(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束イオンビーム装置を用いたデポジション技術であって、
デポジションの原料ガスを吹き付け、ビームを照射し、基礎部分を形成するステップと、
前記基礎部分を載置する試料ステージを傾斜させるステップと、
前記基礎部分に前記ビームを照射すると共に前記試料ステージの傾斜面の上方に向かって照射領域を順次移動させるステップと、を有するＣＶＤによる微細立体構造体の成長方法。
【請求項２】
集束イオンビーム装置を用いたデポジション技術であって、
デポジションの原料ガスを吹き付け、ビームを照射し、基礎部分を形成するステップと、
前記基礎部分を載置する試料ステージを傾斜させるステップと、
前記基礎部分に前記ビームを照射すると共に照射領域を順次移動させると共に前記試料ステージの傾斜角を変化させるステップと、を有するＣＶＤによる微細立体構造体の成長方法。
【請求項３】
集束イオンビーム装置を用いたデポジション技術であって、
デポジションの原料ガスを吹き付け、ビームを照射し、基礎部分を形成するステップと、
前記基礎部分を載置する試料ステージを傾斜させるステップと、
前記基礎部分に前記ビームを直交する方向に振りながら前記試料ステージの傾斜角登り方向にステップ状に移動させるステップと、を有するＣＶＤによる微細立体構造体の成長方法。
【請求項４】
５軸（ｘ、ｙ，ｚ方向並びに回転、傾斜）以上の駆動機構を備えた集束イオンビーム装置において、
更なる回転機構を試料ステージに直交するように一番上位に設けることによって、デポジションによる三次元構造体の下方成長を含む形成を容易ならしめることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項５】
回転機構の回転軸を試料ステージに直交するように一番上位に設けた６軸（ｘ、ｙ，ｚ方向並びに回転、傾斜）以上の駆動機構を備えた集束イオンビーム装置を用いて、イオンビームの照射領域を順次移動させて水平方向に成長させるデポジション技術と、偏向走査の制御と、傾斜や回転など前記試料ステージの駆動制御とを適宜組み合わせることで、下方成長を含む多様な三次元構造体の形成を可能とするＣＶＤによる微細立体構造体の成長方法。
【請求項６】
試料ステージに載置された試料への集束イオンビーム入射角度を制御する５軸のステージ駆動機構と、集束イオンビームを走査照射させる走査制御機構と、を有する集束イオンビーム装置において、
前記ステージ駆動機構は、ｘ、ｙ、ｚ方向の３軸の駆動機構と、回転駆動機構と、傾斜駆動機構と、からなり、
前記回転駆動機構は前記傾斜駆動機構の上に設置される集束イオンビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
試料面に原料ガスを吹きつけつつ集束イオンビームを照射するＣＶＤ法によって超微細な立体構造体を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超微細な立体構造体は顕微鏡試料の加工に用いられるナイフやドリルやマニピュレータプローブ、スプリングコイル、プローブ顕微鏡の触針、精細電子回路用のコイル等広い分野での必要性が高く、その製造技術の提供には大きな期待が寄せられている。従来この種超微細な立体構造体の製造には機械的加工によってブロック等の素材を形成し、それにスパッターエッチング法により該素材を削って作成することが試みられてきた。しかし、この方法は被製造物がマニピュレータプローブ、プローブ顕微鏡の触針などのように線形形状のものであれば比較的容易であるが、ドリルやコイルといった立体形状のものとなるとその加工は極めて困難であり、特に上下方向へＵターンする形状のように複雑なものとなると全く対応が取れなかった。
また、半導体デバイスやその製造に用いるマスク等の微細加工技術としては上記のスパッターエッチング法の他ガスアシストエッチング法や化学的エッチング法といった素材を除去する加工の他に、ＣＶＤ法（化学蒸着法）という素材を付着させる加工が用いられてきた。そこで、研究者の間ではこのＣＶＤ法によって超微細な立体構造体を形成する技術の開発が試みられている。このＣＶＤ法には使用するビームの形態としてレーザー光を用いる方法、集束電子ビームを用いる方法、集束イオンビームを用いる方法がある。ＣＶＤ法によるデポジションは堆積される部材の寸法がビーム径に依存することから、この種超微細な立体構造体の製造にはビーム径が細いことが要求される。レーザー光を用いる場合には、光としての性格上ビーム径はその波長による限界があるし、ビームを偏向し所望の走査をさせることが機構上難しい。この点、電子ビームとイオンビームは電磁気的な手段を用い、ビームの集束とビームの偏向走査は比較的容易であるためこの種超微細な立体構造体の製造には適しているといえる。しかし、集束電子ビームを用いた場合には質量並びに粒子径が小さいという電子の性格から、照射した電子が堆積させたい試料ターゲットを越えて試料を突き抜けてしまい、不本意な場所に堆積をさせるなどの現象が伴い、所望個所のデポジション形成がうまく出来ないといった問題がある。以上のことを総合すると、超微細な立体構造体の製造には集束イオンビームを用いる方法が最も適しているといえる。したがって、現在研究者の間ではこの集束イオンビームを用いた研究が種々試みられている状況がある。
【０００３】
図４を用いてこの集束イオンビーム装置を用いたデポジションについて説明する。１はイオン源でありここから引出し電極に印加された電圧によりイオンが引出され、イオン光学系３によってビーム状に絞られ、デフレクタによって偏向作用を受け試料面の所望個所に照射される。試料ステージ４に載置されたデポジションを施す試料７の面近傍に向けてガス銃６から原料ガスを吹き付ける。すると試料７の当該領域表面には吹きつけられた原料ガスの吸着層ができ、ここに集束イオンビーム２が照射されるとイオンと原料ガスとが反応し、ある生成物は揮発しある生成物は試料面上に堆積する。集束イオンビーム２がデフレクタによって試料７の所定領域を走査されたときには堆積物がその領域に薄膜を形成する。この集束イオンビーム装置を用いたデポジションは、集束イオンビームを用いたスパッタエッチングやガスアシストエッチングによって半導体デバイス等を加工する際の周辺のダメージを防護するための保護膜形成や、半導体デバイス，フォトマスク等の白欠陥（欠落欠陥）を補修するために慣用されてきたところである。
【０００４】
本発明者グループは上記の半導体デバイス，フォトマスク等の白欠陥を補修する分野における、溝欠陥に架橋を施す研究の過程で横方向に素材を育成する技術を開発した。この技術は先般特願2000-333368号「梁状の膜パターン形成方法」として特許出願をしているものである。この技術は素子の溝状欠陥に対して溝端部から短冊状の照射領域でデポジションを実行し徐々に照射領域を開口の中央に移しながらデポ層を中央方向に成長させてゆくというものである。このときの現象は、図３に示すようにデポ層Ｄの先端側に傾斜面が形成される。傾斜面が形成されるのは照射当初は照射領域の先端側は付着する基礎がないため端部から順に付着が進行することによる。しかし、一旦基礎ができるとその上にデポ層Ｄが形成されることになり、同じ領域への照射時間を長くとると図３のＡ中一点鎖線ｂで示したようにデポ層Ｄが単に厚くなるだけでなくこの傾斜面が消失し平坦なデポ面になってしまう。そのようにデポ層Ｄの成長先端側のエッジが立ってしまってから照射領域をシフトしてデポ層を形成すると、次の短冊デポ層は図３のＣに示したように上方と先端方向に階段状の膜が成長するという知見を得た。先の出願発明ではデポ層Ｄの先端側が庇のように形成されている状態の時、傾斜面部分を重ねるようにして先端側に照射領域をシフトさせて次回のデポジションを実行する。第２回のときのデポ層Ｄは図３のＡに破線ａで示したようにやはり傾斜面をもって形成される。その状態に至った時点で更に先端側に照射領域をシフトし、順次デポ層Ｄを先端側に成長させていく。この方法による膜形成は図３のＢに示したように各短冊のデポ層は階段状にはならず下面の位置が一定の長い片持ち梁状体の形成が可能となる。真横に成長し薄膜厚さの１０倍以上のものまででき、しかもその厚さは一様でかつ平坦に形成できることを確認した。
【０００５】
本発明者らは前述したように、集束イオンビームを照射するＣＶＤ法によってイオン源方向へのデポジション成長とイオンビーム垂直方向までのデポジションが可能であることに基き、先に特願2000-363573号「超微細立体構造の作成とその装置」を出願した。この発明は、集束イオンビーム装置を用いたデポジション技術であって、原料ガスとしてフェナントレンを、イオンとして液体金属イオン源からの５乃至１００ｋｅＶのガリウムもしくは金、シリコン、ベリリウム等のイオンを用い、ガス吹きつけ密度を従来のデポジションの場合より５〜１０倍程度高くし、ガス吹き付け方向を等方向もしくは対称的にして実行する方法である。この方法により、ドリルやコイルといった立体形状のものを形成することを可能にしたが、このＣＶＤ法に基づく集束イオンビームのデポジションではイオンビームに対して垂直方向より下流側へ成長を促すことはできないため、形状が下側に反り返ったような形状の形成は不可能であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、試料面に原料ガスを吹きつけつつ集束イオンビームを照射するＣＶＤ法によって、下方へ反り返ったような三次元形状の超微細な立体構造体をも形成できる技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原料ガスとしてフェナントレンを、イオンとして液体金属イオン源からの５乃至１００ｋｅＶのガリウムもしくは金、シリコン、ベリリウム等のイオンを用い、ガス吹きつけ密度を従来のデポジションの場合より高くし、ガス吹き付ける集束イオンビーム装置を用いたデポジション技術であって、まず、基礎部分を形成するステップと、基礎となる突部が形成された時点で試料ステージを傾斜させるステップと、該基礎部に対しビームを照射すると共に順次ステージ傾斜面の上方に向かって照射領域を移動させる方法を採用した。
また、ステージの駆動機構としてはｘｙｚ軸三次元方向の移動と回転及び傾斜５軸駆動のものを用い、回転軸を傾斜機構の上に設けるようにして構造体とイオンビームとの位置関係の自由度を増加させた。
更に、これらの新たな手法と機構に偏向走査とステージの駆動制御を組み合わせることにより、自由な三次元構造の形成を可能にした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、原料ガスとしてフェナントレンを、イオンとして液体金属イオン源からの５乃至１００ｋｅＶのガリウムもしくは金、シリコン、ベリリウム等のイオンを用い、ガス吹きつけ密度を従来のデポジションの場合より高くし、ガス吹き付ける集束イオンビーム装置を用いたデポジション技術において、基礎部分を形成するステップと、基礎となる突部が形成された時点で試料ステージを傾斜させるステップと、該基礎部に対しビームを照射すると共に順次ステージ傾斜面の上方に向かって照射領域を移動させる先の水平方向への成長方法を利用応用したものである。そして、本発明は上方からの入射ビームに対して水平方向より下方にデポ構造体を成長させることは不可能であるが、先の技術によって水平方向への成長が可能であることに鑑み、基礎部をθ角傾斜させその部分から水平方向への成長を実行させれば、結果的に±θの角度範囲で突起部から構造体を成長させることができるとの知見に基いたものである。すなわち、最大でθ角の斜め下方に向かってデポ構造体を成長させることことが可能になる。図１のイに示すように試料７の面上にガス銃６から原料ガスを吹き付けながらイオンビーム２を照射する通常のデポジションによって基礎となる柱状の突起部Ｂを形成させる。これは照射領域を移動させないで実行する従来からのデポジションによる。続いて図のロに示すようにステージ４を傾斜させ、斜め方向に傾いた柱状の突起部Ｂの先端部にイオンビーム２を照射させ、先に本発明者が提示した照射領域の順次移動による水平方向デポジションを実行させれば、ビームに直交する水平角度で構造体を成長させることができる。この時の照射領域移動方向がステージ傾斜面最大登り角方向であるとき、図のハに示されるように柱状の突起部Ｂの先端部から下方にθの角度で成長した構造体ができる。
【０００９】
ステージの傾斜角と照射領域の移動方向とに基く構造体成長方向との関係を図２によって確認する。図のＡにおいてイオンビームの入射方向をｙ軸にとり直交方向をｘ軸とし、理解の便のためこれを水平方向とする。いま、試料ステージをｘ軸からθ角傾斜させてセットし原点位置Ｏから柱状にデポジション形成された基礎部Ｂの頂点Ｐにイオンビームの照射領域を設定する。このイオンビームの照射領域を図左右方向（ステージの傾斜角最大登り角方向）に移動させて水平方向デポジションを実行した場合には、構造体はＰ点から水平方向左側に成長する。反対に照射領域を図面右方向（ステージの傾斜角最大下り角方向）に移動させて水平方向デポジションを実行した場合には、構造体はＰ点から水平方向右側に成長する。このステージをｘ軸即ち水平方向に戻すと、図のＢに示されるようにステージの傾斜角最大登り角方向に移動させて水平方向デポジションを実行した場合の構造体は、基礎部頂点Ｐに対しθ角度で斜め下方の成長しており、ステージの傾斜角最大下り角方向に移動させて水平方向デポジションを実行した場合の構造体は、基礎部頂点Ｐに対しθ角度で斜め上方の成長している。ステージに対し他の角度で照射領域を移動させた場合にはこの＋θ＞φ＞−θの範囲の角度φ方向成長となる。因みに図のＡにおいて紙面垂直方向（ステージに対し水平移動方向）に照射領域を移動させた場合には、構造体はＰ点から真横（水平方向）に成長し、直角構造体が形成されることになる。
【００１０】
次に、構造体を直線状では無く曲線状に形成する方法について説明する。ステージを固定した状態でＰ点をスタート点として一方向に領域移動すれば直線状の構造体が形成されるが、図３に示すようにステージの傾斜角度を変えながら照射領域を移動させることによって上下に曲折する構造体を形成することが出来る。図のイに示すようにステージをθ角傾斜させて柱状突部形状の基礎部頂点Ｐにビームの照射領域を設定する。ステージの傾斜角をθ＋α＞φ＞θ−αの範囲でゆっくりと揺動させながらステージ傾斜角最大登り角方向に移動させて水平方向デポジションを実行すると、傾斜角の変更に応じて水平方向が変わるので図のロに示されるようにφ角を減少させると成長方向が上側に向き、続いて増加方向に転じθを越えて傾斜を大きくすると徐々に下向きに変化して図のハに示すように曲折する。このように形成された構造体をステージを水平に戻して観察すると図のニに示すような斜め下方に波打って延在する構造となっている。
【００１１】
以上は線状構造体形成についてであったが、ここでは下方を向いた平面構造体の形成について述べる。図４のＡに示すように突状基礎部Ｂの頂点Ｐにイオンビームの照射領域を設定して、直交する方向にビームを振りながらステージ傾斜角登り方向にステップ状に移動させる。図示したように直交方向に振る幅を徐々に増加させると図のＢに示すように先に行くほど末広となる扇面が形成される。この場合の形成された面は図のＣに示すように斜め下方に延在する。勿論幅は末広がりに限られず振る幅を一定にすれば同じ幅の帯状に、振る幅を大小に繰返し変化させれば団子形状の面が、同じ幅で左右に振らせれば蛇行面が形成されるという具合に如何様にも対応できる。
【００１２】
更に本発明では、ステージを傾斜させた状態で構造体のスタート点からステージ面の登り方向にイオンビームの照射領域を移動させてスタート点から下方に構造体を成長させる、前述の構造体下方成長手法を基礎として、それにステージの駆動を組み合わせることで、三次元構造体の形成に機能的なイオンビーム集束装置を提供する。本発明のステージの駆動機構は少なくともｘｙｚ軸三次元方向の移動と回転及び傾斜の５軸駆動のものにおいて、更なる回転機構をステージに載置するように設けた。このような構成を採用することにより構造体とイオンビームとの位置関係の自由度を増加させることができた。従来の５軸駆動のものはｚ軸を中心とした回転機構になっている。この機構によると回転駆動によって照射領域を移動させ、ループ形状を形成させることができるのはループ面が水平のものに限られる。例えば傾斜方向をもった管状体を形成させるためにはステージを傾斜させた上で偏向走査によってループ形状の照射領域移動を制御しなければならない。単純に一方向を向いた管状体であるならばまだしも、複雑に屈曲した管状体であるとすればその制御は極めて困難となる。しかし、傾斜面上に回転機構が載置された本発明の駆動機構であれば、ステージを傾斜させた上で回転駆動させることで一方向を向いた単純な管状体は簡単に形成できるし、複雑に屈曲した管状体であってもその時点時点のループ面が水平となるように傾斜を制御してやれば、単純な回転駆動で複雑に屈曲した管状体も形成できる。
本発明は上記した構造体の下方成長を可能にする新たな手法とステージの回転駆動機構を傾斜ステージ上に載置した新たな機構によって、多様な三次元構造の形成を可能にしたものであるが、更に、イオンビームの偏向走査制御とステージの駆動制御を組み合わせることにより、この多様な三次元構造の形成を容易に実行することができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の微細立体構造体の斜め下方への成長方法は、集束イオンビーム装置を用いたデポジション技術であって、ガス吹きつけ密度を従来のデポジションの場合より高くして、基礎部分を形成するステップと、基礎となる突部が形成された時点で試料ステージを傾斜させるステップと、該基礎部に対しビームを照射すると共にステージ傾斜面の上方に向かって照射領域を順次移動させるステップを踏むものであるから、従来の常識では考えられなかった下方に延在する構造体の形成を可能にした。例えば百合の花びらや水仙の葉のように先が下方に反り返った形状の構造体のデポ形成が可能である。
また、本発明の微細立体構造体の三次元成長方法は、該基礎部に対しビームを照射すると共に照射領域を順次移動させると共にステージの傾斜角をゆっくりと変化させるステップを踏むようにしたので、屈曲して延在する構造体の下方を含む形成を可能にした。
更に、本発明の微細立体構造体の三次元成長方法は、基礎部に対しビームを直交する方向に振りながらステージ傾斜角登り方向にステップ状に移動させることにより、基礎部から延在する面構造体の下方を含む形成を可能にした。
【００１４】
本発明の集束イオンビーム装置は、５軸（ｘ、ｙ，ｚ方向並びに回転、傾斜）以上の駆動機構を備えた装置において、更なる回転機構を試料ステージに直交するように一番上位に更に設けるようにしたので、デポジションによる三次元構造体の下方成長を含む多様な形成を容易ならしめた。
また、本発明の微細立体構造体の三次元成長方法は、回転機構の回転軸を試料ステージに直交するように一番上位に設けた６軸（ｘ、ｙ，ｚ方向並びに回転×２、傾斜）以上の駆動機構を備えた集束イオンビーム装置を用いて、イオンビームの照射領域を順次移動させて水平方向に成長させるデポジション技術と、偏向走査の制御と、傾斜や回転など前記ステージの駆動制御とを適宜組み合わせることができるので、下方成長を含む多様な三次元構造体の形成を可能ならしめた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法で超微細な三次元構造体の下方成長を実現する原理を説明する図である。
【図２】  ステージの傾斜角とビーム照射領域の移動方向とに基く構造体成長方向との関係を説明する図である。
【図３】  本発明の方法で上下に曲折する超微細な三次元構造体の成長を実現する原理を説明する図である。
【図４】  本発明の方法で超微細な三次元構造体の平面成長を実現する原理を説明する図である。
【図５】  集束イオンビーム装置の一般的構成を説明する図である。
【図６】  本発明の基礎となる集束イオンビームを用いたデポジションの現象を説明する図である。
【符号の説明】
２  イオンビーム            Ｂ  基礎部
４  試料ステージ            Ｏ  原点
６  ガス銃                  Ｐ  頂点
７  試料
【図１】
0004704595.tif 000002
【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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