JP2590146B2 - イオン加工装置 - Google Patents
イオン加工装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子素子の微細加工用の点状イオン源に係
り、特に超微細加工に好適な操作型点状イオン源に関す
る。
り、特に超微細加工に好適な操作型点状イオン源に関す
る。
〔従来の技術〕 近年の電子素子の高集積化に伴なつて、より微細な加
工が要求されている。従来微小寸法の構造を形成するた
めに集束性が高い液状金属イオン源を用いた集束イオン
ビームによる加工が行われている。
工が要求されている。従来微小寸法の構造を形成するた
めに集束性が高い液状金属イオン源を用いた集束イオン
ビームによる加工が行われている。
上記従来技術はイオンビームを数百オングストローム
に絞り込み、電界又は磁界により走査し、同等の大きさ
の特定領域を微細加工する際同じ加工用ビームによる２
次電子像によりその場合観測が可能であるがその分解能
はビーム径のおよそ半分程度であるため、加工状態を鮮
明に観察できず、より精度の高い加工が困難であつた。
そのため得られる形成パターンの線幅は300〜800Åであ
つた。また形成できるイオンビームも金属イオンに限ら
れていた。
に絞り込み、電界又は磁界により走査し、同等の大きさ
の特定領域を微細加工する際同じ加工用ビームによる２
次電子像によりその場合観測が可能であるがその分解能
はビーム径のおよそ半分程度であるため、加工状態を鮮
明に観察できず、より精度の高い加工が困難であつた。
そのため得られる形成パターンの線幅は300〜800Åであ
つた。また形成できるイオンビームも金属イオンに限ら
れていた。
本発明の目的はより微細な数百オングストローム以下
の微細加工が可能にするとともに、金属，半導体，電導
性セラミツクスのイオンビームを得ることができる走査
型点状イオン源を提供することにある。
の微細加工が可能にするとともに、金属，半導体，電導
性セラミツクスのイオンビームを得ることができる走査
型点状イオン源を提供することにある。
上記目的は、針状の先端を有するイオン源と、加工対
象と、前記イオン源と前記加工対象との位置を相対的に
変化させる手段と、前記イオン源の先端部を構成する原
子がイオン化されるのに十分な電圧を前記イオン源と前
記加工対象との間に印加する手段とを備えることにより
達成される。本発明において先端部と試料との距離と
は、イオン源先端部の原子と、原子・分子の配列等によ
る凹凸を考慮した試料表面の原子・分子との間の距離で
ある。
象と、前記イオン源と前記加工対象との位置を相対的に
変化させる手段と、前記イオン源の先端部を構成する原
子がイオン化されるのに十分な電圧を前記イオン源と前
記加工対象との間に印加する手段とを備えることにより
達成される。本発明において先端部と試料との距離と
は、イオン源先端部の原子と、原子・分子の配列等によ
る凹凸を考慮した試料表面の原子・分子との間の距離で
ある。
鋭い針状の先端部を有するイオン源は試料表面に接近
して機械的に走査される。この先端部が試料表面から数
Åの近くにくると、両者間にはトンネル電流が流れ、こ
の電流を一定に保つようにしてイオン源を試料表面にそ
つて走査させると、イオン源の変位から表面の形状が原
子的な高分解能で描き出される。こうして試料表面を観
察し、試料面上に加工する領域が認められると、先端部
を試料表面から50Å以上離し、イオン源に50V以上の正
電圧をかけイオンを放出させる。このときパルスレーザ
光をイオン源先端部に照射するとイオンの放出が促進さ
れる。また、電圧だけではイオン放出ができない半導体
や電導性セラミツクスのイオンが放出される。イオンで
照射される表面の面積、すなわち加工面の大きさはイオ
ン源先端部と試料表面間の距離に略等しい直径を有す
る。
して機械的に走査される。この先端部が試料表面から数
Åの近くにくると、両者間にはトンネル電流が流れ、こ
の電流を一定に保つようにしてイオン源を試料表面にそ
つて走査させると、イオン源の変位から表面の形状が原
子的な高分解能で描き出される。こうして試料表面を観
察し、試料面上に加工する領域が認められると、先端部
を試料表面から50Å以上離し、イオン源に50V以上の正
電圧をかけイオンを放出させる。このときパルスレーザ
光をイオン源先端部に照射するとイオンの放出が促進さ
れる。また、電圧だけではイオン放出ができない半導体
や電導性セラミツクスのイオンが放出される。イオンで
照射される表面の面積、すなわち加工面の大きさはイオ
ン源先端部と試料表面間の距離に略等しい直径を有す
る。
本発明による走査型点状イオン源は鋭い針の先端の一
点ともいえる微細領域である。この針と試料とは機械的
走査手段により保持され、相互に変位する。針先端が試
料表面から数Åの近くにくると、両者間にトンネル電流
が流れる。この電流を一定に保つように機械的駆動機構
を操作して針を試料面にそつて走査させると針の変位か
ら表面の形状が原子的な高分解能で描き出される。こう
して試料面を観察し、試料表面上に加工する領域が認め
られると、針を試料表面から50Å以上離し、陛に正電圧
をかけイオンを放出させる。針と試料表面との距離とほ
ぼ等しい領域にわたりイオンが照射され試料表面が加工
される。したがって、針と試料表面との距離とほぼ等し
い精度で試料表面が加工されるので、例えば加工精度を
300Å以下とするならば、前記距離を300Å以下にするこ
とが望ましい。パルスレーザ光はイオンの放出を促進す
るために針先端部を照射する。
点ともいえる微細領域である。この針と試料とは機械的
走査手段により保持され、相互に変位する。針先端が試
料表面から数Åの近くにくると、両者間にトンネル電流
が流れる。この電流を一定に保つように機械的駆動機構
を操作して針を試料面にそつて走査させると針の変位か
ら表面の形状が原子的な高分解能で描き出される。こう
して試料面を観察し、試料表面上に加工する領域が認め
られると、針を試料表面から50Å以上離し、陛に正電圧
をかけイオンを放出させる。針と試料表面との距離とほ
ぼ等しい領域にわたりイオンが照射され試料表面が加工
される。したがって、針と試料表面との距離とほぼ等し
い精度で試料表面が加工されるので、例えば加工精度を
300Å以下とするならば、前記距離を300Å以下にするこ
とが望ましい。パルスレーザ光はイオンの放出を促進す
るために針先端部を照射する。
以下本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。
する。
第１図は本発明の概要を示す模式図である。
第２図は本発明に従いイオンビームを発生し、超微細
加工を行なう装置の概略図である。
加工を行なう装置の概略図である。
第１図は本発明の走査型点状イオン源による超微細加
工の概要を示す模式図である。基板１と点状イオン源３
は50Å以上離れており、その距離は微動機構４により制
御される。そして電界イオン化によりイオンビーム18が
照射され、基板１の表面の限られた領域19に蒸着，エツ
チング，重合などの超微細加工が行われる。第２図は本
発明の走査型点状イオン源を用いた超微細加工を行なう
装置の概略図である。超微細加工をうける基板１はX,Y,
Z方向の移動可能な粗動機構２に取り付けられている。
但しここでは第２図の紙面に垂直な方向をＸ方向とし、
第２図の紙面で上方をＺ方向とし、第１図の紙面で右方
向をＹ方向とする。点状イオン源３はイオン源をX,Y,Z
方向に移動させる手段である微動機構４に取り付けてあ
る。
工の概要を示す模式図である。基板１と点状イオン源３
は50Å以上離れており、その距離は微動機構４により制
御される。そして電界イオン化によりイオンビーム18が
照射され、基板１の表面の限られた領域19に蒸着，エツ
チング，重合などの超微細加工が行われる。第２図は本
発明の走査型点状イオン源を用いた超微細加工を行なう
装置の概略図である。超微細加工をうける基板１はX,Y,
Z方向の移動可能な粗動機構２に取り付けられている。
但しここでは第２図の紙面に垂直な方向をＸ方向とし、
第２図の紙面で上方をＺ方向とし、第１図の紙面で右方
向をＹ方向とする。点状イオン源３はイオン源をX,Y,Z
方向に移動させる手段である微動機構４に取り付けてあ
る。
まず走査型点状イオン源３を用いて基板１の表面を観
察する機構について説明する。微動機構４は、μｍから
Åのオーダで移動することが可能な３個のピエゾ5,6,7
及び微動ヘツド８、結合部９と点状イオン源３から成
る。３個のピエゾ5,6,7はそれぞれ直交するように微動
ヘツド８に固定されている。さらにピエゾ5,6,7にはト
ライポツドの形をした結合部９が取り付けられている。
３個のピエゾ5,6,7は電圧をかけることにより互いに直
交した方向に３次元的にÅからμｍのオーダで伸縮し、
点状イオン源３をÅからμｍのオーダで基板１の表面の
凹凸に応じて移動させる。
察する機構について説明する。微動機構４は、μｍから
Åのオーダで移動することが可能な３個のピエゾ5,6,7
及び微動ヘツド８、結合部９と点状イオン源３から成
る。３個のピエゾ5,6,7はそれぞれ直交するように微動
ヘツド８に固定されている。さらにピエゾ5,6,7にはト
ライポツドの形をした結合部９が取り付けられている。
３個のピエゾ5,6,7は電圧をかけることにより互いに直
交した方向に３次元的にÅからμｍのオーダで伸縮し、
点状イオン源３をÅからμｍのオーダで基板１の表面の
凹凸に応じて移動させる。
粗動機構２のステツピングモータ10の駆動よりＺ方向
に関してステージ11の位置決めを行い、ステツピングモ
ータ12の駆動よりＸ方向に関してステージ13の位置決め
をし、点状イオン源３を基板１の所望する位置に移動
し、ステージ11,13を固定する。さらに粗動機構２のス
テツピングモータ14の駆動よりＹ方向に関してステージ
15の位置決めをし、点状イオン源３を基板１の法線方向
すなわちＹ方向にμｍオーダ以内の位置に移動し、ステ
ツピングモータ14の駆動を停止しステージ15を固定す
る。
に関してステージ11の位置決めを行い、ステツピングモ
ータ12の駆動よりＸ方向に関してステージ13の位置決め
をし、点状イオン源３を基板１の所望する位置に移動
し、ステージ11,13を固定する。さらに粗動機構２のス
テツピングモータ14の駆動よりＹ方向に関してステージ
15の位置決めをし、点状イオン源３を基板１の法線方向
すなわちＹ方向にμｍオーダ以内の位置に移動し、ステ
ツピングモータ14の駆動を停止しステージ15を固定す
る。
微動機構４のピエゾ６に電圧をかけ、点状イオン源３
が基板１へÅオーダに近づける。さらに点状イオン源３
と基板１とに電圧をかけると、点状イオン源３と基板１
の間にトンネル電流が流れる。そのトンネル電流を一定
にするようにコントローラでピエゾ６にかける電圧を制
御する。
が基板１へÅオーダに近づける。さらに点状イオン源３
と基板１とに電圧をかけると、点状イオン源３と基板１
の間にトンネル電流が流れる。そのトンネル電流を一定
にするようにコントローラでピエゾ６にかける電圧を制
御する。
微動機構４のピエゾ5,7に電圧をかけ、基板１の表面
に沿つて点状イオン源３をÅからμｍオーダで移動させ
る。同時に上で説明したように、トンネル電流が一定に
なるように基板表面の凹凸に応じて、点状イオン源３の
位置をピエゾ６により制御する。このピエゾに印加した
電圧が基板表面の凹凸に相当し、これにより基板表面の
形状を知ることができる。この印加した電圧をデータ収
録また画像処理して表面の形状を表示する。
に沿つて点状イオン源３をÅからμｍオーダで移動させ
る。同時に上で説明したように、トンネル電流が一定に
なるように基板表面の凹凸に応じて、点状イオン源３の
位置をピエゾ６により制御する。このピエゾに印加した
電圧が基板表面の凹凸に相当し、これにより基板表面の
形状を知ることができる。この印加した電圧をデータ収
録また画像処理して表面の形状を表示する。
基板表面の形状測定を終えると微動機構４のピエゾ６
にかけていた電圧を低下し、点状イオン源３を基板１の
表面から50Åまたは100Å以上離す。点状イオン源３は
先端の曲率半径が1000Å以下の鋭い先端部16を有してい
る。点状イオン源３と基板１の間隔はイオン源先端部16
の曲率半径、加工時に点状イオン源３と基板１の間にか
ける電圧、さらに望まれている加工領域の寸法に依存す
る。このとき点状イオン源３には正電圧をかけ針の先端
の高電界によりガス原子分子を電界イオン化したり、先
端部16の表面原子を電界蒸発させイオン化する。電界強
度は先端部16の材料やガスにより異なるが２〜5V/Åで
ある。このため点状イオン源３が基板１に表面に近い
と、先端部に対して負電位にある基板表面上の電界も高
まり、表面から電界放射が起こる。これをさけるために
点状イオン源３を基板１の表面から100Å以上離さなけ
ればならない。しかし＋100V以上の電位にある先端部に
パルスレーザ光17を照射すると電界蒸発が促進されイオ
ンビームの形成が可能で、点状イオン源３は基板１の表
面に50Åの間隔まで近づけることができる。点状イオン
源としては金属，合金，半導体，導電性セラミツクス，
導電性高分子を用いることができる。パルスレーザ光と
してはパルス幅２〜3ns以下で、ピーク出力は50KWほど
で十分であり、通常は窒素レーザ,YAGレーザが用いられ
る。この微細加工時にはトンネル電流が流れないので、
走査時に点状イオン源３と基板１の間隔が変動するおそ
れがある。これを防ぐためにはイオン源先端部16に負の
パルス電圧をかけてその瞬間に流れる電界放射電流によ
り距離を求め補正することができる。
にかけていた電圧を低下し、点状イオン源３を基板１の
表面から50Åまたは100Å以上離す。点状イオン源３は
先端の曲率半径が1000Å以下の鋭い先端部16を有してい
る。点状イオン源３と基板１の間隔はイオン源先端部16
の曲率半径、加工時に点状イオン源３と基板１の間にか
ける電圧、さらに望まれている加工領域の寸法に依存す
る。このとき点状イオン源３には正電圧をかけ針の先端
の高電界によりガス原子分子を電界イオン化したり、先
端部16の表面原子を電界蒸発させイオン化する。電界強
度は先端部16の材料やガスにより異なるが２〜5V/Åで
ある。このため点状イオン源３が基板１に表面に近い
と、先端部に対して負電位にある基板表面上の電界も高
まり、表面から電界放射が起こる。これをさけるために
点状イオン源３を基板１の表面から100Å以上離さなけ
ればならない。しかし＋100V以上の電位にある先端部に
パルスレーザ光17を照射すると電界蒸発が促進されイオ
ンビームの形成が可能で、点状イオン源３は基板１の表
面に50Åの間隔まで近づけることができる。点状イオン
源としては金属，合金，半導体，導電性セラミツクス，
導電性高分子を用いることができる。パルスレーザ光と
してはパルス幅２〜3ns以下で、ピーク出力は50KWほど
で十分であり、通常は窒素レーザ,YAGレーザが用いられ
る。この微細加工時にはトンネル電流が流れないので、
走査時に点状イオン源３と基板１の間隔が変動するおそ
れがある。これを防ぐためにはイオン源先端部16に負の
パルス電圧をかけてその瞬間に流れる電界放射電流によ
り距離を求め補正することができる。
イオンで加工される領域は点状イオン源３と基板１の
表面との間隔にほぼ等しく、最小で50Å径が可能であ
る。
表面との間隔にほぼ等しく、最小で50Å径が可能であ
る。
加工後には加工前の表面観察と同様な手順で加工後の
表面を観察することができる。
表面を観察することができる。
本実施例では基板１の表面観察においてトンネル電流
を一定にしてピエゾ６に印加した電圧から表面形状を求
めた。しかし基板表面が非常に平坦な場合、ピエゾ６に
印加した電圧を一定にしてトンネル電流の変化から表面
形状を求けることもできる。また粗動機構２としてステ
ツピングモータ駆動によるステージを用いたが、インチ
ワーム式の駆動機構を用いても同様に問題はない。
を一定にしてピエゾ６に印加した電圧から表面形状を求
めた。しかし基板表面が非常に平坦な場合、ピエゾ６に
印加した電圧を一定にしてトンネル電流の変化から表面
形状を求けることもできる。また粗動機構２としてステ
ツピングモータ駆動によるステージを用いたが、インチ
ワーム式の駆動機構を用いても同様に問題はない。
本発明によれば表面の形状を原子的な高分解能で観察
でき、かつ集束性の高いイオンビームが得られるので高
精度の微細加工ができる。またパルスレーザ光の照射に
より、電界蒸発を起こす電界強度を半減できるので、加
工時のイオン源先端部と試料表面との距離を小さくと
れ、加工面の大きさは最小50Åが可能である。さらに電
導性の低い材料、例えば半導体や電導性セラミツクスの
イオンビームを得ることも可能である。
でき、かつ集束性の高いイオンビームが得られるので高
精度の微細加工ができる。またパルスレーザ光の照射に
より、電界蒸発を起こす電界強度を半減できるので、加
工時のイオン源先端部と試料表面との距離を小さくと
れ、加工面の大きさは最小50Åが可能である。さらに電
導性の低い材料、例えば半導体や電導性セラミツクスの
イオンビームを得ることも可能である。
第１図は本発明の一例に係る走査型点状イオン源を用い
た超微細加工の概要を示す模式図、第２図は超微細加工
を行う装置の概要を示す斜視図である。 １……基板、２……粗動機構、３……点状イオン源、４
……微動機構、5,6,7……ピエゾ、８……微動ヘツド、
９……結合部、10,12,14……ステツピングモータ、11,1
3,15……ステージ、16……イオン源先端部、17……パル
スレーザ光、18……イオンビーム、19……加工領域。
た超微細加工の概要を示す模式図、第２図は超微細加工
を行う装置の概要を示す斜視図である。 １……基板、２……粗動機構、３……点状イオン源、４
……微動機構、5,6,7……ピエゾ、８……微動ヘツド、
９……結合部、10,12,14……ステツピングモータ、11,1
3,15……ステージ、16……イオン源先端部、17……パル
スレーザ光、18……イオンビーム、19……加工領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−89763（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−64017（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−223602（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】針状の先端を有するイオン源と、加工対象
と、前記イオン源と前記加工対象との位置を相対的に変
化させる手段と、前記イオン源の先端部を構成する原子
がイオン化されるのに十分な電圧を前記イオン源と前記
加工対象との間に印加する手段とを備えたイオン加工装
置。 - 【請求項２】前記イオン源の端部に照射するレーザを備
えた特許請求の範囲第１項記載のイオン加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287311A JP2590146B2 (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | イオン加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287311A JP2590146B2 (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | イオン加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01130460A JPH01130460A (ja) | 1989-05-23 |
| JP2590146B2 true JP2590146B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=17715728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62287311A Expired - Fee Related JP2590146B2 (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | イオン加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2590146B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120132802A1 (en) * | 2009-06-30 | 2012-05-31 | Noriaki Arai | Gas field ionization ion source apparatus and scanning charged particle microscope equipped with same |
| DE112010004286B4 (de) * | 2009-11-06 | 2021-01-28 | Hitachi High-Tech Corporation | Ladungsteilchenmikroskop |
| CN105957790B (zh) * | 2016-07-01 | 2017-08-25 | 苏州至臻精密光学有限公司 | 一种离子束刻蚀机及其刻蚀方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5889769A (ja) * | 1981-11-20 | 1983-05-28 | Matsushita Electronics Corp | 螢光ランプ装置 |
| JPS6264017A (ja) * | 1985-09-13 | 1987-03-20 | Sony Corp | イオンビ−ム発生装置の針状電極の製造方法 |
| JPH0762601B2 (ja) * | 1986-03-26 | 1995-07-05 | 株式会社日立製作所 | 表面計測装置 |
-
1987
- 1987-11-16 JP JP62287311A patent/JP2590146B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01130460A (ja) | 1989-05-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |