JP5238199B2 - イオンミリング装置、およびイオンミリング方法 - Google Patents

Description

本発明は、走査顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型顕微鏡（ＴＥＭ）などで観察される試料を作製するためのイオンミリング装置およびイオンミリング方法に関する。

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あるいは断面を、アルゴンイオ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。

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。

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、ある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。

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、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。

特許文献１には、イオンビームに照射される試料とイオン源の間に二次電子サプレッサ電極を設け、イオンビーム照射により発生する二次電子を試料に押し戻し、試料の帯電を防止している。

特開昭５８−２６４４１号公報

従来の装置では、二次電子サプレッサ電極を付加しようとすると、イオン銃と試料間に電極を設けるスペースを設けることにより、イオン銃と試料間の距離が大きくなっていた。これは、加工速度を減少させること繋がり、ミリング加工時間が増すという問題となっていた。

本発明は、かかる点に鑑みて、二次電子サプレッサ機能を安価に付加することに加え、ミリング加工時間を短縮化できるイオンミリング装置及びイオンミリング方法を提供することを目的とする。

本発明は、試料にイオンビームを照射するイオンビーム源と、前記イオンビーム源のイオンを加速させるための加速電極が二次電子サプレッサ用電極を兼ね、前記試料と前記イオンビーム源の距離を最小限に保つことを特徴とする。

本発明によれば、安価に二次電子サプレッサを付加し、且つ、ミリング加工速度を短縮化できるイオンミリング装置、およびイオンミリング方法を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明によるイオンミリング装置を示したものであり、大きく分けて、真空容器１、イオン源２、排気装置３、試料ステージ４、イオンビーム電流測定器６により構成されている。

以下では、イオン源２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。従って、以下でイオンビームはアルゴンイオンビームを意味するが、本実施例はアルゴンイオンビームに限定されない。

試料ステージ４に試料５を設置し、真空容器１内を排気装置３にて排気する。真空容器１内の真空度が１０−４〜１０−３Ｐａ程度に達した状態で、図２に示すアノード７・カソード８間に放電電圧を印加し、アルゴンガスを導入する。

アルゴンガスが導入されて、放電が開始されイオンが生成される。そのイオン電流をイオンビーム測定子により測定し、安定した状態になることを確認する。この状態で、イオンを加速するために加速電極９に加える加速電圧を調整し、入射するイオンのエネルギーを調整する。

カソード８・アース間の電圧は０Ｖ〜−６ＫＶの範囲で調整できる。通常は−６Ｖ〜−３ＫＶの範囲で使用する。

加速電圧は、放電電圧調整開始から放電終了までアース電位である試料５を基準にして−１００Ｖ程度印加し、二次電子サプレッサの機能を持たせる。放電前及び放電終了後は安全性を考慮し、アース電位となるようにする。

次にイオンビーム電流測定器６を用いてイオンビームの電流を計測し、安定した電流値が得られるようになった状態でイオンビーム電流測定器６を引き抜き、イオンビーム１０を試料５に照射する。イオンにより照射された試料５はミリングされ、また試料５は二次電子１１を発生する。

図３に示すように試料５はチャージアップ状態となるが、試料５と加速電極９間には図４に示すような電界１２が発生しており、二次電子１１は試料５に押し戻され中和されることになる。

これによって、イオンの試料５への照射に逆バイアスが加わらず、高い加工速度が得られる。

また、二次電子サプレッサ電極を新たに設けず、加速電極９に二次電子サプレッサの機能を有したため、加速電極９と試料５の距離を一定に保つことが可能となり、ミリング速度の減少を防ぐことが出来る。且つ、追加部品を必要最小限とし二次電子サプレッサ機能を付けたため、安価なイオンミリング装置が実現できる。

近年、特に半導体分野で、複合材料を電子顕微鏡で表面及び断面観察することが重要となってきており、複合材料の表面及び断面を鏡面研磨する重要性が増している。本実施例により、安価で試料の鏡面研磨時間を大幅に短縮することが可能となった。

本発明の実施例に係わるもので、イオンミリング装置の概略構成図である。 本発明の実施例に係わるもので、イオン源の構成図である。 本発明の実施例に係わるもので、試料のチャージアップを示した図である。 本発明の実施例に係わるもので、試料の中和方法を示した図である。

符号の説明

１…真空容器、２…イオン源、３…排気装置、４…試料ステージ、５…試料、６…イオ
ンビーム電流測定器、７…アノード、８…カソード、９…加速電極、１０…イオンビーム
、１１…二次電子、１２…電界。

Claims (4)

1. 試料に照射するイオンビームを発生させるイオンビーム源と、
   前記イオンビームによる加工が行なわれる前記試料を内置する試料室と、
   前記試料室の真空を保つために排気を行なう排気装置と、
   イオン生成のためのガスを注入するガス注入機構を備えたイオンミリング装置において、
   接地電位に対し負の電圧が印加され、前記イオンビーム源のイオンを加速させるとともに二次電子サプレッサとして機能する加速電極を設けたことを特徴とするイオンミリング装置。
2. 請求項１記載のイオンミリング装置において、
   前記試料と前記イオンビーム源との間に前記イオンビームの電流を測定するイオンビーム電流測定器を備えたことを特徴とするイオンミリング装置。
3. 請求項１または２記載のイオンミリング装置において、
   前記加速電極は負の電位とアース電位との切り替え手段を持つことを特徴とするイオンミリング装置。
4. 試料に照射するイオンビームを発生させるイオンビーム源と、
   前記イオンビームによる加工が行なわれる前記試料を内置する試料室と、
   前記試料室の真空を保つために排気を行なう排気装置と、
   イオン生成のためのガスを注入するガス注入機構を備えたイオンミリング方法において、
   接地電位に対し負の電圧が印加され、前記イオンビーム源のイオンを加速させるとともに二次電子サプレッサとして機能する加速電極を有し、
   前記加速電極に加える電圧が複数値選択できることを特徴とするイオンミリング方法。

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