JP4851365B2

JP4851365B2 - 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

Info

Publication number: JP4851365B2
Application number: JP2007052393A
Authority: JP
Inventors: 俊輔朝比奈; 真樹菊地
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: JP2008215979A

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、及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、たとえば特開２００５-６２１３１号公報（特許文献１）や、特開２００５-９１０９４号公報（特許文献２）に記載されているようなイオンミーリング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、直線状の側面４を有する板状マスク３（遮蔽板）が試料ホルダ８に取り付けられ、イオン源１で発生したイオンビーム２が試料５を照射するように構成されている。マスク３の側面４を境界として試料５はエッチングされるので、図１中の斜線部分６が削り取られ新たな試料断面７が作製される。この試料断面７をＳＥＭやＴＥＭで観察をおこなう。

特開２００５-６２１３１特開２００５-９１０９４

さて、図２は図１で示されたイオンミーリング試料作製装置の試料５とマスク３の側面４近傍での位置関係を拡大して示してある。この装置には、マスク３の側面４のエッジ部２４を試料５上の目標物９の直上に正確に位置決めする為に照明光つきの可倒式の光学顕微鏡１０が配置されている。なお、この光学顕微鏡１０は、後に説明するように、試料５のイオンミーリング時にはイオンビーム光軸から退避可能に構成されている。

前記光学顕微鏡１０を使用して試料５上の目標物９が、マスク３のエッジ部２４の下部に一致するように試料位置の調整を行い、目的物９の位置決めを行う。
この位置決めは、より正確な位置精度の断面試料を作製するため、光学顕微鏡１０の倍率を数十倍から数百倍程度にして数ミクロン単位での位置精度が要求される。

然しながら、この目標物９の直前には、ほぼ垂直に立ち上がった約１．５ｍｍの高さの側面４の壁が立ちはだかっており、光学顕微鏡１０での観察は、この１．５ｍｍの高さのマスク３のエッジ部２４の下部と試料５上の目的物９とが作り出すコーナー１１の極めて狭い範囲で行われ、あたかも、灯台の足元での観察と同様にきわめて観察し難いと言える。

側面４は目標物９の隅々までイオンビーム２が均等に照射され、正しく加工が行われるように、また、上方からの光学顕微鏡１０による観察を容易にするため、イオンビーム２の光軸に対し僅かながら角度が数度程度開いており、微かな台形形状であると共に鏡面の状態に研磨されている。

その為、光学顕微鏡１０でのコーナー１１の観察では、試料５の目標物９の表面構造がエッジ部２４で反射し、エッジ部２４には目標物９の反射像が投影される。

この結果、光学顕微鏡１０での画像の中には、目標物９の表面像とエッジ部２４による目標物９の反射像が重なって観察されていた。このため従来においては、目標物９とマスク３のエッジ部２４との境界を明確に認識することが極めてむずかしかった。これらの理由により光学顕微鏡１０によるマスクと試料の位置合わせは、現状では+-１０ミクロン程度が限界であると言える。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的は所望の断面を有する位置精度の高い試料を作製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、イオン照射領域とイオン非照射領域を規定するマスクのエッジ部に数ミクロンから数百ミクロン単位のマークを付けることにより、このマークに注目してマスクと試料の位置関係を確認することにより、光学顕微鏡での観察を容易にし、数ミクロン程度の位置精度の高い断面試料を作製することを特徴としている。

従って本発明によれば、数ミクロンの位置精度の断面を有する試料を作製することの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事ができる。

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（Ａ），（Ｂ）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。（Ａ）はイオンミーリング試料作製装置を大気の状態にして、光学顕微鏡を使用して試料の位置合わせ、および試料とマスクの位置合わせを行う状態をしめしており、（Ｂ）は（Ａ）での調整を完了した後、真空排気を行い、イオンビームによる試料作製の状態を示している。（Ｂ）では、（Ａ）と構成が同一であるため、部品の符号は省略してある。

（Ａ）において１２は真空チャンバであり、真空チャンバ１２の上部にはイオン銃１が取り付けられている。このイオン銃１としてガスイオン銃が用いられており、例えば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。

１３は試料ステージ引出機構であり、試料ステージ引出機構１３は、真空チャンバ１２に対し開閉可能に取り付けられている。（Ａ）は、試料ステージ引出機構１３が開けられた状態である。この試料ステージ引出機構１３の上には試料ステージ（傾斜ステージ）１４が取り付けられており、試料ステージ１４は傾斜軸Ｋ（傾斜軸ＫはＹ軸と一致）の周りに傾斜可能に試料ステージ引出機構１３に取り付けられている。１５は試料ステージ１４をＫ軸に対し傾斜させる為の傾斜駆動回路である。

そして、前記試料ステージ１４上には試料位置調節機構１６が配置されており、試料位置調節機構１６はＸおよびＹ軸方向に移動可能に構成されている。さらにこの試料位置調節機構１６は、イオンビームの光軸即ちＺ軸の周りに回転可能に構成されている。また、本図では試料５を保持した試料ホルダ８が試料位置調節機構１６に取り付けられている。マスク位置調節機構１７が試料ステージ１４の上に設置されている。このマスク位置調節機構１７はＹ軸方向に移動可能に構成されている。マスク傾斜機構１８がマスク位置調節機構１７上に配置されており、マスク３を保持したマスク保持機構１９がマスク傾斜機構１８上に取り付けられ、軸Ｑを中心として点線で示したようにマスク３を跳ね上げる構造となっており、マスク３を跳ね上げて試料５の位置合わせをおこなうことができる。

また、光学顕微鏡傾斜機構２０が試料ステージ引出機構１３の上端部に取り付けられている。そして照明光つき光学顕微鏡１０を保持した光学顕微鏡位置調節機構２１が、光学顕微鏡傾斜機構２０上に取り付けられている。即ち、光学顕微鏡位置調節機構２１は軸Ｒを中心として傾斜できる構造となっている。

このように、試料ステージ引出機構１３を大気中に引き出し、照明光つき光学顕微鏡１０を使用して試料上の目的物とマスクのエッジ部との位置合わせを行ったのち、試料ステージ引出機構１３を真空チャンバ１２に組み込み、真空排気装置２２で真空排気を行い、（Ｂ）で示されるようにイオンビームで試料作製が行われる。本図では、光学顕微鏡１０が光学顕微鏡傾斜機構２０により、イオン銃と干渉しないように、傾斜して示されている。

図４は今回の発明におけるマスクのエッジ部平面と試料面で作り出すコーナーでの観察について詳しく示している。その特徴としてマスク３のエッジ部２４即ち、マスク側面４の試料側端部にはマーク２３がつけられている。本図では細長いマーク２３が複数、エッジ部２４のエッジ方向に沿って同一直線上につけられている場合について示している。

図５では、本発明によるマークつきマスクと試料の位置決めの実施例を示している。図５（Ａ）では、マスク３の側面４のエッジ部２４にマーク２３として長さ７５ミクロン、幅５ミクロン、厚さ１ミクロンのメタルデポジションによるマークをＦＩＢデポジションにより形成したこと、そして、光学顕微鏡１０を使用して、このマスク３のエッジ部２４を試料５上の目標物９に正しく位置あわせを行う様子を示している。

図５（Ｂ）はその光学顕微鏡１０による画像を示している。本画像中Ｊで示される下半分の部分は目標物９の表面像であり、そして画像中Ｉで示される上半分の部分は、目標物９の表面像がマスク３のエッジ部２４に反射した反射像である。このように、目標物９の表面像とその反射像が同時に観察され、かつ、その表面像と反射像の境界の帯状部分Ｈは幅広い黒い部分で表示され、マスク３のエッジ２４と目標物９との正確な境界を見つけることが難しいことがわかる。

本画像中のほぼ中央に矢印２３で示されたひときわ明るい水平方向の短い直線部分が観察されている、これがさきに説明したＦＩＢデポジションによるマークである。上部からの光学顕微鏡観察のための光照射により、マーク２３の厚さ方向での光の散乱が行われ、マーク２３の部分が明るい白線として黒い帯状の境界部分Ｈの中にコントラスト高く観察されることがわかる。

このように、マーク２３の明るい白線を基準として、マスク３のエッジ部分２４と試料５上の目標物９の境界を明確に知ることができ、正確な両者の位置合わせが可能となる。

もちろん、これらのマーク２３は、その大きさ、間隔などは光学顕微鏡の使用する倍率に対応した値であることが重要であり、数ミクロン高さで、長さ数十ミクロンから数百ミクロン程度でかつ狭い領域のコーナー１１での複雑な光の反射などを考慮し、数ミクロンの厚さを持った凸の構造を持つ事が好ましい。すなわち、マーク２３は、マスク３の側面４からの厚さが数ミクロン程度となるように側面４の試料側エッジ部２４に形成すべきである。

また、マーク２３の形成は集束イオンビーム（ＦＩＢ）によるメタルデポジションによる手法に限定されるものではなく、露光技術によるスパッタ膜付着手法、やメッキによる手法等を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の図である。従来のマスク位置合わせを説明するための図である。従来のイオンミーリング装置を説明するための図である。本発明のマーク付マスクを説明するための図である。本発明のマーク付マスクを説明するための図である。

符号の説明

（同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。）
１イオン源
２イオンビーム
３マスク
４側面
５試料
６削除部
７試料断面
８試料ホルダ
９目的物
１０光学顕微鏡
１１コーナー
１２真空チャンバ
１３ステージ引出機構
１４試料ステージ
１５傾斜駆動回路
１６試料位置調節機構
１７マスク位置調節機構
１８マスク傾斜機構
１９マスク保持機構
２０光学顕微鏡傾斜機構
２１光学顕微鏡位置調節機構
２２真空排気装置
２３マーク
２４エッジ部
Ｈ境界部分
Ｉ反射像
Ｊ表面像

Claims

試料面上にイオンビーム照射領域とイオンビーム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、試料面上にイオンビーム照射領域とイオンビーム非照射領域の境界を規定するマスクのエッジ部分に光学顕微鏡観察用のマークが形成されていることを特徴とするイオンミーリング試料作製装置用マスク。
前記マスクはイオンビームにほぼ平行な側面を有し、その側面の試料側エッジ部によって前記境界が規定されており、その試料側エッジ部分に前記マークが付けられていることを特徴とする請求項1記載のイオンミーリング試料作製装置用マスク。
前記マークは凸状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のイオンミーリング試料作製装置用マスク。
前記マークは、前記エッジ部分のエッジ方向に沿って同一直線上に複数形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のイオンミーリング試料作製装置用マスク。
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配置されるマスクとを備えた試料作製装置において、試料面上にイオン照射領域とイオン非照射領域の境界を規定する前記マスクのエッジ部分に、光学顕微鏡観察用のマークが形成されていることを特徴とする試料作製装置。