JP3076681B2 - Method for preparing sample for transmission electron microscope observation - Google Patents

Method for preparing sample for transmission electron microscope observation

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JP3076681B2
JP3076681B2 JP04256016A JP25601692A JP3076681B2 JP 3076681 B2 JP3076681 B2 JP 3076681B2 JP 04256016 A JP04256016 A JP 04256016A JP 25601692 A JP25601692 A JP 25601692A JP 3076681 B2 JP3076681 B2 JP 3076681B2
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良文 畑
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は透過型電子顕微鏡観察用
試料を作製するイオンミリング装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion milling apparatus for preparing a sample for observation with a transmission electron microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、透過型電子顕微鏡で観察しよう
とする試料の膜厚は100nm以下にすることが望まし
い。このためこの試料を作製するために、種々の技術が
開発されている。最も一般的な手法は、試料に機械的に
研磨した後、アルゴン(Ar)などのイオンビームを用
いてスパッタエッチングを行い、所定の膜厚にまで試料
膜厚をエッチングする方法があり、この方法を実現した
のがイオンミリング装置である。イオンミリング装置は
試料を薄膜化するのに有用である。しかし、異なる材質
で形成される多層構造の試料の界面を観察する場合、試
料作製において問題が生じる。そこで従来の問題点とそ
れを解決するために用いられている技術について説明す
る。
2. Description of the Related Art Generally, it is desirable that the thickness of a sample to be observed with a transmission electron microscope be 100 nm or less. For this reason, various techniques have been developed to produce this sample. The most common method is to mechanically polish the sample and then perform sputter etching using an ion beam such as argon (Ar) to etch the sample to a predetermined thickness. Is realized by an ion milling device. An ion milling device is useful for thinning a sample. However, when observing the interface of a sample having a multilayer structure formed of different materials, a problem arises in sample preparation. Therefore, conventional problems and techniques used to solve the problems will be described.

【0003】従来のイオンミリング装置の試料とイオン
ビームとの関係を図5に示す。図5において、1は試
料、2は回転自在な試料台、3は試料1をスパッタエッ
チングするためのイオンビームである。図5(a)は側
面図、同図(b)は平面図である。
FIG. 5 shows a relationship between a sample and an ion beam in a conventional ion milling apparatus. In FIG. 5, 1 is a sample, 2 is a rotatable sample stage, and 3 is an ion beam for sputter etching the sample 1. FIG. 5A is a side view, and FIG. 5B is a plan view.

【0004】試料1は試料台2上にセットされており、
回転しつつイオンビーム3でスパッタエッチングされ
る。試料1を回転させているのは一様にエッチングする
ためである。イオンによってスパッタエッチングされる
速度は試料を構成する元素によって異なる。
A sample 1 is set on a sample table 2 and
Sputter etching is performed by the ion beam 3 while rotating. The rotation of the sample 1 is for uniform etching. The rate of sputter etching by ions differs depending on the elements constituting the sample.

【0005】そこで図6に示すようにイオンによってス
パッタエッチングされる速度が異なる材料4,5で構成
される試料を、従来の方法でスパッタエッチングする
と、材料の界面6に段差が生じる。
Therefore, as shown in FIG. 6, when a sample composed of materials 4 and 5 having different rates of sputter etching by ions is sputter-etched by a conventional method, a step occurs at the interface 6 of the material.

【0006】このような段差はイオンビーム3の内、主
に試料界面と平行な方向で入射するイオンビーム3a,
3cによって生じる。一方、イオンビーム3b,3dが
入射されて段差が生じても、図7に示すように、入射さ
れるイオンビームは必ずしも試料面に対して直角な方向
となるものだけではない。このため、試料に対して斜め
方向に入射するイオンビーム3は、段差の影となる部分
には照射されない。このため、界面6でのエッチング量
が少なく、最終的には段差が軽減される。しかし、イオ
ンビーム3a,3cは段差を完全になくし、平坦にする
ことはできない。このように上記の方法で作製された試
料では界面に段差が生じると、透過型電子顕微鏡を用い
ての観察が困難となる。
Such a step is caused by the ion beams 3a, 3a of the ion beam 3, which are mainly incident in a direction parallel to the sample interface.
3c. On the other hand, even if the ion beams 3b and 3d are incident and a step is generated, as shown in FIG. 7, the incident ion beam is not necessarily only in a direction perpendicular to the sample surface. For this reason, the ion beam 3 that is obliquely incident on the sample is not irradiated on a portion that is a shadow of the step. For this reason, the etching amount at the interface 6 is small, and finally the step is reduced. However, the steps of the ion beams 3a and 3c are completely eliminated and cannot be made flat. Thus, if a step is formed at the interface in the sample manufactured by the above-described method, observation using a transmission electron microscope becomes difficult.

【0007】そこで、このように問題を解決するために
用いられる、従来の手法を図8を用いて説明する。図8
において、1は試料、2は試料台、3はイオンビーム
で、これらは図5の構成と同じであり、7はイオンビー
ムを遮断するための遮断板である。図8において(a)
は側面図、(b)平面図である。
A conventional method used to solve the problem will be described with reference to FIG. FIG.
In the figure, 1 is a sample, 2 is a sample stage, 3 is an ion beam, these are the same as those in FIG. 5, and 7 is a blocking plate for blocking the ion beam. In FIG. 8, (a)
Is a side view and (b) a plan view.

【0008】遮断板7は試料界面の段差の主原因である
試料界面に平行な方向からの入射イオンビームを遮断し
ている。これによって界面で段差が発生するのを防ぐこ
とができ、透過型電子顕微鏡観察に適切な試料が作製で
きる。
The blocking plate 7 blocks an incident ion beam from a direction parallel to the sample interface, which is a main cause of a step at the sample interface. As a result, it is possible to prevent a step from occurring at the interface, and it is possible to produce a sample suitable for transmission electron microscope observation.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成ではイオンビームが遮断板に当り、遮断板がエ
ッチングされ、それが試料に付着して試料を汚染すると
いう問題があった。
However, in the above-mentioned conventional structure, there is a problem that the ion beam hits the shielding plate, the shielding plate is etched, and the ion beam adheres to the sample and contaminates the sample.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に本発明のイオンミリング装置は、試料を保持する試料
台を一定の回転速度で回転させ、前記試料台の一端を前
記試料台の回転と同期して上下させながら前記試料にイ
オンビームを照射させる。
In order to solve this problem, an ion milling apparatus of the present invention rotates a sample stage holding a sample at a constant rotation speed, and rotates one end of the sample stage by rotating the sample stage. The sample is irradiated with an ion beam while moving up and down in synchronization with the ion beam.

【0011】[0011]

【作用】この構成によって、試料に対し特定方向からの
イオンビームによって試料のエッチング速度が低下す
る。このため、イオンのエッチング速度が異なる材質か
らなる試料の界面を良好に観察できる。また、透過型電
子顕微鏡観察用の試料を、汚染することなく作製でき
る。
With this configuration, the etching rate of the sample is reduced by the ion beam from the specific direction with respect to the sample. For this reason, the interface between samples made of materials having different ion etching rates can be favorably observed. Further, a sample for observation with a transmission electron microscope can be produced without contamination.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】本発明は試料に入射するイオンビームの入
射角が小さくなるに従って、スパッタエッチング速度が
低くなることを利用している。
The present invention utilizes the fact that the sputter etching rate decreases as the angle of incidence of the ion beam incident on the sample decreases.

【0014】図1および図2は本発明を実現するための
イオンミリング装置の試料保持部の断面構造を示すもの
である。
FIGS. 1 and 2 show a sectional structure of a sample holder of an ion milling apparatus for realizing the present invention.

【0015】図1および図2において、1は試料、2は
回転自在な試料台、3はイオンビームで、これらは従来
例と同じであり、8は試料台2を回転するためのモー
タ、9は試料台2を回転させるための歯車、10はモー
タ8の回転によって試料台2の一端を上下させるための
カム、11は試料台2の支柱である。
1 and 2, reference numeral 1 denotes a sample, 2 denotes a rotatable sample table, 3 denotes an ion beam, which are the same as in the prior art, 8 denotes a motor for rotating the sample table 2, 9 denotes a motor. Is a gear for rotating the sample table 2, 10 is a cam for moving one end of the sample table 2 up and down by rotation of the motor 8, and 11 is a column of the sample table 2.

【0016】試料台2に試料1をセットし、試料台2を
モータ8および歯車9a,bによって回転させる。イオ
ンビーム3を試料1に対して矢印方向から入射させて、
試料1をスパッタエッチングする。この時、モータ8の
軸に取り付けられたカム10によって試料台2の支柱1
1を上下することによって、試料1がセットされている
試料台2に対するイオンビーム3の入射角を変化させ
る。
The sample 1 is set on the sample stage 2, and the sample stage 2 is rotated by the motor 8 and the gears 9a and 9b. The ion beam 3 is incident on the sample 1 in the direction of the arrow,
The sample 1 is sputter-etched. At this time, the column 1 of the sample stage 2 is
By moving the sample 1 up and down, the incident angle of the ion beam 3 with respect to the sample stage 2 on which the sample 1 is set is changed.

【0017】図1はカム10によって支柱11が最も持
ち上げられた状態で、イオンビーム3の試料台2に対す
る入射角は0゜になっている。この状態で作製試料の界
面に対してイオンビーム3の入射方向が平行になるよう
に試料1をセットする。図1からカム10を180゜回
転したのが図2に示す状態で、この時も試料1の界面に
対してイオンビーム3の入射方向が平行になっている。
この場合は支柱11が最も下がった状態で、イオンビー
ム3の試料台2に対する入射角が0゜になっている。
FIG. 1 shows a state in which the column 11 is lifted most by the cam 10, and the angle of incidence of the ion beam 3 on the sample table 2 is 0 °. In this state, the sample 1 is set so that the incident direction of the ion beam 3 is parallel to the interface of the sample. The state in which the cam 10 is rotated by 180 ° from FIG. 1 is shown in FIG. 2, and the incidence direction of the ion beam 3 is also parallel to the interface of the sample 1 at this time.
In this case, the incident angle of the ion beam 3 with respect to the sample stage 2 is 0 ° with the support 11 at the lowest position.

【0018】このような支柱11の上下運動を実現する
カム10の平面構造を図3に示す。カム10の半径がR
の時(図3のBの位置)に試料台2が水平になり、イオ
ンビーム3の入射角が最大となる。図1の状態は図3の
A点で支柱を支えている時で、図2の状態は図3のC点
で支柱を支えている時である。このカム10を用い支柱
11を上下することによってイオンビームの入射角θは
試料の回転角φによって図4(a)のように変化する。
なお図4(b)は試料の回転角φを説明するのに試料1
とイオンビーム3の関係を平面的にみたときの図であ
る。
FIG. 3 shows a plan structure of the cam 10 for realizing such a vertical movement of the column 11. The radius of the cam 10 is R
At this time (position B in FIG. 3), the sample stage 2 becomes horizontal, and the incident angle of the ion beam 3 becomes maximum. The state in FIG. 1 is when the column is supported at point A in FIG. 3, and the state in FIG. 2 is when the column is supported at point C in FIG. When the column 11 is moved up and down using the cam 10, the incident angle θ of the ion beam changes as shown in FIG.
FIG. 4 (b) shows the sample 1 for explaining the rotation angle φ of the sample.
FIG. 4 is a diagram when the relationship between the ion beam 3 and the ion beam 3 is viewed in a plane.

【0019】以上のように試料台の支柱を上下すること
によって界面と平行な方向からのイオンビームの入射角
を0゜とし、この方向からのイオンビームでは試料がエ
ッチングされずスパッタエッチングの異なる試料間の界
面においても段差の発生を防ぐことができ透過型電子顕
微鏡観察に適した試料が作製される。
By raising and lowering the column of the sample stage as described above, the incident angle of the ion beam from a direction parallel to the interface is set to 0 °. A sample suitable for transmission electron microscopy observation can be produced because the occurrence of a step can be prevented even at the interface between them.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明は、試料に対し特定の方向からの
イオンビームの入射角を0゜として、試料の汚染なく透
過型電子顕微鏡観察に適切な試料を作製しうるイオンミ
リング装置を実現するものである。
The present invention realizes an ion milling apparatus which can prepare a sample suitable for observation with a transmission electron microscope without contamination of the sample by setting the incident angle of the ion beam to the sample from a specific direction to 0 °. Things.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のイオンミリング装置の一状態を示す構
成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing one state of an ion milling apparatus of the present invention.

【図2】本発明のイオンミリング装置の他の状態を示す
構成図
FIG. 2 is a configuration diagram showing another state of the ion milling apparatus of the present invention.

【図3】本発明に用いられたカムの平面図FIG. 3 is a plan view of a cam used in the present invention.

【図4】(a)は試料の回転角とイオンビーム入射角と
の関係を示す図 (b)は試料に対するイオンビーム入射角を示す図
FIG. 4A is a diagram illustrating a relationship between a rotation angle of a sample and an ion beam incident angle. FIG. 4B is a diagram illustrating an ion beam incident angle with respect to the sample.

【図5】従来のイオンミリング装置の構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional ion milling apparatus.

【図6】従来のイオンビームと試料との位置関係を示す
FIG. 6 is a diagram showing a positional relationship between a conventional ion beam and a sample.

【図7】従来のイオンミリングを施した透過型電子顕微
鏡観察用の試料の断面図
FIG. 7 is a cross-sectional view of a sample for observation by a transmission electron microscope on which conventional ion milling has been performed.

【図8】従来の遮断板を用いたイオンミリング装置の構
成図
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional ion milling device using a blocking plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 試料 2 試料台 3 イオンビーム 8 モータ 9 歯車 10 カム 11 支柱 REFERENCE SIGNS LIST 1 sample 2 sample stage 3 ion beam 8 motor 9 gear 10 cam 11 support

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料を保持する試料台を一定の回転速度
で回転させ、前記試料台の一端を前記試料台の回転と同
期して上下させることによって、前記試料台を水平状態
と当該水平状態と最大角度をなして傾斜した状態との間
で連続的に傾斜角度を変化させながら回転するように
し、かつ前記試料台が前記水平状態と最大角度をなして
傾斜した時に、イオンビームの前記試料への入射角度が
最小となるように前記イオンビームを前記試料に照射し
て前記試料をエッチングすることを特徴とする透過型電
子顕微鏡観察用試料の作製方法。
1. A rotating the sample stage for holding a sample at a constant rotational speed, the Rukoto up and down the sample stage at one end in synchronism with the rotation of the sample table, the sample table horizontal state
Between the horizontal state and the state inclined at the maximum angle
To rotate while continuously changing the inclination angle
And the sample stage makes a maximum angle with the horizontal state.
When tilted, the angle of incidence of the ion beam on the sample is
Irradiating the sample with the ion beam to a minimum
A method for observing a sample for transmission electron microscopy, characterized by etching the sample by a method.
【請求項2】(2) エッチング速度の異なる材質で形成されMade of materials with different etching rates
た多層構造の試料を試料台に設置する際に、前記試料台When placing a sample having a multilayer structure on the sample stage,
が水平状態と最大角度をなして傾斜した時に前記多層構Is inclined at a maximum angle with the horizontal state,
造の試料の界面がイオンビームの照射方向と平行になるThe interface of the structure sample is parallel to the ion beam irradiation direction
ように、前記試料を前記試料台に設置することを特徴とAs described above, the sample is set on the sample stage.
する請求項1に記載の透過型電子顕微鏡観察用試料の作2. The production of the sample for transmission electron microscope observation according to claim 1.
製方法。Manufacturing method.
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