JP4398396B2 - Ion milling equipment - Google Patents
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本発明はイオンミリング装置に係り、特に試料と、試料の一部を遮蔽するマスクとの位置合わせ作業が容易に行えるようにしたイオンミリング装置に関する。 The present invention relates to an ion milling apparatus, and more particularly, to an ion milling apparatus that allows easy alignment of a sample and a mask that shields a part of the sample.
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或いは断面を、アルゴ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。 An ion milling device is a device for polishing the surface or cross section of metal, glass, ceramic, etc. by irradiating an argon beam, etc. As a pretreatment device for observing the surface or cross section of a sample with an electron microscope Is preferred.
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。 In the cross-sectional observation of a sample with an electron microscope, conventionally, the vicinity of the part to be observed is cut using, for example, a diamond cutter, a thread saw, etc., and then the cut surface is mechanically polished and attached to a sample stage for an electron microscope. I was observing.
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、或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。 In the case of mechanical polishing, for example, a soft sample such as a polymer material or aluminum has a problem that the observation surface is crushed or deep scratches remain due to abrasive particles. In addition, for example, a hard sample such as glass or ceramic is difficult to polish, and a composite material in which a soft material and a hard material are laminated has a problem that cross-section processing is extremely difficult.
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。 On the other hand, ion milling has the effect that a hard sample and a composite material can be polished, and a cross section in a mirror state can be easily obtained, even if a soft sample can be processed without collapsing the surface form.
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。
イオンミリングの場合、試料の鏡面研磨したい部位にイオンビームの中心を精度良く合わせることが必要になる。また、試料の鏡面研磨したい部位のみを露出させ、その他の部分をマスクで遮蔽することが必要になる。イオンミリング装置では、通常、試料は試料ホルダに固定され、試料ホルダは試料ホルダ固定具に固定されている。真空チャンバ内に設置された試料ホルダ固定具の上で、マスクの位置を試料の加工面に対して精度良く合わせることは、イオンミリング装置の構造上の制約で容易ではなかった。このため、結果的に試料の鏡面研磨したい部位とイオンビームの中心とを精度良く位置合わせすることが容易でなかった。 In the case of ion milling, it is necessary to accurately align the center of the ion beam with the portion of the sample to be mirror polished. In addition, it is necessary to expose only the part of the sample to be mirror polished and to shield the other part with a mask. In an ion milling apparatus, a sample is usually fixed to a sample holder, and the sample holder is fixed to a sample holder fixture. On the sample holder fixture installed in the vacuum chamber, it is not easy to accurately align the mask position with the processed surface of the sample due to the structural limitations of the ion milling apparatus. For this reason, as a result, it is not easy to accurately position the portion of the sample to be mirror polished and the center of the ion beam.
本発明の目的は、マスクの位置を試料の鏡面研磨したい部位に合わせる位置合わせ作業が容易に行えるようにしたイオンミリング装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ion milling apparatus that can easily perform an alignment operation for aligning a mask position with a portion of a sample to be mirror polished.
本発明は、試料ホルダとその回転機構、および、試料の一部を遮蔽するマスクとそのマスクの位置を微調整できる機構とが一体になった試料マスクユニット本体を備え、この試料マスクユニット本体を試料ホルダ固定具に取り付け、取り外しができるように構成し、且つ、真空チャンバの外部へ取り出せるように構成したものである。 The present invention includes a sample mask unit main body in which a sample holder and its rotation mechanism, and a mask for shielding a part of the sample and a mechanism for finely adjusting the position of the mask are integrated. It is configured so that it can be attached to and detached from the sample holder fixture and can be taken out of the vacuum chamber.
本発明において、試料マスクユニット本体と試料ホルダ固定具の両方を真空チャンバの外部へ取り出せるように構成することも可能であり、本発明の実施態様に含まれる。 In this invention, it is also possible to comprise so that both a sample mask unit main body and a sample holder fixing tool can be taken out of a vacuum chamber, and it is contained in the embodiment of this invention.
本発明によれば、試料マスクユニット本体または、試料マスクユニット本体を固定した試料ホルダ固定具を、真空チャンバの外部へ引き出し、別の高性能の顕微鏡下に設置して、断面を鏡面研磨したい試料とマスクの位置関係を精度良く設定することができる。 According to the present invention, a sample mask unit main body or a sample holder fixing tool that fixes the sample mask unit main body is pulled out of the vacuum chamber and placed under another high-performance microscope, and the sample whose section is to be mirror-polished And the positional relationship between the mask and the mask can be set with high accuracy.
以下、本発明のイオンミリング装置の実施例を、図面を用いて説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the ion milling apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
図1は、本発明によるイオンミリング装置の構成を示したものであり、(a)は平面図、(b)は側面図である。また、(a)は試料マスクユニット本体と試料ホルダ固定具が真空チャンバの外部に引き出されている状態を示し、(b)は試料マスクユニット本体と試料ホルダ固定具が真空チャンバの内部に設置されている状態を示している。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。 FIG. 1 shows the configuration of an ion milling apparatus according to the present invention, where (a) is a plan view and (b) is a side view. (A) shows a state in which the sample mask unit body and the sample holder fixture are pulled out of the vacuum chamber, and (b) shows that the sample mask unit body and the sample holder fixture are installed inside the vacuum chamber. It shows the state. Below, the case where an argon ion beam is irradiated from an ion source is demonstrated.
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7で制御される。真空チャンバ15は真空排気系制御部9にて真空排気系6を制御して真空又は大気の状態にでき、その状態を保持できる。
The current density of argon ions in the
試料ホルダ固定具5は、アルゴン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8により制御される。試料ホルダ固定具を回転傾斜させることにより、試料ホルダに固定されている試料をイオンビームの光軸に対して所定の角度に設定することができる。また、試料ホルダ固定具5は、アルゴンイオンビームの光軸に対して横方向の前後左右、すなわち、X方向とY方向に移動できるように構成することが好ましい。
The
試料ホルダ固定具5は、真空チャンバ15の容器壁の一部を兼ねるフランジ10に固定されており、フランジ10をリニアガイド11に沿って引き出して真空チャンバ15を大気状態に開放した時に、試料ホルダ固定具5が真空チャンバの外部へ引き出されるように構成されている。
The
マスク2と試料3の位置関係をあらかじめ微調整しておいた試料マスクユニット本体21を試料ホルダ固定具5に取り付ける。焦点を合わせるためのルーペ微動機構13を備えたルーペ12をフランジ10に設けた回転軸としてルーペアーム14を回し、所定の位置すなわちアルゴンイオンビームの光軸まで移動させる。試料ホルダ固定具5のXY移動機構を使って、ルーペ付属のXYメモリ中心に試料3の断面研磨したい部分を移動させる。そして、真空状態でアルゴンイオンビームを試料3に照射してイオンミリングを行う。
A sample mask unit
試料マスクユニット本体の構成を図2により説明する。図2の(a)は平面図、(b)は側面図である。本発明では、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構成したものを試料マスクユニット本体と称する。図2では試料ホルダ23の回転機構として試料ホルダ回転リング22と試料ホルダ回転ねじ28が備えられており、イオンビームの光軸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。
The configuration of the sample mask unit main body will be described with reference to FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a side view. In the present invention, at least the
試料マスクユニット本体21は、マスクの位置と回転角を微調整できる機構を持ち、試料ホルダ固定具5に取り付け、取り外しができる。
The sample mask unit
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。試料ホルダ23は下部側より試料ホルダ回転リング22に挿入され固定される。試料3は試料ホルダ23に接着固定される。試料ホルダ位置制御機構30により試料ホルダ23の高さ方向の位置を調整し、試料ホルダ23をマスク2に密着させる。
The
試料ホルダ回転リング22は試料ホルダ回転ねじ28を回すことによって回転するように構成されており、逆回転はばね29のばね圧で戻るようになっている。
The sample
図3は、試料の断面とマスクを平行にする方法を示した説明図である。 FIG. 3 is an explanatory view showing a method of making the cross section of the sample and the mask parallel to each other.
試料ホルダ回転ねじ28を回してX1方向の位置調整を行い、試料3の断面とマスク2の稜線が平行になるように顕微鏡下で微調整する。このとき、試料3の断面がマスクより僅かに突出、例えば50μm程度突出するようにマスク微調整機構26を回して設定する。
The sample
図4は、試料3の断面研磨したい部位をアルゴンイオンビーム中心に合わせる方法を示した説明図である。感光紙等を試料ホルダ23に取り付け、アルゴンイオンビームを照射することによりできた痕すなわちビーム中心とルーペの中心をルーペ微動機構13でX2,X3を駆動して合わせておく。図3で微調整した後の試料マスクユニット本体21を試料ホルダ固定具5に取り付け、試料ホルダ固定具5のX3,Y3方向の位置を調整してルーペ中心に合わせることで、アルゴンイオンビーム中心と断面研磨したい部位を合わせることができる。
FIG. 4 is an explanatory view showing a method of aligning the portion of the
図5はアルゴンイオンビームで試料3の断面を鏡面研磨する方法を示した説明図である。アルゴンイオンビームを照射すると、マスク2で覆われていない試料3をマスク2に沿って深さ方向に取り除くことができ、且つ、試料3の断面の表面を鏡面研磨することができる。
FIG. 5 is an explanatory view showing a method of mirror-polishing the cross section of the
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。本発明により、試料の断面観察したい部位にマスクを精度よく、容易に設定することが可能になった。本発明において、複数個のマスク試料ユニット本体を備えるようにすれば、あらかじめ多くの試料をマスク位置が微調整された状態で準備することが可能になり、きわめて効率的である。また、本発明によれば、試料を試料ホルダに取り付けたままの状態で、電子顕微鏡で像観察することが可能である。 In recent years, particularly in the semiconductor field, it has become important to observe a cross-section of a composite material with an electron microscope, and the importance of mirror-polishing the cross-section of the composite material has increased. According to the present invention, it is possible to easily and accurately set a mask at a site where a cross section of a sample is desired to be observed. In the present invention, if a plurality of mask sample unit main bodies are provided, it is possible to prepare a large number of samples in a state where the mask position is finely adjusted in advance, which is very efficient. Further, according to the present invention, it is possible to observe an image with an electron microscope while the sample is attached to the sample holder.
1…イオン源、2…マスク、3…試料、5…試料ホルダ固定具、6…真空排気系、7…イオン源制御部、8…試料微動制御部、9…真空排気系制御部、10…フランジ、11…リニアガイド、12…ルーペ、13…ルーペ微動機構、14…ルーペアーム、15…真空チャンバ、21…試料マスクユニット本体、22…試料ホルダ回転リング、23…試料ホルダ、24…リニアガイド、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…試料ホルダ回転ねじ、29…ばね、30…試料ホルダ位置調整機構。
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