JPWO2019053871A1

JPWO2019053871A1 - イオンミリング装置

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Publication number: JPWO2019053871A1
Application number: JP2019541591A
Authority: JP
Inventors: 朝子金子; 高須　久幸; 久幸高須
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2037-09-15
Also published as: DE112017007863B4; CN111095474B; WO2019053871A1; DE112017007863T5; CN111095474A; US11004652B2; JP6814303B2; US20200357602A1

Abstract

本発明の目的は、イオンビーム照射で弾き飛ばされた試料由来の微粒子が、イオンミリング面に再付着する現象を低減する技術を提供することにある。本発明のイオンミリング装置では、イオンビームを照射するイオン源と、チャンバと、チャンバ内で試料が載置される試料台と、試料に載置される遮蔽板と、を備え、チャンバ内に配置されている磁石と、を有することで、試料由来の微粒子の再付着を低減することができる。

Description

本発明は、イオンミリング装置に関する。

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リング現象を利用して、試料の断面及び表面を削る装置であり、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの試料前処理装置として幅広い分野で活用されている。特許文献１に記載の通り、一般に平面ミリング法と断面ミリング法があり、前者の平面ミリング法では、イオンビームを直接試料表面に照射させて試料を削る方法であり、特許文献２に記載の通り試料の広範囲を削ることができる特徴がある。一方で後者の断面ミリングでは、試料加工時の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に、加工目的位置以外の試料上面に遮蔽板を配置し、遮蔽板の端面から数μｍ〜２００μｍ程度突出された試料の断面を遮蔽板の端面に沿って平滑に加工することができる。この時、スパッタされた試料の分子が試料の加工面に再付着する現象が発生し、観察および分析目的部にスパッタ粒子が付着するとＳＥＭ等で加工面の観察を行う場合に、観察の弊害になる。ここで、加工面にスパッタ粒子が再付着する現象を低減する対策として、特許文献３に開示の冷却機構を用いたコンタミトラップを設ける方法がある。

特開２０１３−２０１０２８号公報特開平３−３６２８５号公報特開２０１６−１７３８７４号公報

断面ミリングにおいて、イオンビーム照射によりスパッタリングされた試料由来の微粒子が、イオンミリング面に再付着し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などにおいてイオンミリング面の観察を困難にする問題がある。特許文献３に開示のコンタミトラップを用いる技術は、試料冷却を必要としない加工の場合には、有効な手法ではない。

本発明の目的は、イオンビーム照射で弾き飛ばされた試料由来の微粒子が、イオンミリング面に再付着する現象を低減する技術を提供することにある。

本発明のイオンミリング装置では、イオンビームを照射するイオン源と、チャンバと、チャンバ内で試料が載置される試料台と、試料に載置される遮蔽板と、チャンバ内に配置されている磁石と、を有することで、上述の課題を解決する。

本発明により、イオンビーム照射で弾き飛ばされた試料由来の微粒子が、イオンミリング面に再付着する現象を低減でき、ひいては、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などにおいて、良好なイオンミリング面で加工した試料を観察することができる。

一般的なイオンミリング装置の構成図である。永久磁石を用いたイオンミリング装置の模式図である。試料からスパッタリングされた微粒子の模式図である。永久磁石を用いた試料台の上面図である。永久磁石を用いた試料台の側面図である。永久磁石を用いた試料台の上面図である。永久磁石を用いた試料台の側面図である。

図１は、試料１０７上面に遮蔽板１０８を設置し、イオン源１０１から加速させたイオンビーム１０２を試料１０７に照射し、イオンのスパッタ現象を利用して試料１０７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。アルゴンのイオン源１０１におけるアルゴンイオンの電流密度は、イオン源制御部１０３で制御される。真空排気系１０５を制御して真空チャンバ１０４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１０７は真空チャンバ１０４の中に配置されている試料台１０６上に固定される。また、真空チャンバ１０４内部を大気開放した時に、試料ステージ１０９を真空チャンバ１０４外に引き出すことができる。試料１０７を固定した試料台１０６は試料ステージ１０９上に固定することができる。試料１０７上に遮蔽板１０８を固定し、イオン源１０１から放出されたイオンビーム１０２を照射することで、試料１０７の遮蔽板１０８から突出した部分を加工することができる。

図２（ａ）は、非磁性材料で製作された試料台１０６上面と、非磁性材料の磁石押さえ板２０２内の空洞間に、磁石の好適な例として永久磁石２０１ａが設置され、磁石押さえ板２０２上面に、試料１０７が配置され、試料１０７の上面には、試料１０７が突出する位置で遮蔽板１０８が配置されている。試料台１０６に用いる非磁性材料としては、オーステナイト系ステンレス鋼、高マンガン鋼、高ニッケル合金、アルミニウム、銅などを用いることができる。

永久磁石２０１ａは、試料台１０６から着脱可能となっており、永久磁石２０１ａを取外した状態で磁石押え板２０２の上面に試料１０７を固定して使用することを可能にする。あるいは、永久磁石２０１ａおよび磁石押え板２０２を取外し、試料台１０６の上面に直接試料１０７を固定して使用することも可能とする。また、永久磁石をホルダに搭載し、着脱可能な構造にしても良い。

特に、試料台１０６から試料端面２０８を数ミリ程度突出させて試料台１０６に固定する場合、永久磁石２０１aは試料台１０６の試料台端面２０９に寄せて固定することが望ましいが、試料の大きさや形状、加速電圧等の加工条件によって、永久磁石２０１aを試料台１０６の試料台端面２０９に必ずしも寄せる必要は無い。

試料１０７の側方には、磁石支持部２０３に固定された永久磁石２０１ｂが配置されている。永久磁石２０１ｂの配置位置はイオンビーム１０２の照射位置、イオンビーム１０２の強度、試料１０７の大きさや加工位置に応じて、制御部２０７より磁石支持部２０３を介して、位置調整可能とする。磁石支持部２０３の位置調整により、永久磁石２０１ｂにイオンビーム１０２が当たることなく、試料に応じた加工が可能となる。永久磁石２０１ｂの形状は円柱、立方体等、形や大きさに特定は無いものとするが、最大磁力３００〜４００ガウス程度のものを用いることが望ましい。ただし、試料の材質、大きさ又は加工位置等によって、最大磁力３００〜４００ガウスの範囲外の永久磁石を使用する場合も可能である。

イオン源１０１から照射されるイオンビーム１０２は、イオンビーム中心２０４から一定の角度で広がるため、イオンビームの中心の方のイオン密度が高くなる。イオンビーム１０２を遮蔽板１０８から突出した試料１０７に入射すると、試料表面からスパッタリングされた試料の微粒子２０５が飛び出す。ここで、図２（ｂ）に試料表面からスパッタされた試料の微粒子２０５の模式図を示す。イオンビーム１０２でスパッタされ弾き飛ばされた試料の微粒子２０５は、イオンビーム１０２で照射されたイオン、すなわちアルゴンイオン２０６が打ち込まれ、全体としてプラスの電荷を持つ。

試料からスパッタリングされた試料の微粒子２０５が特に磁性材料の場合、試料台１０６上部に配置された永久磁石２０１ａの磁力に、試料１０７からスパッタされた試料の微粒子２０５が引き寄せられ、試料１０７の加工面に、試料からスパッタされた試料の微粒子２０５が再付着する現象を低減することが出来る。

また、試料加工面の側方に磁石支持部２０３に固定された永久磁石２０１ｂが配置されており、永久磁石２０１ａの効果と同様に、試料１０７からスパッタされた試料の微粒子２０５が永久磁石２０１ｂに引き寄せられることによって、試料１０７からスパッタされた試料の微粒子２０５が試料加工面に再付着する現象を低減することが出来る。

さらに、試料加工面のみならず、試料中にボイド、クラック、メッキ不良や異物、或は、積層構造由来の空間がある試料に対し、空間に試料１０７からスパッタされた試料の微粒子２０５が再付着する可能性があるが、永久磁石２０１ａと永久磁石２０１ｂのどちらか一方、あるいは両者の組合せによって、スパッタされた試料の微粒子２０５が試料１０７の空間に再付着する現象を低減することが可能となり、試料１０７を試料台１０６に載せたまま走査電子顕微鏡に（ＳＥＭ）に移動し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて、試料１０７の加工面を明瞭に観察することが出来る。またＳＥＭ観察時には、永久磁石２０１ａの磁力による電子線への影響が懸念されるため、永久磁石２０１ａを取外すことで電子線への影響を低減し、効果的なＳＥＭ観察を可能とする。

図３（ａ）は、永久磁石を用いた試料台の上面図であり、図３（ｂ）は、永久磁石を用いた試料台の側面図である。非磁性材料で製作された試料台１０６の上面に、非磁性材料の磁石押さえ板２０２が配置され、磁石押さえ板２０２は内部に円形、または四角形などの空洞があり、空洞中に永久磁石２０１ａが、非磁性材料の磁石保持部３０１で保持されている。ＳＥＭ観察時には、永久磁石２０１ａの磁力による電子線への影響が懸念されるため、試料台１０６から磁石保持部３０１を外すことにより、永久磁石２０１ａを試料台１０６の下方から取外すことで電子線への影響を低減し、効果的なＳＥＭ観察を可能とする。永久磁石２０１ａの形状は円柱、立方体等、形や大きさに特定は無いものとするが、最大磁力３００〜４００ガウス程度のものを用いることが望ましい。

ただし、試料の材質、大きさ又は加工位置等によって、最大磁力３００〜４００ガウスの範囲外の永久磁石を使用する場合も可能である。永久磁石２０１ａのサイズも試料の材質、大きさ又は加工位置等に応じて変更したものを搭載可能としている。また、永久磁石２０１ａは磁石押さえ板２０２及び磁石保持部３０１と接触することで、永久磁石２０１ａは、磁石押さえ板２０２内部で固定されるが、磁石押さえ板２０２内部の空洞中で、永久磁石２０１ａの固定位置を自由に可変させることが可能である。

図４（ａ）は、永久磁石を用いた試料台の上面図であり、図４（ｂ）は、永久磁石を用いた試料台の側面図である。非磁性材料で製作された試料台１０６の上面に、磁石押さえ板２０２が配置され、ネジ４０１で固定することにより、永久磁石２０１ａを試料台１０６上に配置することも可能である。

１０１：イオン源、１０２：イオンビーム、１０３：イオン源制御部、１０４：真空チャンバ、１０５：真空排気系、１０６：試料台、１０７：試料、１０８：遮蔽板、１０９：試料ステージ、２０１ａ：永久磁石、２０１ｂ：永久磁石、２０２：磁石押さえ板、２０３：磁石支持部、２０４：イオンビーム中心、２０５：試料の微粒子、２０６：アルゴンイオン、２０７：制御部、２０８：試料端面、２０９：試料台端面、３０１：磁石保持部、４０１：ネジ

Claims

イオンビームを照射するイオン源と、
チャンバと、
前記チャンバ内で試料が載置される試料台と、
前記試料に載置される遮蔽板と、
前記チャンバ内に配置されている第１の磁石と、を有することを特徴とするイオンミリング装置。
請求項１記載のイオンミリング装置において、
前記第１の磁石が前記試料台に配置されることを特徴とするイオンミリング装置。
請求項１記載のイオンミリング装置において、
前記第１の磁石が前記試料の側方に配置されることを特徴とするイオンミリング装置。
請求項１記載のイオンミリング装置において、
前記第１の磁石が前記試料台に配置され、且つ第２の磁石が前記試料の側方に配置されることを特徴とするイオンミリング装置。
請求項１記載のイオンミリング装置において、
前記第１の磁石を前記試料台から着脱可能にすることを特徴とするイオンミリング装置。
請求項１記載のイオンミリング装置において、
前記第１の磁石を着脱可能に保持するホルダを有することを特徴とするイオンミリング装置。
請求項３記載のイオンミリング装置において、
前記第１の磁石の移動機構を備えることを特徴とするイオンミリング装置。
請求項１記載のイオンミリング装置において、
前記第１の磁石は、永久磁石であることを特徴とするイオンミリング装置。
請求項８記載のイオンミリング装置において、
前記永久磁石は、最大磁力が３００〜４００ガウス程度であることを特徴とするイオンミリング装置。