JP7506830B2

JP7506830B2 - イオンミリング装置

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Inventors: 健吾浅井; 久幸高須; 翔太会田
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Description

本発明は、電子顕微鏡で観察される試料の前処理加工に好適なイオンミリング装置に関する。

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。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、たと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方法として広く利用されている。また、近年はイオンミリング装置の加工速度の高速化に伴い、半導体分野などにおいては量産工程のプロセス管理を目的とした構造観察などにも適用範囲が拡大されている。

前記のようなイオンミリング装置においては、イオンガンとして簡単な構成で小型なペニング放電方式イオンガンが用いられている。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プロセスガスと衝突することでイオン化される。アノード両端に同電位の第１のカソードと第２のカソードを配置することで、磁場により旋回運動を行っている電子がカソード間を往復運動することで電子軌道が長くなり、イオン化効率が向上する。これにより高いプラズマ密度を得ることが可能となる特長を有する。

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。ミリング速度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、イオンガン軸上には適切な磁場強度を供給することが重要である。磁場強度の変動はプラズマ密度の低下を招き、イオンビーム性能に影響を与え、試料加工面の加工形状も変動する。以上のように、高い加工速度制御、高い加工プロファイル再現性を実現するためにはイオンガンに適切な磁場強度を安定的に供給することが重要となる。

イオンミリング装置は、ペニング放電方式のイオンガンから射出されるイオンビームを集束させずに試料表面に照射して試料加工を行う。集束させないイオンビームのイオン密度分布は、照射中心が最も高く、外側に向かって低くなる特性を有する。イオン密度は試料の加工速度に密接に関係するため、イオン密度分布は試料加工面の加工形状に直接的に反映される。このため、イオンミリング装置を電子顕微鏡で観察される試料の前処理加工に用いる場合には、イオン密度分布の違いが電子顕微鏡で観察する観察面の違いに直結する。

特許文献１には、ペニング放電方式のイオンガンの基本構造が開示されている。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カソードと、永久磁石とを備えたペニング型イオンガンの構成が開示されている。特許文献２には、内蔵磁石の磁場強度を適正な数値に制限することによって、従来よりも高い加工速度が得られるペニング放電方式のイオンガンが開示されている。

特開昭５３－１１４６６１号公報特開２０１６－０３１８７０号公報

近年のイオンミリング装置の進歩に伴い、適用市場が大きく広がってきている。特に、イオンミリング装置の加工速度が高まるに従って、当初想定していなかった分野にも適用範囲が拡大しており、従来の装置構成、装置性能では十分な結果が得られない場合も出てきている。具体的には、従来のイオンミリング装置では、構造物の観察を迅速に行うため、いかに高速加工を実現するかが重視されてきたが、近年は高速加工に加えて、加工精度に高い要求が求められるようになってきた。例えば、量産工程を管理するため、イオンミリング装置により前処理加工を行った評価試料を電子顕微鏡にて検査を行いたい、というニーズがある。この場合、評価条件を均一にするため、量産工程に置かれた複数台のイオンミリング装置には、どのイオンミリング装置で、いつ加工したかにかかわらず、多数の試料に対して常に同一形状の加工を高精度に行うことが求められる。特に、半導体集積回路装置の量産管理として、イオンミリング装置にて形成した加工面に表出したパターンを観察する場合には、従来のイオンミリング装置で可能な加工速度制御性、加工プロファイル再現性では不十分であることがわかってきた。加工面の角度が変動したり、加工深さが変動したりすると、加工面に表出するパターンの形状も変化してしまう。したがって、同一条件での評価ではなくなり、正確な評価結果を得ることができないことから、高い加工精度が求められる工程管理に適用することができないという課題がある。

本発明の一実施の態様であるイオンミリング装置は、真空排気系により内部の気圧が制御される真空チャンバーと、真空チャンバーに取り付けられ、非集束のイオンビームを照射するイオンガンと、真空チャンバー内に配置され、試料を保持する試料台と、イオンビームによる試料の加工プロファイルを推定するためのイオンビーム特性を計測するイオンビーム特性計測機構と、制御部とを有し、イオンガンのイオン化室に磁場を発生させる磁場発生装置は、電磁コイルと磁路とを備える電磁石であり、制御部は、電磁コイルに印加する電流値を、イオンビーム特性計測機構の計測したイオンビーム特性に基づき制御する。

加工速度制御性、加工プロファイル再現性を飛躍的に向上することが可能となるイオンミリング装置を提供する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

イオンミリング装置の構成例である。イオンガンと関連する周辺部の構成を示す断面図である。イオンビームとイオンビームにより加工される試料の模式図（断面図）である。イオンビームにより加工される試料の模式図（上面図）である。イオンガンの軸上磁束密度とミリング加工速度との関係を示す図である。軸上磁束密度の影響により加工深さと加工形状とが変動する様子を模式的に示す図である。軸上磁束密度のプロファイル例を示す図である。軸上磁束密度のプロファイル例を示す図である。イオンビーム特性計測機構により計測されるイオンビームプロファイルである。イオンビーム照射条件を調整するフローチャートである。イオンミリング装置の別の構成例である。イオンミリング装置の別の構成例である。

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。

図１は、本実施例のイオンミリング装置３００の主要部を示した模式図である。ペニング放電方式のイオンガン１は、その内部にイオンを発生するために必要な要素により構成され、イオンビーム２を試料６に照射する。その内部構造については後述する。ガス源４１はガス供給機構４０を介してイオンガン１に接続され、ガス供給機構４０により制御されたガス流量が、イオンガン１のプラズマ生成室内に供給される。ガス供給機構４０は、イオン化させるガスの流量を調整し、イオンガン内部に供給するための構成要素をすべて含んでいる。導入ガスには一例としてＡｒガスを用いる。イオンビーム２の照射条件は、イオンガン制御部３によって制御される。イオンガン制御部３は、イオンガン１の構成要素に印加する電圧条件を調整し、イオンビーム２を放出させるための構成要素をすべて含んでいる。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。試料ステージ駆動部９は、試料ステージ８を駆動させるために設けられる。

イオンミリング装置３００では、イオンガン１から放出されるイオンビーム２は集束されないまま試料６に照射されるため、試料６のイオンビーム照射点付近でのイオンビーム分布は、中心部のイオン密度が最も高く、中心から外側に向かってイオン密度が低くなる特性を有する。イオン密度は試料の加工速度に直結するため、試料の加工形状は、イオンビーム照射点付近でのイオンビーム分布に大きく依存する。このため、イオンミリング装置３００は加工速度制御性、および加工プロファイル再現性の向上を目的として、イオンガン１からの非集束イオンビームの強度分布を計測する手段（イオンビーム特性計測機構）を有している。イオンガン１と試料６との間に、電流測定子５２を配置し、電流計５０によりイオンビーム２のイオンビーム電流値を測定する。電流計５０は、イオンビーム２が照射された電流測定子５２に取り込まれたイオン情報を電流値として出力するための構成要素をすべて含んでいる。電流測定子５２はＹ方向に延びる線状の導電性部材であり、電流測定子駆動部５１によって図中のＹ方向と直交するＸ方向に往復駆動させられる。このように電流測定子５２をＸ方向に移動させながらイオンビーム２を横切るように通過させ、Ｘ方向の位置ごとに電流測定子５２に流れる電流値を計測することで、電流測定子５２の軌道に沿ったイオンビーム電流の強度分布（以下、イオンビームプロファイルという）を取得することができる。

イオンミリング装置３００は、装置制御部２００により制御される。装置制御部２００には表示部２１０とユーザの指示を入力するための入力部２２０が接続されている。図では省略しているが、装置制御部２００は、イオンガン制御部３、真空排気系５、ガス供給機構４０、コイル制御部６２、試料ステージ駆動部９といったイオンミリング装置各部の制御機構と接続されている。また、電流計５０などのイオンミリング装置の動作状況をモニタするモニタ機構と接続されている。

表示部２１０には、電流計５０の出力から得られるイオンビームプロファイルとともに、装置の制御パラメータや動作状態などが表示される。実素子のミリング加工を実施する前段階で、ユーザはイオンビーム２のイオンビームプロファイルを確認して、所望のイオンビーム特性が得られるように、入力部２２０を介してイオンガン１の制御パラメータを調整することができる。また、イオンビーム特性計測機構を含むイオンミリング装置３００のモニタ機構によるモニタリング結果に基づき、制御パラメータを調整する動作プログラムを実行するようにしてもよい。

しかしながら、従来のイオンガンではイオンビーム特性を調整する主な制御パラメータは、放電電圧、ガス流量であり、これらの制御パラメータによる調整だけでは不十分であることが発明者らの検討により明らかになった。イオンビーム強度に与える影響の大きなパラメータとして、軸上磁束密度がある。従来のペニング放電方式イオンガンでは磁場を発生させるために永久磁石が用いられている。永久磁石の性質上、磁場強度を制御できず、かつ個体差が大きい。永久磁石の個体差に起因する軸上磁束密度のばらつきを、放電電圧、ガス流量の調整によって打ち消すことは困難である。このため、従来のイオンミリング装置は機差が大きく、加工速度制御性、加工プロファイル再現性が不十分とならざるを得なかった。

本実施例のイオンミリング装置では、量産管理向けに要求される高度な加工速度制御性、加工プロファイル再現性を満足させるため、イオンガン１の軸上磁場密度を制御可能とする。そこで、イオンガン１の磁場発生装置を、電磁コイル６１、磁路６０、コイル制御部６２を備える電磁石方式とし、コイル電流によりイオンガン１の軸上磁束密度を調整可能とした。コイル制御部６２は、電磁コイル６１に印加する電流を調整し、イオンガン１に適正な軸上磁束密度を提供するための構成要素をすべて含んでいる。イオンビーム特性を調整するための制御パラメータとして新たに電磁コイル６１の電流値を追加し、軸上磁束密度を制御可能とすることにより、イオンミリング装置の加工速度制御性、加工プロファイル再現性を飛躍的に高めることができる。

図２は、イオンガン１と関連する周辺部の構成を示す断面図である。第１のカソード１１は例えば純鉄など導電性のある磁性材料により円盤状に形成されており、イオン化室１８にガスを導入するための孔が設けられている。第２のカソード１２は例えば純鉄など導電性のある磁性材料により円盤状に形成されており、中央部には、カソード出口孔が設けられている。第１のカソード１１と第２のカソード１２は、カソードリング１４にそれぞれ繋がっており、互いに対向するように配置されている。円筒状に形成されているインシュレータ１６は、カソードリング１４の内側に配置されている。アノード１３はインシュレータ１６の内側にはめ込まれており、アノード１３の外面はインシュレータ１６の内面に接触しており、内面はイオン化室１８に面している。アノード１３は例えばアルミニウムなど導電性を有する非磁性材料で形成される。アノード１３はインシュレータ１６により第１のカソード１１と第２のカソード１２およびカソードリング１４に対して電気的に絶縁されている。加速電極１５は例えばステンレスなどの導電性を有する非磁性材料であり、中央部には加速電極出口孔が設けられている。

イオンガン１の磁場発生装置は電磁コイル６１、磁路６０、コイル制御部６２を備える電磁石方式である。電磁コイル６１は真空チャンバー４の外側で、イオンガンベース１７の外周部に設けられ、電磁コイル６１を囲うように形成されている磁路６０には、真空チャンバー４内に設置されるイオンガン１のカソードリング１４を囲むように開口が設けられている。なお、電磁コイル６１に電流を流すことにより、電磁コイル６１は発熱する。電磁コイル６１は真空チャンバー４の外側に配置することにより、電磁コイル６１の放熱を容易にすることができる。

ガス供給機構４０はイオンガンベース１７に接続され、イオン化させるガスの流量を調整し、イオンガン内部に供給するための構成要素をすべて含んでいる。ここでは一例としてＡｒガスの場合について説明する。

イオンガンベース１７およびカソード１１には孔が設けられており、ガス供給機構４０から導入されたＡｒガスがイオン化室１８に導入される。イオン化室１８に導入されたＡｒガスを適切なガス分圧を保った状態とし、放電電源２１により第１のカソード１１、第２のカソード１２とアノード１３との間に０～４ｋＶ程度の放電電圧を印加させることにより、アノードとカソードとの間の電位差によって電子が発生する。発生した電子は、イオン化室１８において、電磁コイル６１、磁路６０により形成された磁場でその軌道が曲げられ旋回運動を行い、さらに同電位である第１のカソード１１と第２のカソード１２の間を往復運動する。イオン化室１８内を旋回する電子がＡｒガスに衝突すると、その衝突を受けたＡｒガスはイオン化し、陽イオンがイオン化室１８で発生する。さらに、加速電源２２によりカソード１２と加速電極１５の間に、０～１０ｋＶ程度の加速電圧を印加することによりＡｒイオンを加速させて、イオンビーム２をイオンガン１の外に射出させる。このように、イオン化室１８で発生した陽イオンの一部は、第２のカソード１２のカソード出口孔を通り、加速電極１５で加速されて加速電極出口孔からイオンガン１の外部に放出され、陽イオンからなるイオンビーム２によって試料６が加工される。

図３Ａ，Ｂにイオンガン１から放出されるイオンビーム２と、それにより加工される試料６の模式図を示す。図３Ａはイオンガン１、イオンビーム２と、試料６の断面図、図３Ｂは試料６の上面図である。図３Ａに示すように、イオンガン１から放出されたイオンビーム２は集束させないまま試料６に照射されるため、ビーム中心１０５を中心にガウス分布状に形成される。このため、試料６のイオンビーム照射点でのイオンビーム分布は、中心部でのイオン密度が最も高く、中心から外側に向かってイオン密度が低くなる特性を有する。イオン密度は試料の加工速度に直結し、試料６表面のミリング加工領域１００はイオンビーム照射の中心部で最も加工量が大きく、中心から外側に向かって加工量が減少する形状となる。このミリング加工領域１００に表出する計測パターン１０１を電子顕微鏡で観察し、その形状評価を量産工程の管理値として使用する場合、ミリング加工領域１００の加工深さや傾斜角度によって、ミリング加工領域１００に表出する計測パターン１０１の形状が変わってくる。正確な評価結果を得るため、加工形状の再現性には高い精度が要求される。

図４はミリング速度とイオンガンの軸上磁束密度の関係を示す図である。実験では永久磁石を磁場発生装置に使用したイオンガンを用い、適用したミリング条件は、加速電圧条件を６ｋＶとし、放電電圧は１．５ｋＶ、イオンガンに導入するガスにはＡｒガスを用い、その流量は０．０７ｃｍ^３／分とした。被加工材料はシリコンであり、図３Ａに示したように試料６の表面から垂直にイオンビーム２を照射して、ミリング時間を１時間に設定した。図４からわかるように、軸上磁束密度１４０ｍＴの場合ミリング速度は３６０μｍ／時であり、１４５ｍＴでは３８５μｍ／時に上昇し、１６０ｍＴでは３４０μｍ／時に下降する。このように、イオンガン１の軸上磁束密度は、ミリング速度、つまりはイオンビーム強度に大きな影響を与えるファクタとなっている。磁場発生装置が永久磁石である場合には、このような個体差が機差となって再現性の低下を招く。さらに、イオンビーム放出時のイオンガン１の温度上昇により、永久磁石には加熱による性能劣化を生じる。このように、イオンガン１の磁場発生装置が永久磁石である場合には、個体差や経時劣化に起因する軸上磁束密度のばらつきが大きく、軸上磁束密度の違いの大きさによっては、軸上磁束密度に起因するイオンビーム特性のばらつきを他の制御パラメータによっては修正することができない場合がある。

図５に、ぺニング放電方式のイオンガン１において、軸上磁束密度の影響により加工深さと加工形状とが変動する様子を模式的に示す。軸上磁束密度は、イオン化室１８で発生する電子の旋回運動に影響を与える。つまり軸上磁束密度より電子旋回の径が変わるためプラズマ領域の広がりとプラズマ密度に影響し、イオンビーム特性が変動する。この影響は図５に示すようにイオンビーム１１５の広がりに影響を与え、加工プロファイル１２５も変動することになる。図３Ａ，Ｂで説明したように、ミリング加工領域１００の加工プロファイル１２５が高い再現性で形成できない場合には、表出する計測パターン１０１の形状が変わり、量産工程管理には適用することができない。

このようにイオンミリング装置において高い加工速度制御性、加工プロファイル再現性を実現するためには、従来のように放電電圧やガス流量の調整では不十分であることが明白で、軸上磁束密度の調整が不可欠である。

イオンガン１の磁場発生装置を電磁コイル６１、磁路６０、コイル制御部６２を備える電磁石方式とすることで、コイル電流によりイオンガン１の軸上磁束密度を調整することが可能となる。図６Ａ，Ｂに電磁石型イオンガン１についての軸上磁束密度のプロファイルのシミュレーション結果を示す。図６Ａが電磁コイル６１に印加する電流値を２．６Ａとしたときの軸上磁束密度のプロファイルであり、最大磁場は３５０ｍＴである。図６Ｂが電磁コイル６１に印加する電流値を３．７Ａとしたときの軸上磁束密度のプロファイルで最大磁場は５００ｍＴである。両方の磁場プロファイルにおいて矢印で示した範囲がイオン化室１８にあたる。図６Ａと図６Ｂとを比較すると、イオン化室１８における磁場プロファイルは相似形であり、電流値の増加によって、磁場プロファイルの形状が変わらないまま、高密度方向に持ち上げられていることが見て取れる。このことからも、軸上磁束密度の調整によるイオンビームのプロファイル制御は有効であることがわかる。

イオンミリング装置３００では、イオンガンの軸上磁束密度を調整することによりイオンビーム特性を制御するため、イオンビーム特性計測機構を有している。図７に電流測定子５２により計測されるイオンビームプロファイルを示す。横軸はビーム測定位置であり、縦軸が電流測定子５２により計測されるイオンビーム電流を示している。

計測されるイオンビームプロファイルは、Ａｒイオンが電流測定子５２に衝突することにより流れるイオンビームプロファイルとイオンビームの照射に起因して発生する電子によるバックグラウンドノイズプロファイルとの和となって計測されるため、計測されるイオンビームプロファイルからバックグラウンドノイズプロファイルの影響を取り除く必要がある。バックグラウンドノイズプロファイルは、二次電子や後方散乱電子の発生ばらつき、ビーム測定位置による電流測定子５２への電子の衝突量の違いによって測定位置によって変動する。Ａｒイオンが衝突して発生する二次電子や後方散乱電子は負の電荷を有するため、電子トラップ５５を電流測定子５２の軌道の近傍に配置し、装置制御部２００は、電源５３からの正電圧を電子トラップ５５に印加する。このように、発生する二次電子や後方散乱電子を電子トラップ５５によって捕獲し、取り除くことでイオンビームプロファイルの精度を向上させることができる。なお、試料６の加工時には電子トラップ５５がイオンビーム２を遮断しないよう、電子トラップ５５を移動させる電子トラップ駆動部５４が設けられている。また、電子トラップ５５にイオンが衝突することによりノイズ発生源になることを防止するため、電子トラップ５５には軽元素、かつ低スパッタ収率の材料を用いることが望ましい。具体的にはグラファイトカーボンを用いることが望ましい。

図１に示すイオンミリング装置３００において、イオンビーム特性の取得、およびイオンガン１の軸上磁束密度の調整方法について、図８のフローチャートを用いて説明する。

５０１：試料６を試料台７に設置した後、装置制御部２００は、真空チャンバー４を真空排気系５によって真空排気する。目標とするイオンビームプロファイル（指針プロファイルという）を読み込み、表示部２１０に表示する。

５０２：装置制御部２００は、コイル制御部６２を制御し、電磁石型イオンガン１の電磁コイル６１に初期設定として保持しているコイル電流条件を印加し、イオンガン１内に所望の軸上磁束密度の磁場を発生させる。

５０３：装置制御部２００は、ガス供給機構４０により流量制御されたＡｒガスをイオンガン１に供給する。

５０４：装置制御部２００は、イオンガン制御部３により、加工条件として保持しているイオンビーム照射条件を設定し、イオンガン１よりイオンビーム２を放出する。加工条件として定められたイオンビーム照射条件は、イオンガン１の加速電圧、放電電圧である。

５０５：装置制御部２００は、イオンビームの放出開始後、電流測定子駆動部５１を制御して、電流測定子５２をＸ方向に往復移動させながら、電流計５０によりイオンビーム電流値を測定する。

５０６：装置制御部２００は、電流測定子５２のＸ方向における位置と、当該位置において電流計５０により測定されたイオンビーム電流値とを対応付けることで、イオンビームプロファイルを取得する。装置制御部２００は、指針プロファイルとともに取得したイオンビームプロファイルを表示部２１０に表示する。

５０７：装置制御部２００は、ステップ５０６で取得したイオンビームプロファイルとステップ５０１で読み込んだ指針プロファイルとを照合し、所望のイオンビームプロファイルが取得できていれば加工プロセスを開始し、できていなければ、電磁コイルの印加電流の調整（ステップ５０２）からのステップを繰り返し、調整された軸上磁束密度条件により、再度イオンビームプロファイルを取得する。なお、取得したイオンビームプロファイルと指針プロファイルとの差異が少ない場合には、イオンガン制御部３により放電電圧、ガス供給機構４０によりＡｒガスの流量を制御するようにしてもよい。

５０８：加工プロセスを開始する。

図９は、図１の例とは異なるイオンビーム特性計測機構を有するイオンミリング装置３０１の主要部を示す模式図である。図１と同じ構成要素については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。

イオンミリング装置３０１のイオンビーム特性計測機構は、薄膜体上に形成された蛍光体８２と、蛍光体８２にイオンビームが照射されるように蛍光体を駆動させる蛍光体駆動部８１と、イオンビーム２が照射されない位置に設けられ、蛍光体８２を撮影するカメラ８３を備え、その撮影データから、イオンビーム２の強度分布を測定する。蛍光体８２の発光強度がイオンビームの強度に依存することを利用するものである。蛍光面に沿った２次元のイオンビーム２の強度分布をイオンビームプロファイルとして扱ってもよいし、任意の１次元に方向に沿ったイオンビーム２の強度分布をイオンビームプロファイルとして扱ってもよい。Ｘ方向に沿ったイオンビーム２の強度分布を抽出すると、図１のイオンビーム特性計測機構で計測するイオンビームプロファイルに相当するデータが得られる。これによりイオンガン１が出射するイオンビーム２のビーム強度分布が推定され、図８のフローチャートにしたがって、軸上磁束密度の調整が可能となる。

図１０は、図１の例とは異なるイオンビーム特性計測機構を有するイオンミリング装置３０２の主要部を示した模式図である。図１と同じ構成要素については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。図１、図９の例では、イオンビーム特性計測機構はいずれもイオンビーム２による試料６の加工プロファイルを推定するためのイオンビーム特性として、イオンビームのイオンビーム電流の強度分布を示すイオンビームプロファイルを用いている。これに対して、図１０の例では、イオンビーム特性計測機構は、イオンビーム２による試料６の単位時間あたりのミリング量を推定し、イオンビーム特性として用いている。

イオンミリング装置３０２のイオンビーム特性計測機構は、試料６が載置される試料台７の近傍に配置される測定子７２を備える。測定子７２は水晶振動子であり、電圧が印加されると一定周波数で発振する。イオンガン１から放出されたイオンの衝突により試料６からはじき飛ばされた被加工物が測定子７２に再付着することにより、測定子７２の質量が変化する。これにより水晶振動子の発振周波数が変化するので、膜厚計７１では発振周波数の変化から被加工物の付着量の変化を算出することにより、イオンビームによる前記試料の単位時間あたりのミリング量を推定することができる。

試料６の加工プロファイルが同じであるならば、試料６が加工されることによって発生され、測定子７２に付着する被加工物の量も同等である。したがって、イオンミリング装置３０２では、加工中のイオンビーム２のビーム強度の推測が可能となるので装置制御部２００は、試料６の加工中の被加工物の付着量の変化、あるいは水晶振動子７２の発振周波数の変化が所定の範囲におさまるように、イオンガン１の軸上磁束密度を制御すればよい。

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：第１のカソード、１２：第２のカソード、１３：アノード、１４：カソードリング、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、４０：ガス供給機構、４１：ガス源、５０：電流計、５１；電流測定子駆動部、５２：電流測定子、５３：電源、５４：電子トラップ駆動部、５５：電子トラップ、６０：磁路、６１：電磁コイル、６２：コイル制御部、７１：膜厚計、７２：測定子、８１：蛍光体駆動部、８２：蛍光体、８３：カメラ、１００：ミリング加工領域、１０１：計測パターン、１０５：イオンビーム中心、１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ：イオンビーム、１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ：加工プロファイル、２００：装置制御部、２１０：表示部、２２０：入力部、３００，３０１，３０２：イオンミリング装置。

Claims

真空排気系により内部の気圧が制御される真空チャンバーと、
前記真空チャンバーに取り付けられ、非集束のイオンビームを照射するイオンガンと、
前記真空チャンバー内に配置され、試料を保持する試料台と、
前記イオンビームによる前記試料の加工プロファイルを推定するためのイオンビーム特性を計測するイオンビーム特性計測機構と、
制御部とを有し、
前記イオンガンのイオン化室に磁場を発生させる磁場発生装置は、電磁コイルと磁路とを備える電磁石であり、
前記制御部は、前記電磁コイルに印加する電流値を、前記イオンビーム特性計測機構の計測したイオンビーム特性に基づき制御し、
前記イオンビーム特性計測機構は、第１の方向に延在する線状のイオンビーム電流測定子と、前記イオンビームを横切るように、前記第１の方向と直交する第２の方向に延びる軌道に沿って、前記イオンビーム電流測定子を移動させる電流測定子駆動部とを備え、
前記制御部は、前記イオンビーム特性として、前記イオンビーム電流測定子に流れるイオンビーム電流と前記イオンビーム電流測定子の前記軌道上の位置とを対応付けることにより、前記イオンビームのイオンビーム電流の強度分布を示すイオンビームプロファイルを取得するイオンミリング装置。
請求項１において、
前記イオンビーム特性計測機構は、前記軌道の近傍に配置される電子トラップを備え、
前記制御部は、前記イオンビーム特性計測機構による前記イオンビームプロファイルの計測期間中、前記電子トラップに所定の正電圧を印加するイオンミリング装置。
請求項１において、
前記制御部は、前記イオンビームが目標とする指針プロファイルを読み込み、前記イオンビーム特性計測機構が計測したイオンビームプロファイルを、前記指針プロファイルにあわせるよう前記電磁コイルに印加する電流値を調整するイオンミリング装置。
真空排気系により内部の気圧が制御される真空チャンバーと、
前記真空チャンバーに取り付けられ、非集束のイオンビームを照射するイオンガンと、
前記真空チャンバー内に配置され、試料を保持する試料台と、
前記イオンビームによる前記試料の加工プロファイルを推定するためのイオンビーム特性を計測するイオンビーム特性計測機構と、
制御部とを有し、
前記イオンガンは、
互いに対向して配置される第１のカソード及び第２のカソードと、
前記第１のカソードと前記第２のカソードとの間に配置されるカソードリングと、
前記カソードリングに電気的に絶縁された状態で配置され、前記第１のカソード及び前記第２のカソードの電位に対して正電圧が印加されるアノードと、
前記第１のカソード、前記第２のカソード及び前記アノードに囲まれた領域であるイオン化室にガスを供給するガス供給源とを備え、
前記イオンガンの前記イオン化室に磁場を発生させる磁場発生装置は、電磁コイルと磁路とを備える電磁石であり、
前記磁場発生装置の前記磁路は、前記カソードリングを囲むように開口が設けられ、
前記制御部は、前記電磁コイルに印加する電流値を、前記イオンビーム特性計測機構の計測したイオンビーム特性に基づき制御するイオンミリング装置。
請求項４において、
前記磁場発生装置の前記電磁コイルは、前記真空チャンバーの外側に設けられるイオンミリング装置。