WO2017051469A1 - イオンミリング装置 - Google Patents

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ion milling
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健吾 浅井
徹 岩谷
久幸 高須
広康 志知
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Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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Definitions

  • the present invention relates to an ion milling apparatus.
  • An ion milling device is a processing device that cuts a sample using a sputtering phenomenon in which accelerated ions collide with a sample and the ions repel atoms and molecules.
  • the sample to be processed can be processed with a smooth cross section by placing a mask serving as an ion beam shielding plate on the upper surface and sputtering the protruding portion from the mask end surface (exposed portion not covered by the mask).
  • Ion milling equipment is used for metals, glass, ceramics, electronic parts, composite materials, etc. For example, in electronic parts, internal structure, cross-sectional area shape, film thickness evaluation, crystal state, failure and foreign substance cross-section analysis, etc. For applications, it is used for cross-sectional sample preparation for acquiring morphological images, sample composition images, channeling images, X-ray analysis, crystal orientation analysis, and the like by a scanning electron microscope.
  • Patent Document 1 discloses an ion milling apparatus equipped with an electron microscope as a method for confirming the progress of processing while a sample is being milled by an ion beam.
  • Patent Document 2 discloses a method of observing with a scanning electron microscope while processing the sample surface little by little by ion milling as a method for three-dimensionally analyzing the internal structure of the sample.
  • Patent Document 3 is provided with a sample pretreatment device equipped with an ion gun on a scanning electron microscope, performs ion polishing little by little from the surface of the sample in the same vacuum, and sequentially observes the structure in the depth direction from the surface with the scanning electron microscope. A method is disclosed.
  • the processing position of the sample can be easily adjusted by mounting a scanning electron microscope (SEM). Advantages such as being able to observe a cross section during or after processing by the milling apparatus in the same apparatus are expected. Therefore, the inventors examined an ion milling device equipped with an SEM. Hereinafter, the examination results will be described.
  • SEM scanning electron microscope
  • the inventors examined an ion milling apparatus using a small Penning discharge type ion gun with a simple configuration as an ion gun.
  • the Penning discharge type ion gun electrons emitted from the cathode are swung by a magnetic field from a permanent magnet and are ionized by colliding with a gas introduced into the ion gun.
  • the cathodes By arranging the cathodes at both ends of the anode, electrons reciprocate between the electrodes having the same potential, so that the trajectory can be lengthened and ionization efficiency is improved.
  • Some of the cations generated in the ionization chamber pass through the cathode outlet hole, are accelerated by the acceleration electrode, and are released to the outside from the acceleration electrode outlet hole.
  • a high plasma density is indispensable, and it is necessary to take a long electron orbit by forming a magnetic field with a high magnetic flux density. Since the Penning discharge type ion gun has a permanent magnet inside, the leakage magnetic field from the ion gun adversely affects the electron beam during observation with an electron microscope. The electron emitted from the electron microscope column has the property that the trajectory is bent even by a weak magnetic field, and it has been found that there is a problem that the electron beam from the electron microscope is greatly bent.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an ion milling apparatus capable of suppressing the orbital shift of an electron beam emitted from an electron microscope column.
  • an ion milling apparatus comprising an ion gun that includes a permanent magnet and generates ions for processing a sample, and a scanning electron microscope that observes the sample
  • An ion milling apparatus having a magnetic shield for reducing a leakage magnetic field from the permanent magnet.
  • an ion milling device capable of suppressing the orbital shift of the electron beam emitted from the electron microscope column.
  • FIG. 1 is an overall configuration cross-sectional view showing an example of an ion milling apparatus (in accordance with each embodiment of the present invention or provided with a magnetic shield non-ion gun). It is structural sectional drawing for demonstrating the ion gun which does not contain a magnetic shield structure. It is a structural sectional view showing an example (configuration 1, 2) of an ion gun (including a magnetic shield structure) in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a structural cross-sectional view showing another example (configuration 3) of an ion gun (including a magnetic shield structure) in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a structural cross-sectional view showing another example (configuration 4) of an ion gun (including a magnetic shield structure) in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a structural cross-sectional view showing another example (configuration 5) of an ion gun (including a magnetic shield structure) in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a structural cross-sectional view showing another example (configuration 6) of an ion gun (including a magnetic shield structure) in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a structural cross-sectional view showing another example (configuration 7) of an ion gun (including a magnetic shield structure) in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a structural cross-sectional view showing another example (configuration 8) of an ion gun (including a magnetic shield structure) in the ion milling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • It is a figure which shows the magnetic field intensity
  • FIG. 5 is a structural cross-sectional view showing an example of an ion gun (including an acceleration electrode guide member) in an ion milling apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a structural cross-sectional view showing another example of an ion gun (including an acceleration electrode guide member) in an ion milling apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the inventors examined the above problems and decided to add a magnetic shield to the Penning discharge type ion gun. Thereby, it becomes possible to reduce the leakage magnetic field from the permanent magnet installed in the ion gun.
  • a gas supply mechanism that supplies gas into the ion gun, an anode that is disposed inside the ion gun, to which a positive voltage is applied, two cathodes that generate a potential difference between the anode, a cathode ring, An insulator and a permanent magnet are provided, the electrons emitted from the two cathodes are swirled by the magnetic field, the gas is ionized by the swirling electrons, and the generated ions are discharged out of the ion gun by an acceleration electrode.
  • the acceleration electrode is formed of a ferromagnetic material.
  • a ferromagnetic material can be formed on the surface on which the ion gun-based acceleration electrode is disposed.
  • the outer peripheral surface of the acceleration electrode formed of stainless steel and the surface on which the ion gun-based acceleration electrode is disposed can be coated with a ferromagnetic material.
  • a ferromagnetic material can be coated on the inner peripheral surface of the acceleration electrode made of stainless steel and the surface on which the ion gun-based acceleration electrode is disposed.
  • a magnetic shield structure made of a ferromagnetic material outside the ion gun and to form the ferromagnetic material on the surface on which the ion gun-based acceleration electrode is disposed.
  • the cathode ring can be formed of a ferromagnetic material.
  • a magnetic shield structure made of a ferromagnetic material can be formed inside the acceleration electrode.
  • the ferromagnetic material preferably contains permalloy, pure iron, nickel, copper, molybdenum, and a material mainly composed of at least one of the above.
  • the leakage magnetic field from the permanent magnet arranged inside the ion gun can be sufficiently reduced.
  • the magnetic shield electrode added to the ion gun it is possible to control the on-axis magnetic field strength inside the ion gun. This makes it possible to select an optimum on-axis magnetic field strength that brings out the ion gun performance, so that a significantly higher milling speed than before can be obtained.
  • FIG. 1 is an overall configuration cross-sectional view showing an example of an ion milling apparatus.
  • the Penning discharge type ion gun 101 has components necessary for generating ions therein, and forms an irradiation system for irradiating the sample 106 with the ion beam 102.
  • the electron microscope column 161 includes components necessary for generating the electron beam 162 therein, and forms an irradiation system for irradiating the sample 106 with the electron beam 162.
  • the gas source 142 is connected to the ion gun 101 via the gas supply mechanism 141, and the gas flow rate controlled by the gas supply mechanism 141 is supplied into the ionization chamber of the ion gun 101.
  • the irradiation of the ion beam 102 and the ion beam current are controlled by the ion gun control unit 103.
  • the ion beam current of the ion beam 102 is measured by the current measuring means 151.
  • the current probe 153 also serves as an ion beam shutter, and has a mechanism that is operated by the current probe driver 152.
  • the vacuum chamber 104 is controlled to atmospheric pressure or vacuum by a vacuum exhaust system 105.
  • the sample 106 is held on a sample table 107, and the sample table 107 is held by a sample table driving unit 108.
  • the sample stage drive unit 108 can be pulled out of the vacuum chamber 104 when the vacuum chamber 104 is opened to the atmosphere, and the sample 106 can be inclined at an arbitrary angle with respect to the optical axis of the ion beam 102. Contains all the mechanism elements. Thereby, the sample can be adjusted to a desired direction at the time of processing by the ion beam and at the time of observation by the electron beam.
  • the sample stage drive control unit 109 controls the sample stage drive unit 108, can tilt the sample, swing back and forth, and right and left, and can control the speed.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a peripheral portion related to the ion gun 101 not including a magnetic shield structure.
  • the ion gun 101 includes a gas supply mechanism 141 that supplies gas into the ion gun, an anode 113, a first cathode 111 and a second cathode 112, a permanent magnet 114, an acceleration electrode 115, an insulator 116, and a cathode ring 119. And fixed to the ion gun base 117.
  • the ion gun control unit 103 is electrically connected to the discharge power source 121 and the acceleration power source 122, and controls the discharge voltage and the acceleration voltage.
  • Reference numeral 118 denotes an ionization chamber
  • reference numeral 131 denotes an anode outlet hole
  • reference numeral 132 denotes a cathode outlet hole
  • reference numeral 133 denotes an acceleration electrode outlet hole.
  • the first cathode 111 and the second cathode 112 are made of ferromagnetic pure iron and form a magnetic circuit together with a permanent magnet 114 which is a magnetomotive force.
  • the acceleration electrode 115, the cathode ring 119, and the ion gun base 117 are made of stainless steel (SUS: SteelStSpecial Use Stainless), they are not included in the magnetic circuit together with the alumina insulator 116 and the aluminum anode 113.
  • the leakage magnetic field from the ion gun affects the electron beam during observation with an electron microscope.
  • a slight electron beam orbit shift is also a problem.
  • Electrons emitted from an electron microscope column have the property that their trajectories can be bent by a weak magnetic field. Therefore, in an ion milling device equipped with an electron microscope, the electron beam bends greatly when the acceleration voltage is exchanged. The observation image being observed will be greatly shifted. In order to avoid the shift of the observation image, it is necessary to suppress the leakage magnetic field from the ion gun.
  • FIG. 3 is a structural sectional view showing an example of an ion gun (including a magnetic shield structure; hereinafter referred to as a magnetic shield structure ion gun) in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • the ion milling apparatus according to the present embodiment has a configuration in which the ion gun 101 in FIG. 1 is replaced with a magnetic shield structure ion gun 100.
  • the Penning discharge type magnetic shield structure ion gun 100 includes a gas supply mechanism 141 that supplies gas to the inside of the ion gun, an anode 113 made of, for example, aluminum that is disposed inside the ion gun and is applied with a positive voltage, and the anode 113.
  • a Penning discharge type ion gun including a first cathode 111 and a second cathode 112 made of pure iron, for example, a cathode ring 119 made of stainless steel and an insulator 116 made of, for example, alumina, and a permanent magnet 114 made of, for example, neodymium, which generate a potential difference.
  • a magnetic shield 171 made of, for example, Permalloy to the acceleration electrode, a sufficient shielding effect can be obtained, the leakage magnetic field from the magnetic shield structure ion gun 100 can be reduced, and the electron beam 162 emitted from the electron microscope column 161 can be reduced.
  • Gauge Shift characterized by sufficiently suppressing (Configuration 1).
  • the magnetic shield structure ion gun 100 instead of a permalloy magnetic shield as an accelerating electrode, for example, a magnetic shield effect is obtained by using a magnetic shield 171 made of pure iron, and leakage from the magnetic shield structure ion gun 100 is achieved. It is also possible to reduce the magnetic field and sufficiently suppress the orbital shift of the electron beam 162 emitted from the electron microscope column 161 (Configuration 2).
  • FIG. 4 is a structural sectional view showing another example of the magnetic shield structure ion gun in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • the acceleration electrode is formed by a magnetic shield 172 made of, for example, pure iron, and in addition to this, for example, the surface of the ion gun base 117 made of, for example, stainless steel is made of, for example, pure iron.
  • the magnetic shield 172 it is possible to further reduce the leakage magnetic field from the ion gun 100 having the magnetic shield structure, and to sufficiently suppress the orbital shift of the electron beam 162 emitted from the electron microscope column 161. (Configuration 3).
  • FIG. 5 is a structural sectional view showing still another example of the magnetic shield structure ion gun in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • This Penning discharge type magnetic shield structure ion gun 100 is made of, for example, magnetism of pure iron on the outer peripheral surface of an acceleration electrode 115 made of, for example, stainless steel and the surface on the side where the acceleration electrode 115 of an ion gun base 117 made of, for example, stainless steel is arranged.
  • the shield 173 By covering the shield 173, the leakage magnetic field from the magnetic shield structure ion gun 100 is reduced, and the orbital shift of the electron beam 162 emitted from the electron microscope column 161 is sufficiently suppressed (Configuration 4).
  • FIG. 6 is a structural sectional view showing still another example of the magnetic shield structure ion gun in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • This Penning discharge type magnetic shield structure ion gun 100 is made of, for example, pure iron on the inner peripheral surface of an acceleration electrode 115 formed of, for example, stainless steel and the surface on the side where the acceleration electrode 115 of an ion gun base 117 made of, for example, stainless steel is disposed.
  • the leakage magnetic field from the ion gun 100 having the magnetic shield structure is reduced, and the orbit shift of the electron beam 162 emitted from the electron microscope column 161 is sufficiently suppressed (Configuration 5). .
  • FIG. 7 is a structural sectional view showing still another example of the magnetic shield structure ion gun in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • the Penning discharge type magnetic shield structure ion gun 100 includes a magnetic shield 175 made of a ferromagnetic material made of pure iron, for example, on the outermost part of the ion gun, and an acceleration electrode made of, for example, stainless steel made of, for example, a stainless steel ion gun base 117.
  • a magnetic shield 175 made of pure iron for example, on the surface on which 115 is disposed, the leakage magnetic field from the magnetic shield structure ion gun 100 is reduced, and the orbit shift of the electron beam 162 emitted from the electron microscope column 161 is changed. It is characterized by sufficient suppression (Configuration 6).
  • FIG. 8 is a structural sectional view showing still another example of the magnetic shield structure ion gun in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • the cathode ring is formed by a magnetic shield 176 made of pure iron, for example, so that the leakage magnetic field from the magnetic shield structure ion gun 100 is reduced and emitted from the electron microscope column 161.
  • the trajectory shift of the electron beam 162 is sufficiently suppressed (Configuration 7).
  • FIG. 9 is a structural sectional view showing still another example of the magnetic shield structure ion gun in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • This Penning discharge type magnetic shield structure ion gun 100 reduces the leakage magnetic field from the magnetic shield structure ion gun 100 by forming a magnetic shield 177 made of, for example, pure iron inside an acceleration electrode 115 made of stainless steel, for example.
  • the trajectory shift of the electron beam 162 emitted from the microscope column 161 is sufficiently suppressed (Configuration 8).
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the magnetic field strength leaking from the magnetic shield structure ion gun 100 having the above-described configurations in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 10A illustrates the configurations 3, 4, 5, 8 and no magnetic shield.
  • (b) shows configurations 1, 2, 6, and 7 and the case without a magnetic shield. It is the result of having calculated the leakage magnetic flux density in the magnetic field simulator when the neodymium magnet with a coercive force of 859 kA / m is applied as the permanent magnet 114 mounted in the ion gun with a residual magnetic flux density in the range of 1250 to 1320 mT.
  • the leakage magnetic field strength in a region 80 mm away from the tip of the ion gun is 0.69 mT in the ion gun 101 without a magnetic shield, whereas it is 0.12 mT in the magnetic shield structure ion gun of Configuration 1 and 0.09 mT in Configuration 2.
  • Configuration 3 can be reduced to 0.03 mT, Configuration 4 to 0.12 mT, Configuration 5 to 0.27 mT, Configuration 6 to 0.12 mT, Configuration 7 to 0.42 mT, Configuration 8 to 0.34 mT. It can be seen that by selecting the structure of the magnetic shield added to the ion gun, the leakage magnetic field strength can be arbitrarily adjusted in the range of 4% to 60% with respect to the ion gun not added with the magnetic shield.
  • the Penning discharge type ion gun capable of reducing the magnetic field leakage from the ion gun and sufficiently suppressing the orbit shift of the electron beam emitted from the electron microscope column. Can be provided.
  • FIG. 11 is a diagram showing the on-axis magnetic field strength inside the ion gun, where (a) shows configurations 3, 4, 5, 8 and no magnetic shield, and (b) shows configurations 1, 2, 6, 7 and magnetic. The case without shield is shown.
  • the magnetic field strength on the central axis of the ion gun when a neodymium magnet having a residual magnetic flux density of 1250 to 1320 mT and a coercive force of 859 kA / m is applied as the permanent magnet 114 mounted in the ion gun is calculated with a magnetic field simulator. is there.
  • the on-axis magnetic field strength is about 220 mT in the ion gun 101 without a magnetic shield, whereas it is about 120 mT in the magnetic shield structure ion gun of the configuration 1, about 90 mT in the configuration 2, about 60 mT in the configuration 3, and about 60 mT in the configuration 4.
  • 105 mT, configuration 5 is about 100 mT, configuration 6 is about 180 mT, configuration 7 is about 130 mT, and configuration 8 is about 140 mT.
  • the on-axis magnetic field strength inside the magnetic shield structure ion gun 100 can be arbitrarily adjusted in the range of 27% to 82% with respect to the ion gun to which no magnetic shield is added. I understand.
  • Table 1 shows the performance list of the magnets used.
  • FIG. 12 shows the magnetic field strength (magnetic flux) on the central axis of the ion gun when the four types of magnets A to D shown in Table 1 are incorporated as permanent magnets 114 with respect to the ion gun 101 without a magnetic shield.
  • (Density) is a result of calculation by a magnetic field simulator.
  • the numerical values shown in Table 1 are used for the residual magnetic flux density and the coercive force used in the calculation.
  • the position where the magnet is arranged in the Z-axis coordinate which is the horizontal axis in FIG.
  • FIG. 13 shows that the four types of magnets A to D shown in Table 1 are incorporated as permanent magnets 114 in the magnetic shield structure ion gun 100 shown in configuration 2 as an example of this embodiment. It is the result of having calculated the magnetic field intensity (magnetic flux density) on the central axis of the ion gun in the case with a magnetic field simulator.
  • the numerical values shown in Table 1 are used for the residual magnetic flux density and the coercive force used in the calculation.
  • This region becomes a plasma generation chamber inside the ion gun, and the on-axis magnetic flux density is about 90 mT for magnet A, about 80 mT for magnet B, about 65 mT for magnet C, and about 60 mT for magnet D.
  • the on-axis magnetic field strength inside the magnetic shield structure ion gun 100 is reduced by about 41% regardless of the type of magnet compared to the ion gun without the magnetic shield. Thereby, it turns out that the axial magnetic field intensity inside the ion gun can be arbitrarily adjusted within a large range by selecting the magnet type and the magnetic shield structure.
  • the amount of ions emitted from the ion gun can be ideally increased by limiting the combination of the appropriate magnetic field strength selection and the appropriate ionization chamber area, depending on the ion gun configuration selected.
  • the magnetic shield constitutes a magnetic field control plate that controls the axial magnetic field.
  • the processing speed can be controlled in accordance with various uses in which the material or material of the processed sample is different. Note that this effect itself can be obtained without an electron microscope.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a beam profile for explaining the effect of this embodiment.
  • the spot depth in the configuration is shown.
  • the conventional example shown in FIG. 14 is an ion gun in which the magnet B shown in Table 1 is incorporated as a permanent magnet 114 in an ion gun 101 to which no magnetic shield is added.
  • the anode inner diameter was 4 mm
  • the diameter of the anode outlet hole 131 was 4 mm.
  • the acceleration voltage was 6 kV
  • the discharge voltage was 1.5 kV
  • Ar gas having a flow rate of 0.07 cm 3 / min was used as the gas introduced into the ion gun.
  • This is a beam profile in the case where milling is performed for 1 hour without using a mask serving as a shielding plate, using silicon as a material to be processed. From the results shown in FIG. 14, the depth of the beam trace is about 100 ⁇ m in the conventional example, whereas in the configuration 2, the depth of the beam trace is about 300 ⁇ m, that is, the milling speed is 300 ⁇ m per hour. In comparison, it is possible to obtain a milling speed about 3 times. Also in this case, the ion beam spot diameter is not reduced.
  • an ion milling device capable of suppressing the orbital shift of the electron beam emitted from the electron microscope column by adding the magnetic shield structure to the ion gun. Further, by adding a magnetic shield structure to the ion gun, the axial magnetic field strength inside the ion gun can be controlled to an optimum value. Accordingly, it is possible to provide a Penning discharge type ion milling apparatus capable of obtaining a milling speed that is significantly higher than that of the prior art or obtaining an optimum value of the milling speed according to various materials.
  • FIG. 15 is a structural sectional view showing an example of an ion gun (including an acceleration electrode guide) in the ion milling apparatus according to the present embodiment, which is basically the same as the configuration 2 shown in the first embodiment.
  • the difference between the ion gun shown in FIG. 15 and the configuration 2 is that the magnetic shield acceleration electrode 180 shown in FIG. 15 has a three-part structure, and an acceleration electrode guide member 181, a first acceleration electrode member 182, and a second acceleration electrode member. 183.
  • the acceleration electrode guide member 181 is made of a material other than a ferromagnetic material, for example, stainless steel, and is fixed to the ion gun base 117 by screwing (or fitting).
  • the first accelerating electrode member 182 is formed of a ferromagnetic material, for example, pure iron, and is installed by being fitted along the outer periphery of the accelerating electrode guide member 181, and is fixed by the magnetic field of the permanent magnet 114.
  • the second acceleration electrode member 183 is formed of a ferromagnetic material, for example, pure iron, and is fitted into a groove formed at the distal end portion of the acceleration electrode guide member 181 and the first acceleration electrode member 182, so that the ion shield 100 is magnetically shielded. It is the structure positioned with respect to it.
  • an acceleration electrode guide member 181 made of a material other than a ferromagnetic material is attached without being affected by the permanent magnet 114, and then this acceleration electrode guide member is used as a guide.
  • the first and second acceleration electrode members that are magnetic materials can be easily attached. That is, the magnetic shield acceleration electrode 180, which is a ferromagnetic material, can be removed without receiving interference from the permanent magnet 114, and maintainability can be ensured.
  • FIG. 16 is a structural sectional view showing another example of an ion gun (including an acceleration electrode guide) in the ion milling apparatus according to the present embodiment, which is basically the same as the configuration 2 shown in the first embodiment.
  • the difference between the ion gun shown in FIG. 16 and Configuration 2 is that the magnetic shield type acceleration electrode 180 shown in FIG. 16 has a two-part structure and includes an acceleration electrode guide member 181 and an acceleration electrode member 182.
  • the acceleration electrode guide member 181 is made of a material other than a ferromagnetic material, for example, stainless steel, and is fixed to the ion gun base 117 by screwing.
  • the accelerating electrode member 182 is formed of a ferromagnetic material, for example, pure iron, and is installed in a fitting manner along the outer periphery of the accelerating electrode guide member 181, and is fixed by the magnetic field of the permanent magnet 114, so It is a structure that is positioned by. By using this two-divided structure, first, the acceleration electrode guide member 181 made of a material other than the ferromagnetic material is attached without being affected by the permanent magnet 114, and then the acceleration electrode guide member 181 is used as a guide for the magnetic body.
  • the acceleration electrode member 182 that is a material can be easily attached. That is, the magnetic shield acceleration electrode 180, which is a ferromagnetic material, can be removed without receiving interference from the permanent magnet 114, and maintainability can be ensured.
  • the acceleration electrode guide member is provided, but basically the same effect can be obtained by providing the magnetic shield guide member made of a material other than the ferromagnetic material. Can do.
  • a magnetic shield guide member such as an acceleration electrode guide member made of a material other than a ferromagnetic material, it is easy to attach and remove the ferromagnetic magnetic shield, and maintainability can be ensured.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment.
  • an ion milling apparatus including an ion gun that includes a permanent magnet and generates ions that process a sample, and a scanning electron microscope that observes the sample, A magnetic shield for reducing a leakage magnetic field from the permanent magnet;
  • the magnetic shield constitutes a magnetic field control plate for controlling an on-axis magnetic field in the ion gun by changing the structure of the magnetic shield.
  • an ion milling apparatus equipped with an ion gun that includes a permanent magnet and generates ions for processing a sample
  • An ion milling apparatus wherein a magnetic field control plate is disposed surrounding the outer periphery of the permanent magnet, made of a ferromagnetic material, and controlling an on-axis magnetic field strength of the ion gun.
  • the ion gun includes an acceleration electrode that accelerates the ions, and an ion gun base that holds the permanent magnet and the acceleration electrode.
  • the ion milling apparatus wherein the magnetic field control plate is also disposed on a surface of the ion gun base on which the acceleration electrode is disposed.
  • An ion milling apparatus characterized in that the axial magnetic field intensity inside the ion gun is controlled by changing the structure of the magnetic field control plate.
  • SYMBOLS 100 Magnetic-shield structure ion gun, 101 ... Ion gun, 102 ... Ion beam, 103 ... Ion gun control part, 104 ... Vacuum chamber, 105 ... Vacuum exhaust system, 106 ... Sample, 107 ... Sample stand, 108 ... Sample stand drive part, 109 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Sample stage drive control part, 111 ... 1st cathode, 112 ... 2nd cathode, 113 ... Anode, 114 ... Permanent magnet, 115 ... Accelerating electrode, 116 ... Insulator, 117 ... Ion gun base, 118 ... Ionization chamber, 119 ...

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Abstract

電子顕微鏡カラムから放出される観察用電子ビームの軌道シフトを抑圧可能なイオンミリング装置を提供するために、永久磁石１１４を含み試料を加工するイオンを発生させるペニング放電方式のイオンガン１００と、試料を観察するための走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、永久磁石１１４から電子顕微鏡カラムへの漏洩磁場を低減するための磁気シールド１７２を設ける。

Description

イオンミリング装置
　本発明は、イオンミリング装置に関する。
　イオンミリング装置は、加速したイオンを試料へ衝突させて、イオンが原子や分子をはじき飛ばすスパッタ現象を利用して、試料を削る加工装置である。また加工される試料は、上面にイオンビームの遮蔽板となるマスクを載せ、マスク端面からの突出部分（マスクでカバーされていない露出部分）がスパッタされることで平滑な断面が加工できる。イオンミリング装置は、金属、ガラス、セラミック、電子部品、複合材料などを対象に用いられ、例えば電子部品においては、内部構造や断面積形状、膜厚評価、結晶状態、故障や異物断面の解析といった用途に対して、走査型電子顕微鏡による形態像、試料組成像、チャネリング像の取得やＸ線分析、結晶方位解析など取得するための断面試料作成に利用されている。
　イオンミリング装置においては、使い勝手向上、三次元解析の要求、そして大気暴露できない材料の解析要求などから、イオンミリング装置と電子顕微鏡装置の複合化の要求が高い。特許文献１に、イオンビームにより試料をミリング加工している途中で、加工の進捗を確認する手法として、電子顕微鏡を搭載したイオンミリング装置が開示されている。特許文献２に、試料の内部構造を三次元的に解析する方法として、試料表面からイオンミリングで少しずつ加工を行いながら走査電子顕微鏡で観察する方法が開示されている。特許文献３に、走査電子顕微鏡にイオンガンを搭載した試料前処理装置を設け、同一真空内で試料の表面から少しずつイオン研磨を行い、表面から深さ方向の構造を順次走査電子顕微鏡で観察する方法が開示されている。
国際公開第２０１２/０６０４１６号 特開２０００－１９５４６０号公報 特開平８－２９８０９２号公報
　イオンミリング装置で加工する観察対象が、例えば１μｍ又はそれ以下の寸法の異物断面の場合であっても、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を搭載することにより試料の加工位置合わせを容易に行える、またイオンミリング装置による加工途中の或いは加工後の断面を同一装置内にてＳＥＭ観察することができる等のメリットが期待される。そこで、発明者等は、ＳＥＭを搭載したイオンミリング装置について検討した。以下、検討結果について説明する。
　発明者等は、イオンガンとして単純な構成で小型なペニング放電方式のイオンガンが用いられているイオンミリング装置について検討した。ペニング放電方式のイオンガンは、カソードから放出された電子が永久磁石からの磁場により旋回運動を行い、イオンガン内部に導入されたガスと衝突することでイオン化される。アノード両端にカソードを配置することで、同電位の電極間を電子が往復運動をするため、その軌道を長くすることが可能となりイオン化効率が向上する。イオン化室で発生した陽イオンの一部は、カソード出口孔を通り、加速電極で加速され加速電極出口孔から外部に放出される。ミリング性能を高めるにはイオンガンから放出されるイオンの量を多くする必要がある。そのためには高いプラズマ密度が不可欠であり、高磁束密度の磁場を形成することで電子軌道を長く取る必要がある。ペニング放電方式のイオンガンは内部に永久磁石を有する構成であるため、電子顕微鏡観察時にはイオンガンからの漏洩磁場が電子ビームに悪影響を与えることになる。電子顕微鏡カラムから放出される電子は微弱な磁界によっても軌道が曲げられる性質を持つため，電子顕微鏡からの電子ビームが大きく曲げられるという課題の有ることが判明した。
　本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを抑圧可能なイオンミリング装置を提供することにある。
　上記目的を達成するための一実施形態として、永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンと、前記試料を観察する走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、
  前記永久磁石からの漏洩磁場を低減する磁気シールドを有することを特徴とするイオンミリング装置とする。
　本発明によれば、電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを抑圧可能なイオンミリング装置を提供することができる。
イオンミリング装置（本発明の各実施例に係る、或いは磁気シールド無イオンガンを備えた場合）の一例を示す全体構成断面図である。 磁気シールド構造を含まないイオンガンを説明するための構造断面図である。 本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の一例（構成１、２）を示す構造断面図である。 本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成３）を示す構造断面図である。 本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成４）を示す構造断面図である。 本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成５）を示す構造断面図である。 本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成６）を示す構造断面図である。 本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成７）を示す構造断面図である。 本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成８）を示す構造断面図である。 イオンガンから漏洩する磁場強度を示す図であり、（ａ）は構成３、４、５、８および磁気シールド無の場合、（ｂ）は構成１、２、６、７および磁気シールド無の場合を示す。 イオンガン内部の軸上磁場強度を示す図であり、（ａ）は構成３、４、５、８および磁気シールド無の場合、（ｂ）は構成１、２、６、７および磁気シールド無の場合を示す。 磁気シールド無のイオンガンにおけるイオンガン内部の軸上磁場強度を示す図である（特性の異なる搭載磁石がパラメータ）。 図１に示す構成２のイオンガンにおけるイオンガン内部の軸上磁場強度を示す図である（特性の異なる搭載磁石がパラメータ）。 本実施例の効果を説明するためのビームプロファイルの一例 を示す図である。 本発明の第２の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（加速電極ガイド部材を含む）の一例を示す構造断面図である 。 本発明の第２の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（加速電極ガイド部材を含む）の他の例を示す構造断面図である 。
　発明者等は上記課題について検討し、ペニング放電方式のイオンガンに磁気シールドを付加することにした。これにより、イオンガン内部に設置されている永久磁石からの漏洩磁場を低減することが可能となる。
　具体的には、例えばイオンガン内部にガスを供給するガス供給機構と、イオンガン内部に配置され正電圧が印加されるアノードと、アノードとの間に電位差を発生させる２個のカソードと、カソードリングおよびインシュレータと、永久磁石を備え、前記２個のカソードから放出された電子を前記磁場により旋回させ、その旋回する電子により前記ガスをイオン化し、発生したイオンを加速電極により前記イオンガンの外に放出するようにしたイオンガンにおいて、加速電極を強磁性体材料にて形成する。これにより、イオンガンからの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを十分に抑圧する。
  その際、イオンガンベースの加速電極が配置される面に強磁性体材料を形成することもできる。
  また、ステンレスで形成される加速電極の外周面およびイオンガンベースの加速電極が配置される表面に強磁性体材料を被覆することもできる。
  また、ステンレスで形成される加速電極の内周面およびイオンガンベースの加速電極が配置される表面に強磁性体材料を被覆することもできる。
  また、イオンガン外部に強磁性体材料からなる磁気シールド構造を形成し、かつ、イオンガンベースの加速電極が配置される面に強磁性体材料を形成することもできる。
  また、カソードリングを強磁性体材料により形成することもできる。
  また、加速電極の内部に強磁性体材料からなる磁気シールド構造を形成することもできる。
　前記強磁性体材料としては、パーマロイ、純鉄、ニッケル、銅、モリブデン、および前記の少なくとも一種を主成分とする材料を含んでいることが望ましい。
　イオンガンに磁気シールド構造を付加することにより、イオンガンの内部に配置された永久磁石からの漏洩磁場を十分に低下させることが可能となる。
　また、イオンガンに付加した磁気シールド電極の構造変更を行うことにより、イオンガン内部の軸上磁場強度を制御することが可能となる。これにより、イオンガン性能を引き出す最適な軸上磁場強度を選択できるため、従来よりも著しく大きいミリング速度を得ることが可能となる。
　以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。
　イオンミリング装置について図面を用いて説明する。図１はイオンミリング装置の一例を示す全体構成断面図である。ペニング放電方式のイオンガン１０１は、その内部にイオンを発生するために必要な構成要素が配置され、イオンビーム１０２を試料１０６に照射するための照射系を形成する。電子顕微鏡カラム１６１は、その内部に電子ビーム１６２を発生するために必要な構成要素が配置され、電子ビーム１６２を試料１０６に照射するための照射系を形成する。ガス源１４２はガス供給機構１４１を介してイオンガン１０１に接続され、ガス供給機構１４１により制御されたガス流量がイオンガン１０１のイオン化室内に供給される。イオンビーム１０２の照射とそのイオンビーム電流は、イオンガン制御部１０３によって制御される。イオンビーム１０２のイオンビーム電流は、電流測定手段１５１によって測定される。電流測定子１５３はイオンビームのシャッタの役割も兼ねており、電流測定子駆動部１５２により稼動する機構を有する。真空チャンバー１０４は、真空排気系１０５によって大気圧または真空に制御される。試料１０６は試料台１０７の上に保持され、試料台１０７は試料台駆動部１０８によって保持されている。試料台駆動部１０８は、真空チャンバー１０４が大気開放したときに真空チャンバー１０４の外へ引き出すことができ、また試料１０６をイオンビーム１０２の光軸に対して任意の角度に傾斜させることができるための機構要素をすべて含んでいる。これにより、イオンビームによる加工時と電子ビームによる観察時で試料を所望の向きに調整することができる。試料台駆動制御部１０９は、試料台駆動部１０８を制御し、試料を傾斜させたり、前後左右へスイングすることができ、その速度を制御することができる。
　図２は、磁気シールド構造を含まないイオンガン１０１と関連する周辺部の構成を示す断面図である。イオンガン１０１はイオンガン内部にガスを供給するガス供給機構１４１と、アノード１１３と、第１カソード１１１と第２カソード１１２と、永久磁石１１４と、加速電極１１５と、インシュレータ１１６と、カソードリング１１９により構成され、イオンガンベース１１７に固定される。イオンガン制御部１０３は放電電源１２１と加速電源１２２に電気的に接続されており、放電電圧と加速電圧を制御している。なお、符号１１８はイオン化室、符号１３１はアノード出口孔、符号１３２はカソード出口孔、符号１３３は加速電極出口孔を示す。
　第１カソード１１１と第２カソード１１２は強磁性体の純鉄製であり、起磁力である永久磁石１１４と共に磁気回路を形成する。一方、加速電極１１５と、カソードリング１１９と、イオンガンベース１１７はステンレス（ＳＵＳ：Steel Special Use Stainless）で作製されているため、アルミナ製インシュレータ１１６及びアルミニウム製アノード１１３と共に磁気回路には含まれない。
　このようなペニング放電方式のイオンガンでは、内部に永久磁石を有する構成であるため、電子顕微鏡観察時にはイオンガンからの漏洩磁場が電子ビームに影響を与えることになる。特に、特定の微小領域を観察する場合には僅かな電子ビームの軌道シフトも問題となる。電子顕微鏡カラムから放出される電子は微弱な磁界によっても軌道が曲げられる性質を持つため，電子顕微鏡が搭載されたイオンミリング装置においては、加速電圧の引き換え時などに電子ビームが大きく曲がり、それに伴い観察している観察像が大きくシフトすることになる。この観察像のシフトを回避するためにイオンガンからの漏洩磁場を抑圧する必要がある。
　図３は、本実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む。以下、磁気シールド構造イオンガンという。）の一例を示す構造断面図である。本実施例に係るイオンミリング装置は、図１におけるイオンガン１０１を磁気シールド構造イオンガン１００に置き換えた構成を有する。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、イオンガン内部にガスを供給するガス供給機構１４１と、イオンガン内部に配置され正電圧が印加される例えばアルミニウム製のアノード１１３と、アノード１１３との間に電位差を発生させる例えば純鉄製の第１カソード１１１および第２カソード１１２と、例えばステンレス製のカソードリング１１９および例えばアルミナ製のインシュレータ１１６と、例えばネオジムによる永久磁石１１４を備えたペニング放電方式のイオンガンにおいて、加速電極には例えばパーマロイ製の磁気シールド１７１を適用することにより十分なシールド効果を得て、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成１）。
　或いは、上記磁気シールド構造イオンガン１００において、加速電極としてパーマロイ製の磁気シールドに代えて、例えば純鉄製の磁気シールド１７１にて形成することにより磁気シールド効果を得て、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することもできる（構成２）。
　図４は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、加速電極を例えば純鉄製の磁気シールド１７２により形成し、それに加えて例えばステンレス製のイオンガンベース１１７の加速電極が配置される側の表面に例えば純鉄製の磁気シールド１７２を形成することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場をより低減することを可能にし、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成３）。
　図５は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、例えばステンレスで形成される加速電極１１５の外周面および、例えばステンレス製のイオンガンベース１１７の加速電極１１５が配置される側の表面に例えば純鉄による磁気シールド１７３を被覆することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成４）。
　図６は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、例えばステンレスで形成される加速電極１１５の内周面および、例えばステンレス製のイオンガンベース１１７の加速電極１１５が配置される側の表面に例えば純鉄による磁気シールド１７４を被覆することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成５）。
　図７は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、イオンガンの最外部に例えば純鉄製の強磁性体材料からなる磁気シールド１７５を形成し、かつ、例えばステンレス製のイオンガンベース１１７の例えばステンレス製の加速電極１１５が配置される側の表面に例えば純鉄製の磁気シールド１７５を形成することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成６）。
　図８は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、カソードリングを例えば純鉄製である磁気シールド１７６により形成することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成７）。
　図９は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、例えばステンレス製の加速電極１１５の内側に例えば純鉄からなる磁気シールド１７７を形成することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成８）。
　図１０は、本実施例に係るイオンミリング装置における上記各構成を有する磁気シールド構造イオンガン１００から漏洩する磁場強度を示す図であり、（ａ）は構成３、４、５、８および磁気シールド無の場合、（ｂ）は構成１、２、６、７および磁気シールド無の場合を示す。イオンガン内に搭載する永久磁石１１４として残留磁束密度が１２５０から１３２０ｍＴの範囲で保持力が８５９ｋＡ／ｍのネオジム磁石を適用した場合の漏洩磁束密度を磁場シミュレータにて算出した結果である。図１０の横軸はイオンガンの先端からの距離、横軸はイオンガンからの漏洩磁場強度を示している。例えばイオンガン先端から８０ｍｍ離れた領域の漏洩磁場強度は、磁気シールドを付加しないイオンガン１０１では０．６９ｍＴであるのに対して、構成１の磁気シールド構造イオンガンでは０．１２ｍＴ、構成２では０．０９ｍＴ、構成３では０．０３ｍＴ、構成４では０．１２ｍＴ、構成５では０．２７ｍＴ、構成６では０．１２ｍＴ、構成７では０．４２ｍＴ、構成８では０．３４ｍＴに低減できる。イオンガンに付加する磁気シールドの構造を選択することによって、漏洩磁場強度は磁気シールドを付加しないイオンガンに対して４％から６０％の範囲で任意に調整可能であることが分かる。
　以上のように、本実施例によれば、イオンガンからの漏洩磁場を低減することができ、電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを十分に抑圧することが可能なペニング放電方式のイオンガンを備えたイオンミリング装置を提供することができる。
　図１１は、イオンガン内部の軸上磁場強度を示す図であり、（ａ）は構成３、４、５、８および磁気シールド無の場合、（ｂ）は構成１、２、６、７および磁気シールド無の場合を示す。イオンガン内に搭載する永久磁石１１４として残留磁束密度が１２５０から１３２０ｍＴの範囲で保持力が８５９ｋＡ／ｍのネオジム磁石を適用した場合のイオンガンの中心軸上の磁場強度を磁場シミュレータにて算出した結果である。図１１の横軸となるＺ軸座標のうち磁石が配置される位置はＺ＝－２２．５ｍｍから－１０．５ｍｍの範囲である。この領域がイオンガン内部でプラズマ生成室となる。その軸上磁場強度は磁気シールドを付加しないイオンガン１０１では約２２０ｍＴであるのに対して、構成１の磁気シールド構造イオンガンでは約１２０ｍＴ、構成２では約９０ｍＴ、構成３では約６０ｍＴ、構成４では約１０５ｍＴ、構成５では約１００ｍＴ、構成６では約１８０ｍＴ、構成７では約１３０ｍＴ、構成８では約１４０ｍＴとなる。イオンガンに付加する磁気シールドの構造を選択することによって、磁気シールド構造イオンガン１００内部の軸上磁場強度は磁気シールドを付加しないイオンガンに対して２７％から８２％の範囲で任意に調整可能であることが分かる。
　次に、軸上磁場強度と永久磁石１１４の性能との関係について検討した結果について説明する。使用した磁石の性能一覧を表１に示す。図１２は磁気シールドを付加しないイオンガン１０１に対して、表１に示した磁石Ａから磁石Ｄまでの４種類の磁石を、永久磁石１１４として組み込んだ場合のイオンガンの中心軸上の磁場強度（磁束密度）を磁場シミュレータにて算出した結果である。計算に用いた残留磁束密度および保持力は表１に示した数値を用いている。図１２の横軸となるＺ軸座標のうち磁石が配置される位置はＺ＝－２２．５ｍｍから－１０．５ｍｍの範囲である。この領域がイオンガン内部でプラズマ生成室となり、その軸上磁場強度は磁石Ａが約２２０ｍＴ、磁石Ｂが約１９５ｍＴ、磁石Ｃが約１６０ｍＴ、磁石Ｄが約１４５ｍＴとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　一方、図１３は、本実施例の一例として構成２に示した磁気シールド構造イオンガン１００に対して、表１に示した磁石Ａから磁石Ｄまでの４種類の磁石を、永久磁石１１４として組み込んだ場合のイオンガンの中心軸上の磁場強度（磁束密度）を磁場シミュレータにて算出した結果である。計算に用いた残留磁束密度および保持力は表１に示した数値を用いている。図１３の横軸となるＺ軸座標のうち磁石が配置される位置はＺ＝－２２．５ｍｍから－１０．５ｍｍの範囲である。この領域がイオンガン内部でプラズマ生成室となり、その軸上磁束密度は磁石Ａが約９０ｍＴ、磁石Ｂが約８０ｍＴ、磁石Ｃが約６５ｍＴ、磁石Ｄが約６０ｍＴとなる。構成２の磁気シールド構造イオンガンを適用することによって、磁気シールド構造イオンガン１００内部の軸上磁場強度は磁気シールドを付加しないイオンガンに対して、磁石の種類によらず約４１％低下することが分かる。これにより、磁石種の選択と磁気シールド構造の選択によりイオンガン内部の軸上磁場強度は大きな範囲で任意に調整可能であることが分かる。選択するイオンガン構成に関係して、適切な磁場強度の選択と、適切なイオン化室領域との、組み合わせを限定することにより、イオンガンから放出されるイオンの量を理想的に多くすることが可能となる。即ちこの場合、磁気シールドは、軸上磁場を制御する磁場制御板を構成する。これにより、例えば、加工試料の材料や材質等が異なる各種用途に応じて加工速度を制御することができる。なお、この効果自体は電子顕微鏡を備えなくても得ることができる。
　図１４は、本実施例の効果を説明するためのビームプロファイルの一例 を示す図であり、本実施例の一例として構成２に示した磁気シールド構造イオンガン１００に表１の磁石Ｂを搭載したイオンガン構成におけるスポット深さを示す。図１４に示す従来例は磁気シールドを付加しないイオンガン１０１に表１の磁石Ｂを永久磁石１１４として組み込んだイオンガンである。イオンガン構成は共に、アノード内径を４ｍｍ、アノード出口孔１３１の直径を４ｍｍとした。加速電圧は６ｋＶ、放電電圧を１．５ｋＶとし、イオンガンに導入するガスには流量０．０７ｃｍ３／分のＡｒガスを用いた。被加工材料にはシリコンを用い、遮蔽板となるマスクなしでのミリング加工を１時間実施した場合のビームプロファイルである。図１４の結果から、従来例ではビーム痕の深さが約１００μｍとなるのに対して、構成２ではビーム痕の深さが約３００μｍとなり、すなわちミリング速度は毎時３００μｍを記録し、従来例と比較して約３倍のミリング速度を得ることが可能である。また、この場合においてもイオンビームスポット径は縮小していない。
　以上、本実施例によれば、イオンガンに磁気シールド構造を付加することにより電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを抑圧可能なイオンミリング装置を提供することができる。また、イオンガンに磁気シールド構造を付加してイオンガン内部の軸上磁場強度を最適値に制御することができる。またこれにより、従来よりも著しく大きいミリング速度を得る、或いは各種材料等に応じてミリング速度の最適値を得ることが可能なペニング放電方式のイオンミリング装置を提供することができる。
　本発明の第２の実施例に係るイオンミリング装置について説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
　図１５は、本実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（加速電極ガイドを含む）の一例を示す構造断面図であり、実施例１で示した構成２と基本的には同様である。図１５に示すイオンガンと構成２との違いは、図１５に示す磁気シールド型加速電極１８０が３分割構造であり、加速電極ガイド部材１８１、第一の加速電極部材１８２、第二の加速電極部材１８３とを有する点にある。
　加速電極ガイド部材１８１は、強磁性体以外の材料、例えばステンレスで作製されイオンガンベース１１７にねじ込み式（又は嵌め込み式）で固定される。第一の加速電極部材１８２は、強磁性体、例えば純鉄で形成され加速電極ガイド部材１８１の外周に沿ってはめ込み式で設置され、永久磁石１１４の磁場で固定される。第二の加速電極部材１８３は、強磁性体、例えば純鉄で形成され加速電極ガイド部材１８１と第一の加速電極部材１８２の先端部に形成された溝にはめ込むことで磁気シールド構造イオンガン１００に対して位置決めされる構造である。シールド型加速電極を３分割構造にすることで、先ず強磁性体以外の材料からなる加速電極ガイド部材１８１を永久磁石１１４の影響を受けずに取り付け、次にこの加速電極ガイド部材をガイドとして用いて磁性体材料である第一および第二の加速電極部材を容易に取り付けることができる。即ち、強磁性体材料である磁気シールド型加速電極１８０は永久磁石１１４の干渉を受けずに取り外すことが可能であり、メンテナンス性が確保できる。
　図１６は、本実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（加速電極ガイドを含む）の他の例を示す構造断面図であり、実施例１で示した構成２と基本的には同様である。図１６に示すイオンガンと構成２との違いは、図１６に示す磁気シールド型加速電極１８０が２分割構造であり、加速電極ガイド部材１８１と加速電極部材１８２とを有する点にある。
　加速電極ガイド部材１８１は、強磁性体以外の材料、例えばステンレスで作製されイオンガンベース１１７にねじ込み式で固定される。加速電極部材１８２は、強磁性体、例えば純鉄で形成され加速電極ガイド部材１８１の外周に沿ってはめ込み式で設置され、永久磁石１１４の磁場で固定されることで磁気シールド構造イオンガン１００に対して位置決めされる構造である。この２分割構造にすることで、先ず強磁性体以外の材料からなる加速電極ガイド部材１８１を永久磁石１１４の影響を受けずに取り付け、次にこの加速電極ガイド部材１８１をガイドとして用いて磁性体材料である加速電極部材１８２を容易に取り付けることができる。即ち、強磁性体材料である磁気シールド型加速電極１８０は永久磁石１１４の干渉を受けずに取り外すことが可能であり、メンテナンス性が確保できる。なお、本実施例では、磁気シールドとして加速電極を用いたため加速電極ガイド部材を設けたが、基本的には強磁性体以外の材料からなる磁気シールドガイド部材を設けることにより同様の効果を得ることができる。
　以上、本実施例によれば、実施例１と同様の効果がある。また、強磁性体以外の材料からなる加速電極ガイド部材等の磁気シールドガイド部材を設けることにより、強磁性体磁気シールドの取り付けや取り外しが容易となり、メンテナンス性を確保することができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　以上、本願発明を詳細に説明したが、本願発明は以下の形態を含む。  
（１）永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンと、前記試料を観察する走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、
  前記永久磁石からの漏洩磁場を低減する磁気シールドを有し、
  前記磁気シールドは、前記磁気シールドの構造の変更により前記イオンガンにおける軸上磁場を制御する磁場制御板を構成するものであることを特徴とするイオンミリング装置。
（２）永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンを備えたイオンミリング装置において、
  前記永久磁石の外周を取り囲んで配置され、強磁性材料からなり、前記イオンガンの軸上磁場強度を制御する磁場制御板が配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
（３）上記（２）に記載のイオンミリング装置において、 
  前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
  前記磁場制御板は、前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面にも配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
（４）上記（２）に記載のイオンミリング装置において、 
  前記イオンガン内部の軸上磁場強度は、前記磁場制御板の構造の変更により制御されることを特徴とするイオンミリング装置。
１００…磁気シールド構造イオンガン、１０１…イオンガン、１０２…イオンビーム、１０３…イオンガン制御部、１０４…真空チャンバー、１０５…真空排気系、１０６…試料、１０７…試料台、１０８…試料台駆動部、１０９…試料台駆動制御部、１１１…第１カソード、１１２…第２カソード、１１３…アノード、１１４…永久磁石、１１５…加速電極、１１６…インシュレータ、１１７…イオンガンベース、１１８…イオン化室、１１９…カソードリング、１２１…放電電源、１２２…加速電源、１３１…アノード出口孔、１３２…カソード出口孔、１３３…加速電極出口孔、１４１…ガス供給機構、１４２…ガス源、１５１…電流測定手段、１５２…電流測定子駆動部、１５３…電流測定子、１６１…電子顕微鏡カラム、１６２…電子ビーム、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７…磁気シールド、１８０…磁気シールド型加速電極、１８１…加速電極ガイド部材、１８２、１８３…加速電極部材。

Claims (15)

  1. 　永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンと、前記試料を観察する走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、
      前記永久磁石からの漏洩磁場を低減する磁気シールドを有することを特徴とするイオンミリング装置。
  2. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、
      前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極を備え、
      前記磁気シールドは、前記加速電極を強磁性体材料で構成したものであることを特徴とするイオンミリング装置。
  3. 　請求項２に記載のイオンミリング装置において、 
      前記イオンガンは、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースを備え、
      前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面に強磁性体材料が配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  4. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、 
      前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
      前記磁気シールドは、前記加速電極の外周面および前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面に被覆された強磁性体材料で構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  5. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、 
      前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
      前記磁気シールドは、前記加速電極の内周面および前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面に被覆された強磁性体材料で構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  6. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、 
      前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
      前記磁気シールドは、前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面に配置された強磁性体材料と、前記加速電極を覆い前記加速電極とは離間して配置された強磁性体材料とで構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  7. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、 
      前記イオンガンは、前記永久磁石の外周面に配置されたカソードリングを備え、
      前記磁気シールドは、前記カソードリングを強磁性体材料で構成したものであることを特徴とするイオンミリング装置。
  8. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、
      前記磁気シールドは、前記永久磁石の外周を取り囲み前記永久磁石とは離間して配置された強磁性体材料で構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  9. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、
    　前記磁気シールドは、パーマロイ、純鉄、ニッケル、銅、モリブデン、および前記の少なくとも一種を主成分とする材料で構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  10. 　請求項２に記載のイオンミリング装置において、 
      前記イオンガンは、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースを備え、
      前記加速電極は、加速電極ガイド部材、第一の加速電極部材、第二の加速電極部材の３分割構造であり、
      前記加速電極ガイド部材は、強磁性体以外の材料で形成され前記イオンガンベースに固定され、
      前記第一の加速電極部材は、強磁性体で形成され前記加速電極ガイド部材の外側に設置され、
      前記第二の加速電極部材は、強磁性体で形成され前記加速電極ガイド部材と前記第一の加速電極部材にて位置決めされて設置され、
      前記第一および前記第二の加速電極部材は前記永久磁石の磁場により固定されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  11. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、
      前記磁気シールドは、前記永久磁石の外側を取り囲んで配置され、強磁性体以外の材料からなる磁気シールドガイド部材と、前記磁気シールドガイド部材の外側を取り囲んで配置され強磁性体材料からなる磁気シールド部材とを有することを特徴とするイオンミリング装置。
  12. 　永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンと、前記試料を観察する走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、
      前記永久磁石からの漏洩磁場を低減する磁気シールドを有し、
      前記磁気シールドは、前記磁気シールドの構造の変更により前記イオンガンにおける軸上磁場を制御する磁場制御板を構成するものであることを特徴とするイオンミリング装置。
  13. 　永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンを備えたイオンミリング装置において、
      前記永久磁石の外周を取り囲んで配置され、強磁性材料からなり、前記イオンガンの軸上磁場強度を制御する磁場制御板が配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  14. 　請求項１３に記載のイオンミリング装置において、 
      前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
      前記磁場制御板は、前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面にも配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  15. 　請求項１３に記載のイオンミリング装置において、 
      前記イオンガン内部の軸上磁場強度は、前記磁場制御板の構造の変更により制御されることを特徴とするイオンミリング装置。
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