JP4704595B2 - Method of growing fine three-dimensional structure by CVD and focused ion beam apparatus - Google Patents
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Description
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for forming an ultrafine three-dimensional structure by a CVD method in which a focused ion beam is irradiated while a source gas is blown onto a sample surface.
[0002]
[Prior art]
Ultra-fine three-dimensional structures are highly needed in a wide range of fields, such as knives, drills, manipulator probes, spring coils, probe microscope probes, and coils for fine electronic circuits, which are used in the processing of microscope samples. There are great expectations for the provision. Conventionally, it has been attempted to manufacture such a superfine three-dimensional structure by forming a material such as a block by mechanical processing and then scraping the material by a sputter etching method. However, this method is relatively easy if the workpiece is a linear shape such as a manipulator probe or a probe microscope stylus, but it is extremely difficult to process a three-dimensional shape such as a drill or a coil. In particular, when the shape is complicated, such as a U-turn shape in the vertical direction, no correspondence can be obtained.
In addition to the above-mentioned sputtering etching method, gas processing etching method, chemical etching method, etc., as well as processing for removing materials, the CVD method (chemical vapor deposition method) is used as a microfabrication technology for semiconductor devices and masks used in the manufacture of semiconductor devices. Processing to attach the material called has been used. Therefore, researchers have attempted to develop a technique for forming an ultrafine three-dimensional structure by this CVD method. This CVD method includes a method using a laser beam, a method using a focused electron beam, and a method using a focused ion beam. In the deposition by the CVD method, since the dimension of a member to be deposited depends on the beam diameter, it is required that the beam diameter is small in order to manufacture this kind of ultrafine three-dimensional structure. In the case of using laser light, the beam diameter is limited by its wavelength due to the nature of the light, and it is difficult in terms of mechanism to deflect the beam and perform desired scanning. In this respect, since the electron beam and the ion beam use electromagnetic means and the beam focusing and the beam deflection scanning are relatively easy, it can be said that the electron beam and the ion beam are suitable for manufacturing this kind of ultra-fine three-dimensional structure. However, when a focused electron beam is used, the mass and particle size of the electrons are small, so that the irradiated electron penetrates the sample beyond the sample target to be deposited and deposits in an unintended place. With this phenomenon, there is a problem that a desired place cannot be formed successfully. In summary, it can be said that a method using a focused ion beam is most suitable for manufacturing an ultrafine three-dimensional structure. Therefore, there are currently various attempts by researchers to use this focused ion beam.
[0003]
Deposition using this focused ion beam apparatus will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 denotes an ion source, from which ions are extracted by a voltage applied to an extraction electrode, are focused into a beam shape by the ion
[0004]
The inventor's group has developed a technique for laterally growing a material in the course of research for bridging groove defects in the field of repairing white defects such as semiconductor devices and photomasks. This technology has been filed for patent as Japanese Patent Application No. 2000-333368 “Method for forming a beam-like film pattern”. In this technique, deposition is performed in the strip-shaped irradiation region from the groove end portion to the groove-shaped defect of the element, and the deposition layer is grown in the center direction while gradually moving the irradiation region to the center of the opening. . As a phenomenon at this time, an inclined surface is formed on the tip side of the deposition layer D as shown in FIG. The inclined surface is formed because, at the beginning of irradiation, the tip side of the irradiation region has no foundation to be attached, so that the attachment proceeds sequentially from the end. However, once the foundation is formed, the deposition layer D is formed thereon, and when the irradiation time for the same region is made longer, the deposition layer D is simply thicker as indicated by the alternate long and short dash line b in FIG. In addition, the inclined surface disappears and becomes a flat deposition surface. If the irradiation region is shifted and the deposition layer is formed after the edge on the growth tip side of the deposition layer D stands up like that, the next strip deposition layer is moved upward and distally as shown in FIG. We have found that a step-like film grows. In the previous application invention, when the tip side of the deposition layer D is formed like a ridge, the next deposition is executed by shifting the irradiation region to the tip side so as to overlap the inclined surface portion. The deposition layer D at the second time is also formed with an inclined surface as indicated by a broken line a in FIG. When this state is reached, the irradiation region is further shifted to the tip side, and the deposition layer D is successively grown to the tip side. In the film formation by this method, as shown in FIG. 3B, each strip deposition layer does not have a step shape, and a long cantilever with a constant bottom surface can be formed. It has been confirmed that the film can be grown right beside and has a thickness of more than 10 times the thickness of the thin film, and the thickness can be uniform and flat.
[0005]
As described above, the inventors of the present invention based on the fact that deposition growth in the ion source direction and deposition in the ion beam vertical direction are possible by the CVD method that irradiates the focused ion beam. No. 363573 “Creation of ultra-fine three-dimensional structure and apparatus” was filed The present invention is a deposition technique using a focused ion beam apparatus, using phenanthrene as a source gas and ions of 5 to 100 keV gallium or gold, silicon, beryllium or the like from a liquid metal ion source as ions. In this method, the spraying density is increased by about 5 to 10 times as compared with the conventional deposition, and the gas spraying direction is made equal or symmetrical. This method made it possible to form a three-dimensional shape such as a drill or a coil. However, the deposition of a focused ion beam based on this CVD method does not promote the growth from the vertical direction to the downstream side of the ion beam. Therefore, it was impossible to form a shape that warped downward.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a technique capable of forming a three-dimensional ultra-fine three-dimensional structure that is warped downward by a CVD method in which a focused ion beam is irradiated while blowing a source gas on a sample surface. It is in.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses phenanthrene as a source gas, ions of 5 to 100 keV gallium or gold, silicon, beryllium, etc. from a liquid metal ion source as ions, and the gas blowing density is higher than in the case of conventional deposition, A deposition technique using a focused ion beam apparatus that blows gas. First, a step of forming a base portion, a step of tilting a sample stage when a base protrusion is formed, A method of irradiating the beam and moving the irradiation area toward the upper side of the stage inclined surface was adopted.
Also, as the stage driving mechanism, a xyz-axis three-dimensional moving and rotating and tilting five-axis driving system is used, and the rotational axis is provided on the tilting mechanism so that the positional relationship between the structure and the ion beam is free. Increased the degree.
Furthermore, by combining these new methods and mechanisms with deflection scanning and stage drive control, a free three-dimensional structure can be formed.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention uses phenanthrene as a source gas, ions of 5 to 100 keV gallium or gold, silicon, beryllium, etc. from a liquid metal ion source as ions, and the gas blowing density is higher than in the case of conventional deposition, In a deposition technique using a focused ion beam apparatus that blows a gas, a step of forming a base portion, a step of tilting a sample stage when a base protrusion is formed, and irradiating the base portion with a beam At the same time, the above-described growth method in the horizontal direction in which the irradiation area is moved sequentially above the stage inclined surface is applied and applied. In the present invention, it is impossible to grow the deposition structure below the horizontal direction with respect to the incident beam from above, but in view of the fact that it can be grown in the horizontal direction by the previous technique. This is based on the knowledge that the structure can be grown from the projecting portion within an angle range of ± θ by inclining the portion by θ angle and performing growth in the horizontal direction from that portion. That is, it becomes possible to grow the deposition structure obliquely downward at a maximum of the θ angle. As shown in FIG. 1A, a columnar protrusion B serving as a base is formed on the surface of the
[0009]
The relationship between the tilt angle of the stage and the structure growth direction based on the moving direction of the irradiation region is confirmed with reference to FIG. In FIG. 5A, the incident direction of the ion beam is taken as the y-axis, the orthogonal direction is taken as the x-axis, and this is taken as the horizontal direction for convenience of understanding. Now, the sample stage is set at an angle of θ with respect to the x-axis, and an ion beam irradiation region is set at the apex P of the base portion B formed in a columnar shape from the origin position O. When the ion beam irradiation area is moved in the horizontal direction (the maximum tilt angle direction of the stage) and the horizontal deposition is performed, the structure grows from the point P to the left in the horizontal direction. On the other hand, when the horizontal deposition is performed by moving the irradiation area in the right direction of the drawing (the direction of the maximum tilt angle of the stage), the structure grows from the point P to the right in the horizontal direction. When this stage is returned to the x axis, that is, in the horizontal direction, the structure when the horizontal deposition is performed by moving the stage in the maximum tilt angle direction of the stage as shown in FIG. On the other hand, the structure grows obliquely downward at the θ angle, and the structure when the horizontal deposition is performed by moving in the direction of the maximum downward angle of the tilt angle of the stage grows obliquely upward at the θ angle with respect to the base apex P is doing. When the irradiation area is moved at another angle with respect to the stage, the growth is in the direction of angle φ in the range of + θ>φ> −θ. Incidentally, when the irradiation area is moved in the direction perpendicular to the plane of the paper (horizontal movement direction with respect to the stage) in A in the figure, the structure grows right side (horizontal direction) from the point P, and a right-angle structure is formed. become.
[0010]
Next, a method for forming the structure in a curved shape instead of a linear shape will be described. If the area is moved in one direction starting from point P with the stage fixed, a linear structure is formed. By moving the irradiation area while changing the tilt angle of the stage as shown in FIG. A structure that bends up and down can be formed. As shown in FIG. 3A, the stage is inclined by the θ angle, and a beam irradiation region is set at the base portion apex P of the columnar protrusion shape. If the stage tilt angle is moved slowly in the range of θ + α>φ> θ−α while moving the stage tilt angle in the maximum climb angle direction and horizontal deposition is performed, the horizontal direction will change according to the change in tilt angle. As shown in (b) of the figure, if the φ angle is decreased, the growth direction is directed upward, then it is increased in the direction of increase. Turn to. When the structure thus formed is observed by returning the stage to a horizontal position, the structure extends in a undulating manner downward as shown in FIG.
[0011]
The above is the formation of the linear structure. Here, the formation of the planar structure facing downward will be described. As shown in FIG. 4A, an ion beam irradiation region is set at the apex P of the projecting base B, and the beam is moved stepwise while swinging the beam in the orthogonal direction. As shown in the figure, when the width to be swung in the orthogonal direction is gradually increased, a fan surface that becomes wider toward the front is formed as shown in FIG. The formed surface in this case extends obliquely downward as shown in FIG. Of course, the width is not limited to the end, but if the swinging width is constant, it will be a strip of the same width. It can respond to anything like that.
[0012]
Furthermore, in the present invention, the structure is grown downward from the start point by moving the irradiation region of the ion beam from the start point of the structure in the upward direction of the stage surface with the stage tilted. The ion beam focusing device functional for forming a three-dimensional structure is provided by combining the stage drive with the method based on the method. The stage driving mechanism according to the present invention is a five-axis driving mechanism that moves, rotates, and tilts at least in the three-dimensional direction of the xyz axis. By adopting such a configuration, the degree of freedom in the positional relationship between the structure and the ion beam could be increased. A conventional 5-axis drive has a rotation mechanism around the z-axis. According to this mechanism, the irradiation area can be moved by rotational driving to form a loop shape only when the loop surface is horizontal. For example, in order to form a tubular body having an inclined direction, it is necessary to control the movement of the irradiation area having a loop shape by deflecting scanning after the stage is inclined. If the tubular body is simply oriented in one direction, the control is extremely difficult if the tubular body is complicatedly bent. However, with the drive mechanism of the present invention in which the rotation mechanism is placed on the inclined surface, a simple tubular body facing one direction can be easily formed by rotating the stage and then rotating it, Even if the tubular body is bent in a complicated manner, if the inclination is controlled so that the loop surface at that time becomes horizontal, a tubular body that is bent in a complicated manner can be formed by a simple rotational drive.
The present invention makes it possible to form a variety of three-dimensional structures by the above-described new method enabling the downward growth of the structure and the new mechanism in which the stage rotational drive mechanism is mounted on the tilt stage. However, the various three-dimensional structures can be easily formed by combining the deflection scanning control of the ion beam and the drive control of the stage.
[0013]
【The invention's effect】
The method of growing the micro three-dimensional structure obliquely downward according to the present invention is a deposition technique using a focused ion beam device, and forms a base portion by increasing the gas spray density compared to the conventional deposition. And a step of tilting the sample stage when the base protrusion is formed, and a step of sequentially irradiating the base with a beam and moving the irradiation region sequentially above the stage inclined surface. Therefore, it is possible to form a structure extending downward, which was not considered by conventional common sense. For example, it is possible to form a deposit of a structure with a tip bent downward, such as a lily petal or a daffodil leaf.
In the method for three-dimensional growth of a fine three-dimensional structure according to the present invention, the step of irradiating the base portion with the beam and sequentially moving the irradiation area and slowly changing the tilt angle of the stage is performed. Thus, the formation including the lower part of the extending structure was made possible.
Furthermore, the three-dimensional growth method of the micro three-dimensional structure of the present invention is a planar structure extending from the base portion by moving the beam in a stepwise manner in the direction of climbing the stage inclination angle while swinging the beam in a direction orthogonal to the base portion. The formation including the lower part of the body was made possible.
[0014]
The focused ion beam apparatus of the present invention is a device having a drive mechanism of five axes (x, y, z directions and rotation, tilt) or more, and further has a further rotation mechanism at the top so as to be orthogonal to the sample stage. Since it was provided, various formations including downward growth of 3D structures by deposition were made easy.
In addition, the three-dimensional growth method of the micro three-dimensional structure according to the present invention includes the six axes (x, y, z directions and rotation × 2, tilt) provided at the top so that the rotation axis of the rotation mechanism is orthogonal to the sample stage. ) Deposition technology that uses the focused ion beam device with the above drive mechanism to move the ion beam irradiation area sequentially and grow it horizontally, deflection scanning control, and driving of the stage such as tilt and rotation Since it can be combined with control as appropriate, various three-dimensional structures including downward growth can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of realizing downward growth of an ultrafine three-dimensional structure by the method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a relationship between a tilt angle of a stage and a structure growth direction based on a moving direction of a beam irradiation region.
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of realizing the growth of an ultrafine three-dimensional structure that bends up and down by the method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of realizing planar growth of an ultrafine three-dimensional structure by the method of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a general configuration of a focused ion beam apparatus.
FIG. 6 is a diagram for explaining a phenomenon of deposition using a focused ion beam as a basis of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 Ion
Claims (6)
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。Deposition technology using a focused ion beam device,
Spraying a deposition source gas, irradiating a beam, and forming a base part;
Tilting the sample stage on which the foundation portion is placed ;
The growth method of a fine three-dimensional structure by CVD and a step of sequentially moving the irradiation area upwardly of the inclined surface of the sample stage irradiates the basis portion of the beam.
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。Deposition technology using a focused ion beam device,
Spraying a deposition source gas, irradiating a beam, and forming a base part;
Tilting the sample stage on which the foundation portion is placed ;
Sequentially and step of varying the tilt angle of the sample stage is moved, growth method of a fine three-dimensional structure by CVD with an irradiation region irradiates the beam to the base portion.
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。Deposition technology using a focused ion beam device,
Spraying a deposition source gas, irradiating a beam, and forming a base part;
Tilting the sample stage on which the foundation portion is placed ;
Growth method of the, and moving stepwise the inclination angle climbing direction of the sample stage shaking in a direction perpendicular to the beam to the base portion by CVD with a fine three-dimensional structure.
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。In a focused ion beam apparatus having a drive mechanism of 5 axes (x, y, z directions and rotation, tilt) or more,
A focused ion beam device characterized by facilitating formation including a downward growth of a three-dimensional structure by deposition by providing a further rotation mechanism at the uppermost position so as to be orthogonal to the sample stage.
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、 The stage drive mechanism includes a three-axis drive mechanism in the x, y, and z directions, a rotation drive mechanism, and a tilt drive mechanism.
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。 The rotational drive mechanism is a focused ion beam device installed on the tilt drive mechanism.
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