JP6116307B2

JP6116307B2 - 集束イオンビーム装置

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Publication number: JP6116307B2
Application number: JP2013062460A
Authority: JP
Inventors: 松田　修; 修松田; 行人八坂; 文朗荒巻
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Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2017-04-19
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Also published as: JP2014186943A

Description

この発明は、集束イオンビーム装置に関するものである。

従来から、半導体デバイス等の試料の観察や各種の評価、解析等を行ったり、試料から微細な薄片試料を取り出した後、該薄片試料を試料ホルダに固定してＴＥＭ試料を作製したりするための装置として、集束イオンビーム装置が知られている。
集束イオンビーム装置は、イオンを放出するイオン源と、イオン源が放出したイオンビームを集束イオンビーム（ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ：ＦＩＢ）にして照射する超高真空とされた集束イオンビーム鏡筒を備えている。

イオン源としては、いくつか種類があり、例えばプラズマ型イオン源や液体金属イオン源等が知られているが、これらのイオン源よりもビーム径が小さく、高輝度の集束イオンビームを発生させることができる電界電離型イオン源（ＧａｓＦｉｅｌｄＩｏｎＳｏｕｒｃｅ：ＧＦＩＳ）が提供されている。

この電界電離型イオン源は、先端が原子レベルで先鋭化された針状のエミッタと、エミッタの周囲にヘリウム（Ｈｅ）等のガスを供給するガス源と、エミッタを冷却させる冷却装置と、エミッタの先端から離れた位置に配設された引出電極と、を主に備えている。
このような構成において、ガスを供給した後、エミッタと引出電極との間に引出電圧を印加させるとともにエミッタを冷却すると、ガスがエミッタ先端部の高電界によって電界電離してイオン化し、ガスイオンとなる。すると、このガスイオンは、正電位に保持されているエミッタから反発して引出電極側に引き出される。その後、イオン源から引き出されたガスイオンは、適度に加速されるとともに、超高真空とされた集束イオンビーム鏡筒によって集束され、集束イオンビームとなる。

ところで、イオン源を構成するエミッタは消耗品であるため、例えば所定期間使用した後に交換が必要とされる。
ここで、エミッタは、超高真空とされた集束イオンビーム鏡筒の内部に設置されているため、消耗したエミッタを集束イオンビーム装置から取り出すためには、冷却装置を停止するとともに集束イオンビーム鏡筒を大気開放する必要がある。また、新しいエミッタを集束イオンビーム装置に装着した後、集束イオンビーム装置を再稼動するためには、集束イオンビーム鏡筒を加熱して内部の水分を蒸発させるとともに、超高真空となるまで減圧し、さらにエミッタを冷却して所定温度まで低下させる必要がある。このように、エミッタの交換には多くの工程が必要となるため、集束イオンビーム装置の停止時間が長くなるとういう課題があった。

上記課題を解決するために、例えば特許文献１には、イオン源が、気体と相互作用してシステムから導電性先端（エミッタ）を取り出さずに１週間以上の期間イオンビームを発生させることが可能な集束イオンビーム装置が記載されている。特許文献１によれば、イオン源が、気体原子と連続して相互作用し、システムから導電性先端を取り外さずに一週間以上（例えば、二週間以上、一月以上、二月以上）の間イオンビームを発生させることが可能であるとされている。これにより、エミッタの交換回数を減少させることができるので、集束イオンビーム装置の停止回数を減少させて、集束イオンビーム装置の稼働率の向上を図っていると考えられる。

特表２００９−５１７８３８号公報

しかしながら、従来技術にあっては、エミッタの交換回数を減少させることができるものの、エミッタの交換には、前述した多くの工程が必要である。すなわち、エミッタの交換により集束イオンビーム装置の停止時間が長くなるとういう課題に対し、根本的な解決策とはなっていない。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、エミッタの交換による停止時間を短縮でき、稼働率を向上できる集束イオンビーム装置の提供を課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の集束イオンビーム装置は、イオンビームを放出可能なエミッタを内部に備えたイオン源室と、前記イオン源室から放出された前記イオンビームを集束して照射する集束イオンビーム鏡筒と、連通孔を通じて内部が前記集束イオンビーム鏡筒の内部と連通する予備室と、前記予備室の内部を真空にするための予備室用ポンプと、前記連通孔を開閉可能とする開閉バルブと、前記連通孔を通じて、前記集束イオンビーム鏡筒の内部および前記予備室の内部いずれか一方から他方に前記イオン源室を搬送する搬送装置と、を備え、前記搬送装置は、前記予備室で前記イオン源室に接続されて、前記イオン源室ごと前記エミッタを加熱するための加熱部を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、連通孔を通じて内部が集束イオンビーム鏡筒の内部と連通する予備室と、連通孔を開閉可能とする開閉バルブと、連通孔を通じてイオン源室を搬送する搬送装置と、を備えているので、搬送装置により集束イオンビーム鏡筒の内部から予備室に消耗したエミッタを含む使用済のイオン源室を搬送したあと、開閉バルブを閉鎖することで、集束イオンビーム鏡筒の内部を真空状態としたまま、集束イオンビーム鏡筒の内部から使用済のイオン源室を取り出すことができる。
また、予備室の内部を真空にするための予備室用ポンプを備えているので、使用済のイオン源室を取り出して未使用のイオン源室と交換した後、予備室用ポンプを駆動して予備室を真空状態とすることができる。そして、開閉バルブを開放し、搬送装置により予備室の内部から集束イオンビーム鏡筒の内部に未使用のイオン源室を搬送したあと、開閉バルブを閉鎖することで、集束イオンビーム鏡筒の内部を真空状態としたまま、集束イオンビーム鏡筒の内部に未使用のイオン源室を供給できる。
すなわち、使用済のイオン源室と未使用のイオン源室との交換を、集束イオンビーム鏡筒の内部を真空状態としたまま行うことができる。これにより、集束イオンビーム装置を再稼動する際に、集束イオンビーム鏡筒の内部を真空状態にする工程が不要となるので、エミッタの交換による集束イオンビーム装置の停止時間を短縮でき、集束イオンビーム装置の稼働率を向上できる。

本発明によれば、搬送装置は、予備室の内部でイオン源室に接続されて、イオン源室ごとエミッタを加熱するための加熱部を備えているので、予備室で未使用のイオン源室を加熱するとともに、予備室を真空状態とすることができる。これにより、集束イオンビーム装置を再稼動する際に、集束イオンビーム鏡筒の内部を真空状態にする工程と集束イオンビーム鏡筒を加熱する工程とが不要となるので、エミッタの交換による集束イオンビーム装置の停止時間をさらに短縮でき、集束イオンビーム装置の稼働率を大幅に向上できる。

また、前記集束イオンビーム鏡筒の内部には、前記イオン源室が接続されて前記エミッタに電圧を印加するための端子台が設けられ、前記イオン源室は、前記端子台に対して着脱可能に取り付けられていることを特徴としている。

本発明によれば、集束イオンビーム鏡筒の内部において、イオン源室と端子台とを簡単に着脱できる。したがって、エミッタの交換による集束イオンビーム装置の停止時間をさらに短縮できる。

また、前記イオン源室ごと前記エミッタを冷却するための冷却装置を備え、前記冷却装置は、前記イオン源室に対して着脱可能な接続部を備え、前記接続部は、弾性変形可能に形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、冷却装置は、イオン源室に対して着脱可能な接続部を備えているので、集束イオンビーム鏡筒の内部において、イオン源室と冷却装置とを簡単に接続できる。したがって、エミッタの交換による集束イオンビーム装置の停止時間をさらに短縮できる。また、接続部は、弾性変形可能に形成されているので、例えば集束イオンビーム鏡筒の内部のガスが循環することにより、冷却装置に振動が発生した場合であっても、イオンビームの放出元であるイオン源室に冷却装置の振動が伝達するのを抑制できる。これにより、精度よくイオンビームを試料に照射できるので、高性能な集束イオンビーム装置とすることができる。

実施形態に係る集束イオンビーム装置の全体構成図である。第一連通孔を開放したときの説明図である。集束イオンビーム鏡筒の内部から予備室の内部に使用済のイオン源室を搬送するときの説明図である。使用済のイオン源室と未使用のイオン源室とを交換する際の説明図である。未使用のイオン源室を予備室の内部に配置したときの説明図である。未使用のイオン源室を集束イオンビーム鏡筒の内部に搬送したときの説明図である。未使用のイオン源室を集束イオンビーム鏡筒の内部に配置したときの説明図である。

以下に、この発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、各図では、各部材の構造をわかりやすくするため、各部材の寸法を現実のものから適宜変更して描いている。
図１は、実施形態に係る集束イオンビーム装置１の全体構成図である。集束イオンビーム装置１は、水平面に沿う不図示の床面に載置されている。なお、以下の説明では、水平面上で直交する軸線をそれぞれＸ軸およびＹ軸と定義し、Ｘ軸およびＹ軸と直交する軸線をＺ軸と定義し、必要に応じてＸＹＺの直交座標系を用いて説明をする。

図１に示すように、集束イオンビーム装置１は、主に試料室２と、イオンビームを放出可能なエミッタ１１を内部に備えたイオン源室１０と、イオン源室１０から放出されたイオンビームを集束して照射する集束イオンビーム鏡筒２０と、内部が第一連通孔２１（請求項の「連通孔」に相当。）を通じて集束イオンビーム鏡筒２０の内部と連通する予備室３０と、予備室３０を真空にするための予備室用ポンプ３５と、第一連通孔２１を開閉可能とする開閉バルブ４０と、イオン源室１０を搬送する搬送装置４５と、イオン源室１０ごとエミッタ１１を冷却するための冷却装置５０と、集束イオンビーム装置１を制御する制御部７と、を備えている。以下に、各部について詳細に説明する。

試料室２は、集束イオンビームＦが照射される試料Ｓと、試料Ｓが載置されるステージ３と、集束イオンビームＦの照射によって発生した二次荷電粒子Ｒを検出する検出器４と、原料ガスＧを供給するガス銃５と、を収容している。
ステージ３は、試料室２内に配置されて制御部７の指示に基づいて作動するようになっており、５軸に変位することができるようになっている。すなわち、このステージ３は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って移動する水平移動機構と、ステージ３をＸ軸およびＹ軸回りに回転させて傾斜させるチルト機構と、ステージ３をＺ軸回りに回転させるローテーション機構とから構成される変位機構によって支持されている。

検出器４は、集束イオンビームＦが試料Ｓに照射されたときに、試料Ｓから発せられる二次電子や二次イオン、反射イオン、散乱イオン等の二次荷電粒子Ｒを検出して、制御部７に出力している。
ガス銃５は、デポジション膜の原料となる物質（例えば、フェナントレン、プラチナ、カーボンやタングステン等）を含有した化合物ガスを原料ガスＧとして供給するようになっている。この原料ガスＧは、集束イオンビームＦの照射によって発生した二次荷電粒子Ｒによって分解され、気体成分と固体成分とに分離するようになっている。また、デポジション膜の原料ガスＧの代わりに、イオンビームエッチングを増進させるエッチングガスを用いて、ガスアシストエッチングをすることもできる。エッチングガスとしては、フッ素、塩素などのハロゲン系ガスを用いる。また、ガス銃５をデポジション用として、ガス銃５とは別にエッチング用のガス銃を備えても良い。

イオン源室１０は、ステージ３側に開口１０ａを有するボックス状に形成されており、内部にイオンビームを放出可能なエミッタ１１と、開口１０ａを閉塞するように設けられた引出電極１４と、を備えている。
エミッタ１１は、先端が先鋭化された針状の導電性部材であり、例えば、タングステン（Ｗ）等からなる基材にイリジウム（Ｉｒ）等の貴金属が被膜されることで形成されている。エミッタ１１は、イオンビームを放出する放出源となっており、先端が試料Ｓを指向した状態でイオン源室１０の内部に収容されている。
イオン源室１０には、不図示のガス導入管が接続されており、エミッタ１１の周囲に例えば水素やヘリウム、アルゴン等のイオン源ガスが供給可能とされている。

引出電極１４は、エミッタ１１の先端から離間した状態でイオン源室１０の開口１０ａに配設されている。引出電極１４には、エミッタ１１の先端に対向する位置にビーム通過孔１４ａが形成されている。
イオン源室１０は、集束イオンビーム鏡筒２０の内部に支持された端子台８に対して固定されている。端子台８は、エミッタ１１に電圧を印加するためのものであり、不図示の接続端子を備えている。イオン源室１０と端子台８とは、例えばイオン源室１０に設けられた不図示の接続端子と端子台８の接続端子とが嵌合することにより、互いに着脱可能に接続される。このとき、イオン源室１０内のエミッタ１１および引出電極１４と、端子台８とは、互いに電気的に接続される。また、端子台８は、集束イオンビーム鏡筒２０の外部に設けられた引出電源部９に接続される。引出電源部９からエミッタ１１および引出電極１４に対して電圧を印加することにより、エミッタ１１の最先端でイオン源ガスをイオン化させてガスイオンとするとともに、エミッタ１１と引出電極１４との間に電界を発生させ、ガスイオンを引出電極１４側に引き出すことができる。

集束イオンビーム鏡筒２０は、イオン源室１０および端子台８を収納するとともに、内部にコンデンサレンズ２３と、オリフィス２５と、対物レンズ２７と、を備えている。
コンデンサレンズ２３は、イオン源室１０よりも試料Ｓ側において、Ｚ方向に並んで複数枚（本実施形態では３枚）配設されている。コンデンサレンズ２３は、イオン源室１０の内部のエミッタ１１から放出されたイオンビームを集束させて、集束イオンビームＦとしている。
オリフィス２５は、コンデンサレンズ２３よりも試料Ｓ側に配設されている。オリフィス２５は、オリフィス２５よりもイオン源室１０に、原料ガスＧのガス分子等が侵入するのを抑制している。また、オリフィス２５には、中央に微少な貫通孔が形成されている。これにより、イオンビームは、オリフィス２５を通過可能とされる。
対物レンズ２７は、オリフィス２５よりも試料Ｓ側に配設されている。対物レンズ２７は、集束イオンビームＦの焦点を試料Ｓに合わせている。

集束イオンビーム鏡筒２０には、鏡筒用ポンプ２９が接続されている。鏡筒用ポンプ２９としては、例えばターボモレキュラポンプ（ＴｕｒｂｏｍｏｌｅｃｕｌａｒＰｕｍｐ：ＴＭＰ）が好適である。鏡筒用ポンプ２９は、オリフィス２５とイオン源室１０との間に設けられており、集束イオンビーム鏡筒２０の内部の真空度を調節している。鏡筒用ポンプ２９により、集束イオンビーム鏡筒２０の内部は、例えば超真空状態に維持される。

集束イオンビーム鏡筒２０の外側壁２０ａには、イオン源室１０に対応した位置に、集束イオンビーム鏡筒２０の内外を連通する第一連通孔２１と、イオン源室１０を挟んで第一連通孔２１と対向する位置において、集束イオンビーム鏡筒２０の内外を連通する第二連通孔２２とが形成されている。

第一連通孔２１は、イオン源室１０の外形よりも大きくなっており、イオン源室１０が通過可能となっている。
第一連通孔２１に対応する位置には、集束イオンビーム鏡筒２０に隣接するように、予備室３０が設けられている。予備室３０の内部は、集束イオンビーム鏡筒２０の内部と第一連通孔２１（請求項の「連通孔」に相当。）を通じて連通している。また、予備室３０の内部は、例えばイオン源室１０を収容可能な大きさに形成されている。

予備室３０の壁部３１には、開口部３２が設けられている。本実施形態では、予備室３０の壁部３１のうち、天壁３１ａに開口部３２が設けられている。開口部３２は、イオン源室１０の外形よりも大きくなっており、イオン源室１０が開口部３２を通過可能となっている。これにより、開口部３２を通じて、集束イオンビーム装置１の外部から予備室３０の内部にイオン源室１０を導入できるとともに、予備室３０の内部から集束イオンビーム装置１の外部にイオン源室１０を取り出すことができる。
また、予備室３０の天壁３１ａには、開口部３２を開放および閉塞する蓋部３３が設けられている。蓋部３３により開口部３２を開放することで、予備室３０の内部と外部とが開口部３２を通じて連通される。また、蓋部３３により開口部３２を閉塞することで、予備室３０の内部が密閉される。

予備室３０には、予備室用ポンプ３５が設けられている。予備室用ポンプ３５は、例えば予備室３０の壁部３１のうち、底壁３１ｃに取り付けられている。予備室用ポンプ３５としては、鏡筒用ポンプ２９と同様に、例えばターボモレキュラポンプが好適である。予備室用ポンプ３５は、予備室用ポンプ３５の内部の真空度を調節している。予備室用ポンプ３５により、予備室３０の内部は、集束イオンビーム鏡筒２０の内部の真空度と同等の超真空状態に維持される。

予備室３０の内部には、第一連通孔２１を開閉可能とする開閉バルブ４０が設けられている。開閉バルブ４０は、例えば不図示のアクチュエータにより集束イオンビーム鏡筒２０に沿うようにスライド移動可能なバルブ部４１を備えている。バルブ部４１により第一連通孔２１を開放することで、集束イオンビーム鏡筒２０の内部と予備室３０の内部とが第一連通孔２１を通じて連通される。また、バルブ部４１により第一連通孔２１を閉塞することで、集束イオンビーム鏡筒２０の内部と予備室３０の内部とが分離される。

予備室３０には、搬送装置４５が取り付けられている。搬送装置４５は、例えば予備室３０の壁部３１のうち、側壁３１ｂに取り付けられている。搬送装置４５は、側壁３１ｂに固定された支持部４６と、予備室３０の内部に配置されたアーム部４７と、により構成されている。

アーム部４７の外形は、第一連通孔２１よりも小さくなっている。アーム部４７は、水平方向に沿って伸縮可能、かつ第一連通孔２１を通じて集束イオンビーム鏡筒２０の内部に対して進退可能に形成されている。
アーム部４７の先端部４８には、不図示のクランプ機構が設けられている。アーム部４７は、伸長することにより、開放された第一連通孔２１を通じて、集束イオンビーム鏡筒２０の内部に進入し、端子台８に固定されたイオン源室１０を把持することができる。また、アーム部４７は、端子台８に固定されたイオン源室１０を把持しつつ収縮することにより、集束イオンビーム鏡筒２０の内部から退避し、端子台８とイオン源室１０との電気的および機械的接続を解除するとともに、イオン源室１０を予備室３０の内部に引き込むことができる。

ここで、搬送装置４５は、アーム部４７の先端部４８に加熱部４８ａを備えている。加熱部４８ａは、例えばアーム部４７の先端部４８に設けられたフィラメント等である。制御部７の指示によって作動する不図示の電流源から加熱部４８ａに電流が供給されることにより、加熱部４８ａは、所定温度まで発熱する。したがって、アーム部４７のクランプ部によりイオン源室１０を把持した状態で、イオン源室１０ごとエミッタ１１を加熱することができる。なお、イオン源室１０の加熱方法はこれに限定されず、例えば加熱部４８ａを予備室３０外壁に設け、イオン源室１０を予備室３０内壁に接触させて加熱することも可能である。

第二連通孔２２に対応する位置には、集束イオンビーム鏡筒２０に隣接するように、冷却装置５０が設けられている。冷却装置５０は、水平方向に延在する例えば筒状のケース部５１と、ケース部５１の内部に配置される冷却ヘッド部５３と、を主に備えている。ケース部５１の一部分は、ケース部５１の延在方向に伸縮可能な蛇腹部５２となっている。冷却装置５０は、不図示のアクチュエータによって水平方向に移動可能となっている。このとき、ケース部５１の蛇腹部５２が伸縮することにより、冷却ヘッド部５３は、第一連通孔２１を通じて、集束イオンビーム鏡筒２０の内部に対して進退可能となっている。

冷却ヘッド部５３の先端部には、接続部５５が設けられている。接続部５５は、熱伝導性に優れた、例えば銅やアルミニウム等の金属材料により形成されている。接続部５５は、冷却ヘッド部５３が集束イオンビーム鏡筒２０の内部に進入したときに、イオン源室１０に接続されるとともに、冷却ヘッド部５３が集束イオンビーム鏡筒２０の内部から退避したときに、イオン源室１０との接続が解除される。すなわち、冷却装置５０の接続部５５は、イオン源室１０に対して着脱可能となっている。

ここで、接続部５５は、例えば線状の金属材料を束ねて撚線としたものや、ばね状に形成されたもの等、可撓性を有する弾性変形可能なものが望ましい。すなわち、接続部５５が弾性変形可能に形成されることにより、例えば集束イオンビーム鏡筒２０の内部におけるガスの循環に起因して、冷却装置５０に振動が発生した場合であっても、イオンビームの放出元であるイオン源室１０に冷却装置５０の振動が伝達するのを抑制できる。

制御部７は、上述したステージ３やガス銃５、鏡筒用ポンプ２９、予備室用ポンプ３５、開閉バルブ４０、搬送装置４５等、集束イオンビーム装置１の各構成部品と接続されて、これら各構成部品を制御している。
また、制御部７は、引出電源部９と接続されるとともに引出電源部９を制御している。これにより、制御部７は、引出電圧や加速電圧、ビーム電流等を適宜変化させて、集束イオンビームＦのビーム径を自在に調整できるようになっている。
また、制御部７は、検出器４で検出された二次荷電粒子Ｒを輝度信号に変換して観察画像データを生成した後、該観察画像データに基づいて表示部６に観察画像を出力させている。これにより、作業者は、表示部６を介して試料Ｓの観察画像を確認できる。

（作用）
続いて、上述のように形成された集束イオンビーム装置１において、イオン源室１０を交換するときの作用について説明する。なお、イオン源室１０の交換前において、予備室３０の内部は、集束イオンビーム鏡筒２０の内部と同程度の超真空状態となっている。また、以下の説明では、使用済のイオン源室１０をイオン源室１０Ａとして符号を付し、未使用のイオン源室１０をイオン源室１０Ｂとして符号を付している。

図２は、第一連通孔２１を開放したときの説明図である。
図２に示すように、まず、集束イオンビームＦ（図１参照）の照射時にイオン源室１０内のエミッタ１１に供給される、例えば水素やヘリウム、アルゴン等のイオン源ガスの供給を停止する。
続いて、冷却装置５０の接続部５５を使用済のイオン源室１０Ａから離反する方向に移動させる。これにより、冷却装置５０と使用済のイオン源室１０Ａとの接続が解除される。
続いて、開閉バルブ４０のバルブ部４１を下方にスライド移動させて、第一連通孔２１を開放する。このとき、予備室３０の内部は、集束イオンビーム鏡筒２０の内部と同程度の超真空状態となっているため、第一連通孔２１を開放した場合であっても、集束イオンビーム鏡筒２０の内部は、超真空状態に維持される。
続いて、搬送装置４５のアーム部４７を伸長させ、開放された第一連通孔２１を通じて、集束イオンビーム鏡筒２０の内部にアーム部４７を進入させる。そして、アーム部４７の先端部４８のクランプ機構により、端子台８に固定された使用済のイオン源室１０Ａを把持する。

図３は、集束イオンビーム鏡筒２０の内部から予備室３０の内部に使用済のイオン源室１０Ａを搬送するときの説明図である。
続いて、図３に示すように、使用済のイオン源室１０Ａを把持した状態で、搬送装置４５のアーム部４７を収縮させる。これにより、搬送装置４５のアーム部４７は、集束イオンビーム鏡筒２０の内部から予備室３０の内部に退避する。このとき、イオン源室１０は、端子台８との電気的および機械的接続が解除されるとともに、予備室３０の内部に引き込まれる。
続いて、開閉バルブ４０のバルブ部４１を上方にスライド移動させて、第一連通孔２１を閉塞する。これにより、集束イオンビーム鏡筒２０の内部と予備室３０の内部とが分離されるとともに、集束イオンビーム鏡筒２０および予備室３０が密閉される。

図４は、使用済のイオン源室１０Ａと未使用のイオン源室１０Ｂとを交換する際の説明図である。
続いて、図４に示すように、予備室３０の蓋部３３を開き、予備室３０の開口部３２を開放する。このとき、予備室３０の内部は、大気開放される。
続いて、予備室３０の開口部３２から予備室３０の外部に使用済のイオン源室１０Ａを取り出すとともに、予備室３０の開口部３２から予備室３０の内部に未使用のイオン源室１０Ｂを導入する。そして、未使用のイオン源室１０Ｂを搬送装置４５のアーム部４７に把持させ、アーム部４７の先端部４８に未使用のイオン源室１０Ｂを接続する。

図５は、未使用のイオン源室１０Ｂを予備室３０の内部に配置したときの説明図である。
続いて、図５に示すように、予備室３０の蓋部３３を閉じ、予備室３０の開口部３２を閉塞する。そして、アーム部４７に設けられた加熱部４８ａに電流を供給して、未使用のイオン源室１０Ｂを加熱するとともに、予備室用ポンプ３５を駆動させて予備室３０の内部の真空引きを行う。これにより、予備室３０の内部の水分が除去されるとともに、予備室３０の内部が再び超真空状態となる。

図６は、未使用のイオン源室１０Ｂを集束イオンビーム鏡筒２０の内部に搬送したときの説明図である。
続いて、図６に示すように、開閉バルブ４０のバルブ部４１をスライド移動させて、第一連通孔２１を開放する。このとき、予備室３０の内部は、集束イオンビーム鏡筒２０の内部と同程度の超真空状態となっているため、第一連通孔２１を開放した場合であっても、集束イオンビーム鏡筒２０の内部は、超真空状態に維持される。
続いて、搬送装置４５のアーム部４７を伸長させ、開放された第一連通孔２１を通じて、集束イオンビーム鏡筒２０の内部にアーム部４７およびこのアーム部４７に把持された未使用のイオン源室１０Ｂを進入させる。そして、端子台８に未使用のイオン源室１０Ｂを装着する。これにより、イオン源室１０に設けられた不図示の接続端子と端子台８の接続端子とが嵌合し、端子台８と未使用のイオン源室１０Ｂとが互いに着脱可能に接続されるとともに、イオン源室１０内のエミッタ１１および引出電極１４と端子台８とが、互いに電気的に接続される。
続いて、冷却装置５０の接続部５５を、未使用のイオン源室１０Ｂに対して接近する方向に移動させる。そして、冷却装置５０の接続部５５を未使用のイオン源室１０Ｂに接続する。これにより、未使用のイオン源室１０Ｂごとエミッタ１１を冷却できる。

図７は、未使用のイオン源室１０Ｂを集束イオンビーム鏡筒２０の内部に配置したときの説明図である。
続いて、図７に示すように、搬送装置４５のアーム部４７による未使用のイオン源室１０Ｂの把持を解除し、搬送装置４５のアーム部４７を収縮させる。これにより、搬送装置４５のアーム部４７は、集束イオンビーム鏡筒２０の内部から予備室３０の内部に退避する。
最後に、開閉バルブ４０のバルブ部４１を上方にスライド移動させて、第一連通孔２１を閉塞する。
以上で、使用済のイオン源室１０Ａ（図２参照）と未使用のイオン源室１０Ｂとの交換が終了する。

本実施形態によれば、第一連通孔２１を通じて内部が集束イオンビーム鏡筒２０の内部と連通する予備室３０と、第一連通孔２１を開閉可能とする開閉バルブ４０と、第一連通孔２１を通じてイオン源室１０を搬送する搬送装置４５と、を備えているので、搬送装置４５により集束イオンビーム鏡筒２０の内部から予備室３０に消耗したエミッタ１１を含む使用済のイオン源室１０Ａを搬送したあと、開閉バルブ４０を閉鎖することで、集束イオンビーム鏡筒２０の内部を真空状態としたまま、集束イオンビーム鏡筒２０の内部から使用済のイオン源室１０Ａを取り出すことができる。
また、予備室３０の内部を真空にするための予備室用ポンプ３５を備えているので、使用済のイオン源室１０Ａを取り出して未使用のイオン源室１０Ｂと交換した後、予備室用ポンプ３５を駆動して予備室３０を真空状態とすることができる。そして、開閉バルブ４０を開放し、搬送装置４５により予備室３０の内部から集束イオンビーム鏡筒２０の内部に未使用のイオン源室１０Ｂを搬送したあと、開閉バルブ４０を閉鎖することで、集束イオンビーム鏡筒２０の内部を真空状態としたまま、集束イオンビーム鏡筒２０の内部に未使用のイオン源室１０Ｂを供給できる。
すなわち、使用済のイオン源室１０Ａと未使用のイオン源室１０Ｂとの交換を、集束イオンビーム鏡筒２０の内部を真空状態としたまま行うことができる。これにより、集束イオンビーム装置１を再稼動する際に、集束イオンビーム鏡筒２０の内部を真空状態にする工程が不要となるので、エミッタ１１の交換による集束イオンビーム装置１の停止時間を短縮でき、集束イオンビーム装置１の稼働率を向上できる。

また、搬送装置４５は、予備室３０の内部でイオン源室１０に接続されて、イオン源室１０ごとエミッタ１１を加熱するための加熱部４８ａを備えているので、予備室３０で未使用のイオン源室１０Ｂを加熱するとともに、予備室３０を真空状態とすることができる。これにより、集束イオンビーム装置１を再稼動する際に、集束イオンビーム鏡筒２０の内部を真空状態にする工程と集束イオンビーム鏡筒２０を加熱する工程とが不要となるので、エミッタ１１の交換による集束イオンビーム装置１の停止時間をさらに短縮でき、集束イオンビーム装置１の稼働率を大幅に向上できる。

また、集束イオンビーム鏡筒２０の内部において、イオン源室１０と端子台８とを簡単に着脱できる。したがって、エミッタ１１の交換による集束イオンビーム装置１の停止時間をさらに短縮できる。

また、冷却装置５０は、イオン源室１０に対して着脱可能な接続部５５を備えているので、集束イオンビーム鏡筒２０の内部において、イオン源室１０と冷却装置５０とを簡単に接続できる。したがって、エミッタ１１の交換による集束イオンビーム装置１の停止時間をさらに短縮できる。また、接続部５５は、弾性変形可能に形成されているので、例えば集束イオンビーム鏡筒２０の内部のガスが循環することにより、冷却装置５０に振動が発生した場合であっても、イオンビームの放出元であるイオン源室１０に冷却装置５０の振動が伝達するのを抑制できる。これにより、精度よくイオンビームを試料Ｓに照射できるので、高性能な集束イオンビーム装置１とすることができる。

なお、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

実施形態においては、予備室３０の蓋部３３を開放して使用済のイオン源室１０Ａと未使用のイオン源室１０Ｂとを交換していた。これに対して、例えば、集束イオンビーム装置１の稼動時に、予め予備室３０の内部に未使用のイオン源室１０Ｂを導入しておいてもよい。これにより、集束イオンビーム装置１の稼動時に、未使用のイオン源室１０Ｂを予め加熱できるとともに予備室３０の内部を超真空状態とすることができる。さらに、予備室３０の蓋部３３を開放することなく、予備室３０の内部で、使用済のイオン源室１０Ａと未使用のイオン源室１０Ｂとを交換できる。

エミッタ１１の材料や、ガス銃５から供給される原料ガスＧの原料等は、実施形態に限定されない。また、予備室３０や搬送装置４５、冷却装置５０、冷却装置５０の接続部５５等の材料や形状等は、実施形態に限定されない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１・・・集束イオンビーム装置８・・・端子台１０・・・イオン源室１０Ａ・・・使用済のイオン源室（イオン源室）１０Ｂ・・・未使用のイオン源室（イオン源室）１１・・・エミッタ２０・・・集束イオンビーム鏡筒２１・・・第一連通孔（連通孔）３０・・・予備室３５・・・予備室用ポンプ４０・・・開閉バルブ４５・・・搬送装置４８ａ・・・加熱部５０・・・冷却装置５５・・・接続部

Claims

イオンビームを放出可能なエミッタを内部に備えたイオン源室と、
前記イオン源室から放出された前記イオンビームを集束して照射する集束イオンビーム鏡筒と、
前記集束イオンビーム鏡筒の内部と連通孔を通じて連通する予備室と、
前記予備室を真空にするための予備室用ポンプと、
前記連通孔を開閉可能とする開閉バルブと、
前記連通孔を通じて、前記集束イオンビーム鏡筒の内部および前記予備室のいずれか一方から他方に前記イオン源室を搬送する搬送装置と、
を備え、
前記搬送装置は、前記予備室で前記イオン源室に接続されて、前記イオン源室ごと前記エミッタを加熱するための加熱部を備えていることを特徴とする集束イオンビーム装置。
請求項１に記載の集束イオンビーム装置であって、
前記集束イオンビーム鏡筒の内部には、前記イオン源室が接続されて前記エミッタに電圧を印加するための端子台が設けられ、
前記イオン源室は、前記端子台に対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とする集束イオンビーム装置。
請求項１または２に記載の集束イオンビーム装置であって、
前記イオン源室ごと前記エミッタを冷却するための冷却装置を備え、
前記冷却装置は、前記イオン源室に対して着脱可能な接続部を備え、
前記接続部は、弾性変形可能に形成されていることを特徴とする集束イオンビーム装置。