JP2005276501A - Ion source, processing unit, and processing method using it - Google Patents
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Abstract
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、いわゆるナノ加工を行うためのイオン源およびこれを用いた加工装置と加工方法に関するものである。 The present invention provides ions for lithography using ions, ion implantation, sputtering, milling, vapor deposition, film formation, mass spectrometry, or so-called nanofabrication in which fine particles are arranged at a desired position for fine processing such as semiconductor manufacturing. The present invention relates to a source, a processing apparatus using the same, and a processing method.
ナノ加工の一つであるクラスタイオンを用いた蒸着、成膜の技術が提案されており(特許文献1参照。)、それを図4に示す。 A technique of vapor deposition and film formation using cluster ions, which is one of nano-processing, has been proposed (see Patent Document 1), which is shown in FIG.
図4において、ガス管101の内部は水素、酸素、窒素などからなるキャリアガスに超微粒子を混合した混合ガス102が流れ、先端部の孔からるつぼ103内へ流出する。その流量を制御するために可変流量調節弁104が設けられている。 In FIG. 4, a mixed gas 102 in which ultrafine particles are mixed with a carrier gas made of hydrogen, oxygen, nitrogen, or the like flows inside the gas pipe 101 and flows out into the crucible 103 from the hole at the tip. A variable flow rate adjusting valve 104 is provided to control the flow rate.
混合ガス102を荷電するための電極として、ガス管101を陰極に、るつぼ103を陽極としている。 As an electrode for charging the mixed gas 102, the gas tube 101 is a cathode and the crucible 103 is an anode.
るつぼ103の外周にはヒータ105が設けられており、混合ガス102を加熱する。
A
るつぼ103からのノズル(引き出し口)106の断面積を制御するため、断面積可変手段107が設けられている。 In order to control the sectional area of the nozzle (drawer port) 106 from the crucible 103, a sectional area variable means 107 is provided.
ノズル104から引き出されたクラスタイオンは基板108へ向けて、加速電極(陽極)109aと加速電極(陰極)108bによって加速され、基板108上に蒸着する。
しかしながら、上記従来例では以下のような課題があった。 However, the above conventional example has the following problems.
微粒子をキャリアガスに混合した混合ガスでは微粒子の濃度にむらができるため、安定した微粒子の供給が困難になる。すなわち放出されるイオンの出力が安定しない。また、混合ガスからのイオンの引き出しはその出力が小さいため、加工に用いた場合、十分な加工速度が得られず、その生産性が低下する。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、放出されるイオンが高出力、かつ安定した出力となるようなイオン源を提供することにある。 In the mixed gas in which the fine particles are mixed with the carrier gas, the concentration of the fine particles can be uneven, so that it is difficult to stably supply the fine particles. That is, the output of emitted ions is not stable. Further, since the output of ions extracted from the mixed gas is small, when used for processing, a sufficient processing speed cannot be obtained, and the productivity is lowered. The present invention has been invented in view of such problems of the prior art, and an exemplary object of the present invention is to provide an ion source in which emitted ions have a high output and a stable output. It is in.
上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのイオン源は、微粒子及び/又は前記微粒子を含有する液体を供給する供給部と、供給された前記微粒子及び/又は前記液体を流すキャピラリと、キャピラリから前記微粒子及び/又は前記液体を吐出させる駆動部と、吐出させた前記微粒子及び/又は前記液体を荷電させる荷電手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an ion source according to one aspect of the present invention includes a supply unit that supplies fine particles and / or a liquid containing the fine particles, and a capillary that flows the supplied fine particles and / or the liquid. And a driving unit that discharges the fine particles and / or the liquid from the capillary, and a charging unit that charges the discharged fine particles and / or the liquid.
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。 Further objects and other features of the present invention will be made clear by the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
従来よりも、性能の良いイオン源を提供することができる。 An ion source with better performance than before can be provided.
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。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本実施例における全体の構成を表している。図1において、混合液1は後にイオンとして引き出される微粒子を液体に溶解及び/又は撹拌したものである。キャピラリ2は混合液1を吐出するための駆動部を有する。キャピラリ2に入った混合液1はキャピラリ2先端まで流され、その先端部より吐出される。吐出の駆動方法はいわゆるインクジェット方式が好ましく、例えば、電気熱変換体による膜沸騰を越える加熱によって生ずる気泡の成長により混合液1を吐出する方式や、ピエゾの駆動によって混合液1を吐出する方式などがある。
FIG. 1 shows the overall configuration of this embodiment. In FIG. 1, a liquid mixture 1 is obtained by dissolving and / or stirring fine particles to be extracted later as ions. The
次に、吐出された混合液1は陽極3aと陰極3bからなる電極3間が形成する電界内に入ると、微粒子がイオン化され、陰極3bから微粒子イオン4を引き出すことができる。装置内の雰囲気は真空にしてあるため、微粒子を溶解及び/又は撹拌した液体は蒸発し、微粒子イオン4のみを引き出すことができる。 Next, when the discharged mixed liquid 1 enters an electric field formed between the electrodes 3 including the anode 3a and the cathode 3b, the fine particles are ionized, and the fine particle ions 4 can be extracted from the cathode 3b. Since the atmosphere in the apparatus is a vacuum, the liquid in which the fine particles are dissolved and / or stirred is evaporated, and only the fine particle ions 4 can be extracted.
図2は電極3の構造が図1とは異なり、キャピラリ2自身を電極3(陰極3a)とするものである。図2では引き出し電極となる陰極3bをキャピラリ2の先端近傍に配置する。以下、図1と図2を共通の説明図として第一の実施の形態を述べる。
In FIG. 2, the structure of the electrode 3 is different from that in FIG. 1, and the
図1および図2ではキャピラリ2を一組図示したがこれに限定されず、さらなる大出力化のため、キャピラリ2を複数本並べるようなアレイ構造にすることが好ましい。
1 and 2 show a set of
微粒子イオン4の出力を制御するのは、キャピラリ2から混合液1の吐出量や吐出液滴数を制御する方法、あるいは電極3間の電界を制御する方法が有効である。さらに、その制御のためにイオンの出力強度を測定する測定手段があり、測定手段の測定結果に基づき制御を行うことが望ましいが、図1および図2では不図示とした。
For controlling the output of the fine particle ions 4, a method of controlling the discharge amount and the number of discharged droplets of the mixed liquid 1 from the
また、混合液1の溶解を促進させるため、キャピラリ2の外周にヒータを設けるとなお良い。さらに、混合液1の撹拌を促進させるため、キャピラリ2を加振させる加振部や超音波の照射部の少なくとも一方を有するのも有効である。あるいは混合液1が撹拌しながらキャピラリ2先端まで流れるように、キャピラリ2の内部に渦巻き溝を設ける方法も有効である。
Further, in order to promote the dissolution of the mixed liquid 1, it is more preferable to provide a heater on the outer periphery of the
さらに、イオン化するための荷電方法は電界を強めに設定し、放電環境内で行っても良い。 Further, the charging method for ionization may be performed in a discharge environment with a strong electric field.
ここまで、イオン源となる微粒子を混合液1に含有させた方法について述べてきたが、これに限定されず、微粒子を直接吐出させて、電界の中でイオン化し、陰極3bから微粒子イオン4を引き出す方法でも有効である。 Up to this point, the method of incorporating fine particles to be an ion source into the liquid mixture 1 has been described. However, the present invention is not limited to this. The fine particles are directly ejected to be ionized in an electric field, and fine particle ions 4 are extracted from the cathode 3b. The method of pulling out is also effective.
微粒子は主に原子、分子、クラスタを意味するがこれに限定されない。いわゆるナノパーティクルと呼ばれるような微小なパルク状のものでも適用できる。ただし、荷電前において固体であることが好ましい。 The fine particles mainly mean atoms, molecules, and clusters, but are not limited thereto. It can also be applied to a so-called nano-particle-like pulverized one. However, it is preferably a solid before charging.
微粒子が荷電されイオン化したあと、不図示の加速電極で微粒子イオン4を加速し、静電レンズ、質量分離器や偏向器を経て、被加工基板上に微粒子イオン4を照射し、加工を行う。微粒子イオン4の輸送は加工の用途に応じて調整すれば良い。加工はリソグラフィ、イオン注入、スパッタリング、ミリング、蒸着、成膜、質量分析などに限られず、所望の位置に微粒子を配置することも適用できる。例えば、所望の位置に配置した微粒子を触媒にした加工を行う場合には、本発明による工程を経てから行えば有効である。 After the fine particles are charged and ionized, the fine particle ions 4 are accelerated by an acceleration electrode (not shown), and the substrate is irradiated with the fine particle ions 4 through an electrostatic lens, a mass separator and a deflector to perform processing. The transport of the fine particle ions 4 may be adjusted according to the purpose of processing. Processing is not limited to lithography, ion implantation, sputtering, milling, vapor deposition, film formation, mass spectrometry, and the like, and it is also possible to apply fine particles at desired positions. For example, when processing using fine particles arranged at a desired position as a catalyst, it is effective to perform the processing after the process according to the present invention.
実施例1では、微粒子のイオン化を電界内で行う方法について述べた。本実施例では高エネルギを照射して微粒子イオンを放出させる方法について説明する。 In Example 1, the method of performing ionization of fine particles in an electric field was described. In this embodiment, a method of emitting fine particle ions by irradiating with high energy will be described.
図3は本実施例における全体の構成を表している。実施例1と同様に、混合液1は後にイオンとして引き出される微粒子を液体に溶解及び/又は撹拌したものである。キャピラリ2は混合液1を吐出するための駆動部を有する。キャピラリ2に入った混合液1はキャピラリ2先端まで流され、その先端部より吐出される。吐出の駆動方法はいわゆるインクジェット方式が好ましく、例えば、電気熱変換体による膜沸騰を越える加熱によって生ずる気泡の成長により混合液1を吐出する方式や、ピエゾの駆動によって混合液1を吐出する方式などがある。
FIG. 3 shows the overall configuration of this embodiment. Similar to Example 1, the liquid mixture 1 is obtained by dissolving and / or stirring fine particles to be extracted later as ions. The
次に、吐出された混合液1に向けて、高エネルギ発生源5から高エネルギ6を照射する。キャピラリ2の吐出口、先端近傍に高エネルギ発生源5を設け、発生した高エネルギ6を吐出した混合液1に照射する。実施例1でも説明した通り、装置内の雰囲気は真空にしてあるため、液体は蒸発し、微粒子のみをイオン化することができる。さらに高エネルギ6照射によって液体の蒸発を早めることができる。高エネルギ6として、紫外線、X線やマイクロ波などの電磁波、あるいは電子線やイオンビームを用いる方法が有効である。
Next, high energy 6 is irradiated from the high energy generation source 5 toward the discharged mixed liquid 1. A high energy generation source 5 is provided in the vicinity of the discharge port and the tip of the
図3ではキャピラリ2を一組図示したがこれに限定されず、さらなる大出力化のため、キャピラリ2を複数本並べるようなアレイ構造にすることが好ましい。
Although one set of
微粒子イオン4の出力を制御するのは、キャピラリ2から混合液1の吐出量を制御する方法、あるいは高エネルギ発生源5が照射する高エネルギ6の出力を制御する方法が有効である。さらに、その制御のためにイオンの出力強度を測定する測定手段があり、測定手段の測定結果に基づき制御を行うことが望ましいが、図3では不図示とした。
For controlling the output of the fine particle ions 4, a method of controlling the discharge amount of the mixed liquid 1 from the
また、混合液1の溶解を促進させるため、キャピラリ2の外周にヒータを設けるとなお良い。さらに、混合液1の撹拌を促進させるため、キャピラリ2を加振させる加振部や超音波の照射部の少なくとも一方を有するのも有効である。あるいは混合液1が撹拌しながらキャピラリ2先端まで流れるように、キャピラリ2の内部に渦巻き溝を設ける方法も有効である。
Further, in order to promote the dissolution of the mixed liquid 1, it is more preferable to provide a heater on the outer periphery of the
ここまで、イオン源となる微粒子を混合液1に含有させた方法について述べてきたが、これに限定されず、微粒子を直接吐出させて、電界の中でイオン化し、陰極3bから微粒子イオン4を引き出す方法でも有効である。 Up to this point, the method in which the liquid mixture 1 contains fine particles serving as an ion source has been described. However, the present invention is not limited to this, and the fine particles are directly ejected to be ionized in an electric field. The method of pulling out is also effective.
微粒子は主に原子、分子、クラスタを意味するがこれに限定されない。いわゆるナノパーティクルと呼ばれるような微小なパルク状のものでも適用できる。ただし、荷電前において固体であることが好ましい。 The fine particles mainly mean atoms, molecules, and clusters, but are not limited thereto. It can also be applied to a so-called nano-particle-like pulverized one. However, it is preferably a solid before charging.
微粒子が荷電されイオン化したあと、不図示の加速電極で微粒子イオン4を加速し、静電レンズ、質量分離器や偏向器を経て、被加工基板上に微粒子イオン4を照射し、加工を行う。微粒子イオン4の輸送は加工の用途に応じて調整すれば良い。加工はリソグラフィ、イオン注入、スパッタリング、ミリング、蒸着、成膜、質量分析などに限られず、所望の位置に微粒子を配置することも適用できる。例えば、所望の位置に配置した微粒子を触媒にした加工を行う場合には、本発明による工程を経てから行えば有効である。 After the fine particles are charged and ionized, the fine particle ions 4 are accelerated by an acceleration electrode (not shown), and the substrate is irradiated with the fine particle ions 4 through an electrostatic lens, a mass separator and a deflector to perform processing. The transport of the fine particle ions 4 may be adjusted according to the purpose of processing. Processing is not limited to lithography, ion implantation, sputtering, milling, vapor deposition, film formation, mass spectrometry, and the like, and it is also possible to apply fine particles at desired positions. For example, when processing using fine particles arranged at a desired position as a catalyst, it is effective to perform the processing after the process according to the present invention.
以上の実施例によれば、微粒子を液体に溶解及び/又は撹拌した液体、または微粒子をそのまま使用することによって、微粒子の濃度が均一となり、微粒子を液体に溶解及び/又は撹拌した液体、または微粒子を電極間や高エネルギ発生源へ向けて、安定した供給ができる。そのため放出されるイオンの出力が安定する。また、微粒子を液体に溶解及び/又は撹拌した液体、または微粒子をそのまま使用するため、イオンの大出力が得られる。したがって、本発明によるイオン源を加工に用いた場合、イオンの安定した大きな出力が得られるため、加工速度と加工精度が向上し、すなわち生産性の高い加工装置を提供することができる。さらに、比較的簡単な構成でイオン源が得られ、そのイオン源から得られるイオン種は多種に渡り、加工用途に応じた装置開発を軽減できるため、安価な加工装置と加工方法を提供することができる。 According to the above embodiments, the liquid in which the fine particles are dissolved and / or stirred, or the fine particles are used as they are, so that the concentration of the fine particles becomes uniform, and the liquid in which the fine particles are dissolved and / or stirred or the fine particles. Can be supplied stably between the electrodes and to a high energy generation source. Therefore, the output of the emitted ions is stabilized. In addition, since a liquid obtained by dissolving and / or stirring fine particles in a liquid or fine particles is used as it is, a large output of ions can be obtained. Therefore, when the ion source according to the present invention is used for processing, a stable and large output of ions can be obtained, so that the processing speed and processing accuracy can be improved, that is, a processing device with high productivity can be provided. Furthermore, an ion source can be obtained with a relatively simple configuration, and there are a wide variety of ion species obtained from the ion source, so that the development of a device according to the processing application can be reduced, so that an inexpensive processing device and processing method are provided. Can do.
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。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist.
1 混合液・微粒子
2 キャピラリ
3 電極
3a 陽極
3b 陰極
4 微粒子イオン
5 高エネルギ発生源
6 高エネルギ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mixed liquid and
Claims (14)
A processing apparatus comprising the ion source according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004085009A JP2005276501A (en) | 2004-03-23 | 2004-03-23 | Ion source, processing unit, and processing method using it |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111638262A (en) * | 2020-05-15 | 2020-09-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Solid reference substance for laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry and quantitative analysis method |
-
2004
- 2004-03-23 JP JP2004085009A patent/JP2005276501A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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CN111638262A (en) * | 2020-05-15 | 2020-09-08 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Solid reference substance for laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry and quantitative analysis method |
CN111638262B (en) * | 2020-05-15 | 2021-05-25 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Solid reference substance for laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry and quantitative analysis method |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |