JP2013165002A - 荷電粒子線装置、試料マスクユニット、および変換部材 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のイオンミリング装置では、ミリング中の試料について、どの程度加工されているかをＳＥＭにて観察して再度ミリングを実施するためには試料とマスクの位置関係を再調整する必要が生じる。このため、作業が煩雑になり、時間がかかるといった問題があった。本発明は、かかる点に鑑みて、マスクと試料との位置関係を保ったまま、ミリングされた試料を観察できる荷電粒子線装置、試料マスクユニット、および試料マスクユニットを荷電粒子線装置と観察装置で共用するための変換部材を提供することを目的とする。
【解決手段】イオンビームによって試料表面を加工する加工手段と、加工した面を観察する観察手段を有する荷電粒子線装置において、試料マスクユニットは、イオンビームによって加工された加工面が試料マスクユニットの構造物より観察用ビーム源に対して近い位置に固定されるように構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（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でミリングされた試料を観察できる荷電粒子線装置、および当該荷電粒子線装置で用いられる試料マスクユニット、および試料マスクユニットを荷電粒子線装置と観察装置で共用するための変換部材に関する。

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。

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。

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。

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。

なお、イオンミリング装置では、試料の加工したい部分のみを加工用のビームで照射し加工を要さない部分は加工用のビームを非照射とするため、試料の加工を要さない部分をマスクで覆って加工している。

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。

特許文献２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備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。

特許文献３には、ＳＥＭ試料台を介さずに直接ＳＥＭ試料台支持台に固定できるイオンミリング装置の試料ホルダに関して記載されている。

特開平９−２９３４７５号公報 特開２００５−９１０９４号公報 特開２００７−０１８９２０号公報

従来のイオンミリング装置では、ミリング中の試料について、どの程度加工（ミリング）されているかをＳＥＭにて観察する場合、ミリングされた試料を、試料とマスクの位置関係を固定している試料マスクユニットから取り外して、ＳＥＭでの観察位置に配置しなおす必要がある。

そのため、ＳＥＭにてミリングの状態を観察し、再度ミリングが必要と判断された場合、試料をＳＥＭでの観察位置から取り外し、イオンミリング装置の試料マスクユニットに再度取り付けし、ミリングを再開する必要がある。しかし、この方法では、試料ホルダを試料マスクユニットから一度取り外ししてしまっているため、再度ミリングを実施するためには試料とマスクの位置関係を再調整する必要が生じる。このため、作業が煩雑になり、時間がかかるといった問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みて、マスクと試料との位置関係を保ったまま、ミリングされた試料を観察できるイオンミリング装置、走査電子顕微鏡、およびこれらの装置での加工方法または観察方法を提供することを目的とする。

イオンミリング装置で用いられる試料マスクユニットであって、前記試料を保持する試料ホルダと、前記試料ホルダに固定された前記試料の一部を前記イオンビームから遮蔽するマスクと、前記試料と前記マスクとの遮蔽位置関係を固定する位置決め部とを備える試料マスクユニットは、イオンビームで加工された試料の加工面を観察する状態に設置された場合に、前記加工面が前記試料マスクユニットの構造物より前記観察用ビーム源に対して近い位置に固定されるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、イオンミリングされた試料を観察し、再度ミリングする場合の調整作業を容易にすることができる。

イオンミリング装置の概略構成図である。 従来の試料マスクユニットの概略構成図である。 実施例１の試料マスクユニットの概略構成図である。 試料マスクユニットと変換ホルダの概略構成図である。 従来の試料マスクユニットと変換ホルダの概略構成図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、実施形態と記述）を詳細に説明する。

以下で説明する実施例１，２においては試料断面のミリング加工および観察について説明するが、本発明は断面ミリング加工だけでなく、平面ミリング加工においても同様に適用できる。

＜第一の実施形態＞
本実施例は、イオンミリング装置、走査電子顕微鏡、光学式顕微鏡、観察手段と加工手段とを備えたその他荷電粒子線装置に適用可能である。

図１は、本実施例によるイオンミリング装置の構成を示したものである。図１の上図はイオンミリング装置の上面図であり、図１の下図はイオンミリング装置の側面断面図である。以下では、イオン源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。

イオン源１はイオンビームを発生させ、試料に対してイオンビームが照射される。なお、図１の下図におけるイオンビームの方向は紙面手前方向から奥行き方向である。アルゴンイオンのイオン源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９で制御される。真空チャンバ１５は真空排気系制御部１１にて真空排気系８を制御して、真空または大気の状態にでき、その状態を保持できる。真空チャンバの内部に試料マスクユニット２１が設置されている。

試料マスクユニット２１はマスク２と試料３との位置決め機構を有する部材である。具体的な試料マスクユニット２１の構造については後述する。マスク２は、試料の加工が不要な部分に対して加工用のイオンビームが照射されないように、試料の加工が不要な部分を覆うものであって、イオンビームを透過しない部材で構成されている。したがってマスク２は試料３よりイオン源側に配置される。マスク２によりイオンビームの一部を遮蔽し、マスク２の端面に沿ってイオンビームによりミリング加工される。図１の例では試料の下部をマスク２で覆うことにより、試料３の下部（図１においてマスク２により隠れている部分）にはイオンビームが照射されない。以下で試料３の鏡面研磨面とは、試料３のうち、イオンビームの光軸（紙面垂直方向）に平行な面であって、イオンビームによりミリング加工された試料３の断面を指す。図１の例では、試料の鏡面研磨面は試料３のうち加工観察窓１４と対向する面をいう。

真空チャンバ１５は、通常真空雰囲気を形成するための空間を形成する直方体形状（箱型）、或いはそれに準ずる形状をなしている。真空チャンバ１５の上面（重力のある環境で、重力場の向う方向と反対の方向）には加工観察窓１４が設けられ、側面（上面に隣接する面であって、重力場の向う方向と垂直な方向）にはイオン源１および、試料微動機構６が設けられる。また、イオン源１と試料微動装置６は直交するように側面に配置される。さらに、加工観察窓１４にスパッタされた粒子が堆積することを防ぐために、加工観察窓１４の下部にシャッターを設置してもよい。

試料微動ベース５は、真空チャンバ１５の側面に設けられた試料微動機構６を介して、真空チャンバ１５の容器壁の一部を兼ねるフランジ１２に配置されており、真空チャンバ１５を大気状態に開放した時に、フランジ１２をリニアガイド１３に沿って引き出すことで、試料微動ベース５および、試料微動ベース５に設置された、試料３が固定された試料マスクユニット２１を真空チャンバ１５の外部へ引き出されるように構成されている。

また、試料微動ベース５には、試料保持部材（試料マスクユニット微動機構４を含む試料を保持する部材）を載置可能な回転体７が設けられている。回転体７は、試料保持部材を支持する支持台として機能する。また、試料微動ベース５は、回転体７により真空チャンバ１５側面方向より照射される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ており、回転傾斜させる方向と傾斜角度は、試料微動制御部１０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望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、Ｘ方向とＹ方向に移動できるように構成される。

図２を用いて、従来の試料マスクユニットの構成を説明する。
上述の通り、試料マスクユニット２１は、マスク２と試料３との位置決め機構を有する。具体的には、位置決め機構とはマスク２と試料３との位置関係を調整する手段と、調整された位置関係を固定する手段を有するものであって、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したものを称する。また、これに試料マスクユニット微動機構４を取り付けたものを、試料マスクユニット２１と称することもある。

図２では、試料ホルダの回転機構２８として試料ホルダ回転リング２２と、試料ホルダ回転ねじが備えられており、イオンビームの光軸５１に対して、垂直に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、試料ホルダ回転機構２８を回すことによって回転するように構成されており、逆回転は試料ホルダ回転機構２８の先に取り付けられたばねのばね圧で戻るようになっている。

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３は、試料ホルダ２３に接着固定される。試料ホルダ２３は、試料ホルダ回転リング２２に挿入され、試料ホルダ２３の高さ方向の位置を調整し、試料ホルダ２３はマスク２に密着され固定される。

ここで問題になるのは、試料３の鏡面研磨面の観察である。
図２に示す従来の試料マスクユニットでは、試料３の鏡面研磨面側には、試料ホルダ回転リング２２、マスク微調整機構２６、試料ホルダ回転機構２８および、試料マスクユニット微動調整機構２９といった、試料マスクユニット２１の構成部品および機構部が配されている。このため、鏡面研磨面に垂直な方向から観察する場合、前述の構成部品および機構部が観察視野と干渉したり、鏡面研磨面と観察用の光源または荷電粒子線源との間の距離を短くしたりすることができないといった不都合が生じる。また、試料３周辺にマスク２以外の構成部品や機構部が配されている場合、断面ミリング加工の際に、回転傾斜により試料３およびマスク２以外の部分にイオンビームが誤って照射され、イオンビームによりスパッタされた粒子が、試料３に堆積および、付着する可能性がある。

そこで、本実施例の試料マスクユニット２１では、試料が試料マスクユニットに固定され、かつ、観察装置または観察手段を有するイオンミリング装置に設置された状態において、試料の鏡面研磨面（加工面）が位置調整機構等の試料マスクユニットの構造物より観察用の光源または荷電粒子線源に対して近い位置に固定されるように、試料マスクユニットが構成されている。以下、具体的に本実施例の試料マスクユニットを説明する。

図３に本実施例の試料マスクユニット２１を示す。試料３の鏡面研磨面側が試料マスクユニット２１の端部になるように固定する。また、試料マスクユニット２１の構成部品である、試料ホルダ回転リング２２および、試料ホルダ回転機構２８を、試料３の鏡面研磨面の内側になるよう配置する。また、マスク微調整機構２６および、試料マスクユニット微動調整機構２９を、試料３の鏡面研磨面と反対側に配置する。試料マスクユニット２１の機構部を試料３の鏡面研磨面側と逆側に集中して配置する構成とする。

なお、ここではマスク微調整機構２６および試料マスクユニット微動調整機構２９は鏡面研磨面と反対側に配置するとしたが、鏡面研磨面と異なる方向の面であればよい。すなわち、これらの機構は観察用の光源に対向する面とは異なる面に配置されていればよい。また、上記では試料ホルダ回転リング２２および、試料ホルダ回転機構２８を観察用の光源に対向する面に設けられる構成としたが、これらの機構が試料マスクユニットの他の面に設けられていてもよい。重要なのは、試料マスクユニットの観察用の光源に対向する面に設けられる機構が、試料の鏡面研磨面より観察用の光源に対して遠くなるように、試料マスクユニットが構成されることである。

なお、本実施例では図１の加工観察窓の外側に観察用の光学系が設けられることとしているので、試料に対する観察用の光源の方向は、試料に対する加工観察窓１４の方向と一致する。

上述のように試料マスクユニット２１の構成部品を配置することで、試料３の鏡面研磨面に垂直な方向（観察用の光源方向）には、干渉する部品等が無くなるため、試料３の鏡面研磨面に垂直な方向からの観察が可能となる。また、試料３の鏡面研磨面と鏡面研磨面に垂直な方向からの観察用の光源または荷電粒子線源との間の距離を短くすることも可能となる。さらに、試料３の鏡面研磨面の方向（ミリング加工の光軸方向）にも、干渉する部品等が無くなるため、断面ミリング加工の際に、回転傾斜により試料３およびマスク２以外の部分にイオンビームが誤って照射されることが無くなることで、イオンビームによりスパッタされた粒子が、試料３に堆積および、付着することを防ぐことが可能となる。本実施例では、試料３の鏡面研磨面の方向（ミリング加工の光軸方向）にも鏡面研磨面に垂直な方向（観察用の光源方向）にも干渉する部品等がないため、ミリング加工した試料の鏡面研磨面を観察する場合にユーザの利便性を向上させることができる。

以上の試料マスクユニットを用いることで、図１に示すような、真空チャンバ１５の上面に加工観察窓１４、側面にイオン源１を設けられたイオンミリング装置において、試料マスクユニット２１から試料ホルダ２３を取り外すことなく、加工観察窓１４を通して、試料３の鏡面研磨面に垂直な方向から、加工状態を確認することが可能となる。したがって、イオンミリングされた試料を観察し再度ミリングする場合であっても、マスクと試料の位置合わせの調整作業が不要となる。

加工観察窓１４の上部に、光学顕微鏡を設置することにより、ミリング加工の進捗が確認できる。所望の加工範囲まで加工が完了した時点で、加工を終了し、試料を取り出すことができるため、スループットの向上につながる。光学顕微鏡は、光源から出る光を集束して試料上に照射する光学系を有するものであり、説明は省略するが、一般的な構成のものであればよい。

さらに、前述した光学顕微鏡に代えて、加工観察窓１４の上部に、電子顕微鏡を設置してもよい。電子顕微鏡は、電子源から出る電子線を集束して試料上に照射する電子光学系を有するものであり、特に電子線によって試料上を走査することで試料からの二次電子や反射電子を検出する走査電子顕微鏡が好適である。電子顕微鏡についての詳しい説明は省略するが、一般的な構成のものであればよい。ミリング加工の進捗を確認するときは、まずミリング加工を一度停止し、電子顕微鏡による観察を行う。所望の加工範囲が得られていない場合は、電子ビーム照射を停止し、再度イオンビームを照射し、ミリング加工を再開する。所望の加工範囲が得られている場合は、必要となる倍率まで拡大し、画像を取得することができるため、さらなるスループットの向上につながる。

なお、上記では光学顕微鏡と電子顕微鏡での観察について述べたが、特定の方向から試料の表面を観察する手段であれば、これ以外の観察手段であっても良い。

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、ミリング中の試料をＳＥＭにて観察した後、ミリング位置への再調整作業を介さずに、容易に再度ミリングを実施することが可能となり、きわめて効率的である。

＜第２の実施形態＞
本実施例は、イオンミリング装置、試料の加工手段を備えたその他荷電粒子線装置に適用可能である。特に、加工した試料を走査電子顕微鏡、光学式顕微鏡等、別の観察装置で観察する場合に好適である。

試料３の鏡面研磨面の加工状態の確認は、イオンミリング装置の加工観察窓１４からの観察に限定されるものではない。加工観察窓１４に電子顕微鏡を設置する場合、装置が大型化し、また装置が高価になってしまう。そのため、より詳細に試料３の鏡面研磨面を観察する場合、イオンミリング装置から取り出して、ＳＥＭや光学顕微鏡等の観察装置で観察する必要がある。以下ではＳＥＭにて観察する例を説明する。

従来の方法では、ＳＥＭにて観察する場合、試料３を固定した試料ホルダ２３を、イオンミリング装置の試料マスクユニット２１から取り外して、ＳＥＭ試料台支持部に、試料ホルダ２３を直接もしくは、ＳＥＭ試料台を介して固定し、試料３の鏡面研磨面の加工状態を観察する。再度加工が必要と判断された場合、試料ホルダ２３をＳＥＭ試料台支持部もしくは、ＳＥＭ試料台から取り外し、イオンミリング装置の試料マスクユニット２１に再度取り付け後、ミリング位置への再調整作業が必要となる。そのため、作業が煩雑になり、時間がかかるといった問題がある。

そこで本実施例では、再加工の際に必要となるミリング位置への再調整作業を不要とすることで、容易に試料３の鏡面研磨面の加工状態をＳＥＭにて観察する方法について説明する。この場合、実施例１とは異なり、イオンミリング装置の真空試料室から一旦試料を取り出して、ＳＥＭの試料室に試料を移す作業が必要となる。

ミリング位置への再調整作業を不要とするためには、試料マスクユニット２１から試料ホルダ２３を取り外すことなく、ＳＥＭにて試料３の鏡面研磨面の加工状態を観察することができれば良い。そこで、試料マスクユニット２１をＳＥＭの試料台支持部に固定するための変換ホルダを準備する。

図４は、第一の実施形態に示す図３の試料マスクユニット２１を、ＳＥＭの試料台支持部に固定するための変換ホルダに装着した例である。

本実施例の変換ホルダは、少なくとも試料マスクユニットに取り付けられる試料マスクユニット用取付部と、ＳＥＭの試料台支持部に取り付けられるＳＥＭ試料台支持部用取付部とを有する。さらに試料マスクユニットの位置決めを行うための位置決め固定手段を有する。より具体的には、以下で詳しく説明する。

試料マスクユニット２１には、試料微動ベース５に固定するための、試料マスクユニット固定部３０、試料マスクユニット固定部ねじ３２および、再現性のある決まった位置に設置するための、試料マスクユニット位置決め機構３１が備わっている。試料マスクユニット位置決め機構３１によって、観察装置の試料ホルダ固定部に対する試料マスクユニット２１の位置および方向が一意に決められる。したがって、イオンミリング装置による加工と、顕微鏡等の観察装置による観察を繰り返しても、毎回同じ位置および方向で試料を観察できるため、容易に加工の進み具合を確認しながら加工することができる。

試料マスクユニット固定部３０、試料マスクユニット固定部ねじ３２、試料マスクユニット位置決め機構３１は、試料マスクユニットが観察装置に設置された場合において、試料マスクユニット２１のうち観察用光源に対向する面とは異なる面に設けられている。図４では観察用光源に対向する面と反対側の面にこれらが設けられている例を示しているが、これに限られない。試料マスクユニット固定部３０、試料マスクユニット固定部ねじ３２、試料マスクユニット位置決め機構３１に対して変換ホルダ４１が取り付けられる。

変換ホルダ４１には、試料微動ベース５と同様に、試料マスクユニット２１を固定するための、変換ホルダ支持部４２、変換ホルダ支持部ねじ穴４４および、再現性のある決まった位置に設置するための、変換ホルダ位置決め機構４３を設ける。これらは試料マスクユニット固定部３０、試料マスクユニット固定部ねじ３２、試料マスクユニット位置決め機構３１に係合するものであって、試料マスクユニット２１の位置決め機構３１と、変換ホルダ４１の位置決め機構４３の位置を合わせ、試料マスクユニット固定部３０と変換ホルダ支持部４２を、試料マスクユニット固定部ねじ３２と変換ホルダ支持部ねじ穴４４にて固定することで、試料マスクユニット２１は、変換ホルダ４１に対し、再現性のある決まった位置に固定される。

ここで、再現性のある決まった位置に設置するための、試料マスクユニット位置決め機構３１および、変換ホルダ位置決め機構４３は、図４に示すような、ピンとホールに限定されるものではない。例えば、キーと溝でも構わないし、ピンとホールの設置も逆でも構わない。なお、位置決め機構の数は、１つに限定されるものではなく、複数設置しても構わない。試料マスクユニット２１と、変換ホルダ４１が、再現性のある決まった位置に固定されればよい。

また、試料マスクユニット２１と変換ホルダ４１を固定するための方法は、図４に示すような、試料マスクユニット固定部３０と変換ホルダ支持部４２を、試料マスクユニット固定部ねじ３２と変換ホルダ支持部ねじ穴４４にて固定する方法に限定されるものではない。試料マスクユニット固定部３０と変換ホルダ支持部４２の凹凸は逆でも構わないし、円形で無くても良い。試料マスクユニット固定部ねじ３２と変換ホルダ支持部ねじ穴４４の構造も逆でも構わないし、数量も１つに限定されるものではない。変換ホルダ支持部４２を複数の止めネジで押さえこみ固定しても構わないし、割りピンを差し込んで固定しても構わないし、凸部をクランピングして固定しても構わない。試料マスクユニット２１と、変換ホルダ４１が、固定されればよい。

試料マスクユニット２１を装着した変換ホルダ４１は、ＳＥＭ試料台支持部取付機構４５とＳＥＭ試料台支持部を固定することで、ＳＥＭ試料台支持部に取り付けられる。これによって、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から取り外すことなく、ＳＥＭにて試料３の鏡面研磨面の加工状態を観察することが可能となる。

ＳＥＭ試料台支持部取付機構４５は、変換ホルダ４１とＳＥＭ試料台支持部との位置関係および方向を一意に固定するものであるのが望ましい。これによって、上述の試料マスクユニット位置決め機構３１によって固定された、観察装置の試料ホルダ固定部に対する試料マスクユニット２１の位置および方向を保ったまま、ＳＥＭ観察することができる。

また、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から取り外していないことから、イオン源１と試料３との加工位置関係および、マスク２と試料３との遮蔽位置関係といった、ミリングを実施するために調整された位置関係は、試料マスクユニット２１によって保持されているため、ＳＥＭにて試料３の鏡面研磨面の加工状態を観察した後、ミリング位置への再調整作業を介さずに、イオンミリング装置の試料微動ベース５に固定し、再度ミリングを実施することが可能となる。

さらに、試料マスクユニット２１は、変換ホルダ４１に対し、再現性のある決まった位置に固定されることから、ＳＥＭ試料台支持部に対しても、試料３の鏡面研磨面が再現性のある決まった位置に固定されるため、再ミリング後、再度ＳＥＭにて観察する場合、再ミリング前の同一観察視野にて、試料３の鏡面研磨面の加工状態をＳＥＭにて観察することが可能となる。

なお、本実施例では、試料マスクユニット２１と変換ホルダ４１の固定は、試料マスクユニット２１と、試料微動ベース５との着脱機構を用いたが、その機構に限定されるものではない。試料マスクユニット２１と、真空チャンバ１５から別体に構成されるマスク２と試料３との遮蔽位置関係を観測する光学顕微鏡との着脱機構を用いても良いし、変換ホルダ４１のために専用の着脱機構を備えても良い。

また、本実施例では、試料マスクユニット２１は変換ホルダ４１を介して、ＳＥＭ試料台支持部に固定したが、これに限定されるものではない。試料マスクユニット２１をＳＥＭ試料台支持部へ直接固定できるように、試料マスクユニット２１とＳＥＭ試料台支持部に、再現性のある決まった位置に固定できる位置決め機構と、着脱機構を備えても良い。

図５は、本実施例との比較のために、従来例の構造である図２に示す試料マスクユニット２１を、ＳＥＭの試料台支持部に固定するための変換ホルダに装着した例である。

従来例の試料マスクユニット２１であっても、変換ホルダ４１を介してＳＥＭ試料台支持部に固定することにより、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から取り外すことなく、ＳＥＭにて試料３の鏡面研磨面の加工状態を観察することができるが、従来例の試料マスクユニット２１にあっては、試料３の鏡面研磨面側に、試料ホルダ回転リング２２、マスク微調整機構２６、試料ホルダ回転機構２８および、試料マスクユニット微動調整機構２９といった、試料マスクユニット２１の構成部品および機構部が配されているため、鏡面研磨面に垂直な方向からの観察ができない。従って、前述の構成部品および機構部が観察視野と干渉することを回避するため、試料マスクユニット２１を変換ホルダ４１にて斜めに固定しＳＥＭ試料台支持部に固定する必要があり、鏡面研磨面に対し斜めの方向からしか観察することができないという不都合があった。

しかしながら、本実施例の試料マスクユニット２１にあっては、第一の実施形態でも示したように、試料３の鏡面研磨面側が試料マスクユニット２１の端部になるよう、試料マスクユニット２１の構成部品を配置することで、試料３の鏡面研磨面と鏡面研磨面に垂直な方向からのＳＥＭ用の電子源との間には、干渉する部品等が無くなるため、ＳＥＭによる観察においても、試料３の鏡面研磨面に垂直な方向から加工状態の観察が可能となる。

以上のことから、本実施例の試料マスクユニット２１は、変換ホルダ４１を介してＳＥＭ試料台支持部に取り付けることができる。これによって、観察のためにイオンミリング装置の真空チャンバから観察装置の試料室に試料を移動する場合において、イオンミリング装置によるミリング加工および、ＳＥＭによるミリング加工された試料３の鏡面研磨面の加工状態の観察を、再調整作業不要で繰り返し実施することが可能となる。

さらに、変換ホルダ４１が再現性のある決まった位置に固定できる位置決め機構を備えることで、イオンミリング装置とは別の装置に試料を移し変えて観察する場合であっても、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から取り外すことなく、イオン源１と試料３との加工位置関係および、マスク２と試料３との遮蔽位置関係といった、ミリングを実施するために調整された位置関係を保持したまま、観察することができる。

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 試料微動機構
７ 回転体
８ 真空排気系
９ イオン源制御部
１０ 試料微動制御部
１１ 真空排気系制御部
１２ フランジ
１３，２４ リニアガイド
１４ 加工観察窓
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 マスク微調整機構
２７ マスク固定ねじ
２８ 試料ホルダ回転機構
２９ 試料マスクユニット微動調整機構
３０ 試料マスクユニット固定部
３１ 試料マスクユニット位置決め機構
３２ 試料マスクユニット固定部ねじ
４１ 変換ホルダ
４２ 変換ホルダ支持部
４３ 変換ホルダ位置決め機構
４４ 変換ホルダ支持部ねじ穴
４５ 変換ホルダＳＥＭ試料台支持部取付機構
５１ イオンビームの光軸

Claims (8)

1. イオンビームによって試料表面を加工する加工手段と、加工した面を観察する観察手段を有する荷電粒子線装置において、
   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、
   前記試料を保持する試料ホルダと、前記試料ホルダに固定された前記試料の一部を前記イオンビームから遮蔽するマスクと、前記試料と前記マスクとの遮蔽位置関係を固定する位置決め部とを備える試料マスクユニットと、
   前記試料の前記イオンビームによって加工された加工面の観察に用いる光または荷電粒子線を発生する観察用ビーム源と、
   前記光または荷電粒子線を集束して前記加工面に照射する観察用光学系と、
   を備え、
   前記試料マスクユニットは、前記加工面が前記試料マスクユニットの構造物より前記観察用ビーム源に対して近い位置に固定されるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、さらに、
   前記試料マスクユニットは前記遮蔽位置関係を調整するマスク位置調整部とを備え、
   前記マスク位置調整部は、前記試料マスクユニットのうち前記観察用ビーム源に対向する面とは異なる面に配置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. イオンビームによって試料を加工するイオンミリング装置と、前記イオンビームによって加工された前記試料の加工面を観察用ビーム源から発生する光または荷電粒子線によって観察する観察装置と、で共用される試料マスクユニットに取り付けられる変換部材であって、
   前記試料マスクユニットは、
   前記試料を保持する試料ホルダと、
   前記試料ホルダに固定された前記試料の一部を前記イオンビームから遮蔽するマスクと、
   前記試料と前記マスクとの遮蔽位置関係を固定する位置決め部とを備え、
   前記試料マスクユニットは、前記試料マスクユニットが前記観察装置に設置された場合に、前記加工面が、前記試料マスクユニットの構造物より前記観察用ビーム源に対して近い位置に固定されるように構成されており、
   当該変換部材は、前記試料マスクユニットに係合する第一の取付部と、前記観察装置の試料ホルダ固定部に係合する第二の取付部とを有し、
   前記第一の取付部は、前記試料マスクユニットが前記観察装置に設置された場合に前記試料マスクユニットのうち前記観察用ビーム源に対向する面とは異なる面に取り付けられることを特徴とする変換部材。
4. 請求項３に記載の変換部材において、さらに、
   前記変換部材は、前記観察装置の試料ホルダ固定部に対する前記試料マスクユニットの位置および方向を一意に固定する位置決め固定手段を有することを特徴とする変換部材。
5. イオンビームによって試料を加工するイオンミリング装置と、前記イオンビームによって加工された前記試料の加工面を観察用ビーム源から発生する光または荷電粒子線によって観察する観察装置と、で共用される試料マスクユニットにおいて、
   前記試料マスクユニットは、
   前記試料を保持する試料ホルダと、
   前記試料ホルダに固定された前記試料の一部を前記イオンビームから遮蔽するマスクと、
   前記試料と前記マスクとの遮蔽位置関係を固定する位置決め部とを備え、
   前記試料マスクユニットが前記観察装置に設置された場合に、
   前記加工面が、前記試料マスクユニットの構造物より前記観察用ビーム源に対して近い位置に固定されるように構成されていることを特徴とする試料マスクユニット。
6. 請求項５に記載の試料マスクユニットにおいて、さらに、
   前記試料マスクユニットは前記遮蔽位置関係を調整するマスク位置調整部とを備え、
   前記マスク位置調整部は、前記試料マスクユニットが前記観察装置に設置された場合に前記試料マスクユニットのうち前記観察用ビーム源に対向する面とは異なる面に配置されていることを特徴とする試料マスクユニット。
7. 請求項５に記載の試料マスクユニットにおいて、
   前記試料マスクユニットは、前記イオンミリング装置の試料ホルダ固定部に係合する第一の取付部と、前記観察装置の試料ホルダ固定部に係合する第二の取付部とを、備えた変換部材を介して、観察装置の試料ホルダ固定部に取り付けられることを特徴とする試料マスクユニット。
8. 請求項７に記載の試料マスクユニットにおいて、
   前記変換部材は、前記観察装置の試料ホルダ固定部に対する前記試料マスクユニットの位置および方向を一意に固定する位置決め固定手段を有することを特徴とする試料マスクユニット。