WO2023112131A1 - イオンミリング装置 - Google Patents

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ion
ion source
ion beam
shielding plate
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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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    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching

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 polishes the sample surface and exposes the internal structure of the sample. The sample surface polished by ion beam irradiation and the exposed internal structure of the sample serve as observation surfaces for scanning electron microscopes and transmission electron microscopes.
  • a sample e.g., metal, semiconductor, glass, ceramic, etc.
  • a shielding plate When the internal structure of a sample is exposed by an ion milling device, a shielding plate is brought into close contact with the sample, and the sample is protruded from the shielding plate by an amount desired to be scraped away (in the range of several ⁇ m to several hundred ⁇ m). Beam processed.
  • Patent Document 1 discloses an example in which the sample is tilted in a direction that changes the amount of protrusion of the sample in cross-sectional processing by an ion milling device.
  • the scattering of the ion beam inside the sample causes the formation of an amorphous layer and a sputtering phenomenon in the region shielded by the shielding plate. It is processed into an overhang shape.
  • the sample and the shielding plate are tilted in the direction in which the sample is masked by the shielding plate with respect to the ion beam.
  • the amount of protrusion of the sample from the shielding plate is reduced to reduce the irradiation area of the sample by the ion beam. Heating must be suppressed.
  • the protruding amount of the sample with respect to the shielding plate is reduced, cross-sectional processing by the ion milling apparatus may be difficult depending on the position of the exposed internal structure of the sample.
  • An ion milling apparatus includes an ion source that emits an ion beam, a sample stage that holds a sample, and an end surface that shields the ion beam and an end surface that serves as a processing surface of the sample. , a sample stage drive mechanism that rotates the sample stage about the boundary between the end surface of the shield plate and the end surface of the sample as a rotation axis, and a control unit. The relative position is adjusted so that the center axis of the ion beam intersects the rotation axis, and the control unit controls the sample stage drive mechanism until the amount of protrusion of the sample from the shielding plate when viewed from the ion source reaches a predetermined amount. After the sample stage is rotated around the rotation axis by , the sample is milled by irradiating the sample with an ion beam from the ion source.
  • 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 rotation control of the sample stage in cross-section processing. It is a figure for demonstrating rotation control of the sample stage in cross-section processing. It is a figure for demonstrating rotation control of the sample stage in cross-section processing. It is a figure for demonstrating rotation control of the sample stage in cross-section processing.
  • 5 is a flow chart of cross-sectional processing of a sample in Example 1.
  • FIG. FIG. 11 is a configuration example (schematic diagram) of an ion milling apparatus of Example 2; 6 is a flow chart of cross-sectional processing of a sample in Example 2.
  • 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 sample stage 102, a sample stage driving mechanism 103, a sample stage 104 on which the sample 105 is placed, a shielding plate 106, an alignment mechanism 107, a high voltage power supply 108, and a control unit. 109 , a supply gas control unit 110 and a sample chamber 111 .
  • 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 employs the Penning method, and an unfocused ion beam is emitted from the ion source 101 toward the sample 105 .
  • the control unit 109 adjusts the voltage applied from the high-voltage power supply 108 to the internal electrodes of the ion source 101 and the flow rate of the argon gas supplied from the supply gas control unit 110, thereby controlling the output of the ion beam emitted by the ion source 101. Control.
  • the sample 105 is mounted on the sample stage 104 and held by the sample stage 102 so that the end surface P1 of the sample 105 to be processed and the end surface P2 of the shielding plate 106 are aligned.
  • the boundary between the end surface P1 and the end surface P2 is the rotation axis R, and the sample stage driving mechanism 103 rotates the sample stage 102 around the rotation axis R extending in the X direction. Further, the sample stage drive mechanism 103 swings the sample stage 102 within a predetermined angle range around a swing axis S extending in the Z direction. By swinging the sample 105 about the swing axis S within a predetermined angular range, the intensity of the ion beam with which the processed surface of the sample 105 is irradiated can be averaged.
  • the relative positions of the ion source 101 and the sample stage 102 are adjusted so that the central axis B of the ion beam emitted from the ion source 101, the swing axis S, and the rotation axis R intersect at one point.
  • the alignment mechanism 107 is used to adjust the position of the ion source 101 .
  • 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 high voltage power supply 108 .
  • the ion source 101 has a first cathode 201 , a second cathode 202 , an anode 203 , a permanent magnet 204 , an acceleration electrode 205 and a gas pipe 206 .
  • Argon gas is injected into the ion source 101 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 high-voltage power supply 108 between the cathodes 201 and 202 and the anode 203 .
  • the electrons are retained by the permanent magnet 204 arranged inside the ion source 101 and collide with the argon gas injected from the gas pipe 206 to generate argon ions.
  • An acceleration voltage Va is applied from a high-voltage power supply 108 between the anode 203 and the acceleration electrode 205, and the generated argon ions are attracted to the acceleration electrode 205 and emitted as an ion beam.
  • FIG. 3A a front view 301A of the sample 105 and shield plate 106 viewed from the ion source 101 and a side view 302A of the sample 105 and shield plate 106 viewed from the same direction as in FIG. 1 are shown in correspondence.
  • the sample stage 102 is rotated by the rotation angle ⁇ 1 about the rotation axis R
  • the sample protrusion amount h which is the amount by which the sample 105 protrudes from the shield plate 106 as viewed from the ion source 101, is the thickness of the sample 105.
  • t is represented by (Equation 1).
  • FIG. 3B shows a state in which cross-section processing in this state is completed. Similar to FIG. 3A, a front view 301B and a side view 302B are shown in correspondence. The sample 105 is no longer visible in the front view 301B because the projecting portion of the sample 105 is shaved.
  • FIG. 3C shows the state when the sample stage 102 is rotated by the rotation angle ⁇ 2 about the rotation axis R.
  • the rotation angle ⁇ 2 at this time is expressed by (Equation 2).
  • ⁇ 2 arcsin(h/t) (2)
  • the sample protrusion amount h set before processing the sample is set so that the sample 105 is not affected by the heat of the ion beam, for example, several ⁇ m to ten and several ⁇ m.
  • the sample protrusion amount h set before processing the sample is set so that the sample 105 is not affected by the heat of the ion beam, for example, several ⁇ m to ten and several ⁇ m.
  • the effect of heating on the sample 105 is suppressed, and the target can be obtained with high throughput. A large amount of sample processing becomes possible.
  • FIG. 4 shows a series of operations from the start to end of sample processing in the ion milling apparatus 100 of the first embodiment. The details of each operation will be explained.
  • the sample processing conditions include the acceleration voltage and discharge voltage of the ion source 101, the milling processing conditions such as the setting of the argon gas supply amount, the sample projection amount h when performing the milling processing, the processing amount for cross-sectional processing, and the like. including processing conditions for However, since the desired sample protrusion amount h depends on the material, the control unit 109 registers the sample protrusion amount h corresponding to the material in advance, and registers the sample protrusion amount h according to the material to be processed. It is desirable to be able to select h.
  • the sample 105 is placed on the sample table 104 with the end face P1 , which is the processing surface of the sample 105, and the end face P2 of the shielding plate 106 aligned. After performing preliminary adjustment of the position of the sample stage 102 and the alignment mechanism 107 so that the rotation axis R, the swing axis S, and the ion beam central axis B intersect at one point, cross-sectional processing of the sample 105 is started. Subsequent operations are automatically executed by the control unit 109 .
  • the control unit 109 causes the sample stage driving mechanism 103 to rotate the sample stage 102 around the rotation axis R, and stops the rotation of the sample stage 102 when the sample protrusion amount h is reached.
  • step S03 The milling process is performed according to the milling process conditions set in step S01.
  • step S04 Confirm whether the set sample protrusion amount h set in step S01 has been removed. If the portion of the sample protruding from the shielding plate seen from the ion source is scraped off, the irradiation of the sample with the ion beam is stopped. The determination in this step may be made, for example, based on whether a predetermined time has elapsed since the milling process was started, or based on the amount of microparticles generated in the milling process.
  • S05 Check if the target machining amount has been removed.
  • the control unit 109 calculates, for example, the number of repetitions of the milling process for the sample protrusion amount h required to obtain the desired amount of processing, and determines whether or not the required number of repetitions has been performed. If the target machining amount has not been reached, the sample stage 102 is again rotated around the rotation axis R to set the sample protrusion amount h (S02), and the milling process is executed (S03).
  • FIG. 5 is a schematic top view of the main part of the ion milling device 200 of Example 2. As shown in FIG. In FIG. 5 as well, the vertical direction is indicated as the Z direction, and the components common to the ion milling apparatus 100 of Example 1 are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.
  • the sample stage 102 is oriented such that the end surface P1 , which serves as the processing surface of the sample, faces the Z direction.
  • the ion milling apparatus 200 includes a camera 112 arranged in the X direction from the sample stage 102 and a thermocouple 113 as a temperature sensor for measuring the temperature of the sample 105 in order to monitor the sample projection amount h of the sample 105 with respect to the shielding plate 106. and By monitoring the sample 105 during the milling process, the ion milling apparatus 200 can more reliably prevent the sample 105 from being thermally damaged by the milling process.
  • the maximum sample temperature T1 is set in advance, and ion beam irradiation from the ion source 101 is automatically stopped when the temperature of the sample 105 detected by the thermocouple 113 exceeds the maximum sample temperature T1. Further, the rotation of the sample stage 102 around the rotation axis R by the sample stage drive mechanism 103 that determines the sample protrusion amount h is also monitored and controlled by the camera 112 .
  • the flowchart shown in FIG. 6 shows a series of operations from the start to end of sample processing in the ion milling apparatus 200 of the second embodiment.
  • the steps that are the same as those in the flowchart of FIG. 4 are given the same reference numerals, redundant explanations are omitted, and the steps added in the flowchart of the second embodiment are mainly explained.
  • step S11 After setting the processing conditions (step S01), the control unit 109 activates the sample temperature measurement function by the thermocouple 113 and the monitor function by the camera 112 (S11). It is assumed that the maximum sample temperature T1 is set in advance in the processing condition setting (S01). It is preferable that the control unit 109 preliminarily register the magnitude of the maximum sample temperature T1 corresponding to the material so that the maximum sample temperature T1 can be selected according to the material to be processed.
  • step S12 After rotating the sample stage 102 around the rotation axis R until the sample protrusion amount h is reached (step S02), it is confirmed by the captured image of the camera 112 that the sample protrusion amount has been adjusted accurately (S12 ). If not, the controller 109 controls the sample stage drive mechanism 103 to eliminate the control error, rotates the sample stage 102 , and adjusts the position of the sample 105 .
  • thermocouple 113 is used to control the sample 105 so that it is not excessively heated. Therefore, when the sample temperature becomes equal to or higher than the set maximum sample temperature T1, the voltage supply from the high-voltage power supply 108 to the ion source 101 is once stopped, and the ion beam irradiation from the ion source 101 is stopped. (Step S14). When it is confirmed that the temperature measured by the thermocouple 113 has fallen below the maximum sample temperature T1 by stopping the ion beam irradiation (YES in step S15), the milling process is restarted.
  • the camera 112 may be used to determine whether the sample protrusion amount h has been scraped (step S04).
  • the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment, but the invention is not limited to the described embodiment, and can be variously changed without departing from the gist of the invention. .
  • a mechanism capable of moving the sample stage 102 in each of the X, Y, and Z directions is provided. good too.
  • the axial position can be adjusted by adjusting the position of the sample stage 102 instead of moving the ion source 101 .

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Abstract

イオンミリング装置は、イオンビームを出射するイオン源（１０１）と、試料（１０５）を保持する試料ステージ（１０２）と、イオンビームを遮蔽し、その端面（Ｐ２）と試料の加工面となる端面（Ｐ１）とが揃うように配置される遮蔽板（１０６）と、遮蔽板の端面と試料の端面との境を回転軸Ｒとして、試料ステージ（１０２）を回転させる試料ステージ駆動機構（１０３）と、制御部（１０９）とを有し、イオン源（１０１）と試料ステージ（１０２）との相対位置は、イオンビームの中心軸Ｂが回転軸と交差するように調整され、制御部（１０９）は、イオン源（１０１）からみて試料（１０５）が遮蔽板（１０６）から突出する試料突出量が所定の大きさとなるまで、試料ステージ駆動機構（１０３）により回転軸Ｒを中心に試料ステージ（１０２）を回転させた後、イオン源（１０１）からイオンビームを試料（１０５）に照射して試料のミリング処理を行う。

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させる装置である。イオンビーム照射によって研磨した試料表面や露出させた試料の内部構造は、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によって試料の内部構造を露出させる場合、試料に遮蔽板を密着させるとともに、試料を遮蔽板に対して削り取りたい量（数μｍ～数１００μｍの範囲）だけ突出させ、突出量分をイオンビームで加工する。このようなイオンミリング装置による試料の断面加工においては、遮蔽板に対する試料突出量を一定にするため、遮蔽板から突出された試料の加工面に対して垂直にイオンビームを照射することが一般的である。
　これに対して、特許文献１はイオンミリング装置による断面加工において、試料突出量が変化してしまう方向に試料を傾斜させる例を開示する。試料に対してイオンビームを照射すると試料内部へのイオンビームの散乱によって、遮蔽板で遮蔽された領域においてアモルファス層の形成やスパッタリング現象が発生し、これにより、遮蔽板に沿った面から数μｍ程度オーバーハング状に加工される。このため、特許文献１では、イオンビームに対して試料が遮蔽板でマスクされる方向に試料及び遮蔽板を傾斜させている。
国際公開第２０１８／０２９７７８号
　イオンミリング装置で加工する試料の中には、紙や高分子材料などのように熱ダメージの影響を受ける試料がある。熱ダメージを低減させる手法として液体窒素による試料の間接冷却が知られているが、ガラス転移点が比較的高い（０℃以上）試料にとっては冷却温度が極めて低く、本手法の適用は難しい。また、試料の間接冷却が可能であるとしても、遮蔽板の物性と試料の物性（例えば、熱伝達係数、線膨張係数）との乖離が大きい場合、試料の間接冷却によって遮蔽板と試料との間に隙間が生じることにより、あらかじめ設定した突出量から外れる場合がある。この場合、イオンビームの照射領域が変化することにより、目的とした加工結果が得られない。
　イオンビーム起因により試料の熱ダメージや冷却による加工形状への影響を回避するには、試料の遮蔽板に対する試料突出量を小さくして試料に対するイオンビームの照射領域を減らし、イオンビームに起因する試料の加熱を抑える必要がある。しかしながら、遮蔽板に対する試料の突出量を減らすと、露出させる試料の内部構造の位置によってはイオンミリング装置による断面加工が困難な場合がある。
　本発明の一実施の形態であるイオンミリング装置は、イオンビームを出射するイオン源と、試料を保持する試料ステージと、イオンビームを遮蔽し、その端面と試料の加工面となる端面とが揃うように配置される遮蔽板と、遮蔽板の端面と試料の端面との境を回転軸として、試料ステージを回転させる試料ステージ駆動機構と、制御部とを有し、イオン源と試料ステージとの相対位置は、イオンビームの中心軸が回転軸と交差するように調整され、制御部は、イオン源からみて試料が遮蔽板から突出する試料突出量が所定の大きさとなるまで、試料ステージ駆動機構により回転軸を中心に試料ステージを回転させた後、イオン源からイオンビームを試料に照射して試料のミリング処理を行う。
　イオンビームによるミリング処理に起因する試料の加熱を抑制しつつ、高いスループットで試料の断面加工を可能にする。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。 断面加工における試料ステージの回転制御について説明するための図である。 断面加工における試料ステージの回転制御について説明するための図である。 断面加工における試料ステージの回転制御について説明するための図である。 実施例１における試料の断面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２における試料の断面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、試料ステージ１０２、試料ステージ駆動機構１０３、試料１０５を載置する試料台１０４、遮蔽板１０６、アライメント機構１０７、高圧電源１０８、制御部１０９、供給ガス制御部１１０、試料室１１１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１０５に向けて、非集束のイオンビームが出射される。制御部１０９は、高圧電源１０８からイオン源１０１の内部電極に印加される電圧や供給ガス制御部１１０から供給されるアルゴンガスの流量を調整して、イオン源１０１が放出するイオンビームの出力を制御する。
　試料１０５の加工面となる端面Ｐ１と遮蔽板１０６の端面Ｐ２とが揃うように、試料１０５は試料台１０４に取付けられ、試料ステージ１０２に保持される。端面Ｐ１と端面Ｐ２の境が回転軸Ｒとなり、試料ステージ駆動機構１０３はＸ方向に延びる回転軸Ｒを中心に試料ステージ１０２を回転させる。また、試料ステージ駆動機構１０３はＺ方向に延びるスイング軸Ｓを中心に所定の角度範囲で試料ステージ１０２をスイングさせる。試料１０５がスイング軸Ｓを中心として所定の角度範囲でスイングさせられることにより、試料１０５の加工面に照射されるイオンビーム強度を平均化することができる。
　イオン源１０１から照射されるイオンビームの中心軸Ｂ、スイング軸Ｓ及び回転軸Ｒは一点で交差するように、イオン源１０１と試料ステージ１０２との相対位置が調整される。図１の構成例ではアライメント機構１０７を用いて、イオン源１０１の位置を調整する。
　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。電源回路は高圧電源１０８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を有する。イオンビームを発生させるため、ガス配管２０６を通してイオン源１０１内部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との間に高圧電源１０８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内に配置された永久磁石２０４によって滞留し、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との間には高圧電源１０８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、イオンビームとして放出される。
　図３Ａ～Ｃを用いて、断面加工における試料ステージの回転制御について説明する。図３Ａにおいて、イオン源１０１からみた試料１０５及び遮蔽板１０６の正面図３０１Ａと図１と同じ方向から見た試料１０５及び遮蔽板１０６の側面図３０２Ａとを対応させて示している。回転軸Ｒを中心に試料ステージ１０２を回転角θ１だけ回転させたとき、イオン源１０１からみて試料１０５が遮蔽板１０６から突出している量である試料突出量ｈは、試料１０５の厚さをｔとして、（式１）で表される。
ｈ＝ｔ×ｓｉｎθ１　…（１）
　この状態で、イオン源１０１からイオンビームを試料１０５に照射することにより、イオン源１０１からみて試料１０５の遮蔽板１０６から突出した部分が削られる。この状態での断面加工が終了した状態を図３Ｂに示す。図３Ａと同様に、正面図３０１Ｂと側面図３０２Ｂとを対応させて示している。試料１０５の突出部分が削られることにより、正面図３０１Ｂでは試料１０５が見えなくなっている。
　試料１０５のより内側にある断面を露出させるためには、さらに回転軸Ｒを中心に試料ステージ１０２を回転させる。回転軸Ｒを中心に試料ステージ１０２を回転角θ２だけ回転させたときの状態を図３Ｃに示す。図３Ａと同様に、正面図３０１Ｃと側面図３０２Ｃとを対応させて示している。このときの回転角θ２は（式２）で表される。
θ２＝ａｒｃｓｉｎ（ｈ／ｔ）　…（２）
　この状態で、イオン源１０１からイオンビームを試料１０５に照射することにより、イオン源１０１からみて試料１０５の遮蔽板１０６から突出した部分が削られる。さらに、試料１０５のより内側にある断面を露出させる場合には、回転軸Ｒを中心とした試料ステージ１０２の回転とイオンビームによるミリング処理とを繰り返す。
　ここで、試料突出量ｈが大きいほど、試料１０５に対するイオンビームの照射範囲が広がるため、試料１０５への加熱による影響は増大する。このため、試料加工前に設定する試料突出量ｈは、試料１０５がイオンビームによる熱の影響を受けない程度の試料突出量、例えば数μｍ～１０数μｍ程度になるように設定する。試料１０５のより内側にある断面を露出させるには、熱の影響を受けない程度の試料突出量ｈでのミリング処理を繰り返すことによって、試料１０５に対する加熱の影響を抑制しつつ、高いスループットで目的量の試料加工が可能になる。
　図４に示すフローチャートは、実施例１のイオンミリング装置１００における試料加工開始から終了までの一連の操作を示す。それぞれの操作の詳細について説明する。
　Ｓ０１：イオンミリング装置１００の試料加工条件を設定する。試料加工条件には、イオン源１０１の加速電圧及び放電電圧、アルゴンガスの供給量の設定などのミリング処理条件の他、ミリング処理を実行するときの試料突出量ｈ、断面加工を行う加工量などの加工条件などを含む。ただし、望ましい試料突出量ｈの大きさは材料に依存するため、制御部１０９は、材料に応じた試料突出量ｈの大きさをあらかじめ登録しておき、加工を行う材料に応じた試料突出量ｈを選択できるようにしておくことが望ましい。
　試料１０５は試料１０５の加工面となる端面Ｐ１と遮蔽板１０６の端面Ｐ２とを揃えて、試料台１０４上に載置させる。回転軸Ｒ、スイング軸Ｓ、イオンビーム中心軸Ｂが一点で交差するよう、試料ステージ１０２の位置、アライメント機構１０７の事前調整を実施した後、試料１０５の断面加工を開始する。以降の操作は、制御部１０９により自動的に実行される。
　Ｓ０２：制御部１０９は、試料ステージ駆動機構１０３により回転軸Ｒを中心に試料ステージ１０２を回転させ、試料突出量ｈになったところで試料ステージ１０２の回転を停止させる。
　Ｓ０３：ステップＳ０１において設定したミリング処理条件により、ミリング処理を実施する。
　Ｓ０４：ステップＳ０１において設定した設定した試料突出量ｈが削れているか確認する。イオン源からみて試料の遮蔽板から突出した部分が削れていれていれば、イオンビームの試料への照射を停止する。本ステップでの判定は、例えば、ミリング処理を開始してから所定の時間が経過したかによって判定してもよく、ミリング処理において発生する微小粒子の量などから判定してもよい。
　Ｓ０５：目的の加工量を削れたか確認する。制御部１０９は、例えば、目的の加工量を得るために必要な試料突出量ｈのミリング処理の繰り返し回数を算出し、必要な繰り返し回数を実施したか否かにより、判定を行う。目的の加工量に達していない場合には、再度回転軸Ｒを中心に試料ステージ１０２を回転させて試料突出量ｈとし（Ｓ０２）、ミリング処理を実行する（Ｓ０３）。
　Ｓ０６：目的の加工量に達すれば、加工を終了する。
　図５は、実施例２のイオンミリング装置２００の主要部を上面から示した模式図である。図５でも、鉛直方向をＺ方向として表示しており、実施例１のイオンミリング装置１００と共通する構成については、同じ符号を付して、重複する説明は省略する。また、図５において、試料ステージ１０２は試料の加工面となる端面Ｐ１がＺ方向を向けた姿勢となっている。
　イオンミリング装置２００は、遮蔽板１０６に対する試料１０５の試料突出量ｈをモニタリングするために、試料ステージ１０２からＸ方向に配置されるカメラ１１２と、試料１０５の温度を測定する温度センサとして熱電対１１３とを備える。イオンミリング装置２００は、ミリング処理中の試料１０５をモニタリングすることによって、試料１０５がミリング処理により熱ダメージを受けることをより確実に回避することが可能になる。
　具体的には、最大試料温度Ｔ１を事前に設定し、熱電対１１３が検知する試料１０５の温度が最大試料温度Ｔ１を上回ったとき、イオン源１０１からのイオンビーム照射を自動停止する。また、試料突出量ｈを定める試料ステージ駆動機構１０３による回転軸Ｒを中心とする試料ステージ１０２の回転についてもカメラ１１２でモニタリングしながら制御する。
　図６に示すフローチャートは、実施例２のイオンミリング装置２００における試料加工開始から終了までの一連の操作を示す。図４のフローチャートと同じステップについては、同じ符号を付して、重複する説明は省略し、実施例２のフローチャートにおいて追加されたステップを中心に説明する。
　Ｓ１１：加工条件設定（ステップＳ０１）後、制御部１０９は、熱電対１１３による試料温度測定機能およびカメラ１１２によるモニタ機能を起動する（Ｓ１１）。最大試料温度Ｔ１はあらかじめ加工条件設定（Ｓ０１）において設定されているものとする。制御部１０９は、材料に応じた最大試料温度Ｔ１の大きさをあらかじめ登録しておき、加工を行う材料に応じた最大試料温度Ｔ１を選択できるようにしておくことが望ましい。
　Ｓ１２：試料突出量ｈになるまで回転軸Ｒを中心に試料ステージ１０２を回転（ステップＳ０２）させた後、試料突出量が正確に調整できていることをカメラ１１２の撮像画像により確認する（Ｓ１２）。調整できていなければ、制御部１０９は制御誤差を解消するよう試料ステージ駆動機構１０３を制御し、試料ステージ１０２を回転させて、試料１０５の位置を調整する。
　Ｓ１３～Ｓ１５：ミリング処理（ステップＳ０３）中において、熱電対１１３を用いて、試料１０５が過剰に加熱されないよう制御する。このため、試料温度が設定した最大試料温度Ｔ１以上となった場合には、一旦高圧電源１０８からのイオン源１０１への電圧の供給を停止してイオン源１０１からのイオンビームの照射を停止する（ステップＳ１４）。イオンビームの照射停止により、熱電対１１３で測定される温度が最大試料温度Ｔ１を下回ったことを確認できた場合（ステップＳ１５でYES）、ミリング処理を再開する。
　試料突出量ｈが削れたかどうかの判定（ステップＳ０４）にカメラ１１２を用いてもよい。
　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、イオンビーム中心軸Ｂと回転軸Ｒ、スイング軸Ｓを一致させるため、アライメント機構１０７を設けるのではなく、試料ステージ１０２にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のそれぞれに可動できる機構を設けてもよい。この場合は、イオン源１０１を動かす代わりに試料ステージ１０２の位置調整を行うことにより、軸位置の調整を行うことができる。
１００，２００：イオンミリング装置、１０１：イオン源、１０２：試料ステージ、１０３：試料ステージ駆動機構、１０４：試料台、１０５：試料、１０６：遮蔽板、１０７：アライメント機構、１０８：高圧電源、１０９：制御部、１１０：供給ガス制御部、１１１：試料室、１１２：カメラ、１１３：熱電対、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、３０１：正面図、３０２：側面図。

Claims (10)

  1. 　イオンビームを出射するイオン源と、
    　試料を保持する試料ステージと、
    　前記イオンビームを遮蔽し、その端面と前記試料の加工面となる端面とが揃うように配置される遮蔽板と、
    　前記遮蔽板の端面と前記試料の端面との境を回転軸として、前記試料ステージを回転させる試料ステージ駆動機構と、
    　制御部とを有し、
    　前記イオン源と前記試料ステージとの相対位置は、前記イオンビームの中心軸が前記回転軸と交差するように調整され、
    　前記制御部は、前記イオン源からみて前記試料が前記遮蔽板から突出する試料突出量が所定の大きさとなるまで、前記試料ステージ駆動機構により前記回転軸を中心に前記試料ステージを回転させた後、前記イオン源から前記イオンビームを前記試料に照射して前記試料のミリング処理を行うイオンミリング装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記制御部は、前記イオン源からみて前記試料の前記遮蔽板から突出した部分が削られると前記イオンビームの前記試料への照射を停止し、前記イオン源からみて前記試料が前記遮蔽板から突出する試料突出量が前記所定の大きさとなるまで、前記試料ステージ駆動機構により前記回転軸を中心に前記試料ステージを再度回転させた後、前記イオン源から前記イオンビームを前記試料に再度照射して前記試料のミリング処理を行うイオンミリング装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記制御部は、前記イオン源からみて前記試料の前記遮蔽板から突出した部分が削られると前記イオンビームの前記試料への照射を停止し、前記試料に対して目的の加工量が削られたと判定する場合には、前記試料の断面加工を終了するイオンミリング装置。
  4. 　請求項１において、
    　前記制御部は、前記試料の材料に応じて前記所定の大きさを設定するイオンミリング装置。
  5. 　請求項１において、
    　前記試料ステージ駆動機構は、前記回転軸と直交するスイング軸を中心として所定の角度範囲で前記試料及び前記遮蔽板をスイングし、
    　前記イオン源と前記試料ステージとの相対位置は、前記回転軸、前記スイング軸及び前記イオンビームの中心軸が一点で交差するよう調整されるイオンミリング装置。
  6. 　請求項１において、
    　前記イオン源の位置を調整する可動機構を有するイオンミリング装置。
  7. 　請求項１において、
    　前記試料ステージの位置を調整する可動機構を有するイオンミリング装置。
  8. 　請求項１において、
    　カメラを有し、
    　前記カメラの光軸は、前記回転軸と平行に配置されており、
    　前記制御部は、前記イオン源からみて前記試料が前記遮蔽板から突出する試料突出量が前記所定の大きさであることを前記カメラの撮像画像により確認するイオンミリング装置。
  9. 　請求項１において、
    　前記試料の温度を計測する温度センサを有し、
    　前記制御部は、前記温度センサにより検知される前記試料の温度が所定の温度以上となった場合には、前記イオンビームの前記試料への照射を停止するイオンミリング装置。
  10. 　請求項９において、
    　前記温度センサは熱電対であるイオンミリング装置。
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