JPH01130460A - イオン加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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走査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って、より微細な加工
が要求されている６従来微小寸法の構造を形成するため
に集束性が高い液体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 〔発明が解決しようとする問題点〕 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・線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霞であった。

そのため得られる形成パターンの線幅は３００〜８００
人であった。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。

半魂体、電導性セラミッ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。

ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的はイオン源と試料とを相互に変位させる機械的
走査手段を設けるとともに、イオン源先端部と試料表面
との間の距離を一定に制御する手段を設けることにより
達成される。

先端の曲率半径が１０００Å以下の鋭い先端部を有する
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人の近くにくると、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って走査させると、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ｌ＋１’ｉＪ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５０
Å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
ッ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。

〔作用〕

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
表面から数人の近くにくると、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っ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。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。

〔実施例〕

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。

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。

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０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に取り付けであ
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から人
のオーダで移動することが可能な３個のピエゾ５，６，
７及び微動ヘッド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
微動ヘッド８に固定されている。さらにピエゾ５，６，
７にはトライボッ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次元的に人からμｍのオー
ダで伸縮し、点状イオン源３を人から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のステッピングモータ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、ステッピング
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のステッピングモータ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、ステッピングモータ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へ人オーダに近づける。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。

そのトンネノ（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
に沿って点状イオン源３を人から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
録または画像処理して表面の形状を表示する６基１′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１点状イオン源３を基板１の表面か
ら５０人または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／人である。このため点状イオン源３が基板１の
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５０人の間隔まで近づけること
ができる０点状イオン源としては金属２合金、半導体、
導電性セラミックス、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はどで十分であり、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
ンネル電流が流れかいので。

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５０人径が可能である
。

加工後には加工前の表面ｌｌＩ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。

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
状を求めることもできる。また粗動機構２としてステッ
ピングモータ駆動によるステージを用いたが１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。

〔発明の効果〕

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５０人が可能である。さらに電導
性の低い材料、例えば半導体や電導性セラミックスのイ
オンビームを得ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

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・
・・微動ヘッド、９・・・結合部、１０，１２，１４・
・・ステッピングモータ、１１，１３．１５・・・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
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオン源及びイオン源と試料とを相互に変位させる
   機械的走査手段から成る走査型点状イオン源において、
   上記イオン源は先端の曲率半径が１０００Å以下の鋭い
   先端部を有し、上記先端部と上記試料表面との間を横切
   つてイオンが放出されるのに十分なレベルの電圧を上記
   先端部と上記試料との間に印加するとともに上記先端部
   と上記試料表面との間の距離を一定に制御する手段を有
   することを特徴とする走査型点状イオン源。 ２、前記イオン源の先端部にパルスレーザを照射してイ
   オンの放出を促進させたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の走査型点状イオン源。