JP2012094265A - イオンミリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
試料へのダメージが少なく加工効率に優れたイオンミリング装置、更には平面加工および断面加工にも柔軟に対応できる処理能力の高い装置を提供する。
【解決手段】
個別に制御可能な複数のイオン銃3を一つ試料室5に設け、このイオン銃3に対応して複数の試料1を試料ステージ8に設置する。複数のイオン銃3および試料ステージ8は制御装置９によって個別に制御可能であり、複数のイオン銃3を同時に作動させ、試料ステージ8をスイング又は傾斜・回転するすることで、複数の試料を同時に平面加工もしくは断面加工する。
【選択図】図1

Description

本発明は、試料表面の研磨傷等の除去や、多層膜の断面観察用の試料を作成する場合に好適なイオンミリング装置に関するものである。

一般に、光学顕微鏡で観察できない微細な試料を観察するために、電子顕微鏡が用いられる。この電子顕微鏡で試料表面を観察する場合には、試料表面の研磨傷を除去する必要があり、また、多層膜の断面観察を行なうためには断面試料を作成する必要があることから、いわゆる前処理装置としてイオンミリング装置が利用されている。

このためのイオンミリング装置としては、真空チャンバ内に試料を設置し、イオン銃から放出された直径1ｍｍ程度のイオンビームを試料に照射し、試料表面の原子をはじき出すスッパッタリング現象を用いることで、試料を傾斜・回転させて試料表面の研磨傷の除去や、試料をスイングさせて多層膜の断面試料の作成などを行っている。

ところで、スパッタリング現象で試料を加工すると、切削加工に比較し試料へのダメージが小さく微細な加工が可能になる一方で、加工速度が遅いため加工時間が長くなるという問題がある。電子顕微鏡は、試料を装置に設置し、真空排気を行い数分後には測定可能であることから、次々に観察するためには、試料の前処理装置であるイオンミリング装置の処理能力を向上させる必要がある。

加工時間を短縮するためにイオンビームの強度を上げると、試料へのダメージが発生してしまう。特許文献1には、試料のダメージを低減するために試料の冷却を行いながらスッパッタリングすることが示されていが、試料を冷やすことが困難な形状・材質の試料等には対応できない。

平面加工の効率を上げるために、イオンビーム径を大きくし、試料の自転、公転と傾斜機構を用いることが特許文献2に示されているが、断面加工等に適応することはできない。

特開２００３−２９７２７５号公報 特開２００７−１４９８６１号公報

前記したように、加工効率を上げるために様々な提案が成されているが、何れも試料の形状・材質或いは加工方法に制約があり、また、一層の加工効率の向上も望まれている。

本発明の主な目的は、試料へのダメージが少なく、加工効率に優れたイオンミリング装置を提供することにある。

本発明は更に、上記目的に加えて、平面加工および断面加工にも柔軟に対応することの出来る処理能力の高いイオンミリング装置を提供することにある。

前記主な目的を達成するための本発明の特徴は、試料にイオンビームを照射するイオン銃と、前記イオンビームによって照射加工される前記試料を内置する試料室と、前記試料室を真空に保つための排気を行なう排気装置とを備えたイオンミリング装置において、一つの試料室に複数のイオン銃を設け、当該複数のイオン銃によって照射加工される複数の試料を配置する試料ステージ機構を備えることにより、複数の試料を同時に加工処理できるようにしたことにある。

本発明では更に、複数の試料を配置する試料ステージを工夫し、その複数の試料を同時にスイングまたは傾斜・回転する機構等を備えることで多様な加工に対する処理能力も向上しているが、その他の特徴も含めて、以下述べる実施の形態で明らかにする。

本発明によれば、試料にダメージを加えることなく、一度に複数の試料を加工することが出来るので加工効率を大幅に向上することが出来、更には平面加工および断面加工にも加工効率を低下することなく柔軟に対応することの出来る、処理能力の高いイオンミリング装置を実現することができる。

本発明の実施例１に係るイオンミリング装置の概要図である。 本発明の実施例１に係る試料の傾斜・回転動作の概要図である。 本発明の実施例１に係る試料のスイング動作の概要図である。 本発明の実施例２に係る平面加工用試料ステージの斜視図である。 本発明の実施例３に係る平面加工用試料ステージの斜視図である。 本発明の実施例４に係る断面加工用試料ステージの斜視図である。 本発明の実施例５に係る断面および平面加工用試料ステージの斜視図である。 本発明の実施例６に係る断面および平面加工用試料ステージの斜視図である。 本発明の実施例７に係る試料室の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を、複数の実施例を用いて説明する。

図1は本発明によるイオンミリング装置の概要図である。イオンミリング装置は、試料1に照射するイオンビーム2を発生する複数のイオン銃3、イオン生成のためのガスを注入するガス注入機構4、前記イオンビームによる照射加工が行なわれる前記複数の試料１を内置する試料室5、前記試料室の真空を保つための排気装置6、真空に排気した試料室を大気開放するためのベンド機構7、前記の複数の試料1を設置する試料ステージ8により構成される。

複数のイオン銃3は後述するように直線状に配置され、対応する試料1も試料ステージ8上に直線状に配置される。これらの複数のイオン銃３の動作および試料ステージ８の動きは、イオンミリング装置を構成する制御装置９によって、個別に制御される。

次に、本実施例の動作の概要を説明する。大気開放された試料室5から、試料ステージ8を引出す。試料ステージ8に複数の試料1を設置して、試料ステージ8を試料室5に挿入する。排気装置6にて真空排気を行いガス注入機構4よりイオンガスを挿入し、イオン銃3によりイオンビーム2を試料1に照射して、試料1の加工を行なう。イオンビーム2は試料1ごとに設定することが可能で、試料1ごとの加工量を制御装置９からの制御で変更することができる。

加工終了後、制御装置９は、ガス注入機構4からのイオンガスを止め、イオン銃3からのイオンビーム2の照射を止める。ベンド機構7により試料室5の大気開放を行い、試料ステージ8を試料室5から引出し、加工した試料1を取り出す。

試料ステージ8は、表面加工の際には図2のように、イオンビーム2に対して試料1を傾斜させてイオンビーム2を斜めに照射し、試料1を回転軸21を中心に回転させて加工を行なう。断面加工の際には図3のように、試料1にマスク23を装着してイオンビーム2の一部を遮蔽し、試料1をスイング軸22を中心に左右にスイングさせて試料1に平坦な断面加工を行なう。

このように、本実施例では、一つの試料室５に対して３つのイオン銃３を設け、３つの試料１を夫々配置できるようにしているので、これら３つの試料１を夫々個別且つ同時に加工する事ができる。

以下、試料ステージ8等の詳細について複数の実施例を用いて順次説明する。これらの実施例では、試料ステージ8をステージアーム13およびステージベース16の２つの部分から構成している例について説明するが、同様な機能を達成するものであればこれらの実施例に限られるものではない。

図4は本発明による平面加工用試料ステージの一実施例であり、同図（Ａ）に正面斜視図、同図（Ｂ）に背面斜視図を示す。

モータ10の回転運動は、磁気シールを持った駆動Aシャフト11により、大気中から真空中へ導入される。駆動Aシャフト11の回転運動は、傘歯歯車によって、駆動Bシャフト12に伝えられ下方へ伝達される。駆動Bシャフト12の平歯車からステージアーム13上の試料台15へと伝達される。平歯車14から試料台15へとモータ10の駆動力は次々に伝達され、ステージアーム13上で複数の試料台15が回転する。ステージベース16とステージアーム13はOリングによって真空封じされ傾斜させることができる。

本実施例によれば、図2のように試料を傾斜させ、回転させることで、複数の試料を同時に表面加工することができる。

図5は平面加工用試料ステージの他の実施例であり、同図（Ａ）に正面斜視図、同図（Ｂ）に背面斜視図を示す。

モータ10の回転運動は、磁気シールを持った駆動Aシャフト11により、大気中から真空中へ導入される。駆動Aシャフト11の回転運動は、傘歯歯車によって、駆動Bシャフト12に伝えられて下方へ伝達される。駆動Bシャフト12の平歯車からステージアーム13上のウォームギア17へと伝達される。ウォームギア17から複数の試料台15へとモータ10の駆動力は次々に伝達され、ステージアーム13上で複数の試料台15が回転する。

ステージベース16とステージアーム13はOリングによって真空封じされ、傾斜させることができる。本実施例によっても、図2のように試料を傾斜させ回転させることで、複数の試料を同時に表面加工することができる。

図6は断面加工用試料ステージの実施例であり、同図（Ａ）に正面斜視図、同図（Ｂ）に背面斜視図を示す。

モータ18の回転運動は、平歯車19により、ステージアーム13に伝えられる。ステージアーム13に試料台15が複数配置される。ステージアーム13は軸シール構造をもち駆動力を真空中へ導入する。本実施例では、図3のように試料を左右にスイングさせることで、複数の試料を同時に断面加工することができる。

図7は断面および平面加工用試料ステージの実施例であり、同図（Ａ）に正面斜視図、同図（Ｂ）に背面斜視図を示す。本実施例では表面加工および断面加工を一つの試料ステージで実現する。

モータ10の回転運動は、磁気シールを持った駆動Aシャフト11により、大気中から真空中へ導入される。駆動Aシャフト11の回転運動は、傘歯歯車によって、駆動Bシャフト12に伝えられ下方へ伝達される。駆動Bシャフト12の平歯車からステージアーム13上の試料台15へと伝達される。平歯車14から試料台15へとモータ10の駆動力は次々に伝達され、ステージアーム13上で複数の試料台15が回転する。

ステージベース16とステージアーム13はOリングによって真空封じされ傾斜させることができる。図2のように試料を傾斜させ、回転させることで複数の試料を同時に表面加工することができる。モータ18の回転運動は、平歯車19により、ステージアーム13に伝えられる。ステージアーム13に試料台15が複数配置される。ステージアーム13は軸シール構造をもち駆動力を真空中へ導入する。図3のように試料を左右にスイングさせることで、複数の試料を同時に断面加工することもできる。

図8は断面および平面加工用試料ステージの他の実施例であり、同図（Ａ）に正面斜視図、同図（Ｂ）に背面斜視図を示す。本実施例でも、表面加工および断面加工を一つの試料ステージで実現することができる。

モータ10の回転運動は、磁気シールを持った駆動Aシャフト11により、大気中から真空中へ導入される。駆動Aシャフト11の回転運動は、傘歯歯車によって、駆動Bシャフト12に伝えられ下方へ伝達される。駆動Bシャフト12の平歯車からステージアーム13上のウォームギア17へと伝達される。ウォームギア17から複数の試料台15へとモータ10の駆動力は次々に伝達され、ステージアーム13上で複数の試料台15が回転する。ステージベース16とステージアーム13はOリングによって真空封じされ傾斜させることができる。図2のように試料を傾斜させ、回転させることで複数の試料を同時に表面加工することができる。

モータ18の回転運動は、平歯車19により、ステージアーム13に伝えられる。ステージアーム13に試料台15が複数配置される。ステージアーム13は軸シール構造をもち駆動力を真空中へ導入する。図3のように試料を左右にスイングさせることで複数の試料を同時に断面加工することができる。

図9は本発明による試料室部分の他の実施例であり、イオン銃にシールドカバーを設置した点に特徴がある。

イオン銃3を直線方向に配置する際にパーマロイなどの材質にて、磁場、電場に対して、イオンビーム2が影響を受けないように、シールドカバー20を設置する。イオン銃3を隣接して配置することで、試料室5の容積が小さくなり排気時間の短縮とともに、試料の処理時間の短縮を図ることができる。

1・・・試料、2・・・イオンビーム、3・・・イオン銃、4・・・ガス注入機構、5・・・試料室、6・・・排気装置、7・・・ベンド機構、8・・・試料ステージ、9・・・制御装置、10・・・モータ、11・・・駆動Aシャフト、12・・・駆動Bシャフト、13・・・ステージアーム、14・・・平歯車、15・・・試料台、16・・・ステージベース、17・・・ウォームギア、18・・・モータ、19・・・平歯車、20・・・シールドカバー、21・・・回転軸、22・・・スイング軸、23・・・マスク

Claims (8)

1. 試料にイオンビームを照射するイオン銃と、前記イオンビームによって照射加工される前記試料を内置する試料室と、前記試料室を真空に保つための排気を行なう排気装置と
   を備えたイオンミリング装置において、一つの試料室に複数のイオン銃を設け、当該複数のイオン銃によって照射加工される複数の試料を配置する試料ステージ機構を備えたことを特徴とするイオンミリング装置。
2. 請求項１において、前記試料ステージ機構は、前記複数のイオン銃に対応して、同時に同数の試料を配置する構成としたことを特徴とするイオンミリング装置。
3. 請求項１において、前記複数のイオン銃を夫々独立して制御する制御装置を備え、前記複数のイオン銃を作動して、前記試料ステージ機構に配置された複数の試料を同時に照射加工することを特徴とするイオンミリング装置。
4. 請求項1において、前記試料ステージ機構は、複数の試料を配置するステージにスイング機構を備え、一度に複数の試料の断面加工を可能にしたことを特徴とするイオンミリング装置。
5. 請求項1において、前記試料ステージ機構は、複数の試料を配置するステージにスイング機構および傾斜、回転機構を備え、一度に複数の試料の断面加工または表面加工を可能にしたことを特徴とするイオンミリング装置。
6. 請求項1において、複数のイオン銃は、前記一つの試料室に直線状に配置したことを特徴とするイオンミリング装置。
7. 請求項６において、前記直線状に配置した複数のイオン銃を夫々シールドカバーで覆ったことを特徴とするイオンミリング装置。
8. 請求項1において、前記試料ステージ機構は、前記複数の試料をステージ上に直線状に配置したことを特徴とするイオンミリング装置。

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