JP2018200815A - イオンミリング装置及び試料ホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】試料に照射されるイオンビームの範囲を広げることができるイオンミリング装置及び試料ホルダーを提供する。
【解決手段】イオンミリング装置１は、イオン照射源４と、試料ホルダー３０と、試料ステージ５と、回転機構６と、スライド機構と、を備えている。試料ホルダー３０は、遮蔽板３２から試料３３をイオンビームＬ１の光軸と直交する方向Ｙに突出させて保持する。回転機構６は、回転軸の回転中心Ｒ１がイオンビームＬ１の光軸と直交し、かつ試料３３が遮蔽板３２から突出する方向Ｙと平行な方向に配置されている。そして、回転機構６は、試料ステージ５を回転可能に支持する。スライド機構は、試料ホルダー３０に保持された試料３３をイオンビームＬ１の光軸の方向Ｚに沿って移動可能に支持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡などで観察される試料を作製するために用いられるイオンミリング装置、及び試料を保持する試料ホルダーに関する。

一般的に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電子顕微鏡によって観察される試料は、イオンミリング装置によってイオンビームを照射してエッチングを行い、観察に適した形状に加工される。

このようなイオンミリング装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。この特許文献１では、試料を保持する試料ホルダーと、この試料ホルダーが装着される試料ステージとを備えている。そして、試料ステージは、傾斜軸の周りに傾斜可能な試料ステージ引出機構に取り付けられている。

特開２００５−９１０９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、試料ステージの傾斜軸が常に試料と遮蔽板との境界線上に位置していた。そのため、特許文献１に記載された技術では、試料に照射されるイオンビームの範囲、すなわち加工範囲は、イオンビームの径に依存していており、イオンビームの照射範囲を広げることができなかった。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、試料に照射されるイオンビームの範囲を広げることができるイオンミリング装置及び試料ホルダーを提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のイオンミリング装置は、イオン照射源と、試料ホルダーと、試料ステージと、回転機構と、スライド機構と、を備えている。イオン照射源は、イオンビームを照射する。試料ホルダーは、イオンビームを遮蔽する遮蔽板を有し、遮蔽板から試料をイオンビームの光軸と直交する方向に突出させて保持する。試料ステージには、試料ホルダーが装着される。回転機構は、回転軸の回転中心がイオンビームの光軸と直交し、かつ試料が遮蔽板から突出する方向と平行な方向に配置されている。そして、回転機構は、試料ステージを回転可能に支持する。スライド機構は、試料ホルダーに保持された試料をイオンビームの光軸の方向に沿って移動可能に支持する。

また、本発明の試料ホルダーは、試料保持部と、遮蔽板と、ホルダー本体と、ホルダー支持部と、ホルダー側装着部と、を備えている。試料保持部は、試料を保持する。遮蔽板は、試料保持部の一側に配置されて、試料の加工面の一部を覆う。ホルダー本体は、試料保持部及び遮蔽板を有する。ホルダー支持部は、ホルダー本体を支持する。ホルダー側装着部は、ホルダー支持部を移動可能に支持する。試料保持部は、試料の一部を遮蔽板から突出させて保持する。また、ホルダー側装着部は、試料における遮蔽板から突出する方向と直交し、かつ試料の加工面とも直交をなす方向に、ホルダー支持部を移動可能に支持する。

本発明のイオンミリング装置及び試料ホルダーによれば、試料に照射されるイオンビームの範囲を広げることができる。

本発明の第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置における試料ステージ周りを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる試料ホルダーを示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置の動作を示すもので、図４Ａは試料ホルダーを回動させていない状態を示す斜視図、図４Ｂ及び図４Ｃは試料ホルダーを回動させた状態を示す斜視図である。 図４の状態における試料及び遮蔽板を拡大して示すもので、図５Ａは図４Ａの拡大図、図５Ｂは図４Ｂの拡大図、図５Ｃは図４Ｃの拡大図である。 図４及び図５の状態におけるイオンビームの照射範囲を模式的に示すもので、図６Ａは図４Ａ及び図５Ａの説明図、図６Ｂは図４Ｂ及び図５Ｂの説明図、図７Ｃは図４Ｃ及び図５Ｃの説明図である。 図４〜図６の状態における試料とイオンビームの関係を模式的に示すもので、図７Ａは回動時の試料とイオンビームの関係を示す説明図、図７Ｂは加工後の試料を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかりイオンミリング装置において試料をイオン照射源から離反する方向に移動させた状態を示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置において試料をイオン照射源から離反する方向に移動させた状態を示すもので、図９Ａは試料ホルダーを回動させていない状態を示す斜視図、図９Ｂ及び図９Ｃは試料ホルダーを回動させた状態を示す斜視図である。 図９の状態における試料及び遮蔽板を拡大して示すもので、図１０Ａは図９Ａの拡大図、図１０Ｂは図９Ｂの拡大図、図１０Ｃは図９Ｃの拡大図である。 図９及び図１０の状態におけるイオンビームの照射範囲を模式的に示すもので、図１１Ａは図９Ａ及び図１０Ａの説明図、図１１Ｂは図９Ｂ及び図１０Ｂの説明図、図１１Ｃは図１１Ｃ及び図１１Ｃの説明図である。 図９〜図１１の状態における試料とイオンビームの関係を模式的に示すもので、図１２Ａは回動時の試料とイオンビームの関係を示す説明図、図１２Ｂは加工後の試料を示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置において試料をイオン照射源に接近する方向に移動させた状態を示すもので、図１３Ａは試料ホルダーを回動させていない状態を示す斜視図、図１３Ｂ及び図１３Ｃは試料ホルダーを回動させた状態を示す斜視図である。 図１３の状態における試料及び遮蔽板を拡大して示すもので、図１４Ａは図１３Ａの拡大図、図１３Ｂは図１４Ｂの拡大図、図１３Ｃは図１４Ｃの拡大図である。 図１３及び図１４の状態におけるイオンビームの照射範囲を模式的に示すもので、図１５Ａは図１３Ａ及び図１４Ａの説明図、図１５Ｂは図１３Ｂ及び図１４Ｂの説明図、図１５Ｃは図１３Ｃ及び図１４Ｃの説明図である。 イオンビームの照射範囲と回転軸の回転中心から加工面までの距離との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態例にかかるイオンミリング装置を示すもので、図１７Ａは試料ホルダーを移動させていない状態を示す斜視図、図１７Ｂは試料ホルダーをイオン照射源から離反する方向に移動させた状態を示す斜視図、図１７Ｃは試料ホルダーをイオン照射源に接近する方向に移動させた状態を示す斜視図である。

以下、本発明のイオンミリング装置及び試料ホルダーの実施の形態例について、図１〜図１７Ｃを参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

１．第１の実施の形態例
１−１．イオンミリング装置の構成
まず、本発明の第１の実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかるイオンミリング装置について図１を参照して説明する。
図１は、本例のイオンミリング装置を示す概略構成図である。

図１に示す装置は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察される試料を作製するイオンミリング装置である。イオンミリング装置１は、試料３３にイオンビームを照射してエッチングを行い、試料をＳＥＭやＴＥＭによる観察に適した形状に加工する装置である。

図１に示すように、イオンミリング装置１は、真空チャンバー２と、試料ステージ引出機構３と、イオン照射源４と、試料ステージ５と、回転機構６と、排気部７と、加工観察カメラ８と、真空排気駆動部９と、位置合わせカメラ１０と、制御部１５とを備えている。また、イオンミリング装置１は、電圧電源１８と、回転機構駆動部１９と、表示装置２０とを備えている。

真空チャンバー２は、中空の容器状に形成されている。真空チャンバー２の一面には、開口部２ａが形成されている。真空チャンバー２には、排気部７が接続されている。排気部７は、真空排気駆動部９により駆動する。排気部７が駆動することで、真空チャンバー２の内部空間の空気が排気される。

また、真空チャンバー２の開口部２ａを塞ぐようにして試料ステージ引出機構３が開閉可能に取り付けられている。試料ステージ引出機構３には、回転機構６と、試料ステージ５が設けられている。

試料ステージ５は、回転機構６に回転可能に支持される。回転機構６は、回転機構駆動部１９により回転駆動する。そして、試料ステージ５は、真空チャンバー２の内部空間に収容される。また、試料ステージ５には、試料３３を保持した試料ホルダー３０が着脱可能に装着される。試料ホルダー３０には、イオンビームＬ１を遮蔽する遮蔽板３２が設けられている。なお、回転機構６、試料ステージ５及び試料ホルダー３０の詳細な構成については後述する。

真空チャンバー２における試料ステージ５と対向する位置の壁面には、加工観察カメラ８が設けられている。加工観察カメラ８は、試料ステージ５に装着された試料ホルダー３０に保持された試料３３を撮影する。加工観察カメラ８は、表示装置２０に接続されている。表示装置２０には、加工観察カメラ８が撮影した画像が表示される。

真空チャンバー２の上部には、イオン照射源４が設けられている。イオン照射源４としては、例えばアルゴンガスを放電によりイオン化させてアルゴンイオン（イオンビームＬ１）を放出されるガスイオン銃が用いられる。そして、イオン照射源４は、真空チャンバー２の内部空間に向けてイオンビームＬ１を照射する。

以下、イオンビームＬ１の光軸と直交する方向を第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙとする。また、試料ホルダー３０に保持された試料３３が遮蔽板３２から突出する方向を第２の方向Ｙとし、この第２の方向Ｙと直交する方向を第１の方向Ｘとする。そして、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙと直交し、イオンビームＬ１の光軸と平行をなす方向を第３の方向Ｚとする。

イオン照射源４には、電圧電源１８が接続されている。電圧電源１８は、イオン照射源４に電圧を印加する。また、電圧電源１８は、制御部１５に設けたイオン照射源制御部１６により制御される。

また、制御部１５には、回転機構制御部１７が設けられている。回転機構制御部１７には、回転機構駆動部１９に接続されている。そして、回転機構制御部１７は、回転機構駆動部１９を制御することで、回転機構６の駆動を制御している。

試料ステージ引出機構３における上端部には、カメラ回動機構１２を介して位置合わせカメラ１０が設けられている。位置合わせカメラ１０は、カメラ回動機構１２により試料ステージ引出機構３の上部に回動可能に支持されている。カメラ回動機構１２が回動すると、位置合わせカメラ１０は、試料ステージ５に装着された試料ホルダー３０と第３の方向Ｚで対向する。

位置合わせカメラ１０は、試料ホルダー３０に保持された試料３３と遮蔽板３２を撮影する。また、位置合わせカメラ１０は、加工観察カメラ８と同様に、表示装置２０に接続されている。この表示装置２０には、位置合わせカメラ１０が撮影した画像が表示される。これにより、試料３３における遮蔽板３２からの突出量を視認することができる。

また、カメラ回動機構１２には、カメラ位置調整機構１１が設けられている。カメラ位置調整機構１１は、位置合わせカメラ１０の位置を調整する。

次に、図２を参照して試料ステージ５及び回転機構６について説明する。
図２は、試料ステージ５周りを示す斜視図である。
図２に示すように、回転機構６は、試料ステージ引出機構３における第１の方向Ｘと第２の方向Ｙと平行をなす一面に設けられている。上述したように、回転機構６は、回転機構駆動部１９（図１参照）により回転する。回転機構６の回転軸には、試料ステージ５が設けられている。また、回転機構６の回転軸の回転中心Ｒ１は、第２の方向Ｙと平行に配置される。したがって、回転機構６の回転中心Ｒ１は、イオンビームＬ１の光軸と直交し、かつ第１の方向Ｘとも直交する。

試料ステージ５は、試料位置調整機構５ａと、試料ホルダー３０が着脱可能に装着される装着部５ｂと、回転支持部５ｃとを有している。回転支持部５ｃは、回転機構６の回転軸に固定されている。回転支持部５ｃは、回転機構６の回転軸と共に回転する。

回転支持部５ｃには、試料位置調整機構５ａが設けられている。試料位置調整機構５ａは、回転支持部５ｃから第２の方向Ｙに向けて突出している。試料位置調整機構５ａは、支持台と、支持台に移動可能に支持された移動台とを有している。移動台は、支持台によって第１の方向Ｘと第２の方向Ｙに移動可能に支持されている。また、試料位置調整機構５ａにおける移動台には、装着部５ｂが設けられている。

装着部５ｂは、試料位置調整機構５ａから第３の方向Ｚに沿って立設している。装着部５ｂは、略平板状に形成されている。装着部５ｂにおける第２の方向Ｙの一面は、試料ステージ引出機構３とは反対側を向いている。また、装着部５ｂの一面には、試料ホルダー３０が着脱可能に装着される。これにより、試料ステージ５が回転機構６によって回転すると、試料ホルダー３０も試料ステージ５と共に回転する。

１−２．試料ホルダーの構成
次に、図３を参照して試料ホルダー３０の構成について説明する。
図３は、試料ホルダー３０を示す斜視図である。

図３に示すように、試料ホルダー３０は、ホルダー本体３１と、遮蔽板３２と、ホルダー支持部３５と、ホルダー側装着部３６と、試料載置台３７と、試料保持部３８と、を有している。また、試料ホルダー３０は、ガイドレール４１及びスライド溝４２からなるスライド機構４０が設けられている。

ホルダー側装着部３６には、スライド機構４０を構成するガイドレール４１が設けられている。ガイドレール４１は、ホルダー側装着部３６における装着部５ｂとは反対側の第２の方向Ｙの一面に設けられている。ガイドレール４１は、ホルダー側装着部３６における第３の方向Ｚの一端部から他端部にかけて延在している。ガイドレール４１には、ホルダー支持部３５に設けたスライド溝４２が摺動可能に係合される。

スライド溝４２は、ホルダー支持部３５における第３の方向Ｚの一端部から他端部にかけて延在している。また、スライド溝４２は、ホルダー支持部３５におけるホルダー側装着部３６と対向する面に設けられている。そして、ホルダー支持部３５は、ホルダー側装着部３６に第３の方向Ｚに沿って移動可能に支持されている。すなわち、ホルダー支持部３５は、スライド機構４０のスライド部材を構成している。

また、ホルダー支持部３５には、保持孔３５ａが形成されている。保持孔３５ａは、ホルダー支持部３５における第２の方向Ｙの一面から他面にかけて貫通している。この保持孔３５ａには、不図示の保持ねじが締結固定される。

保持孔３５ａに保持ねじが締結固定されることで、ホルダー支持部３５は、ホルダー側装着部３６に対して第３の方向Ｚの任意の位置で保持される。なお、ガイドレール４１に目盛を設けて、ホルダー支持部３５の移動量を視認可能に構成してもよい。

また、ホルダー支持部３５をホルダー側装着部３６に保持する構成としては、保持ねじに限定されるものではない。例えば、ガイドレール４１に第３の方向Ｚに沿って複数のホルダー側保持孔を形成し、ホルダー支持部３５の保持孔３５ａとガイドレール４１のホルダー側保持孔に保持ピンを挿入することで、ホルダー支持部３５をホルダー側装着部３６に保持させてもよい。

なお、ホルダー支持部３５をホルダー側装着部３６に保持する構成としては、保持ねじや保持ピンに限定されるものではなく、係合や嵌合等その他各種の構成を適用できるものである。

ホルダー支持部３５におけるホルダー側装着部３６とは反対側の一面には、ホルダー本体３１が設けられている。ホルダー本体３１は、ホルダー支持部３５から第２の方向Ｙの一側に向けて突出している。ホルダー本体３１におけるホルダー支持部３５とは反対側の端部、すなわち第２の方向Ｙの一端部には、遮蔽板３２が固定されている。遮蔽板３２は、試料３３よりもイオンビームＬ１に対する強度が高い材質で形成されている。そして、遮蔽板３２は、イオン照射源４から照射されるイオンビームＬ１を遮蔽する。

ホルダー本体３１における遮蔽板３２よりも第３の方向Ｚの他側、すなわちイオンビームＬ１の光軸の下流側には、試料載置台３７と、試料保持部３８が設けられている。試料載置台３７は、遮蔽板３２から第３の方向Ｚに間隔を空けて配置されている。試料載置台３７には、試料３３が載置される。この試料載置台３７における試料３３が載置される一面は、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙと平行に配置される。

図２に示すように、試料載置台３７に載置された試料３３における第３の方向Ｚの一面である加工面３３ａは、イオン照射源４から照射されたイオンビームＬ１と第３の方向Ｚに沿って対向する。そして、加工面３３ａには、イオンビームＬ１が照射される。

また、試料３３は、試料載置台３７に載置された際に、加工面３３ａの一部が遮蔽板３２によって覆われる。そして、加工面３３ａにおける遮蔽板３２によって覆われた箇所は、イオンビームＬ１によってエッチングされずに残る。さらに、試料３３における遮蔽板３２から第２の方向Ｙに突出した領域がイオンビームによりエッチングが行われる。

試料載置台３７に載置された試料３３は、試料載置台３７と遮蔽板３２により挟持される。また、試料載置台３７は、試料３３を遮蔽板３２に向けて押圧する。これにより、試料３３と遮蔽板３２が密着し、試料３３と遮蔽板３２との間の隙間を無くすことができる。これにより、試料３３にイオンビームＬ１を照射し、エッチング加工を行う際に、加工不良が発生することを防ぐことができる。

また、図３に示すように、試料載置台３７における第１の方向Ｘの両側には、試料保持部３８が配置されている。試料保持部３８は、試料載置台３７に載置された試料３３を第１の方向Ｘの両側から保持する。試料３３は、試料載置台３７と試料保持部３８により、加工面３３ａが第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙと平行に配置される。

また、ホルダー本体３１には、試料保持部３８を第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに移動させる不図示の加工位置調整機構が設けられている。そして、試料保持部３８は、試料３３を保持した状態で第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに移動する。その結果、試料３３における遮蔽板３２から第２の方向Ｙへの突出量を調整することができる。

なお、本例の試料ホルダー３０では、試料３３を第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに移動できる例を説明したが、これに限定されるものではない。試料ホルダー３０としては突出量を調整するために、試料３３を第２の方向Ｙにのみ移動可能な構成であってもよい。

また、本例の試料ホルダー３０は、スライド機構４０としてホルダー支持部３５にスライド溝４２を設け、ホルダー側装着部３６にガイドレール４１を設けた例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ホルダー側装着部３６にスライド溝４２を設け、ホルダー支持部３５にスライド溝４２に沿って摺動するガイドレール４１を設けてもよい。

１−３．イオンミリング装置の動作例
次に、上述した構成を有するイオンミリング装置１の動作例について図４Ａ〜図１６を参照して説明する。
まず、図４Ａ〜図７を参照してホルダー支持部３５を移動させない状態について説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、試料３３にイオンビームＬ１を照射した際の試料ホルダー３０を示す斜視図である。図５Ａ〜図５Ｃは、図４Ａ〜図４Ｃの拡大図、図６Ａ〜図６Ｃは、イオンビームＬ１の照射範囲を模式的に示す説明図である。図７Ａ及び図７Ｂは、試料３３とイオンビームＬ１の関係を模式的に示す説明図である。

図４Ａ及び図５Ａに示すように、ホルダー支持部３５を移動させない状態では、回転機構６の回転中心Ｒ１は、試料ホルダー３０に保持された試料３３と遮蔽板３２の境界線、すなわち加工面３３ａ上を通る。図６Ａに示すように、回転中心Ｒ１は、試料３３の加工面３３ａにおける加工中心Ｑ１と一致する。さらに、イオンビームＬ１における第１の方向Ｘの照射範囲の長さａは、イオンビームＬ１のビーム径ａと一致する。

図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、ホルダー支持部３５を移動させない状態で、回転機構６を駆動させると、試料ホルダー３０及び試料ステージ５は、回転中心Ｒ１を中心に回転する。なお、回転中心Ｒ１は、加工面３３ａの加工中心Ｑ１と一致しているため、イオンビームＬ１の光軸の中心は、加工面３３ａの加工中心Ｑ１を通過する。

試料ホルダー３０及び試料ステージ５が回転中心Ｒ１を中心に角度ｒで回転した場合、試料３３の加工面３３ａは、第１の方向Ｘに対して角度ｒで傾斜する。このとき、イオンビームＬ１における第１の方向Ｘの照射範囲の長さＡは、イオンビームＬ１のビーム径をａとすると、下記式１から算出される。
［式１］

そのため、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、回転中心Ｒ１が加工面３３ａ上に位置する状態で試料３３を傾斜させた場合、試料３３に形成される加工断面Ｔ１の第１の方向Ｘの長さは、式１で算出されたイオンビームＬ１の照射範囲の長さＡとなる。

次に、図８〜図１２を参照して、ホルダー支持部３５をイオン照射源４から離反する方向に移動させた例について説明する。
図８は、試料３３を移動させた状態を示す概略構成図である。図９Ａ〜図９Ｃは、試料３３にイオンビームＬ１を照射した際の試料ホルダー３０を示す斜視図である。図１０Ａ〜図１０Ｃは、図９Ａ〜図９Ｃの拡大図、図１１Ａ〜図１１Ｃは、イオンビームＬ１の照射範囲を模式的に示す説明図である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、試料３３とイオンビームＬ１の関係を模式的に示す説明図である。

図８、図９Ａに示すように、スライド機構４０を介してホルダー支持部３５を、第３の方向Ｚに沿ってイオン照射源４から離反する向きに移動させる。すなわち、保持孔３５ａに固定された保持ねじを緩め、ホルダー支持部３５を所定の位置に移動させた後に、再度保持ねじを保持孔３５ａに締結固定する。

これにより、遮蔽板３２と、試料ホルダー３０に保持された試料３３もイオン照射源４から離反する方向に移動する。そのため、図１０Ａに示すように、試料３３の加工面３３ａは、回転中心Ｒ１から第３の方向Ｚの他側に向けて離れる。なお、図１１Ａに示すように、回転機構６を回転させない状態では、イオンビームＬ１における第１の方向Ｘの照射範囲の長さａは、イオンビームＬ１のビーム径ａと一致する。

しかしながら、図４Ａ、図５Ａ及び図６Ａに示す状態よりも、試料３３は、イオン照射源４から離反する位置に配置される。そのため、試料３３に照射されるイオンビームＬ１の強度を弱めることができる。これにより、試料３３に形成される加工断面の微調整を行うことができる。

図９Ｂ、図９Ｃ、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、回転機構６を駆動させると、試料ホルダー３０及び試料ステージ５は、回転中心Ｒ１を中心に回転する。また、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように、加工面３３ａの加工中心Ｑ１が、回転中心Ｒ１から離反しているため、イオンビームＬ１における加工中心Ｑ１からの照射範囲の長さＡ’を広げることができる。

試料ホルダー３０及び試料ステージ５が回転中心Ｒ１を中心に角度ｒで回転した場合、試料３３の加工面３３ａは、第１の方向Ｘに対して角度ｒで傾斜する。また、加工面３３ａの加工中心Ｑ１と回転中心Ｒ１の間隔をΔＸ、イオンビームＬ１のビーム径をａとすると、イオンビームＬ１における第１の方向Ｘの照射範囲の長さ２Ａ’は、下記式２から算出される。
［式２］

なお、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように、試料ホルダー３０及び試料ステージ５が回転中心Ｒ１を中心に時計回り及び反時計回りにそれぞれ角度ｒで回転する。そのため、イオンビームＬ１における第１の方向Ｘの照射範囲の長さ２Ａ’は、イオンビームＬ１における加工中心Ｑ１からの照射範囲の長さＡ’を２倍したものとなる。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、ホルダー支持部３５を移動させて、回転中心Ｒ１が加工面３３ａから離反している状態で試料３３を傾斜させた場合、試料３３に形成される加工断面Ｔ２の第１の方向Ｘの長さは、式２で算出されたイオンビームＬ１の照射範囲の長さ２Ａ’となる。これにより、イオンビームＬ１の照射範囲を拡大することが可能となり、試料３３の加工範囲を広げることができる。

次に、図１３〜図１５を参照して、ホルダー支持部３５をイオン照射源４に接近する方向に移動させた状態について説明する。
図１３Ａ〜図１３Ｃは、試料３３にイオンビームＬ１を照射した際の試料ホルダー３０を示す斜視図である。図１４Ａ〜図１４Ｃは、図１３Ａ〜図１３Ｃの拡大図、図１５Ａ〜図１５Ｃは、イオンビームＬ１の照射範囲を模式的に示す説明図である。

図１３Ａに示すように、スライド機構４０を介してホルダー支持部３５を、第３の方向Ｚに沿ってイオン照射源４に接近する向きに移動させる。すなわち、保持孔３５ａに固定された保持ねじを緩め、ホルダー支持部３５を所定の位置に移動させた後に、再度保持ねじを保持孔３５ａに締結固定する。

これにより、遮蔽板３２と、試料ホルダー３０に保持された試料３３もイオン照射源４に接近する方向に移動する。そのため、図１４Ａに示すように、試料３３の加工面３３ａは、回転中心Ｒ１から第３の方向Ｚの一側に向けて離れる。なお、図１５Ａに示すように、回転機構６を回転させない状態では、イオンビームＬ１における第１の方向Ｘの照射範囲の長さａは、イオンビームＬ１のビーム径ａと一致する。

しかしながら、図４Ａ、図５Ａ及び図６Ａに示す状態よりも、試料３３は、イオン照射源４に接近する位置に配置される。そのため、試料３３に照射されるイオンビームＬ１の強度を強めることができる。これにより、イオンビームＬ１で行わるエッチング処理にかかる時間を早めることができる。

図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１４Ｂ及び図１４Ｃに示すように、回転機構６を駆動させると、試料ホルダー３０及び試料ステージ５は、回転中心Ｒ１を中心に回転する。また、図１５Ｂ及び図１５Ｃに示すように、加工面３３ａの加工中心Ｑ１が、回転中心Ｒ１から離反しているため、イオンビームＬ１における加工中心Ｑ１からの照射範囲の長さＡ”を広げることができる。

試料ホルダー３０及び試料ステージ５が回転中心Ｒ１を中心に角度ｒで回転した場合、試料３３の加工面３３ａは、第１の方向Ｘに対して角度ｒで傾斜する。また、加工面３３ａの加工中心Ｑ１と回転中心Ｒ１の間隔をΔＸ、イオンビームＬ１のビーム径をａとすると、イオンビームＬ１における第１の方向Ｘの照射範囲の長さ２Ａ”は、上記式２の２Ａ’と同様に算出することができる。

次に、イオンビームＬ１の照射範囲と回転中心Ｒ１から加工面３３ａまでの距離との関係について図１６を参照して説明する。
図１６は、イオンビームＬ１の照射範囲と回転中心Ｒ１から加工面３３ａまでの距離との関係を示すグラフである。なお、縦軸は、イオンビームＬ１の照射範囲を示し、横軸は、回転中心Ｒ１から加工面３３ａまでの距離ΔＸを示している。また、イオンビームＬ１のビーム径ａが１ｍｍで試料３３の第１の方向Ｘに対する傾斜角度ｒが３０°のとき、ビーム径ａが１ｍｍで傾斜角度ｒが４５°のとき、ビーム径ａが２ｍｍで傾斜角度ｒが３０°のとき、ビーム径ａが２ｍｍで傾斜角度ｒが４５°のときを示している。

図１６に示すように、イオンビームＬ１のビーム径ａが１ｍｍで傾斜角度ｒが３０°の場合では、回転中心Ｒ１から加工面３３ａまでの距離ΔＸが１ｍｍで、イオンビームＬ１の照射範囲は、２倍に拡大していることが分かる。さらに、距離ΔＸが２ｍｍで３倍、距離ΔＸが３ｍｍで４倍、距離ΔＸが４ｍｍで５倍にイオンビームＬ１の照射範囲が拡大していることが分かる。

このように、スライド機構４０によりホルダー支持部３５を第３の方向Ｚ、すなわちイオンビームＬ１の光軸に沿って移動させて、試料３３を回転中心Ｒ１から離反させることで、イオンビームＬ１の照射範囲を拡大することができる。その結果、加工範囲を広げることができ、試料３３に形成される加工断面Ｔ１の第１の方向Ｘの長さを広くすることができる。

さらに、試料３３をイオン照射源４に接近及び離反させることで、試料３３に照射されるイオンビームＬ１の強度を調整することができる。例えば、加工を行う初期の段階では、試料３３をイオン照射源４に接近させて、試料３３に照射されるイオンビームＬ１の強度を高める。これにより、エッチング加工の処理速度を速めることができる。そして、エッチング加工の仕上げの段階では、試料３３をイオン照射源４から離反させて、試料３３に照射されるイオンビームＬ１の強度を弱める。これにより、試料３３に形成された加工断面の微調整を行うことができる。

また、試料３３を第３の方向Ｚの一側（イオン照射源４に接近）、又は第３の方向Ｚの他側（イオン照射源４から離反）に移動させても、回転中心Ｒ１から加工面３３ａの加工中心Ｑ１までの距離ΔＸが一定であれば、式２に示すように、イオンビームＬ１の照射範囲は、一定になる。そのため、加工の初期段階と加工の仕上げ段階における回転中心Ｒ１から加工面３３ａの加工中心Ｑ１までの距離ΔＸを同じ長さに設定すれば、加工の初期段階におけるイオンビームＬ１の照射範囲と同じ照射範囲で仕上げを行うことができる。

さらに、第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置１によれば、試料ホルダー３０にスライド機構４０を設けている。そのため、既存のイオンミリング装置に本例の試料ホルダー３０を装着しても、試料ホルダー３０のホルダー支持部３５を移動させることで、試料３３を第３の方向Ｚに沿って移動させることができ、イオンビームＬ１の照射範囲の拡大を図ることができる。

２．第２の実施の形態例
次に、図１７を参照して第２の実施の形態例にかかるイオンミリング装置について説明する。
図１７Ａ〜図１７Ｃは、第２の実施の形態例にかかるイオンミリング装置を示す斜視図である。

この第２の実施の形態例にかかるイオンミリング装置が、第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置１と異なる点は、スライド機構を設ける箇所である。そのため、ここでは、試料ホルダー、試料ステージ及びスライド機構について説明し、第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置１と共通する部分には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１７Ａに示すように、スライド機構６０は、ステージ側ガイドレール６１と、ホルダー側スライド溝６２と、ホルダー位置調整部材６３とを有している。ステージ側ガイドレール６１は、試料ステージ５０Ａにおける試料ホルダー３０Ａが装着される面に設けられている。ステージ側ガイドレール６１は、第３の方向Ｚと平行に配置され、試料ステージ５０Ａにおける第３の方向Ｚの一端部から他端部にかけて延在している。

ホルダー側スライド溝６２は、試料ホルダー３０Ａのホルダー側装着部３６Ａに設けられている。ホルダー側スライド溝６２は、ステージ側ガイドレール６１に摺動可能に係合する。すなわち、第２の実施の形態例にかかるイオンミリング装置では、ホルダー側装着部３６Ａがスライド機構６０のスライド部材を構成している。

ホルダー側スライド溝６２がステージ側ガイドレール６１に係合されることで、試料ホルダー３０Ａが試料ステージ５０Ａに着脱可能に装着される。ホルダー側スライド溝６２は、第３の方向Ｚと平行に形成され、ホルダー側装着部３６Ａにおける第３の方向Ｚの一端部から他端部にかけて延在している。そのため、ホルダー側装着部３６Ａは、試料ステージ５０Ａのステージ側ガイドレール６１により第３の方向Ｚに沿って移動可能に支持される。

ホルダー位置調整部材６３は、ステージ側ガイドレール６１に着脱可能に取り付けられる。ホルダー位置調整部材６３は、試料ステージ５０Ａに装着された試料ホルダー３０Ａにおける第３の方向Ｚの他端部、すなわち下端部に当接する。試料ホルダー３０Ａがホルダー位置調整部材６３に当接することで、試料ホルダー３０Ａにおける第３の方向Ｚの他側への移動が規制される。

これにより、図１７Ａ〜図１７Ｃに示すように、試料ホルダー３０Ａのホルダー側装着部３６Ａをステージ側ガイドレール６１に沿ってスライドさせて、第３の方向Ｚにおける任意の位置で、試料ホルダー３０Ａを保持することができる。

また、試料ホルダー３０Ａとしては、第１の実施の形態例にかかる試料ホルダー３０と同様に、ホルダー支持部３５Ａとホルダー側装着部３６Ａにスライド機構を設けてもよい。これにより、試料ホルダー３０Ａにおけるホルダー本体３１の第３の方向Ｚへの移動量、すなわち試料３３における第３の方向Ｚへの移動量を拡大させることができる。

さらに、試料ステージ５０Ａ側のスライド機構（以下、「ステージ側スライド機構」という。）６０によって、試料ホルダー３０Ａにおける第３の方向Ｚの位置をおおまかに調整する。そして、試料ホルダー３０Ａ側のスライド機構（以下、「ホルダー側スライド機構」という。）によって、試料ホルダー３０Ａにおける試料３３の位置を細かく調整してもよい。

また、ホルダー側装着部３６Ａにガイドレールを設け、試料ステージ５０Ａにガイドレールと摺動可能に係合するスライド溝を設けてもよい。

その他の構成は、第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置１と同様であるため、それらの説明は省略する。このような構成を有するイオンミリング装置によっても、上述した第１の実施の形態例にかかるイオンミリング装置１と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した実施の形態例ではホルダー支持部３５やホルダー側装着部３６Ａを使用者の手に移動させる例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、駆動モータを設け、さらにホルダー支持部３５やホルダー側装着部３６Ａに駆動モータからの駆動力を伝達させる伝達機構を設けて、駆動モータによりホルダー支持部３５やホルダー側装着部３６Ａの移動動作を行ってもよい。

なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。

１…イオンミリング装置、 ２…真空チャンバー、 ３…試料ステージ引出機構、 ４…イオン照射源、 ５、５０Ａ…試料ステージ、 ５ａ…試料位置調整機構、 ５ｂ…装着部、 ５ｃ…回転支持部、 ６…回転機構、 ３０、３０Ａ…試料ホルダー、 ３１…ホルダー本体、 ３２…遮蔽板、 ３３…試料、 ３３ａ…加工面、 ３５、３５Ａ…ホルダー支持部、 ３５ａ…保持孔、 ３６、３６Ａ…ホルダー側装着部、 ３７…試料載置台、 ３８…試料保持部、 ４０…スライド機構（ホルダー側スライド機構）、 ４１…ガイドレール、 ４２…スライド溝、 ６０…スライド機構（ステージ側スライド機構）、 ６１…ステージ側ガイドレール、 ６２…ホルダー側スライド溝、 ６３…ホルダー位置調整部材、 Ｌ１…イオンビーム、 Ｑ１…加工中心、 Ｒ１…回転中心、 Ｔ１、Ｔ２…加工断面、 Ｘ…第１の方向、 Ｙ…第２の方向、 Ｚ…第３の方向

Claims (5)

1. イオンビームを照射するイオン照射源と、
   前記イオンビームを遮蔽する遮蔽板を有し、前記遮蔽板から試料を前記イオンビームの光軸と直交する方向に突出させて保持する試料ホルダーと、
   前記試料ホルダーが装着される試料ステージと、
   回転軸の回転中心が前記イオンビームの光軸と直交し、かつ前記試料が前記遮蔽板から突出する方向と平行な方向に配置されて、前記試料ステージを回転可能に支持する回転機構と、
   前記試料ホルダーに保持された前記試料を前記イオンビームの光軸の方向に沿って移動可能に支持するスライド機構と、
   を備えたイオンミリング装置。
2. 前記スライド機構は、前記試料ホルダーに設けられる
   請求項１に記載のイオンミリング装置。
3. 前記試料ホルダーは、
   前記試料を保持する試料保持部及び前記遮蔽板が設けられたホルダー本体と、
   前記ホルダー本体を支持するホルダー支持部と、
   前記試料ステージに着脱可能に装着されるホルダー側装着部と、を備え、
   前記ホルダー支持部は、前記ホルダー側装着部に前記スライド機構を介して移動可能に支持される
   請求項２に記載のイオンミリング装置。
4. 前記スライド機構は、前記試料ホルダーと前記試料ステージの間に設けられ、
   前記試料ホルダーは、前記試料ステージに前記スライド機構を介して移動可能に支持される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のイオンミリング装置。
5. 試料を保持する試料保持部と、
   前記試料保持部の一側に配置されて、前記試料の加工面の一部を覆う遮蔽板と、
   前記試料保持部及び前記遮蔽板を有するホルダー本体と、
   前記ホルダー本体を支持するホルダー支持部と、
   前記ホルダー支持部を移動可能に支持するホルダー側装着部と、を備え、
   前記試料保持部は、前記試料の一部を前記遮蔽板から突出させて保持し、
   前記ホルダー側装着部は、前記試料における前記遮蔽板から突出する方向と直交し、かつ前記試料の加工面とも直交をなす方向に、前記ホルダー支持部を移動可能に支持する
   試料ホルダー。

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