WO2018011946A1 - イオンミリング装置 - Google Patents

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cathode
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健吾 浅井
広康 志知
徹 岩谷
久幸 高須
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J2237/31701—Ion implantation

Definitions

  • the present invention relates to an ion milling apparatus.
  • An ion milling device is a device that creates a sample for observation with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope.
  • the ion milling device uses a sputtering phenomenon in which accelerated ions collide with the sample and the ions repel atoms and molecules.
  • This is a processing device for cutting a sample.
  • the sample to be processed can be processed with a smooth cross section along the mask end surface by placing a mask serving as an ion beam shielding plate on the upper surface of the sample and sputtering the protruding portion from the mask end surface.
  • Ion milling equipment is used for processing metal, glass, ceramics, electronic parts, composite materials, etc.
  • the electronic parts it is used for applications such as internal structure, cross-sectional shape, film thickness evaluation, crystal state, failure and foreign substance cross-section analysis.
  • it is used for acquiring a morphological image, a sample composition image, a channeling image, X-ray analysis, crystal orientation analysis, and the like by a scanning electron microscope.
  • an ion beam source that generates an ion beam that irradiates a sample, a sample chamber in which the sample is processed by the ion beam, and an exhaust device that exhausts the sample chamber to maintain a vacuum.
  • a configuration of an ion milling apparatus having a gas injection mechanism for injecting a gas for generating ions is known. Also, by accelerating the ions in the ion beam source and providing an acceleration electrode that functions as a secondary electron suppressor, it is possible to construct a device that does not increase the distance between the ion gun and the sample, and shorten the milling time. Can be made.
  • an ion milling apparatus including an ion beam source that irradiates an ion beam and a sample holder that fixes a sample includes a mask that shields a part of the sample, and the ion beam source and the mask
  • An ion milling device with a high processing efficiency having a device configuration in which a non-axisymmetric lens is provided between them is disclosed.
  • a small Penning discharge type ion gun having a simple configuration is often used as an ion source.
  • the ion beam irradiated from the ion beam irradiation means travels while spreading until reaching the sample, and irradiates the sample and the mask in a circular shape.
  • the non-axisymmetric lens (beam shaping electrode) described in Patent Document 1 is deformed so that the ion beam is expanded along the mask end surface direction and contracted in the sample protruding direction (perpendicular to the mask end surface).
  • the sample can be processed more efficiently than a circular ion beam.
  • This invention is made in view of such a point, and is providing the ion milling apparatus which can suppress contamination of a beam shaping electrode.
  • An ion gun containing a beam shaping electrode for shaping the ion beam; A sample holder for fixing a sample to be processed by irradiation of the ion beam; A mask that shields a portion of the sample from the ion beam; An ion gun controller for controlling the ion gun; An ion milling device characterized by comprising:
  • An ion gun containing a beam shaping electrode for shaping the ion beam; A sample holder for fixing a sample to be processed by irradiation of the ion beam; A mask that shields a portion of the sample from the ion beam; An electron microscope column emitting an electron beam; An ion gun controller for controlling the ion gun; An ion milling device characterized by comprising:
  • FIG. 1 is a schematic overall cross-sectional view showing an example of an ion milling apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a conventional penning discharge type ion gun and related peripheral portions.
  • the schematic structure side view for demonstrating the reattachment of the ion milling apparatus and milling material which deform
  • the top view which shows an example of the ion beam shape in the ion milling apparatus shown to FIG. 3A.
  • FIG. 4B is a schematic configuration plan view for explaining the configuration of the beam shaping electrode cut along a-a ′ in the ion gun shown in FIG. 4A.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing an example of an ion beam profile viewed from the X direction (a direction parallel to the mask end face) in the ion gun shown in FIG. 4A.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing an example of an ion beam profile viewed from the Y direction (the direction perpendicular to the mask end face) in the ion gun shown in FIG. 4A.
  • FIG. 6 is a schematic overall cross-sectional view showing an example of an ion milling apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9A The schematic sectional drawing which shows an example of the ion gun in the ion milling apparatus shown in FIG. 9A is a schematic cross-sectional view showing an example of an ion beam profile viewed from the X direction (a direction parallel to the mask end face) in the ion gun shown in FIG. 9A.
  • FIG. 9B is a schematic cross-sectional view showing an example of an ion beam profile viewed from the Y direction (the direction perpendicular to the mask end face) in the ion gun shown in FIG. 9A.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an ion gun in an ion milling apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10B is a schematic configuration plan view for explaining the configuration of the beam shaping electrode cut along a-a ′ in the ion gun shown in FIG. 10A.
  • FIG. 3A is a schematic configuration side view for explaining reattachment of an ion milling device that deforms an ion beam and an object to be milled by an apparatus configuration in which a beam shaping electrode is provided between an ion gun and a sample investigated by the inventors.
  • An example of a top view of an ion beam shape in the ion milling apparatus shown in FIG. 3A is shown in FIG. 3B.
  • a beam shaping electrode 170 is arranged, the ion beam 102 is stretched in a direction along the end face of the mask 110 (X direction), and contracted in a direction perpendicular to the end face of the mask 110 (Y direction).
  • the beam 102 can be irradiated (FIG. 3B), and the sample can be processed more efficiently than when a circular ion beam is used.
  • the distance between the ion gun 101 and the sample 106 is shown larger for convenience than the size of other components.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional penning discharge type ion gun and related peripheral portions.
  • the ion gun 101 is a Penning discharge type ion gun, and includes a gas supply mechanism 141 for supplying gas therein, an anode 113, a cathode (first cathode) 111 disposed on the ion gun base 117 side, and an ion beam emitting side.
  • the cathode (second cathode) 112, the permanent magnet 114, the acceleration electrode 115, the insulator 116, and the cathode ring 119 are arranged 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.
  • the cathode 111 and the 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), they are not included in the magnetic circuit together with the alumina insulator 116 and the aluminum anode 113.
  • 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 inventors came up with the utilization of the space between the cathode 112 and the acceleration electrode 115 arranged on the side from which the ion beam is emitted.
  • the present invention is based on this new knowledge, and the beam shaping electrode is disposed between the cathode (second cathode) 112 and the acceleration electrode.
  • the beam shaping electrode By arranging the beam shaping electrode inside the acceleration electrode (included in the ion gun), it is possible to prevent the milling material sputtered by the irradiated ion beam from being shielded by the acceleration electrode and adhering to the beam shaping electrode. It is possible to suppress or prevent the performance degradation due to. Further, the shape and arrangement position of the beam shaping electrode can be selected according to the voltage condition applied to the beam shaping electrode, and the arrangement conditions that can avoid the influence of internal contamination can be selected, so that an ion milling device with high maintainability can be provided. .
  • FIG. 1 is a schematic overall sectional view showing an example of an ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • a Penning discharge type ion gun 101 includes components necessary for generating ions therein, and irradiates a sample 106 with an ion beam 102.
  • 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 condition of the ion beam 102 is 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 can be moved 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 (sample holder) 107, and the sample table 107 is held by a sample stage 108.
  • a mask 110 serving as an ion beam shielding plate is placed on the upper surface of the sample 106, and a region of the sample 106 protruding from the end face of the mask 110 is shaved along the mask end face by the ion beam 102, so that a smooth cross section can be formed.
  • the sample stage 108 can be pulled out of the vacuum chamber 104 when the vacuum chamber 104 is opened to the atmosphere, and a mechanism for tilting the sample 106 at an arbitrary angle with respect to the optical axis of the ion beam 102. Contains all elements.
  • the sample stage driving unit 109 can swing the sample stage 108 to the left and right, and can control the speed thereof.
  • a cooling mechanism for cooling the sample can also be provided.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view showing the configuration of the peripheral portion related to the ion gun
  • FIG. 4B is a schematic plan view for explaining the arrangement of the beam forming electrodes cut along aa ′ in FIG. 4A and the configuration of the peripheral portion. It is.
  • the ion gun 101 in the ion milling apparatus according to the present embodiment is a Penning discharge type ion gun, and a beam composed of two to four electrodes between the acceleration electrode 115 and the cathode 112 disposed on the side from which the ion beam is emitted.
  • a shaped electrode 170 is disposed.
  • the ion gun control unit 103 is electrically connected to a discharge power source 121, an acceleration power source 122, and a beam shaping power source 123 (including 124 and 125), and controls the discharge voltage, the acceleration voltage, and the beam shaping voltage.
  • the beam shaping electrode 170 is composed of four electrodes 171, 172, 173, and 174 shown in FIG. 4B. As shown in the figure, two pairs of electrodes face each other so that they are orthogonal to each other along the X direction and the Y direction. Has been placed.
  • the beam shaping power source 124 applies a positive voltage to the beam shaping electrode 171 and the beam shaping electrode 172 facing each other along the Y direction, and the beam shaping power source 125 and the beam shaping electrode 173 facing each other along the X direction.
  • a negative voltage is applied to the electrode 174.
  • a beam profile is obtained in which the ion beam expands in the X direction and contracts in the Y direction.
  • an arbitrary voltage to the beam shaping electrode 170, an arbitrary ion beam irradiation region can be obtained in accordance with a desired processing range of the sample.
  • the relationship between the voltage applied to the beam shaping electrode disposed inside the ion gun and the amount of deformation of the ion beam is stored in a storage device in advance, and the amount of deformation of the ion beam is set on the operation panel. It is possible to provide an ion milling apparatus that can apply an applied voltage according to the deformation amount of the ion beam.
  • FIG. 5A and 5B are examples of an ion beam profile in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 5A is a result of calculating ion trajectories with an ion optical simulator in the configuration of the ion gun shown in FIGS. 4A and 4B
  • FIG. 5A is a ZY plane profile (profile when viewed from the direction along the mask end face (X direction)).
  • FIG. 5B shows a ZX plane profile (profile viewed from a direction perpendicular to the mask end face (Y direction)).
  • the beam shaping electrode used for the calculation has a length in the Z-axis direction of 2.5 mm in FIG. 4A, the X-axis direction of the beam shaping electrodes 171 and 172 in FIG.
  • the beam shaping electrodes 171 and 172, and the beam shaping electrodes 173 and 174 have a facing distance of 4 mm.
  • the voltage applied to the beam shaping electrode 170 is +500 V to the beam shaping electrodes 171 and 172 arranged along the Y direction, and ⁇ 500 V to the beam shaping electrodes 173 and 174 arranged along the X direction.
  • FIG. 6A and 6B are diagrams showing an example of an ion beam irradiation range for explaining the effect of the present embodiment.
  • FIG. 6A is a diagram showing a state during processing as seen from the side of the traveling direction of the ion beam 102
  • FIG. 6B is a schematic top view of the sample 106 and the ion beam 102 irradiated on the sample 106 as seen from the ion gun 101 side.
  • the center position of the ion beam 102 is adjusted so as to hit the end of the mask 110.
  • FIG. 7A and 7B are diagrams showing an example of an ion beam irradiation range for explaining another effect of the present embodiment.
  • FIG. 7A is a view of the state during processing as viewed from the side surface in the traveling direction of the ion beam 102
  • FIG. 7B is a view of the sample 106 and the ion beam 102 irradiated on the sample 106 as viewed from the ion gun 101 side.
  • the ion beam 102 irradiated from the ion gun 101 spreads in the Y direction and has a reduced beam profile in the X direction, the ion beam irradiation region to the sample is reduced, and the conventional Compared to the case where a circular beam is used, the ion beam irradiated outside the desired processing range can be suppressed. Thereby, processing defects such as deformation or melting of the sample due to thermal energy can be reduced. It can also be used in combination with a cooling mechanism provided in the sample stage or the like.
  • the region irradiated with the ion beam 102 further expands in the Y direction, and it is possible to suppress damage to the sample due to thermal energy diffused from the ion beam irradiated outside the desired processing range. Therefore, it becomes possible to process a material more vulnerable to heat damage.
  • a beam shaping electrode made up of two-to-four electrodes facing each other is arranged between a cathode electrode and an accelerating electrode arranged on the side from which the ion beam is emitted.
  • an ion milling apparatus that can suppress contamination of the beam-forming electrode.
  • a beam shaping electrode is placed between the cathode electrode and the accelerating electrode arranged on the side from which the ion beam is emitted, and an arbitrary voltage is applied.
  • an ion beam can be formed.
  • Example 2 of the present invention An ion milling apparatus according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the matters described in the first embodiment and not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment as long as there is no special circumstances.
  • FIG. 8 is a schematic overall cross-sectional view of the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • 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 condition of the ion beam 102 is 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 stage 107, and the sample stage 107 is held by a sample stage 108.
  • the sample stage 108 can be pulled out of the vacuum chamber 104 when the vacuum chamber 104 is opened to the atmosphere, and a mechanism for tilting the sample 106 at an arbitrary angle with respect to the optical axis of the ion beam 102. Contains all elements.
  • the sample stage driving unit 109 can swing the sample stage 108 to the left and right, and can control the speed thereof.
  • An ion milling apparatus equipped with an electron microscope has a configuration suitable for a case where a beam shaping mechanism is provided.
  • the ion beam 102 irradiated from the ion gun 101 has a reduced beam profile in the Y direction, and therefore requires very high-precision alignment.
  • the shaped ion beam 102 can be easily aligned with respect to the mask edge with high accuracy, a large area of the ion beam 102 can be focused on the sample 106 and irradiated.
  • the acceleration electrode be made of a ferromagnetic material in consideration of the influence of the leakage magnetic field from the ion gun on the electron beam.
  • FIGS. 9A to 9C are a structural diagram and an ion beam profile of an ion gun showing another example of this embodiment.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view showing the ion gun 101
  • FIGS. 9B and 9C are results obtained by calculating ion trajectories using an ion optical simulator.
  • FIG. 9B shows a profile of the ZY plane (from the direction along the mask end face (X direction)).
  • FIG. 9C shows a ZX plane profile (profile viewed from a direction orthogonal to the mask end face (Y direction)).
  • the ion gun 101 is characterized in that a beam forming electrode 170 composed of two to four electrodes is disposed between the acceleration electrode 115 and the cathode 112 disposed on the side from which the ion beam is emitted.
  • the beam shaping electrode 170 is composed of four electrodes 171, 172, 173, and 174, and two pairs of electrodes face each other and are arranged so as to be orthogonal along the X direction and the Y direction (FIG. 4A, FIG. 4B).
  • the beam shaping electrode used for the ion trajectory calculation has a length in the Z axis direction of 1.5 mm in FIG. 4A, the X axis direction of the beam shaping electrodes 171 and 172 in FIG. 4B, and the Y axis of the beam shaping electrodes 173 and 174. This is the case when the length in the direction is 3 mm.
  • 9A to 9C show the case where the facing distance between the beam shaping electrodes 171 and 172 and the beam shaping electrodes 173 and 174 is 6 mm, and the voltage applied to the beam shaping electrode 170 is arranged along the Y direction.
  • +1800 V to the formed beam forming electrodes 171 and 172 and applying ⁇ 1800 V to the beam forming electrodes 173 and 174 arranged along the X direction.
  • a beam profile that becomes a processing region stretched in the X direction is obtained. Show that you can get.
  • Table 1 summarizes the results of evaluating the beam shaping electrode arrangement conditions and applied voltage with an ion optical simulator.
  • the beam shaping electrode 170 applied to the evaluation was composed of four electrodes 171, 172, 173, and 174, and two pairs of electrodes faced each other so as to be orthogonal along the X direction and the Y direction.
  • the length in the Z-axis direction shown in FIG. 4A is 1.5 mm
  • the X-axis direction of the beam shaping electrodes 171 and 172 shown in FIG. 4B
  • the Y-axis of the beam shaping electrodes 173 and 174 The length in the direction was 3 mm.
  • the beam forming electrodes 171 and 172 and the facing distance between the beam forming electrodes 173 and 174 are evaluated, and the voltage condition applied to the beam forming electrode when the facing distance is 3 mm, 4 mm, 5 mm, and 6 mm is optimal. Turned into.
  • the standard condition for obtaining the beam shaping effect is that the beam width in the enlargement direction is at least twice the beam width in the reduction direction.
  • a sufficient beam shaping effect cannot be obtained.
  • the voltage applied to the beam shaping electrode is larger than the applied voltage range, a crossover occurs in the ion beam trajectory.
  • a beam shaping electrode having the configuration shown in Table 1 is arranged between a cathode electrode and an accelerating electrode arranged on the ion beam emitting side inside the ion beam source (ion gun).
  • the ion beam can be shaped in accordance with the desired processing range of the sample. Accordingly, it is possible to provide an ion milling apparatus that enables ion milling with high processing efficiency and ion milling of a material that is vulnerable to thermal damage.
  • the relationship between the voltage applied to the beam shaping electrode disposed inside the ion gun and the amount of deformation of the ion beam is stored in a storage device in advance, and the amount of deformation of the ion beam is set on the operation panel. It is possible to provide an ion milling apparatus that can apply an applied voltage according to the deformation amount of the ion beam.
  • the material to be milled on the beam shaping electrode is reduced. Adhesion could be greatly reduced.
  • FIG. 6B by using a beam shape that is long in the direction along the mask edge and short in the direction perpendicular to the mask edge, for example, the major axis direction of the elliptical shape becomes the direction along the mask edge.
  • the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, by mounting an electron microscope such as SEM, it is possible to easily align the mask edge with the ion beam.
  • Example 3 of the present invention An ion milling apparatus according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 10A and 10B. Note that matters described in the first or second embodiment but not described in the present embodiment can also be applied to the present embodiment unless there are special circumstances.
  • FIG. 10A and 10B are structural views showing an example of an ion gun in the ion milling apparatus according to the present embodiment.
  • an apparatus having the configuration shown in FIG. 1 or FIG. 8 can be used.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the peripheral portion related to the ion gun 101
  • FIG. 10B is a diagram showing the arrangement of the beam shaping electrode cut along a-a ′ in FIG. 10A and the configuration of the peripheral portion.
  • the ion gun 101 according to the present embodiment is characterized in that a beam shaping electrode 180 composed of one to two electrodes is disposed between the acceleration electrode 115 and the cathode 112 disposed on the side from which the ion beam is emitted.
  • the ion gun control unit 103 is electrically connected to a discharge power source 121, an acceleration power source 122, and a beam shaping power source 126 (including 127), and controls the discharge voltage, the acceleration voltage, and the beam shaping voltage.
  • the beam shaping electrode 180 is composed of two electrodes 181 and 182, and a pair of electrodes face each other and are arranged along the X direction as shown in the figure.
  • the beam shaping power supply 127 applies a negative voltage to the beam shaping electrode 181 and the beam shaping electrode 182 facing each other along the X direction. Under such voltage conditions, a beam profile is obtained in which the ion beam spreads in the X direction. In this way, by applying an arbitrary voltage to the beam shaping electrode, an ion beam irradiation region can be obtained in accordance with the desired processing range of the sample.
  • the same effects as those of Embodiments 1 and 2 can be obtained. Further, the configuration can be simplified by configuring the beam shaping electrode with one to two electrodes.
  • 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.

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Abstract

ビーム成形電極の汚染を抑制可能なイオンミリング装置を提供するために、イオンビームを成形するビーム成形電極を内包するイオンガン（１０１）と、イオンビーム（１０２）の照射により加工される試料（１０６）を固定する試料ホルダ（１０７）と、試料（１０６）の一部をイオンビーム（１０２）から遮蔽するマスク（１１０）と、イオンガン（１０１）を制御するイオンガン制御部（１０３）と、を備えたイオンミリング装置とする。

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、走査電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡などで観察するための試料を作成する装置であり、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、試料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がスパッタされることでマスク端面に沿った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、複合材料などを加工対象とし、たとえば電子部品においては、内部構造や断面形状、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り、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に利用されている。
　すなわち従来において、試料に照射するイオンビームを発生させるイオンビーム源と、前記イオンビームによる加工が行われる前記試料を内置する試料室と、前記試料室の真空を保つために排気を行う排気装置と、イオン生成のためのガスを注入するガス注入機構を備えたイオンミリング装置の構成が知られている。また、前記イオンビーム源のイオンを加速させるとともに二次電子サプレッサとして機能する加速電極を設けることにより、イオン銃と試料間の距離を拡大させることがない装置構成を可能とし、ミリング加工時間を短縮させることができる。特許文献１には、イオンビームを照射するイオンビーム源と、試料を固定する試料ホルダを備えたイオンミリング装置において、前記試料の一部を遮蔽するマスクを備え、前記イオンビーム源と前記マスクとの間に非軸対称レンズを設けた装置構成を有する加工効率の良いイオンミリング装置が開示されている。
特開２００９－１７０１１７号公報
　前記のようなイオンミリング装置においては、イオン源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多く用いられている。イオン光学系にレンズ機構を持たない従来のイオンミリング装置では、イオンビーム照射手段より照射されるイオンビームは試料に到達するまでに広がりながら進行し、試料とマスクに円状に照射されていた。
　一方、特許文献１に記載された非軸対称レンズ（ビーム成形電極）はイオンビームをマスク端面方向に沿って広げ、試料突出方向（マスク端面と直角方向）では縮めるように変形させ、試料の広範囲の領域にイオンビームを照射することにより円状のイオンビームに比べ試料をより効率よく加工することができる。
　そこで、発明者等は特許文献１に記載された構成が将来に渡り利用可能かどうか検討を行った。その結果、非軸対称レンズがイオンビーム源と試料との間に配置されていることが問題となる恐れのあることが分かった。すなわち、イオンビーム源と試料との間の距離は、ミリング加工性能が低下するため大きくできない。そのため、この間に配置される非軸対称レンズと試料との距離を十分に確保することは困難であり、照射されたイオンビームにより試料からスパッタされた被ミリング材が試料近傍に配置された非軸対称レンズに大量に付着し、この汚染により非軸対称レンズの機能が低下し、イオンミリング装置の性能を維持することができない恐れのあることが分かった。
　本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ビーム成形電極の汚染を抑制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、
イオンビームを成形するビーム成形電極を内包するイオンガンと、
前記イオンビームの照射により加工される試料を固定する試料ホルダと、
前記試料の一部を前記イオンビームから遮蔽するマスクと、
前記イオンガンを制御するイオンガン制御部と、
を備えたことを特徴とするイオンミリング装置とする。
　また、他の実施形態として、
イオンビームを成形するビーム成形電極を内包するイオンガンと、
前記イオンビームの照射により加工される試料を固定する試料ホルダと、
前記試料の一部を前記イオンビームから遮蔽するマスクと、
電子ビームを放出する電子顕微鏡カラムと、
前記イオンガンを制御するイオンガン制御部と、
を備えた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、ビーム成形電極の汚染を抑制可能なイオンミリング装置を提供することができる。
本発明の実施例１に係るイオンミリング装置の一例を示す概略全体構成断面図。 従来のペニング放電方式のイオンガン及び関連する周辺部の構成を示す概略構成断面図。 発明者等が検討した、従来のイオンガンと試料との間にビーム成形電極を設けた装置構成によりイオンビームを変形させるイオンミリング装置と被ミリング材の再付着を説明するための概略構成側面図。 図３Ａに示すイオンミリング装置におけるイオンビーム形状の一例を示す上面図。 本発明の実施例１に係るイオンミリング装置におけるイオンガンの概略構成断面図。 図４Ａに示すイオンガンにおいて、ａ－ａ’間でカットしたビーム成形電極の構成を説明するための概略構成平面図。 図４Ａに示すイオンガンにおいて、Ｘ方向（マスク端面平行方向）から見たイオンビームプロファイルの一例を示す概略断面図。 図４Ａに示すイオンガンにおいて、Ｙ方向（マスク端面垂直方向）から見たイオンビームプロファイルの一例を示す概略断面図。 本発明の実施例１に係るイオンミリング装置の効果を説明するための概略側面図。 本発明の実施例１に係るイオンミリング装置の効果を説明するためのイオンビーム照射範囲の一例を示す概略上面図。 本発明の実施例１に係るイオンミリング装置の他の効果を説明するための概略側面図。 本発明の実施例１に係るイオンミリング装置の他の効果を説明するためのイオンビーム照射範囲の一例を示す上面図。 本発明の実施例２に係るイオンミリング装置の一例を示す概略全体構成断面図。 図８に示すイオンミリング装置におけるイオンガン一例を示す概略断面図。 図９Ａに示すイオンガンにおいて、Ｘ方向（マスク端面平行方向）から見たイオンビームプロファイルの一例を示す概略断面図。 図９Ａに示すイオンガンにおいて、Ｙ方向（マスク端面垂直方向）から見たイオンビームプロファイルの一例を示す概略断面図。 本発明の実施例３に係るイオンミリング装置におけるイオンガンの概略構成断面図。 図１０Ａに示すイオンガンにおいて、ａ－ａ’間でカットしたビーム成形電極の構成を説明するための概略構成平面図。
　発明者等が検討したイオンガンと試料との間にビーム成形電極を設けた装置構成によりイオンビームを変形させるイオンミリング装置と被ミリング材の再付着を説明するための概略構成側面図を図３Ａに示す。また、図３Ａに示すイオンミリング装置におけるイオンビーム形状の上面図の一例を図３Ｂに示す。ビーム成形電極１７０を配置し、イオンビーム１０２をマスク１１０の端面に沿う方向（Ｘ方向）に引き伸ばし、マスク１１０の端面に垂直な方向（Ｙ方向）に縮めることにより、試料の広範囲な領域にイオンビーム１０２を照射することができ（図３Ｂ）、円状のイオンビームを用いた場合に比べ試料をより効率よく加工することができる。なお、図３Ａではイオンガン１０１と試料１０６との間の距離を他の構成要素の大きさに比べ便宜上大きめに記載している。
　しかしながら、図３Ａに示すように、イオンガン１０１と試料１０６との間に配置されたビーム成形電極１７０には、照射されたイオンビーム１０２によりスパッタされた被ミリング材１９０が大量に付着するため汚染による機能低下が頻繁に発生する。このため、ビーム成形電極１７０をイオンガン１０１と試料との間に配置したイオンミリング装置は性能を維持することが難しいことが分かる。また、被ミリング材の付着を低減させるために、イオンガン１０１と試料１０６との距離を拡大させるとミリング加工性能が低下するという別の問題が生じる。
　発明者等は、イオンビームによりスパッタされた試料からの被ミリング材のビーム成形電極への付着防止策について検討するために、イオンガンの構造を見直した。図２に、従来のペニング放電方式のイオンガン及び関連する周辺部の構成を示す概略構成断面図を示す。イオンガン１０１はペニング放電方式のイオンガンであり、内部にガスを供給するガス供給機構１４１と、アノード１１３と、イオンガンベース１１７側に配置されるカソード（第１カソード）１１１とイオンビームを放出する側に配置されるカソード（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、前記イオンガンベース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。カソード１１１とカソード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）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。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は加速電極出口孔である。
　このイオンガンについて見直した結果、イオンビームを放出する側に配置されるカソード１１２と加速電極１１５との間の空間の利用に思い至った。本発明はこの新たな知見に基づくものであり、ビーム成形電極をカソード（第２カソード）１１２と加速電極との間に配置する。
　加速電極の内側にビーム成形電極を配置（イオンガンに内包）することで、照射されたイオンビームによりスパッタされた被ミリング材が加速電極により遮蔽されビーム成形電極に付着することを回避できるため、汚染による性能低下を抑制或いは防止することができる。さらにビーム成形電極の形状と配置位置は、ビーム成形電極に印加する電圧条件により選択が可能であり、内部汚染の影響を回避できる配置条件を選択できるため、メンテナンス性の高いイオンミリング装置を提供できる。
　以下、本発明について実施例により図面を参照して説明する。
　図１は、本実施例に係るイオンミリング装置の一例を示す概略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。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の照射条件は、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により可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（試料ホルダ）１０７の上に保持され、試料台１０７は試料ステージ１０８によって保持されている。試料１０６の上面にはイオンビームの遮蔽版となるマスク１１０が載り、試料１０６のうちマスク１１０端面から突き出した領域が、イオンビーム１０２によりマスク端面に沿って削られ、平滑な断面が形成できる。
　試料ステージ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。試料ステージ駆動部１０９は、試料ステージ１０８を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。また、試料を冷却するための冷却機構を備えることもできる。
　図４Ａはイオンガンと関連する周辺部の構成を示す断面図、図４Ｂは図４Ａの中のａ－ａ’間でカットしたビーム成形電極の配置と周辺部の構成を説明するための概略平面図である。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１０１は、ペニング放電方式のイオンガンであり、加速電極１１５とイオンビームを放出する側に配置されるカソード１１２との間に２対４枚の電極からなるビーム成形電極１７０が配置されている。
　イオンガン制御部１０３は放電電源１２１と加速電源１２２とビーム成形電源１２３（１２４、１２５を含む）に電気的に接続されており、放電電圧と加速電圧とビーム成形電圧を制御している。ビーム成形電極１７０は図４Ｂに示す４個の電極１７１，１７２，１７３，１７４から構成されており、図に示すように２対の電極が向かい合ってＸ方向およびＹ方向に沿って直交するように配置されている。
　ビーム成形電源１２４は、Ｙ方向に沿って向かい合ったビーム成形電極１７１とビーム成形電極１７２に正の電圧を印加し、ビーム成形電源１２５は、Ｘ方向に沿って向かい合ったビーム成形電極１７３とビーム成形電極１７４に負の電圧を印加する。このような電圧条件により、イオンビームはＸ方向に広がり、Ｙ方向に縮小するビームプロファイルが得られる。このようにビーム成形電極１７０に任意の電圧を印加することで試料の加工希望範囲に合わせて任意のイオンビーム照射領域が得ることができる。
　また、イオンガンの内部に配置されたビーム成形電極に印加される電圧とイオンビームの変形量との関係を予め記憶装置へ記憶しておき、操作パネル上でイオンビームの変形量を設定することにより、イオンビームの変形量に応じた印加電圧を印加することが可能なイオンミリング装置を提供することができる。
　図５Ａ及び図５Ｂは、本実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンビームプロファイルの一例である。図４Ａ及び図４Ｂに示すイオンガンの構成においてイオン軌道をイオン光学シミュレータにて算出した結果であり、図５ＡはＺ－Ｙ面のプロファイル（マスク端面に沿う方向（Ｘ方向）から見たときのプロファイル）、図５ＢはＺ－Ｘ面のプロファイル（マスク端面に直交する方向（Ｙ方向）から見たときのプロファイル）を示す。計算に用いたビーム成形電極は、図４ＡのＺ軸方向の長さが２．５ｍｍ、図４Ｂのビーム成形電極１７１と１７２のＸ軸方向、および、ビーム成形電極１７３と１７４のＹ軸方向の長さが３ｍｍ、ビーム成形電極１７１と１７２、および、ビーム成形電極１７３と１７４の対向距離が４ｍｍの場合である。ビーム成形電極１７０に印加する電圧を、Ｙ方向に沿って配置されたビーム成形電極１７１と１７２には＋５００Ｖを、Ｘ方向に沿って配置されたビーム成形電極１７３と１７４には－５００Ｖを印加することで、Ｘ方向に従来の２倍の長さとなる加工範囲のビームプロファイルを得ることができる。
　図６Ａ及び図６Ｂは、本実施例の効果を説明するためのイオンビーム照射範囲の一例を示す図である。図６Ａは加工中の状態をイオンビーム１０２の進行方向の側面側から見た図、図６Ｂは試料１０６と試料１０６に照射されるイオンビーム１０２をイオンガン１０１側から見た概略上面図である。イオンビーム１０２の中心位置はマスク１１０の端部に当たるように調整する。この図に示すように、イオンガン１０１から照射されたイオンビーム１０２はＸ方向には広がり、Ｙ方向には縮小したビームプロファイルとした場合には、電界によりイオンビーム１０２の多くが試料１０６に集中して照射可能なため、従来に比べて短時間で広い範囲の加工が可能となり、加工効率を向上することができる。
　図７Ａ及び図７Ｂは、本実施例の他の効果を説明するためのイオンビーム照射範囲の一例を示す図である。図７Ａは加工中の状態をイオンビーム１０２の進行方向の側面側から見た図、図７Ｂは試料１０６と試料１０６に照射されるイオンビーム１０２をイオンガン１０１側から見た図である。この図に示すように、イオンガン１０１から照射されたイオンビーム１０２はＹ方向には広がり、Ｘ方向には縮小したビームプロファイルとした場合には、試料へのイオンビーム照射領域が縮小され、従来の円状ビームを用いた場合に比べて加工希望範囲以外に照射されるイオンビームを抑制することができる。これにより、熱エネルギーにより試料が変形する或いは溶解する等の加工不良を低減することができる。また、試料ステージ等に備えられた冷却機構と併用することもできる。
　更に、低加速電圧条件を選択すると、イオンビーム１０２の照射される領域がＹ方向にさらに広がり、加工希望範囲以外に照射されたイオンビームから拡散された熱エネルギーによる試料の破損を抑制することができるため、より熱ダメージに脆弱な材料を加工することが可能となる。
　イオンビーム源（イオンガン）の内部において、イオンビームを放出する側に配置されたカソード電極と加速電極との間に、対向する２対４枚の電極からなるビーム成形電極を配置し、直交するビーム成形電極に任意の電圧を印加することで、試料の加工希望範囲に合わせてイオンビームを成形させる構成のイオンミリング装置を提供することができる。
　図１に示すイオンミリング装置に、図４Ａに示すイオンガンを搭載して試料を加工した結果、イオンガンと試料との間にビーム成形電極を配置した場合に比べ、ビーム成形電極への被ミリング材の付着を大幅に低減することができた。また、イオンビームを図６Ｂに示すように、マスクエッジに沿う方向に長く、マスクエッジと直角方向に短いビーム形状を用いることにより、例えば楕円形状の長軸方向がマスクエッジに沿う方向となるようにイオンビーム形状を成形することにより、ビーム成形電極の汚染が抑制された状態で、試料の加工効率を向上させることができた。また、イオンビームを図７Ｂに示すように、マスクエッジに沿う方向に短く、マスクエッジと直角方向に長いビーム形状を用いることにより、例えば楕円形状の長軸方向がマスクエッジと直角方向となるようにイオンビーム形状を成形することにより、ビーム成形電極の汚染が抑制された状態で、イオンミリング時の試料の加熱を抑制することができた。これにより、熱ダメージに弱い試料の加工が可能となる。
　以上本実施例によれば、ビーム成形電極の汚染を抑制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、イオンビーム源の内部において、イオンビームを放出する側に配置されたカソード電極と加速電極との間に、ビーム成形電極を配置し任意の電圧を印加することで、試料の加工希望範囲に合わせてイオンビームを成形することができる。これにより、ビーム成形電極の汚染が抑制された状態で、加工効率が高いイオンミリング加工や、熱ダメージに弱い材料のイオンミリング加工が可能になるイオンミリング装置を提供することができる。
　本発明の実施例２に係るイオンミリング装置について図８を用いて説明する。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８は本実施例に係るイオンミリング装置の概略全体構成断面図である。本実施例では、イオンミリング装置にＳＥＭ等の電子顕微鏡を搭載した例について説明する。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の照射条件は、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は試料ステージ１０８によって保持されている。
　試料ステージ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。試料ステージ駆動部１０９は、試料ステージ１０８を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。
　電子顕微鏡を搭載したイオンミリング装置は、ビーム成形機構を有する場合に適した構成である。例えば、図６Ｂに示したイオンビーム照射範囲の場合、イオンガン１０１から照射されたイオンビーム１０２は、Ｙ方向には縮小したビームプロファイルになることから、非常に高精度な位置あわせが必要となる。電子顕微鏡を搭載したイオンミリング装置の場合、電子顕微鏡機構を適用した超高精度位置あわせが可能である。本実施例では、成形されたイオンビーム１０２をマスクエッジに対して容易に高精度に位置あわせできるため、イオンビーム１０２の多く領域を試料１０６に集中して照射可能となる。これにより、楕円状ビームの長軸方向を用いた場合、短時間で広い範囲での試料の加工が可能となり、加工効率が向上する。なお、電子顕微鏡を搭載する場合、イオンガンからの漏えい磁場の電子線への影響を考慮して加速電極は強磁性体材料とすることが望ましい。
　図９Ａ乃至図９Ｃは、本実施例の別の一例を示すイオンガンの構造図とイオンビームプロファイルである。図９Ａはイオンガン１０１を示す断面図、図９Ｂ及び図９Ｃはイオン軌道をイオン光学シミュレータにて算出した結果であり、図９ＢはＺ－Ｙ面のプロファイル（マスク端面に沿う方向（Ｘ方向）から見たときのプロファイル）、図９ＣはＺ－Ｘ面のプロファイル（マスク端面に直交する方向（Ｙ方向）から見たときのプロファイル）を示す。
　本実施例に係るイオンガン１０１は、加速電極１１５とイオンビームを放出する側に配置されるカソード１１２の間に２対４枚の電極からなるビーム成形電極１７０を配置したことを特徴とする。ビーム成形電極１７０は４個の電極１７１，１７２，１７３，１７４から構成されており、２対の電極が向かい合ってＸ方向およびＹ方向に沿って直交するように配置されている（図４Ａ、図４Ｂ参照）。イオン軌道計算に用いたビーム成形電極は、図４ＡのＺ軸方向の長さが１．５ｍｍ、図４Ｂのビーム成形電極１７１と１７２のＸ軸方向、および、ビーム成形電極１７３と１７４のＹ軸方向の長さが３ｍｍの場合である。
　図９Ａ乃至図９Ｃは、ビーム成形電極１７１と１７２、および、ビーム成形電極１７３と１７４の対向距離を６ｍｍとして配置した場合を示し、ビーム成形電極１７０に印加する電圧を、Ｙ方向に沿って配置されたビーム成形電極１７１と１７２には＋１８００Ｖを、Ｘ方向に沿って配置されたビーム成形電極１７３と１７４には－１８００Ｖを印加することで、Ｘ方向に引き伸ばされた加工領域となるビームプロファイルを得ることができることを示す。
　同様にビーム成形電極の配置条件と印加電圧についてイオン光学シミュレータにて評価した結果を表１にまとめる。評価に適用したビーム成形電極１７０は、４個の電極１７１，１７２，１７３，１７４から構成され、２対の電極が向かい合ってＸ方向およびＹ方向に沿って直交するように配置した。ビーム成形電極のサイズは、図４Ａに示したＺ軸方向の長さが１．５ｍｍ、図４Ｂに示したビーム成形電極１７１と１７２のＸ軸方向、および、ビーム成形電極１７３と１７４のＹ軸方向の長さが３ｍｍとした。ここで、ビーム成形電極１７１と１７２、および、ビーム成形電極１７３と１７４の対向距離に関して評価を行い、対向距離を３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍとした場合のビーム成形電極に印加する電圧条件を最適化した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　ビーム成形の効果が得られたとした基準条件は、縮小方向のビーム幅に対して、拡大方向のビーム幅が２倍以上となることとした。ビーム成形電極に印加する電圧が、表１に示した印加電圧範囲よりも小さい場合には十分なビーム成形効果を得ることができない。また、ビーム成形電極に印加する電圧が、印加電圧範囲よりも大きい場合にはイオンビーム軌道にクロスオーバーが発生する。本実施例においては、イオンビーム源（イオンガン）の内部において、イオンビームを放出する側に配置されたカソード電極と加速電極との間に、表１に示した構成を有するビーム成形電極を配置し、表１に示した電圧を印加することで、試料の加工希望範囲に合わせてイオンビームを成形することができる。これにより、加工効率が高いイオンミリング加工や、熱ダメージに弱い材料のイオンミリング加工が可能になるイオンミリング装置を提供することができる。
　また、イオンガンの内部に配置されたビーム成形電極に印加される電圧とイオンビームの変形量との関係を予め記憶装置へ記憶しておき、操作パネル上でイオンビームの変形量を設定することにより、イオンビームの変形量に応じた印加電圧を印加することが可能なイオンミリング装置を提供することができる。
　図８に示すイオンミリング装置に、図９Ａに示すイオンガンを搭載して試料を加工した結果、イオンガンと試料との間にビーム成形電極を配置した場合に比べ、ビーム成形電極への被ミリング材の付着を大幅に低減することができた。また、イオンビームを図６Ｂに示すように、マスクエッジに沿う方向に長く、マスクエッジと直角方向に短いビーム形状を用いることにより、例えば楕円形状の長軸方向がマスクエッジに沿う方向となるようにイオンビーム形状を成形することにより、ビーム成形電極の汚染が抑制された状態で、試料の加工効率を向上させることができた。この場合、イオンミリング装置に搭載された電子顕微鏡を用いることによりマスクエッジへのイオンビームの位置合わせを容易に行うことができた。また、イオンビームを図７Ｂに示すように、マスクエッジに沿う方向に短く、マスクエッジと直角方向に長いビーム形状を用いることにより、例えば楕円形状の長軸方向がマスクエッジと直角方向となるようにイオンビーム形状を成形することにより、ビーム成形電極の汚染が抑制された状態で、イオンミリング時の試料の加熱を抑制することができた。これにより、熱ダメージに弱い試料の加工が可能となる。
　以上本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、ＳＥＭ等の電子顕微鏡を搭載することにより、マスクエッジとイオンビームとの位置合わせを容易に行うことができる。
　本発明の実施例３に係るイオンミリング装置について図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて説明する。なお、実施例１又は２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１０Ａ及び図１０Ｂ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の一例を示す構造図である。イオンミリング装置としては、図１或いは図８に示す構成を有する装置を用いることができる。図１０Ａはイオンガン１０１と関連する周辺部の構成を示す概略断面図、図１０Ｂは図１０Ａの中のａ－ａ’間でカットしたビーム成形電極の配置と周辺部の構成を示す図である。本実施例に係るイオンガン１０１は、加速電極１１５とイオンビームを放出する側に配置されるカソード１１２との間に１対２枚の電極からなるビーム成形電極１８０を配置したことを特徴とする。イオンガン制御部１０３は放電電源１２１と加速電源１２２とビーム成形電源１２６（１２７を含む）に電気的に接続されており、放電電圧と加速電圧とビーム成形電圧を制御している。ビーム成形電極１８０は２個の電極１８１，１８２から構成されており、図に示すように１対の電極が向かい合ってＸ方向に沿って配置されている。ビーム成形電源１２７はＸ方向に沿って向かい合ったビーム成形電極１８１とビーム成形電極１８２に負の電圧を印加する。このような電圧条件により、イオンビームはＸ方向に広がるビームプロファイルが得られる。このようにビーム成形電極に任意の電圧を印加することで試料の加工希望範囲に合わせてイオンビーム照射領域が得られる。
　図１や図８に示すイオンミリング装置に、図１０Ａに示すイオンガンを搭載して試料を加工した結果、イオンガンと試料との間にビーム成形電極を配置した場合に比べ、ビーム成形電極への被ミリング材の付着を大幅に低減することができた。また、イオンビームをマスクエッジに沿う方向に長くマスクエッジと直角方向に短いビーム形状を用いることにより、ビーム成形電極の汚染が抑制された状態で、試料の加工効率を向上させることができた。また、イオンビームをマスクエッジに沿う方向に短くマスクエッジと直角方向に長いビーム形状を用いることにより、ビーム成形電極の汚染が抑制された状態で、イオンミリング時の試料の加熱を抑制することができた。これにより、熱ダメージに弱い試料の加工が可能となる。
　以上本実施例によれば、実施例１や２と同様の効果を得ることができる。また、ビーム成形電極を１対２枚の電極で構成することにより、構成を簡略化できる。
　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。
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（試料ホルダ）、１０８…試料ステージ、１０９…試料ステージ駆動部、１１０…イオンビームに対するマスク、１１１…イオンガンベース側に配置されるカソード（第１カソード）、１１２…イオンビームを放出する側に配置されるカソード（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、１２３，１２４，１２５，１２６，１２７…ビーム成形電源、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、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４…４枚型ビーム成形電極、１８０、１８１，１８２…２枚型ビーム成形電極、１９０…被ミリング材。

Claims (13)

  1. イオンビームを成形するビーム成形電極を内包するイオンガンと、
    前記イオンビームの照射により加工される試料を固定する試料ホルダと、
    前記試料の一部を前記イオンビームから遮蔽するマスクと、
    前記イオンガンを制御するイオンガン制御部と、
    を備えた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、
    前記イオンガンの内部に配置されたアノードと、
    前記アノードの上下に配置された第１カソードおよび第２カソードと、
    前記アノード、前記第１カソードおよび前記第２カソードを覆うように配置され、発生したイオンを加速して前記イオンガンの外部に放出する加速電極と、を備え、
    前記ビーム成形電極は、前記加速電極と、前記加速電極の側に配置された前記第２カソードとの間に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. 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、ペニング放電方式のイオンガンであ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、
    前記ビーム成形電極は、対向する少なくとも１対の電極を有す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、
    前記ビーム成形電極は対向する１対の電極を２組備え、前記２組は互いに直交するように配置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、
    前記イオンガン制御部は、事前に記憶装置に記憶された前記ビーム成形電極への印加電圧と前記イオンビームの変形量との関係に基づいて、設定された前記イオンビームの変形量に応じて所定の印加電圧が前記ビーム成形電極へ印加されるように制御す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、
    前記イオンガン制御部は、前記イオンビームを前記マスクの端面方向に長く、前記マスクの端面に直交する方向に短く成形するように前記ビーム成形電極を制御す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、
    前記イオンガン制御部は、前記イオンビームを前記マスクの端面方向に短く、前記マスクの端面に直交する方向に長くなるように成形するように前記ビーム成形電極を制御することを特徴とするイオンミリング装置。
  9. イオンビームを成形するビーム成形電極を内包するイオンガンと、
    前記イオンビームの照射により加工される試料を固定する試料ホルダと、
    前記試料の一部を前記イオンビームから遮蔽するマスクと、
    電子ビームを放出する電子顕微鏡カラムと、
    前記イオンガンを制御するイオンガン制御部と、
    を備えたことを特徴とするイオンミリング装置。
  10. 請求項９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、
    前記イオンガンの内部に配置されたアノードと、
    前記アノードの周囲にインシュレータを介して配置された永久磁石と、
    前記永久磁石の周囲に配置されたカソードリングと、
    前記アノードの上下に配置され前記カソードリングに接続された第１カソードおよび第２カソードと、
    前記第１カソード、前記第２カソードおよび前記カソードリングを覆うように配置され、発生したイオンを加速して前記イオンガンの外部に放出する加速電極と、を備え、
    前記ビーム成形電極は、前記加速電極と、前記加速電極の側に配置された前記第２カソードとの間に配置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１０に記載のイオンミリング装置において、
    前記加速電極は、強磁性体材料により形成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
  12. 請求項９に記載のイオンミリング装置において、
    前記イオンガン制御部は、前記イオンビームを前記マスクの端面方向に長く、前記マスクの端面に直交する方向に短く成形するように前記ビーム成形電極を制御することを特徴とするイオンミリング装置。
  13. 請求項９に記載のイオンミリング装置において、
    前記イオンガン制御部は、前記イオンビームを前記マスクの端面方向に短く、前記マスクの端面に直交する方向に長く成形するように前記ビーム成形電極を制御することを特徴とするイオンミリング装置。
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