WO2024201722A1 - イオンミリング装置、メンテナンス方法及びイオンミリング装置の収束電極 - Google Patents

イオンミリング装置、メンテナンス方法及びイオンミリング装置の収束電極 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an ion milling device, a maintenance method, and a focusing electrode for the ion milling device.
  • Ion milling devices irradiate a non-focused ion beam onto a sample (e.g., metal, semiconductor, glass, ceramic, etc.) to be observed with an electron microscope.
  • a sample e.g., metal, semiconductor, glass, ceramic, etc.
  • the polished or exposed surface becomes the observation surface for a scanning electron microscope or transmission electron microscope, so it is used as a sample pretreatment device.
  • planar milling there are several methods for processing samples using ion milling equipment, but the method of irradiating a rotating sample with an ion beam and ion milling the sample surface is called planar milling.
  • planar milling can be performed by aligning the center of the sample rotation with the center of the ion beam, resulting in processing into a conical shape, and in recent years this method has been applied to delayering of semiconductors (e.g. flash memory).
  • Delayering is a technique in which layers of material are removed from a semiconductor device until defects become apparent.
  • Patent Document 1 describes that it is useful to provide a correction electrode (hereinafter referred to as the correction electrode or focusing electrode) inside the ion source to reduce the effects of beam drift, etc.
  • the cathode inside the ion source gradually wears down due to sputtering of argon ions generated by the discharge between the anode and cathode.
  • the sputtered particles generated from the cathode at that time adhere to the inner wall surface of the anode and cause a short circuit between the anode and cathode.
  • the correction electrode is also expected to become worn down by sputtering particles adhering to it or by the collision of argon ions, so maintainability had to be taken into consideration.
  • Patent Document 1 states that it is useful to provide a correction electrode (correction electrode) inside the ion source to reduce the effects of beam drift, etc., but does not describe how to fix the correction electrode, making it necessary to consider maintenance methods when implementing it.
  • the present invention is an invention for solving the above problems, and aims to provide an ion milling device, a maintenance method, and a focusing electrode for an ion milling device that allow easy maintenance when a short occurs between electrode components of an ion source.
  • the ion milling apparatus of the present invention is an ion milling apparatus having an ion source equipped with an acceleration electrode to which a voltage can be applied so as to extract the generated ions to the outside by using a Penning discharge method, and a control unit, the ion source has a plurality of focusing electrodes with removable tips arranged between the acceleration electrode and the cathode of the ion source, and a plurality of variable power supplies capable of applying a voltage to each of the focusing electrodes, and the control unit corrects the irradiation position of the ion beam by the focusing electrode to which a voltage is applied when the ions generated between the anode and the cathode are extracted as a beam.
  • the control unit corrects the irradiation position of the ion beam by the focusing electrode to which a voltage is applied when the ions generated between the anode and the cathode are extracted as a beam.
  • the present invention makes it easy to perform maintenance when a short occurs between electrode components of an ion source.
  • FIG. 2 is a schematic diagram (cross-sectional view) showing the internal structure of the ion source according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part B in FIG. 1 when electrodes are attached.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part C in FIG. 1 when electrodes are attached.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part D in FIG. 1 when electrodes are attached.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part E in FIG. 1 when an electrode is attached.
  • FIG. 2 is a schematic diagram (cross-sectional view) showing the internal structure of the ion source according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part B in FIG. 1 when electrodes are attached.
  • FIG. 2 is an enlarged view of part C in FIG. 1 when electrodes are attached.
  • FIG. 2 is an
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a state in which argon ions generated in an ion source sputter a cathode, and a state in which sputtered particles originating from the cathode adhere to an anode and a beam correction electrode.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal structure of an ion source when an acceleration electrode and a beam correction electrode are disassembled.
  • 5 is a cross-sectional view taken along the A1-A1 plane of FIG. 4.
  • FIG. 1 is a top view showing an ion milling apparatus equipped with an ion source.
  • FIG. 1 is a front view showing an ion milling apparatus equipped with an ion source.
  • 13 is a front view showing a case where the rotating stage is tilted with respect to the ion source.
  • 11 is a flowchart showing a maintenance procedure when a short circuit occurs inside the ion source.
  • 10 is a flowchart showing details of a maintenance procedure for the electrode components.
  • Fig. 1 is a schematic diagram (cross-sectional view) showing the internal structure of an ion source 100 according to this embodiment.
  • Fig. 2A is a cross-sectional view taken along the A-A plane in Fig. 1.
  • Fig. 2B is an enlarged view of part B in Fig. 1 when electrodes are attached.
  • Fig. 2C is an enlarged view of part C in Fig. 1 when electrodes are attached.
  • Fig. 2D is an enlarged view of part D in Fig. 1 when electrodes are attached.
  • Fig. 2E is an enlarged view of part E in Fig. 1 when electrodes are attached.
  • the ion source 100 includes a first cathode 101, a second cathode 102, an anode 103, a permanent magnet 104, an acceleration electrode 105, a plurality of beam correction electrodes (a first beam correction electrode 106, a second beam correction electrode 108, a third beam correction electrode 110, and a fourth beam correction electrode 112), an electrode component fixing portion 114 (base), a high-voltage power supply 115, and a gas introduction amount adjustment unit 116.
  • the high-voltage power supply 115 has a plurality of variable power supplies that apply voltages to each electrode.
  • Each beam correction electrode is disposed between the acceleration electrode 105 and the first cathode 101 and the second cathode 102, and the tip (first beam correction electrode tip 107, second beam correction electrode tip 109, third beam correction electrode tip 111, fourth beam correction electrode tip 113) is removable.
  • the ion source 100 employs a Penning method, and has a structure in which a cylindrical permanent magnet 104 is arranged on the outer periphery of a cylindrical anode 103, and a disk-shaped first cathode 101 and a disk-shaped second cathode 102 are arranged on both ends of the anode 103.
  • a discharge voltage Vd is applied to the anode 103 from a high-voltage power supply 115, and electrons are generated by discharge.
  • the generated electrons are influenced by the magnetic field of the permanent magnet 104 arranged on the outer periphery of the anode 103, and the Lorentz force acts on them, causing them to move in a spiral motion inside the anode 103.
  • argon is introduced into the ion source via a gas introduction amount adjustment unit 116, it collides with the electrons whose moving distance has increased, generating argon ions.
  • the argon ions are attracted to the first cathode 101 and the second cathode 102 by the acceleration voltage Va generated between the anode and the cathode.
  • the argon ions are attracted to the second cathode 102, a sputtering phenomenon occurs, causing the second cathode 102 to wear away, and sputtered particles originating from the second cathode 102 are generated.
  • the generated sputtering particles adhere to the inner wall and end face of the anode, eventually causing a short circuit between the anode and the cathode.
  • argon ions are extracted from a hole in the center of the first cathode 101 and emitted as a beam.
  • a negative voltage of about several hundred volts is applied to the acceleration electrode 105, which prevents electrons from escaping from the ion source and electrons from entering from outside the ion source.
  • an ion beam correction electrode is provided between the first and second cathodes 101 and 102 and the acceleration electrode 105.
  • the ion beam correction electrode is an electrode with four terminals, and each electrode is arranged at 90° intervals.
  • the tips of the four ion beam correction electrodes are circular when aligned, and are structured not to interfere with the emission of the ion beam.
  • Each of the four terminal electrodes allows the application of correction voltages V c1 , V c2 , V c3 , and V c4 , and can widen or narrow the ion beam.
  • the acceleration electrode 105 is fixed by a screw mechanism to a ring portion 114A of the electrode part fixing portion 114 (base). That is, a female screw 114f is provided on the inside of a hole of the ring portion 114A, and a male screw 105m is provided on the outside of the acceleration electrode 105.
  • the second cathode 102 is fixed to the electrode part fixing portion 114 by a fixing screw 122.
  • the first cathode 101 and the second cathode 102 are attracted to each other by a permanent magnet 104.
  • a beam correction electrode (e.g., the second beam correction electrode 108) is detachably connected to the beam correction electrode fixing part 117 of the electrode part fixing part 114 (base), and the beam correction electrode is fixed while connected to a variable power supply.
  • a leaf spring 121 is provided inside the beam correction electrode fixing part 117.
  • the beam correction electrode is fixed by a set screw 120 while inserted into the beam correction electrode fixing part 117.
  • the electrode part fixing part 114 is preferably made of insulating polymeric material, ceramic, or the like that has relatively high heat resistance. Meanwhile, the leaf spring 121 of the beam correction electrode fixing part 117 is made of a metal material that is connected to wiring.
  • the beam correction electrode has a pillar portion of a focusing electrode (e.g., the first beam correction electrode 106) that is connected to the electrode part fixing portion 114, and a curved portion (e.g., the first beam correction electrode tip portion 107) at the tip of the pillar portion, which has a curvature centered on the irradiation axis of the ion beam.
  • the curved portion is fixed to the pillar portion by a fixing screw 123.
  • Figure 3 is a schematic diagram showing how argon ions generated in the ion source sputter the cathode, and how sputtered particles from the cathode adhere to the anode and beam correction electrode.
  • the amount of sputtered particles attached to the end surface gradually increases, and eventually electrical conduction occurs between the anode and cathode, as shown in detail 31 in Figure 3.
  • electrical conduction occurs, normal discharge will no longer occur, and this can be judged as an indication of when to clean.
  • sputtering particles do not usually have a polarity, as shown in detail 32 of FIG. 3, there is a concern that they may adhere to the tip of the ion beam correction electrode, causing a short circuit between the cathode and the ion beam correction electrode or between the acceleration electrode and the ion beam correction electrode. For these reasons, it is desirable to periodically clean the ion beam correction electrode.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the internal structure of the ion source 100 when the acceleration electrode 105 and the beam correction electrode are disassembled.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the A1-A1 plane in FIG. 4.
  • the acceleration electrode 105 is fixed to the electrode part fixing part 114 by a screw mechanism and can be easily removed. After removing the acceleration electrode 105, the beam correction electrodes (first beam correction electrode 106, second beam correction electrode 108, third beam correction electrode 110, fourth beam correction electrode 112) and the beam correction electrode tips (first beam correction electrode tip 107, second beam correction electrode tip 109, third beam correction electrode tip 111, fourth beam correction electrode tip 113) can be removed.
  • the beam correction electrode is fixed by a beam correction electrode fixing part 117 that is connected to a high-voltage power supply 115.
  • the beam correction electrode fixing part 117 has a leaf spring 121 made of a highly springy material (such as phosphor bronze), and can be easily inserted to supply power, and can also be easily removed. As shown in Figure 5, each beam correction electrode can be removed from the electrode part fixing part 114, and it is also possible to replace just the tip of the beam correction electrode.
  • FIG. 6 is a top view showing an ion milling device 200 equipped with an ion source 100.
  • FIG. 7A is a front view showing an ion milling device 200 equipped with an ion source 100.
  • FIG. 7B is a front view showing the case where a rotating stage 204 is tilted with respect to the ion source 100.
  • the ion milling device 200 includes an ion source 100, a high-voltage power supply 115, a gas introduction amount adjustment unit 116, a sample chamber 201, a stage tilting section 202, a stage arm section 203, a rotating stage 204, an exhaust unit 205, and a control unit 206 (control unit).
  • the sample chamber 201 is always kept at a high vacuum (10 ⁇ 3 Pa or less) by the exhaust unit 205 during sample processing.
  • the stage tilting section 202 can freely tilt the stage arm section 203 and the rotating stage 204, and can freely adjust the beam irradiation angle with respect to the placed sample.
  • the control unit 206 discharges electricity inside the ion source 100, ionizes argon introduced from the gas introduction amount adjustment unit 116, and irradiates the sample as an ion beam.
  • the rotating stage 204 rotates constantly during sample processing, allowing the beam to be irradiated evenly onto the sample. If a short circuit occurs inside the ion source 100 during sample processing between the anode and cathode, between the cathode and the beam correction electrode, or between the beam correction electrode and the acceleration electrode, this is fed back to the control unit 206 via the high-voltage power supply 115, and processing is stopped. At this time, the valve in the gas introduction amount adjustment unit 116 closes, stopping the supply of argon to the ion source 100. After stopping, the entire set of electrode parts is removed from the ion source 100 and maintenance is performed.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the maintenance procedure when a short circuit occurs inside the ion source 100.
  • FIG. 8 shows a flowchart of sample processing using the ion milling device 200 equipped with the ion source 100, from the time the processing is completed.
  • step S 301 after a sample is placed on the rotating stage 204 , the exhaust unit 205 evacuates the sample chamber 201 to a vacuum.
  • the control unit 206 determines the output conditions of the ion beam (acceleration voltage Va, discharge voltage Vd, correction voltages Vc1 , Vc2 , Vc3 , and Vc4 , and gas flow rate) and the stage tilt angle.
  • step S303 the control unit 206 applies a voltage to the ion source 100. After the application, sample processing is started.
  • step S304 the control unit 206 determines whether or not a short circuit has occurred between the electrodes (between the anode and cathode, the cathode and the beam correction electrode, or the beam correction electrode and the acceleration electrode) during machining. If it is determined that a short circuit has occurred (step S304, Yes), the process proceeds to step S305. On the other hand, if it is determined that a short circuit has not occurred (step S304, No), the process proceeds to step S306.
  • step S305 the control unit 206 stops the application of voltage from the high voltage power supply 115. After stopping the application, maintenance is performed on the inside of the ion source 100. The maintenance procedure will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • step S306 the control unit 206 determines whether or not the sample processing has been completed. If the sample processing has not been completed (step S306, No), the control unit 206 returns to step S304. If the sample processing has been completed (step S306, Yes), the control unit 206 proceeds to step S307. In step S307, the control unit 206 opens the sample chamber 201 to the atmosphere, and ends the sample processing.
  • Fig. 9 is a flow chart showing details of the maintenance procedure of the electrode parts.
  • Fig. 9 shows a flow chart from the start to the end of the maintenance of the electrode parts shown in step S305 of Fig. 8.
  • Figs. 1 and 2A are referred to as appropriate.
  • the control unit 206 opens the sample chamber 201 to the atmosphere.
  • step S402 after the sample chamber 201 is opened to the atmosphere, the acceleration electrode 105 is removed from the ion source 100.
  • step S403 the four beam correction electrodes (first beam correction electrode 106, second beam correction electrode 108, third beam correction electrode 110, fourth beam correction electrode 112) and the beam correction electrode tips (first beam correction electrode tip 107, second beam correction electrode tip 109, third beam correction electrode tip 111, fourth beam correction electrode tip 113) are removed.
  • step S404 the first cathode 101, the second cathode 102, the permanent magnet 104, and the anode 103 are removed.
  • step S405 each electrode part removed in steps S402 to S404 is cleaned to remove any adhering sputtering particles. If any wear is observed due to argon ion sputtering, they are replaced with new ones.
  • step S406 the ion source 100 is reassembled using the electrode parts cleaned in step S405.
  • step S407 the sample chamber 201 is evacuated to a vacuum.
  • step S408 the control unit 206 applies a voltage to the ion source 100 and determines whether or not a short circuit has occurred between the electrodes. If it is determined again that a short circuit has occurred (step S408, Yes), the process returns to step S401. If there is no problem (step S408, No), the process ends and resumes from step S303 in FIG. 8.
  • the ion milling apparatus 200 having an ion source 100 equipped with an acceleration electrode 105 capable of applying a voltage so as to extract the generated ions to the outside in a Penning discharge manner, and a control unit (control unit 206), the ion source 100 has a plurality of focusing electrodes (e.g., a first beam correction electrode 106) whose tips (e.g., a tip 107 of the first beam correction electrode) are removable and disposed between the acceleration electrode 105 and the cathode (first cathode 101, second cathode 102) of the ion source 100, and a plurality of variable power supplies (high voltage power supplies 115) capable of applying a voltage to each of the focusing electrodes, and the control unit corrects the irradiation position of the ion beam by the focusing electrode to which
  • the focusing electrode is detachably connected to the base (electrode part fixing part 114) to which the cathode is connected, and a fixing part (beam correction electrode fixing part 117) is provided to fix the focusing electrode while it is connected to the variable power supply. This allows the focusing electrode to be easily removed and attached during maintenance.
  • the focusing electrode has a column portion (e.g., the first beam correction electrode 106) connected to a base to which the cathode is connected, and a curved portion (e.g., the first beam correction electrode tip portion 107) at the tip of the column portion, the curved portion having a curvature centered on the irradiation axis of the ion beam. This allows the tip portion of the focusing electrode to be easily removed and attached during maintenance.
  • the fixing part can fix the focusing electrode with a screw (see Figure 2D).
  • a maintenance method for an ion milling device 200 that includes an ion source 100 having an acceleration electrode 105 that can apply a voltage to draw the generated ions to the outside using a Penning discharge method, the ion source 100 having a plurality of focusing electrodes arranged between the acceleration electrode 105 of the ion source 100 and the cathode, and a plurality of variable power supplies that can apply a voltage to each of the focusing electrodes, the tip of the focusing electrode having a removable curved portion having a curvature centered on the irradiation axis of the ion beam of the focusing electrode, and when performing maintenance, the acceleration electrode can be removed, the curved portion can be removed from the focusing electrode, and the curved portion can be repaired. This makes it easy to perform maintenance when a short circuit occurs between the electrode parts of the ion source.
  • the ion source 100 has a base to which the cathode is connected, and a fixing part for fixing the focusing electrode while connected to a variable power supply. After removing the accelerating electrode, the focusing electrode can be removed from the fixing part of the base, and the curved part of the focusing electrode can be repaired. This makes it easy to perform maintenance when a short circuit occurs between electrode parts of the ion source.
  • the ion source 100 is equipped with an ion milling device 200 that uses a Penning discharge method and has an acceleration electrode 105 to which a voltage can be applied so as to draw the generated ions to the outside.
  • the ion source 100 is a focus electrode of the ion milling device 200 that has multiple focus electrodes arranged between the acceleration electrode 105 and the cathode of the ion source 100 and multiple variable power supplies that can apply a voltage to each of the focus electrodes, and has a column portion that is detachably connected to a base to which the cathode is connected, and a curved portion at the tip of the column portion that has a curvature centered on the irradiation axis of the ion beam. This makes it easy to maintain the focus electrode when a short circuit occurs between the electrode parts of the ion source.
  • the curved portion is removable from the focusing electrode. This makes it easy to maintain the curved portion when a short occurs between the electrode components of the ion source.
  • the ion source 100 of the ion milling device 200 has a problem in that machining position deviation occurs due to temperature rise of the electrode parts with variable acceleration voltage and voltage application time.
  • a correction electrode focus electrode
  • the correction electrode has a structure that allows it to be easily removed, and only the tip part that becomes contaminated or worn out can be replaced. This makes it possible to easily incorporate the correction electrode (focus electrode) into the ion source 100 of the ion milling device 200.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modified examples.
  • the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to those having all of the configurations described.

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Abstract

ペニング放電方式で、生成したイオンを外部に引き出すように電圧を印加できる加速電極（１０５）を備えたイオン源（１００）と、制御部（制御ユニット（２０６））とを有するイオンミリング装置（２００）において、イオン源（１００）は、イオン源の加速電極（１０５）とカソード（第１のカソード１０１、第２のカソード１０２）間に配置された、先端部を取り外し可能な複数本の収束電極（第１のビーム補正電極（１０６）他）と、各々の前記収束電極に対して電圧を印加できる複数個の可変電源と、を有し、制御部は、アノード（１０３）とカソード間で発生させたイオンをビームとして引き出すときに、電圧印加された収束電極によってイオンビームの照射位置を補正する。

Description

イオンミリング装置、メンテナンス方法及びイオンミリング装置の収束電極
　本発明は、イオンミリング装置、メンテナンス方法及びイオンミリング装置の収束電極に関する。
　イオンミリング装置は、電子顕微鏡の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する。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すことにより、無応力で試料表面を研磨したり、試料の内部構造を露出させたりできる。研磨や露出された面は走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡の観察面となるため、試料の前処理装置として適用されている。
　イオンミリング装置を用いた試料の加工手法は複数あるが、回転する試料に対してイオンビームを照射し、試料表面をイオンミリングする手法を平面ミリング法と呼ばれている。試料表面の研磨の他、試料回転中心とイオンビーム中心を合致させて平面ミリングを行うと、円錐状に加工することができることから、近年では半導体（例えば、フラッシュメモリ）のディレイヤリングに応用されている。ディレイヤリングは、欠陥が明らかになるまで半導体デバイスから材料の層を除去していく技術である。
　近年のフラッシュメモリの微細化に伴い、繰り返し加工時における加工形状の再現性を高める要求が増えているが、現行のイオン源から照射されるイオンビームは補正を行っていないため、電極部品の温度上昇によるイオンビームのドリフト等の影響を受け、加工形状の再現性が失われる。特許文献１にはビームのドリフト等の影響を低減するために、イオン源内部に補正用の電極（以下、補正電極または収束電極とする）を設けることが有用であると記載されている。
国際公開第２０１８／０１１９４６号
　イオンミリング装置において試料加工形状の再現性を高めるには、ビーム補正電極をイオン源内部に設けることが有用である。しかし、イオン源内部のカソードは、アノードとカソード間の放電で生成したアルゴンイオンのスパッタリングで徐々に摩耗する。そのとき発生したカソード由来のスパッタリング粒子は、アノード内壁面に付着し、アノードとカソード間の短絡の原因となる。
　したがって短絡を防ぐには、定期的なイオン源の分解を伴うクリーニングが必要とされる。補正電極もスパッタリング粒子が付着、あるいはアルゴンイオンの衝突によって摩耗することが想定されており、メンテナンス性を考慮する必要があった。
　特許文献１には、ビームのドリフト等の影響を低減するために、イオン源内部に補正用の電極（補正電極）を設けることが有用であると記載されているが、補正電極の固定手段の記載がなく、実装に際してメンテナンス手段を検討する必要があった。
　本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、イオン源の電極部品間の短絡時に容易にメンテナンスが可能となるイオンミリング装置、メンテナンス方法及びイオンミリング装置の収束電極を提供することを目的とする。
　前記目的を達成するため、本発明のイオンミリング装置は、ペニング放電方式で、生成したイオンを外部に引き出すように電圧を印加できる加速電極を備えたイオン源と、制御部とを有するイオンミリング装置において、前記イオン源は、前記イオン源の加速電極とカソード間に配置された、先端部を取り外し可能な複数本の収束電極と、各々の前記収束電極に対して電圧を印加できる複数個の可変電源と、を有し、前記制御部は、アノードとカソード間で発生させたイオンをビームとして引き出すときに、電圧印加された前記収束電極によってイオンビームの照射位置を補正することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
　本発明によれば、イオン源の電極部品間の短絡時に容易にメンテナンスが可能となる。
本実施形態に係るイオン源の内部構造を示した模式図（断面図）である。 図１のＡ―Ａ面における断面視図である。 図１のＢ部の電極取付け時の拡大図である。 図１のＣ部の電極取付け時の拡大図である。 図１のＤ部の電極取付け時の拡大図である。 図１のＥ部の電極取付け時の拡大図である。 イオン源内で生成したアルゴンイオンがカソードをスパッタリングする様子と、カソード由来のスパッタリング粒子がアノードやビーム補正電極に付着する様子を示した模式図である。 イオン源の加速電極及びビーム補正電極を分解したときの内部構造を示した模式図である。 図４のＡ１－Ａ１面における断面視図である。 イオン源を装備したイオンミリング装置を示す上面図である。 イオン源を装備したイオンミリング装置を示す正面図である。 イオン源に対し回転ステージを傾斜させた場合を示す正面図である。 イオン源内部で短絡が発生した場合のメンテナンス手順を示したフローチャートである。 電極部品のメンテナンス手順の詳細を示したフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
　図１は、本実施形態に係るイオン源１００の内部構造を示した模式図（断面図）である。図２Ａは、図１のＡ―Ａ面における断面視図である。図２Ｂは、図１のＢ部の電極取付け時の拡大図である。図２Ｃは、図１のＣ部の電極取付け時の拡大図である。図２Ｄは、図１のＤ部の電極取付け時の拡大図である。図２Ｅは、図１のＥ部の電極取付け時の拡大図である。
　イオン源１００は、第１のカソード１０１、第２のカソード１０２、アノード１０３、永久磁石１０４、加速電極１０５、複数のビーム補正電極（第１のビーム補正電極１０６、第２のビーム補正電極１０８、第３のビーム補正電極１１０、第４のビーム補正電極１１２）、電極部品固定部１１４（ベース）、高圧電源１１５、ガス導入量調整ユニット１１６を含んで構成される。高圧電源１１５は、各電極へ電圧を印加する複数の可変電源を有する。
　各ビーム補正電極は、加速電極１０５と第１のカソード１０１及び第２のカソード１０２間に配置されおり、先端部（第１のビーム補正電極先端部１０７、第２のビーム補正電極先端部１０９、第３のビーム補正電極先端部１１１、第４のビーム補正電極先端部１１３）を取り外し可能となっている。
　イオン源１００は、ペニング方式を採用しており、円筒状のアノード１０３の外周に、円筒状の永久磁石１０４を配置し、その両端に円盤状の第１のカソード１０１及び第２のカソード１０２を配置した構造を有する。アノード１０３に高圧電源１１５から放電電圧Ｖｄが印加され、放電により電子が発生する。発生した電子は、アノード１０３の外周に配置した永久磁石１０４の磁場の影響を受けてローレンツ力がはたらき、アノード１０３内部を螺旋運動する。このとき、ガス導入量調整ユニット１１６を介してイオン源内にアルゴンを導入すると、可動距離が長くなった電子と衝突し、アルゴンイオンを生成する。
　アルゴンイオンは、アノードとカソード間で発生させた加速電圧Ｖａによって第１のカソード１０１及び第２のカソード１０２側に引き寄せられる。第２のカソード１０２に引き寄せられると、スパッタリング現象が生じて第２のカソード１０２が摩耗し、第２のカソード１０２由来のスパッタリング粒子が発生する。
　発生したスパッタリング粒子はアノード内壁及びアノード端面に付着していき、やがてアノードとカソード間が短絡する。第１のカソード１０１に引き寄せられると、第１のカソード１０１の中心に空いた穴からアルゴンイオンが引き出され、ビームとして出射される。このとき加速電極１０５には数１００Ｖ程度の負の電圧を印加しておき、イオン源側からの電子の脱出や、イオン源外からの電子の侵入を防ぐことができる。
　また、イオン源１００内の放電で温度が上昇し、イオンビームがドリフトするおそれがある。ドリフトを防ぐために、第１のカソード１０１及び第２のカソード１０２と加速電極１０５との間にイオンビーム補正電極を設ける。イオンビーム補正電極は、図２Ａに示すように、４端子の電極となっており、各々が９０°間隔で配置されている。イオンビーム補正電極の先端部は４個そろえると円形となり、イオンビームの出射の妨げとならないような構造になっている。４端子の電極はいずれも補正電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３、Ｖｃ４の印加を可能とし、イオンビームを広げたり狭めたりすることができる。
　各電極の固定方法を説明する。
　図２Ｂに示すように、加速電極１０５は、電極部品固定部１１４（ベース）のリング部１１４Ａとねじ機構で固定されている。すなわち、リング部１１４Ａの穴の内側にめねじ１１４ｆがあり、加速電極１０５の外側におねじ１０５ｍがある。
　図２Ｃに示すように、第２のカソード１０２は、電極部品固定部１１４と固定ねじ１２２で固定されている。なお、第１のカソードは１０１と第２のカソード１０２とは、永久磁石１０４で吸着されている。
　図２Ｄに示すように、電極部品固定部１１４（ベース）のビーム補正電極固定部１１７には、ビーム補正電極（例えば、第２のビーム補正電極１０８）が着脱可能に接続され、可変電源に接続された状態でビーム補正電極を固定する。ビーム補正電極固定部１１７内には、板ばね１２１を有している。ビーム補正電極は、ビーム補正電極固定部１１７に挿入された状態で、止ねじ１２０で固定される。なお、電極部品固定部１１４は絶縁性があり、比較的耐熱性の高い高分子材料、セラミック等で製作が望ましい。一方、ビーム補正電極固定部１１７の板ばね１２１は配線に接続された金属材料である。
　図２Ｅに示すように、ビーム補正電極は、電極部品固定部１１４へ接続される収束電極の柱部（例えば、第１のビーム補正電極１０６）と、柱部の先端に、イオンビームの照射軸を中心とする曲率を有する湾曲部（例えば、第１のビーム補正電極先端部１０７）と、を有する。湾曲部は、柱部と固定ねじ１２３で固定されている。
　図３は、イオン源内で生成したアルゴンイオンがカソードをスパッタリングする様子と、カソード由来のスパッタリング粒子がアノードやビーム補正電極に付着する様子を示した模式図である。アノードに高電圧を印加すると放電により電子が発生する。イオン源内に導入されたアルゴンはアルゴンイオンに変化し、アルゴンイオンは第１のカソード１０１及び第２のカソード１０２に誘引される。第２のカソード１０２にアルゴンイオンが衝突すると、スパッタリング粒子を発生し、アノードの内壁及び端面に付着する。端面に付着したスパッタリング粒子は、徐々に付着量が増えていき、最終的に図３の詳細３１に示すようにアノードとカソード間で導通が生じてしまう。導通すると正常に放電しなくなるため、クリーニング時期の目安と判断できる。また、スパッタリング粒子は通常極性を持たないため、図３の詳細３２に示すように、イオンビーム補正電極先端部に付着し、カソードとイオンビーム補正電極間の短絡あるいは加速電極とイオンビーム補正電極間の短絡が発生することも懸念される。以上のことから、定期的なイオンビーム補正電極のクリーニングを行うことが望ましい。
　図４は、イオン源１００の加速電極１０５およびビーム補正電極を分解したときの内部構造を示した模式図である。図５は、図４のＡ１－Ａ１面における断面視図である。加速電極１０５は電極部品固定部１１４にねじ機構で固定されており、容易に取り外せる。加速電極１０５を取り外した後、ビーム補正電極（第１のビーム補正電極１０６、第２のビーム補正電極１０８、第３のビーム補正電極１１０、第４のビーム補正電極１１２）及びビーム補正電極先端部（第１のビーム補正電極先端部１０７、第２のビーム補正電極先端部１０９、第３のビーム補正電極先端部１１１、第４のビーム補正電極先端部１１３）を取り外すことができる。
　分解前は、ビーム補正電極は高圧電源１１５に接続されたビーム補正電極固定部１１７で固定されている。ビーム補正電極固定部１１７は、ばね性の高い材料（りん青銅等）の板ばね１２１を有しており、差し込むことで容易に電源供給ができる他、簡単に取り外すことも可能である。図５に示すように、ビーム補正電極はいずれも電極部品固定部１１４から取り外し可能であり、ビーム補正電極先端部だけを交換することも可能である。
　図６は、イオン源１００を装備したイオンミリング装置２００を示す上面図である。図７Ａは、イオン源１００を装備したイオンミリング装置２００を示す正面図である。図７Ｂは、イオン源１００に対し回転ステージ２０４を傾斜させた場合を示す正面図である。
　イオンミリング装置２００は、イオン源１００、高圧電源１１５、ガス導入量調整ユニット１１６、試料室２０１、ステージ傾斜部２０２、ステージアーム部２０３、回転ステージ２０４、排気ユニット２０５、制御ユニット２０６（制御部）を含んで構成される。試料室２０１は、試料加工中は排気ユニット２０５によって常に高真空（１０－３Ｐａ以下）に保たれている。ステージ傾斜部２０２は、ステージアーム部２０３及び回転ステージ２０４を自由に傾斜でき、載置した試料に対するビーム照射角度を自由に調整できる。試料を加工する場合は、制御ユニット２０６は、イオン源１００内部で放電させ、ガス導入量調整ユニット１１６から導入したアルゴンをイオン化し、イオンビームとして試料に照射する。
　回転ステージ２０４は、試料加工中は常に回転しており、試料に対して満遍なくビーム照射ができる。試料加工中に、イオン源１００内部でアノードとカソード間、カソードとビーム補正電極間、ビーム補正電極と加速電極間で短絡が発生した場合は、高圧電源１１５を介して制御ユニット２０６にフィードバックし、加工を停止する。また、このときガス導入量調整ユニット１１６内にあるバルブが閉じ、イオン源１００へのアルゴン供給を停止する。停止後は、イオン源１００から電極部品一式を取り外し、メンテナンスを行う。
　図８は、イオン源１００内部で短絡が発生した場合のメンテナンス手順を示したフローチャートである。図８に、イオン源１００を装備したイオンミリング装置２００を用いて、試料加工を行い、加工完了するまでのフローチャートを示す。
　ステップＳ３０１において、試料を回転ステージ２０４上に載置された後、排気ユニット２０５は、試料室２０１内の真空排気を行う。
　ステップＳ３０２において、制御ユニット２０６は、イオンビームの出力条件（加速電圧Ｖａ、放電電圧Ｖｄ、補正電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３、Ｖｃ４、ガス流量）及びステージ傾斜角度を決定する。
　ステップＳ３０３において、制御ユニット２０６は、イオン源１００に電圧を印加する。そして、印加後に試料加工を開始する。
　ステップＳ３０４において、制御ユニット２０６は、加工中に電極間（アノード－カソード、カソード－ビーム補正電極、ビーム補正電極－加速電極間のいずれか）で短絡が発生したか否かを判定し、短絡が発生したと判定した場合（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０５に進む。一方、短絡が発生していないと判定した場合（ステップＳ３０４，Ｎｏ）、ステップＳ３０６に進む。
　ステップＳ３０５において、制御ユニット２０６は、高圧電源１１５の電圧印加を停止する。停止後、イオン源１００内部のメンテナンスを行う。メンテナンスの手順は図９のフローチャートで説明する。
　ステップＳ３０６において、制御ユニット２０６は、試料加工が完了したか否かを判定し、試料加工が完了していない場合（ステップＳ３０６，Ｎｏ）、ステップＳ３０４に戻り、試料加工が完了している場合（ステップＳ３０６，Ｙｅｓ）、ステップＳ３０７に進む。
　ステップＳ３０７において、制御ユニット２０６は、試料室２０１内を大気開放し、試料加工を終了する。
　図９は、電極部品のメンテナンス手順の詳細を示したフローチャートである。図９に、図８のステップＳ３０５で示した電極部品のメンテナンスを開始し、終了するまでのフローチャートを示す。適宜図１、図２Ａを参照する。
　ステップＳ４０１において、制御ユニット２０６は、試料室２０１の大気開放を行う。
　ステップＳ４０２において、試料室２０１の大気開放後、イオン源１００から加速電極１０５を取り外す。
　ステップＳ４０３において、４本のビーム補正電極（第１のビーム補正電極１０６、第２のビーム補正電極１０８、第３のビーム補正電極１１０、第４のビーム補正電極１１２）、及びビーム補正電極先端部（第１のビーム補正電極先端部１０７、第２のビーム補正電極先端部１０９、第３のビーム補正電極先端部１１１、第４のビーム補正電極先端部１１３）を取り外す。
　ステップＳ４０４において、第１のカソード１０１、第２のカソード１０２、永久磁石１０４、アノード１０３を取り外す。
　ステップＳ４０５において、ステップＳ４０２～Ｓ４０４で取り外した各電極部品をクリーニングし、付着したスパッタリング粒子を取り除く。また、アルゴンイオンのスパッタリングにより、摩耗がみられる場合は新品に交換する。
　ステップＳ４０６おいて、ステップＳ４０５でクリーニングした電極部品を用いて、イオン源１００の再組立を行う。
　ステップＳ４０７において、試料室２０１内の真空排気を行う。
　ステップＳ４０８において、制御ユニット２０６は、イオン源１００に電圧を印加し、電極間の短絡が発生したか否かを判定する。再度短絡が発生したと判定した場合（ステップＳ４０８，Ｙｅｓ）、ステップＳ４０１に戻る。問題がない場合（ステップＳ４０８，Ｎｏ）は処理を終了し、図８のステップＳ３０３から再開する。
　以上、本実施形態のイオンミリング装置２００、メンテナンス方法及びイオンミリング装置２００の収束電極（ビーム補正電極）は、次の特徴を有する。
（１）ペニング放電方式で、生成したイオンを外部に引き出すように電圧を印加できる加速電極１０５を備えたイオン源１００と、制御部（制御ユニット２０６）とを有するイオンミリング装置２００において、イオン源１００は、イオン源１００の加速電極１０５とカソード（第１のカソード１０１、第２のカソード１０２）間に配置された、先端部（例えば、第１のビーム補正電極先端部１０７）を取り外し可能な複数本の収束電極（例えば、第１のビーム補正電極１０６）と、各々の前記収束電極に対して電圧を印加できる複数個の可変電源（高圧電源１１５）と、を有し、制御部は、アノード１０３とカソード間で発生させたイオンをビームとして引き出すときに、電圧印加された収束電極によってイオンビームの照射位置を補正することを特徴とする。これによれば、イオン源の電極部品間の短絡時に容易にメンテナンスが可能となる。
（２）前記（１）のイオンミリング装置において、カソードが接続されたベース（電極部品固定部１１４）に収束電極が着脱可能に接続され、前記可変電源に接続された状態で前記収束電極を固定する固定部（ビーム補正電極固定部１１７）を有する。これにより、収束電極をメンテナンス時に容易に取り外し、取付けができる。
（３）前記（１）のイオンミリング装置において、収束電極は、カソードが接続されたベースへ接続される収束電極の柱部（例えば、第１のビーム補正電極１０６）と、柱部の先端に、イオンビームの照射軸を中心とする曲率を有する湾曲部（例えば、第１のビーム補正電極先端部１０７）と、を有する。これによれば、メンテナンス時に収束電極の先端部を容易に取り外し、取付けができる。
（４）前記（２）のイオンミリング装置において、固定部は、ねじで収束電極を固定することができる（図２Ｄ参照）。
（５）ペニング放電方式で、生成したイオンを外部に引き出すように電圧を印加できる加速電極１０５を有するイオン源１００を備え、イオン源１００は、イオン源１００の加速電極１０５とカソード間に配置された、複数本の収束電極と、各々の前記収束電極に対して電圧を印加できる複数個の可変電源と、を有するイオンミリング装置２００のメンテナンス方法であって、収束電極の先端に、取り外し可能である、前記収束電極のイオンビームの照射軸を中心とする曲率を有する湾曲部を有しており、メンテナンスする際に、加速電極を取り外し、収束電極から湾曲部を取り外し、湾曲部を補修することができる。これによれば、イオン源の電極部品間の短絡時に容易にメンテナンスが可能となる。
（６）前記（５）のメンテナンス方法において、イオン源１００は、カソードが接続されたベースに収束電極が着脱可能に接続され、可変電源に接続された状態で前記収束電極を固定する固定部を有しており、加速電極を取り外したのち、収束電極をベースの固定部から取り外し、収束電極の前記湾曲部を補修することができる。これによれば、イオン源の電極部品間の短絡時に容易にメンテナンスが可能となる。
（７）ペニング放電方式で、生成したイオンを外部に引き出すように電圧を印加できる加速電極１０５を有するイオン源１００を備え、イオン源１００は、イオン源１００の加速電極１０５とカソード間に配置された、複数本の収束電極と、各々の前記収束電極に対して電圧を印加できる複数個の可変電源と、を有するイオンミリング装置２００の収束電極であって、カソードが接続されたベースに着脱可能に接続される柱部と、柱部の先端に、イオンビームの照射軸を中心とする曲率を有する湾曲部と、を有する。これによれば、イオン源の電極部品間の短絡時に容易に収束電極をメンテナンスが可能となる。
（８）前記（７）のイオンミリング装置の収束電極において、湾曲部は、収束電極から取り外し可能である。これによれば、イオン源の電極部品間の短絡時に容易に湾曲部をメンテナンスが可能となる。
　イオンミリング装置２００のイオン源１００は、加速電圧の可変や電圧印加時間に伴う電極部品の温度上昇による、加工位置ずれが発生することが課題とされていた。加工位置ずれの補正手段として、イオン源内部に補正電極（収束電極）を組み込み、放電させることが有用である。しかし、イオン源内部の電極部品はスパッタリング現象により汚染あるいは消耗するため、定期的なメンテナンスが必要となることから、補正電極の実装を工夫する必要があった。本実施形態では補正電極（収束電極）を容易に取り外し可能な構造とし、汚染あるいは消耗する先端部だけを交換可能とした。これにより、イオンミリング装置２００のイオン源１００に対して容易に補正電極（収束電極）を組み込むことが可能となる。
　なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１００　　イオン源
　１０１　　第１のカソード
　１０２　　第２のカソード
　１０３　　アノード
　１０４　　永久磁石
　１０５　　加速電極
　１０５ｍ　おねじ
　１０６　　第１のビーム補正電極（収束電極）
　１０７　　第１のビーム補正電極先端部（収束電極先端部）
　１０８　　第２のビーム補正電極（収束電極）
　１０９　　第２のビーム補正電極先端部（収束電極先端部）
　１１０　　第３のビーム補正電極（収束電極）
　１１１　　第３のビーム補正電極先端部（収束電極先端部）
　１１２　　第４のビーム補正電極（収束電極）
　１１３　　第４のビーム補正電極先端部（収束電極先端部）
　１１４　　電極部品固定部（ベース）
　１１４Ａ　リング部
　１１４ｆ　めねじ
　１１５　　高圧電源
　１１６　　ガス導入量調整ユニット
　１１７　　ビーム補正電極固定部（固定部）
　１２０　　止ねじ
　１２１　　板ばね
　１２２　　固定ねじ
　１２３　　固定ねじ
　２００　　イオンミリング装置
　２０１　　試料室
　２０２　　ステージ傾斜部
　２０３　　ステージアーム部
　２０４　　回転ステージ
　２０５　　排気ユニット
　２０６　　制御ユニット（制御部）

Claims (8)

  1. 　ペニング放電方式で、生成したイオンを外部に引き出すように電圧を印加できる加速電極を備えたイオン源と、制御部とを有するイオンミリング装置において、
    　前記イオン源は、
    　前記イオン源の加速電極とカソード間に配置された、先端部を取り外し可能な複数本の収束電極と、
    　各々の前記収束電極に対して電圧を印加できる複数個の可変電源と、を有し、
    　前記制御部は、アノードとカソード間で発生させたイオンをビームとして引き出すときに、電圧印加された前記収束電極によってイオンビームの照射位置を補正する
    　ことを特徴とするイオンミリング装置。
  2. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、
    　前記カソードが接続されたベースに前記収束電極が着脱可能に接続され、前記可変電源に接続された状態で前記収束電極を固定する固定部を有する
    　ことを特徴とするイオンミリング装置。
  3. 　請求項１に記載のイオンミリング装置において、
    　前記収束電極は、
    　前記カソードが接続されたベースへ接続される収束電極の柱部と、
    　前記柱部の先端に、イオンビームの照射軸を中心とする曲率を有する湾曲部と、を有する
    　ことを特徴とするイオンミリング装置。
  4. 　請求項２に記載のイオンミリング装置において、
    　前記固定部は、ねじで前記収束電極を固定する
    　ことを特徴とするイオンミリング装置。
  5. 　ペニング放電方式で、生成したイオンを外部に引き出すように電圧を印加できる加速電極を有するイオン源を備え、
    　前記イオン源は、前記イオン源の加速電極とカソード間に配置された、複数本の収束電極と、各々の前記収束電極に対して電圧を印加できる複数個の可変電源と、を有するイオンミリング装置のメンテナンス方法であって、
    　前記収束電極の先端に、取り外し可能である、前記収束電極のイオンビームの照射軸を中心とする曲率を有する湾曲部を有しており、
    　メンテナンスする際に、前記加速電極を取り外し、前記収束電極から前記湾曲部を取り外し、前記湾曲部を補修する
    　ことを特徴とするメンテナンス方法。
  6. 　請求項５に記載のメンテナンス方法において、
    　前記イオン源は、前記カソードが接続されたベースに前記収束電極が着脱可能に接続され、前記可変電源に接続された状態で前記収束電極を固定する固定部を有しており、
    　前記加速電極を取り外したのち、前記収束電極を前記ベースの前記固定部から取り外し、前記収束電極の前記湾曲部を補修する
    　ことを特徴とするメンテナンス方法。
  7. 　ペニング放電方式で、生成したイオンを外部に引き出すように電圧を印加できる加速電極を有するイオン源とを備え、
    　前記イオン源は、前記イオン源の加速電極とカソード間に配置された、複数本の収束電極と、各々の前記収束電極に対して電圧を印加できる複数個の可変電源と、を有するイオンミリング装置の収束電極であって、
    　前記カソードが接続されたベースに着脱可能に接続される柱部と、前記柱部の先端に、イオンビームの照射軸を中心とする曲率を有する湾曲部と、を有する
    　ことを特徴とするイオンミリング装置の収束電極。
  8. 　請求項７に記載のイオンミリング装置の収束電極において、
    　前記湾曲部は、前記収束電極から取り外し可能である
    　ことを特徴とするイオンミリング装置の収束電極。
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