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TW201519279A - 離子硏削裝置 - Google Patents

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TW201519279A
TW201519279A TW103120336A TW103120336A TW201519279A TW 201519279 A TW201519279 A TW 201519279A TW 103120336 A TW103120336 A TW 103120336A TW 103120336 A TW103120336 A TW 103120336A TW 201519279 A TW201519279 A TW 201519279A
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TW
Taiwan
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sample
ion
ion beam
milling device
vacuum chamber
Prior art date
Application number
TW103120336A
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English (en)
Inventor
Shinya Kitayama
Hisayuki Takasu
Atsushi Kamino
Original Assignee
Hitachi High Tech Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Hitachi High Tech Corp filed Critical Hitachi High Tech Corp
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating, or etching
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    • H01J37/3056—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating, or etching for evaporating or etching for microworking, e. g. etching of gratings or trimming of electrical components
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Abstract

本發明的目的，在於抑制濺鍍粒子對試料的再附著，而獲得乾淨的加工面，以不妨礙離子束(103)之照射的方式，將可供「因離子束的照射而產生之濺鍍粒子」附著的濺鍍粒子附著構件(109)，配置在「搭載於試料承座(107)之試料(101)的離子束照射領域附近」。濺鍍粒子附著構件受到溫度控制，而形成較離子束照射領域更低溫。

Description

離子研削裝置
本發明是關於：用來製作能以掃描型電子顯微鏡(scanning electron microscope)或穿透型電子顯微鏡(transmission electron microscope)觀察之試料的離子研削裝置。
離子研削裝置，是用來對金屬、玻璃、陶瓷等的表面或截面，照射氬氣束(argon beam)等而進行研磨的裝置，適合作為「利用電子顯微鏡觀察試料的表面或截面」的前處理裝置。離子研削裝置，是採用「藉由離子束使試料表面的原子從表面噴濺的濺射現象」，對試料進行研削的加工裝置。試料加工時，為了防止因離子束的散射(ion beam scattering)而導致加工目標位置以外的試料受到損傷，因此在加工目標位置以外的試料上表面放置離子束的遮蔽板(以下，也稱為遮罩)，並使試料從該遮蔽板突出。接著，所突出的試料部分，藉由受到濺射而將試料的截面加工成平滑。
在離子束加工中，為了抑制濺鍍粒子再度附著於遮罩及加工面而在試料產生毛邊，在日本特開2005-135867號公報中，揭示的一種：在被加工試料之被加工面上的空間，配置可產生電場(electric field)的電極，藉由對試料施加0V或者負電壓，使照射離子束時所產生的飛散物質不會堆積於試料表面地執行加工的技術。日本特開2009-145050號公報中揭示一種：即使耐熱性不佳試料，也能藉由配置附有試料冷卻機構的遮罩，而抑制離子束所引起之熱損壞的技術。
[先行技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開第2005-135867號公報
專利文獻2：日本特開第2009-145050號公報
一旦利用離子研削裝置對試料加工，將引發「由離子束所切削的物質(以下稱為濺鍍粒子)將再次附著於試料」的情形，而難以獲得乾淨的加工面。即使是專利文獻1的離子束加工裝置，也無法解決試料於截面加工時之再附著的問題。而專利文獻2的離子束加工裝置，對於再附著的抑制也不具任何相關的描述。
本發明，是有鑑於這樣的課題所研發而成的發明，本發明的目的是提供一種：能有效地抑制再附著，而可獲得試料之乾淨的加工面的離子研削裝置。
本發明的離子研削裝置，為了不妨礙離子束的照射而配置在「搭載於試料承座之試料的離子束照射領域」的附近，並具有可供「因離子束的照射所產生之濺鍍粒子」附著的濺鍍粒子附著構件。濺鍍粒子附著構件受到溫度控制，而形成較離子束照射領域更低溫。根據該構造，從試料或遮罩所噴濺的濺鍍粒子，由於優先地附著於濺鍍粒子附著構件，因此可抑制朝試料加工面的再附著。
濺鍍粒子附著構件，就其中一例而言，在試料之離子束照射領域的兩側，具有沿著離子束之照射方向延伸的部分。將濺鍍粒子附著構件，可固定於試料承座、試料台或者「被配置於試料與離子槍之間的遮罩」。或亦可形成「將濺鍍粒子附著構件固定於真空室」的構造。
根據本發明，能有效地利用離子研削裝置來抑制「由離子束從試料或遮罩所切削的物質、污染物質」對試料的再附著，可獲得乾淨的加工面。
上述以外的課題、構造及效果，可由以下實施形態的說明而闡明。
101‧‧‧試料
102‧‧‧遮罩
103‧‧‧離子束
104‧‧‧離子槍(ion gun)
105‧‧‧真空室(vacuum chamber)
106‧‧‧真空泵
107‧‧‧試料承座(sample holder)
108‧‧‧試料台(sample stage)
109‧‧‧濺鍍粒子附著構件
110‧‧‧溫度控制部
301‧‧‧濺鍍粒子(sputtered particle)
302‧‧‧加工面
310‧‧‧金屬板
501‧‧‧容器
502‧‧‧冷媒
503‧‧‧導熱配線
601‧‧‧支承部
第1圖：是顯示離子研削裝置之實施例的概略構造的前視示意圖。
第2圖：是顯示離子研削裝置之實施例的概略構造的俯視示意圖。
第3圖：為被保持在試料台上之試料、遮罩及濺鍍粒子附著構件的細部示意圖。
第4圖：是顯示由濺鍍粒子附著構件捕集濺鍍粒子之狀態的示意圖。
第5圖：是將濺鍍粒子附著構件固定於試料台之例子的說明圖。
第6圖：是將濺鍍粒子附著構件固定於遮罩之例子的說明圖。
第7圖：是將濺鍍粒子附著構件固定於試料承座之例子的說明圖。
第8圖：是顯示習知離子研削裝置對試料加工之其中一例示意圖。
第9圖：是顯示習知離子研削裝置對試料加工之其中一例示意圖。
第10圖：是顯示溫度控制部之實施例的示意圖。
第11圖：是顯示離子研削裝置之其他實施例的概略構造的前視示意圖。
第12圖：是顯示離子研削裝置之其他實施例的概略構造的俯視示意圖。
在實施例中，揭示一種具有下述構件的離子研削裝置：可真空排氣的真空室；和被收容於真空室中用來照射離子束的離子槍、用來搭載試料的試料承座、用來保持試料承座的試料台；及以不會妨礙離子束之照射的方式配置在「被搭載於試料承座的試料之離子束照射領域」附近，可供「因離子束的照射所產生之濺鍍粒子」附著的濺鍍粒子附著構件。
此外，在實施例中，揭示一種具有下述構件的離子研削裝置：可真空排氣的真空室；和被收容於真空室，用來照射離子束的離子槍；和被收納於真空室，用來保持「搭載試料之試料承座」的試料台；及相對於由離子槍所照射的離子束，使試料的加工部露出，且具有「沿著用來加工試料之離子束而延伸的部分」的濺鍍粒子附著構件。
此外，在實施例中，揭示一種離子研削裝置的離子研削加工方法：將具有「沿著用來加工試料的離子束而延伸之部分」的濺鍍粒子附著構件，相對於試料而配置成「相對於離子槍所照射的離子束，使試料的加工部露出」，對試料的加工部照射離子束，並使從該試料所噴濺出的濺鍍粒子，附著於濺鍍粒子附著構件中沿著離子束延 伸的部分。
此外，在實施例中揭示：使離子束加工中之濺鍍粒子附著構件的溫度，形成較試料之加工面更低的溫度。
此外，在實施例中揭示：具有用來控制濺鍍粒子附著構件之溫度的溫度控制部。
此外，在實施例中揭示：溫度控制部將濺鍍粒子附著構件的溫度控制成低於離子束照射領域。此外，揭示了溫度控制部具備：裝入冷媒的容器；及將容器中的冷媒、與濺鍍粒子附著構件予以連接的導熱構件。此外，揭示了溫度控制部具有加熱濺鍍粒子附著構件的功能。此外，揭示了溫度控制部在真空室朝大氣環境(以下簡稱為大氣)開放之前，加熱濺鍍粒子附著構件。
此外，在實施例中揭示：濺鍍粒子附著構件，在試料之離子束照射領域的兩側，具有沿著離子束之照射方向延伸的部分。
此外，在實施例中揭示：濺鍍粒子附著構件被固定於試料承座。
此外，在實施例中揭示：濺鍍粒子附著構件被固定於試料台。
此外，在實施例中揭示：濺鍍粒子附著構件被固定在遮罩，該遮罩被配置在「搭載於試料承座的試料」與離子槍之間。
此外，在實施例中揭示：濺鍍粒子附著構件 被固定於真空室。
以下，參考圖面說明本發明的實施形態。
[實施例1]
第1圖及第2圖，是顯示本實施例之離子研削裝置的概略構造的示意圖。第1圖為前視示意圖、第2圖為俯視示意圖。
本實施例的離子研削裝置是由以下所構成：離子槍104、真空室105、真控排氣泵106、試料承座107、試料台108、濺鍍粒子附著構件109等。離子束103是由離子槍104所照射。真空室105，是由真空排氣泵106將其內部控制成大氣壓或者真空，可將離子槍104、試料承座107、試料台108等維持於真空環境。試料101搭載於試料承座107，而試料承座107由試料台108所保持。遮罩102是用來遮蔽離子束103的構件，被保持於試料101之上。離子束103對「從遮罩102突出的試料部分」進行研削。
濺鍍粒子附著構件109被保持於遮罩102之上。在濺鍍粒子附著構件109連接著溫度控制部110。一旦對濺鍍粒子附著構件109進行冷卻，遮罩102、試料101、試料承座107、試料台108也將隨之冷卻。由於溫度控制部110是按照濺鍍粒子附著構件109、遮罩102、試料101、試料承座107、試料台108的順序冷卻，因此濺鍍粒子附著構件109成為最低的低溫。
第3圖，是被保持在試料台上之試料、遮罩及濺鍍粒子附著構件的細部示意圖。在該圖中，是顯示採用「連接於溫度控制部110的金屬板310」，作為「配置在離子束103的被照射領域附近，可供因離子束的照射而從試料101噴飛的濺鍍粒子301附著的濺鍍粒子附著構件109」的例子。金屬板310並未與試料101接觸，是以不妨礙離子束之照射的方式，沿著離子束103的照射方向配置在試料101的加工面附近，也就是靠近濺鍍粒子發生的領域。本例的金屬板310，具有「具備2支腳部310b、310c；及用來連接該2支腳部310b、310c的本體部分310a」之略呈U字型的形狀。2支腳部310b、310c相對於本體部分，從途中彎折成趨近於直角。金屬板310，是形成利用本體部分與腳部來包圍離子束103，其本體部分310a被載置於遮罩102之上，而經彎折的2支腳部310b、310c是在試料101之加工面的兩側，配置成從試料分離。金屬板310，譬如是由以下所形成，並且可由溫度控制部110所冷卻：Cu(銅)、Al(鋁)等熱傳導率高的金屬；或者如同Ti(鈦)般，具有即使受到離子束103之端部的照射也難以產生噴濺之特性的金屬材料；或者「可能受到噴濺的上表面」具有不易噴濺的特性，而其他的部分則為熱傳導率高的複合性金屬材料等。金屬板310，為了不妨礙離子束103對試料101之加工面的照射，而配置成使試料101的加工面外露(露出)。
第4圖，是顯示由濺鍍粒子附著構件109捕 集濺鍍粒子301之捕集狀態的示意圖。一旦利用離子束103執行加工，將從照射了離子束103之試料101的加工面302產生濺鍍粒子301。由離子束照射所產生的濺鍍粒子301，被吸引至溫度較「因照射離子束103而加熱的加工面302和其周邊」更低的金屬板310，特別是試料的離子束照射領域，亦即在加工面302的兩側沿著離子束103之照射方向延伸的腳部310b、310c。因此，可降低因濺鍍粒子301對加工面302所造成的污染並執行加工。在本實施例中，雖然濺鍍粒子附著構件被保持於遮罩之上，但只要濺鍍粒子附著構件較離子束照射領域更低溫的話，濺鍍粒子附著構件亦可被保持於試料承座或試料台上。
第5~7圖，是顯示濺鍍粒子附著構件之固定方法的例子的圖。
第5圖，是將濺鍍粒子附著構件固定於試料台之例子的說明圖。在本例中，將下方延伸之L字型的固定部設在濺鍍粒子附著構件109的本體部分後端，並藉由固定螺絲121將固定部固定於試料台108。採用固定螺絲121將濺鍍粒子附著構件109朝試料台108的固定，是在將試料台取出至真空室105外的狀態下執行，在此之後，將試料台108安裝於真空室105。
第6圖，是將濺鍍粒子附著構件固定於遮罩之例子的說明圖。在本例中，是藉由固定螺絲121將濺鍍粒子附著構件109的本體部分後端固定於遮罩102。採用固定螺絲121將濺鍍粒子附著構件109朝遮罩102的固 定，是在將試料台取出至真空室105外的狀態下執行，在此之後，將試料台108安裝於真空室105。
第7圖，是將濺鍍粒子附著構件固定於試料承座之例子的說明圖。在本例中，將下方延伸的固定部設在濺鍍粒子附著構件109的本體部分後端，並藉由固定螺絲121將固定部固定於試料承座107。採用固定螺絲121將濺鍍粒子附著構件109朝試料承座107的固定，是在將試料台取出至真空室105外的狀態下執行，在此之後，將試料台108安裝於真空室105。
在此，將「未採用本實施例的濺鍍粒子附著構件而執行加工之習知的試料加工面」作為比較例。第8、9圖，是顯示習知離子研削裝置對試料加工之其中一例示意圖。一旦第8圖所示，將遮罩102配置於試料101上並照射離子束103，將如第9圖所示，從經照射離子束103的加工面302產生濺鍍粒子301。由於該濺鍍粒子301，再附著於加工面302而形成堆積，而成為加工後利用電子顯微鏡觀察時的障礙。
另外，如同本實施例般，將冷卻後的濺鍍粒子附著構件，以不妨礙離子束照射的方式沿著離子束配置於加工面的附近，而使濺鍍粒子附著於濺鍍粒子附著構件而加以捕集，藉此可防止濺鍍粒子對加工面的再附著，可使加工面維持清淨。
第10圖，是顯示溫度控制部110之實施例的示意圖。用來冷卻濺鍍粒子附著構件的溫度控制部，是由 以下所構成：可放入冷媒容器501；和冷媒502；及將冷媒502與濺鍍粒子附著構件109予以連接的導熱配線503。冷媒502譬如可採用：液態氮、液態氫(liquid helium)、乾冰等。此外，濺鍍粒子附著構件109、及用來連接冷媒502與濺鍍粒子附著構件109的導熱配線503，譬如可採用：Cu(銅)、Al(鋁)等熱傳導率高的材料。至少採用熱傳導性較「導熱配線503周圍之構件」更好的構件。如此一來，冷媒的熱將通過「連接冷媒502與濺鍍粒子附著構件109的導熱配線503」而傳遞，可冷卻濺鍍粒子附著構件109。
雖然第10圖，列舉出「採用冷媒執行冷卻的方法」作為例子，但即使採用帕耳帖元件(Peltier element)等也能冷卻濺鍍粒子附著構件。此外，藉由組合加熱器504，可將濺鍍粒子附著構件109調整成任意的溫度。
此外，在過度冷卻濺鍍粒子附著構件109的狀態下，一旦將真空室105朝大氣開放，將誘發霜對濺鍍粒子附著構件109的附著，而恐有導致位於濺鍍粒子附著構件附近的試料加工面污染之虞。因此，在將真空室105朝大氣開放之前，有必要等到濺鍍粒子附著構件109的溫度上升至室溫為止。連接於濺鍍粒子附著構件109的溫度控制部110不僅是冷卻也能加熱，因此在朝大氣開放之前，可藉由加熱而將濺鍍粒子附著構件109調整成室溫的程度。因此，可在研削結束後立刻朝大氣開放，可達成產 量(throughput)的提升。
在此，對「以金屬板構成濺鍍粒子附著構件」的例子做了說明。金屬板的表面可以是平坦面，也可以是粗糙面。此外，除了板狀之外，也可以是棒狀或者塊狀的構件。此外，雖然第3圖、第4圖所列舉的濺鍍粒子附著構件，面向試料加工面的部分形成開放構造，從試料加工面朝垂直方向飛散的濺鍍粒子，可穿過濺鍍粒子附著構件的腳部之間而自由流出，但為了捕集這些濺鍍粒子，亦可形成將2支腳部之間封閉的構造。
[實施例2]
第11圖及第12圖，是顯示實施例2之離子研削裝置的概略構造的示意圖。第11圖為前視示意圖、第12圖為俯視示意圖。本實施例的離子研削裝置，可以僅對濺鍍粒子附著構件進行冷卻。
與實施例1最大的不同在於：不將濺鍍粒子附著構件109安裝於遮罩102或試料承座107，而是安裝於真空室105。因此，可獨立於試料101之外來設置濺鍍粒子附著構件109。濺鍍粒子附著構件109的支承部601，兼任「連接溫度控制部110與濺鍍粒子附著構件109的導熱部」。在本實施例中，由於僅對濺鍍粒子附著構件109進行溫度控制，因此可縮短溫度變化所需的時間。因為這個緣故，由於濺鍍粒子附著構件109能以短時間冷卻，因此能達成裝置之產量的提升。濺鍍粒子附著構 件109的形狀、構造、材質等可以和實施例1相同。
在圖示的例子中，溫度控制部110是由以下所構成：可裝入冷媒的容器501、和冷媒502、和連接冷媒502與濺鍍粒子附著構件109的支承部(導熱部)601、及加熱器504。冷媒502譬如可採用：液態氮、液態氫、乾冰等。此外，濺鍍粒子附著構件109、及用來連接冷媒502與濺鍍粒子附著構件109的支承部(導熱部)601，譬如可採用：Cu(銅)、Al(鋁)等熱傳導率高的材料。而溫度控制部110亦可採用帕爾帖元件等來取代冷媒和加熱器。
此外，在過度冷卻濺鍍粒子附著構件109的狀態下，一旦將真空室105朝大氣開放，將誘發霜對濺鍍粒子附著構件109的附著，而恐有導致位於濺鍍粒子附著構件附近的試料加工面污染之虞。因此，在將真空室105朝大氣開放之前，有必要等到濺鍍粒子附著構件109的溫度上升至室溫為止。連接於濺鍍粒子附著構件109的溫度控制部110不僅是冷卻也能實現加熱器504的加熱，因此在朝大氣開放之前，可藉由加熱而將濺鍍粒子附著構件109調整成室溫的程度。因此，可在研削結束後立刻朝大氣開放，可達成產量的提升。
由於在本實施例中，濺鍍粒子附著構件109並未接觸於試料101和遮罩102、試料承座107、試料台108等，因此試料101不會受到因濺鍍粒子附著構件109的冷卻、加熱所帶來之溫度變化的影響。此外，遮罩102 和試料承座107、試料台108，不必為了安裝濺鍍粒子附著構件109而改造，可抑制再附著。
本發明並不侷限於上述的實施例，可包含各式各樣的變化。舉例來說，上述的實施例，是為了有助於理解本發明而詳細地說明的例子，本發明並不一定要具備上述說明中所列舉的所有構件。此外，可以將某些實施例的部分構造置換至其他實施例，也可以對某些實施例的構造加入其他實施例的構造。此外，可以對各實施例的部分構造，追加、刪除、置換其他構造。
101‧‧‧試料
102‧‧‧遮罩
103‧‧‧離子束
104‧‧‧離子槍
105‧‧‧真空室
106‧‧‧真空泵
107‧‧‧試料承座
108‧‧‧試料台
109‧‧‧溫度控制部著構件
110‧‧‧溫度控制部

Claims (15)

  1. 一種離子研削裝置，其特徵為：具有：可真空排氣的真空室；和被收容於前述真空室，用來照射離子束的離子槍、用來搭載試料的試料承座、及用來保持前述試料承座的試料台；及為了不妨礙離子束的照射而配置在搭載於前述試料承座之試料的離子束照射領域的附近，可供因前述離子束的照射所產生之濺鍍粒子附著的濺鍍粒子附著構件。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的離子研削裝置，其中具備：用來控制前述濺鍍粒子附著構件之溫度的溫度控制部。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載的離子研削裝置，其中前述溫度控制部，將前述濺鍍粒子附著構件的溫度控制成低於前述離子束照射領域。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載的離子研削裝置，其中前述溫度控制部具備：可裝入冷媒的容器、及連接前述容器中的冷媒與前述濺鍍粒子附著構件的導熱構件。
  5. 如申請專利範圍第3項所記載的離子研削裝置，其中前述溫度控制部，還具有加熱前述濺鍍粒子附著構件的功能。
  6. 如申請專利範圍第5項所記載的離子研削裝置，其中前述溫度控制部，在前述真空室朝大氣開放之前，加 熱前述濺鍍粒子附著構件。
  7. 如申請專利範圍第1項所記載的離子研削裝置，其中前述濺鍍粒子附著構件，在試料之離子束照射領域的兩側，具有沿著前述離子束之照射方向延伸的部分。
  8. 如申請專利範圍第1項所記載的離子研削裝置，其中前述濺鍍粒子附著構件被固定於前述試料承座。
  9. 如申請專利範圍第1項所記載的離子研削裝置，其中前述濺鍍粒子附著構件被固定於前述試料台。
  10. 如申請專利範圍第1項所記載的離子研削裝置，其中前述濺鍍粒子附著構件被固定於遮罩，該遮罩被配置於：搭載於前述試料承座的試料、與前述離子槍之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所記載的離子研削裝置，其中前述濺鍍粒子附著構件被固定於前述真空室。
  12. 一種離子研削裝置，其特徵為：具有：可真空排氣的真空室；和被收容於前述真空室，用來照射離子束的離子槍；和被收容於前述真空室，用來保持搭載試料之試料承座的試料台；及相對於前述離子槍所照射的離子束使前述試料的加工部露出，並且具有沿著加工前述試料的離子束延伸之部分的濺鍍粒子附著構件。
  13. 如申請專利範圍第12項所記載的離子研削裝置，其中離子束加工中之前述濺鍍粒子附著構件的溫度， 形成較前述試料之加工面更低溫。
  14. 一種離子研削加工方法，是離子研削裝置中的離子研削加工方法，其特徵為：將具有沿著加工試料的離子束而延伸之部分的濺鍍粒子附著構件，以相對於由前述離子槍所照射的離子束使前述試料的加工部露出的方式，配置於試料，對前述試料的加工部照射離子束，使從該試料噴出的濺鍍粒子，附著於前述濺鍍粒子附著構件中沿著前述離子束延伸的部分。
  15. 如申請專利範圍第14項所記載的離子研削加工方法，其中離子束加工中之前述濺鍍粒子附著構件的溫度，形成較前述試料之加工面更低溫。
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