JP5619002B2 - イオンミリング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、走査電子顕微鏡等の試料を作成するイオンミリング装置用の遮蔽板に関する。
イオンミリング装置は、エネルギー及び方向を揃えたイオンビームを加速させ試料に照射し、試料表面から試料原子を弾き飛ばすスパッタ現象を利用して試料を削る装置である。
試料加工時は、イオンビーム散乱による加工目的位置以外の試料損傷を防ぐため、加工目的位置以外の試料上面にイオンビームの遮蔽板（以下、マスクとも言う）を置き、この遮蔽板から試料を突出させる。そして、突出された試料部分がスパッタされることで試料の断面を平滑に加工できる。
イオンミリング装置として、従来特許文献１，２のような技術が知られている。
特開２００５−６２１３１号公報 特開２００６−２６９３４２号公報
従来のイオンミリング装置のマスクは正方形または長方形の角形状であった。しかし、従来の角形状のマスクには以下のような問題があった。
第１に、角形状のマスクの場合、試料との接触面を平滑に保つため、製作者の高度な加工技術を必要とし、また高コストであることが問題であった。その上、マスクはスパッタリング現象により消耗するが、角形状のマスクでは、１枚のマスクに対する加工可能回数が形状上、少なく、また１枚のマスクの４辺を使用するに当たり複数回マスクを固定板に取り付けしなおす必要がある。
第２に、マスクと試料の遮蔽位置調整を精度良く行うために、光学顕微鏡を用いてマスクの位置調整を行う。この位置調整方法において、試料に対し垂直に照明を当てると、照明光がマスク及び試料に当たる。調整者はマスク及び試料を観察することになるが、鏡面反射した観察視野内のコントラストが低下し、両者の境目を見分けることが困難であった。
第３に、遮蔽位置調整において、試料面に対しマスク端面が垂直であった場合、光学顕微鏡で試料及びマスクの上部から観察をすると、マスクの試料面と接する一辺と、試料面と接しないマスクの一辺が一致する。このとき、光学顕微鏡の焦点深度が浅いため、マスクの上面と試料の両方に焦点を合わせることが難しく、マスク端面からの正確な試料の突出量調整が困難であった。
このような問題に鑑み、加工可能回数を増やし、遮蔽板位置調整を精度良く行えることのできる遮蔽板を有するイオンミリング装置を提供することにある。
第１の課題を解決するために、本発明では、イオン源と、イオン源から放出されるイオンビームを試料に照射して、試料を加工するイオンミリング装置に用いられ、試料とイオン源の間であって試料に接触する位置に配置される遮蔽板であって、当該遮蔽板は、中心に開口を有する円形であり、前記開口を通る軸に対して回転することができることを特徴とする遮蔽板を提供する。
遮蔽板の形状を円形にすることで、高度な加工技術を必要としない低コストのイオンミリング用遮蔽板を作ることができた。また、遮蔽板の中心を中心にして回転することで、１回のマスク取り付けでマスク１枚あたりの加工可能回数を増やすことができる。
第２の課題を解決するため、前記遮蔽板の端部の前記イオン源側の面に溝を設けた。これにより、遮蔽板からの鏡面反射を減らすことができ、コントラストが向上して、試料と遮蔽板の境目が見やすくなる。
第３の課題を解決するため、前記遮蔽板の端部は傾斜面を設け、前記遮蔽板は試料面に近いほど広くなる円錐台形状であるようにした。これにより、遮蔽板の試料面と接する一辺と、試料面と接しない遮蔽板の一辺が一致することがなく、試料及び遮蔽板の試料と接する一辺に焦点を合わせやすくなる。
本発明によれば、高度な加工技術を必要としない低コストのイオンミリング用遮蔽板及びイオンミリング装置を提供できる。また、遮蔽位置調整を精度良く行うことのできるイオンミリング用遮蔽板及びイオンミリング装置を提供できる。
イオンミリング装置の概略図。 遮蔽板固定板に固定した本発明の一実施形態の遮蔽板を試料上面に設置し、イオンビームを照射した状態図。 遮蔽板設置の作業手順を示したフロー図。 本発明の一実施形態の遮蔽板の端面近傍の断面図。
以下、本発明のイオンミリング装置及び遮蔽板（マスク）の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、試料７上面にマスク８を設置し、加速させたイオンビーム２を照射させ、イオンのスパッタ現象を利用して試料の突出部分の断面を加工するイオンミリング装置の構成を示したものである。イオンビーム２として、たとえばアルゴンイオンビームを用いることができる。
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３で制御される。真空排気系５を制御して真空チャンバー４内を真空または大気の状態にでき、その状態を保持できる。試料７は試料台６上に固定される。また、真空チャンバー４内部を大気開放した時に、試料ステージ９を真空チャンバー４外に引き出すことができる。試料７を固定した試料台６は試料ステージ９上に固定することができる。
試料７上にマスク８を固定し、イオン源１から放出されたイオンビーム２を照射することで、試料７のマスク８から突出した部分を加工することができる。
図２は、本発明にかかるマスク８を説明した図である。
図２（ａ）は、マスク固定板１３に固定した円形マスク１０を試料７の上面に設置し、イオンビーム２を円形マスク１０及び試料７に照射した状態である。このようにイオンビーム２を照射して試料７の目的位置を加工することができる。試料の加工面は若干の丸みを帯びるが、電子顕微鏡で観察を行う領域は十分小さく、観察には問題ない。
図２（ｂ）は、円形マスク１０の側面図である。円形マスク１０の中央には開口があり、開口を通る軸（ここではねじ１４が軸になる）を中心に回転できるようになっている。加工後はねじ１４を緩め、マスク中心１１を軸として、図２（ａ）に示すマスク回転方向１２に円形マスク１０の加工面を移動させる。回転量も自由に設定でき、ダメージの受けていない部分がイオンビーム照射位置になるようにすればよい。これにより、１回のマスク取り付けでマスク１枚あたりの加工可能回数を増やすことができる。
図３は、マスクを設置する工程を示す図であり、図２（ａ）には、従来の角形状のマスクを設置する場合の工程、図２（ｂ）には、本発明の円形マスクを設置する場合の工程を示す。従来のマスクでは、マスクの全端面を使用するに当たり、４回マスクをマスク固定板に設置しなおす必要がある。一方、本発明のマスクでは、１回マスクをマスク固定板に設置するだけで、マスクの全端面を使用することができる。マスクは、マスクとマスク固定板を固定するねじを緩め、マスクを回転させるだけでよい。回転量も自由に設定でき、ダメージの受けていない部分がイオンビーム照射位置になるようにすればよい。
図４は、本発明のマスクの断面構造を示した物である。まず、φｂを中心にして、傾斜角θａの溝を形成している。この溝により、光学顕微鏡を用いてマスクの位置合わせを行う際、光学顕微鏡の照明用光源から出た光が試料に反射し、対物レンズに入射するのを抑制することができる。これにより、視界のコントラストが上がり、マスクの位置合わせが容易にできる。
また、θｂの傾斜面を形成する。傾斜面は、前記遮蔽板は試料面に近いほど広くなる円錐台形状となるように形成される。これにより、光学顕微鏡を用いてマスクの位置合わせを行う際、マスクの先端と試料の境界部に光学顕微鏡の焦点を合わせることが容易になり、マスクの位置合わせが容易になる。
なお、溝の形状について、θａは任意に選択することが可能である。また、必ずしも両側がθａで同じである必要はない。また、θｂについても、角度は任意に選択することができる。
図４の溝や傾斜は、必ずしも円形マスクに限るものではないが、円形マスクであればこのような溝や傾斜の加工も容易にできる。
なお、上記光学顕微鏡は、遮蔽板８の端部と、試料７を含む位置にその視野が位置づけられるように設置される。光学顕微鏡は一般的に試料加工時には用いられないため、イオンミリング装置とは別に用意され、マスクと試料との位置合わせの時に選択的に用いられる。光学顕微鏡による位置合わせの際には、イオンミリング装置より取り出した試料ホルダに、試料，マスク、及びマスク固定板の順番で、これら部材を配置し、試料とマスクの相対位置を調整して、固定部座（ねじなど）によって、試料ホルダに保持する。この際に、上述のような端面と溝を持つマスクによれば、光学顕微鏡の光軸は、通常マスク中心１１の軸に平行に設定されるため、上記端面と溝を形成する面の垂線と、光学顕微鏡の光軸は平行にならない。よって、マスクの位置合わせ時に反射光が光学顕微鏡の対物レンズに入射し、光学顕微鏡の視界を妨げることを抑制することが可能となる。
１ イオン源
２ イオンビーム
３ イオン源制御部
４ 真空チャンバー
５ 真空排気系
６ 試料台
７ 試料
８ 遮蔽板（マスク）
９ 試料ステージ
１０ 円形マスク
１１ マスク中心
１２ マスク回転方向
１３ マスク固定板
１４ ねじ

Claims (7)

  1. イオン源と、イオン源から放出されるイオンビームを試料に照射して、試料を加工するイオンミリング装置に用いられ、試料とイオン源の間であって試料に接触する位置に配置され、前記試料の加工部位をイオンビームに曝しつつ、試料をイオンビームの照射から遮蔽する遮蔽板であって、
    当該遮蔽板は、中心に開口を有する円形であり、前記開口を通る軸を回転軸として前記試料に対して相対的に回転することができることを特徴とする遮蔽板。
  2. 請求項１の遮蔽板において、
    前記遮蔽板の端部の前記イオン源側の面に溝を有することを特徴とする遮蔽板。
  3. 請求項１の遮蔽板において、
    前記遮蔽板の端部は傾斜面を有し、前記遮蔽板は試料面に近いほど広くなる円錐台形状であることを特徴とする遮蔽板。
  4. イオン源と、イオン源から放出されるイオンビームを試料に照射して、試料を加工するイオンミリング装置に用いられ、試料とイオン源の間であって試料に接触する位置に配置される遮蔽板であって、
    当該遮蔽板は円形であり、イオンビーム側に設けられ、前記イオンビームに対し傾斜した第１の斜面と、当該第１の斜面の傾斜角とは異なる傾斜角であって当該第１の斜面の前記イオン源側頂点と接続される第２の斜面を有し、当該第２の斜面は、前記遮蔽板の前記イオン源側の面に溝を形成することを特徴とする遮蔽板。
  5. イオン源と、イオン源から放出されるイオンビームを試料に照射して、試料を加工するイオンミリング装置であって、
    試料とイオン源の間であって試料に接触する位置に配置され、前記試料の加工部位をイオンビームに曝しつつ、試料をイオンビームの照射から遮蔽する遮蔽板を有し、 当該遮蔽板は、中心に開口を有する円形であり、前記開口を通る軸を回転軸として前記試料に対して相対的に回転することができることを特徴とするイオンミリング装置。
  6. 請求項５のイオンミリング装置において、 前記遮蔽板の端部の前記イオン源側の面に溝を有することを特徴とするイオンミリング装置。
  7. 請求項５のイオンミリング装置において、
    前記遮蔽板の端部は傾斜面を有し、前記遮蔽板は試料面に近いほど広くなる円錐台形状であることを特徴とするイオンミリング装置。
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