TW201517109A - 離子硏磨裝置、以及使用離子硏磨裝置之加工方法 - Google Patents
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Abstract
本發明,係目的在於提供一種離子研磨裝置、及使用離子研磨裝置之加工方法,能以短時間進行供以抑制大氣開放時之結露等用的溫度控制。
為了達成上述目的在本發明中,提議一種離子研磨裝置,係具備真空室、進行該真空室內的真空排氣之排氣裝置、及在前述真空室內對於被照射離子束之樣品作支撐的樣品台,並具備將前述真空室內加熱之加熱裝置、對於前述樣品室內導入氣體之氣源、及控制該氣源之控制裝置,該控制裝置係在藉前述加熱裝置之加熱時,以前述樣品室內的壓力成為既定之狀態的方式,對於前述氣源作控制。
Description
本發明係有關於離子研磨裝置,尤其有關於具備溫度控制機構之離子研磨裝置。
離子研磨裝置,係進行成為掃描電子顯微鏡或透射電子顯微鏡的觀察對象之樣品等的薄膜加工或剖面加工之裝置,將氬離子束等之射束照射於金屬、玻璃、陶瓷等之樣品,從而進行樣品的加工。如此之加工係在真空室內進行。
另一方面,離子束的照射使得樣品溫度會上升。樣品溫度過度上升時,亦存在樣品損傷之可能性,故如揭露於專利文獻1將帕耳帖元件等之冷卻源與樣品台作連接,而對於樣品作冷卻從而防止損傷之手法已被知悉。此外,於專利文獻1係已揭露如下手法:為了抑制在樣品正被冷卻之狀態下將離子研磨裝置的真空室作大氣開放時會產生之霜或結露,而將對於帕耳帖元件之供給電流予以反轉,對於樣品作加熱。
[專利文獻1]日本發明專利公開2012-33335號公報
另一方面,來自是加熱源之專利文獻1的帕耳帖元件等之加熱,係需要供以傳達熱用之傳熱介質。如離子研磨裝置,在一邊將往樣品之離子束照射角度予以變化一邊進行射束照射之裝置方面,係設有傾斜台等,故為了使傳熱介質亦追隨樣品台之移動,不得不使用金屬編線等之容易彎曲之材料,無法提高熱導率。
此外,除了與傳熱介質相接之部分以外,係成為來自與傳熱介質相接的部分之間接的加熱,故變成在加熱上需要相當的時間。此外,在前述的樣品室(真空室)之真空度下,係來自樣品室內的環境之熱導為少,需要加熱器的輸出被抑制下的加熱。此係由於為了抑制加熱時的加熱器對於樣品所造成之損傷而需要抑制加熱器的輸出而加熱。
以下,說明有關於一種離子研磨裝置、及使用離子研磨裝置之加工方法,目的在於以短時間進行供以抑制大氣開放時之結露等用的溫度控制。
作為供以達成上述目的之一態樣,在以下,提議一種
離子研磨裝置,具備真空室、進行該真空室內的真空排氣之排氣裝置、及在前述真空室內對於被照射離子束之樣品作支撐的樣品台,並具備將前述真空室內加熱之加熱裝置、對於前述真空室內導入氣體之氣源、及控制該氣源之控制裝置,該控制裝置係在藉前述加熱裝置之加熱時,以前述真空室內的壓力成為既定之狀態的方式,對於前述氣源作控制。
此外,提議一種使用離子研磨裝置之加工方法,藉離子研磨裝置之加工結束後,在使離子研磨裝置的真空室內之壓力低於大氣且高於藉離子研磨裝置而進行離子束加工時的壓力之狀態下,加熱前述真空室內。
依上述構成,即可一邊抑制結露等,一邊作以短時間之大氣開放。
101‧‧‧排氣機構
102‧‧‧樣品
103‧‧‧樣品台
104‧‧‧冷卻機構
105‧‧‧真空室
106‧‧‧供氣機構
107‧‧‧加熱器
108‧‧‧測定器
109‧‧‧溫度計
110‧‧‧控制裝置
[圖1]繪示離子研磨裝置的概要之圖。
[圖2]繪示從對於離子研磨裝置之樣品導入至樣品搬出的程序之流程圖。
在實施例中,係揭露一種離子研磨裝置,具備真空室、進行該真空室內的真空排氣之排氣裝置、及在真空室
內對於被照射離子束之樣品作支撐的樣品台,並具備將真空室內加熱之加熱裝置、對於真空室內導入氣體之氣源、及控制該氣源之控制裝置,該控制裝置係在藉加熱裝置之加熱時,以真空室內的壓力成為既定之狀態的方式,對於氣源作控制。
此外,在實施例中,係揭露:控制裝置以真空室內的壓力成為既定之狀態的方式對於氣源與排氣裝置作控制。
此外,在實施例中,係揭露:從氣源導入至真空室內之氣體為單原子分子之稀有氣體類。
此外,在實施例中,係揭露:離子研磨裝置具備對於真空室內的壓力作計測之測定器,控制裝置以測定器的輸出成為既定之條件的方式對於氣源作控制。
此外,在實施例中,係揭露:離子研磨裝置具備對於真空室內的溫度作計測之溫度計,控制裝置進行氣源的控制直到溫度計的輸出成為既定之條件。
此外,在實施例中,係揭露:控制裝置在進行藉加熱裝置之加熱的期間,以真空室內的壓力成為10E0Pa~10E-1Pa的方式對於氣源作控制。
此外,在實施例中,係揭露一種使用離子研磨裝置之加工方法,藉離子研磨裝置之加工結束後,在使離子研磨裝置的真空室內之壓力低於大氣且高於藉離子研磨裝置而進行離子束加工時的壓力之狀態下,對於真空室內作加熱。
此外,在實施例中,係揭露:對於真空室內將氣體作
導入,使在真空室內的加熱時之真空室內的壓力成為既定之狀態。
此外,在實施例中,係揭露:進行真空室內的真空排氣,使在真空室內的加熱時之真空室內的壓力成為既定之狀態。
此外,在實施例中,係揭露:對於真空室內將氣體作導入,以及進行真空室內的真空排氣,使在真空室內的加熱時之真空室內的壓力成為既定之狀態。
此外,在實施例中,係揭露:在真空室內的加熱時,對於真空室將單原子分子之稀有氣體類作導入。
此外,在實施例中,係揭露:使真空室內的壓力為既定之狀態直到真空室內的溫度成為既定之條件。
以下的說明,係有關於裝備了樣品冷卻功能之離子研磨裝置,尤其有關於是具備了離子束的照射對象之樣品、或供以搭載樣品用之樣品台、或供以設置該樣品台用的樣品保持器、或透過供以驅動樣品保持器用的驅動機構而間接從冷卻源對於樣品作冷卻之冷卻機構的帶電粒子束照射裝置。
於離子研磨裝置中,係以容易遭受離子束照射所造成之樣品的溫度上升使得樣品表面的溫度上升超過樣品組成之熔點而熔化因而形狀產生變化等之損傷(以下,單稱作射束損傷)的樣品之溫度上升的防止或減低作為目的,存在如下方法:使用液態氮作為冷卻源,利用金屬編線等之熱導並隔著樣品台而間接對於樣品作冷卻的方法;或者,
使液態氮流入樣品台內、作冷卻之方法;或者,以帕耳帖元件對於樣品作冷卻之方法。
另一方面,在離子研磨處理後,亦即離子束照射處理結束後,在將於離子束照射中係作冷卻之樣品從真空室取出時,係為了防止往樣品及冷卻傳輸手段之結露(結霜),較佳為於冷卻傳輸手段設置加熱器等之加熱手段,或設置獨立之加熱手段,而加溫成露點以上。
另外,在離子束照射時,係使主排氣裝置(一般而言係由乾式渦捲式泵浦或旋轉式泵浦、或隔膜泵浦等之粗抽真空泵浦與渦輪分子泵浦等所構成)繼續動作而使樣品室(真空室)的壓力為10-2Pa~10-4Pa(10E-2Pa~10E-4Pa)程度之壓力。
此外,在離子研磨裝置方面,係時常改變往樣品之離子束照射角度,需要以既定之角度使樣品(樣品台)在±40度程度以內連續反轉故在「冷卻傳輸手段」方面係採用了可彎曲之銅的編線(網線)等。此編線係熱的傳輸效率小,故在例如作為冷卻源而採用了液態氮之情況下,係要將樣品冷卻至既定之溫度(約-100℃程度),係耗費約1小時程度。再者,在離子研磨處理結束後取出樣品之情況下,係需要予以上升至樣品、樣品台、遮蔽板、及冷卻手段不會結露(霜)之溫度。該溫度係大約比室溫-7℃以上,要予以上升至該溫度矽需要1~2小時以上的時間。
在本實施例中,係主要說明有關於如下方法及裝置:在離子束照射處理結束後,一邊抑制在將被冷卻的樣品從
真空室作取出時會產生之結露(霜),一邊以短時間對於樣品作加熱。
在以下之實施例中,係為了以較簡單之構成將樣品或樣品保持器以短時間加熱至不會結露(霜)之溫度,而以離子束照射中之真空室內的真空壓力成為10-2Pa~10-4Pa(10E-2Pa~10E-4Pa)程度、或其以下的方式對於真空排氣系統(排氣手段)作控制,在取出樣品時,將主排氣手段予以停止,以壓力成為比離子束照射時高的方式,例如以維持10E0Pa~10E-1Pa的方式,控制副排氣手段。
再者,在如此之壓力狀態下,或為了作成如此之壓力狀態,將高純度或除去水分之乾的單原子分子氣體,具體而言將稀有氣體類的氬氣、氖氣、氦氣導入真空容器(真空室)內。
對於真空室內將氣體作導入,使得氣體分子在真空室內自由運動,往真空室之壁等衝撞,故此衝撞之氣體分子成為加熱介質。如此,將自由運動之氣體分子當作加熱介質,使得來自是加熱對象之樣品或樣品保持器表面的散熱(熱導)之效率與10-3Pa~10-4Pa(10E-3Pa~10E-4)程度之真空環境作比較下明顯變大。在如此之狀態下將加熱器或燈等設置於真空室內,使得變成可將真空室內的環境所造成之對流積極利用於傳熱,以短時間將樣品或樣品保持器升溫至目標溫度。
再者,往樣品表面之氣體的接觸所造成之熱導,使得可預期樣品表面溫度之溫度上升,故比起在控制成10-3Pa
~10-4Pa(10E-3Pa~10E-4Pa)程度之真空環境內作加熱的情況更可增加加熱輸出的傳輸效率,故可將供以取出樣品保持器用的加熱時間縮短至20%程度以下。
此外,氣體分子係亦可到達網線等之傳熱介質無法到達之部位,故可進行真空室內整體的溫度控制,作為結果變得可大幅縮短至期望的溫度之到達時間。換言之,將單一原子(單原子分子)之稀有氣體類、例如氬氣、氖氣、氦氣注入於真空室內,使此等之高純度氣體作為加熱器的傳熱介質,使得真空室內整體的加熱成為可能,此外可均等對於加熱對象作加熱,故變得可將予以升溫至樣品、樣品台、遮蔽板、冷卻手段不會結露或結霜之溫度、亦即予以升溫至大約室溫-7℃以上的時間予以縮短。
圖1係繪示離子研磨裝置的概要之圖。
例示於圖1之離子研磨裝置,係具備:供以對於真空室105作真空排氣或大氣開放用的排氣手段101(真空泵浦或洩氣閥等);搭載樣品102,供以作離子研磨處理用之樣品台103;供以冷卻樣品用之冷卻機構104;供以對於真空室105內將氣體作注入用的供氣機構106(氣源);成為熱源之加熱器107;及供以對於真空室105內的真空壓力作測定用之測定器108。
再者,具備:對於真空室105內的溫度作計測之溫度計109;及基於藉測定器108或溫度計109所得之計測結果等,而對於上述離子研磨裝置的各構成要素作控制之控制裝置110。
在本實施例中,係在離子束照射時,係為了對於樣品102的損傷作抑制,進行藉冷卻機構104而進行之樣品冷卻,在離子束照射後、大氣開放前執行真空室105內部的升溫控制。更具體而言,離子束照射後,從設置於真空室105之供氣機構106將單原子分子之稀有氣體類、例如氬氣、氖氣、氦氣作注入。此時,以真空室105內的壓力成為10E0Pa~10E-1Pa的方式,一邊對於供氣機構106、及/或排氣機構101作控制,一邊執行藉加熱器107(加熱裝置)而進行之真空室105內的加熱。於真空室105內係存在被供應之氣體分子,故加熱器107的熱可透過氣體分子而加熱真空容器105內的離子研磨裝置之各構成要素(樣品、樣品台、遮蔽板、冷卻機構等)。此外,確保了某程度上之真空狀態,故在真空容器105內不發生結露之狀態下,可提升溫度直到比室溫-7℃以上之不會發生結露之溫度。
圖2,係繪示從對於離子研磨裝置之樣品導入至加工後的樣品取出之程序的流程圖。首先,對於真空室105內導入成為離子研磨裝置的加工對象之樣品102(步驟201)。接著控制裝置110,係一邊對於測定器108之輸出作監控直到真空室105內的環境成為既定之壓力,一邊對於排氣機構101作控制而實施真空排氣(步驟202)。接著,對於成為既定之壓力的真空室105內的樣品102,利用冷卻機構104而作冷卻(步驟203)。之後,進行藉離子束照射而進行之樣品加工,完成期望的加工時結束離
子束照射(步驟202、203)。
樣品加工結束後,控制裝置110係執行供以對於大氣開放時之結露作抑制用的樣品加熱處理。首先,使加熱器107的電源打開而開始加熱(步驟206)。其中,真空中係熱導率極低,故無法進行配置在從加熱器107夾著真空空間而分開之位置的樣品102等之加熱。所以,將傳熱介質供應至真空室105內。
首先,停止主真空排氣,使副排氣裝置運轉(步驟207、208)。另外,在進行此處所稱之主真空排氣與副排氣的情況下,係準備例如不同的能力之2個真空排氣系統,亦可採取將其切換而使用,亦可採取藉1個真空排氣系統之控制而切換真空狀態。在進行副排氣之情況下,係以成為比主真空排氣時之壓力還高的壓力之方式而執行真空室105內的真空排氣。接著,從供氣機構106導入成為傳熱介質之氣體(步驟209)。採取如此之狀態,使得氣體分子介於藉冷卻機構104而冷卻之對象物(樣品或遮蔽板等)與加熱器107之間,變得可將樣品等之加熱作加速。
控制裝置110,係採取如此而進行加熱控制,在藉溫度計109而得之溫度監控(步驟210)結果成為既定之溫度(例如比室溫-7℃)時,停止加熱(步驟211)。另外,亦可採取在真空室105內成為大氣狀態之時點停止加熱。在真空室105內成為大氣之時點對於真空室105作大氣開放(步驟212),搬出樣品(步驟213)。
另一方面,控制裝置110,係控制成:在步驟210中之溫度監控的結果不滿足既定條件之情況下繼續藉加熱器107而進行之加熱,同時藉測定器108而對於真空室105內的壓力作監控(步驟214),在壓力P低於既定值(Th)之情況下,進行氣體的再導入(步驟215)。繼續如此之處理直到成為既定之溫度條件。依如此之控制,即變得可一邊將真空室105內的環境維持於熱導率高之狀態,一邊繼續加熱。另外,在本例中係使藉副排氣裝置而進行之抽真空為繼續之狀態,故雖藉是氣源之供氣機構106的控制而控制成真空室105內成為既定之壓力,惟亦可採取藉進行副排氣裝置與供氣機構106之切換控制,而控制成在加熱中真空室105內成為既定之壓力。例如,亦可控制成:在真空室105內的壓力超過既定值(Thh)之情況下,執行藉副排氣裝置而進行之真空排氣,在真空室105內的壓力低於既定值(Thl(<Thh))之情況下,進行氣體導入。
可適用所有的如在一邊將真空室105內的壓力保持於既定之狀態一邊對於真空室105內供應氣體之狀態下進行藉加熱器而進行之加熱的控制法,藉採取如此之構成,使得能以短時間進行直到不會使結露發生之溫度狀態的加熱。
101‧‧‧排氣機構
102‧‧‧樣品
103‧‧‧樣品台
104‧‧‧冷卻機構
105‧‧‧真空室
106‧‧‧供氣機構
107‧‧‧加熱器
108‧‧‧測定器
109‧‧‧溫度計
110‧‧‧控制裝置
Claims (12)
- 一種離子研磨裝置,具備真空室、進行該真空室內的真空排氣之排氣裝置、及在前述真空室內對於被照射離子束之樣品作支撐的樣品台,具備將前述真空室內加熱之加熱裝置、對於前述真空室內導入氣體之氣源、及控制該氣源之控制裝置,該控制裝置係在藉前述加熱裝置之加熱時,以前述真空室內的壓力成為既定之狀態的方式,對於前述氣源作控制。
- 如申請專利範圍第1項之離子研磨裝置,其中,前述控制裝置,係以前述真空室內的壓力成為既定之狀態的方式控制前述氣源與前述排氣裝置。
- 如申請專利範圍第1項之離子研磨裝置,其中,從前述氣源導入至前述真空室內之氣體,係單原子分子之稀有氣體類。
- 如申請專利範圍第1項之離子研磨裝置,其中,具備對於前述真空室內的壓力作計測之測定器,前述控制裝置係以前述測定器的輸出成為既定之條件的方式控制前述氣源。
- 如申請專利範圍第1項之離子研磨裝置,其中,具備對於前述真空室內的溫度作計測之溫度計,前述控制裝置係進行前述氣源的控制直到前述溫度計的輸出成為既定之條件。
- 如申請專利範圍第1項之離子研磨裝置,其中,前述控制裝置,係在進行藉前述加熱裝置之加熱的期 間,以前述真空室內的壓力成為10E0Pa~10E-1Pa的方式控制前述氣源。
- 一種使用離子研磨裝置之加工方法,特徵在於:藉離子研磨裝置之加工結束後,在使離子研磨裝置的真空室內之壓力低於大氣且高於藉離子研磨裝置而進行離子束加工時的壓力之狀態下,加熱前述真空室內。
- 如申請專利範圍第7項之使用離子研磨裝置之加工方法,其中,對於前述真空室內將氣體作導入,使在前述真空室內的加熱時之前述真空室內的壓力成為既定之狀態。
- 如申請專利範圍第7項之使用離子研磨裝置之加工方法,其中,進行前述真空室內的真空排氣,使在前述真空室內的加熱時之前述真空室內的壓力成為既定之狀態。
- 如申請專利範圍第7項之使用離子研磨裝置之加工方法,其中,對於前述真空室內將氣體作導入,以及進行前述真空室內的真空排氣,使在前述真空室內的加熱時之前述真空室內的壓力成為既定之狀態。
- 如申請專利範圍第7項之使用離子研磨裝置之加工方法,其中,在前述真空室內的加熱時,對於前述真空室將單原子分子之稀有氣體類作導入。
- 如申請專利範圍第7項之使用離子研磨裝置之加 工方法,其中,使前述真空室內的壓力成為既定之狀態直到前述真空室內的溫度成為既定之條件。
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