JP2002014027A

JP2002014027A - 引出電極の作製方法

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Publication number: JP2002014027A
Application number: JP2000198224A
Authority: JP
Inventors: Junji Ito; 藤順司伊; Osamu Nishikawa; 川治西; Masashi Iwatsuki; 槻正志岩
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: JP3945561B2

Abstract

(57)【要約】【課題】極微な引出電極を高精度に作製できる方法を
提供すること。【解決手段】まず、基板表面側に円錐状の穴を形成
し、その円錐状の穴部分を含む基板表面側に酸化膜を形
成する。次に、図４の１１．に示すように、前記錐状の
穴部分に形成された酸化膜突起の頂部が、基板裏面側か
ら突出するように、その基板裏面側をエッチングする。
次に、図４の１２．に示すように、基板裏面側から突出
した前記酸化膜突起の頂部に貫通穴を形成する。そし
て、前記貫通穴の周縁部に金属をコーティングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型アトムプ
ローブ（ＳＡＰ）などに用いられる引出電極の作製方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査型アトムプローブは、試料表面上
の原子を陽イオンとして電界蒸発させ、その蒸発イオン
を逐一検出および同定することにより、試料表面の組成
分布を原子レベルの分解能で調べられる装置である。

【０００３】上述した表面原子を電界蒸発させる電界強
度は、１ナノメートルあたり数Ｖ〜数十Ｖと極めて高
く、このような高電界を発生させることは容易ではな
い。

【０００４】そこで、走査型アトムプローブでは、接地
された漏斗型の微細引出電極の先端を、正電位にある試
料表面上の所望の微細突起直上に接近させることによ
り、小さな電圧印加で高電界を試料上に発生させてい
る。この引出電極先端の開口部の直径は１０ミクロン以
下と狭く、その開口部の中央に、高さが数ミクロン以上
の試料突起の先端が位置すると、両者の間の微細な空間
に電界蒸発に必要な高電界が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】さて、このような電
界の強度や集中度は、前記引出電極の形状とその加工精
度によって大きく異なり、また、分析領域の微細化にも
引出電極の形状とその加工精度が大きく影響する。この
ため、現在、引出電極の作製方法は特に注目されてい
る。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
ので、その目的は、極微な引出電極を高精度に作製でき
る方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成する本
発明の引出電極は、以下の〜の手順で作製される。
基板表面側に錐状の穴を形成する。前記錐状の穴部
分を含む前記基板表面側に酸化膜を形成する。前記錐
状の穴部分に形成された酸化膜突起の頂部が、基板裏面
側から突出するように、その基板裏面側をエッチングす
る。基板裏面側から突出した前記酸化膜突起の頂部に
貫通穴を形成する。前記貫通穴の周縁部に金属をコー
ティングする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実
施の形態について説明する。

【０００９】図１〜図５は、本発明の引出電極の作製方
法を説明するために示した図である。以下に、これらの
図面を用いて、本発明の引出電極の作製手順を説明す
る。１．基板準備（基板カティングと熱酸化）まず、図１の１．（１）に示すように、シリコンＳｉを
適当な大きさの正方形又は円盤状にカットして、Ｓｉ基
板を作る。

【００１０】そして、そのＳｉ基板を、湿式８０℃、１
１００℃で２４０分間熱酸化させて、図１の１．（２）
に示すように、厚さ０．８ｍｍの二酸化ケイ素ＳｉＯ₂
をＳｉ基板両面に形成する［手順（ａ）または手順
（Ｉ）］。２．フォトリソグラフィ（穴開けパターン）次に、図１の２．（１）に示すように、Ｓｉ基板の表面
側のみにレジストを塗る。図１の２．（１）の右側の図
は、Ｓｉ基板を表面側から見た図である。

【００１１】そして、フォトリソグラフィにより、図１
の２．（２）に示すように、前記レジストにほぼ円形の
貫通穴を開ける。この結果、穴開けパターンが出来上が
る。なお、図１の２．（２）の右側の図は、Ｓｉ基板を
表面側から見た図である。３．レジスト塗布（裏面ＳｉＯ₂ 保護）次に、図１の３．に示すように、Ｓｉ基板の裏面側にも
レジストを塗る。

【００１２】上述した図１の２．（１）の処理から、こ
の図１の３．までの処理が、本発明における手順（ｂ）
の『基板表面側にレジストを塗布して、そのレジストに
ほぼ円形の貫通穴を開けると共に、基板裏面側にレジス
トを塗る』である。４．ＢＨＦ処理次に、Ｓｉ基板をＢＨＦ処理液に１６分間浸漬させた
後、そのＳｉ基板を純水に１分間浸漬させて、図２の
４．に示すように、基板表面側のレジストがないところ
のＳｉＯ₂を、ほぼ円形に除去する［手順（ｃ）］。図
２の４．の右側の図は、Ｓｉ基板を表面側から見た図で
ある。５．レジスト剥離次に、Ｓｉ基板を１２０℃に沸騰した１０６剥離液に５
分間浸漬させた後、そのＳｉ基板を１２０℃に沸騰した
アセトンに５分間浸漬させ、さらに、そのＳｉ基板を１
２０℃に沸騰したＩＰＡに２分間浸漬させる。そして、
窒素ブローを行う。［手順（ｄ）］この結果、図２の
５．に示すように、レジストが剥離する。図２の５．の
右側の図は、Ｓｉ基板を表面側から見た図である。

【００１３】また、上述した手順（ｂ）の処理から、こ
の手順（ｄ）までの処理が、本発明における手順（II）
の『基板表面側の前記酸化膜に貫通穴を開ける』であ
る。６．ウェットエッチング（ＫＯＨ）次に、Ｓｉ基板を、７０℃の水酸化カリウム水溶液に５
１０分程度浸漬させる。このとき、１時間ごとに観察を
行い、その観察の度に、ＫＯＨの残滓が基板に残らない
ように、基板を温水に５分間浸す。

【００１４】なお、前記水酸化カリウム水溶液として、
水酸化カリウム（ＫＯＨ）と水の容積比が３：１０のも
のを使用したり、水酸化カリウムと水の容積比が２：１
５のものを使用する。後者の方が、ＳｉＯ₂とＳｉの選
択比が大きくなる。

【００１５】この結果、図２の６．に示すように、基板
表面側の酸化膜に開けられた穴部分を底とするほぼ円錐
状の穴が、Ｓｉ基板に形成される。図２の６．の右側の
図は、Ｓｉ基板を表面側から見た図である。［手順
（ｅ）または手順（III）］上述した手順（ａ）の処理
から、この手順（ｅ）までの処理が、本発明における手
順の『基板表面側に錐状の穴を形成する』である。７．ＢＨＦ処理次に、Ｓｉ基板をＢＨＦ処理液に１５分間浸漬させた
後、そのＳｉ基板を流水に１分間浸漬させて、図３の
７．に示すように、基板両面のＳｉＯ₂を除去する［手
順（ｆ）］。このとき、酸化膜が除去されていることを
純水撥水により確認する。図３の７．の右側の図は、Ｓ
ｉ基板を表面側から見た図である。８．熱酸化次に、Ｓｉ基板を、湿式９０℃、１１００℃で２６０分
間熱酸化させて、図３の８．に示すように、厚さ１μｍ
の二酸化ケイ素ＳｉＯ₂をＳｉ基板両面に形成する［手
順（ｇ）］。図３の８．の右側の図は、Ｓｉ基板を表面
側から見た図である。９．レジスト塗布とＢＨＦ処理（裏面のＳｉＯ₂ のみ除
去）次に、図３の９．（１）に示すように、Ｓｉ基板の表面
側のみにレジストを塗る［手順（ｈ）］。このとき、レ
ジストの塗れの悪いところ、たとえば穴の部分は綿棒を
使ってレジストを塗る。図３の９．（１）の右側の図
は、Ｓｉ基板を表面側から見た図である。

【００１６】そして、Ｓｉ基板をＢＨＦ処理液に１５分
間浸漬させた後、そのＳｉ基板を流水に１分間浸漬させ
て、図３の９．（２）に示すように、レジストがない裏
面側のＳｉＯ₂を除去する［手順（ｉ）］。このとき、
酸化膜が除去されていることを純水撥水により確認す
る。１０．レジスト剥離次に、Ｓｉ基板を１２０℃に沸騰した１０６剥離液に５
分間浸漬させた後、そのＳｉ基板を１２０℃に沸騰した
アセトンに５分間浸漬させ、さらに、そのＳｉ基板を１
２０℃に沸騰したＩＰＡに２分間浸漬させる。そして、
窒素ブローを行う。［手順（ｊ）］この結果、図３の１０．に示すように、レジストが剥離
する。図３の１０．の右側の図は、Ｓｉ基板を表面側か
ら見た図である。

【００１７】上述した手順（ｆ）の処理から、この手順
（ｊ）までの処理が、本発明における手順（IV）の『前
記錐状の穴部分を含む基板表面側に酸化膜を形成すると
共に、基板裏面側の酸化膜を除去する』、または本発明
における手順の『前記錐状の穴部分を含む前記基板表
面側に酸化膜を形成する』である。１１．エッチバック次に、Ｓｉ基板を、上述した７０℃の水酸化カリウム水
溶液に３０〜４０分程度浸漬させて、図４の１１．に示
すように、前記円錐状の穴部分に形成された酸化膜突起
の頂部が、基板裏面側から突出するように、その基板裏
面側をエッチングする［手順（ｋ）または手順
（V）］。

【００１８】この場合、その突出した酸化膜突起の直径
は１０μｍ程度であり、所望のサイズによってエッチン
グ時間を変えれば良い。図４の１１．の右側の図は、Ｓ
ｉ基板を裏面側から見た図である。

【００１９】この手順（ｋ）の処理が、本発明における
手順の『前記錐状の穴部分に形成された酸化膜突起の
頂部が、基板裏面側から突出するように、その基板裏面
側をエッチングする』である。１２．穴開け次に、図４の１２．（１）に示すように、Ｓｉ基板の表
面側のみにレジストを塗って、ＳｉＯ₂を保護する［手
順（ｌ）］。

【００２０】次に、基板裏面側から突出した前記酸化膜
突起にイオンビームを照射して酸化膜を削り、図４の１
２．（２）に示すように、その酸化膜突起の頂部に貫通
穴を形成する［手順（ｍ）］。図４の１２．（２）の右
側の図は、Ｓｉ基板を裏面側から見た図である。

【００２１】そして、手順（ｊ）と同じようにして、図
４の１２．（３）に示すように、基板のレジストを剥離
する［手順（ｎ）］。図４の１２．（３）の右側の図
は、Ｓｉ基板を表面側から見た図である。

【００２２】上述した手順（ｌ）の処理から、この手順
（ｎ）までの処理が、本発明における手順（VI）または
手順の『基板裏面側から突出した前記酸化膜突起の頂
部に貫通穴を形成する』である。１３．Ｔｉ蒸着（０．５μｍ）次に、図５の１３．に示すように、基板表面側にＴｉを
０．５μｍの厚さだけ蒸着させる［手順（ｏ）］。図５
の１３．の右側の図は、Ｓｉ基板を表面側から見た図で
ある。

【００２３】この場合、Ｔｉ単一膜ではなく、Ｃｒ−Ａ
ｌ−Ｃｒの３層構造の膜を付けた方が、機械的強度が増
す。１４．ウェットエッチング（ＳｉＯ₂ 頭出し）次に、Ｓｉ基板を、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と水の容
積比が３：１０の水酸化カリウム水溶液（６０℃）に浸
漬させて、図５の１４．に示すように、基板裏面側をエ
ッチングする［手順（ｐ）］。

【００２４】このように、ＫＯＨ：Ｈ₂Ｏ＝３：１０の
容積比の場合、水溶液の温度は６０℃以下に設定した方
が良い。７０℃以上で行うと、ＳｉとＳｉＯ₂の選択比
があまり無く、またＴｉもエッチングされてしまう場合
があった。さらに、ＫＯＨの残滓も見られた。なお、こ
の残滓は、基板を純水に６時間程度漬けておけば除去で
きる。

【００２５】また、ＫＯＨ：Ｈ₂Ｏ＝２：１５の容積比
の水溶液でエッチングを行うと、ＳｉとＳｉＯ₂の選択
比が大きくとれ、エッチング温度も７０℃以上に設定で
きた。また、残滓も見られなかった。１５．金属コート（Ｔｉ０．２μｍ）次に、図５の１５．に示すように、基板裏面側にＴｉを
０．２μｍの厚さだけ蒸着させる［手順（ｑ）］。この
場合、Ｔｉの代わりに、ＣｒまたはＭｏまたはＷなどの
ＫＯＨに耐える金属を蒸着するようにしても良い。

【００２６】上述した手順（ｏ）の処理から、この手順
（ｑ）までの処理が、本発明における手順（VII）また
は手順の『前記貫通穴の周縁部に金属をコーティング
する』である。

【００２７】以上、本発明の引出電極作製方法の一例を
説明したが、この方法を用いれば、極微細な引出電極を
高精度に作製できる。このため、この方法により作製さ
れた引出電極を走査型アトムプローブの引出電極として
使用すれば、小さな電圧印加で試料と引出電極間に高電
界を発生させることができると共に、分析領域を微細化
することができる。

【００２８】なお、本発明はこれに限定されものではな
い。

【００２９】たとえば、上記例では、一度に１個の引出
電極を作製する場合について説明したが、最初にＳｉ基
板を大きく切り出し、複数の引出電極を上述した手順で
一度に作製するようにしても良い。

【００３０】また、上記例においては、酸化膜の貫通穴
をイオンビーム照射により開けるようにしたが、レーザ
ビームなどの高エネルギービーム加工、またはマイクロ
放電加工、または打ち抜き加工、または切削加工により
貫通穴を形成するようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の引出電極作製手順を説明するために示
した図である。

【図２】本発明の引出電極作製手順を説明するために示
した図である。

【図３】本発明の引出電極作製手順を説明するために示
した図である。

【図４】本発明の引出電極作製手順を説明するために示
した図である。

【図５】本発明の引出電極作製手順を説明するために示
した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の〜の手順で引出電極を作製す
ることを特徴とする引出電極の作製方法。基板表面側に錐状の穴を形成する前記錐状の穴部分を含む前記基板表面側に酸化膜を形
成する前記錐状の穴部分に形成された酸化膜突起の頂部が、
基板裏面側から突出するように、その基板裏面側をエッ
チングする基板裏面側から突出した前記酸化膜突起の頂部に貫通
穴を形成する前記貫通穴の周縁部に金属をコーティングする
【請求項２】以下の(I)〜(VII)の手順で引出電極を作
製することを特徴とする引出電極の作製方法。 (I)基板を酸化させて、その基板の両面に酸化膜を形成
する (II)基板表面側の前記酸化膜に貫通穴を開ける (III)基板のみをエッチングするエッチング処理液に基
板を浸漬させて、前記基板表面側の酸化膜に開けられた
穴部分を底とする錐状の穴を、前記基板に形成する (IV)前記錐状の穴部分を含む基板表面側に酸化膜を形成
すると共に、基板裏面側の酸化膜を除去する (V)前記エッチング処理液に基板を浸漬させて、前記錐
状の穴部分に形成された酸化膜突起の頂部が、基板裏面
側から突出するように、その基板裏面側をエッチングす
る (VI)基板裏面側から突出した前記酸化膜突起の頂部に貫
通穴を形成する (VII)前記貫通穴の周縁部に金属をコーティングする
【請求項３】以下の(a)〜(q)の手順で引出電極を作製
することを特徴とする引出電極の作製方法。 (a)基板を酸化させて、その基板の両面に酸化膜を形成
する (b)基板表面側にレジストを塗布して、そのレジストに
ほぼ円形の貫通穴を開けると共に、基板裏面側にレジス
トを塗る (c)酸化膜のみを除去する酸化膜除去処理液に基板を浸
漬させて、基板表面側のレジストで覆われていない部分
の前記酸化膜をほぼ円形に除去する (d)基板の両面のレジストを剥離する (e)基板のみをエッチングするエッチング処理液に基板
を浸漬させて、前記基板表面側の酸化膜に開けられた穴
部分を底とするほぼ円錐状の穴を、前記基板に形成する (f)基板を前記酸化膜除去処理液に浸漬させて、基板両
面の酸化膜を除去する (g)基板を酸化させて、その基板の両面に酸化膜を形成
する (h)基板表面側にレジストを塗布する (i)基板を前記酸化膜除去処理液に浸漬させて、レジス
トで覆われていない基板裏面側の酸化膜を除去する (j)基板のレジストを剥離する (k)前記エッチング処理液に基板を浸漬させて、前記円
錐状の穴部分に形成された酸化膜突起の頂部が、基板裏
面側から突出するように、その基板裏面側をエッチング
する (l)基板表面側にレジストを塗布する (m)基板裏面側から突出した前記酸化膜突起の頂部に貫
通穴を形成する (n)基板のレジストを剥離する (o)基板表面側に金属を蒸着させる (p)基板を前記エッチング処理液に浸漬させて、基板裏
面側を所定分エッチングする (q)基板裏面側に金属を蒸着させる