JP2689173B2 - 荷電ビーム加工装置に用いられる加工材料支持具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本願発明は荷電ビーム加工装置に用いられる加工材料
支持具に係り、特に荷電ビームにより加工材料を削る場
合に発生する荷電ビームの当たらない陰の部分に付着す
る汚れを防止できる荷電ビーム加工装置に用いられる加
工材料支持具に関する。

本願発明は特に材料評価・分析のために行う透過型電
子顕微鏡用の観察試料を調整する装置に関係の深い発明
である。

＜従来の技術＞ 透過型電子顕微鏡で観察を行う試料を作成する場合に
は、材料を薄片化する必要がある。

通常、柔らかい物質（例えば生物試料や柔らかい金
属）の場合には、ナイフによる切り出し、金属類では電
解研磨による薄片化、半導体材料やセラミック材料など
では荷電ビーム（主にイオンビーム）を用いた材料の薄
片化を行う必要がある。

半導体やセラミックの薄片化においては、真空中で、
研磨する面に荷電ビームを直接照射し、研磨を行う。

この場合、従来の荷電ビーム加工装置に用いられる加
工材料支持具を第４図に示す。同図（Ａ）は斜め上方か
ら見た斜視図、（Ｂ）は斜め下方から見た斜視図、
（Ｃ）は要部説明図である。

第４図において、加工材料３を支持する材料支持台７
は３本の足９によって支えられており、矢印方向に回転
可能になっている。８は材料支持台７に足９を取り付け
るねじである。

３は加工材料であり、材料補強板４の上に定着されて
いる。10は荷電ビーム粒子であって、斜め方向から加工
材料３に照射される。

この場合、第４図に示すように、荷電ビーム粒子10が
直接当たらない陰になった部分（図面では下面）には、
（Ｃ）図に示すように経路13を経て、すなわち飛散物11
が材料支持台７の外側を回って再付着の経路を経由して
付着したり、あるいは経路14を経て、すなわち材料補強
板４と材料支持台７との隙間を経由して付着したり、さ
らには雰囲気中からの種々の汚れの粒子12が回り込むと
いう現象がある。

すなわち、第５図に示すように、薄片化する材料の裏
面側に、汚れの層15が付着して透過型電子顕微鏡で観察
する試料は材料自体の透過型電子顕微鏡観察を必要とす
る部分３′と汚れの層15が重なった状態になり、材料自
体の透過型電子顕微鏡観察が出来なくなる。

そこで、汚れの層15を除去するためには、逆方向から
荷電ビームを照射して前記汚れの層15を研磨して材料自
体、すなわち３′を露出させて透過型電子顕微鏡の観察
を行っていた。

また荷電ビームによる研磨が終了して、透過型電子顕
微鏡で観察できる程度の薄片に仕上がったか否かを常時
監視するために、加工部分に一方から光を当てて、逆の
方向でその光を検出できる装置を付けて、穴が開いたら
研磨を自動的に終了する構造をとって、加工材料支持台
には光が透過できるように、穴を開けるという対策が取
られていた。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、前記従来の技術には下記するような問
題点がある。

荷電ビームよって研磨する際に、飛散する物質が真空
中を回り込み、非研磨面まで到達して汚れの層を作って
しまい、透過型電子顕微鏡で試料を観察する時に、材料
自体の観察だけでなく、汚れの層を含んだ材料の像を観
察せざるを得なくなったり、汚れの程度がひどい場合に
は、材料の観察が全くできずに汚れの層のみを観察する
結果になってしまうことさえある。

前記従来の技術のところで述べた汚れの層が付着して
しまった場合には、汚れの層側に荷電ビームを照射して
汚れの層のみを研磨する必要がある。ところが、透過型
電子顕微鏡観察を必要とする材料表面において、第５図
の３′の部分（ここが本来観察されるべきところであ
る）が汚れの層と一緒に研磨除去されることが多く、良
好な透過型電子顕微鏡観察ができなくなってしまう結果
になる。

飛散物11は材料支持台７を経路13のように回り込んで
付着する汚れ方をする以外に、材料支持台７と材料補強
板４（メッシュ）との隙間を通り抜けて付着する経路14
のような汚れ方がある。

荷電ビームによる研磨が終了して、透過型電子顕微鏡
観察が可能か否かを判断するために、光の透過を利用し
て終点検知を行う必要がるため、汚れが発生することが
分かっていても材料支持台を穴なしの板状にすることが
できなかった。

本発明の実施の形態に係るは上記事情に鑑みて創案さ
れたもので、荷電ビームを使った材料の薄片化により透
過型電子顕微鏡観察用材料を調整する際に起こる非研磨
面、すなわち透過型電子顕微鏡観察を必要とする部分の
汚れが防止でき、良好な透過型電子顕微鏡像が得られ且
つ、分析をしたときの組成分析、電子線回析の精度を向
上でき、よって材料の評価の精度を向上させ、材料開発
・研究に大きく貢献することができる荷電ビーム加工装
置に用いられる加工材料支持具を提供することを目的と
している。

＜課題を解決するための手段＞ 本願発明装置は、荷電ビームで加工材料を加工する荷
電ビーム加工装置に用いられる加工材料支持具であっ
て、開口を有し、該開口部分に加工材料が保持される材
料支持台と、前記開口を覆うべく、ばねによって着脱可
能に材料支持台に取り付けられる表面保護板とを備えて
おり、前記表面保護板は光が透過する材料から構成され
ている。

さらに本願発明装置では、着脱可能な加工材料の非加
工面を覆う表面保護板に光が透過できる材質の板を用
い、加工の終了を検知するために用いた光が透過できる
ようにしたことを特徴としている。

上記事項をさらに詳しく述べると、本願発明装置は下
記の構成からなっている。

非加工面側（非観察面側）に汚れが付着しないよう
に、左右対称の位置に設けたばねを用いて表面保護用板
を材料支持台に固定し且つ、表面保護板を着脱可能にし
た材料支持台を含んでいる。

本願発明装置は材料補強板４と材料支持台７の隙間を
閉じるため、材料補強板４と支持台本体に固定するため
に、隙間を総て覆い、且つ加工材料３が荷電ビームに照
射されるように露出させることができる寸法に作成した
押さえ板２を用い、その押さえ板２は２本のねじで固定
できるような構造になっている。

またねじは押さえ板２に穴を設け、その穴を通過した
後に材料支持台７に切られためねじ部分に固定する押さ
え板２に設けた穴の一方は円形に開け、もう一方の穴は
ねじを材料支持台７のめねじ部分に差し込んだまま押さ
え板２が外せるように、穴の周囲の一部すなわち、もう
一方のねじを中心にしてねじとめねじの距離を直径とし
た円を描くように、押さえ板２の穴が回転した時に、描
く円の上で穴の片側一方を切り取るようにした押さえ板
２を設けた材料支持台７を使用することにより、材料補
強板４と材料支持台７の隙間から研磨時に発生する飛散
物を通さず、押さえ板２の上に受け止めることができる
構造をとっている。

着脱可能な表面保護板１に光を透過できる材質を用い
たとことで、研磨工程の終了を確認するための光を遮る
ことなく、且つ飛散物が非加工面に付着することが防止
できる構造になっている。

＜作用＞ 材料の非加工面側（裏面側）を表面保持板でもって遮
蔽する。そうすることにより、材料支持台の外側を回り
込んできた飛散物が非加工面に付着することが防止され
る。

＜実施例＞ 以下、図面を参照して本発明に係る一実施例を説明す
る。第１図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は本実施例の荷電ビーム
加工装置に用いられる加工材料支持具の平面図、Ａ−Ａ
線断面図、底面図である。第２図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は
同じく上斜め方向から見た斜視図、下斜め方向から見た
斜視図、中央断面図である。

本実施例に係る荷電ビーム加工装置に用いられる加工
材料支持具は、荷電ビームで加工材料を加工する荷電ビ
ーム加工装置に用いられる加工材料支持具があって、開
口71を有し、該開口71部分に加工材料３が保持される材
料支持台７と、前記開口71を覆うべく、ばねによって着
脱可能に材料支持台７に取り付けられる表面保護板１と
を備えており、前記表面保護板１は光が透過する材料か
ら構成されている。

材料支持台７は、中央に開口71が設けられた略リング
状に形成されており、その裏面側には３本の足９がねじ
８によって取り付けられている。なお、前記３本の足９
は、台座17に立設されている。前記開口71は、その縁部
が表面側に向かって拡径している。

前記表面保持板１は、例えば硝子板や透明なアクリル
板等の光を透過させる材料から構成されている。これ
は、加工材料３の厚さをレーザ光線で測定するためであ
る。この表面保護板１は、材料支持台７の裏面側に後述
するばね５、５等によって取り付けられる。

前記材料支持台７の裏面側には、開口71を囲むように
して略コ字形状の取付部材51が取り付けられている。こ
の取付部材51は、短冊状の板ばねであるばね５、５とと
もに表面保護板１を材料支持材７に取り付けるものであ
って、鍔部511を有しており、この鍔部511に対向する一
対の辺にばね５、５が嵌め込まれている。従って、表面
保護板１を鍔部511に差し込むと、ばね５、５によって
表面保護板１は材料支持台７の裏面側に密着して取り付
けられる。

前記材料支持台７の表面には、押さえ板２が取り付け
られる。この押さえ板２は、内径が開口71の直径より小
さいリング状の部分と、この部分から左右両側に延びた
矩形状の部分とが一体に形成されたものである。押さえ
板２は、矩形状に延びた部分に取付けねじ６、６が取り
付けられることにより、材料支持台７に固定される。

また、前記材料補強材４（一般にメッシュと呼ばれ
る）は、略リング状を呈しており、加工材料３が開口部
分を覆うようにしてゴム或いはエポキシ系の接着剤で取
り付けられる。

ここでシリコン単結晶半導体の表面に多結晶シリコン
を貼り付けた材料を平面的に透過型電子顕微鏡で観察す
る場合を例として、一連の作業をその手順に沿って説明
する。

まず、シリコンウエハーを１ミリ角に硝子切り或いは
スクライブマシンで切り出し加工材料３とする。

前記切り出された加工材料３としてのシリコンウエハ
ーは通常300〜700μｍの厚さであるので、まず50〜70μ
ｍの厚さになるように、多結晶シリコンの貼り付けてい
ない側の機械的研磨を行う、機械研磨は、2000番程度の
紙やすりや２〜３μｍのダイヤモンド研磨砥石を浮遊さ
せた研磨液を用いて、回転研磨盤上で、50〜100μｍ程
度まで研磨する。次に、同じ面、すなわち既に機械研磨
を行った側を0.5μｍ程度のダイヤモンドあるいはアル
ミナ研磨砥石を浮遊させた研磨液を用いてバフ研磨を行
い、鏡面に仕上げる。

次に、加工材料３を多結晶シリコン３′側、すなわち
研磨を行っていない側と材料補強板４（一般にメッシュ
と呼ぶ）とが向かい合う方向でゴム系の接着剤あるいは
エポキシ系の接着剤を用いて接着させる。その際、加工
材料３と材料補強板４の間に隙間ができないように接着
する必要がある。

次に、加工材料３を材料補強板４とともに材料支持台
７に載置して、押さえ板２を置き、取付けねじ６、６′
で固定する。その際、加工材料３の研磨してないない
側、すなわち多結晶シリコンがはりつけられていた面を
材料支持台７側に向けて置き、押さえ板２を使って固定
した状態で研磨されて鏡面仕上げした側が荷電ビームに
さらされるような方向に固定する。

次に表面保護板１を材料支持台７の下側に固定用のば
ね５、５が設けられた溝の中に差し込み、材料支持台７
に表面保護板１が押しつけられるように固定する。この
場合におてい、表面保護板１は通常硝子板の150〜200
ｍの板厚のものを用いるのが良いが、これは透明プラス
チック、例えばアクリル板やビニール板等でも特に材質
は選ばないし、板厚も特に指定しなくても良い。

次に材料支持台７全体を荷電ビーム加工装置に装着し
て、本装置内を真空引きする。荷電ビームが発生させら
れる真空度である１×10^-5トール以下に達したら、Arイ
オンビームやＩイオンビームを照射して研磨を行う。イ
オンビームの大きさは約0.3ミリ程度を用いて加工材料
３の水平面に対しては15度程度の仰ぎ角でビームを入射
させて研磨を行う。その際、材料支持台７は毎分１〜２
回転程度の回転を与えて、加工材料３が全体に均一な厚
さに研磨されるようにすることが必要である。

イオンビームにより研磨されて飛散した粒子は、材料
支持台７の外側回りの経路13を通れば、表面保護板１に
付着し、材料補強材４と材料支持台７との隙間を通る経
路14を通ろうとすれば、前記押さえ板２に付着して、結
果として飛散粒子が加工材料３の表面に付着することな
く、透過型電子顕微鏡観察に適した試料が調整できる。
押さえ板２と材料支持台７の隙間あるいは表面保護板１
と材料支持台７の隙間は飛散した粒子が完全に遮断でき
るように、押さえ板２では材料支持台７側に、表面保護
板１と材料支持台７との隙間では材料支持台７側にArイ
オンなどで加工を受けることがない材料を用いてパッキ
ンを設けている。

研磨中は、研磨の進行具合をHe−Neレーザを材料上か
ら照射して下側で受光素子を設け研磨が進行してシリコ
ウエハーが薄くなり、レーザ光線を透過したら、イオン
ビームの照射を停止するようにする。

ここで、表面保護板１は光を透過する材料から構成さ
れているので、レーザ光線は表面保護板１で遮られるこ
とはない。

この実施例では、直進性のよいレーザ光を使用して光
源と受光部の距離を遠くできるようにした。この実施例
では、シリコンが材料であるが、さらに光を透過し易い
材料のものを用いる場合には、表面保護板１を光の透過
率を下げたものを使用することが可能である。

従来の技術の場合は、第５図に示すように、電子線16
の透過可能な部分には、多結晶シリコン３′と汚れの層
15が重なった状態になっており、多結晶シリコンのみの
透過型電子顕微鏡観察像が得られなかったのであるが、
上述のように仕上げた透過型電子顕微鏡観察用試料は、
第３図の透過型電子兼業観察試料模式的断面図に示すよ
うに、シリコン単結晶３と多結晶シリコン３′の層構造
の場合、電子線16が照射された透過可能な部分には多結
晶シリコンのみがあり、多結晶シリコンの良好な透過型
電子顕微鏡観察像が得られることが実験的に確認でき
た。

＜発明の効果＞ 本発明により、荷電ビームを使った材料の薄片化によ
り透過型電子顕微鏡観察用試料を調整する際に起こる非
研磨面、すなわち透過型電子顕微鏡観察を必要とする部
分の汚れが防止でき、良好な透過型電子顕微鏡像が得ら
れ且つ、分析をしたときの組成分析、電子線回析の精度
を向上でき、よって材料の評価の精度を向上させ、材料
開発・研究に大きく貢献することができる。

より具体的には、本願発明装置は上記のごとく、荷電
ビームで加工材料を加工する荷電ビーム加工装置に用い
られる加工材料支持具であって、開口を有し、該開口部
分に加工材料が保持される材料支持台と、前記開口を覆
うべく、ばねによって着脱可能に材料支持台に取り付け
られる表面保護板とを具備しており、前記表面保護板は
光が透過する材料から構成されているので、以下のよう
な効果を奏することができる。

透過型電子顕微鏡観察用試料で最も重要な超薄膜形成
において、障害となる材料以外の物質により別の薄膜
（汚れの層）が付着して透過型電子顕微鏡観察像を劣化
することがなくなった。そのため、透過型電子顕微鏡観
察像の分解能を以前より高めることが可能になった。

薄膜上に汚れの層が付着した場合に、従来の技術で
は、汚れの層の側から改めて荷電ビームを照射して該汚
れの層を研磨除去して透過型電子顕微鏡観察像が劣化す
ることを防いでいたが、この従来技術では、透過型電子
顕微鏡観察を必要とする部分が汚れの層を研磨した際に
同時に研磨されることが多く、その研磨の程度が軽度で
あった場合でも透過型電子顕微鏡観察を必要とする部分
に研磨傷、研磨損傷が発生したりして、良好な透過型電
子顕微鏡観察像が得られなかった。本願発明装置による
と、上記のような汚れの層が付着しないため、透過型電
子顕微鏡観察を必要とする部分に荷電ビーム照射を行わ
ないので、従って、透過型電子顕微鏡観察像を必要とす
る部分が元の状態のまま保存できるから、簡単に良好な
透過型電子顕微鏡観察像が観察できるという効果がる。

透過型電子顕微鏡では、観察のほかに電子線回析像を
得る機能であるが、汚れの層はアモルファス状態をあら
わすハローパターンがあらわれるため、従来の技術では
材料自体がアモルファス状態か結晶状態かがあきらかで
ない場合やアモルファス状態の場合には透過型電子顕微
鏡観察を必要とする部分に汚れの層によるハローパター
ンがないので、材料自体の結晶性がより正確に評価でき
る。

透過型電子顕微鏡では、観察のほかに分析器を付属し
て材料の組成分析などができる機能を備えた装置があ
る。そのような装置で分析を行う際には、汚れの層が付
着すると材料自体の組成に併せて汚れの層の組成が同時
に測定されてしまい、正しい分析を行うことができな
い。本願発明装置においては、汚れの層が発生しないの
で、材料自体の組成分析を正確に行うことができる。

表面保護板に光を透過できる材質の板を用いたこと
で、汚れの層を材料自体に付着させることなく、研磨終
点検知機能をもつことができる。

表面保護板は長時間使用すると、徐々に表面保護板の
表面に汚れの層が付着するようになるが、本願発明装置
では表面保護板はばねを用いて固定しているので、その
着脱が可能で、汚れの層の付着がひどくなって研磨終点
検知機能の障害となるようになった段階で自由に新しい
ものと交換することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ本実施例に係る荷
電ビーム加工装置に用いられる加工材料支持具の平面
図、Ａ−Ａ線断面図、底面図である。第２図（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ）は同じく斜め上方向から見た斜視図、斜め
下方向から見た斜視図、中央断面図である。 第３図は透過型電子顕微鏡観察用試料ができあがった状
態の試料中央拡大模式的断面図、第４ビームは従来方法
を説明するための図であって、（Ａ）は斜め上から見た
斜視図、（Ｂ）は斜め下から見た斜視図、（Ｃ）は要部
説明図、第５図は従来方法で調整した透過型電子顕微鏡
観察用試料の中央模式的断面図である。 １……表面保護板 ２……押さえ板 ２′……押さえ板に設けた可動用の溝 ３……加工材料 ４……材料補強板 ５……表面穂だ板固定用板ばね ６……取付ねじ ７……材料支持ダイシング ８……ねじ ９……支持台の足 10……荷電ビーム粒子 11……飛散粒子 12……飛散して再付着した粒子 13……飛散粒子が材料支持台の外側を回って再付着する
際の経路 14……飛散粒子が材料補強板と材料支持台の隙間を通っ
て再付着する際の経路 15……透過型電子顕微鏡観察用試料の表面に再付着した
汚れの層 16……観察時の電子線の経路の模式図

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電ビームで加工材料を加工する荷電ビー
   ム加工装置に用いられる加工材料支持具において、開口
   を有し、該開口部分に加工材料が保持される材料支持台
   と、前記開口を覆うべく、ばねによって着脱可能に材料
   支持台に取り付けられる表面保護板とを具備しており、
   前記表面保護板は光が透過する材料から構成されている
   ことを特徴とする荷電ビーム加工装置に用いられる加工
   材料支持具。
2. 【請求項２】前記材料支持台の開口部の縁部と材料補強
   板との間の隙間を覆うとともに、加工材料の荷電ビーム
   が照射されるべき部分を露出させる押さえ板を具備して
   おり、前記押さえ板は前記材料支持台に取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電ビーム加工装置に
   用いられる加工材料支持具。