(57)【要約】【課題】本発明はイオン発生装置に関し、試料への良好な加工を行なうことができると共に、イオンビーム加工装置のウォームアップ時間を短縮することができるイオンビーム加工装置のイオン発生装置を提供することを目的としている。【解決手段】イオンビーム加工装置のイオン発生装置において、イオン源１へガスを注入する操作をフラッシュ状に短時間で複数回行なうように構成される。この結果、安定なイオンを出力することができ、試料への良好な加工を行なうことができる。また、イオンビームのウォームアップ時間を短縮することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビーム加工装置のイオン発生装置において、
イオン源へガスを注入する操作をフラッシュ状に短時間で複数回行なうことを特徴とするイオン発生装置。
【請求項２】
前記イオン源へガスをフラッシュ状に注入する操作は、イオン源にガスを送り込むガス用電磁弁をオン／オフする動作で行なうことを特徴とする請求項１記載のイオン発生装置。
【請求項３】
前記オン／オフ動作の周期は、１秒程度の電磁弁開閉動作を２から３回行なうものであることを特徴とする請求項１又は２記載のイオン発生装置。
【請求項４】
前記ガスはアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスの何れか１つであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はイオン発生装置に関し、更に詳しくは電子顕微鏡用試料作成装置（ＳＥＭ−ＣＰ，ＴＥＭ−ＣＰ）に用いられるイオン発生装置のイオン発生動作を短時間で行なうことができるようにしたイオン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビーム加工装置は、イオン源より発生したイオンを試料上に照射して試料表面を削ったりする何らかの加工を行なう装置である。この場合、イオンはイオン源より発生される。イオン源には、エミッタが設けられ、このエミッタにアルゴンガス等のガスを吹き付けることにより、ガスをイオン化し、更にこのイオンを引き出し電極により引き出すことにより、イオンとしてイオン源から外に取り出すことができる。取り出されたイオンは、光学系を介して試料上に照射され、イオン注入、エッチング等の加工が施される。
【０００３】
従来のこの種の装置としては、イオン源の中をプラズマ状態にし、引き出し電極に電圧を印加することにより、イオンを外に取り出し、イオンビームを発生させる技術が知られている（例えば特許文献１参照）。また、発生したイオンの一部を電流として検出し、検出した電流量が目標電流値になるようにイオン化室内へのガス供給量を調整するようにした技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−３３８２５１号公報（段落０００６〜０００８、図１）
【特許文献２】特開平７−１０５８９２号公報（段落００１０〜００１７、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のイオンビーム加工装置では、加工試料の交換等でその都度イオン源及びその近傍は大気にさらされる。このため、試料をセットした後、真空引きして安定した後、イオン源にガスを一定流量で送り込むようになっていた。この場合において、ニードル弁や、圧力／流量コントローラを使用して予め設定された一定流量で１０分〜３０分後、加工作業に入っていた。
【０００５】
イオンビーム加工装置は、アルゴンガスをイオン源に注入し、通常、圧力を１０-3Ｐａオーダで使用している。しかしながら、アルゴンガスの注入量は微少であり、一度試料交換室で大気状態にした後は、再度真空引きした後ガスを注入し、ガス濃度が一定になるまで時間（１０〜３０分）をかけて置換していた。この場合において、ガス置換が不十分な場合は、適正なイオン源として機能しないばかりか、異常放電を引き起こすことになり、試料の研磨品質を著しく低下せしめ、加工の目的を達成できないのみならず、試料自体をだめにしてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料への良好な加工を行なうことができると共に、イオンビーム加工装置のウォームアップ時間を短縮することができるイオンビーム加工装置のイオン発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１記載の発明は、イオンビーム加工装置のイオン発生装置において、イオン源へガスを注入する操作をフラッシュ状に短時間で複数回行なうことを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、前記イオン源へガスをフラッシュ状に注入する操作は、イオン源にガスを送り込むガス用電磁弁をオン／オフする動作で行なうことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記オン／オフ動作の周期は、１秒程度の電磁弁開閉動作を２から３回行なうものであることを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、前記ガスはアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスの何れか１つであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
（１）請求項１記載の発明によれば、イオン源内のガスの濃度を速く所定の濃度にすることができるので、安定なイオンを出力することができ、試料への良好な加工を行なうことができると共に、イオンビーム加工装置のウォームアップ時間を短縮することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、ガス用電磁弁をオン／オフすることにより、イオン源へのガスのフラッシュ状注入を行なうことができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、１秒程度の電磁弁開閉動作を２から３回行なうことで、イオン源内のガスの濃度を速く所定の濃度に設定することができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、イオン化するガスとしてアルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガスの何れか１つを用いることにより、良好なイオンビーム発生を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態を示す構成図である。図において、１はイオンを放出するイオン源、２はその内部で試料にイオンビームが照射されるチャンバ、３はチャンバ２内を大気圧に戻すためのチャンバリーク電磁弁、４はチャンバ２内を真空引きするための主ポンプ（ＴＭＰ）、５はチャンバ排気用電磁弁、６はロータリポンプ用のリーク弁として使用するロータリポンプベント弁、７は真空引き用のロータリポンプ（ＲＰ）である。
【００１０】
８はイオン源１内に注入されるアルゴンガスの流量を調整する流量調整器、９はアルゴンガスをイオン源１に注入させるためのアルゴンガス用電磁弁、１０は真空排気コントローラである。真空排気コントローラ１０としては、例えばＣＰＵが用いられる。該真空排気コントローラ１０は、流量調整器８に制御信号を送ってアルゴンガスの流量を調整すると共に、真空引き用ポンプ４、アルゴンガス用電磁弁９、チャンバリーク電磁弁３、チャンバ排気用電磁弁５、ロータリポンプベント弁６及びロータリポンプ７の制御を行なう。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００１１】
アルゴンガスの経路として、ボンベ（図示せず）から供給されたガスは、アルゴンガス用電磁弁９を通り、ガス流量調整器８で最適流量に調整され、イオン源１に注入される。今、新しい加工試料を装填するために、チャンバ内２を大気圧にする。チャンバ２内を大気圧にするために、真空排気コントローラ１０はチャンバリーク電磁弁３を開放にする。この結果、チャンバ２内は大気圧になる。チャンバ２内を大気圧にして、新しい加工試料を試料ステージ（図示せず）にセットしたら、真空排気コントローラ１０の制御により、チャンバリーク電磁弁３を閉じる。
【００１２】
更に、真空排気コントローラ１０は、真空引き用主ポンプ４及びロータリポンプ７を動作させ、チャンバ排気用電磁弁５を開放し、真空引きする。この時、ロータリポンプベント弁６は閉じている。このようにして、チャンバ２内を真空排気する。
【００１３】
チャンバ２内の真空度が１０-4Ｐａになったら、真空排気コントローラ１０は、アルゴンガス用電磁弁９を開け、流量調整器８を制御しながら規定のガス量を流し始め、イオン源１内のガス置換が終わるまで時間を置き、その後、イオン源１に所定の高電圧を印加し、ミーリング（削り処理）を開始させる。
【００１４】
図２はイオン源の構成例を示す図である。図において、２０はイオンを放出するアノード、２１は発生したイオンを引き出すためのグリッド、２２はグリッド２１の周囲を取り囲むように構成されたカソード、２はイオン源１からのイオンが入射されるチャンバである。ここで、イオン源１内にアルゴンガスを充満させる。そして、アルゴンガスが十分に充満した状態で、チャンバ２内の真空度が１０-4Ｐａ程度になったら、アノード２０に例えば８ｋＶ程度の電圧を印加し、グリッド２１に７ｋＶ程度の電圧を印加し、アノード２０とグリッド２１間の電位差を１ｋＶ程度になるようにする。この結果、アノード２０は、電圧による作用によりアノード２０に接触したアルゴンガスをイオン化する。または、イオン源１内をプラズマ状態にしてアルゴンガスをイオン化し、アノード２０からイオンを放出するような構成にしてもよい。このようして、アルゴンガスがイオン化され、イオン源１内に充満することとなる。充満されたイオンは、グリッド２１により引き出され、グリッド２１の開口、カソード２２の開口を通過してチャンバ２内に出射される。
【００１５】
従来の使用方法は、１０〜３０分程度かけてイオン源１内をガス置換するものであったため、１０〜３０分という時間がかかっていた。本発明はこれを解決するものである。具体的には、前記したガス置換を高速にするため、本発明を用いる。本発明では、真空排気コントローラ１０が流量調整器８を最適流量の１００倍程度とし、１秒程度のアルゴンガス用電磁弁９をオン／オフする動作（フラッシング）を複数回行なう。具体的には、２，３回程度が好ましい。このように、大量のアルゴンガスを瞬時にイオン源１に注入する動作（オン動作）とアルゴンガスの注入を全面的にストップする動作（オフ動作）を複数回繰り返すのである。このようにしてイオン源１からイオンが出射され、チャンバ２内に配置された試料を加工することができるようになる。
【００１６】
このような動作を行わせることにより、イオン源１内に大量のアルゴンガスを充満させることができ、イオン源内のガス濃度を所定の濃度にすることができるので、安定なイオンビームを出力することができ、試料への良好な加工を行なうことができる。また、イオンビームのウォームアップ時間を短縮することができる。
【００１７】
また、ガス用電磁弁をオン／オフすることにより、イオン源１へのガスのフラッシュ状注入を行なうことができる。また、１秒程度の電磁弁開閉動作を２，３回行なうことで、イオン源１内のガスの濃度を速く所定の濃度に設定することができ、イオンビームを速やかに出射できるようにすることが可能となる。
【００１８】
上述の実施の形態では、イオン化するガスとしてアルゴンガスを用いた場合を例にとったが、本発明はこれに限るものではなく、その他のガス、例えばヘリウムガス又は窒素ガス等を用いることができ、良好なイオンビーム発生を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】イオン源の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    イオン源
２    チャンバ
３    チャンバリーク電磁弁
４    真空引き用主ポンプ
５    チャンバ排気用電磁弁
６    ロータリポンプベント弁
７    ロータリポンプ
８    流量調節器
１０  真空排気コントローラ
【図１】
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【図２】
2008152941.tif 000004