(57)【要約】  電子顕微鏡カラムから放出される観察用電子ビームの軌道シフトを抑圧可能なイオンミリング装置を提供するために、永久磁石１１４を含み試料を加工するイオンを発生させるペニング放電方式のイオンガン１００と、試料を観察するための走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、永久磁石１１４から電子顕微鏡カラムへの漏洩磁場を低減するための磁気シールド１７２を設ける。
2017051469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンと、前記試料を観察する走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、
前記永久磁石からの漏洩磁場を低減する磁気シールドを有することを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンミリング装置において、
前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極を備え、
前記磁気シールドは、前記加速電極を強磁性体材料で構成したものであることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項３】
請求項２に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガンは、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースを備え、
前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面に強磁性体材料が配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項４】
請求項１に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
前記磁気シールドは、前記加速電極の外周面および前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面に被覆された強磁性体材料で構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項５】
請求項１に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
前記磁気シールドは、前記加速電極の内周面および前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面に被覆された強磁性体材料で構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項６】
請求項１に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
前記磁気シールドは、前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面に配置された強磁性体材料と、前記加速電極を覆い前記加速電極とは離間して配置された強磁性体材料とで構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項７】
請求項１に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガンは、前記永久磁石の外周面に配置されたカソードリングを備え、
前記磁気シールドは、前記カソードリングを強磁性体材料で構成したものであることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項８】
請求項１に記載のイオンミリング装置において、
前記磁気シールドは、前記永久磁石の外周を取り囲み前記永久磁石とは離間して配置された強磁性体材料で構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項９】
請求項１に記載のイオンミリング装置において、
前記磁気シールドは、パーマロイ、純鉄、ニッケル、銅、モリブデン、および前記の少なくとも一種を主成分とする材料で構成されていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項１０】
請求項２に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガンは、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースを備え、
前記加速電極は、加速電極ガイド部材、第一の加速電極部材、第二の加速電極部材の３分割構造であり、
前記加速電極ガイド部材は、強磁性体以外の材料で形成され前記イオンガンベースに固定され、
前記第一の加速電極部材は、強磁性体で形成され前記加速電極ガイド部材の外側に設置され、
前記第二の加速電極部材は、強磁性体で形成され前記加速電極ガイド部材と前記第一の加速電極部材にて位置決めされて設置され、
前記第一および前記第二の加速電極部材は前記永久磁石の磁場により固定されていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項１１】
請求項１に記載のイオンミリング装置において、
前記磁気シールドは、前記永久磁石の外側を取り囲んで配置され、強磁性体以外の材料からなる磁気シールドガイド部材と、前記磁気シールドガイド部材の外側を取り囲んで配置され強磁性体材料からなる磁気シールド部材とを有することを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項１２】
永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンと、前記試料を観察する走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、
前記永久磁石からの漏洩磁場を低減する磁気シールドを有し、
前記磁気シールドは、前記磁気シールドの構造の変更により前記イオンガンにおける軸上磁場を制御する磁場制御板を構成するものであることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項１３】
永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンを備えたイオンミリング装置において、
前記永久磁石の外周を取り囲んで配置され、強磁性材料からなり、前記イオンガンの軸上磁場強度を制御する磁場制御板が配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
前記磁場制御板は、前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面にも配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガン内部の軸上磁場強度は、前記磁場制御板の構造の変更により制御されることを特徴とするイオンミリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンミリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンミリング装置は、加速したイオンを試料へ衝突させて、イオンが原子や分子をはじき飛ばすスパッタ現象を利用して、試料を削る加工装置である。また加工される試料は、上面にイオンビームの遮蔽板となるマスクを載せ、マスク端面からの突出部分（マスクでカバーされていない露出部分）がスパッタされることで平滑な断面が加工できる。イオンミリング装置は、金属、ガラス、セラミック、電子部品、複合材料などを対象に用いられ、例えば電子部品においては、内部構造や断面積形状、膜厚評価、結晶状態、故障や異物断面の解析といった用途に対して、走査型電子顕微鏡による形態像、試料組成像、チャネリング像の取得やＸ線分析、結晶方位解析など取得するための断面試料作成に利用されている。【０００３】
イオンミリング装置においては、使い勝手向上、三次元解析の要求、そして大気暴露できない材料の解析要求などから、イオンミリング装置と電子顕微鏡装置の複合化の要求が高い。特許文献１に、イオンビームにより試料をミリング加工している途中で、加工の進捗を確認する手法として、電子顕微鏡を搭載したイオンミリング装置が開示されている。特許文献２に、試料の内部構造を三次元的に解析する方法として、試料表面からイオンミリングで少しずつ加工を行いながら走査電子顕微鏡で観察する方法が開示されている。特許文献３に、走査電子顕微鏡にイオンガンを搭載した試料前処理装置を設け、同一真空内で試料の表面から少しずつイオン研磨を行い、表面から深さ方向の構造を順次走査電子顕微鏡で観察する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２/０６０４１６号
【特許文献２】特開２０００−１９５４６０号公報
【特許文献３】特開平８−２９８０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
イオンミリング装置で加工する観察対象が、例えば１μｍ又はそれ以下の寸法の異物断面の場合であっても、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を搭載することにより試料の加工位置合わせを容易に行える、またイオンミリング装置による加工途中の或いは加工後の断面を同一装置内にてＳＥＭ観察することができる等のメリットが期待される。そこで、発明者等は、ＳＥＭを搭載したイオンミリング装置について検討した。以下、検討結果について説明する。【０００６】
発明者等は、イオンガンとして単純な構成で小型なペニング放電方式のイオンガンが用いられているイオンミリング装置について検討した。ペニング放電方式のイオンガンは、カソードから放出された電子が永久磁石からの磁場により旋回運動を行い、イオンガン内部に導入されたガスと衝突することでイオン化される。アノード両端にカソードを配置することで、同電位の電極間を電子が往復運動をするため、その軌道を長くすることが可能となりイオン化効率が向上する。イオン化室で発生した陽イオンの一部は、カソード出口孔を通り、加速電極で加速され加速電極出口孔から外部に放出される。ミリング性能を高めるにはイオンガンから放出されるイオンの量を多くする必要がある。そのためには高いプラズマ密度が不可欠であり、高磁束密度の磁場を形成することで電子軌道を長く取る必要がある。ペニング放電方式のイオンガンは内部に永久磁石を有する構成であるため、電子顕微鏡観察時にはイオンガンからの漏洩磁場が電子ビームに悪影響を与えることになる。電子顕微鏡カラムから放出される電子は微弱な磁界によっても軌道が曲げられる性質を持つため，電子顕微鏡からの電子ビームが大きく曲げられるという課題の有ることが判明した。【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを抑圧可能なイオンミリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための一実施形態として、永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンと、前記試料を観察する走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、
前記永久磁石からの漏洩磁場を低減する磁気シールドを有することを特徴とするイオンミリング装置とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを抑圧可能なイオンミリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】イオンミリング装置（本発明の各実施例に係る、或いは磁気シールド無イオンガンを備えた場合）の一例を示す全体構成断面図である。
【図２】磁気シールド構造を含まないイオンガンを説明するための構造断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の一例（構成１、２）を示す構造断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成３）を示す構造断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成４）を示す構造断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成５）を示す構造断面図である。
【図７】本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成６）を示す構造断面図である。
【図８】本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成７）を示す構造断面図である。
【図９】本発明の第１の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む）の他の例（構成８）を示す構造断面図である。
【図１０】イオンガンから漏洩する磁場強度を示す図であり、（ａ）は構成３、４、５、８および磁気シールド無の場合、（ｂ）は構成１、２、６、７および磁気シールド無の場合を示す。
【図１１】イオンガン内部の軸上磁場強度を示す図であり、（ａ）は構成３、４、５、８および磁気シールド無の場合、（ｂ）は構成１、２、６、７および磁気シールド無の場合を示す。
【図１２】磁気シールド無のイオンガンにおけるイオンガン内部の軸上磁場強度を示す図である（特性の異なる搭載磁石がパラメータ）。
【図１３】図１に示す構成２のイオンガンにおけるイオンガン内部の軸上磁場強度を示す図である（特性の異なる搭載磁石がパラメータ）。
【図１４】本実施例の効果を説明するためのビームプロファイルの一例 を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（加速電極ガイド部材を含む）の一例を示す構造断面図である 。
【図１６】本発明の第２の実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（加速電極ガイド部材を含む）の他の例を示す構造断面図である 。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明者等は上記課題について検討し、ペニング放電方式のイオンガンに磁気シールドを付加することにした。これにより、イオンガン内部に設置されている永久磁石からの漏洩磁場を低減することが可能となる。
【００１２】
具体的には、例えばイオンガン内部にガスを供給するガス供給機構と、イオンガン内部に配置され正電圧が印加されるアノードと、アノードとの間に電位差を発生させる２個のカソードと、カソードリングおよびインシュレータと、永久磁石を備え、前記２個のカソードから放出された電子を前記磁場により旋回させ、その旋回する電子により前記ガスをイオン化し、発生したイオンを加速電極により前記イオンガンの外に放出するようにしたイオンガンにおいて、加速電極を強磁性体材料にて形成する。これにより、イオンガンからの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを十分に抑圧する。
その際、イオンガンベースの加速電極が配置される面に強磁性体材料を形成することもできる。
また、ステンレスで形成される加速電極の外周面およびイオンガンベースの加速電極が配置される表面に強磁性体材料を被覆することもできる。
また、ステンレスで形成される加速電極の内周面およびイオンガンベースの加速電極が配置される表面に強磁性体材料を被覆することもできる。
また、イオンガン外部に強磁性体材料からなる磁気シールド構造を形成し、かつ、イオンガンベースの加速電極が配置される面に強磁性体材料を形成することもできる。
また、カソードリングを強磁性体材料により形成することもできる。
また、加速電極の内部に強磁性体材料からなる磁気シールド構造を形成することもできる。
【００１３】
前記強磁性体材料としては、パーマロイ、純鉄、ニッケル、銅、モリブデン、および前記の少なくとも一種を主成分とする材料を含んでいることが望ましい。
【００１４】
イオンガンに磁気シールド構造を付加することにより、イオンガンの内部に配置された永久磁石からの漏洩磁場を十分に低下させることが可能となる。
【００１５】
また、イオンガンに付加した磁気シールド電極の構造変更を行うことにより、イオンガン内部の軸上磁場強度を制御することが可能となる。これにより、イオンガン性能を引き出す最適な軸上磁場強度を選択できるため、従来よりも著しく大きいミリング速度を得ることが可能となる。
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一符号は同一構成要素を示す。
【実施例１】
【００１７】
イオンミリング装置について図面を用いて説明する。図１はイオンミリング装置の一例を示す全体構成断面図である。ペニング放電方式のイオンガン１０１は、その内部にイオンを発生するために必要な構成要素が配置され、イオンビーム１０２を試料１０６に照射するための照射系を形成する。電子顕微鏡カラム１６１は、その内部に電子ビーム１６２を発生するために必要な構成要素が配置され、電子ビーム１６２を試料１０６に照射するための照射系を形成する。ガス源１４２はガス供給機構１４１を介してイオンガン１０１に接続され、ガス供給機構１４１により制御されたガス流量がイオンガン１０１のイオン化室内に供給される。イオンビーム１０２の照射とそのイオンビーム電流は、イオンガン制御部１０３によって制御される。イオンビーム１０２のイオンビーム電流は、電流測定手段１５１によって測定される。電流測定子１５３はイオンビームのシャッタの役割も兼ねており、電流測定子駆動部１５２により稼動する機構を有する。真空チャンバー１０４は、真空排気系１０５によって大気圧または真空に制御される。試料１０６は試料台１０７の上に保持され、試料台１０７は試料台駆動部１０８によって保持されている。試料台駆動部１０８は、真空チャンバー１０４が大気開放したときに真空チャンバー１０４の外へ引き出すことができ、また試料１０６をイオンビーム１０２の光軸に対して任意の角度に傾斜させることができるための機構要素をすべて含んでいる。これにより、イオンビームによる加工時と電子ビームによる観察時で試料を所望の向きに調整することができる。試料台駆動制御部１０９は、試料台駆動部１０８を制御し、試料を傾斜させたり、前後左右へスイングすることができ、その速度を制御することができる。【００１８】
図２は、磁気シールド構造を含まないイオンガン１０１と関連する周辺部の構成を示す断面図である。イオンガン１０１はイオンガン内部にガスを供給するガス供給機構１４１と、アノード１１３と、第１カソード１１１と第２カソード１１２と、永久磁石１１４と、加速電極１１５と、インシュレータ１１６と、カソードリング１１９により構成され、イオンガンベース１１７に固定される。イオンガン制御部１０３は放電電源１２１と加速電源１２２に電気的に接続されており、放電電圧と加速電圧を制御している。なお、符号１１８はイオン化室、符号１３１はアノード出口孔、符号１３２はカソード出口孔、符号１３３は加速電極出口孔を示す。【００１９】
第１カソード１１１と第２カソード１１２は強磁性体の純鉄製であり、起磁力である永久磁石１１４と共に磁気回路を形成する。一方、加速電極１１５と、カソードリング１１９と、イオンガンベース１１７はステンレス（ＳＵＳ：Steel Special Use Stainless）で作製されているため、アルミナ製インシュレータ１１６及びアルミニウム製アノード１１３と共に磁気回路には含まれない。【００２０】
このようなペニング放電方式のイオンガンでは、内部に永久磁石を有する構成であるため、電子顕微鏡観察時にはイオンガンからの漏洩磁場が電子ビームに影響を与えることになる。特に、特定の微小領域を観察する場合には僅かな電子ビームの軌道シフトも問題となる。電子顕微鏡カラムから放出される電子は微弱な磁界によっても軌道が曲げられる性質を持つため，電子顕微鏡が搭載されたイオンミリング装置においては、加速電圧の引き換え時などに電子ビームが大きく曲がり、それに伴い観察している観察像が大きくシフトすることになる。この観察像のシフトを回避するためにイオンガンからの漏洩磁場を抑圧する必要がある。【００２１】
図３は、本実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（磁気シールド構造を含む。以下、磁気シールド構造イオンガンという。）の一例を示す構造断面図である。本実施例に係るイオンミリング装置は、図１におけるイオンガン１０１を磁気シールド構造イオンガン１００に置き換えた構成を有する。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、イオンガン内部にガスを供給するガス供給機構１４１と、イオンガン内部に配置され正電圧が印加される例えばアルミニウム製のアノード１１３と、アノード１１３との間に電位差を発生させる例えば純鉄製の第１カソード１１１および第２カソード１１２と、例えばステンレス製のカソードリング１１９および例えばアルミナ製のインシュレータ１１６と、例えばネオジムによる永久磁石１１４を備えたペニング放電方式のイオンガンにおいて、加速電極には例えばパーマロイ製の磁気シールド１７１を適用することにより十分なシールド効果を得て、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成１）。【００２２】
或いは、上記磁気シールド構造イオンガン１００において、加速電極としてパーマロイ製の磁気シールドに代えて、例えば純鉄製の磁気シールド１７１にて形成することにより磁気シールド効果を得て、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することもできる（構成２）。【００２３】
図４は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、加速電極を例えば純鉄製の磁気シールド１７２により形成し、それに加えて例えばステンレス製のイオンガンベース１１７の加速電極が配置される側の表面に例えば純鉄製の磁気シールド１７２を形成することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場をより低減することを可能にし、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成３）。【００２４】
図５は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、例えばステンレスで形成される加速電極１１５の外周面および、例えばステンレス製のイオンガンベース１１７の加速電極１１５が配置される側の表面に例えば純鉄による磁気シールド１７３を被覆することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成４）。【００２５】
図６は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、例えばステンレスで形成される加速電極１１５の内周面および、例えばステンレス製のイオンガンベース１１７の加速電極１１５が配置される側の表面に例えば純鉄による磁気シールド１７４を被覆することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成５）。【００２６】
図７は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、イオンガンの最外部に例えば純鉄製の強磁性体材料からなる磁気シールド１７５を形成し、かつ、例えばステンレス製のイオンガンベース１１７の例えばステンレス製の加速電極１１５が配置される側の表面に例えば純鉄製の磁気シールド１７５を形成することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成６）。【００２７】
図８は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、カソードリングを例えば純鉄製である磁気シールド１７６により形成することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成７）。【００２８】
図９は、本実施例に係るイオンミリング装置における磁気シールド構造イオンガンの更に別の例を示す構造断面図である。本ペニング放電方式の磁気シールド構造イオンガン１００は、例えばステンレス製の加速電極１１５の内側に例えば純鉄からなる磁気シールド１７７を形成することにより、磁気シールド構造イオンガン１００からの漏洩磁場を低減し、電子顕微鏡カラム１６１から放出される電子ビーム１６２の軌道シフトを十分に抑圧することを特徴とする（構成８）。【００２９】
図１０は、本実施例に係るイオンミリング装置における上記各構成を有する磁気シールド構造イオンガン１００から漏洩する磁場強度を示す図であり、（ａ）は構成３、４、５、８および磁気シールド無の場合、（ｂ）は構成１、２、６、７および磁気シールド無の場合を示す。イオンガン内に搭載する永久磁石１１４として残留磁束密度が１２５０から１３２０ｍＴの範囲で保持力が８５９ｋＡ／ｍのネオジム磁石を適用した場合の漏洩磁束密度を磁場シミュレータにて算出した結果である。図１０の横軸はイオンガンの先端からの距離、横軸はイオンガンからの漏洩磁場強度を示している。例えばイオンガン先端から８０ｍｍ離れた領域の漏洩磁場強度は、磁気シールドを付加しないイオンガン１０１では０．６９ｍＴであるのに対して、構成１の磁気シールド構造イオンガンでは０．１２ｍＴ、構成２では０．０９ｍＴ、構成３では０．０３ｍＴ、構成４では０．１２ｍＴ、構成５では０．２７ｍＴ、構成６では０．１２ｍＴ、構成７では０．４２ｍＴ、構成８では０．３４ｍＴに低減できる。イオンガンに付加する磁気シールドの構造を選択することによって、漏洩磁場強度は磁気シールドを付加しないイオンガンに対して４％から６０％の範囲で任意に調整可能であることが分かる。【００３０】
以上のように、本実施例によれば、イオンガンからの漏洩磁場を低減することができ、電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを十分に抑圧することが可能なペニング放電方式のイオンガンを備えたイオンミリング装置を提供することができる。【００３１】
図１１は、イオンガン内部の軸上磁場強度を示す図であり、（ａ）は構成３、４、５、８および磁気シールド無の場合、（ｂ）は構成１、２、６、７および磁気シールド無の場合を示す。イオンガン内に搭載する永久磁石１１４として残留磁束密度が１２５０から１３２０ｍＴの範囲で保持力が８５９ｋＡ／ｍのネオジム磁石を適用した場合のイオンガンの中心軸上の磁場強度を磁場シミュレータにて算出した結果である。図１１の横軸となるＺ軸座標のうち磁石が配置される位置はＺ＝−２２．５ｍｍから−１０．５ｍｍの範囲である。この領域がイオンガン内部でプラズマ生成室となる。その軸上磁場強度は磁気シールドを付加しないイオンガン１０１では約２２０ｍＴであるのに対して、構成１の磁気シールド構造イオンガンでは約１２０ｍＴ、構成２では約９０ｍＴ、構成３では約６０ｍＴ、構成４では約１０５ｍＴ、構成５では約１００ｍＴ、構成６では約１８０ｍＴ、構成７では約１３０ｍＴ、構成８では約１４０ｍＴとなる。イオンガンに付加する磁気シールドの構造を選択することによって、磁気シールド構造イオンガン１００内部の軸上磁場強度は磁気シールドを付加しないイオンガンに対して２７％から８２％の範囲で任意に調整可能であることが分かる。【００３２】
次に、軸上磁場強度と永久磁石１１４の性能との関係について検討した結果について説明する。使用した磁石の性能一覧を表１に示す。図１２は磁気シールドを付加しないイオンガン１０１に対して、表１に示した磁石Ａから磁石Ｄまでの４種類の磁石を、永久磁石１１４として組み込んだ場合のイオンガンの中心軸上の磁場強度（磁束密度）を磁場シミュレータにて算出した結果である。計算に用いた残留磁束密度および保持力は表１に示した数値を用いている。図１２の横軸となるＺ軸座標のうち磁石が配置される位置はＺ＝−２２．５ｍｍから−１０．５ｍｍの範囲である。この領域がイオンガン内部でプラズマ生成室となり、その軸上磁場強度は磁石Ａが約２２０ｍＴ、磁石Ｂが約１９５ｍＴ、磁石Ｃが約１６０ｍＴ、磁石Ｄが約１４５ｍＴとなる。【００３３】
【表１】
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【００３４】
一方、図１３は、本実施例の一例として構成２に示した磁気シールド構造イオンガン１００に対して、表１に示した磁石Ａから磁石Ｄまでの４種類の磁石を、永久磁石１１４として組み込んだ場合のイオンガンの中心軸上の磁場強度（磁束密度）を磁場シミュレータにて算出した結果である。計算に用いた残留磁束密度および保持力は表１に示した数値を用いている。図１３の横軸となるＺ軸座標のうち磁石が配置される位置はＺ＝−２２．５ｍｍから−１０．５ｍｍの範囲である。この領域がイオンガン内部でプラズマ生成室となり、その軸上磁束密度は磁石Ａが約９０ｍＴ、磁石Ｂが約８０ｍＴ、磁石Ｃが約６５ｍＴ、磁石Ｄが約６０ｍＴとなる。構成２の磁気シールド構造イオンガンを適用することによって、磁気シールド構造イオンガン１００内部の軸上磁場強度は磁気シールドを付加しないイオンガンに対して、磁石の種類によらず約４１％低下することが分かる。これにより、磁石種の選択と磁気シールド構造の選択によりイオンガン内部の軸上磁場強度は大きな範囲で任意に調整可能であることが分かる。選択するイオンガン構成に関係して、適切な磁場強度の選択と、適切なイオン化室領域との、組み合わせを限定することにより、イオンガンから放出されるイオンの量を理想的に多くすることが可能となる。即ちこの場合、磁気シールドは、軸上磁場を制御する磁場制御板を構成する。これにより、例えば、加工試料の材料や材質等が異なる各種用途に応じて加工速度を制御することができる。なお、この効果自体は電子顕微鏡を備えなくても得ることができる。【００３５】
図１４は、本実施例の効果を説明するためのビームプロファイルの一例 を示す図であり、本実施例の一例として構成２に示した磁気シールド構造イオンガン１００に表１の磁石Ｂを搭載したイオンガン構成におけるスポット深さを示す。図１４に示す従来例は磁気シールドを付加しないイオンガン１０１に表１の磁石Ｂを永久磁石１１４として組み込んだイオンガンである。イオンガン構成は共に、アノード内径を４ｍｍ、アノード出口孔１３１の直径を４ｍｍとした。加速電圧は６ｋＶ、放電電圧を１．５ｋＶとし、イオンガンに導入するガスには流量０．０７ｃｍ３／分のＡｒガスを用いた。被加工材料にはシリコンを用い、遮蔽板となるマスクなしでのミリング加工を１時間実施した場合のビームプロファイルである。図１４の結果から、従来例ではビーム痕の深さが約１００μｍとなるのに対して、構成２ではビーム痕の深さが約３００μｍとなり、すなわちミリング速度は毎時３００μｍを記録し、従来例と比較して約３倍のミリング速度を得ることが可能である。また、この場合においてもイオンビームスポット径は縮小していない。【００３６】
以上、本実施例によれば、イオンガンに磁気シールド構造を付加することにより電子顕微鏡カラムから放出される電子ビームの軌道シフトを抑圧可能なイオンミリング装置を提供することができる。また、イオンガンに磁気シールド構造を付加してイオンガン内部の軸上磁場強度を最適値に制御することができる。またこれにより、従来よりも著しく大きいミリング速度を得る、或いは各種材料等に応じてミリング速度の最適値を得ることが可能なペニング放電方式のイオンミリング装置を提供することができる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の第２の実施例に係るイオンミリング装置について説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。【００３８】
図１５は、本実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（加速電極ガイドを含む）の一例を示す構造断面図であり、実施例１で示した構成２と基本的には同様である。図１５に示すイオンガンと構成２との違いは、図１５に示す磁気シールド型加速電極１８０が３分割構造であり、加速電極ガイド部材１８１、第一の加速電極部材１８２、第二の加速電極部材１８３とを有する点にある。【００３９】
加速電極ガイド部材１８１は、強磁性体以外の材料、例えばステンレスで作製されイオンガンベース１１７にねじ込み式（又は嵌め込み式）で固定される。第一の加速電極部材１８２は、強磁性体、例えば純鉄で形成され加速電極ガイド部材１８１の外周に沿ってはめ込み式で設置され、永久磁石１１４の磁場で固定される。第二の加速電極部材１８３は、強磁性体、例えば純鉄で形成され加速電極ガイド部材１８１と第一の加速電極部材１８２の先端部に形成された溝にはめ込むことで磁気シールド構造イオンガン１００に対して位置決めされる構造である。シールド型加速電極を３分割構造にすることで、先ず強磁性体以外の材料からなる加速電極ガイド部材１８１を永久磁石１１４の影響を受けずに取り付け、次にこの加速電極ガイド部材をガイドとして用いて磁性体材料である第一および第二の加速電極部材を容易に取り付けることができる。即ち、強磁性体材料である磁気シールド型加速電極１８０は永久磁石１１４の干渉を受けずに取り外すことが可能であり、メンテナンス性が確保できる。【００４０】
図１６は、本実施例に係るイオンミリング装置におけるイオンガン（加速電極ガイドを含む）の他の例を示す構造断面図であり、実施例１で示した構成２と基本的には同様である。図１６に示すイオンガンと構成２との違いは、図１６に示す磁気シールド型加速電極１８０が２分割構造であり、加速電極ガイド部材１８１と加速電極部材１８２とを有する点にある。【００４１】
加速電極ガイド部材１８１は、強磁性体以外の材料、例えばステンレスで作製されイオンガンベース１１７にねじ込み式で固定される。加速電極部材１８２は、強磁性体、例えば純鉄で形成され加速電極ガイド部材１８１の外周に沿ってはめ込み式で設置され、永久磁石１１４の磁場で固定されることで磁気シールド構造イオンガン１００に対して位置決めされる構造である。この２分割構造にすることで、先ず強磁性体以外の材料からなる加速電極ガイド部材１８１を永久磁石１１４の影響を受けずに取り付け、次にこの加速電極ガイド部材１８１をガイドとして用いて磁性体材料である加速電極部材１８２を容易に取り付けることができる。即ち、強磁性体材料である磁気シールド型加速電極１８０は永久磁石１１４の干渉を受けずに取り外すことが可能であり、メンテナンス性が確保できる。なお、本実施例では、磁気シールドとして加速電極を用いたため加速電極ガイド部材を設けたが、基本的には強磁性体以外の材料からなる磁気シールドガイド部材を設けることにより同様の効果を得ることができる。【００４２】
以上、本実施例によれば、実施例１と同様の効果がある。また、強磁性体以外の材料からなる加速電極ガイド部材等の磁気シールドガイド部材を設けることにより、強磁性体磁気シールドの取り付けや取り外しが容易となり、メンテナンス性を確保することができる。【００４３】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【００４４】
以上、本願発明を詳細に説明したが、本願発明は以下の形態を含む。  
（１）永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンと、前記試料を観察する走査電子顕微鏡と、を備えたイオンミリング装置において、
前記永久磁石からの漏洩磁場を低減する磁気シールドを有し、
前記磁気シールドは、前記磁気シールドの構造の変更により前記イオンガンにおける軸上磁場を制御する磁場制御板を構成するものであることを特徴とするイオンミリング装置。
（２）永久磁石を含み試料を加工するイオンを発生させるイオンガンを備えたイオンミリング装置において、
前記永久磁石の外周を取り囲んで配置され、強磁性材料からなり、前記イオンガンの軸上磁場強度を制御する磁場制御板が配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
（３）上記（２）に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガンは、前記イオンを加速する加速電極と、前記永久磁石と前記加速電極とを保持するイオンガンベースとを備え、
前記磁場制御板は、前記イオンガンベースの前記加速電極が配置される側の表面にも配置されていることを特徴とするイオンミリング装置。
（４）上記（２）に記載のイオンミリング装置において、 
前記イオンガン内部の軸上磁場強度は、前記磁場制御板の構造の変更により制御されることを特徴とするイオンミリング装置。
【符号の説明】
【００４５】
１００…磁気シールド構造イオンガン、１０１…イオンガン、１０２…イオンビーム、１０３…イオンガン制御部、１０４…真空チャンバー、１０５…真空排気系、１０６…試料、１０７…試料台、１０８…試料台駆動部、１０９…試料台駆動制御部、１１１…第１カソード、１１２…第２カソード、１１３…アノード、１１４…永久磁石、１１５…加速電極、１１６…インシュレータ、１１７…イオンガンベース、１１８…イオン化室、１１９…カソードリング、１２１…放電電源、１２２…加速電源、１３１…アノード出口孔、１３２…カソード出口孔、１３３…加速電極出口孔、１４１…ガス供給機構、１４２…ガス源、１５１…電流測定手段、１５２…電流測定子駆動部、１５３…電流測定子、１６１…電子顕微鏡カラム、１６２…電子ビーム、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７…磁気シールド、１８０…磁気シールド型加速電極、１８１…加速電極ガイド部材、１８２、１８３…加速電極部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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