ナノ集束ガスイオンビーム発生装置の開発

nano tech 2009 Booth F-31
ナノ集束ガスイオンビーム発生装置の開発
キーワード：イオン顕微鏡、FIB
株式会社神戸製鋼所
概要
本助成事業では、高分解能・高感度なイオン顕微
し、表面観察・微細加工が行
鏡(図 1)の実用化を目指し、急峻な圧力勾配形成を特
えるシステムとして、エレク
徴とする高輝度ガスイオンビーム発生装置の開発を
トロニクス、バイオサイエン
行っています。この発生装置をキーパーツとして、
ス、素材など様々な分野にお
現在の Ga 金属ビームで問題となっている試料損傷
ける開発力強化に貢献し
や汚染のない収束イオンビーム(FIB)装置を実用化
ます。
図 1 高分解能・高感度
イオン顕微鏡イメージ
成果
[1] 電界電離イオン
電界電離イオン源
イオン源の原理
20µm
先端 100 nm 以
図2
下の先鋭電極と対
電極
Heガス
向した電極との間
と、先端には数十
V/nm もの強電界
が形成され、He な
ガスノズル
微小開孔
からの
ガス噴出
イオン化
高真空
領域
イオン
輸送領域
0-数10µm
に電圧を印加する
W
電極
数-数10µmφ
ノズル
図 4 保護膜を成膜した先鋭電極の光顕像(左)と、
どのガスは電界電
製作したイオン発生部の SEM 像(右)
離しイオンとなる。イオン発生は、先端の微小領
域に限られるため微小起点からのイオンビーム
を得ることが可能となり、収束に適しています。
[3] イオン発生部
イオン発生部の
発生部の開発
[2]で設計した構造を、MEMS 技術を応用して製作
しました。数十 µm の微小開孔に先端径数十 nm の
[2] 希薄気体
希薄気体シミュレーション
気体シミュレーションによる
シミュレーションによるイオン
によるイオン発生部
イオン発生部
繊細な先鋭電極を高精度に配置
の構造設計
するために、先鋭電極への保護
先鋭電極先端のイオン
先鋭電極
スノズル内への位置合わせ→保
ガスノズル
化領域とイオン輸送領域
のガス圧力を分離する急
護膜エッチング、のプロセスを
激な圧力分布を形成する
開発しました。これにより、ノ
イオン発生部の独自構造
ズル中心から先鋭電極先端が突
真空
(図 2)を希薄気体シミュレ
ーション(モンテカルロ直
図 3 希薄気体シミュ
接シミュレーション)を用
レーション例
功しました(図 4 右)。
数十 µm のガスノズルから先鋭電極先端が突き出す
発生したイオンを高効率に輸
ように配置することで、発生イオン量が大きく、輸
送し、50nm に収束する、静電レ
送領域での損失が小さなイオン発生部を実現できる
ンズ光学系(図 5)の開発を行っ
ことがわかりました。
ております。
連絡先
〒651-2271
電子技術研究所
兵庫県神戸市西区高塚台 1-5-5
ガンレンズ
アライメント器
出したイオン発生部の製作に成
[4] イオン輸送
イオン輸送・
輸送・収束部の
収束部の開発
いて設計しました。穴径
株式会社神戸製鋼所 技術開発本部
イオン発生部
膜成膜(図 4 左)→先鋭電極のガ
Tel:078-992-5613
Fax:078-992-5650
対物レンズ
電界偏向器
試料
図 5 イオン
輸送・収束部