专利名称：离子铣削装置、试料加工方法、加工装置及试料驱动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及离子铣削装置及扫描电子显微镜用试料加工方法，尤其涉及使用扫描电子显微镜、ElBSP法(电子背散射衍射图案、Electron Backscatter diffractionPattern)等用于制作要观察·分析的试料的离子铣削装置及扫描电子显微镜用试料加工方法。
背景技术：
近年，随着电子设备的安装技术的急速进步，电子部件的构成部件也发生小型化、高密度化，对其内部结构的SEM观察·分析需求急速增高。 对于以试料的内部结构观察为目的而通过机械研磨法制作的试料面而言，存在因研磨时施加的应力而造成的变形、研磨损伤、坍塌而无法对微小结构进行观察·分析的情况。作为应对方法，作为机械研磨的精加工而适用离子铣削法。离子铣削法是指，向试料照射加速的离子，利用照射的离子将试料表面的原子或分子弹飞的溅射现象在无应力的状态下加工试料的手法，其被用作使用了 SEM的试料表面及内部结构的层叠形状、膜厚评价、结晶状态、故障和异物剖面的解析用的试料前处理法。作为离子铣削装置的以往例，存在专利文献1-3的技术。根据专利文献I记载可知，将试料载置于旋转体上，使其旋转中心轴线与离子束中心的试料表面照射位置错开规定的距离而进行离子铣削，由此获得直径5_左右的加工面。在专利文献2中记载了在离子铣削装置内配置内置有摄像机的探针，从而确认加工状态。专利文献3记载了用于使离子束所照射的部位与加工目的位置一致的适宜的离子铣削法及离子铣削装置。在先技术文献专利文献专利文献I :日本特开平3-36285号公报专利文献2 :日本特开平10-140348号公报专利文献3 :日本特开2007-83262号公报发明的概要发明要解决的课题对于通过机械研磨法制作的试料面而言，形成因研磨时施加的应力造成的变形、研磨损伤、坍塌，为了将它们去除而适用离子铣削法。然而，铣削速率依存于各材料和离子束照射角度，对于由铣削速率不同的材料构成的复合材料而言，向试料照射的离子束照射角度固定的以往的离子铣削法存在无法获得用于微小结构解析的平滑的加工面的问题。另外，为了确认观察 解析所需的加工是否完成，需要从离子铣削装置取下试料而通过光学显微镜或者SEM进行观察来进行确认，因此作业复杂化而花费时间。

发明内容
鉴于上述的问题点，本发明的目的在于提供不依存于材料和离子束照射角度的加工手法，进一步而言为提供能够容易通过离子铣削法进行终点检测的机构。用于解决课题的手段为了达成上述目的，本发明提供一种加工装置，其向试料照射离子束而加工试料，其特征在于，具备使试料相对于所述离子束旋转倾斜的试料倾斜旋转机构，该试料旋转机构具备使试料相对于离子束旋转的旋转轴和相对于该旋转轴正交而使所述试料相对于离子束倾斜的倾斜轴，且同时进行所述试料的旋转和倾斜。另外，终点检测通过如下的加工装置来达成，所述加工装置的特征在于具备对试料照射电子线的电子照射系统、对由所述试料产生的电子进行检测的检测器、根据由该检 测器检测到的信号使所述离子束向试料的照射结束的控制装置，或者，所述加工装置的特征在于具备用于向试料照射激光的激光照射系统和对由试料反射、散射的激光进行检测的检测器，还具备根据该检测器检测到的信号使所述离子束向试料的照射结束的控制装置。发明效果根据本发明，通过连续改变离子束照射角度，即使对于复合材料也能够获得不依存于材料和离子束照射角度的平滑加工面。另外，在离子铣削装置中设置能够向试料照射电子线的电子照射系统和对由试料产生的电子进行检测、显示的功能，并对得到的信号进行处理，或者具备对试料照射激光的光学系统和对由试料反射、散射的激光进行检测的功能，并对检测到的激光进行处理，从而能够进行终点检测，在不取下试料的情况下能够进行加工的终点检测。


图I是表示权利要求1、2及实施例I的具备试料旋转倾斜机构的离子铣削装置的说明图。图2是试料倾斜旋转机构的详细说明图。图3是试料倾斜旋转机构的详细说明图。图4是表示基于以往的离子铣削法和本发明的离子铣削法的加工面的比较的说明图。图5是通过试料倾斜旋转机构连续变化的照射角度的详细说明图。图6是通过载置台倾斜角度可变的加工范围的详细说明图。图7是具备试料倾斜旋转机构及SEM功能的离子铣削装置的说明图。图8是具备试料倾斜旋转机构及SEM功能的离子铣削装置的详细说明图。图9是离子铣削终点检测的说明图。图10是具备试料倾斜旋转机构及激光照射功能的离子铣削装置的说明图。图11是离子铣削终点检测的说明图。
具体实施方式
以下，根据

本发明的实施例。实施例I图I是表示适用本发明的离子铣削装置的一实施例的图。该离子铣削装置包括搭载有图I的虚线部分所示的、使向本发明的试料照射的离子束的照射角度连续变化的试料倾斜旋转机构001的试料载置台006、离子源002、试料室004、真空排气系统005、离子电流测定器007、高压单元008、气体供给源009。本实施例的试料倾斜旋转机构001经由试料载置台006设置在试料室004内。试料室004通过真空排气系统005将试料室内控制成大气压或真空且能够保持该状态 。离子源002是指包括照射离子束003的全部构成要素的照射系统。另外，试料载置台006是指包括进行用于向试料101的任意部位照射离子束003的前后左右、上下移动及旋转、倾斜的全部构成要素的机构系统。接下来，对以本发明的试料倾斜旋转机构001为例的试料的连续倾斜旋转进行说明。本实施例的试料倾斜旋转机构001是从离子源002照射离子束003时并非以依存于试料载置台006的倾斜角度的固定的照射角度照射，而是连续地改变照射角度的机构，其具有试料的旋转功能及倾斜功能。以下，使用图2、图3说明试料的旋转功能及倾斜功能的详细情况。图2为以试料载置台006的旋转机构为驱动源而使图2的旋转轴105旋转的情况下的例子。当旋转轴105旋转时，旋转板107借助附属于旋转轴105的内部齿轮111而旋转。当旋转板107旋转时，驱动臂106也由附属于旋转板107的销114驱动，附属于倾斜轴103的试料台102以倾斜轴103为中心地进行上下运动。而且，搭载于试料台102上的试料101通过旋转轴105而旋转。旋转轴105的旋转通过弹簧110传递而使试料101旋转。弹簧110在试料台倾斜时也能将旋转驱动传递给试料101。试料台102不旋转，且开设有使旋转轴105的上部通过的开口部。或者，试料台102也可以为双层的结构，为搭载有试料101的内周侧与旋转轴105的上部连接且旋转而与倾斜轴103连接的外周侧不旋转的结构。所述上下运动和旋转运动通过附属于旋转轴105的弹簧110使得不会限制各运动而能够实现。通过试料倾斜旋转机构001和试料载置台006，如图3所示那样除了通过基于试料载置台006的试料倾斜之外，还通过基于倾斜轴103的连续倾斜和基于旋转轴105的旋转，离子束003连续变化而向试料101照射。因此，能够获得不依存于利用以往的手法存在困难的材料和因离子束照射角度造成的铣削速率之差的微小结构解析所需的平滑的加工面。图4是表示基于以往的离子铣削法和基于本发明的离子铣削法所获得的加工面的比较的说明图。图4(a)表示通过以固定的照射角度照射离子束的以往的离子铣削法加工成的加工面。在以往的手法中，由于试料的铣削速率依存于各材料和离子束照射角度，因此加工面上形成有反映出材料和结晶方位的凹凸。另一方面，利用图4(b)所示的基于本发明的离子铣削法的加工，离子束连续地从各方向朝试料照射，从而能够解决课题而形成平滑的加工面。实施例2
图5是表示本发明的其他实施例的图，是关于离子束003向通过试料旋转倾斜机构001连续变化的试料照射的角度，即本发明中试料倾斜角度(Θ)的说明图。试料倾斜角度(Θ )的范围能够通过使驱动臂106的摆动幅度可变而变更。具体而言，若附属于对驱动臂106进行驱动的旋转板107的销114配置于旋转板107的内侧或者减小旋转板107，则如图5(a)所示那样能够减小试料倾斜角度(Θ 1)108。另外，若附属于对驱动臂106进行驱动的旋转板107的销114配置在旋转板107的外侧或者增大旋转板107，则如图5(b)所示那样能够增大试料倾斜角度(Θ 2) 109。于是，根据附属于旋转板107的销114的位置，能够变更连续变化的试料倾斜角度(如倾斜角度(Θ I) 108及倾斜角度109 ( Θ 2)那样)的范围。例如，对于试料倾斜角度(Θ I) 108的情况而言，离子束003的照射范围112变窄，对于试料倾斜角度(Θ 2)109的情况而言，离子束003的照射范围113变广。S卩，离子束003向广阔范围照射，从而加工范围变广。因此，根据由驱动臂106和旋转板107确定的倾斜角 度(Θ)能够容易地变更加工范围。另外，通过变更试料倾斜角度，能够在各种试料上获得平滑的平面。另外，根据图6可知，通过将利用图5所示的试料倾斜旋转机构001实现的试料倾斜角度(Θ 2) 109的范围和图6所示的试料载置台006的倾斜角度组合使用能够进一步缩小或放大加工范围。通过使用本发明，也能够使照射试料101的离子束003的照射密度变化，因此能够与要加工的试料匹配地控制加工速度。实施例3图7是表示本发明的离子铣削装置的加工的终点检测的实施例的图。在本实施例中，说明在本发明的离子铣削装置中设置有SM功能的情况。SEM功能是由电子枪012向试料101照射电子束014，并具有用于对从试料101放出的二次电子015和反射电子016等的信号进行检测的二次电子检测器017和反射电子检测器013，且具有将所述信号作为二维图像显示等的作为一般的SEM的基本功能。离子铣削*SEM控制系统单元018具有控制前述的作为一般的SEM的基本功能，并且将二维图像的图像亮度作为谱线轮廓显示的功能和控制离子铣削装置的功能。图8是表示电子枪012和二次电子检测器017、反射电子检测器013的位置的图。如图8(a)所示，反射电子检测器013具备从电子枪012放出的电子线所通过的开口部。另夕卜，图8(b)表示从试料101侧观察到的反射电子检测器013。图9是对使用了 SEM功能的终点检测进行说明的说明图。在使用在离子铣削装置中设置的SEM功能进行终点检测的情况下，由电子枪012向加工前的试料101扫描电子线014，利用二次电子检测器017、反射电子检测器013检测从试料IOI产生的二次电子015、反射电子016，从而获得反映出试料表面的凹凸和组成的图像。需要说明的是，在取得图像时，在加工前后和加工中途，为了使离子铣削*SEM控制系统单元018的SEM观察变得容易，使试料101始终朝向电子枪012的方向停止。接下来，利用离子铣削· SEM控制系统单元018对取得的图像进行处理，从而显示反映出试料的凹凸的谱线轮廓115。此时，加工前的试料101由于图9 (a)-I所示的试料101的凹凸而显示出图9(a)-2所示的谱线轮廓115。
利用设定该谱线轮廓115的阈值116进行图9(a) _3所示的二值化处理，从而计测·存储阈值116以上的峰值数。然后，进行本发明的离子铣削加工，与前述同样计测·存储阈值116以上的峰值数。通过自动反复进行这些动作，随着离子铣削加工的时间的经过，试料101的凹凸如图9(b)-I所示那样减少，反映出试料101的凹凸的谱线轮廓115也如图9(b)-2所示那样变化，对谱线轮廓进行二值化处理后的结果也如图9(b)-3那样变化。在该峰值数成为预先设定的数量以下的时刻判定为结束，使离子铣削加工停止，从而能够实现终点检测。通过进一步变更加工条件的设定或每一次的加工时间及设置多个阈值116，从而在加工中途阶段也能够进行控制。进一步而言，在取得图像时，由于也具备二次电子检测器017和反射电子检测器013这两方，所以能够取得与试料101匹配的最佳的图像。例如，对于无导电性的试料101，通过从气体供给源009供给的气体，能够进行使用了高能量的电子即反射电子016的低真 空观察，因此也能够避免基于电子线014的带电现象而进行终点检测。另外，在使用了反射电子016的情况下，能够与通过电子线014的照射而从试料101放出的低能量的电子即二次电子015相区别而进行检测，因此，能够在取得图像时不停止离子束003的情况下进行终点检测。如上所述，在本发明的具备SEM功能的离子铣削装置中，通过对向试料101照射电子线014而得到的电子信息等进行处理，能够判定离子铣削加工的完成。实施例4图10是表示终点检测的其他实施例的图。在本实施例中，说明在本发明的离子铣削装置中设置有激光照射功能的情况。激光照射功能是将检测从激光源019照射激光020而从试料101反射或散射的光的环状的检测器021配备在激光源019的正下方，并具备对所述信号进行处理并显示的全部功能。离子铣削 激光照射控制系统024对本发明的离子铣削装置和激光照射功能进行控制，另外，在加工前后和加工中途进行激光照射时，使试料101始终朝向激光源019的方
向停止。图11是详细示出本实施例的图。在图11(a)中，在对由激光源019照射激光020而从试料101反射或散射的光进行检测的环状的检测器021上，存在从激光源019放出的激光020所通过的开口部。图11(b)是从试料侧观察环状的检测器021得到的图。在使用在离子铣削装置中设置的激光照射功能进行终点检测的情况下，从激光源019向加工前的试料101照射激光020。由于激光020由试料101的凹凸漫反射或较大地散射，从而如图11(c)所示，在环状的检测器021中，检测到反射·散射光022的环117的数量增加。通过离子铣削·激光照射控制系统024计测·存储该加工前的检测环的数量。然后，进行本发明的离子铣削加工，与前述同样计测·存储检测到加工后的散射光023的环117的数量。通过自动反复进行这种动作，随着离子铣削加工的时间的经过，试料101的凹凸减少，检测到加工后的散射光023的环117的数量也如图11(d)所示那样减少。在检测到加工后的散射光023的环117的数量为设定的数量以下的时刻判定为结束，停止离子铣削加工，由此能够实现终点检测。另外，通过对加工条件的设定或每一次的加工时间进行变更、增减环状的检测器021的环117或将其设置多个，从而在加工中途的阶段也能够进行控制。如上所述，利用本发明的具备激光照射功能的离子铣削装置，能够根据检测出来自试料的激光散射光的环数来判定离子铣削加工的完成。符号说明001试料倾斜旋转机构002离子源
003离子束004试料室005真空排气系统006试料载置台007离子电流测定器008高压单元009氩气供给源010流量控制单元011离子源·试料载置台·气体控制部012SEM 电子枪013反射电子检测器014电子束015 二次电子016反射电子017 二次电子检测器018SEM控制系统单元019激光源020 激光021环状的检测器022加工前的散射光023加工后的散射光024控制系统单元101 试料102试料台103倾斜轴104试料支架105旋转轴106驱动臂107旋转板108试料倾斜角度(Θ I)109试料倾斜角度(Θ 2)110 弹簧
111内部齿轮112、113离子束的照射范围114附属于旋转板的销115 轮廓116 阈值 117 环
权利要求
1.一种加工装置，其向试料照射离子束而加工试料，其特征在于， 具备使试料相对于所述离子束旋转倾斜的试料倾斜旋转机构， 该试料旋转机构具备使试料相对于离子束旋转的旋转轴和相对于该旋转轴正交且使所述试料相对于离子束倾斜的倾斜轴，并且同时进行所述试料的旋转和倾斜。
2.根据权利要求I所述的加工装置，其特征在于， 所述试料倾斜旋转机构具备与所述旋转轴连接的第一旋转构件、与该第一旋转构件连动而旋转的第二旋转构件、搭载所述试料的试料台，该试料台与所述第二旋转构件连接，通过所述第二旋转构件的旋转而沿所述倾斜轴倾斜。
3.根据权利要求2所述的加工装置，其特征在于， 具备使所述第二旋转构件与所述试料台的连接部的位置相对于距所述第二旋转构件的中心的距离进行变更的构件。
4.根据权利要求I所述的加工装置，其特征在于， 所述旋转轴在所述加工装置的试料载置台的旋转驱动下旋转。
5.根据权利要求I所述的加工装置，其特征在于， 具备对试料照射电子线的电子照射系统、对从所述试料产生的电子进行检测的检测器、根据由该检测器检测到的信号使所述离子束向试料的照射结束的控制装置。
6.根据权利要求5所述的加工装置，其特征在于， 所述控制装置在向所述试料的加工面照射电子线而由所述检测器检测到的信号超过规定信号量的数量达到规定数量以下的情况下，使所述离子束向试料的照射结束。
7.根据权利要求I所述的加工装置，其特征在于， 具备用于向试料照射激光的激光照射系统和对从试料反射、散射的激光进行检测的检测器，还具备根据由该检测器检测到的信号使所述离子束向试料的照射结束的控制装置。
8.根据权利要求7所述的加工装置，其特征在于， 所述检测器的检测面具备供所述激光通过的开口部，并且具有相对于该开口部分割为同心圆状的检测面。
9.一种试料驱动机构，其用于向试料照射离子束而加工试料的加工装置中，其特征在于， 该试料驱动机构具备使试料相对于离子束旋转的旋转轴、相对于该旋转轴正交且使所述试料相对于离子束倾斜的倾斜轴，并且同时进行所述试料的旋转和倾斜。
10.根据权利要求9所述的试料驱动机构，其特征在于， 具备与所述旋转轴连接的第一旋转构件、与该第一旋转构件连动而旋转的第二旋转构件、搭载所述试料的试料台，该试料台与所述第二旋转构件连接，通过所述第二旋转构件的旋转而沿所述倾斜轴倾斜。
全文摘要
鉴于上述的问题点，本发明的目的在于提供不依存于材料和离子束照射角度的加工手法。为了达成上述目的，本发明提供一种加工装置，其向试料照射离子束而加工试料，其特征在于，具备使试料相对于所述离子束旋转倾斜的试料倾斜旋转机构，该试料旋转机构具备使试料相对于离子束旋转的旋转轴和相对于该旋转轴正交而使所述试料相对于离子束倾斜的倾斜轴，且同时进行所述试料的旋转和倾斜(参照图2)。
文档编号G01N1/28GK102714125SQ201180006972
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月26日 优先权日2010年1月28日
发明者中岛里绘, 高须久幸, 黑泽浩一 申请人:株式会社日立高新技术