JP2003068243A - イオンミリング装置 - Google Patents

イオンミリング装置

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JP2003068243A
JP2003068243A JP2001257136A JP2001257136A JP2003068243A JP 2003068243 A JP2003068243 A JP 2003068243A JP 2001257136 A JP2001257136 A JP 2001257136A JP 2001257136 A JP2001257136 A JP 2001257136A JP 2003068243 A JP2003068243 A JP 2003068243A
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ion beam
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ion
ion milling
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JP2001257136A
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Kenji Kurosawa
健次 黒澤
Koichi Miyazawa
宏一 宮澤
Motohide Ukiana
基英 浮穴
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Hitachi Ltd
Hitachi Science Systems Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Science Systems Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で簡易なイオンガンを用いた装置で大きな
試料サイズのメモリチップの材質の異なる界面の断面観
察を可能とするミリング装置を提供する。 【解決手段】試料台16に収納された試料1、試料台1
6、試料台16を回転させるモータ10、モータ10の
支持台11、支持台11の取り付け角度ひいては試料台
16の傾斜角度を調整してイオンビーム中心に対する試
料表面のなす傾斜角αを任意に調整可能な角度調整機構
12、角度調整機構12を介してモータ支持台11ひい
てはモータ支持台11を支持する支持体13、該支持体
13を上下調整機構15と連結する連結軸14を備え、
これらがフランジ21に一体化され、これによって試料
1の交換時に試料台16をイオンガンと向き合う位置か
ら真空外に移動させて広い空間内で試料1の挿脱が行え
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型電子顕微鏡
や透過型電子顕微鏡により観察する半導体素子等の試料
の表面や断面を観察するため、試料をイオンビームによ
りスパッタエッチングするイオンミリング方法及びその
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、走査型電子顕微鏡により試料の
断面を観察する場合、従来行なわれているイオンミリン
グ方法による試料加工について述べる。イオンビームに
より試料をスパッタエッチングする手法は、イオンビー
ムの照射面内に試料の回転中心が入ることを条件に、こ
の試料の回転中心をイオンビーム中心の試料表面照射位
置から所定の距離だけずらして回転させながら、3〜6
KVのイオン化電圧を印加して発生するイオンビームを
照射し試料に平坦なエッチング加工部(断面観察部)を得
られるようにしている。また、試料の表面をイオンビー
ムの中心に対して所定角度だけ傾斜させながら試料の回
転中心をイオンビーム中心の試料表面照射位置から所定
の距離だけずらしてエッチングを行なっている(例え
ば、特開平3−36285号公報)。この公知例は、イ
オンビーム中心の試料表面照射位置から試料の回転中心
までの所定距離をRとし、イオンビーム中心の試料表面
照射位置とイオンガンとの間の距離をLとした場合、R
は−0.1L+3≦R≧0.15L+1の条件を満たすこ
とによって、小型で簡易なイオンガンを用いることがで
き安価で実用的な装置を提供している。また、距離Lが
21mmの時、偏心量が1.6mmから4.0mmの間で
実用的なエッチング平坦度が得られることも確認されて
いる。さらに、1つの試料に対してミリングできる個所
は1個所である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】走査型電子顕微鏡用イ
オンミリング装置を取りまく環境としては、高機能化を
追求した半導体デバイスの開発が急速に進んでいること
から、最近は複数の異なるメモリチップを積層化(例え
ば、3チップ積層)し、一つのパッケージの中に実装し
たチップサイズパッケージ(CSP)として寸法が大き
くなっている。これらのデバイスを評価するためには、
断面試料を作成して解析するが、断面を機械研磨、鏡面
研磨だけでは材質の異なる試料界面の解析が困難で、最
終仕上げとしてフラットなミリングの出来る装置が要求
されてきた。このように積層化が進むとチップサイズパ
ッケージの外形形状が大きくなり、さらに、1個の試料
に対して複数箇所の断面観察がしたいという要求も出て
きた。しかし、イオンビーム中心の試料表面照射位置と
イオンガンとの間の距離Lが21mmの時、偏心量が
1.6mmから4.0mmの間で実用的なエッチング平坦
度が得られることから、イオンガンに干渉しない試料の
半径が21mm以内となる。すなわち、直径42mmを
越える大きな試料の場合、試料台へ装着する時と試料台
から取り出す時にイオンガンと干渉しない工夫が必要で
ある。本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、従来
よりも大型になった試料(メモリチップ)の複数箇所の
部位にフラットなミリングを行い材質の異なる界面の断
面観察が行えて、かつ安価で実用的なイオンミリング装
置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、以下のような手段を講じた点に特
徴がある。イオンビームの照射面内に試料の回転中心が
入ることを条件に、試料の回転中心をイオンビーム中心
の試料表面照射位置から所定の距離だけずらしてエッチ
ングするイオンミリング装置において、試料台に収納さ
れた試料(メモリチップ)の複数個所にエッチングをす
るため、試料のエッチングする面を試料台より露出させ
エッチングしない面はマスキング(遮蔽)するように構
成する。試料は円形及び円形以外(例えば長方形)の両
方の形状であっても試料台の中で移動可能に収納できる
構造の回転体移動機構を備えたものを提案する。さら
に、試料台への試料の挿脱はイオンガンの位置から試料
台を遠ざけるように移動してから行い、つまり、ミリン
グする時の位置とは別の位置で試料交換を行えるように
したことである。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の実施例に基づき説明す
る。まず、図1により、本発明に係るイオンミリング装
置の構成を説明する。図1において、試料室(真空容
器)2は、真空排気系8によって5×10‐4Pa程度
の真空に排気される。この試料室2には、イオンビーム
9を放出するイオンガン4が気密を保たれて取り付けら
れている。試料室2には、試料1(図3参照)を載置、
支持する回転体としての機能の試料台16、試料1及び
試料台16を回転させるモータ10、モータ10の支持
台11、支持台11の取り付け角度ひいては試料台16
の傾斜角度を調整してイオンビーム中心に対する試料表
面のなす傾斜角αを任意に調整可能な角度調整機構1
2、角度調整機構12を介してモータ支持台11ひいて
は試料台16を支持する支持体13等を備える。ここ
で、支持体13は、前記回転体16及び角度調整機構1
2を支持しながらこの回転体16及び角度調整機構12
を前記イオンビーム中心に対して垂直な一方向(矢印方
向)に一体的に移動させて、試料1表面上の回転中心を
イオンビーム9中心の試料表面照射位置から任意の距離
だけずらすことが可能な回転体移動調整機構を構成す
る。すなわち、支持台13と連結している連結軸14と
連結軸14を上下させる上下調整機構15(図2に示
す)によって支持台13を矢印のごとく上下に移動させ
てイオンビーム9の中心と試料1の回転中心の間隔(ず
れ量換言すれば偏心量に相当)を調整する。3は、試料
1のイオンミリング状態を観察する観察窓で気密を保た
れて取り付けられている。イオンガン4はガスボンベ5
の減圧弁で0.3Kg/cm(ゲージ圧)程度に減圧された
ガスがガス流量コントロールユニット6で流量調整され
供給される。この導入ガスは、アルゴンガスを用いる。
高電圧電源7は、導入ガスをイオン化してイオンガン4
からイオンビーム9を放出させる電源である。次に図2
について説明する。図2は図1の矢印Aから見た図であ
る。図2においてフランジ21は試料室2の側壁20に
気密を保って取り付けられ、フランジ21端面下部に設
けられている上下調整機構15と支持体13は連結軸1
4を介して連結している。上下調整機構15は支持台2
4に螺合している調整つまみ23を回転させることによ
って上下し、これによって連結軸14は上下し、ひいて
は支持体13、試料台16が上下することになる。さら
に、側壁20には軸22がフランジ21を貫通して固着
されて、フランジ21が左方向に移動できるようになっ
ている。次に図3について説明する。図3(a)(b)
(c)において試料台16の中に収納されている試料1
と試料1のエッチングする面をカバー17の孔18によ
って露出させて、それ以外の部分をカバー17でマスキ
ング(遮蔽)している。(a)は円形形状の試料1のほ
ぼ中心部をエッチングする場合を示し、(b)は円形形
状の試料1の周辺部をエッチングする場合を示す。この
ように試料台16に収納された試料1は試料台16の中
で移動させることによって任意の部位を選択し複数箇所
にエッチングが行えるようになっている。(c)は円形
以外(例えば長方形)の形状の試料1´をエッチングす
る場合を示す。試料1は例えば、半導体デバイスで複数
の異なるメモリチップを積層化したものであり、これら
のメモリチップの場合はエッチングを容易に行えるよう
にすることから樹脂に包埋固定されている。これらの試
料1を試料台16の中で移動させる作業及び交換する作
業の時は図2のようにフランジ21を左方向に移動させ
て真空外に引き出して行う。この場合、イオンガン4と
干渉する心配がないので試料台の直径は42mmを越え
てもよく移動及び交換作業は容易に行うことができる。
このような装置により調整されるイオンビームと試料の
位置関係について図1と図3を用いて説明する。イオン
ガン4より放出されるイオンビーム9はカバー17の孔
18を通って試料1の表面に照射される。カバー17の
孔18以外の部分は試料1の表面をマスキング(遮蔽)
しておりイオンビーム9は照射されず、孔18で露出さ
れている表面のみに照射される。イオンガン4と試料1
の表面照射位置の間の距離はLで表されている。試料1
は、回転体である試料台16の回転に合わせて回転して
おり、試料の表面に照射されるイオンビーム9の中心と
回転体16の回転中心はRだけ偏心(ずれて)してい
る。この偏心量Rは図1におけるモータ15を回転させ
ることにより支持台13を矢印のごとく上下に移動させ
調整される。更に、イオンビーム9の中心が試料1の表
面に対してなす角度αは図1における角度調整機構12
によって調整される。一般的な偏心量Rの範囲はLが2
1mmの時、1.6mmから4.0mmの間であれば実用
的なエッチング平坦度の試料が得られることが確認され
ている。平坦にミリングされる面積としてはφ5mmで
あることも確認されており、このことから孔18の大き
さはφ5mm程度でよいことが分かる。
【0006】
【発明の効果】以上のように本発明のイオンミリング装
置によれば、コリメートされないイオンビーム、換言す
れば小型で簡易なイオンガンを用いた装置においても直
径42mmを越える大きな試料をイオンスパッタエッチ
ングにより試料の断面観察を行うことが可能となる。ミ
リングする面は複数箇所行え、かつミリングしない面は
カバーで遮蔽されているので、ミリングした削りかすが
付着することもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるミリング装置の概略図
である。
【図2】図1をA方向からみた図である。
【図3】(a)はイオンビームが試料の中心部に照射さ
れることを示す図、(b)はイオンビームが試料の周辺
部に照射されることを示す図、(c)は長方形状の試料
が試料台に収納されていることを示す図である。
【符号の説明】
1…試料、 2…試料室、4…イオンガン、9…イオン
ビーム、11…支持台、12…角度調整機構、15…上
下調整機構、16…回転体、17…カバー、21…フラ
ンジ、22…固定軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮澤 宏一 茨城県ひたちなか市大字市毛1040番地 株 式会社日立サイエンスシステムズ内 (72)発明者 浮穴 基英 茨城県ひたちなか市大字市毛1040番地 株 式会社日立サイエンスシステムズ内 Fターム(参考) 5C001 AA01 CC07 5C034 BB06

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオンビームの照射面内に試料の回転中
    心が入ることを条件に、前記試料の回転中心をイオンビ
    ーム中心の試料表面照射位置から所定の距離だけずらし
    てエッチングするイオンミリング装置において試料台に
    収納された前記試料の複数個所にエッチングが行えるよ
    うに構成したことを特徴とするイオンミリング装置。
  2. 【請求項2】 前記試料台に収納された前記試料はエッ
    チングする面を前記試料台より露出させエッチングしな
    い面はマスキング(遮蔽)するように構成したことを特
    徴とするイオンミリング装置。
  3. 【請求項3】 前記試料は前記試料台の中で移動可能に
    収納されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  4. 【請求項4】 前記試料は円形及び円形以外(例えば長
    方形)の両方の形状であることを特徴とする請求項3に
    記載のイオンミリング装置。
  5. 【請求項5】 前記試料台は試料を挿脱するときミリン
    グする位置から試料台を移動できるように構成したこと
    を特徴とする請求項3に記載のイオンミリング装置。
JP2001257136A 2001-08-28 2001-08-28 イオンミリング装置 Pending JP2003068243A (ja)

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