20不会照射试料3所需要的位置以外。
并且，带切口遮蔽板13如图2所示搭载于试料单元底座5。可是，如变形例中后述，可以在试料单元底座5的跟前作为其他单元搭载。搭载于试料单元底座5上的情况下，是不与用于调整试料3的位置而确定试料3从遮蔽件2露出的部分的遮蔽板微调整机构(未图示)连动的结构，以用带切口遮蔽板13覆盖遮蔽件(遮蔽板)2与试料3的形状设置，用螺钉固定。通过从遮蔽件(遮蔽板)2与试料3的上方覆盖带切口遮蔽板13，可作为遮蔽件(遮蔽板)2与试料3的固定部件而发挥功能。
另外，带切口遮蔽板13不需要以飞溅收敛率低的材质构成。因此，在具备冷却机构的离子蚀刻装置100中，以相比于遮蔽件2热传导性高的材质(例如铜)构成带切口遮蔽板13，通过冷却带切口遮蔽板13而提高遮蔽件(遮蔽板)2与试料3的散热效果，可以进一步提高抑制由离子束20引起的对试料3的热损伤的效果。
而且，能通过使带切口遮蔽板13的折回部131与试料遮蔽单元微动机构4接触，通过带切口遮蔽板13冷却试料遮蔽单元微动机构4，能够提高试料3的散热效果。
通过上述结构，用由离子蚀刻装置的低加速电压进行的离子束照射能够抑制试料的热损伤。
<变形例>
(1)图3是表示带切口遮蔽板13的其他构成例的图。该带切口遮蔽板13具备具有多种种类宽度的切口的切口板132、从切口板132的前端部向试料支架方向延伸的折回部131。
切口板132具备多个不同宽度的切口。该切口板132通过切口板可动机构(未图示)向Y方向滑动。由此，能改变为所期望的切口宽度实行蚀刻操作。另外，切口板132可拆卸。该情况下，准备多个种类的具有多个不同宽度的切口的切口板自身，可以更换为用户所期望的切口板。另一方面，折回部131固定于试料支架7。并且，由固定的切口板与可动的切口板构成切口板132，可以使可动的切口板向Y方向移动并实现所期望的切口宽度。
(2)图4是表示离子蚀刻装置100的变形例的结构的图。在该变形例中，带切口遮蔽板13不与遮蔽件2以及试料3接触，设置于遮蔽件2以及试料3的上方(离子源1与遮蔽件2之间的空间)。安装只要以例如将带切口遮蔽板13的端部固定于真空室14的顶面，并从那里延伸的方式设置即可。并且，该情况下如上述实施方式中所示，可以不设置折回部131。可以不考虑离子束20的折回。
<总结>
在根据本发明的实施方式制造的离子蚀刻装置中，在使离子束的加速电压为3kV左右的情况下，由于离子束扩散，将用于限制其扩散的照射区域的限制部件设置于遮蔽件与离子源之间。限制部件通过具备预定宽度的切口与预定大小的开口部等的遮蔽板而实现。通过这样设置限制部件，由于能够使离子束照射至试料上的区域变小，因此能够避免不耐热的试料由于离子束的热量变形这种不利的情况。
通过实施方式中所公开的多个构成要素的适当的组合能够形成多种发明。另外，可以从实施方式中所表示的全部构成要素中删除几个构成要素。而且，可以适当组合涉及不同实施方式的构成要素。本发明关于具体例进行记述，但应当注意这些在所有的观点中并不是为了限定而说明。说明书与具体例只不过是典型的例子，本发明的范围与精神在后续的保护范围中表示。
符号说明
1—离子源，2—遮蔽件(遮蔽板)，3—试料，4—试料遮蔽单元微动机构，5—试料单元底座，6—真空排气系统，7—试料支架，8—试料载物台，9—试料保持部件，10—凸缘，11—直线导轨，12—遮蔽件支架，13—带切口遮蔽板，14—真空室，20—离子束。

Claims (12)

1.一种离子蚀刻装置，其对试料照射离子束而对上述试料进行蚀刻，该离子蚀刻装置的特征在于，
具备：
释放上述离子束的离子源；
载置并固定试料的试料支架；
试料遮蔽件，其用于覆盖上述试料，仅使上述试料的一部分作为蚀刻对象而露出；以及
离子束照射区域限制部件，其配置于上述试料遮蔽件与上述离子源之间，用于限制上述离子束相对于上述试料的照射区域，
还具备用于固定上述试料遮蔽件的遮蔽件支架，
上述离子束照射区域限制部件与上述遮蔽件支架接触地设置，
上述离子束照射区域限制部件具备从其前端延伸的、用于防止上述离子束折回的折回部。
2.根据权利要求1所述的离子蚀刻装置，其特征在于，
上述离子束照射区域限制部件在空间上从上述试料遮蔽件离开地配置。
3.根据权利要求1所述的离子蚀刻装置，其特征在于，
上述离子束照射区域限制部件是具有预定宽度的切口的遮蔽板。
4.根据权利要求1所述的离子蚀刻装置，其特征在于，
上述离子束照射区域限制部件是具有预定大小的开口部的遮蔽板。
5.根据权利要求1所述的离子蚀刻装置，其特征在于，
上述离子束照射区域限制部件由具有多个不同宽度的切口的遮蔽板构成，
还具备遮蔽板移动机构，其用于使上述离子束照射区域限制部件移动而使多个不同宽度的上述切口分别与上述试料的露出部分对置。
6.根据权利要求1所述的离子蚀刻装置，其特征在于，
还具备用于冷却上述离子束照射区域限制部件的冷却机构。
7.根据权利要求6所述的离子蚀刻装置，其特征在于，
上述离子束照射区域限制部件由热传导性比上述试料遮蔽件高的材料构成。
8.一种试料加工方法，其通过向试料照射离子束而对上述试料进行离子蚀刻，加工上述试料，该试料加工方法的特征在于，
在试料支架上载置上述试料，
在载置于上述试料支架的上述试料上载置试料遮蔽件，该试料遮蔽件用于覆盖上述试料，仅使上述试料的一部分作为蚀刻对象而露出，
在上述试料遮蔽件与离子源之间配置用于限制上述离子束相对于上述试料的照射区域的离子束照射区域限制部件，
通过上述离子束照射区域限制部件向上述试料的露出部分照射以3kV左右的加速电压从上述离子源释放的离子束，
使上述离子束照射区域限制部件与用于固定上述试料遮蔽件的遮蔽件支架接触地设置，
上述离子束照射区域限制部件具有从其前端延伸的、用于防止上述离子束折回的折回部。
9.根据权利要求8所述的试料加工方法，其特征在于，
上述离子束照射区域限制部件在空间上从上述试料遮蔽件离开地配置。
10.根据权利要求8所述的试料加工方法，其特征在于，
上述离子束照射区域限制部件是具有预定宽度的切口的遮蔽板。
11.根据权利要求8所述的试料加工方法，其特征在于，
上述离子束照射区域限制部件是具有预定大小的开口部的遮蔽板。
12.根据权利要求8所述的试料加工方法，其特征在于，
上述离子束照射区域限制部件由具有多个不同宽度的切口的遮蔽板构成，
另外，通过遮蔽板移动机构使上述离子束照射区域限制部件移动，从而使多个不同宽度的上述切口分别与上述试料的露出部分对置。
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