(57)【要約】【課題】低い加速電圧において低いイオンビーム電流でかつビームを細く絞ることができるペニング放電方式のイオンガン、およびそれを有するイオンミリング装置・イオンミリング方法を提供すること。【解決手段】イオンガンから試料へ照射されるイオンビームのビームプロファイルの半値幅を２００μｍから３５０μｍまでの範囲に制御するイオンミリング装置であって、外部から供給されたガスをイオン化してイオンビームを放出する前記イオンガンと、前記イオンガンに供給される前記ガスの流量を可変させるガス流量可変部と、前記イオンガンから放出されるイオンビームの電流値を測定する電流測定部と、を有し、前記ガス流量可変部は、前記ガス流量可変部にて定められる前記ガスの流量と前記電流測定部にて測定される前記電流値とに基づき、前記イオンビーム電流が最大となるガス流量よりも多いガス流量に設定され、前記最大となるガス流量における前記半値幅よりも前記イオンビームの前記半値幅を狭くさせることを特徴とするイオンミリング装置。【選択図】  図５
2018049842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンガンから試料へ照射されるイオンビームのビームプロファイルの半値幅を２００μｍから３５０μｍまでの範囲に制御するイオンミリング装置であって、
外部から供給されたガスをイオン化してイオンビームを放出する前記イオンガンと、
前記イオンガンに供給される前記ガスの流量を可変させるガス流量可変部と、
前記イオンガンから放出されるイオンビームの電流値を測定する電流測定部と、を有し、
前記ガス流量可変部は、前記ガス流量可変部にて定められる前記ガスの流量と前記電流測定部にて測定される前記電流値とに基づき、前記イオンビーム電流が最大となるガス流量よりも多いガス流量に設定され、前記最大となるガス流量における前記半値幅よりも前記イオンビームの前記半値幅を狭くさせ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、 
加速電極の出口径が２ｍｍφ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１に記載のイオンミリング装置において、
前記試料および試料台からの熱を冷却源に伝達する熱伝達部を備え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、 
前記ガスは不活性ガス及び反応性ガスから成る群から選択され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、 
前記ガスは、アルゴンであ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５に記載のイオンミリング装置において、
前記アルゴンガスは、毎分０．３〜０．５立方センチメートルの流量で前記イオンガンに供給され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５に記載のイオンミリング装置において、
前記アルゴンガスは、毎分０．３立方センチメートル以上の流量で前記イオンガンに供給され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、
前記イオンガンはペニング放電方式であることを特徴とするイオンミリング装置。
【請求項９】
イオンビームによるビームプロファイルの半値幅を２００μｍから３５０μｍまでの範囲に制御し試料を加工するイオンミリング方法であって、
外部から供給されたガスをイオン化してイオンビームを放出する放出ステップと、
前記イオンガンに供給される前記ガスの流量を可変させる流量可変ステップと、
前記イオンガンから放出されるイオンビームの電流値を測定する測定ステップと、
前記流量可変ステップにて定められる前記ガスの流量と前記測定ステップにて測定される前記電流値とに基づき、前記イオンビーム電流が最大となるガス流量よりも多いガス流量に設定する設定ステップと、
前記設定ステップにて設定され、前記最大となるガス流量における前記半値幅よりも前記イオンビームの前記半値幅を狭くさせた前記イオンビームを前記試料に照射する照射ステップと、を有するイオンミリング方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のイオンミリング方法において、 
前記試料はＣｕ-Ｚｎ系合金または鉛フリー半田、もしくは前記Ｃｕ-Ｚｎ系合金または鉛フリー半田よりも融点の低い材料であることを特徴とするイオンミリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を作成するためのイオンガンおよびそれを有するイオンミリング装置、イオンミリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンミリング法は、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、試料を削る加工法である。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がスパッタされることで平滑な断面が加工できる。この方法は、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る。例えば電子部品においては、内部構造や断面形状、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用いられる。また走査型電子顕微鏡をはじめとした各種測定装置による形態像、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方法として利用されている。
【０００３】
前記のようなイオンミリング装置においては、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ものがある。ペニング放電方式のイオンガンは、イオンビームのエネルギーが大きいことに起因する高いミリング速度が特長である。特許文献１には高いミリング速度を維持するためにイオンガンから放出されるイオンビームの電流値を常に最大値に保つ方式が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４８５８８号
【特許文献２】特表２０１３−５２４４６７号
【特許文献３】特開２０１２−１５６０７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ペニング放電方式のイオンガンを搭載したイオンミリング装置はイオンビームのエネルギーが比較的大きい。このため高い加速電圧の条件下では大きなミリング速度を実現するため非常に有用である。そのため特許文献１のように、イオンガンから放出されるイオンビームの電流値は常に最大値に保つことが望ましく、イオンビーム電流値が加工中に低下する原因が、加工中の真空度変化に起因するものであることを開示し、加工中に電流値が最大となるガス圧が得られるように真空度変化を想定したガス流量を予め設定する加工方法が開示されている。このようにペニング放電方式のイオンガンでは従来から高いイオンビーム電流が要求されている。
【０００６】
なお、特許文献２の図３には、ガス流量とイオンビーム電流値の関係が開示されており、ガス流量を想定値から増加させていくと、次第にイオンビーム電流値が低下することが開示されている。しかしながら、特許文献２の目的は高いイオンビーム電流値を確保することであるので、この低いイオンビーム電流値の領域を利用することに関する一切の言及はない。
【０００７】
一方で、融点が低い材料を加工する場合には、イオンビームのエネルギーによる熱の蓄積が原因となって、試料断面にダメージが発生することが懸念されている。近年、有機ELなどの電子デバイス分野においても有機高分子材料の活用が進んでおり、試料の熱ダメージを抑えるのに有効な低加速電圧での加工のニーズが高まっている。また、電子電気機器の端子コネクタなどに使用されるＣｕ-Ｚｎ系合金や、鉛フリー半田など、またはこれらの材料よりも融点の低い材料の加工においても熱ダメージにより試料損傷が課題となっている。
【０００８】
特許文献２には低い加速電圧を使用することにより試料損傷を最小限に抑えることができることが開示されているが、ペニング放電方式のイオンガンにおいて低い加速電圧では、試料上のスポットサイズが増大することも開示されている。
【０００９】
発明者が本点を検討した結果、ペニング放電方式のイオンガンでは、カソードと加速電極出口孔の間には電位差が生じているため、その空間にはレンズが構成されている。レンズの強度はカソードと加速電極出口孔の電位差に比例するため、加速電圧が高いほどレンズ強度が大きくなり、ビームが小さく絞られることになる。しかしながら、低い加速電圧ではレンズ効果が弱いため、イオンビームは広がり、試料上のスポット径が大きくなるという課題があることが判明した。
【００１０】
特許文献３では低加速電圧でのイオンビーム電流の制御が容易なイオンガンとしてホローアノード放電方式のイオンガンが開示されている。しかしながら、ホローアノード放電方式のイオンガンでは高い加速電圧においてペニング放電方式のイオンガンに比べて加工速度が著しく低いことが特許文献３にも示されている。低い加速電圧の硬においてホローアノード放電方式のイオンガンを適用した場合には、高いミリング速度との両立ができないという課題がある。
【００１１】
このような点を課題として認識し、本願発明者は実験を繰り返し行った。本願発明はこれらにより得られた知見からなされたものであり、その目的は特に、低い加速電圧において簡便な方法でビームのスポット径を小さくすることが可能となることを特徴とするペニング放電方式もしくはそれに準ずる形状のイオンガン、およびそれを有する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】
【００１２】
本発明に掛かるイオンミリング装置は前記目的を達成するため、具体的な一態様として、イオンガンから試料へ照射されるイオンビームのビームプロファイルの半値幅を２００μｍから３５０μｍまでの範囲に制御するイオンミリング装置であって、外部から供給されたガスをイオン化してイオンビームを放出する前記イオンガンと、前記イオンガンに供給される前記ガスの流量を可変させるガス流量可変部と、前記イオンガンから放出されるイオンビームの電流値を測定する電流測定部と、を有し、前記ガス流量可変部は、前記ガス流量可変部にて定められる前記ガスの流量と前記電流測定部にて測定される前記電流値とに基づき、前記イオンビーム電流が最大となるガス流量よりも多いガス流量に設定され、前記最大となるガス流量における前記半値幅よりも前記イオンビームの前記半値幅を狭くさせることを特徴とする。
【００１３】
また、他の具体的な一態様として、本発明に掛かるイオンミリング方法は、イオンビームによるビームプロファイルの半値幅を２００μｍから３５０μｍまでの範囲に制御し試料を加工するイオンミリング方法であって、外部から供給されたガスをイオン化してイオンビームを放出する放出ステップと、前記イオンガンに供給される前記ガスの流量を可変させる流量可変ステップと、前記イオンガンから放出されるイオンビームの電流値を測定する測定ステップと、前記流量可変ステップにて定められる前記ガスの流量と前記測定ステップにて測定される前記電流値とに基づき、前記イオンビーム電流が最大となるガス流量よりも多いガス流量に設定する設定ステップと、前記設定ステップにて設定され、前記最大となるガス流量における前記半値幅よりも前記イオンビームの前記半値幅を狭くさせた前記イオンビームを前記試料に照射する照射ステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、低加速電圧において簡便な方法でイオンビームを細く絞ることができる。これにより、試料に対する熱ダメージを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のイオンミリング加工装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明のイオンガンと関連する周辺部の構成を示す断面図の一例である。
【図３】イオンビーム電流が最大値となるように設定する従来条件のペニング放電方式のイオンガンの加速電圧とスポット深さの関係を示す説明図の一例である。
【図４】本発明のイオンミリング加工装置における動作を説明するガス流量とイオンビーム電流の関係を示す説明図の一例である。
【図５】本発明の効果を示す説明図の一例である。
【図６】本発明の別の効果を示す説明図の一例である。
【図７】本発明のスポット深さを示す説明図の一例である。
【図８】本発明の別の動作を説明するガス流量とイオンビーム電流の関係を示す説明図の一例である。
【図９】本発明の別のスポット深さを示す説明図の一例である。
【図１０】本発明のイオンミリング加工装置の構成を示す説明図の他の一例である。
【図１１】本発明のイオンミリング加工装置の構成を示す説明図の他の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本願発明者は実験を繰り返し行うことにより、イオンガンのイオン化室内に供給されるガス流量を制御することでイオンビームのビームプロファイルが制御可能なことを見出した。特にイオンビーム電流が最大値となるガス流量を計測し、ガス流量をイオンビーム電流が最大値となる流量値よりも多い流量に設定することにより、イオンビームによるビームプロファイルを制御し、ビームプロファイルの半値幅を２００μｍから３５０μｍの範囲まで小径化することを可能であることを見出した。
【００１７】
また本発明によれば、イオンビームのプロファイルが小径化するにしたがって、イオンビーム電流値も低減されるため、熱ダメージの低減に大きく寄与できることも確認された。
【００１８】
これにより、低加速電圧において簡便な方法でイオンビームを細く絞ることができるペニング放電方式のイオンガンおよびそれを有するイオンミリング装置、イオンミリング方法を提供することができる。特に本発明によれば、加速電圧とアルゴンガス流量の設定により所望のイオンビーム電流値とイオンビーム形状とミリング速度を任意に選択することができるため、冷却機構と組み合わせたミリング装置において冷却源の冷却性能を有効に活用できるため、熱ダメージの小さなミリング加工として効果が高い。これは特に、Ｃｕ-Ｚｎ合金や、鉛フリー半田、有機高分子材料のイオンミリング加工において非常に有用である。
【００１９】
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。
【００２０】
図１は本発明のイオンミリング加工装置の構成を示す説明図である。ペニング放電方式、もしくはそれに準ずる形状のイオンガン１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２を試料６に照射するための照射系を形成する。ガス源４１はガス流量可変部４０を介してイオンガン１に接続され、ガス流量可変部４０により制御されたガス流量がイオンガン１のイオン化室内に供給される。イオンビーム２の照射とそのイオンビーム電流は、イオンガン制御部３によって制御される。イオンビーム２のイオンビーム電流は、電流測定部５０によって測定される。
【００２１】
電流測定子５２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５１により稼動する機構を有する。真空チャンバー４は、真空排気系５によって大気圧または真空に制御される。試料６は試料台７の上に保持され、試料台７は試料ステージ８によって保持されている。試料ステージ８は、真空チャンバー４が大気開放したときに真空チャンバー４の外へ引き出すことができ、また試料６をイオンビーム２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。試料ステージ駆動部９は、試料ステージ８を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。
【００２２】
図２は、本発明のイオンガンと関連する周辺部の構成を示す断面図の一例である。イオンガン１はイオンガン内部にガスを供給するガス流量可変部４０と、アノード１３と、カソード１１とカソード１２と、永久磁石１４と、加速電極１５と、インシュレータ１６により構成され、イオンガンベース１７に固定される。イオンガン制御部３は放電電源２１と加速電源２２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。
【００２３】
このようなペニング放電方式のイオンガンでは、カソード１２と加速電極出口孔３３の間には電位差が生じるため、その空間にはレンズが構成される。レンズの強度はカソード１２と加速電極出口孔３３の電位差に比例するため、加速電圧が高いほどレンズ強度が大きくなり、ビームが絞られる。ただし、低い加速電圧ではレンズ効果が弱くなるため、ビームの広がりが顕著になり、試料上のスポット径が大きくなる。
【００２４】
図３は、イオンビーム電流が最大値となるように設定する従来条件のペニング放電方式のイオンガンの加速電圧とスポット深さの関係を示す説明図の一例である。加速電圧６ｋＶで加工した場合のビームプロファイルに比べて、加速電圧４ｋＶで加工したビームプロファイルはビーム痕の深さが浅くなる一方、イオンビームのスポットサイズが増大する。このため低損傷加工を目的に低加速電圧を選択したにもかかわらず、試料上の熱拡散の影響は大きくなることがわかる。
【００２５】
本願発明者は、ペニング放電方式のイオンガンにおいて低い加速電圧であってもイオンビームのスポットサイズが増大せず、ビームスポットの小径化が可能なイオンミリング加工を目的として実験を繰り返し行い、イオンガン１のイオン化室内１８に供給されるガス流量を制御することでイオンビームプロファイルが制御できることを見出した。特にイオンビーム電流の最大値が得られるガス流量を計測し、イオンビーム電流が最大となるガス流量よりも多いガス流量に設定することで、ビームプロファイルの半値幅が２００μｍから３５０μｍまでの範囲にイオンビームを小径化することが可能であることを見出した。
【００２６】
図４は、本発明のイオンミリング加工装置における動作を説明するガス流量とイオンビーム電流の関係を示す説明図の一例である。ここで実験に適用したイオンガン1の構成は、アノード内径３１が８ｍｍφ、アノード出口孔３２は４ｍｍφ、カソード出口孔３３は４ｍｍφ、加速電極出口孔３４は２ｍｍφである。放電電源２１の印加電圧は１．５ｋＶ、加速電源２２の印加電圧は４ｋＶとし、イオンガン１のイオン化室１８内に供給されるガス源４１はアルゴンである。被加工材にはシリコンを用い、ミリング時間は1時間に設定した。
【００２７】
図４からイオンガン１に導入されるガス流量を増加させることによりイオンビーム電流が変化し、実験に適用したイオンガン構成においては、アルゴンガス流量が０から０．２ｃｍ3/分までの範囲ではイオンビーム電流が増大する傾向を示し、アルゴンガス流量が０．２から１．０ｃｍ3/分までの範囲ではイオンビーム電流が減少していく傾向を示す。またアルゴンガス流量が０から０．３ｃｍ3/分までの範囲ではイオンビーム電流値が大きくばらつき非常に不安定な領域となる。このイオンビーム電流が不安定となる領域は、加速電圧４ｋＶで放出されるイオンビームが、カソード出口孔３３と加速電極出口孔３４の間に生じる電位差が小さいため、レンズ効果が弱くイオンビームが広がり、加速電極出口孔３４の２ｍｍφを通過できず加速電極出口孔３４の周辺部分に衝突している影響である。
【００２８】
この現象はイオンビーム電流の不安定化ばかりでなく、加速電極に付着するリポジションや加速電極出口孔の変形、リデポジションによる汚染などの悪影響が生じることになる。図４の結果からアルゴンガス流量を増加させることにより、イオンビームが加速電極出口孔３４の周辺部分に衝突する影響が排除され、安定したイオンビーム電流値が得られていることが分かる。
【００２９】
図５に本発明におけるアルゴンガス流量とイオンビームプロファイルの半値幅の関係の一例を示す。図５は、アルゴンガス流量が０．３ｃｍ3/分の条件ではビームプロファイルの半値幅が３５０μｍ、アルゴンガス流量が０．５ｃｍ3/分の条件ではビームプロファイルの半値幅が２５０μｍ、アルゴンガス流量が０．６５ｃｍ3/分の条件でビームプロファイルの半値幅が２００μｍ以下と、アルゴンガス流量を増大させることでイオンビームが小径化していくことを示している。
【００３０】
また、図６に本発明におけるアルゴンガス流量とイオンミリング速度の関係の一例を示す。図６は、アルゴンガス流量が０．３ｃｍ3/分の条件ではイオンミリング速度が毎時９０μｍ、アルゴンガス流量が０．９ｃｍ3/分の条件ではイオンミリング速度が毎時７０μｍと低下する傾向は見られるがその減少率はそれほど大きくはなく、ミリング対象物によっては実用十分なミリング速度を有することを示している。
【００３１】
図７は本発明におけるスポット深さを示す説明図の一例である。ここでは加速電圧条件は４ｋＶであり、被加工材料にはシリコンを用い、ミリング時間を１時間に設定した場合のビームプロファイルである。従来例として示したものはアルゴンガス流量が０．０７ｃｍ3/分の場合であり、実施例として示したものはアルゴンガス流量が０．９ｃｍ3/分の場合である。本発明によれば従来例と比較してイオンビームプロファイルの半値幅が約４０％に低減されている。イオンビームの深さ、すなわちミリング速度はほぼ同等である。
【００３２】
【表１】
2018049842.tif 000003
【００３３】
表１に、加速電圧４ｋＶの条件でシリコンを１時間ミリング加工した場合の好ましいパラメータ範囲、より好ましいパラメータ範囲及び設定例の一覧を示す。好ましい範囲としては、ガス流量は０．３ｃｍ3/分以上とし、このとき真空チャンバー４内の圧力は６．０×１０−２Ｐａ以上となり、得られるイオンビーム電流値は８５μＡ以下、イオンビームスポットの半値幅は３７０μｍ以下、ビームスポット深さは９０μｍ以下である。
【００３４】
より好ましい範囲としては、ガス流量は０．６ｃｍ3/分以上とし、このときの真空チャンバー４内の圧力は１．４×１０−１Ｐａ以上となり、得られるイオンビーム電流値は５５μＡ以下、イオンビームスポットの半値幅は２３０μｍ以下、ビームスポット深さは７５μｍ以下である。設定例として抽出したのは、ガス流量は０．９ｃｍ3/分とし、このときの真空チャンバー４内の圧力は２．０×１０−１Ｐａとなり、得られるイオンビーム電流値は４５μＡ、イオンビームスポットの半値幅は１９０μｍ、ビームスポット深さは７５μｍである。表１に示したように加速電圧とアルゴンガス流量の設定によりイオンビーム電流値とイオンビーム形状とミリング速度を任意に選択することができることがわかる。
【００３５】
図８は本発明における動作を説明するためのガス流量とイオンビーム電流の関係を示す説明図の一例である。ここで実験に適用したイオンガン1の構成は、アノード内径３１が８ｍｍφ、アノード出口孔３２は４ｍｍφ、カソード出口孔３３は４ｍｍφ、加速電極出口孔３４は２ｍｍφである。放電電源２１の印加電圧は１．５ｋＶ、加速電源２２の印加電圧は３ｋＶとし、イオンガン１のイオン化室１８内に供給されるガス源４１はアルゴンである。被加工材にはシリコンを用い、ミリング時間は1時間に設定した。
【００３６】
図６からイオンガン１に導入されるガス流量を増加させることによりイオンビーム電流が変化し、実験に適用したイオンガン構成においては、アルゴンガス流量が０から０．３５ｃｍ3/分までの範囲ではイオンビーム電流が増大する傾向を示し、アルゴンガス流量が０．３５から１．０ｃｍ3/分までの範囲ではイオンビーム電流が減少していく傾向を示す。またアルゴンガス流量が０から０．３５ｃｍ3/分までの範囲ではイオンビーム電流値が大きくばらつき非常に不安定な領域となる。
【００３７】
このイオンビーム電流が不安定となる領域は、加速電圧３ｋＶで放出されるイオンビームが、カソード出口孔３３と加速電極出口孔３４の間に生じる電位差がより小さいため、レンズ効果が弱くイオンビームがさらに広がり、加速電極出口孔３４の２ｍｍφを通過できず加速電極出口孔３４の周辺部分に衝突している影響である。この現象はイオンビーム電流の不安定化ばかりでなく、加速電極に付着するリポジションや加速電極出口孔の変形、リデポジションによる汚染などの悪影響が生じることになる。図８の結果からアルゴンガス流量を増加させることにより、イオンビームが加速電極出口孔３４の周辺部分に衝突する影響が排除され、安定したイオンビーム電流値が得られていることが分かる。
【００３８】
図９は本発明におけるスポット深さを示す説明図の一例である。ここでは加速電圧条件は３ｋＶであり、被加工材料にはシリコンを用い、ミリング時間を１時間に設定した場合のビームプロファイルである。従来例として示したものはアルゴンガス流量が０．０７ｃｍ3/分の場合であり、実施例として示したものはアルゴンガス流量が０．９ｃｍ3/分の場合である。本発明によれば従来例と比較してイオンビームプロファイルの半値幅が約３０％に低減されている。イオンビームの深さ、すなわちミリング速度はほぼ同等である。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２に、加速電圧３ｋＶの条件でシリコンを１時間ミリング加工した場合の好ましいパラメータ範囲、より好ましいパラメータ範囲及び設定例の一覧を示す。好ましい範囲としては、ガス流量は０．３ｃｍ3/分以上とし、このとき真空チャンバー４内の圧力は６．０×１０−２Ｐａ以上となり、得られるイオンビーム電流値は６５μＡ以下、イオンビームスポットの半値幅は３３０μｍ以下、ビームスポット深さは４０μｍ以下である。
【００４１】
より好ましい範囲としては、ガス流量は０．６ｃｍ3/分以上とし、このときの真空チャンバー４内の圧力は１．４×１０−１Ｐａ以上となり、得られるイオンビーム電流値は４５μＡ以下、イオンビームスポットの半値幅は３００μｍ以下、ビームスポット深さは３０μｍ以下である。設定例として抽出したのは、ガス流量は０．９ｃｍ3/分とし、このときの真空チャンバー４内の圧力は２．０×１０−１Ｐａとなり、得られるイオンビーム電流値は３５μＡ、イオンビームスポットの半値幅は１９５μｍ、ビームスポット深さは３０μｍである。
【００４２】
表２に示したように加速電圧とアルゴンガス流量の設定によりイオンビーム電流値とイオンビーム形状とミリング速度を任意に選択することができることがわかる。上記のような構成によれば、イオンビームプロファイルが任意に制御できるため、ミリング対象物の材料特性に合わせて条件を選定することで低い加速電圧の条件でのイオン電流の安定した制御が容易であり、加速電極に付着するリデポジションや加速電極出口孔の変形、リデポジションによる加速電極の汚染を抑えて、安定したイオン電流を得ることができるイオンガンを備えたイオンミリング装置を実現できる。
【００４３】
図１０は本発明のイオンミリング加工装置の構成を示す説明図の他の一例である。図１で示した装置構成に、試料冷却を目的とした試料ステージ冷却部７０を付加したイオンミリング装置であって、真空チャンバー４の大気側に冷却源７２と冷却制御部７３とを配置して、真空チャンバー４内の発熱源である試料６および試料台７とを、熱伝達部７１にて接続した試料ステージ冷却部７０を備えたイオンミリング装置である。
【００４４】
熱伝達部７１に樹脂チューブの内部にイオン液体を充填した金属性の網線を、冷却源７２に液体窒素デュワーを適用し、試料６および試料台７に接続された場合には、試料の冷却範囲は装置の構成上７００μｍφが限界となる。このため、図３に示したようにイオンビーム電流が最大値となるように設定する従来条件のペニング放電方式のイオンガンのビームプロファイルではビームスポット領域が大きくなりすぎるため、試料６を十分に冷却することができず、試料の熱破損（熱ダメージ）が回避できない。
【００４５】
本発明によれば、表１及び表２に示したように加速電圧とアルゴンガス流量の設定により所望のイオンビーム電流値とイオンビーム形状とミリング速度を任意に選択することができる。このため、装置の冷却性能とミリング対象物の材料特性を考慮して最適なイオンビーム電流とイオンビームプロファイルを有するイオンミリング加工との組み合わせの選択が可能となる。ここでは試料ステージ冷却部７０の代表例として前記の構成を例示したが、試料ステージ冷却部７０が他の構成による場合であっても、本発明を適用することができる。
【００４６】
このように冷却源の冷却性能を有効に活用できるイオンビームを任意に形成できることを示し、イオンビーム電流値の増減も含めた選択をすることが可能となり、より大きな冷却効果が期待できる。イオンミリング速度が大きく低下しないことから、特に今まで熱ダメージ低減のためミリング速度を落とさざるを得なかったミリング対象物に対して、実用十分なミリング速度を実現できることを示している。このように本発明は、試料の冷却を目的として試料ステージ冷却部を備えたイオンミリング装置と組み合わせることにより、低熱ダメージミリング装置として、より大きな効果を得ることができる。
【００４７】
図１１は本発明のイオンミリング加工装置の構成を示す説明図の他の一例である。中央制御部８０は少なくともガス流量制御部８１とイオンビーム電流制御部８２を備え、少なくとも電流測定部５０とガス流量可変部４０に電気的に接続されている。電流測定部５０に配置されている電流測定子５２は電流測定子駆動部５１によりイオンビーム２の軸上へ配置、及びイオンビーム２の軸上から退避する機構を有する。電流測定子５２が電流測定子駆動部５１によりイオンビーム２の軸上への配置されている場合に、電流測定部５０の出力が中央制御部８０に送られ、中央制御部８０はイオンビーム電流制御部８２によりイオンビーム電流値をモニターする。さらに中央制御部８０はガス流量制御部８１によりガス流量可変部４０を駆動させ、イオンガン１のイオン化室１８に供給するガス流量を変動させる。このとき中央制御部８０は電流測定部５０による計測されたイオンビーム電流値のばらつきをモニターし、図４や図８に示した測定データを自動的に取得する。中央制御部８０は測定データからばらつきのない安定したイオンビームが取得できるガス流量を自動的に設定することで安定したイオンミリング加工を行うことができる。 
【符号の説明】
【００４８】
１  イオンガン
２  イオンビーム
３  イオンガン制御部
４  真空チャンバー
５  真空排気系
６  試料
７  試料台
８  試料ステージ
９  試料ステージ駆動部
１１  カソード
１２  カソード
１３  アノード
１４  永久磁石
１５  加速電極
１６  インシュレータ
１７  イオンガンベース
１８  イオン化室
２１  放電電源
２２  加速電源
３１  アノード内径 
３２  アノード出口孔
３３  カソード出口孔 
３４  加速電極出口孔 
４０  ガス流量可変部
４１  ガス源
５０  電流測定部 
５１  電流測定子駆動部
５２  電流測定子 
７０  試料ステージ冷却部 
７１  熱伝達部 
７２  冷却源
７３  冷却制御部
８０  中央制御部
８１  ガス流量制御部
８２  イオンビーム電流制御部
【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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