JP2002317272A

JP2002317272A - Ｃｖｄによる微細三次元構造体の斜め下方への成長方法とその装置

Info

Publication number: JP2002317272A
Application number: JP2001118541A
Authority: JP
Inventors: Takashi Minafuji; 孝皆藤
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2021-04-17
Also published as: JP4704595B2

Abstract

(57)【要約】【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。【解決手段】本発明は、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た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、更なる回転機構を
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。

Description

【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ｘｙ
ｚ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

Claims

【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、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ことにより、基礎部から下
方に延在する構造体の形成を可能にしたことを特徴とす
る微細立体構造体の斜め下方への成長方法。
【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、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ことによ
り、基礎部から屈曲して延在する構造体の下方を含む形
成を可能にしたことを特徴とする微細立体構造体の三次
元成長方法。
【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、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ことを特徴とする微細
立体構造体の三次元成長方法。
【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微細立体構造体の三次元成
長方法。