JPH02160353A - レンズ構造体中に自己整合した開口を形成する方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明はイオン顕微鏡及び電子顕微鏡に使用される、整
合された小さな開孔のスタックの形成方法、具体的には
レンズ系を構成する開口の形成方法に関する。

Ｂ、従来技術 イオン顕微鏡もしくは電子顕微鏡における問題の１つは
、イオン源もしくは電子源をレンズ系の複数の開口と整
列させることであるが、しかもレンズの寸法だけでなく
、源の寸法が極めて小さいことにある。

レンズ系の製造において、自明の、−ｍに行われている
方法は、内径がかなり大きい場合であるが、電子−光学
的切削と整列過程の同時観測を含んでいる。しかしなが
ら、この方法はナノメータ程度の直径を有する開口の形
成には適用できない。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、イオン及び電子顕微鏡に使用するため
の正確に整列された開口を形成する方法を与えることに
ある。

本発明の目的は、ナノメータ程度の開口を形成して、電
子もしくはイオン顕微鏡によってより高い分解能が達成
されることを可能にする開口を与える方法を与えること
にある。

本発明の目的は、たとえば、レンズ系が、互に整列し、
制御された接近した距離にある少な（とも２つの開口を
有する、電子もしくはイオン顕微鏡で使用するためのレ
ンズ系を製造する方法を与えることにある。

Ｄ６問題点を解決するための手段 本発明の目的は、イオン源として働く、鋭く尖った先端
によって、−組の間隔をあけた金属箔中に正確に整列さ
れた開口を現場スパッタリングで形成することを含む本
発明の方法によって達成される。

本発明の方法は、２つの開口（形成中）を有するレンズ
系がイオン源と面しているように示された図面を参照し
て、例によって以下説明される。

本発明に従い、小さな開口は、小さな開孔を極めて薄い
金属箔中に°“きりもみ”によって形成することによっ
て製造できる。この箔は開孔内部で電子（もしくはイオ
ン）ビームが、望ましくない屈折及び反射を起さないよ
うに薄くなくてはならない。従って、金属箔の厚さはミ
クロン程度に選択される。

電子もしくはイオンのビームと関連して、“小さな開孔
°°とは、直径が数１０ナノメータ程度の開口を指して
いる。この寸法の開孔のきりもみによる形成は、勿論通
常の手段では不可能である。

本発明に従えば、複数の絶縁媒体によって決定される距
離を隔てて、平行に保持された一組の金属箔の前に、鋭
く尖った導電性の先端を起き、上記箔の狭い限定された
領域を重いイオンで衝撃し、上記箔を通して開孔をスパ
ッタリングで形成し、上記先端の側でない、レンズ構造
体の側止に配置されている検出器によって、上記開孔を
通過した最初のイオンの到達をモニタし、最初のイオン
が上記検出器に到達することによってスパッタリング動
作を終了する段階によって特徴付けられる、イオンもし
くは電子顕微鏡で使用するためのレンズ構造体中の自己
整合開口を形成する方法によって上記もしくは他の目的
が達成される。

Ｅ、実施例 本発明に従い、金属箔への開孔の穿孔はスパッタリング
によって行われ、所望の直径の開孔が形成される迄、金
属箔の極めて狭い限定された場所で、金属箔から原子が
除去される。この分野の専門家にとっては明らかなよう
に、スパッタリングとは、陰極が正のイオンによって衝
撃された時に、金属の陰極が壊変することを指している
。金属の原子は、隣りの原子との結合エネルギを超える
程度迄励起され、凝集力にさからって表面から種々の方
向に放射される。

形成したい開口の所望の直径は非常に小さいので、これ
に伴ってスパッタリング動作を受ける領域を限定する必
要がある。本発明に従い、このような領域の限定は、ス
パッタ陽極として、できるだけ先が鋭く尖った先端を使
用することによって達成される。理論的には、可能な最
も鋭い先端は、その頂点に単一の原子だけを有する。こ
のような品質の先端は実際に製造できる。

安定な単一原子先端を製造する簡単な方法は、１９８６
年刊ＩＢＭ研究開発論文集、第３０巻、第５号、第４６
０−４６５頁のＨ，Ｗ・フインクによる論文「走査トン
ネリング顕微鏡のための単原子先端Ｊ　　（Ｈ，Ｗ−Ｆ
　ｉｎｋ　：Ｍｏｎｏ−ａｔｏｍｉｃＴｉｐｓ　ｆｏｒ
　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｍ１ｃｒｏ
ｓｃｏｐｙ”　。

Ｉ　Ｂ　Ｍ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅ５ｅａｒｃ
ｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ。

ｖｏｌ、３０．に５，１９８６．ｐｐ４６０−４６５）
に説明されている。これによると要するに、単一のタン
グステン原子が電界イオン顕微鏡技術によって、鋭く尖
ったタングステンの先端の突端に位置付けられる。先端
の頂点はタングステン原子が（１１１，）面上にあるト
リマによって表わされる。

第１図に示すように、単原子先端１はレンズ構造体２の
上に位置している。レンズ構造体２は、後に入口開口と
なる第１の金属箔３、複数の絶縁スペーサ４及び出口開
口となる第２図の金属箔５より成る。アルゴンもしくは
ネオンの雰囲気中で、単原子先端１は、垂線から約０．
５°の発散角でアルゴンもしくはネオンのイオンを放出
する。スパッタリングによって形成される開口の寸法は
先端１と第１の金属箔３の距離に依存する。たとえば、
１ミクロンの距離では、約１８ｎｍの直径の開孔が形成
される。

この過程で必要とされるスパッタリング時間の推定を、
アルゴンの雰囲気中で、１μｍの厚さの銅箔へ１μＭの
開孔を穿孔する場合について行うことができる。単原子
先端の場合の約１２０ｔ１ｍの先端と苗量の距離、もし
くはトリマの形状で終る先端の場合の約６０ｕｍの距離
、及び約１ｋＶの先端電圧の場合は、約１ｐＡのイオン
電流が生ずる。この結果のスパッタリング収率は、各入
射アルゴン・イオンについて銅３原子程度である。

従ってスパッタリング時間は約１時間と推定される。

スペーサ４は制御される電圧源に適切に接続された圧電
気要素より成ることができ、熱的ドリフトによって必要
になった時には、箔３及び５間の距離が調整できるよう
になっている。

形成される開孔は先端、より具体的には先端の上方の台
の拡大像である。単原子先端の場合は、形成される開孔
の形状は略円であり、原子のトリマで終る先端の場合は
、形成される開孔は略三角形である。

第１の金属箔３中に開孔６が形成された後も、スパッタ
リング動作が続けられ、箔５中に開孔７が形成される。

先端１もレンズ構造体２も移動されていないので、開孔
６と７は正確に整列する。

先端ｌの側でない、レンズ構造体２の側には、開孔７が
開けられた時にレンズ構造体２を通過するイオンを検出
するチャンネルプレート検出器８が位置付けられている
。スパッタリング動作は、最初のイオンがチャネルプレ
ート検出器８に到達すると直ちに終了する。

第２図は、第１図のスペーサ４が金属箔１１．１２及び
１３を分離する絶縁薄膜９．１０によって置換されてい
る代換実施例を示す。勿論、スパッタリング動作によっ
て、分離用薄膜９及び１０を通るだけでなく金属箔ｌＬ
１２及び１３を通って延びる開孔１４が形成される。

先端１及びレンズ構造体２より成る配列体は、重いアル
ゴンもしくはネオン原子がヘリウムによって置換えられ
、距離は異なるかも知れないが、チャネルプレート検出
器８を巨視的なサンプルで置換えて像形成システムとし
て使用される。この場合、レンズ構造体２は先端ｌの像
をこの離れたサンプル上に投影する働きをする。

Ｆ１発明の効果 本発明に従えば、イオン及び電子顕微鏡で使用するため
の正確に整列された開口を形成する方法が与えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法に従い製造されるレンズ構造体
と、その上の鋭い先端を示した図である。 第２図は、本発明に従い製造されるレンズ構造体の代替
実施例の図である。 １・・・先端、２・・・レンズ構造体、３・・・第１の
金属箔、４・・・絶縁スペーサ、５・・・第２の金属箔
、６．７・・・開孔、８・・・チャネルブーレート検出
器。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　朗（外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （イ）複数の絶縁媒体によつて決定される距離だけはな
   れて平行に保持された、少なくとも第１及び第２の金属
   箔より成るレンズ構造体の前に鋭く尖つた導電性の先端
   を置き、 （ロ）上記金属箔の狭い限定された領域を重いイオンで
   衝撃し、 （ハ）上記金属箔を通して、スパッタリングによつて開
   孔を形成し、 （ニ）上記先端の側でない、上記レンズ構造体の側にあ
   る検出器によつて、上記開孔を通過した最初のイオンの
   到達をモニタし、 （ホ）最初のイオンが上記検出器に到達することによつ
   てスパッタリング動作を終了する段階を有する、 イオン顕微鏡もしくは電子顕微鏡中で使用するためのレ
   ンズ構造体中に自己整合した開口を形成する方法。