JPH05112881A

JPH05112881A - イオンミリング装置のガス導入系

Info

Publication number: JPH05112881A
Application number: JP3110300A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Nonaka; 裕貴野中; Hiroshi Muto; 宏史武藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Science Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Science Systems Ltd
Priority date: 1991-05-15
Filing date: 1991-05-15
Publication date: 1993-05-07
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JP2675688B2

Abstract

(57)【要約】【目的】イオンミリング装置のガス導入系において、
イオンガンの印加電圧の高低に拘らず、広い範囲のイオ
ンガン印加電圧に対して安定した放電電流を与えるよう
にする。【構成】流量調整手段を有し且つこの流量調整手段で
流量を調整されたイオン化ガスをイオンガンに導入する
ガス導入系とを備えたイオンミリング装置で、ガス導入
系は、複数のガス導入路を並列に接続して構成され、イ
オンガンに導入されるイオン化ガスの流量範囲に対応し
て複数のガス導入系のいずれかを選択してイオン化ガス
を導入する。特に、イオンガンに印加される電圧に対応
して、複数のガス導入路のいずれかを選択するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイオンミリング装置のガ
ス導入系に係り、特に、イオンガンの放電電流の安定化
に寄与するイオンミリング装置のガス導入系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のイオンミリング装置では、イオン
ガンにおけるアノードとカソードの間に所要の電圧を印
加すると共に、アノードとカソードとの間のスペース
に、アルゴンガス等のイオン化ガスを導入して流すよう
に構成されている。前記のイオンガン印加電圧は、安定
して維持されるが、放電電流は比較的に不安定である。
そこで、イオンガンでは、発生する放電電流を、前記導
入ガスの流量を調整することにより、調整するように構
成している。こうしてイオンミイリング装置では、イオ
ンガンにイオン化ガスを供給するためのガス導入系が設
けられる。従来のガス導入系は、約０．５ｋｇ／ｃｍ²
に減圧された導入ガスを、ガス導入口から取り入れ、電
磁弁等のストップバルブやガス流量を調整するためのニ
ールドバルブを備えたガス流路を経由して、前記イオン
ガンにイオン化ガスを導入するように構成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の如くイオンガン
に高電圧を印加し且つ導入ガスの流量によって放電電流
を調整するイオンミリング装置では、導入ガスの流量
は、イオンガンに印加される電圧に応じて大きく異なる
という関係を有している。導入ガスの流量と放電電流の
関係を、印加電圧に対応させて、図２に示す。従来のイ
オンミリング装置では、ニードルバルブを用いて導入ガ
ス流量を調整していた。そのため、微小流量から５cc/m
in以上の大流量までの広範囲の流量調整が必要であるに
も拘らず、図２で明らかなように、微小流量の領域での
流量調整が困難であった。

【０００４】図３にはニードルバルブでガス流量を調整
したときの放電電流の変化を示す。イオンガンの印加電
圧が２ｋＶの場合（図３（Ａ）に示す）、放電電流１ｍ
Ａを得るためには、約２．２cc/minの導入ガスが必要で
あるが、この流量域では、ニードルバルブの流量調整が
安定していること、イオンガス印加電圧が低いときには
導入ガスの流量の変化に対して放電電流の変化が少ない
ことから、放電電流は緩やかに減少していく。従って６
０分のイオンミリングを行う場合に、放電電流は１．１
ｍＡから０．９ｍＡまでしか変化しないので、ニードル
バルブを流量調整器として用いても、安定したサンプル
処理を行うことができる。

【０００５】上記の流量制御に対して、イオンガンの印
加電圧が６ｋＶである場合には（図３（Ｂ）に示す）、
放電電流１ｍＡを得るための導入ガス量は、約０．７cc
/minで、仮にニードルバルブを使用するとしたら、ニー
ドルバルブをかなり絞り込んだ状態で使用することにな
る。ニードルバルブを用いて１cc/min以下の微小流量を
調整することはかなり困難であり、そのため、時間の経
過と共に流量は変化する。また、イオンガスの印加電圧
が高いときには、導入ガスの流量の変化に対して、放電
電流が大きく変化する。従って、放電電流が大きく変化
しないように、頻繁に導入ガスの流量を調整する必要が
生じる。

【０００６】従って、ニードルバルブによる導入ガスの
流量調整は、イオンガンの印加電圧が低い場合、すなわ
ち導入ガスの流量が多い場合には有効であるが、イオン
ガンの印加電圧が高い場合、すなわち導入ガスの流量が
微小な場合には有効ではないことが分かる。

【０００７】上記のニードルバルブに対して微小流量を
調整できる他の流量調整手段としてマスフローコントロ
ーラが存在する。マスフローコントローラを導入ガスの
流量調整に使用した場合の放電電流の変化を、図４に示
す。この図で明らかなようにマスフローコントローラ
は、流量分解能が０．０２cc/minと高く、イオンガンの
印加電圧が６ｋＶと高い場合にも、安定したガス供給を
行うことができ、そのため放電電流は安定している。し
かし、マスフローコントローラによる流量調整では、フ
ルスケールで１cc/minの流量までしかとることができ
ず、そのため、イオンガンの印加電圧が低い場合には流
量不足となり、使用することができないという不具合を
有する。

【０００８】以上の如く、ニードルバルブのような流量
を多く取れる流量調整手段は、イオンガン印加電圧が高
い場合に放電電流が大きくなって使用できず、マスフロ
ーコントローラのような微小流量が制御できる流量調整
手段は、イオンガン印加電圧が低い場合に使用できない
という問題が存在した。

【０００９】本発明の目的は、上記の問題に鑑み、イオ
ンガンの印加電圧の高低に拘らず、広い範囲のイオンガ
ン印加電圧に対して安定した放電電流を与えることがで
きるイオンミリング装置のガス導入系を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るイオンミリ
ング装置のガス導入系は、上記目的を達成するため、次
のように構成される。１．試料室と、この試料室を真空状態にする排気装置
と、試料室に配設されるイオンガンと、このイオンガン
に高電圧を印加する電源と、流量調整手段を有し且つこ
の流量調整手段で流量を調整されたイオン化ガスをイオ
ンガンに導入するガス導入系とを備えたイオンミリング
装置であり、ガス導入系が、複数のガス導入路を並列に
接続して構成され、イオンガンに導入されるイオン化ガ
スの流量範囲に対応して複数のガス導入路のいずれかを
選択してイオン化ガスを導入するように構成される。２．前記第１の構成を有するイオンミリング装置のガス
導入系において、イオンガンに印加される電圧に対応し
て、複数のガス導入路のいずれかを選択するようにした
ことを特徴とする。３．前記第１の構成を有するイオンミリング装置のガス
導入系において、複数のガス導入路は、ニードルバルブ
を備えたガス流路とマスフローコントローラを備えたガ
ス流路からなり、イオンガンに印加される電圧に対応し
て、２つのガス導入路のいずれかを選択するようにした
ことを特徴とする。４．前記第２又は第３の構成を有するイオンミリング装
置のガス導入系において、並列に配設されたガス導入路
の各ガス流路にストップバルブを配設し、イオンガンに
印加される電圧を検出し且つ印加電圧に応じてストップ
バルブのいずれかを開状態とし、他を閉状態とする指令
信号を出力する制御手段を設けたことを特徴とする。５．前記第４の構成を有するイオンミリング装置のガス
導入系において、制御手段の代わりに、オペレータが、
印加電圧を設定し、当該印加電圧に対応するストップバ
ルブを開き、その他のストップバルブを閉じるようにし
たことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明によるイオンミリング装置のガス導入系
では、次の作用が生じる。ガス導入系が、複数のガス導
入路を並列に接続して構成され、イオンガンに導入され
るイオン化ガスの流量範囲に対応して複数のガス導入路
のいずれかを選択してイオン化ガスを導入することで、
放電電流を安定化するに当たって、必要とされる適切な
イオン化ガスの流量を、制約を受けることなく設定する
ことができることが可能となる。イオンガンの印加電圧
に応じて、複数並設したガス導入路から最適なものを選
択することができる。特に、ニードルバルブを備えたガ
ス導入路とマスフローコントローラを備えたガス導入路
とを並列に接続した構成のものでは、イオンガン印加電
圧が高い場合にはニードルバルブを備えたガス導入路を
使用し、イオンガン印加電圧が低い場合にはマスフロー
コントローラを備えたガス導入路を使用することで、広
い範囲のイオンガン印加電圧に対して適切に対応し、常
に最適なイオン化ガスの流量を設定でき、放電電流を安
定化することが可能となる。前記の複数のガス導入路の
うちのいずれかを選択するための装置構成は、検出装置
と操作装置と制御手段を付設して、自動的に行うように
することもでき、また制御手段の代わりに、オペレータ
により手動で行うようにしても良い。

【００１２】

【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を添付図面に
基づいて説明する。図１は本発明によるイオンミリング
装置のガス導入系の構成を示す。１はイオンミリング装
置を指している。イオンミリング装置１の外部には、導
入ガスが収容されたガスボンベ２、電源３が配設され
る。ガスボンベ２から、減圧弁を介して例えば０．５ｋ
ｇ／ｃｍ²程度に減圧されたイオン化ガス（例えばアル
ゴンガス）が、イオンミリング装置１に供給される。イ
オンミリング装置１内において４はイオンガン、５は試
料室である。試料室５は図示しない排気装置で真空状態
に排気され、その中には、所定の箇所に試料サンプル６
が配置され、更にこの試料サンプル６にイオンガン４の
先部が臨んでいる。イオンガン４は試料室５内で放電を
発生し、その先部からイオンビームを発生する。発生し
たイオンビームは試料サンプル６に与えられる。放電を
発生するため、電源３から電圧設定器７で設定された所
要の電圧が、イオンガン４に印加される。

【００１３】ガスボンベ２からイオンミリング装置１に
供給されたイオン化ガスは、ガス導入路を通ってイオン
ガン４の所定の箇所に導入される。ガス導入路は、並列
に配設された２つのガス導入路８，９から構成される。
ガス導入路８には、ストップバルブ１０とニードルバル
ブ１１が配設される。従って、ガス導入路８を通ってイ
オンガン４に導入されるイオン化ガスは、ニードルバル
ブ１１でその導入流量を調整される。１２はニードルバ
ルブ１１の導入流量を調整する摘みである。ガス導入路
９には、ストップバルブ１３とマスフローコントローラ
（ＭＦＣ）１４が配設される。従って、ガス導入路９を
通ってイオンガン４に導入されるイオン化ガスは、マス
フローコントローラ１４でその導入流量を調整される。
１５は、マスフローコントローラ１４による導入流量を
調整するための摘みである。摘み１５で指定された流量
値信号は、マスフローコントローラ制御基板１６に与え
られ、その後にマスフローコントローラ１４に指令値が
与えられる。なお、マスフローコントローラ１４の上流
側にはフィルタ１７が配設される。

【００１４】１８は操作パネルで、オペレータによって
操作される操作子、例えばストップバルブ１０，１３の
開閉を切り換えるスイッチ１９が設けられる。操作パネ
ルから出力された操作信号は、主制御基板２０に送給さ
れ、この主制御基板２０からストップバルブ１０，１３
に対してその開閉を指令する信号が送給される。

【００１５】上記の構成を有するイオンミリング装置で
は、次のように作用に基づきイオンミリング処理が行わ
れる。まず、イオンミリング装置１を動作させるに当た
って、オペレータは、その処理作業の目的に応じて、イ
オンガン４に与えられる印加電圧を電圧調整器７で設定
する。次に、設定されたイオンガン印加電圧に応じて、
２つのガス導入路８，９のうちいずれかを選択する。例
えばイオンガン印加電圧が１〜３ｋＶであるときには、
ニードルバルブ１１を備えたガス導入路８を選択する。
この場合には、操作パネル１８のスイッチ１９を操作し
て、ストップバルブ１０を開き、ストップバルブ１３を
閉じるように制御を行う。また、例えばイオンガン印加
電圧が４〜６ｋＶであるときには、マスフローコントロ
ーラ１４を備えたガス導入路９を選択する。この場合に
は、操作パネル１８のスイッチ１９を操作して、ストッ
プバルブ１３を開き、ストップバルブ１０を閉じるよう
に制御を行う。このようにして、イオンガン４の印加電
圧に対応させて最適なガス導入路を設定することがで
き、最適なガス流量を設定して安定な放電電流を流すこ
とができる。

【００１６】上記の実施例では、オペレータによって手
動で２つのガス導入路のうち適切ないずれか１つを選
択、設定できるように構成したが、主制御基板２０の設
計を変更して、又はその他のＣＰＵ等の制御手段を設け
ることにより自動的にガス導入路の選択を行うように構
成することもできる。この場合にはイオンガン印加電圧
を検出するための検出系が必要となる。

【００１７】他の実施例としては、ガス導入系における
並列なガス導入路の個数を更に増すことができる。また
並設されるガス導入路の種類も、同一の流量調節器を備
えたガス導入路を複数設けることができる。更に、前記
実施例で、２つのガス導入路を、選択的にいずれか一方
をガス導入系として設定したが、複数のガス導入路を配
設する場合に、複数のガス導入路を適宜に選択し組み合
わせることにより、イオンガンに所要の流量のイオン化
ガスを供給するように構成することもできる。流量を調
整する摘みを１つとし、各ガス導入路について共通の摘
みとして利用するように構成することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、複数のガス導入路を並列に接続して設け、イオン
ガス印加電圧に応じて最適なガス導入路を選択できるよ
うに構成したため、イオンガスの印加電圧の高低に拘ら
ず、広い範囲のイオンガン印加電圧に対して、１台のイ
オンミリング装置で常に最適な流量のイオン化ガスをイ
オンガンに供給することができ、放電電流を安定に供給
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るイオンミリング装置のガス導入系
の構成図である。

【図２】導入ガスと放電電流の関係をイオンガン印加電
圧ごとに別けて示したグラフである。

【図３】ニードルバルブでガス流量を調整したときの放
電電流の変化を示すグラフである。

【図４】マスフローコントローラでガス流量を調整した
ときの放電電流の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１イオンミリング装置２ガスボンベ３電源４イオンガン５試料室６試料サンプル７電圧調整器８，９ガス導入路１０，１３ストップバルブ１１ニードルバルブ１４マスフローコントローラ１８操作パネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料室と、この試料室を真空状態にする
排気装置と、前記試料室に配設されるイオンガンと、こ
のイオンガンに高電圧を印加する電源と、流量調整手段
を有し且つこの流量調整手段で流量を調整されたイオン
化ガスを前記イオンガンに導入するガス導入系とを備え
たイオンミリング装置において、前記ガス導入系は、複
数のガス導入路を並列に接続して構成され、前記イオン
ガンに導入される前記イオン化ガスの流量範囲に対応し
て前記複数のガス導入路のいずれかを選択してイオン化
ガスを導入するようにしたことを特徴とするイオンミリ
ング装置のガス導入系。
【請求項２】請求項１記載のイオンミリング装置のガ
ス導入系において、前記イオンガンに印加される電圧に
対応して、前記複数のガス導入路のいずれかを選択する
ようにしたことを特徴とするイオンミリング装置のガス
導入系。
【請求項３】請求項１記載のイオンミリング装置のガ
ス導入系において、前記複数のガス導入路は、ニードル
バルブを備えたガス導入路とマスフローコントローラを
備えたガス導入路からなり、前記イオンガンに印加され
る電圧に対応して、前記２つのガス導入路のいずれかを
選択するようにしたことを特徴とするイオンミリング装
置のガス導入系。
【請求項４】請求項２又は３記載のイオンミリング装
置のガス導入系において、並列に配設された前記ガス導
入路の各ガス流路にストップバルブを配設し、前記イオ
ンガンに印加される電圧を検出し且つ前記印加電圧に応
じて前記ストップバルブのいずれかを開状態とし、他を
閉状態とする指令信号を出力する制御手段を設けたこと
を特徴とするイオンミリング装置のガス導入系。
【請求項５】請求項４記載のイオンミリング装置のガ
ス導入系において、前記制御手段の代わりに、オペレー
タが、前記印加電圧を設定し、当該印加電圧に対応する
ストップバルブを開き、その他のストップバルブを閉じ
るようにしたことを特徴とするイオンミリング装置のガ
ス導入系。