JPH07167760A - 薄膜試料作成装置およびその作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異種材料からなる試料を均一にエッチングす
る。 【構成】 ほぼ半円弧状のイオンビーム遮断壁部１２を
有する試料ホルダ８上に試料６を保持させる。試料６
は、シリコン基板１のＩＣパターンが形成された表面に
ガラス基板３を接着剤４を介して貼り合わせたものから
なっている。この場合、ガラス基板３よりもエッチング
されやすいシリコン基板１側をイオンビーム遮断壁部１
２の近傍に位置させる。そして、試料ホルダ８を回転さ
せながらイオンビーム１１を試料６の上面に照射する。
このとき、イオンビーム遮断壁部１２によってイオンビ
ーム１１が部分的にまたはすべて遮断されることにな
る。イオンビーム１１の強度は照射位置が遠くなるほど
弱くなる。この結果、異種材料からなる試料６を均一に
エッチングすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は薄膜試料作成装置およ
びその作成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば透過電子顕微鏡で観察するための
試料は、電子ビームが透過し得る程度（２０００Å以
下）にまで十分に薄くなっている必要がある。試料を十
分に薄くする方法には、イオンビームによるエッチング
方法がある。ここで、一例として、シリコン基板上に形
成されたＩＣパターンの断面を観察するための試料を作
成する場合について説明する。この場合には、まず図２
（Ａ）に示すように、シリコン基板１のＩＣパターン２
が形成された表面にガラス基板３を接着剤４を介して貼
り合わせたものを用意し、そしてシリコン基板１の表面
に対して直交する方向にダイヤモンドソーによってスラ
イスすることにより、厚さが３００μｍ程度の試料用平
板５を作成する。次に、試料用平板５の一の面を機械研
磨して、その厚さを１００μｍ程度とする。次に、超音
波ディスクカツタを用いて切断することにより、図２
（Ｂ）に示すように、直径が３ｍｍ程度の試料６を作成
する。この場合、試料６の一の直径上に接着剤４が形成
されるようにする。これにより、試料６の半分には、不
透明なシリコン基板１上に形成されたＩＣパターン２の
断面の部分が存在することになる。次に、試料６の上面
中央部をディンプリングして（図２（Ｃ）参照）、試料
６の中央部の厚さを１０μｍ程度とする。次に、試料６
の上面外周部に補強リング７を取り付ける（図２（Ｃ）
参照）。

【０００３】次に、図２（Ｃ）に示すように、図示しな
いイオンビームエッチング装置内に回転可能に設けられ
た試料ホルダ８の上面中央部に、補強リング７を備えた
試料６を保持させる。この場合、試料ホルダ８の中央部
には、上側が試料６よりも若干大きめの円孔で下側が試
料６よりもある程度小さめの円孔からなる貫通孔９が形
成されているとともに、リング状の試料載置部１０が形
成されている。したがって、試料６の下面外周部が試料
載置部１０上に載置されている。そして、図示しない試
料ホルダ回転手段の駆動により、試料ホルダ８をこれに
保持された試料６および補強リング７と共に回転させな
がら、Ａｒガスを用いたイオン銃（図示せず）からイオ
ンビーム１１を試料６の上面にθ＝１２°程度の低角度
で照射し、該上面を徐々にエッチングする。試料６を回
転させるのは、均一なエッチングが行われるようにする
ためである。かくして、試料６の中心部の厚さが２００
０Å以下となるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような薄膜試料作成方法では、試料６をシリコン基
板１、ガラス基板３および接着剤４の３種類の材料によ
って構成し、しかもこれら材料に対するイオンビームに
よる各エッチング速度が異なる関係から、各材料ごとに
均一なエッチングを行うことができても、すべての材料
に対して均一のエッチングを行うことができず、この結
果次のような問題があった。１つは、接着剤４が一番早
くエッチングされるので、これと接するＩＣパターン２
の積層膜がある程度不要にエッチングされ、このエッチ
ングされた部分のＩＣパターン２を観察することができ
ないという問題があった。もう１つは、シリコン基板１
の材料であるＳｉとガラス基板２の材料であるＳｉＯ₂
とのスパッタ率がＳｉ：ＳｉＯ₂＝６：１程度であるの
で、シリコン基板１がガラス基板３よりも早くエッチン
グされ、このためシリコン基板１の厚さを十分に薄くし
てもガラス基板３の厚さが比較的厚くなり、この結果比
較的厚いガラス基板３に静電気が帯電し、この静電気が
帯電した部分を電子ビームが透過することができず、ひ
いてはＩＣパターン２のガラス基板３との界面を観察す
ることができないことがあるという問題があった。この
発明の目的は、異種材料からなる試料を均一にエッチン
グすることのできる薄膜試料作成装置およびその作成方
法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の薄膜試料
作成装置は、試料ホルダをこれに保持された試料と共に
回転させながら、前記試料の一の面にイオンビームを照
射して該一の面をエッチングし、これにより薄膜試料を
作成するようにした薄膜試料作成装置において、前記試
料ホルダの前記試料の一の面に対応する面であって前記
試料が保持される領域の周囲の一部にイオンビーム遮断
壁部を設けたものである。請求項２記載の薄膜試料作成
方法は、一の材料からなる部材と他の材料からなる部材
とを接着剤を介して貼り合わせてなる試料を試料ホルダ
に保持させて一体的に回転させながら、前記試料の一の
面にイオンビームを照射して該一の面をエッチングする
際、イオンビーム遮断壁によって前記試料の一の面に照
射されるイオンビームを遮断するようにしたものであ
る。

【０００６】

【作用】この発明によれば、試料ホルダと共に回転する
イオンビーム遮断壁部によって試料の一の面に照射され
るイオンビームを遮断することにより、試料の一の面の
各部におけるエッチング速度を異ならせることができ、
したがって試料のうちエッチングされやすい部分に対す
るエッチング速度を遅くすると、異種材料からなる試料
を均一にエッチングすることができる。

【０００７】

【実施例】図１（Ａ）および（Ｂ）はこの発明の一実施
例における薄膜試料作成装置の要部を示したものであ
る。この図において、図２と同一部分には同一の符号を
付し、その説明を適宜省略する。この薄膜試料作成装置
では、試料ホルダ８の上面であって試料６が保持される
領域つまり試料載置部１０の周囲の所定の個所にほぼ半
円弧状のイオンビーム遮断壁部１２が設けられている。
イオンビーム遮断壁部１２は、内径４ｍｍ、厚さ１ｍｍ
のモリブデン製の中空円筒体を２ｍｍ幅で輪切りにして
得られたものを所定の個所で２つに切断したうちの一方
からなり、すなわち図１（Ａ）に示すように、半円弧よ
りもやや大きなものからなっている。

【０００８】次に、この薄膜試料作成装置を用いて試料
６を薄くする場合について説明する。まず、従来の場合
と同様にして作成した試料６を用意する。すなわち、こ
の時点における試料６は、直径が３ｍｍ程度で、一の直
径上に接着剤４が形成され、下面中央部をディンプリン
グされてその厚さを１０μｍ程度とされたものからな
り、その下面外周部には補強リング７が取り付けられて
いる。そして、イオンビーム遮断壁部１２を有しない従
来の試料ホルダ８を用いて、図２（Ｃ）に示す場合と同
様の方法により、試料６の凹面側をある程度エッチング
する。

【０００９】次に、図１（Ａ）および（Ｂ）に示すよう
に、イオンビーム遮断壁部１２を有する試料ホルダ８上
に試料６を保持させる。この場合、図１（Ｂ）に示すよ
うに、試料６を裏返しにしてその凹面側に取り付けられ
た補強リング７を試料ホルダ８の試料載置部１０上に載
置する。また、図１（Ａ）に示すように、接着剤４をイ
オンビーム遮断壁部１２の両端部を結ぶ線上に位置させ
るとともに、ガラス基板３よりもエッチングされやすい
シリコン基板１側をイオンビーム遮断壁部１２の近傍に
位置させる。

【００１０】そして、図示しない試料ホルダ回転手段の
駆動により、試料ホルダ８をイオンビーム遮断壁部１
２、試料６および補強リング７と共に回転させながら、
Ａｒガスを用いたイオン銃（図示せず）からイオンビー
ム１１を試料６の上面にθ＝１２°程度の低角度で照射
する。すると、例えば図１（Ａ）および（Ｂ）に示すよ
うな状態の場合には、試料６の上面全体にイオンビーム
１１が照射される。一方、図１（Ａ）および（Ｂ）に示
すような状態から例えば１８０°回転した状態の場合に
は、イオンビーム遮断壁部１２によってイオンビーム１
１がすべて遮断され、試料６の上面全体にイオンビーム
１１が全く照射されないことになる。すなわち、試料ホ
ルダ８の回転に伴ってイオンビーム遮断壁部１２がイオ
ンビーム１１照射側に位置する状態になると、イオンビ
ーム遮断壁部１２によってイオンビーム１１が部分的に
またはすべて遮断されることになる。

【００１１】ところで、イオンビーム１１の強度は照射
位置が遠くなるほど弱くなる。したがって、例えば図１
（Ａ）および（Ｂ）に示すように、試料６の上面全体に
イオンビーム１１が照射される場合には、左側に位置す
るガラス基板３のエッチング速度が右側に位置する場合
よりも早くなり、また右側に位置するシリコン基板１の
エッチング速度が左側に位置する場合よりも遅くなる。
このようなこととイオンビーム遮断壁部１２によってイ
オンビーム１１が部分的にまたはすべて遮断されること
とにより、シリコン基板１とガラス基板３とを均一にエ
ッチングすることができる。一例として、試料ホルダ６
を２ｒｐｍで回転させたところ、直径５μｍの観察領域
の範囲内においてシリコン基板１のＩＣパターンとガラ
ス基板３の境界部に段差が生ぜず、その厚さを５００〜
１０００Å程度にすることができた。

【００１２】また、図１（Ａ）に示す状態から９０°回
転して、接着剤４の延びる方向がイオンビーム１１の照
射方向と平行する状態となった場合、イオンビーム遮断
壁部１２の両端部を結ぶ線上に位置している接着剤４に
対しては、イオンビーム遮断壁部１２によってイオンビ
ーム１１が遮断されることにより、イオンビーム１１が
全く照射されないことになる。このようなことから、接
着剤４のエッチング速度をシリコン基板１のエッチング
速度と同じ速度とすることができ、したがって接着剤４
とシリコン基板１とを均一にエッチングすることができ
る。

【００１３】したがって、この薄膜試料作成装置では、
シリコン基板１、ガラス基板３および接着剤４を均一に
エッチングすることができる。この結果、不均一なエッ
チングによる不都合を解消することができる。

【００１４】なお、上記実施例では、イオンビーム遮断
壁部１２を一定の高さでほぼ半円弧状としているが、接
着剤４の両側における異種材料のスパッタ率の差が小さ
い場合には、イオンビーム遮断壁部１２に適当な大きさ
の開口部を設けると、異種材料を均一にエッチングする
ことができる。また、上記実施例では、透過電子顕微鏡
で観察するための異種材料からなる試料を薄くする場合
について説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、ＥＰＭＡ（電子線プローブマイクロアナライ
ザ）で分析または観察するための異種材料からなる試料
の表面を平滑にする場合、あるいはＡＥＳ（オージェ電
子分光装置）で分析するための異種材料からなる試料の
表面の汚染層を除去する場合にも、この発明を適用する
ことができる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、試料ホルダと共に回転するイオンビーム遮断壁部に
よって試料の一の面に照射されるイオンビームを遮断す
ることにより、試料の一の面の各部におけるエッチング
速度を異ならせることができるので、試料のうちエッチ
ングされやすい部分に対するエッチング速度を遅くする
と、異種材料からなる試料を均一にエッチングすること
ができ、したがって不均一なエッチングによる不都合を
解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例における薄膜試料
作成装置の要部の平面図、（Ｂ）はそのＢ−Ｂ線に沿う
断面図。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ従来の薄膜試料作成
方法の各作成工程を説明するために示す図。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ３ ガラス基板 ４ 接着剤 ６ 試料 ８ 試料ホルダ １１ イオンビーム １２ イオンビーム遮断壁部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料ホルダをこれに保持された試料と共
   に回転させながら、前記試料の一の面にイオンビームを
   照射して該一の面をエッチングし、これにより薄膜試料
   を作成するようにした薄膜試料作成装置において、 前記試料ホルダの前記試料の一の面に対応する面であっ
   て前記試料が保持される領域の周囲の一部にイオンビー
   ム遮断壁部を設けたことを特徴とする薄膜試料作成装
   置。
2. 【請求項２】 一の材料からなる部材と他の材料からな
   る部材とを接着剤を介して貼り合わせてなる試料を試料
   ホルダに保持させて一体的に回転させながら、前記試料
   の一の面にイオンビームを照射して該一の面をエッチン
   グする際、イオンビーム遮断壁によって前記試料の一の
   面に照射されるイオンビームを遮断するようにしたこと
   を特徴とする薄膜試料作成方法。