WO2021130843A1 - イオンミリング装置 - Google Patents

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WO2021130843A1
WO2021130843A1 PCT/JP2019/050527 JP2019050527W WO2021130843A1 WO 2021130843 A1 WO2021130843 A1 WO 2021130843A1 JP 2019050527 W JP2019050527 W JP 2019050527W WO 2021130843 A1 WO2021130843 A1 WO 2021130843A1
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ion
ion beam
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ion source
beam current
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翔太 会田
高須　久幸
上野　敦史
鴨志田　斉
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株式会社日立ハイテク
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Definitions

  • the present invention relates to an ion milling device.
  • Patent Document 1 discloses an ion milling apparatus that generates plasma in an ion source, draws out ions, irradiates the extracted ions, and processes a substrate or the like.
  • This ion milling device processes, for example, a 4-inch ( ⁇ 100) substrate, and electrically controls the plasma distribution in the ion source in order to obtain a large-diameter ion beam having a uniform or desired distribution. It is disclosed that the distribution of the extracted ion beam is controlled by this.
  • the control method it is disclosed that the distribution state of the ion beam is measured using a Faraday cup and the voltage applied to the plasma control electrode is adjusted based on the measurement result.
  • the ion milling device irradiates a sample (for example, metal, semiconductor, glass, ceramic, etc.) with an unfocused ion beam and flicks atoms on the sample surface without stress by a sputtering phenomenon, thereby causing the surface or cross section of the sample (for example, metal, semiconductor, glass, ceramic, etc.) It is a device for polishing.
  • Some ion milling devices are used as pretreatment devices for observing the surface or cross section of a sample with a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope) or a transmission electron microscope (TEM: Transmission Electron Microscope).
  • SEM Scanning Electron Microscope
  • TEM Transmission Electron Microscope
  • the ion beam from the penning type ion source irradiates the sample without converging, the ion distribution near the ion beam irradiation point of the sample has the highest ion density in the central part, and the ion density increases from the center to the outside. It has the property of being low.
  • the ion beam is irradiated at a low incident angle while rotating the sample. This makes it possible to obtain a wide and smooth processed surface in the peripheral range including the portion to be observed. Since the ion density is directly linked to the processing speed (milling rate) of the sample, the characteristics of the ion distribution greatly affect the processed shape of the sample processed surface.
  • the present invention provides an ion milling device capable of adjusting the irradiation conditions of an ion beam suitable for an ion milling device that performs pretreatment processing for observing the surface or cross section of a sample.
  • the ion milling apparatus extends in the first direction with an ion source and a sample stage on which a sample processed by irradiating an unfocused ion beam from the ion source is placed. It has a measuring member holding part that holds the existing linear ion beam current measuring member and a control part, and a coating material is provided so as to cover at least the surface of the measuring member holding part and the sample stage facing the ion source.
  • the material of the covering material is mainly composed of an element having a smaller atomic number than the element of the material of the structure in which the covering material is provided, and the control unit is located between the ion source and the sample stage in the first direction.
  • the ion beam current measuring member is moved within the irradiation range of the ion beam while the ion beam is output from the ion source under the first irradiation condition on the orbit extending in the second direction orthogonal to the ion beam.
  • the ion beam current flowing through the ion beam current measuring member is measured by irradiating the beam current measuring member.
  • the reproducibility of the ion distribution of the ion milling device can be improved.
  • FIG. 1 is a diagram (schematic diagram) showing a main part of the ion milling apparatus 100 according to the embodiment of the present invention from above (the vertical direction is the Y direction).
  • the sample chamber 108 capable of maintaining the vacuum state
  • the ion source 101 attached via the ion source position adjusting mechanism 104, the sample stage 102 for installing the sample to be processed, and the sample stage centered on the rotation center R0 are used as axes.
  • a sample stage rotation drive source 103 for rotating 102 is provided.
  • the ion beam distribution near the ion beam irradiation point of the sample has the highest ion density in the central part and the ion density from the center to the outside. Has the property of lowering. Since the ion density is directly related to the processing speed of the sample, the ion beam distribution near the ion beam irradiation point greatly affects the processed shape of the sample. Therefore, in order to measure the ion beam distribution of the unfocused ion beam from the ion source 101, the ion milling device 100 is arranged with the ion beam current measuring member 105 and ions arranged close to the sample mounting surface of the sample stage 102.
  • Each mechanism constituting the ion milling device 100 is supplied with power from the power supply unit 110 and is controlled by the control unit 109. Further, the display unit 111 displays the control parameters of the device, the operating state, and the like.
  • the ion source 101 Since the ion beam from the ion source 101 to be emitted in a state spread radially around the ion beam center B 0, must be adjusted so that the rotation center R 0 and the ion beam center B 0 of the sample stage 102 matches is there.
  • the ion source 101 is attached to the sample chamber 108 via an ion source position adjusting mechanism 104 that adjusts its position in the X, Y, and Z directions.
  • the position of the ion beam center B 0 of the ion source 101 specifically, the position on the XY plane (the plane including the X direction and the Y direction) and the working distance (WD: Working Distance, the position in the Z direction) are adjusted. It is possible.
  • the ion beam current measuring member 105 is a conductive member, and the amount of ions colliding with the ion beam current measuring member 105 from the ion source 101 is measured between the ion source 101 and the ion beam current measuring member 105.
  • the ion beam current of the above is measured by the current meter 113.
  • the control unit 109 measures the ion beam current with the ammeter 113 while moving the ion beam current measuring member 105 in the X direction, thereby acquiring the ion beam current for each position along the X direction and using it as an ion beam profile. It is displayed on the display unit 111.
  • the electron trap 112 when the electron trap 112 is closer to the sample stage 102 than the ion beam current measuring member 105 and the ion beam center B 0 and the ion beam current measuring member 105 intersect, it is viewed from the ion source 101.
  • the ion beam current measuring member 105 and the electron trap 112 are arranged at overlapping positions.
  • a predetermined positive potential is applied to the electron trap 112 from the power supply unit 110.
  • a structure arranged in the sample chamber 108 specifically, a measuring member holding portion 106, a drive unit 107, a sample stage 102, a sample stage rotation drive source 103, and a covering material 120 on the inner wall of the sample chamber 108.
  • a light element such as carbon
  • the carbon paste may be applied to the irradiation region of the ion beam, or a carbon plate material may be attached.
  • a resin having high heat resistance may be applied. This is because the organic matter contains carbon (C). Since the coating material 120 is heated by being irradiated with an ion beam, the coating material is required to have heat resistance.
  • polytetrafluoroethylene (PTFE) and aromatic polyetherketone for example, PEEK: polyetheretherketone, PEK: polyetherketone
  • PEEK polyetheretherketone
  • PEK polyetherketone
  • carbon particles may be mixed with the resin and applied. The function of the covering material will be described later.
  • FIG. 2 is a schematic view showing the internal structure of the ion source 101 and the power supply circuit of the power supply unit 110 that applies the voltage of the ion source 101.
  • the power supply circuit shows only the circuit related to the ion source 101.
  • FIG. 2 shows an ion source (penning type ion source) that employs the penning method as the ion source 101. Inside the penning type ion source, an anode 203 to which a discharge voltage is applied from the power supply unit 110 is arranged between the first cathode 201 and the second cathode 202 having the same potential, and between the anode and the cathode. An electron is generated by the potential difference of. The generated electrons are retained inside the ion source by the permanent magnet 204.
  • argon gas is introduced into the ion source from the outside through the pipe 206, and the electrons collide with the argon gas to generate argon ions.
  • Argon ions are attracted to the acceleration electrode 205 to which the acceleration voltage is applied, and are irradiated as an ion beam through the ion beam irradiation port 207.
  • the ion beam distribution irradiated by the ion source 101 fluctuates.
  • wear of the internal parts and adhesion of fine particles of the ion beam irradiation port 207 are eliminated, but it is guaranteed that the ion beam distribution will return to that before the fluctuation. It is not something to do.
  • the ion beam distribution is confirmed after the maintenance is performed, and the working distance, the discharge voltage, and the gas flow rate of the ion source 101 are adjusted so that a desired ion beam distribution can be obtained.
  • the reproducibility of processing by the ion milling device can be improved.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the drive unit 107 that drives the ion beam current measuring member 105.
  • the figure shows a top view of the drive unit 107 and a cross-sectional view of the ion beam current measuring member 105 and the measuring member holding portion 106 along the line AA of the top view.
  • the display of the covering material is omitted.
  • the measuring member holding portion 106 is made of an insulating material, and an ion beam current taking out portion 310 having conductivity is provided inside the measuring member holding portion 106.
  • the ion beam current measuring member 105 is attached to the ion beam current extraction unit 310 and is connected to the ion beam current extraction wiring 311 via the ion beam current extraction unit 310.
  • the ion beam current take-out wiring 311 is connected to the ammeter 113.
  • the drive unit 107 includes a motor 301, a bevel gear 302, a gear 303, and a rail member 304.
  • the bevel gear 302 and the gear 303 provided on the drive shaft of the motor 301 rotate, and the drive is transmitted to the rail member 304 to reciprocate the measuring member holding portion 106 in the X direction.
  • the orbit for reciprocating the measuring member holding portion 106 is located between the ion source 101 and the sample stage 102. It is desirable to position it as close to the sample stage 102 as possible.
  • the motor 301 does not need to be provided exclusively for the drive unit 107, and can also be used as the sample stage rotation drive source 103 for rotating the sample stage 102.
  • the ion beam current measuring member 105 is in a processed state by being irradiated with an ion beam from the ion source 101 during the measurement of the ion beam current. Since the member is consumed every time the measurement is performed, a member having a low sputtering yield, which is difficult to be processed by ions, is suitable. Further, a linear material is used as the ion beam current measuring member 105, and the ion beam profile is measured by moving the ion beam current measuring member 105 over the unfocused ion beam irradiation range. This means that the diameter of the ion beam current measuring member 105 determines the spatial resolution of the measurable ion distribution.
  • the diameter of the ion beam current measuring member 105 is smaller than the half width of the ion beam during processing.
  • a graphite carbon linear material having a diameter of 0.2 mm or more and 0.5 mm or less can be used.
  • the cross-sectional shape of the ion beam current measuring member 105 is circular.
  • tungsten linear material and the like can also be used.
  • the ion beam current measuring member 105 is removable from the measuring member holding portion 106, and when the ion beam current measuring member 105 is consumed by the ion beam, it is replaced with a new ion beam current measuring member.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the ion beam current is measured without providing the electron trap 112 and the covering material 120 as a comparative example.
  • the current that flows when the ion beam current measuring member 105 collides with the positively charged argon ions emitted from the ion source 101 is measured by the current meter 113.
  • the current value was measured from the ammeter 113 even though the ion beam current measuring member 105 was moved to a position where the ion beam was not irradiated (first). Task).
  • the argon ions collide with the structure near the ion beam current measuring member 105, specifically, the measuring member holding portion 106 and the like to generate secondary electrons and backscattered electrons, and the generated secondary electrons and backscattered electrons are generated.
  • the scattered electrons collide with the accelerating electrode 205 of the ion source 101, so that the current value measured by the current meter 113 increases.
  • FIG. 5 shows an ion beam profile measured by the comparative example of FIG.
  • the horizontal axis represents the beam measurement position
  • the vertical axis represents the ion beam current I measured by the ammeter 113.
  • the beam measurement position is indicated with the intersection of the orbit of the ion beam current measuring member 105 on the XZ plane and the ion beam center B 0 as the origin.
  • the measured ion beam profile 500 includes a true ion beam profile 501 that flows when argon ions collide with the ion beam current measuring member 105 and a background of electrons generated by irradiation of the ion beam. It is the sum of the noise profile 502.
  • FIG. 5 shows an ion beam profile measured by the comparative example of FIG.
  • the horizontal axis represents the beam measurement position
  • the vertical axis represents the ion beam current I measured by the ammeter 113.
  • the beam measurement position is indicated with the intersection of the orbit of the ion beam current measuring member 105 on
  • the background noise profile 502 is simplified as a constant value, but in reality, the generation variation of secondary electrons and backscattered electrons, and the electrons to the ion beam current measuring member 105 depending on the beam measurement position It takes a value that varies depending on the measurement position due to the difference in the amount of collision.
  • the true ion beam profile 501 is thought to follow a Gaussian distribution. Therefore, the measured ion beam current I (x) can be represented by (Equation 1).
  • A is the maximum value of the true ion beam profile
  • ⁇ is the variance of the true ion beam profile. That is, in order to obtain the information of the true ion beam profile 501, it is necessary to remove the influence of the background noise profile 502 from the measured ion beam profile 500.
  • FIG. 5 shows an enlarged waveform 504 of a part 503 of the measured ion beam profile 500.
  • the actually measured ion beam profile 500 includes a high-frequency noise waveform. It is possible to obtain a smooth profile waveform (waveform 505) by averaging the measured ion beam current value data, but if the noise component is large, the data required to smooth the ion beam profile. The amount will increase. Therefore, the moving speed of the ion beam current measuring member 105 could not be increased, and the measuring time of the ion beam profile 500 could not be shortened (second problem).
  • the ion beam is irradiated from the ion source 101 in an unfocused manner, so that the argon ions are scattered over a wide area of the sample chamber 108.
  • the ion beam intensity is low, argon ions collide with each other in a wide range of the inner wall of the sample chamber 108 and the structure in the sample chamber 108, and secondary electrons and backscattered electrons are generated, and the accelerating electrode 205 of the ion source 101 is subjected to. Collision (see FIG. 4). These secondary electrons and backscattered electrons are measured as noise in the ion beam profile waveform.
  • FIG. 6A shows a state in which a plate-shaped electron trap 112 and a covering material 120 are provided to measure an ion beam current.
  • FIG. 6B shows the positional relationship between the orbit of the ion beam current measuring member 105 (coordinates X0 to X5 indicate positions on the orbit) and the electron trap 112.
  • the intensity of the ion beam in the vicinity of the orbit of the ion beam current measuring member 105 is schematically shown by shading.
  • the ion beam intensity is set with the ion beam center B 0 as the maximum intensity, and decreases according to the Gaussian distribution toward the periphery.
  • the region with high ion beam intensity is displayed as a region with high concentration
  • the region with low beam intensity is displayed as a region with low concentration.
  • an electron trap 112 to which a positive voltage is applied is provided near the orbit of the ion beam current measuring member 105 to generate secondary electrons. And backscattered electrons are captured.
  • the voltage applied to the electronic trap 112 is supplied from the power supply unit 110, and the voltage value is set by the control unit 109 (not shown).
  • the positive voltage applied to the electron trap 112 is set as a positive voltage that does not affect the measurement of the ion beam profile.
  • the electron trap 112 allows the ion beam current measuring member 105 and the electrons to be seen from the ion source 101. It is arranged so as to overlap with the trap 112. As shown in FIG. 6B, the ion beam intensity of the ion source 101 is highest in the vicinity of the ion beam center B 0, and the amount of secondary electrons and backscattered electrons generated and the energy are large. Therefore, secondary electrons and backscattered electrons generated by arranging the electron trap 112 near the center B 0 of the ion beam can be efficiently captured.
  • the electron trap 112 when the electron trap 112 is arranged as shown in FIG. 6A, the electron trap 112 itself may become a source of secondary electrons and backscattered electrons due to collision with argon ions.
  • backscattered electrons have high energy and high straightness, so that the amount of electrons reaching the acceleration electrode 205 is also large.
  • a light element and a material having a low sputter yield are used for the electron trap 112. Is desirable. Specifically, it is desirable to use graphite carbon.
  • the electron trap 112 needs to have a certain area in order to efficiently capture secondary electrons and backscattered electrons, but its size is not limited.
  • it can be a circular plate electrode having the half width of the ion beam as the diameter centered on the ion beam center B 0 or a quadrangular plate electrode having one side. Further, as long as electrons can be trapped, not only a plate electrode but also a mesh electrode and other electrodes are allowed.
  • the amount of electrons generated by irradiating the covering material 120 with an ion beam having a relatively weak intensity can be reduced, and the noise of the ion beam profile waveform can be reduced. This is due to the following reasons. As described above, the amount of backscattered electrons generated increases as the atomic numbers of the constituent elements to be irradiated increase. By using a material whose main component is an element having an atomic number smaller than that of the material of the structure or inner wall to be coated, the generation of backscattered electrons can be effectively suppressed as the material of the covering material 120.
  • the covering material 120 does not necessarily have to cover the entire surface of the structure or the entire wall surface of the sample chamber 108, but it is desirable to cover at least the surface facing the ion source 101. This is because the ion beam has strong straightness, and the amount of secondary electrons and backscattered electrons generated per unit area from the surface facing the ion source 101 is larger than that of the other surfaces.
  • Figures 7A to 7B show a modified example of the electronic trap.
  • the electron trap is arranged behind the ion beam current measuring member 105 when viewed from the ion source 101, whereas in FIG. 7A, the electron trap is arranged closer to the ion source 101 than the ion beam current measuring member 105.
  • 7A shows a side view
  • FIG. 7B shows a top view.
  • the voltage applied to the electronic trap 700 is also supplied from the power supply unit 110, and the voltage value is set by the control unit 109 (not shown).
  • the electron trap 700 is arranged in a region where the ion beam from the ion source 101 is not irradiated, and the generated secondary electrons and backscattered electrons are captured before reaching the acceleration electrode 205.
  • the electron trap 700 since the ion beam is not irradiated, a highly conductive material such as copper or phosphor bronze can be used as the electron trap 700.
  • the covering material 120 is also provided on the surface of the electron trap 700 (the covering material 120 is omitted in FIG. 7B). Both the electronic trap 112 and the electronic trap 700 may be provided.
  • the control unit 109 controls the drive unit 107 and moves the ion beam current measuring member 105 to the origin position.
  • the origin position is set so as to be the center of the ion beam irradiation range, but the setting of the origin position is not limited to this.
  • the control unit 109 controls the power supply unit 110 and outputs an ion beam from the ion source 101 according to the ion beam irradiation conditions held as the current settings.
  • the current setting refers to the ion beam irradiation condition defined as the processing condition of the sample.
  • the acceleration voltage, discharge voltage, and gas flow rate of the ion source 101 when processing a sample are defined.
  • the control unit 109 controls the power supply unit 110 to the electronic trap 112 (and / or the electronic trap 700) and applies a predetermined voltage.
  • the positive voltage applied to the electron trap is set to a voltage within a range that does not adversely affect the measurement of the ion beam profile.
  • the control unit 109 controls the drive unit 107 to measure the ion beam current with the ammeter 113 while reciprocating the ion beam current measuring member 105 in the X direction.
  • the control unit 109 acquires an ion beam profile by associating the position of the ion beam current measuring member 105 in the X direction with the current value at the position.
  • the acquired ion beam profile is displayed on the display unit 111.
  • S805 The ion beam profile to be adjusted is read and displayed on the display unit 111. This step may be performed before the acquisition of the ion beam profile (S804).
  • S806 Adjust the ion beam irradiation conditions so that the ion beam profile acquired in S804 approximates the target ion beam profile read in S805. Specifically, one or more parameters of the working distance, the discharge voltage, and the gas flow rate of the ion source 101 are adjusted.
  • the acceleration voltage is not subject to adjustment. This is because if the acceleration voltage is changed, the processing speed (milling rate) of the sample will change significantly even if the ion beam current is the same.
  • S807 Acquire the ion beam profile again according to the adjusted ion beam irradiation conditions.
  • the processing in S807 is the same as the processing in S804.
  • S808 The ion beam profile acquired in S807 is compared with the target ion beam profile read in S805, and if the desired ion beam profile can be acquired, the process is completed. If not, the ion beam irradiation conditions are adjusted (S806). ) Is repeated.
  • the present invention is not limited to the described embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof. ..
  • it may function as an electron trap by making it possible to apply a positive potential to a structure that is located in the vicinity of the ion beam current measuring member 105 and does not operate during ion beam profile measurement, for example, a sample stage.
  • the ion milling device includes a sample stage position adjusting mechanism capable of moving the sample stage in the Z direction, the working distance may be adjusted by the sample stage position adjusting mechanism.
  • the material and the coating method may be different depending on the object to be coated.
  • the range covered with the covering material is not limited to the range described as an example.
  • the covering material may not be provided.
  • a coating material is provided on the entire inner wall of the sample chamber 108 facing the ion source 101 is shown, the region where the ion beam intensity is relatively strong centered on the intersection of the ion beam center B 0 and the inner wall is shown.
  • the covering material may be provided only for this.
  • the ion beam profile itself may be used as a reference, or the feature amount of the ion beam profile, for example, the peak value and the half price width of the ion beam profile are calculated, and the feature amounts match.
  • the ion beam irradiation conditions may be adjusted so as to be performed.
  • the display unit 111 may display the feature amount as the adjustment reference instead of displaying the ion beam profile itself.
  • 100 Ion milling device, 101: Ion source, 102: Sample stage, 103: Sample stage rotation drive source, 104: Ion source position adjustment mechanism, 105: Ion beam current measuring member, 106: Measuring member holding part, 107: Drive Unit, 108: Sample chamber, 109: Control unit, 110: Power supply unit, 111: Display unit, 112: Electronic trap, 113: Current meter, 120: Coating material, 201: First cathode, 202: Second cathode , 203: Anode, 204: Permanent magnet, 205: Acceleration electrode, 206: Piping, 207: Ion beam irradiation port, 301: Motor, 302: Cathode gear, 303: Gear, 304: Rail member, 310: Ion beam current extraction Part, 311: Ion beam current take-out wiring, 700: Electronic trap.

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Abstract

イオン分布の再現性を高めることができるイオンミリング装置を提供する。イオン源（１０１）と、イオン源（１０１）から非集束のイオンビームを照射することにより加工される試料が載置される試料ステージ（１０２）と、イオンビーム電流測定部材（１０５）を保持する測定部材保持部（１０６）とを有し、測定部材保持部（１０６）及び試料ステージ（１０２）の少なくともイオン源（１０１）に対向する面を覆うように被覆材（１２０）が設けられ、被覆材（１２０）の材料は、被覆材が設けられる構造物の材料の元素よりも原子番号の小さな元素を主成分とし、イオン源と試料ステージとの間に位置する軌道上を、イオン源（１０１）から第１の照射条件でイオンビームが出力された状態で、イオンビーム電流測定部材（１０５）をイオンビームの照射範囲において移動させ、イオンビームがイオンビーム電流測定部材（１０５）に照射されることにより流れるイオンビーム電流を測定する。

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。
　特許文献１には、イオン源においてプラズマを生成してイオンを引き出し、引出したイオンを照射して基板等に加工処理を施すイオンミリング装置が開示される。このイオンミリング装置は例えば、４インチ（Φ１００）基板に対して加工を行うものであって、均一あるいは所望の分布の大口径のイオンビームを得るため、イオン源内のプラズマ分布を電気的に制御することにより引出しイオンビームの分布を制御することが開示される。制御方法の一例として、ファラデーカップを用いてイオンビームの分布状態を測定し、測定結果に基づいてプラズマ制御電極に印加する電圧を調整することが開示されている。
特開２００２－２１６６５３号公報
　イオンミリング装置は、試料（例えば、金属、半導体、ガラス、セラミックなど）に対して非集束のイオンビームを照射し、スパッタリング現象によって試料表面の原子を無応力で弾き飛ばすことで、その表面あるいは断面を研磨するための装置である。イオンミリング装置には、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）による試料の表面あるいは断面を観察するための前処理装置として用いられるものがある。このような前処理装置向けのイオン源には、構造を小型化するために有効なペニング方式を採用する場合が多い。
　ペニング型イオン源からのイオンビームは収束させないまま試料に照射するため、試料のイオンビーム照射点付近でのイオン分布は、中心部でのイオン密度が最も高く、中心から外側に向かってイオン密度が低くなる特性を有する。一方、特に電子顕微鏡による表面観察では、構造・組成を正確に観察するため、試料表面を平滑に研磨する必要がある。このため、試料を回転させながらイオンビームを低入射角度で照射する。これにより、観察する部位を含む周辺範囲について、広範かつ平滑な加工面を得ることが可能になる。イオン密度は試料の加工速度（ミリングレート）に直結するため、イオン分布の特性は試料加工面の加工形状に大きく影響する。
　ペニング方式を採用したイオン源はその構造から、発生させて射出したイオンが内部の構成部材を摩耗させることが知られている。また、試料を加工した結果、加工面から発生して浮遊した微小粒子がイオン源の、特にイオンビーム射出口に付着して、汚れの原因となる。これらの要因などにより、イオンミリング装置を使用し続けているとイオンビームの特性が変化し、ひいては試料加工面の加工形状の再現性が低下する。電子顕微鏡による観察が量産工程管理目的で行われる場合には、多数の試料に対して同一の加工を施すことが求められるため、イオンミリング装置の加工形状の再現性の低下は欠陥検出精度の低下につながるおそれがある。
　本発明はこのような課題を鑑み、試料の表面あるいは断面を観察の前処理加工を行うイオンミリング装置に適したイオンビームの照射条件を調整可能とするイオンミリング装置を提供するものである。
　本発明の一実施の形態であるイオンミリング装置は、イオン源と、イオン源から非集束のイオンビームを照射することにより加工される試料が載置される試料ステージと、第１の方向に延在する線状のイオンビーム電流測定部材を保持する測定部材保持部と、制御部とを有し、測定部材保持部及び試料ステージの少なくともイオン源に対向する面を覆うように被覆材が設けられ、被覆材の材料は、被覆材が設けられる構造物の材料の元素よりも原子番号の小さな元素を主成分とし、制御部は、イオン源と試料ステージとの間に位置し、第１の方向と直交する第２の方向に延びる軌道上を、イオン源から第１の照射条件でイオンビームが出力された状態で、イオンビーム電流測定部材をイオンビームの照射範囲において移動させ、イオンビームがイオンビーム電流測定部材に照射されることによりイオンビーム電流測定部材に流れるイオンビーム電流を測定する。
　イオンミリング装置のイオン分布の再現性を高めることができる。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
イオンミリング装置の構成例（模式図）である。 イオン源および電源回路の構成を示す図である。 駆動ユニットの構成例である。 比較例におけるイオンビーム電流の計測の様子を示す図である。 比較例により計測されるイオンビームプロファイルを示す図である。 実施例におけるイオンビーム電流の計測の様子を示す図である。 実施例におけるイオンビーム電流測定部材の軌道と電子トラップとの位置関係を示す図である。 変形例におけるイオンビーム電流の計測の様子を示す図である。 変形例におけるイオンビーム電流測定部材の軌道と電子トラップとの位置関係を示す図である。 イオンビーム照射条件の調整についてのフローチャートである。
　以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明の実施の形態であるイオンミリング装置１００の主要部を上方から（鉛直方向をＹ方向とする）示した図（模式図）である。真空状態を保持可能な試料室１０８には、イオン源位置調整機構１０４を介して取り付けられるイオン源１０１、加工対象とする試料を設置するための試料ステージ１０２、回転中心Ｒ０を軸として試料ステージ１０２を回転させる試料ステージ回転駆動源１０３が設けられている。イオン源１０１からのイオンビームは集束させないまま試料に照射されるため、試料のイオンビーム照射点付近でのイオンビーム分布は、中心部でのイオン密度が最も高く、中心から外側に向かってイオン密度が低くなる特性を有する。イオン密度は試料の加工速度に直結するため、イオンビーム照射点付近でのイオンビーム分布は試料の加工形状に大きく影響する。このため、イオン源１０１からの非集束イオンビームのイオンビーム分布を計測するため、イオンミリング装置１００は、試料ステージ１０２の試料載置面に近接して配置されるイオンビーム電流測定部材１０５、イオンビーム電流測定部材１０５を保持する測定部材保持部１０６、測定部材保持部１０６をＸ方向に往復駆動する駆動ユニット１０７、及び電子トラップ１１２を備えている。イオンミリング装置１００を構成する各機構は電源ユニット１１０から電源を供給され、制御部１０９により制御される。また、表示部１１１には装置の制御パラメータや動作状態などが表示される。
　イオン源１０１からのイオンビームはイオンビーム中心Ｂ０を中心に放射状に広がった状態で放出されるため、試料ステージ１０２の回転中心Ｒ０とイオンビーム中心Ｂ０とが一致するよう調整する必要がある。この調整を容易にするため、イオン源１０１は、その位置をＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向に位置を調整するイオン源位置調整機構１０４を介して試料室１０８に取り付けられている。これにより、イオン源１０１のイオンビーム中心Ｂ０の位置、具体的にはＸＹ面（Ｘ方向及びＹ方向を含む面）上の位置及び作動距離（ＷＤ：Working Distance、Ｚ方向の位置）が調整可能とされている。
　詳細は後述するが、イオンビーム電流測定部材１０５は導電性部材であり、イオン源１０１からイオンビーム電流測定部材１０５に衝突するイオンの量を、イオン源１０１とイオンビーム電流測定部材１０５との間のイオンビーム電流として電流計１１３により計測する。制御部１０９は、イオンビーム電流測定部材１０５をＸ方向に移動させながら電流計１１３によりイオンビーム電流を計測することにより、Ｘ方向に沿った位置ごとのイオンビーム電流を取得し、イオンビームプロファイルとして表示部１１１に表示する。また、イオンビームプロファイルの計測中、電子トラップ１１２がイオンビーム電流測定部材１０５よりも試料ステージ１０２側に、かつイオンビーム中心Ｂ０とイオンビーム電流測定部材１０５とが交わるとき、イオン源１０１からみてイオンビーム電流測定部材１０５と電子トラップ１１２とが重なる位置に配置される。電子トラップ１１２には電源ユニット１１０から所定の正電位が印加される。
　さらに、試料室１０８内に配置される構造物、具体的には測定部材保持部１０６、駆動ユニット１０７、試料ステージ１０２、試料ステージ回転駆動源１０３、及び試料室１０８の内壁には被覆材１２０が設けられている。被覆材１２０の例として、カーボンのような軽元素を使用できる。カーボンペーストをイオンビームの照射領域に塗布する、あるいはカーボンの板材を貼り付けてもよい。また、耐熱性の高い樹脂を塗布してもよい。有機物には炭素（Ｃ）が含まれるためである。被覆材１２０にイオンビームが照射されることによって加熱されるため、被覆材には耐熱性が要求される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：polytetrafluoroethylene）や芳香族ポリエーテルケトン（例えば、ＰＥＥＫ：polyetheretherketone、ＰＥＫ：polyetherketone）などが適用可能である。さらにカーボン粒子を樹脂に混合して塗布してもよい。被覆材の機能については後述する。
　図２は、イオン源１０１の内部構造およびイオン源１０１の電圧を印加する電源ユニット１１０の電源回路を示す模式図である。なお、電源回路はイオン源１０１に関する回路のみを示している。図２は、イオン源１０１としてぺニング方式を採用したイオン源（ぺニング型イオン源）を示している。ぺニング型イオン源内部には、同電位とされる第１のカソード２０１と第２のカソード２０２との間に、電源ユニット１１０から放電電圧が印加されるアノード２０３が配置され、アノード－カソード間の電位差により電子を発生させる。発生した電子は永久磁石２０４によってイオン源内部に滞留する。一方、イオン源には、外部からアルゴンガスが配管２０６を通して導入され、電子とアルゴンガスとが衝突することによりアルゴンイオンが生成される。アルゴンイオンは、加速電圧が印加された加速電極２０５に誘引され、イオンビーム照射口２０７を通って、イオンビームとして照射される。
　イオン源１０１は、ビームの照射を繰り返すうちに、イオン源１０１の内部部品が摩耗したり、照射対象となる加工物から発生した微小粒子が飛散し、イオンビーム照射口２０７に付着したりすることで、イオン源１０１が照射するイオンビーム分布が変動する。イオン源１０１の内部部品の交換やクリーニングといったメンテナンスを実施することで、内部部品の摩耗やイオンビーム照射口２０７の微小粒子の付着は解消されるが、変動前のイオンビーム分布に戻ることを保証するものではない。そのため、例えば、メンテナンス実施後にイオンビーム分布の確認を行い、所望のイオンビーム分布が得られるようにイオン源１０１の作動距離や放電電圧、ガス流量を調節する。これにより、イオンミリング装置による加工の再現性を高めることができる。
　図３にイオンビーム電流測定部材１０５を駆動する駆動ユニット１０７の構成例を示す。図では、駆動ユニット１０７の上面図と、上面図のＡ－Ａ線に沿ったイオンビーム電流測定部材１０５及び測定部材保持部１０６の断面図とを示している。なお、被覆材については表示を省略している。
　測定部材保持部１０６は絶縁材で構成されており、その内部に導電性を有するイオンビーム電流取出部３１０が設けられている。イオンビーム電流測定部材１０５はイオンビーム電流取出部３１０に取り付けられ、イオンビーム電流取出部３１０を介してイオンビーム電流取出配線３１１と接続される。イオンビーム電流取出配線３１１は電流計１１３に接続されている。
　駆動ユニット１０７は、モータ３０１、傘歯車３０２、ギア３０３、レール部材３０４を有する。モータ３０１の駆動軸に設けた傘歯車３０２及びギア３０３が回転し、レール部材３０４に駆動を伝達することで、測定部材保持部１０６をＸ方向に往復移動させる。測定部材保持部１０６を往復移動させる軌道はイオン源１０１と試料ステージ１０２との間に位置している。できるだけ試料ステージ１０２の近傍に位置させることが望ましい。なお、モータ３０１は駆動ユニット１０７専用に設ける必要はなく、試料ステージ１０２を回転させる試料ステージ回転駆動源１０３と兼用することも可能である。
　イオンビーム電流測定部材１０５は、イオンビーム電流の測定中はイオン源１０１からのイオンビームが照射されることにより、加工されている状態となる。このように測定ごとに消耗する部材であるため、イオンにより加工されにくい、低スパッタ収率の部材が適している。また、イオンビーム電流測定部材１０５として線状材を使用し、非集束イオンビーム照射範囲をイオンビーム電流測定部材１０５が移動することにより、イオンビームプロファイルを計測する。このことは、イオンビーム電流測定部材１０５の径が測定可能なイオン分布の空間分解能を決定することを意味する。このため、イオンビーム電流測定部材１０５の径は、加工の際のイオンビームの半値幅よりも小さい径とすることが望ましい。例えば、0.2ｍｍ以上、0.5ｍｍ以下の径を有するグラファイトカーボンの線状材を用いることができる。また、イオンビーム電流測定部材１０５にイオンが衝突することによるイオンの不規則な挙動を抑制するため、イオンビーム電流測定部材１０５の断面形状は円形とすることが望ましい。グラファイトカーボンの線状材の他にも、タングステンの線状材なども使用可能である。イオンビーム電流測定部材１０５は、測定部材保持部１０６から取り外し可能であり、イオンビーム電流測定部材１０５がイオンビームにより消耗した場合には、新たなイオンビーム電流測定部材に交換する。
　図４は比較例として、電子トラップ１１２及び被覆材１２０を設けないでイオンビーム電流を計測する様子を示す模式図である。本計測方法ではイオンビーム電流測定部材１０５にイオン源１０１から照射される正電荷をもつアルゴンイオンが衝突することによって流れる電流を電流計１１３により計測する。ところが、この比較例の構成ではイオンビーム電流測定部材１０５をイオンビームが照射されない位置に移動させているにもかかわらず、電流計１１３から電流値が計測されることが確認された（第１の課題）。これは、アルゴンイオンがイオンビーム電流測定部材１０５近傍の構造物、具体的には測定部材保持部１０６などに衝突することにより二次電子や後方散乱電子が発生し、発生した二次電子や後方散乱電子がイオン源１０１の加速電極２０５に衝突することにより、電流計１１３で計測される電流値が増大するためである。
　図５に図４の比較例により計測されるイオンビームプロファイルを示す。横軸がビーム測定位置であり、縦軸が電流計１１３で測定されるイオンビーム電流Ｉを示している。なお、ビーム測定位置はＸＺ平面上におけるイオンビーム電流測定部材１０５の軌道とイオンビーム中心Ｂ０との交点を原点として表記している。前述のように、計測されるイオンビームプロファイル５００は、アルゴンイオンがイオンビーム電流測定部材１０５に衝突することにより流れる真のイオンビームプロファイル５０１とイオンビームの照射に起因して発生する電子によるバックグラウンドノイズプロファイル５０２との和となっている。なお、図５ではバックグラウンドノイズプロファイル５０２を一定値として単純化して表しているが、実際には二次電子や後方散乱電子の発生ばらつき、ビーム測定位置によるイオンビーム電流測定部材１０５への電子の衝突量の違いによって測定位置によって変動する値をとる。
　真のイオンビームプロファイル５０１はガウス分布にしたがうと考えられる。したがって、計測されるイオンビーム電流Ｉ（ｘ）は（数１）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ここで、Ａは真のイオンビームプロファイルの最大値、σは真のイオンビームプロファイルの分散である。すなわち、真のイオンビームプロファイル５０１の情報を得るには、計測されるイオンビームプロファイル５００からバックグラウンドノイズプロファイル５０２の影響を取り除く必要がある。
　加えて、図５に、計測されるイオンビームプロファイル５００の一部５０３を拡大した波形５０４を示す。実際に計測されるイオンビームプロファイル５００には高周波のノイズ波形が含まれている。測定されるイオンビーム電流値のデータを平均化することで、滑らかなプロファイル波形（波形５０５）を得ることは可能であるが、ノイズ成分が大きいとイオンビームプロファイルを平滑化するために必要なデータ量が多くなる。このため、イオンビーム電流測定部材１０５の移動速度を上げることができず、イオンビームプロファイル５００の計測時間を短縮することができなかった（第２の課題）。これは、イオン源１０１からイオンビームが非集束で照射されるため、アルゴンイオンは試料室１０８の広い領域に飛散する。イオンビーム強度としては低いものの、試料室１０８の内壁や試料室１０８内の構造物の広い範囲でアルゴンイオンが衝突し、二次電子や後方散乱電子が発生し、イオン源１０１の加速電極２０５に衝突する（図４参照）。この二次電子や後方散乱電子がイオンビームプロファイル波形のノイズとして計測される。
　図６Ａに、プレート状の電子トラップ１１２及び被覆材１２０を設けてイオンビーム電流を計測する様子を示す。また、図６Ｂにイオンビーム電流測定部材１０５の軌道（座標Ｘ０～Ｘ５は軌道上の位置を示す）と電子トラップ１１２との位置関係を示す。また、あわせてイオンビーム電流測定部材１０５の軌道近傍でのイオンビームの強度を濃淡で模式的に示している。イオンビーム強度は、イオンビーム中心Ｂ０を最大強度として、その周辺にいくほどガウス分布にしたがって低減する。イオンビーム強度の高い領域を濃度の濃い領域、ビーム強度の低い領域を濃度の薄い領域として表示している。
　アルゴンイオンが衝突して発生する二次電子や後方散乱電子は負の電荷を有するため、正電圧を印加した電子トラップ１１２をイオンビーム電流測定部材１０５の軌道の近傍に設け、発生する二次電子や後方散乱電子を捕獲する。電子トラップ１１２に印加する電圧は電源ユニット１１０から供給され、電圧値は図示しない制御部１０９により設定される。電子トラップ１１２に印加する正電圧は、イオンビームプロファイルの計測に影響を与えない程度の正電圧として設定する。
　電子トラップ１１２はイオンビーム電流測定部材１０５の軌道よりも試料ステージ１０２側に、イオンビーム中心Ｂ０とイオンビーム電流測定部材１０５とが交わるとき、イオン源１０１からみてイオンビーム電流測定部材１０５と電子トラップ１１２とが重なるように配置される。図６Ｂに示されるように、イオン源１０１のイオンビーム強度はイオンビーム中心Ｂ０近傍が最も高く、二次電子や後方散乱電子の発生量も、エネルギーも大きい。したがって、電子トラップ１１２をイオンビーム中心Ｂ０近傍に配置することで発生する二次電子や後方散乱電子を効率的に捕獲することができる。
　ただし、図６Ａのように電子トラップ１１２を配置する場合、アルゴンイオンが衝突することにより、電子トラップ１１２自体が二次電子や後方散乱電子の発生源となるおそれがある。特に後方散乱電子はエネルギーが高く、直進性が高いため、加速電極２０５まで到達する電子量も多い。ここで、後方散乱電子の発生量は、照射対象の構成元素の原子番号の増大に伴い増加することが知られているので、電子トラップ１１２には軽元素、かつ低スパッタ収率の材料を用いることが望ましい。具体的にはグラファイトカーボンを用いることが望ましい。
　このように、測定部材保持部１０６などの構造物から発生する二次電子や後方散乱電子の影響を電子トラップ１１２により取り除くことで、図５の破線で示したような、真のイオンビームプロファイル５０１の情報を得ることができる。電子トラップ１１２は、効率的に二次電子や後方散乱電子を捕獲するため、ある程度の面積を有することが必要であるが、その大きさは限定されない。例えばイオンビーム中心Ｂ０を中心としてイオンビームの半値幅を直径とする円形状あるいは一辺とする四角形状のプレート電極とすることができる。また、電子をトラップできればよいので、プレート電極に限られず、メッシュ電極、その他の電極が許容される。
　また、被覆材１２０により比較的弱い強度のイオンビームが照射されることにより発生する電子量が低減され、イオンビームプロファイル波形のノイズを低減することができる。これは以下の理由による。前述のように後方散乱電子の発生量は、照射対象の構成元素の原子番号の増大に伴い増加する。被覆材１２０の材料として、被覆する構造物あるいは内壁の材料の元素よりも原子番号の小さな元素を主成分とする材料を用いることにより、後方散乱電子の発生を効果的に抑制することができる。
　被覆材１２０は、構造物の全面あるいは試料室１０８の壁面全てを必ずしも被覆しなくてもよいが、少なくともイオン源１０１に対向する面については被覆することが望ましい。イオンビームは直進性が強く、イオン源１０１に対向する面から単位面積当たりに発生する二次電子、後方散乱電子の量が、それ以外の面よりも多いためである。
　図７Ａ～Ｂに電子トラップの変形例を示す。図６Ａでは電子トラップをイオン源１０１からみてイオンビーム電流測定部材１０５の背後に配置するのに対して、図７Ａでは電子トラップをイオンビーム電流測定部材１０５よりもイオン源１０１側に配置する。図７Ａは側面図を、図７Ｂは上面図を示している。電子トラップ７００に印加する電圧も電源ユニット１１０から供給され、電圧値は図示しない制御部１０９により設定される。電子トラップ７００はイオン源１０１からのイオンビームが照射されない領域に配置し、発生した二次電子や後方散乱電子が加速電極２０５に到達する前に捕獲する。図６Ａ～Ｂに示した電子トラップ１１２と異なり、イオンビームが照射されることがないので、電子トラップ７００としては銅やリン青銅などの導電性の高い材料を用いることができる。この例では、電子トラップ７００の表面にも被覆材１２０を設けている（図７Ｂでは被覆材１２０を省略して表示している）。電子トラップ１１２と電子トラップ７００の双方を備えるようにしてもよい。
　図１に示すイオンミリング装置において、制御部１０９が実行するイオンビームプロファイルの取得、およびイオンビーム照射条件の調整方法について、図８のフローチャートを用いて説明する。
　Ｓ８０１：制御部１０９は駆動ユニット１０７を制御し、イオンビーム電流測定部材１０５を原点位置に移動する。ここでは原点位置はイオンビーム照射範囲の中心となるように設定するが、原点位置の設定はこれに限らない。
　Ｓ８０２：制御部１０９は、電源ユニット１１０を制御し、現在の設定として保持しているイオンビーム照射条件により、イオン源１０１よりイオンビームを出力する。現在の設定とは、試料の加工条件として定められたイオンビーム照射条件をいう。一般的には、試料を加工する際のイオン源１０１の加速電圧、放電電圧、ガス流量が定められている。
　Ｓ８０３：制御部１０９は、電子トラップ１１２（及び／または電子トラップ７００）に電源ユニット１１０を制御し、所定の電圧を印加する。電子トラップに印加する正電圧はイオンビームプロファイルの計測に悪影響を及ぼさない範囲の電圧に定められている。
　Ｓ８０４：イオンビームの出力開始後、制御部１０９は駆動ユニット１０７を制御して、イオンビーム電流測定部材１０５をＸ方向に往復移動させながら、電流計１１３によりイオンビーム電流の測定を行う。制御部１０９は、イオンビーム電流測定部材１０５のＸ方向における位置と当該位置における電流値とを対応付けることで、イオンビームプロファイルを取得する。取得したイオンビームプロファイルは表示部１１１に表示する。
　Ｓ８０５：調整目標とするイオンビームプロファイルを読み込み、表示部１１１に表示する。なお、本ステップは、イオンビームプロファイルの取得（Ｓ８０４）の前に実施してもよい。
　Ｓ８０６：Ｓ８０４で取得したイオンビームプロファイルが、Ｓ８０５で読み込んだ目標イオンビームプロファイルに近似するよう、イオンビーム照射条件を調整する。具体的には、イオン源１０１の作動距離、放電電圧、ガス流量のうち、一つ以上のパラメータを調整する。
　このとき、加速電圧については調整対象としない。加速電圧を変えてしまうと同じイオンビーム電流であっても試料の加工速度（ミリングレート）が大幅に変わってしまうためである。
　Ｓ８０７：調整されたイオンビーム照射条件により、再度イオンビームプロファイルを取得する。Ｓ８０７での処理は、Ｓ８０４での処理と同じである。
　Ｓ８０８：Ｓ８０７で取得したイオンビームプロファイルとＳ８０５で読み込んだ目標イオンビームプロファイルとを比較し、所望のイオンビームプロファイルが取得できていれば終了し、できていなければ、イオンビーム照射条件の調整（Ｓ８０６）からのステップを繰り返す。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は記述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、イオンビーム電流測定部材１０５の近傍に位置し、イオンビームプロファイル測定時に動作しない構造物、例えば試料ステージ、に対して正電位を印加可能にすることで電子トラップとして機能させてもよい。また、イオンミリング装置が試料ステージをＺ方向に移動させることができる試料ステージ位置調整機構を備えていれば、試料ステージ位置調整機構により作動距離を調整してもよい。また、被覆材は被覆する対象に応じて材料や被覆方法を異ならせてもよい。被覆材で覆う範囲も実施例として記載した範囲に限定されない。例えば、試料室１０８の構造物の全てを被覆せず、イオンビームが照射される測定部材保持部や試料ステージを被覆し、これらの構造物によってイオンビームが照射されにくい配置となっている構造物については被覆材を設けないようにしてもよい。また、イオン源１０１に対向する試料室１０８の内壁全面に被覆材を設けた例を示しているが、イオンビーム中心Ｂ０と内壁との交点を中心としたイオンビーム強度が比較的強い領域に対してのみ被覆材を設けるようにしてもよい。
　また、イオンビーム照射条件の調整においては、イオンビームプロファイルそのものを基準に調整してもよいし、イオンビームプロファイルの特徴量、例えばイオンビームプロファイルのピーク値と半値幅を算出し、特徴量が一致するようにイオンビーム照射条件の調整を行うようにしてもよい。このとき、表示部１１１には、イオンビームプロファイルそのものを表示するのではなく、調整基準とする特徴量を表示するようにしてもよい。
１００：イオンミリング装置、１０１：イオン源、１０２：試料ステージ、１０３：試料ステージ回転駆動源、１０４：イオン源位置調整機構、１０５：イオンビーム電流測定部材、１０６：測定部材保持部、１０７：駆動ユニット、１０８：試料室、１０９：制御部、１１０：電源ユニット、１１１：表示部、１１２：電子トラップ、１１３：電流計、１２０：被覆材、２０１：第１のカソード、２０２：第２のカソード、２０３：アノード、２０４：永久磁石、２０５：加速電極、２０６：配管、２０７：イオンビーム照射口、３０１：モータ、３０２：傘歯車、３０３：ギア、３０４：レール部材、３１０：イオンビーム電流取出部、３１１：イオンビーム電流取出配線、７００：電子トラップ。

Claims (13)

  1. 　イオン源と、
    　前記イオン源から非集束のイオンビームを照射することにより加工される試料が載置される試料ステージと、
    　第１の方向に延在する線状のイオンビーム電流測定部材を保持する測定部材保持部と、
    　制御部とを有し、
    　前記測定部材保持部及び前記試料ステージの少なくとも前記イオン源に対向する面を覆うように被覆材が設けられ、
    　前記被覆材の材料は、前記被覆材が設けられる構造物の材料の元素よりも原子番号の小さな元素を主成分とし、
    　前記制御部は、前記イオン源と前記試料ステージとの間に位置し、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる軌道上を、前記イオン源から第１の照射条件で前記イオンビームが出力された状態で、前記イオンビーム電流測定部材を前記イオンビームの照射範囲において移動させ、前記イオンビームが前記イオンビーム電流測定部材に照射されることにより前記イオンビーム電流測定部材に流れるイオンビーム電流を測定するイオンミリング装置。
  2. 　請求項１において、
    　試料室を有し、
    　前記試料室の前記イオン源に対向する内壁に前記被覆材が設けられるイオンミリング装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記被覆材は炭素を主成分とするイオンミリング装置。
  4. 　請求項１において、
    　前記軌道の近傍に配置される電極を有し、
    　前記制御部は、前記電極に所定の正電圧を印加した状態で、前記イオンビーム電流を測定するイオンミリング装置。
  5. 　請求項４において、
    　前記制御部は、前記イオンビーム電流と当該イオンビーム電流が測定されたときの前記イオンビーム電流測定部材の位置との関係を示すイオンビームプロファイルを計測するイオンミリング装置。
  6. 　請求項５において、
    　前記制御部は、前記イオンビームプロファイルのピーク値及び半値幅を算出するイオンミリング装置。
  7. 　請求項４において、
    　前記電極は、前記軌道よりも前記試料ステージ側、かつ前記イオン源からの前記イオンビームのイオンビーム中心と前記イオンビーム電流測定部材とが交わるとき、前記イオン源からみて前記イオンビーム電流測定部材と前記電極とが重なる位置に配置されるイオンミリング装置。
  8. 　請求項４において、
    　前記電極はグラファイトカーボンであるイオンミリング装置。
  9. 　請求項４において、
    　前記電極は、前記軌道よりも前記イオン源側、かつ前記イオン源からのイオンビームが照射されない位置に配置されるイオンミリング装置。
  10. 　請求項９において、
    　前記電極は銅またはリン青銅であり、
    　前記電極に前記被覆材が設けられるイオンミリング装置。
  11. 　請求項４において、
    　前記試料ステージを前記電極とするイオンミリング装置。
  12. 　請求項１において、
    　前記イオンビーム電流測定部材は、断面が円柱形状であり、径が前記イオンビームの半値幅以下であるグラファイトカーボンの線状材であるイオンミリング装置。
  13. 　請求項５において、
    　試料室と、
    　前記試料室に設置されるイオン源位置調整機構とを有し、
    　前記イオン源は前記イオン源位置調整機構を介して前記試料室に取り付けられ、
    　前記イオン源は、ぺニング型イオン源であり、
    　前記イオンビームプロファイルに基づき、前記イオン源の放電電圧、前記イオン源のガス流量または作動距離の１つ以上が調整可能なイオンミリング装置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH085528A (ja) * 1994-06-23 1996-01-12 Sharp Corp 透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束イオンビーム装置及び透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
JP2004509436A (ja) * 2000-09-15 2004-03-25 バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド イオン注入用のファラデーシステム
WO2016017661A1 (ja) * 2014-07-30 2016-02-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオンミリング装置、イオン源およびイオンミリング方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3238280B2 (ja) * 1994-06-16 2001-12-10 株式会社東芝 サンプリング装置
JP2002216653A (ja) 2001-01-23 2002-08-02 Hitachi Ltd イオンビーム分布制御方法およびイオンビーム処理装置
SG169921A1 (en) * 2009-09-18 2011-04-29 Taiwan Semiconductor Mfg Improved fabrication and structures of crystalline material
CN105874607B (zh) * 2014-07-17 2019-07-12 富士电机株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH085528A (ja) * 1994-06-23 1996-01-12 Sharp Corp 透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束イオンビーム装置及び透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
JP2004509436A (ja) * 2000-09-15 2004-03-25 バリアン・セミコンダクター・エクイップメント・アソシエイツ・インコーポレイテッド イオン注入用のファラデーシステム
WO2016017661A1 (ja) * 2014-07-30 2016-02-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオンミリング装置、イオン源およびイオンミリング方法

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