CN105340050B - 离子铣削装置以及使用离子铣削装置的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的离子铣削装置具备真空室(105)、进行该真空室内的真空排气的排气装置(101)、在上述真空室内支撑离子束所照射的试样(102)的试样台(103)、加热上述真空室内的加热装置(107)、向上述真空室内导入作为热介质的气体的气源(106)、控制该气源的控制装置(110)，该控制装置在由上述加热装置进行的加热时，以上述真空室内的压力为预定的状态的方式控制。由此，在冷却试样进行离子铣削后大气开放时，可在短时间内进行用于抑制产生的结露等的温度控制。

Description

离子铣削装置以及使用离子铣削装置的加工方法
技术领域
本发明涉及离子铣削装置，尤其涉及具备温度控制机构的离子铣削装置。
背景技术
离子铣削装置是进行为扫描电子显微镜和透过电子显微镜的观察对象的试样等的薄膜加工和剖面加工的装置，通过将氩离子束等的光束照射至金属、玻璃、陶瓷等的试样上，进行试样的加工。这样的加工在真空室内进行。
另一方面，通过离子束的照射试样的温度上升。由于试样温度过度升高就存在试样损伤的可能性，如专利文献1所公开能够了解将珀尔贴元件等的冷却源与试样台连接，通过冷却试样而防止损伤的方法。另外，在专利文献1中公开了一种方法，在冷却试样的状态下，为了抑制在将离子铣削装置的真空室大气开放时所产生的霜和结露，将相对于珀尔贴元件的攻击电流反转，加热试样。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-33335号公报
发明内容
发明所要解决的问题
一方面，由作为加热源的专利文献1中的珀尔贴元件的加热需要用于传递热的热传递介质。如同离子铣削装置，在进行变化对试样的离子束照射角度且进行光束照射的装置中，由于设置倾斜载物台等，为了热传递介质也追踪试样载物台的移动，必须使用金属编线等的容易弯曲的材料，不能提高热传递效率。
另外，与热传递介质连接的部分以外，由于为来自与热传递介质连接的部分的间接性的加热，所以在加热上需要相当的时间。另外，在上述试样室(真空室)的真空度中，来自试样室内的环境的热传导少，需要抑制加热器的输出的加热。这是因为，为了抑制由加热时的加热器进行加热对试样的损伤，需要抑制加热器的输出地加热。
以下，关于将在短时间内进行用于抑制大气开放时的结露等的温度控制作为目的的离子铣削装置、以及使用离子铣削装置的加工方法进行说明。
用于解决课题的方法
作为为了达成上述目的的一方案，在以下提案离子铣削装置，是具备真空室、进行该真空室内的真空排气的排气装置、在上述真空室内支撑离子束所照射的试样的试样台的离子铣削装置，具备加热上述真空室内的加热装置、向上述真空室内导入气体的气源、控制该气源的控制装置，该控制装置在由上述加热装置进行的加热时，以上述真空室内的压力成为预定的状态的方式控制上述气源。
另外，提案一种加工方法，是使用离子铣削装置的加工方法，在由离子铣削装置进行的加工完成后，在使离子铣削装置的真空室内的压力比大气低、且与由离子铣削装置进行的离子束加工时比较高的状态下，使用加热上述真空室内的离子铣削装置的方法。
发明效果
根据上述结构，可抑制结露等、在短时间内大气开放。
附图说明
图1是表示离子铣削装置的概要的图。
图2是表示从相对于离子铣削装置的试样导入至试样搬出的工序的流程图。
具体实施方式
在实施例中公开了一种离子铣削装置，在具备真空室、进行该真空室内的真空排气的排气装置、在真空室内支撑离子束所照射的试样的试样台的离子铣削装置中，具备加热真空室内的加热装置、向真空室内导入气体的气源、控制该气源的控制装置，该控制装置在由加热装置进行加热时，以真空室内的压力成为预定的状态的方式控制气源。
另外，在实施例中公开了控制装置以真空室内的压力成为预定的状态的方式控制气源与排气装置。
另外，在实施例中公开了从气源向真空室内导入的气体为单原子分子的稀有气体。
另外，在实施例中公开了离子铣削装置具备测量真空室内的压力的测量器，控制装置以测量器的输出成为预定条件的方式控制气源。
另外，在实施例中公开了离子铣削装置具备测量真空室内的温度的温度计，控制装置在温度计输出成为预定条件之前进行气源的控制。
另外，在实施例中公开了控制装置在进行利用加热装置的加热期间以真空室内的压力为10E0Pa至10E-1Pa的方式控制气源。
另外，在实施例中公开了在由离子铣削装置进行的加工完成后使离子铣削装置的真空室内的压力比大气低、且与由离子铣削装置进行的离子束加工时比较高的状态下，加热真空室内的、使用离子铣削装置的加工方法。
另外，在实施例中公开了向真空室内导入气体并使真空室内加热时的真空室内的压力成为预定的状态。
另外，在实施例中公开了进行真空室内的真空排气并使在真空室内加热时的真空室内的压力成为预定状态。
另外，在实施例中公开了进行向真空室内导入气体以及真空室内的真空排气并使真空室内加热时的真空室内的压力成为预定状态。
另外，在实施例中公开了在真空室内加热时向真空室导入单原子分子的稀有气体。
另外，在实施例中公开了使真空室内的压力为预定的状态直至真空室内的温度成为预定条件。
以下的说明涉及配备试样冷却功能的离子铣削装置，尤其涉及具备通过作为离子束的照射对象的试样、或用于搭载试样的试样台、或用于设置该试样台的试样支架、或用于驱动试样支架的驱动机构，从冷却源间接性地冷却试样的冷却机构的带电粒子束照射装置。
在离子铣削装置中将容易受到由于由离子束照射而导致的试样温度上升超过试样组成的熔点，试样表面的温度上升而融化的形状变形等的损伤(以下，简称为射线损伤)的试样的温度上升的防止或降低为目的，有将液氮作为冷却源、利用金属编线等的热传导并通过试样载物台间接性地冷却试样的方法、或将液氮流入试样载物台进行冷却的方法、或使用珀尔帖元件冷却试样的方法。
另一方面，离子铣削处理之后即离子束照射处理完成后，离子束照射中从真空室取出已冷却的试样时，为了防止试样以及冷却传递机构上的结露(结霜)，在冷却传递机构上设置加热器等的加热机构、或独立的加热机构，优选加温为露点以上。
并且，在离子束照射时，使主排气装置(一般来说由干燥卷动泵与回转泵、或隔膜泵等的粗引泵与涡轮分子泵等构成)继续动作并使试样室(真空室)的压力维持在10-2Pa至10-4Pa(10E-2Pa～10E-4Pa)左右的压力。
另外，在离子铣削装置中，为了经常改变向试样的离子束照射角度，由于需要以预定的角度内在±40度左右以内使试样(试样台)连续反转，所以在“冷却传递机构”上使用能弯曲的铜的编线(网线)等。这种编线由于热的传递效率低，因此例如在作为冷却源而使用液氮的情况下，为了将试样冷却到预定温度(大约-100℃左右)，大致需要一小时左右。而且，在离子铣削处理完成后取出试样的情况下，试样、试样台、遮蔽板以及冷却机构需要上升至不结露(霜)的温度。其温度大致与室温相比为-7℃以上，为了使温度上升至该温度需要1～2小时以上的时间。
在本实施例中，主要关于在离子束照射处理完成之后抑制从真空室取出已冷却的试样时所产生的结露(霜)、以短时间加热试样的方法以及装置进行说明。
在以下的实施例中，为了以比较简单的结构在短时间内将试样或试样支架加热至不结露(霜)的温度，以离子束照射中的真空室内的真空压力成为10-2Pa至10-4Pa(10E-2Pa～10E-4Pa)左右或其以下的方式控制真空排气系统(排气机构)，取出试样时，以停止主排气机构、相比于离子束照射时压力变高的方式，例如维持10-0Pa至10-1Pa(10E0Pa～10E-1Pa)的方式控制副排气机构。
而且，为了在这样的压力状态下或成为这样的压力状态，将高纯度或除去了水分的干燥的单原子分子气体、具体地说为稀有气体类的氩气、氖气、氦气导入至真空容器(真空室)。
通过向真空室内导入气体，气体分子在真空室内自由运动，由于与真空室的壁等碰撞，该碰撞的气体分子为热介质。如此，通过使自由运动的气体分子成为热介质，来自作为加热对象的试样或试样支架表面的放热(热传导)的效率与10-3Pa至10-4Pa(10E-3Pa～10E-4Pa)左右的真空环境相比较显著变大。在这样的状态下将加热器与灯等设置于真空室内，能够积极地将由真空室内的环境而产生的对流利用于热传递，能够在短时间内将试样与试样支架升温至目标温度。
而且，通过利用气体与试样表面的接触的热传导，可估计试样表面温度的温度上升，由于相比于在控制为10-3Pa至10-4Pa(10E-3Pa～10E-4Pa)左右的真空环境内加热的情况能够使加热器输出的传递效率变大，因此能够使用于取出试样支架的加热时间缩短至20％左右以下。
另外，由于气体分子可以到达网线等的热传递介质不能达到的位置，所以能够进行真空室内整体的温度控制，作为结果，可飞跃性地缩短达到所期望的温度的到达时间。换而言之，通过将单一原子(单原子分子)的稀有气体例如氩气、氖气、氦气注入至真空室内，将这些高纯度气体作为加热器的热传递介质，可实现真空室内整体的加热，另外，由于能够均匀地使加热对象加热，可缩短到达升温为试样、试样台、遮蔽板、冷却机构不会结露或结霜的温度、即大致室温-7℃以上的时间。
图1是表示离子铣削装置概要的图。
图1中所示的离子铣削装置具备：用于将真空室105真空排气或大气开放的排气机构101(真空泵或泄露阀等)；搭载试样102，用于离子铣削处理的试样载物台103；用于冷却试样的冷却机构104；用于向真空室105内注入气体的气体供给机构106(气源)；成为热源的加热器107；用于测量真空室105内的真空压力的测量器108。
还具备测量真空室105内的温度的温度计109以及基于由测量器108、温度计109测量的测量结果等控制上述离子铣削装置的各构成元件的控制装置110。
在本实施例中，离子束照射时，为了抑制试样102的损伤，进行由冷却结构104进行的试样冷却，离子束照射后、大气开放前实行真空室105内部的升温控制。更具体地说，离子束照射后，从设置于真空室105中的气体供给机构106注入单原子分子的稀有气体入氩气、氖气、氦气。此时，一边以真空室105内的压力为10-0Pa至10-1Pa(10E0Pa～10E-1Pa)方式控制气体供给机构106以及/或排气机构101，一边实行由加热器107(加热装置)进行的真空室105内的加热。由于存在向真空室105内供给的气体分子，加热器107的热量通过气体分子能够加热真空室105内的离子铣削装置的各构成元件(试样、试样台、遮蔽板、冷却机构等)。另外，由于能够确保某种程度的真空状态，因此能将温度在真空容器105内不产生结露的状态下提高到与室温相比-7℃以上的不产生结露的温度。
图2是表示从相对于离子铣削装置的试样导入至取出加工后试样的工序的流程图。首先，在真空室105内导入作为离子铣削装置的加工对象的试样102(步骤201)。其次，控制装置110在真空室105内的环境达到预定的压力前，监视测量器108的输出、控制排气机构101而实施真空排气(步骤202)。再次，使用冷却结构104冷却已成为预定压力的真空室105内的试样102(步骤203)。然后，进行由离子束照射而进行的试样加工，如果能够实现所期望的加工就完成离子束照射(步骤202、203)。
试样加工完成后，控制装置110实行用于抑制大气开放时的结露的试样加热处理。首先，将加热器107的电源打开开始加热(步骤206)。但是，由于真空中热传导率极低，不能由加热器107进行配置于隔着真空空间离开的位置上的试样102等的加热。因此，向真空室105内供给热传递介质。
首先，停止主真空排气，运转副排气装置(步骤207、208)。并且，在进行在此所说的主真空排气与副排气的情况下，可以如准备不同能力的两套真空排气系统，切换其使用，也可以通过一套真空系统的控制切换真空状态。在进行副排气的情况下，以成为比主真空排气时的压力高的压力的方式实行真空室105内的真空排气。其次，由气体供给机构106导入成为热传递介质的气体(步骤209)。通过这样的状态，气体分子介于被冷却机构104冷却的对象物(试样和遮蔽板等)与加热器107之间，可加速试样等的加热。
控制装置110如此进行加热控制，由温度计109进行的温度监测(步骤210)结果成为预定的温度(例如与室温相比-7℃)时，停止加热(步骤211)。并且，可以在真空室105内为大气状态的时刻停止加热。在真空室105内为大气的时刻将真空室105大气开放(步骤212)，搬出试样(步骤213)。
另一方面，控制装置110在步骤210中的温度监测结果不满足预定条件的情况下继续由加热器107进行的加热，并且，通过测量器108监测真空室105内的压力(步骤214)，在压力P低于预定值(Th)的情况下，控制进行气体的再导入(步骤215)。在成为预定的温度条件之前继续这样的处理。根据这样的控制，将真空室105内的环境维持为热传导率高的状态，可继续加热。并且，为了在本例中为继续由副排气装置进行的抽真空的状态，通过作为气源的气体供给机构106的控制，以真空室105内成为预定的压力的方式控制，通过进行副排气装置与气体供给机构106的切换控制，可以在加热中以真空室105内成为预定压力的方式控制。例如，在真空室105内的压力超过预定值(Thh)的情况下，实行由副排气装置进行的真空排气，在真空室105内的压力低于预定值(Thl(<Thh))的情况下，可以以进行气体导入的方式控制。
能整体上适用一边将真空室105内的压力保持为预定的状态，一边在向真空室105内供给气体的状态下，进行由加热器进行的加热那样的控制方法，通过这样的机构，可以在短时间内进行达到不产生结露的温度状态的加热。
符号说明
101—排气结构，102—试样，103—试样载物台，104—冷却机构，105—真空室，106—气体供给机构，107—加热器，108—测量器，109—温度计，110—控制装置。

Claims (11)

1.一种离子铣削装置，其具备真空室、进行该真空室内的真空排气的排气装置以及在上述真空室内支撑离子束所照射的试样的试样台，该离子铣削装置的特征在于，
具备加热上述真空室内的加热装置、向上述真空室内导入气体的气源以及控制该气源的控制装置，在由上述加热装置进行的加热时，该控制装置以上述真空室内的压力成为预定状态的方式控制上述气源。
2.根据权利要求1所述的离子铣削装置，其特征在于，
上述控制装置以上述真空室内的压力成为预定状态的方式控制上述气源与上述排气装置。
3.根据权利要求1所述的离子铣削装置，其特征在于，
从上述气源向上述真空室内导入的气体是单原子分子的稀有气体。
4.根据权利要求1所述的离子铣削装置，其特征在于，
具备测量上述真空室内的压力的测量器，上述控制装置以上述测量器的输出成为预定条件的方式控制上述气源。
5.根据权利要求1所述的离子铣削装置，其特征在于，
具备测量上述真空室内的温度的温度计，上述控制装置进行上述气源的控制直到上述温度计的输出成为预定的条件。
6.根据权利要求1所述的离子铣削装置，其特征在于，
在进行由上述加热装置进行的加热的期间，上述控制装置以上述真空室内的压力成为10E0Pa至10E-1Pa的方式控制上述气源。
7.一种使用离子铣削装置的加工方法，其特征在于，
在由离子铣削装置进行的加工完成后，在使离子铣削装置的真空室内的压力比标准大气压低、且与由离子铣削装置进行的离子束加工时相比高的状态下，加热上述真空室内，
向上述真空室内导入气体，使上述真空室内的加热时的上述真空室内的压力成为预定的状态。
8.根据权利要求7所述的使用离子铣削装置的加工方法，其特征在于，
进行上述真空室内的真空排气，使上述真空室内的加热时的上述真空室内的压力成为预定的状态。
9.根据权利要求7所述的使用离子铣削装置的加工方法，其特征在于，
进行向上述真空室内导入气体以及上述真空室内的真空排气，使上述真空室内的加热时的上述真空室内的压力成为预定的状态。
10.根据权利要求7所述的使用离子铣削装置的加工方法，其特征在于，
在上述真空室内的加热时，向上述真空室内导入单原子分子的稀有气体。
11.根据权利要求7所述的使用离子铣削装置的加工方法，其特征在于，
使上述真空室内的压力成为预定的状态，直到上述真空室内的温度到达预定的条件。
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