JP2973623B2 - エッチング特性の測定法およびエッチング装置 - Google Patents
エッチング特性の測定法およびエッチング装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエッチング速度やエッチ
ング深さなどの特性の測定方法、およびそれを用いたエ
ッチング装置に関し、とりわけ極めて高精度のエッチン
グ特性の測定法や、極めて高精度のエッチング制御が可
能なエッチング装置に関する。
ング深さなどの特性の測定方法、およびそれを用いたエ
ッチング装置に関し、とりわけ極めて高精度のエッチン
グ特性の測定法や、極めて高精度のエッチング制御が可
能なエッチング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】物質の材料定数の測定や半導体デバイス
の作成にとって、エッチング技術は極めて重要である。
従来、例えばエッチング速度の測定は、試料の１部分に
エッチングを防止するマスクを形成し、適当な時間エッ
チングを行った後、マスクを除去し、エッチングされた
部分とマスクで覆われていた部分との段差を表面段差計
などで計測し、その深さを時間で割ることにより求めら
れていた。
の作成にとって、エッチング技術は極めて重要である。
従来、例えばエッチング速度の測定は、試料の１部分に
エッチングを防止するマスクを形成し、適当な時間エッ
チングを行った後、マスクを除去し、エッチングされた
部分とマスクで覆われていた部分との段差を表面段差計
などで計測し、その深さを時間で割ることにより求めら
れていた。
【０００３】エッチングを行う場合、上記の方法で求め
られたエッチング速度をもとに、所望のエッチング深さ
を得るためのエッチング時間を算出しエッチングが行わ
れていた。
られたエッチング速度をもとに、所望のエッチング深さ
を得るためのエッチング時間を算出しエッチングが行わ
れていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】エッチング速度の計測
においては、時間的な平均値を求めているため、短時間
に生じるエッチング速度変化の詳しい様子が計測でき
ず、またエッチング速度が極めて小さな試料の測定も困
難であった。
においては、時間的な平均値を求めているため、短時間
に生じるエッチング速度変化の詳しい様子が計測でき
ず、またエッチング速度が極めて小さな試料の測定も困
難であった。
【０００５】エッチングを行う場合も、エッチング時間
によりエッチング深さを制御しているため、温度変化な
どによりエッチング速度が変化した場合、深さが設定値
と異なってしまうという課題があった。
によりエッチング深さを制御しているため、温度変化な
どによりエッチング速度が変化した場合、深さが設定値
と異なってしまうという課題があった。
【０００６】本発明は、極めて高精度のエッチング特性
の測定法や、極めて高精度のエッチング制御が可能なエ
ッチング装置を提供することを目的とする。
の測定法や、極めて高精度のエッチング制御が可能なエ
ッチング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、試料あるいは探針の少なくとも一方を移
動可能とし、少なくとも前記試料のエッチングされる面
と前記探針先端とをエッチングガス、あるいは溶液中に
浸漬させ、前記試料のエッチングされる面と前記探針と
の間の距離、あるいは両者間に働く力を、それぞれ両者
間に流れるトンネル電流あるいは探針が設けられたカン
チレバーの変位として検出し、エッチングされる面と探
針との間に働く力を、試料、あるいは探針の移動距離を
計測する時にのみ一定に保ち、その他の時は試料のエッ
チングされる面と探針との距離を十分に離しておいて前
記試料、あるいは前記探針のエッチングが進行する方向
の移動距離の経時変化を計測する。
め、本発明は、試料あるいは探針の少なくとも一方を移
動可能とし、少なくとも前記試料のエッチングされる面
と前記探針先端とをエッチングガス、あるいは溶液中に
浸漬させ、前記試料のエッチングされる面と前記探針と
の間の距離、あるいは両者間に働く力を、それぞれ両者
間に流れるトンネル電流あるいは探針が設けられたカン
チレバーの変位として検出し、エッチングされる面と探
針との間に働く力を、試料、あるいは探針の移動距離を
計測する時にのみ一定に保ち、その他の時は試料のエッ
チングされる面と探針との距離を十分に離しておいて前
記試料、あるいは前記探針のエッチングが進行する方向
の移動距離の経時変化を計測する。
【０００８】
【作用】上記の測定方法においては、試料、あるいは探
針のエッチングが進行する方向の移動距離の経時変化を
計測する手段として、走査トンネル顕微鏡や原子間力顕
微鏡において用いられているトンネル電流や微小なカン
チレバーの変位を利用するため、原子スケールでの計測
が可能となり極めて高精度のエッチング速度や深さの情
報をリアルタイムで得ることができる。またエッチング
においても、エッチング深さの情報をリアルタイムで、
しかも原子スケールで得ることができ、単原子層あるい
は単分子層の制御が可能なエッチング装置を実現でき
る。
針のエッチングが進行する方向の移動距離の経時変化を
計測する手段として、走査トンネル顕微鏡や原子間力顕
微鏡において用いられているトンネル電流や微小なカン
チレバーの変位を利用するため、原子スケールでの計測
が可能となり極めて高精度のエッチング速度や深さの情
報をリアルタイムで得ることができる。またエッチング
においても、エッチング深さの情報をリアルタイムで、
しかも原子スケールで得ることができ、単原子層あるい
は単分子層の制御が可能なエッチング装置を実現でき
る。
【０００９】
（実施例１）図１はエッチング特性の測定に用いた装置
の概略図を示す。試料５は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向の圧電
体１、２、３で形成されたトライポッド型の微動機構上
に設置される。試料５の水平面内の走査は、圧電体駆動
装置１１により発生した電圧をＸ、およびＹ方向の圧電
体に印加することにより行うことができる。試料と探針
間に働く力、すなわちカンチレバー６の変位は出力５ｍ
Ｗの半導体レーザー７から出射されたレーザー光をレン
ズ８によりカンチレバー６上に集光し、その反射光を２
分割フォトダイオード９により検出する光てこにより測
定した。カンチレバー６は図２に示されたような厚さ、
０．５μmの窒化珪素薄膜で形成されたものを用いた。
微動機構およびカンチレバー６はエッチング液を入れる
ことができるガラス容器１４内に設置した。ガラス容器
の１部分には、レーザー光線の液面による振れを防止す
るためのガラスカバー１６が設けられている。試料とカ
ンチレバーとの距離の制御は制御信号発生回路１０によ
り、制御電圧をＺ方向の圧電体３に印加することにより
行った。
の概略図を示す。試料５は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向の圧電
体１、２、３で形成されたトライポッド型の微動機構上
に設置される。試料５の水平面内の走査は、圧電体駆動
装置１１により発生した電圧をＸ、およびＹ方向の圧電
体に印加することにより行うことができる。試料と探針
間に働く力、すなわちカンチレバー６の変位は出力５ｍ
Ｗの半導体レーザー７から出射されたレーザー光をレン
ズ８によりカンチレバー６上に集光し、その反射光を２
分割フォトダイオード９により検出する光てこにより測
定した。カンチレバー６は図２に示されたような厚さ、
０．５μmの窒化珪素薄膜で形成されたものを用いた。
微動機構およびカンチレバー６はエッチング液を入れる
ことができるガラス容器１４内に設置した。ガラス容器
の１部分には、レーザー光線の液面による振れを防止す
るためのガラスカバー１６が設けられている。試料とカ
ンチレバーとの距離の制御は制御信号発生回路１０によ
り、制御電圧をＺ方向の圧電体３に印加することにより
行った。
【００１０】以下にアスピリン結晶のエッチング特性を
測定したときの方法について説明する。試料台４の上
に、アスピリン結晶からなる試料５を試料の中央部分が
探針１２の下に位置するように設置した。制御信号発生
回路１０によりＺ方向の圧電体３に徐々に電圧を印可
し、試料５を探針１２に近ずけながら、同時に２分割フ
ォトダイオード９によりカンチレバー６が試料５から受
ける力を測定した。カンチレバー６が決められた大きさ
の斥力を受けたとき試料の探針への接近を停止し、その
大きさの斥力を保つように、制御信号発生回路１０によ
り、制御電圧を圧電体３に印加することによりフィード
バック制御を行った。この試料の測定の際は、斥力の大
きさを１×１０ー8Ｎとした。この状態でガラス容器１４
に５℃のエッチング液（純水）１５をカンチレバーが浸
かるまでいれ、その後、Ｚ方向の圧電体３に印加される
電圧の変化をコンピュータ１３に記憶させた。この電圧
値の経時変化が試料表面のエッチング深さ情報となる。
図３はエッチング深さの時間的変化の測定結果を示す。
この結果からこの試料のエッチング速度は９ｎｍ／ｓｅ
ｃであることがわかった。
測定したときの方法について説明する。試料台４の上
に、アスピリン結晶からなる試料５を試料の中央部分が
探針１２の下に位置するように設置した。制御信号発生
回路１０によりＺ方向の圧電体３に徐々に電圧を印可
し、試料５を探針１２に近ずけながら、同時に２分割フ
ォトダイオード９によりカンチレバー６が試料５から受
ける力を測定した。カンチレバー６が決められた大きさ
の斥力を受けたとき試料の探針への接近を停止し、その
大きさの斥力を保つように、制御信号発生回路１０によ
り、制御電圧を圧電体３に印加することによりフィード
バック制御を行った。この試料の測定の際は、斥力の大
きさを１×１０ー8Ｎとした。この状態でガラス容器１４
に５℃のエッチング液（純水）１５をカンチレバーが浸
かるまでいれ、その後、Ｚ方向の圧電体３に印加される
電圧の変化をコンピュータ１３に記憶させた。この電圧
値の経時変化が試料表面のエッチング深さ情報となる。
図３はエッチング深さの時間的変化の測定結果を示す。
この結果からこの試料のエッチング速度は９ｎｍ／ｓｅ
ｃであることがわかった。
【００１１】前記実施例では探針を走査することなく、
１点に固定してエッチング深さの測定を行ったが、探針
をたとえば、１０ｎｍ角の領域を走査しながら測定をす
ることにより、その領域における平均的なエッチング深
さを求めることができた。
１点に固定してエッチング深さの測定を行ったが、探針
をたとえば、１０ｎｍ角の領域を走査しながら測定をす
ることにより、その領域における平均的なエッチング深
さを求めることができた。
【００１２】粘性の高いエッチング液を用い、探針を走
査することなく、１点に固定してエッチング深さの測定
を行った場合、探針と試料間のエッチング液の撹拌が不
十分なため再現性のある結果が得られない場合があっ
た。この様な場合は、試料、あるいは探針の移動距離を
計測する時にのみ、試料と探針との間に働く力を一定に
保ち、その他の時は試料のエッチングされる面と探針と
の距離を十分に離しておくことにより再現性のある結果
を得ることができた。このような測定方法はプラズマな
どを用いるドライエッチングの際にも有効であった。
査することなく、１点に固定してエッチング深さの測定
を行った場合、探針と試料間のエッチング液の撹拌が不
十分なため再現性のある結果が得られない場合があっ
た。この様な場合は、試料、あるいは探針の移動距離を
計測する時にのみ、試料と探針との間に働く力を一定に
保ち、その他の時は試料のエッチングされる面と探針と
の距離を十分に離しておくことにより再現性のある結果
を得ることができた。このような測定方法はプラズマな
どを用いるドライエッチングの際にも有効であった。
【００１３】またカンチレバーの変位測定手段として前
記実施例では光てこ法を用いたが、靜電容量、トンネル
電流、あるいはヘテロダイン光干渉を用いても同様の結
果が得られた。カンチレバーは図２に示したような、先
端に突起部からなる探針を有するものを用いたが、三角
形状のカンチレバーの先端を探針として用いても同様の
結果が得られた。材質は窒化珪素以外に、酸化珪素や窒
化チタンも用いることができた。
記実施例では光てこ法を用いたが、靜電容量、トンネル
電流、あるいはヘテロダイン光干渉を用いても同様の結
果が得られた。カンチレバーは図２に示したような、先
端に突起部からなる探針を有するものを用いたが、三角
形状のカンチレバーの先端を探針として用いても同様の
結果が得られた。材質は窒化珪素以外に、酸化珪素や窒
化チタンも用いることができた。
【００１４】また前記実施例では試料と探針間に働く力
が斥力状態で測定したが、引力状態で測定しても同様の
結果を得ることができた。
が斥力状態で測定したが、引力状態で測定しても同様の
結果を得ることができた。
【００１５】さらに前記実施例では、試料のエッチング
される面と前記探針との間に働く力を一定に保ちながら
エッチングを行ったが、導電性を有する試料において
は、走査トンネル顕微鏡で行われているように試料表面
と探針との間に流れるトンネル電流を一定に保ちながら
エッチングを行うことによっても同様の結果を得ること
ができた。
される面と前記探針との間に働く力を一定に保ちながら
エッチングを行ったが、導電性を有する試料において
は、走査トンネル顕微鏡で行われているように試料表面
と探針との間に流れるトンネル電流を一定に保ちながら
エッチングを行うことによっても同様の結果を得ること
ができた。
【００１６】（実施例２）図１に示す装置を用いてＧａ
Ａｓ（００１）基板の高精度エッチングを行った。この
時はエッチング液として、硫酸：過酸化水素水：純水が
５：１：１０の溶液を用い、探針は５０ｎｍ角の領域を
走査しながら測定を行った。測定の結果エッチング速度
は０．８ｎｍ／ｓｅｃであった。したがって、エッチン
グ液を急激に除去し、大量の純水をガラス容器に導入す
ることにより約１ｎｍの精度でエッチング深さを制御す
ることができた。前記実施例では、試料のエッチングさ
れる面と前記探針との間に働く力を一定に保ちながらエ
ッチングを行ったが、ＧａＡｓ（００１）基板は導電性
を有するため、走査トンネル顕微鏡で行われているよう
に試料表面と探針との間に流れるトンネル電流を一定に
保ちながらエッチングを行うことによっても同様の結果
を得ることができた。
Ａｓ（００１）基板の高精度エッチングを行った。この
時はエッチング液として、硫酸：過酸化水素水：純水が
５：１：１０の溶液を用い、探針は５０ｎｍ角の領域を
走査しながら測定を行った。測定の結果エッチング速度
は０．８ｎｍ／ｓｅｃであった。したがって、エッチン
グ液を急激に除去し、大量の純水をガラス容器に導入す
ることにより約１ｎｍの精度でエッチング深さを制御す
ることができた。前記実施例では、試料のエッチングさ
れる面と前記探針との間に働く力を一定に保ちながらエ
ッチングを行ったが、ＧａＡｓ（００１）基板は導電性
を有するため、走査トンネル顕微鏡で行われているよう
に試料表面と探針との間に流れるトンネル電流を一定に
保ちながらエッチングを行うことによっても同様の結果
を得ることができた。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、従来よりも極めて高精
度にエッチング速度や深さなどのエッチング特性を測定
できるようになった。さらに本発明の装置により極めて
高精度にエッチング深さを制御することが可能となり、
再現性よく微細構造デバイスの加工ができ、実用的価値
は大きい。
度にエッチング速度や深さなどのエッチング特性を測定
できるようになった。さらに本発明の装置により極めて
高精度にエッチング深さを制御することが可能となり、
再現性よく微細構造デバイスの加工ができ、実用的価値
は大きい。
【図１】本発明の一実施例におけるエッチング特性の測
定、および高精度エッチングに用いた装置の概略断面図
定、および高精度エッチングに用いた装置の概略断面図
【図２】図１の装置に用いたカンチレバーの斜視図
【図３】本発明のエッチング特性の測定結果を示すグラ
フ
フ
１ Ｘ方向圧電体 ２ Ｙ方向圧電体 ３ Ｚ方向圧電体 ４ 試料台 ５ 試料 ６ カンチレバー ７ 半導体レーザー ８ 集光レンズ ９ ２分割フォトダイオード １０ 制御信号発生回路 １１ 圧電体駆動装置 １２ 探針 １３ 制御コンピュータ １４ ガラス容器 １５ エッチング液 １６ ガラスカバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 勝之輔 大津市竜が丘２−１−308 (56)参考文献 特開 平３−102209（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−9207（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−89004（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01B 21/00 - 21/32
Claims (8)
- 【請求項１】 試料あるいは探針の少なくとも一方を移
動可能とし、少なくとも前記試料のエッチングされる面
と前記探針先端とをエッチングガス、あるいは溶液中に
浸漬させ、前記試料のエッチングされる面と前記探針と
の間の距離、あるいは両者間に働く力を、それぞれ両者
間に流れるトンネル電流あるいは探針が設けられたカン
チレバーの変位として検出し、エッチングされる面と探
針との間に働く力を、試料、あるいは探針の移動距離を
計測する時にのみ一定に保ち、その他の時は試料のエッ
チングされる面と探針との距離を十分に離しておいて前
記試料、あるいは前記探針のエッチングが進行する方向
の移動距離の経時変化を計測することを特徴とするエッ
チング特性の測定方法。 - 【請求項２】 試料あるいは探針の少なくとも一方を、
圧電体を用いて少なくともエッチングが進行する方向に
移動可能とし、少なくとも前記試料のエッチングされる
面と前記探針先端とをエッチングガス、あるいは溶液中
に浸漬させる手段と、前記試料のエッチングされる面と
前記探針との間の距離、あるいは両者間に働く力を、そ
れぞれ両者間に流れるトンネル電流あるいは探針が設け
られたカンチレバーの変位として検出し、前記両者間の
距離あるいは両者間に働く力を一定に保つ手段と、エッ
チングされる面と探針との間に働く力を、試料、あるい
は探針の移動距離を計測する時にのみ一定に保ち、その
他の時は試料のエッチングされる面と探針との距離を十
分に離しておいて前記試料あるいは前記探針のエッチン
グが進行する方向の移動距離を計測する手段とを有する
ことを特徴とするエッチング装置。 - 【請求項３】 試料あるいは探針の少なくとも一方を移
動可能とし、少なくとも前記試料のエッチングされる面
と前記探針先端とをエッチングガス、あるいは溶液中に
浸漬させ、前記試料のエッチングされる面と前記探針と
の間の距離、あるいは両者間に働く力を、それぞれ両者
間に流れるトンネル電流あるいは探針が設けられたカン
チレバーの変位として検出し、両者間の距離を制御する
ことにより前記両者間の距離、あるいは両者間に働く力
を一定に保ちながらエッチングを行い、前記試料、ある
いは前記探針のエッチングが進行する方向の移動距離の
経時変化を計測し、前記試料あるいは探針の移動距離が
所定の値になった時、エッ チング液を速やかに取り除く
ことを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項４】 試料あるいは探針の少なくとも一方を、
圧電体を用いて少なくともエッチングが進行する方向に
移動可能とし、少なくとも前記試料のエッチングされる
面と前記探針先端とをエッチングガス、あるいは溶液中
に浸漬させる手段と、前記試料のエッチングされる面と
前記探針との間の距離、あるいは両者間に働く力を、そ
れぞれ両者間に流れるトンネル電流あるいは探針が設け
られたカンチレバーの変位として検出し、前記両者間の
距離あるいは両者間に働く力を一定に保つ手段と、前記
試料あるいは前記探針のエッチングが進行する方向の移
動距離を計測する手段と、前記試料あるいは探針の移動
距離が所定の値になった時、エッチング液を速やかに取
り除く手段とを有することを特徴とするエッチング装
置。 - 【請求項５】 探針で試料表面の１部分を走査しながら
試料、あるいは探針の移動距離の経時変化を計測するこ
とを特徴とする請求項１記載のエッチング特性の測定方
法。 - 【請求項６】 探針で試料表面の１部分を走査しながら
試料、あるいは探針の移動距離の経時変化を計測するこ
とを特徴とする請求項２記載のエッチング装置。 - 【請求項７】 カンチレバーの変位を検出する手段とし
て、光てこ、靜電容量、トンネル電流、あるいはヘテロ
ダイン光干渉のうち１種を用いることを特徴とする請求
項１に記載のエッチング特性の測定方法。 - 【請求項８】 カンチレバーの変位を検出する手段とし
て、光てこ、靜電容量、トンネル電流、あるいはヘテロ
ダイン光干渉のうち１種を用いることを特徴とする請求
項２に記載のエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200610A JP2973623B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | エッチング特性の測定法およびエッチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3200610A JP2973623B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | エッチング特性の測定法およびエッチング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0545158A JPH0545158A (ja) | 1993-02-23 |
| JP2973623B2 true JP2973623B2 (ja) | 1999-11-08 |
Family
ID=16427232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3200610A Expired - Fee Related JP2973623B2 (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | エッチング特性の測定法およびエッチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2973623B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101039328B1 (ko) * | 2008-06-30 | 2011-06-08 | 한양대학교 산학협력단 | 유체의 유변학적 특성 측정을 위한 자가 진동형 계측시스템 및 계측방법 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP3200610A patent/JP2973623B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0545158A (ja) | 1993-02-23 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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