JPH03280342A - 集束イオンビーム加工方法 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は、顕微鏡的微細部分に加工を施す装置に関する
。

【従来の技術１ 従来技術の一例が特開平１−１０９６５５に記載されて
いる。この従来例のレーザ型アトムプローブは、針状に
加工した試料に高電界を印加しながらパルスレーザを照
射し、試料先端部表面の原子を電界蒸発させて分析する
ものであり、試料はその先端部に十分電界が集中する程
度に尖鋭である必要がある。 第５図は上記従来例に記載されている試料作成用のエツ
チング装置の構成図である。真空内において液体金属イ
オン源２００から放出されたイオンビームはアインツエ
ルレンズ２０１により集束され、偏向器２０２により試
料２０３の側面に照射される。試料ステージ２０４を回
転させ、集束イオンビーム１の入射角を変える事により
、試料先端はレーザ型アトムプローブで分析可能な程度
に鋭くなる。 ［発明が解決しようとする課題］ 上記の従来技術は集束イオンビームと試料との相対的角
度を変えながら加工することにより、試料の３次元的な
加工が可能であることを示唆している。しかし、試料を
３次元的に任意形状に加工できる構成、あるいは試料回
転に伴う偏心運動の補正については考察されていない。 本発明の課題は、集束ビームと試料との相対角度を順次
変化させながら試料を３次元的に、任意形状に加工する
システムを提供することにあり、高速で高精度に試料を
加工できる手段を提供することを目的としている。 【課題を解決するための手段】 上記課題は、集束したエネルギビームを試料の所望場所
に照射する手段、該ビーム軸に直交する回転軸を設定で
きる該試料の保持・回転手段、該試料の回転軸に対する
偏心運動により発生するビーム焦点、位置、角度のずれ
を、それぞれレンズ電圧、ビーム偏向、試料微動により
補正する手段により３次元加工装置を構成することによ
り達成される。 ［実施例］ 以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。 第２図は本発明の実施例で用いた集束イオンビーム装置
の構成図である。液体金属イオン源１００から放出した
イオンビームはコンデンサーレンズ１０１と対物レンズ
１０６により試料１５０上に集束する。レンズ間には、
アパーチャー１０２゜アライナ−・スティグマ１０３．
プランカー１０４、デフレクタ１０５が配されている。 ガス源１１０から発生したガスはガスノズル１０８によ
りＦＩＢ照射部近傍に導かれる。ＦＩＩＩ照射により試
料から発生した二次電子は、二次電子検出器１０７によ
り検出され、偏向制御と同期させることによりコンピュ
ータのＣＲＴ上にＳＩＭ像として表示される。ビーム偏
向、信号検出、マニピュレータ、ステージ、ガス等の制
御はシステム・バスを介しコンピュータにより制御され
る。　第１図はビーム照射部近傍に設けられた試料保持
機構の斜視図である。回転駆動部４はモータと減速ギア
により構成されており、チャック３を介して針状試料２
が保持される。この機構により、ＦＩＢＩに対し、該９
０°方向に回転軸を有する回転運動が可能となる。回転
角は回転軸にロータリエンコーダを装着するか、パルス
モータを使用してパルス数と回転角を対応付けるかして
指定出来る。 第３図は該装置を用いて行なった角柱の切り出しと角穴
加工の手順を示す斜視図である。直径０゜５ｍｍの銅の
棒材を電解エツチングにより針状に加工し、被加工材料
とした、このように、最終的に得られる加工形状より多
少大きめの形状に予め材料を加工しておくと、集束ビー
ムでの加工に要する体積が少なくてすむため、加工のス
ループットが向上する。また、本実施例で用いた針状部
材のように、長手方向に異なる直径を有した材料は、加
工したい形状に最適な直径部分を後で選択できるため、
汎用の同軸材料部材として好適である。 以下、手順の詳細を図にしたがって述べる。 （ａ）試料の手前側面を走査して垂直方向に平坦な面を
形成する。 （ｂ）試料の後側面を走査して垂直方向に平坦な面を形
成する。 （ｃ）モータを駆動して試料部材を９０°回転し、手前
側側面を走査して垂直面を形成する。 （ｄ）試料の後側面を同様に走査し平坦な垂直面を形成
する。この状態で針状の同軸部材から角柱が形成できた
。 （ｅ）ＦＩＢを方形に偏向走査し、角柱の上面に角穴を
加工する。 （ｆ）試料部材を再び９０°回転し、（ａ）と同様の方
法で角穴を形成する。 上記実施例においては絞り暉動機構を活用して、初期の
大まかな加工には大口径絞りを選択した大電流ビームを
用い、平面を仕上げる際には小Ｌ１径絞りを選択した微
細ビームを用いた。 ＦＩＢ偏向走査の位置決め方法としては、加工前に一度
ＦＩＢをラスク走査し、ビーム照射点から発生する二次
電子の強度を二次元画像の輝度信号として画像メモリに
入力し、その画像を元に偏向のエリアを指定するように
している。なお、画像を取り込む際のビーム強度は良好
な画質が得られる最低限の値に設定して（最小絞りを選
択して）、試料の損傷を最小限に押えている。また、試
料の偏心回転によって生じる焦点ずれはレンズ電圧を再
ｔＡ１１シて、中心軸の位置ずれは偏向の基準軸を再設
定することにより補正した。 第４図に、上記の手順により加工した材料部材の走査型
電子顕微鏡写真の模写図を示す。このように、微細な３
次元加工が実現できた。上記実施例での加工部を詳細に
観察すると、角柱と元の材料部材との境界部に小さな段
差ｇができていることがわかる。これは、材料部材の偏
心回転によりＦＩＢの材料部材への縦方向の入射角度が
変化したことに起因したものである。このずれは、試料
回転機構をビーム照射部を該回転中心として上下左右方
向に微動可能とし、補正することで除去できる。本実施
例のように、集束ビームを試料に接触、貫通させ、その
接触部を移動させることで試料を所望形状に加工する手
法と、試料を貫通させずにビーム照射部をビーム偏向位
置に応じて制御し、試料表面に所望の凹凸形状を形成す
る手法を併用すると、複雑な形状を容易に実現出来る。 また、ビームとしてイオンを用いた場合、イオン注入効
果により試料部材を局所的に改質することが可能である
。 第２図に示す装置には、ガス導入機構が装着されており
、Ｃ１（塩素）等のエツチング・ガスを導入するとＦＩ
Ｈによる加工速度を向上することができる。また、Ｗ　
（Ｃｏ）、等の堆積可能な元素成分を含んだガスを導入
するとＦＩＢ照射部に選択的に堆積膜が形成出来る。上
記実施例の要領で試料を回転運動させつつ堆積を行なう
と、ビーム誘起の堆積物により３次元形状が形成できる
。 電流検出装置は試料に流入する電流もしくは試料を貫通
してステージに流入する電流を計測するもので、試料を
貫通したかどうかを電流値の急激な変化により判断する
ことができる。加工の終点は二次粒子の強度によっても
検出できる。二次電子を用いる場合は画像取り込みのハ
ードウェアをそのまま利用できるため、システムが簡略
化できる利点がある。二次イオンを用いる場合は質量分
析器が新たに必要となるが、材料部材の構成物質を見分
けることにより、正確な終点検出が可能となる。 本実施例では、集束ビームとしてイオンを用いたが、レ
ーザ及び電子を利用しても類似の加工が可能なことは自
明である。但し、微細な部品を加工したい場合、熱を利
用した溶断現象を利用せず、反応性ガスを併用するアシ
ストエツチングを利用するほうが望ましい。

【発明の効果】

本発明によれば、集束ビームと試料との相対角度を順次
変化させながら試料を３次元的に、任意形状に加工する
システムを提供でき、微細部品の３次元加工を高速で高
精度に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の加工部近傍の装置斜視図、
第２図は本発明の実施例で用いた集束イオンビーム装置
の構成図、第３図は本発明の一実施例のプロセスの説明
図、第４図は加工した試料部材の電子顕微鏡写真の模写
図、第５図は従来装置の構成図である。 符号の説明 ■・・・柴束イオンビーム ２・・・針状材料部材 ３・・・チャック ４・・・回転駆動部 跳 図 回転、ト動岬 第 図 第 ３ 図 （久） （〆） （ｂ’） （ｅ） （Ｃ） ｒｌ） 箒 → 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集束したエネルギビームを試料の所望場所に照射す
   る手段、該ビーム軸に直交する回転軸を設定できる該試
   料の保持・回転手段、該試料の回転軸に対する偏心運動
   により発生するビーム焦点、位置、角度のずれを補正す
   る手段より構成された微細部品の三次元加工装置。 ２、該エネルギビームとして集束イオンビームを利用し
   たことを特徴とする請求項１記載の微細部品の三次元加
   工装置。 ３、該ビーム照射部にガスを供給する手段を設け、反応
   性エッチングガスを導入しエッチング速度を向上させる
   加工、もしくはガス分子の解離によりビーム照射部に堆
   積物を形成する加工を行なう請求項１もしくは２記載の
   微細部品の三次元加工装置。 ４、エネルギビームとして集束電子ビームを利用するこ
   とを特徴とする請求項３記載の微細部品の三次元加工装
   置。 ５、エネルギビームとして集束レーザビームを利用する
   ことを特徴とする請求項３記載の微細部品の三次元加工
   装置。 ６、試料部材を大まかに高速に加工する粗加工、微細で
   高精度に加工する仕上げ加工、位置合わせや加工形状観
   察のための像観察等のビーム照射モードをビーム強度及
   びビーム径を変化させて行なうことを特徴とする請求項
   １から５記載の微細部品の三次元加工装置。 ７、加工の終点を少なくとも該試料部材に流入する電流
   もしくは試料を貫通した電流の強度により検出する手段
   を有してなることを特徴とする請求項１から４及び６記
   載の微細部品の三次元加工装置。 ８、加工の終点を試料部材から放出される二次粒子の強
   度により検出する手段を有してなることを特徴とする請
   求項１から４及び６記載の微細部品の三次元加工装置。 ９、集束ビームを試料に接触、貫通させ、その接触部を
   移動させることで該試料を所望形状に加工する第一の加
   工モードと、該試料を貫通させずにビーム照射量をビー
   ム照射位置に応じて制御し、該試料表面に所望の凹凸形
   状を形成する第二の加工モードとを備えた請求項１から
   ８記載の微細部品の三次元加工装置。 １０、ビーム照射によりイオン注入、レーザアニール、
   電子ビームアニール等を行ない、試料部材の改質を行な
   うことを特徴とする請求項１から９記載の微細部品の三
   次元加工装置。 １１、回転チャックに装着可能な同軸状の材料部材であ
   って、長手方向に連続的もしくは離散的に異なる直径を
   有し、加工したい形状に最適な直径部分を選択できるこ
   とを特徴とする同軸材料部材。