2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of multi-focused ion beams for highly functional nano-dimension free processing
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16H02093
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
桑野 博喜 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (50361118)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
LE VANMINH 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (60765098)
大口 裕之 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (40570908)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 集束イオンビーム / MEMS / マルチ集束イオンビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イオンエミッタの構成法としてSi基板の表面と平行に集束イオンビーム放出するin-plane型とSi基板に垂直にビームを放出するout-of-plane型についてその作製法、ビーム電流特性について検討した。新たに発案したin-plane型については電界分布等をシミュレーションにより計算して設計を行い、マイクロマシニングにて試作した。また、ビーム電流などがほぼ設計値通り放出されていることを確認した。イオン液体のエミッタ先端への供給が確実に行われることと、その供給量が制御できることを明らかにした。
一方でout-of-plane型では、イオン液体貯蔵部を設計し、継続的にイオン液体がエミッタ先端に供給される機構を設計した。マイクロマシニングにより、イオンエミッタ下部からイオン液体を供給する機構が実現できることを確認した。
Siマイクロマシニングにより作製したエミッタアレイによりイオン液体電界放出型イオン源アレイを適用してSiエッチング特性を把握し、イオン液体イオン源によるSiエッチングメカニズム解明をエッチング部周辺のガス雰囲気を質量分析計を駆使して行った。Siエッチング面表面のXPS分析と合わせてエッチング雰囲気の質量分析により、イオン液体のFフラクションがエッチングに大きく関与しておりSiFｘという気体となってエッチングされることをほぼ解明した。一方でエッチング条件によっては表面にはエッチングしきれないCなども残留する可能性があることが示唆された。
エミッタアレイ、レンズ系およびターゲット近傍の電界シミュレーションにより、エミッタ先端のみでなく、周辺の根本部などもイオンの集束化に影響を与える可能性があることを明らかにした。エミッタ保持部の影響を受けないようなイオンエミッタ構成をイオン液体供給口を含めて設計・試作し、イオン電流放出実験によりその効果を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画の通り以下の検討項目を実施した。
(１) 電界放出型イオン源アレイ構成として新たに考案したin-plane型を設計・試作し、その機能を確認した。さらにin-plane型、out-of-plane型の双方のイオン液体供給制御について設計・試作を行い、その妥当性について明らかにした。
(２) 試作したイオン源アレイにより各種イオン液体を用いてSi基板のマイクロマシニングを行い、Si基板エッチングメカニズムおよび表面残渣成分について明らかにした。
(３）in-plane型、out-of-plane型双方のイオン源アレイおよびマイクロレンズアレイについてイオン液体を用いた集束イオンビームについて電界シミュレーションを行い実験結果との相関を検討した。イオン源アレイ、マイクロレンズアレイのみで無く保持部、イオン引き出し部形状などを考慮すれば、正確なシミュレーションが可能であることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
Siマイクロマシニングにより製作したマルチ集束イオンビーム源についてより高密度なビーム源が期待できるout-of-plane型に焦点を絞り、プロトタイプ装置の試作に向けて設計を行い、試作により実証する。
新加工法の検討についてエッチング、表面修飾、イオン注入などを想定し特に、Siとイオン液体中の各種元素、特にF, Cl, Cなどに着目して多種・多様な加工法が可能であることを実証する。特にエッチングではF成分の多いイオン液体を用いて（例えばEMI-BF4など）Si基板をエッチングし、各種条件下のエッチング深さを同定し、エッチング中の質量分析と合わせてエッチング面のAFM観察およびXPS観察を行い、化学反応の効果を明らかにし、スパッタ率増最大化条件を明らかにする。
イオンビーム構成原子、分子の同定およびエッチングメカニズムの解明のためにイオンビームそのものの解析を進める。このため、ビーム中のイオン種および中性分子種の同定を進めるとともにそれぞれのエネルギー分布の測定を進める。
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