JP2005271099A

JP2005271099A - 加工装置及び加工方法

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Publication number: JP2005271099A
Application number: JP2004085012A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Tokita; 俊伸時田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】イオン化の困難な微粒子の輸送を容易に行う加工方法を提供すること。
【解決手段】加工方法において、微粒子内包分子、微粒子内包クラスタを生成する第一の工程と、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタをイオン化する第二の工程と、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタを輸送する第三の工程と、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタの内、外郭をなす分子、クラスタを除去する第四の工程と、を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体製造など微細加工のため、イオンを用いるリソグラフィ、イオン注入、スパッタリング、ミリング、蒸着、成膜、質量分析、あるいは所望の位置に微粒子を配置する、いわゆるナノ加工や、生体内の所望の細胞近傍へ微粒子を配置するための加工装置と加工方法に関するものである。

ナノ加工の一つであるイオンを用いた技術として、液体金属イオン源がある。イオン放出方法とその構成が提案されており（例えば、特許文献１参照。）、図５に示す。

図５において、リザーバ１０１は液体金属１０２を保持し、先端部に細孔１０３を設ける。針状部材は細孔１０３を貫通し、もう一方側はリザーバ１０１と接触している。リザーバ１０１の側面にはフィラメント１０５が接続されており、フィラメント１０５は絶縁支持体１０６に支持されて、端子１０７と接続されている。また、端子１０７は加熱用電源１０８と接続されており、リザーバ１０１を加熱できる構成になっている。さらに、引き出し用電源１０９と引き出し電極１１０、加速用電源１１１とカソード電極１１２を接続している。

以上の構成で、針状部材１０４の先端まで染み出した液体金属１０２は引き出し電極１１０との間の電界によって、イオン化され、カソード電極によって加速され放出される。
特開２００２−２６０５４１号公報

しかしながら、従来の技術によれば、イオン種は液体金属に限られる。その理由は、溶融金属との濡れ性が良いこと、溶融金属に対する耐化学反応性が強いこと、あるいは針状に加工できることといった条件を満たさないとイオン源として機能しなかったためである。そこで、ヒータを設けるなどの工夫も見られるが、それでもイオン化できるイオン種が限られているという問題があった。したがって、イオン化できる微粒子、たとえば原子、分子やクラスタについてはイオン化による輸送ができていたが、イオン化の困難な微粒子の輸送はできない、もしくはその効率が低かった。

本発明はこのような従来技術の問題点に鑑み発明したものであり、本発明の例示的な目的は、イオン化の困難な微粒子の輸送を容易に行う加工方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての加工方法は、微粒子内包分子、微粒子内包クラスタを生成する第一の工程と、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタをイオン化する第二の工程と、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタを輸送する第三の工程と、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタの内、外郭をなす分子、クラスタを除去する第四の工程と、を有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。

加工に用いる微粒子は液体金属に限られないので、特にイオン化が困難な微粒子に対しても輸送が可能となるため、多種に渡る微粒子を効率よく加工に用いることができる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施の形態における加工装置を表している。図１において、加工のターゲットとなる基板１は基板保持部２に静電保持され、基板保持部２は基板ステージ３上に搭載されている。さらに基板ステージのガイドとなるステージ定盤４が備わっている。金属原子内包フラーレンは生成室５で生成され、荷電室６へ送られる。荷電室６でイオン化された金属原子内包フラーレンは引き出し電極７で基板１の方向へ引き出される。輸送手段８はイオン化された金属原子内包フラーレンを基板１の所望の位置へ輸送するためのものであり、静電レンズ、静電偏向器、質量分離器、加速部で構成している。さらに除去手段９は金属原子内包フラーレンの内、フラーレンのみを除去し、排出させるものであり、酸素のような炭素と化学反応する物質を供給する供給部と、化学反応して構造を破壊された二酸化炭素などの炭素化合物、残留物を排出させる排出部で構成している。

次に、図２は本実施の形態における加工装置での加工工程をフロー図で表し、図３は各工程のイメージ図を表している。なお、図３において、１０は金属原子内包フラーレンで、１０ａはＣ６０フラーレン、１０ｂはＣ６０フラーレン１０ａに内包した金属原子である。図１から図３を用いて、加工工程を説明する。

（１）金属原子内包フラーレン１０の生成（ステップＳ１）
この工程は生成室５で行う。金属原子内包フラーレンの生成には、Ｃ６０フラーレン１０ａの生成中に、内包させる金属原子１０ｂをガス化し、直接吹き付けて金属原子内包フラーレン１０を生成する方法が良い。その他、内包させる金属原子１０ｂの化合物あるいはその包含物を含む陽極と、グラファイトなど炭素からなる、あるいは炭素を主成分とする陰極との間にアルゴンガスプラズマ内での電界印加、アーク放電あるいはレーザ蒸発によって金属原子内包フラーレン１０を生成する方法でも有効である。

（２）フラーレン１０をイオン化（ステップＳ２）
この工程は荷電室６で行う。金属原子内包フラーレン１０をイオン化するには、電子衝撃による方法が良い。荷電室６内の電子発生源から電子を放出し、電子衝撃によって金属原子内包フラーレン１０の陽イオンを生成する。また、生成した陽イオンの電荷とほほ等しくなるような電子で満たした、いわゆるプラズマを生成しておくとなお良い。そして、引き出し電極７から、金属原子内包フラーレン１０の陽イオンを引き出す。その他、電極間に強電界、放電を印加することによるイオン化でも良い。また高エネルギ源から紫外線、Ｘ線やマイクロ波などの電磁波、あるいはイオンのような荷電粒子などを金属原子内包フラーレンへ照射することによるイオン化でも良い。

（３）フラーレンイオン１０の輸送（ステップＳ３）
この工程は輸送手段８で行う。金属原子内包フラーレン１０を基板１の所望の位置へ輸送するには、静電レンズで金属原子内包フラーレンのイオンビームを集束し、静電偏向器で偏向させ、質量分離器で基板１へ照射させるべき金属原子内包フラーレン１０イオンを取り出し、加速部で加速させる。なお、加速部は加工の用途にあわせて加速を制御する制御部を有することが好ましい。また、金属原子内包フラーレン１０のイオンビームの輸送順序はこれに限定されない。少なくともいずれか一つを通過させれば良い。

（４）基板１へ照射（ステップＳ４）
ステップＳ１からステップＳ３までの工程を経て、金属原子内包フラーレン１０イオンは基板１上へ照射される。

（５）フラーレン１０を除去し、基板１上に金属原子１０ｂを配置（ステップＳ５）
この工程は除去手段９によって、基板１上で行う。除去手段９内の不図示の供給部から酸素を供給する。すると、酸素はフラーレンを構成している炭素と反応し、二酸化炭素など炭化化合物を発生し、Ｃ６０フラーレン１０ａは消滅する。発生した炭化化合物や残留物は除去手段９内の不図示の排出部から排出する。そして、金属原子内包フラーレン１０に内包されていた金属原子１０ｂのみが残り、基板１上に金属原子１０ｂを配置することができる。すでにフラーレン１０の輸送（ステップＳ３）の工程で所望の位置に金属原子内包フラーレン１０イオンを輸送したので、この工程を終えると同時に、金属原子１０ｂは所望の位置に配置することができている。なお、除去手段９での反応ガスとして酸素を用いたが、これに限定されず、酸素以外でも炭素と化学反応するガス、物質であれば有効である。

なお、本実施の形態ではイオン化して輸送するのにＣ６０フラーレン１０ａを用いたが、これに限定されない。例えば、Ｃ６０以外のフラーレン、カーボンナノチューブ、オニオンライクカーボンなどがあり、元素ＣあるいはＢＮを含む分子、クラスタであれば有効である。

また、Ｃ６０フラーレン１０ａに内包された微粒子は金属原子１０ｂとしたが、これに限定されない。例えば、有機分子、有機金属化合物、磁性体、半導体、錯体、無機固体化合物などでも有効である。

本実施の形態による加工方法は、例えばイオンを用いるリソグラフィ、イオン注入、スパッタリング、ミリング、蒸着、成膜、質量分析、あるいは所望の位置に微粒子を配置する、いわゆるナノ加工に適用できる。さらに、内包される微粒子を薬品とし、生体内の所望の細胞近傍へその薬品を注入するような方法にも適用できる。この場合、ターゲットは生体、特に生体内の細胞であるので、図１における基板１を細胞と考えれば良い。

実施例１では金属原子内包フラーレン１０を基板１上まで輸送してから、Ｃ６０フラーレン１０ａを除去する方法について説明した。本実施例ではこの工程の順番が逆転する。なお、装置構成図と各部位、番号は第一の実施の形態と共通であり、図１を用いて説明した通りである。図４示す工程のフロー図を用いて、実施例１との相違点を中心に説明する。

（１）金属原子内包フラーレン１０の生成（ステップＳ１）
（２）フラーレン１０をイオン化（ステップＳ２）
（３）フラーレンイオン１０の輸送（ステップＳ３）
ここまでは第一の実施の形態と同じであるため、説明は省略する。

（４）フラーレン１０を除去（ステップＳ４）
この工程は除去手段９によって、金属原子内包フラーレン１０イオンが基板１へ到達する前に行う。なお、Ｃ６０フラーレン１０ａの除去方法は第一の実施の形態と同様に、除去手段９内の不図示の供給部から酸素を供給する。すると、酸素はフラーレンを構成している炭素と反応し、二酸化炭素など炭化化合物を発生し、Ｃ６０フラーレン１０ａは消滅する。発生した炭化化合物や残留物は除去手段９内の不図示の排出部から排出する。そして、金属原子内包フラーレン１０に内包されていた金属原子１０ｂのみが残り、基板１上に金属原子１０ｂを配置することができる。すでにフラーレン１０の輸送（ステップＳ３）の工程で所望の位置に金属原子内包フラーレン１０イオンを輸送したので、この工程を終えると同時に、金属原子１０ｂは所望の位置に配置することができている。なお、除去手段９での反応ガスとして酸素を用いたが、これに限定されず、酸素以外でも炭素と化学反応するガス、物質であれば有効である。

（５）基板１へ金属原子１０ｂを配置（ステップＳ５）
ステップＳ４でＣ６０フラーレン１０ａが除去され、内包されていた金属原子１０ｂだけが残り、基板１へ配置される。輸送の制御は金属原子内包フラーレン１０イオンの状態で行っているので、外郭であったＣ６０フラーレン１０ａが除去されても、そのまま金属原子１０ａを基板１の所望の位置へ配置することができる。

本実施例による加工は、例えばイオンを用いるリソグラフィ、イオン注入、スパッタリング、ミリング、蒸着、成膜、質量分析、あるいは所望の位置に微粒子を配置する、いわゆるナノ加工に適用できる。さらに、内包される微粒子を薬品とし、生体内の所望の細胞近傍へその薬品を注入するような方法にも適用できる。

以上の実施例によれば、加工に用いる微粒子は液体金属に限られないので、特にイオン化が困難な微粒子に対しても輸送が可能となるため、多種に渡る微粒子を効率よく加工に用いることができる。また、分子あるいはクラスタに内包させる微粒子の粒径を揃え、異なる微粒子を輸送することができるため、同一の装置で多種の加工に対応することができる。したがって、多種多様な加工を効率良く行える加工装置と加工方法を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の実施例１の装置構成を説明する図である。本発明の実施例１の加工工程のフローを説明する図である。本発明の実施例１の加工工程をイメージで説明する図である。本発明の実施例２の加工工程のフローを説明する図である。従来の技術の説明する図である。

符号の説明

１基板
２基板保持部
３基板ステージ
４ステージ定盤
５生成室
６荷電室
７引き出し電極
８輸送手段
９除去手段
１０金属原子内包フラーレン
１０ａＣ６０フラーレン
１０ｂ金属原子

Claims

微粒子内包分子、微粒子内包クラスタを生成する第一の工程と、
該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタをイオン化する第二の工程と、
該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタを輸送する第三の工程と、
該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタの内、外郭をなす分子、クラスタを除去する第四の工程と、を有することを特徴とする加工方法。
前記第一の工程は、内包させる微粒子をガス化し、外郭をなす該分子、該クラスタの生成中に吹き付けることによって生成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記第一の工程は、内包させる該微粒子の化合物あるいは該微粒子の含有物を有する陽極と、炭素あるいは炭素を主成分とする陰極とをプラズマ雰囲気に入れ、該陽極と該陰極との間に電界を印加、アーク放電あるいはレーザ蒸発を施すことにより生成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記第二の工程は、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタへ電子衝撃させる電子発生源を有し、電子発生源から発生した電子を衝撃することによって、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタを陽イオン化する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記第二の工程は、該陽イオンを含むプラズマを生成させる工程と、引き出し電極を有し、該陽イオンを該引き出し電極から引き出す工程を有することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記第二の工程は、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタへ強電界あるいは放電を印加する電極を有し、その電極間で強電界あるいは放電発生させ、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタを陽イオン化する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記第二の工程は、高エネルギ源を有し、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタへ高エネルギを照射し、該微粒子内包分子、該微粒子内包クラスタを陽イオン化する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記第三の工程は、静電レンズで陽イオンを集束させる工程、静電偏向器で陽イオンを偏向させる工程、質量分離器で加工に必要な陽イオンを取り出す工程、加速部で陽イオンを加工の用途に応じて加速させる工程、の少なくとも一つの輸送工程を有することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記第四の工程は、外郭をなす該分子、該クラスタと化学反応を起こす物質を供給する供給部と、化学反応した該分子化合物、該クラスタ化合物を排出させる排出部からなる除去手段を有し、該反応物質を供給部から供給する工程と、該分子化合物、該クラスタ化合物を排出部から排出する工程とを有することを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記高エネルギは、紫外線、Ｘ線あるいはマイクロ波などの電磁波や、イオンなど荷電粒子の少なくともいずれか一つの高エネルギを有することを特徴とする請求項７に記載の加工方法。
前記反応物質は、酸素を有することを特徴とする請求項９に記載の加工方法。
外郭をなす該分子、該クラスタは、フラーレン、カーボンナノチューブ、オニオンライクカーボンの内、少なくともいずれかの構成であり、元素Ｃおよび／またはＢＮを含む分子、クラスタからなることを特徴とする請求項１から９のうちいずれか一項に記載の加工方法。
外郭をなす該分子、該クラスタは、有機物からなることを特徴とする請求項１から９のうちいずれか一項に記載の加工方法。
該微粒子は、金属原子、有機分子、有機金属化合物、磁性体、半導体、錯体あるいは無機固体化合物の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１から９のうちいずれか一項に記載の加工方法。
請求項１から１４のいずれか一項に記載の加工方法を使用する加工装置。