JPH09511691A

JPH09511691A - 超高真空集束イオンビーム微細削り機及びそれによる物品

Info

Publication number: JPH09511691A
Application number: JP8523682A
Authority: JP
Inventors: ラマルテイーヌ，ブルース，シイ．; スタツツ，ロジヤー，エイ．
Original assignee: ザリーヂエントオブジユニバーステイオブカリフオルニア
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1996-02-01
Publication date: 1997-11-25
Also published as: CA2186893A1; EP0755547A1; BR9605801A; MX9604457A; DE69635701D1; EP0755547B1; AU708885B2; US5721687A; CN1150482C; CN1148436A; ATE315255T1; WO1996024107A1; EP0755547A4; AU4967796A

Abstract

(57)【要約】薬品を用いない環境で高いアスペクト比を得ることのできる超高真空集束イオン・ビーム微細削り装置及び方法が開示される。超高真空チャンバー（１０）は、ターゲットの基板を観察するため、ターゲットの基板をフィルムに撮影するため、ターゲットの基板を挿入または操作するため、及びターゲットの基板の各種分析を行なうための多数のポートを含む。ポート（１２）は、観察用のポートとし、ポート（１４）は、カメラ用のポートとして使用することができる。さらに、微細削り法を用いた耐久性データ記憶媒体が開示される。該耐久性データ記憶媒体は、例えば、デジタルまたは英数字キャラクタならびに図形またはキャラクタを記憶することができる。

Description

【発明の詳細な説明】超高真空集束イオンビーム微細削り機及びそれによる物品発明の分野本発明は、材料を高いアスペクト比で微細削りを行なう方法及び該方法によって製造される高密度耐久性データ記憶媒体などの物品に関する。本発明は、エネルギー省との契約の結果として得られたものである（契約番号Ｗ−7405−ENG−3 6）。発明の背景イオン微細削りは、現在、約10^-6Torrの中度の真空のもとで行なわれる。削られた深さと水平の切開幅の比であるアスペクト比は、システム内部の残留ガスによってスパッタリングされた材料が分散し再堆積されるために、通常、約10程度に限定される。アスペクト比の高い削りを行なう方法が求められている。情報あるいはデータ記憶装置は、今世紀の間にめざましく発達したが、長期記憶装置及び記憶されたデータの読み取りには大きな問題が残されているといえる。ローセンバーグは、1995年「サイエンティフィック・アメリカン」の42−47ページに文書の耐久性に関連する諸問題を記載している。情報またはデータ記憶装置による記憶には、一般に磁気または光学記録キャリアが用いられる。近年、平坦な金属面に形状変化を与えることによって記憶情報の書き込み及び読み取りを行なうために走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を使用する研究が行なわれている。「J．Vac．Sci．Technol．Ｂ」12巻、２号、515−529 ページ（1994）は、ナノメートルの次元の構造物の製造に用いるＳＴＭ及び他の走査探測顕微鏡検査法ならびにこの種のナノメートルの次元の構造物の時間的安定性の限界に関する未解決の諸問題を論じている。他の参考文献としては、平坦なシリコン基板上の金の膜に直径約 50ナノメートル（nm）深さ約10nmのナノメートル次元のクレーターを微細加工するためにＳＴＭを使用することを記載したアダムチャック等の「超顕微鏡検査法」45巻、１−４ページ（1992）、大気中でＳＴＭを走査して平坦な金の基板に直径約２nm深さ約１nmのナノメートル次元のクレーターを電子エッチングすることを記載したリー等の「Appl．Phy．Lett．」54巻、15号、1424−1426ページ（198 9）、ＳＴＭを用いて表面に新物質（有機金属ガスからのカドミウム）を堆積してサブミクロンの金属機能体を直接書き込むことを記載したシルバー等の「Appl ．Phy．Lett．」51巻、４号、247−249ページ（1987）、表面拡散によるＳＴＭを用いた表面の改変について記載し高密度記憶装置の可能性を述べたエイブラハム等の「IBM J．Res．Develop．」30巻、５号、492−499ページ（1986）を挙げることができる。現在のデータ記憶装置は、それぞれが、媒体の長期安定性あるいは耐久性の問題を含めてなんらかの問題をもっている。本発明の一つの目的は、約10以上、好ましくは約50に達する高いアスペクト比での削りの方法を提供することである。本発明の他の一つの目的は、本発明にもとづく微細削り法によって形成製造される物品を提供することである。この種の物品としては、例えばデータ記憶媒体を挙げることができる。発明の概要上記の本発明の目的及び他の目的を達成するため、以下に実施形態によって詳細に説明するように、本発明は、ターゲット基板内部に高いアスペクト比の微小構造を機械加工する方法において、ターゲット基板を超高真空環境内に置く工程、前記ターゲット基板内に削られた微小構造の形成中にコンピュータ制御集束イオンビームを使用するためのコンピュータ・データ・ファイルを生成する工程、及びターゲット基板を該コンピュータ・データ・ファイルを使用したソフトウエアによって制御されるコンピュータ制御集束イオンビームに露光させる工程からなり、それによって、前記ターゲット基板内に高いアスペクト比の削られた微小構造を形成する方法を提供するものである。本発明は、さらに、内部にキャラクタが削られ、削られたキャラクタが約１ないし約50の深さ対幅のアスペクト比を有する基板からなる耐久性データ記憶媒体を提供するものである。該データ記憶媒体は、デジタル・キャラクタ、英数字キャラクタ、記号キャラクタ、及び３次元図形キャラクタ、及びハーフトーン及びグレースケール画像含むグループから選ばれる削られたキャラクタを含むものとすることができる。図面の簡単な説明第１図は、本発明にもとづく超高真空−集束イオンビーム・システムを用いたチャンバーの平面図である。第２図は、イオンミル・バージョン2.5がパターンを削る方法を示すために格子線を85度回転させて解像度の詳細を示す図である。第３図は、英数字の削りを行なうための生Ｉ（ｘ、ｙ）ファイルを示す図である。第４図は、３−Ｄイオン削りに用いる目的でMathcad内部で実行される第４世代ソフトウエアから数学的に生成される形状の例を示す図である。第５図は、第４図の３−Ｄイオン削りで削られる構造の原子力顕微鏡像を示す図である。第６図は、本発明にもとづく方法で形成することのできる帯域フィルターを示す図である。詳細な説明本発明は、ナノメートルの次元の微小構造を製造するための微細削り法及び該方法によって製造される物品に関する。本発明の方法では、微細削りは、超高真空すなわち約10^-9Torr好ましくは約50ないし約120ピコTorr（6.3×10^-11−1 .6×10^-10ミリバール）の範囲の極超高真空のもとで行なわれる。本発明のにもとづく微細削り法は、削られた深さ対水平切開（幅）の比であるアスペクト比を約10以上通常は約50程度の高い値とすることができる。このような高いアスペクト比のために、本発明の方法は、横方向がサブミクロンの次元での二分及び深いならい削りを行なうための貴重な手段として用いることができる。これによって、例えば、本発明の方法に用いる装置と共に適当なオージェ分析器または２次イオン質量分析計を用いて集積回路内の深い位置でのサブミクロンの金属の欠陥分析を行ない、汚染元素の追跡検査を行なうことが可能となる。本発明の微細削り法は、超微小な化学、電子、及び機械センサーのための高いアスペクト比をもつ梁、レバー、コンデンサ、レンズ、回折格子、導波管、帯域フィルター、アンテナ、ファスナー等の製造に用いることができる。さらに、該微細削り法は、適当な基板上にデータを記録するためにも用いることができる。基板上へのキャラクタなどのデータの記録には、デジタル・キャラクタあるいは数字キャラクタ、英字キャラクタあるいは英数字キャラクタ、図形または記号キャラクタすなわち３次元（３−Ｄ）図形または画像の形のキャラクタなどを用いることができる。「キャラクタ」とは、一般に、書き込み系または通信系に用いるすべての記号を意味し、本発明のデータ記録方法に関しては、背景となる基板表面から区別することのできるすべての特徴を含むものとすることができる。２進系のデータの記録にも用いることができるが、その場合には、２進データ・キャラクタは、基板の上の一個の表面の凹部または基板の上にそのような一個の表面の凹部のないことによって表わされる。アナログ・データ系の形成も可能であるが、その場合には、グレースケールまたはハーフトーン画像が制御ファイルの削りに変換され、各画素の滞在時間は元のグレースケール値に比例した対応関係をもつ。位相感知光学顕微鏡、例えばミローまたは他の適当な干渉計を用いて読み出せば、グレースケール像を観察することができる。次に、干渉計の像の各画素の空間位置及びグレースケール値がフレーム・グラバー付きＣＣＤカメラ上に補足され、続いて、例えばグレースケール値を含むルックアップ・マップからビットマップに一つの色値を割り当てる着色法によって着色処理される。第１図は、本発明の実施するにあたってあるいはデータ記憶媒体の形成に使用することのできる超高真空−集束イオンビーム・システムを用いたチャンバーを示す。第１図において、超高真空チャンバー10は、ターゲットの基板を見るため、ターゲットの基板をフィルムに撮影するため、ターゲットの基板を挿入あるいは操作するため、及び２次電子放出等ターゲットの基板の各種分析を行なうための多数のポートを含む。ポート12は、観察用ポートとし、ポート14は、カメラ用ポートとして使用することができる。他にも、観察用ポート16、18及びポンプ用ポート20が示されている。他のポート22には、適当なソフトウエアによって駆動されるイオンビーム銃が配設されている。追加の削りを高速で行なう必要がある場合には、複数のイオンビーム銃を使用することもできる。従来の削りシステムとは異なり、本発明の方法は、薬品を使用しない環境で高いアスペクト比を得ることができる。すなわち、10以上で少なくとも約50までのアスペクト比を達成するために、本発明を用いたシステムに薬品を使用する必要はない。「薬品の使用」とは、スパッタリングされた材料と反応させるためまた再堆積を少なくするために加えられる塩素等の反応性ガスの使用を意味する。本発明の微細削り法によって削ることのできる材料には、イリジウム、タンタル、タングステン、モリブデン、ニオブなどの溶解しにくい金属、周期律表の遷移金属の第１行の元素すなわちスカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅など、及びシリコン、ヒ化ガリウムなどの真空で使用できる半導体が含まれる。その他の材料としては、削り加工中に付随電荷を補助電子銃または他の適当な手段によって補償することのできる場合のアルミナ、ルビー、サファイア、シリカ、クォーツなどの高温絶縁体を挙げることができる。本発明の微細削り法の一実施形態にあっては、透過回折格子を製造し、それを赤外帯域フィルターとして使用した。格子の一材料として、厚さ約２−５ミクロンの導電性膜であるパルス・ガス・アルミナを用いた。膜を完全に通すように削った回折素子を規則的に配列し、該配列を通る回折強度を通常のレイリー光学計算でモデル化した。その結果、第６図に示すような形と寸法の格子が得られ、予想どおり11−12ミクロン（赤外）の主帯域が生成された。この方法は、得られた回折格子が、ドイツ国カルルスルーエのマイクロパーツ・ゲゼルシャフト・フュール・ミクロシュトルクトゥールテヒニーク社による通常のLIGA（シンクロトロンＸ線リソグラフィー及びエレクトロフォーミング）が1993年５月ごろ発表した回折素子より小さいことから、それに代えて使用することができる。イオンビームのスポットの大きさをきわめて小さくすることができるため（約50nm以下）、超高真空集束イオン微細削り法の使用範囲をかなり広げて、許容できる高い透過率で紫外線または可視光線を通過させる透過回折格子を生成するために使用することが可能である。本発明の微細削り法の他の実施形態にあっては、微細削り法を例えば金属及び半導体の上にデータを記憶させるために使用することができる。このようなデータ記憶は、高密度で行なうことができ、またその耐久性も高い。「高密度」とは、直径約1／16インチ、長さ約１インチの小さいほぞ状の媒体を削って生成された約１ミクロン四方のキャラクタを約１ギガバイトの量のASCII情報まで保持できることを意味する。ただし、ここでは１ラテン文字が８ビットまたは１バイトと等価であると仮定する。比較のためにいうと、2進法では、同じ空間に４ギガバイトの情報を書き込むことができる。本発明のデータ記憶媒体は、データの記憶のためのきわめて耐久性の高い媒体であり、通常、電磁パルス、無線周波（RF）干渉、磁場、水、アルコール、アセトン等の一般的な溶剤、熱勾配、及び火災にも耐えることができる媒体である。該データ記憶媒体は、磁気／磁気光学媒体と比較して信頼性が高く、したがってバックアップ・データを用意する必要性をなくし、実際の基板の面からデータの記憶に要する資本費用を低くする効果がえられる。例えば、データを削るための実際の記憶材料としてスチールのほぞ状ピンを使用することができる。その他、キャラクタ・エッチ削りが環境に優しい乾式法であること、媒体が時間とともにもろくならないこと、必要な場合には媒体の研削及び研磨によって媒体をリサイクルまたは再使用できること等の点でもこの媒体は効果がある。本発明の微細削り法をデータ記憶装置に適用した一実施形態にあっては、適当な基板を、２進キャラクタの一つ、すなわち一またはゼロをあらわす一連の個々の表面の凹部を予備削りして予備的にフォーマット化した媒体とすることができる。その後のデータ記憶システムの過程を加速する一つの方法では、予備削りされた基板が基板自身の材料より容易かつ迅速に除去可能なオーバーコートで埋め戻される。その後は、２進キャラクタの表示を変える必要のあるキャラクタのみの部分でオーバーコート材料を除去することができる。他の一つの方法では、適当な基板の上に２進キャラクタの一つ、すなわち一またはゼロを表わす一連の個々の凸部を予備形成する。このような予備形成には、厚さが約75ミクロンまでのポリビニルアルコール、ポリスチレン、及びスピンオン・ガラスを使用することができる。その後は、予備形成された材料の凸部の中の２進キャラクタの表示を変更する必要のあるキャラクタのみを除去することができる。データの長期保存に関連して生じる問題の一つに、書き込まれてから数百年さらには数千年後にデータをどのような方法で読み取るかという問題がある。データ記憶装置に関する本発明の微細削り法の効果は、同じ媒体上にいくつかの異なるフォーマット及び密度でデータを記憶させることができる点にある。例えば、データを記憶するために用いられるプロトコルは、単純な道具を用いるかまたは単に視覚によるかあるいはわずかに拡大するだけで人が読み取ることのできるデータ密度（寸法）で書き込むことができる。次に、このプロトコルを用いて、より高い密度（小さい寸法）及び異なるフォーマットで書かれた残りのデータを読み取ることができる。したがって、実際、記憶装置からの情報の引き離し及び検索方法が得られまた遠い将来記憶されたデータを読み取るために用いる必要なキーを提供するある種の「ロゼッタの石」をつくることができる。本来の「ロゼッタの石」とは異なり、本発明の記憶媒体は、大きさが一つだけではなくさまざまに異なる情報を用い、また、本発明のデータ記憶媒体は、実際のデータを繰り返して使用せず、単に残りのデータを読み取るためのキーを提供するものである。本発明のデータ記憶システムは、単一の記憶媒体に複数の異なる種類の情報を記憶させることができる。すなわち、英数字及び図形または記号キャラクタを単一の基板に削り込むことができ、いずれの種類の情報も検索することができる。他の一つの方法では、寸法の異なるキャラクタを単一の基板に削り込むことができる。異なる寸法の中には、大量のデータを効率的に記憶させることを目的とした小さい寸法や視覚的に肉眼で読み取ることを目的とした大きい寸法を含めることができる。このようにすれば、大量のデータを一つの基板上に記憶させることができ、しかも後日それも遠い将来このデータ記憶システムを見た人にも、該基板上に情報が記憶されていることが明かとなる。さらに、基板上に、直接、小さい寸法のキャラクタの読み取り方法に関する大きい寸法の説明を含めることができる。そのようにすれば、大きい寸法の構造の周囲の基板の残る部分さらには大きい寸法のキャラクタが削られた部分の中に小さい寸法のキャラクタを含めることもできる。本発明の他の一実施形態にあっては、微細削り方法をアンテナの形成に使用することができる。基本的なモノポール・アンテナは、帯域フィルターとして作用する共振構造体であるため、問題の周波数が該アンテナの帯域内にあると、アンテナの出力に信号が現われる。無線波（RF信号）は、通常、誘導変異場検出器すなわちアンテナを用いて検出される。一連のアンテナの配列を用いれば、信号対雑音比を改善ししたがってアンテナ・システムの性能を改善する効果が得られる。本発明の微細削り方法を用いれば、きわめて小さいアンテナ及びアンテナの配列を生成することができ、そのような小さい寸法のアンテナ及びアンテナの配列は、受信可能な周波数を増やすことに役立つ。一つの用途としては、容量性電荷結合素子（CCCD）に小さいアンテナを接続し、それによってRF信号を光源として用いて「画像」を生成することが挙げられよう。データ記憶装置のための微細削り法にあっては、デジタル、英数字、及び３− Ｄ次元映像データを生成するために三つの別個の手順を用いることができる。いずれの手順も、最終的にはミルストリーム・ファイルと呼ばれるファイルを生成するもので、このファイルは、市販のデジタル／アナログ変換器を用いて迅速に読み取り処理することができる。該ファイルは、下に示す形式をとる。ｓｎｆｔ［１］ｘ［１］ｙ［１］ − − − ｔ［ｎｐ］ｘ［ｎｐ］ｙ［ｎｐ］、ただし、ｓ＝３次元モード識別名、ｎｆ＝フレーム反復数、ｎｐ＝データ行の総数、ｔ［ｉ］ｘ［ｉ］ｙ［ｉ］ｔ［ｉ］＝ナノ秒単位のビーム滞在時間、ｘ［ｉ］＝デジタル／アナログ変換器ユニット（０−4095）内の水平位置、ｙ［ｉ］＝デジタル／アナログ変換器ユニット（０−4095）内の垂直水平位置である。ｓ、ｎｆ、及びｎｐの入力は、集合的にミルストリーム・ヘッダーと呼ばれるものである。使用されるデジタル及び英数字データ・モードは、実際には、３次元映像削りの制約された事例である。単純なライン及びボックスの削りには別個のソフトウエアを使用することができ、この種のソフトウエアは、FEI社からIonmillバージョン2.5として市販されている。イオン削りの制御のためのデジタル・データの処理は、次のように行なうことができる。まず、デジタル・データを数学的に導くかまたはMathcad内部で実行するように開発された下記のソフトウエアを用いた市販の数字及び図形パッケージであるMathcad4.0によって読み込む。例として、下記のような１及び０からなる交互の配列を用いて対応するイオン・ビーム滞在時間のデジタル・アレーを生成した。０１０１０１０１１１１１１１１１０１０１０１０１Ｆ＝１１１１１１１１０１０１０１０１１１１１１１１１０１０１０１０１１１１１１１１１その後のイオン削りで用いるテスト・パターンを生成することができる。例えば、下記のようなソフトウエアの例の中で上に述べたデジタル・アレーを生成することができる。セットアップ計算指数デジタル・アレーの生成（他の式を用いることも可能）Ｘ、Ｙアレーの生成ＤＡＣユニット内の滞在（ｘ、ｙ）のミル・ファイルの生成ｎ、ｍ、Ｄ、Ｔ、及びＥの値あるいはパラメーターを調節することによってこの例のバリエーションを得ることができる。これらの中間ファイル（例、ＮＧＲＡＴＥ２．ｐｒｎ）は、左に位置調節され、ｔ、ｘ、ｙの値を分けるのは一つのスペースのみである。これが、ＦＥＩ社から市販されているイオンミル・ソフトウエア・パッケージに必要なファイル構造である。その後のファイル処理には、マイナス符号を除去して位置を一つ左にずらし、適当なヘッダーを付けることが必要となる。これは、ＢＡＳＩＣで変換ルーチンを書いて中間のｘｘｘ．ｐｒｎファイルから最終のｘｘｘ．ｓｔｒミル・ファイルを生成するために便利なことが明らかにされている。好ましいファイル変換ルーチンの例を下に示す。あるいは、上の目的のために任意のテキスト・エディター・パッケージを用いてファイルの変換を行なうこともできる。便利なパッケージとしては、ウインドウズ・バージョン2.0用Microsoft Word「見つけて置換」機能を挙げることができる。通常、「見つける」操作によって例えば「“−”」を見つけ、「全部置換」操作を用いて「“ ”」へ変換することができる。これで、左への位置のずらしが自動的に行なわれる。ここで、処理ずみファイルをｘｘｘ．ｔｘｔとして記憶させることができ、最後に、ｘｘｘ．ｔｘｔファイルにミルストリーム・ヘッダーを付けてFEI社のIonmillソフトウエア・バージョン2.5とコンパチブルなｘｘｘ．ｓｔｒファイルとして記憶させることができる。人が読める文字など英数字データ、露光マスク、ビジネス・カード・ロゴ、あるいはフラットベッド・スキャナ内に置いてグレースケール像を生成することのできる品目、あるいはビデオ・フレーム・グラバーの出力などがこのカテゴリーに入る。一般に、処理の仕組みは、（１）品目（例：教科書の一ページ）を走査し関連する映像区域を電子的に摘み取る、（２）選択した区域のコントラストを強める、（３）白黒像に変換する、（４）変換した像を例えばPostScript（後書き）ファイルとして保管する、（５）PostScript（後書き）ファイルからヘッダー及びフッター（脚注）を除去して受注Ｍａｔｈｃａｄファイルとして保管する、（６）黒い区域（例：黒くプリントされたテキスト）に滞在時間を割り当てる、（７）ファイルをベクトル化する（すなわち、不必要な白い区域からデータを除去する）、（８）デジタル・データについて上に述べた方法を用いて例えば第３図に示すような最終のミルストリーム・ファイルを生成する、ものである。作業（１）−（４）は、メニュー機能を用いるＩＢＭ−ＰＣアダプターの付いたエプソンES−300−Ｃフラットベッド・スキャナを用いて、 Colorlabバージョン4.0と呼ばれる市販のスキャナ・パッケージの中で行なうことができる。作業（５）は、削除機能を用いて、ウインドウズ・バージョン2.0 用Microsoft Word内で行なうことができる。作業（５）−（６）は、下に示す例のようにMathcad内部で実行するように開発された付加的ソフトウエアを用いて行なうことができる。このソフトウエアは、Colorlab内で生成されたファイルをプリントされたロゴを走査して白黒のPostcriptファイルにすることで読み取るように設計されている。次に、Microsoft WinWord内で、Postscriptヘッダー及びフッターを除去し、グレースケール・テキスト０−Ｆ（16進）を０−９（10進）で置換し（本発明の発明者等は０−１（10進）という最も単純な事例を選んだ）、キャラクタを一つ置きにスペースで置換してデジットが一個づつ認識できるようにする（WinWor d内のきわめて大きい寸法のページを参照）。解像度の損はないが、WinWord内の列の数は倍になる（この例は、721piで実行された）。ファイルは、239行と78／２＝39列の構造のMathcadファイルのlanlblk．prnとして記憶させた。ロスアラモスのロゴは、次のようになる。注：イオン・ミル・ファイル内に正しい位置を生成するためにはＱＲの鏡像が必要である。作業（７）は、デジタル・データに関して上に説明したようにして行なうことができる。あるいは、作業（３）−（５）をとばして、グレースケール像をＴＩＦＦ（ｘｘｘ．ｔｉｆ、若干のフレーバー）、Windows Bitmap（ｘｘｘ．ｂｍｐ）、Wind ows Paintbrush（ｘｘｘ．ｐｃｘ）、ＴＡＲＧＡ（ｘｘｘ．ｔｇａ）、またはグレースケールPostcriptファイル（ｘｘｘ．ｅｐｓ）として保管することもできる。次に、ソフトウエア・パッケージMochaバージョン１．１内部のメニュー・コマンドを用いて画素の強度をアレー・フォーマットで抽出し、コンマまたはスペースで境界を定めたASCIIストリング・ファイル（ｘｘｘ．ｄａｔ）として記憶させる。次に、下に示す例のようにMathcad内部で実行するために書かれた他のソフトウエア・ルーチンによって作業（６）が完了する。このプログラムは、Mocha Ｖ１．１の作業シートから画素強度を抽出し、その後のIonmill ｘｘｘ．ｓｔｒファイルのためのIonmill ｘｘｘ．ｐｒｎ先駆ファイルを生成する。Ｎ＝ｘ要素の＃、Ｍ＝ｙ要素の＃、Ｐ＝画素の＃＝行（Ｍｔ）。最初の読み取りファイルは、lanllog．datである。他のファイルの読み取りには必要に応じて変更を行なう。他の変更：ＷＲＩＴＥＰＲＮ（lanlmoc）。本発明の発明者等は、ミル・ファイルの寸法を基本画素のみに縮小するベクトル化ルーチンも組み込んだ。 Ionmill先駆ファイルの構成に用いるためのPostcriptファイルの構造は、キャラクタの「ｊ」×「ｉ」の指定を含むｘｘｘ．ｅｐｓヘッダーを必要とする。次に、テキスト・エディター内でキャラクタの間にスペースを加えて対応するファイルの寸法が倍になるようにする。例：78×70は、156×70となるが、解像度は損失する。これらのファイルは、Ionmillソフトウエアの収容限度まで処理することができる。ただし、テキストの走査像は、三角法の方向すなわち反時計回りにに＋90度回転する必要があることに注意が必要である。さもないと、Ionmill ファイルのための正しい方向を生成するためには、きわめて遅いマトリックス変換機能が必要となる。３−Ｄ映像データは、実際には、基板材料内にイオン削りされた３−Ｄ構造として記憶される。このカテゴリーのすべての構造は、従属変数関数として数学的に下記の式で表わすことができる。 z＝t（ｘ、ｙ）これには、あたえられる一組のｘ及びｙに対してｔには一つの値しか許されないという制約もある。物理的には、これによって、イオン・ビームの視線から外れたすべての場所での削りが除外される。しかし、このｚの単一の値という制約は、異なる方向から順次構造的に削ることによって除去することができる。単一の方向の３−Ｄ削りは、通常、配列ｚ［ｉ、ｊ］を計算し、検査のためにプロットしてそのグラフを作成し、デジタル及び英数キャラクタ・データの場合にはすでに述べたと同じ形式のイオンミル先駆ファイルを生成して行なう。ミルストリーム・ファイルを得るためのその後の処理は、すでに述べたとおりである。これまでに削られた各３−Ｄの形状に関する別個のソフトウエア・ルーチンについてもすでに述べた。加工形状に関する方程式は、それぞれ固有のものであるが、配列のインデックス付け、データのフォーマット化、及びファイルの書き込み及び変換の仕組みは、このカテゴリーのすべての形状に関して同じである。下に示す例は、３−Ｄ機能（この場合には、ねじ溝）を生成するために必要な典型的なソフトウエアである。第４図は、上のプログラムによって生成された３−Ｄ構造をプロットしたものを示す。第５図は、実際に削れられた構造の原子力顕微鏡像である。上に述べた手法を用いれば、本発明の方法を拡張して、ビデオ生成ＴＩＦＦ、Ｂｉｔｍａｐ、ＴＡＲＧＡ、または他の図形ファイルから抽出したグレースケールまたはカラー画像値にもとづいて３−Ｄの形状を削ることができる。これらの形状からのデータは、原子力顕微鏡法及び走査トンネル顕微鏡法などの走査探測手法から得られる深い情報から回収することができる。本発明は、下に示す例によって具体的に説明することができる。ただし、当業者には、さまざまな修正及び変更が可能なことが明らかであろう。例１アルファベットのすべての大文字及び小文字を含めて52の英数字キャラクタをタイプした。これらのタイプした文字を走査してデータ・ファイルとし、ＦＥＩイオンミル機械のソフトウエアが認識するようにミルストリーム・ファイルに変換し、該機械が高炭素鋼（ＨＣＳ）ほぞピンにキャラクタをエッチングあるいは微細削りした。キャラクタは、10ミクロンの大きさで、520平方ミクロンのほぞピン上の全スペースを埋めた。同じＨＣＳほぞピン上に付加的な４キャラクタを１キャラクタ当たり１平方ミクロンの大きさで書き込んだ。削ったデータとを検索するために、実際に削った表面を500倍に拡大にした走査ビデオ・プリントを市販の文字認識ソフトウエア・アプリケーションへ送り込んだ。このテストの結果、未熟練のレベルでも、キャラクタ認識プログラムが削られたキャラクタの大半を認識できることが示された。削られたキャラクタは、原子力顕微鏡法の測定限度で判定して、少なくとも15の深さ対幅のアスペクト比を有していた。以上、本発明を具体的かつ詳細に説明したが、このような詳細が本発明の範囲の限界を示すものとして理解されるべきではなく、本発明の範囲は、あくまで添付の請求の範囲によって確定されるべものである。

【手続補正書】【提出日】１９９７年１月２３日【補正内容】 1.明細書の第11頁、第16頁、第17頁、第18頁、第19頁をそれぞれ別紙の通りに補正する。０１０１０１０１１１１１１１１１０１０１０１０１Ｆ＝１１１１１１１１０１０１０１０１１１１１１１１１０１０１０１０１１１１１１１１１その後のイオン削りで用いるテスト・パターンを生成することができる。例えば、下記のようなソフトウエアの例の中で上に述べたデジタル・アレーを生成することができる。セットアップ計算指数デジタル・アレーの生成（他の式を用いることも可能）Ｘ、Ｙアレーの生成ＤＡＣユニット内の滞在（ｘ、ｙ）のミル・ファイルの生成ｎ、ｍ、Ｄ、Ｔ、及びＥの値あるいはパラメーターを調節することによってこの例のバリエーションを得ることができる。これらの中間ファイル（例 Colorlabバージョン4.0と呼ばれる市販のスキャナ・パッケージの中で行なうことができる。作業（５）は、削除機能を用いて、ウインドウズ・バージョン2.0 用Microsoft Word内で行なうことができる。作業（５）−（６）は、下に示す例のようにMathcad内部で実行するように開発された付加的ソフトウエアを用いて行なうことができる。このソフトウエアは、Colorlab内で生成されたファイルをプリントされたロゴを走査して白黒のPostcriptファイルにすることで読み取るように設計されている。次に、Microsoft WinWord内で、Post Scriptヘッダー及びフッターを除去し、グレースケール・テキスト０−Ｆ（16進）を０−９（10進）で置換し（本発明の発明者等は０−１（10進）という最も単純な事例を選んだ）、キャラクタを一つ置きにスペースで置換してデジットが一個づつ認識できるようにする（WinWor d内のきわめて大きい寸法のページを参照）。解像度の損はないが、WinWord内の列の数は倍になる（この例は、721piで実行された）。ファイルは、239行と78／２＝39列の構造のMathcadファイルのlanlblk．prnとして記憶させた。ロスアラモスのロゴは、次のようになる。注：イオン・ミル・ファイル内に正しい位置を生成するためにはＱＲの鏡像が必要である。作業（７）は、デジタル・データに関して上に説明したようにして行なうことができる。あるいは、作業（３）−（５）をとばして、グレースケール像をＴＩＦＦ（ｘｘｘ．ｔｉｆ、若干のフレーバー）、Windows Bitmap（ｘｘｘ．ｂｍｐ）、Wind ows Paintbrush（ｘｘｘ．ｐｃｘ）、ＴＡＲＧＡ（ｘｘｘ．ｔｇａ）、またはグレースケールPostCriptファイル（ｘｘｘ．ｅｐｓ）として保管することもできる。次に、ソフトウエア・パッケージMochaバージョン１．１内部のメニュー・コマンドを用いて画素の強度をアレー・フォーマットで抽出し、コンマまたはスペースで境界を定めたASCIIストリング・ファイル（ｘｘｘ．ｄａｔ）として記憶させる。次に、下に示す例のようにMathcad内部で実行するために書かれた他のソフトウエア・ルーチンによって作業（６）が完了する。このプログラムは、Mocha Ｖ１．１の作業シートから画素強度を抽出し、その後のIonmill ｘｘｘ．ｓｔｒファイルのためのlonmill ｘｘｘ．ｐｒｎ先駆ファイルを生成する。Ｎ＝ｘ要素の＃、Ｍ＝ｙ要素の＃、Ｐ＝画素の＃＝行（Ｍｔ）。最初の読み取りファイルは、lanllog．datである。他のファイルの読み取りには必要に応じて変更を行なう。他の変更：ＷＲＩＴＥＰＲＮ（lanlmoc）。本発明の発明者等は、ミル・ファイルの寸法を基本画素のみに縮小するベクトル化ルーチンも組み込んだ。 Ionmill先駆ファイルの構成に用いるためのPostcriptファイルの構造は、キャラクタの「ｊ」×「ｉ」の指定を含むｘｘｘ．ｅｐｓヘッダーを必要とする。次に、テキスト・エディター内でキャラクタの間にスペースを加えて対応するファイルの寸法が倍になるようにする。例：78×70は、156×70となるが、解像度は損失する。これらのファイルは、Ionmillソフトウエアの収容限度まで処理することができる。ただし、テキストの走五像は、三角法の方向すなわち反時計回りにに＋90度回転する必要があることに注意が必要である。さもないと、Ionmill ファイルのための正しい方向を生成するためには、きわめて遅いマトリックス変換機能が必要となる。３−Ｄ映像データは、実際には、基板材料内にイオン削りされた３−Ｄ構造として記憶される。このカテゴリーのすべての構造は、従属変数関数として数学的に下記の式で表わすことができる。 z＝t（ｘ、ｙ）これには、あたえられる一組のｘ及びｙに対してｔには一つの値しか許されないという制約もある。物理的には、これによって、イオン・ビームの視線から外れたすべての場所での削りが除外される。しかし、このｚの単一の値という制約は、異なる方向から順次構造的に削ることによって除去することができる。単一の方向の３−Ｄ削りは、通常、配列ｚ［ｉ、ｊ］を計算し、検査のためにプロットしてそのグラフを作成し、デジタル及び英数キャラクタ・データの場合にはすでに述べたと同じ形式のイオンミル先駆ファイルを生成して行なう。ミルストリーム・ファイルを得るためのその後の処理は、すでに述べたとおりである。これまでに削られた各３−Ｄの形状に関する別個のソフトウエア・ルーチンについてもすでに述べた。加工形状に関する方程式は、それぞれ固有のものであるが、配列のインデックス付け、データのフォーマット化、及びファイルの書き込み及び変換の仕組みは、このカテゴリーのすべての形状に関して同じである。下に示す例は、３−Ｄ機能（この場合には、ねじ溝）を生成するために必要な典型的なソフトウエアである。第４図は、上のプログラムによって生成された３−Ｄ構造をプロットしたものを示す。第５図は、実際に削れられた構造の原子力顕微鏡像である。上に述べた手法を用いれば、本発明の方法を拡張して、ビデオ生成ＴＩＦＦ、Ｂｉｔｍａｐ、ＴＡＲＧＡ、または他の図形ファイルから抽出したグレースケールまたはカラー画像値にもとづいて３−Ｄの形状を削ることができる。これらの形状からのデータは、原子力顕微鏡法及び走査トンネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．ターゲット基板内部に高いアスペクト比の微小構造を機械加工する方法において、ターゲット基板を超高真空環境内に置く工程、前記ターゲット基板内に削られた微小構造の形成中にコンピュータ制御集束イオンビームを使用するためのコンピュータ・データ・ファイルを生成する工程、及び、ターゲット基板を該コンピュータ・データ・ファイルを使用したソフトウエアによって制御されるコンピュータ制御集束イオンビームに露光させる工程からなり、それによって前記ターゲット基板内に高いアスペクト比の削られた微小構造を形成することを特徴とする方法。２．削られた深さ対削られた幅のアスペクト比が10対１より大きい請求の範囲１に記載の方法。３．前記方法が薬品を使用しない請求の範囲２に記載の方法。４．前記微小構造が帯域フィルターである請求の範囲１に記載の方法。５．前記微小構造がデータ記憶媒体である請求の範囲１に記載の方法。６．内部キャラクタが削られた基板を有し、前記削られたキャラクタが、約１から約50までの深さ対幅のアスペクト比を有することを特徴とする耐久性データ記憶媒体。７．前記削られたキャラクタが、デジタル・キャラクタ、英数字キャラクタ、記号キャラクタ、及び図形キャラクタからなるグループから選ばれるキャラクタである請求の範囲６に記載の耐久性データ記憶媒体。８．前記基板が、イリジウム、タンタル、タングステン、モリブデン、ニオブ、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、銅、ニッケル、コバルト、シリコン、金、スカンジウム、及びパルス・ガス・アルミニウムからなるグループから選ばれる材料でつくられる請求の範囲６に記載の耐久性データ記憶媒体。９．前記削られたキャラクタが、各々約１平方ミクロンを占める請求の範囲６に記載の耐久性データ記憶媒体。 10．前記削られたキャラクタが、各々約15ナノメートルの最小直径のスペースを占めるデジタル・キャラクタである請求の範囲６に記載の耐久性データ記憶媒体。 11．前記削られたキャラクタの各々が単一の凹部である請求の範囲６に記載の耐久性データ記憶媒体。 12．前記削られたキャラクタが、区別できる削られたキャラクタを含まないほぼ滑らかな表面を形成するレベルまでオーバーコート材料で充填される請求の範囲11に記載の耐久性データ記憶媒体。 13．前記削られたキャラクタの少なくとも一部分が、前記基板上にほぼ滑らかな表面を形成するのに十分なレベルまでオーバーコート材料で充填され、それによって前記削られたキャラクタの前記少なくとも一部分がキャラクタとして区別できなくなる請求の範囲11に記載の耐久性データ記憶媒体。 14．オーバーコート材料で充填された前記削られたキャラクタの少なくとも一部分が、前記オーバーコート材料が除去され、前記削られたキャラクタが、キャラクタとして区別できる請求の範囲12に記載の耐久性データ記憶媒体。 15．前記削りは、深さ及びアスペクト比が可変の画素として記憶されるデータをあらわし、前記データが、ハーフトーン像、グレースケール像、及びカラー像からなるグループから選ばれる映像として回収可能である請求の範囲６に記載の耐久性データ記憶媒体。 16．ターゲットとなる基板内部に高いアスペクト比の微小構造を機械加工するための微細削りシステムにおいて、チャンバー及びポンプ手段を含む超高真空システム、ターゲットとなる基板のホールダー、及び、前記ターゲットとなる基板内に高いアスペクト比の削られた微小構造を形成するのに適したあらかじめ定められたコンピュータ・データ・ファイルを利用するソフトウエアによって制御されるコンピュータ制御集束イオン・ビーム、からなることを特徴とする微細削りシステム。