(57)【要約】【課題】  物体内に３次元微視的構造を生成することができる方法を提案する。【解決手段】  ３次元構造を製作しようとする位置にあたる標的エリアを含むような工作物を用意する。この標的エリアは複数の仮想的ドエル点を有する。この工作物上に投射するために整形ビームを用意する。整形ビームの工作物との交差によって、所望の形状を有するビーム入射領域を画定している。このビーム入射領域は、仮想的ドエル点のうちの複数の点を囲繞するだけの十分な大きさである。整形ビームは、ビームが工作物を横断して移動するのに伴い仮想的ドエル点のうちの異なる点がビーム入射領域内に入り、またここから離れるように工作物を横断するように移動させ、これにより異なるドエル点がビーム走査中に異なる時間長にわたってビーム入射領域内にとどまり、仮想的ドエル点のうちの異なる点に異なる線量が与えられるようにしている。この方式では、３次元微視構造を形成するように、標的エリア上にビーム粒子の所望の照射量アレイを与えている。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微視的な３次元構造を製作するための方法であって、
仮想的ドエル点に分割されている、３次元構造の製作位置に対応する標的走査エリアを含む工作物を用意するステップと、
前記工作物上に投射しようとする整形ビームを用意するステップであって、この整形ビームと前記工作物との交差によって前記仮想的ドエル点のうちの複数の点を囲繞する大きさをもつ所望の形状を有するビーム入射領域を画定する用意ステップと、
前記整形ビームを前記工作物を横断するように移動させるステップであって、前記仮想的ドエル点の各点が、この整形ビームが前記工作物を横断するのに伴って移動する前記ビーム入射領域内に入りまたこのビーム入射領域から出て行って、ビーム走査中にそれぞれの前記仮想的ドエル点が所定の時間長にわたって前記ビーム入射領域内にとどまるのに伴い、前記整形ビームによって前記仮想的ドエル点の各点に異なる線量が提供される移動ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
三角形に整形された前記ビーム入射領域を用いて、少なくとも部分的にピラミッド状の前記３次元構造を作成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
三角形に整形された前記ビーム入射領域が前記標的走査エリアを覆うように複数の軸に沿って掃引されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ビーム入射領域が少なくとも１平方マイクロメートルの面積を有していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法を用いて形成されたことを特徴とする３次元微視構造物体。
【請求項６】
微視的な３次元構造を生成するための方法であって、
（ａ）標的走査エリアを有する物体を用意するステップと、
（ｂ）所望の形状を有するビーム入射領域を前記工作物と交差する場所に形成している整形ビームを前記工作物上に投射するステップと、
（ｃ）前記標的走査エリアを覆うように前記ビーム入射領域を予め定義された経路に従って掃引するステップであって、前記ビーム入射領域による走査を受けるのに伴い前記ビーム入射領域と前記標的走査エリアのコンボリューションとして前記標的走査エリアに与える照射量アレイを得て、これにより、前記標的走査エリア上に前記照射量アレイに対応する３次元構造を形成する掃引ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
矩形に整形された前記ビーム入射領域を用いて、少なくとも部分的に傾斜路状の前記３次元構造を作成することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
矩形に整形された前記ビーム入射領域が前記標的走査エリアを覆うように単一軸に沿って掃引されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記標的走査エリアに対応する前記工作物の材料が、３次元ネガ構造が形成されるように前記整形ビームによってスパッタ除去されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
微視的な３次元構造を生成するための方法であって、
（ａ）標的走査エリアを有する工作物を用意するステップと、
（ｂ）前記工作物に整形ビームを投射するステップであって、この整形ビームと前記工作物の交差によって所望の形状をもつ境界入射領域を形成する投射ステップと、
（ｃ）前記標的走査エリアを覆うように実質的に一定のビーム強度の前記整形ビームを予め定義された経路に従って掃引するステップであって、前記標的走査エリアに与える所望の照射量アレイを得る掃引ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記境界入射領域は、矩形形状を有しているとともに、傾斜路状の構造を形成するように前記標的走査エリアを覆って単一軸に沿って掃引されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記標的走査エリアにおいて前記工作物から材料がスパッタ除去されており、その結果、前記工作物内に断面計測に適当な傾斜路状の矩形空洞が形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法を用いて形成されたことを特徴とする３次元微視的構造を有する物体。
【請求項１４】
工作物上の標的走査エリアの位置に３次元構造を生成するための整形ビーム・システムであって、
（ａ）前記工作物を取り付けるステージと、
（ｂ）前記標的走査エリアに向けて導かれる整形ビームであって、このように導かれかつ出力されたときに前記標的走査エリア上に所定の形状をもつビーム入射領域を形成する前記整形ビームを提供する整形ビーム源と、
（ｃ）前記標的走査エリアを基準とした前記ビーム入射領域の位置を制御するように前記整形ビーム源に接続させたコントローラと、
（ｄ）前記コントローラに実行された際に、前記標的走査エリアにおいて所定の照射量アレイが得られるような予め定義された経路に従って前記標的走査エリアを覆うように前記ビーム入射領域を掃引する命令を有する、前記コントローラと接続可能なメモリ記憶装置であって、前記整形ビームが実質的に一定のビーム強度で前記標的走査エリアを覆うように掃引されるメモリ記憶装置と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１５】
前記整形ビーム源は、整形された集束性イオンビーム源を含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記整形ビーム源は、整形された電子ビーム源を含むことを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
物体の標的走査エリア上に３次元微視的構造を作成する方法であって、
前記標的走査エリアを覆うように整形ビームを所定の経路に従って走査するステップであって、その結果前記標的走査エリア上に所望の照射量アレイを与えており、前記整形ビームは、前記標的走査エリアと交差する位置に、楕円、矩形、三角形のうちのいずれかの形状を画定するビーム入射領域を作成する走査ステップを含む方法。
【請求項１８】
所定の３次元微視的構造を生成する整形ビーム・システムであって、
（ａ）複数の仮想的ドエル点をもつ標的走査エリアを有する工作物を取り付けるステージと、
（ｂ）前記標的走査エリアに向けて導かれて前記工作物と交差する位置にビーム入射領域を形成する整形ビームを提供する整形ビーム源であって、前記ビーム入射領域は、所定の形状を有するとともに、複数の前記仮想的ドエル点を囲繞する大きさである整形ビーム源と、
（ｃ）前記標的走査エリアを基準とした前記ビーム入射領域の位置を制御するために前記整形ビーム源に接続させたコントローラと、
（ｄ）前記コントローラに実行された際に、前記仮想的ドエル点の各点が、前記整形ビームが前記工作物を横断するのに伴って移動する前記ビーム入射領域内に入りまた前記整形ビーム入射領域から出て行くように、前記工作物を横断するように前記ビーム入射領域を移動させる命令を有しており、前記コントローラと接続可能なメモリ記憶装置であって、ビーム走査中にそれぞれの前記仮想的ドエル点が所定の時間長にわたって前記ビーム入射領域内にとどまるのに伴い、前記整形ビームによって前記仮想的ドエル点の各点に異なる線量が提供されるようなメモリ記憶装置と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
前記整形ビーム源は、集束性イオンビーム源であることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記整形ビーム源は、整形された光ビーム源であることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記整形ビームを整形するために少なくとも１つの整形されたアパーチャを有するアパーチャ部材をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記整形ビーム源は、実質的に均一の電流密度をもつ前記整形ビームを生成する集束性イオンビーム源を含むことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
前記３次元微視的構造は、材料被着プロセスによって前記標的走査エリアの表面上に形成されたポジ構造であることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２４】
前記メモリ記憶装置は、前記標的走査エリアを覆うような単一走査を生じさせるように前記ビーム入射領域の経路を画定する命令を含んでいることを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２５】
前記メモリ記憶装置は、前記コントローラと接続させた集積メモリ回路を含むことを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
【請求項２６】
３次元微視的構造を生成するための整形ビーム・システムであって、
（ａ）標的走査エリアを有する工作物を取り付けるステージと、
（ｂ）前記標的走査エリアに向けて導かれて、前記工作物と交差する位置に所定の形状をもつビーム入射領域を形成する整形ビームを提供する整形ビーム源と、
（ｃ）前記標的走査エリアを基準とした前記ビーム入射領域の位置を制御するために前記整形ビーム源に接続させたコントローラと、
（ｄ）前記コントローラに実行させた際に、前記標的走査エリア上に所定の照射量アレイを与えるように予め定義された経路に従って前記標的走査エリアを覆うように前記ビーム入射領域を走査する命令を有し、前記コントローラと接続可能なメモリ記憶装置であって、前記整形ビームは前記経路に沿って走査全体にわたって実質的に一定の強度であるメモリ記憶装置と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
前記ビーム源は、集束性イオンビーム源であることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記集束性イオンビーム源は、前記３次元微視的構造のエッチングのために用いられることを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記整形ビーム源は、整形された光ビーム源であることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項３０】
前記整形ビームを整形するために少なくとも１つの整形されたアパーチャを有するアパーチャ部材をさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項３１】
前記整形ビーム源は、実質的に均一の電流密度をもつ前記整形ビームを生成する集束性イオン源を含むことを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項３２】
前記３次元微視的構造は、材料被着プロセスによって前記標的走査エリアの表面上に形成したポジ構造である、請求項２６に記載のシステム。
【請求項３３】
前記メモリ記憶装置は、前記標的走査エリアを覆うような単一走査を生じさせるように前記ビーム入射領域経路を画定する命令を含んでいることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【請求項３４】
前記メモリ記憶装置は、可搬型メモリ装置を含むことを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には３次元微視的構造の作成に関する。具体的には、本発明は、この微視的構造を荷電粒子または光ビームなどの整形ビームを用いて生成するための方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元微視的構造の作成は、集積回路の加工、ディスク駆動装置向けの薄膜ヘッドのトリミング、微小電気機械素子（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：ＭＥＭＳ）の加工、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察する工作物の作成を含め多くの用途で必要となる。これらの用途やその他の用途は、さらに小さくより精細な微視的フィーチャ（特徴）を固体表面上に作成するために、速度および正確さの上昇が絶えず求められている。集束性イオンビーム（「ＦＩＢ」）技術は、サイズがマイクロメートル未満の規模で材料を除去したり被着させる能力を有しており、３次元デバイスの修正を実施するために使用されることが多い。典型的には、ＦＩＢを用いて材料の薄層の除去または被着のいずれかを行っている。多くの用途では、材料に対して、秒単位または分単位でかなりの立方マイクロメートル体積を除去したり付加したりしなければならない。
【０００３】
微視的フィーチャを作成するための標準的な方法では、材料のミリング、エッチングまたは被着のために標的表面全体にわたってラスタ様のパターンで集束性イオンビームを微細に走査することが必要である。この標的エリアは一般に、格子様のパターンで配列させた仮想的ドエル（dwell ）点（または画素）からなるマトリックスに分割されている。このビームは、仮想的ドエル点からなる各線の全体にわたって、一度に１つの線の割合で走査する。ビームをこの方式で走査する場合、ビームを１つの画素全体にわたって通過させるのに伴い、その強度を変調させ（たとえば、オンまたはオフにし）、各画素がビームから適当な「射出（ｓｈｏｔ）」を受けるようにしている。この方式では、線状の画素のすべてを走査し終えた後に所望の２次元パターンが達成される。
【０００４】
標的上にビーム粒子をこのように導くことによって、物体のミリングとエッチングのいずれか、あるいは物体上への材料の被着を行うことができる。ミリングでは、スパッタリングと呼ぶプロセスにおけるイオンの衝突によって表面材料を直接除去することが必要である。エッチングは、イオンビームによる支援を受けて、標的材料を揮発させこれによりこのプロセスの速度を増大できるような反応性蒸気を導入することによって実施が可能となる。ＦＩＢ被着では、典型的には有機金属化合物を含むような気体を標的表面上のＦＩＢの衝突点に向けて導いている。この気体は、イオンビームの存在下で分解し、標的表面に材料を付加させる。イオンビーム支援による被着プロセスについては、例えば、特許文献１（Ｋａｉｔｏらに対する米国特許第４，８７６，１１２号「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｆｉｌｍ」）や特許文献２（Ｐｕｒｅｔｚに対する米国特許第５，８２７，７８６号「Ｃｈａｒｇｅｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  Ｆｉｌｍｓ」）に記載されている。
【０００５】
完全な３次元構造は一般に、所望の構造の形状を、その表面と平行な薄いスライス状にあると見なすことによって作成している。各スライスに対して適当なラスタ形走査動作を規定することによって、一度に１スライスの割合で表面へのエッチングまたは表面上への被着のいずれかが行なわれる。このプロセスは構造全体が生成されるまで継続される。こうしたプロセスについては、例えば、特許文献３（米国特許第５，３８９，１９６号「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」）に記載されている。
【０００６】
残念ながらこの従来方式では、作成しようとする構造のファセットのいずれと比べてもこのビームは（断面を）より小さくし、ファセットが十分な忠実度で作成されるようにすることが重要である。多くの用途では、このために、直径がわずか数ナノメートルであるようなビームを必要とすることがある。こうしたビームは製作が不可能ではないものの、値段の高いものになりかねない。さらに、ビーム生成方法のうちでも、ある種のビーム源（たとえば、ガリウム・イオン源）を用いたある種の方法のみしか利用することができない。このことは、こうしたビーム種とで不都合な反応を生じるような種類の材料からなる物体に対する作業の際に問題となりかねない。
【０００７】
さらに、極めて小さい断面を有するビームは、典型的には、イオンの数がより少ない（ビーム電流が低下する）ため、より小さいビームでは処理時間がより長くなる。この直径がより小さいことを補うため、典型的には、これらより鮮鋭なビームに対するビーム電流密度を増加させて、処理時間を最小限にするだけの十分に大きな全体ビーム電流を保持させている。しかし、これには付随する問題がある。ビーム電流密度がより大きくなると、イオンビームをその走査パターン内の各仮想的ドエル点に滞留（ｄｗｅｌｌ）させるのに伴い、気体ジェットにより気体分子を補給できる速度と比べて吸着気体分子の反応および除去の方がより速くなる。この現象は「過剰ミリング（ｏｖｅｒｍｉｌｌｉｎｇ）」として知られており、気体フラックスがイオン・フラックスに対応するだけ十分な量でない場合に、ＦＩＢのエッチングと被着の両者にあてはまる。この広範な気体除去によって、イオンビーム誘導によるエッチングや被着は表面上に吸着分子がより高密度に存在する場合と比べてより効率が低くなる。被着では吸着する気体の密度が低いと、被着速度が低下するだけではなく、すでに被着し終わった材料のうちの一部がイオンビームによってエッチング除去されることがある。
【特許文献１】米国特許第４，８７６，１１２号（第１−２頁、図１−２）
【特許文献２】米国特許第５，８２７，７８６号（第１−４頁、図１−４）
【特許文献３】米国特許第５，３８９，１９６号（第２−６頁、図１−９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、３次元微視的構造を作成するための改良型の方法およびシステムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、物体内に３次元微視的構造を生成するための方法に関する。実施の一形態では、微視的な３次元構造を製作するための方法を開示する。３次元構造を製作しようとする位置にあたる標的エリアを含むような工作物を用意する。この標的エリアは複数の仮想的ドエル点を有する。この工作物上に投射するために整形ビームを用意する。整形ビームの工作物との交差によって、所望の形状を有するビーム入射領域を画定している。このビーム入射領域は、仮想的ドエル点のうちの複数の点を囲繞するだけの十分な大きさである。整形ビームは、ビームが工作物を横断して移動するのに伴い仮想的ドエル点のうちの異なる点がビーム入射領域内に入り、またここから離れるように工作物を横断するように移動させ、これにより異なるドエル点がビーム走査中に異なる時間長にわたってビーム入射領域内にとどまり、仮想的ドエル点のうちの異なる点に異なる線量が与えられるようにしている。この方式では、３次元微視構造を形成するように、標的エリア上にビーム粒子の所望の照射量アレイを与えている。
【００１０】
ここまでは、以下に示す本発明の詳細な説明の理解を高めるため本発明の特徴および技術的利点についてかなり大まかに概括してきた。本発明の特許請求の範囲の対象を形成するような本発明の追加的な特徴および利点については以下で記載することにする。当業者であれば、本発明の同じ目的を実行するような修正や別の構造の設計のための基礎として、開示した概念および具体的な実施形態を容易に利用できることを理解されよう。さらに当業者であれば、こうした等価的構造が添付の特許請求の範囲に示した本発明の精神および範囲を逸脱しないことを理解されよう。
【００１１】
以下の図面を参照すると本発明の理解をより高めることができる。図面内の各構成要素は必ずしも寸法どおりではなく、むしろ、本発明の原理を明瞭に図示するように強調を加えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は整形ビームを用いて物体の表面に３次元微視的構造を作成するための方法を提供する。この構造はポジ（表面上に成長させたもの）、ネガ（表面内にミリングまたはエッチングしたもの）、あるいはポジとネガの組み合わせとすることができる。既知の形状と経時的に一貫した電流分布（または光の場合では、エネルギー分布）を有する整形ビーム（たとえば、イオン、電子、光子）は、制御された方式によって試料の表面全体にわたって走査させ、標的表面全体にわたってビーム粒子の所望の照射量アレイを被着している。この明細書では、「照射量アレイ（ｄｏｓｅ  ａｒｒａｙ）」という用語は標的走査エリアを覆うように重ね合わせた仮想の格子（またはアレイ）の形をした各仮想的ドエル点に衝突するビーム粒子（たとえば、イオン、電子、光子）の数を意味している。用語「アレイ（ａｒｒａｙ）」は一般に、マトリックス状のように横列と縦列の形をした矩形の量（ｑｕａｎｔｉｔｙ）の配列を意味しているが、本明細書で使用する場合は、「アレイ」がより広義に解釈されるように意図している。アレイは、標的走査エリアの形状に対応した任意の形状とすることが可能である。十分な数のアレイ区画を使用しており、したがって区画の大きさが十分に小さい場合は、これらにより走査エリア内の仮想的ドエル点を妥当にモデル化することができる。照射量アレイ内の各区画の値は、該区画に対応する仮想的ドエル点上に被着させるビーム粒子の量に比例することになる。この照射量アレイのモデルは、所望の３次元微視的構造を生成させるため標的走査エリアを覆うように与えるビーム粒子の分布に関して考察するための一方法となる。この照射量アレイ・モデルは、ビーム粒子の与え方が離散的であるか連続的であるかによらず正しく機能する。標的走査エリアの一部分を覆うように整形ビームを走査させると、当該部分に対する照射量アレイは、ビームが当該部分を覆うように移動するのに伴いビーム（その形状と電流またはエネルギー密度を考慮する）と走査エリア部分とのイメージ・コンボリューション（ｉｍａｇｅ  ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）となる。
【００１３】
システム
図１は、本発明と一緒に使用するのに適当な整形集束性イオンビーム（ＦＩＢ）システムの実施の一形態を表している。図示した整形ビーム・システムは、集束性イオンビーム源としての液体金属イオン源１１４と、イオンビーム１１８の断面形状を画定するために電極モジュールおよびアパーチャ部材１１７を有する静電光学系（図示せず）を含んだ整形ビーム源としての集束用カラム（column）１１６と、を有する真空容器１１０を含む。集束用カラム１１６は２レンズ式イオン集束構造を使用しており、その第１のレンズは第２のレンズの面位置または該面の近傍でイオン源のイメージを形成しており、またその第２のレンズは第１のレンズと第２のレンズの間に配置した整形用アパーチャの標的面上にイメージを形成している。当業者であれば、集束性イオンビームで使用されるレンズやその他の光学要素が、イオンを制御するために静電界または磁界を用いていること、並びに光学要素はイオンの流れを制御していること、を理解するであろう。さらに、これらの設計は単一のレンズ、あるいは最大数枚のレンズを含むことがある。
【００１４】
イオンビーム１１８は、イオン源１１４から集束用カラム１１６を通過し参照番号１２０で摸式的に示した静電偏向モジュールの間を通り、チャンバ１２６の下側部分内の可動式Ｘ−Ｙステージ１２４上に着脱可能に取り付けた工作物１２２に向けられる。この工作物１２２は、所望の結果を達成するためにビーム１１８によって作用させることができるような任意の材料とすることができる。この工作物１２２としては、例えば、半導体デバイス、光リソグラフィ・マスク、磁気記憶ヘッド、その他を含むことが可能である。使用する整形ビームの具体的な種類は、工作物１２２の材料、並びに所望の結果に応じて異なることになる。ネック部分１１０を排気させるためにはイオンポンプ１２８を利用する。チャンバ１２６は、真空コントローラ１３２による制御下でターボ分子／機械式ポンプ・システム１３０により排気させる。
【００１５】
高電圧電源１３４は、約３０ｋｅＶのイオンビーム１１８を形成し、これを下向きに導くために液体金属イオン源１１４、並びに集束用カラム１１６内の適当な電極に接続されている。標的表面を横断するような掃引などある規定した経路に従って動作させている偏向コントローラ１３６は、偏向プレート１２０に結合されており、これにより工作物１２２の標的上側表面上で対応する経路が掃引されるようにビーム１１８を制御することができる。幾つかのシステムでは、当技術分野でよく知られているように、その偏向プレート１２０を最後のレンズの前に配置している。偏向コントローラ１３６を介することによって、ユーザは従来のユーザ・インタフェース（図示せず）にコマンドを入力することによってビーム１１８が所望の方式で走査されるように制御することができる。別法として、偏向コントローラ１３６はメモリ記憶装置にアクセスし、選択した構造を生成するために事前定義のビーム形状を用いた経路走査を行わせるようにコントローラによりシステムを制御させるための命令をアップロードすることがある。上述したメモリ記憶装置としては可搬型メモリ装置を用いることができる。
【００１６】
イオン源１１４は、典型的にはガリウムの金属イオンビームを提供するが、多先端式（ｍｕｌｔｉ−ｃｕｓｐ）その他のプラズマ・イオン源など別のイオン源を使用することもできる。このイオン源は典型的には、工作物１２２の位置での幅が１０分の１マイクロメートル未満のビームになるように集束させることが可能であるが、本発明の利点の１つは必ずしもこの種の鋭敏さを必要としないことである。実際に、集束の程度がより低いビーム（たとえば、５マイクロメートルまでの集束）で等価な（あるいは、さらに良好な）鮮鋭度を達成することが可能である。イメージングのための２次放出を検出するのに使用する電子増倍器１４０は、電源および制御機構１４５に接続されており、さらに加工を行う際に工作物１２２を観察するためのビデオ・モニタ１４４を駆動しているビデオ回路１４２に接続させている。
【００１７】
気体源１４６は、ベローズ１５２内の支持構造を介して位置決めのための並進装置１４８によってチャンバ１２６の側面の内側に配置されている。いずれも本発明の譲受人に譲渡されている、Ｒａｓｍｕｓｓｅｎに対する米国特許第５，４３５，８５０号「Ｇａｓ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ」およびＣａｓｅｌｌａらに対する米国特許第５，８５１，４１３号「Ｇａｓ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」は、工作物１２２に向けて気体蒸気を導入しかつ誘導するための装置を開示している。気体源１４６はヒータを備えたリザーバ１５４を含んでおり、このリザーバは膜状の加温デバイスを備えることがあると共に、リザーバ１５４内の化合物の温度を、以下でより詳細に開示するビーム誘導による反応をさせるのに適当な分子ストリームが提供されるような温度まで上昇させるために使用することができる。皮下注射針により設けられた毛管を備える転送チューブまたはノズル１５６は、リザーバ１５４から延びると共に、気体蒸気を放出するための制御バルブ１５８を介して該リザーバに接続されている。このノズルは、並進装置１４８を利用してその軸と実質的に垂直であるような直角方向に延ばしかつ並進させており、これによって気体蒸気は、工作物１２２の標的表面上のある領域に向けて直接照準をあてることができる。
【００１８】
扉１６０は、加熱されることがあるステージ１２４上に工作物１２２を挿入するため、さらには、リザーバ１５４に対する保守のために開けられる。この扉はインターロック式とし、リザーバ１５４の温度が実質的に室温を超えている場合に扉を開けることができないようにしている。参照番号１６２で模式的に図示したゲート・バルブは、扉１６０を開けることができるようになる前に閉じておき、イオン源および集束用カラム装置を密閉している。
【００１９】
リザーバ１５４内の化合物を蒸発させるためにリザーバ１５４を所望の温度まで上昇させた時点で、アクチュエータ・ロッドを装置の外側から引き抜くことによってバルブ１５８を開き、工作物の所望のエリアの方向にノズル１５６が向けられている一方でバルブ・プランジャを開いてその位置を調整することができる。ベローズ１５２は、チャンバ１２６内の真空に影響を及ぼすことなく工作物に対するノズル・アセンブリおよびリザーバの動きを調節している。
【００２０】
気体蒸気源１４６のヒータを伴った真空制御システムは、材料のエッチングまたは被着のためにチャンバ内で気体蒸気フラックスを基材となる工作物１２２に向けて導くようにするための適度な蒸気圧状態を提供するように動作する。所与の気体フラックスを発生するためには、リザーバを所定の温度まで加熱する必要がある。
【００２１】
高電圧電源１３４は、イオンビーム１１８を出力しかつ集束させるような適当な加速電圧をイオンビームの集束用カラム１１６の電極に印加する。凝縮した気体蒸気をその上に付着させた工作物にイオンビームが衝突すると、このイオンビームは気体化合物と基材の間の反応を開始させるような、並びに工作物のエッチングの増強または工作物上への材料の被着のいずれかをさせるようなエネルギーを提供する。
【００２２】
偏向コントローラ１３６は、工作物１２２がエッチングされるように所望の経路に沿ってイオンビームを偏向させている。偏向速度、ループ時間、などに関する考察は当業者であれば十分に理解できよう。しかし、本発明の実施形態では、比較的高速のビーム掃引が不要である点を指摘することは意味があろう。幾つかの場合では、たとえば、単一で比較的低速のビーム掃引を用いて構造を形成することができる。これによりさらに、低い電流密度のビームの使用が可能となり、気体注入プロセスで恩恵を得ることができる。
【００２３】
上述したように、この真空システムはチャンバ１２６内部に約１×１０-7Torr（＝１．３３×１０−５Pa）から５×１０-4Torr（＝６．６７×１０−２Pa）の間の真空を提供している。気体蒸気の放出では、チャンバのバックグラウンド圧力が約１×１０-5Torr（＝１．３３×１０−３Pa）となると都合がよい。例示的な実施の一形態では、その気体源１４６は、皮下注射針の毛管を介して適当な気体フラックスが提供されるような温度まで加熱されており、一方金属イオン源１１４および集束用カラム１１６は対応する適当なイオン・フラックスを生成するため適度に制御を受けると都合がよい。当業者であれば、具体的な任意の用途に関して適当な圧力および気体フローを容易に決定することができる。
【００２４】
図２Ａは本発明のアパーチャ・イメージングの実施形態に従った集束性イオンビーム・カラム１１６の射線（ｒａｙ）図を表している。図２Ａでは実際の物理的要素は図示していない。レンズの面およびアパーチャ要素について、これらの要素が出現する位置を指示するための参照番号と共に図示している。イオン・カラム１１６はイオン源面２０６上に位置決めしたイオン源２０４を含んでいる。第１のイオン・レンズ２１２は焦点距離Ｆ１を有しており、イオン源面２０６から距離Ｆ１隔たった位置に配置されている。整形用アパーチャ（開口あるいは絞り、aperture）２１４は第１のレンズ２１２の面から距離Ｌ１に位置決めされており、また焦点距離Ｆ２を有する第２のレンズ２１６は整形用アパーチャ２１４から距離Ｌ２隔たった位置に配置されている。したがって、第１のレンズ２１２によるイオン源の拡大率Ｍ１は（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｆ１であり、第２のレンズ２１６による整形用アパーチャの拡大率はＦ２／Ｌ２である。実施の一形態では、Ｍ１を１７、またＭ２を０．０２５とすると、Ｌ１は３５ｍｍであり、Ｌ２は４００ｍｍであり、Ｆ１は２５ｍｍであり、Ｆ２は１０ｍｍである。
【００２５】
図示したイオン・カラム１１６は、ビーム入射領域（境界入射領域）２２４において標的表面上にこのイオン・カラムが整形ビームを投射する場所である標的面２２２で実質的に均一な電流密度（また結果として、均一な線量プロフィール）を有するようなイオンビームを提供する。このビームによって、入射領域２２４の標的表面位置において形成されるアパーチャのイメージが小さくなる、すなわち縮小されるため、このイメージは高いエッジ分解能値を有する、すなわち、エッジ幅が鮮鋭となる、すなわち小さくなる。換言すると、イオンが衝突する領域はそのアパーチャの形状となり、イオン衝突率はビーム入射領域全体にわたって実質的に均一となり、かつそのエッジ位置において鮮鋭にゼロまで下がることになる。図示したイオン・カラムのエッジ鮮鋭度およびその他の態様に関して追加的な情報を得るには、Ｇｅｒｌａｃｈらによる「ＳＨＡＰＥＤ  ＡＮＤ  ＬＯＷ  ＤＥＮＳＩＴＹ  ＦＯＣＵＳＥＤ  ＩＯＮ  ＢＥＡＭＳ」と題する共同所有で同時係属の米国特許出願第０９／７６５，８０６号（２００１年１月１９日出願）を参照されたい。
【００２６】
図２Ｂは図２Ａで模式的に図示したアパーチャ部材２１４に対応するアパーチャ部材２１４の上面図を表している。アパーチャ部材２１４は、さまざまに選択可能なビーム形状を提供できるように軸２３９の周りで回転自在に調節可能な車輪構造である（もちろん、本明細書で開示した別の構成要素の場合と同様に、適当な任意のデバイスの使用が可能である。たとえば、別の実施形態では、所望のビーム形状を選択的に提供するための代替的な整形ビーム・システムにおいて、例えばその長手方向の軸に沿って調節可能なアパーチャ・ストリップを用いている）。図示したアパーチャ部材２１４は、半楕円状アパーチャ２３１、矩形アパーチャ２３３、三角形状アパーチャ２３５、および楕円形アパーチャ２３７を含む４形状のアパーチャ（開口あるいは絞り）を有する。しかし、当業者であれば、アパーチャ部材は正方形アパーチャ、円形アパーチャ、その他などさまざまな適当なアパーチャ形状を提供可能であることを理解されよう。アパーチャの形状および寸法は、利用可能な走査経路および形成しようとする所望の構造に応じて異なる。さまざまなビーム形状を用いて作成する構造の例については、以降の段落で検討する。
【００２７】
図３は、走査物体３０２の表面上の標的走査エリア３０４の斜視図である。図３は、ビーム入射領域３０６を表しており、これは整形ビームおよび標的走査エリアによって作られる入射（すなわち、接触）エリアにあたる。この明細書において、「ｓｈａｐｅｄ  ｂｅａｍ（整形ビーム）」とは所望の断面形状を有するビーム（例えば、荷電粒子や光）を意味しており、これらは典型的には当該ビームの「本来の（ｎａｔｕｒａｌ）」形状を修正したものである。さらに、整形ビームは一般に、ビーム入射領域において（経時的に）実質的に一貫した電流（または、エネルギー）プロフィールを有している。好ましい実施の一形態では、ビーム入射領域全体にわたってその電流密度は実質的に均一である。上述の整形イオンビーム・システムではこうした整形ビームが提供される。「電流プロフィール（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｒｏｆｉｌｅ）」という用語は、ビーム入射領域に与えられるビームの２次元的な粒子フラックス・パターン（すなわち、分布）を意味している。たとえば、イオン個数が１０9個／μｍ2／ｓｅｃであるような均一な電流密度を有する８マイクロメートル×８マイクロメートルの正方形イオンビームを想定してみる。ビームが静止した位置で標的走査エリア上に位置決めされており、１００秒間にわたって出力されていれば、１平方マイクロメートルあたり１０11個のイオンからなる均一な線量プロフィールを有する８マイクロメートル×８マイクロメートルの正方形が得られることになる。その標的走査エリアがイオン１個あたり２．５×１０-10立方マイクロメートルでスパッタ除去するような材料で構成されていた場合、得られる正方形空洞は深さが４マイクロメートルとなる。
【００２８】
上述した整形イオンビームは実質的に均一に分布した電流密度を有する。すなわち、ビーム入射領域が固定しているとき、ある期間にわたってビーム入射領域内のあらゆる点で表面に与えるイオン量は、実質的に同じとなる。繰り返しになるが、これは好ましいことであるが、必ずしも必要ではない。ビーム範囲内で入射領域にある点のすべてにおいて電流密度が好ましくは一定しておりかつ既知であれば、このビームは不均一の電流密度プロフィールを有することも可能である。整形ビームでは、既知の電流プロフィールを有する適当に整形したビームを用いて標的走査エリアに対して所望の照射量アレイを与えることができ、また標的走査エリアを覆うように適当な経路に従って適当な速度で所望の照射量アレイを走査することができる。
【００２９】
ここに示した図では、ビーム・アパーチャは矩形であり、矩形に整形したビーム入射領域３０６が得られる。矢印は標的走査エリア３０４を覆うようにビームが左側境界からｘ軸に沿って右側境界まで走査されることを示している。均一の電流密度では、得られる３次元構造は、２つの対向する辺に対して対称に傾斜した矩形構造となる。これに関しては、さまざまな形状をもつビーム、並びに該ビームが生成させる構造の例を用いて以降の段落でさらに検討することにする。
【００３０】
この方式では、所望の照射量アレイを標的走査エリアを覆うように単一フレーム方式で与えることができるが、複数フレームの掃引を用いることがあり、またこれが望ましいこともある。この明細書では、ビーム入射領域を標的走査エリアを覆うように単一フレームで掃引するということは、このビーム入射領域が実質的に標的走査エリアの同じ部分の上を複数回にわたって通過することがないことを意味しているが、所与の作業のためには複数フレーム掃引が望ましいことがあることは確かである。さらに、その経路は必ずしも連続している必要はなく、また単一方向とする必要もない。
【００３１】
１つの次元方向（一方向）に走査を受けている簡単な形状を用いて、本発明の原理について以下に例示する。実際には、さらに複雑な形状が使用されることがあり、また整形ビームを２つの次元方向で走査させることがある。図４Ａ〜６Ｂは、それぞれ例示的な標的走査エリア４０４、５０４および６０４の上面図を示している。これらの図では左下隅をその原点としており、図示した走査エリアはｘ方向とｙ方向にそれぞれＭ×Ｎの寸法を有するような矩形に整形した表面である。これらの図では、ビームは実質的にｚ方向に移動してビーム入射領域に線量を与え標的走査エリア内にポジ構造またはネガ構造（ミリングまたは材料被着）を形成する。図示した例では、ビームの形状は、矩形（４０６）、三角形（５０６）および円形（６０６）である。各例において、シルエットにした（斜線を付した）入射領域表示と方向矢印によって示しているように、そのビーム入射領域は、標的走査エリアの左側境界からｘ軸に沿って右側境界まで、一定速度で一回走査を受ける。
【００３２】
これらの例では各走査経路は同じであっても、ビーム形状の違いに応じて得られる構造は異なる。これを添付のグラフ（図４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ）に図示しており、これらのグラフは、ｙの３つの個別の値（ｙ＝０、ｙ＝Ｎ／２およびｙ＝Ｎ）に関してｘ軸に沿って切り取ったビーム線量カーブを表している。
【００３３】
図４Ｂに示すように、矩形整形のビームは、ｙの各値に関して同じであるような線量カーブ４１０Ａ、４１０Ｂおよび４１０Ｃを生成する。こうなるのは、矩形入射領域の幅が一定であるからである。入射領域を左側から右側までｘ方向で走査すると、線量カーブは、ｘを標的走査エリアの右側エッジに近づけるのに伴って、先ず上向きに傾斜し、平坦になり、さらに下向きに傾斜する。これによって、外形は矩形であり、かつその横方向の４辺のうちの２辺上で傾斜しており一致して対向するエッジを有するような箱形構造が得られる。
【００３４】
さまざまなビーム形状のすべてに関して同様であるが、矩形のビームを用いてさまざまな異なる構造を作成することができる。例えば、標的走査エリアの幅を基準としてビーム入射領域の幅を短縮させ、カーブの平坦部分の幅がビーム入射領域を標的走査エリアの幅の半分までに小さくすると、「Ａ」字型に整形した（すなわち、傾斜した）構造に対応した三角形状に整形した線量カーブが得られる。ビーム入射領域の幅を標的走査エリアの幅の半分からさらに短縮させると、カーブの平坦部分が増大する。すなわち、ビーム幅をゼロに近づける、あるいはビーム幅を標的走査エリアの幅に近づけるに従って、線量カーブの平坦区画の幅が大きくなる。図８Ａは、矩形整形したビームと、標的走査エリアの幅の半分未満の幅を有するビーム入射領域とを用いてコンピュータ・モデルで生成させたネガ構造（ミリングを受けた構造）を表している。
【００３５】
図５Ｂに示すように、カーブ５１０Ａ、５１０Ｂおよび５１０Ｃは、図５Ａの三角形状整形のビーム走査に関したそれぞれｙ＝０、ｙ＝Ｎ／２およびｙ＝Ｎに対応する線量カーブである。先端が下向きになっている三角形状整形した入射領域５０６では、その線量値はｙの値を０に向かって動かすに従って低下する。入射領域をｘ軸に沿って左から右へ動かすと、各カーブは、ｙの減少に伴ってその大きさが低下しその平坦部分が増大することを除けば、矩形整形ビームのカーブと同様の傾斜型の関数に対応する。これによって部分的にピラミッド状の構造が形成される。こうした構造の一例を図８Ｂに示す、図８Ｂは標的走査エリアの幅ｆの半分未満の幅を有する正三角形を用いてコンピュータ生成させたモデルである。
【００３６】
三角形状整形したビームによってさまざまな構造を形成することができる。たとえば、図５Ａの三角形と相似な三角形を用い、一方その幅を標的走査エリアの幅の半分に等しくすることによって、半ピラミッド構造を形成することができる。左側から右側への２回の個別の掃引で、先端を下側掃引では下向きにし、また上側掃引では上向きにして一方をもう一方の上に乗せるようにすることによって、完全なピラミッドの生成が可能である。ピラミッドは有用な構造である。例えば、ピラミッド状のポジ構造（たとえば、材料被着）を製作することによって、磁気記憶デバイスの記録ヘッドを作成することが可能である。さらに、物体内に部分的なピラミッドをミリングすることは、半導体製造工程における解析などの断面解析において有用である。
【００３７】
図６Ｂは、図６Ａの円形状ビーム掃引に関し、３つのｙ値（ｙ＝０、ｙ＝Ｎ／２およびｙ＝Ｎ）に対する線量カーブ６１０Ａ、６１０Ｂおよび６１０Ｃを表している。線量の大きさおよび平坦部分はｙ軸に沿った中心部分でより高く、ｙ＝Ｎ／２の位置の線からｙ軸に沿って上向きおよび下向きに移動するにつれて下がっている。これによって、図８Ｃのコンピュータ生成したグラフに図示したような椀状の（ｂｏｗｌ  ｔｙｐｅ）構造が得られる。とりわけ円形ビームを用いると、球状の構造を作成することができる。
【００３８】
図７は、さまざまなビーム形状および走査経路を用いた３次元構造の生成をモデル化したルーチン７００の流れ図である。このルーチンでは、具体的に入力されたビーム形状および走査パターンのパラメータに基づいて照射量アレイを生成している。照射量アレイは典型的には、標的走査エリア上の対応する区画位置に対してマッピングしたメモリ「区画（ｃｅｌｌ）」から構成されている。このルーチンを所与の経路パラメータ組をもつ整形ビームに対して実行した場合、各メモリ区画は、対応する区画（すなわち、仮想的ドエル点）位置で標的走査エリアに与えられるビーム粒子線量に比例する数値を有することになる。こうした照射量アレイでは、構造をモデル化するために、整形ビームをモデル化パラメータに従って標的走査エリア全体にわたって実際に走査するとした場合に生成されるであろうような３次元グラフを作成することができる。実施の一形態では、マイクロソフト社から入手可能なＥｘｃｅｌ（登録商標）など従来のグラフ作成アプリケーションを用いて照射量アレイを３次元でグラフ化することができる。
【００３９】
ルーチン７００は通常はコンピュータ・プログラムを用いて実現しているため、離散時間モデルを用いて実行される。しかし実際には、連続時間または疑似離散時間でビーム走査を行うことがある。この点に留意しながらこのルーチンを使用すると、所望の３次元構造を生成させるように、許容可能な近似誤差、さまざまなビーム形状、線量の大きさ、および走査経路に関するモデル化が可能である。
【００４０】
図示したルーチンにおいて、ステップ７０２では、走査パラメータを確定する（例えば、ユーザによって定義され、入力される）。これらのパラメータには、ビーム入射領域パラメータ、標的走査エリア・パラメータ、ルート設定や走査増分距離などの経路パラメータ、区画サイズ・パラメータ、電流密度パラメータ、その他が含まれる。次に、ステップ７０４では、Ｍ×Ｎの走査エリアに関して、標的走査エリアの照射量アレイを画定する。このアレイは、ｘ軸とｙ軸に対応してそれぞれの寸法を有する２次元アレイである。このアレイのサイズ（Ｍ×Ｎのメモリ・スロット数）は通常、標的走査エリアを設定するために使用する区画のサイズに依存することになる。区画サイズが小さいほど、当該アレイを実現させるのに要するメモリ・スロット数がそれだけ多くなる。このステップでは、照射量アレイ値は０に設定している。ステップ７０６において、本ルーチンは、仮想的ビーム入射領域をその指定された初期位置に位置決めする。この位置は指定された走査経路によって決定される。例えば、図４Ａ、５Ａおよび６Ａの上述した例では、その仮想的ビーム入射領域は初めに標的走査エリアの左側面に沿って位置させている。しかし、所望とする３次元構造に応じて走査経路は、入射領域を標的走査エリアを基準とした所望の任意の位置で開始させることが可能である。
【００４１】
次の数ステップは、各アレイ区画が、その経路上の所与の点について仮想的ビーム入射領域内にあるか否かを判定するために各アレイ区画をチェックするのに使用されるループに対応している。このＭ×Ｎアレイを標的走査エリアと直接対応していると考えることは都合がよい。ステップ７０８では、ｘとｙ（照射量アレイに関する指標パラメータの役目を果たしている）はそれぞれ、０に設定する。この処理は、０，０の位置には区画が全くない場合であっても実行する。この実施形態においてこれらは、そのループ動作と連動して初めに０に設定している。ステップ７１０ではｘの値を増分しており、またステップ７１２では、本ルーチンはｘの値がＭ未満であることを確認している。同様に、ステップ７１４ではｙの値を増分しており、またステップ７１６では、本ルーチンはｙがＮ未満であるか否かを判定している。したがって、このループの第１回目の通過において、チェックされる第１の照射量アレイ区画はｘ＝１、ｙ＝１の位置にある。したがって、図４Ａ〜６Ａで使用したエリアなどの標的走査エリアでは、この区画を走査エリアの左下隅にマッピングする。残りのステップでは、本ルーチンは、この第１区画から開始して、仮想的ビーム入射領域の各経路位置に関して線量アレイの各区画を通過するようにループ動作し、各区画が当該位置に対する入射領域に「曝露」されるか否かを確認している。この動作が終了した時点で、当該アレイは、標的走査エリアの走査にこのモデル化した整形ビームおよび経路を使用した場合に実際の標的走査エリア内の対応する仮想的ドエル点が受け取ることになる線量を表している各区画に関する線量レベルを包含している。
【００４２】
ステップ７２０では、ｘとｙがそれぞれＭとＮ未満である（指標が有効であり線量アレイ内の区画にマッピングされることを示す）場合に、本ルーチンはその区画が仮想的ビーム入射領域内にあるか否かを判定する。領域内にあれば、ステップ７２２において当該区画に対する線量レベルを増分すると共に、本ルーチンはステップ７１４にループバックし、上述したようにルーチンを進める。区画線量レベルを増分する量は、典型的には、指定された照射量アレイの区画サイズと関連して実際の電流密度および走査速度に応じて異なる。その区画がビーム入射領域内になければ、本ルーチンは判断ステップ７２０から直接ステップ７１４にループバックする。したがって、ステップ７１４〜７２２は、ｙを順次増分する（ステップ７１４）ことによって、所与のｙの値に関するＮ個の区画すべてをチェックするためのループを構成している。ｙの値がＮ＋１に達したら（アレイの外側になったら）、本ルーチンは、ステップ７１６においてステップ７１８に進み（判断ステップ７２０ではなく）、ｙの値を０に戻すようにリセットする。ここから、本ルーチンは、ｘの値を増分させ、これに続いて上述したようにルーチンを進めるステップであるステップ７１０にループバックする。本ルーチンがステップ７１８からステップ７１０にループバックするごとに、「次の」ｘの値に対する新たな区画カラムについて、該区画カラムが電流経路位置に対する仮想的ビーム入射領域内にあるか否かを確認するようにチェックする。最終的に、ｘの値はＭ＋１まで増分される。その後、本ルーチンは、判断ステップ７１２から、ステップ７１４に進むのではなくステップ７２４に進む。判断ステップ７２４では、仮想的ビーム入射領域が走査経路を完了したか否かを確認するチェックを行う。完了していなければ、ステップ７２６に進み、その経路に沿った仮想的ビーム入射領域を増分させステップ７０８にループバックする。ここで、ｘとｙを０に戻すようにリセットをかけ、区画のすべてをもう一度チェックし区画がその経路に沿った次のビーム入射領域位置に対する仮想的ビーム入射領域内にあるか否かを確認するためのループに進む。一方、ステップ７２４では、当該経路が完了したと判定された場合、ルーチンはステップ７２８で終了となる。
【００４３】
図８Ａ〜８Ｃは、すぐ前に記載したような整形ビーム走査ルーチンを用いてコンピュータ生成した３次元構造を表している。図８Ａは、８マイクロメートル平方のビーム入射領域でｘ軸に沿って９マイクロメートル移動させるような左側から右側への１回の走査を用いて生成させたポジ構造（たとえば、材料被着構造）のグラフである。図８Ｂは、８マイクロメートルの正三角形ビーム走査を用いてｘ軸に沿って左から右への１６マイクロメートル走査して生成させたエッチング構造のグラフである。最後に、図８Ｃは、８マイクロメートルの円形ビーム走査を用いてｘ軸に沿って左から右への１０マイクロメートル走査して生成させた構造のグラフである。
【００４４】
所望の構造を実現するために適当なビーム形状、サイズ、線量プロフィールおよび走査経路を決定し終えた後、これらに関するパラメータを組み込んだ適当な整形ビームおよび走査経路を用いて構造を生成することができる。この開示で提示した方法についての実際上の走査は、当業者であれば理解されよう。繰り返しになるが、実際に、精密な微視的構造を作成するためにより低い電流密度を用いたより広範で多様な従来ビーム・タイプを使用できることがこの方法の利点の１つである。
【００４５】
図９は、整形ビーム走査プロセスから得られるミリング処理したピラミッド状構造を有する標的走査エリアの部分を拡大した図である。この例では、約０．０７５ナノアンペア／平方マイクロメートルの電流密度をもつ三角形状断面をした整形した集束性イオンビームを使用した。このビームを約１ｋＨｚの速度で左から右へ走査させた。
【００４６】
提示した整形ビーム・プロセスでは、除去または付加しようとする最小のファセットと比べてより直径が小さいビームに依存しているような既存の方法に匹敵する（あるいは、さらにこれを上回る）ような鋭敏さで、材料の付加または除去が可能である。ビームのエッジが十分に「鮮鋭（ｓｈａｒｐ）」（作成している微視構造の最小のファセットと比べてより小さい）であれば、より実現しやすい他のビームを用いることもできる。こうするとそのプロセスは、ビーム照射したアパーチャが投影光学系の対象となるような整形ビーム・システムでの使用に十分適したものとなる。この許容される走査方法では、既存の集束性探触子法の場合に高輝度のソースを必要とするようなフィーチャの作成のために、低輝度イオン源の使用が可能となる。高輝度で高電流密度のビームと比べて、低輝度で高電流のビームでは、材料を被着するようにビームの存在下で分解するか、ビームによる工作物のエッチングを支援するかのいずれかを行っているような工作物表面に付着させる化合物が枯渇するおそれはより少ない。さらに、既存の高輝度方法と異なり、ある種の望ましくない化学変化（例えば、ガリウム混入）を導入または回避するために、プラスマ源からなど多くの異なるイオン種と共に使用することができる。さらに、ユーザはレーザーや電子ビーム源などさまざまな粒子源の利用が可能となる。さらに、低電流密度の整形ビームを用いており、成長操作にかなりのオーバーヘッドを付加する可能性がある無駄な「リフレッシュ」時間無しに被着が行えるため、被着プロセスをかなり高速化することができる。
【００４７】
本発明およびその利点について詳細に記載してきたが、これらに対しては、添付の特許請求の範囲で規定するような本発明の精神および範囲を逸脱することなく、さまざまな交換、代用および変更を行うことができることを理解されたい。さらに、本出願の範囲は、本明細書に記載したプロセス、機械、製法、物質の組成、手段、方法並びにステップからなる特定の実施形態に限定するように意図したものではない。当業者であれば本発明の開示から、実質的に同じ機能を実行するか、本明細書に記載した対応する実施形態を利用した場合と実質的に同じ結果を達成するような、既存のまたは将来開発されるであろうプロセス、機械、製法、物質の組成、手段、方法並びにステップも本発明に従って利用することができることを容易に理解するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、こうしたプロセス、機械、製法、物質の組成、手段、方法またはステップを包含するように意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】整形イオンビームを作成し与えている集束性イオンビーム・システムを示す図である。
【図２Ａ】本発明のアパーチャ・イメージングの実施形態に従った集束性イオンビーム・カラムの射線図である。
【図２Ｂ】図２Ａのアパーチャ部材の２Ｂ−２Ｂ線断面の模式的上面図である。
【図３】走査しようとする工作物の標的走査エリアのビーム入射領域の斜視図である。
【図４Ａ】ｘ軸に沿った左から右への例示的な矩形整形ビーム入射領域走査の上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの走査で３種類のｙ値に関して、ｘ軸に沿った線量プロフィールを表した図である。
【図５Ａ】ｘ軸に沿った左から右への例示的な三角形整形ビーム入射領域走査の上面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの走査で３種類のｙ値に関して、ｘ軸に沿った線量プロフィールを表した図である。
【図６Ａ】ｘ軸に沿った左から右への例示的な円状整形ビーム入射領域走査の上面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの走査で３種類のｙ値に関して、ｘ軸に沿った線量プロフィールを表した図である。
【図７】本発明の走査プロセスを用いて線量アレイをモデル化するための例示的な流れ図である。
【図８Ａ】図７のルーチンにより３種類のビーム形状を用いて作成することが可能な３次元構造を表しているコンピュータ生成の図である。
【図８Ｂ】図７のルーチンにより３種類のビーム形状を用いて作成することが可能な３次元構造を表しているコンピュータ生成の図である。
【図８Ｃ】図７のルーチンにより３種類のビーム形状を用いて作成することが可能な３次元構造を表しているコンピュータ生成の図である。
【図９】本発明の走査プロセスを用いてミリングした標的走査エリアの拡大図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  真空容器
１１４  液体金属イオン源
１１６  集束用カラム
１１７  アパーチャ部材
１１８  イオンビーム
１２０  偏向プレート
１２２  工作物
１２４  Ｘ−Ｙステージ
１２６  チャンバ
１２８  イオンポンプ
１３２  真空コントローラ
１３４  高圧電源
１３６  偏向コントローラ
１４０  電子増倍器
１４２  ビデオ回路
１４４  ビデオ・モニタ
１４５  制御機構
１４６  気体源
１４８  並進装置
１５２  ベローズ
１５４  リザーバ
１５６  ノズル
１５８  制御バルブ
【図１】
2004170410.tif 000003
【図２Ａ】
2004170410.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2004170410.tif 000015
【図８Ｃ】
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【図９】
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