(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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法により立体構造物を形成する方法において、フェナントレンを含む原料ガスを集束イオンビームの照射領域の試料上に吹き付けて単層以下の吸着層を設ける工程と、集束イオンビームにより前記原料ガス吸着層を分解または重合してデポジション膜を形成する工程とからなる超微細な立体構造物の形成方法において、イオンビームのスポット電流密度を１Ａ／ｃｍ2以下にすると共に、走査速度を超低速にし、かつビームのステップ幅をビーム静止時に成長するデポ層柱の直径より小さくすることを特徴とする超微細な立体構造物の形成方法。
ただし、ここでいう超低速の走査速度とはビーム静止時のデポ層柱の成長速度の１／１０〜１０倍程度の値である。
【請求項２】
ビーム電流を１ｐＡ以下にすることにより、デポ層柱の径が100ｎｍ以下の立体構造物形成を可能とする請求項１に記載の超微細な立体構造物の形成方法。
【請求項３】
集束イオンビーム装置として５軸（ｘ、ｙ，ｚ方向並びに回転、傾斜）駆動の試料ステージを有するものを採用し、試料に照射されるイオンビームの領域を試料の成長方向に応じてシフトさせると共に、成長に応じ加工領域にビームの焦点を整合させるようにまずイオン光学系を制御し、その範囲を越えるときには前記ステージを駆動するようにして立体構造物を形成する請求項１又は２に記載の超微細な立体構造物の形成方法。
【請求項４】
前記集束イオンビームのイオンがガリウムイオンの時、請求項１乃至３に記載の超微細な立体構造物の形成方法によって形成された立体構造物を真空中で６００度以上に加熱し、前記立体構造物に注入されたガリウム元素を液滴として凝集させた後、更に９００〜１０００℃に加熱することにより蒸発除去することを特徴とする超微細な立体構造物の加工方法。
【請求項５】
前記集束イオンビームのイオンがガリウムイオンの時、請求項１乃至３に記載の超微細な立体構造物の形成方法によって形成された立体構造物を真空中で６００度以上に加熱し、前記立体構造物に注入されたガリウム元素を液滴として凝集させた後、ハロゲンガスを吹き付けてハロゲン化ガリウムとして揮発除去することを特徴とする超微細な立体構造物の加工方法。
【請求項６】
前記集束イオンビームのイオンがガリウムイオンの時、請求項１乃至３に記載の超微細な立体構造物の形成方法によって形成された立体構造物を真空中で６００度以上に加熱し、前記立体構造物に注入されたガリウム元素を液滴として凝集させた後、冷却してアルカリ水溶液に浸して溶解除去することを特徴とする超微細な立体構造物の加工方法。
【請求項７】
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法により超微細立体構造物を形成する方法において、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、金、シリコン、またはベリリウムのイオンを用い、原料ガス容器の温度を上げて原料ガスが析出するのを確認し、次に温度を下げて原料ガスが析出しない限界温度を調べ、しかる後前記原料ガス容器の温度を前記限界温度より低く設定することにより試料表面における原料ガス吹きつけ密度を決めることを特徴とする超微細な立体構造物の形成方法。
【請求項８】
前記原料ガス容器の温度を前記限界温度より数度低く設定することを特徴とする請求項７記載の超微細な立体構造物の形成方法。
【発明の詳細な説明】
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物を形成する技術に関する。
背景技術
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物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。したがって、照射位置を変えるには試料ステージを５軸駆動させるなどして対応しなければならず、操作が厄介であるばかりでなく応答速度も遅くなる。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。
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の所定領城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。
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。
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法によって超微細な立体構造物を厄介な操作を要することなく容易にかつ迅速に形成できる技術を提供することにある。
また、この加工に際してイオンビームとして照射され試料中に残留するイオン元素を除去する技術を提供するものである。
発明の開示
本発明は、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を採用した。
ここで、「ガス吹き付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」を詳細に説明する。
１．集束イオンビームによるカーボンデポの従来例として、原料ガスとしてピレン（Ｃ１６Ｈ１０）を用いた例がある。これは光リソグラフィーフォトマスクの白欠陥修正の遮光膜形成に使われた例である。この場合は、遮光性能を重視した結果、ピレンが選定された。ピレンは吹き付け密度を高くすると、試料表面に析出し易いガスである。
集束イオンビームによるデポでは、吹き付けたガスが析出しては具合が悪い。
２．今回、デポ膜厚さの成長速度を重視してガス種を選定した結果、フェナントレン（Ｃ１４Ｈ１０）が好適であることが確認された。室温における蒸気圧を比べるとフェナントレンはピレンより一桁高い。そのため、フェナントレンを原料ガスにした場合、原料ガスの析出問題なしに吹き付け密度をピレンの場合より一桁高く出来る。
その結果、デポ膜厚さの成長速度を従来よりも約一桁高い１００ｎｍ／ｓｅｃまでアップ出来た。また、ビーム電流が数ｐＡ程度以下の小電流の場合、ビーム走査を停止あるいは極めてゆっくりした走査でもデポが可能になった。これはガス入射密度をビーム入射密度に負けないレベルに上げることが出来たためである。
３．蒸気圧が高いだけならナフタレン（Ｃ１０Ｈ８）も好適な原料ガスになるはずである。
しかしながら、ナフタレンの場合には吹き付け密度をフェナントレンより一桁以上高くしてもデポ膜厚さの成長速度がより低い結果となった。この理由としてナフタレンの試料表面への吸着確率が一桁以上低い可能性が考えられる。
４．以上の実験結果から、フェナントレンを原料ガスにすることによって試料表面での析出なしに吹き付け密度をピレンの場合より一桁高く出来ること。デポ膜厚さの成長速度を従来よりも約一桁高い１００ｎｍ／ｓｅｃまでアップ出来ることが確認された。
なお、原料ガス容器の温度を上げることによってフェナントレンの吹き付け密度を所定の値に制御する。試料表画における吹き付け密度を決める方法として、いったん原料ガス容器の温度を所定の温度以上に上げて析出を確認し、次に少しずつ温度を下げて析出しない限界温度を調べる。この温度より、数度低い温度に設定するようにする。
析出する・しないは試料温度での原料ガスの蒸気圧に相当する吹き付け密度を超えるかどうかで決定されるので、試料温度を上記のテスト時の温度に保つ必要がある。上記のように析出限界温度より数度低く設定すれば通常は室温をコントロールするだけで十分である。場合によっては、集束イオンビーム装置に試料温度を室温より高い温度にコントロールする機構を付加しても良い。
また、ビーム電流を１ｐＡ以下にすると共に、走査を停止してビームを静止させることにより、０．０８μｍ径の立体構造物の形成を可能とする。
集束イオンビーム装置として５軸（ｘ、ｙ，ｚ方向並びに回転、傾斜）駆動の試料ステージを有するものを採用し、試料に照射されるイオンビームの領域を試料の成長方向に応じてシフトさせると共に、成長に応じ加工領域にビームの焦点を整合させるようにまずイオン光学系を制御し、その範囲を越えるときには前記ステージを駆動するようにして立体構造物を形成する。
さらに本発明の方法によって形成された立体構造物にメッキもしくは他のＣＶＤ法によって所望の材質の層の形成を可能とする。
発明を実施するための最良の形態
本発明は前述した知見に基いたものであって、すなわち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、図３に示すようにデポ層の先端側に傾斜面が形成されるが、一旦基礎ができるとその上にデポ層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し、形成されてしまうという知見である。この現象に基き、本発明者は集束イオンビーム装置を用いたデポジション技術によって、基盤上の微小領域にイオンビームの照射を行うことで該微小領域にデポ層を形成させ、その上にイオンビームの照射を重ねることでデポ層の上方への成長を、また照射領域をシフトさせることで、横方向への成分を持ったデポ層の成長を図ることができることに想到した。
本発明者は、集束イオンビーム装置においてガス銃からＷ（ＣＯ）６，ＷＦ６，を用いたタングステンデポ、Ｍｏ（ＣＯ）６を用いたモリブデンデポ、Ｆｅ（ＣＯ）５，Ｎｉ（ＣＯ）５，Ａｌ（ＣＯ）５を用いた鉄，ニッケル，アルミニュームデポ、といった有機金属ガスを用いた諸金属デポや、ピレン、スチレン、フェナントレンといった芳香属ガスを用いた炭素デポなど、種々の原料ガスを噴射してデポ層形成態様の実験を実施した。その結果、フェナントレンを用いたデポジションが最もデポ層形成スピードの速いことを発見した。この際に用いた集束イオンビームは３０ｋｅＶ程度のＧａイオンであったが、５乃至１００ｋｅＶ程度の金、シリコン、ベリリウム等のイオンを用いたときにも同様の結果であることを確認した。
ここで、原料ガスとしてフェナントレンガスを用いるとデポ膜の成長速度を高く出来る理由について考察する。それには、集束イオンビーム（ＦＩＢ）によるデポの原理に立ち戻る必要があり、原理を工程別に以下に述べる。この工程は話しを分かり易くするための便宜的なものである。
（１）まず、デポジションする元素を含む原料ガスをＦＩＢ照射領域の試料上に吹き付けて、吸着層を作る工程。
この吸着層は、多層になってはならない。多層吸着膜となると原料ガス成分のままの膜が全面に成長してしまうからである。多層吸着膜とならない条件は、吹き付けるガスの入射密度よりも、吸着したガスが飛び出す密度の方が高いことである。これは、実行時の温度（通常は室温）における原料ガスの蒸気圧が所定の値（原料ガスの吹き付け密度に相当する蒸気圧）より高ければ良いということである。当然ながら、速く膜を成長させるには、原料ガスを高密度に吹き付ける必要がある。吸着膜が多層になってはならないという上記条件を満たすには、原料ガスの蒸気圧は出来るだけ高い方が良い。
一方、単に蒸気圧が高いだけで、吹き付けたガスが単層吸着層を形成せずにすぐに蒸発してしまう原料ガスではやはり高速デポジションは出来ない。原料ガスの選定基準として、成膜させたい元素を含むと同時に蒸気圧が高くかつ単層吸着層を形成し易いという条件が必要である。
（２）ＦＩＢにより原料ガス吸着層を分解、または重合してデポ膜を形成する工程。
上記（１）の工程で原料ガスが吸着（理想的には単層吸着であるが、単層未満の吸着でもよい）しているところにＦＩＢがスポットとして入射すると、吸着層・基板と相互作用して、二次電子を発生しその二次電子が原料ガス吸着層を分解、または重合してデポ膜を形成する。このデポ膜の径は、ビームスポット径より大きくなる。その理由は、ＦＩＢが試料内で散乱して広がり、散乱したイオンが発生する二次電子の範囲も広がることに起因する。
発明者の実験によると３０ｋｅＶのガリウムイオンのビーム電流を０．４ｐＡにすると、ビーム径を７ｎｍに細くできる。原料ガスをフェナントレンとしてガス銃から基板上に吹き付ける。ガス銃内の原料ガスを発生させる容器の温度を通常のカーボンデポ時よりも、１０ないし２０度高くし、さらに同じガス銃を対向して反対側にも設置してガスの吹き付け方向を対象的にした。ガス銃の先端のノズル内径は、０．３ｍｍ、試料表面とガスノズルとの距離は０．１ｍｍとした。これにより、ガスの吹き付け密度は、通常のカーボンデポ時よりも１０倍程度高くなった。ガス銃のバルブを開けた時の試料室圧力の上昇は、５．１０〜５Ｐａ程度である。この条件下では上記スポットビームによるデポ膜の径は８０ｎｍになった。この実験データから、３０ｋｅＶのガリウムビームの場合、試料（カーボン、シリコン）中の散乱・二次電子発生による入射ビーム径外への領域の広がりは、片側３６ｎｍ程度と考えられる。この値は、シミュレーション等の予測にほぼ一致している。
次にフェナントレン単層吸着膜が全て分解・重合してカーボン膜になったとしたら厚さがどうなるか単純化して計算してみる。デポ膜はアモルファスカーボン膜であるがグラファイトと同じ比重として計算してみると、０．５４ｎｍの厚さとなる。フェナントレンの場合、１分子内にカーボン原子を１４個と多数含んでいるので高速膜成長に好都合である。
タングステンデポの場合の原料ガスであるヘキサカルボニルタングステンは、１分子内のタングステン原子の数が１個である。また、原料ガスの比重が小さく、タングステン膜の比重が大きいせいもあって原料ガスの単層吸着膜が全て分解してタングステン膜になったとしても０．０４４ｎｍであり、フェナントレンからのカーボン膜の場合に比べて８％の厚さである。このことからも、タングステンデポの場合は原料ガスの吹き付け密度を相当高くしても膜成長速度を高くするのが困難なことがわかる。
以上から、原料ガスとして１分子内にカーボン原子を多数含み、かつ室温での蒸気圧が比較的高い芳香属炭化水素が膜成長速度を高くするのに好適である可能性が高いことがわかる。加熱温度によって吹き付け密度をコントロールするのが容易である固体という条件も合わせると、フェナントレンの他にピレン、ナフタレンなどが候補となる。蒸気圧を高い方から並べると、ナフタレン、フェナントレン、ピレンの順になる。これらの候補について実験で比較したところ、フェナントレンが最も良いことが分かった。
ナフタレンの場合、ガス入射密度を高く出来るが蒸発するのも速く、単層吸着膜が形成されないようである。フェナントレンの場合よりも吹き付け密度を高くしても、膜成長速度は低いことが確認された。
ピレンの場合は、室温における蒸気圧が低いためにガス吹き付け密度を高くすると原料ガスそのものが析出することがネックとなり、やはり、膜成長速度はフェナントレンの場合には及ばないことが確認された。これらの実験事実から、最も好適なのがフェナントレンであり、ついでピレンであることが分かった。
ところで、上記のようにＦＩＢを３０ｋｅＶのガリウムイオンとし、ビーム電流０．４ｐＡ、ビーム径７ｎｍといった極限的に細いビーム（この場合、スポット電流密度は１．０Ａ／ｃｍ２であり、通常の加工時に比べて約一桁低い）にして、原料のフェナントレンガスの供給も十分多くした場合には、ＦＩＢと原料ガスとを出し放しにし、スポットビーム（ビームを走査しない）にするとデポ膜が８０ｎｍ径の一様な太さの柱となって時間に比例した高さに成長する（１０μｍ／１００ｓｅｃ）ことが確認された。電流が０．８ｐＡ程度では、柱の径が少し太い９０ｎｍとなり、すこし速く成長する（１４μｍ／１００ｓｅｃ）ことが分かった。
（３）ＦＩＢの超低速走査により一筆書き立体構造物を形成する工程。
上記（２）で原料ガス吸着膜がＦＩＢのスポットビームで分解・重合する工程を詳述したが次にビームを超低速に走査する場合について述べる。ここで超低速とはどの程度の速度かというとカーボン柱の成長速度である１００ｎｍ／ｓｅｃの１０分の１から１０倍程度、すなわち１０ｎｍ／ｓｅｃから１μｍ／ｓｅｃ程度を考えている。また、ビームのステップ幅は、カーボン柱径の１０％の８ｎｍ程度を想定している。このようなデポ条件でのデポ柱は、ビーム走査の軌道に沿っての一筆書き立体構造物となる。
一方、これよりもビーム走査速度を速くするとデポ柱は、空中に離陸することなく試料表面に沿って横に成長する。従来のデポはこのような条件でのみ実行されていた。この場合には、ビームの移動速度が高いので単位時間当たりのデポ面積が広く、つまりデポ面積当たりのビーム電流密度が低くなるので原料ガスの入射密度はそれほど高い必要がなかった。
本発明でフェナントレンガスを用いることで従来よりも一桁程度高いガス入射密度を実現できたので、一筆書き立体構造物の形成が簡単化かつ高速化したと言える。ガス密度が低い場合にビームの照射を照射点毎に高速でブランキングして間欠照射とし、実効的にビーム電流密度を低くすればなんとか一筆書き立体構造物の形成が出来る。しかしながら、この方法では二つの欠点を持つ。１つは、成長速度が遅いことであり、もう１つは多数回のブランキングの影響でブランキング方向に裾を引く（立体構造物の形状が歪む）ということである。
また、フェナントレンの濃度を従来半導体デバイス等の試料表面にスパッターエッチングによるダメージを防ぐための保護膜形成時に使用されるものより高い濃度（５〜１０倍程度）とすると成長が迅速かつ安定であること、ガス銃からの吹き付け方向を全方位的に等しい条件で若しくは対称的な位置方向から行うことで異方性のない成長を図ることが出来ることを見出した。
更に、ビーム電流を１ｐＡ以下にし走査を停止しビームを静止させてビーム照射を行うことで、１００ｎｍ以下の極めて微細なデポ層の形成が出来ることを発見した。ちなみに現在技術的に可能なデポの最小寸法である０．０８ミクロン径の立体構造物を形成できた。
成長が迅速で安定性に富むことから原料ガスをフェナントレンに特定した場合、形成される立体構造物は炭素ということになる。所望の立体構造物に求められる物性、例えば弾性率、導電率、熱伝導率、耐食性、反応性等が炭素材では不具合である場合には立体構造物としてのコアー部分を炭素材としてたものに、メッキやＣＶＤ法によって異質材を積層することで所望の物性を満たすように調整することが出来る。また、スパッタエッチングや化学的なエッチングによって構造体に加工を加えることもでき、多様なニーズに合わせた対応が可能である。
次に、本発明の方法によって製造した立体構造体の中には照射したイオンビームのイオン元素が残留しているが、例えば、バイオ関係で用いる場合にガリウム等の金属を含有していることを嫌うことがあり、そのような場合にはこれを除去することが必要となるので、その技術について説明する。
本発明者はガリウムイオンとフェナントレンガスとを用いて形成した構造体を真空中で６００℃以上に加熱すると、構造体内に注入されたガリウムが構造体表面に微小な液滴となって凝集されることを見出した。そこでこの現象により表面で液滴となったガリウムを次のような方法で除去することを案出した。
▲１▼  ガリウムが微小な液滴となって表面に凝集された構造体を更に９００〜１０００℃に加熱すると１０分以内に全てのガリウムが蒸発して除去する。加熱温度は１０００℃以下ということで融点１４１０℃ｍのシリコン基板とカーボン構造体には変形や蒸発といった影響はないことを確認した。
▲２▼  素材等の関係で▲１▼の高温加熱処理が不都合である場合の方法としては、塩素ガス等のハロゲンガスを液滴に吹き付け、蒸気圧の高いハロゲン化ガリウムとすることにより揮発除去する。一旦表面に凝集されたガリウムは温度を下げても表面に留まることが確認されているので、６００℃以下に温度が下がってもこの反応は実現できる。
▲３▼  別の方法としては当該構造体を常温程度にまで冷却してから、アンモニア水溶液のようなアルカリ水溶液に浸すことによって、表面に凝集しているガリウムを溶解して除去する方法もある。
［実施例１］
本発明の方法を用いて超微細なコイルを作成する図１に例を示す。イオンは液体金属イオン源からの３０ｋｅＶのガリウムイオンとし、ビーム電流を０．４ｐＡとする。発明者の用いたＦＩＢ装置ではこの時ビームスポットの径を７ｎｍに絞ることが出来る。原料ガスはフェナントレンとし、ガス銃の配置と加熱条件を上記のようにしてガス吹き付けを対称的かつ高密度にする。試料７上のビーム走査を直径０．６μｍの円形とし、円周１周の走査時間を１３秒として１２周になる１５６秒間走査する。（図１のＡ参照。）これはデフレクタによるビームの偏向制御で行うのが安定して容易である。この時のビームステップ幅は１６ｎｍ、ステップ当たりのビーム照射時間は１１０ｍｓｅｃである。これでビーム走査速度は１４５ｎｍ／ｓｅｃとなる。この条件で作成出来たコイルＤＣの寸法は、コイル径が０．６μｍ、コイルピッチが０．７μｍ、コイル線径が８０ｎｍ、コイル長が８．４μｍである。（図１のＢ参照。）
［実施例２］
本発明の方法を用いて超微細なドリルを作成する例を図２に示す。ビーム電流を０．８ｐＡとし、ビーム径は９３ｎｍにする。この条件におけるビーム静止時のデポ層柱の径は散乱等による広がり分の７２ｎｍを加えて１６５ｎｍとなり、図中のＤに対応する。イオンの種類及び原料ガスは上記実施例１と同じとする。試料上のビーム走査を直径２５０ｎｍの円形とし、円周１周の走査時間を６．４秒として１０周になる６４秒間走査する。（図２のＡ参照。）この時のビームステップ幅は１６ｎｍ、ステップ当たりのビーム照射時間は１３０ｍｓｅｃである。これでビーム走査速度は１２３ｎｍ／ｓｅｃとなる。この条件で作成出来たドリルＤＤの寸法は、外径が３３０ｎｍ、ピッチが２００ｎｍで長さが２μｍである。（図２のＢ参照。）
参考までにこの時の焦点深さは１０μｍ程度なので、デポ中の焦点補正はしていない。上記実施例１も同様である。デポ高さが焦点深度を超える場合には、高さ成長速度に合わせて連続的に焦点補正して、デポ形生物の上端では常に焦点ボケのないようにすることが出来る。また、さらに高さ１００μｍを超えるようなデポ構造物を作る場合は、例えば高さが１００μｍ程度になったら一旦デポを停止して、試料ステージのＺ軸を動作させて試料高さを下げてデポ構造物の上端を元の高さに戻す。次に焦点位置をもとに戻し通常の像取り込み走査をしてデポ構造物の位置を確認する。デポを継続する点にビーム位置を合わせてからデポを再開してさらに所望の高さまで繰返して成長させれば良い。
産業上の利用可能性
本発明は、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倍程度高くすることにより、従来加工が困難とされていた超微細な立体構造物の形成を容易かつ迅速に達成することを可能にした。
また、その際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ようにしたことにより、異方性のないデポ層の成長を実現することができた。
ビーム電流を１ｐＡ以下にすると共に、ビーム走査を従来のデポジションの場合より極めて遅くすることにより、デポジション寸法の最小値（０．０８μｍ）径の立体構造物の形成を可能とした。
また、本発明は集束イオンビーム装置として５軸（ｘ、ｙ，ｚ方向並びに回転、傾斜）駆動の試料ステージを有するものを採用し、試料に照射されるイオンビームの領域を試料の成長方向に応じてシフトさせると共に、成長に応じ加工領域にビームの焦点を整合させるようにまずイオン光学系を制御し、その範囲を越えるときには前記ステージを駆動するようにして立体構造物を形成するようにしたので、超微細な立体構造の多様な形態に対応可能な形成方法を実現できた。
また、必要に応じてイオン照射により注入されたガリウムは真空中で６００度以上に加熱し、注入されたガリウム元素を微小な液滴として凝集させた後、更に９００〜１０００℃に加熱する等の手法により蒸発除去することも可能である。
更に、本発明の方法によって形成された立体構造物にメッキもしくは他のＣＶＤ法によって所望の材質の層を形成させたり、適宜のエッチングを施すことにより、超微細な立体構造に求められる物性に対応して広く加工調整することを可能にした。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の方法で超微細な立体構造のを生成する例を示したもので、Ａはイオンビームの照射領域を平面図で、Ｂは生成されたコイルの構造を斜視図で示したものである。
図２は、本発明の方法で超微細な立体構造のドリルを生成する例を示したもので、Ａはイオンビームの照射領域を平面図で、Ｂは生成されたドリルの構造を斜視図で示したものである。
図３は、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。
図４は、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１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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