JP2012040573A - Microprocessing method of sample - Google Patents

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Etsuko Tomita
恵津子 冨田
Hideaki Watanabe
英聡 渡邉
Masaaki Tateoka
正明 立岡
Kei Inoue
慧 井上
Akira Saito
明 斎藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microprocessing method of a sample which is capable of achieving processing in nanometer order accuracy without damaging the sample regardless of conductive/insulating properties of the sample, superior in efficiency compared with an conventional method, and capable of shortening processing time and simplifying processing.SOLUTION: Under an ultra-high vacuum, a high electric field is formed at a to-be-worked part of the sample having a sample multi-layer film structure, and the to-be-worked part is irradiated with a laser beam 13 to perform photoexcitation field evaporation, thereby performing microprocessing without damaging an atomic structure of the sample. At this time, it is desirable that an electrode having a pinhole 12 acting as a course of a laser beam is used as an electrode 11a for forming the high electric field. It is desirable to irradiate a pulse laser beam through an optical fiber. Further, it is desirable that the pulse laser beam is used as a laser beam.

Description

本発明は、多層膜構造を有する試料を微細加工する方法に関するものである。より詳細には、薄膜太陽電池や半導体素子の分析評価のためにその分析対象となる表面を清浄にする表面処理や、あるいはナノメートルオーダーの空間分解能での微細パターン加工などに利用できる、試料の微細加工方法に関するものである。   The present invention relates to a method for finely processing a sample having a multilayer film structure. More specifically, for the analysis and evaluation of thin-film solar cells and semiconductor devices, the surface of the sample to be analyzed is cleaned, or fine pattern processing with a spatial resolution of nanometer order can be used. The present invention relates to a fine processing method.

従来の技術を図1〜3を参照して説明する。   A conventional technique will be described with reference to FIGS.

図1には、シリコン基板101上に薄膜102〜106の5層の薄膜が成膜された分析試料の断面を表している。こうして積層された膜の表面から深さ方向に成分分析または構造分析をする場合、アルゴンイオンなどのイオンビーム107を照射することで表面をエッチングしながら表面を低速で削り、順次現れてくる面にX線や電子線、または可視光レーザーを照射することで分析する手法が知られている。X線を照射することで飛び出してくる電子のエネルギーを計測する方法としてはX線光電子分光法、電子線を照射することで飛び出してくるオージェ電子を計測する方法としてはオージェ電子分光法、そして可視光レーザーを照射による散乱光を分光する方法としてはラマン散乱分光法が知られている。   FIG. 1 shows a cross section of an analysis sample in which five layers of thin films 102 to 106 are formed on a silicon substrate 101. When component analysis or structural analysis is performed in the depth direction from the surface of the laminated film in this way, the surface is etched at a low speed while etching the surface by irradiating an ion beam 107 such as argon ions, and the surface appears sequentially. A technique of analyzing by irradiating an X-ray, an electron beam, or a visible light laser is known. X-ray photoelectron spectroscopy is used as a method for measuring the energy of electrons emitted by irradiating X-rays, Auger electron spectroscopy is used as a method for measuring Auger electrons emitted by irradiating electron beams, and visible. Raman scattering spectroscopy is known as a method of dispersing scattered light by irradiation with an optical laser.

また、積層薄膜や上部の薄膜に覆われた表面から深い部分を分析する方法として、砥粒を用いて斜め面に削り出す研磨法が知られている。すなわち、図2に示すように、表面109に対して角度θの研磨面108を削りだす方法である。この方法はθを1度〜0.1度程度にすることで厚さの50倍〜500倍程度の領域を研磨面108に露出させることができるため、分析領域を拡大して分析するのに有用な方法として知られている。   In addition, as a method for analyzing a deep portion from a surface covered with a laminated thin film or an upper thin film, a polishing method is known in which an abrasive grain is used to cut an oblique surface. That is, as shown in FIG. 2, the polishing surface 108 having an angle θ with respect to the surface 109 is cut out. In this method, by setting θ to about 1 degree to 0.1 degree, an area of about 50 to 500 times the thickness can be exposed to the polishing surface 108, so that the analysis area can be expanded and analyzed. It is known as a useful method.

一方、表面に印加された電界によって原子が吸い出されることを利用して表面を加工する方法も知られている(例えば、特許文献1参照。)。すなわち、図3に示すように、分析対象となる表面上に先端径が数100nmオーダーの針状プローブ112を配置し、試料表面に対して針状プローブ112側を正の電圧を印加させることで、試料表面を構成する原子113を針状プローブ112側へ放出させて表面を加工する方法である。   On the other hand, a method of processing a surface by utilizing the fact that atoms are sucked out by an electric field applied to the surface is also known (see, for example, Patent Document 1). That is, as shown in FIG. 3, the needle probe 112 having a tip diameter of the order of several hundreds of nanometers is arranged on the surface to be analyzed, and a positive voltage is applied to the needle probe 112 side with respect to the sample surface. This is a method of processing the surface by releasing the atoms 113 constituting the sample surface to the needle probe 112 side.

特開平5−255870号公報JP-A-5-255870

しかしながら、イオンビームを照射することによって表面から垂直方向にエッチングしていく方法では、ビーム照射による分析対象へのダメージの問題があった。すなわち、分析対象が単結晶である場合に運動量を持つイオンが入射することによって結晶がアモルファス化してしまい、結晶構造などの物性情報を消失させてしまうという問題があった。また、研磨法でも、研磨傷や局所的な歪みなど、分析対象へ機械的な損傷が避けられないという問題があった。   However, in the method of etching in the vertical direction from the surface by irradiating with an ion beam, there is a problem of damage to the analysis target due to the beam irradiation. That is, when the analysis target is a single crystal, there is a problem in that ions having momentum are incident to make the crystal amorphous, and physical property information such as a crystal structure is lost. Further, even with the polishing method, there has been a problem that mechanical damage to the analysis target such as polishing scratches and local distortions cannot be avoided.

この点、上記特許文献1にあるような針状プローブを用いる方法では、表面に印加された電界によって原子が針状プローブ側へ放出されることを利用しているため、イオンビーム照射法や研磨法に比べ、表面に機械的な損傷を与えることなしに表面を加工し、新鮮な分析面を出すことが可能である。しかしながら、針状プローブ側に試料面を構成する原子を移動させているため、加工を繰り返すうちに移動した原子が針状プローブの先端に堆積して、所望の電界強度あるいは分布を維持できなくなるという問題があった。また、効率が悪く、一度に加工できる面積が極微小範囲に限られてしまうという問題があった。更に、針状プローブと試料間に流れるトンネル電流を利用するため、絶縁性試料の加工には適さないという問題があった。   In this regard, the method using the needle-like probe as described in Patent Document 1 utilizes the fact that atoms are released to the needle-like probe side by the electric field applied to the surface, so that the ion beam irradiation method or polishing is used. Compared to the method, it is possible to process the surface without causing mechanical damage to the surface and to obtain a fresh analytical surface. However, since the atoms constituting the sample surface are moved to the needle probe side, the moved atoms accumulate on the tip of the needle probe as processing is repeated, and the desired electric field strength or distribution cannot be maintained. There was a problem. In addition, there is a problem that the efficiency is low and the area that can be processed at a time is limited to a very small range. Furthermore, since a tunnel current flowing between the needle probe and the sample is used, there is a problem that it is not suitable for processing an insulating sample.

したがって、本発明の目的は、導電性・絶縁性試料を問わず試料に損傷を与えることなくナノメートルオーダー精度での加工を実現することができ、かつ従来手法に比べ効率に優れ、加工時間の短縮・簡便化を図ることができる試料の微細加工方法を提供することにある。   Therefore, the object of the present invention is to realize processing with nanometer order accuracy without damaging the sample regardless of whether it is a conductive or insulating sample, and it is superior in efficiency and processing time compared to the conventional method. An object of the present invention is to provide a sample microfabrication method that can be shortened and simplified.

上記目的を達成するため、本発明の第1は、多層膜構造を有する試料を、その原子構造に損傷を与えることなく、微細加工する方法において、超高真空下において、前記試料の被加工部に、高電界を形成すると共に、レーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせることを特徴とする試料の微細加工方法を提供するものである。   In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, in a method for finely processing a sample having a multilayer film structure without damaging the atomic structure, the portion to be processed of the sample is subjected to ultrahigh vacuum. In addition, the present invention provides a sample microfabrication method characterized by forming a high electric field and irradiating a laser beam to cause photoexcitation electric field evaporation.

上記発明によれば、多層膜構造を有する試料の被加工部に、高電界を形成すると共に、レーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせるので、これにより、被加工部を構成する原子を被加工部から原子レベルで放出させて、多層膜構造を有する試料の深さ方向にナノメートルオーダー精度で加工することができる。   According to the above invention, a high electric field is formed on the processed part of the sample having a multilayer film structure, and the laser beam is irradiated to perform photoexcitation electric field evaporation, whereby the atoms constituting the processed part are formed. Can be released at the atomic level from the workpiece and processed in the depth direction of the sample having a multilayer structure with nanometer order accuracy.

この方法について更に説明すると、超高真空下において、試料の被加工部に高電界による電場を与えると共に、レーザー光を照射して光励起エネルギーを与えると、被加工部を構成する原子に被加工部から飛び出すエネルギーを与えることができる。すなわち、光励起電界蒸発を行わせることができる。このとき、高電界とレーザー光によるエネルギーは原子レベルで付与されるので、付与されない部分の原子構造に影響を与えることがない。また、この光励起電界蒸発は、高電界の作用に加えてレーザー光により誘導されるので、絶縁性試料にも行わせることができ、その加工が可能である。更に、この光励起電界蒸発は、高電界のみによって原子を電界蒸発させる場合に比べて電界強度を低く抑えることができる。これにより、例えば、針状の電極で高電界を形成する場合にも、加工を繰り返すうちに移動した原子が針状の電極の先端に堆積して、所望の電界強度あるいは分布を維持できなくなることなどを防げる。   This method will be further described. Under an ultra-high vacuum, when an electric field due to a high electric field is applied to the processed part of the sample and laser light is applied to provide photoexcitation energy, the atoms constituting the processed part are subjected to the processed part. Can give energy to jump out from. That is, photoexcitation electric field evaporation can be performed. At this time, the energy by the high electric field and the laser beam is applied at the atomic level, and thus does not affect the atomic structure of the unapplied portion. Further, since this photo-excited electric field evaporation is induced by laser light in addition to the action of a high electric field, it can also be performed on an insulating sample and can be processed. Furthermore, this photo-excited field evaporation can suppress the electric field strength to a lower level than the case where atoms are evaporated by a high electric field alone. As a result, for example, even when a high electric field is formed with a needle-like electrode, the atoms that have moved as the processing is repeated accumulate on the tip of the needle-like electrode, making it impossible to maintain the desired electric field strength or distribution. You can prevent.

本発明の第2は、前記第1の発明において、前記試料の被加工部を含む領域に対向して、ピンホールが設けられた電極を配置し、この電極と試料との間で電圧を印加して高電界を形成すると共に、前記ピンホールを通してレーザー光を照射するようにし、前記ピンホール及びレーザー光の光路を整合させて、両者を前記試料に対して相対移動させながら加工を行う試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, an electrode provided with a pinhole is disposed opposite to a region including the processed portion of the sample, and a voltage is applied between the electrode and the sample. In addition to forming a high electric field, the laser beam is irradiated through the pinhole, the optical path of the pinhole and the laser beam is aligned, and the sample is processed while moving both relative to the sample. A fine processing method is provided.

上記発明によれば、前記試料の被加工部を含む領域に対向して、ピンホールが設けられた電極を配置し、この電極と試料との間で電圧を印加して高電界を形成すると共に、前記ピンホールを通してレーザー光を照射するようにし、前記ピンホール及びレーザー光の光路を整合させて、両者を前記試料に対して相対移動させながら加工を行うので、光励起電界蒸発を行わせる位置、範囲を制御するのが容易であり、前記試料の平面方向に位置精度よく加工することができる。また、そのピンホールを通してレーザー光を照射するようにしたので、前記試料の被加工部から放出した原子が電極に付着しても、その原子付着によるレーザー出力低下を防止することができる。   According to the above invention, the electrode provided with the pinhole is disposed opposite to the region including the processed part of the sample, and a high electric field is formed by applying a voltage between the electrode and the sample. The laser beam is irradiated through the pinhole, the optical path of the pinhole and the laser beam is aligned, and the processing is performed while moving both relative to the sample. It is easy to control the range, and processing can be performed with high positional accuracy in the plane direction of the sample. Further, since the laser beam is irradiated through the pinhole, even if atoms emitted from the processed portion of the sample adhere to the electrode, it is possible to prevent a laser output decrease due to the atom attachment.

本発明の第3は、前記第2の発明において、前記加工の過程で、前記試料の被加工部ではない部分と電極間に前記とは逆方向の電圧を印加して、電極に堆積した試料原子を除去する試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the sample deposited on the electrode by applying a voltage in the opposite direction between the portion of the sample that is not the processed portion and the electrode in the process of processing. A microfabrication method of a sample for removing atoms is provided.

上記発明によれば、前記試料の被加工部から放出した原子が電極に付着しても、その付着原子を被加工部ではない部分で逆方向の電圧を印加して除去して、所望の電界強度あるいは分布を維持することができる。これにより、より広い範囲を安定して長時間加工することが可能となる。   According to the above invention, even if atoms emitted from the processed portion of the sample adhere to the electrode, the attached atoms are removed by applying a reverse voltage at a portion that is not the processed portion, thereby obtaining a desired electric field. Strength or distribution can be maintained. Thereby, it is possible to stably process a wider range for a long time.

本発明の第4は、前記第2の発明において、試料以外に導電性ダミー板を併設し、前記加工の過程で、ダミー板と電極間に前記とは逆方向の電圧を印加して、電極に堆積した試料原子を除去する試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect, a conductive dummy plate is provided in addition to the sample, and a voltage in a direction opposite to the above is applied between the dummy plate and the electrode in the process of processing. A sample microfabrication method for removing sample atoms deposited on the substrate is provided.

上記発明によれば、前記試料の被加工部から放出した原子が電極に付着しても、その付着原子を導電性ダミー板で逆方向の電圧を印加して除去して、所望の電界強度あるいは分布を維持することができる。これにより、より広い範囲を安定して長時間加工することが可能となる。   According to the above invention, even if atoms emitted from the processed part of the sample adhere to the electrode, the attached atoms are removed by applying a reverse voltage with the conductive dummy plate to obtain a desired electric field strength or Distribution can be maintained. Thereby, it is possible to stably process a wider range for a long time.

本発明の第5は、前記第1〜4のいずれか1つの発明において、試料と電極間に高電界を形成し、試料の被加工部にパルスレーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせる試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the present invention, a high electric field is formed between the sample and the electrode, and a laser beam is irradiated to a processed portion of the sample to perform photoexcitation electric field evaporation. The present invention provides a microfabrication method for a sample to be applied.

上記発明によれば、試料の被加工部にパルスレーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせるので、より強い光励起エネルギーを付与することができる。これにより、試料が絶縁性であっても光励起電界蒸発を行わせて、加工することができる。また、光励起電界蒸発を行わせるための電界強度を低く抑えることができる。これにより、例えば、針状の電極で高電界を形成する場合にも、加工を繰り返すうちに移動した原子が針状の電極の先端に堆積して、所望の電界強度あるいは分布を維持できなくなることなどを防げる。   According to the above invention, the portion to be processed of the sample is irradiated with pulsed laser light to cause photoexcitation electric field evaporation, so that stronger photoexcitation energy can be imparted. Thereby, even if a sample is insulating, it can be processed by performing photoexcitation electric field evaporation. Moreover, the electric field intensity for performing photoexcitation electric field evaporation can be suppressed low. As a result, for example, even when a high electric field is formed with a needle-like electrode, the atoms that have moved as the processing is repeated accumulate on the tip of the needle-like electrode, making it impossible to maintain the desired electric field strength or distribution. You can prevent.

本発明の第6は、前記第5の発明において、前記パルスレーザーの光路上に光学素子を導入し、パルスレーザーの偏光特性及び偏光方向を操作して試料の被加工部に照射する試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect, an optical element is introduced on the optical path of the pulse laser, and the fineness of the sample irradiated to the processing portion of the sample by manipulating the polarization characteristics and the polarization direction of the pulse laser. A processing method is provided.

上記発明によれば、例えば直線偏光のパルスレーザーの偏光方向を操作することにより、電極−試料間に電気的に印加された電場の方向と、レーザー光の偏光方向とが揃うようにして、加工効率を高めることができる。また、パルスレーザーの偏光特性、例えば直線偏光や円偏光を操作することにより、試料の加工部位や、加工形状を操作できる。   According to the above invention, for example, by manipulating the polarization direction of a linearly polarized pulse laser, the direction of the electric field electrically applied between the electrode and the sample is aligned with the polarization direction of the laser beam, thereby processing the laser beam. Efficiency can be increased. Further, by manipulating the polarization characteristics of the pulse laser, for example, linearly polarized light and circularly polarized light, it is possible to manipulate the processed part and processed shape of the sample.

本発明の第7は、前記第5又は6の発明において、前記電極が、パルスレーザー光の波長付近に吸収をもたない透明な材料で構成されており、前記パルスレーザー光を、前記電極を通して照射する試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a seventh aspect of the present invention, in the fifth or sixth aspect, the electrode is made of a transparent material having no absorption near the wavelength of the pulse laser beam, and the pulse laser beam is transmitted through the electrode. A fine processing method of a sample to be irradiated is provided.

上記発明によれば、透明な材料で構成された電極を通して、電極の外側からレーザー光を照射することができるので、レーザー光照射手段の設置箇所に自由度がもたらされると共に、レーザーの照射位置の制御が容易になる。   According to the above invention, since the laser beam can be irradiated from the outside of the electrode through the electrode made of a transparent material, the degree of freedom is provided at the installation position of the laser beam irradiation means, and the position of the laser irradiation position is also improved. Control becomes easy.

本発明の第8は、前記第7の発明において、試料に電圧を印加するための電極を、試料の複数の被加工面に対向して複数設置し、試料を固定したまま、試料の複数の被加工面に対して加工する試料の微細加工方法を提供するものである。   According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect of the present invention, a plurality of electrodes for applying a voltage to the sample are placed facing a plurality of processed surfaces of the sample, and the plurality of samples are fixed while the sample is fixed. A fine processing method of a sample to be processed on a processing surface is provided.

上記発明によれば、電圧を印加する電極を変更し、レーザー照射源の位置を操作することで、試料を固定したまま異なる複数の試料面を加工することができる。   According to the above invention, by changing the electrode to which the voltage is applied and operating the position of the laser irradiation source, a plurality of different sample surfaces can be processed while the sample is fixed.

本発明の第9は、前記第5〜8のいずれか1つの発明において、パルスレーザー光の照射位置を走査して所定パターンに加工する試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the fifth to eighth aspects of the present invention, there is provided a microfabrication method of a sample that scans the irradiation position of the pulsed laser beam and processes it into a predetermined pattern.

上記発明によれば、パルスレーザー光の照射位置を走査して加工するので、試料の平面方向に位置精度よく加工することができる。これにより、試料表面のクリーニングや微細パターンの形成を、試料の深さ方向にナノメートルオーダーの精度で行うことができるとともに、試料の表面形成方向にマイクロメートルオーダーの精度で行うことが可能となる。   According to the above invention, since the processing is performed by scanning the irradiation position of the pulse laser beam, it can be processed with high positional accuracy in the plane direction of the sample. As a result, the cleaning of the sample surface and the formation of a fine pattern can be performed with accuracy on the order of nanometers in the depth direction of the sample, and can be performed with accuracy on the order of micrometers in the direction of surface formation of the sample. .

本発明の第10は、前記第5〜9のいずれか1つの発明において、光ファイバーを通してパルスレーザー光を照射する試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the fifth to ninth aspects of the present invention, there is provided a microfabrication method for a sample that is irradiated with pulsed laser light through an optical fiber.

上記発明によれば、光ファイバーを通してパルスレーザー光を照射するので、レーザー照射源の位置を操作しやすく、試料を固定したまま異なる複数の試料面を加工することがより容易となる。   According to the above invention, since the pulse laser beam is irradiated through the optical fiber, the position of the laser irradiation source can be easily operated, and it becomes easier to process a plurality of different sample surfaces while fixing the sample.

本発明の第11は、前記第10の発明において、前記光ファイバーにコーティングされた電極を用いて、試料と該電極間に高電界を形成する試料の微細加工方法を提供するものである。   An eleventh aspect of the present invention provides the sample microfabrication method according to the tenth aspect, wherein an electrode coated on the optical fiber is used to form a high electric field between the sample and the electrode.

上記発明によれば、前記光ファイバーにコーティングされた電極を用いて、試料と該電極間に高電界を形成するので、電界範囲とパルスレーザー光の照射位置を整合させやすく、光励起電界蒸発を行わせる位置、範囲を制御するのが容易となり、前記試料の平面方向に位置精度よく加工することができる。   According to the invention, the electrode coated on the optical fiber is used to form a high electric field between the sample and the electrode. Therefore, the electric field range and the irradiation position of the pulsed laser beam can be easily aligned, and photoexcitation electric field evaporation is performed. It becomes easy to control the position and range, and processing can be performed with high positional accuracy in the plane direction of the sample.

本発明の第12は、前記第10又は11の発明において、光ファイバーを複数本用いて、複数箇所を同時に加工する試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect of the present invention, there is provided a sample microfabrication method in which a plurality of optical fibers are used to simultaneously process a plurality of locations.

上記発明によれば、試料の複数箇所を同時に加工することができる。   According to the above invention, a plurality of locations on the sample can be processed simultaneously.

本発明の第13は、前記第1〜12のいずれか1つの発明において、試料を加工しつつ、加工用レーザー、又は加工用レーザーと同軸上に照射される別のレーザーによって、被加工部のラマンスペクトルを測定する試料の微細加工方法を提供するものである。   A thirteenth aspect of the present invention is the process according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the workpiece is processed by the processing laser or another laser irradiated coaxially with the processing laser while processing the sample. A microfabrication method of a sample for measuring a Raman spectrum is provided.

上記発明によれば、試料の新鮮な分析面を顕出させつつラマン散乱スペクトル測定により試料の分析評価を行うことができる。   According to the above invention, the sample can be analyzed and evaluated by Raman scattering spectrum measurement while revealing a fresh analysis surface of the sample.

本発明の第14は、前記第1〜13のいずれか1つの発明において、試料の被加工部と電極との間に高電圧パルスを印加して高電界を形成すると同時に、該被加工部にレーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせる試料の微細加工方法を提供するものである。   In a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the first to thirteenth aspects, a high voltage pulse is applied between the processed portion of the sample and the electrode to form a high electric field, and at the same time, It is intended to provide a fine processing method of a sample that irradiates a laser beam and performs photoexcitation electric field evaporation.

上記発明によれば、試料の被加工部と電極との間に高電圧パルスを印加して高電界を形成すると同時に、該被加工部にレーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせるので、これにより、被加工部を構成する原子を被加工部から原子レベルで放出させて、多層膜構造を有する試料の深さ方向にナノメートルオーダー精度で加工することができる。   According to the above invention, a high voltage pulse is applied between the processed part of the sample and the electrode to form a high electric field, and at the same time, the processed part is irradiated with laser light to cause photoexcitation electric field evaporation. As a result, the atoms constituting the workpiece can be released from the workpiece at an atomic level and processed in the depth direction of the sample having the multilayer structure with nanometer order accuracy.

本発明の第15は、前記第14の発明において、被加工部のサイズ及び加工速度に応じて、前記レーザー光のビーム径を変化させて照射する試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in the fourteenth aspect of the present invention, there is provided a fine processing method of a sample to be irradiated by changing the beam diameter of the laser beam in accordance with the size and the processing speed of a processed part.

上記発明によれば、被加工部のサイズ及び加工速度を調整するのが容易となる。   According to the said invention, it becomes easy to adjust the size and processing speed of a to-be-processed part.

本発明の第16は、前記第14又は15の発明において、前記電極が平板状又は針状をなす試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the fourteenth or fifteenth aspect of the present invention, there is provided a microfabrication method for a sample in which the electrode has a flat or needle shape.

上記発明によれば、前記電極が平板状をなす場合には、その平板状の電極に相応して比較的広範囲にわたり高電界が形成されるので、高電界の形成された範囲でレーザー光の照射位置を順次移動させていくことで試料表面上の任意の位置の加工を行うことができる。また、前記電極が針状をなす場合には、その針状の電極に相応して比較的狭小の範囲に強い高電界が形成されるので、高電圧パルスを効率的に印加できる。   According to the above invention, when the electrode has a flat plate shape, a high electric field is formed over a relatively wide range corresponding to the flat plate electrode. Processing at an arbitrary position on the sample surface can be performed by sequentially moving the position. In addition, when the electrode has a needle shape, a strong high electric field is formed in a relatively narrow range corresponding to the needle shape electrode, so that a high voltage pulse can be applied efficiently.

本発明の第17は、前記第1の発明において、前記試料の被加工部を含む領域に対向して、複数本のものからなる針状の電極を配置し、試料の被加工部にレーザー光を照射すると共に、前記針状の電極と試料との間に高電界を形成して、光励起電界蒸発を行わせて試料の被加工部を凹凸状に加工した後、前記試料に高電圧を印加して、凹凸状に加工された試料の凸部に電界蒸発を行わせる試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a seventeenth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a plurality of needle-like electrodes are arranged facing a region including the processed portion of the sample, and laser light is applied to the processed portion of the sample. In addition, a high electric field is formed between the needle-shaped electrode and the sample, and photo-excited electric field evaporation is performed to process the processed portion of the sample into an uneven shape, and then a high voltage is applied to the sample. Thus, the present invention provides a microfabrication method for a sample in which electric field evaporation is performed on the convex portion of the sample processed into a concavo-convex shape.

上記発明によれば、光励起電界蒸発を行わせて試料の被加工部を凹凸状に加工したうえで、前記試料に高電圧を印加して、形成した凸部においてその凸部を構成する原子を電界蒸発させることにより、その凸部を除去して平坦化し、試料表面を薄膜化することができる。   According to the above invention, after the processed portion of the sample is processed into a concavo-convex shape by performing photoexcitation electric field evaporation, a high voltage is applied to the sample, and the atoms constituting the convex portion are formed in the formed convex portion. By evaporating the electric field, the convex portion can be removed and flattened, and the sample surface can be thinned.

本発明の第18は、前記第1の発明において、前記試料の被加工部を含む領域に対向して、複数本のものからなる針状の電極を配置し、試料の被加工部にレーザー光を照射すると共に、前記針状の電極と試料との間に高電界を形成して、光励起電界蒸発を行わせて試料の被加工部を凹凸状に加工した後、前記試料に高電圧を印加すると共に、レーザー光を照射して、凹凸状に加工された試料の凸部に光励起電界蒸発を行わせる試料の微細加工方法を提供するものである。   According to an eighteenth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a plurality of needle-like electrodes are arranged facing a region including the processed portion of the sample, and laser light is applied to the processed portion of the sample. In addition, a high electric field is formed between the needle-shaped electrode and the sample, and photo-excited electric field evaporation is performed to process the processed portion of the sample into an uneven shape, and then a high voltage is applied to the sample. In addition, the present invention provides a sample microfabrication method that irradiates a laser beam to cause photo-excitation electric field evaporation to occur on a convex portion of a sample processed into a concavo-convex shape.

上記発明によれば、光励起電界蒸発を行わせて試料の被加工部を凹凸状に加工したうえで、前記試料に高電圧を印加すると共に、前記被加工部にレーザー光を照射して、形成した凸部においてその凸部を構成する原子を光励起電界蒸発させることにより、その凸部を除去して平坦化し、試料表面を薄膜化することができる。また、レーザー光により誘起される光励起電界蒸発を行わせるので、導電性・絶縁性試料を問わずその試料表面を薄膜化することができる。   According to the above-described invention, the processed portion of the sample is processed into a concavo-convex shape by performing photoexcitation electric field evaporation, and a high voltage is applied to the sample, and the processed portion is irradiated with laser light. By performing photoexcitation electric field evaporation of the atoms constituting the convex portion in the convex portion, the convex portion can be removed and flattened, and the sample surface can be made thin. Moreover, since photoexcitation electric field evaporation induced by laser light is performed, the surface of the sample can be thinned regardless of whether the sample is conductive or insulating.

本発明の第19は、前記第17又は18の発明において、試料の被加工部を凹凸状に加工した後、針状の電極を前記被加工部の凸部の側面に指向させて配置し、前記試料と前記電極との間に高電界を形成して、前記凸部の側面にて電界蒸発を行わせる試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a nineteenth aspect of the present invention, in the seventeenth or eighteenth aspect of the present invention, after processing the processed portion of the sample into a concavo-convex shape, the needle-like electrode is arranged so as to face the side surface of the convex portion of the processed portion, The present invention provides a microfabrication method for a sample in which a high electric field is formed between the sample and the electrode, and electric field evaporation is performed on the side surface of the convex portion.

上記発明によれば、光励起電界蒸発を行わせて試料の被加工部を凹凸状に加工したうえで、形成した凸部の側面に高電界を指向させて、その凸部の側面を構成する原子を電界蒸発させるので、その凸部のボリュームを側面から縮減することができ、凸部を除去して平坦化するのが容易となる。   According to the above-described invention, after the processed portion of the sample is processed to be uneven by performing photoexcitation electric field evaporation, the high electric field is directed to the side surface of the formed convex portion, and the atoms constituting the side surface of the convex portion Is evaporated from the electric field, the volume of the convex portion can be reduced from the side surface, and the convex portion can be easily removed and flattened.

本発明の第20は、前記第17又は18の発明において、試料の被加工部を凹凸状に加工した後、針状の電極を前記被加工部の凸部の側面に指向させて配置し、前記試料と前記電極との間に高電界を形成すると共に、レーザー光を前記凸部の側面に照射することにより、前記凸部の側面にて光励起電界蒸発を行わせる試料の微細加工方法を提供するものである。   According to a twentieth aspect of the present invention, in the seventeenth or eighteenth aspect of the present invention, after processing the processed portion of the sample into a concavo-convex shape, the needle-like electrode is arranged so as to face the side surface of the convex portion of the processed portion, Provided is a sample microfabrication method for forming a high electric field between the sample and the electrode and irradiating the side surface of the convex portion with a laser beam to perform photoexcitation electric field evaporation on the side surface of the convex portion. To do.

上記発明によれば、光励起電界蒸発を行わせて試料の被加工部を凹凸状に加工したうえで、形成した凸部の側面に高電界とレーザー光とを指向させて、その凸部の側面を構成する原子を光励起電界蒸発させるので、その凸部のボリュームを側面から縮減することができ、凸部を除去して平坦化するのが容易となる。また、レーザー光により誘起される光励起電界蒸発を行わせるので、導電性・絶縁性試料を問わずその試料表面を薄膜化することができる。   According to the above-described invention, the processed portion of the sample is processed to be uneven by performing photoexcitation electric field evaporation, and then a high electric field and laser light are directed to the side surface of the formed convex portion, and the side surface of the convex portion As a result of the photoexcitation electric field evaporation, the volume of the convex portion can be reduced from the side surface, and the convex portion can be easily removed and flattened. Moreover, since photoexcitation electric field evaporation induced by laser light is performed, the surface of the sample can be thinned regardless of whether the sample is conductive or insulating.

本発明によれば、多層膜構造を有する試料の被加工部に、高電界を形成すると共に、レーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせるので、これにより、被加工部を構成する原子を被加工部から原子レベルで放出させて、多層膜構造を有する試料の深さ方向にナノメートルオーダー精度で加工することができる。このとき、高電界とレーザー光によるエネルギーは原子レベルで付与されるので、付与されない部分の原子構造に影響を与えることがない。また、この光励起電界蒸発は、高電界の作用に加えてレーザー光により誘導されるので、絶縁性試料にも行わせることができ、その加工が可能である。更に、この光励起電界蒸発は、高電界のみによって原子を電界蒸発させる場合に比べて電界強度を低く抑えることができる。これにより、例えば、針状の電極で高電界を形成する場合にも、加工を繰り返すうちに移動した原子が針状の電極の先端に堆積して、所望の電界強度あるいは分布を維持できなくなることなどを防げる。   According to the present invention, a high electric field is formed on a processed portion of a sample having a multilayer film structure, and laser excitation is performed to cause photoexcitation electric field evaporation. Thus, atoms constituting the processed portion are formed. Can be released at the atomic level from the workpiece and processed in the depth direction of the sample having a multilayer structure with nanometer order accuracy. At this time, the energy by the high electric field and the laser beam is applied at the atomic level, and thus does not affect the atomic structure of the unapplied portion. Further, since this photo-excited electric field evaporation is induced by laser light in addition to the action of a high electric field, it can also be performed on an insulating sample and can be processed. Furthermore, this photo-excited field evaporation can suppress the electric field strength to a lower level than the case where atoms are evaporated by a high electric field alone. As a result, for example, even when a high electric field is formed with a needle-like electrode, the atoms that have moved as the processing is repeated accumulate on the tip of the needle-like electrode, making it impossible to maintain the desired electric field strength or distribution. You can prevent.

従来技術として、イオンビームを照射することによって表面から垂直方向にエッチングしていく方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the method of etching from the surface to a perpendicular direction by irradiating an ion beam as a prior art. 従来技術として、砥粒を用いて斜め面に削り出す研磨法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the grinding | polishing method which grinds to an inclined surface using an abrasive grain as a prior art. 従来技術として、表面に印加された電界によって原子が吸い出されることを利用して表面を加工する方法を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the method of processing a surface using the fact that an atom is sucked out by the electric field applied to the surface as a prior art. 本発明の実施形態の第1を示す図であり、ピンホールが設けられた針状をなす電極が配置され、(a)は光励起電界蒸発により試料面の原子が電極側に放出される状態の説明図、(b)は電極に堆積した試料原子を除去する状態の説明図である。It is a figure which shows the 1st of embodiment of this invention, The electrode which makes the needle shape provided with the pinhole is arrange | positioned, (a) is the state by which the atom of a sample surface is discharge | released to the electrode side by photoexcitation electric field evaporation. Explanatory drawing, (b) is explanatory drawing of the state which removes the sample atom deposited on the electrode. 本発明の実施形態の第2を示す図であり、平板状をなす電極に複数のピンホールが設けられたものが配置され、(a)は光励起電界蒸発により試料面の原子が電極側に放出される状態の説明図、(b)は電極に堆積した試料原子を除去する状態の説明図である。It is a figure which shows the 2nd of embodiment of this invention, and the thing which provided the several pinhole in the electrode which makes a flat form is arrange | positioned, (a) is discharge | released the atom of a sample surface to the electrode side by photoexcitation electric field evaporation (B) is an explanatory view of a state in which sample atoms deposited on the electrode are removed. 本発明の実施形態の第3を示す図であり、試料の複数の被加工面に対向して複数設置された電極の配置図である。It is a figure which shows 3rd of embodiment of this invention, and is a layout drawing of the electrode installed in multiple numbers facing the some to-be-processed surface of a sample. 本発明の実施形態の第3を示す図であり、試料に電圧を印加するための電極が、試料の複数の被加工面に対向して複数設置され、(a)は一の試料面が光励起電界蒸発により加工される加工前の状態の説明図、(b)は(a)の加工後の状態の説明図、(c)は他の試料面が光励起電界蒸発により加工される加工前の状態の説明図、(d)は(c)の加工後の状態の説明図である。It is a figure which shows the 3rd of embodiment of this invention, and the electrode for applying a voltage to a sample is installed with two or more facing the some to-be-processed surface of a sample, (a) is one sample surface photoexcited. Explanatory drawing of the state before the process processed by electric field evaporation, (b) is an explanatory view of the state after the process of (a), (c) is the state before the process by which another sample surface is processed by photoexcitation electric field evaporation (D) is explanatory drawing of the state after the process of (c). 同第3の実施形態の他の状態を示す図であり、試料全体を囲うように電極を配置した状態の説明図である。It is a figure which shows the other state of the 3rd Embodiment, and is explanatory drawing of the state which has arrange | positioned the electrode so that the whole sample may be enclosed. 本発明の実施形態の第4を示す図であり、パルスレーザー光の照射位置を走査して所定パターンに加工する状態において、(a)は加工前の状態の説明図、(b)は加工後の状態の説明図である。It is a figure which shows 4th of embodiment of this invention, In the state which scans the irradiation position of a pulse laser beam and processes it into a predetermined pattern, (a) is explanatory drawing of the state before a process, (b) is after a process It is explanatory drawing of the state of. 本発明の実施形態の第5を示す図であり、光ファイバーにコーティングされた電極を用いて、試料を光励起電界蒸発により加工する状態において、(a)は加工前の状態の説明図、(b)は加工後の状態の説明図である。It is a figure which shows 5th Embodiment of this invention, (a) is explanatory drawing of the state before a process in the state which processes a sample by photoexcitation electric field evaporation using the electrode coated by the optical fiber, (b) These are explanatory drawings of the state after processing. 本発明の実施形態の第6を示す図であり、平板状をなす電極を用いて、試料を光励起電界蒸発により加工する状態の説明図である。It is a figure which shows 6th of embodiment of this invention, and is explanatory drawing of the state which processes a sample by photoexcitation electric field evaporation using the electrode which makes flat form. 本発明の実施形態の第7を示す図であり、針状をなす電極を用いて、試料を光励起電界蒸発により加工する状態の説明図である。It is a figure which shows the 7th of embodiment of this invention, and is explanatory drawing of the state which processes a sample by photoexcitation electric field evaporation using the electrode which makes a needle shape. 本発明の実施形態の第8を示す図であり、試料の被加工部を含む領域に対向して、複数本のものからなる針状の電極を配置し、試料の被加工部にレーザー光を照射して光励起電界蒸発により被加工部を凹凸状に加工する状態の説明図である。It is a figure which shows the 8th of embodiment of this invention, opposes the area | region containing the to-be-processed part of a sample, arrange | positions the acicular electrode which consists of a plurality of things, and applies a laser beam to the to-be-processed part of a sample. It is explanatory drawing of the state which irradiates and processes a to-be-processed part by uneven | corrugated shape by light excitation electric field evaporation. 同第8の実施形態において、複数本のものからなる針状の電極の形状に沿って試料の被加工部を凹凸状に加工する(a)加工前及び(b)加工後の状態の説明図である。In the eighth embodiment, the processed portion of the sample is processed into a concavo-convex shape along the shape of a plurality of needle-shaped electrodes (a) Before and after (b) processing It is. 同第8の実施形態において、凹凸状に加工された試料に高電解を印加して凸部に電界蒸発が発生するようにしている状態の説明図である。In the 8th Embodiment, it is explanatory drawing of the state which is applying the high electrolysis to the sample processed into the uneven | corrugated shape, and electric field evaporation generate | occur | produces in a convex part. 同第8の実施形態において、加工された後の試料の状態の説明図である。In the 8th Embodiment, it is explanatory drawing of the state of the sample after processing.

以下、図4〜15を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態ではその説明を省略するが、本発明は、ロータリーポンプ、スクロールポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンポンプなどの減圧手段を備えた加工室において行うようにし、10−8Paオーダー以下の超高真空下において行うことを要する。また、本発明における「高電界」とは、レーザー光と併用して目的する加工が可能な程度の高電界を意味し、加工対象や用いるレーザー光の特性によっても異なるが、数V/nm程度の高電界を意味する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Although the description thereof is omitted in the following embodiments, the present invention is performed in a processing chamber equipped with a decompression means such as a rotary pump, a scroll pump, a turbo molecular pump, an ion pump, and the order of 10 −8 Pa or less. It is necessary to carry out under ultra high vacuum. In addition, the “high electric field” in the present invention means a high electric field that can be processed in combination with laser light, and it depends on the processing object and the characteristics of the laser light used, but it is about several V / nm. Means a high electric field.

まず、図4(a)を参照して本発明の実施形態の第1を説明する。   First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この第1の実施形態では、図4(a)に示すように、多層膜構造を有する試料として、シリコン基板101上に薄膜102〜106の5層の薄膜が成膜された試料を用いる。多層膜構造を有する試料としては、具体的には薄膜太陽電池や半導体素子などが挙げられる。   In the first embodiment, as shown in FIG. 4A, a sample in which five layers of thin films 102 to 106 are formed on a silicon substrate 101 is used as a sample having a multilayer structure. Specific examples of the sample having a multilayer structure include a thin film solar cell and a semiconductor element.

図4(a)では、多層膜構造を有する試料の試料面は薄膜106により形成されており、これが試料の被加工部とされている。そして、その被加工部を含む領域に対向して、ピンホール12が設けられた針状をなす電極11aを配置し、この電極11aと上記試料との間で電圧を印加して高電界を形成するようになっている。また、ピンホール12を通してレーザー光13を照射するようになっている。このピンホール12(電極11a)とレーザー光13の光路を整合させ、両者を上記試料に対して相対移動させることにより、上記試料の被加工部の任意の位置に、高電界を形成すると共に、レーザー光を照射することができ、上述した光励起電界蒸発を行わせることができる。すなわち、電圧を印加し、電極側を負、試料側を正に帯電させると、電極試料間に電場が形成され、光励起電界蒸発により試料面の薄膜106を構成する原子が電極側に放出され、加工を行うことができる。このとき、加工深さは、電圧値あるいはレーザー照射時間や電圧印加時間で変更することができる。よって、電圧を変えながら、あるいはレーザー移動速度を変えながら、上記ピンホール12(電極11a)とレーザー光13の光路を整合させ、両者を上記試料に対して相対移動させることで、清浄かつダメージの無い分析面を任意の形状で露出させることが可能となる。なお、ピンホール12は、レーザー光の絞り手段ともなり得るので、それを利用して、試料の被加工部へのレーザー照射の強度、分布を調節することに寄与することができる。また、別途、レーザー光の行路のピンホール12を通る前又は後にレンズを設けてレーザー光のビーム径を調節することもできる。   In FIG. 4A, the sample surface of the sample having the multilayer film structure is formed by the thin film 106, and this is the processed portion of the sample. Then, a needle-like electrode 11a provided with a pinhole 12 is arranged opposite to the region including the processed portion, and a high electric field is formed by applying a voltage between the electrode 11a and the sample. It is supposed to be. Further, the laser beam 13 is irradiated through the pinhole 12. By aligning the optical path of the pinhole 12 (electrode 11a) and the laser beam 13 and moving both relative to the sample, a high electric field is formed at an arbitrary position of the processed portion of the sample, Laser light can be irradiated, and the above-described photoexcitation electric field evaporation can be performed. That is, when a voltage is applied and the electrode side is negatively charged and the sample side is charged positively, an electric field is formed between the electrode samples, and atoms constituting the thin film 106 on the sample surface are released to the electrode side by photoexcitation electric field evaporation. Processing can be performed. At this time, the processing depth can be changed by the voltage value, the laser irradiation time, or the voltage application time. Therefore, while changing the voltage or changing the laser moving speed, the optical path of the pinhole 12 (electrode 11a) and the laser beam 13 is aligned, and both of them are moved relative to the sample, so that clean and damaged It is possible to expose an analysis surface having no shape in an arbitrary shape. Since the pinhole 12 can also serve as a means for narrowing the laser beam, it can be used to contribute to adjusting the intensity and distribution of the laser irradiation of the sample to be processed. Separately, a lens may be provided before or after passing through the pinhole 12 on the path of the laser light to adjust the beam diameter of the laser light.

図4(b)には、第1の実施形態において、電極に堆積した試料原子を除去する場合の実施形態を示す。例えば、電極として針状のものを用いた場合などには、図4(a)に示すように、加工を繰り返すうちに移動した原子が針状プローブの先端に堆積して、所望の電界強度あるいは分布を維持できなくなる場合がある。このようなときは、加工の過程で、上記とは逆方向の電圧を印加して、電極に堆積した試料原子を除去することができる。すなわち、電極11aを試料面以外の非加工面に移動させてから、電極側を正、試料側を負に帯電させると、電極試料間に、試料の加工を行うときとは逆の電場が形成される。これにより、電極11aの表面に付着した原子が試料側に移動する。この場合、図示しないレーザー照射手段からレーザー光13aをグレージング入射して電極に広く照射させれば、光励起電界蒸発により、電極11aの表面に付着した原子を試料側に、より効率よく移動させることができる。この場合、図4(b)に示すように、試料以外に導電性ダミー板14を併設し、前記加工の過程で、ダミー板と電極間に加工時とは逆方向の電圧を印加して、電極に堆積した試料原子を除去するようにしてもよい。以上のように、電極に堆積した試料原子の除去・洗浄を行うことによって、より広い範囲を安定して長時間加工することが可能となる。   FIG. 4B shows an embodiment in the case where the sample atoms deposited on the electrodes are removed in the first embodiment. For example, when a needle-like electrode is used, as shown in FIG. 4A, atoms that have moved during repeated processing are deposited on the tip of the needle-like probe, and the desired electric field strength or Distribution may not be maintained. In such a case, a sample atom deposited on the electrode can be removed by applying a voltage in the opposite direction to the above in the course of processing. That is, when the electrode 11a is moved to a non-processed surface other than the sample surface and then the electrode side is charged positively and the sample side is negatively charged, an electric field opposite to that when processing the sample is formed between the electrode samples. Is done. Thereby, atoms attached to the surface of the electrode 11a move to the sample side. In this case, if the laser beam 13a is glazed from a laser irradiation means (not shown) and the electrode is widely irradiated, atoms attached to the surface of the electrode 11a can be moved more efficiently to the sample side by photoexcitation electric field evaporation. it can. In this case, as shown in FIG. 4B, a conductive dummy plate 14 is provided in addition to the sample, and a voltage in the opposite direction to that during processing is applied between the dummy plate and the electrode during the processing, You may make it remove the sample atom deposited on the electrode. As described above, by removing and cleaning the sample atoms deposited on the electrodes, it is possible to stably process a wider range for a long time.

次に、図5(a)を参照して本発明の実施形態の第2を説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この第2の実施形態では、電7極として平板状をなす電極11bに複数のピンホール12が設けられたものが配置されている。そして、その複数設けられたピンホール12を通ってレーザー光が複数、上記試料の被加工部に照射されるようになっている。そして、平板状をなす電極11bの形状に沿って高電界を分布させることができ、加えて、レーザー光を複数、同時に照射することにより、試料面の広範囲にわたって光励起電界蒸発を行わせることができる。このような態様により、一度に試料面の広範囲にわたって加工することが可能となる。また、必要に応じて、図5(b)に示すように、上記図4(b)で説明した実施形態と同様の態様により、電極に堆積した試料原子の除去・洗浄を行うこともできる。   In the second embodiment, the electrode 11b having a flat plate shape as the seven electrodes is provided with a plurality of pinholes 12. Then, a plurality of laser beams are irradiated to the processed portion of the sample through the plurality of pinholes 12 provided. In addition, a high electric field can be distributed along the shape of the electrode 11b having a flat plate shape. In addition, by irradiating a plurality of laser beams simultaneously, photoexcitation electric field evaporation can be performed over a wide range of the sample surface. . By such an aspect, it is possible to process over a wide range of the sample surface at a time. If necessary, as shown in FIG. 5B, the sample atoms deposited on the electrode can be removed and cleaned in the same manner as the embodiment described in FIG. 4B.

次に、図6〜9を参照して本発明の実施形態の第3を説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

この第3の実施形態では、図6に示すように、直方体形状の試料21が高真空に調整された加工室(図示しない。)にセットされている。加工室内には、更に、その試料の一の側面に対向して平板状をなす電極22が配置され、他の側面に対向して平板状をなす電極23が配置されている。なお、試料の形状に制限はないが、予めμmオーダーのサイズに加工した単層または積層薄膜状の試料であることが好ましい。   In the third embodiment, as shown in FIG. 6, a rectangular parallelepiped sample 21 is set in a processing chamber (not shown) adjusted to a high vacuum. Further, in the processing chamber, a plate-like electrode 22 is arranged to face one side surface of the sample, and a plate-like electrode 23 is arranged to face the other side surface. Although there is no limitation on the shape of the sample, it is preferably a single layer or laminated thin film sample that has been processed to a size of the order of μm in advance.

図7(a)に示すように、上記電極22と試料21との間に電圧を印加して、試料21の対向する面間に高電界Eを形成する。その状態で、図7(b)に示すように、図示しないレーザー光照射手段により、被加工部22aにパルスレーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせ、その部分から原子を放出させることにより、試料表面を凹形に加工することができる。   As shown in FIG. 7A, a voltage is applied between the electrode 22 and the sample 21 to form a high electric field E between the opposing surfaces of the sample 21. In this state, as shown in FIG. 7 (b), the laser beam irradiation means (not shown) irradiates the processed portion 22a with pulsed laser light to perform photoexcitation electric field evaporation, and emit atoms from that portion. Thus, the sample surface can be processed into a concave shape.

また、図7(c)に示すように、上記電極23と試料21との間に電圧を印加して、試料21の対向する面間に高電界Eを形成する。その状態で、図示しないレーザー光照射手段により、被加工部23aにパルスレーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせ、その部分から原子を放出させることにより、試料表面を凹形に加工することができる。   Further, as shown in FIG. 7C, a voltage is applied between the electrode 23 and the sample 21 to form a high electric field E between the opposing surfaces of the sample 21. In this state, the surface of the sample is processed into a concave shape by irradiating the laser beam irradiation means to the processing portion 23a with a laser beam irradiation means (not shown) to cause photoexcitation electric field evaporation and releasing atoms from the portion. be able to.

このように、電圧を印加する電極を電極22から電極23に変更することで、試料21を固定したまま、試料の複数の被加工面に対して加工することが可能となる。このとき、図示しないレーザー光照射手段によるレーザー照射源の位置を操作するか、あるいは図示しない別のレーザー照射源を用いて、パルスレーザー光の照射源の位置を任意に変更できることは言うまでもない。また、電圧を印加する際には、試料といずれかの電極にのみ電圧が印加され、電圧が印加されていない電極は全て接地することが好ましい。これにより、電圧を印加する電極の変更を確実に行うことができる。   In this way, by changing the electrode to which the voltage is applied from the electrode 22 to the electrode 23, it is possible to process a plurality of processed surfaces of the sample while the sample 21 is fixed. At this time, it goes without saying that the position of the irradiation source of the pulse laser beam can be arbitrarily changed by operating the position of the laser irradiation source by a laser beam irradiation means (not shown) or by using another laser irradiation source (not shown). Moreover, when applying a voltage, it is preferable that a voltage is applied only to a sample and one of the electrodes, and all electrodes to which no voltage is applied are grounded. Thereby, the change of the electrode which applies a voltage can be performed reliably.

使用するパルスレーザー光の種類としては、ナノ秒、ピコ秒、又はフェムト秒のパルス幅を有するものなどを、試料や付与する高電界の特性に応じて適宜選択することができる。また、パルスレーザーの光路上に光学素子又は偏光板を導入し、パルスレーザーの偏光特性及び偏光方向を操作して試料の被加工部に照射してもよい。これによれば、例えば直線偏光のパルスレーザーの偏光方向を操作することにより、電極−試料間に電気的に印加された電場の方向と、レーザー光の偏光方向とが揃うようにして、加工効率を高めることができる。また、パルスレーザーの偏光特性、例えば直線偏光や円偏光を操作することにより、試料の加工部位や、加工形状を操作できる。   As the type of pulsed laser light to be used, one having a nanosecond, picosecond, or femtosecond pulse width can be appropriately selected according to the characteristics of the sample and the applied high electric field. Further, an optical element or a polarizing plate may be introduced on the optical path of the pulse laser, and the processed portion of the sample may be irradiated by manipulating the polarization characteristics and the polarization direction of the pulse laser. According to this, for example, by manipulating the polarization direction of a linearly polarized pulse laser, the direction of the electric field electrically applied between the electrode and the sample is aligned with the polarization direction of the laser beam, thereby processing efficiency. Can be increased. Further, by manipulating the polarization characteristics of the pulse laser, for example, linearly polarized light and circularly polarized light, it is possible to manipulate the processed part and processed shape of the sample.

また、図8に示すように、試料21の全体を囲うように電極24を配置してもよい。この場合、レーザー光の光路が電極によって遮られてしまい、目的とする箇所の加工を行うことが困難である。したがって、電極24を、パルスレーザー光の波長付近に吸収をもたない透明な材料で構成しておき、その電極を通してパルスレーザー光を照射することが好ましい。これによれば、レーザー光の光路からみて電極の陰となる部分の加工を行うことができる。パルスレーザー光の波長付近に吸収をもたない透明な材料としては、ITO(酸化インジウムスズ;スズドープ酸化インジウム)や有機高分子材料等が挙げられる。   Further, as shown in FIG. 8, the electrode 24 may be disposed so as to surround the entire sample 21. In this case, the optical path of the laser beam is blocked by the electrode, and it is difficult to process the target portion. Therefore, it is preferable that the electrode 24 is made of a transparent material that does not absorb near the wavelength of the pulse laser beam, and the pulse laser beam is irradiated through the electrode. According to this, it is possible to process a portion that is behind the electrode when viewed from the optical path of the laser beam. Examples of transparent materials that do not absorb near the wavelength of pulsed laser light include ITO (indium tin oxide; tin-doped indium oxide) and organic polymer materials.

次に、図9を参照して本発明の実施形態の第4を説明する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この第4の実施形態では、パルスレーザー光の照射位置を走査して所定パターンに加工するようになっている。すなわち、光ファイバー26がレーザー光照射手段となっており、平板状をなす電極27に囲まれた試料25に対して走査可能に設置されている。光ファイバー26の位置は、例えば、光ファイバーを保持するホルダーにピエゾ素子を取り付けたxyzステージを取り付けることで、精密に制御できるようになっており、試料と電極27との間に高電界を形成し、光ファイバー26からパルスレーザー光を照射して光励起電界蒸発を行わせることによって、試料表面のクリーニングや微細パターンの形成を、試料の深さ方向にナノメートルオーダーの精度で行うことができるとともに、試料の表面形成方向にマイクロメートルオーダーの精度で行うことが可能となる。なお、上述したように、光ファイバー26によるレーザー照射源の位置を操作するか、あるいは図示しない別のレーザー照射源を用いて、パルスレーザー光の照射源の位置を任意に変更できることは言うまでもない。この場合、光ファイバー26を通してパルスレーザー光を照射するので、レーザー照射源の位置を操作しやすい。また、電極27の材料としては、金属のみならず、パルスレーザー光の波長付近に吸収をもたない透明な材料として、ITO(酸化インジウムスズ;スズドープ酸化インジウム)や有機高分子材料などを用いることができる。   In the fourth embodiment, the irradiation position of the pulse laser beam is scanned and processed into a predetermined pattern. That is, the optical fiber 26 serves as a laser beam irradiation means, and is installed so as to be able to scan the sample 25 surrounded by the electrode 27 having a flat plate shape. The position of the optical fiber 26 can be precisely controlled, for example, by attaching an xyz stage with a piezo element attached to a holder that holds the optical fiber, forming a high electric field between the sample and the electrode 27, By irradiating pulsed laser light from the optical fiber 26 to perform photoexcitation electric field evaporation, the sample surface can be cleaned and a fine pattern can be formed with a precision of nanometer order in the depth direction of the sample. It becomes possible to carry out with accuracy of micrometer order in the surface formation direction. As described above, it is needless to say that the position of the irradiation source of the pulse laser beam can be arbitrarily changed by operating the position of the laser irradiation source by the optical fiber 26 or using another laser irradiation source (not shown). In this case, since the pulse laser beam is irradiated through the optical fiber 26, the position of the laser irradiation source can be easily operated. Further, as the material of the electrode 27, not only a metal but also ITO (indium tin oxide; tin-doped indium oxide), an organic polymer material, or the like is used as a transparent material that does not absorb near the wavelength of the pulse laser beam. Can do.

また、光ファイバー26に相当する光ファイバーを複数本用いて、複数箇所を同時に加工することもできる。   Further, a plurality of optical fibers corresponding to the optical fiber 26 can be used to simultaneously process a plurality of locations.

また、図9には、試料の角部を凹状に加工する例が示されているが、この場合、上述したようにパルスレーザーの光路上に光学素子又は偏光板を導入し、パルスレーザーの偏光特性及び偏光方向を操作して、例えば、直線偏光パルスレーザーの偏光方向が加工面に相対する電極に対し直交するように光ファイバー26の角度、位置を調整することで、加工により掘削された部分のエッジ形状が、球面状となるので、試料の角部分を傾斜加工しやすい。   FIG. 9 shows an example in which the corner of the sample is processed into a concave shape. In this case, as described above, an optical element or a polarizing plate is introduced on the optical path of the pulse laser, so that the polarization of the pulse laser is changed. By manipulating the characteristics and the polarization direction, for example, by adjusting the angle and position of the optical fiber 26 so that the polarization direction of the linearly polarized pulse laser is orthogonal to the electrode facing the processing surface, Since the edge shape is spherical, the corner portion of the sample is easy to be inclined.

次に、図10を参照して本発明の実施形態の第5を説明する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この第5の実施形態では、光ファイバー28にコーティングされた電極29を用いて、試料と該電極間に高電界を形成するようになっている。すなわち、電極29をコーティングされた光ファイバー28が、試料25に対して走査可能に設置されており、レーザー光照射手段となっており、電極にもなっている。電極29はコーティング可能な導電性物質によって構成される。例えば、有機導電性高分子膜、金属蒸着膜等を例示できる。電極29をコーティングされた光ファイバー28の位置は、例えば、光ファイバーを保持するホルダーにピエゾ素子を取り付けたxyzステージを取り付けることで、精密に制御できるようになっており、試料と電極29との間に高電界を形成し、光ファイバー28からパルスレーザー光を照射して光励起電界蒸発を行わせることによって、試料表面のクリーニングや微細パターンの形成を、試料の深さ方向にナノメートルオーダーの精度で行うことができるとともに、試料の表面形成方向にマイクロメートルオーダーの精度で行うことが可能となる。なお、上述したように、光ファイバー28によるレーザー照射源の位置を操作するか、あるいは図示しない別のレーザー照射源を用いて、パルスレーザー光の照射源の位置を任意に変更できることは言うまでもない。この場合、光ファイバーを通してパルスレーザー光を照射するので、レーザー照射源の位置を操作しやすい。また、電極29の材料としては、金属のみならず、パルスレーザー光の波長付近に吸収をもたない透明な材料として、ITO(酸化インジウムスズ;スズドープ酸化インジウム)や有機高分子材料などを用いることができる。   In the fifth embodiment, an electrode 29 coated on the optical fiber 28 is used to form a high electric field between the sample and the electrode. That is, the optical fiber 28 coated with the electrode 29 is installed so as to be able to scan the sample 25 and serves as a laser beam irradiation means and also serves as an electrode. The electrode 29 is made of a conductive material that can be coated. For example, an organic conductive polymer film, a metal vapor deposition film, etc. can be illustrated. The position of the optical fiber 28 coated with the electrode 29 can be precisely controlled, for example, by attaching an xyz stage with a piezo element attached to a holder that holds the optical fiber, and between the sample and the electrode 29. By forming a high electric field and irradiating pulsed laser light from the optical fiber 28 to perform photo-excited electric field evaporation, the sample surface is cleaned and a fine pattern is formed with a precision of nanometer order in the depth direction of the sample. In addition, it is possible to carry out with accuracy of micrometer order in the surface formation direction of the sample. As described above, it is needless to say that the position of the irradiation source of the pulse laser beam can be arbitrarily changed by operating the position of the laser irradiation source by the optical fiber 28 or using another laser irradiation source (not shown). In this case, since the pulse laser beam is irradiated through the optical fiber, the position of the laser irradiation source can be easily operated. As the material of the electrode 29, not only a metal but also ITO (indium tin oxide; tin-doped indium oxide) or an organic polymer material is used as a transparent material having no absorption near the wavelength of the pulsed laser beam. Can do.

また、電極29をコーティングされた光ファイバー28に相当する光ファイバーを複数本用いて、複数箇所を同時に加工することもできる。   Further, a plurality of optical fibers corresponding to the optical fiber 28 coated with the electrode 29 can be used to simultaneously process a plurality of locations.

また、図10には、試料の角部を斜め加工する例が示されているが、この場合、上述したようにパルスレーザーの光路上に光学素子又は偏光板を導入し、パルスレーザーの偏光特性及び偏光方向を操作して、例えば、円偏光入射するように光ファイバー28の角度、位置を調整することで、加工により掘削された部分のエッジ形状が面状となるので、試料の角部分を傾斜加工しやすい。   FIG. 10 shows an example in which the corner portion of the sample is obliquely processed. In this case, as described above, an optical element or a polarizing plate is introduced on the optical path of the pulse laser, and the polarization characteristics of the pulse laser are shown. And by manipulating the polarization direction and adjusting the angle and position of the optical fiber 28 so that the circularly polarized light is incident, for example, the edge shape of the portion excavated by processing becomes planar, so the corner portion of the sample is inclined. Easy to process.

次に、図11を参照して本発明の実施形態の第6を説明する。   Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この第6の実施形態では、図11に示すように、薄板形状の試料31が超高真空に調整された加工室(図示しない。)にセットされている。加工室内には、更に、その試料の一の側面に対向して平板状をなす電極32aが配置されている。また、試料31と電極32aの間に電圧を印加する高電圧パルス電源33が配置され、試料31と電極32aとの間に接続されている。図11(a)はその側面からみた状態であり、図11(b)はその上面からみた状態である。   In the sixth embodiment, as shown in FIG. 11, a thin plate-shaped sample 31 is set in a processing chamber (not shown) adjusted to an ultrahigh vacuum. In the processing chamber, an electrode 32a having a flat plate shape is disposed to face one side surface of the sample. Further, a high voltage pulse power source 33 for applying a voltage between the sample 31 and the electrode 32a is disposed and connected between the sample 31 and the electrode 32a. FIG. 11A shows a state seen from the side surface, and FIG. 11B shows a state seen from the upper surface.

ここで、高電圧パルス電源33により、電極32aに、試料31が電界蒸発しない程度の負の高電圧パルスを印加する。そして、この高電圧パルスの印加と同時に、図示しないレーザー光照射手段から、レーザー光34を試料表面に照射する。すると、レーザーが照射された試料表面35のみがレーザー光の光電場により蒸発電界に達し、試料表面が電界蒸発により加工される。以降、レーザー光の照射位置を順次移動させていくことで試料表面上の任意の位置の加工を行うことが可能である。図11(c)はその加工部の形状を上面からみた状態である。   Here, the high voltage pulse power source 33 applies a negative high voltage pulse to the electrode 32a so that the sample 31 does not evaporate in the electric field. Simultaneously with the application of the high voltage pulse, the sample surface is irradiated with laser light 34 from a laser light irradiation means (not shown). Then, only the sample surface 35 irradiated with the laser reaches the evaporation electric field by the photoelectric field of the laser beam, and the sample surface is processed by electric field evaporation. Thereafter, it is possible to process an arbitrary position on the sample surface by sequentially moving the irradiation position of the laser beam. FIG. 11C shows the shape of the processed part as viewed from above.

なお、レーザー光34はそのビーム径を変化させて照射するようにしてもよい。これにより、被加工部のサイズ及び加工速度を調整するのが容易となる。   The laser beam 34 may be irradiated while changing its beam diameter. Thereby, it becomes easy to adjust the size and processing speed of a to-be-processed part.

次に、図12を参照して本発明の実施形態の第7を説明する。   Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この第7の実施形態では、図12に示すように、薄板形状の試料31が超高真空に調整された加工室(図示しない。)にセットされている状態を示す。加工室内には、更に、その試料の一の側面に対向して針状をなす電極32bが配置されている。また、試料31と電極32bの間に電圧を印加する高電圧パルス電源33が配置され、試料31と電極32bとの間に接続されている。図12(a)はその側面からみた状態であり、図12(b)はその上面からみた状態である。   In the seventh embodiment, as shown in FIG. 12, a thin plate-shaped sample 31 is set in a processing chamber (not shown) adjusted to an ultrahigh vacuum. In the processing chamber, an electrode 32b having a needle shape is disposed opposite to one side surface of the sample. In addition, a high voltage pulse power source 33 that applies a voltage between the sample 31 and the electrode 32b is disposed and connected between the sample 31 and the electrode 32b. FIG. 12A is a state seen from the side surface, and FIG. 12B is a state seen from the upper surface.

ここで、高電圧パルス電源33により、電極32bに、試料31が電界蒸発しない程度の負の高電圧パルスを印加する。そして、この高電圧パルスの印加と同時に、図示しないレーザー光照射手段から、レーザー光34を試料表面に照射する。すると、レーザーが照射された試料表面35のみがレーザー光の光電場により蒸発電界に達し、試料表面が電界蒸発により加工される。以降、針状をなす電極32bとレーザー光の照射位置を同期させつつ順次移動させていくことで試料表面上の任意の位置の加工を行うことが可能である。図12(c)はその加工部の形状を上面からみた状態である。   Here, the high voltage pulse power source 33 applies a negative high voltage pulse to the electrode 32b so that the sample 31 does not evaporate in the electric field. Simultaneously with the application of the high voltage pulse, the sample surface is irradiated with laser light 34 from a laser light irradiation means (not shown). Then, only the sample surface 35 irradiated with the laser reaches the evaporation electric field by the photoelectric field of the laser beam, and the sample surface is processed by electric field evaporation. Thereafter, it is possible to perform processing at an arbitrary position on the sample surface by sequentially moving the needle-like electrode 32b and the irradiation position of the laser light in synchronization. FIG. 12C shows a state where the shape of the processed portion is viewed from above.

なお、レーザー光34はそのビーム径を変化させて照射するようにしてもよい。これにより、被加工部のサイズ及び加工速度を調整するのが容易となる。   The laser beam 34 may be irradiated while changing its beam diameter. Thereby, it becomes easy to adjust the size and processing speed of a to-be-processed part.

上記第6又は第7の実施形態に説明したように、本発明においては、従来のSTM探針を利用した加工方法など、電圧の印加による電界蒸発そのものを利用して表面を加工する方法とは異なり、レーザー光の光電場で誘起して原子を被加工部から放出させる。このため、導電性・絶縁性試料を問わず試料に損傷を与えることなく原子レベルで加工を行うことができる。また、電極の形状変化による加工性の低下が起きにくい。   As described in the sixth or seventh embodiment, in the present invention, a method for processing a surface using electric field evaporation itself by application of a voltage, such as a processing method using a conventional STM probe, is used. In contrast, atoms are emitted from the workpiece by being induced by a photoelectric field of laser light. Therefore, processing can be performed at the atomic level without damaging the sample regardless of whether it is a conductive or insulating sample. In addition, workability is less likely to deteriorate due to changes in electrode shape.

次に、図13〜16を参照して本発明の実施形態の第8を説明する。   Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

この第8の実施形態では、図13に示すように、薄板状の試料41が超高真空に調整された加工室(図示しない。)にセットされ、加工室内には、更に、その試料41に対向して複数本のものからなる針状の電極45が配置されている。また、レーザー光照射手段をなす光ファイバー42からは、試料41の被加工部を含む領域にはレーザー光43が照射されている。   In the eighth embodiment, as shown in FIG. 13, a thin plate-like sample 41 is set in a processing chamber (not shown) adjusted to an ultra-high vacuum. A plurality of needle-like electrodes 45 are arranged opposite to each other. Further, a laser beam 43 is radiated from an optical fiber 42 serving as a laser beam irradiating means to a region including a portion to be processed of the sample 41.

図14(a)には、電極45に電圧を印加していない加工前の状態を示す。また、図14(b)には、電圧を印加した加工後の状態を示す。なお、これらの図では、上記電極45が、薄板状の試料41の両面に近接して配置され、その両面を加工できるようになっている。すなわち、図14(a)に示す状態で、電極45に電圧を印加し、対向する試料表面との間に高電界を形成すると、その高電界が、電極45のくし型の形状に沿って分布するので、上記図13に示すレーザー光43が更に照射されることにより、上述した光励起電界蒸発を行わせて、電極45のくし型の形状に沿って試料41の表面から原子を放出させることができる。これにより、原子が放出された箇所が凹に、原子が放出されていない箇所が凸になる。このとき、この形状を試料の被加工部に均一に形成させるために、電極45を試料方向に対して上下させてもよい。また、電極45のその針状電極ごとに印加する電圧を変更させてもよい。この操作を試料の平面方向に繰り返し行うことで、試料の被加工部を凹凸状に加工することができる。   FIG. 14A shows a state before processing in which no voltage is applied to the electrode 45. Further, FIG. 14B shows a state after processing with voltage applied. In these figures, the electrode 45 is disposed in proximity to both surfaces of the thin plate-like sample 41 so that both surfaces can be processed. That is, when a voltage is applied to the electrode 45 in the state shown in FIG. 14A and a high electric field is formed between the opposing sample surfaces, the high electric field is distributed along the comb shape of the electrode 45. Therefore, when the laser beam 43 shown in FIG. 13 is further irradiated, the above-described photoexcitation electric field evaporation is performed, and atoms are emitted from the surface of the sample 41 along the comb shape of the electrode 45. it can. Thereby, the part from which the atom was emitted becomes concave, and the part from which the atom has not been emitted becomes convex. At this time, the electrode 45 may be moved up and down with respect to the sample direction in order to form this shape uniformly in the processed portion of the sample. Moreover, you may change the voltage applied for every acicular electrode of the electrode 45. FIG. By repeating this operation in the plane direction of the sample, the processed portion of the sample can be processed into an uneven shape.

次に、図15に示すように、凹凸状に加工された試料41aに、高電圧パルス電源46を接続し、試料に数V/nm程度の高電圧パルス46aを印加する。これにより、凹凸状に加工された試料の凸部において、電界蒸発により、その凸部の原子がイオン化し試料1から放出される。その結果、図16に示すように、表面が平坦化した試料41bとなる。このようにして試料を薄膜化することができる。   Next, as shown in FIG. 15, a high voltage pulse power source 46 is connected to the sample 41a processed into a concavo-convex shape, and a high voltage pulse 46a of about several V / nm is applied to the sample. Thereby, in the convex part of the sample processed into the uneven shape, atoms of the convex part are ionized and discharged from the sample 1 by electric field evaporation. As a result, as shown in FIG. 16, a sample 41b having a flat surface is obtained. In this way, the sample can be thinned.

この第8の実施形態の別の態様においては、凹凸状に加工された試料41a(図15)に、上記高電圧パルスを印加すると共に、レーザー光を照射して、凹凸状に加工された試料の凸部に光励起電界蒸発を行わせることもできる。この場合、凹凸状に加工された試料の凸部において、光励起電界蒸発により、その凸部の原子がイオン化し試料41aから放出される。これにより、その凸部を除去して平坦化し、試料表面を薄膜化することができる。また、レーザー光により誘起される光励起電界蒸発を行わせるので、導電性・絶縁性試料を問わずその試料表面を薄膜化することができる。   In another aspect of the eighth embodiment, the sample 41a (FIG. 15) processed into a concavo-convex shape is applied with the high-voltage pulse and irradiated with laser light to be processed into a concavo-convex shape. It is also possible to cause photoexcitation electric field evaporation to be performed on the protrusions. In this case, in the convex part of the sample processed into a concavo-convex shape, the atoms of the convex part are ionized and emitted from the sample 41a by photoexcitation electric field evaporation. Thereby, the convex part can be removed and flattened, and the sample surface can be thinned. Moreover, since photoexcitation electric field evaporation induced by laser light is performed, the surface of the sample can be thinned regardless of whether the sample is conductive or insulating.

この第8の実施形態の更に別の態様においては、針状の電極を、凹凸状に加工された試料41a(図15)の凸部の側面に指向させて配置し、試料と電極との間に高電界を形成して、その凸部の側面にて電界蒸発を行わせるようにすることもできる。これによれば、その凸部のボリュームを側面から縮減することができ、凸部を除去して平坦化するのが容易となる。また、針状の電極を、凹凸状に加工された試料41a(図15)の凸部の側面に指向させて配置し、試料と電極との間に高電界を形成すると共にレーザー光を照射して、その凸部の側面にて光励起電界蒸発を行わせるようにすることもできる。これによれば、レーザー光により誘起される光励起電界蒸発を行わせるので、導電性・絶縁性試料を問わずその試料表面を薄膜化することができる。   In still another aspect of the eighth embodiment, the needle-like electrode is arranged so as to face the side surface of the convex portion of the sample 41a (FIG. 15) processed into a concavo-convex shape, and between the sample and the electrode. It is also possible to form a high electric field and cause electric field evaporation to be performed on the side surface of the convex portion. According to this, the volume of the convex portion can be reduced from the side surface, and it becomes easy to remove the convex portion and flatten it. Further, the needle-like electrode is arranged so as to be directed to the side surface of the convex portion of the sample 41a (FIG. 15) processed into a concavo-convex shape, and a high electric field is formed between the sample and the electrode and laser light is irradiated. Thus, photoexcitation electric field evaporation can be performed on the side surface of the convex portion. According to this, photoexcitation electric field evaporation induced by laser light is performed, so that the surface of the sample can be thinned regardless of the conductive / insulating sample.

以上のような方法によって試料の薄膜化を行えば、薄膜化に際して汚染の原因となる他元素を使用する方法や物理的な手段を用いる方法に比べ、清浄な薄膜表面を形成するのが容易となる。また、試料表面のクリーニングや微細パターンの形成を、試料の深さ方向にナノメートルオーダーの精度で行うことができるとともに、試料の表面形成方向にマイクロメートルオーダーの精度で行うことが可能となる。   If the sample is thinned by the method as described above, it is easier to form a clean thin film surface than the method using other elements that cause contamination or the method using physical means. Become. In addition, the cleaning of the sample surface and the formation of a fine pattern can be performed with accuracy on the order of nanometers in the depth direction of the sample, and can be performed with accuracy on the order of micrometers on the surface formation direction of the sample.

一方、本発明の別の態様においては、試料を加工しつつ、加工用レーザー、又は加工用レーザーと同軸上に照射される別のレーザーによって、被加工部のラマンスペクトルを測定するようにしてもよい。そのためのレーザー光としては、上記加工用のナノ秒、ピコ秒、又はフェムト秒のパルス幅を有するパルスレーザーのほか、He-Neレーザーや、Ar+レーザーなど、紫外〜近赤外領域のcwレーザーなどを用いることができる。また、その散乱光を観測するために配置する光学測定系としては、公知のものを用いればよい。これによれば、試料の新鮮な分析面を顕出させつつラマン散乱スペクトル測定により試料の分析評価を行うことができる。 On the other hand, in another aspect of the present invention, the Raman spectrum of the part to be processed may be measured by a processing laser or another laser irradiated coaxially with the processing laser while processing the sample. Good. Laser light for this purpose includes pulse lasers with nanosecond, picosecond, or femtosecond pulse widths for the above processing, as well as cw lasers in the ultraviolet to near infrared region, such as He-Ne lasers and Ar + lasers. Etc. can be used. A known system may be used as an optical measurement system arranged for observing the scattered light. According to this, analysis evaluation of a sample can be performed by Raman scattering spectrum measurement while revealing a fresh analysis surface of the sample.

11a、11b、 電極
12 ピンホール
13、13a レーザー光
14 導電性ダミー板
21、25 試料
22、23、24、27、29 電極
22a、23a 被加工部
26 光ファイバー
28 電極をコーティングされた光ファイバー
31 試料
32a、32b 電極
33 高電圧パルス電源
34 レーザー光
35 レーザーが照射された試料表面
41、41a、41b 試料
42 光ファイバー
43 レーザー光
45 電極
46 高電圧パルス電源
46a 高電圧パルス
101 シリコン基板
102〜106 薄膜
107 イオンビーム
108 研磨面
109 研磨前の試料表面
112 針状プローブ
113 試料表面を構成する原子
E 高電界
11a, 11b, electrode 12 pinhole 13, 13a laser beam 14 conductive dummy plate 21, 25 sample 22, 23, 24, 27, 29 electrode 22a, 23a processed part 26 optical fiber 28 optical fiber 31 coated with electrode sample 32a , 32b electrode 33 high voltage pulse power supply 34 laser light 35 sample surface 41, 41a, 41b irradiated with laser beam 42 optical fiber 43 laser light 45 electrode 46 high voltage pulse power supply 46a high voltage pulse 101 silicon substrate 102-106 thin film 107 ion Beam 108 Polishing surface 109 Sample surface 112 before polishing Needle-shaped probe 113 Atom E constituting sample surface High electric field

Claims (20)

多層膜構造を有する試料を、その原子構造に損傷を与えることなく、微細加工する方法において、超高真空下において、前記試料の被加工部に、高電界を形成すると共に、レーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせることを特徴とする試料の微細加工方法。   In a method of finely processing a sample having a multilayer film structure without damaging its atomic structure, a high electric field is formed on the processed portion of the sample and the laser beam is irradiated under an ultrahigh vacuum. Then, a microfabrication method for a sample, characterized in that photoexcitation electric field evaporation is performed. 前記試料の被加工部を含む領域に対向して、ピンホールが設けられた電極を配置し、この電極と試料との間で電圧を印加して高電界を形成すると共に、前記ピンホールを通してレーザー光を照射するようにし、前記ピンホール及びレーザー光の光路を整合させて、両者を前記試料に対して相対移動させながら加工を行う請求項1記載の試料の微細加工方法。   An electrode provided with a pinhole is arranged opposite to the region including the processed part of the sample, and a high electric field is formed by applying a voltage between the electrode and the sample, and a laser is passed through the pinhole. The sample microfabrication method according to claim 1, wherein processing is performed while irradiating light, aligning optical paths of the pinhole and laser light, and moving both relative to the sample. 前記加工の過程で、前記試料の被加工部ではない部分と電極間に前記とは逆方向の電圧を印加して、電極に堆積した試料原子を除去する請求項2記載の試料の微細加工方法。   3. The microfabrication method for a sample according to claim 2, wherein a voltage in a direction opposite to the above is applied between a portion of the sample that is not a part to be processed and the electrode in the course of the processing to remove sample atoms deposited on the electrode. . 試料以外に導電性ダミー板を併設し、前記加工の過程で、ダミー板と電極間に前記とは逆方向の電圧を印加して、電極に堆積した試料原子を除去する請求項2記載の試料の微細加工方法。   The sample according to claim 2, wherein a conductive dummy plate is provided in addition to the sample, and a voltage in a direction opposite to the above is applied between the dummy plate and the electrode to remove sample atoms deposited on the electrode during the processing. Fine processing method. 試料と電極間に高電界を形成し、試料の被加工部にパルスレーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせる請求項1〜4のいずれか1つに記載の試料の微細加工方法。   The microfabrication method for a sample according to any one of claims 1 to 4, wherein a high electric field is formed between the sample and the electrode, and a laser beam is applied to the processing portion of the sample to perform photoexcitation electric field evaporation. 前記パルスレーザーの光路上に光学素子を導入し、パルスレーザーの偏光特性及び偏光方向を操作して試料の被加工部に照射する請求項5記載の試料の微細加工方法。   The sample microfabrication method according to claim 5, wherein an optical element is introduced on an optical path of the pulse laser, and the workpiece is irradiated by manipulating the polarization characteristics and the polarization direction of the pulse laser. 前記電極が、パルスレーザー光の波長付近に吸収をもたない透明な材料で構成されており、前記パルスレーザー光を、前記電極を通して照射する請求項5又は6記載の試料の微細加工方法。   The sample microfabrication method according to claim 5 or 6, wherein the electrode is made of a transparent material having no absorption near the wavelength of the pulsed laser beam, and the pulsed laser beam is irradiated through the electrode. 試料に電圧を印加するための電極を、試料の複数の被加工面に対向して複数設置し、試料を固定したまま、試料の複数の被加工面に対して加工する請求項7記載の試料の微細加工方法。   The sample according to claim 7, wherein a plurality of electrodes for applying a voltage to the sample are disposed opposite to the plurality of processing surfaces of the sample, and the sample is processed with respect to the plurality of processing surfaces while the sample is fixed. Fine processing method. パルスレーザー光の照射位置を走査して所定パターンに加工する請求項5〜8のいずれか1つに記載の試料の微細加工方法。   The microfabrication method for a sample according to any one of claims 5 to 8, wherein the irradiation position of the pulse laser beam is scanned and processed into a predetermined pattern. 光ファイバーを通してパルスレーザー光を照射する請求項5〜9のいずれか1つに記載の試料の微細加工方法。   The microfabrication method for a sample according to any one of claims 5 to 9, wherein pulsed laser light is irradiated through an optical fiber. 前記光ファイバーにコーティングされた電極を用いて、試料と該電極間に高電界を形成する請求項10記載の試料の微細加工方法。   The microfabrication method for a sample according to claim 10, wherein a high electric field is formed between the sample and the electrode using an electrode coated on the optical fiber. 光ファイバーを複数本用いて、複数箇所を同時に加工する請求項10又は11記載の試料の微細加工方法。   The sample microfabrication method according to claim 10 or 11, wherein a plurality of optical fibers are used to simultaneously process a plurality of locations. 試料を加工しつつ、加工用レーザー、又は加工用レーザーと同軸上に照射される別のレーザーによって、被加工部のラマンスペクトルを測定する請求項1〜12のいずれか1つに記載の試料の微細加工方法。   The sample according to any one of claims 1 to 12, wherein a Raman spectrum of a workpiece is measured by a processing laser or another laser irradiated coaxially with the processing laser while processing the sample. Fine processing method. 試料の被加工部と電極との間に高電圧パルスを印加して高電界を形成すると同時に、該被加工部にレーザー光を照射して、光励起電界蒸発を行わせる請求項1〜13のいずれか1つに記載の試料の微細加工方法。   14. The method according to claim 1, wherein a high voltage pulse is applied between the processed portion of the sample and the electrode to form a high electric field, and at the same time, the processed portion is irradiated with laser light to perform photoexcitation electric field evaporation. The microfabrication method of the sample as described in any one. 被加工部のサイズ及び加工速度に応じて、前記レーザー光のビーム径を変化させて照射する請求項14記載の試料の微細加工方法。   The sample microfabrication method according to claim 14, wherein irradiation is performed by changing a beam diameter of the laser beam in accordance with a size and a processing speed of a workpiece. 前記電極が平板状又は針状をなす請求項14又は15記載の試料の微細加工方法。   The sample microfabrication method according to claim 14 or 15, wherein the electrode has a flat plate shape or a needle shape. 前記試料の被加工部を含む領域に対向して、複数本のものからなる針状の電極を配置し、試料の被加工部にレーザー光を照射すると共に、前記針状の電極と試料との間に高電界を形成して、光励起電界蒸発を行わせて試料の被加工部を凹凸状に加工した後、前記試料に高電圧を印加して、凹凸状に加工された試料の凸部に電界蒸発を行わせる請求項1記載の試料の微細加工方法。   A plurality of needle-shaped electrodes are arranged facing the region including the processed portion of the sample, and the processed portion of the sample is irradiated with laser light, and the needle-shaped electrode and the sample are After forming a high electric field between them and performing photo-excited electric field evaporation to process the processed part of the sample into a concavo-convex shape, a high voltage is applied to the sample to The microfabrication method for a sample according to claim 1, wherein field evaporation is performed. 前記試料の被加工部を含む領域に対向して、複数本のものからなる針状の電極を配置し、試料の被加工部にレーザー光を照射すると共に、前記針状の電極と試料との間に高電界を形成して、光励起電界蒸発を行わせて試料の被加工部を凹凸状に加工した後、前記試料に高電圧を印加すると共に、レーザー光を照射して、凹凸状に加工された試料の凸部に光励起電界蒸発を行わせる請求項1記載の試料の微細加工方法。   A plurality of needle-shaped electrodes are arranged facing the region including the processed portion of the sample, and the processed portion of the sample is irradiated with laser light, and the needle-shaped electrode and the sample are After forming a high electric field between them and performing photoexcited electric field evaporation to process the processed part of the sample into an uneven shape, a high voltage is applied to the sample and laser light is irradiated to process the sample into an uneven shape. The microfabrication method for a sample according to claim 1, wherein photoexcited electric field evaporation is performed on the convex portion of the sample. 試料の被加工部を凹凸状に加工した後、針状の電極を前記被加工部の凸部の側面に指向させて配置し、前記試料と前記電極との間に高電界を形成して、前記凸部の側面にて電界蒸発を行わせる請求項17又は18記載の試料の微細加工方法。   After processing the processed portion of the sample into a concavo-convex shape, the needle-like electrode is arranged to face the side surface of the convex portion of the processed portion, and a high electric field is formed between the sample and the electrode, The microfabrication method for a sample according to claim 17 or 18, wherein electric field evaporation is performed on a side surface of the convex portion. 試料の被加工部を凹凸状に加工した後、針状の電極を前記被加工部の凸部の側面に指向させて配置し、前記試料と前記電極との間に高電界を形成すると共に、レーザー光を前記凸部の側面に照射することにより、前記凸部の側面にて光励起電界蒸発を行わせる請求項17又は18記載の試料の微細加工方法。   After processing the processed portion of the sample into a concavo-convex shape, the needle-shaped electrode is arranged to face the side surface of the convex portion of the processed portion, and a high electric field is formed between the sample and the electrode, 19. The microfabrication method for a sample according to claim 17 or 18, wherein photoexcitation electric field evaporation is performed on a side surface of the convex portion by irradiating a side surface of the convex portion with laser light.
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