KR20220011079A - 이온 밀링 장치 및 시료 제작 방법 - Google Patents

이온 밀링 장치 및 시료 제작 방법 Download PDF

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다쓰로 미노
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Abstract

본 발명은, 단면(斷面)의 경사를 억제한 시료를 효율적으로 제작할 수 있는 이온 밀링 장치를 제공하는 것으로 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 이온 밀링 장치는, 시료(11)를 협지하는 한 쌍의 차폐 부재(29a, 29b)와, 시료(11)에 이온 빔을 조사하는 이온 소스를 구비하고, 한쪽 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하는 제1 태양, 및 다른 쪽 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하는 제2 태양으로, 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사 가능하도록 구성되어 있다.

Description

이온 밀링 장치 및 시료 제작 방법{ION MILLING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SAMPLE}
본 발명은, 이온 밀링 장치 및 시료 제작 방법에 관한 것이다.
이온 밀링 장치는, 이온 빔에 의해 시료를 가공하는 장치이다. 이온 밀링 장치는, 주사형 전자현미경이나 투과형 전자현미경 등의 전자현미경으로 관찰되는 시료, 혹은, 전자프로브 마이크로아날라이저, 오제마이크로스코프(Auger microscope) 등으로 분석되는 시료를 제작하기 위해 사용된다. 이온 밀링 장치에 의해 시료를 가공하는 경우에는, 이온 빔을 차폐(遮蔽)하는 차폐 부재를 사용하고, 이 차폐 부재를 통하여 이온 빔을 시료에 조사(照射)한다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).
종래의 이온 밀링 장치는, 차폐 부재에 시료를 세팅하기 위하여, 예를 들면 도 23 또는 도 24에 나타낸 구성을 구비하고 있다.
도 23에 있어서, 시료(200)는, 시료 재대(載臺)(210)에 부착하여 고정되어 있다. 시료 재대(210)의 반대 측에는, 판형의 차폐 부재(220)가 배치되어 있다. 시료(200)는, 시료 재대(210)와 차폐 부재(220) 사이에 협지되어 고정되어 있다.
한편, 도 24에 있어서, 시료(200)는, 클립(240)을 사용하여 고정되어 있다. 클립(240)은, 지점부(支點部)(250)를 중심으로 요동(搖動) 가능하게 지지되어 있다. 클립(240)은, 스프링(260)의 힘 F1으로 일방향으로 가압되어 있다. 클립(240)의 반대 측에는, 판형의 차폐 부재(220)가 배치되어 있다. 시료(200)는, 클립(240)으로부터 시료(200)에 가해지는 압압력(押壓力)(F2)에 의해 차폐 부재(220)에 고정되어 있다. 압압력 F2는, 스프링(260)의 힘 F1으로 클립(240)을 일방향으로 가압함으로써 발생하는 힘이다.
전술한 바와 같이 고정된 시료(200)에는, 도시하지 않은 이온 소스로부터 방출된 이온 빔(230)이, 차폐 부재(220)를 통하여 조사된다. 이로써, 차폐 부재(220)의 에지부(220a)로부터 돌출한 시료(200)의 일부(200a)가 에칭에 의해 제거된다. 이 때문에, 차폐 부재(220)의 에지부(220a)의 바로 아래에, 시료(200)의 단면이 형성된다.
일본공개특허 제2005-91094호 공보
그러나, 종래의 이온 밀링 장치는, 하기와 같은 과제를 가진다.
전술한 바와 같이 차폐 부재(220)를 통하여 이온 빔(230)을 시료(200)에 조사하는 경우, 가공 레이트를 결정하는 이온 빔(230)의 전류 밀도는, 이온 소스로부터 이온 빔(230)이 이격될수록 저하된다. 즉, 이온 소스로부터의 거리가 길어질수록 가공 레이트가 저하된다. 이온 소스로부터의 거리는, 시료(200)의 두께 방향에 있어서, 차폐 부재(220)로부터 이온 빔(230)이 이격될수록, 즉 도 23 및 도 24의 이온 빔(230)이 아래쪽으로 갈수록 길어진다. 이 때문에, 차폐 부재(220)에 가까운 시료(200)의 상면 측의 가공 레이트와, 차폐 부재(220)로부터 먼 시료(200)의 하면 측의 가공 레이트를 비교하면, 시료(200)의 하면 측이 상면 측보다 가공 레이트가 낮아진다. 그 결과, 도 25에 나타낸 바와 같이, 시료(200)의 단면(200b)은, 시료(200)의 상면 측으로부터 하면 측을 향하여 완만하게 경사진 형상이 된다. 또한, 시료(200)의 단면(200b)의 경사는, 시료(200)의 두께 치수가 커질수록 현저하게 나타난다.
따라서, 예를 들면, 도 26에 나타낸 바와 같이, 시료(200)의 가공 목표가 스루홀(300)인 경우에, 차폐 부재(220)의 에지부(220a)를 스루홀(300)의 중심에 정확하게 맞추어 이온 빔을 조사해도, 하기와 같은 문제가 생긴다. 이온 빔의 조사에 의해 가공되는 시료(200)의 단면이 도면 중 파선으로 나타낸 바와 같이 경사지면, 시료(200)의 하면 측에서 스루홀(300)의 일부(300a)가 단면 가공되지 않고 잔존한다. 그 결과, 스루홀(300)의 일부(300a)는, 도 27에 나타낸 바와 같이, 시료(200)의 단면(200b)에 나타나지 않아, 관찰할 수 없는 상태로 된다. 또한, 시료(200)의 단면(200b)의 경사를 해소하기 위해서는, 전류 밀도가 낮은 이온 빔을 시료(200)의 하면 측에 계속해서 조사할 필요가 있으므로, 가공 시간이 길어진다.
본 발명의 목적은, 단면의 경사를 억제한 시료를 효율적으로 제작할 수 있는 이온 밀링 장치 및 시료 제작 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 이온 밀링 장치는, 시료를 협지하는 한 쌍의 차폐 부재와, 시료에 이온 빔을 조사하는 이온 소스를 구비하고, 한 쌍의 차폐 부재 중, 한쪽 차폐 부재를 통하여 시료에 이온 빔을 조사하는 제1 태양, 및 다른 쪽 차폐 부재를 통하여 시료에 이온 빔을 조사하는 제2 태양으로, 시료에 이온 빔을 조사 가능하도록 구성되어 있다.
본 발명에 따른 시료 제작 방법은, 시료를 한 쌍의 차폐 부재로 협지하고 또한, 한쪽 차폐 부재를 통하여 시료에 이온 빔을 조사하는 제1 가공 스텝과, 다른 쪽 차폐 부재를 통하여 시료에 이온 빔을 조사하는 제2 가공 스텝을 포함한다.
본 발명에 의하면, 단면의 경사를 억제한 시료를 효율적으로 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치의 주요부를 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 1)이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 가공되는 시료의 상태를 나타낸 도면(part 1)이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 2)이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 가공되는 시료의 상태를 나타낸 도면(part 2)이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 3)이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 가공되는 시료의 상태를 나타낸 도면(part 3)이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 4)이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 가공되는 시료의 상태를 나타낸 도면(part 4)이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치의 주요부를 확대한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 1)이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 2)이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 3)이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 4)이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 5)이다.
도 17은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 6)이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 7)이다.
도 19는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순을 설명하는 도면(part 8)이다.
도 20은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치의 구성 및 동작을 설명하는 도면(part 1)이다.
도 21은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치의 구성 및 동작을 설명하는 도면(part 2)이다.
도 22는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치의 변형예를 설명하는 도면이다.
도 23은 종래의 이온 밀링 장치의 제1 예를 나타낸 도면이다.
도 24는 종래의 이온 밀링 장치의 제2 예를 나타낸 도면이다.
도 25는 종래의 이온 밀링 장치에 의해 형성되는 시료의 단면 형상을 설명하는 도면이다.
도 26은 종래의 이온 밀링 장치에 의해 생기는 문제점을 설명하는 도면(part 1)이다.
도 27은 종래의 이온 밀링 장치에 의해 생기는 문제점을 설명하는 도면(part 2)이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 또는 구성을 가지는 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
<제1 실시형태>
(이온 밀링 장치의 구성)
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 1에 나타낸 이온 밀링 장치(10)는, 예를 들면, 주사형 전자현미경이나 투과형 전자현미경으로 관찰되는 시료를 제작하기 위하여, 혹은, 전자프로브 마이크로아날라이저, 오제마이크로스코프 등으로 분석되는 시료를 제작하기 위해 사용된다. 이온 밀링 장치(10)는, 가공 대상물인 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사함으로써, 주사형 전자현미경이나 투과형 전자현미경에서의 관찰에 적합한 형상으로 시료(11)를 가공하는 장치이다. 시료(11)는, 평평한 판형으로 형성되어 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 이온 밀링 장치(10)는, 진공 챔버(15)와, 시료 스테이지 인출 기구(16)과, 이온 소스(17)와, 시료 스테이지(18)와, 회전 기구(19)와, 배기부(20)와, 배기 제어부(21)와, 카메라(22)와, 제어부(23)와, 전압 전원(24)과, 회전 구동부(25)와, 표시부(26)를 구비하고 있다. 제어부(23)는, 이온 소스 제어부(23a)와, 회전 제어부(23b)를 구비하고 있다.
진공 챔버(15)는, 중공(中空)의 용기이다. 배기부(20)는, 진공 챔버(15)에 접속되어 있다. 배기부(20)의 구동은, 배기 제어부(21)에 의해 제어된다. 배기부(20)는, 배기 제어부(21)의 제어 하에 구동하는 것에 의해, 진공 챔버(15) 내의 공기를 배출한다.
시료 스테이지 인출 기구(16)는, 진공 챔버(15)로부터 시료 스테이지(18)를 인출하기 위한 기구이다. 시료 스테이지 인출 기구(16)는, 진공 챔버(15)의 개구부를 막도록, 진공 챔버(15)에 개폐 가능하게 장착되어 있다. 시료 스테이지 인출 기구(16)에는, 시료 스테이지(18) 및 회전 기구(19)가 장착되어 있다.
시료 스테이지(18)는, 시료 스테이지 인출 기구(16)를 닫은 상태에서는 진공 챔버(15)의 내부에 수용된다. 또한, 회전 기구(19)는, 시료 스테이지 인출 기구(16)를 연 상태에서는 진공 챔버(15)의 외부에 인출되어 배치된다. 시료 스테이지 인출 기구(16)의 개폐 상태는, 진공 챔버(15)에 대하여 시료 스테이지 인출 기구(16)를 도 1의 좌우 방향으로 이동시킴으로써 전환 가능하다. 시료 스테이지(18)는, 시료 홀더(27)를 통하여 시료(11)를 지지하는 스테이지이다. 시료 홀더(27)는, 시료(11)를 지지하는 홀더이다. 시료 홀더(27)는, 베이스가 되는 홀더 본체(28)와, 차폐 부재(29)를 구비하고 있다. 시료 홀더(27)는, 시료 스테이지(18)에 대하여 탈착 가능하다. 차폐 부재(29)는, 시료(11)를 차폐하는 부재이다. 차폐 부재(29)는, 판형으로 형성되어 있다.
회전 기구(19)는, 시료 스테이지(18)를 통하여 시료 홀더(27)를 회전시키는 기구이다. 회전 기구(19)의 회전축(19a)은, 이온 빔(12)의 중심축과 직교하고, 또한 시료(11)가 차폐 부재(29)로부터 돌출하는 방향(도면 중의 Y 방향)과 평행하게 배치되어 있다. 회전 기구(19)는, 회전 구동부(25)의 구동에 따라 시료 홀더(27)를 회전시킨다. 이 때, 시료 홀더(27)는, 회전 기구(19)의 회전축(19a)을 중심으로 회전한다. 회전 제어부(23b)는, 회전 구동부(25)를 통하여 시료 홀더(27)의 회전을 제어한다. 회전 기구(19)는, 시료 스테이지(18)와 일체로 시료 홀더(27)를 회전시키는 기구라도 되고, 시료 스테이지(18)와 별체로 시료 홀더(27)를 회전시키는 기구라 된다.
이온 소스(17)는, 진공 챔버(15)의 상부, 즉 천정 부분에 배치되어 있다. 이온 소스(17)는, 이온 빔(12)을 방출하는 부분이다. 이온 소스(17)는, 예를 들면, 가스 이온 총에 의해 구성된다. 가스 이온 총은, 아르곤 가스를 방전에 의해 이온화시켜 이온 빔을 방출하는 이온 총이다. 이온 소스(17)는, 진공 챔버(15)의 내부 공간을 향하여 이온 빔(12)을 연직(沿直) 아래쪽으로 방출한다.
이후의 설명에서는, 이온 빔(12)의 중심축과 직교하는 2축 방향 중, 한쪽 방향을 X 방향, 다른 쪽 방향을 Y 방향으로 한다. 또한, 이온 빔(12)의 중심축과 평행한 방향이며, 또한, X 방향 및 Y 방향에 직교하는 방향을, Z 방향으로 한다. 본 발명의 실시형태에 있어서, X 방향 및 Y 방향은 수평 2축 방향으로 되어 있고, Z 방향은 연직 방향(상하 방향)이 되어 있다. 또한, 이온 빔(12)의 중심축은, 연직 방향과 평행한 축이 되어 있다.
전압 전원(24)은, 이온 소스(17)에 전기적으로 접속되어 있다. 전압 전원(24)은, 이온 소스(17)에 전압을 인가하는 전원이다. 전압 전원(24)은, 이온 소스 제어부(23a)의 제어 하에서 이온 소스(17)에 전압을 인가함으로써, 이온 소스(17)로부터 이온 빔(12)을 방출시킨다. 이온 소스 제어부(23a)는, 전압 전원(24)을 통하여 이온 소스(17)를 제어한다.
카메라(22)는, 카메라 회동(回動) 기구(30)에 의해 회동 가능하게 설치되어 있다. 카메라 회동 기구(30)는, 시료 스테이지 인출 기구(16)의 상부에 장착되고, 시료 스테이지 인출 기구(16)와 일체로 이동한다. 카메라(22)는, 카메라 회동 기구(30)의 회동에 의해, 제1 위치와 제2 위치에 배치 가능하다. 제1 위치는, 카메라(22)의 광축이 Z 방향과 평행하게 배치되는 위치이다. 제1 위치에 카메라(22)를 배치하면, 카메라(22)의 광축은 시료(11)의 가공 위치를 통과하도록 배치된다. 제2 위치는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 카메라(22)가 Z 방향에 대하여 크게 경사지게 배치되는 위치이다.
카메라(22)는, 시료 홀더(27)에 지지된 시료(11)와 차폐 부재(29)를 촬영한다. 이 촬영에는, 카메라(22) 대신 광학현미경을 사용할 수도 있다. 표시부(26)는, 카메라(22)가 촬영한 화상을 표시한다. 표시부(26)는, 모니터(디스플레이) 또는 터치패널에 의해 구성된다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치의 주요부를 확대한 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 시료 홀더(27)는, 시료(11)를 협지하는 한 쌍의 차폐 부재(29)(29a, 29b)를 가지고 있다. 시료 홀더(27)에 한 쌍의 차폐 부재(29)를 설치한 이유는, 시료(11)를 상하 어느 쪽으로부터도 가공할 수 있도록 하기 위해서이다. 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치(10)는, 시료(11)를 지지하는 시료 홀더(27)의 방향을 상하 반전시킬 수 있는 구성, 혹은, 진공 챔버(15)에서의 이온 소스(17)의 장착 위치를 상하 반전시킬 수 있는 구성으로 되어 있다. 이후의 설명에서는, 도 2에 있어서, 위쪽에 배치된 차폐 부재(29)를 제1 차폐 부재(29a)로 기재하고, 아래쪽에 배치된 차폐 부재(29)를 제2 차폐 부재(29b)로 기재한다.
제1 차폐 부재(29a)의 선단면(先端面)(31a)은, 이온 빔(12)의 중심축(32)에 대하여 약간 경사져 있고, 제2 차폐 부재(29b)의 선단면(32a)도, 이온 빔(12)의 중심축(32)에 대하여 약간 경사져 있다. 선단면(31a)의 경사는, 제1 차폐 부재(29a)의 에지부(31b)와, 에지부(31b)로부터의 시료(11)의 돌출량을 카메라(22)로 관찰할 수 있도록 하기 위해서이다. 마찬가지로, 선단면(32a)의 경사는, 제2 차폐 부재(29b)의 에지부(32b)와, 에지부(32b)로부터의 시료(11)의 돌출량을 카메라(22)로 관찰할 수 있도록 하기 위해서이다.
제1 차폐 부재(29a)는, 나사(35)에 의해 제1 홀더 본체(28a)에 고정되어 있다. 제2 차폐 부재(29b)는, 나사(36)에 의해 제2 홀더 본체(28b)에 고정되어 있다. 홀더 본체(28)는, 제1 홀더 본체(28a) 및 제2 홀더 본체(28b)에 의해 구성되어 있다. 각각의 홀더 본체(28a, 28b)의 후단부는, 예를 들면, 도브테일홈(dovetail groove)식의 결합 구조에 의해, 상하 어느 방향으로부터도 시료 스테이지(18)에 장착 가능하게 되어 있다.
그리고, 제1 홀더 본체(28a)에 제1 차폐 부재(29a)를 고정하는 수단으로서는, 전술한 나사(35)로 한정되지 않고, 예를 들면, 마그넷을 사용해도 되고, 판스프링, 핀 등을 사용해도 된다. 마그넷을 사용하여 제1 홀더 본체(28a)에 제1 차폐 부재(29a)를 고정하는 경우에는, 제1 홀더 본체(28a) 및 제1 차폐 부재(29a) 중, 어느 한쪽을 자성체에 의해 구성하고, 다른 쪽에 마그넷을 메워 넣고, 자성체와 마그넷 사이에 발생하는 자기(磁氣)흡착력에 의해 제1 홀더 본체(28a)에 제1 차폐 부재(29a)를 고정하면 된다. 또한, 판스프링, 핀 등을 사용하는 경우에는, 제1 홀더 본체(28a) 및 제1 차폐 부재(29a)를 판스프링, 핀 등으로 협지함으로써, 제1 홀더 본체(28a)에 제1 차폐 부재(29a)를 고정하면 된다. 이상의 점은, 제2 홀더 본체(28b)에 제2 차폐 부재(29b)를 고정하는 수단에 대해서도 동일하다.
계속해서, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 수순은, 시료 제작 방법을 포함한다.
먼저, 도 3에 나타낸 바와 같이, 시료(11)를 시료 홀더(27)에 세팅한다. 본 발명의 제1 실시형태에 있어서는, 시료 홀더(27)가 가지는 한 쌍의 차폐 부재(29)(29a, 29b)로 시료(11)를 협지함으로써, 시료(11)를 지지한다. 이 때, 제1 차폐 부재(29a)의 에지부(31b)와 제2 차폐 부재(29b)의 에지부(32b)가, Y 방향에서 동일한 위치, 즉 면일치로 되도록, 시료(11)를 한 쌍의 차폐 부재(29)로 협지한다. 시료(11)는, 각각의 차폐 부재(29a, 29b)의 에지부(31b, 32b)로부터 소정량만큼 돌출하여 배치된다. 시료(11)의 돌출량은, 각각의 차폐 부재(29a, 29b)의 에지부(31b, 32b)를 기준으로 규정된다. 시료(11)의 돌출량은, 가공 목표의 위치에도 좌우되지만, 대부분의 경우, 50㎛ 이상 100㎛ 이하의 범위 내에서 설정된다.
전술한 바와 같이 시료(11)를 시료 홀더(27)에 세팅했으면, 시료 홀더(27)를 시료 스테이지(18)에 장착한다. 시료 홀더(27)의 장착은, 시료 스테이지(18)를 시료 스테이지 인출 기구(16)에 의해 진공 챔버(15)의 외측에 인출한 상태에서 행해진다. 이 때, 시료 홀더(27)는, 제1 차폐 부재(29a)를 위쪽, 제2 차폐 부재(29b)를 아래쪽으로 하여, 시료 스테이지(18)에 장착된다. 또한, 시료(11)의 돌출량은, 카메라(22)의 촬영 화상을 이용하여 확인된다. 시료(11)의 돌출량을 확인하는 경우에는, 카메라 회동 기구(30)의 회동에 의해 카메라(22)를 제1 위치에 배치하고, 그 상태에서 카메라(22)의 촬영 화상을 표시부(26)에 표시한다. 이로써, 이온 밀링 장치(10)의 오퍼레이터는, 표시부(26)에 표시되는 카메라(22)의 촬영 화상을 이용하여 시료(11)의 돌출량을 확인할 수 있다.
다음으로, 카메라 회동 기구(30)의 회동에 의해 카메라(22)를 제2 위치에 배치한 후, 시료 스테이지(18)를 시료 스테이지 인출 기구(16)에 의해 진공 챔버(15)에 밀어넣음으로써, 시료 스테이지(18)를 진공 챔버(15) 내에 수용한다. 이 때, 시료 스테이지(18)와 함께 시료 홀더(27)와 시료(11)가 진공 챔버(15) 내에 수용된다. 이 단계에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 시료(11)에 형성되어 있는 스루홀(13)이 외부에 노출되지 않고 있다. 스루홀(13)은, 이온 밀링 장치(10)로 가공한 후의 시료(11)를 전자현미경으로 관찰할 때의 타겟이 된다. 이 때문에, 이온 밀링 장치(10)는, 시료(11)의 스루홀(13)을 가공 목표로 하고, 스루홀(13) 전체가 외부에 노출되도록 시료(11)를 가공할 필요가 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 있어서는, 제1 가공 스텝 및 제2 가공 스텝에 의해, 시료(11)를 가공한다. 제1 가공 스텝은, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하는 제1 태양이며 시료(11)를 가공하는 스텝이다. 제2 가공 스텝은, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하는 제2 태양이며 시료(11)를 가공하는 스텝이다. 시료(11)의 가공은, 제1 가공 스텝 및 제2 가공 스텝 중 어느 스텝에 있어서도, 배기 제어부(21)로부터의 제어 지령에 따라 배기부(20)가 진공 챔버(15) 내의 공기를 배기하고, 이로써, 진공 챔버(15)의 내부를 소정의 진공도로 유지한 상태에서 행해진다.
(제1 가공 스텝)
제1 가공 스텝에서는, 상기 도 3에 나타낸 상태에서 이온 소스(17)로부터 이온 빔(12)을 방출함으로써, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사한다. 이 때, 이온 소스(17)는, 전압 전원(24)이 이온 소스 제어부(23a)로부터의 제어 지령을 받아 이온 소스(17)에 전압을 인가함으로써, 이온 빔(12)을 방출한다. 이로써, 시료(11)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 이온 빔(12)의 조사에 의해 에칭된다. 이 때, 시료(11)는, 이온 빔(12)의 조사 방향에 있어서 전류 밀도가 높은 상류 측, 즉 위쪽이, 아래쪽보다 많이(빨리) 에칭된다. 이에, 본 발명의 제1 실시형태에 있어서는, 전술한 이온 빔(12)의 조사에 의해, 도 6에 나타낸 바와 같이, 스루홀(13)을 포함하는 단면(14)이 시료(11)에 나타나고, 또한, 스루홀(13)의 일부(13a)가 단면 가공되지 않고 잔존하는 단계에서, 제1 가공 스텝을 종료한다. 이 단계에서는, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 차폐 부재(29a)의 에지부(31b)로부터 돌출하는 시료(11)의 일부가 돌출부(11a)로 되어 잔존하고, 또한, 시료(11)의 단면(14)의 아래쪽이 경사진 상태로 된다.
다음으로, 진공 챔버(15)의 내부를 상온(常溫)상압(常壓)의 상태로 되돌리고, 시료 스테이지(18)를 시료 스테이지 인출 기구(16)에 의해 진공 챔버(15)의 외측에 인출한다. 다음으로, 시료 스테이지(18)로부터 시료 홀더(27)를 분리한 후, 시료 홀더(27)의 방향을 변경한다. 구체적으로는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 시료 홀더(27)의 방향을 상하 반전시켜, 시료 스테이지(18)에 시료 홀더(27)를 장착한다. 다음으로, 시료 스테이지(18)를 시료 스테이지 인출 기구(16)에 의해 진공 챔버(15)에 밀어넣음으로써, 시료 스테이지(18)를 진공 챔버(15) 내에 수용한다. 이로써, 시료(11) 및 시료 홀더(27)는, 시료 스테이지(18)와 함께 진공 챔버(15) 내에 수용된다. 또한, 시료(11)는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 스루홀(13)의 일부(13a)가 위쪽에 위치하는 방향으로 배치된다. 또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 가공 스텝에서의 가공 잔여물인 시료(11)의 돌출부(11a)는, 전술한 시료 홀더(27)의 상하 반전에 의해, 위쪽에 배치된다.
(제2 가공 스텝)
제2 가공 스텝에서는, 상기 도 7에 나타낸 상태로 이온 소스(17)로부터 이온 빔(12)을 방출함으로써, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사한다. 이로써, 시료(11)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 이온 빔(12)의 조사에 의해 에칭된다. 이 때, 시료(11)의 돌출부(11a)(도 7 참조)는, 이온 빔(12)의 조사 방향에 있어서 전류 밀도가 높은 상류 측, 즉 위쪽에 배치되어 있다. 이 때문에, 시료(11)의 돌출부(11a)는, 이온 빔(12)의 조사에 의해 효율적으로 에칭된다. 본 발명의 제1 실시형태에 있어서는, 전술한 이온 빔(12)의 조사에 의해, 도 10에 나타낸 바와 같이, 시료(11)의 단면(14)에 스루홀(13) 전체가 나타나고, 또한, 단면(14)의 경사가 충분히 작게 억제된 단계에서, 제2 가공 스텝을 종료한다.
<제1 실시형태의 효과>
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 이온 밀링 장치(10)는, 시료(11)를 협지하는 한 쌍의 차폐 부재(29)를 구비하고 있다. 그리고, 제1 가공 스텝에서는, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하고, 제2 가공 스텝에서는, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사한다. 이로써, Z 방향의 한쪽 및 다른 쪽으로부터, 각각 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하여, 시료(11)를 가공할 수 있다. 즉, 시료(11)를 상하 양면으로부터 가공할 수 있다. 따라서, 단면(14)의 경사를 억제한 시료(11)를 효율적으로 제작할 수 있다. 또한, 원하는 가공 단면이 얻어질 때까지의 가공 시간을 단축할 수 있다.
가공 시간의 단축 효과는, 예를 들면, 두께 치수가 큰 시료(11)의 스루홀(13)을, 이온 빔(12)에 의한 단면 가공에 의해 외부에 노출시키는 경우에, 보다 현저하게 얻어진다. 구체적으로 설명하면, 시료(11)에 대하여 Z 방향의 한쪽으로부터만 이온 빔(12)을 조사하면, 이온 소스(17)로부터의 거리가 길어지는 이온 빔(12)의 하류 측에서는, 이온 빔(12)의 전류 밀도의 저하에 의해 가공 레이트가 낮아져, 원하는 가공 단면이 얻어질 때까지의 가공 시간이 길어진다. 이에 비해, Z 방향의 한쪽과 다른 쪽으로부터, 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하면, 이온 빔(12)의 전류 밀도가 높은 상태, 즉 높은 가공 레이트로 시료(11)를 가공할 수 있다. 이 때문에, Z 방향의 한쪽으로부터만 이온 빔(12)을 조사하는 경우와 비교하여, 원하는 가공 단면이 얻어질 때까지의 가공 시간을 단축할 수 있다.
그리고, 상기 제1 실시형태에 있어서는, 먼저, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하고, 그 후, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 가공순을 반대로 해도 된다. 구체적으로는, 먼저, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하고, 그 후, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사해도 된다.
또한, 상기 제1 실시형태에 있어서는, 제1 가공 스텝을 종료한 후이며, 또한, 제2 가공 스텝을 개시하기 전에, 시료 스테이지(18)에 장착하는 시료 홀더(27)의 방향을 상하 반전시켰지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 시료 홀더(27)의 방향을 상하 반전시키는 대신, 이온 소스(17)의 위치를 상하 반전시켜도 된다.
또한, 상기 제1 실시형태에 있어서는, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하는 경우에, 회전 기구(19)에 의해 시료(11)를 경사 동작시켜도 된다. 이 점은, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하는 경우에 대해서도 동일하다. 이와 같은 경사 동작을 제1 가공 스텝 및 제2 가공 스텝에서 행함으로써, 이온 빔 조사 방향에서 생기는 가공 줄을 제거하고, 시료(11)에 조사되는 이온 빔(12)의 범위, 즉 가공 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 전술한 경사 동작을 행하는 경우에는, 연직 상에 적합하게 배치되는 시료(11)의 상면이 유센트릭(eucentrice) 중심이 되도록, 시료 스테이지(18)가 유센트릭 기능을 가지고 있는 것이 바람직하다.
<제2 실시형태>
계속해서, 본 발명의 제2 실시형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치는, 회전 기구(19)에 의해 시료 홀더(27)를 회전시킴으로써, 전술한 제1 태양과 제2 태양을 전환 가능하도록 구성되어 있다.
도 11은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치의 주요부를 확대한 도이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 시료 홀더(27)는, 시료(11)를 협지하는 한 쌍의 차폐 부재(29)(29a, 29b)와, 한 쌍의 차폐 부재(29)를 통하여 시료(11)를 지지하는 한 쌍의 홀더 본체(28) (28a, 28b)를 구비하고 있다. 한 쌍의 홀더 본체(28)는, 회전체(37)에 장착되어 있다. 이 때문에, 시료(11), 한 쌍의 차폐 부재(29), 및 한 쌍의 홀더 본체(28)는, 회전체(37)와 일체로 회전한다. 회전체(37)는, 전술한 회전 기구(19)를 구성하는 요소의 하나이다. 회전 기구(19)는, 시료 홀더(27)를 360° 회전 가능하다. 다만, 시료 홀더(27)의 회전에 의해 제1 태양과 제2 태양을 전환하는 면에서는, 회전 기구(19)는, 시료 홀더(27)를 180° 회전 가능하면 된다. 시료 홀더(27)를 360° 회전 가능한 것의 기술적인 의의에 대해서는 후단(後段)에서 설명한다.
계속해서, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 수순은, 시료 제작 방법을 포함한다.
먼저, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 차폐 부재(29a)를 위쪽, 제2 차폐 부재(29b)를 아래쪽으로 하여, 시료(11)를 한 쌍의 차폐 부재(29)에 의해 협지하고, 그 상태에서 시료 홀더(27)를 시료 스테이지(18)에 장착한다. 다음으로, 카메라(22) 및 표시부(26)를 사용하여 시료(11)의 돌출량을 확인한 후, 시료 스테이지(18)를 진공 챔버(15) 내에 수용한다. 지금까지의 수순은, 전술한 제1 실시형태에서의 수순과 동일하다. 이후의 수순은, 배기 제어부(21) 및 제어부(23)(이온 소스 제어부(23a), 회전 제어부(23b))의 제어 하에 자동적으로 행해진다.
다음으로, 배기 제어부(21)는, 배기부(20)를 구동시킴으로써, 진공 챔버(15) 내의 공기를 배기한다. 또한, 배기 제어부(21)는, 시료(11)의 가공을 종료할 때까지, 진공 챔버(15)의 내부를 소정의 진공도로 유지한다.
다음으로, 제어부(23)는, 시료 홀더(27)를 회전시키면서 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사함으로써, 시료(11)를 가공한다. 시료 홀더(27)의 회전은, 회전 제어부(23b)로부터의 제어 지령에 따라 회전 구동부(25)가 회전 기구(19)를 구동시킴으로써 행해진다. 이온 빔(12)의 조사는, 이온 소스 제어부(23a)로부터의 제어 지령에 따라 전압 전원(24)이 이온 소스(17)에 전압을 인가함으로써 행해진다.
도 12∼도 19는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 모습을 시계열로 나타낸 도면이다. 도 12는 시료(11)의 회전각이 0°인 상태를 나타내고, 도 13은 시료(11)의 회전각이 45°인 상태를 나타내고 있다. 도 14는 시료(11)의 회전각이 90°인 상태를 나타내고, 도 15는 시료(11)의 회전각이 135°인 상태를 나타내고 있다. 도 16은 시료(11)의 회전각이 180°인 상태를 나타내고, 도 17은 시료(11)의 회전각이 225°인 상태를 나타내고 있다. 도 18은 시료(11)의 회전각이 270°인 상태를 나타내고, 도 19는 시료(11)의 회전각이 315°인 상태를 나타내고 있다. 그리고, 시료(11)의 회전각이 360°인 상태는, 시료(11)의 회전각이 0°인 상태와 동일하다.
먼저, 제어부(23)는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 차폐 부재(29a)를 위쪽, 제2 차폐 부재(29b)를 아래쪽에 배치한 상태에서, 이온 소스(17)로부터 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사한다. 이 시점에서는, 각각의 차폐 부재(29a, 29b)가 수평면과 평행하게 배치된다. 또한, 이온 빔(12)은, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 조사되고, 시료(11)는, 이온 빔(12)의 중심축(32)에 대하여 경사지지 않고 수직으로 배치된다.
다음으로, 제어부(23)는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 이온 소스(17)로부터 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하면서, 한 쌍의 차폐 부재(29)(29a, 29b)와 일체로 시료(11)를 회전시킨다. 이 시점에서는, 이온 빔(12)은, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 조사된다. 또한, 시료(11)는, 이온 빔(12)의 중심축(32)에 대하여, 도면의 오른쪽으로 내려서 경사지게 배치된다. 시료(11)의 회전은, 회전 기구(19)에 의해 행해진다. 이 때, 회전 기구(19)는, 회전체(37)와 함께 시료(11)를 회전시킨다. 시료(11)의 가공 위치(11b)는, 이온 빔(12)의 중심축(32) 상에 배치되어 있다. 그리고, 도 13에 있어서는, 시료(11)를 도면의 시계 방향으로 회전시키고 있지만, 시료(11)의 회전 방향은 반시계 방향이라도 상관없다.
다음으로, 제어부(23)는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 이온 소스(17)로부터 시료(11)로의 이온 빔(12)의 조사를 정지한다. 이온 빔(12)의 조사는, 전압 전원(24)으로부터 이온 소스(17)에 전압이 인가되지 않게 됨으로써 정지한다. 이온 빔(12)의 조사를 정지하는 타이밍은, 이온 소스 제어부(23a)가 제어한다. 구체적으로는, 이온 소스 제어부(23a)는, 이온 소스(17)로부터 방출되는 이온 빔(12)을 차폐 부재(29)(29a)로 차폐할 수 없게 되는 타이밍, 또는 상기 타이밍에 도달하기 전(보다 바람직하게는, 상기 타이밍에 도달하기 직전)의 타이밍에서, 이온 빔(12)의 조사를 정지하도록, 전압 전원(24)을 제어한다. 이온 빔(12)을 차폐 부재(29)로 차폐할 수 없게 되는 타이밍이란, 이온 소스(17)로부터 방출된 이온 빔(12)이 직접, 시료(11)에 조사되게 되는 타이밍을 일컫는다. 전술한 바와 같이 이온 빔(12)의 조사를 정지함으로써, 시료(11)의 측면(11c)의 가공을 억제할 수 있다.
다음으로, 제어부(23)는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 이온 소스(17)로부터 시료(11)로의 이온 빔(12)의 조사를 재개한다. 이 시점에서는, 이온 빔(12)은, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 조사된다. 또한, 시료(11)는, 이온 빔(12)의 중심축(32)에 대하여, 도면의 오른쪽으로 높여서 경사지게 배치된다. 이온 빔(12)의 조사를 재개하는 타이밍은, 이온 소스 제어부(23a)가 제어한다. 구체적으로는, 이온 소스 제어부(23a)는, 이온 소스(17)로부터 방출되는 이온 빔(12)을 차폐 부재(29)(29b)로 차폐할 수 있는 타이밍, 또는 상기 타이밍에 도달한 후(보다 바람직하게는, 상기 타이밍에 도달한 직후)의 타이밍에서, 이온 빔(12)의 조사를 재개하도록, 전압 전원(24)을 제어한다. 이온 빔(12)을 차폐 부재(29)로 차폐할 수 있는 타이밍이란, 이온 소스(17)로부터 방출되는 이온 빔(12)이 직접, 시료(11)에 조사되지 않게 되는 타이밍을 일컫는다.
전술한 바와 같이 이온 빔(12)의 조사를 재개함으로써, 시료(11)의 측면(11c)을 피하여, 시료(11)를 가공할 수 있다.
다음으로, 제어부(23)는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 이온 소스(17)로부터 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하면서, 한 쌍의 차폐 부재(29)(29a, 29b)와 일체로 시료(11)를 회전시킨다. 이 시점에서는, 각각의 차폐 부재(29a, 29b)가 수평면과 평행하게 배치되고 또한, 제2 차폐 부재(29b)가 위쪽, 제1 차폐 부재(29a)가 아래쪽에 배치된다. 즉, 도 16의 시점과 도 12의 시점에서는, 한 쌍의 차폐 부재(29)(29a, 29b)의 위치 관계가 상하 반대로 된다. 또한, 도 16의 시점에서는, 이온 빔(12)은, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 조사되고, 시료(11)는, 이온 빔(12)의 중심축(32)에 대하여 경사지지 않고 수직으로 배치된다.
다음으로, 제어부(23)는, 도 17에 나타낸 바와 같이, 이온 소스(17)로부터 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하면서, 한 쌍의 차폐 부재(29)(29a, 29b)와 일체로 시료(11)를 회전시킨다. 이 시점에서는, 이온 빔(12)은, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 조사된다.
또한, 시료(11)는, 이온 빔(12)의 중심축(32)에 대하여, 도면의 오른쪽으로 내려서 경사지게 배치된다.
다음으로, 제어부(23)는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 이온 소스(17)로부터 시료(11)로의 이온 빔(12)의 조사를 정지한다. 이온 빔(12)의 조사를 정지하는 타이밍에 대해서는, 전술한 바와 같다.
다음으로, 제어부(23)는, 도 19에 나타낸 바와 같이, 이온 소스(17)로부터 시료(11)로의이온 빔(12)의 조사를 재개한다. 이 시점에서는, 이온 빔(12)은, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 조사된다. 또한, 시료(11)는, 이온 빔(12)의 중심축(32)에 대하여, 도면의 오른쪽으로 높여서 경사지게 배치된다. 이온 빔(12)의 조사를 재개하는 타이밍에 대해서는, 전술한 바와 같다.
그 후, 제어부(23)는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 차폐 부재(29a)를 위쪽, 제2 차폐 부재(29b)를 아래쪽에 배치한 상태, 즉 시료(11)의 회전각이 360°에 도달할 때까지 시료(11)를 회전시킨다. 또한, 제어부(23)는, 시료 단면이 형성되기까지 시료(11)의 회전 동작을 계속하고, 시료 단면을 작성할 수 있으면, 시료(11)의 회전을 정지하고 또한, 이온 빔(12)의 조사를 정지한다.
<제2 실시형태의 효과>
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 이온 밀링 장치는, 한 쌍의 차폐 부재(29)로 협지한 시료(11)를 회전체(37)와 함께 회전시킴으로써, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하는 제1 가공 모드와, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하는 제2 가공 모드를 가진다. 이로써, 시료(11)를 상하 양면으로부터 가공할 수 있다. 이 때문에, 단면의 경사를 억제한 시료(11)를 효율적으로 제작할 수 있고 또한, 원하는 가공 단면을 얻어질 때 까지의 가공 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시형태에 있어서는, 시료 홀더(27) 및 회전체(37)와 일체로 시료(11)를 회전시키면서, 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하여 시료(11)를 가공하기 때문에, 이온 빔(12)의 조사에 의해 생기는 가공줄(가공흔)을 제거할 수 있다. 이로써, 가공줄이 적은 단면을 가지는 시료(11)를 제작할 수 있다. 또한, 시료(11)를 지지하는 시료 홀더(27)를 360° 회전시킴으로써, 가공줄을 균일하게 제거할 수 있다.
또한, 전술한 제1 실시형태에서는, 한 쌍의 차폐 부재(29)의 위치 관계를 상하 반전시키기 위하여, 시료 스테이지(18)에 시료 홀더(27)를 장착했을 때의 방향을 변경할 필요가 있다. 이 때문에, 제1 가공 단계와 제2 가공 단계 사이에, 진공 챔버(15)의 내부를 상온상압의 상태로 되돌리거나, 진공 챔버(15)로부터 시료 스테이지(18)를 인출하여 시료 홀더(27)의 방향을 변경하기 위한 가공 중단 스텝을 설치할 필요가 있다. 이에 비해, 제2 실시형태에서는, 회전 기구(19)가 시료 홀더(27)를 회전시킴으로써, 한 쌍의 차폐 부재(29)의 위치 관계를 상하 반전시킬 수 있다. 이 때문에, 제2 실시형태에서는, 진공 챔버(15)를 소정의 진공도로 한 후에는, 전술한 가공 중단 스텝을 설치하지 않고, 시료(11)의 가공을 계속할 수 있다. 따라서, 제2 실시형태에 의하면, 제1 실시형태보다 짧은 시간에 시료(11)의 가공을 종료할 수 있다.
그리고, 상기 제2 실시형태에 있어서는, 전압 전원(24)으로부터 이온 소스(17)로의 전압의 인가를 정지함으로써, 시료(11)로의 이온 빔(12)의 조사를 정지했지만, 본 발명은 이것으로 제한하지 않는다. 예를 들면, 전압 전원(24)으로부터 이온 소스(17)로의 전압의 인가를 계속하면서, 이온 빔(12)으로부터 방출되는 이온 빔(12)을, 시료 홀더(27)보다 상류 측에 배치된 셔터(도시하지 않음)로 차단함으로써, 시료(11)로의 이온 빔(12)의 조사를 정지해도 된다.
또한, 상기 제2 실시형태에 있어서, 회전 제어부(23b)는, 회전 구동부(25)를 통하여 시료 홀더(27)의 회전을 제어함으로써, 시료 홀더(27)와 일체로 시료(11)를 일정한 속도로 360° 회전시켜도 되고, 시료 홀더(27)의 회전 속도를 도중에 변경해도 된다. 예를 들면, 시료(11)를 360° 회전시키는 기간 내에 있어서, 회전 제어부(23b)는, 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하는 기간은 시료(11)를 제1 속도로 회전시키고, 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하지 않는 기간은 시료(11)를 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 회전시키도록, 시료 홀더(27)의 회전 속도를 가변 제어해도 된다. 이와 같이 시료 홀더(27)의 회전 속도를 가변 제어함으로써, 시료 홀더(27)의 회전 속도를 정속(定速) 제어하는 경우와 비교하여, 시료(11)의 가공에 기여하지 않는 시간을 단축할 수 있다. 이에 따라, 시료(11)를 효율적으로 가공할 수 있다.
또한, 회전 제어부(23b)는, 도 15에 나타낸 상태로부터 도 16에 나타낸 상태를 거쳐 도 17에 나타낸 상태로 되는 제1 경사 동작과, 이것과 반대로, 도 17에 나타낸 상태로부터 도 16에 나타낸 상태를 거쳐 도 15에 나타낸 상태로 되는 제2 경사 동작을, 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 반복하도록, 시료 홀더(27)의 회전을 제어해도 된다. 마찬가지로, 회전 제어부(23b)는, 도 19에 나타낸 상태로부터 도 12에 나타낸 상태를 거쳐 도 13에 나타낸 상태로 되는 제1 경사 동작과, 이것과 반대로, 도 13에 나타낸 상태로부터 도 12에 나타낸 상태를 거쳐 도 19에 나타낸 상태로 되는 제2 경사 동작을, 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회 반복하도록, 시료 홀더(27)의 회전을 제어해도 된다. 이와 같이 시료 홀더(27)의 회전을 제어함으로써, 시료(11)에 조사되는 이온 빔(12)의 범위, 즉 가공 범위를 넓힐 수 있다. 또한, 전술한 제1 경사 동작 및 제2 경사 동작을 행하는 경우에는, 연직 위쪽에 배치되는 시료(11)의 상면이 유센트릭 중심이 되도록, 시료 스테이지(18)가 유센트릭 기능을 가지고 있는 것이 바람직하다.
<제3 실시형태>
계속해서, 본 발명의 제3 실시형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치(10)의 구성은, 전술한 제1 실시형태에서의 이온 밀링 장치(10)의 구성과 비교하여, 시료(11)를 한 쌍의 차폐 부재(29)로 협지하여 지지하는 점은 공통되지만, 이온 소스(17)의 수가 상이하다. 구체적으로는, 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치는, 도 20 및 도 21에 나타낸 바와 같이, 제1 이온 소스(17a)와, 제2 이온 소스(17b)를 구비하고 있다.
제1 이온 소스(17a)와 제2 이온 소스(17b)는, 시료(11)의 가공 위치(11b)를 지나는 동일 축 상에 서로 대향하여 배치되어 있다. 제1 이온 소스(17a)는, 연직 아래쪽으로 이온 빔(12)을 조사하고, 제2 이온 소스(17b)는, 연직 위쪽으로 이온 빔(12)을 조사한다. 즉, 제1 이온 소스(17a)와 제2 이온 소스(17b)는, 연직 방향에 있어서 서로 반대 방향으로 이온 빔(12)을 조사한다. 또한, 제1 이온 소스(17a)는, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사하고, 제2 이온 소스(17b)는, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12)을 조사한다.
또한, 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치(10)는, 제1 셔터(38a)와, 제2 셔터(38b)를 구비하고 있다. 제1 셔터(38a)는, 제1 이온 소스(17a)의 근방에 배치되어 있다. 또한, 제1 셔터(38a)는, Z 방향에 있어서, 제1 이온 소스(17a)와 제1 차폐 부재(29a) 사이에 배치되어 있다. 제2 셔터(38b)는, 제2 이온 소스(17b)의 근방에 배치되어 있다. 또한, 제2 셔터(38b)는, Z 방향에 있어서, 제2 이온 소스(17b)와 제2 차폐 부재(29b) 사이에 배치되어 있다.
제1 셔터(38a)는, 제2 이온 소스(17b)로부터 방출되는 이온 빔(12b)을 제1 이온 소스(17a)의 바로 앞에서 차단하는 셔터이다. 제2 셔터(38b)는, 제1 이온 소스(17a)로부터 방출되는 이온 빔(12a)을 제2 이온 소스(17b)의 바로 앞에서 차단하는 셔터다. 각각의 셔터(38a, 38b)는, 이온 빔(12)이 조사되어도 에칭되기 어려운 재료, 예를 들면, 티탄 등에 의해 구성된다.
제1 셔터(38a)는, 도 20에 나타낸 열린 위치와, 도 21에 나타낸 닫힌 위치에 배치 가능하게 설치되어 있다. 제2 셔터(38b)는, 도 21에 나타낸 열린 위치와, 도 20에 나타낸 닫힌 위치에 배치 가능하게 설치되어 있다. 각각의 셔터(38a, 38b)의 배치의 전환은 도시하지 않은 전환 기구에 의해 행해진다. 이 전환 기구는, 예를 들면, 솔레노이드 또는 모터를 구동원으로 하여, 각각의 셔터(38a, 38b)의 배치를 전환한다. 또한, 전환 기구의 동작은, 제어부(23)에 의해 제어된다.
제1 셔터(38a)를 열린 위치에 배치한 경우에는, 제1 이온 소스(17a)로부터 방출되는 이온 빔(12a)의 통과가 제1 셔터(38a)에 의해 허용된다. 제1 셔터(38a)를 닫힌 위치에 배치한 경우에는, 제2 이온 소스(17b)로부터 방출되는 이온 빔(12b)의 통과가 제1 셔터(38a)에 의해 저지된다.
제2 셔터(38b)를 열린 위치에 배치한 경우에는, 제2 이온 소스(17b)로부터 방출되는 이온 빔(12b)의 통과가 제2 셔터(38b)에 의해 허용된다. 제2 셔터(38b)를 닫힌 위치에 배치한 경우에는, 제1 이온 소스(17a)로부터 방출되는 이온 빔(12a)의 통과가 제2 셔터(38b)에 의해 저지된다.
따라서, 도 20에 나타낸 바와 같이, 제1 셔터(38a)를 열린 위치에 배치하고, 또한, 제2 셔터(38b)를 닫힌 위치에 배치하고, 제1 이온 소스(17a)로부터 이온 빔(12a)을 방출하면, 이 이온 빔(12a)은 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 조사된다. 이 때문에, 시료(11)는 상면 측으로부터 하면 측을 향해 가공된다. 또한, 이온 빔(12a)은 제2 이온 소스(17b)의 바로 앞에서 제2 셔터(38b)에 의해 차단된다. 이 때문에, 이온 빔(12a)의 조사에 의한 제2 이온 소스(17b)의 데미지가 억제된다. 따라서, 제2 이온 소스(17b)를 이온 빔(12a)으로부터 보호할 수 있다.
한편, 도 21에 나타낸 바와 같이, 제1 셔터(38a)를 닫힌 위치에 배치하고, 또한, 제2 셔터(38b)를 열린 위치에 배치하고, 제2 이온 소스(17b)로부터 이온 빔(12b)을 방출하면, 이 이온 빔(12b)은 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 조사된다. 이 때문에, 시료(11)는 하면 측으로부터 상면 측을 향하여 가공된다. 또한, 이온 빔(12b)은 제1 이온 소스(17a)의 바로 앞에서 제1 셔터(38a)에 의해 차단된다. 이 때문에, 이온 빔(12b)의 조사에 의한 제1 이온 소스(17a)의 데미지가 억제된다. 따라서, 제1 이온 소스(17a)를 이온 빔(12b)으로부터 보호할 수 있다.
계속해서, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치를 사용하여 시료를 가공하는 경우의 수순에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 수순은, 시료 제작 방법을 포함한다.
먼저, 도 20에 나타낸 바와 같이, 제1 차폐 부재(29a)를 위쪽, 제2 차폐 부재(29b)를 아래쪽으로 하여, 시료(11)를 한 쌍의 차폐 부재(29)에 의해 협지하고, 그 상태에서 시료 홀더(27)를 시료 스테이지(18)에 장착한다. 다음으로, 카메라(22) 및 표시부(26)를 사용하여 시료(11)의 돌출량을 확인한 후, 시료 스테이지(18)를 진공 챔버(15) 내에 수용한다. 지금까지의 수순은, 전술한 제1 실시형태에서의 수순과 동일하다.
다음으로, 제어부(23)는, 전술한 전환 기구를 구동함으로써, 도 20에 나타낸 바와 같이, 제1 셔터(38a)를 열린 위치에 배치하고 또한, 제2 셔터(38b)를 닫힌 위치에 배치한다. 다음으로, 전압 전원(24)은, 이온 소스 제어부(23a)로부터의 제어 지령을 받아 제1 이온 소스(17a)에 전압을 인가한다. 이로써, 제1 이온 소스(17a)는 이온 빔(12a)을 방출한다. 이 이온 빔(12a)은, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 조사된다. 그 후, 제1 이온 소스(17a)에 의한 이온 빔(12a)의 조사 시간이 소정 시간에 도달하면, 전압 전원(24)은, 이온 소스 제어부(23a)로부터의 제어 지령을 받아 제1 이온 소스(17a)에 대한 전압의 인가를 정지한다. 이로써, 제1 이온 소스(17a)는 이온 빔(12a)의 방출을 정지한다.
다음으로, 제어부(23)는, 전술한 전환 기구를 구동함으로써, 도 21에 나타낸 바와 같이, 제1 셔터(38a)를 닫힌 위치에 배치하고 또한, 제2 셔터(38b)를 열린 위치에 배치한다. 다음으로, 전압 전원(24)은, 이온 소스 제어부(23a)로부터의 제어 지령을 받아 제2 이온 소스(17b)에 전압을 인가한다. 이로써, 제2 이온 소스(17b)는 이온 빔(12b)을 방출한다. 이 이온 빔(12b)은, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 조사된다. 그 후, 제2 이온 소스(17b)에 의한 이온 빔(12b)의 조사 시간이 소정 시간에 도달하면, 전압 전원(24)은, 이온 소스 제어부(23a)로부터의 제어 지령을 받아 제2 이온 소스(17b)에 대한 전압의 인가를 정지한다. 이로써, 제2 이온 소스(17b)는 이온 빔(12b)의 방출을 정지한다.
<제3 실시형태의 효과>
이와 같이 본 발명의 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치에 있어서는, 한 쌍의 차폐 부재(29)로 협지된 시료(11)에 대하여, 제1 이온 소스(17a)는 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 이온 빔(12a)을 조사하고, 제2 이온 소스(17b)는 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 이온 빔(12b)을 조사한다. 이로써, 시료(11)를 상하 양면으로부터 가공할 수 있다. 이 때문에, 단면의 경사를 억제한 시료(11)를 효율적으로 제작할 수 있고 또한, 원하는 가공 단면이 얻어질 때까지의 가공 시간을 단축할 수 있다.
또한, 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치에서는, 제1 이온 소스(17a) 및 제2 이온 소스(17b)의 광축이 조정 가능하고 또한, 제1 이온 소스(17a) 및 제2 이온 소스(17b)가, 시료(11)의 가공 위치(11b)를 지나는 동일 축 상에 서로 대향하여 배치되어 있다. 이로써, 제1 이온 소스(17a)로부터 시료(11)에 조사되는 이온 빔(12a)의 조사 위치와, 제2 이온 소스(17b)로부터 시료(11)에 조사되는 이온 빔(12b)의 조사 위치를, 간단하게 또한 양호한 정밀도로 맞출 수 있다.
또한, 제3 실시형태에 따른 이온 밀링 장치는, 제2 이온 소스(17b)로부터 방출되는 이온 빔(12b)을 제1 이온 소스(17a)의 바로 앞에서 차단하는 제1 셔터(38a)와, 제1 이온 소스(17a)로부터 방출되는 이온 빔(12a)을 제2 이온 소스(17b)의 바로 앞에서 차단하는 제2 셔터(38b)를 구비하고 있다. 이 때문에, 각각의 이온 소스(17a, 17b)를 이온 빔(12)으로부터 보호하면서, 시료(11)를 가공할 수 있다.
그리고, 상기 제3 실시형태에 있어서는, 먼저, 제1 이온 소스(17a)로부터 이온 빔(12a)을 방출시킴으로써, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12a)을 조사하고, 그 후, 제2 이온 소스(17b)로부터 이온 빔(12b)을 방출시킴으로써, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12b)을 조사하였지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 가공 순서를 반대로 해도 된다. 구체적으로는, 먼저, 제2 이온 소스(17b)로부터 이온 빔(12b)을 방출시킴으로써, 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12b)을 조사하고, 그 후, 제1 이온 소스(17a)로부터 이온 빔(12a)을 방출시킴으로써, 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 이온 빔(12a)을 조사해도 된다.
또한, 상기 제3 실시형태에 있어서는, 제1 이온 소스(17a)와 제2 이온 소스(17b)를 동일 축 상에 배치한 예를 나타내었지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 도 22에 나타낸 바와 같이, 제1 이온 소스(17a)와 제2 이온 소스(17b)를 상이한 축 상에 배치해도 된다. 제1 이온 소스(17a)는, 제2 이온 소스(17b)로부터 방출되는 이온 빔(12b)이 제1 이온 소스(17a)에 조사되지 않도록, 이온 빔(12b)의 중심축으로부터 벗어난 위치에 배치되어 있다. 제2 이온 소스(17b)는, 제1 이온 소스(17a)로부터 방출되는 이온 빔(12a)이 제2 이온 소스(17b)에 조사되지 않도록, 이온 빔(12a)의 중심축으로부터 벗어난 위치에 배치되어 있다.
또한, 제1 이온 소스(17a)는, 연직축(Z 방향)에 대하여 경사를 가지는 경사 아래쪽을 향하여 이온 빔(12a)을 조사하고, 제2 이온 소스(17b)는, 연직축에 대하여 경사를 가지는 경사 위쪽을 향하여 이온 빔(12b)을 조사한다. 제1 이온 소스(17a)로부터 방출되는 이온 빔(12a)은 제1 차폐 부재(29a)를 통하여 시료(11)에 조사되고, 제2 이온 소스(17b)로부터 방출되는 이온 빔(12b)은 제2 차폐 부재(29b)를 통하여 시료(11)에 조사된다. 또한, 제1 이온 소스(17a)로부터 방출되는 이온 빔(12a)의 중심축과, 제2 이온 소스(17b)로부터 방출되는 이온 빔(12b)의 중심축은, 시료(11)의 가공 위치(11b)에서 교차한다.
전술한 바와 같이 제1 이온 소스(17a)와 제2 이온 소스(17b)를 배치한 경우라도, 시료(11)를 상하 양면으로부터 가공할 수 있다. 이 때문에, 단면의 경사를 억제한 시료(11)를 효율적으로 제작할 수 있고 또한, 원하는 가공 단면이 얻어질 때까지의 가공 시간을 단축할 수 있다. 또한, 제1 셔터(38a) 및 제2 셔터(38b)를 형성하지 않아도, 각각의 이온 소스(17a, 17b)를 이온 빔(12)으로부터 보호할 수 있다. 또한, 제1 이온 소스(17a)와 제2 이온 소스(17b)로부터 동시에 이온 빔(12a, 12b)을 방출함으로써, 시료(11)의 상면 측과 하면 측에서 동시에 가공할 수 있다. 이로써, 가공 시간의 더 한층의 단축을 실현하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 도 22에 있어서는, 제1 이온 소스(17a)로부터 방출되는 이온 빔(12a)과, 제2 이온 소스(17b)로부터 방출되는 이온 빔(12b)이, 각각 시료(11)에 대하여 경사지게 조사되고 있지만, 각각의 이온 빔(12a, 12b)을 시료(11)에 대하여 수직으로 조사하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 제1 이온 소스(17a)로부터 이온 빔(12a)을 방출하는 경우에는, 전술한 회전 기구(19)에 의해 시료(11)를 도 22의 반시계 방향으로 소정 각도만큼 회전시킴으로써, 시료(11)에 대하여 이온 빔(12a)을 수직으로 조사할 수 있다. 또한, 제2 이온 소스(17b)로부터 이온 빔(12b)을 방출하는 경우에는, 전술한 회전 기구(19)에 의해 시료(11)를 도 22의 시계 방향으로 소정 각도만큼 회전시킴으로써, 시료(11)에 대하여 이온 빔(12b)을 수직으로 조사할 수 있다. 또한, 이온 빔(12)의 조사에 의한 가공 범위를 넓히기 위하여, 전술한 제1 실시형태 및 제2 실시형태에서 설명한 경사 동작을 행하게 하는 것도 가능하다.
10…이온 밀링 장치
11…시료
17, 17a, 17b…이온 소스
18…시료 스테이지
19…회전 기구
27…시료 홀더
29, 29a, 29b…차폐 부재
38a…제1 셔터
38b…제2 셔터

Claims (10)

  1. 시료를 협지하는 한 쌍의 차폐(遮蔽) 부재; 및
    상기 시료에 이온 빔(ion beam )을 조사(照射)하는 이온 소스;를 구비하고,
    상기 한 쌍의 차폐 부재 중, 한쪽 차폐 부재를 통하여 상기 시료에 이온 빔을 조사하는 제1 태양(態樣), 및 다른 쪽 차폐 부재를 통하여 상기 시료에 이온 빔을 조사하는 제2 태양으로, 상기 시료에 이온 빔을 조사 가능하도록 구성되어 있는, 이온 밀링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 차폐 부재를 가지는 시료 홀더; 및
    상기 시료 홀더를 탈착(脫着) 가능한 시료 스테이지;를 더 구비하고,
    상기 시료 스테이지에 상기 시료 홀더를 장착했을 때의 방향을 변경함으로써, 상기 제1 태양과 상기 제2 태양을 전환 가능하도록 구성되어 있는, 이온 밀링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 차폐 부재를 가지는 시료 홀더;
    상기 시료 홀더를 탈착 가능한 시료 스테이지; 및
    상기 시료 홀더를 회전시키는 회전 기구(機構)
    를 더 구비하고,
    상기 회전 기구에 의해 상기 시료 홀더를 회전시킴으로써, 상기 제1 태양과 상기 제2 태양을 전환 가능하도록 구성되어 있는, 이온 밀링 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회전 기구는, 상기 시료 홀더를 360° 회전 가능한, 이온 밀링 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 회전 기구는, 상기 시료의 가공 위치를 중심으로 상기 시료 홀더를 회전시키는, 이온 밀링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이온 소스는, 제1 이온 소스 및 제2 이온 소스를 구비하고,
    상기 제1 이온 소스는, 상기 한쪽 차폐 부재를 통하여 상기 시료에 이온 빔을 조사하고,
    상기 제2 이온 소스는, 상기 다른 쪽 차폐 부재를 통하여 상기 시료에 이온 빔을 조사하는, 이온 밀링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 이온 소스 및 상기 제2 이온 소스는, 상기 시료의 가공 위치를 지나는 동일 축 상에 서로 대향하여 배치되어 있는, 이온 밀링 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제2 이온 소스로부터 방출되는 이온 빔을 상기 제1 이온 소스의 바로 앞에서 차단하는 제1 셔터; 및
    상기 제1 이온 소스로부터 방출되는 이온 빔을 상기 제2 이온 소스의 바로 앞에서 차단하는 제2 셔터;를 더 구비하는, 이온 밀링 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 이온 소스 및 상기 제2 이온 소스는, 어느 한쪽의 이온 소스로부터 방출되는 이온 빔이 다른 쪽의 이온 소스에 조사되지 않도록, 상이한 축 상에 배치되어 있는, 이온 밀링 장치.
  10. 시료를 한 쌍의 차폐 부재로 협지하고 또한, 한쪽 차폐 부재를 통하여 상기 시료에 이온 빔을 조사하는 제1 가공 스텝; 및
    다른 쪽 차폐 부재를 통하여 상기 시료에 이온 빔을 조사하는 제2 가공 스텝;
    을 포함하는, 시료 제작 방법.
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