JP4037809B2

JP4037809B2 - イオンミーリング試料作製装置用マスクおよび試料作製装置

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Publication number: JP4037809B2
Application number: JP2003296332A
Authority: JP
Inventors: 岡忠則吉; 邊榮一渡
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2023-08-20
Also published as: US20050081997A1; EP1512957A2; JP2005062131A; EP1512957A3; EP1512957B1; US7354500B2

Description

本発明は、イオンミーリング試料作製装置においてイオン銃と試料間に配置されるマスク、およびそのイオンミーリング試料作製装置に関する。

これまで、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察される試料を作製する装置として、たとえば特許第３２６３９２０号公報（特許文献１）に記載されているようなイオンミーリング試料作製装置が知られている。

特許文献１のイオンミーリング試料作製装置においては、図１に示すように、直線状のエッジを有する板状マスク（遮蔽材）が試料上に配置され、そのエッジを境界として試料に照射されたイオンビームによって試料がエッチングされるように構成されている。図１中の斜線部分が、試料断面Ｓを得るためにエッチングしたい試料部分である。

特許第３２６３９２０号公報

さて、図２は図１の装置において試料がエッチングされていく過程を示した図である。エッチング初期の図２（ａ）に示すように、試料は角の方からエッチングされる。これと共に、イオンビームが照射されるマスクも試料同様に角の方からエッチングされる。

こうしてマスクの角がエッチングされて丸くなると、その丸くなった部分に当たったイオンは図２「イオンパス説明図」に示すようにマスク側面を滑り落ち、そのイオンのパス（移動距離）は長くなる。このため、マスク側面は１個のイオンでも長い距離にわたって多くエッチングされる。一方、マスク上面に当たったイオンはそこで止まり、そのイオンパスはきわめて短い。この結果、丸くなったマスク側面のエッチング量は、マスク上面よりもかなり多くなる。

そして、図２（ｂ）の状態を経て、試料とマスクは最終的に図２（ｃ）のようにエッチングされる。図２（ｃ）に示すようにマスク側面がかなりエッチングされたために、試料のマスクに近い部分は必要以上にエッチングされている。すなわち、上述した所望の試料断面Ｓを含む試料部分がエッチングされている。

本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的は、所望の断面を有する試料を作製することができるイオンミーリング試料作製装置用マスクおよび試料作製装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明のイオンミーリング試料作製装置用マスクは、試料面上にイオン照射領域とイオン非照射領域を形成するために、イオンビームが照射される試料面上に移動可能に配置されるイオンミーリング試料作製装置用マスクであって、次の（ａ）〜（ｃ）の特徴を備えたイオンミーリング試料作製装置用マスク
（ａ）イオン照射領域とイオン非照射領域の境界を前記試料面上に規定するエッジ部分には、エッジｅに近づくにつれて厚みが大きくなるような傾斜がつけられている
（ｂ）前記エッジｅと前記傾斜部分の間には上面が形成されていて、その上面は前記試料面にほぼ平行である
（ｃ）前記エッジ部分のマスク側面は、前記試料面にほぼ垂直な平面である。

したがって本発明によれば、所望の断面を有する試料を作製することができるイオンミーリング試料作製装置用マスクおよび試料作製装置を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

図３は、本発明のイオンミーリング試料作製装置の一例を示した図である。

図３において１は真空チャンバであり、真空チャンバ１の上部にはイオン銃２が取り付けられている。このイオン銃２としてガスイオン銃が用いられており、たとえばＡｒガスを放電によりイオン化させてＡｒイオンを放出させるガスイオン銃が用いられている。

３はステージであり、ステージ３上にはｘｙ移動機構４が配置されている。このｘｙ移動機構４はｘおよびｙ軸方向に移動可能に構成されている。そして、ｘｙ移動機構４上には試料ホルダ５がセットされており、試料ホルダ５は試料６を保持している。

また、図３において７はマスク移動機構である。このマスク移動機構７は前記ステージ３上に配置されており、ｙ軸方向に移動可能に構成されている。そして、マスク（遮蔽材）８を保持したマスク保持部９が、ｘ軸に平行な軸ａの周りに傾倒可能に前記マスク移動機構７に取り付けられている。図３の状態においては、マスク保持部９は試料６の方に倒されており、マスク８は試料６上に密接配置されている。また、図３において１０は排気装置であり、排気装置１０は真空チャンバ１の内部を排気するためのものである。

さて、図４は、図３において試料６上に置かれたマスク８を説明するために示した図である。図４（ａ）はマスク８を横（−ｘ軸方向）から見た図であり、図４（ｂ）はマスク８の斜視図である。

図４において、８ａは、前記イオン銃２からのイオンビームＩ_Ｂが照射される照射面である。この照射面８ａの１つのエッジ部分８ｂは図４に示すように他の部分より厚くなっており、そのエッジ部分８ｂは、エッジｅに近づくほど厚くなっている。

そして、エッジ部分８ｂの斜面８ｂ’はｘ軸に平行であり、その斜面８ｂ’とｚ軸との成す角度θは３０度程であって、その斜面８ｂ’部分の厚さｈ_１は０．５ｍｍ程である。また、エッジ部分８ｂの上面８ｂ”はｘｙ平面に平行であり、その上面８ｂ”の横幅（ｙ軸方向の長さ）ｄ_１は５０μｍ程である。また、マスクを試料面に密着させたとき、マスク側面８ｃは試料面に対してほぼ垂直な平面となるように加工されている。そのマスク側面８ｃの厚さｈ_２は１．５ｍｍ程であり、エッジ部分８ｂの厚さ１．５ｍｍは平坦部の厚さ１ｍｍ（ｈ_２−ｈ_１）よりも厚くされている。

なお、マスク８の作り方としては、たとえばスーパーインバー（Ｃｏ−Ｎｉ合金）のような磁性材料を図４に示した形に加工した後、その表面にニッケル−リン（リン１０％以上）無電解メッキ等によって非晶質金属を固着させる方法がとられる。前記スーパーインバーが利用される理由は、スーパーインバーは熱膨張率が非常に小さく、イオンビーム照射により温度が上昇しても熱変形が少なく、エッジ位置の変化が起こりにくいことと、またニッケル−リンのメッキが付きやすいためである。また、非晶質金属を用いるのは、エッチングされる際に特定の方向にエッチングが進行するようなことがなく、エッチングが均一に進むためである。また、マスク８の別の作り方として、たとえばサファイアのような単結晶材料を図４に示した形に加工する方法がとられる。

以上、図３の試料作製装置の構成と、図３の試料作製装置におけるマスク８の形状を図４を用いて説明した。

次に、図３の試料作製装置における試料６のイオンビーム加工について説明する。なお、図３中の斜線部分ｂ（加工部分ｂ）が、所望の試料断面Ｓを得るためにエッチングしたい試料部分である。また、前記マスク側面８ｃがイオンビームＩ_Ｂの中心軸Ｏ上に位置するように、マスクとイオンビームの相対位置合わせが行われている。

まず、真空チャンバ１内が排気装置１０によって所定の真空度に排気される。その後、イオン銃２からイオンビームＩ_Ｂが放出され、試料６およびマスク８にまたがってイオンビームが照射されると、マスク８で遮られなかったイオンビームＩ_Ｂによって試料６の表面がエッチングされる。すなわち、マスク８のエッジｅを境界として試料６に照射されたイオンビームＩ_Ｂによって、試料６の前記加工部分ｂがエッチングされる。

さて、図５は、試料６の加工部分ｂがエッチングされていく過程を示した図である。エッチング初期の図５（ａ）に示すように、試料６の加工部分ｂは角の方からエッチングされる。

この試料エッチングと共に、イオンビームＩ_Ｂが照射されるマスク部分もエッチングされる。しかし、エッジ部分８ｂにエッジｅから離れるにつれて厚みが減少する方向の傾斜がついているため、エッジ部分の頂部に照射されたイオンは、主にエッジから離れる方向に反射され、図２のイオンパス説明図に示されるようにマスク側面が主にエッチングされることが起こりにくくなる。そのため、点線で示されるイオンビーム照射前のマスク形状に対して、図５（ａ）に示すように、イオンビームＩ_Ｂが照射されるマスク８のエッジ部分８ｂは、イオンビーム照射前の元の形状をほぼ保ちながらエッチングされる。

そして、図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態からある時間経過した後の状態を示した図である。図５（ｂ）に示すように、マスク８のエッジ部分８ｂは図５（ａ）の状態より更にエッチングされている。しかし、そのマスク８のエッジ部分８ｂは、イオンビーム照射前の元の形状（点線で示された元の形状）をほぼ保ちながらエッチングされている。すなわち、イオンエッチングによってマスク側面８ｃの厚さｈ_２は少し低くなっているが、マスク側面８ｃはそれまで通りイオンビームＩ_Ｂの中心軸Ｏ上に位置している。この結果、図５（ｂ）に示すように、所望の試料断面Ｓが現れるように試料６はエッチングされる。

そして、試料６とマスク８は最終的に図５（ｃ）のようにエッチングされる。図５（ｃ）に示すように、マスク８のエッジ部分８ｂはイオンビーム照射前の元の形状をほぼ保ちながらエッチングされており、マスク側面８ｃはそれまで通りイオンビームＩ_Ｂの中心軸Ｏ上に位置している。この結果、所望の試料断面Ｓを有する試料が作製され、この試料断面Ｓは後で走査電子顕微鏡などで観察される。

以上、図３の試料作製装置における試料６のイオンビーム加工について説明した。図３の試料作製装置においては、図４に示した本発明のマスクが使用されるため、上述したように所望の断面を有する電子顕微鏡用試料を作製することができる。

以上、本発明の一例を説明したが、本発明は上記例に限定されるものではない。たとえば、図４に示したマスクは上面８ｂ”を有しているが、図６に示すように、上面８ｂ”のない尖ったエッジｅを有するマスクを用いるようにしてもよい。この図６に示したマスクは、上面８ｂ”を有しない以外は図４に示したマスクと同じである。

なお、本発明者の実験によれば、図６に示したマスクにイオンビームを照射した場合、図７に示すようにマスクのエッジ部分はエッチングされ、マスク側面は徐々にエッチングされることがわかった。この実験から、図４に示したようにマスクに上面８ｂ”を設けることには効果があることがわかった。また、この実験から、図６のマスクの側面は図７に示したようにエッチングされるものの、イオンビーム照射前のマスク側面が完全にエッチングされるまでの時間は、マスクのエッジ部分を厚くした分だけ、図６のマスクの方が図２の従来のマスクよりかなり長いことがわかった。

また、本発明は、図８に示すような形状のエッジ部分を有するマスクも含むものである。図８のマスクのエッジ部分の断面ｄの形状は四角形であるのに対して、上記例におけるその断面形状は三角形である。

なお、本発明の目的を達成するために、マスク全体の厚みを従来より厚くすることも考えられるが、そのようなマスクを作製するとコストが非常に高くなってしまう。そこで、本発明のマスクではエッジ部分だけが厚くされている。

また、本発明の試料作製装置を、透過電子顕微鏡や電子プローブマイクロアナライザやオージェマイクロプローブなどで観察される試料の作製に用いるようにしてもよい。

従来のイオンミーリング試料作製装置を説明するために示した図である。図１の装置における試料エッチングの過程を説明するために示した図である。本発明のイオンミーリング試料作製装置の一例を説明するために示した図である。図３におけるマスクを説明するために示した図である。図３の装置における試料エッチングの過程を説明するために示した図である。本発明のマスクの一例を説明するために示した図である。図６のマスクのエッチングの過程を説明するために示した図である。本発明のマスクの一例を説明するために示した図である。

符号の説明

１…真空チャンバ、２…イオン銃、３…ステージ、４…ｘｙ移動機構、５…試料ホルダ、６…試料、７…マスク移動機構、８…マスク、９…マスク保持部、１０…排気装置

Claims

試料面上にイオン照射領域とイオン非照射領域を形成するために、イオンビームが照射される試料面上に移動可能に配置されるイオンミーリング試料作製装置用マスクであって、次の（ａ）〜（ｃ）の特徴を備えたイオンミーリング試料作製装置用マスク
（ａ）イオン照射領域とイオン非照射領域の境界を前記試料面上に規定するエッジ部分には、エッジｅに近づくにつれて厚みが大きくなるような傾斜がつけられている
（ｂ）前記エッジｅと前記傾斜部分の間には上面が形成されていて、その上面は前記試料面にほぼ平行である
（ｃ）前記エッジ部分のマスク側面は、前記試料面にほぼ垂直な平面である。
試料にイオンビームを照射するためのイオン銃と、
試料面上にイオン照射領域とイオン非照射領域を形成するために、前記イオンビームが照射される試料面上に移動可能に配置されるマスクと
を備えた試料作製装置において、
次の（ａ）〜（ｃ）の特徴を有するマスクを備えた試料作製装置
（ａ）イオン照射領域とイオン非照射領域の境界を前記試料面上に規定するエッジ部分には、エッジｅに近づくにつれて厚みが大きくなるような傾斜がつけられている
（ｂ）前記エッジｅと前記傾斜部分の間には上面が形成されていて、その上面は前記試料面にほぼ平行である
（ｃ）前記エッジ部分のマスク側面は、前記試料面にほぼ垂直な平面である。