(57)【要約】【課題】簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能なビーム加工装置を提供すること。【解決手段】ビーム加工装置１は、ワーク２の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源１３と、ビーム出射源１３が出射されたビームが通過する第１経路３４を有する真空チャンバー３と、第１経路３４に連通し第１経路３４を通過したビームが通過する第２経路４０およびワーク２に向けてビームを出射する出射孔７８ａを有する局所真空チャンバー２７と、ビームの照射位置を検出するために、出射孔７８ａ等に配置される被照射部材５３を有する検出手段とを備えている。このビーム加工装置１は、ビームを用いて真空チャンバー３および局所真空チャンバー２７の外部の大気圧中に少なくとも一部が配置されるワーク２の加工を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過する第１経路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記第１経路に連通し上記第１経路を通過した上記ビームが通過する第２経路および上記加工対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、上記ビームの照射位置を検出するために、上記出射孔から出射される上記ビームの出射方向における上記出射孔の外側または上記出射孔に配置される被照射部材を有する検出手段とを備え、
上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記加工対象物の加工を上記ビームを用いて行うことを特徴とするビーム加工装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記被照射部材としての検出用電極と、前記第１経路および／または前記第２経路に配置される前記ビームの偏向装置と、上記検出用電極で検出される検出電流値と上記偏向装置による前記ビームの偏向位置とに基づいて上記偏向位置に対応する上記検出電流値を画像化する画像生成装置とを備えることを特徴とする請求項１記載のビーム加工装置。
【請求項３】
加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過する第１経路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記第１経路に連通し上記第１経路を通過した上記ビームが通過する第２経路および上記加工対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、上記ビームの進行方向と上記出射孔との位置合せを行うための位置調整手段とを備え、
上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記加工対象物の加工を上記ビームを用いて行うことを特徴とするビーム加工装置。
【請求項４】
前記局所真空チャンバーは、前記出射孔が形成されるビーム出射部を備え、前記位置調整手段は、前記ビームの出射方向に直交する方向に、上記ビーム出射部を移動させる移動機構と、上記ビーム出射部を固定する固定機構とを備えることを特徴とする請求項３記載のビーム加工装置。
【請求項５】
前記局所真空チャンバーには、前記出射孔の外周側に配置される吸気口が形成されるとともに、上記吸気口から前記局所真空チャンバーの内部に向かって吸気を行う吸気手段を備えることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載のビーム加工装置。
【請求項６】
前記出射孔から出射される前記ビームは集束イオンビームであり、前記加工対象物の加工を行うためのレーザビームを出射するレーザ出射手段を備えるとともに、上記集束イオンビームと上記レーザビームとを用いて前記加工対象物の加工を行うことを特徴とする請求項１から５いずれかに記載のビーム加工装置。
【請求項７】
前記加工対象物が固定される固定手段を備えるとともに、前記集束イオンビームで前記加工対象物の加工が行われるイオンビーム加工領域と、前記レーザビームで前記加工対象物の加工が行われるレーザ加工領域との間で上記固定手段を移動させる移動手段を備えることを特徴とする請求項６記載のビーム加工装置。
【請求項８】
前記加工対象物の加工状態を測定する測定手段を備え、前記移動手段は、上記測定手段で前記加工対象物の加工状態の測定が行われる測定領域へ前記固定手段を移動可能に構成されていることを特徴とする請求項７記載のビーム加工装置。
【請求項９】
観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過する第１経路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記第１経路に連通し上記第１経路を通過した上記ビームが通過する第２経路および上記観察対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、上記ビームの照射位置を検出するために、上記出射孔から出射される上記ビームの出射方向における上記出射孔の外側または上記出射孔に配置される被照射部材を有する検出手段とを備え、
上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記観察対象物の観察を上記ビームを用いて行うことを特徴とするビーム観察装置。
【請求項１０】
前記検出手段は、前記被照射部材としての検出用電極と、前記第１経路および／または前記第２経路に配置される前記ビームの偏向装置と、上記検出用電極で検出される検出電流値と上記偏向装置による前記ビームの偏向位置とに基づいて上記偏向位置に対応する上記検出電流値を画像化する画像生成装置とを備えることを特徴とする請求項９のビーム観察装置。
【請求項１１】
観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過する第１経路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記第１経路に連通し上記第１経路を通過した上記ビームが通過する第２経路および上記観察対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、上記ビームの進行方向と上記出射孔との位置合せを行うための位置調整手段とを備え、
上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記観察対象物の観察を上記ビームを用いて行うことを特徴とするビーム観察装置。
【請求項１２】
前記局所真空チャンバーは、前記出射孔が形成されるビーム出射部を備え、前記位置調整手段は、前記ビームの出射方向に直交する方向に、上記ビーム出射部を移動させる移動機構と、上記ビーム出射部を固定する固定機構とを備えることを特徴とする請求項１１記載のビーム観察装置。
【請求項１３】
前記局所真空チャンバーには、前記出射孔の外周側に配置される吸気口が形成されるとともに、上記吸気口から前記局所真空チャンバーの内部に向かって吸気を行う吸気手段を備えることを特徴とする請求項９から１２いずれかに記載のビーム観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームを用いて加工対象物の加工を行うビーム加工装置、および、ビームを用いて観察対象物の観察を行うビーム観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加工対象物（ワーク）に対する加工を行う加工装置として、集束イオンビームでワークを加工する集束イオンビーム加工装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、ワークに対する加工を行う加工装置として、電子ビームでワークを加工する電子ビーム加工装置も知られている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された集束イオンビーム加工装置では、集束イオンビームの散乱を防止するため、真空チャンバー内に配置されたステージ上にセットされたワークに対して集束イオンビームが照射され、ワークの加工が行われる。また、特許文献２に記載された電子ビーム加工装置でも同様に、電子ビームの散乱を防止するため、真空チャンバー内に配置されたステージ上にセットされたワークに対して電子ビームが照射され、ワークの加工が行われる。
【０００４】
また、集束イオンビームを用いて観察対象物の観察を行う集束イオンビーム観察装置も知られている（たとえば、特許文献３参照）。また、一般に、電子ビームを用いて観察対象物の観察を行う電子ビーム観察装置も知られている。かかる集束イオンビーム観察装置や電子ビーム観察装置でも、真空チャンバー内に配置されたステージ上にセットされた観察対象物に対して集束イオンビームや電子ビームが照射されて、観察対象物の観察が行われる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２１５４号公報
【特許文献２】特開２００４−１６７５３６号公報
【特許文献３】特開平１０−１６２７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の集束イオンビーム加工装置および特許文献２に記載の電子ビーム加工装置では、ワークがセットされるステージが真空チャンバー内に配置されているため、ステージによるワークの移動範囲には限界がある。すなわち、特許文献１に記載の集束イオンビーム加工装置や特許文献２に記載の電子ビーム加工装置では、大きなワークを広範囲で加工することは困難である。
【０００７】
ここで、特許文献１に記載の集束イオンビーム加工装置や特許文献２に記載の電子ビーム加工装置でも、真空チャンバーを大きくすることで、大きなワークを広範囲で加工することは可能となる。しかしながら、真空チャンバーを大きくすると加工装置が大型化するとともに、加工装置の製造コストおよびランニングコストが嵩む。また、従来の集束イオンビーム観察装置や電子ビーム観察装置においても、同様の問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能なビーム加工装置を提供することにある。また、本発明の課題は、簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能なビーム観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明のビーム加工装置は、加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、ビーム出射源から出射されたビームが通過する第１経路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、第１経路に連通し第１経路を通過したビームが通過する第２経路および加工対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、ビームの照射位置を検出するために、出射孔から出射されるビームの出射方向における出射孔の外側または出射孔に配置される被照射部材を有する検出手段とを備え、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物の加工を上記ビームを用いて行うことを特徴とする。
【００１０】
また、上記の課題を解決するため、本発明のビーム観察装置は、観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、ビーム出射源から出射されたビームが通過する第１経路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、第１経路に連通し第１経路を通過したビームが通過する第２経路および観察対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、ビームの照射位置を検出するために、出射孔から出射されるビームの出射方向における出射孔の外側または出射孔に配置される被照射部材を有する検出手段とを備え、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物の観察をビームを用いて行うことを特徴とする。
【００１１】
ここで、本明細書において、「局所真空チャンバー」とは、加工対象物あるいは観察対象物の一部分のみを真空状態とするための真空チャンバーをいう。
【００１２】
本発明のビーム加工装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物をビーム用いて加工している。そのため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて加工対象物を移動させる簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。また、本発明のビーム観察装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物をビームを用いて観察しているため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて観察対象物を移動させる簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能になる。
【００１３】
また、本発明のビーム加工装置およびビーム観察装置は、ビーム出射源から出射されたビームの照射位置を検出するために、出射孔から出射されるビームの出射方向における出射孔の外側または出射孔に配置される被照射部材を有する検出手段を備えている。そのため、加工対象物あるいは、観察対象物が真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に配置される場合であっても、検出手段での検出結果に基づいて、ビームを出射孔から確実に出射して加工対象物、あるいは、観察対象物に照射することが可能になる。その結果、加工対象物の適切な加工、あるいは、観察対象物の適切な観察が可能になる。
【００１４】
本発明において、検出手段は、被照射部材としての検出用電極と、第１経路および／または第２経路に配置されるビームの偏向装置と、検出用電極で検出される検出電流値と偏向装置によるビームの偏向位置とに基づいて偏向位置に対応する検出電流値を画像化する画像生成装置とを備えることが好ましい。このように構成すると、画像化された検出電流値を目視で確認することで、ビームの照射位置を検出できる。そのため、ビームの照射位置の検出が容易になる。
【００１５】
さらに、上記の課題を解決するため、本発明のビーム加工装置は、加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、ビーム出射源から出射されたビームが通過する第１経路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、第１経路に連通し第１経路を通過したビームが通過する第２経路および加工対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、ビームの進行方向と出射孔との位置合せを行うための位置調整手段とを備え、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物の加工をビームを用いて行うことを特徴とする。
【００１６】
さらにまた、上記の課題を解決するため、本発明のビーム観察装置は、観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、ビーム出射源から出射されたビームが通過する第１経路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、第１経路に連通し第１経路を通過したビームが通過する第２経路および観察対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、ビームの進行方向と出射孔との位置合せを行うための位置調整手段とを備え、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物の観察をビームを用いて行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明のビーム加工装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物をビームによって加工しているため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて加工対象物を移動させる簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。また、本発明のビーム観察装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物をビームによって観察しているため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて観察対象物を移動させる簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能になる。
【００１８】
また、本発明のビーム加工装置およびビーム観察装置は、ビーム出射源から出射されたビームの進行方向と出射孔との位置合せを行うための位置調整手段を備えている。そのた、加工対象物、あるいは、観察対象物が真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に配置される場合であっても、位置調整手段を用いて、ビームを出射孔から確実に出射して加工対象物、あるいは、観察対象物に照射することが可能になる。その結果、加工対象物の適切な加工、あるいは、観察対象物の適切な観察が可能になる。
【００１９】
本発明において、局所真空チャンバーは、出射孔が形成されるビーム出射部を備え、位置調整手段は、ビームの出射方向に直交する方向に、ビーム出射部を移動させる移動機構と、ビーム出射部を固定する固定機構とを備えることが好ましい。このように構成すると、ビームが出射される出射孔を直接移動させて、ビームの進行方向と出射孔との位置合せを行うことができるため、ビームの進行方向と出射孔との位置合せが容易になる。
【００２０】
本発明において、局所真空チャンバーには、出射孔の外周側に配置される吸気口が形成されるとともに、ビーム加工装置およびビーム観察装置は、吸気口から局所真空チャンバーの内部に向かって吸気を行う吸気手段を備えることが好ましい。このように構成すると、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に加工対象物、あるいは、観察対象物が配置される場合であっても、加工対象物の加工部位、あるいは、観察対象物の観察部位の周辺の圧力を適切に下げることができる。そのため、加工対象物、あるいは、観察対象物への適切なビームの照射が可能になる。
【００２１】
本発明のビーム加工装置において、出射孔から出射されるビームは集束イオンビームであり、ビーム加工装置は、加工対象物の加工を行うためのレーザビームを出射するレーザ出射手段を備えるとともに、集束イオンビームとレーザビームとを用いて加工対象物の加工を行うことが好ましい。レーザビームの特性上、レーザビームを用いた直接加工では、加工対象物に対して数μｍ（マイクロメートル）のレベルでしか加工を行うことができない。これに対して、集束イオンビームを用いた加工では、数百ｎｍ（ナノメートル）〜数十ｎｍのレベルで加工対象物を加工することは可能であるが、数百ｎｍ〜数十ｎｍのレベルでの加工に加え、数μｍレベルでの加工を加工対象物に対して行う必要がある場合に、集束イオンビームでは加工時間がかかり、生産性は低下する。
【００２２】
そのため、このように構成すると、比較的精度が低い粗加工をレーザビームで行い、精度の必要な微細加工を集束イオンビームで行うことができる。したがって、たとえば、加工対象物に対して、数十μｍレベルから数十ｎｍレベルまでの加工を行う必要がある場合であっても、加工対象物に対する微細な加工を短時間で行うことが可能になる。また、加工対象物は、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に配置されるため、レーザ出射手段から出射されるレーザビームを用いたレーザ加工は、大気中で行うことができる。そのため、レーザ加工の際にアシストガスが必要になる場合であっても、アシストガスを用いた適切なレーザ加工を行うことが可能になる。
【００２３】
本発明において、ビーム加工装置は、加工対象物が固定される固定手段を備えるとともに、集束イオンビームで加工対象物の加工が行われるイオンビーム加工領域と、レーザビームで加工対象物の加工が行われるレーザ加工領域との間で固定手段を移動させる移動手段を備えることが好ましい。このように構成すると、集束イオンビームによる加工とレーザビームによる加工との間で、加工対象物の着脱を行う必要がなくなる。そのため、集束イオンビームとレーザビームとの両者を用いて、加工対象物の加工を行う場合であっても、加工対象物の着脱誤差がなくなり、加工対象物の加工精度を高めることができる。
【００２４】
本発明において、ビーム加工装置は、加工対象物の加工状態を測定する測定手段を備え、移動手段は、測定手段で加工対象物の加工状態の測定が行われる測定領域へ固定手段を移動可能に構成されていることが好ましい。このように構成すると、加工対象物の着脱を行うことなく、加工の途中で、加工対象物の加工状態を測定できる。そのため、加工対象物の加工精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明のビーム加工装置では、簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。また、本発明のビーム観察装置では、簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（ビーム加工装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるビーム加工装置１の概略構成を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示すビーム加工装置１の主要部の構成を模式的に示す図である。
【００２８】
本形態のビーム加工装置１は、所定の加工対象物（ワーク）２の加工を行うためのビームとしての集束イオンビームと、レーザビームとを用いて、ワーク２に対して除去加工等の微細な加工を行う加工システムである。このビーム加工装置１は、図１および図２に示すように、集束イオンビーム（ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ））を出射するためのビーム出射源１３および真空チャンバー３と、ワーク２の加工を行うためのレーザビームを出射するレーザ出射手段４と、ＦＩＢの拡散を防止するための真空生成手段５と、ワーク２の加工状態を測定する測定手段６と、ワーク２が載置されるとともにワーク２を移動させる移動手段７と、ビーム加工装置１の各種の制御を行う制御部８と、真空チャンバー３や測定手段６等が固定された本体フレーム９と、本体フレーム９が固定されるとともに移動機構７等が搭載された本体ベース１０と、ビーム加工装置１の設置面と本体ベース１０との間の相対的な振動を除去するための制振装置１１と、ＦＩＢの照射位置を検出するための後述の検出手段５７を構成する検出部１２とを備えている。なお、本形態のビーム加工装置１は、大気圧中に配置されている。また、以下では、図１に示すように、図１の前後方向Ｙ方向、左右方向をＸ方向、上下方向をＺ方向と表記する。
【００２９】
ビーム出射源１３は、ガリウム（Ｇａ）等の液体金属をイオン源としてイオンビームを出射する。また、ビーム出射源１３は、真空チャンバー３の一端側（図２の上端側）に取り付けられている。真空チャンバー３の内部には、ビーム出射源１３から出射されたイオンビームが通過する第１経路３４が形成されている。第１経路３４には、通過するイオンビームを集束させるための所定のイオン光学系（図示省略）等が配置されている。また、第１経路３４には、後述の検出手段５７を構成する偏向装置５９の一部が配置されている（図１０参照）。本形態では、真空チャンバー３の他端側（図２の下端側）からＦＩＢが出射される。たとえば、２０〜３０ｋＶに加速されたＧａイオンビーム（すなわち、ＦＩＢ）が出射され、スパッタリング現象を用いて、ワーク２の加工が行われる。本形態では、このＦＩＢによって、ワーク２は、数百ｎｍのレベルで加工される。なお、本形態のビーム加工装置１は、第１経路３４を真空状態とするための真空ポンプ（図示省略）を備えている。
【００３０】
レーザ出射手段４は、複数種類のレーザビームを出射するように構成されている。本形態のレーザ出射手段４は、３種類のレーザビームを出射するように構成されており、図２等に示すように、第１レーザ出射機構１４、第２レーザ出射機構１５および第３レーザ出射機構１６の３つのレーザ出射機構を備えている。
【００３１】
第１レーザ出射機構１４は、比較的波長の短い短波長レーザビームを出射するように構成され、レーザビームを発生させる第１レーザ光源１７と、本体フレーム９に固定され、ワーク２に向かって下端からレーザビームを照射する第１レーザヘッド１８と、所定の光学系で構成され第１レーザ光源１７で発生したレーザビームを第１レーザヘッド１８へと導く光路１９とを備えている。本形態の第１レーザ出射機構１４は、ＵＶ（紫外線）レーザビームを出射する。また、本形態では、第１レーザ出射機構１４から出射されるＵＶレーザビームによって、ワーク２は、数十μｍのレベルで加工される。
【００３２】
第２レーザ出射機構１５は、パルスの時間幅がピコ秒（ｐｓ）やフェムト秒（ｆｓ）といった非常に短い極短パルスレーザビームを出射するように構成され、レーザビームを発生させる第２レーザ光源２０と、本体フレーム９に固定され、ワーク２に向かって下端からレーザビームを照射する第２レーザヘッド２１と、所定の光学系で構成され第２レーザ光源２０で発生したレーザビームを第２レーザヘッド２１へと導く光路２２とを備えている。本形態の第２レーザ出射機構１５は、パルスの時間幅がフェムト秒であるｆｓレーザビームを出射する。また、本形態では、第２レーザ出射機構１５から出射されるｆｓレーザビームによって、ワーク２は、数μｍのレベルで加工される。
【００３３】
第３レーザ出射機構１６は、ビーム成形されたレーザビームを出射するように構成されている。本形態の第３レーザ出射機構１６は、赤外線レーザビームを出射するファイバーレーザであり、レーザビームを発生させる第３レーザ光源２３と、本体フレーム９に固定され、ワーク２に向かって下端から成形されたレーザビームを照射する第３レーザヘッド２４と、第３レーザ光源２３で発生したレーザビームを第３レーザヘッド２４へと導くファイバーケーブル２５とを備えている。本形態では、第３レーザ出射機構１６から出射されるビーム成形された赤外線レーザビームによって、十μｍレベルの加工がワーク２に対して行われる。
【００３４】
なお、本形態のレーザ出射手段４は、ワーク２のレーザ加工を適切に行うため、レーザ加工中にアシストガスを噴射するガス噴射装置（図示省略）を備えている。ガス噴射装置から噴射されるアシストガスは、たとえば、レーザ加工中のワーク２の酸化を防止したり、あるいは、レーザ加工で生じる飛散物を除去するための窒素ガスやヘリウムガス等である。
【００３５】
真空生成手段５は、真空チャンバー３の他端側に取り付けられ、ＦＩＢが通過する局所真空チャンバー２７と、局所真空チャンバー２７の内部等を真空状態とするための各種の機器や制御装置等を有する真空装置本体２８とを備えている。この真空生成手段５の詳細な構成については後述する。
【００３６】
測定手段６は、ＦＩＢやレーザビームで加工されたワーク２の加工状態（加工形状）を測定するように構成され、本体フレーム９に固定されている。本形態の測定手段６は、原子間力顕微鏡であり、片持ち梁の先端に固定されたプローブ（図示省略）とワーク２の加工部位との間に働く原子間力の変動を利用して、ワーク２の加工部位の三次元形状を数ｎｍレベルで測定する。なお、測定手段６は、微細形状を測定可能なものであれば良く、たとえば、走査型レーザ顕微鏡等であっても良い。
【００３７】
移動手段７は、図２に示すように、ワーク２が固定されるチャック等の固定手段２９が取り付けられワーク２をＺ方向へ移動させるＺ方向移動機構３０と、Ｚ方向移動機構３０とともにワーク２をＸ方向へ移動させるＸ方向移動機構３１と、Ｚ方向移動機構３０およびＸ方向移動機構３１とともにワーク２をＹ方向へ移動させるＹ方向移動機構３２とを備えるいわゆるＸＹＺステージである。なお、本形態では、ワーク２側からＺ方向移動機構３０、Ｘ方向移動機構３１およびＹ方向移動機構３２がこの順番で配置されているが、Ｚ方向移動機構３０、Ｘ方向移動機構３１およびＹ方向移動機構３２は、ワーク２側からどのような順番で配置されても良い。
【００３８】
Ｚ方向移動機構３０、Ｘ方向移動機構３１およびＹ方向移動機構３２はそれぞれ、モータ等の駆動源を備えている。また、Ｚ方向移動機構３０、Ｘ方向移動機構３１およびＹ方向移動機構３２はそれぞれ、移動機構制御部３３に接続されており、移動機構制御部３３からの制御指令に基づいて、各方向へワーク２を移動させる。なお、本形態のＺ方向移動機構３０、Ｘ方向移動機構３１およびＹ方向移動機構３２はそれぞれ、数十ｎｍレベルでワーク２を各方向へ移動させることができる。また、本形態のＸ方向移動機構３１およびＹ方向移動機構３２の移動範囲（ストローク）は２５０ｍｍである。
【００３９】
本形態のビーム加工装置１は、Ｘ方向移動機構３１およびＹ方向移動機構３２によって、局所真空チャンバー２７、第１から第３レーザヘッド１８、２１、２４および測定手段６のいずれの下方にもワーク２を配置できる構成となっている。すなわち、本形態では、移動手段７によって、ＦＩＢでワーク２の加工が行われるイオンビーム加工領域である局所真空チャンバー２７の下方と、レーザビームでワーク２の加工が行われるレーザ加工領域である第１から第３レーザヘッド１８、２１、２４の下方と、ワーク２の加工状態の測定が行われる測定領域である測定手段６の下方との間で、固定手段２９とともにワーク２を移動させることが可能である。
【００４０】
制御部８には、図２に示すように、ビーム出射源１３、第１から第３レーザ光源１７、２０、２３、測定手段６、真空装置本体２８、移動機構制御部３３および検出部１２等が接続されている。本形態では、制御部８は、これらの機器がそれぞれ個別に接続される複数の個別制御部（図示省略）によって構成されている。また、検出部１２が接続される個別制御部は、検出部１２等とともに後述の検出手段５７を構成する後述の信号混合回路６０および画像処理回路６１等の制御回路を備えている（図９参照）。この信号混合回路６０および画像処理回路６１の詳細な構成については後述する。なお、検出部１２が接続される個別制御部を制御部８から分離して、信号混合回路６０および画像処理回路６１等の制御回路を有する制御部を別途、設けても良い。
【００４１】
本体フレーム９は、たとえば、石で形成されるとともに、門型に形成されている。この本体フレーム９には、ワーク２の上面にレーザビームが照射可能となるように、第１から第３レーザヘッド１８、２１、２４がそれぞれ固定され、ワーク２の上面にＦＩＢが照射可能となるように、真空チャンバー３が固定されている。また、測定手段６のプローブの先端がワーク２の上面に対向可能となるように、本体フレーム９に測定手段６が固定されている。
【００４２】
本体ベース１０は、厚い石板で平板状に形成されたいわゆる石定盤である。この本体ベース１０には、本体フレーム９の他に、第１レーザ光源１７、第２レーザ光源２０およびＹ方向移動機構３２等が取り付けられている。
【００４３】
制振装置１１は、たとえば、ビーム加工装置１の設置面に対する本体ベース１０の揺れの方向と反対方向へ重り（図示省略）を動かして、本体ベース１０の揺れを打ち消すアクティブ制振装置である。
【００４４】
検出部１２は、上述のように、ＦＩＢの照射位置を検出するための検出手段５７の一部を構成している。この検出部１２は、図２に示すように（Ｋ部の拡大部分参照）、検出用電極５３と、検出用電極５３が固定された基板５４と、検出用電極５３と基板５４とを電気的に接続する接続線５５とを備えている。
【００４５】
検出用電極５３は、導電性を有する芯線５３ａと、芯線５３ａの周りを覆う絶縁性の被覆５３ｂとから構成され、基板５４の表面から突出するように基板５４に固定されている。また、検出用電極５３は、後述のように、ＦＩＢの照射位置を検出する際に、局所真空チャンバー２７に形成された後述の出射孔７８ａに挿入される。基板５４は、出射孔７８ａへ挿入された検出用電極５３を固定するための固定治具としての機能を果たしている。また、基板５４には、後述のように、検出用電極５３で検出される検出電流を電圧に変換して増幅する電流増幅回路５８が実装されている。接続線５５は、芯線５３ａと電流増幅回路５８とを電気的に接続している。本形態では、検出用電極５３は、ＦＩＢの照射位置を検出する際に、ＦＩＢが照射される被照射部材である。
【００４６】
（局所真空チャンバーの構成）
図３は、図２に示す局所真空チャンバー２７の平面図である。図４は、図３のＥ−Ｅ断面を示す断面図である。図５は、図３のＦ−Ｆ断面を示す断面図である。図６は、図３のＨ−Ｈ断面を示す断面図である。図７は、図４のＪ部を拡大して示す拡大断面図である。
【００４７】
局所真空チャンバー２７は、図３から図７に示すように、底部を有する鍔付の略円筒状に形成されている。この局所真空チャンバー２７は、略円筒状の本体部３５と、底部を形成する第１底面部７６および第２底面部３７と、ワーク２に向けてＦＩＢが出射される出射孔７８ａが形成されたビーム出射部７８と、第１底面部７６に対して、径方向（すなわち、ＦＩＢの出射方向に直交する方向）で、ビーム出射部７８の位置調整を行って、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行うための位置調整手段８０（図７参照）とを備えている。
【００４８】
本体部３５は、径方向内側に配置された内筒部３５ａと、内筒部３５ａの径方向外方に配置された外筒部３５ｂとを有する二重構造となっている。また、本体部３５の上端には、径方向外側へ広がる鍔部３５ｃが形成されている。鍔部３５ｃには、真空チャンバー３の下端に本体部３５を固定するための固定ネジ（図示省略）が挿通される複数の貫通孔３５ｄが形成されている。本形態では、内筒部３５ａと第１底面部７６等とによって、局所真空チャンバー２７の径方向の中心部に第１空間４０が形成され、内筒部３５ａ、外筒部３５ｂ、第１底面部７６および第２底面部３７等によって、第１空間４０の径方向外方および下方に第２空間４１が形成されている。なお、第１空間４０は、真空チャンバー３の第１経路３４に連通している（図８参照）。また、本形態では、第１空間４０は、第１経路３４を通過したＦＩＢが通過する第２経路となっている。
【００４９】
また、本体部３５には、後述のように、第１空間４０を真空状態とするための排気を行う第１排気孔３５ｅが、外周面から第１空間４０に連通するように形成され（図５参照）、第２空間４１を真空状態とするための排気を行う第２排気孔３５ｆが、外周面から第２空間４１に連通するように形成されている（図４参照）。
【００５０】
第１底面部７６は略円板状に形成され、図７に示すように、その上面および下面は、径方向外側から内側に向かうにしたがって下方向へ緩やかに傾斜している。第１底面部７６の径方向中心位置には、ＦＩＢが通過する貫通孔７６ａが形成されている。この貫通孔７６ａは、下側に向かうにしたがって径が小さくなっている。また、第１底面部７６の下面には、ビーム出射部７８および後述の固定部材８１が配置される凹部７６ｂが形成されている。この第１底面部７６は、内筒部３５ａの下端に固定されている。また、内筒部３５ａと第１底面部７６との間には、第１空間４０からの空気の漏れを防止するシール部材４２が配置されている。
【００５１】
位置調整手段８０は、第１底面部７６に固定される略円筒状の固定部材８１と、固定部材８１の内周側から突出してビーム出射部７８の位置調整を行う調整ネジ８２とを備えている。固定部材８１は、第１底面部７６の凹部７６ｂの中に配置された状態で、固定ネジ８３によって、第１底面部７６の下面に固定されている。調整ネジ８２は、頭部を有しない六角穴付止めネジであり、径方向に貫通するように固定部材８１に形成されたネジ孔８１ａに螺合した状態で、固定部材８１の内周側から突出している。本形態では、たとえば、固定部材８１には、９０°ピッチで４箇所にネジ孔８１ａが形成され、それぞれのネジ孔８１ａに調整ネジ８２が螺合している。なお、調整ネジ８２を回転させるためのモータ等の駆動機構が位置調整手段８０に設けられても良い。
【００５２】
ビーム出射部７８は、上下方向に貫通する出射孔７８ａと上端側で径方向外側へ広がる鍔部７８ｂとを有する鍔付の略円筒状に形成されている。出射孔７８ａの上端側は、上側に向かうにしたがって、径が次第に大きくなる略すり鉢状に形成されており、出射孔７８ａは、第１底面部７６の貫通孔７６ａを介して、第１空間４０に連通している。このビーム出射部７８は、固定部材８１の内周側に配置された状態で、第１底面部７６の凹部７６ｂの中に配置され、第１底面部７６の下面と固定部材８１の上面と間に鍔部７８ｂが挟まれた状態で、第１底面部７６に対して固定されている。また、第１底面部７６の下面と鍔部７８ｂの間には、第１空間４０からの空気の漏れを防止するシール部材４３が配置されている。
【００５３】
図７に示すように、ビーム出射部７８の外周面には調整ネジ８２が当接し、ネジ孔８１ａへの調整ネジ８２のネジ込み量によって、ビーム出射部７８の径方向の位置調整が行われる。すなわち、本形態では、固定部材８１に形成されたネジ孔８１ａと調整ネジ８２によって、ＦＩＢの出射方向に直交する方向へビーム出射部７８を移動させる移動機構が構成されている。また、本形態では、固定部材８１と固定ネジ８３とによって、ビーム出射部７８を固定する固定機構が構成されている。
【００５４】
第２底面部３７は、略円板状に形成されている。第２底面部３７の中心部には、ビーム出射部７８の下端側が配置される貫通孔３７ａが形成されている。また、第２底面部３７の上面は、径方向外側から内側に向かうにしたがって下方向へ緩やかに傾斜する傾斜面３７ｂとなっている。そして、第１底面部７６の下面および固定部材８１の下面と、傾斜面３７ｂとの間に形成された空間は、第２空間４１の一部となっている。さらに、第２底面部３７の下面は、貫通孔３７ａの周囲に形成された第１平坦面３７ｃと、第１平坦面３７ｃから径方向外方に向かって上方向へ傾斜するように形成された傾斜面３７ｄと、傾斜面３７ｄから径方向外方に向かって形成された第２平坦面３７ｅとから構成されている。第２底面部３７は、外筒部３５ｂの下端に固定されている。また、外筒部３５ｂと第２底面部３７との間には、第２空間４１からの空気の漏れを防止するシール部材４４が配置されている。
【００５５】
第２底面部３７の貫通孔３７ａの径は、ビーム出射部７８の下端部の外径Ｄ１よりも大きくなっている。また、本形態では、ビーム出射部７８の底面７８ｄと、第１平坦面３７ｃとが同一平面上に配置されている。そして、貫通孔３７ａにおけるビーム出射部７８の径方向外方には、局所真空チャンバー２７の底面から第２空間４１に連通する吸気口４５が形成されている。すなわち、本形態の局所真空チャンバー２７には、出射孔７８ａの外周側に配置される吸気口４５が形成されている。
【００５６】
なお、出射孔７８ａの径は０．１〜２ｍｍであることが好ましく、ビーム出射部７８の下端部の外径Ｄ１は１〜６０ｍｍであることが好ましく、吸気口４５の外径（すなわち、貫通孔３７ａの径および第１平坦面３７ｃの内径）は５〜１００ｍｍであることが好ましく、第１平坦面３７ｃの外径Ｄ２は２５〜１２０ｍｍであることが好ましい。また、本形態では、たとえば、傾斜面３７ｄの外径Ｄ３は５７ｍｍ、内筒部３５ａの内径は５３ｍｍ、内筒部３５ａの外径は７３ｍｍ、外筒部３５ｂの内径は１００ｍｍ、外筒部３５ｂの外径は１２０ｍｍとなっている。また、第１平坦面３７ｃと第２平坦面３７ｅとの距離Ｄ４はたとえば３ｍｍとなっている。
【００５７】
（真空生成手段の構成）
図８は、図２に示す局所真空チャンバー２７と第１真空ポンプ４７等との接続関係を説明するための模式図である。図９は、図２に示す真空生成手段５において、各種のパラメータを変化させたときの第１空間４０および第２空間４１の真空度の実測データを示す表である。
【００５８】
本形態では、局所真空チャンバー２７は、図８に示すように、真空チャンバー３の下端に取り付けられ、ＦＩＢによるワーク２の加工時に、真空チャンバー３とワーク２との間に配置される。そして、第１経路３４を通過したＦＩＢは、第１空間４０（すなわち、第２経路）を通過して、出射孔７８ａから出射され、微小な隙間Ｇを介してイオンビーム加工領域に配置されるワーク２に集束する。すなわち、本形態の真空生成手段５は、第１空間４０を真空状態にするとともに、隙間Ｇを介して対向配置された局所真空チャンバー２７の下面（具体的には、ビーム出射部７８の底面７８ｄ）とワーク２との間に形成される空間５０（以下、「局所空間５０」とする）も真空状態とすることで、ワーク２へ向かうＦＩＢの拡散を防止している。なお、隙間Ｇはたとえば、１０μｍである。この隙間Ｇは、１０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。
【００５９】
ＦＩＢの拡散を防止するために、第１空間４０および局所空間５０を、所定の真空度まで減圧する必要がある。しかしながら、第１空間４０のみを真空状態としたのでは、第１空間４０および局所空間５０を所定の真空度まで減圧することは困難である。そこで、本形態では、第２空間４１も真空状態とすることで、第１空間４０および局所空間５０を所定の真空度まで減圧することを可能としている。すなわち、本形態の真空生成手段５は、いわゆる差動排気式の真空装置である。
【００６０】
なお、図８に示すように、加工が行われるワーク２の加工部位を中心とするワーク２の一部分が真空状態となる局所空間５０に臨むように配置され、ワーク２のその他の部分は、局所真空チャンバー３の外部の大気圧中に配置されている。
【００６１】
上述のように、真空生成手段５は、局所真空チャンバー２７に加え、真空装置本体２８を備えている。真空装置本体２８は、第１空間４０を真空状態とするための第１ポンプ４７および第２ポンプ４８を備えている。すなわち、第１空間４０は、第１ポンプ４７および第２ポンプ４８によって、ワーク２に向かうＦＩＢが通過する真空空間となる。また、真空装置本体２８は、第２空間４１を真空状態とするための第３ポンプ４９を備えている。本形態では、第３ポンプ４９は、吸気口４５から局所真空チャンバー２７の内部に向かって吸気を行う吸気手段である。また、図８に示すように、第１ポンプ４７および第２ポンプ４８は、第１排気孔３５ｅに接続された配管５０を介して、第１空間４０に接続され、第３ポンプ４９は、第２排気孔３５ｆに接続された配管５１を介して、第２空間４１に接続されている。
【００６２】
第１ポンプ４７は、吸引容量は比較的小さいが、比較的高い真空到達度を得ることが可能な（すなわち、第１空間４０を比較的低い圧力まで減圧することが可能な）ポンプであり、たとえば、ターボ分子ポンプである。また、第２ポンプ４８および第３ポンプは、吸引容量は大きいが、高い真空到達度を得ることができないポンプであり、たとえば、ロータリポンプである。
【００６３】
本形態の真空生成手段５では、ワーク２が、移動手段７によって移動され、隙間Ｇを介して局所真空チャンバー２７の下面に対向配置されると、まず、第３ポンプ４９が作動して、第２空間４１が減圧される。第２空間４１が減圧されると、吸気口４５から空気が吸引され、局所空間５０も減圧される。そして、第２空間４１が所定の真空度まで減圧されると、第２ポンプ４８、第１ポンプ４７がこの順番で作動する。第３ポンプ４９の作用で、局所空間５０が減圧されているため、第２ポンプ４８および第１ポンプ４７によって、第１空間４０および局所空間５０は、ＦＩＢの拡散を防止するために必要な真空度まで短時間で減圧される。
【００６４】
また、本形態では、ビーム出射部７８の底面７８ｄと、第１平坦面３７ｃとが同一平面上に配置されるとともに、第１平坦面３７ｃの径方向外方には傾斜面３７ｄが形成されている。そのため、第２底面部３７とワーク２との干渉を防止しつつ、ビーム出射部７８の底面７８ｄとワーク２とを近接させることができる。また、第１平坦面３７ｃとワーク２とを近接させることができるため、第１空間４０や第２空間４１を減圧する際に、局所空間５０への空気の流入を防止して、局所空間５０を効率良く減圧できる。
【００６５】
なお、本形態の真空生成手段５では、出射孔７８ａの径、ビーム出射部７８の下端部の外径Ｄ１、吸気口４５の外径、第１平坦面３７ｃの外径Ｄ２、および、隙間Ｇをパラメータとして、それぞれのパラメータを変化させたときに測定された第１空間４０および第２空間４１の真空度は、図９に示すようになった。たとえば、出射孔７８ａの径が１ｍｍ、ビーム出射部７８の下端部の外径Ｄ１が５ｍｍ、吸気口４５の外径が２０ｍｍ、第１平坦面３７ｃの外径Ｄ２が３５ｍｍ、隙間Ｇが１０μｍである場合、第１空間４０の真空度は５×１０−３Ｐａとなり、第２空間４１の真空度は３０Ｐａとなった。
【００６６】
（検出手段の構成）
図１０は、図８に示す集束イオンビーム（ＦＩＢ）の照射位置を検出するための検出手段５７の概略構成を示す図である。図１１は、図８に示す集束イオンビーム（ＦＩＢ）の照射位置を検出する際の検出部１２の状態を示す図である。図１２は、図１０に示す表示装置６２に表示される画像の一例を模式的に示す図である。
【００６７】
本形態のビーム加工装置１は、上述のように、ＦＩＢの照射位置を検出するための検出手段５７を備えている。検出手段５７は、図１０に示すように、検出部１２に加え、第１経路３４の内部等に配置された偏向装置５９と、制御部８の一部を構成する信号混合回路６０および画像処理回路６１と、表示装置６２とを備えている。
【００６８】
検出部１２は、上述のように、検出用電極５３と基板５４と接続線５５とを備えている。また、基板５４には、電流増幅回路５８が実装されており（図１０参照）、検出用電極５３で検出された検出電流は、電流増幅回路５８で電圧に変換されて増幅される。ＦＩＢの照射位置を検出する際には、図１１に示すように、検出部１２が配置される。すなわち、検出用電極５３が出射孔７８ａへ挿入され、基板５４の上面がビーム出射部７８の底面７８ｄに当接した状態で、基板５４がビーム出射部７８に固定される。本形態では、ＦＩＢの照射位置の検出時以外には、検出部１２は、ビーム出射部７８から取り外され、所定の収納部に収納されている。なお、検出部１２が固定手段２９に固定され、ＦＩＢの照射位置の検出時には、移動手段７によって、図１１に示すように検出部１２が配置されても良い。
【００６９】
偏向装置５９は、ビーム出射源１３から出射されたイオンビームを第１経路３４内および第１空間４０（すなわち、第２経路）内で偏向して走査させる。この偏向装置５９は、図１０に示すように、イオンビームをＸ方向へ偏向して走査させるため、第１経路３４内に配置された一対のＸ方向偏向電極６４と、イオンビームをＹ方向へ偏向して走査させるため、第１経路３４内に配置された一対のＹ方向偏向電極６５と、Ｘ方向偏向電極６４を制御するＸ方向走査信号を出力するＸ方向走査信号発生回路６６と、Ｙ方向偏向電極６５を制御するＹ方向走査信号を出力するＹ方向走査信号発生回路６７とを備えている。本形態の偏向装置５９は、たとえば、ＦＩＢをＸ方向およびＹ方向にそれぞれ１．２ｍｍ走査させる。
【００７０】
信号混合回路６０には、図１０に示すように、電流増幅回路５８で増幅された電圧信号と、Ｘ方向走査信号発生回路６６から出力されるＸ方向走査信号と、Ｙ方向走査信号発生回路６７から出力されるＹ方向走査信号とが入力される。また、信号混合回路６０は、Ｘ方向走査信号およびＹ方向走査信号に基づくＦＩＢの偏向位置と検出用電極５３で検出された検出電流値とを対応づけた出力信号を出力する。画像処理回路６１は、信号混合回路６０からの出力信号に基づいて、ＦＩＢの偏向位置に対応する検出電流値を画像化するためのＡＤ変換等の所定の処理を行う。なお、本形態では、信号混合回路６０と画像処理回路６１とによって、検出用電極５３で検出される検出電流値と偏向装置５９によるＦＩＢの偏向位置とに基づいて偏向位置に対応する検出電流値を画像化する画像生成装置が構成されている。
【００７１】
表示装置６２には、画像処理回路６１からの出力信号に基づいて、ＦＩＢの走査範囲内での各偏向位置に対応する検出電流値が画像化されて表示される。具体的には、図１２に示すように、ＦＩＢの各偏向位置に対応する検出電流値の大きさが表示装置６２に濃淡によって表示される。すなわち、ＦＩＢの各偏向位置に対応する検出電流値の大きさが明るさに変換されて表示装置６２に表示される。より具体的には、図１２に示すように、ＦＩＢの走査範囲内に検出用電極５３がある場合、ＦＩＢの偏向位置が芯線５３ａと一致する箇所では検出電流値が大きくなるため、表示装置６２には色の濃い芯線対応部１５３ａが表示される。また、ＦＩＢの偏向位置が被覆５３ｂと一致する箇所に対応する薄い被覆対応部１５３ｂは、芯線対応部１５３ａより淡い色となり、ＦＩＢの偏向位置が検出用電極５３から外れている箇所に対応する部分の画像は、被覆対応部１５３ｂよりもさらに淡い色となる。
【００７２】
なお、表示装置６２の画面上には、図１２に示すように、出射孔７８ａに対応する円形の出射孔対応線１７８ａも現れる。また、ＦＩＢの走査範囲内に検出用電極５３および出射孔７８ａがない場合には、表示装置６２の画面全体が淡い色となる。
【００７３】
本形態では、上述のように、電流増幅回路５８は、検出用電極５３が固定された基板５４に実装されている。すなわち、電流増幅回路５８は、検出用電極５３に近い位置に配置されている。検出用電極５３で検出される電流は微量（たとえば、５〜１０ｎＡ）であるため、このように構成することで、検出用電極５３で検出され電流増幅回路５８で増幅される検出電流のノイズを低減できる。また、信号混合回路６０および画像処理回路６１は、制御部８の内部、あるいは、個別のパーソナルコンピュータ等の内部または近傍に配置され、電流増幅回路５８から離れた位置に配置されている。そのため、信号混合回路６０や画像処理回路６１に起因する電流増幅回路５８でのノイズの発生を抑制できる。
【００７４】
（集束イオンビームの進行方向と出射孔との位置合せ方法）
【００７５】
本形態では、ビーム加工装置１の初期設定時に、検出手段５７を用いて、ＦＩＢの照射位置を検出し、出射孔７８ａからＦＩＢが適切に出射されるように、位置調整手段８０によって、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行う。また、ビーム出射源１３は、経時的に消耗するため、ビーム出射源１３は定期的に取り替える必要があり、取替後に、ビーム出射源１３から出射されるＦＩＢの照射位置がずれる場合もある。そのため、ビーム出射源１３の取替後には、検出手段５７を用いて、ＦＩＢの照射位置を検出し、位置調整手段８０によって、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行う。
【００７６】
具体的には、第２底面部３７を取り外した状態で、検出用電極５３を出射孔７８ａへ挿入し、基板５４の上面をビーム出射部７８の底面７８ｄに当接させて、基板５４をビーム出射部７８に固定する。その後、偏向装置５９によって、ＦＩＢを所定範囲内で走査させ、表示装置６２に、ＦＩＢの各偏向位置に対応する検出電流値を表示させる。そして、表示装置６２の表示を確認しながら、ＦＩＢの走査範囲内に検出用電極５３が現れるまで、ネジ孔８１ａへの調整ネジ８２のネジ込み量を変えて、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行う。
【００７７】
たとえば、Ｘ方向偏向電極６４およびＹ方向偏向電極６５に電圧を印加しない状態（すなわち、Ｘ方向偏向電極６４およびＹ方向偏向電極６５によるＦＩＢのＸ方向およびＹ方向の偏向量が０のとき）のＦＩＢの進行方向が、表示装置６２の画面上の中心位置と一致する場合には、図１２に示すように、表示装置６２の画面上の中心位置と、芯線対応部１５３ａの中心位置とが一致するように、表示装置６２の表示を確認しながら、ネジ孔８１ａへの調整ネジ８２のネジ込み量を変えて、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行う。
【００７８】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のビーム加工装置１は、局所真空チャンバー２７の外部に微小な隙間Ｇを介して配置されるとともに、その大半部分が大気圧中に配置されるワーク２をＦＩＢによって加工している。そのため、局所真空チャンバー２７の外部の大気圧中に配置されるワーク２を移動手段７で移動させながら、ＦＩＢを用いてワーク２に対して広範囲の加工を行うことできる。すなわち、ワーク２が大きい場合であっても、ワーク２の全体（あるいは、ワーク２に加えて移動手段７等）を別途、真空チャンバーで覆う必要がないため、ワーク２を移動手段７で移動させながら、ＦＩＢを用いてワーク２に対する広範囲の加工を行うことができる。
【００７９】
また、ビーム加工装置１は、ＦＩＢの照射位置を検出するための検出手段５７を備えている。そのため、ワーク２が局所真空チャンバー２７の外部に配置される場合であっても、検出手段５７での検出結果に基づいて、ＦＩＢを出射孔７８ａから確実に出射してワーク２に照射することが可能になる。また、本形態のビーム加工装置１は、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行うための位置調整手段８０とを備えている。そのため、ワーク２が局所真空チャンバー２７の外部に配置される場合であっても、出射孔７８ａの位置を調整して、出射孔７８ａから出射されるＦＩＢを確実にワーク２に照射することができる。すなわち、ワーク２の加工部位でＦＩＢを適切に集束させることが可能となり、その結果、ワーク２の適切な加工が可能になる。
【００８０】
本形態では、検出手段５７が、出射孔７８ａに配置される検出用電極５３と、第１経路３４に配置され、ビーム出射源１３から出射されたイオンビームを偏向させる偏向装置５９と、検出用電極５３で検出される検出電流値と偏向装置５９によるＦＩＢの偏向位置とに基づいて各偏向位置に対応する検出電流値を画像化する信号混合回路６０および画像処理回路６１とを備えている。そのため、画像化された検出電流値を目視で確認することで、ＦＩＢの照射位置を検出でき、ＦＩＢの照射位置の検出が容易になる。また、画像化された検出電流値を目視で確認しながら、位置調整手段８０を用いてＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行うことができ、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せが容易になる。
【００８１】
本形態では、位置調整手段８０は、径方向に、ビーム出射部７８を移動させる移動機構としてのネジ孔８１ａと調整ネジ８２と、ビーム出射部７８を固定する固定機構としての固定部材８１と固定ネジ８３とを備えている。そのため、ＦＩＢが出射される出射孔７８ａを直接移動させて、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行うことができ、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せが容易になる。
【００８２】
本形態では、局所真空チャンバー２７に、出射孔７８ａの外周側に配置される吸気口４５が形成されるとともに、第３ポンプ４９によって、吸気口４５から局所真空チャンバー２７の内部に向かって吸気を行っている。そのため、局所真空チャンバー２７の外部（具体的には、局所空間５０）にワーク２の加工部位が配置される場合であっても、局所空間５０の圧力を適切に下げることができる。その結果、ワーク２に対してＦＩＢを適切に照射することができる。
【００８３】
本形態では、ビーム加工装置１は、ＦＩＢを出射するビーム出射源１３および真空チャンバー３等と、レーザビームを出射するレーザ出射手段４とを備え、ＦＩＢとレーザビームとを用いてワーク２の加工を行っている。そのため、ビーム加工装置１では、比較的精度が低い粗加工をレーザビームで行い、精度の必要な微細加工をＦＩＢで行うことができる。したがって、たとえば、ワーク２に対して、数十μｍレベルから数百ｎｍレベルまでの加工を行う必要がある場合であっても、ワーク２に対する微細な加工を短時間で行うことができる。また、１つのビーム加工装置１で、粗加工から微細な仕上加工までの一貫加工を行うことができる。特に、本形態のレーサ出射手段４は、３種類のレーザビームを出射するように構成されているため、加工精度や加工量に合わせた効率の良いかつ適切なレーザ加工を行うことができる。
【００８４】
本形態では、ワーク２へ向かうＦＩＢが通過する第１空間４０が形成された局所真空チャンバー２７が、真空チャンバー３の下端に取り付けられ、ＦＩＢによるワーク２の加工時には、微小な隙間Ｇを介して対向配置されるビーム出射部７８の底面７８ｄとワーク２との間に形成される局所空間５０は真空状態とされている。そのため、ＦＩＢの散乱が抑制され、ＦＩＢによるワーク２の適切な加工が可能になる。また、局所真空チャンバー２７は、真空チャンバー３とワーク２との間に配置されているため、レーザ出射手段４から出射されるレーザビームを用いたレーザ加工は大気中で行われている。そのため、レーザ加工の際に、ガス噴射装置（図示省略）からアシストガスを容易かつ適切に噴射することが可能になる。したがって、本形態では、アシストガスを用いた適切なレーザ加工を行うことができる。
【００８５】
本形態では、ビーム加工装置１は、ワーク２が固定される固定手段２９を、イオンビーム加工領域とレーザ加工領域との間で移動させる移動手段７を備えている。そのため、イオンビーム加工とレーザ加工との間で、ワーク２の着脱を行う必要がなくなる。したがって、レーザビームとＦＩＢとを用いてワーク２を加工する場合であっても、ワーク２の着脱誤差がなくなり、ワーク２の加工精度を高めることができる。また、本形態では、移動手段７によって、ワーク２が固定される固定手段２９を測定領域まで移動させることができるため、ワーク２の着脱を行わずに、ワーク２の加工状態の測定ができる。そのため、ワーク２の加工精度をさらに高めることができる。
【００８６】
なお、本形態では、測定手段６でのワーク２の加工状態の測定結果に基づいて、その後のワーク２の加工に、３種類のレーザビームおよびＦＩＢのいずれを用いるかを選択し、選択されたレーザビームまたはＦＩＢによって、ワーク２の加工を行うことが可能である。そのため、ワーク２の加工状態に合わせたより適切なレーザビームあるいはＦＩＢを選択して、ワーク２の加工を継続できる。その結果、ワーク２を適切に加工できる。
【００８７】
（他の実施の形態）
上述した形態では、局所真空チャンバー２７は、ビーム出射部７８の位置調整を行って、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行うための位置調整手段８０を備えている。この他にもたとえば、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行うためのビーム出射源１３の位置調整手段を備えている場合、あるいは、検出手段５７を用いてＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行うことができる場合等には、局所真空チャンバー２７は、位置調整手段８０を備えていなくても良い。この場合には、局所真空チャンバー２７を図１３のように構成すれば良い。以下、位置調整手段８０を備えていない局所真空チャンバー２７の構成を図１３に基づいて説明する。なお、図１３では、上述した形態と共通する構成には、共通の符号を付している。
【００８８】
図１３に示す局所真空チャンバー２７は、上述した本体部３５および第２底面部３７と、内筒部３５ａの下端に固定された第１底面部３６と、ＦＩＢが出射される出射孔３８ａが形成されたビーム出射部３８とを備えている。第１底面部３６は、径方向外側から内側に向かうにしたがって下方向へ緩やかに傾斜する側壁部３６ａと底部３６ｂとを備え、底部３６ｂの中心部には、ビーム出射部３８が固定される固定孔３６ｃが形成されている。また、ビーム出射部３８は、上下方向に貫通する出射孔３８ａと、シール部材４３を固定するためのシール固定部３８ｂとを備えている。シール固定部３８ｂの下面は、径方向外側から内側に向かうにしたがって下方向へ傾斜する傾斜面３８ｃとなっている。ビーム出射部３８は、その上端側が固定孔３６ｃによって径方向に位置決めされた状態で、固定孔３６ｃに固定されている。また、ビーム出射部３８の底面３８ｄと、第１平坦面３７ｃとは同一平面上に配置されている。
【００８９】
なお、ビーム加工装置１は、必ずしも、ＦＩＢの進行方向と出射孔７８ａとの位置合せを行う位置調整手段を備えていなくても良いし、また、ＦＩＢの照射方向を検出する検出手段５７を備えていなくても良い。
【００９０】
上述した形態では、真空生成手段５は、いわゆる差動排気式の真空装置である。この他にもたとえば、局所空間５０を適切に減圧できるのであれば、真空生成手段５は、差動排気式の真空装置でなくても良い。すなわち、局所空間５０を適切に減圧できるのであれば、真空生成手段５は、出射孔７８ａのみから吸気を行っても良い。また、上述した形態では、局所真空チャンバー２７は、第１空間４０および第２空間４１を有する二重構造となっているが、局所真空チャンバー２７を三重構造以上の多重構造として、真空生成手段５を差動排気式の真空装置としても良い。
【００９１】
上述した形態では、ビーム加工装置１は、ワーク２の加工を行うためのビームとしてＦＩＢを用いているが、ビームは電子ビームであっても良い。この場合であっても、局所真空チャンバー２７の外部に配置されるワーク２を移動手段７で移動させながら、電子ビームを用いてワーク２に対して広範囲の加工を行うことできる。また、ワーク２が局所真空チャンバー２７の外部に配置される場合であっても、出射孔７８ａの位置を調整して、出射孔７８ａから出射される電子ビームをワーク２に確実に照射することができる。
【００９２】
また、上述した形態では、真空チャンバー３内に配置された所定のイオン光学系等によってＦＩＢが生成されているが、ビーム出射源１３から出射されるイオンビームがそのままワーク２に向けて出射されても良い。なお、ＦＩＢの代わりにレーザビームを用いても良い。この場合には、局所空間５０を真空状態にできるため、レーザ加工時におけるワーク２の酸化を抑制することが可能となる。なお、ＦＩＢの代わりにレーザビームを用いる場合には、上述した検出手段５７に代えて、被照射部材としてフォトディテクタやＣＣＤを有する検出手段を用いれば良い。
【００９３】
上述した形態では、ビーム加工装置１は、レーザ出射手段４を備えているが、ビーム加工装置１は、レーザ出射手段４を備えていなくても良い。この場合であっても、局所真空チャンバー２７の外部に配置されるワーク２を移動手段７で移動させながら、ＦＩＢを用いてワーク２に対して広範囲の加工を行うことできる。また、ワーク２が局所真空チャンバー２７の外部に配置される場合であっても、出射孔７８ａから出射されるＦＩＢを確実にワーク２に照射することができる。
【００９４】
上述した形態では、検出部１２は、基板５４に突出するように固定された検出用電極５３を備えているが、基板５４上に検出用電極を実装しても良い。また、ワーク２そのものを検出用電極として用いても良い。すなわち、被照射部材としての検出用電極は、出射孔７８ａから出射されるＦＩＢの出射方向における出射孔７８ａの外側に配置されても良い。
【００９５】
上述した形態では、レーザ出射手段４は、３種類のレーザビームを出射しているが、レーザ出射手段４は、２種類のレーザビームを出射しても良いし、１種類のレーザビームを出射しても良い。また、４種類以上のレーザビームを出射しても良い。
【００９６】
上述した形態では、本発明の実施の形態として、ビーム加工装置１の構成を説明しているが、ビーム加工装置１と同様の構成を、観察対象物の観察を行うビーム観察装置に適用することができる。すなわち、ビーム出射源１３、真空チャンバー３および真空生成手段５を用いて、局所真空チャンバー２７の外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物の観察を行うことが可能である。なお、ビーム加工装置１と同様の構成をビーム観察装置に適用する場合には、局所空間５０に所定の検出器が配置される。
【００９７】
このように、ビーム加工装置１と同様の構成が適用されるビーム観察装置では、ビーム加工装置１と同様の効果を得ることができる。すなわち、局所真空チャンバー２７の外部に配置される移動手段７を用いて観察対象物を移動させる簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することができるといった効果や、検出手段５７や位置調整手段８０によって、ワーク２が局所真空チャンバー２７の外部に配置される場合であっても、出射孔７８ａの位置を調整して、出射孔７８ａから出射されるＦＩＢを確実に観察対象物に照射できるといった効果を得ることができる。また、測定手段６を設けなくても、レーザ出射手段４で加工されたワーク２を観察対象物として、ワーク２の加工状態をビーム観察装置で観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態にかかるビーム加工装置の概略構成を模式的に示す斜視図。
【図２】図１に示すビーム加工装置の主要部の構成を模式的に示す図。
【図３】図２に示す局所真空チャンバーの平面図。
【図４】図３のＥ−Ｅ断面を示す断面図。
【図５】図３のＦ−Ｆ断面を示す断面図。
【図６】図３のＨ−Ｈ断面を示す断面図。
【図７】図４のＪ部を拡大して示す拡大断面図。
【図８】図２に示す局所真空チャンバーと第１真空ポンプ等との接続関係を説明するための模式図。
【図９】図２に示す真空生成手段において、各種のパラメータを変化させたときの第１空間および第２空間の真空度の実測データを示す表。
【図１０】図８に示す集束イオンビーム（ＦＩＢ）の照射位置を検出するための検出手段の概略構成を示す図。
【図１１】図８に示す集束イオンビーム（ＦＩＢ）の照射位置を検出する際の検出部の状態を示す図。
【図１２】図１０に示す表示装置に表示される画像の一例を模式的に示す図。
【図１３】本発明の他の形態にかかるビーム出射部の周辺構成を示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００９９】
１  ビーム加工装置
２  ワーク（加工対象物）
３  真空チャンバー
４  レーザ出射手段
６  測定手段
７  移動手段
１３  ビーム出射源
２７  局所真空チャンバー
２９  固定手段
３４  第１経路
３８  ビーム出射部
３８ａ  出射孔
４０  第１空間（第２経路）
４５  吸気口
４９  第３ポンプ（吸気手段）
５３  検出用電極（被照射部材）
５７  検出手段
５９  偏向装置
６０  信号混合回路（画像生成装置の一部）
６１  画像処理回路（画像生成装置の一部）
７８  ビーム出射部
７８ａ  出射孔
８０  位置調整手段
８１  固定部材（固定機構）
８１ａ  ネジ孔（移動機構）
８２  調整ネジ（移動機構）
８３  固定ネジ（固定機構）
【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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