KR102188382B1

KR102188382B1 - 하전 입자선 장치

Info

Publication number: KR102188382B1
Application number: KR1020197002085A
Authority: KR
Inventors: 아사코 가네코; 히사유키 다카스; 도루 이와야
Original assignee: 주식회사 히타치하이테크
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2020-12-08
Also published as: JP6727307B2; CN109478488B; US10832889B2; CN109478488A; US20190272973A1; WO2018029778A1; JPWO2018029778A1; KR20190020790A

Abstract

차폐판(遮蔽板)을 이용한 단면 가공에 있어서, 가공 위치 정밀도를 향상 가능한 하전 입자선 장치를 제공하기 위해, 이온원(101)과, 시료(107)가 재치(載置)되는 시료대(106)와, 이온원(101)에서 볼 때 시료(107)의 일부가 노출되도록 배치되는 차폐판(108)과, 이온원(101)으로부터의 이온빔(102)의 시료(107)에의 조사 방향에 대하여, 시료(107) 및 차폐판(108)을 상대적으로 틸트시키는 틸트부(123, 124)를 갖는 하전 입자선 장치로 한다.

Description

하전 입자선 장치

본 발명은 하전 입자선 장치에 관한 것이다.

하전 입자선 장치의 하나인 이온 밀링 장치는, 주사 전자 현미경(SEM)이나 투과 전자 현미경(TEM) 등의 시료 전(前)처리 장치로서 폭넓은 분야의 시료의 단면(斷面) 및 평면을 제작하는 장치로서 활용되고 있다. 이것은 가속시킨 아르곤 이온을 시료에 조사하고, 시료 표면으로부터 시료 원자를 튕기는 스퍼터링 현상을 이용하여 시료를 깎는 장치이며, 일반적으로 평면 밀링법과 단면 밀링법이 있다.

전자의 평면 밀링법에 있어서는, 이온원으로부터 수속(收束)시키지 않은 이온빔을 직접 시료 표면에 조사시켜 시료를 깎는 방법이며, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 시료 표면의 광범위를 깎을 수 있는 특징이 있다. 한편, 후자의 단면 밀링법에 있어서는, 이온원과 시료 사이에 차폐판(遮蔽板)을 배치하고, 당해 차폐판으로부터 시료를 수 ㎛∼200㎛ 정도 돌출시켜 배치함으로써 차폐판으로부터 돌출된 시료부에 이온빔을 조사함으로써, 차폐판 단부면을 따라 시료 단면을 평활하게 깎을 수 있다.

일본국 특개평3-36285호 공보

최근에는, 세라믹스나 초경(超硬) 재료 등 스퍼터 수율이 작은 재료를 광범위하며 또한 단시간에 가공하는 니즈가 있어, 높은 밀링 속도에 대응한 이온원을 이용할 필요가 있다. 또한 시료의 미세화에 수반하여, 미세 구조의 광역(廣域) 단면 제작이 요구되고, 일반적으로는 협역(狹域) 시료의 단면 제작법으로서, 수속 이온빔(FIB)이 알려져 있지만, 광역 가공이 곤란하며, 가공에 많은 시간을 요하므로, 차폐판을 이용하여 미세 구조의 단면 제작을 행하는 단면 밀링법이 기대된다.

그래서, 발명자들은, 세라믹스나 초경 재료 등 스퍼터 수율이 작은 재료에 대하여 고(高)에너지(고가속 전압으로 인가한 이온)의 이온원을 이용하여 단면 이온 밀링을 행했다. 그 결과, 시료 위의 목적으로 하는 위치에 차폐판을 배치했음에도 불구하고, 가공면이, 예를 들면 수 ㎛ 정도, 차폐판 단부면으로부터 오버행(overhang) 형상으로 형성되어, 차폐판 단부면을 따른 시료 가공면을 얻을 수 없음을 알 수 있었다.

본 발명의 목적은, 차폐판을 이용한 단면 가공에 있어서, 가공 위치 정밀도를 향상 가능한 하전 입자선 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시형태로서,

이온원과,

시료가 재치(載置)되는 시료대와,

상기 이온원에서 볼 때 상기 시료의 일부가 노출되도록 배치되는 차폐판과,

상기 이온원으로부터의 이온빔의 상기 시료에의 조사 방향에 대하여, 상기 시료 및 상기 차폐판을 상대적으로 틸트시키는 틸트부를 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치로 한다.

본 발명에 의하면, 차폐판을 이용한 단면 가공에 있어서, 가공 위치 정밀도를 향상 가능한 하전 입자선 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예 1에 따른 이온 밀링 장치의 개략도.
도 2a는 시료에 조사된 고가속 이온빔이 시료 내에서 산란되는 형태를 몬테카를로 시뮬레이션한 일례를 나타내는 이미지.
도 2b는 시료에 조사된 저(低)가속 이온빔이 시료 내에서 산란되는 형태를 몬테카를로 시뮬레이션한 일례를 나타내는 이미지.
도 3a는 시료의 단면 이온 밀링을 설명하기 위한 요부 개략 조감 모식도.
도 3b는 도 3a에 나타내는 시료를 측면에서 본 개략 단면 모식도.
도 3c는 도 1에 나타내는 이온 밀링 장치를 이용하여 틸트시킨 시료를 이온 밀링했을 때의 시료를 측면에서 본 개략 단면 모식도.
도 3d는 도 1에 나타내는 이온 밀링 장치를 이용하여 틸트 ＆ 차폐판 미동을 행하여 시료를 이온 밀링했을 때의 시료를 측면에서 본 개략 단면 모식도.
도 4a는 도 1에 나타내는 이온 밀링 장치에 있어서, 틸트축을 설명하기 위한 요부 개략 단면도.
도 4b는 이온빔의 조사 방향에 대한 시료의 틸트 각도를 설명하기 위한 개략 단면도(일부 조감도).
도 5는 실시예 1에 따른, 차폐판 및／또는 시료의 가공 위치 조정 기능을 갖는 이온 밀링 장치의 개략 전체 단면도.
도 6은 실시예 1에 따른, 차폐판의 가공 위치 조정의 일례를 나타내는 이온 밀링 장치의 개략 요부 단면도.
도 7은 실시예 1에 따른, 시료의 가공 위치 조정의 일례를 나타내는 이온 밀링 장치의 개략 요부 단면도.
도 8은 실시예 1에 따른, 시료의 가공 위치 조정의 다른 예를 나타내는 이온 밀링 장치의 개략 요부 평면도.
도 9는 실시예 2에 따른, 정전 편향판을 구비한 이온 밀링 장치의 개략 요부 단면도.
도 10은 실시예 3에 따른, 이온원의 틸트 기구를 갖는 이온 밀링 장치의 개략 요부 단면도.

발명자들은, 이 새롭게 찾아낸 가공 위치 정밀도의 저하의 원인에 대해서 더욱 검토를 행했다. 그 결과, 이온빔 조사시의 시료 내부에의 이온빔의 산란이 커져 차폐판에서 차폐된 영역에의 아모퍼스층의 형성이나 물리 스퍼터링에 의해 차폐판 단부면을 따른 시료 가공면이 되지 않는 것을 찾아냈다.

본 발명은 이 새로운 지견에 의해 탄생한 것이며, 이온빔을 차폐한 차폐판 단부면 근방의 시료 내부에서 산란되는 이온의 조사(입사) 각도를 고려하여, 시료의 입사 각도를 변경하는 수단을 추가함으로써, 차폐판의 단부면을 따른 평탄한 가공을 행하는 것을 가능하게 하는 것이다. 또한, 차폐판을 미동시키면서 이온빔을 조사함으로써 마스크 하측이 밀링되어버리는 것을 회피한다.

이에 따라, 차폐판을 이용한 단면 이온 밀링에 있어서, 시료 내부에서 산란되는 이온에 의한 스퍼터링 현상이, 가공면에 미치는 영향을 회피할 수 있어, 차폐판의 단부면을 따른 평활한 시료 단면이 얻어짐으로써, 장치의 가공 위치 정밀도가 향상된다.

이하, 본 발명에 대해서 실시예에 따라 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 하전 입자선 장치로서 이온 밀링 장치를 이용하여 설명하지만, 이온을 이용한 다른 장치에의 적용도 가능하다.

(실시예 1)

도 1은, 시료(107)의 상면에 차폐판(108)을 설치하고, 가속시킨 이온빔(102)을 조사시켜, 이온의 스퍼터 현상을 이용하여 시료의 돌출 부분의 단면을 가공하는 이온 밀링 장치의 구성을 나타낸 것이다. 아르곤의 이온원(101)에 있어서의 아르곤 이온의 전류 밀도는, 이온원 제어부(103)에서 제어된다. 진공 배기계(105)를 제어하여 진공 챔버(104)의 내부를 진공 또는 대기의 상태로 할 수 있고, 그 상태를 유지할 수 있다.

시료(107)는 시료대(106) 위에 고정된다. 또한, 진공 챔버(104)의 내부를 대기 개방했을 때에, 시료 스테이지(109)를 진공 챔버(104) 밖으로 인출할 수 있다. 시료(107)를 고정한 시료대(106)는 시료 스테이지(109) 위에 고정할 수 있다. 시료(107)와 차폐판(108)은 이동 가능하도록 각각 독립적으로 고정하고, 이온원(101)으로부터 방출된 이온빔(102)을 조사함으로써, 이온원에서 볼 때, 시료(107)의 차폐판(108)으로부터 돌출된 부분을 가공할 수 있다. 또한, 본 이온 밀링 장치는, 후술하는 틸트축 제어부나 차폐판 미동 기구 등을 갖는다.

도 2a 및 도 2b는, 아르곤 이온(110)을 아르곤 이온 입사 방향(111)을 따라 시료(107)에 조사했을 때, 시료(107)의 내부의 산란 이온(112)을 몬테카를로 시뮬레이션으로 나타낸 것이다. 도 2a는 고가속 이온을, 도 2b는 저가속 이온을 시료(107)에 조사했을 경우를 나타낸다. 여기에서, 고가속 이온을 조사한 도 2a쪽이, 시료(107)의 내부에서의 이온의 산란이 큰 것을 알 수 있다.

도 3a는, 시료의 단면 이온 밀링을 설명하기 위한 요부 개략 조감 모식도, 도 3b는 도 3a에 나타내는 시료를 측면에서 본 개략 단면 모식도이다. 도 3a에 나타내는 바와 같이, 단면 밀링은, 가공 전에 유저가 차폐판(108)으로부터의 시료(107)의 돌출량(113)을 미리 설정하고, 이온빔(102)을 시료(107)에 조사한다. 또한, 편의상, 돌출량(113)은 차폐판(108)의 두께에 비해 크게 기재했다. 이때, 차폐판(108)과 시료(107) 및 시료대(106)는 스윙축(114)을 중심으로 좌우로 임의의 각도를 유지하면서 스윙(115)하지만, 이온빔(102)의 빔 중심(116)은, 스윙축(114)과 수직으로 교차하는 위치에 설정된다. 이 때문에 시료의 밀링면(117)은, 빔 중심(116) 또는 스윙축(114)을 중심으로 차폐판의 단부(端部)(118)를 따라 좌우 대칭인 가우스 분포 형상으로 형성된다.

그런데, 종래 행해지고 있었던 이러한 단면 가공에서는, 도 3b에 나타내는 바와 같이 이온빔(102)이 시료(107)의 내부에서 산란하여 밀링면(117)이 차폐판(108)에 대하여 수직으로 형성되지 않는다. 이것은, 도 2a나 도 2b에서 나타난 바와 같이 고가속 이온을 조사할수록, 시료(107)의 내부에서의 산란 이온(112)의 양이 증가하여 차폐판의 하부까지 들어가기 때문에, 밀링면(117)은 보다 만곡(灣曲)한 형상이 된다.

예를 들면, 차폐판(108)으로부터 시료(107)의 돌출량(113)을 약 50㎛ 정도로 설정하고, 가속 전압 6kV의 이온빔(102)을 시료(107)에 조사했을 경우, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 차폐판(108)과 시료(107)의 상부의 밀착면으로부터 α(400㎛ 정도)만큼 하부에서, 밀링면(117)이 차폐판의 단부(118)로부터 최대 β(5㎛ 정도)만큼 내측에 형성된다. 이와 같이 밀링면(117)이 차폐판의 단부(118)로부터 내측으로 만곡하여 형성되면, 시료의 상부 또는 내부에 있는 미세 구조(119)의 중심의 단면 제작을 할 때에, 정확한 중심 단면을 제작할 수 없거나, 미세 구조(119) 자신을 깎아버릴 우려가 생긴다. 이온빔(102)의 가속 전압을 저가속으로 하여 시료(107)를 가공하는 방법도 있지만, 가공 시간이 길어진다.

그래서, 본 실시예에서는, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 차폐판의 단부(118)를 따른 틸트축(120)을 마련함으로써, 시료(107)에 입사하는 이온빔(102)의 각도를 변경함으로써, 고가속의 이온빔(102)을 이용하여 단시간에, 차폐판(108)에 대하여 수직인 밀링면(117)을 형성할 수 있다. 그때, 틸트축을 중심으로 이온빔에 대하여 시료가 차폐판에서 마스크되는 방향으로 시료 및 차폐판 등을 틸트시킨다. 부호 121은 틸트 구동 방향을 나타낸다.

한편, 이온 밀링 장치에 있어서, 이온원(101)으로부터 방출되는 이온빔(102)은, 수속 작용을 받지 않고 브로드(broad)하게 퍼져 시료(107)에 조사되지만, 이온빔(102)의 가속 전압이 변화되면, 빔 중심(116)의 위치가 바뀌어, 가공 중에 가속 전압을 가변(可變)시켰을 경우 등, 이들의 빔 중심(116)을 스윙축(114)과 수직으로 제어하는 것이 어렵다. 일반적으로, 이온빔(102)의 빔 중심(116)이 가장 이온밀도가 높고, 빔 중심(116)에서 가공되는 시료(107)의 위치가 가장 가공 속도가 빠르지만, 상기에 기재한 바와 같이 빔 중심(116)이 변화되었을 경우, 가공 속도가 저하하여 가공 시간이 장기화될 문제가 생긴다.

그래서, 도 3d에 나타내는 바와 같이, 이온빔(102)의 가속 전압에 따른 차폐판의 미동(122)이 가능한 기구를 마련함으로써, 항상 빔 중심(116)이 차폐판의 단부(118)에 설정되어, 상기에 기재한 문제를 해결할 수 있다. 부호 121은 틸트 구동 방향을 나타낸다.

도 4a는, 도 1에 나타내는 이온 밀링 장치에 있어서, 틸트축을 설명하기 위한 요부 개략 단면도이다. 차폐판(108), 시료(107), 시료대(106) 및 시료 스테이지(109)는, 진공 챔버(104)의 내부에 배치되어 있고, 시료 스테이지(109)는, 진공 챔버(104) 밖에 배치된 모터 A(틸트부의 일부)(124)에 연결되어 있고, 모터 A(124)는 틸트 제어부(틸트부의 일부)(123)에 연결되어 있다. 또한 이온원(101)으로부터 방출된 이온빔(102)은, 시료(107)에 조사되고, 시료(107)에는 가우스 분포 형상의 밀링면(117)이 형성된다.

틸트 제어부(123)에서 임의의 각도를 설정하고, 모터 A(124)가 작동함으로써, 모터 A의 회전 중심축(125), 즉 틸트축(120)을 중심으로 차폐판(108), 시료(107), 시료대(106)를 놓은 시료 스테이지(109)가 틸트한다. 상기와 같이 시료(107)가 틸트됨으로써, 시료(107)에 조사되는 이온빔(102)의 입사 각도가 바뀐다. 또한, 본 실시예에서는 모터 A 등을 이용함으로써 틸트 각도를 가변으로 했지만, 소정의 틸트 각도로 고정 가능한 부재를 이용하여 틸트부로 할 수도 있다.

도 4b는, 시료(107) 및 차폐판(108)을, 상기 틸트축(120)을 사용하여 틸트시켰을 경우의 개략도이다. 이때, 이온빔과 교차하여 스윙축과 직교하도록 차폐판 단부에 설정된 틸트축에 대하여 차폐판으로 시료가 마스크되는 방향으로 시료 및 차폐판 등을 틸트시킨다. 즉, 이온원 중심(126)에 대하여, 시료 틸트 각도(θ)를 차폐판(108)의 측에 취함으로써, 차폐판(108)의 바로 아래에서의 시료(107)의 내부에 있어서의 산란 이온(112)을 저감하는 것이 가능해지고, 따라서, 도 3b에서 나타낸 밀링면(117)이 차폐판(108)에 대하여 수직으로 형성되지 않는 문제를 해결할 수 있다. 상기의 시료 틸트 각도(θ)는 0° 초과 10° 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 0°를 초과함으로써 β를 저감할 수 있고, 10° 이하로 함으로써 원하는 위치에서의 단면을 얻을 수 있다.

도 5는, 차폐판 및／또는 시료의 가공 위치 조정 기능을 갖는 이온 밀링 장치의 전체 개략 단면도이다. 진공 챔버(104)의 내부는 진공 배기계(105)에 의해 진공 상태가 유지되어 있고, 이온원 제어부(103)에 의해 이온원(101)으로부터 이온빔(102)이 언제나 조사 가능한 상태이다. 또한, 차폐판(108), 시료(107), 시료대(106) 및 시료 스테이지(109)는 진공 챔버(104)의 내부에 배치되어 있고, 이온원 제어부(103)로부터 차폐판 및／또는 시료대 미동 기구 제어부(135)로 신호가 보내지고, 차폐판 및／또는 시료대 미동 기구 제어부(135)의 제어에 의해 모터 C(133)가 작동하여 차폐판(108)의 위치를 진공 챔버(104) 밖으로부터 제어하는 것이 가능하다.

마찬가지로, 차폐판 및／또는 시료대 미동 기구 제어부(135)의 제어에 의해 모터 D(134)가 작동하여 시료대(106)의 위치를 진공 챔버(104) 밖으로부터 제어 가능하다. 이로부터, 이온원 제어부(103)로부터 지령된 가속 전압에 따라, 이온원(101)으로부터 방출되는 이온빔(102)의 에너지와, 차폐판(108) 및 시료대(106)의 위치를 진공 챔버(104) 밖으로부터 유저가 제어하는 것이 가능하다.

그때, 예를 들면, 차폐판 및／또는 시료대 미동 기구 제어부(135)는, 그 내부의 메모리(160)에 사전에 기억시킨 이온빔의 에너지와 차폐판에 대한 시료대의 위치와의 관계를 이용하여 시료에 대한 차폐판의 설치 위치가 자동으로 제어된다. 메모리(160)는 차폐판 및／또는 시료대 미동 기구 제어부(135)의 외부에 마련할 수도 있다. 혹은, 진공 챔버 내에 설치된 카메라, 현미경, 모니터 또는, 그것들을 조합한 기구를 이용하여 얻어진 정보에 의거하여, 차폐판(108) 및／또는 시료대(106)의 위치를 조정함으로써, 시료에 대한 차폐판의 설치 위치를 수동으로 정확하게 위치 조정을 행하는 것이 가능하다.

도 6은, 차폐판의 가공 위치 조정의 일례를 나타내는 이온 밀링 장치의 요부 개략 단면도이다. 차폐판(108), 시료(107), 시료대(106) 및 시료 스테이지(109)는, 진공 챔버(104)의 내부에 배치되어 있다. 또한 차폐판(108)에는 차폐판 암 나사부(137)가 마련되고, 시료 스테이지(109)와 나사 A(136)가 연결되어 있다. 차폐판 및／또는 시료대 미동 기구 제어부(135)에서 제어되어 모터 C(133)가 작동하고, 나사 A(136)가 회전함으로써, 차폐판(108)의 위치를 제어하는 것이 가능하다.

예를 들면 시료(107) 위에 나타낸 가공 위치 A에 차폐판(108)이 처음에 조정되어 있었을 경우, 이온원(101)으로부터 방출되는 이온빔(102)의 에너지가 가변되는 등에 의해, 이온빔(102)의 중심이 시료(107) 위의 B에 시료(107)의 가공 중에 바뀌었을 경우 또는 유저에 의해 의도적으로 가공 위치를 조정할 경우 등, 모터 C(133)가 우회전으로 나사 A(136)를 제어하여, 차폐판(108)의 위치를 조정한다.

상기 마찬가지의 이유에 의해, 이온빔(102)의 중심이 시료 위의 C에 시료(107)의 가공 중에 바뀌었을 경우 또는 유저에 의해 의도적으로 가공 위치를 조정할 경우 등, 모터 C(133)가 좌회전으로 나사 A(136)를 제어하여, 차폐판(108)의 위치를 조정한다. 또한, 차폐판(108) 및 시료대(106)는, 진공 챔버 내에 설치된 카메라, 현미경, 모니터 또는, 그것들을 조합한 기구를 이용하여, 정확하게 위치 조정을 행하는 것이 가능하다.

도 7은, 시료의 가공 위치 조정의 일례를 나타내는 이온 밀링 장치의 요부 개략 단면도이다. 차폐판(108), 시료(107), 시료대(106) 및 시료 스테이지(109)는, 진공 챔버(104)의 내부에 배치되어 있다. 또한 시료대(106)에는 시료대 암 나사부(139)가 마련되고, 시료 스테이지(109)와 나사 B(138)가 연결되어 있다. 차폐판 및／또는 시료대 미동 기구 제어부(135)에서 제어되어 모터 D(134)가 작동하고, 나사 B(138)가 회전함으로써, 시료대(106)의 위치를 제어하는 것이 가능하다.

예를 들면 시료(107) 위에 나타낸 가공 위치 A에 차폐판(108)이 처음에 조정되어 있었을 경우, 이온원(101)으로부터 방출되는 이온빔(102)의 에너지가 가변되는 등에 의해, 이온빔(102)의 중심이 시료(107) 위의 B에 시료(107)의 가공 중에 바뀌었을 경우 또는 유저에 의해 의도적으로 가공 위치를 조정할 경우 등, 모터 D(134)가 우회전으로 나사 B(138)를 제어하여, 시료대(106)의 위치를 조정한다. 상기 마찬가지의 이유에 의해, 이온빔(102)의 중심이 시료(107) 위의 C에 시료(107)의 가공 중에 바뀌었을 경우 또는 유저에 의해 의도적으로 가공 위치를 조정할 경우 등, 모터 D(134)가 좌회전으로 나사 B를 제어하여, 시료대(106)의 위치를 조정한다. 또한, 차폐판(108) 및 시료대(106)는, 진공 챔버 내에 설치된 카메라, 현미경, 모니터 또는, 그것들을 조합한 기구를 이용하여, 정확하게 위치 조정을 행하는 것이 가능하다.

도 8은, 시료의 가공 위치 조정의 다른 예를 나타내는 이온 밀링 장치의 개략 요부 평면도이며, 차폐판(108)의 상부 즉 이온이 시료(107) 등을 향하는 방향에서 본 도면이다. 차폐판(108), 시료(107), 시료대(106) 및 시료 스테이지(109)는, 진공 챔버(104)의 내부에 배치되어 있다. 시료대(106)에는 시료대 암 나사부(139)가 마련되고, 시료 스테이지(109)와 나사 B(138)가 연결되어 있다.

한편, 시료 스테이지(109)는, 시료 스테이지 암 나사부(141)가 마련되고, 나사 C(140)에 연결되어 있다. 모터 D 및 모터 E 제어부(143)는 모터 D(134) 및 모터 E(142)에 연결되어 있고, 모터 D 및 모터 E 제어부(143)의 지령에 의해, 가공 위치를 X 방향으로 조정할 경우에는, 모터 E(142)를 이용하여 나사 C(140)를 회전시켜, 시료 스테이지(109)를 작동시키고, 가공 위치를 Y 방향으로 조정할 경우에는, 모터 D(134)를 이용하여 나사 B(138)를 회전시켜, 시료대(106)를 작동시킴으로써, 가공 위치를 XY 방향으로 자유롭게 조정하는 것이 가능하다.

예를 들면 시료(107) 위에 나타낸 가공 위치 A에 차폐판(108)이 처음에 조정되어 있었을 경우, 이온원(101)으로부터 방출되는 이온빔(102)의 에너지가 가변되는 등에 의해, 이온빔(102)의 중심이 시료(107) 위의 D에 시료(107)의 가공 중에 바뀌었을 경우 또는 유저에 의해 의도적으로 가공 위치를 조정할 경우 등, 모터 D(134)가 좌회전으로 나사 B(138)를 제어함으로써 시료대(106)의 Y 방향의 위치를 조정하고, 모터 E(142)가 우회전으로 나사 C(140)를 제어함으로써 시료 스테이지(109)의 X 방향의 위치를 조정한다. 여기에서, 시료대(106)와 시료 스테이지(109)에 마련된 X 방향과 Y 방향의 조정 기구를 역으로 함으로써 상기 가공 위치의 XY 조정도 가능하다. 또한, 차폐판(108) 및 시료대(106)는, 진공 챔버 내에 설치된 카메라, 현미경, 모니터 또는, 그것들을 조합한 기구를 이용하여, 정확하게 위치 조정을 행하는 것이 가능하다.

시료로서 세라믹스나 초경 재료 등을 이용하고, 도 4a의 구성을 포함하는 이온 밀링 장치를 이용하여 도 4b에 나타내는 바와 같이 시료 및 차폐판을 이온빔의 조사 방향에 대하여 틸트시켜 시료의 단면 가공을 행한 바, 소정의 위치에 있어서의 양호한 단면 형상을 얻을 수 있었다.

이상, 본 실시예에 의하면, 차폐판을 이용한 단면 가공에 있어서, 이온빔의 시료에의 조사 방향에 대하여, 시료 및 차폐판을 상대적으로 틸트시키는 틸트부를 구비함으로써, 스퍼터 수율이 작은 재료여도 가공 위치 정밀도를 향상 가능한 하전 입자선 장치를 제공할 수 있다. 또한, 틸트시키는 각도를 가변으로 함으로써, 보다 가공 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 차폐판 및／또는 시료의 미동 기구를 마련함으로써, 더욱 가공 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다.

(실시예 2)

실시예 2에 따른 이온 밀링 장치에 대해서 도 9를 이용하여 설명한다. 또한, 실시예 1에 기재되고 본 실시예에 미기재된 사항은 특별한 사정이 없는 한 본 실시예에도 적용할 수 있다.

도 9는, 정전 편향판을 구비한 이온 밀링 장치의 개략 요부 단면도이다. 차폐판(108)과 시료(107)는, 진공 챔버(104)의 내부에 배치되어 있다. 이온원(101) 중에는, 정전 편향판(127)이 배치되어 있고, 이온원 중심(126)을 따른 이온빔(102)은 이온원 제어부(103)에서 제어되고, 상기 정전 편향판(틸트부)(127)에 의해 구부러져, 시료(107)에 조사되는 이온빔(102)의 각도를 바꿀 수 있다. 정전 편향판은 자장(磁場)을 이용한 편향 수단으로 할 수도 있다.

여기에서 도 4b에 나타낸 바와 같이, 이온원 중심(126)에 대하여, 이온빔(102)의 조사 각도(θ')를 차폐판(108)측에 취함으로써, 차폐판(108)의 바로 아래에서의 시료(107)의 내부에 있어서의 산란 이온(112)을 저감하는 것이 가능해져, 도 4a에서 나타낸 차폐판의 단부(118)에 틸트축(120)을 마련하여, 시료(107)를 틸트했을 경우와 마찬가지로, 도 3b에서 나타낸 밀링면(117)이 차폐판(108)에 대하여 수직으로 형성되지 않는 문제를 해결할 수 있다. 여기에서, 이온빔(102)의 조사 각도(θ')는, 도 4b의 시료 틸트 각도(θ)와 마찬가지로 0° 초과 10° 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

시료로서 세라믹스나 초경 재료 등을 이용하고, 도 9의 구성을 포함하는 이온 밀링 장치를 이용하여 이온빔의 조사 방향을 시료 및 차폐판에 대하여 틸트시켜 시료의 단면 가공을 행한 바, 소정의 위치에 있어서의 양호한 단면 형상을 얻을 수 있었다.

이상, 본 실시예에 의하면, 실시예 1과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 3)

실시예 3에 따른 이온 밀링 장치에 대해서 도 10을 이용하여 설명한다. 또한, 실시예 1 또는 2에 기재되어 본 실시예에 미기재된 사항은 특별한 사정이 없는 한 본 실시예에도 적용할 수 있다.

도 10은, 이온원의 틸트 기구를 갖는 이온 밀링 장치의 개략 요부 단면도이다. 차폐판(108), 시료(107), 시료대(106) 및 시료 스테이지(109)는, 진공 챔버(104)의 내부에 배치되어 있다. 또한 이온원(101)은 아암(틸트부의 일부)(131)을 통해 웜 기어(틸트부의 일부)(130)에 연결되어 있고, 추가로 모터 B 제어부(틸트부의 일부)(146)에서 제어되는 모터 B(틸트부의 일부)(128)에서 연동하는 구조로 되어 있다. 모터 B 제어부(146)에서 임의의 각도로 설정되고, 모터 B(128), 웜 기어(130)와 아암(131)을 통해 이온원(101) 또는 이온원 중심(126)은 이온원 구동 방향(132)에 나타내는 바와 같이, 모터 B 회전 중심축(129)을 중심으로 틸트한다. 이와 같이 이온원(101)을 도 9에서 나타낸 것과 마찬가지로, 0° 초과 10° 이하의 조사 각도(θ')를 차폐판(108)측에 부여함으로써, 도 3b에서 나타낸 밀링면(117)이 차폐판(108)에 대하여 수직으로 형성되지 않는 문제를 해결할 수 있다.

시료로서 세라믹스나 초경 재료 등을 이용하고, 도 10의 구성을 포함하는 이온 밀링 장치를 이용하여 이온빔의 조사 방향을 시료 및 차폐판에 대하여 틸트시켜 시료의 단면 가공을 행한 바, 소정의 위치에 있어서의 양호한 단면 형상을 얻을 수 있었다.

또한, 본 발명은 이하의 실시형태를 포함한다.

이온원과,

시료가 재치되는 시료대와,

상기 시료의 일부가 노출되어 있는 측의 상기 차폐판의 단부가 연장되는 방향과 직교하고 상기 이온원으로부터의 이온빔과 교차하는 스윙축을 중심으로 상기 시료 및 상기 차폐판을 스윙시키는 스윙부와,

상기 스윙축과 직교하고 상기 이온빔과 교차하도록 상기 차폐판의 단부에 설정된 틸트축을 중심으로, 상기 이온빔의 상기 시료에의 조사 방향에 대하여 상기 시료 및 상기 차폐판을 상대적으로 상기 차폐판으로 상기 시료가 차폐되는 방향으로 시료 및 차폐판을 틸트 각도(θ)만큼 틸트시키는 틸트부를 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것도 가능하며, 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.

101: 이온원 102: 이온빔
103: 이온원 제어부 104: 진공 챔버
105: 진공 배기계 106: 시료대
107: 시료 108: 차폐판
109: 시료 스테이지 110: 아르곤 이온
111: 아르곤 이온 입사 방향 112: 산란 이온
113: 돌출량 114: 스윙축
115: 스윙(방향) 116: 빔 중심
117: 밀링면 118: 차폐판의 단부
119: 미세 구조 120: 틸트축
121: 틸트 구동 방향 122: 차폐판의 미동
123: 틸트 제어부 124: 모터 A(틸트부의 일부)
125: 모터 A 회전 중심축 126: 이온원 중심
127: 정전 편향판 128: 모터 B(틸트부의 일부)
129: 모터 B 회전 중심축 130: 웜 기어(틸트부의 일부)
131: 아암(틸트부의 일부) 132: 이온원 구동 방향
133: 모터 C 134: 모터 D
135: 차폐판 및／또는 시료대 미동 기구 제어부
136: 나사 A 137: 차폐판 암 나사부
138: 나사 B 139: 시료대 암 나사부
140: 나사 C 141: 시료 스테이지 암 나사부
142: 모터 E 143: 모터 D 및 모터 E 제어부
146: 모터 B 제어부 160: 메모리

Claims

이온빔 중심을 갖는 이온빔을 생성하도록 구성되는 이온원;
상기 이온빔을 이용하여 시료의 단면을 단면 밀링하기 하기 위해 상기 시료가 재치(載置)되는 시료 스테이지;
상기 시료의 돌출 분량이 차폐판(遮蔽板)의 단부 밖으로 연장되어 상기 이온원에서 보일 때, 상기 시료의 돌출 분량이 상기 시료의 상기 돌출 분량의 단면 밀링을 위해 상기 이온빔에 노출되도록 상기 이온원과 상기 시료의 사이에서 상기 시료 스테이지 상에 배치되는 상기 차폐판;
상기 시료 및 상기 차폐판이 서로에 대해 독립적으로 이동 가능하게 하는 시료 이동 기구 및 차폐판 이동 기구 - 상기 시료 이동 기구 및 상기 차폐판 이동 기구는, 상기 이온원에서 봤을 때 상기 시료의 노출 분량이 상기 이온빔의 가속 전압에 따라 미세하게 조정가능하도록 시료대에 대하여 상기 차폐판을 미세하게 이동시키는 미동 기구 제어부를 포함함 -;
시료 스테이지 틸트부로서, 상기 시료 스테이지 틸트부는 상기 시료 및 상기 차폐판을 틸트축을 중심으로 틸트 각도(θ)만큼 틸트시키고, 상기 틸트축은 상기 시료의 돌출 분량과 상기 차폐판의 단부 사이의 접촉점에서 상기 이온원으로부터의 상기 이온빔과 직교하고, 상기 틸트축은, 상기 시료 스테이지의 상기 틸트축에 대한 회전시, 상기 차폐판의 단부 - 상기 차폐판의 단부로부터 시료의 돌출 분량이 연장됨 - 가 상기 차폐판의 단부 밖으로 연장되는 상기 시료의 돌출 분량의 일부를 상기 이온빔에 대하여 마스킹하는 방향으로 연장되는, 상기 시료 스테이지 틸트부; 및
상기 틸트축과 직교하고 상기 이온빔과 교차하는 스윙축을 중심으로, 상기 시료 및 상기 차폐판을 스윙시키는 스윙부를 포함하고,
상기 미동 기구 제어부를 이용하여 상기 차폐판의 단부에서 상기 틸트축을 제공함으로써, 상기 시료에 입사하는 상기 이온빔의 각도를 변화시키는 상기 틸트 각도(θ)의 변경에 의해, 상기 차폐판에 수직인, 상기 시료에서의 밀링면을 형성할 수 있도록 하는, 하전 입자선 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 시료 스테이지 틸트부는, 상기 이온빔의 상기 시료에의 조사 방향에 대한 틸트 각도(θ)를 가변(可變)으로 하는 기계적 기구를 포함하는 하전 입자선 장치.
제3항에 있어서,
상기 틸트 각도(θ)는, 상기 이온빔의 상기 시료에의 조사 방향에 대하여 상기 차폐판의 측에서 0°와 10°사이의 범위에서 가변인 하전 입자선 장치.
제3항에 있어서,
상기 기계적 기구는, 상기 이온원을 경사시키는 틸트 기구를 더 포함하는 하전 입자선 장치.
제3항에 있어서,
상기 기계적 기구는, 상기 시료대가 설치된 시료 스테이지를 경사시키는 틸트 기구를 더 포함하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 시료 스테이지 틸트부는, 상기 이온빔의 상기 시료에의 조사 방향에 대한 상기 틸트 각도(θ)를 가변으로 하는 이온빔 편향판을 더 포함하는 하전 입자선 장치.
제7항에 있어서,
상기 틸트 각도(θ)는, 상기 이온빔의 상기 시료에의 조사 방향에 대하여 상기 차폐판의 측에서 0°와 10°사이의 범위에서 가변인 하전 입자선 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 미동 기구 제어부는, 사전에 기억시킨, 상기 이온빔의 에너지와 상기 차폐판에 대한 상기 시료대의 위치와의 관계를 이용하여 제어하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 미동 기구 제어부는, 카메라, 현미경, 모니터 및 그것들의 조합 중 하나에 의해 얻어진 정보에 의거하여 수동으로 조정가능한 하전 입자선 장치.
이온빔 중심을 갖는 이온빔을 생성하도록 구성되는 이온원;
상기 이온빔을 이용하여 시료의 단면을 단면 밀링하기 하기 위해 상기 시료가 재치되는 시료대;
상기 시료의 노출된 돌출 분량을 상기 이온원에서 볼 때 상기 시료의 돌출 분량이 상기 시료의 돌출 분량의 단면 밀링을 위해 상기 이온빔에 노출되도록 상기 이온원과 상기 시료 사이에 배치되는 차폐판;
상기 시료 및 상기 차폐판이 서로에 대해 독립적으로 이동 가능하게 하는 시료 이동 기구 및 차폐판 이동 기구 - 상기 시료 이동 기구 및 상기 차폐판 이동 기구는, 상기 이온원에서 봤을 때 상기 시료의 노출 분량이 상기 이온빔의 가속 전압에 따라 미세하게 조정가능하도록 시료대에 대하여 상기 차폐판을 미세하게 이동시키는 미동 기구 제어부를 포함함 -;
상기 차폐판의 단부 및 상기 시료의 일부가 노출되어 있는 측에서 상기 차폐판의 단부가 연장되는 방향과 직교하고 상기 이온원으로부터의 이온빔과 교차하는 스윙축을 중심으로 상기 시료 및 상기 차폐판을 스윙시키는 스윙부; 및
시료 스테이지 틸트부로서, 상기 시료 스테이지 틸트부는, 상기 차폐판의 종단면 밖으로 확장하는 상기 시료의 돌출 분량의 일부가 상기 이온빔의 상기 시료에의 조사 방향에 대하여 상기 차폐판에 의해 마스킹되는 방향으로, 상기 시료 및 상기 차폐판을 틸트축 주위로 틸트 각도(θ)만큼 틸트시키고, 상기 틸트축은 상기 스윙축과 직교하고 상기 이온빔과 교차하도록 상기 차폐판의 단부가 연장되는 방향으로 설정되는, 상기 시료 스테이지 틸트부를 포함하고,
상기 미동 기구 제어부를 이용하여 상기 차폐판의 단부에서 상기 틸트축을 제공함으로써, 상기 시료에 입사하는 상기 이온빔의 각도를 변화시키는 상기 틸트 각도(θ)의 변경에 의해, 상기 차폐판에 수직인, 상기 시료에서의 밀링면을 형성할 수 있도록 하는 하전 입자선 장치.
제12항에 있어서,
상기 틸트 각도(θ)는, 0°와 10°사이의 범위에서 가변인 하전 입자선 장치.