(57)【要約】【課題】イオンビームを用いた微細構造体の製造方法において十分な加工速度および十分な加工精度を得る。【解決手段】微細構造体の製造方法は、（ａ）第１のマスクの第１の開口部を通過して形成された第１のイオンビーム（投射イオンビーム６）を試料の第１の領域に照射してエッチングする工程、（ｂ）上記第１の領域に比べてビーム幅Ｒに沿った方向の幅が広い第２の領域に第２のイオンビーム（投射イオンビーム６）を照射して上記試料を加工する工程、を含む。さらに、上記第２のイオンビームの縦断面の裾幅Ｓの大きさは、上記第１のイオンビームの縦断面の裾幅Ｓの大きさより小さい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１のマスクの第１の開口部を通過して形成された第１のイオンビームを試料の第１の領域に照射して前記試料をエッチングする工程、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記（ａ）工程でエッチングした前記第１の領域の少なくとも一部または全部を含んだ第２の領域であって、かつ前記第１の領域に比べてビーム幅に沿った方向の幅が広い前記第２の領域に第２のイオンビームを照射して前記試料を加工する工程、
を含み、
前記第２のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさは、前記第１のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさより小さい、微細構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の微細構造体の製造方法において、
前記第２のイオンビームは、前記第１のマスクの前記第１の開口部の面積よりも大きな面積を有し、かつ前記第１の開口部と相似な形状の第２の開口部を備えた第２のマスクの前記第２の開口部を通過して形成されたイオンビームである、微細構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の微細構造体の製造方法において、
前記第２のイオンビームは、前記第１のマスクの前記第１の開口部の面積よりも大きな面積を有する第２のマスクの第２の開口部を通過して形成されたイオンビームであって、前記第１のイオンビームに比べてビーム電流が小さいイオンビームである、微細構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の微細構造体の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、イオンビーム装置の前記試料が保持されるステージの高さをイオン源から遠ざける方向に移動させて、前記第２のイオンビームを前記試料に照射して加工する工程を含んでいる、微細構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の微細構造体の製造方法において、
前記（ｂ）工程は、前記第１のマスクの前記第１の開口部の面積よりも大きな面積の第２の開口部を有する第２のマスクをイオン源から遠ざける方向に移動させて、前記第２のイオンビームを照射して加工する工程を含んでいる、微細構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の微細構造体の製造方法において、
前記第１のマスクの前記第１の開口部を通過させて所望の投射倍率で前記試料にイオンビームを投射した時の投射サイズに比べて加工痕の領域の大きさが大きくなることを予め見込んで、前記試料の加工寸法を前記試料の設計寸法に合わせる、微細構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の微細構造体の製造方法において、
前記（ｂ）工程では、前記第２のイオンビームの照射によって形成される穴部の底部が平坦になるまで前記第２のイオンビームを照射する、微細構造体の製造方法。
【請求項８】
（ａ）開口部が凹型多角形に形成された第３のマスクの前記開口部を通過して形成された第１のイオンビームを試料に照射して、前記試料に第１の深さの領域と、前記第１の深さより深さが浅い第２の深さの領域と、を形成する工程、
（ｂ）前記（ａ）工程後、前記第２の深さの領域に対して、第４のマスクの開口部を通過して形成された第２のイオンビームを照射して前記試料を加工する工程、
を含み、
前記第４のマスクの前記開口部は、前記凹型多角形の一部の形状からなる、微細構造体の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の微細構造体の製造方法において、
前記第２のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさは、前記第１のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさより小さい、微細構造体の製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の微細構造体の製造方法において、
前記第２のイオンビームの照射領域は、前記第１のイオンビームの照射領域の少なくとも一部よりも広い部分を有している、微細構造体の製造方法。
【請求項１１】
イオン源と、
前記イオン源から放出されるイオンビームを集束する複数のレンズと、
試料を保持するステージと、
前記試料上に配置され、開口部を備えたマスクと、
を有し、
前記マスクの前記開口部を通過して形成されたイオンビームを、前記試料に照射して前記試料の加工を行い、
前記イオンビームのうち、第１のイオンビームを照射して前記試料をエッチング加工する第１の制御と、前記第１のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさより縦断面の裾幅の大きさが小さい第２のイオンビームを形成する第２の制御と、前記第１のイオンビームの照射領域に比べてビーム幅に沿った方向の幅が広い領域に前記第２のイオンビームを照射して前記試料をエッチング加工する第３の制御と、を行う制御部を有する、イオンビーム装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のイオンビーム装置において、
前記開口部は、複数種類の形状からなり、
前記複数種類の開口部の形状が相似形状であり、
前記制御部により、前記複数種類の形状の開口部のうち、第１の開口部を通過させて前記第１のイオンビームを形成し、前記第１の開口部より面積が大きな第２の開口部を通過させて前記第２のイオンビームを形成する制御を行う、イオンビーム装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のイオンビーム装置において、
前記開口部は、複数種類の形状からなり、
前記制御部により、前記複数種類の形状の開口部のうち、第１の開口部を通過して形成された前記第１のイオンビームのビーム電流に比べて、前記第１の開口部より面積が大きな第２の開口部を通過して形成された前記第２のイオンビームのビーム電流を小さくする制御を行う、イオンビーム装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載のイオンビーム装置において、
前記制御部により、前記第１のイオンビームを形成する時の前記ステージの高さに比べて、前記第２のイオンビームを形成する時の前記ステージの高さを、前記イオン源から遠ざける方向に移動させる制御を行う、イオンビーム装置。
【請求項１５】
請求項１１に記載のイオンビーム装置において、
前記制御部により、前記第１のイオンビームによるエッチング加工で形成された前記試料の穴部の底部が、平坦になるまで前記第２のイオンビームを照射する制御を行う、イオンビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造体の製造方法およびイオンビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンビームを試料に照射することで、スパッタ作用により試料を微細加工することができる。例えば、液体金属イオン源（Liquid Metal Ion Source 、以下ＬＭＩＳとも言う）を用いた集束イオンビーム装置（Focused Ion Beam、以下ＦＩＢとも言う）がイオンビーム装置として知られている。また、プラズマイオン源やガス電界電離イオン源により、酸素、窒素、アルゴン、クリプトン、およびキセノンなどのガスイオンを生成して試料に照射するようにしても試料の加工は可能である。特に、クリプトン、キセノン、あるいはガリウム、インジウムなどの質量の重いイオン種を試料に照射した場合には、１個のイオン照射に対してスパッタされる試料原子の数が多くなり試料加工には好適となる。また、反応性エッチングガスを試料表面に供給しながらイオンビームを照射すると加工速度を向上させることも可能になる。さらにデポジションガスを試料に供給しながらイオンビームを照射すると試料上に膜形成することも可能になる。
【０００３】
例えば、特開平９−１８６１３８号公報（特許文献１）には、成形イオンビームについて開示されている。イオンビームをステンシルマスクで成形して試料に照射する投射型イオンビーム装置を用いれば大電流の加工が可能になる。そして、本公報（特許文献１）には、観察用の集束イオンビームと加工用の成形イオンビームの位置ずれ補正技術について開示されている。
【０００４】
また、特開２００２−３３０７０号公報（特許文献２）には、像分解能の高い集束イオンビームと断面エッジ部分がシャープに加工できるエッジ加工用イオンビームの２種類のイオンビーム技術が開示されている。
【０００５】
また、特開２０１０−４５０００号公報（特許文献３）には、電子顕微鏡試料の高速加工および高精度加工技術について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１８６１３８号公報
【特許文献２】特開２００２−３３０７０号公報
【特許文献３】特開２０１０−４５０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イオンビーム加工技術は、近年では、微細構造体、例えばセンサ、アクチュエター、電子回路などのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造技術としても注目されている。しかし、イオンビームでＭＥＭＳのような微細構造体を製造する場合には、次のような課題が残されていた。
【０００８】
投射型イオンビーム装置を用いれば試料に大電流のイオンビームを照射することができる。そこで投射イオンビームを用いてセンサＭＥＭＳを試作した。しかし、そのデバイス特性を計測したところ、設計で期待したデバイス特性を得ることができなった。そこで製作したデバイスの寸法を精密に計測したところ設計寸法とはわずかに異なっていることが分かった。
【０００９】
すなわち、ＭＥＭＳのような微細構造体の製造について、所望のデバイス特性を得るためには、平面での２次元寸法精度や深さ方向での垂直加工精度を向上させることが特に重要である。投射イオンビームを試料に照射する場合に、ステンシルマスクの寸法に対して、投射光学系の倍率を乗じた寸法の成形イオンビームが試料に照射される。このため、微細構造体の設計寸法を投射光学系の倍率で除した寸法のステンシルマスクを準備して加工していたが、この加工で例えば試料に矩形の穴を形成した場合には、穴の開口部の上部の寸法は設計寸法に比べて大きくなることが分かった。また、穴の開口部の上部と下部との寸法差も生じることが分かった。このために所望のデバイス特性が得られず、このような場合には、微細な集束イオンビームを形成して開口部周辺を追加工する技術が用いられている。
【００１０】
しかし、この方法では加工に時間を要して、さらに設計寸法と合わせるのにも多大な時間を要するという問題がある。特に、開口部周辺の傾斜部のみにイオンビームを照射することが難しくて、穴の底部が平坦にはならず凹凸ができてしまうという問題も生じる。さらに設計寸法に対する加工精度も十分には高くできないという問題も発生する。
【００１１】
本発明の目的は、イオンビームを用いて微細構造体を製造する技術において、十分な加工速度と十分な加工精度を得ることができる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１４】
一実施の形態における微細構造体の製造方法は、（ａ）第１のマスクの第１の開口部を通過して形成された第１のイオンビームを試料の第１の領域に照射して上記試料をエッチングする工程を含む。さらに、（ｂ）上記（ａ）工程でエッチングした上記第１の領域の少なくとも一部または全部を含んだ第２の領域であって、かつ上記第１の領域に比べてビーム幅に沿った方向の幅が広い上記第２の領域に第２のイオンビームを照射して上記試料を加工する工程を含む。そして、上記第２のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさは、上記第１のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさより小さい。
【００１５】
一実施の形態における他の微細構造体の製造方法は、（ａ）開口部が凹型多角形に形成された第３のマスクの上記開口部を通過して形成された第１のイオンビームを試料に照射して、上記試料に第１の深さの領域と、上記第１の深さより深さが浅い第２の深さの領域と、を形成する工程を含む。さらに、（ｂ）上記第２の深さの領域に対して、第４のマスクの開口部を通過して形成された第２のイオンビームを照射して上記試料を加工する工程、を含み、上記第４のマスクの上記開口部は、上記凹型多角形の一部の形状からなる。
【００１６】
一実施の形態におけるイオンビーム装置は、イオン源と、上記イオン源から放出されるイオンビームを集束する複数のレンズと、試料を保持するステージと、試料上に配置され、開口部を備えたマスクと、を有し、上記マスクの上記開口部を通過して形成されたイオンビームを、上記試料に照射して上記試料の加工を行う。さらに、第１のイオンビームを照射して試料をエッチング加工する第１の制御と、上記第１のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさより縦断面の裾幅の大きさが小さい第２のイオンビームを形成する第２の制御と、上記第１のイオンビームの照射領域に比べてビーム幅に沿った方向の幅が広い領域に上記第２のイオンビームを照射して試料をエッチング加工する第３の制御と、を行う制御部を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１８】
イオンビームを用いて微細構造体を製造する際に、十分な加工速度および十分な加工精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１のイオンビーム装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１のイオンビーム装置のレンズ構成の一例を示す概略構成図である。
【図３】図２のイオンビーム装置によって加工された試料の構造を示す断面図である。
【図４】図１のイオンビーム装置のレンズ構成の一例を示す概略構成図である。
【図５】図４のイオンビーム装置によって加工された試料の構造を示す断面図である。
【図６】図１のイオンビーム装置におけるイオンビームの裾幅の一例を示す概略構成図である。
【図７】図１のイオンビーム装置で用いられるマスクと試料の構造の一例を示す平面図および断面図である。
【図８】図１のイオンビーム装置のレンズ構成の一例を示す概略構成図である。
【図９】図８のイオンビーム装置によって加工された試料の構造を示す断面図である。
【図１０】図１のイオンビーム装置のレンズ構成の一例を示す概略構成図である。
【図１１】図１０のイオンビーム装置によって加工された試料の構造を示す断面図である。
【図１２】本発明のイオンビーム装置で用いられるマスクの構造の一例を示す平面図である。
【図１３】図１２のマスクを用いて加工された試料の構造を示す断面図である。
【図１４】本発明のイオンビーム装置で用いられるマスクの構造の一例を示す平面図である。
【図１５】図１４のマスクを用いて加工された試料の構造を示す断面図である。
【図１６】本発明のイオンビーム装置で用いられるマスクの構造の一例を示す平面図である。
【図１７】図１６のマスクを用いて加工された試料の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１のイオンビーム装置の一例を示す概略構成図である。
【００２１】
図１を参照して本実施の形態１の微細構造体の製造方法およびイオンビーム装置の第１の例を説明する。本実施の形態１では、イオンビーム装置の一例として、投射イオンビーム装置を取り上げて説明する。
【００２２】
投射イオンビーム装置では、イオンビームの照射系の途中に、所定形状の開口部を持つステンシルマスクを挿入し、開口部の形状に形成したイオンビームを試料に照射する。また、イオン源は不活性ガスや酸素、窒素などの気体元素のイオンビームを引き出すプラズマイオン源を用いることとする。プラズマイオン源としては、デュオプラズマトロンイオン源、ペニングイオン源、マルチカスプイオン源、誘導結合プラズマ（inductively coupled plasma、以下ＩＣＰとも言う）イオン源などが適用できるが、その他のイオン源でも適用可能である。以下、本実施の形態１では、イオン源としてＩＣＰイオン源を用いた場合を説明する。
【００２３】
図１に示すイオンビーム装置は、イオン源であるプラズマイオン源１と、プラズマイオン源１から放出されるイオンビームを集束する複数（ここでは、３個以上）のレンズと、試料１１を保持し、かつ可動自在なステージ１３と、試料１１上に配置され、かつ開口部を備えたマスクであるステンシルマスク４と、を有している。そして、ステンシルマスク４の開口部を通過して形成されたイオンビームを、試料１１に照射して試料１１の加工を行うものである。
【００２４】
図１に示すイオンビーム装置の構成について、さらに詳細に説明すると、上記イオンビーム装置は、真空容器２０を有している。そして、真空容器２０には、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン、酸素、窒素等のガスイオンを放出するプラズマイオン源１、第１のコンデンサレンズ２、第２のコンデンサレンズ３、ステンシルマスク４、投射レンズ５、などから構成されるイオンビーム鏡筒２１が接続されている。すなわち、真空容器２０と繋がるイオンビーム鏡筒２１内においてイオンビームの放出・集束が行われる。
【００２５】
なお、本実施の形態１のイオンビーム装置では、イオンビーム照射系に３個のレンズ（第１のコンデンサレンズ２、第２のコンデンサレンズ３および投射レンズ５）を有している。さらに、真空容器２０上に設けられた試料室２３には、試料１１、二次粒子検出器１２、試料１１を保持するステージ１３、プローブ１５、ガス源１７、およびマニピュレータ４３などが配置されている。
【００２６】
また、本イオンビーム装置を制御する制御部２４として、プラズマイオン源制御装置９１、レンズ制御装置９２、ステージ制御装置１４、マニピュレータ制御装置１６、ガス源制御装置１８、二次電子検出器制御装置１９、およびステンシルマスク制御装置９３、計算処理装置９５などが配置されている。ここで、計算処理装置９５は、二次粒子検出器１２の検出信号を基に生成された画像や、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイを備える。また、試料１１を保持するステージ１３は、試料載置面内において直交する２方向への直線移動機構、試料載置面に対する垂直方向への直線移動機構、試料載置面内での回転機構、および試料載置面内において傾斜軸を持つ傾斜機構を備えており、これらの制御は計算処理装置９５からの指令によってステージ制御装置１４で行われる。
【００２７】
以上により、制御部２４では、イオンビームのうち、後述する図２〜図６に示す第１のイオンビーム６ａを照射して試料１１をエッチング加工する第１の制御と、第１のイオンビーム６ａの縦断面の裾幅Ｓ（図６参照）の大きさより縦断面の裾幅Ｓの大きさが小さい第２のイオンビーム６ｂを形成する第２の制御と、を行う。さらに、制御部２４は、第１のイオンビーム６ａの照射領域に比べてビーム幅Ｒ（図６参照）に沿った方向の幅が広い領域に第２のイオンビーム６ｂを照射して試料１１をエッチング加工する第３の制御を行う。
【００２８】
また、本イオンビーム装置には、電子銃７、電子銃７から放出する電子ビーム８を集束する電子レンズ９、電子ビーム走査偏向器１０などで構成される電子ビーム鏡筒２２が配置されている。
【００２９】
次に、本イオンビーム装置の動作について説明する。まず、アルゴンボンベからの配管の途中に設けられたガスバルブを開けることにより、アルゴンガスをプラズマイオン源１に導入し、ガス放電によるプラズマを生成する。そこでプラズマイオン源１から投射イオンビーム６を引き出す。そして、この投射イオンビーム６を第１のコンデンサレンズ２と、第２のコンデンサレンズ３とにより投射レンズ５の中心近傍に集束させる。すなわち、第１のコンデンサレンズ２と第２のコンデンサレンズ３の電極に印加する電圧を、この条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置９５で設定する。
【００３０】
そして、投射イオンビーム６は矩形の穴（開口部）を有するステンシルマスク４を通過する。投射レンズ５は、ステンシルマスク４の開口部を試料１１の上に投影する条件で制御する。ここでも投射レンズ５の電極に印加する電圧を、上記条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置９５で設定する。すると、試料１１上には矩形の投射イオンビーム６が照射される。この投射イオンビーム６を照射し続けると試料１１に矩形の穴が形成される。
【００３１】
次に、電子ビーム８による試料観察の手順について説明する。電子銃７から放出される電子ビーム８を集束して試料１１に照射する。このとき電子ビーム８を走査しながら試料１１の断面に照射し、試料１１の断面から放出される二次電子を二次粒子検出器１２で検出して、その強度を画像の輝度に変換すれば試料１１を観察することができる。これにより投射イオンビーム６で加工された試料１１の表面を観察できる。
【００３２】
次に、微細構造体、例えばセンサ、アクチュエター、電子回路などのＭＥＭＳの製造において、本イオンビーム装置によるエッチング穴加工について説明する。図２は図１のイオンビーム装置のレンズ構成の一例を示す概略構成図、図３は図２のイオンビーム装置によって加工された試料の構造を示す断面図である。また、図４は図１のイオンビーム装置のレンズ構成の一例を示す概略構成図、図５は図４のイオンビーム装置によって加工された試料の構造を示す断面図、図６は図１のイオンビーム装置におけるイオンビームの裾幅の一例を示す概略構成図である。
【００３３】
本イオンビーム装置では、図６に示す投射イオンビーム６のビームプロファイルの裾幅Ｓ（投射イオンビーム６の縦断面もしくは輪郭の裾幅Ｓ、あるいはビームのエッジボケなどとも言う）の大きさを制御することが可能である。
【００３４】
図２〜図５を用いて投射イオンビーム６のビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさの制御について説明する。上述のように、本イオンビーム装置では、その制御部２４によって、プラズマイオン源１から引き出した投射イオンビーム６を第１のコンデンサレンズ２および第２のコンデンサレンズ３によって投射レンズ５の中心に集束するように制御している。この条件を満足させることにより投射イオンビーム６の形状の歪みを小さくしている。すなわちステンシルマスク４の開口部が矩形であれば、試料１１上に歪みの小さい矩形の投射イオンビーム６を照射できることになる。そして、プラズマイオン源１の仮想光源を第１のコンデンサレンズ２および第２のコンデンサレンズ３で投射レンズ５の主面に集束させたときに、主面上の仮想光源の像の大きさが小さいほど投射イオンビーム６のビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさを小さくすることができる。
【００３５】
本実施の形態１の図１に示すイオンビーム装置では、図２に示すように、第１のコンデンサレンズ２で投射レンズ５の主面にイオンビームを集束させた場合に、主面上の像は大きくなり投射イオンビーム６のビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさは大きくなる。しかしながら、イオンビーム電流は大きくなるため高速加工には適しているビームモードと言える。例えば、これをビームモードＡとする。このときの投射イオンビーム６で試料１１にエッチング穴加工した場合の穴３１の断面形状を模式的に図２に示す。また、図３に示すように、穴３１の内壁３１ａは、底部に対してなだらかな角度の傾斜を持つ。
【００３６】
一方、図４に示すように、第２のコンデンサレンズ３で投射レンズ５の主面に投射イオンビーム６を集束させた場合に、主面上の像は小さくなり投射イオンビーム６のビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさは小さくなる。この場合には、イオンビーム電流は、ビームモードＡのイオンビーム電流に比べて小さくなるが、高精度加工には適しているビームモードと言える。例えば、これをビームモードＢとする。このときの投射イオンビーム６で試料１１にエッチング穴加工した場合の穴３２の断面形状を模式的に図５に示す。図５に示すように、穴３２の内壁３２ａは、底部に対して急峻な角度となる。なお、図２〜図５では理解しやすいように、試料１１の加工断面を模式的に表現している。また、内壁３１ａ、３２ａの傾斜は直線で表現したが実際には曲線である。
【００３７】
また、図６では、平面構造が図６のビーム形状ＡＡの投射イオンビーム６について、ビームモードＡ（図６のビーム形状ＡＢ）とビームモードＢ（図６のビーム形状ＡＣ）のビームプロファイルの例を示している。ここでビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさ（イオンビームの縦断面の裾幅Ｓの大きさ）について、その急峻性を定量的に扱うために、ビームプロファイルの裾幅Ｓを定義する。例えば、図６のビーム形状ＡＢに示すように、ビームプロファイルの裾幅Ｓは、ビーム強度Ｔ１の１６％（Ｔ２）から８４％（Ｔ３）までの距離と定義するする。なお、図６のビーム形状ＡＤは、ビームモードＢの投射イオンビーム６の設定照射領域すなわちイオンビーム大きさを大きくした場合のビームプロファイルを示している。
【００３８】
また、図６の各ビーム形状の縦軸は、ビーム電流の大小を表現している。実際には、第１のコンデンサレンズ２と第２のコンデンサレンズ３の２個のレンズを連係して動作させることによって、投射レンズ５の主面に任意のビーム径の像を形成することが可能になる。すなわち、投射イオンビーム６のビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさと、イオンビーム電流とを連続的に変化させることが可能になる。したがって、本実施の形態１のイオンビーム装置によれば、微細構造体のエッチング穴加工において、加工速度と穴の内壁の急峻性とを制御して加工することが可能になる。
【００３９】
なお、微細構造体の穴加工においては、可能な限り上記内壁の形状を急峻に加工する場合が多い。上記内壁の形状を急峻に加工すると微細構造体の構造寸法が制御しやすく、所望のデバイス特性を得ることができる。その場合には、上記ではビームモードＢの投射イオンビーム６を形成して穴加工する。しかし、上述のように、このビームモードＢの場合には加工に時間を要する。
【００４０】
そこで、本発明者は、先にビームモードＡのイオンビームを照射して穴加工を途中まで行った後に、イオンビームではなく、３段のレンズでイオン源の仮想光源を試料上に集束させる極微細な仕上げ用イオンビームを形成して、内壁のみに照射して内壁の急峻性を向上させることを検討した。この方法では確かに内壁の急峻性を向上させることは可能であるが、イオンビームの形成条件や照射条件を最適化することが難しく、さらにはイオンビームを内壁のみに照射することも難しく時間も要することから実際には微細構造体の製造には適用は困難であることが分かった。また、極微細なイオンビームが穴の底部にも照射されることにより穴の底部が凹んだり、内壁からスパッタされる粒子が穴の底部に溜まって盛り上がりが出来たりするため、穴の底部の平坦性が損なわれるといった問題も生じることも分かった。
【００４１】
次に、本発明者は、微細構造体の製造に適した穴加工方法を探索した。まず、先にビームモードＡのイオンビームを照射して穴加工を途中まで行った後に、集束イオンビームではなく、ステンシルマスク４の同一の開口部を用いてビームモードＢのイオンビームを照射する加工方法を考案して実行した。この製造方法では、ビームモードＡの投射イオンビームとビームモードＢの投射イオンビームとの照射位置を精度良く一致させることが課題である。この課題に対して、同一の開口部を使ってステンシルマスク４を移動させることなくビームモードＢのイオンビームを照射した時の、ビームモードＡとビームモードＢのイオンビームの照射位置のずれ量を計測しておけば、ビームモードＢのイオンビームをビームモードＡのイオンビームの照射位置に合わせることができた。
【００４２】
この加工方法を実現して評価した結果、従来に比べて加工時間を短くして、かつ内壁の急峻性を向上させることに成功した。しかしながら、詳細に調べてみるとこの方法では次の課題が生じることが分かった。まずは、寸法誤差の発生である。微細構造体の製造では、微細構造体の設計寸法に対して投射倍率で除した大きさの開口部を持つマスクによって加工した。しかし、実際には、最初に照射するビームモードＡのイオンビームのビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさ分だけ加工領域が広がっていることが原因となって必ずしも設計したデバイス特性が得られなかった。また、加工穴の内壁の急峻性を詳細に調べた結果、ビームモードＢのみで高精度に加工した場合に比べると内壁の形状にだれが発生していることが分かった。すなわち急峻性が十分に得られなかった。
【００４３】
そこで、本発明者は、さらに高精度で高速な加工方法の探索を継続した。その結果、以下の製造方法が好適であることを見出した。その製造方法について図７を用いて説明する。図７は、図１のイオンビーム装置で用いられるマスクと試料の構造の一例を示す平面図および断面図である。
【００４４】
まず、図７に示す断面形状ＡＨの微細構造体の設計寸法Ｌに対して、所望の投射倍率で除した大きさの開口部（第２の開口部）４２の幅Ｗ２（図７のマスク形状ＡＧ）よりも小さい幅Ｗ１の開口部（第１の開口部、マスク形状ＡＥ）４１のステンシルマスク（第１のマスク）４ａを用いてビームモードＡの図２に示す第１のイオンビーム６ａを形成した。そして、この第１のイオンビーム６ａを試料１１の第１の領域Ｑ１（図７の断面形状ＡＦ）に照射して高速の加工を実現した。この時のステンシルマスク４ａの開口部４１の形状を図７のマスク形状ＡＥに示す。また、図７の断面形状ＡＦには、試料１１に加工された穴３１の断面形状を模式的に示すが、穴３１の内壁３１ａには傾斜があり開口部（穴３１）の上部と下部とでは寸法が異なっていることが分かる。
【００４５】
次に、開口部（第１の開口部）４１と相似な形状で、かつ開口部４１より大きい面積を持つ開口部（第２の開口部）４２を用いてビームモードＢの図４に示す第２のイオンビーム６ｂを形成して試料１１の第２の領域Ｑ２（図７の断面形状ＡＨ）に照射した。この時のステンシルマスク（第２のマスク）４ｂの開口部４２の形状を図７のマスク形状ＡＧに示す。また、第２の領域Ｑ２は、第１の領域Ｑ１より大きい。
【００４６】
なお、この時の投射イオンビーム６（第２のイオンビーム６ｂ）のビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさは、図６のビーム形状ＡＤで示したものである。これは、第１のイオンビーム６ａでエッチング穴加工した領域のほぼ全部を含んだ領域で、かつ第１のイオンビーム６ａで照射した領域に比べて図６のビーム形状ＡＡのビーム幅Ｒに沿った方向に幅広い設定領域に第２のイオンビーム６ｂを照射したことになる。
【００４７】
ここで、複数種類の形状（大きさ）の開口部のうち、開口部（第１の開口部）４１を通過させて第１のイオンビーム６ａを形成し、開口部４１より面積が大きな開口部（第２の開口部）４２を通過させて第２のイオンビーム６ｂを形成する制御は、図１に示すイオンビーム装置の制御部２４によって行われる。
【００４８】
また、複数種類の形状（大きさ）の開口部のうち、開口部（第１の開口部）４１を通過して形成された第１のイオンビーム６ａのビーム電流に比べて、開口部４１より面積が大きな開口部（第２の開口部）４２を通過して形成された第２のイオンビーム６ｂのビーム電流を小さくする制御は、上記同様に、図１に示すイオンビーム装置の制御部２４によって行われる。
【００４９】
以上のようにしてエッチング穴加工を行い、開口部の内壁を詳細に調べた結果、十分に穴の内壁を急峻に加工できることが分かった。図７の断面形状ＡＨには、この試料１１に形成された穴３２の断面形状が模式的に示されている。このようにすることにより、イオンビームを用いて微細構造体を製造する場合、例えばセンサ、アクチュエター、電子回路などのＭＥＭＳを製造する場合に、十分な加工速度を得ることができ、かつ十分な加工精度が得られる微細構造体の製造方法を提供することができるという効果を生み出すことが可能になる。なお、本実施の形態１で開口部（第１の開口部）４１を開口部（第２の開口部）４２にするには、ステンシルマスク４を平面的に等価な位置に移動させればよい。そこで、図７では理解しやすいように、加工断面を模式的に表現している。また、内壁の傾斜は直線で表現したが実際には曲線である。
【００５０】
また、上述の加工方法を行うと、投射イオンビーム６で加工された穴の外周部の全てにおいて急峻な傾斜の内壁を持つエッチング穴加工が可能となる。すなわち、穴開口の上部と下部の寸法差も小さくすることができる。また、開口部の角（隅）の鈍りも少なくなり高精度な微細構造体の製造方法を提供することができるという効果を生み出すことができる。
【００５１】
さらに、上述の加工方法では、第１のイオンビーム６ａに比べて第２のイオンビーム６ｂのビーム電流は小さい。これにより、第２のイオンビーム６ｂの電流が小さくなることで加工速度は低下するが、エッチング深さに対して高精度な制御が可能となる微細構造体の製造方法を提供できるという効果を生み出すこともできる。
【００５２】
ここで上述のような穴の内壁の急峻な加工が実現できたのは、第１のイオンビーム６ａで形成された穴の内壁部分において、第２のイオンビーム６ｂの急峻なエッジ部分が照射されるためである。また、イオンビームが物質をスパッタする際に、イオンビームの入射角度が浅いほど多くスパッタされるという性質が関連して実現されると考えられる。また、第１のイオンビーム６ａと第２のイオンビーム６ｂとで同一の幅の照射領域を設定した場合には、第１のイオンビーム６ａで照射された端の領域、つまり穴の開口部の最上部領域には、第２のイオンビーム６ｂが多く照射されないために、緩やかな傾斜領域が残り、十分な急峻性が得られなかったと考えられる。
【００５３】
また、本実施の形態１では、第２のイオンビーム６ｂを照射して加工する時に、図１に示すイオンビーム装置の制御部２４により、エッチング穴の底部が略平坦になるまで第２のイオンビーム６ｂを照射すれば、エッチング穴の底部を平坦にすることができることも分かった。これは、穴の内壁に投射イオンビーム６が照射されている時には、同時に穴の底部にも電流密度が均一な投射イオンビーム６が照射され続けるため平坦になるものと考えられる。このことも従来の微細な集束イオンビームによって仕上げる方法に比べて本実施の形態１の加工方法の優れた効果である。すなわち、特にエッチング穴の底部を平坦に仕上げるのに好適な微細構造体の製造方法を提供することが可能になるという効果を奏する。なお、穴の底部を平坦に仕上げる際の平坦とは、加工ばらつきによる凹凸は許容する平坦のことである。
【００５４】
また、本実施の形態１では、ステンシルマスク４の平面移動によって２種類の投射イオンビーム６を形成することによって高精度な加工を実現することが可能なイオンビーム装置を提供することができる。
【００５５】
また、第１のマスクであるステンシルマスク４ａの開口部（第１の開口部）４１を通過させて所望の投射倍率で試料１１に投射イオンビーム６を投射した時の寸法に比べて、試料１１の加工痕の領域が大きくなることを見込んで、微細構造体の設計寸法に合わせることにより、高精度の加工を実現することができる微細構造体の製造方法を提供することが可能になる。つまり、特に微細構造体の設計寸法に対して高精度の加工を実現することができる微細構造体の製造方法を提供することが可能になるという効果を奏する。
【００５６】
なお、本実施の形態１では、コンデンサレンズに軸対称なレンズを用いる場合を説明したが、２重４極子レンズからなるイオンビーム軸に対して非対称イオンビームレンズに置き換えることも可能である。
【００５７】
また、以上に述べた実施の形態１の例では、アルゴンを用いたが、他に窒素、酸素、ネオン、キセノン、クリプトンなどの元素、およびこれらの混合イオン種でも同様な効果が得られるのは明らかである。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態２の微細構造体の製造方法およびイオンビーム装置の一例について説明する。図８は図１のイオンビーム装置のレンズ構成の一例を示す概略構成図、図９は図８のイオンビーム装置によって加工された試料の構造を示す断面図、図１０は図１のイオンビーム装置のレンズ構成の一例を示す概略構成図、図１１は図１０のイオンビーム装置によって加工された試料の構造を示す断面図である。
【００５９】
本実施の形態２のイオンビーム装置の基本構造は、図１に示す実施の形態１のイオンビーム装置の構造と同じであるためその説明は省略する。また、本実施の形態２のイオンビーム装置でも、イオンビーム照射系の途中に、所定形状の開口部を持つステンシルマスク４を挿入し、開口部を通過させて形成したイオンビームを試料に照射する。また、イオン源についても不活性ガスや酸素、窒素などの気体元素のイオンビームを引き出すプラズマイオン源１である。
【００６０】
また、本実施の形態２のイオンビーム装置のステージ１３は、実施の形態１のイオンビーム装置と同様に、試料載置面内において直交する２方向への直線移動機構と、試料載置面に対して垂直方向への直線移動機構とを有している。
【００６１】
本実施の形態２について図８〜図１１を用いて説明する。なお、投射イオンビームで試料にエッチング穴加工した場合の穴の断面形状を模式的に図９と図１１に示す。なお、これらの図では理解しやすいように、加工断面を模式的に表現しており、穴の内壁の傾斜は直線で表現したが実際には曲線である。
【００６２】
また、本実施の形態２のイオンビーム装置では、ステージ１３の試料載置面に対して垂直方向への直線移動機構により投射イオンビーム６の投射倍率を制御する機構を持つ。すなわち、上記イオンビーム装置では、試料１１を保持するステージ１３の高さをプラズマイオン源１から遠ざける方向に移動させることによって投射倍率は大きくなり、逆にプラズマイオン源１に近づけることによって投射倍率を小さくすることができる。しかし、そのままでは投射イオンビーム６の形状が崩れることになる。つまり、ステージ１３が上下に移動するのに合わせて投射レンズ５に与える電圧を変化させてステンシルマスク４の開口部の形状を試料１１に投射する条件を維持するする必要がある。本実施の形態２イオンビーム装置では、ステージ１３を上下に移動させることと、投射レンズ５に与える電圧を変化させることを一体化して実行するものである。なお、図１に示すイオンビーム装置において、その制御部２４により、ステージ１３の高さを上下に移動させる制御が行われる。
【００６３】
図８では、図２の構造と同様に、第１のコンデンサレンズ２で投射レンズ５の主面に投射イオンビーム６を集束させており、投射イオンビーム６（第１のイオンビーム６ａ）の図６に示すビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさ（エッジボケの大きさ）は大きくなる。なお、この時のステンシルマスク４の開口部の試料への投射倍率は、ｂ１／ａ１となる。一方、図１０では、図４のように第２のコンデンサレンズ３で投射レンズ５の主面に投射イオンビーム６を集束させており、投射イオンビーム６（第２のイオンビーム６ｂ）のビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさ（エッジボケの大きさ）は小さい。さらに、ステージ１３の高さをプラズマイオン源１から遠ざける方向に移動させている。この場合のステンシルマスク４の開口部の試料への投射倍率は、ｂ２／ａ１となる。すなわち、ｂ２がｂ１よりも大きいため、図８の投射倍率ｂ１／ａ１よりも、図１０の投射倍率ｂ２／ａ１は大きくなる。すなわち、同一の開口部を用いたとしても、図１１に示す試料１１上の第２のイオンビーム６ｂによって形成される穴３２の幅Ｌ（第２の領域）は、図８の第１のイオンビーム６ａによって形成される穴３１の幅Ｌｓ（第１の領域）に比べて大きくなる（Ｌ＞Ｌｓ）。
【００６４】
上記実施の形態１では、図７に示すようにステンシルマスク４の開口部（第１の開口部）４１と相似形状で、かつ大きい面積を持つ開口部（第２の開口部）４２を用いて、第２のイオンビーム６ｂを形成している。一方、本実施の形態２では、図１０に示すように試料１１を保持するステージ１３の高さをプラズマイオン源１から遠ざける方向に移動させることによって投射倍率を大きくする。また同時に投射レンズ５をステンシルマスク４の開口部が試料１１に投射されるように制御する。これにより、第１のイオンビーム６ａで照射した領域（図９に示す第１の領域Ｌｓ）に比べて幅広い設定領域（図１１に示す第２の領域Ｌ）を第２のイオンビーム６ｂにおいて設定することができ、特に高精度で照射することが可能になる。
【００６５】
また、本実施の形態２では、ステンシルマスク４（第２のマスクであるステンシルマスク４ｂ）をプラズマイオン源１から遠ざける方向に移動させて、投射倍率を大きくして第２のイオンビーム６ｂを照射することも可能である。すなわち、図８に示すａ１を小さくすれば投射倍率ｂ１／ａ１を大きくすることができる。また、同時に投射レンズ５を、ステンシルマスク４の開口部の形状が試料１１に投射されるように制御する。これにより、第１のイオンビーム６ａで照射した領域（図９のＬｓ（第１の領域））に比べて幅広い設定領域（図１１のＬ（第２の領域））を第２のイオンビーム６ｂで、特に高精度で照射することが可能になる。
【００６６】
以上、本実施の形態２のイオンビーム装置では、ステージ１３の高さあるいはステンシルマスク４の高さを制御することにより、実施の形態１のイオンビーム装置と同様に、投射イオンビーム６で加工された穴の外周部の全てで急峻な傾斜を持つようなエッチング穴加工を行うことが可能となる。すなわち、穴の開口部の上部と下部の寸法差を小さくすることができる。また、開口部の角（隅部）の鈍りも少なくなり高精度な微細構造体の製造方法を提供することが可能になるという効果を生み出すことができる。さらに、イオンビームを用いて微細構造体を製造する場合、例えばセンサ、アクチュエター、電子回路などのＭＥＭＳを製造する場合に、十分な加工速度を得ることができ、かつ十分な加工精度が得られる微細構造体の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【００６７】
特に、本実施の形態２では、ステージ１３の高さを連続的に選択することができるため、投射倍率の連続的な調整が可能になる。これにより、穴の開口周辺部の加工条件を高精度で最適化できるという効果を奏する。また、同時に穴の開口周辺部の加工条件を高精度で最適化できるイオンビーム装置を提供することができるという効果を奏する。
【００６８】
（実施の形態３）
本実施の形態３の微細構造体の製造方法およびイオンビーム装置の一例について説明する。図１２は本発明のイオンビーム装置で用いられるマスクの構造の一例を示す平面図、図１３は図１２のマスクを用いて加工された試料の構造を示す断面図、図１４は本発明のイオンビーム装置で用いられるマスクの構造の一例を示す平面図である。また、図１５は図１４のマスクを用いて加工された試料の構造を示す断面図、図１６は本発明のイオンビーム装置で用いられるマスクの構造の一例を示す平面図、図１７は図１６のマスクを用いて加工された試料の構造を示す断面図である。
【００６９】
本実施の形態３のイオンビーム装置の基本構造は、図１に示す実施の形態１のイオンビーム装置の構造と同じであるためその説明は省略する。また、本実施の形態３のイオンビーム装置でも、イオンビーム照射系の途中に、所定形状の開口部を持つステンシルマスク４を挿入し、開口部を通過させて形成したイオンビームを試料に照射する。また、イオン源についても不活性ガスや酸素、窒素などの気体元素のイオンビームを引き出すプラズマイオン源１である。
【００７０】
本実施の形態３の特徴は、ステンシルマスク４の開口部の形状にある。本実施の形態３で用いるステンシルマスクを、図１２、図１４および図１６に示す。
【００７１】
まず、図１２に示すステンシルマスク（第３のマスク）４ｃの開口部５１に第１の投射イオンビームを通過させてこの投射イオンビームを図１３に示す試料１１に照射してエッチング穴加工を施した。ここで、図１２に示すステンシルマスク４ｃの開口部５１の形状および図１４に示すステンシルマスク４ｄの開口部５２の形状は、凹型多角形を含んでいる（図１２および図１４におけるＰ部）。なお、凹型多角形とは、内角の大きさが１８０°を越えるような頂角を少なくとも１つ有する多角形のことである。
【００７２】
また、図１２、図１４および図１６のそれぞれに示すステンシルマスク４では、凹型多角形の開口部や多角形の開口部それぞれの中心線をＣとして表示しており、各ステンシルマスク４において中心線Ｃの位置は同一の位置となっている。
【００７３】
図１２に示すステンシルマスク４ｃを用いて種々のプロセスにてデバイスを完成させて動作させたところ所望の特性を得ることができなかった。このため、試作したデバイス寸法を詳細に調べた結果、いくつかの問題があることを見出した。
【００７４】
ステンシルマスク４ｃの開口部５１を用いて第１の投射イオンビームを形成して試料１１に照射してエッチング穴加工を行った試料１１において、加工パターンにおける幾つかの位置での深さを調べた。その結果、位置によって深さがわずかに異なることを見出した。これは、加工位置によって加工パターンの大きさが異なるが、穴３３の底部から見てスパッタ粒子が真空中に飛び出す開口部の大きさが異なる。また、他の加工位置からスパッタ粒子が飛来する割合も異なることなどが原因と思われる。
【００７５】
図１３は穴３３の断面を示しており、加工位置６１、６２、６３の領域では、加工位置６３が最も加工深さが深く、加工位置６２の加工深さが最も浅くなっていることが分かる。ここで、加工位置６１における加工深さを第１の深さとし、加工位置６２における加工深さを第２の深さとすると、第１の深さ＞第２の深さとなっている。
【００７６】
次に、開口部５１のパターンの一部である図１４に示すステンシルマスク（第４のマスク）４ｄの開口部５２を用いて第２の投射イオンビームを形成して図１５に示す試料１１に照射してエッチング穴加工を施した。つまり、上記第１の深さの部分（加工位置６１の部分）と上記第２の深さの部分（加工位置６２の部分）に第２の投射イオンビームを照射してエッチング加工を施した。そして、最後に図１６に示すステンシルマスク４ｅの開口部５３を用いて第３の投射イオンビームを形成して図１７に示す試料１１に照射してエッチング穴加工を施した。ここで、各投射イオンビームの照射時間は位置による深さの違いを打ち消すように設定した。このようにすると、図１７に示すように加工パターンで位置が異なっていても加工深さが同じであるエッチング穴加工を実現することができた。すなわち、穴３３を形成するエッチング加工において底部の段差が無くなる（平坦になる）まで第３の投射イオンビームを照射してエッチング加工を行う。なお、底部の平坦とは、加工ばらつきによる凹凸は含まないことは言うまでもない。
【００７７】
次に問題は、実施の形態１と同じように図１２に示すステンシルマスク４ｃの開口部５１を用いて加工した領域（穴３３）の内壁の傾斜が急峻ではなかったことにある。そこで、実施の形態１と同様に、まず第１の投射イオンビームのビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさに比べて小さいビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさとなる投射イオンビームを形成できるレンズ条件を設定した。そして、図１６に示すステンシルマスク４ｅの開口部５３と相似形状で、かつ面積が大きい開口部によって第４の投射イオンビームを用いて試料１１に照射した。その結果、実施の形態１と同様に急峻な側壁に加工することができた。すなわち、穴の底部と上部で寸法が同じとなるような高精度な加工を実現することができた。ここでは、第２の投射イオンビームを止めて、第４の投射イオンビームを照射しても同様な高精度な加工を実現することができる。
【００７８】
この場合には、投射イオンビームを用いた微細構造体の製造の際に、まず、ステンシルマスク４ｃの開口部５１を用いて形成した第１の投射イオンビームによって試料１１に第１のエッチング穴加工を施した。その後、上記第１の投射イオンビームに比べてビームプロファイルの裾幅Ｓの大きさが小さい第２の投射イオンビームを形成する。さらに上記第１のエッチング穴加工で加工した領域の全部ではないが一部を含んだ領域で、かつ第１の投射イオンビームで照射した領域（図１２の開口部５１の幅Ｌ１の開口で形成した領域）に比べて幅広い設定領域（図１４の開口部５２の幅Ｌ２の開口で形成した領域、この時Ｌ１＜Ｌ２）に第２の投射イオンビームを照射して加工している。つまり、第４の投射イオンビームは矩形の４辺全てを加工していないが、本実施の形態３では３辺を同時に急峻にするように加工することができる。
【００７９】
以上、実施の形態１〜３によれば、イオンビームを用いて微細構造体を製造する際、例えばセンサ、アクチュエター、電子回路などのＭＥＭＳを製造する場合に、十分な加工速度を得ることができ、かつ十分な加工精度を得ることが可能な微細構造体の製造方法を提供することができる。さらに、イオン源を搭載して、アルゴン、クリプトン、キセノン、窒素、酸素、などの投射イオンビームを試料に照射して、高速かつ高精度に微細構造体を製造できるイオンビーム装置を実現することができる。
【００８０】
＜実施の形態の内容を上位概念化した本発明とそれに対応する効果について＞
ただし、それぞれの発明で共通する効果についての重複説明は省略している。
【００８１】
（１）本発明は、投射イオンビームを用いた微細構造体の製造方法において、（ａ）第１のマスクの第１の開口部を通過して形成された第１のイオンビームを試料の第１の領域に照射して前記試料をエッチングする工程を含んでいる。また、（ｂ）上記（ａ）工程の後、上記（ａ）工程でエッチングした上記第１の領域の少なくとも一部または全部を含んだ第２の領域であって、かつ上記第１の領域に比べてビーム幅に沿った方向の幅が広い上記第２の領域に第２のイオンビームを照射して上記試料を加工する工程を含んでいる。さらに、上記第２のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさは、上記第１のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさより小さい。
【００８２】
これにより、イオンビームを用いて微細構造体を製造する際、例えばセンサ、アクチュエター、電子回路などのＭＥＭＳを製造する場合に、十分な加工速度を得ることができ、かつ十分な加工精度を得ることが可能な微細構造体の製造方法を提供できる。
【００８３】
（２）本発明は、上記（１）で述べた微細構造体の製造方法において、第２のイオンビームが、上記第１のマスクの上記第１の開口部の面積よりも大きな面積を有し、かつ上記第１の開口部と相似な形状の第２の開口部を備えた第２のマスクの上記第２の開口部を通過して形成されたイオンビームである。
【００８４】
これにより、投射イオンビームで加工された穴の外周部の全てで急峻な傾斜をもつエッチング穴加工が可能となる。すなわち、穴の開口部の上部と下部の寸法差を小さくできる。また、開口部の角の鈍りも少なくなり高精度な微細構造体の製造方法を提供できる。
【００８５】
（３）本発明は、上記（１）で述べた微細構造体の製造方法において、上記第２のイオンビームが、前記第１のマスクの前記第１の開口部の面積よりも大きな面積を有する第２のマスクの第２の開口部を通過して形成されたイオンビームであって、上記第１のイオンビームに比べてビーム電流が小さいイオンビームである。
【００８６】
これにより、上記第２のイオンビームの電流が小さくなることで加工速度は低下するものの、エッチング深さの高精度制御が可能となる微細構造体の製造方法を提供できる。
【００８７】
（４）本発明は、上記（１）で述べた微細構造体の製造方法において、上記（ｂ）工程は、イオンビーム装置の上記試料が保持されるステージの高さをイオン源から遠ざける方向に移動させて、上記第２のイオンビームを上記試料に照射して加工する工程を含んでいる。
【００８８】
これにより、ステージの高さをイオン源から遠ざける方向に移動させることによって投射倍率が大きくなり、上記第１のイオンビームで照射した領域に比べて幅広い設定領域を上記第２のイオンビームで高精度で照射することが可能になる。さらにステージの高さを連続的に選択できるため投射倍率の連続的な調整が可能になる。その結果、穴の開口部の周辺部の加工条件を高精度で最適化できる。
【００８９】
（５）本発明は、上記（１）で述べた微細構造体の製造方法において、上記（ｂ）工程は、上記第１のマスクの上記第１の開口部の面積よりも大きな面積の第２の開口部を有する第２のマスクをイオン源から遠ざける方向に移動させて、上記第２のイオンビームを照射して加工する工程を含んでいる。
【００９０】
これにより、ステンシルマスクをイオン源から遠ざける方向に移動させることによって投射倍率が大きくなり、第１のイオンビームで照射した領域に比べて幅広い設定領域を第２のイオンビームで高精度で照射することが可能になる。さらにステンシルマスクの移動は移動距離に対して投射倍率を大きくは変化させない。このため微細な投射倍率調整が可能になるため、穴の開口部の周辺部に対して最も高精度で、かつ高速度な加工を行うことができる。
【００９１】
（６）本発明は、上記（１）で述べた微細構造体の製造方法において、上記第１のマスクの上記第１の開口部を通過させて所望の投射倍率で上記試料にイオンビームを投射した時の投射サイズに比べて加工痕の領域の大きさが大きくなることを予め見込んで、微細構造体の設計寸法に合わせる。
【００９２】
これにより、微細構造体の設計寸法に対して高精度の加工を実現することが可能な微細構造体の製造方法を提供できる。
【００９３】
（７）本発明は、上記（１）で述べた微細構造体の製造方法において、上記（ｂ）工程では、上記第２のイオンビームの照射によって形成される穴部の底部が平坦になるまで上記第２のイオンビームを照射する。
【００９４】
これにより、エッチング穴の底部を平坦に仕上げるのに好適な微細構造体の製造方法を提供できる。
【００９５】
（８）本発明は、投射イオンビームを用いた微細構造体の製造方法において、（ａ）開口部が凹型多角形に形成された第３のマスクの上記開口部を通過して形成された第１のイオンビームを試料に照射して、上記試料に第１の深さの領域と、上記第１の深さより深さが浅い第２の深さの領域と、を形成する工程を含んでいる。また、（ｂ）上記（ａ）工程後、上記第２の深さの領域に対して、第４のマスクの開口部を通過して形成された第２のイオンビームを照射して上記試料を加工する工程を含んでいる。さらに、上記第４のマスクの上記開口部は、上記凹型多角形の一部の形状からなる。
【００９６】
これにより、穴の開口部の大きさが加工領域でバラツキがある時にも、開口部が小さくて穴の深さが十分に確保できない領域については追加で容易に加工できるようになるため、加工パターン全体で所望の深さに加工することができる。さらに、開口部の大きさによってステンシルマスクの個別パターンの開口部を使って加工する方法に比べて高速に加工できるようになる。
【００９７】
（９）本発明は、上記（８）で述べた微細構造体の製造方法において、上記第２のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさは、上記第１のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさより小さい。
【００９８】
これにより、上記第２のイオンビームを照射した領域では高精度な加工を実現することが可能な微細構造体の製造方法を提供できる。
【００９９】
（１０）本発明は、上記（８）で述べた微細構造体の製造方法において、上記第２のイオンビームの照射領域は、上記第１のイオンビームの照射領域の少なくとも一部よりも広い部分を有している。
【０１００】
これにより、上記第２のイオンビームを照射した領域では急峻な傾斜をもつエッチングの穴加工が可能となる。すなわち、穴の開口部の上部と下部の寸法差も小さくなる。また、開口部の角の鈍りも少なくなり高精度な微細構造体の製造方法を提供できる。
【０１０１】
（１１）本発明は、イオン源と、上記イオン源から放出されるイオンビームを集束する複数のレンズと、試料を保持するステージと、上記試料上に配置され、かつ開口部を備えたマスクと、を有したイオンビーム装置であり、上記マスクの上記開口部を通過して形成されたイオンビームを、上記試料に照射して上記試料の加工を行う。さらに、上記イオンビームのうち、第１のイオンビームを照射して上記試料をエッチング加工する第１の制御と、上記第１のイオンビームの縦断面の裾幅の大きさより縦断面の裾幅の大きさが小さい第２のイオンビームを形成する第２の制御と、を行う。そして、上記第１のイオンビームの照射領域に比べてビーム幅に沿った方向の幅が広い領域に上記第２のイオンビームを照射して上記試料をエッチング加工する第３の制御と、を行う制御部を有している。
【０１０２】
これにより、イオンビームを用いて微細構造体を製造する際、例えばセンサ、アクチュエター、電子回路などのＭＥＭＳを製造する場合に、十分な加工速度を得ることができ、かつ十分な加工精度を得ることが可能なイオンビーム装置を提供できる。
【０１０３】
（１２）本発明は、上記（１１）で述べたイオンビーム装置において、上記開口部が複数種類の形状からなり、上記複数種類の開口部の形状が相似形状であり、上記制御部により、上記複数種類の形状の開口部のうち、第１の開口部を通過させて上記第１のイオンビームを形成し、上記第１の開口部より面積が大きな第２の開口部を通過させて上記第２のイオンビームを形成する制御を行う。
【０１０４】
これにより、イオンビームで加工された穴の外周部の全てで急峻な傾斜をもつエッチングの穴加工が可能となる。すなわち、穴の開口部の上部と下部の寸法差も小さくなる。また、開口部の角の鈍りも少なくなる。さらにステンシルマスクの平面移動によって２種類のイオンビームを形成することによって高精度な加工を実現することが可能なイオンビーム装置を提供できる。
【０１０５】
（１３）本発明は、上記（１１）で述べたイオンビーム装置において、上記開口部が複数種類の形状からなり、上記制御部により、上記複数種類の形状の開口部のうち、第１の開口部を通過して形成された上記第１のイオンビームのビーム電流に比べて、上記第１の開口部より面積が大きな第２の開口部を通過して形成された上記第２のイオンビームのビーム電流を小さくする制御を行う。
【０１０６】
これにより、イオン電流が小さくなることで加工速度は低下するものの、高精度のエッチング深さを管理することが可能なイオンビーム装置を提供できる。
【０１０７】
（１４）本発明は、上記（１１）で述べたイオンビーム装置において、上記制御部により、上記第１のイオンビームを形成する時の上記ステージの高さに比べて、上記第２のイオンビームを形成する時の上記ステージの高さを、上記イオン源から遠ざける方向に移動させる制御を行う。
【０１０８】
これにより、上記ステージの高さをイオン源から遠ざける方向に移動させることによって投射倍率は大きくなり、第１のイオンビームで照射した領域に比べて幅広い設定領域を第２のイオンビームにより高精度に照射することが可能になる。さらにステージの高さを連続的に選択できるため投射倍率の連続的な調整が可能になる。その結果、穴の開口部の周辺部の加工条件を高精度で最適化できるイオンビーム装置を提供できる。
【０１０９】
（１５）本発明は、上記（１１）で述べたイオンビーム装置において、上記制御部により、上記第１のイオンビームによるエッチング加工で形成された上記試料の穴部の底部が、平坦になるまで上記第２のイオンビームを照射する制御を行う。
【０１１０】
これにより、エッチング加工によって穴の底部を平坦に仕上げるのに好適なイオンビーム装置を提供できる。
【０１１１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１１２】
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。
【０１１３】
上記実施の形態１において説明したイオンビーム装置では、イオンビームを走査するイオンビーム照射系に３つのレンズが配置されている場合を説明したが、レンズの数は、３つ以上の複数個であってもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１  プラズマイオン源（イオン源）
４  ステンシルマスク（マスク）
４ａ  ステンシルマスク（第１のマスク）
４ｂ  ステンシルマスク（第２のマスク）
４ｃ  ステンシルマスク（第３のマスク）
４ｄ  ステンシルマスク（第４のマスク）
５  投射レンズ
６  投射イオンビーム
６ａ  第１のイオンビーム
６ｂ  第２のイオンビーム
１１  試料
１３  ステージ
２４  制御部
４１  開口部（第１の開口部）
４２  開口部（第２の開口部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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