WO2022249371A1 - イオンミリング装置 - Google Patents

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翔太 会田
久幸 高須
健人 堀之内
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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.
  • Ion milling equipment irradiates an unfocused ion beam onto a sample (e.g., metal, semiconductor, glass, ceramic, etc.) to be observed with an electron microscope.
  • This equipment can polish the sample surface and expose the internal structure of the sample.
  • the surface of the sample and the internal structure of the sample exposed by the irradiation of the ion beam serve as observation surfaces for scanning electron microscopes and transmission electron microscopes.
  • Patent Document 1 discloses that the surface of the cathode facing the ionization chamber is provided with unevenness to reduce the sputtering yield of the cathode and reduce the amount of sputtered particles generated.
  • Patent Literature 2 discloses providing means for injecting gas toward an ion gun to move deposits adhering to the inside of the ion gun.
  • Control parameters such as the amount of argon gas introduced into the ion source and the discharge voltage applied to the ion source are adjusted to keep the energy and distribution of the ion beam within a certain range during the milling process in order to improve the uniformity of the shape processed by the ion milling system. Must be set. However, it has been found that the influence of disturbances that cannot be controlled by the control parameters is large.
  • the Penning ion source incorporates an electrode component for generating electrons, as will be described later.
  • One such electrode component, the cathode is sputtered by argon ions generated during discharge, thereby forming a deposited film from the cathode inside the ion source.
  • the deposited film continues to grow and eventually peels off like needles.
  • a deposited film formed on the inner wall surface of the anode, which is one of the electrode parts, may cause a short circuit between the anode and the cathode. If the anode-cathode short circuit occurs, the discharge voltage cannot be applied.
  • the inner wall surface of the anode is intentionally roughened so that the contact area between the inner wall surface of the anode and the deposited film is increased to prevent the deposited film from peeling off.
  • grinding by sandblasting is performed so that the surface roughness (Ra) of the inner wall surface of the anode at this time is larger than the surface roughness of the inner wall surface of the cathode.
  • the discharge current value depends on the amount of argon gas introduced. , the gas originating from the atmosphere reduces the additional discharge current as the ion beam is emitted. This makes it difficult to uniformize the processed shape by the ion milling apparatus.
  • An ion milling apparatus comprises a sample chamber, a sample stage arranged in the sample chamber on which the sample is placed, and ions generated by electrons generated by discharge between an anode and a cathode. is accelerated by an acceleration electrode to emit an unfocused ion beam toward the sample, a conductive shutter is placed between the ion source and the sample stage to shield the ion beam, and the shutter is driven. and a shutter drive source that shields the ion beam, a discharge voltage is applied between the anode and the cathode, and an acceleration voltage is applied between the anode and the acceleration electrode.
  • a control unit that allows the shutter to be retracted to a position where the ion beam is not blocked by the shutter driving source after either the flowing discharge current or the ion beam current flowing due to the irradiation of the ion beam to the shutter falls below a predetermined reference value.
  • the reproducibility of processing by the ion milling device can be improved by releasing the gas adsorbed by the ion source before processing the sample.
  • FIG. 1 is a configuration example (schematic diagram) of an ion milling apparatus of Example 1.
  • FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an ion source and a power supply circuit that applies a control voltage to the ion source; It is a figure for demonstrating the process of releasing adsorption gas from an ion source. It is a figure for demonstrating the process of releasing adsorption gas from an ion source.
  • 4 is a graph showing changes in discharge current value over time. 4 is a flow chart of sample processing in Example 1.
  • FIG. FIG. 11 is a configuration example (schematic diagram) of an ion milling apparatus of Example 2; 4 is a flow chart of sample processing in Example 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the main part of the ion milling device 100 of Example 1 from the side.
  • the ion milling apparatus 100 includes an ion source 101, a shutter 102, a shutter drive source 103, a power supply unit 104, a supply gas control section 105, a sample stage 106, a sample stage drive source 107, a control section 108, and a display section 109 as main components. , sample chamber 110 and ammeter 115 .
  • the ion milling device 100 is used as a pretreatment device for observing the surface or cross section of a sample with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope.
  • An ion source for such a pretreatment device often employs the Penning method, which is effective for downsizing the structure.
  • the ion source 101 of this embodiment also adopts the Penning method, and the sample fixed to the sample stage 106 is irradiated with an unfocused ion beam from the ion source 101 .
  • the control unit 108 controls the output of the ion beam by controlling the voltage applied from the power supply unit 104 to the electrodes inside the ion source 101 and the gas flow rate supplied from the supply gas control unit 105 .
  • a conductive shutter 102 is provided between the ion source 101 and the sample stage 106 .
  • the shutter 102 shields the sample from being irradiated with the ion beam from the ion source 101 and also serves as a probe for measuring the ion beam current that flows when the shutter 102 is irradiated with the ion beam.
  • the ion beam current applied to the shutter 102 is measured by an ammeter 115 , and the ion beam current value is output from the ammeter 115 to the controller 108 .
  • the controller 108 uses the ion beam current value to monitor the output state of the ion beam.
  • the ion beam current value may be displayed on the display unit 109 .
  • the gas in the atmosphere is adsorbed by the electrode parts of the ion source 101, and the adsorbed gas inside the ion source 101 is ionized and released, thereby being released from the ion source 101.
  • the ion beam exceeds the set ion beam current value. Therefore, first, the ion beam is shielded by the shutter 102 and the ion beam current value is measured.
  • the control unit 108 drives the shutter driving source 103 to retract the shutter 102, and the sample stage
  • the sample placed on 106 is irradiated with an argon-derived ion beam supplied from the supply gas control unit 105 .
  • a sample stage 106 on which a sample is placed is attached to a sample chamber 110 via a sample stage drive source 107 .
  • a sample stage driving source 107 rotates the sample stage 106 around the rotation axis R0 .
  • the sample stage drive source 107 moves the position of the sample stage 106 in each of the X, Y, and Z directions, and also changes the orientation of the sample stage 106 with respect to the ion beam central axis B0 in the angular direction ( T1 It is attached to the sample chamber 110 so as to be adjustable in each of the rotational direction about the axis) and the angular direction of the YZ plane (rotational direction about the T2 axis).
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the ion source 101 adopting the Penning method and a power supply circuit that applies a control voltage to the electrode parts of the ion source 101.
  • the power supply circuit is part of the power supply unit 104 .
  • the ion source 101 has a first cathode 201 , a second cathode 202 , an anode 203 , a permanent magnet 204 , an acceleration electrode 205 , a gas pipe 206 , an ionization chamber 207 and an ion beam irradiation port 208 .
  • the surface roughness (Ra) of the anode inner wall surface facing the ionization chamber 207 is set higher than the surface roughness of the cathode inner wall surface facing the ionization chamber 207. being enlarged.
  • Argon gas is injected into the ionization chamber 207 through the gas pipe 206 to generate an ion beam.
  • a first cathode 201 and a second cathode 202 having the same potential are arranged facing each other, and an anode 203 is arranged between the first cathode 201 and the second cathode 202.
  • Electrons are generated by applying a discharge voltage Vd from the power supply unit 104 between the cathodes 201 and 202 and the anode 203 .
  • the electrons are retained by the permanent magnet 204 arranged in the ion source 101, collide with the argon gas injected from the gas pipe 206 in the ionization chamber 207, and generate argon ions.
  • An acceleration voltage Va is applied between the anode 203 and the acceleration electrode 205 from the power supply unit 104, and the generated argon ions are attracted to the acceleration electrode 205 and emitted as an ion beam through the ion beam irradiation port 208.
  • the power supply circuit is provided with an ammeter 210 between the anode 203 and the first cathode 201 and the second cathode 202.
  • the ammeter 210 measures the discharge current flowing between the cathode and the anode due to discharge.
  • a discharge current value measured by ammeter 210 is also output to control unit 108 .
  • the controller 108 uses the discharge current value to monitor the output state of the ion beam.
  • a discharge current value may be displayed on the display unit 109
  • the power of the ion beam emitted from the ion source 101 depends on the state of discharge inside the ion source 101 .
  • the ion source 101 adopting the Penning method microparticles and the like generated from the sample to be irradiated adhere to the first cathode 201, the second cathode 202, and the anode 203 as contamination as the ion beam is repeatedly irradiated.
  • the standby gas is adsorbed by the contamination of these electrode parts and ionized together with the argon gas supplied from the gas pipe 206, resulting in a discharge current value and an ion beam current value at the start of machining. higher than expected.
  • FIG. 3A and 3B show the process of releasing the adsorbed gas from the ion source 101.
  • FIG. 3A When the sample chamber 110 is vented, gases in the atmosphere are adsorbed on the first cathode 201 , the second cathode 202 and the anode 203 of the ion source 101 .
  • the shutter driving source 103 moves the shutter 102 to a position where the ion beam from the ion source 101 is shielded.
  • the controller 108 applies predetermined voltages to the first cathode 201 , the second cathode 202 , the anode 203 and the acceleration electrode 205 in the power supply unit 104 .
  • the temperature inside the ion source 101 rises, promoting the release of the adsorbed gas.
  • the adsorbed gas collides with electrons generated in the ion source 101 by voltage application, is ionized, is extracted by the accelerating electrode 205, and is irradiated to the shutter 102 as an ion beam.
  • the current value of the ion beam irradiated to the shutter 102 is constantly monitored by the control unit 108, and when the current value falls below a certain value, it is considered that the adsorbed gas has been released. After that, as shown in FIG. 3B, the shutter 102 is retracted from the front of the ion source 101 by the shutter drive source 103, and the sample is irradiated with the ion beam.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in the discharge current value over time according to this embodiment.
  • the discharge current value immediately after the start of discharge shows a high value because adsorbed gas ions are included in addition to argon ions. Since the adsorbed gas is gradually released as the temperature inside the ion source 101 rises, the discharge current value inside the ion source 101 gradually decreases, and finally reaches the value of only argon ions (stationary value). .
  • a period for releasing the adsorbed gas inside the ion source 101 is provided before processing the sample.
  • the end of the adsorbed gas release period is determined by monitoring the discharge current value or the ion beam current value, and when the discharge current value or the ion beam current value falls below the reference value for determining the completion of adsorbed gas release, and then the sample processing is started. do.
  • the sample can be irradiated with a stable ion beam with little change in the discharge current value and the ion beam current value inside the ion source 101.
  • the uniformity of the shape processed by the ion beam is improved.
  • FIG. 5 is a flowchart of sample processing in the ion milling apparatus 100 of Example 1.
  • FIG. This flowchart is executed by the control unit 108 after setting the sample (S301).
  • S301 A sample is set on the sample stage 106, and the position of the sample stage is adjusted by the sample stage drive source 107. After the sample is set, the inside of the sample chamber 110 is evacuated by an evacuation system (not shown) to reduce the pressure.
  • the control unit 108 applies a discharge voltage Vd between the anode 203 and the first and second cathodes 201 and 202 having the same potential to increase the temperature inside the ion source 101, thereby increasing the adsorption gas of the electrode parts. is released. Further, an acceleration voltage Va is applied between the anode 203 and the acceleration electrode 205 to irradiate the shutter 102 in front of the ion source with the ionized adsorption gas as an ion beam.
  • the control unit 108 compares the ion beam current value of the ion beam irradiated to the shutter 102 or the discharge current value measured by the ammeter 210 with a preset reference value for the ion beam current value or the discharge current value. . If the reference value is not exceeded, the discharge inside the ion source 101 is continued to accelerate the release of the adsorbed gas.
  • the control unit 108 determines whether the ion beam current value or the discharge current value is stable. As a determination method, a reference range of the ion beam current value or the discharge current value is provided, and it is confirmed that the fluctuation width of the ion beam current value or the discharge current value is below the reference range for a predetermined period. If the ion beam current value or the discharge current value is not stable, the discharge inside the ion source 101 is continued to accelerate the release of the adsorbed gas.
  • the control unit 108 moves the shutter 102 in front of the ion source 101 via the shutter drive source 103, and ends sample processing.
  • the timing of starting argon gas supply is not limited.
  • the supply of argon gas may be started before or at the same time as the start of voltage application to the ion source.
  • the supply of argon gas may be started after determination of completion of release of adsorbed gas. By delaying the start of supply of the argon gas, the heating of the ion source 101 can be accelerated and the period required for the adsorbed gas release process can be shortened. Since the reference value in step S303 changes depending on the presence or absence of argon gas, it is necessary to determine the reference value according to the timing of argon gas supply.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the main part of the ion milling device 200 of Example 2 from the side.
  • the ion milling device 200 has a heating mechanism that heats the ion source 101 . Configurations common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • a heating mechanism arranged near the ion source 101 includes a heater 111 , a heater drive source 112 and a thermocouple 113 .
  • the heater 111 heats the ion source to a value set in the range of 40 to 130° C., thereby shortening the time until the adsorption gas release is completed.
  • the reason why the upper limit of the temperature to be heated by the heater is in the range of 40 to 130.degree. Within this range, the heating temperature of the heater 111 may be adjusted according to the amount of adsorbed gas in the ion source.
  • the heater 111 can be moved by a heater drive source 112, and the ion source 101 is heated by bringing it into contact with the acceleration electrode 205 inside the ion source 101.
  • the heater drive source 112 also brings the heater 111 and the thermocouple 113 into contact with the acceleration electrode 205 to monitor the temperature of the ion source 101 .
  • the controller 108 controls the heater drive source 112 to retract the heater 111 .
  • FIG. 7 is a flowchart of sample processing in the ion milling device 200 of Example 2. This flowchart is also executed by the control unit 108 after setting the sample (S301).
  • the controller 108 After setting the sample and adjusting the position of the sample stage (S301), the controller 108 causes the heater drive source 112 to bring the heater 111 and the thermocouple 113 into contact with the acceleration electrode 205 (S401). After that, the controller 108 causes discharge inside the ion source and raises the heater temperature (S402). During heater heating, the temperature of the ion source 101 is monitored by the thermocouple 113, and when the temperature of the ion source 101 exceeds a predetermined value, the control unit 108 withdraws the heater 111 from the ion source 101 to heat the ion source 101. The heater driving source 112 is operated so as to stop .
  • Example 2 as in Example 1, the timing of starting argon gas supply is not limited.
  • control unit 108 may automatically control the shutter drive source 103 to retract the shutter 102 in a state in which the criteria for starting processing with an ion beam are satisfied, or the display unit 109 may The user may be notified that the criteria for starting processing with the beam have been met, and the user may instruct the shutter drive source 103 to retract the shutter 102 .
  • the discharge voltage applied to the ion source before processing the sample to release the adsorbed gas may be higher than the discharge voltage during processing of the sample, depending on the amount of adsorbed gas. .

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Abstract

イオンミリング装置は、シャッター１０２によりイオン源１０１からのイオンビームが遮蔽される状態で、イオン源に対して、アノード２０３とカソード２０１，２０２との間に放電電圧Ｖｄ及びアノードと加速電極２０５との間に加速電圧Ｖａを印加し、放電によりアノードとカソードとの間に流れる放電電流またはシャッターにイオンビームが照射されることにより流れるイオンビーム電流のいずれかが所定の基準値を下回った後に、シャッター駆動源１０３によりシャッターをイオンビームが遮蔽されない位置に退避可能とする。

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、電子顕微鏡観察対象である試料（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弾き飛ばし、無応力で試料表面の研磨や試料の内部構造を露出できる装置である。イオンビームの照射によって試料表面や、露出した試料内部構造は、走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡の観察面となる。
　イオンミリング装置で電子顕微鏡観察対象試料の表面研磨や内部構造を露出させる加工を行う場合に、量産工程の管理を目的とする場合など、試料の加工形状を均一に保つことが求められる場合がある。非集束のイオンビームで試料を加工するイオンミリング装置において、加工形状の均一性を高めるためには、イオンビーム電流やイオン分布を一定に保つ必要がある。
　このようなイオンミリング装置に使用されるぺニング型イオンガンにおいて、イオン化室で発生したイオンが、イオンガン内部のカソードや加速電極などに対しても照射されてしまうことにより、これらの表面がスパッタされ、アノードなど、イオンガンの構成部品に付着する現象が生じることが知られている。このような堆積物は異常放電や短絡といった不具合の原因となる。特許文献１は、カソードのイオン化室に面する表面に凹凸を設けることで、カソードのスパッタ収率を低減させ、スパッタ粒子の発生量を低減させることを開示する。特許文献２は、イオンガンに向けてガスを噴射する手段を設け、イオンガン内部に付着した付着物を移動させることを開示している。
特開２０１４－２３５９４８号公報 国際公開第２０１６／１８９６１４号
　イオンミリング装置による加工形状の均一性を高めるため、ミリング処理中におけるイオンビームのエネルギーや分布を一定範囲に保つよう、イオン源に導入するアルゴンガス量、イオン源に印加する放電電圧といった制御パラメータを設定する必要がある。しかしながら、制御パラメータで制御できない外乱の影響が大きいことが分かってきた。
　外乱の一つが放電電流値、イオンビーム電流値に対する大気由来の吸着ガスの影響である。ぺニング方式のイオン源では、後述するように電子を発生させるための電極部品を内蔵している。そのような電極部品の一つであるカソードは放電時に生じるアルゴンイオンによってスパッタリングされ、これによりカソード由来の堆積膜がイオン源内部に形成される。堆積膜は成長を続け、最終的には針状に剥離する。電極部品の一つであるアノード内壁面に形成された堆積膜は、アノード－カソード間を短絡させるおそれがある。アノード－カソード間が短絡すると、放電電圧の印加ができなくなる。このため、アノード内壁面と堆積膜の接触面積を増やして堆積膜が剥離し難いよう、意図的にアノード内壁面を粗面化している。具体的には、このときのアノード内壁面の表面粗さ（Ｒａ）がカソード内壁面の表面粗さよりも大きくなるように、サンドブラスト処理による研削を実施している。
　試料を交換するためのベント（大気開放）時に、大気由来のガスがアノード内壁面およびカソード内壁面の堆積膜に吸着し、吸着したガスがイオンビームのエネルギーや分布に影響を与えることが確認されている。とりわけアノード内壁面は粗面化され、凹凸が増大されていることにより吸着するガスの量も大きく、無視できない影響を及ぼす。
　理想的には放電電流値は導入したアルゴンガス量に依存するが、実際には、イオンビームの放出開始時には上述した大気由来のガスのイオン化分が放電電流値に加算される一方、時間経過とともに、大気由来のガスはイオンビームの放出に伴い、加算分の放電電流が減少していく。これにより、イオンミリング装置による加工形状の均一化が困難になっている。
　本発明の一実施の形態であるイオンミリング装置は、試料室と、試料室内に配置され、試料を載置する試料ステージと、アノードとカソードとの間の放電により発生した電子によって生成されたイオンを加速電極により加速することにより、試料に向かう非集束のイオンビームとして放出するイオン源と、イオン源と試料ステージとの間に配置され、イオンビームを遮蔽する導電性のシャッターと、シャッターを駆動するシャッター駆動源と、シャッターによりイオンビームが遮蔽される状態で、アノードとカソードとの間に放電電圧及びアノードと加速電極との間に加速電圧を印加し、放電によりアノードとカソードとの間に流れる放電電流またはシャッターにイオンビームが照射されることにより流れるイオンビーム電流のいずれかが所定の基準値を下回った後に、シャッター駆動源によりシャッターをイオンビームが遮蔽されない位置に退避可能とする制御部とを有する。
　イオンミリング装置において、試料加工前にイオン源に吸着したガスを放出させることにより、イオンミリング装置による加工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。
実施例１のイオンミリング装置の構成例（模式図）である。 イオン源とイオン源に制御電圧を印加する電源回路とを示す模式図である。 イオン源から吸着ガスを放出するプロセスを説明するための図である。 イオン源から吸着ガスを放出するプロセスを説明するための図である。 時間経過にともなう放電電流値の変化を示したグラフである。 実施例１の試料加工のフローチャートである。 実施例２のイオンミリング装置の構成例（模式図）である。 実施例１の試料加工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、実施例１のイオンミリング装置１００の主要部を側面から示した模式図である。図１では、鉛直方向をＺ方向として表示している。イオンミリング装置１００は、その主要な構成としてイオン源１０１、シャッター１０２、シャッター駆動源１０３、電源ユニット１０４、供給ガス制御部１０５、試料ステージ１０６、試料ステージ駆動源１０７、制御部１０８、表示部１０９、試料室１１０、電流計１１５を有する。
　イオンミリング装置１００は、走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡によって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。このような前処理装置向けのイオン源は、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。本実施例でもイオン源１０１はペニング方式を採用しており、イオン源１０１から試料ステージ１０６に固定された試料に向けて、非集束のイオンビームが照射される。制御部１０８は、電源ユニット１０４からイオン源１０１内部の電極に印加される電圧、供給ガス制御部１０５から供給されるガス流量を制御することにより、イオンビームの出力を制御する。イオン源１０１と試料ステージ１０６との間には導電性のシャッター１０２が設けられている。シャッター１０２はイオン源１０１からのイオンビームが試料に照射されるのを遮蔽するとともに、イオンビームがシャッター１０２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ための測定子の役割も有する。シャッター１０２に照射されたイオンビーム電流は電流計１１５によって測定され、イオンビーム電流値は電流計１１５から制御部１０８に出力される。制御部１０８はイオンビーム電流値をイオンビームの出力状態をモニタリングするために使用する。イオンビーム電流値を表示部１０９に表示してもよい。
　上述のように、試料室１１０のベント時にイオン源１０１の電極部品に大気中のガスが吸着し、イオン源１０１内部の吸着ガスがイオン化されて放出されることにより、イオン源１０１から放出されるイオンビームは設定したイオンビーム電流値を上回る。このため、まずは、シャッター１０２でイオンビームを遮蔽するとともに、イオンビーム電流値を計測する。計測されたイオンビーム電流値が設定した値を下回ると、イオン源１０１内部の吸着ガスが十分に放出されたとみなし、制御部１０８によりシャッター駆動源１０３を駆動させてシャッター１０２を退避させ、試料ステージ１０６に載置された試料に対して、供給ガス制御部１０５から供給されるアルゴン由来のイオンビームを照射するようにする。
　試料が載置される試料ステージ１０６は、試料ステージ駆動源１０７を介して試料室１１０に取付けられている。試料ステージ駆動源１０７は回転軸Ｒ０を中心に試料ステージ１０６を回転させる。また、試料ステージ駆動源１０７は、試料ステージ１０６の位置をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のそれぞれに、また、イオンビーム中心軸Ｂ０に対する試料ステージ１０６の向きをＸＺ平面の角度方向（Ｔ１軸を中心とする回転方向）、ＹＺ平面の角度方向（Ｔ２軸を中心とする回転方向）のそれぞれに調整可能なように、試料室１１０に取付けられている。
　図２は、ペニング方式を採用したイオン源１０１と、イオン源１０１の電極部品に制御電圧を印加する電源回路とを示す模式図である。電源回路は電源ユニット１０４の一部である。
　イオン源１０１は、第１カソード２０１、第２カソード２０２、アノード２０３、永久磁石２０４、加速電極２０５、ガス配管２０６、イオン化室２０７、イオンビーム照射口２０８を有する。上述のようにアノード－カソード間の堆積膜による短絡を防止するため、イオン化室２０７に面するアノード内壁面の表面粗さ（Ｒａ）は、イオン化室２０７に面するカソード内壁面の表面粗さよりも大きくされている。イオンビームを発生させるため、ガス配管２０６を通してイオン化室２０７にアルゴンガスが注入される。イオン源１０１内部には、同電位とされる第１カソード２０１及び第２カソード２０２が対向して配置されており、第１カソード２０１と第２カソード２０２との間にはアノード２０３が配置されている。カソード２０１，２０２とアノード２０３との間に電源ユニット１０４から放電電圧Ｖｄが印加されることにより電子が発生する。電子はイオン源１０１内に配置した永久磁石２０４によって滞留し、イオン化室２０７内でガス配管２０６から注入されたアルゴンガスと衝突してアルゴンイオンを生成する。アノード２０３と加速電極２０５との間には電源ユニット１０４から加速電圧Ｖａが印加されており、生成されたアルゴンイオンは加速電極２０５に誘引され、イオンビーム照射口２０８を通してイオンビームとして放出される。電源回路にはアノード２０３と第１カソード２０１及び第２カソード２０２との間に電流計２１０が備えられており、電流計２１０により放電によりカソードとアノードとの間に流れる放電電流が測定される。電流計２１０により測定される放電電流値も制御部１０８に出力される。制御部１０８は放電電流値をイオンビームの出力状態をモニタリングするために使用する。放電電流値を表示部１０９に表示してもよい。
　イオン源１０１から放出されるイオンビームの出力は、イオン源１０１の内部の放電の状況に依存する。ペニング方式を採用したイオン源１０１では、イオンビームの照射を繰り返すうちに、照射対象の試料から発生した微小粒子等が、第１カソード２０１、第２カソード２０２、アノード２０３に汚れとして付着する。試料室１１０のベント時に、待機中のガスがこれら電極部品の汚れに吸着され、ガス配管２０６から供給されるアルゴンガスとともにイオン化されることにより、加工開始時の放電電流値とイオンビーム電流値は想定よりも高くなる。再現性の高い試料加工を行うには、放電電流値とイオンビーム電流値とを一定に保つ必要があるため、試料のミリング前に吸着ガスを放出する必要がある。
　図３Ａ～Ｂを用いて、イオン源１０１から吸着ガスを放出するプロセスを示す。試料室１１０のベント時に、イオン源１０１の第１カソード２０１、第２カソード２０２、アノード２０３に、大気中のガスが吸着する。図３Ａに示すように、まず、シャッター駆動源１０３により、シャッター１０２はイオン源１０１からのイオンビームを遮蔽する位置に移動させておく。この状態で、制御部１０８は、電源ユニット１０４に、第１カソード２０１、第２カソード２０２、アノード２０３、加速電極２０５に所定の電圧を印加する。イオン源１０１内部の電極部品に電圧が印加されることにより、イオン源１０１内部の温度が上昇し、吸着ガスの放出が促進される。また、吸着ガスは、電圧印加によりイオン源１０１内に発生する電子と衝突してイオン化し、加速電極２０５によって引き出され、イオンビームとしてシャッター１０２に照射される。シャッター１０２に照射されるイオンビーム電流値は制御部１０８で常時モニタリングされるが、一定値を下回ったときに、吸着ガスが放出されたとみなされる。その後、図３Ｂに示すように、シャッター１０２がシャッター駆動源１０３によりイオン源１０１の前方から退避させられ、イオンビームは試料に照射される。
　図４は、本実施例による時間経過にともなう放電電流値の変化を示したグラフである。放電開始直後の放電電流値は、アルゴンイオンに加えて吸着ガスイオンが含まれるため、高い値を示す。吸着ガスは、イオン源１０１内部の温度上昇に伴って徐々に放出されていくため、イオン源１０１内部の放電電流値は次第に低下し、最終的にはアルゴンイオンのみの値（定常値）となる。本実施例では、試料の加工前にイオン源１０１内部の吸着ガスを放出させる期間を設ける。吸着ガス放出期間の終期は、放電電流値またはイオンビーム電流値をモニタし、放電電流値またはイオンビーム電流値が、吸着ガス放出完了を判定する基準値を下回ったときとし、その後試料加工に移行する。これにより、試料に対してイオン源１０１内部の放電電流値およびイオンビーム電流値の変化量が少ない、安定したイオンビームを照射でき、この結果、イオンビームによる加工形状の均一性が向上させられる。
　図５は、実施例１のイオンミリング装置１００における試料加工のフローチャートである。本フローチャートは、試料のセット（Ｓ３０１）以降は、制御部１０８により実行される。
　Ｓ３０１：試料ステージ１０６に試料をセットし、試料ステージの位置を試料ステージ駆動源１０７で調整する。試料がセットされた後、図示しない真空排気系により、試料室１１０内を排気して減圧する。
　Ｓ３０２：制御部１０８は、アノード２０３と、同電位である第１カソード２０１および第２カソード２０２との間に放電電圧Ｖｄを印加し、イオン源１０１内部の温度を上昇させ、電極部品の吸着ガスを放出させる。また、アノード２０３と加速電極２０５との間に加速電圧Ｖａを印加し、イオン化した吸着ガスをイオンビームとしてイオン源前方のシャッター１０２に照射する。
　Ｓ３０３：制御部１０８は、シャッター１０２に照射されたイオンビームのイオンビーム電流値または電流計２１０で計測される放電電流値が、あらかじめ設定したイオンビーム電流値または放電電流値の基準値と比較する。基準値を下回っていない場合は引き続きイオン源１０１内部の放電を行い、吸着ガスの放出を促進する。
　Ｓ３０４：イオンビーム電流値または放電電流値が基準値を下回った場合には、制御部１０８は、イオンビーム電流値または放電電流値が安定しているかどうかを判定する。判定方法としては、イオンビーム電流値または放電電流値の基準範囲を設け、イオンビーム電流値または放電電流値の変動幅が、所定の期間、基準範囲以下となったことを確認する。イオンビーム電流値または放電電流値が安定しない場合は、引き続きイオン源１０１内部の放電を行い、吸着ガスの放出を促進する。
　Ｓ３０５：イオンビーム電流値または放電電流値が基準値を下回って安定したと判定された場合には、制御部１０８は、シャッター駆動源１０３により、シャッター１０２をイオンビームが遮蔽されない位置に退避させ、イオンビームを試料に照射して加工を開始する。
　Ｓ３０６：制御部１０８は、シャッター駆動源１０３を介して、イオン源１０１前方にシャッター１０２を移動させ、試料加工を終了する。
　アルゴンガス供給開始のタイミングは、限定しない。イオン源への電圧印加開始前、または同時に、アルゴンガスの供給を開始してもよく、イオン源への電圧印加開始後、または吸着ガスの放出処理中にはアルゴンガスの供給を行うことなく、吸着ガスの放出完了判定後にアルゴンガスの供給を開始してもよい。アルゴンガスの供給開始を遅らせることで、イオン源１０１の加熱を促進し、吸着ガスの放出処理に要する期間を短縮できる。なお、アルゴンガスの有無によりステップＳ３０３の基準値は変化するため、アルゴンガス供給のタイミングに応じた基準値を決定しておく必要がある。
　図６は、実施例２のイオンミリング装置２００の主要部を側面から示した模式図である。イオンミリング装置２００は、イオン源１０１を加熱する加熱機構を備えている。実施例１と共通する構成については、同じ符号を用いて示し、重複する説明は省略する。イオン源１０１近傍に配置される加熱機構は、ヒータ１１１、ヒータ駆動源１１２、熱電対１１３を備えている。実施例２では、ヒータ１１１でイオン源を４０～１３０℃の範囲で設定した値になるように加熱することにより、吸着ガス放出完了までの時間を短縮する。ヒータが加熱する温度上限を４０～１３０℃の範囲としたのは、イオン源１０１内部の磁場に影響を与えないためである。この範囲でイオン源の吸着ガスの量に応じてヒータ１１１の加熱温度を調整してもよい。
　ヒータ１１１はヒータ駆動源１１２で動かせるものとし、イオン源１０１内の加速電極２０５に接触させることにより、イオン源１０１を加熱する。また、ヒータ駆動源１１２はヒータ１１１とともに熱電対１１３も加速電極２０５に接触させ、イオン源１０１の温度をモニタリングする。加速電極２０５の温度が、設定した上限値を上回ると、制御部１０８はヒータ１１１を退避させるよう、ヒータ駆動源１１２を制御する。
　図７は、実施例２のイオンミリング装置２００における試料加工のフローチャートである。本フローチャートも、試料のセット（Ｓ３０１）以降は、制御部１０８により実行される。
　基本的には実施例１のフローチャート（図５）と同じであるため、実施例１のフローチャートに追加されたステップを中心に説明する。試料のセットおよび試料ステージの位置調整（Ｓ３０１）後に、制御部１０８は、ヒータ駆動源１１２によりヒータ１１１および熱電対１１３を加速電極２０５に接触させる（Ｓ４０１）。その後、制御部１０８は、イオン源内部で放電させるとともに、ヒータ温度を上昇させる（Ｓ４０２）。ヒータ加熱時には熱電対１１３でイオン源１０１の温度のモニタリングを行い、イオン源１０１の温度が所定値を上回った時に、制御部１０８は、イオン源１０１からヒータ１１１を退避させてイオン源１０１の加熱を停止するよう、ヒータ駆動源１１２を動作させる。
　実施例２においても、実施例１と同様、アルゴンガス供給開始のタイミングは、限定しない。
　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、制御部１０８は、イオンビームによる加工を開始する基準を満たした状態で、自動的にシャッター駆動源１０３にシャッター１０２を退避するよう制御するようにしてもよいし、表示部１０９によって、イオンビームによる加工を開始する基準を満たしたことをユーザに通知し、ユーザがシャッター１０２の退避をシャッター駆動源１０３に指示するようにしてもよい。また、吸着ガスの放出のために試料加工前にイオン源に対して印加する放電電圧は、吸着ガスの量に応じて、試料加工時の放電電圧よりも高い電圧を印加するようにしてもよい。
１００，２００：イオンミリング装置、１０１：イオン源、１０２：シャッター、１０３：シャッター駆動源、１０４：電源ユニット、１０５：供給ガス制御部、１０６：試料ステージ、１０７：試料ステージ駆動源、１０８：制御部、１０９：表示部、１１０：試料室、１１１：ヒータ、１１２：ヒータ駆動源、１１３：熱電対、１１５：電流計、２０１：第１カソード、２０２：第２カソード、２０３：アノード、２０４：永久磁石、２０５：加速電極、２０６：ガス配管、２０７：イオン化室、２０８：イオンビーム照射口、２１０：電流計。

Claims (8)

  1. 　試料室と、
    　前記試料室内に配置され、試料を載置する試料ステージと、
    　アノードとカソードとの間の放電により発生した電子によって生成されたイオンを加速電極により加速することにより、前記試料に向かう非集束のイオンビームとして放出するイオン源と、
    　前記イオン源と前記試料ステージとの間に配置され、前記イオンビームを遮蔽する導電性のシャッターと、
    　前記シャッターを駆動するシャッター駆動源と、
    　前記シャッターにより前記イオンビームが遮蔽される状態で、前記アノードと前記カソードとの間に放電電圧及び前記アノードと前記加速電極との間に加速電圧を印加し、前記放電により前記アノードと前記カソードとの間に流れる放電電流または前記シャッターに前記イオンビームが照射されることにより流れるイオンビーム電流のいずれかが所定の基準値を下回った後に、前記シャッター駆動源により前記シャッターを前記イオンビームが遮蔽されない位置に退避可能とする制御部とを有するイオンミリング装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記制御部は、前記放電により前記アノードと前記カソードとの間に流れる放電電流または前記シャッターに前記イオンビームが照射されることにより流れるイオンビーム電流のいずれかが所定の基準値を下回り、かつ所定の期間、所定の基準範囲以下の変動幅となった後に、前記シャッター駆動源により前記シャッターを前記イオンビームが遮蔽されない位置に退避可能とするイオンミリング装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記放電電流または前記イオンビーム電流の値を表示する表示部を有するイオンミリング装置。
  4. 　請求項３において、
    　前記表示部に、前記放電電流または前記イオンビーム電流のいずれかが前記所定の基準値を下回ったことが表示されるイオンミリング装置。
  5. 　請求項１において、
    　ヒータと
    　熱電対と
    　前記ヒータと前記熱電対とを駆動するヒータ駆動源とを備え、
    　前記制御部は、前記ヒータ駆動源により、前記ヒータ及び前記熱電対を前記加速電極に接触させ、前記ヒータにより前記イオン源を加熱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、前記熱電対により前記イオン源の温度をモニタリングし、前記イオン源の温度が所定の温度を上回ったときには、前記ヒータ駆動源により、前記ヒータを前記イオン源から退避させて前記ヒータによる前記イオン源の加熱を停止するイオンミリング装置。
  7. 　請求項１において、
    　前記イオン源にアルゴンガスを供給する供給ガス制御部を有し、
    　前記制御部は、前記アノードと前記カソードとの間に放電電圧及び前記アノードと前記加速電極との間に加速電圧とを印加した後に、前記供給ガス制御部からの前記イオン源へのアルゴンガスの供給を開始するイオンミリング装置。
  8. 　請求項１において、
    　前記アノードの内壁面は前記カソードの内壁面よりも粗面化されているイオンミリング装置。
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