試料加工装置
【課題】 透過電子顕微鏡の観察に適した試料を作製することができる試料加工装置を提供する。
【解決手段】 遮蔽材支持手段をなす遮蔽材支持ステージ２３ａの基台１００は、試料Ｓの加工面ＳＡが上下に通過可能とされた切り欠き部１００ａを備える。基台１００上には、供給ホイール１０１、一対の支持ホイール１０２、張力印加ホイール１０３、及び弾性部材１０５が設けられている。供給ホイール１０１から供給された長尺状（ワイヤ状）の遮蔽材Ｍは、一対の支持ホイール１０２の間で架橋されて支持され、この部分の遮蔽材Ｍが試料Ｓの加工面ＳＡの上方に配置される。試料Ｓのエッチング加工時には、遮蔽材Ｍが加工面ＳＡの近傍に介在された状態でイオンビームが照射されて行われる。このとき、張力印加ホイール１０３を介して弾性部材１０５により遮蔽材Ｍに所定の張力が印加される。遮蔽材Ｍの交換時には、供給ホイール１０１から自動的にイオンビームが未照射の遮蔽材Ｍが供給される。
【解決手段】 遮蔽材支持手段をなす遮蔽材支持ステージ２３ａの基台１００は、試料Ｓの加工面ＳＡが上下に通過可能とされた切り欠き部１００ａを備える。基台１００上には、供給ホイール１０１、一対の支持ホイール１０２、張力印加ホイール１０３、及び弾性部材１０５が設けられている。供給ホイール１０１から供給された長尺状（ワイヤ状）の遮蔽材Ｍは、一対の支持ホイール１０２の間で架橋されて支持され、この部分の遮蔽材Ｍが試料Ｓの加工面ＳＡの上方に配置される。試料Ｓのエッチング加工時には、遮蔽材Ｍが加工面ＳＡの近傍に介在された状態でイオンビームが照射されて行われる。このとき、張力印加ホイール１０３を介して弾性部材１０５により遮蔽材Ｍに所定の張力が印加される。遮蔽材Ｍの交換時には、供給ホイール１０１から自動的にイオンビームが未照射の遮蔽材Ｍが供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡等の観察装置で観察される試料を加工するための試料加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡もしくは透過電子顕微鏡等の電子顕微鏡を用いて試料を観察する場合、予め試料の一部をエッチング加工して加工断面を形成しておき、この加工断面に電子線を照射して観察する。
このときの試料のエッチング加工方法の一例を図１６に示す。
図１６において、符号Ｓは観察対象の試料を示すものであり、この試料Ｓにおける上面Ｓ１の近傍に試料Ｓとは非接触の状態でワイヤ状の遮蔽材（マスク）Ｍを配置する。ここで、遮蔽材Ｍは図示しない支持部材によって支持されている。その後、試料Ｓの上面Ｓ１及び遮蔽材Ｍの所定箇所に上方からイオンビームＩＢを図１６に示すように照射する。
このとき、イオンビームＩＢが照射された試料Ｓの部分はイオンビームＩＢによってエッチング加工されるとともに、遮蔽材Ｍで遮られた試料Ｓの部分はエッチング加工されずに残存する。この結果、図１７に示すように、試料Ｓの所定部分がエッチング加工により除去され、これにより試料Ｓに加工断面Ｓ２が形成される。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２７１１９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオンビーム照射によって試料Ｓの所定部分がエッチング加工されるが、このときに遮蔽材Ｍも微量ながらエッチングされて消耗する。消耗した遮蔽材Ｍは交換する必要があるが、この際には上記支持部材に対する遮蔽材Ｍの張り替えが行われる。
この遮蔽材Ｍの張り替えのときには、治工具等を用いて人手により消耗した遮蔽材Ｍを支持部材から取り外し、その後新しい遮蔽材Ｍを支持部材に固定して行うこととなる。このとき、消耗した遮蔽材Ｍの交換作業に手間を要するとともに時間もかかっていた。
また、上述のイオンビームＩＢによる試料Ｓのエッチング加工の際にはマスクとなる遮蔽材ＭにもイオンビームＩＢが照射されることとなるが、このときにイオンビームＩＢが衝突することにより遮蔽材Ｍが微少ながら振動を起こす。この振動は、遮蔽材Ｍが十分に張力が加えられた状態で支持部材により支持されていれば最小限度に抑えることができる。
しかしながら、従来は遮蔽材Ｍを支持部材に単に固定して支持しているのみであるので、経時的に遮蔽材Ｍが緩むことがあり、このときにはイオンビームＩＢの衝突による遮蔽材Ｍの振動が大きくなる。この場合、試料Ｓに対するイオンビームによるエッチング加工精度が劣化することとなり好ましくない。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、透過電子顕微鏡の観察に適した試料を作製することができる試料加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に基づく試料加工装置は、内部が所定の真空度に真空引きされる試料加工室と、前記試料加工室に配置され、試料を保持するための試料台と、前記試料加工室に配置され、前記試料台に保持された試料の加工面にイオンビームを照射するためのイオンビーム照射手段と、前記イオンビーム照射手段と前記試料の間に配置され、前記試料の加工面の所定領域をイオンビームから遮るためのテープ状の遮蔽材と、前記遮蔽材を支持するための遮蔽材支持手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、透過電子顕微鏡の観察に適した試料を作製することができる試料加工装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施例１）図１は、本発明の試料加工装置の一概略例を示したものである。同図において、壁部材１により囲まれた試料加工室２内は真空ポンプ３により内部が所定の真空度に真空引きされるようになっている。この試料加工室２内には、昇降テーブル４が、垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降自在に配置されている。昇降テーブル４の下面にはナットブロック６が固定されている。ナットブロック６は平面形状が長方形であり、その２箇所のコーナー部がそれぞれガイド７に係合している。このため、ナットブロック６は、このガイド７により回転不能かつ上下方向にスライド可能となっている。
ナットブロック６はスクリューシャフト８と螺合しており、スクリューシャフト８の回転に応じて昇降するように構成されている。このスクリューシャフト８の下端部にはギヤボックス９の回転力伝達ギヤ（図示せず）により回転力が伝達され、このギヤボックス９には、壁部材１の外部に配置されたモータユニット１１から回転軸１１ａを介して回転力が伝達されるように構成されている。昇降テーブル４上にはＸ−Ｙ平面上（水平面上）で移動可能なＸ−Ｙテーブル１２が、図示しない水平駆動手段により駆動可能に支持されている。
このＸ−Ｙテーブル１２上には試料台１３が搭載されている。試料台１３は、Ｘ軸方向に長い直方体の形状をしており、その上面にはその長手方向に延びる長穴状の溝部１３ａが形成されている。この試料台１３の溝部１３ａには、シリコンウエハ等から切り出された棒状の試料Ｓが保持され、試料Ｓの長手方向がＸ軸方向に沿うように配置される。ここで、試料Ｓの加工面ＳＡは棒状の試料Ｓの長手方向（Ｘ軸方向）に沿う上面に対応している。そして、試料台１３に試料Ｓを固定した状態で試料台１３を昇降させることにより、試料Ｓの加工面ＳＡを試料加工位置に移動させることができる。
試料加工室２の上端部には、イオンビーム照射装置（イオンビーム照射手段）１６が配置されている。このイオンビーム照射装置１６は、試料加工室２の上端に設けられたガスイオンビーム発生装置１７を有している。ガスイオンビーム発生装置１７は、放電ガス（例えば、Ａｒガス）導入部１８及び高電圧が印加される放電電極１９等を有しており、放電によりガスイオン（Ａｒイオン）を発生させる機能を有している。なお、ガスイオンビーム発生装置１７で使用する放電ガスとしては、ネオンガス、窒素ガス等を採用することも可能である。
ガスイオンビーム発生装置１７の下方には、このガスイオンビーム発生装置１７で発生したガスイオンビームＩＢを直径約１ｍｍに絞って試料Ｓの加工面ＳＡに入射させるための絞り２１が配置されている。ガスイオン発生装置１７及び絞り２１等により、ビーム径約１ｍｍのガスイオンビームＩＢを試料Ｓの加工面ＳＡに入射させるイオンビーム照射装置１６が構成されている。なお、絞り２１により絞られたガスイオンビームＩＢのビーム径は１ｍｍに限られず、適当な値を設定することが可能である。また、ガスイオンビーム発生装置１７から発生するイオンビームＩＢの径が大きい場合には、静電レンズ、電磁レンズ等からなるビーム収束レンズ（図示せず）を用いて所望のビーム径に調節することが可能である。
試料台１３の上方には、遮蔽材（マスク）Ｍを支持するための遮蔽材支持装置２３が配置されている。この遮蔽材支持装置２３で支持されている遮蔽材Ｍは、イオンビームＩＢによる試料Ｓのエッチング加工の際に試料Ｓの加工面ＳＡの所定領域をイオンビームＩＢから遮るためのものであり、タングステン、ニッケル−リン合金等により構成されている。本実施例での遮蔽材Ｍは、断面形状が略円形の長尺状（例えば、ワイヤ状）の部材であり、線幅（直径）は約７０μｍとされている。なお、この長尺状の遮蔽材Ｍの線幅は、１０μｍ〜３００μｍ程度とすることが可能であり、また、その断面形状を長方形としたり、あるいは全体をテープ状とすることもできる。ここで、遮蔽材Ｍの表面に非晶質金属被膜を形成しておき、この非晶質被膜にイオンビームＩＢが照射されるようにすれば、該非晶質被膜が徐々にエッチングされても非晶質被膜が残存している間は被膜表面は所定の平滑面とすることができる。このように遮蔽材Ｍの被膜表面（イオンビームＩＢが照射される面）が所定の平滑面に保たれることにより、試料Ｓのエッチング加工精度が一定に保たれるという利点がある。
遮蔽材支持装置２３は、遮蔽材Ｍを支持するための遮蔽材支持ステージ（遮蔽材支持手段）２３ａ、該遮蔽材支持ステージ２３ａに図示しない締着部材等により接合されて、これを固定して保持するための保持ロッド２３ｂ、及び相対移動手段２３ｃを有しており、この相対移動手段２３ｃは図示しないマイクロメータを備え、これにより遮蔽部材Ｍが試料Ｓに対して相対的に移動できる構成となっている。
ここで、遮蔽材支持装置２３を構成する遮蔽材支持ステージ２３ａの構造について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は遮蔽材支持ステージ２３ａの構造を示す平面図、図３は図２におけるＡ−Ａ'断面図である。図示のごとく、遮蔽材支持ステージ２３ａは、イオンビームが通過する所定形状（例えば、方形状）の切り欠き部（イオンビーム通過部）１００ａが形成された基台１００等から構成され、遮蔽材Ｍを支持するための構成部材がこの基台１００上に備えられている。ここで、この切り欠き部１００ａは試料Ｓの上方に位置するようになされており、その幅Ｄは試料Ｓの長手方向の長さよりも長く形成され、これにより試料台１３による試料Ｓの昇降時に試料Ｓの加工面ＳＡが切り欠き部１００ａを通過可能とされている。
基台１００上には、後述する支持ホイール１０２に遮蔽材Ｍを繰り出して供給するための供給ホイール１０１が設けられている。この供給ホイール１０１は円筒状の形状をしており、その側面には予め所定の長さの遮蔽材Ｍが巻かれて保持されている。さらに基台１００上には、切り欠き部１００ａを間に挟むように一対の支持ホイール１０２（１０２ａ，１０２ｂ）が設けられており、この結果切り欠き部１００ａがこの一対の支持ホイール１０２の間に位置するように構成されている。そして、供給ホイール１０１から一対の支持ホイール１０２のうちの一方の支持ホイール１０２ａに遮蔽材Ｍが供給されるとともに、この一方の支持ホイール１０２ａに供給された遮蔽材Ｍは他方の支持ホイール１０２ｂに繰り出される。これにより、一方の支持ホイール１０２ａと他方の支持ホイール１０２ｂとの間において、遮蔽材Ｍが基台１００の切り欠き部１００ａの上方を横切る直線部分Ｍ１を有するように支持される。なお、一対の支持ホイール１０２は、切り欠き部１００ａの上方での所定部分に位置する遮蔽材Ｍの直線部分Ｍ１が試料Ｓの加工面ＳＡの上方に配置されるように設けられている。また、この直線部分Ｍ１の長手方向が、試料Ｓの長手方向にほぼ平行に沿うような第１の角度に設定されている。
なお、本実施例では、一方の支持ホイール１０２ａから他方の支持ホイール１０２ｂに送り出された遮蔽材Ｍは供給ホイール１０１に戻され、供給ホイール１０１にて巻き取られる構成とされている。
供給ホイール１０１と一方の支持ホイール１０２ａとの間には、この間に位置する遮蔽材Ｍの所定箇所に接触するように張力印加ホイール１０３が設けられている。この張力印加ホイール１０３は回動板１０４の一端側に設けられている。この回動板１０４の他端側には、一方の支持ホイール１０２ａの軸と一致する軸が設けられており、回動板１０４はこの軸を中心に回動可能となっている。回動板１０４の一端側に位置する側面には、コイルスプリング等からなる弾性部材１０５の一端部が係合部材１０６を介して係合されている。そして、この弾性部材１０５の他端部は、基台１００上の所定箇所に設けられた係止部材１０７により係止されている。したがって、回動板１０４には、弾性部材１０５の縮退（縮み）による弾性力が回動板１０４の一端側に加わることとなり、回動板１０４の他端側の軸を中心として回動する作用が働く。この結果、供給ホイール１０１から一方の支持ホイール１０２ａに供給された遮蔽材Ｍには、弾性部材１０５の弾性力に起因する所定の張力が、回動板１０４の他端側に設けられた張力印加ホイール１０３を介して常に印加されることとなる。これにより、一対の支持ホイール１０２の間（一方の支持ホイール１０２ａと他方の支持ホイール１０２ｂとの間）に位置する遮蔽材Ｍにも所定の張力が常に印加される。
特に、本実施例では、基台１００上にて、供給ホイール１０１と一対の支持ホイール１０２との間に位置する弾性部材１０５の縮退する方向の弾性力により、遮蔽材Ｍに張力が印加される。すなわち、基台１００上の内側方向（支持ホイール１０２ａにより遮蔽材Ｍが屈曲される内側方向）に張力が印加されるため、各ホイールに架橋される遮蔽材Ｍの架橋範囲が基台１００の外側方向に広がることがなく、装置構成を小型にすることができる。
供給ホイール１０１の回転軸１０８には、平面形状が所定の型（例えば、マイナス「−」型）の凹部１０８ａが基台１００の外からアクセス可能に形成されている。そして、上記の所定の型に適合する凸部を有する図示しない回転駆動軸を、基台１００の外から回転軸１０８の凹部１０８ａに嵌合することにより、回転軸１０８を介して供給ホイール１０１が回転駆動可能とされる。
なお、図１に示した、上述のモータユニット１１、イオンビーム照射装置１６、及び遮蔽材支持装置２３等は、制御部２０によって適宜制御される構成とされている。
次に、上述の構成を備えた試料加工装置を用いた試料加工方法について説明する。
本発明で用いられる試料Ｓは、図４に示すような棒状の直方体の形状をしており、寸法の一例として、長手方向の寸法ｌが３ｍｍ、幅方向の寸法ｄが０．１ｍｍ、厚さ方向の寸法ｔが０．３ｍｍとなっている。このような形状の試料Ｓを、図１に示す本発明の試料加工装置における試料加工室２内の試料台１３の溝部１３ａ内に、その加工面ＳＡが上を向く状態で保持する。このとき、試料台１３の上方に位置する遮蔽材支持装置２３の遮蔽材支持ステージ２３ａでは、図２及び図３に示すごとく、供給ホイール１０１から供給された長尺状の遮蔽材Ｍが一対の支持ホイール１０２の間に予め繰り出されて支持されている。支持ホイール１０２の間で支持されている遮蔽材Ｍは、弾性部材１０５の弾性力に起因する所定の張力が張力印加ホイール１０３を介して印加されている。
試料台１３に試料Ｓを保持させた後、真空ポンプ３により試料加工室２内を真空引きし、その内部を所定の真空度の真空雰囲気とする。試料加工室２内が所定の真空度に達した後、モータユニット１１から回転軸１１ａを介してギヤボックス９に回転力を伝達し、スクリューシャフト８を適宜回転させる。これにより、スクリューシャフト８と螺合するナットブロック６が上昇し、昇降テーブル４、Ｘ−Ｙテーブル１２、及び試料台１３が一体的に上昇する。試料台１３が上昇すると、これに保持された試料Ｓも上昇し、試料Ｓの加工面ＳＡが、遮蔽材支持装置２３を構成する基台１００に形成された切り欠き部１００ａを下から上に通過する。試料Ｓの加工面ＳＡと遮蔽材支持装置２３の一対の支持ホイール１０２に支持された遮蔽材Ｍの下面との間隔が所定値となった時点で、モータユニット１１の回転駆動を停止して試料Ｓの上昇を止める。これにより、一対の支持ホイール１０２により繰り出された遮蔽材Ｍ（直線部分Ｍ１）が、試料Ｓの加工面ＳＡに非接触の状態で近接配置される。
次に、イオンビーム照射装置１６を駆動して、発生したガスイオンビームＩＢを絞り２１によりビーム径を１ｍｍ程度に絞った状態で、試料Ｓの加工面ＳＡに照射し、エッチング加工を行う。このとき、図５に示すように、イオンビームＩＢは、遮蔽材Ｍが介在した状態で試料Ｓの加工面ＳＡに照射されることとなり、遮蔽材Ｍは加工面ＳＡの所定領域をイオンビームＩＢから遮るマスクの役目を果たす。この結果、試料Ｓの加工面ＳＡのうち、イオンビームＩＢの照射が遮蔽材Ｍによって遮られた領域は残存するが、遮蔽材Ｍの両側に位置するイオンビームＩＢが照射された領域は順次エッチングされて除去される。このように、イオンビームＩＢによって試料Ｓの加工面ＳＡを所定深さエッチングすることにより、図６に示すような加工済みの試料Ｓが形成される。
この後、イオンビーム照射装置１６によるイオンビームＩＢの照射を停止し、モータユニット１１の回転駆動により上述のときとは逆方向の回転力を伝達して試料Ｓを下降させる。その後、試料加工室２内を常圧に復帰させて試料Ｓを試料加工室２から取り出し、試料加工装置とは別体の図示しない走査電子顕微鏡等の試料観察装置に投入して観察を行う。
上述した試料加工方法において、イオンビーム照射装置１６からのイオンビームＩＢの照射により、遮蔽材Ｍも微量ながらエッチングされて消耗するが、遮蔽材Ｍが消耗した時点にて、イオンビームＩＢが未照射の遮蔽材Ｍを逐次一対の支持ホイール１０２の間に送り出すような構成とされている。具体的には、まず遮蔽材Ｍの表面に被膜されている非晶質金属被膜のイオンビームＩＢに対するエッチングレートを予め求めておき、非晶質金属被膜の膜厚とこのエッチングレートとから非晶質金属被膜がほぼエッチング除去されるエッチング時間を所定の累積時間として制御部２０に記憶させておく。そして、試料Ｓのエッチング加工時において、試料Ｓ及び遮蔽材ＭへのイオンビームＩＢの照射時間を、制御部９により加工処理毎に累積して計測する。このとき、制御部９は、計測された累積照射時間が上述した所定の累積時間に達しているかどうかを判定し、所定の累積時間に達したときに遮蔽材Ｍが消耗したと判断する。遮蔽材Ｍが消耗したと判断したときには、制御部２０によって遮蔽材支持装置２３の供給ホイール１０１を回転駆動制御し、一対の支持ホイール１０２うちの一方の支持ホイール１０２ａを介して未照射の遮蔽材Ｍを自動的に送り出す。これにより、未照射の遮蔽材Ｍが一対の支持ホイール１０２の間に逐次供給される。
このように、本発明では、遮蔽材Ｍの消耗をイオンビームＩＢの累積照射時間を計測することによって検知し、遮蔽材Ｍの消耗を検知した時点で支持ホイール１０２等の各ホイールにより未照射の遮蔽材Ｍを自動的に送り出すので、遮蔽材Ｍの交換を人手を用いる必要なく短時間で効率的に行うことができる。
さらに、上述した試料加工方法においては、弾性部材１０５によって遮蔽材Ｍに常に所定の張力が印加されるので、経時的に遮蔽材Ｍが緩むことがなく、イオンビームＩＢの衝突による遮蔽材Ｍの振動が最小限に抑えることができ、試料Ｓに対するエッチング加工精度を劣化させずに保つことができる。
（第２実施例）図７は第２実施例を示したものである。
この実施例における遮蔽材支持装置２３を構成する遮蔽材支持ステージ２３ａにおいては、一対の支持ホイール１０２のうちの他方の支持ホイール１０２ｂが図示しない駆動手段により、基台１００上にて第１の位置及び第２の位置の間で移動可能に構成されている。これにより、一対の支持ホイール１０２の間に位置する遮蔽材Ｍの長手方向の角度が、他方の支持ホイール１０２ｂの第１の位置に対応する第１の角度と、該支持ホイール１０２ｂの第２の位置に対応する第２の角度との間で任意に設定できる。なお、他の構成部材については、上述の第１実施例と同じである。
このような遮蔽材支持装置２３を備える試料加工装置を用いた試料加工方法について、以下に説明する。
まず、一対の支持ホイール１０２のうちの他方の支持ホイール１０２ｂを図５において一点鎖線で示す第１の位置に設定する。このとき、試料Ｓは図中一点鎖線で示す位置に位置する。これにより、遮蔽材Ｍの長手方向が、第１実施例の場合と同じように、試料Ｓの長手方向にほぼ平行に沿うような第１の角度に設定される。この状態で、第１実施例と同様にイオンビームＩＢによって試料Ｓのエッチング加工（１回目のエッチング加工）を行う。
その後、イオンビームＩＢの照射を一旦停止し、試料Ｓを、Ｘ−Ｙテーブル１２の水平方向（この場合、Ｙ軸方向）の移動により図中実線で示す位置に移す。さらに、他方の支持ホイール１０２ｂを図中実線で示す第２の位置に移動して設定する。これにより、遮蔽材Ｍの長手方向の角度も変化し、試料Ｓの長手方向（Ｘ軸方向）に対して所定の傾きを有する第２の角度に設定される。この状態を図８に示す。
ここで、上述した遮蔽材Ｍの長手方向の第１の角度及び第２の角度は、所定の軸方向（例えば、Ｘ軸方向）と遮蔽材Ｍの長手方向とのなす角度ととらえればよい。
この状態で、遮蔽材Ｍを介在させてイオンビームＩＢを照射し、２回目のエッチング加工を行う。このとき、１回目のエッチング加工時での遮蔽材ＭによりイオンビームＩＢが遮られた領域と、２回目のエッチング加工時での遮蔽材ＭによりイオンビームＩＢが遮られた領域とが重なり合う領域ＳＸが残存する。
この状態を図９、図１０、及び図１１に示す。図中において、鋭角θを有する平行四辺形で示された領域が残存領域ＳＸであり、この残存領域ＳＸを上面として形成された凸部ＳＹが観察対象とされる。このように、観察対象凸部ＳＹの幅方向断面を、鋭角θを有する平行四辺形とすることにより、別体の図示しない観察装置として、透過電子顕微鏡を用いることができる。
すなわち、透過電子顕微鏡では、電子線を透過させるために、試料の観察対象の幅方向厚みを約２００ｎｍ以下とする必要がある。そこで、上述のように、観察対象凸部ＳＹの幅方向断面を、鋭角θを有する平行四辺形とすることにより、該鋭角θとなっている角部ＳＺの近傍の領域では、その幅方向厚みｄｚが２００ｎｍ以下となる。よって、試料Ｓにこのような観察対象凸部ＳＹを形成した後、試料加工装置の試料加工室２から試料Ｓを取り出し、別体の透過電子顕微鏡にて試料Ｓを観察することができる。
（第３実施例）図１２及び図１３は第３実施例を示したものである。
上述の実施例においては、遮蔽材支持手段である遮蔽材支持ステージは遮蔽材支持装置を構成する保持ロッドに接合されて固定された例であったが、本実施例では、遮蔽材支持ステージを遮蔽材支持装置から着脱自在に構成したものである。
図中において、遮蔽材支持ステージ２３ａは、上述の実施例のように、基台１００上に供給ホイール１０１、一対の支持ホイール１０２、張力印加ホイール１０３、弾性部材１０５等を備えて構成され、一対の支持ホイール１０２の間に遮蔽材Ｍが架橋されて支持されている。そして、基台１００上のこれらの構成部材を覆うように蓋部材３１が設けられている。蓋部材３１には、基台１００の周縁部に沿うように側壁３１ａが設けられており、この側壁３１ａには、遮蔽材Ｍが通過できるように開口部が３１ｂが形成されている。この場合、遮蔽材支持ステージ２３ａ（基台１００）と蓋部材３１とにより遮蔽材支持手段が構成され、全体がカセット構造とされている。
遮蔽材支持ステージ２３ａは、遮蔽支持装置を構成する移動ステージ３２に着脱自在に取付けられている。移動ステージ３２は水平方向に動く保持ロッド２３ｂ（図１参照）に接合され、これにより、遮蔽材支持ステージ２３ａは移動ステージ３２を介して水平方向に移動可能となっている。この結果、保持ロッド２３ｂにより移動ステージ３２が、試料台に保持された試料に対して移動可能とされ、これにより、遮蔽材支持ステージ２３ａを有するカセット構造の遮蔽材支持手段が、試料の上方に配置される。なお、このカセット構造の遮蔽材支持手段は、試料加工装置の外にも別に所定個数用意されている。
このような構成とすることにより、本発明では、遮蔽材Ｍ全体を交換する際に、カセット構造の遮蔽材支持手段を移動ステージ３２から取り外し、予め用意してある別の遮蔽材支持手段に付け替えることができる。これにより、遮蔽材Ｍ全体の交換作業を効率よく行うことができる。
なお、このカセット構造の遮蔽材支持手段の変形例として、図１４に示す構造も考えられる。
上述の例では、供給ホイール１０１によって遮蔽材Ｍを供給するとともに巻き取るような構成とされていたが、この例では、供給ホイール１０１とは別体に巻き取りホイール１０１ａを基台１００上に設けた構造とされる。
（第４実施例）図１５は第４実施例を示したものである。
本実施例は、走査電子顕微鏡からなる試料観察装置に、上述の構成の試料加工機構を設けたものである。
図中において、ＳＥＭカラム４１内には、電子銃４２、集束レンズ４３、対物レンズ４４、及び両レンズ４３，４４の間に偏向器４５が備えられている。偏向器４５は、電子ビームを２次元的に走査するためのものである。集束レンズ４３及び対物レンズ４４は、主に電磁レンズが使用される。ここで、これらＳＥＭカラム４１、電子銃４２、集束レンズ４３、対物レンズ４４、及び偏向器４５等によって電子ビーム照射手段４６が構成されている。
電子銃４２から発生した電子ビームは、集束レンズ４３、対物レンズ４４によって試料Ｓ上に細く集束されるとともに、試料Ｓに照射される電子ビームの照射位置は、偏向器４５によって走査されるように構成されている。これら集束レンズ４３、対物レンズ４４、及び偏向器４５はＳＥＭコントローラ４７によって制御される。
電子ビーム照射手段４６による試料Ｓへの電子ビームの照射によって試料から発生した２次電子は、２次電子検出器（検出手段）４８により検出される。検出器４８によって検出された信号は、増幅器４９により増幅される。
これら以外の構成は、基本的に図１に示す第１実施例の構成と同様であり、試料観察室（兼試料加工室）５０内の試料台１３に試料Ｓが保持され、モータユニット１１により試料台１３が昇降し、イオンビーム照射装置１６からイオンビームＩＢが遮蔽材支持手段２３ａに支持された遮蔽材Ｍを介して試料Ｓに照射される構成とされている。また、本実施例での遮蔽材支持手段２３ａは、適宜、上述した実施例１、実施例２、若しくは実施例３いずれかの形態とすることができる。
ここで、ＳＥＭコントローラ４７、モータユニット１１、及びイオンビーム照射装置１６等は、システム制御部５１により制御される。
次に、上述の構成を備えた試料観察装置を用いた試料観察方法について説明する。
本実施例による試料観察方法は、試料Ｓの加工面をイオンビーム照射によりエッチング加工する試料加工ステップと、エッチング加工後の試料Ｓに電子ビームを照射して、試料Ｓから発生した２次電子検出ステップとを備え、これら２つのステップを同一の試料観察室５０内で行うことを特徴としている。
試料加工ステップは、適宜、上述の実施例１、実施例２、若しくは実施例３に記載されたいずれかの試料加工方法を採用することができる。
試料加工後の２次電子検出ステップは、まず電子ビーム照射手段４６によって試料Ｓに電子ビームを照射し、試料Ｓから発生した２次電子を２次電子検出器４８により検出し、この検出信号を増幅器４９により増幅することによりなされる。
なお、これらの試料加工ステップ及び２次電子検出ステップは、同一の試料観察室５０内において、システム制御部５１の制御によって達成される。
このように、本発明では、同一の試料観察室５０内にて試料Ｓに対する試料加工ステップと２次電子検出ステップとを連続的に行うことができるので、試料加工後の試料Ｓを一旦装置外に取り出す必要がなく、効率的に試料観察を行うことができる。
また、このような試料加工機構を有する試料観察装置において、イオンビームのマスクとして使用している遮蔽材の交換を短時間で効率的に行うことができる。
なお、上述の実施例１ないし実施例４において、基台１００に形成されたイオンビーム通過部１００ａは切り欠き部からなる例であったが、切り欠き部に代えて所定形状を有する開口部からなる例であってもよい。この例においても、上述と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１における試料加工装置を示す概要図である。
【図２】本発明の実施例１における遮蔽材支持手段を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ'断面図である。
【図４】本発明に使用される試料を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施例１における加工工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例１における加工後の試料を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例２における遮蔽材支持手段を示す平面図である。
【図８】本発明の実施例２における加工工程を示す平面図である。
【図９】本発明の実施例２における加工後の試料を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施例２における加工後の試料を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施例２における観察対象を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例３における遮蔽材支持手段を示す平面図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ'断面図である。
【図１４】本発明の実施例３における変形例を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施例４における試料観察装置を示す概要図である。
【図１６】本発明の従来例における加工工程を示す斜視図である。
【図１７】本発明の従来例における加工後の試料を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０００９】
Ｓ…試料、Ｍ…遮蔽材、ＩＢ…イオンビーム、１…壁部材、２…試料加工室、３…真空ポンプ、４…昇降テーブル、９…ギヤボックス、１１…モータユニット、１２…Ｘ−Ｙテーブル、１３…試料台、１６…イオンビーム照射装置、１７…ガスイオンビーム発生装置、１８…放電ガス導入部、１９…放電電極、２０…制御部、２３…遮蔽材支持装置、２３ａ…遮蔽材支持ステージ（遮蔽材支持手段）、３１…蓋部材、３２…移動ステージ、４１…ＳＥＭカラム、４２…電子銃、４３…集束レンズ、４４…対物レンズ、４５…偏向器、４６…電子ビーム照射手段、４７…ＳＥＭコントローラ、４８…２次電子検出器、４９…増幅器、５０…試料観察室、５１…システム制御部、１００…基台、１００ａ…切り欠き部（イオンビーム通過部）、１０１…供給ホイール、１０２…支持ホイール、１０３…張力印加ホイール、１０５…弾性部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡等の観察装置で観察される試料を加工するための試料加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡もしくは透過電子顕微鏡等の電子顕微鏡を用いて試料を観察する場合、予め試料の一部をエッチング加工して加工断面を形成しておき、この加工断面に電子線を照射して観察する。
このときの試料のエッチング加工方法の一例を図１６に示す。
図１６において、符号Ｓは観察対象の試料を示すものであり、この試料Ｓにおける上面Ｓ１の近傍に試料Ｓとは非接触の状態でワイヤ状の遮蔽材（マスク）Ｍを配置する。ここで、遮蔽材Ｍは図示しない支持部材によって支持されている。その後、試料Ｓの上面Ｓ１及び遮蔽材Ｍの所定箇所に上方からイオンビームＩＢを図１６に示すように照射する。
このとき、イオンビームＩＢが照射された試料Ｓの部分はイオンビームＩＢによってエッチング加工されるとともに、遮蔽材Ｍで遮られた試料Ｓの部分はエッチング加工されずに残存する。この結果、図１７に示すように、試料Ｓの所定部分がエッチング加工により除去され、これにより試料Ｓに加工断面Ｓ２が形成される。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２７１１９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオンビーム照射によって試料Ｓの所定部分がエッチング加工されるが、このときに遮蔽材Ｍも微量ながらエッチングされて消耗する。消耗した遮蔽材Ｍは交換する必要があるが、この際には上記支持部材に対する遮蔽材Ｍの張り替えが行われる。
この遮蔽材Ｍの張り替えのときには、治工具等を用いて人手により消耗した遮蔽材Ｍを支持部材から取り外し、その後新しい遮蔽材Ｍを支持部材に固定して行うこととなる。このとき、消耗した遮蔽材Ｍの交換作業に手間を要するとともに時間もかかっていた。
また、上述のイオンビームＩＢによる試料Ｓのエッチング加工の際にはマスクとなる遮蔽材ＭにもイオンビームＩＢが照射されることとなるが、このときにイオンビームＩＢが衝突することにより遮蔽材Ｍが微少ながら振動を起こす。この振動は、遮蔽材Ｍが十分に張力が加えられた状態で支持部材により支持されていれば最小限度に抑えることができる。
しかしながら、従来は遮蔽材Ｍを支持部材に単に固定して支持しているのみであるので、経時的に遮蔽材Ｍが緩むことがあり、このときにはイオンビームＩＢの衝突による遮蔽材Ｍの振動が大きくなる。この場合、試料Ｓに対するイオンビームによるエッチング加工精度が劣化することとなり好ましくない。
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、透過電子顕微鏡の観察に適した試料を作製することができる試料加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に基づく試料加工装置は、内部が所定の真空度に真空引きされる試料加工室と、前記試料加工室に配置され、試料を保持するための試料台と、前記試料加工室に配置され、前記試料台に保持された試料の加工面にイオンビームを照射するためのイオンビーム照射手段と、前記イオンビーム照射手段と前記試料の間に配置され、前記試料の加工面の所定領域をイオンビームから遮るためのテープ状の遮蔽材と、前記遮蔽材を支持するための遮蔽材支持手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、透過電子顕微鏡の観察に適した試料を作製することができる試料加工装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施例１）図１は、本発明の試料加工装置の一概略例を示したものである。同図において、壁部材１により囲まれた試料加工室２内は真空ポンプ３により内部が所定の真空度に真空引きされるようになっている。この試料加工室２内には、昇降テーブル４が、垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降自在に配置されている。昇降テーブル４の下面にはナットブロック６が固定されている。ナットブロック６は平面形状が長方形であり、その２箇所のコーナー部がそれぞれガイド７に係合している。このため、ナットブロック６は、このガイド７により回転不能かつ上下方向にスライド可能となっている。
ナットブロック６はスクリューシャフト８と螺合しており、スクリューシャフト８の回転に応じて昇降するように構成されている。このスクリューシャフト８の下端部にはギヤボックス９の回転力伝達ギヤ（図示せず）により回転力が伝達され、このギヤボックス９には、壁部材１の外部に配置されたモータユニット１１から回転軸１１ａを介して回転力が伝達されるように構成されている。昇降テーブル４上にはＸ−Ｙ平面上（水平面上）で移動可能なＸ−Ｙテーブル１２が、図示しない水平駆動手段により駆動可能に支持されている。
このＸ−Ｙテーブル１２上には試料台１３が搭載されている。試料台１３は、Ｘ軸方向に長い直方体の形状をしており、その上面にはその長手方向に延びる長穴状の溝部１３ａが形成されている。この試料台１３の溝部１３ａには、シリコンウエハ等から切り出された棒状の試料Ｓが保持され、試料Ｓの長手方向がＸ軸方向に沿うように配置される。ここで、試料Ｓの加工面ＳＡは棒状の試料Ｓの長手方向（Ｘ軸方向）に沿う上面に対応している。そして、試料台１３に試料Ｓを固定した状態で試料台１３を昇降させることにより、試料Ｓの加工面ＳＡを試料加工位置に移動させることができる。
試料加工室２の上端部には、イオンビーム照射装置（イオンビーム照射手段）１６が配置されている。このイオンビーム照射装置１６は、試料加工室２の上端に設けられたガスイオンビーム発生装置１７を有している。ガスイオンビーム発生装置１７は、放電ガス（例えば、Ａｒガス）導入部１８及び高電圧が印加される放電電極１９等を有しており、放電によりガスイオン（Ａｒイオン）を発生させる機能を有している。なお、ガスイオンビーム発生装置１７で使用する放電ガスとしては、ネオンガス、窒素ガス等を採用することも可能である。
ガスイオンビーム発生装置１７の下方には、このガスイオンビーム発生装置１７で発生したガスイオンビームＩＢを直径約１ｍｍに絞って試料Ｓの加工面ＳＡに入射させるための絞り２１が配置されている。ガスイオン発生装置１７及び絞り２１等により、ビーム径約１ｍｍのガスイオンビームＩＢを試料Ｓの加工面ＳＡに入射させるイオンビーム照射装置１６が構成されている。なお、絞り２１により絞られたガスイオンビームＩＢのビーム径は１ｍｍに限られず、適当な値を設定することが可能である。また、ガスイオンビーム発生装置１７から発生するイオンビームＩＢの径が大きい場合には、静電レンズ、電磁レンズ等からなるビーム収束レンズ（図示せず）を用いて所望のビーム径に調節することが可能である。
試料台１３の上方には、遮蔽材（マスク）Ｍを支持するための遮蔽材支持装置２３が配置されている。この遮蔽材支持装置２３で支持されている遮蔽材Ｍは、イオンビームＩＢによる試料Ｓのエッチング加工の際に試料Ｓの加工面ＳＡの所定領域をイオンビームＩＢから遮るためのものであり、タングステン、ニッケル−リン合金等により構成されている。本実施例での遮蔽材Ｍは、断面形状が略円形の長尺状（例えば、ワイヤ状）の部材であり、線幅（直径）は約７０μｍとされている。なお、この長尺状の遮蔽材Ｍの線幅は、１０μｍ〜３００μｍ程度とすることが可能であり、また、その断面形状を長方形としたり、あるいは全体をテープ状とすることもできる。ここで、遮蔽材Ｍの表面に非晶質金属被膜を形成しておき、この非晶質被膜にイオンビームＩＢが照射されるようにすれば、該非晶質被膜が徐々にエッチングされても非晶質被膜が残存している間は被膜表面は所定の平滑面とすることができる。このように遮蔽材Ｍの被膜表面（イオンビームＩＢが照射される面）が所定の平滑面に保たれることにより、試料Ｓのエッチング加工精度が一定に保たれるという利点がある。
遮蔽材支持装置２３は、遮蔽材Ｍを支持するための遮蔽材支持ステージ（遮蔽材支持手段）２３ａ、該遮蔽材支持ステージ２３ａに図示しない締着部材等により接合されて、これを固定して保持するための保持ロッド２３ｂ、及び相対移動手段２３ｃを有しており、この相対移動手段２３ｃは図示しないマイクロメータを備え、これにより遮蔽部材Ｍが試料Ｓに対して相対的に移動できる構成となっている。
ここで、遮蔽材支持装置２３を構成する遮蔽材支持ステージ２３ａの構造について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は遮蔽材支持ステージ２３ａの構造を示す平面図、図３は図２におけるＡ−Ａ'断面図である。図示のごとく、遮蔽材支持ステージ２３ａは、イオンビームが通過する所定形状（例えば、方形状）の切り欠き部（イオンビーム通過部）１００ａが形成された基台１００等から構成され、遮蔽材Ｍを支持するための構成部材がこの基台１００上に備えられている。ここで、この切り欠き部１００ａは試料Ｓの上方に位置するようになされており、その幅Ｄは試料Ｓの長手方向の長さよりも長く形成され、これにより試料台１３による試料Ｓの昇降時に試料Ｓの加工面ＳＡが切り欠き部１００ａを通過可能とされている。
基台１００上には、後述する支持ホイール１０２に遮蔽材Ｍを繰り出して供給するための供給ホイール１０１が設けられている。この供給ホイール１０１は円筒状の形状をしており、その側面には予め所定の長さの遮蔽材Ｍが巻かれて保持されている。さらに基台１００上には、切り欠き部１００ａを間に挟むように一対の支持ホイール１０２（１０２ａ，１０２ｂ）が設けられており、この結果切り欠き部１００ａがこの一対の支持ホイール１０２の間に位置するように構成されている。そして、供給ホイール１０１から一対の支持ホイール１０２のうちの一方の支持ホイール１０２ａに遮蔽材Ｍが供給されるとともに、この一方の支持ホイール１０２ａに供給された遮蔽材Ｍは他方の支持ホイール１０２ｂに繰り出される。これにより、一方の支持ホイール１０２ａと他方の支持ホイール１０２ｂとの間において、遮蔽材Ｍが基台１００の切り欠き部１００ａの上方を横切る直線部分Ｍ１を有するように支持される。なお、一対の支持ホイール１０２は、切り欠き部１００ａの上方での所定部分に位置する遮蔽材Ｍの直線部分Ｍ１が試料Ｓの加工面ＳＡの上方に配置されるように設けられている。また、この直線部分Ｍ１の長手方向が、試料Ｓの長手方向にほぼ平行に沿うような第１の角度に設定されている。
なお、本実施例では、一方の支持ホイール１０２ａから他方の支持ホイール１０２ｂに送り出された遮蔽材Ｍは供給ホイール１０１に戻され、供給ホイール１０１にて巻き取られる構成とされている。
供給ホイール１０１と一方の支持ホイール１０２ａとの間には、この間に位置する遮蔽材Ｍの所定箇所に接触するように張力印加ホイール１０３が設けられている。この張力印加ホイール１０３は回動板１０４の一端側に設けられている。この回動板１０４の他端側には、一方の支持ホイール１０２ａの軸と一致する軸が設けられており、回動板１０４はこの軸を中心に回動可能となっている。回動板１０４の一端側に位置する側面には、コイルスプリング等からなる弾性部材１０５の一端部が係合部材１０６を介して係合されている。そして、この弾性部材１０５の他端部は、基台１００上の所定箇所に設けられた係止部材１０７により係止されている。したがって、回動板１０４には、弾性部材１０５の縮退（縮み）による弾性力が回動板１０４の一端側に加わることとなり、回動板１０４の他端側の軸を中心として回動する作用が働く。この結果、供給ホイール１０１から一方の支持ホイール１０２ａに供給された遮蔽材Ｍには、弾性部材１０５の弾性力に起因する所定の張力が、回動板１０４の他端側に設けられた張力印加ホイール１０３を介して常に印加されることとなる。これにより、一対の支持ホイール１０２の間（一方の支持ホイール１０２ａと他方の支持ホイール１０２ｂとの間）に位置する遮蔽材Ｍにも所定の張力が常に印加される。
特に、本実施例では、基台１００上にて、供給ホイール１０１と一対の支持ホイール１０２との間に位置する弾性部材１０５の縮退する方向の弾性力により、遮蔽材Ｍに張力が印加される。すなわち、基台１００上の内側方向（支持ホイール１０２ａにより遮蔽材Ｍが屈曲される内側方向）に張力が印加されるため、各ホイールに架橋される遮蔽材Ｍの架橋範囲が基台１００の外側方向に広がることがなく、装置構成を小型にすることができる。
供給ホイール１０１の回転軸１０８には、平面形状が所定の型（例えば、マイナス「−」型）の凹部１０８ａが基台１００の外からアクセス可能に形成されている。そして、上記の所定の型に適合する凸部を有する図示しない回転駆動軸を、基台１００の外から回転軸１０８の凹部１０８ａに嵌合することにより、回転軸１０８を介して供給ホイール１０１が回転駆動可能とされる。
なお、図１に示した、上述のモータユニット１１、イオンビーム照射装置１６、及び遮蔽材支持装置２３等は、制御部２０によって適宜制御される構成とされている。
次に、上述の構成を備えた試料加工装置を用いた試料加工方法について説明する。
本発明で用いられる試料Ｓは、図４に示すような棒状の直方体の形状をしており、寸法の一例として、長手方向の寸法ｌが３ｍｍ、幅方向の寸法ｄが０．１ｍｍ、厚さ方向の寸法ｔが０．３ｍｍとなっている。このような形状の試料Ｓを、図１に示す本発明の試料加工装置における試料加工室２内の試料台１３の溝部１３ａ内に、その加工面ＳＡが上を向く状態で保持する。このとき、試料台１３の上方に位置する遮蔽材支持装置２３の遮蔽材支持ステージ２３ａでは、図２及び図３に示すごとく、供給ホイール１０１から供給された長尺状の遮蔽材Ｍが一対の支持ホイール１０２の間に予め繰り出されて支持されている。支持ホイール１０２の間で支持されている遮蔽材Ｍは、弾性部材１０５の弾性力に起因する所定の張力が張力印加ホイール１０３を介して印加されている。
試料台１３に試料Ｓを保持させた後、真空ポンプ３により試料加工室２内を真空引きし、その内部を所定の真空度の真空雰囲気とする。試料加工室２内が所定の真空度に達した後、モータユニット１１から回転軸１１ａを介してギヤボックス９に回転力を伝達し、スクリューシャフト８を適宜回転させる。これにより、スクリューシャフト８と螺合するナットブロック６が上昇し、昇降テーブル４、Ｘ−Ｙテーブル１２、及び試料台１３が一体的に上昇する。試料台１３が上昇すると、これに保持された試料Ｓも上昇し、試料Ｓの加工面ＳＡが、遮蔽材支持装置２３を構成する基台１００に形成された切り欠き部１００ａを下から上に通過する。試料Ｓの加工面ＳＡと遮蔽材支持装置２３の一対の支持ホイール１０２に支持された遮蔽材Ｍの下面との間隔が所定値となった時点で、モータユニット１１の回転駆動を停止して試料Ｓの上昇を止める。これにより、一対の支持ホイール１０２により繰り出された遮蔽材Ｍ（直線部分Ｍ１）が、試料Ｓの加工面ＳＡに非接触の状態で近接配置される。
次に、イオンビーム照射装置１６を駆動して、発生したガスイオンビームＩＢを絞り２１によりビーム径を１ｍｍ程度に絞った状態で、試料Ｓの加工面ＳＡに照射し、エッチング加工を行う。このとき、図５に示すように、イオンビームＩＢは、遮蔽材Ｍが介在した状態で試料Ｓの加工面ＳＡに照射されることとなり、遮蔽材Ｍは加工面ＳＡの所定領域をイオンビームＩＢから遮るマスクの役目を果たす。この結果、試料Ｓの加工面ＳＡのうち、イオンビームＩＢの照射が遮蔽材Ｍによって遮られた領域は残存するが、遮蔽材Ｍの両側に位置するイオンビームＩＢが照射された領域は順次エッチングされて除去される。このように、イオンビームＩＢによって試料Ｓの加工面ＳＡを所定深さエッチングすることにより、図６に示すような加工済みの試料Ｓが形成される。
この後、イオンビーム照射装置１６によるイオンビームＩＢの照射を停止し、モータユニット１１の回転駆動により上述のときとは逆方向の回転力を伝達して試料Ｓを下降させる。その後、試料加工室２内を常圧に復帰させて試料Ｓを試料加工室２から取り出し、試料加工装置とは別体の図示しない走査電子顕微鏡等の試料観察装置に投入して観察を行う。
上述した試料加工方法において、イオンビーム照射装置１６からのイオンビームＩＢの照射により、遮蔽材Ｍも微量ながらエッチングされて消耗するが、遮蔽材Ｍが消耗した時点にて、イオンビームＩＢが未照射の遮蔽材Ｍを逐次一対の支持ホイール１０２の間に送り出すような構成とされている。具体的には、まず遮蔽材Ｍの表面に被膜されている非晶質金属被膜のイオンビームＩＢに対するエッチングレートを予め求めておき、非晶質金属被膜の膜厚とこのエッチングレートとから非晶質金属被膜がほぼエッチング除去されるエッチング時間を所定の累積時間として制御部２０に記憶させておく。そして、試料Ｓのエッチング加工時において、試料Ｓ及び遮蔽材ＭへのイオンビームＩＢの照射時間を、制御部９により加工処理毎に累積して計測する。このとき、制御部９は、計測された累積照射時間が上述した所定の累積時間に達しているかどうかを判定し、所定の累積時間に達したときに遮蔽材Ｍが消耗したと判断する。遮蔽材Ｍが消耗したと判断したときには、制御部２０によって遮蔽材支持装置２３の供給ホイール１０１を回転駆動制御し、一対の支持ホイール１０２うちの一方の支持ホイール１０２ａを介して未照射の遮蔽材Ｍを自動的に送り出す。これにより、未照射の遮蔽材Ｍが一対の支持ホイール１０２の間に逐次供給される。
このように、本発明では、遮蔽材Ｍの消耗をイオンビームＩＢの累積照射時間を計測することによって検知し、遮蔽材Ｍの消耗を検知した時点で支持ホイール１０２等の各ホイールにより未照射の遮蔽材Ｍを自動的に送り出すので、遮蔽材Ｍの交換を人手を用いる必要なく短時間で効率的に行うことができる。
さらに、上述した試料加工方法においては、弾性部材１０５によって遮蔽材Ｍに常に所定の張力が印加されるので、経時的に遮蔽材Ｍが緩むことがなく、イオンビームＩＢの衝突による遮蔽材Ｍの振動が最小限に抑えることができ、試料Ｓに対するエッチング加工精度を劣化させずに保つことができる。
（第２実施例）図７は第２実施例を示したものである。
この実施例における遮蔽材支持装置２３を構成する遮蔽材支持ステージ２３ａにおいては、一対の支持ホイール１０２のうちの他方の支持ホイール１０２ｂが図示しない駆動手段により、基台１００上にて第１の位置及び第２の位置の間で移動可能に構成されている。これにより、一対の支持ホイール１０２の間に位置する遮蔽材Ｍの長手方向の角度が、他方の支持ホイール１０２ｂの第１の位置に対応する第１の角度と、該支持ホイール１０２ｂの第２の位置に対応する第２の角度との間で任意に設定できる。なお、他の構成部材については、上述の第１実施例と同じである。
このような遮蔽材支持装置２３を備える試料加工装置を用いた試料加工方法について、以下に説明する。
まず、一対の支持ホイール１０２のうちの他方の支持ホイール１０２ｂを図５において一点鎖線で示す第１の位置に設定する。このとき、試料Ｓは図中一点鎖線で示す位置に位置する。これにより、遮蔽材Ｍの長手方向が、第１実施例の場合と同じように、試料Ｓの長手方向にほぼ平行に沿うような第１の角度に設定される。この状態で、第１実施例と同様にイオンビームＩＢによって試料Ｓのエッチング加工（１回目のエッチング加工）を行う。
その後、イオンビームＩＢの照射を一旦停止し、試料Ｓを、Ｘ−Ｙテーブル１２の水平方向（この場合、Ｙ軸方向）の移動により図中実線で示す位置に移す。さらに、他方の支持ホイール１０２ｂを図中実線で示す第２の位置に移動して設定する。これにより、遮蔽材Ｍの長手方向の角度も変化し、試料Ｓの長手方向（Ｘ軸方向）に対して所定の傾きを有する第２の角度に設定される。この状態を図８に示す。
ここで、上述した遮蔽材Ｍの長手方向の第１の角度及び第２の角度は、所定の軸方向（例えば、Ｘ軸方向）と遮蔽材Ｍの長手方向とのなす角度ととらえればよい。
この状態で、遮蔽材Ｍを介在させてイオンビームＩＢを照射し、２回目のエッチング加工を行う。このとき、１回目のエッチング加工時での遮蔽材ＭによりイオンビームＩＢが遮られた領域と、２回目のエッチング加工時での遮蔽材ＭによりイオンビームＩＢが遮られた領域とが重なり合う領域ＳＸが残存する。
この状態を図９、図１０、及び図１１に示す。図中において、鋭角θを有する平行四辺形で示された領域が残存領域ＳＸであり、この残存領域ＳＸを上面として形成された凸部ＳＹが観察対象とされる。このように、観察対象凸部ＳＹの幅方向断面を、鋭角θを有する平行四辺形とすることにより、別体の図示しない観察装置として、透過電子顕微鏡を用いることができる。
すなわち、透過電子顕微鏡では、電子線を透過させるために、試料の観察対象の幅方向厚みを約２００ｎｍ以下とする必要がある。そこで、上述のように、観察対象凸部ＳＹの幅方向断面を、鋭角θを有する平行四辺形とすることにより、該鋭角θとなっている角部ＳＺの近傍の領域では、その幅方向厚みｄｚが２００ｎｍ以下となる。よって、試料Ｓにこのような観察対象凸部ＳＹを形成した後、試料加工装置の試料加工室２から試料Ｓを取り出し、別体の透過電子顕微鏡にて試料Ｓを観察することができる。
（第３実施例）図１２及び図１３は第３実施例を示したものである。
上述の実施例においては、遮蔽材支持手段である遮蔽材支持ステージは遮蔽材支持装置を構成する保持ロッドに接合されて固定された例であったが、本実施例では、遮蔽材支持ステージを遮蔽材支持装置から着脱自在に構成したものである。
図中において、遮蔽材支持ステージ２３ａは、上述の実施例のように、基台１００上に供給ホイール１０１、一対の支持ホイール１０２、張力印加ホイール１０３、弾性部材１０５等を備えて構成され、一対の支持ホイール１０２の間に遮蔽材Ｍが架橋されて支持されている。そして、基台１００上のこれらの構成部材を覆うように蓋部材３１が設けられている。蓋部材３１には、基台１００の周縁部に沿うように側壁３１ａが設けられており、この側壁３１ａには、遮蔽材Ｍが通過できるように開口部が３１ｂが形成されている。この場合、遮蔽材支持ステージ２３ａ（基台１００）と蓋部材３１とにより遮蔽材支持手段が構成され、全体がカセット構造とされている。
遮蔽材支持ステージ２３ａは、遮蔽支持装置を構成する移動ステージ３２に着脱自在に取付けられている。移動ステージ３２は水平方向に動く保持ロッド２３ｂ（図１参照）に接合され、これにより、遮蔽材支持ステージ２３ａは移動ステージ３２を介して水平方向に移動可能となっている。この結果、保持ロッド２３ｂにより移動ステージ３２が、試料台に保持された試料に対して移動可能とされ、これにより、遮蔽材支持ステージ２３ａを有するカセット構造の遮蔽材支持手段が、試料の上方に配置される。なお、このカセット構造の遮蔽材支持手段は、試料加工装置の外にも別に所定個数用意されている。
このような構成とすることにより、本発明では、遮蔽材Ｍ全体を交換する際に、カセット構造の遮蔽材支持手段を移動ステージ３２から取り外し、予め用意してある別の遮蔽材支持手段に付け替えることができる。これにより、遮蔽材Ｍ全体の交換作業を効率よく行うことができる。
なお、このカセット構造の遮蔽材支持手段の変形例として、図１４に示す構造も考えられる。
上述の例では、供給ホイール１０１によって遮蔽材Ｍを供給するとともに巻き取るような構成とされていたが、この例では、供給ホイール１０１とは別体に巻き取りホイール１０１ａを基台１００上に設けた構造とされる。
（第４実施例）図１５は第４実施例を示したものである。
本実施例は、走査電子顕微鏡からなる試料観察装置に、上述の構成の試料加工機構を設けたものである。
図中において、ＳＥＭカラム４１内には、電子銃４２、集束レンズ４３、対物レンズ４４、及び両レンズ４３，４４の間に偏向器４５が備えられている。偏向器４５は、電子ビームを２次元的に走査するためのものである。集束レンズ４３及び対物レンズ４４は、主に電磁レンズが使用される。ここで、これらＳＥＭカラム４１、電子銃４２、集束レンズ４３、対物レンズ４４、及び偏向器４５等によって電子ビーム照射手段４６が構成されている。
電子銃４２から発生した電子ビームは、集束レンズ４３、対物レンズ４４によって試料Ｓ上に細く集束されるとともに、試料Ｓに照射される電子ビームの照射位置は、偏向器４５によって走査されるように構成されている。これら集束レンズ４３、対物レンズ４４、及び偏向器４５はＳＥＭコントローラ４７によって制御される。
電子ビーム照射手段４６による試料Ｓへの電子ビームの照射によって試料から発生した２次電子は、２次電子検出器（検出手段）４８により検出される。検出器４８によって検出された信号は、増幅器４９により増幅される。
これら以外の構成は、基本的に図１に示す第１実施例の構成と同様であり、試料観察室（兼試料加工室）５０内の試料台１３に試料Ｓが保持され、モータユニット１１により試料台１３が昇降し、イオンビーム照射装置１６からイオンビームＩＢが遮蔽材支持手段２３ａに支持された遮蔽材Ｍを介して試料Ｓに照射される構成とされている。また、本実施例での遮蔽材支持手段２３ａは、適宜、上述した実施例１、実施例２、若しくは実施例３いずれかの形態とすることができる。
ここで、ＳＥＭコントローラ４７、モータユニット１１、及びイオンビーム照射装置１６等は、システム制御部５１により制御される。
次に、上述の構成を備えた試料観察装置を用いた試料観察方法について説明する。
本実施例による試料観察方法は、試料Ｓの加工面をイオンビーム照射によりエッチング加工する試料加工ステップと、エッチング加工後の試料Ｓに電子ビームを照射して、試料Ｓから発生した２次電子検出ステップとを備え、これら２つのステップを同一の試料観察室５０内で行うことを特徴としている。
試料加工ステップは、適宜、上述の実施例１、実施例２、若しくは実施例３に記載されたいずれかの試料加工方法を採用することができる。
試料加工後の２次電子検出ステップは、まず電子ビーム照射手段４６によって試料Ｓに電子ビームを照射し、試料Ｓから発生した２次電子を２次電子検出器４８により検出し、この検出信号を増幅器４９により増幅することによりなされる。
なお、これらの試料加工ステップ及び２次電子検出ステップは、同一の試料観察室５０内において、システム制御部５１の制御によって達成される。
このように、本発明では、同一の試料観察室５０内にて試料Ｓに対する試料加工ステップと２次電子検出ステップとを連続的に行うことができるので、試料加工後の試料Ｓを一旦装置外に取り出す必要がなく、効率的に試料観察を行うことができる。
また、このような試料加工機構を有する試料観察装置において、イオンビームのマスクとして使用している遮蔽材の交換を短時間で効率的に行うことができる。
なお、上述の実施例１ないし実施例４において、基台１００に形成されたイオンビーム通過部１００ａは切り欠き部からなる例であったが、切り欠き部に代えて所定形状を有する開口部からなる例であってもよい。この例においても、上述と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１における試料加工装置を示す概要図である。
【図２】本発明の実施例１における遮蔽材支持手段を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ'断面図である。
【図４】本発明に使用される試料を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施例１における加工工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例１における加工後の試料を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例２における遮蔽材支持手段を示す平面図である。
【図８】本発明の実施例２における加工工程を示す平面図である。
【図９】本発明の実施例２における加工後の試料を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施例２における加工後の試料を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施例２における観察対象を示す平面図である。
【図１２】本発明の実施例３における遮蔽材支持手段を示す平面図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ'断面図である。
【図１４】本発明の実施例３における変形例を示す平面図である。
【図１５】本発明の実施例４における試料観察装置を示す概要図である。
【図１６】本発明の従来例における加工工程を示す斜視図である。
【図１７】本発明の従来例における加工後の試料を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０００９】
Ｓ…試料、Ｍ…遮蔽材、ＩＢ…イオンビーム、１…壁部材、２…試料加工室、３…真空ポンプ、４…昇降テーブル、９…ギヤボックス、１１…モータユニット、１２…Ｘ−Ｙテーブル、１３…試料台、１６…イオンビーム照射装置、１７…ガスイオンビーム発生装置、１８…放電ガス導入部、１９…放電電極、２０…制御部、２３…遮蔽材支持装置、２３ａ…遮蔽材支持ステージ（遮蔽材支持手段）、３１…蓋部材、３２…移動ステージ、４１…ＳＥＭカラム、４２…電子銃、４３…集束レンズ、４４…対物レンズ、４５…偏向器、４６…電子ビーム照射手段、４７…ＳＥＭコントローラ、４８…２次電子検出器、４９…増幅器、５０…試料観察室、５１…システム制御部、１００…基台、１００ａ…切り欠き部（イオンビーム通過部）、１０１…供給ホイール、１０２…支持ホイール、１０３…張力印加ホイール、１０５…弾性部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が所定の真空度に真空引きされる試料加工室と、
前記試料加工室に配置され、試料を保持するための試料台と、
前記試料加工室に配置され、前記試料台に保持された試料の加工面にイオンビームを照射するためのイオンビーム照射手段と、
前記イオンビーム照射手段と前記試料の間に配置され、前記試料の加工面の所定領域をイオンビームから遮るためのテープ状の遮蔽材と、
前記遮蔽材を支持するための遮蔽材支持手段
を備えたことを特徴とする試料加工装置。
【請求項１】
内部が所定の真空度に真空引きされる試料加工室と、
前記試料加工室に配置され、試料を保持するための試料台と、
前記試料加工室に配置され、前記試料台に保持された試料の加工面にイオンビームを照射するためのイオンビーム照射手段と、
前記イオンビーム照射手段と前記試料の間に配置され、前記試料の加工面の所定領域をイオンビームから遮るためのテープ状の遮蔽材と、
前記遮蔽材を支持するための遮蔽材支持手段
を備えたことを特徴とする試料加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−１１５７０６（Ｐ２００７−１１５７０６Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３６５３１（Ｐ２００６−３３６５３１）
【出願日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【分割の表示】特願２００１−３７２４６６（Ｐ２００１−３７２４６６）の分割
【原出願日】平成１３年１２月６日（２００１．１２．６）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【出願人】（０００２３２３２４）日本電子エンジニアリング株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【分割の表示】特願２００１−３７２４６６（Ｐ２００１−３７２４６６）の分割
【原出願日】平成１３年１２月６日（２００１．１２．６）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【出願人】（０００２３２３２４）日本電子エンジニアリング株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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