JP4776300B2 - ガス流量設定方法およびイオンビーム加工装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガスイオン源に供給されるガスの流量を設定するガス流量設定方法、および電子顕微鏡の観察試料などを作製するイオンビーム加工装置に関する。
現在、イオンビーム加工装置は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の観察試料を作製するのに利用されている。このイオンビーム加工装置として、遮蔽材を試料（被加工試料）上に配置し、遮蔽材で覆われなかった試料部分をイオンビームでエッチングして観察断面を得るものがある。そして、このような電顕試料作製用のイオンビーム加工装置においては、イオン源としてガスイオン源が用いられており、たとえばペニング型イオン源が用いられている。
ペニング型イオン源はカソードとアノードと磁場発生手段を備えており、そのイオン化室にはガスが導入されるように構成されている。このような構成において、カソードから放出された電子は前記磁場により旋回運動を行い、イオン化室に導入されたガスはその電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、イオン化室の外に加速されて放出される。なお、ペニング型イオン源に関する特許文献として、特開昭５３−１１４６６１号公報（特許文献１）などが知られている。
さて、より短い時間で電顕試料を作製するにはエッチング速度を上げる必要があり、そのためにはペニング型イオン源から放出されるイオンの量を多くする必要がある。すなわち、イオン源から放出されるイオンビームの電流値Ｉを大きくする必要がある。このイオンビームの電流値Ｉは、ガス源からイオン源に供給されるガスの流量Ｆによって変化する。
そこでオペレータは、被加工試料のイオンビーム加工前に以下の（ａ）〜（ｃ）の手順で前記ガス流量Ｆを設定している。なお、そのガス流量Ｆの設定は、被加工試料がイオンビーム加工装置の加工室にセットされ（試料セット時、加工室は一時的に大気に開放される）、その加工室が排気手段によって所定の真空度Ｐ１まで排気されてから行われる。
（ａ）加工室に用意されている電流測定手段を、イオン源からのイオンビームを測定できる位置に配置する。
（ｂ）イオン源とガス源の間に設けられた流量コントロールバルブを開けると共に、イオン源を動作させる。これにより、ガスがイオン源に供給されて、イオンビームがイオン源から放出される。
（ｃ）前記電流測定手段の測定値（イオンビーム電流値Ｉ）が最大値Ｉｍａｘを示すように、前記流量コントロールバルブの開口度を調節して前記ガス流量Ｆをｆａに設定する。
ペニング型イオン源はカソードとアノードと磁場発生手段を備えており、そのイオン化室にはガスが導入されるように構成されている。このような構成において、カソードから放出された電子は前記磁場により旋回運動を行い、イオン化室に導入されたガスはその電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、イオン化室の外に加速されて放出される。なお、ペニング型イオン源に関する特許文献として、特開昭５３−１１４６６１号公報（特許文献１）などが知られている。
さて、より短い時間で電顕試料を作製するにはエッチング速度を上げる必要があり、そのためにはペニング型イオン源から放出されるイオンの量を多くする必要がある。すなわち、イオン源から放出されるイオンビームの電流値Ｉを大きくする必要がある。このイオンビームの電流値Ｉは、ガス源からイオン源に供給されるガスの流量Ｆによって変化する。
そこでオペレータは、被加工試料のイオンビーム加工前に以下の（ａ）〜（ｃ）の手順で前記ガス流量Ｆを設定している。なお、そのガス流量Ｆの設定は、被加工試料がイオンビーム加工装置の加工室にセットされ（試料セット時、加工室は一時的に大気に開放される）、その加工室が排気手段によって所定の真空度Ｐ１まで排気されてから行われる。
（ａ）加工室に用意されている電流測定手段を、イオン源からのイオンビームを測定できる位置に配置する。
（ｂ）イオン源とガス源の間に設けられた流量コントロールバルブを開けると共に、イオン源を動作させる。これにより、ガスがイオン源に供給されて、イオンビームがイオン源から放出される。
（ｃ）前記電流測定手段の測定値（イオンビーム電流値Ｉ）が最大値Ｉｍａｘを示すように、前記流量コントロールバルブの開口度を調節して前記ガス流量Ｆをｆａに設定する。
このガス流量ｆａの設定後に被加工試料のイオンビーム加工が開始され、被加工試料は加工開始時点から、電流値Ｉが最大のイオンビームでエッチングされる。被加工試料のイオンビーム加工はたとえば５時間ほど連続して行われ、その間、ガス流量Ｆは前記ｆａに固定される。
さて、被加工試料のイオンビーム加工の間、イオン源から放出されるイオンビームの電流値Ｉは前記最大値Ｉｍａｘに保たれることが望ましい。しかし実際には、イオンビーム電流値Ｉはイオンビーム加工中にＩｍａｘより小さくなる。そこで本件発明者は実験を繰り返し行い、このようにイオンビーム電流Ｉが小さくなる原因は前記加工室の真空度の変化にあることを見つけ出した。このことについて以下に詳しく説明する。
イオンビーム加工装置の加工室は、被加工試料のイオンビーム加工中、前記排気手段によって連続して排気される。このため、イオンビーム加工開始時点において最高の真空度に達していなかった加工室の真空度は、イオンビーム加工中に徐々に高くなる（圧力は低くなる）。
これに伴い、加工室につながった前記イオン化室の真空度、すなわちガス源から一定のガス（ガス流量ｆａ）が供給されているイオン化室の真空度も、イオンビーム加工中に徐々に高くなる。これを受け、イオン化室のガスの濃度はイオンビーム加工中に徐々に低くなり（ガスが薄くなる）、イオン化室でイオン化されるガスの量は減少していく。この結果、イオン化室で発生するイオンの量は減少していく。
以上のような理由により、イオン源から放出されるイオンビームの電流値Ｉは、被加工試料のイオンビーム加工中に前記最大値Ｉｍａｘより小さくなる。また、最悪の場合、イオンビーム加工中に電流値Ｉがほぼ零になることもある。
これに伴い、加工室につながった前記イオン化室の真空度、すなわちガス源から一定のガス（ガス流量ｆａ）が供給されているイオン化室の真空度も、イオンビーム加工中に徐々に高くなる。これを受け、イオン化室のガスの濃度はイオンビーム加工中に徐々に低くなり（ガスが薄くなる）、イオン化室でイオン化されるガスの量は減少していく。この結果、イオン化室で発生するイオンの量は減少していく。
以上のような理由により、イオン源から放出されるイオンビームの電流値Ｉは、被加工試料のイオンビーム加工中に前記最大値Ｉｍａｘより小さくなる。また、最悪の場合、イオンビーム加工中に電流値Ｉがほぼ零になることもある。
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、その目的は、長時間にわたって大電流のイオンビームをイオン源から放出させることができるガス流量設定方法およびイオンビーム加工装置を提供することにある。
上記目的を達成する本発明のガス流量設定方法は、被加工試料を収容する真空容器と、前記真空容器の内部を排気する排気手段と、前記真空容器に接続され、ガス源からのガスをイオン化してイオンビームを放出するイオン源と、前記ガス源から前記イオン源に供給されるガスの流量Ｆを変化させるガス流量可変手段と、前記イオン源から放出されるイオンビームの電流値Ｉを測定する電流測定手段を備え、前記被加工試料を前記イオンビームにより加工するようにしたイオンビーム加工装置において、前記被加工試料のイオンビーム加工時における前記ガス流量Ｆを、以下の（１）（２）の手順で設定するようにしたことを特徴としている。
（１）前記被加工試料のイオンビーム加工前に、前記ガス流量可変手段を用いて前記ガス流量Ｆを複数段階ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎに変化させる。そのときの各ガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎにおける前記イオンビーム電流値Ｉを、前記電流測定手段を用いて測定する。
（２）上記（１）の測定において、ガス流量ｆａ迄は前記イオンビーム電流値Ｉが増え続け、ガス流量ｆａを超えると前記イオンビーム電流値Ｉが減り続けるような測定結果が得られると、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘが得られる前記ガス流量ｆａより流量ｄだけ多いガス流量ｆａ＋ｄを、前記被加工試料のイオンビーム加工時における前記ガス流量Ｆとして設定する。
（１）前記被加工試料のイオンビーム加工前に、前記ガス流量可変手段を用いて前記ガス流量Ｆを複数段階ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎに変化させる。そのときの各ガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎにおける前記イオンビーム電流値Ｉを、前記電流測定手段を用いて測定する。
（２）上記（１）の測定において、ガス流量ｆａ迄は前記イオンビーム電流値Ｉが増え続け、ガス流量ｆａを超えると前記イオンビーム電流値Ｉが減り続けるような測定結果が得られると、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘが得られる前記ガス流量ｆａより流量ｄだけ多いガス流量ｆａ＋ｄを、前記被加工試料のイオンビーム加工時における前記ガス流量Ｆとして設定する。
したがって本発明によれば、長時間にわたって大電流のイオンビームをイオン源から放出させることができるガス流量設定方法およびイオンビーム加工装置を提供することができる。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のイオンビーム加工装置の一例を示したものである。まず、図１の装置構成について説明する。
１は真空容器であり、真空容器１内部の加工室２は排気手段３により排気されるように構成されている。４は真空計であり、真空計４は加工室２の真空度を測定するためのものである。
５はペニング型イオン源であり、イオン源５は前記真空容器１の上部に取り付けられている。イオン源５はカソード６，７とアノード８と加速電極９を備えており、さらに磁場発生手段（図示せず）を備えている。１０は加速電圧電源であり、加速電圧電源１０はアノード８と加速電極（接地）９間に加速電圧Ｖａｃｃを印加するためのものである。
１１はガス源であり、ガス源１１はガス管１２，流量コントロールバルブ（ガス流量可変手段）１３，ガス管１４を介してイオン源５に接続されている。流量コントロールバルブ１３を開ければ、ガス源１１のガス（たとえばアルゴンガス）がイオン源５のイオン化室１５に供給されるように構成されている。そして、流量コントロールバルブ１３の開口度を調節すれば、ガス源１１からイオン源５に供給されるガスの流量Ｆを変化させることができる。
１６は電流測定手段であり、電流測定手段１６は前記加工室２に設けられている。この電流測定手段１６は、イオン源５から放出されるイオンビームＩＢの電流値Ｉを測定するために用意されている。そして、図１の装置では、電流測定手段１６をイオン源５の光軸Ｏ上に配置および光軸Ｏ上から退避できるように構成されている。
１７は中央制御装置（ＣＰＵ）であり、中央制御装置１７はイオン源制御部１８とガス流量制御部１９と表示制御部２０を備えている。また中央制御装置１７は、上述した加速電圧電源１０と流量コントロールバルブ１３と電流測定手段１６に電気的に接続されている。さらに中央制御装置１７は、キーボードやマウス等の入力手段２１と、表示手段（ＣＲＴ）２２に電気的に接続されている。
以上、図１の装置構成について説明した。以下、図１の装置において、被加工試料Ｓをイオンビーム加工して電顕試料を作製する場合の動作説明を行う。
まずオペレータは、被加工試料Ｓを加工室２にセットする（図１参照）。このとき、試料セットのために加工室２は一時的に大気に開放され、被加工試料Ｓのセットが完了すると加工室２は大気から遮断される。こうして被加工試料Ｓが加工室２にセットされると、オペレータは排気手段３を動作させる。これにより、加工室２は排気手段３によって排気される。
次にオペレータは、電流測定手段１６が光軸Ｏ上に位置するように、図示していない電流測定手段移動機構を操作する。これにより、電流測定手段１６は図１に示すように光軸Ｏ上に配置され、電流測定手段１６はイオン源５と被加工試料Ｓの間に配置される。
そしてオペレータは、入力手段２１上において「加速電圧Ｖａｃｃ＝Ｖ１」の入力を行う。この際、オペレータは、被加工試料Ｓをイオンビーム加工するのに最適な加速電圧Ｖ１を入力する。すると、加速電圧信号Ｖ１が入力手段２１からイオン源制御部１８に送られる。
加速電圧信号Ｖ１を受けたイオン源制御部１８は、イオン源５の加速電圧ＶａｃｃがＶ１となるように加速電圧電源１０を制御する。この結果、アノード８と加速電極９間に加速電圧Ｖ１が印加される。また、イオン源制御部１８は、アノード８とカソード６，７間に所定の電圧Ｖａが印加されるように電圧電源（図示せず）を制御する。この結果、電圧Ｖａがアノード８とカソード６，７間に印加され、カソード６，７から電子が放出される。
さらにオペレータは、加工室２の真空度が所定の真空度Ｐ１（たとえば１×１０−３Ｐａ）になったことを真空計４の表示から確認すると、入力手段２１上において「ガス・スイープ」の入力を行う。すると、ガス・スイープ信号ＧＳが入力手段２１からガス流量制御部１９に送られる。
ガス・スイープ信号ＧＳを受けたガス流量制御部１９は、流量コントロールバルブ１３を制御して、前記ガス流量Ｆを複数段階ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎに変化させる。すなわち、ガス流量制御部１９は、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、ガス流量Ｆを図２に示すようにｆ０（＝０）〜ｆｎに連続的に変化させる（スイープさせる）。ｆｎはたとえば１ｃｃｍ（１ｃｃ／ｍｉｎ）に設定される。
こうして流量コントロールバルブ１３を通ってイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンのうち、アノード８とカソード７の各イオンビーム通過孔を通過した陽イオンは、加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。
このようにイオン源５から放出されたイオンビームＩＢは、光軸Ｏ上に配置された電流測定手段１６によって検出され、イオンビームＩＢの電流値Ｉは電流測定手段１６で測定される。そして、電流測定手段１６の出力は表示制御部２０に送られる。
表示制御部２０は、電流測定手段１６の出力と、ガス流量制御部１９からの参照信号Ｒｅｆ（図２に示したガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎを表す信号）から、各ガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎにおける前記電流値Ｉの情報（すなわち測定データ）を取得する。そして表示制御部２０は、その取得した測定データに基づき、表示画像データＭを作成する。その表示画像データＭは表示制御部２０から表示手段２２に送られ、表示手段２２の表示画面上には図３に示すグラフが表示される。
図３のグラフは、横軸に前記ガス流量Ｆ、縦軸に前記電流値Ｉをとって表示されている。このグラフから、ガス流量ｆａ迄はイオンビーム電流値Ｉが増え続け、ガス流量ｆａを超えるとイオンビーム電流値Ｉが減り続けることがわかる。
従来、被加工試料のイオンビーム加工時におけるガス流量Ｆは、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘが得られるガス流量ｆａに設定されていた。しかし、ガス流量Ｆをｆａに設定したのでは、前記「発明が解決しようとする課題」で述べた問題が発生してしまう。すなわち、イオンビーム加工中にイオン化室１５のガスの濃度が低くなり（ガスが薄くなる）、イオンビーム電流ＩがＩｍａｘよりかなり小さくなってしまう。たとえば、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達したとき、イオンビーム電流値ＩがＩｍａｘ×３０％程度になってしまうこともある（図３参照）。そして、その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、電流値のかなり低いイオンビームで試料エッチングが長時間行われることになる。これでは、電顕試料を短時間で作製することはできない。
そこで本発明においては、図３のグラフが表示手段２２上に表示されると、まずオペレータは、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘが得られるガス流量Ｆはｆａであることをそのグラフから確認する。そしてオペレータは、その確認したガス流量ｆａよりも多いガス流量Ｆであり、かつ、Ｉｍａｘ×８０％程度のイオンビーム電流値が得られるガス流量Ｆを図３のグラフ上で確認する。この場合、ガス流量ｆａ＋ｄがそのガス流量Ｆに相当する（図３参照）。そこでオペレータは、入力手段２１上において「ガス流量Ｆ＝ｆａ＋ｄ」の入力を行い、ガス流量ｆａ＋ｄを被加工試料Ｓのイオンビーム加工時におけるガス流量Ｆとして設定する。
このようにガス流量Ｆをｆａよりｄ（ｄ＞０）だけ多く設定するのは、イオンビーム加工中にイオン化室１５のガスの濃度が低くなる（ガスが薄くなる）ことを見越してのことである。すなわちオペレータは、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達したとき、その真空度Ｐｍａｘにおいて最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られるように、予めｄだけ多くガス流量を設定している。このｄをどの程度に設定するかは予め実験により求められており、オペレータは、ガス流量をスイープさせ始めたときの前記真空度Ｐ１（加工室２の真空度Ｐ１）や、加工室２を排気する排気手段３の排気能力などを考慮してｄを設定する。
さて、上述したようにオペレータが入力手段２１上において「ガス流量Ｆ＝ｆａ＋ｄ」の入力を行うと、ガス流量固定信号ｆａ＋ｄが入力手段２１からガス流量制御部１９に送られる。ガス流量固定信号ｆａ＋ｄを受けたガス流量制御部１９は、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、ガス流量Ｆをｆａ＋ｄに設定する。
こうして流量ｆａ＋ｄでイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、前記加速電圧Ｖ１が印加された加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。そこでオペレータは、これまで光軸Ｏ上に配置されていた電流測定手段１６を光軸Ｏ上から退避させる。これにより、イオン源５から放出されたイオンビームＩＢは被加工試料Ｓを照射し、被加工試料Ｓのイオンエッチングが開始される。
このイオンエッチング開始時における加工室２の真空度は、図３に示したグラフを得たときと同程度（前記Ｐ１程度）である。そして、ガス流量Ｆはｆａ＋ｄに固定されている。このため、被加工試料Ｓのイオンビーム加工開始時点においては、イオン源５から放出されるイオンビームＩＢの電流値ＩはＩｍａｘ×８０％程度である（図３参照）。このようにイオンビーム加工開始直後においては、被加工試料ＳはＩｍａｘに近い電流値のイオンビームによってエッチングされる。
そして本発明においては、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達すると、上述したように最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られる。その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、被加工試料Ｓはその後ずっと、最大強度のイオンビームでエッチングされる。したがって、本発明においては、電顕試料を短時間で作製することができる。
なお、図１の装置においては、遮蔽材が被加工試料Ｓ上に配置され、遮蔽材で覆われなかった試料部分がイオンビームでエッチングされ、観察断面が得られる。
以上、図１のイオンビーム加工装置について説明した。
次に、本発明の他の例を説明する。図４は、本発明のイオンビーム加工装置の一例を示したものである。まず図４の装置構成について説明するが、図１の構成要素と同じものには図１と同じ番号が付けられており、その説明を省略する。
図４において２３は中央制御装置（ＣＰＵ）であり、中央制御装置２３はイオン源制御部２４とガス流量制御部２５とガス流量決定部２６を備えている。そして中央制御装置２３は、加速電圧電源１０と流量コントロールバルブ１３と電流測定手段１６に電気的に接続されている。さらに中央制御装置２３は、キーボードやマウス等の入力手段２１と、表示手段（ＣＲＴ）２２に電気的に接続されている。
従来、被加工試料のイオンビーム加工時におけるガス流量Ｆは、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘが得られるガス流量ｆａに設定されていた。しかし、ガス流量Ｆをｆａに設定したのでは、前記「発明が解決しようとする課題」で述べた問題が発生してしまう。すなわち、イオンビーム加工中にイオン化室１５のガスの濃度が低くなり（ガスが薄くなる）、イオンビーム電流ＩがＩｍａｘよりかなり小さくなってしまう。たとえば、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達したとき、イオンビーム電流値ＩがＩｍａｘ×３０％程度になってしまうこともある（図３参照）。そして、その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、電流値のかなり低いイオンビームで試料エッチングが長時間行われることになる。これでは、電顕試料を短時間で作製することはできない。
そこで本発明においては、図３のグラフが表示手段２２上に表示されると、まずオペレータは、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘが得られるガス流量Ｆはｆａであることをそのグラフから確認する。そしてオペレータは、その確認したガス流量ｆａよりも多いガス流量Ｆであり、かつ、Ｉｍａｘ×８０％程度のイオンビーム電流値が得られるガス流量Ｆを図３のグラフ上で確認する。この場合、ガス流量ｆａ＋ｄがそのガス流量Ｆに相当する（図３参照）。そこでオペレータは、入力手段２１上において「ガス流量Ｆ＝ｆａ＋ｄ」の入力を行い、ガス流量ｆａ＋ｄを被加工試料Ｓのイオンビーム加工時におけるガス流量Ｆとして設定する。
このようにガス流量Ｆをｆａよりｄ（ｄ＞０）だけ多く設定するのは、イオンビーム加工中にイオン化室１５のガスの濃度が低くなる（ガスが薄くなる）ことを見越してのことである。すなわちオペレータは、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達したとき、その真空度Ｐｍａｘにおいて最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られるように、予めｄだけ多くガス流量を設定している。このｄをどの程度に設定するかは予め実験により求められており、オペレータは、ガス流量をスイープさせ始めたときの前記真空度Ｐ１（加工室２の真空度Ｐ１）や、加工室２を排気する排気手段３の排気能力などを考慮してｄを設定する。
さて、上述したようにオペレータが入力手段２１上において「ガス流量Ｆ＝ｆａ＋ｄ」の入力を行うと、ガス流量固定信号ｆａ＋ｄが入力手段２１からガス流量制御部１９に送られる。ガス流量固定信号ｆａ＋ｄを受けたガス流量制御部１９は、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、ガス流量Ｆをｆａ＋ｄに設定する。
こうして流量ｆａ＋ｄでイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、前記加速電圧Ｖ１が印加された加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。そこでオペレータは、これまで光軸Ｏ上に配置されていた電流測定手段１６を光軸Ｏ上から退避させる。これにより、イオン源５から放出されたイオンビームＩＢは被加工試料Ｓを照射し、被加工試料Ｓのイオンエッチングが開始される。
このイオンエッチング開始時における加工室２の真空度は、図３に示したグラフを得たときと同程度（前記Ｐ１程度）である。そして、ガス流量Ｆはｆａ＋ｄに固定されている。このため、被加工試料Ｓのイオンビーム加工開始時点においては、イオン源５から放出されるイオンビームＩＢの電流値ＩはＩｍａｘ×８０％程度である（図３参照）。このようにイオンビーム加工開始直後においては、被加工試料ＳはＩｍａｘに近い電流値のイオンビームによってエッチングされる。
そして本発明においては、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達すると、上述したように最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られる。その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、被加工試料Ｓはその後ずっと、最大強度のイオンビームでエッチングされる。したがって、本発明においては、電顕試料を短時間で作製することができる。
なお、図１の装置においては、遮蔽材が被加工試料Ｓ上に配置され、遮蔽材で覆われなかった試料部分がイオンビームでエッチングされ、観察断面が得られる。
以上、図１のイオンビーム加工装置について説明した。
次に、本発明の他の例を説明する。図４は、本発明のイオンビーム加工装置の一例を示したものである。まず図４の装置構成について説明するが、図１の構成要素と同じものには図１と同じ番号が付けられており、その説明を省略する。
図４において２３は中央制御装置（ＣＰＵ）であり、中央制御装置２３はイオン源制御部２４とガス流量制御部２５とガス流量決定部２６を備えている。そして中央制御装置２３は、加速電圧電源１０と流量コントロールバルブ１３と電流測定手段１６に電気的に接続されている。さらに中央制御装置２３は、キーボードやマウス等の入力手段２１と、表示手段（ＣＲＴ）２２に電気的に接続されている。
このような構成において、被加工試料Ｓ’のイオンビーム加工に先立ち、イオ源５の加速電圧Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎに応じて最適なガス流量ｆａ１＋ｄ１，ｆａ２＋ｄ２，…，ｆａｎ＋ｄｎが求められる。その際、まず、それまで大気に開放されていた加工室２が大気から遮断される。そして、オペレータは排気手段３を動作させる。
次にオペレータは、電流測定手段１６が光軸Ｏ上に位置するように、図示していない電流測定手段移動機構を操作する。これにより、電流測定手段１６は図４に示すように光軸Ｏ上に配置される。
そしてオペレータは、入力手段２１上において「加速電圧Ｖａｃｃ＝Ｖ１」の入力を行う。すると、加速電圧信号Ｖ１が入力手段２１からイオン源制御部２４に送られる。加速電圧信号Ｖ１を受けたイオン源制御部２４は、イオン源５の加速電圧ＶａｃｃがＶ１となるように加速電圧電源１０を制御する。この結果、アノード８と加速電極９間に加速電圧Ｖ１が印加される。また、イオン源制御部２４は、アノード８とカソード６，７間に所定の電圧Ｖａが印加されるように電圧電源（図示せず）を制御する。この結果、電圧Ｖａがアノード８とカソード６，７間に印加され、カソード６，７から電子が放出される。
さらにオペレータは、加工室２の真空度が前記真空度Ｐ１になったことを真空計４の表示から確認すると、入力手段２１上において「ガス・スイープ」の入力を行う。すると、ガス・スイープ信号ＧＳが入力手段２１からガス流量制御部２５に送られる。
ガス・スイープ信号ＧＳを受けたガス流量制御部２５は、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、前記ガス流量Ｆを図２に示したようにｆ０〜ｆｎに連続的に変化させる（スイープさせる）。ｆｎはたとえば１ｃｃｍ（１ｃｃ／ｍｉｎ）に設定される。
こうして流量コントロールバルブ１３を通ってイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンのうち、アノード８とカソード７の各イオンビーム通過孔を通過した陽イオンは、加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。
このようにイオン源５から放出されたイオンビームＩＢは、光軸Ｏ上に配置された電流測定手段１６によって検出され、イオンビームＩＢの電流値Ｉは電流測定手段１６で測定される。そして、電流測定手段１６の出力はガス流量決定部２６の表示部２６ａに送られる。
ガス流量決定部２６の表示部２６ａは、電流測定手段１６の出力と、ガス流量制御部２５からの参照信号Ｒｅｆ（図２に示したガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎを表す信号）から、各ガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎにおける前記電流値Ｉの情報（すなわち測定データ）を取得する。そして表示部２６ａは、その取得した測定データに基づき、表示画像データＭ１を作成する。その表示画像データＭ１は表示部２６ａから表示手段２２に送られ、表示手段２２の表示画面上には図３に示したようなグラフが表示される。
図３に示したようなグラフが表示手段２２上に表示されると、まずオペレータは、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘが得られるガス流量Ｆはｆａ１（図３のｆａに相当）であることをそのグラフから確認する。そしてオペレータは、その確認したガス流量ｆａ１よりも多いガス流量Ｆであり、かつ、Ｉｍａｘ×８０％程度のイオンビーム電流値が得られるガス流量Ｆをそのグラフ上で確認する。この場合、ガス流量ｆａ１＋ｄ１（図３のｆａ＋ｄに相当）がそのガス流量Ｆに相当する。そこでオペレータは、入力手段２１上において「ガス流量Ｆ＝ｆａ１＋ｄ１」の入力を行い、ガス流量ｆａ１＋ｄ１を加速電圧Ｖ１におけるガス流量Ｆとして設定する。なお、このようにガス流量Ｆをｆａ１よりｄ１だけ多く設定するのは、前記図１を用いた実施例において説明したように、イオンビーム加工中にイオン化室１５のガスの濃度が低くなる（ガスが薄くなる）ことを見越してのことである。
さて、上述したようにオペレータが入力手段２１上において「ガス流量Ｆ＝ｆａ１＋ｄ１」の入力を行うと、ガス流量固定信号ｆａ１＋ｄ１が入力手段２１からガス流量決定部２６に送られる。ガス流量固定信号ｆａ１＋ｄ１を受けたガス流量決定部２６は、現在設定されているイオン源５の加速電圧はＶ１であることをイオン源制御部２４からの参照信号Ｖａｃｃ’から認識すると、その内部メモリ２６ｂに、加速電圧Ｖ１に対応させてガス流量ｆａ１＋ｄ１を記憶する。
このようにして加速電圧Ｖ１に対してガス流量ｆａ１＋ｄ１が求められると、次に加速電圧Ｖ２が設定され、加速電圧Ｖ１のときと同様にしてガス流量ｆａ２＋ｄ２が求められる。そのガス流量ｆａ２＋ｄ２は加速電圧Ｖ２に対応して前記メモリ２６ｂに記憶される。以後同様にして、加速電圧Ｖ３，…，Ｖｎに応じて最適なガス流量ｆａ３＋ｄ３，…，ｆａｎ＋ｄｎが求められ、その求められたガス流量は加速電圧に対応して前記メモリ２６ｂに記憶される。なお、加速電圧によってガス流量Ｆとイオンビーム電流値Ｉの関係が変化し、加速電圧によって図３に示したグラフの形が変化するので、このように加速電圧を変えてガス流量が求められる。
以上のようにして加工前のデータ登録、すなわち加速電圧毎のガス流量の登録が完了すると、オペレータは被加工試料Ｓ’を加工室２にセットする。このとき、試料セットのために加工室２は一時的に大気に開放され、被加工試料Ｓ’のセットが完了すると加工室２は大気から遮断される。こうして被加工試料Ｓ’が加工室２にセットされると、オペレータは排気手段３を動作させる。なお、このとき、電流測定手段１６は光軸Ｏ上から退避されている。
そしてオペレータは、入力手段２１上において「加速電圧Ｖａｃｃ＝Ｖ３」の入力を行う。この際、オペレータは、被加工試料Ｓ’をイオンビーム加工するのに最適な加速電圧Ｖ３を入力する。すると、加速電圧信号Ｖ３が入力手段２１からイオン源制御部２４に送られる。
図３に示したようなグラフが表示手段２２上に表示されると、まずオペレータは、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘが得られるガス流量Ｆはｆａ１（図３のｆａに相当）であることをそのグラフから確認する。そしてオペレータは、その確認したガス流量ｆａ１よりも多いガス流量Ｆであり、かつ、Ｉｍａｘ×８０％程度のイオンビーム電流値が得られるガス流量Ｆをそのグラフ上で確認する。この場合、ガス流量ｆａ１＋ｄ１（図３のｆａ＋ｄに相当）がそのガス流量Ｆに相当する。そこでオペレータは、入力手段２１上において「ガス流量Ｆ＝ｆａ１＋ｄ１」の入力を行い、ガス流量ｆａ１＋ｄ１を加速電圧Ｖ１におけるガス流量Ｆとして設定する。なお、このようにガス流量Ｆをｆａ１よりｄ１だけ多く設定するのは、前記図１を用いた実施例において説明したように、イオンビーム加工中にイオン化室１５のガスの濃度が低くなる（ガスが薄くなる）ことを見越してのことである。
さて、上述したようにオペレータが入力手段２１上において「ガス流量Ｆ＝ｆａ１＋ｄ１」の入力を行うと、ガス流量固定信号ｆａ１＋ｄ１が入力手段２１からガス流量決定部２６に送られる。ガス流量固定信号ｆａ１＋ｄ１を受けたガス流量決定部２６は、現在設定されているイオン源５の加速電圧はＶ１であることをイオン源制御部２４からの参照信号Ｖａｃｃ’から認識すると、その内部メモリ２６ｂに、加速電圧Ｖ１に対応させてガス流量ｆａ１＋ｄ１を記憶する。
このようにして加速電圧Ｖ１に対してガス流量ｆａ１＋ｄ１が求められると、次に加速電圧Ｖ２が設定され、加速電圧Ｖ１のときと同様にしてガス流量ｆａ２＋ｄ２が求められる。そのガス流量ｆａ２＋ｄ２は加速電圧Ｖ２に対応して前記メモリ２６ｂに記憶される。以後同様にして、加速電圧Ｖ３，…，Ｖｎに応じて最適なガス流量ｆａ３＋ｄ３，…，ｆａｎ＋ｄｎが求められ、その求められたガス流量は加速電圧に対応して前記メモリ２６ｂに記憶される。なお、加速電圧によってガス流量Ｆとイオンビーム電流値Ｉの関係が変化し、加速電圧によって図３に示したグラフの形が変化するので、このように加速電圧を変えてガス流量が求められる。
以上のようにして加工前のデータ登録、すなわち加速電圧毎のガス流量の登録が完了すると、オペレータは被加工試料Ｓ’を加工室２にセットする。このとき、試料セットのために加工室２は一時的に大気に開放され、被加工試料Ｓ’のセットが完了すると加工室２は大気から遮断される。こうして被加工試料Ｓ’が加工室２にセットされると、オペレータは排気手段３を動作させる。なお、このとき、電流測定手段１６は光軸Ｏ上から退避されている。
そしてオペレータは、入力手段２１上において「加速電圧Ｖａｃｃ＝Ｖ３」の入力を行う。この際、オペレータは、被加工試料Ｓ’をイオンビーム加工するのに最適な加速電圧Ｖ３を入力する。すると、加速電圧信号Ｖ３が入力手段２１からイオン源制御部２４に送られる。
加速電圧信号Ｖ３を受けたイオン源制御部２４は、イオン源５の加速電圧ＶａｃｃがＶ３となるように加速電圧電源１０を制御する。この結果、アノード８と加速電極９間に加速電圧Ｖ３が印加される。また、イオン源制御部２４は、アノード８とカソード６，７間に所定の電圧Ｖａが印加されるように電圧電源（図示せず）を制御する。この結果、電圧Ｖａがアノード８とカソード６，７間に印加され、カソード６，７から電子が放出される。
さらにオペレータは、加工室２の真空度が前記真空度Ｐ１になったことを真空計４の表示から確認すると、入力手段２１上において「イオンビーム加工開始」の入力を行う。すると、加工開始信号ｓｔａｒｔが入力手段２１からガス流量決定部２６に送られる。
加工開始信号ｓｔａｒｔを受けたガス流量決定部２６は、現在設定されているイオン源５の加速電圧はＶ３であることをイオン源制御部２４からの参照信号Ｖａｃｃ’から認識すると、その内部メモリ２６ｂから、加速電圧Ｖ３に対応するガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）を読み出す。そして、ガス流量決定部２６は、その読み出したガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）をガス流量制御部２５に送る。このガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）を受けたガス流量制御部２５は、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、ガス流量Ｆをｆａ３＋ｄ３に設定する。
こうして流量ｆａ３＋ｄ３でイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、前記加速電圧Ｖ３が印加された加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。イオン源５から放出されたイオンビームＩＢは被加工試料Ｓ’を照射し、被加工試料Ｓ’のイオンエッチングが開始される。
このイオンビーム加工開始直後においては、上述した図１の例と同様、被加工試料Ｓ’はＩｍａｘに近い電流値のイオンビームによってエッチングされる。そして本実施例においても、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達すると、上述したように最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られる。そして、その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、被加工試料Ｓ’はその後ずっと、最大強度のイオンビームでエッチングされる。したがって、電顕試料を短時間で作製することができる。
本実施例においては、最適なガス流量が加速電圧毎に予め装置に記憶されているので、加速電圧を入力すればそれに対応するガス流量が自動的に設定される。このため、本実施例においては、イオンビーム加工の度にガス流量を求める必要はない。
以上、図４のイオンビーム加工装置について説明した。
次に、本発明の他の例を説明する。図５は、本発明のイオンビーム加工装置の一例を示したものである。まず図５の装置構成について説明するが、図１の構成要素と同じものには図１と同じ番号が付けられており、その説明を省略する。
図５において２７は中央制御装置（ＣＰＵ）であり、中央制御装置２７はイオン源制御部２８とガス流量制御部２９とガス流量決定部３０を備えている。そして中央制御装置２７は、加速電圧電源１０と流量コントロールバルブ１３と電流測定手段１６に電気的に接続されている。さらに中央制御装置２７は、キーボードやマウス等の入力手段２１に電気的に接続されている。
また、３１は電流測定手段移動機構である。電流測定手段移動機構３１は、電流測定手段１６を光軸Ｏ上に配置、および光軸Ｏ上から退避させるためのものである。この電流測定手段移動機構３１は中央制御装置２７に電気的に接続されている。また、真空計４の出力は中央制御装置２７に送られており、中央制御装置２７およびガス流量制御部２９は加工室２の真空度を常に把握している。
以上、図５の装置構成について説明した。以下、図５の装置において、被加工試料Ｓ’をイオンビーム加工して電顕試料を作製する場合の動作説明を行うが、図５の装置は図１の装置をさらに自動化したものである。
加工開始信号ｓｔａｒｔを受けたガス流量決定部２６は、現在設定されているイオン源５の加速電圧はＶ３であることをイオン源制御部２４からの参照信号Ｖａｃｃ’から認識すると、その内部メモリ２６ｂから、加速電圧Ｖ３に対応するガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）を読み出す。そして、ガス流量決定部２６は、その読み出したガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）をガス流量制御部２５に送る。このガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）を受けたガス流量制御部２５は、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、ガス流量Ｆをｆａ３＋ｄ３に設定する。
こうして流量ｆａ３＋ｄ３でイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、前記加速電圧Ｖ３が印加された加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。イオン源５から放出されたイオンビームＩＢは被加工試料Ｓ’を照射し、被加工試料Ｓ’のイオンエッチングが開始される。
このイオンビーム加工開始直後においては、上述した図１の例と同様、被加工試料Ｓ’はＩｍａｘに近い電流値のイオンビームによってエッチングされる。そして本実施例においても、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達すると、上述したように最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られる。そして、その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、被加工試料Ｓ’はその後ずっと、最大強度のイオンビームでエッチングされる。したがって、電顕試料を短時間で作製することができる。
本実施例においては、最適なガス流量が加速電圧毎に予め装置に記憶されているので、加速電圧を入力すればそれに対応するガス流量が自動的に設定される。このため、本実施例においては、イオンビーム加工の度にガス流量を求める必要はない。
以上、図４のイオンビーム加工装置について説明した。
次に、本発明の他の例を説明する。図５は、本発明のイオンビーム加工装置の一例を示したものである。まず図５の装置構成について説明するが、図１の構成要素と同じものには図１と同じ番号が付けられており、その説明を省略する。
図５において２７は中央制御装置（ＣＰＵ）であり、中央制御装置２７はイオン源制御部２８とガス流量制御部２９とガス流量決定部３０を備えている。そして中央制御装置２７は、加速電圧電源１０と流量コントロールバルブ１３と電流測定手段１６に電気的に接続されている。さらに中央制御装置２７は、キーボードやマウス等の入力手段２１に電気的に接続されている。
また、３１は電流測定手段移動機構である。電流測定手段移動機構３１は、電流測定手段１６を光軸Ｏ上に配置、および光軸Ｏ上から退避させるためのものである。この電流測定手段移動機構３１は中央制御装置２７に電気的に接続されている。また、真空計４の出力は中央制御装置２７に送られており、中央制御装置２７およびガス流量制御部２９は加工室２の真空度を常に把握している。
以上、図５の装置構成について説明した。以下、図５の装置において、被加工試料Ｓ’をイオンビーム加工して電顕試料を作製する場合の動作説明を行うが、図５の装置は図１の装置をさらに自動化したものである。
まずオペレータは、被加工試料Ｓ’を加工室２にセットする（図５参照）。このとき、試料セットのために加工室２は一時的に大気に開放され、被加工試料Ｓ’のセットが完了すると加工室２は大気から遮断される。こうして被加工試料Ｓが加工室２にセットされると、オペレータは排気手段３を動作させる。
そしてオペレータは、入力手段２１上において「加速電圧Ｖａｃｃ＝Ｖ１」の入力を行う。この際、オペレータは、被加工試料Ｓ’をイオンビーム加工するのに最適な加速電圧Ｖ１を入力する。すると、加速電圧信号Ｖ１が入力手段２１からイオン源制御部２８に送られる。
加速電圧信号Ｖ１を受けたイオン源制御部２８は、イオン源５の加速電圧ＶａｃｃがＶ１となるように加速電圧電源１０を制御する。この結果、アノード８と加速電極９間に加速電圧Ｖ１が印加される。また、イオン源制御部２８は、アノード８とカソード６，７間に所定の電圧Ｖａが印加されるように電圧電源（図示せず）を制御する。この結果、電圧Ｖａがアノード８とカソード６，７間に印加され、カソード６，７から電子が放出される。
次にオペレータは、入力手段２１上において「イオンビーム加工開始」の入力を行う。すると、加工開始信号ｓｔａｒｔが入力手段２１から中央制御装置２７に送られ、中央制御装置２７は、電流測定手段１６が光軸Ｏ上に位置するように電流測定手段移動機構３１を制御する。これにより、電流測定手段１６は図５に示すように光軸Ｏ上に配置される。
さらに、前記加工開始信号ｓｔａｒｔを受けた中央制御装置２７のガス流量制御部２９は、加工室２の真空度が前記真空度Ｐ１になると流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、前記ガス流量Ｆを図２に示したようにｆ０〜ｆｎに連続的に変化させる（スイープさせる）。ｆｎはたとえば１ｃｃｍ（１ｃｃ／ｍｉｎ）に設定される。
こうして流量コントロールバルブ１３を通ってイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。イオン源５から放出されたイオンビームＩＢは、光軸Ｏ上に配置された電流測定手段１６によって検出され、イオンビームＩＢの電流値Ｉは電流測定手段１６で測定される。そして、電流測定手段１６の出力はガス流量決定部３０に送られる。
ガス流量決定部３０は、電流測定手段１６の出力と、ガス流量制御部２９からの参照信号Ｒｅｆ（図２に示したガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎを表す信号）から、各ガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎにおける前記電流値Ｉの情報（すなわち測定データ）を取得する。すなわちガス流量決定部３０は、ガス流量ｆａ迄はイオンビーム電流値Ｉが増え続け、ガス流量ｆａを超えるとイオンビーム電流値Ｉが減り続けるような測定データ（図３参照）を取得する。
そしてガス流量決定部３０は、その取得した測定データに基づき、まず、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘを求める。次にガス流量決定部３０は、そのイオンビーム電流値Ｉｍａｘに対応するガス流量ｆａを求める。そしてガス流量決定部３０は、その求めたガス流量ｆａよりも多いガス流量Ｆであり、かつ、Ｉｍａｘ×８０％程度のイオンビーム電流値が得られるガス流量Ｆを、前記測定データに基づいて求める。この場合、ガス流量ｆａ＋ｄがそのガス流量Ｆに相当する（図３参照）。そこでガス流量決定部３０は、求めたガス流量データ（ｆａ＋ｄ）をガス流量制御部２９に送る。
このガス流量データ（ｆａ＋ｄ）を受けたガス流量制御部２９は、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、ガス流量Ｆをｆａ＋ｄに設定する。なお、このとき、電流測定手段１６は、電流測定手段移動機構３１によって光軸Ｏ上から退避される。
さて、こうして流量ｆａ＋ｄでイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、前記加速電圧Ｖ１が印加された加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。イオン源５から放出されたイオンビームＩＢは被加工試料Ｓ’を照射し、被加工試料Ｓ’のイオンエッチングが開始される。
このイオンビーム加工開始直後においては、上述した図１の例と同様、被加工試料Ｓ’はＩｍａｘに近い電流値のイオンビームによってエッチングされる。そして本実施例においても、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達すると、上述したように最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られる。そして、その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、被加工試料Ｓ’はその後ずっと、最大強度のイオンビームでエッチングされる。したがって、本実施例においては、電顕試料を容易に短時間で作製することができる。
以上、図５のイオンビーム加工装置について説明した。
次に、本発明の他の例を説明する。図６は、本発明のイオンビーム加工装置の一例を示したものである。まず図６の装置構成について説明するが、図１の構成要素と同じものには図１と同じ番号が付けられており、その説明を省略する。
図６において３２は中央制御装置（ＣＰＵ）であり、中央制御装置３２はイオン源制御部３３とガス流量制御部３４とガス流量決定部３５を備えている。そして中央制御装置３２は、加速電圧電源１０と流量コントロールバルブ１３と電流測定手段１６に電気的に接続されている。さらに中央制御装置３２は、キーボードやマウス等の入力手段２１と、電流測定手段移動機構３６に電気的に接続されている。また、真空計４の出力は中央制御装置３２に送られており、中央制御装置３２およびガス流量制御部３４は加工室２の真空度を常に把握している。以上、図６の装置構成について説明したが、図６は図４の装置をさらに自動化したものである。
そしてガス流量決定部３０は、その取得した測定データに基づき、まず、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘを求める。次にガス流量決定部３０は、そのイオンビーム電流値Ｉｍａｘに対応するガス流量ｆａを求める。そしてガス流量決定部３０は、その求めたガス流量ｆａよりも多いガス流量Ｆであり、かつ、Ｉｍａｘ×８０％程度のイオンビーム電流値が得られるガス流量Ｆを、前記測定データに基づいて求める。この場合、ガス流量ｆａ＋ｄがそのガス流量Ｆに相当する（図３参照）。そこでガス流量決定部３０は、求めたガス流量データ（ｆａ＋ｄ）をガス流量制御部２９に送る。
このガス流量データ（ｆａ＋ｄ）を受けたガス流量制御部２９は、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、ガス流量Ｆをｆａ＋ｄに設定する。なお、このとき、電流測定手段１６は、電流測定手段移動機構３１によって光軸Ｏ上から退避される。
さて、こうして流量ｆａ＋ｄでイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、前記加速電圧Ｖ１が印加された加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。イオン源５から放出されたイオンビームＩＢは被加工試料Ｓ’を照射し、被加工試料Ｓ’のイオンエッチングが開始される。
このイオンビーム加工開始直後においては、上述した図１の例と同様、被加工試料Ｓ’はＩｍａｘに近い電流値のイオンビームによってエッチングされる。そして本実施例においても、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達すると、上述したように最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られる。そして、その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、被加工試料Ｓ’はその後ずっと、最大強度のイオンビームでエッチングされる。したがって、本実施例においては、電顕試料を容易に短時間で作製することができる。
以上、図５のイオンビーム加工装置について説明した。
次に、本発明の他の例を説明する。図６は、本発明のイオンビーム加工装置の一例を示したものである。まず図６の装置構成について説明するが、図１の構成要素と同じものには図１と同じ番号が付けられており、その説明を省略する。
図６において３２は中央制御装置（ＣＰＵ）であり、中央制御装置３２はイオン源制御部３３とガス流量制御部３４とガス流量決定部３５を備えている。そして中央制御装置３２は、加速電圧電源１０と流量コントロールバルブ１３と電流測定手段１６に電気的に接続されている。さらに中央制御装置３２は、キーボードやマウス等の入力手段２１と、電流測定手段移動機構３６に電気的に接続されている。また、真空計４の出力は中央制御装置３２に送られており、中央制御装置３２およびガス流量制御部３４は加工室２の真空度を常に把握している。以上、図６の装置構成について説明したが、図６は図４の装置をさらに自動化したものである。
このような構成において、被加工試料Ｓ’のイオンビーム加工に先立ち、イオ源５の加速電圧Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎに応じて最適なガス流量ｆａ１＋ｄ１，ｆａ２＋ｄ２，…，ｆａｎ＋ｄｎが求められる。その際、まず、それまで大気に開放されていた加工室２が大気から遮断される。そして、オペレータは排気手段３を動作させる。
次にオペレータは、入力手段２１上において「ガス流量データの取得」の入力を行う。するとデータ取得開始信号が入力手段２１からイオン源制御部３３に送られ、イオン源制御部３３は、イオン源５の加速電圧ＶａｃｃがＶ１となるように加速電圧電源１０を制御する。この結果、アノード８と加速電極９間に加速電圧Ｖ１が印加される。また、イオン源制御部３３は、アノード８とカソード６，７間に所定の電圧Ｖａが印加されるように電圧電源（図示せず）を制御する。この結果、電圧Ｖａがアノード８とカソード６，７間に印加され、カソード６，７から電子が放出される。
また、前記データ取得信号を受けた中央制御装置３２は、電流測定手段１６が光軸Ｏ上に位置するように電流測定手段移動機構３６を制御する。これにより、電流測定手段１６は図６に示すように光軸Ｏ上に配置される。
そして、ガス流量制御部３４は、加工室２の真空度が前記真空度Ｐ１になると流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、前記ガス流量Ｆを図２に示したようにｆ０〜ｆｎに連続的に変化させる（スイープさせる）。ｆｎはたとえば１ｃｃｍ（１ｃｃ／ｍｉｎ）に設定される。
こうして流量コントロールバルブ１３を通ってイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンのうち、アノード８とカソード７の各イオンビーム通過孔を通過した陽イオンは、加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。
このようにイオン源５から放出されたイオンビームＩＢは、光軸Ｏ上に配置された電流測定手段１６によって検出され、イオンビームＩＢの電流値Ｉは電流測定手段１６で測定される。そして、電流測定手段１６の出力はガス流量決定部３５に送られる。
ガス流量決定部３５は、電流測定手段１６の出力と、ガス流量制御部３４からの参照信号Ｒｅｆ（図２に示したガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎを表す信号）から、各ガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎにおける前記電流値Ｉの情報（すなわち測定データ）を取得する。すなわちガス流量決定部３５は、ガス流量ｆａ１（図３のｆａに相当）迄はイオンビーム電流値Ｉが増え続け、ガス流量ｆａ１を超えるとイオンビーム電流値Ｉが減り続けるような測定データ（図３参照）を取得する。
そしてガス流量決定部３５は、その取得した測定データに基づき、まず、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘを求める。次にガス流量決定部３５は、そのイオンビーム電流値Ｉｍａｘに対応するガス流量ｆａ１（図３のｆａに相当）を求める。そしてガス流量決定部３５は、その求めたガス流量ｆａ１よりも多いガス流量Ｆであり、かつ、Ｉｍａｘ×８０％程度のイオンビーム電流値が得られるガス流量Ｆを、前記測定データに基づいて求める。この場合、ガス流量ｆａ１＋ｄ１（図３のｆａ＋ｄに相当）がそのガス流量Ｆに相当する（図３参照）。そこでガス流量決定部３５は、現在設定されているイオン源５の加速電圧はＶ１であることをイオン源制御部３３からの参照信号Ｖａｃｃ’から認識すると、その内部メモリ３５ａに、加速電圧Ｖ１に対応させてガス流量ｆａ１＋ｄ１を記憶する。
このようにして加速電圧Ｖ１に対してガス流量ｆａ１＋ｄ１が求められると、次に加速電圧Ｖ２が設定され、加速電圧Ｖ１のときと同様にしてガス流量ｆａ２＋ｄ２が求められる。そのガス流量ｆａ２＋ｄ２は加速電圧Ｖ２に対応して前記メモリ３５ａに記憶される。以後同様にして、加速電圧Ｖ３，…，Ｖｎに応じて最適なガス流量ｆａ３＋ｄ３，…，ｆａｎ＋ｄｎが求められ、その求められたガス流量は加速電圧に対応して前記メモリ３５ａに記憶される。
以上のようにして加工前のデータ登録、すなわち加速電圧毎のガス流量の登録が完了すると、オペレータは被加工試料Ｓ’を加工室２にセットする。このとき、試料セットのために加工室２は一時的に大気に開放され、被加工試料Ｓ’のセットが完了すると加工室２は大気から遮断される。こうして被加工試料Ｓ’が加工室２にセットされると、オペレータは排気手段３を動作させる。なお、このとき、電流測定手段１６は光軸Ｏ上から退避されている。
そしてオペレータは、入力手段２１上において「加速電圧Ｖａｃｃ＝Ｖ３」の入力を行う。この際、オペレータは、被加工試料Ｓ’をイオンビーム加工するのに最適な加速電圧Ｖ３を入力する。すると、加速電圧信号Ｖ３が入力手段２１からイオン源制御部３３に送られる。
そしてガス流量決定部３５は、その取得した測定データに基づき、まず、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘを求める。次にガス流量決定部３５は、そのイオンビーム電流値Ｉｍａｘに対応するガス流量ｆａ１（図３のｆａに相当）を求める。そしてガス流量決定部３５は、その求めたガス流量ｆａ１よりも多いガス流量Ｆであり、かつ、Ｉｍａｘ×８０％程度のイオンビーム電流値が得られるガス流量Ｆを、前記測定データに基づいて求める。この場合、ガス流量ｆａ１＋ｄ１（図３のｆａ＋ｄに相当）がそのガス流量Ｆに相当する（図３参照）。そこでガス流量決定部３５は、現在設定されているイオン源５の加速電圧はＶ１であることをイオン源制御部３３からの参照信号Ｖａｃｃ’から認識すると、その内部メモリ３５ａに、加速電圧Ｖ１に対応させてガス流量ｆａ１＋ｄ１を記憶する。
このようにして加速電圧Ｖ１に対してガス流量ｆａ１＋ｄ１が求められると、次に加速電圧Ｖ２が設定され、加速電圧Ｖ１のときと同様にしてガス流量ｆａ２＋ｄ２が求められる。そのガス流量ｆａ２＋ｄ２は加速電圧Ｖ２に対応して前記メモリ３５ａに記憶される。以後同様にして、加速電圧Ｖ３，…，Ｖｎに応じて最適なガス流量ｆａ３＋ｄ３，…，ｆａｎ＋ｄｎが求められ、その求められたガス流量は加速電圧に対応して前記メモリ３５ａに記憶される。
以上のようにして加工前のデータ登録、すなわち加速電圧毎のガス流量の登録が完了すると、オペレータは被加工試料Ｓ’を加工室２にセットする。このとき、試料セットのために加工室２は一時的に大気に開放され、被加工試料Ｓ’のセットが完了すると加工室２は大気から遮断される。こうして被加工試料Ｓ’が加工室２にセットされると、オペレータは排気手段３を動作させる。なお、このとき、電流測定手段１６は光軸Ｏ上から退避されている。
そしてオペレータは、入力手段２１上において「加速電圧Ｖａｃｃ＝Ｖ３」の入力を行う。この際、オペレータは、被加工試料Ｓ’をイオンビーム加工するのに最適な加速電圧Ｖ３を入力する。すると、加速電圧信号Ｖ３が入力手段２１からイオン源制御部３３に送られる。
加速電圧信号Ｖ３を受けたイオン源制御部３３は、イオン源５の加速電圧ＶａｃｃがＶ３となるように加速電圧電源１０を制御する。この結果、アノード８と加速電極９間に加速電圧Ｖ３が印加される。また、イオン源制御部３３は、アノード８とカソード６，７間に所定の電圧Ｖａが印加されるように電圧電源（図示せず）を制御する。この結果、電圧Ｖａがアノード８とカソード６，７間に印加され、カソード６，７から電子が放出される。
そしてオペレータは、入力手段２１上において「イオンビーム加工開始」の入力を行う。すると、加工開始信号ｓｔａｒｔが入力手段２１からガス流量決定部３５に送られる。
加工開始信号ｓｔａｒｔを受けたガス流量決定部３５は、現在設定されているイオン源５の加速電圧はＶ３であることをイオン源制御部３３からの参照信号Ｖａｃｃ’から認識すると、その内部メモリ３５ａから、加速電圧Ｖ３に対応するガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）を読み出す。そして、ガス流量決定部３５は、その読み出したガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）をガス流量制御部３４に送る。このガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）を受けたガス流量制御部３４は、加工室２の真空度が前記真空度Ｐ１になると、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、ガス流量Ｆをｆａ３＋ｄ３に設定する。
こうして流量ｆａ３＋ｄ３でイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、前記加速電圧Ｖ３が印加された加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。イオン源５から放出されたイオンビームＩＢは被加工試料Ｓ’を照射し、被加工試料Ｓ’のイオンエッチングが開始される。
このイオンビーム加工開始直後においては、上述した図１の例と同様、被加工試料Ｓ’はＩｍａｘに近い電流値のイオンビームによってエッチングされる。そして本実施例においても、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達すると、上述したように最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られる。そして、その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、被加工試料Ｓ’はその後ずっと、最大強度のイオンビームでエッチングされる。したがって、本実施例においては、電顕試料を容易に短時間で作製することができる。
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上記例に限定されるものではない。たとえば、上記例では流量ｄは測定データに基づいてその都度求められたが、流量ｄを予め決められた固定値ｄとしても良い。
また、図４と図６の装置において、ガス流量決定部（２６，３５）のメモリ（２６ｂ，３５ａ）に記憶されるデータをあるタイミングで更新するようにしても良い。たとえば、装置使用開始時に各加速電圧における最適なガス流量を測定し、ガス流量決定部（２６，３５）のメモリ（２６ｂ，３５ａ）に記憶されるデータをその装置使用開始時に更新するようにすれば、装置状態が時間と共に変化することに対応できる。したがって、被加工試料を常に短時間でイオンビーム加工することができる。
加工開始信号ｓｔａｒｔを受けたガス流量決定部３５は、現在設定されているイオン源５の加速電圧はＶ３であることをイオン源制御部３３からの参照信号Ｖａｃｃ’から認識すると、その内部メモリ３５ａから、加速電圧Ｖ３に対応するガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）を読み出す。そして、ガス流量決定部３５は、その読み出したガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）をガス流量制御部３４に送る。このガス流量データ（ｆａ３＋ｄ３）を受けたガス流量制御部３４は、加工室２の真空度が前記真空度Ｐ１になると、流量コントロールバルブ１３の開口度を制御し、ガス流量Ｆをｆａ３＋ｄ３に設定する。
こうして流量ｆａ３＋ｄ３でイオン化室１５に導入されたガスは、前記カソード６，７から放出された電子の衝突を受けてイオン化される。そして、そのイオン化により発生した陽イオンは、前記加速電圧Ｖ３が印加された加速電極９で加速されてイオン源５の外に放出される。イオン源５から放出されたイオンビームＩＢは被加工試料Ｓ’を照射し、被加工試料Ｓ’のイオンエッチングが開始される。
このイオンビーム加工開始直後においては、上述した図１の例と同様、被加工試料Ｓ’はＩｍａｘに近い電流値のイオンビームによってエッチングされる。そして本実施例においても、イオンビーム加工開始からしばらくしてイオン化室１５の真空度が最高の真空度Ｐｍａｘに達すると、上述したように最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘ’が得られる。そして、その後もイオン化室１５の真空度がＰｍａｘに維持されると、被加工試料Ｓ’はその後ずっと、最大強度のイオンビームでエッチングされる。したがって、本実施例においては、電顕試料を容易に短時間で作製することができる。
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上記例に限定されるものではない。たとえば、上記例では流量ｄは測定データに基づいてその都度求められたが、流量ｄを予め決められた固定値ｄとしても良い。
また、図４と図６の装置において、ガス流量決定部（２６，３５）のメモリ（２６ｂ，３５ａ）に記憶されるデータをあるタイミングで更新するようにしても良い。たとえば、装置使用開始時に各加速電圧における最適なガス流量を測定し、ガス流量決定部（２６，３５）のメモリ（２６ｂ，３５ａ）に記憶されるデータをその装置使用開始時に更新するようにすれば、装置状態が時間と共に変化することに対応できる。したがって、被加工試料を常に短時間でイオンビーム加工することができる。
１…真空容器、２…加工室、３…排気手段、４…真空計、５…イオン源、６，７…カソード、８…アノード、９…加速電極、１０…加速電圧電源、１１…ガス源、１２…ガス管、１３…流量コントロールバルブ、１４…ガス管、１５…イオン化室、１６…電流測定手段、１７，２３，２７，３２…中央制御装置、１８，２４，２８，３３…イオン源制御部、１９，２５，２９，３４…ガス流量制御部、２０…表示制御部、２１…入力手段、２２…表示手段、２６，３０，３５…ガス流量決定部、２６ａ…表示部、２６ｂ，３５ａ…メモリ、３１，３６…電流測定手段移動機構
Claims (4)
- 被加工試料を収容する真空容器と、
前記真空容器の内部を排気する排気手段と、
前記真空容器に接続され、ガス源からのガスをイオン化してイオンビームを放出するイオン源と、
前記ガス源から前記イオン源に供給されるガスの流量Ｆを変化させるガス流量可変手段と、
前記イオン源から放出されるイオンビームの電流値Ｉを測定する電流測定手段を備え、
前記被加工試料を前記イオンビームにより加工するようにしたイオンビーム加工装置において、
前記被加工試料のイオンビーム加工時における前記ガス流量Ｆを、以下の（１）（２）の手順で設定するようにしたことを特徴とするガス流量設定方法
（１）前記被加工試料のイオンビーム加工前に、前記ガス流量可変手段を用いて前記ガス流量Ｆを複数段階ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎに変化させる。そのときの各ガス流量ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎにおける前記イオンビーム電流値Ｉを、前記電流測定手段を用いて測定する。
（２）上記（１）の測定において、ガス流量ｆａ迄は前記イオンビーム電流値Ｉが増え続け、ガス流量ｆａを超えると前記イオンビーム電流値Ｉが減り続けるような測定結果が得られると、最大のイオンビーム電流値Ｉｍａｘが得られる前記ガス流量ｆａより流量ｄだけ多いガス流量ｆａ＋ｄを、前記被加工試料のイオンビーム加工時における前記ガス流量Ｆとして固定設定する。 - 前記ガス流量ｆａ＋ｄを前記イオン源の加速電圧毎に予め求めておき、
前記被加工試料のイオンビーム加工時、その時に設定されるイオン源の加速電圧に応じて前記ガス流量ｆａ＋ｄを選択して固定設定するようにした
ことを特徴とする請求項１記載のガス流量設定方法。 - 被加工試料を収容する真空容器と、
前記真空容器の内部を排気する排気手段と、
前記真空容器に接続され、ガス源からのガスをイオン化してイオンビームを放出するイオン源と、
前記ガス源から前記イオン源に供給されるガスの流量Ｆを変化させるガス流量可変手段と、
前記イオン源から放出されるイオンビームの電流値Ｉを測定する電流測定手段を備え、
前記被加工試料を前記イオンビームにより加工するようにしたイオンビーム加工装置において、
前記被加工試料のイオンビーム加工前に前記ガス流量可変手段を制御して、前記ガス流量Ｆを複数段階ｆ０，…，ｆａ，…，ｆｎに変化させるガス流量制御部と、
前記ガス流量ｆａ迄は前記イオンビーム電流値Ｉが増え続け、ガス流量ｆａを超えると前記イオンビーム電流値Ｉが減り続けるような測定データを前記電流測定手段の出力から取得し、その取得した測定データに基づき、最大のイオンビーム電流Ｉｍａｘが得られる前記ガス流量ｆａより流量ｄだけ多いガス流量ｆａ＋ｄを求めるガス流量決定部を更に備え、
前記ガス流量制御部は、前記被加工試料のイオンビーム加工時に前記ガス流量可変手段を制御して、前記ガス流量決定部で求められたガス流量ｆａ＋ｄを前記ガス流量Ｆとして固定設定する
ことを特徴とするイオンビーム加工装置。 - 前記ガス流量決定部は、前記ガス流量ｆａ＋ｄを前記イオン源の加速電圧毎に予め求めて記憶しており、
前記被加工試料のイオンビーム加工時、その時に設定されるイオン源の加速電圧に対応するガス流量ｆａ＋ｄが前記ガス流量決定部において選択され、
その選択されたガス流量ｆａ＋ｄが前記ガス流量Ｆとして固定設定される
ことを特徴とする請求項３記載のイオンビーム加工装置。
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