JP3272935B2 - 原子力顕微鏡用チップの製造方法 - Google Patents
原子力顕微鏡用チップの製造方法Info
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-
- G—PHYSICS
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は原子力顕微鏡（Atomic
Force Microscope ：ＡＦＭ）技術で使用されるシリコ
ンチップの製造方法に係り、特に３点ＡＦＭチップを製
造する方法に関する。
Force Microscope ：ＡＦＭ）技術で使用されるシリコ
ンチップの製造方法に係り、特に３点ＡＦＭチップを製
造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】原子力顕微鏡検査は非常に小さい寸法を
測定するための技術であり、これは超微細なチップの最
端部と測定またはプロフィルが定められる表面との間に
生じる小さい力を利用する。ＡＦＭは例えばＩＣのウェ
ハの線幅等の、回路の種々の素子の臨界的寸法を測定す
るために集積回路（ＩＣ）チップの製造に使用されるこ
とができる。この技術はＡＦＭ微小計測学として知られ
ており、集積の規模が増加するほど、測定またはプロフ
ィルの決定されなければならないＩＣウェハの寸法が対
応して減少するので重要になる。
測定するための技術であり、これは超微細なチップの最
端部と測定またはプロフィルが定められる表面との間に
生じる小さい力を利用する。ＡＦＭは例えばＩＣのウェ
ハの線幅等の、回路の種々の素子の臨界的寸法を測定す
るために集積回路（ＩＣ）チップの製造に使用されるこ
とができる。この技術はＡＦＭ微小計測学として知られ
ており、集積の規模が増加するほど、測定またはプロフ
ィルの決定されなければならないＩＣウェハの寸法が対
応して減少するので重要になる。
【０００３】１つのタイプのＡＦＭはスプリング状のカ
ンチレバーに取付けられた超微細チップを利用する。チ
ップはプロフィルが形成される表面に近接されるとき、
表面とチップの間の力はチップにカンチレバーを偏向さ
せる。偏向の程度は表面の特徴を決定するために測定さ
れることができる。しかしながら、ＩＣウェハ上に形成
されているトレンチのような深い構造を正確なプロフィ
ルにするために通常のＡＦＭチップによる技術の使用は
制限を受ける。
ンチレバーに取付けられた超微細チップを利用する。チ
ップはプロフィルが形成される表面に近接されるとき、
表面とチップの間の力はチップにカンチレバーを偏向さ
せる。偏向の程度は表面の特徴を決定するために測定さ
れることができる。しかしながら、ＩＣウェハ上に形成
されているトレンチのような深い構造を正確なプロフィ
ルにするために通常のＡＦＭチップによる技術の使用は
制限を受ける。
【０００４】図４の（ａ）に示されている放物線状の断
面形状を持つチップ６１のような通常のチップはプロ−
ブの半径が深さと共に増加するので解像度を失い、チッ
プの下部領域とトレンチの内側端部との間に「デッドゾ
ーン」６２を残し、トレンチ内側の端部についての情報
が失われる。
面形状を持つチップ６１のような通常のチップはプロ−
ブの半径が深さと共に増加するので解像度を失い、チッ
プの下部領域とトレンチの内側端部との間に「デッドゾ
ーン」６２を残し、トレンチ内側の端部についての情報
が失われる。
【０００５】図４の（ｂ）に示されているチップ６３の
ような通常の針状チップはよりよい解像度を与える。し
かしながら針状チップは例えばトレンチの垂直端部との
衝突による損傷、破壊に対して非常に脆い。
ような通常の針状チップはよりよい解像度を与える。し
かしながら針状チップは例えばトレンチの垂直端部との
衝突による損傷、破壊に対して非常に脆い。
【０００６】深いトレンチの微小計測についてのこれら
の欠点を克服するため、図４の（ｃ）に示されているチ
ップ６４のような３点チップが開発されている。このチ
ップ６４はトレンチ内に配置されている。このようなチ
ップはピエゾ電気素子を使用して２次元で振動されても
よく、振動以外ではチップは静止して保持されており、
プロフィルが決定される表面はチップ方向に移動する。
表面が相互作用の力の発生を起こすために十分にチップ
に近接するとき、チップの振動が制動されて停止する。
それ故、振動の停止はトレンチ表面がトレンチの特定位
置でチップからある程度隔てられていることを示してい
る。そして、異なった位置でこのプロセスを反復するこ
とにより、異なった位置におけるトレンチの相対的な深
さは表面プロフィルを得るために決定されることができ
る。この技術は文献「“Two-dimensional Atomic Force
Microprobe Trench Metrology System ”、Nyyssonen
etal 、Journal of Vacuum Science Technology、Ｂ９
（６）、1991年11／12月、3612〜3616頁」に開示されて
いる。
の欠点を克服するため、図４の（ｃ）に示されているチ
ップ６４のような３点チップが開発されている。このチ
ップ６４はトレンチ内に配置されている。このようなチ
ップはピエゾ電気素子を使用して２次元で振動されても
よく、振動以外ではチップは静止して保持されており、
プロフィルが決定される表面はチップ方向に移動する。
表面が相互作用の力の発生を起こすために十分にチップ
に近接するとき、チップの振動が制動されて停止する。
それ故、振動の停止はトレンチ表面がトレンチの特定位
置でチップからある程度隔てられていることを示してい
る。そして、異なった位置でこのプロセスを反復するこ
とにより、異なった位置におけるトレンチの相対的な深
さは表面プロフィルを得るために決定されることができ
る。この技術は文献「“Two-dimensional Atomic Force
Microprobe Trench Metrology System ”、Nyyssonen
etal 、Journal of Vacuum Science Technology、Ｂ９
（６）、1991年11／12月、3612〜3616頁」に開示されて
いる。
【０００７】この技術を使用するために、チップ６４は
３点を持たなければならず、それらはそれぞれ底部表
面、右端部、左端部を感知するためのものである。図
中、チップの総幅ｗは測定されることのできる最小のト
レンチ幅を決定し、チップの最も広い点からチップの下
端部までの縦方向の距離ｄはトレンチの下部に測定され
る幅がどの程度近いかの尺度であり、最も広い範囲のチ
ップの位置と最も狭い範囲のチップの位置との間の横の
距離Ｄは正確に決定されることができるアンダーカット
の限界を決定する。これらの製造されることができる３
つの寸法が小さいほど、結果的なプロフィルはより正確
になる。
３点を持たなければならず、それらはそれぞれ底部表
面、右端部、左端部を感知するためのものである。図
中、チップの総幅ｗは測定されることのできる最小のト
レンチ幅を決定し、チップの最も広い点からチップの下
端部までの縦方向の距離ｄはトレンチの下部に測定され
る幅がどの程度近いかの尺度であり、最も広い範囲のチ
ップの位置と最も狭い範囲のチップの位置との間の横の
距離Ｄは正確に決定されることができるアンダーカット
の限界を決定する。これらの製造されることができる３
つの寸法が小さいほど、結果的なプロフィルはより正確
になる。
【０００８】上記のような３点チップを製造するための
技術が米国特許第5,171,992 号明細書に開示されてい
る。図５に示すように、基体の役目をする通常のシリコ
ンプロ−ブチップ７１は例えば選択的なエッチングとア
ンダーカットのための既知の技術により通常の方法で製
造される。このような技術は文献「“Microfabrication
of Cantilever Styli for the Atomic Force Microscop
e”、Albrecht et al、Journal of Vacuum Science Tec
hnology、Ａ８（４）、1990年７／８月、3386〜3396
頁」に開示されている。この技術により、通常の電子ビ
ーム化学的気相成長法（ＣＶＤ）により基体７１の前部
表面７２に円錐の針状のチップ７３が製造される。
技術が米国特許第5,171,992 号明細書に開示されてい
る。図５に示すように、基体の役目をする通常のシリコ
ンプロ−ブチップ７１は例えば選択的なエッチングとア
ンダーカットのための既知の技術により通常の方法で製
造される。このような技術は文献「“Microfabrication
of Cantilever Styli for the Atomic Force Microscop
e”、Albrecht et al、Journal of Vacuum Science Tec
hnology、Ａ８（４）、1990年７／８月、3386〜3396
頁」に開示されている。この技術により、通常の電子ビ
ーム化学的気相成長法（ＣＶＤ）により基体７１の前部
表面７２に円錐の針状のチップ７３が製造される。
【０００９】ＣＶＤでは基体７１は通常の電子ビーム装
置の排気された反応室中に配置されている。有機金属化
合物のガス流は反応室中に導入され、電子ビーム７４は
シリコン基体７１の前部表面７２に供給される。電子ビ
ーム７４はガスの分解と、分解物質の表面７２上への好
ましい付着を生じさせる。処理が継続すると分解生成物
の層が表面７２上に成長してチップ７３が生成される。
チップ７３は金属分子が分散されるカーボンマトリクス
を含み、即ちチップ７３は有機金属によって構成されて
いる。
置の排気された反応室中に配置されている。有機金属化
合物のガス流は反応室中に導入され、電子ビーム７４は
シリコン基体７１の前部表面７２に供給される。電子ビ
ーム７４はガスの分解と、分解物質の表面７２上への好
ましい付着を生じさせる。処理が継続すると分解生成物
の層が表面７２上に成長してチップ７３が生成される。
チップ７３は金属分子が分散されるカーボンマトリクス
を含み、即ちチップ７３は有機金属によって構成されて
いる。
【００１０】３点チップを製造するために、図５を用い
て説明した処理は、図６の（ａ）に示されるように軸体
７５が基体上に形成されるまで行われる。その後ビーム
７４は有機金属材料の側面の成長を開始し、図６の
（ｂ）に示されるように側方の先端点７６ａを形成する
ために軸体７５の中心から順次階段的に横方向に移動さ
れる。右側の先端点７６ａの形状は電子ビームの強度、
ビーム寸法、連続水平段階間の分離、各段階でのビーム
期間と段階の総数に依存する。先端点７６ａが所望の長
さで得られたとき、電子ビーム７４は軸体７５の中心に
戻され、図６の（ｃ）に示されるように左側の先端点７
６ｂを形成するため反対方向に階段的に移動される。最
後に電子ビーム７４は完全な３点チップを形成するよう
に中央先端点７６ｃを形成するため軸体７５の正面の中
心に戻される（図６の（ｄ））。図７の（ａ）〜（ｃ）
はこの従来技術を用いて製造される種々の３点チップを
示している。
て説明した処理は、図６の（ａ）に示されるように軸体
７５が基体上に形成されるまで行われる。その後ビーム
７４は有機金属材料の側面の成長を開始し、図６の
（ｂ）に示されるように側方の先端点７６ａを形成する
ために軸体７５の中心から順次階段的に横方向に移動さ
れる。右側の先端点７６ａの形状は電子ビームの強度、
ビーム寸法、連続水平段階間の分離、各段階でのビーム
期間と段階の総数に依存する。先端点７６ａが所望の長
さで得られたとき、電子ビーム７４は軸体７５の中心に
戻され、図６の（ｃ）に示されるように左側の先端点７
６ｂを形成するため反対方向に階段的に移動される。最
後に電子ビーム７４は完全な３点チップを形成するよう
に中央先端点７６ｃを形成するため軸体７５の正面の中
心に戻される（図６の（ｄ））。図７の（ａ）〜（ｃ）
はこの従来技術を用いて製造される種々の３点チップを
示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ＣＶＤ技術の使用は臨
界的寸法の測定用の３点ＡＦＭチップの製造に有用であ
るが、前述の米国特許明細書で説明されている技術はチ
ップの寸法に制限がある。例えばトレンチの臨界的寸法
測定で所望のレベルの正確度を得るためには、各先端点
が１０００オングストロームよりも短くなるようにＡＦ
Ｍチップを製造することが必要であり、チップは０．２
５μｍの深さを有するトレンチで最大直径が２０００オ
ングストロームよりも小さい。従って、所望の寸法を有
する点を得るように３点チップを製造するためにＣＶＤ
を使用する既知の技術を制御することは困難である。さ
らに、ＣＶＤを使用する既知の技術により製造される３
点チップの有機金属特性は、実質的に純粋なシリコンで
製造される３点チップよりも望ましいものではない。
界的寸法の測定用の３点ＡＦＭチップの製造に有用であ
るが、前述の米国特許明細書で説明されている技術はチ
ップの寸法に制限がある。例えばトレンチの臨界的寸法
測定で所望のレベルの正確度を得るためには、各先端点
が１０００オングストロームよりも短くなるようにＡＦ
Ｍチップを製造することが必要であり、チップは０．２
５μｍの深さを有するトレンチで最大直径が２０００オ
ングストロームよりも小さい。従って、所望の寸法を有
する点を得るように３点チップを製造するためにＣＶＤ
を使用する既知の技術を制御することは困難である。さ
らに、ＣＶＤを使用する既知の技術により製造される３
点チップの有機金属特性は、実質的に純粋なシリコンで
製造される３点チップよりも望ましいものではない。
【００１２】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、小さな寸法の原子力顕
微鏡用チップを高い正確度で製造することができ、かつ
チップを実質的に純粋なシリコンで構成することができ
る原子力顕微鏡用チップの製造方法を提供することにあ
る。
されたものであり、その目的は、小さな寸法の原子力顕
微鏡用チップを高い正確度で製造することができ、かつ
チップを実質的に純粋なシリコンで構成することができ
る原子力顕微鏡用チップの製造方法を提供することにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明の原子力顕微鏡
用チップの製造方法は、周辺表面と前端部表面とを有す
る実質上縦方向に細長い固体シリコンチップを形成し、
有機化合物からなるガス雰囲気中において、電子ビーム
を上記固体シリコンチップに照射することにより、上記
固体シリコンチップの上記周囲表面に沿って第１、第２
のカーボンマスクを、上記前端部表面上に第３のカーボ
ンマスクをそれぞれ形成し、上記固体シリコンチップと
上記第１、第２及び第３のカーボンマスクの両者から材
料を除去するために予め定められた時間、上記固体シリ
コンチップをエッチングし、予め定められた時間の後に
上記各マスクを完全に除去し、上記固体シリコンチップ
からの材料の除去によって上記各マスクが除去された位
置の方向を向いた３個のスパイクを形成することを特徴
とする。
用チップの製造方法は、周辺表面と前端部表面とを有す
る実質上縦方向に細長い固体シリコンチップを形成し、
有機化合物からなるガス雰囲気中において、電子ビーム
を上記固体シリコンチップに照射することにより、上記
固体シリコンチップの上記周囲表面に沿って第１、第２
のカーボンマスクを、上記前端部表面上に第３のカーボ
ンマスクをそれぞれ形成し、上記固体シリコンチップと
上記第１、第２及び第３のカーボンマスクの両者から材
料を除去するために予め定められた時間、上記固体シリ
コンチップをエッチングし、予め定められた時間の後に
上記各マスクを完全に除去し、上記固体シリコンチップ
からの材料の除去によって上記各マスクが除去された位
置の方向を向いた３個のスパイクを形成することを特徴
とする。
【００１４】この発明の原子力顕微鏡用チップの製造方
法は、先細に形成された外周表面、前端部表面及びこの
前端部表面と反対側のベースとを有するほぼ切頭型の固
体シリコンチップを形成し、上記固体シリコンチップを
ＣＦ4 雰囲気に配置し、上記ベースよりも端部表面に近
接している外周表面の第１の位置に電子ビームを衝突さ
せてこの第１の位置の表面に第１のカーボンマスクを形
成し、外周表面の上記第１の位置と実質上反対側の第２
の位置に電子ビームを衝突させてこの第２の位置の表面
に第２のカーボンマスクを形成し、端部表面上に電子ビ
ームを衝突させて端部表面上に第３のカーボンマスクを
形成し、予め定められた時間だけ上記第１、第２及び第
３のカーボンマスクを備えた固体シリコンチップをエッ
チングし、このエッチングによって上記固体シリコンチ
ップの上記第１のカーボンマスクと上記第３のカーボン
マスクとの間、上記第２のカーボンマスクと上記第３の
カーボンマスクの間、上記第１のカーボンマスクと上記
ベースの間及び上記第２のカーボンマスクと上記ベース
との間の位置でそれぞれシリコンをほぼ放物線断面形状
に除去して、それぞれが各カーボンマスクの１つの位置
と一致する点を有するように第１、第２及び第３のスパ
イクを形成し、かつこのエッチングによって各カーボン
マスクを除去することを特徴とする。
法は、先細に形成された外周表面、前端部表面及びこの
前端部表面と反対側のベースとを有するほぼ切頭型の固
体シリコンチップを形成し、上記固体シリコンチップを
ＣＦ4 雰囲気に配置し、上記ベースよりも端部表面に近
接している外周表面の第１の位置に電子ビームを衝突さ
せてこの第１の位置の表面に第１のカーボンマスクを形
成し、外周表面の上記第１の位置と実質上反対側の第２
の位置に電子ビームを衝突させてこの第２の位置の表面
に第２のカーボンマスクを形成し、端部表面上に電子ビ
ームを衝突させて端部表面上に第３のカーボンマスクを
形成し、予め定められた時間だけ上記第１、第２及び第
３のカーボンマスクを備えた固体シリコンチップをエッ
チングし、このエッチングによって上記固体シリコンチ
ップの上記第１のカーボンマスクと上記第３のカーボン
マスクとの間、上記第２のカーボンマスクと上記第３の
カーボンマスクの間、上記第１のカーボンマスクと上記
ベースの間及び上記第２のカーボンマスクと上記ベース
との間の位置でそれぞれシリコンをほぼ放物線断面形状
に除去して、それぞれが各カーボンマスクの１つの位置
と一致する点を有するように第１、第２及び第３のスパ
イクを形成し、かつこのエッチングによって各カーボン
マスクを除去することを特徴とする。
【００１５】
【００１６】
【実施の形態】以下、図面を参照してこの発明を実施の
形態により説明する。図１の（ａ）〜（ｅ）は、この発
明による原子力顕微鏡用チップの製造方法を３点ＡＦＭ
チップの製造に実施した場合の製造工程を示している。
図１の（ａ）は例えば前述の文献で説明されたマイクロ
製造技術のような通常の方法により形成された固体シリ
コンチップ１０を示している。なお、チップ１０を形成
するためのこれらの技術は本発明の特徴ではない。チッ
プ１０はチップ１０に通常切頭形を与えるためにベース
１１から端部１２までほぼ均一の先細にされた円筒形の
周囲表面を有する。先細の形状はチップ１０の端部１２
で顕著となり、端部１２で比較的平坦な前端部表面１３
に向かって丸味を付けられている。チップ１０の直径は
ベース１１で約２０００オングストロームであり、図１
の（ａ）に示されているようにベース１１から端部１２
に進むにしたがって僅かに減少していることが好まし
い。
形態により説明する。図１の（ａ）〜（ｅ）は、この発
明による原子力顕微鏡用チップの製造方法を３点ＡＦＭ
チップの製造に実施した場合の製造工程を示している。
図１の（ａ）は例えば前述の文献で説明されたマイクロ
製造技術のような通常の方法により形成された固体シリ
コンチップ１０を示している。なお、チップ１０を形成
するためのこれらの技術は本発明の特徴ではない。チッ
プ１０はチップ１０に通常切頭形を与えるためにベース
１１から端部１２までほぼ均一の先細にされた円筒形の
周囲表面を有する。先細の形状はチップ１０の端部１２
で顕著となり、端部１２で比較的平坦な前端部表面１３
に向かって丸味を付けられている。チップ１０の直径は
ベース１１で約２０００オングストロームであり、図１
の（ａ）に示されているようにベース１１から端部１２
に進むにしたがって僅かに減少していることが好まし
い。
【００１７】さらに図１の（ａ）に示されるように、通
常の電子ビーム装置の排気された室内にチップ１０を配
置して、カーボンマスク１５ａがチップ１０上に形成さ
れる。電子ビーム装置はガス供給装置と傾斜ステージを
含むように構成された通常の走査電子顕微鏡ＳＥＭであ
ってもよい。そして、揮発性ガス流が反応室に導入され
る。このガスは有機化合物でなければならず、好ましく
はＣＦ4 を含んでいる。電子ビーム１４はオンに切換え
られ、前端部表面１３近くの位置でチップ１０の端部１
２に照射される。ビーム１４はガスを分解し、分解され
たカーボンがチップ１０の表面に付着する。カーボン付
着はビーム１４により照射された領域内で生じ、そこか
らの放射距離は表面からの電子散乱による。
常の電子ビーム装置の排気された室内にチップ１０を配
置して、カーボンマスク１５ａがチップ１０上に形成さ
れる。電子ビーム装置はガス供給装置と傾斜ステージを
含むように構成された通常の走査電子顕微鏡ＳＥＭであ
ってもよい。そして、揮発性ガス流が反応室に導入され
る。このガスは有機化合物でなければならず、好ましく
はＣＦ4 を含んでいる。電子ビーム１４はオンに切換え
られ、前端部表面１３近くの位置でチップ１０の端部１
２に照射される。ビーム１４はガスを分解し、分解され
たカーボンがチップ１０の表面に付着する。カーボン付
着はビーム１４により照射された領域内で生じ、そこか
らの放射距離は表面からの電子散乱による。
【００１８】カーボン付着の結果として、円形またはデ
ィスク型のカーボンマスク１５ａが端部１２近くのチッ
プ１０表面上に形成される。このマスク１５ａの厚さお
よび直径はビーム直径と電子密度と電子の加速度に応じ
て決定され、これはさらに供給された電圧に依存する。
これらの各条件の設定により所望の厚さと直径を有する
カーボンマスク１５ａが形成される。後述するように、
図１の（ｃ）に示された各マスク１５ａ、１５ｂ及び１
５ｃの厚さと直径は、形成された３点チップの最終的な
形状を最後に決定する。好ましくは上記ビーム１４は５
００オングストロームよりも少ない直径を有し、１次ビ
ームの加速電圧は２０ｋｅＶであり、ビーム電流は３０
ｐＡである。また、ビームはビーム直径にほぼ等しい約
５００オングストロームだけ前端部表面１３から離れた
位置に照射される。そして、ビーム１４は約１５分間供
給される。これらの条件下でマスク１５ａは例えば約５
００オングストロームのビームの直径よりも僅かに大き
い直径を有するようになり、厚さは約１オングストロー
ムである。
ィスク型のカーボンマスク１５ａが端部１２近くのチッ
プ１０表面上に形成される。このマスク１５ａの厚さお
よび直径はビーム直径と電子密度と電子の加速度に応じ
て決定され、これはさらに供給された電圧に依存する。
これらの各条件の設定により所望の厚さと直径を有する
カーボンマスク１５ａが形成される。後述するように、
図１の（ｃ）に示された各マスク１５ａ、１５ｂ及び１
５ｃの厚さと直径は、形成された３点チップの最終的な
形状を最後に決定する。好ましくは上記ビーム１４は５
００オングストロームよりも少ない直径を有し、１次ビ
ームの加速電圧は２０ｋｅＶであり、ビーム電流は３０
ｐＡである。また、ビームはビーム直径にほぼ等しい約
５００オングストロームだけ前端部表面１３から離れた
位置に照射される。そして、ビーム１４は約１５分間供
給される。これらの条件下でマスク１５ａは例えば約５
００オングストロームのビームの直径よりも僅かに大き
い直径を有するようになり、厚さは約１オングストロー
ムである。
【００１９】その後、チップ１０は図１の（ｂ）に示さ
れるように、ビーム１４に垂直である位置に前端部表面
１３を位置させるように回転される。チップ１０には、
再度チップ１０の前端部表面１３上にディスク型カーボ
ンマスクを１５ｂを形成するために電子ビーム１４が照
射される。最後に図１の（ｃ）に示されるように、チッ
プ１０はマスク１５ａと反対のチップ１０表面をビーム
１４に垂直な位置に誘導するように再度回転される。チ
ップ１０にはマスク１５ｃを形成するために再度電子ビ
ーム１４が照射される。通常、各チップ１０には、同一
の直径と幅を有するマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃを形
成するように同一動作特性を有する電子ビームが照射さ
れる。
れるように、ビーム１４に垂直である位置に前端部表面
１３を位置させるように回転される。チップ１０には、
再度チップ１０の前端部表面１３上にディスク型カーボ
ンマスクを１５ｂを形成するために電子ビーム１４が照
射される。最後に図１の（ｃ）に示されるように、チッ
プ１０はマスク１５ａと反対のチップ１０表面をビーム
１４に垂直な位置に誘導するように再度回転される。チ
ップ１０にはマスク１５ｃを形成するために再度電子ビ
ーム１４が照射される。通常、各チップ１０には、同一
の直径と幅を有するマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃを形
成するように同一動作特性を有する電子ビームが照射さ
れる。
【００２０】次に図１の（ｄ）、（ｅ）に示されるよう
に、マスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃが形成されたチップ
１０が、予め定められた量のシリコンを除去するように
エッチングされる。エッチング期間中、カーボンマスク
１５ａ、１５ｂ、１５ｃは保護被覆の役目をし、マスク
１５ａ、１５ｂ、１５ｃの位置でシリコンの表面除去を
防止する。代りにチップ１０のシリコンはチップ１０の
表面をアンダーカットすることによってのみこれらの位
置だけで除去されることができる。
に、マスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃが形成されたチップ
１０が、予め定められた量のシリコンを除去するように
エッチングされる。エッチング期間中、カーボンマスク
１５ａ、１５ｂ、１５ｃは保護被覆の役目をし、マスク
１５ａ、１５ｂ、１５ｃの位置でシリコンの表面除去を
防止する。代りにチップ１０のシリコンはチップ１０の
表面をアンダーカットすることによってのみこれらの位
置だけで除去されることができる。
【００２１】エッチング処置とマスク１５ａ、１５ｂ、
１５ｃを設けたことによる結果として、チップ１０の端
部１２近くのシリコンはマスク１５ａと１５ｂとの間、
およびマスク１５ｂと１５ｃとの間の位置で放物線状に
除去される。換言すると、マスクがアンダーカットされ
るようにチップ１０の端部１２はマスク１５ａと１５ｂ
との間およびマスク１５ｂと１５ｃとの間に延在するほ
ぼ放物線形状にされる。同様の放物線状表面はマスク１
５ａおよび１５ｃとこれらのマスクの下のチップ１０部
分との間で形成される。エッチングが進行すると表面は
連続的に放物線状に除去される。図１の（ｄ）に示され
るように、ある期間の時間の経過後、シリコンの放物線
状の除去によって中間チップ２０が生成される。この中
間チップ２０には、前記マスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
上を中心とする予備スパイク２１ａ、２１ｂ、２１ｃが
形成される。なお、シリコンよりも低速度であるが、マ
スク１５ａ、１５ｂ、１５ｃのカーボン原子もまたエッ
チング処理により除去される。従って、マスク１５ａ、
１５ｂ、１５ｃの厚さも同様に減少する。
１５ｃを設けたことによる結果として、チップ１０の端
部１２近くのシリコンはマスク１５ａと１５ｂとの間、
およびマスク１５ｂと１５ｃとの間の位置で放物線状に
除去される。換言すると、マスクがアンダーカットされ
るようにチップ１０の端部１２はマスク１５ａと１５ｂ
との間およびマスク１５ｂと１５ｃとの間に延在するほ
ぼ放物線形状にされる。同様の放物線状表面はマスク１
５ａおよび１５ｃとこれらのマスクの下のチップ１０部
分との間で形成される。エッチングが進行すると表面は
連続的に放物線状に除去される。図１の（ｄ）に示され
るように、ある期間の時間の経過後、シリコンの放物線
状の除去によって中間チップ２０が生成される。この中
間チップ２０には、前記マスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ
上を中心とする予備スパイク２１ａ、２１ｂ、２１ｃが
形成される。なお、シリコンよりも低速度であるが、マ
スク１５ａ、１５ｂ、１５ｃのカーボン原子もまたエッ
チング処理により除去される。従って、マスク１５ａ、
１５ｂ、１５ｃの厚さも同様に減少する。
【００２２】エッチング処理の終りにおけるチップ形状
が図１の（ｅ）に示されている。この時点で、先の中間
チップ２０は３点チップ３０に変形されている。３点チ
ップ３０はダイヤモンド形状のヘッド３１ａを含んだ先
細の縦方向に細長い部分３１を含んでいる。スパイク３
２ａと３２ｃは先細の細長い部分３１の縦方向の軸に実
質的に垂直な軸に沿ってヘッド３１ａの両側から外方向
に突出している。スパイク３２ｂは実質的に細長い部分
３１の縦方向の軸に沿っている。全てのマスク１５ａ、
１５ｂ、１５ｃはエッチング処理により除去されてい
る。
が図１の（ｅ）に示されている。この時点で、先の中間
チップ２０は３点チップ３０に変形されている。３点チ
ップ３０はダイヤモンド形状のヘッド３１ａを含んだ先
細の縦方向に細長い部分３１を含んでいる。スパイク３
２ａと３２ｃは先細の細長い部分３１の縦方向の軸に実
質的に垂直な軸に沿ってヘッド３１ａの両側から外方向
に突出している。スパイク３２ｂは実質的に細長い部分
３１の縦方向の軸に沿っている。全てのマスク１５ａ、
１５ｂ、１５ｃはエッチング処理により除去されてい
る。
【００２３】スパイク３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、除去
されたカーボンマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃの中心位
置にほぼ対応する先端点を有する。また、各スパイク３
２ａ、３２ｂ、３２ｃは円錐形状を有している。スパイ
ク３２ａと３２ｃの長さは好ましくは図１の（ｃ）中に
示されている距離Ｄ２よりも小さく、スパイク３２ｂの
長さは図１の（ｃ）中に示されている距離Ｄ１よりも小
さい。勿論、最終形状と寸法はカーボンマスク１５ａ、
１５ｂ、１５ｃの形状及び寸法、並びにエッチング処理
時間に依存する。これらの要素はチップ３０とスパイク
３２ａ、３２ｂ、３２ｃの所望な形状および寸法に応じ
て当業者により決定される。通常、マスク１５ａ、１５
ｂ、１５ｃはスパイク３２ａ、３２ｂ、３２ｃの形成を
可能にするのに十分に長いエッチング処理に耐えるため
に、少なくとも１オングストローム程度の厚さが必要で
ある。しかしながら、実際に、マスクは１０オングスト
ロームまでの厚さにされ、エッチング処理により全体的
に除去される。
されたカーボンマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃの中心位
置にほぼ対応する先端点を有する。また、各スパイク３
２ａ、３２ｂ、３２ｃは円錐形状を有している。スパイ
ク３２ａと３２ｃの長さは好ましくは図１の（ｃ）中に
示されている距離Ｄ２よりも小さく、スパイク３２ｂの
長さは図１の（ｃ）中に示されている距離Ｄ１よりも小
さい。勿論、最終形状と寸法はカーボンマスク１５ａ、
１５ｂ、１５ｃの形状及び寸法、並びにエッチング処理
時間に依存する。これらの要素はチップ３０とスパイク
３２ａ、３２ｂ、３２ｃの所望な形状および寸法に応じ
て当業者により決定される。通常、マスク１５ａ、１５
ｂ、１５ｃはスパイク３２ａ、３２ｂ、３２ｃの形成を
可能にするのに十分に長いエッチング処理に耐えるため
に、少なくとも１オングストローム程度の厚さが必要で
ある。しかしながら、実際に、マスクは１０オングスト
ロームまでの厚さにされ、エッチング処理により全体的
に除去される。
【００２４】上記エッチングは乾式または湿式エッチン
グ処理のいずれかにより行われることができる。しかし
ながら、エッチングはチップ１０に沿って、ある位置で
より高いエッチング速度を可能にするために異方性エッ
チングが使用される。１つの好ましい技術は通常の平面
プラズマエッチング処理である。マスク１５ａ、１５
ｂ、１５ｃを有するチップ１０は反応ガスで満たされて
いる反応室中に配置されている。好ましくは反応ガスは
フッ化物化合物を含んでいる。高周波電場はプラズマ状
態に反応ガスを付勢するように反応室に供給され、フッ
化物はシリコンとカーボンを侵蝕し、これを真空システ
ムにより反応室から除去される揮発性成分に変換する。
好ましくはプラズマエッチングはカーボン付着と同一の
反応室で行われ、同一のガスは例えばＣＦ4 などの付着
とエッチングとの両者に使用される。
グ処理のいずれかにより行われることができる。しかし
ながら、エッチングはチップ１０に沿って、ある位置で
より高いエッチング速度を可能にするために異方性エッ
チングが使用される。１つの好ましい技術は通常の平面
プラズマエッチング処理である。マスク１５ａ、１５
ｂ、１５ｃを有するチップ１０は反応ガスで満たされて
いる反応室中に配置されている。好ましくは反応ガスは
フッ化物化合物を含んでいる。高周波電場はプラズマ状
態に反応ガスを付勢するように反応室に供給され、フッ
化物はシリコンとカーボンを侵蝕し、これを真空システ
ムにより反応室から除去される揮発性成分に変換する。
好ましくはプラズマエッチングはカーボン付着と同一の
反応室で行われ、同一のガスは例えばＣＦ4 などの付着
とエッチングとの両者に使用される。
【００２５】プラズマエッチングの代りとして、シリコ
ンとカーボンはイオンビームエッチングにより除去さ
れ、シリコン原子とカーボンはチップ表面のイオン化さ
れたガス粒子の衝撃により除去される。プラズマおよび
イオンビームエッチングの組合わせである反応性イオン
エッチングも使用される。さらに別の手段として、湿式
エッチング処理が使用され、ここではカーボンマスクチ
ップは湿式溶剤に浸漬されるかスプレーを吹付けられ
る。例えば溶剤はＫＯＨである。
ンとカーボンはイオンビームエッチングにより除去さ
れ、シリコン原子とカーボンはチップ表面のイオン化さ
れたガス粒子の衝撃により除去される。プラズマおよび
イオンビームエッチングの組合わせである反応性イオン
エッチングも使用される。さらに別の手段として、湿式
エッチング処理が使用され、ここではカーボンマスクチ
ップは湿式溶剤に浸漬されるかスプレーを吹付けられ
る。例えば溶剤はＫＯＨである。
【００２６】前述したように３点チップ３０の最終的な
形状と寸法は次の４つの要素により決定される。 （１）チップがエッチング処理を受ける時間の長さ。 （２）使用されるエッチング処理の種類。 （３）カーボンマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃの直径お
よび厚さ。 （４）チップ上のマスクの位置。
形状と寸法は次の４つの要素により決定される。 （１）チップがエッチング処理を受ける時間の長さ。 （２）使用されるエッチング処理の種類。 （３）カーボンマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃの直径お
よび厚さ。 （４）チップ上のマスクの位置。
【００２７】プラズマエッチング処理が使用される好ま
しい実施例では、マスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃは約５
００オングストロームの直径と約１０オングストローム
の厚さを有し、付着ガスおよびエッチングガスは２．
５：１の容積比を有するＣＦ4とＯ2 の混合物であり、
チップはエッチング期間中に特定の条件に応じて１５秒
間エッチングされる。
しい実施例では、マスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃは約５
００オングストロームの直径と約１０オングストローム
の厚さを有し、付着ガスおよびエッチングガスは２．
５：１の容積比を有するＣＦ4とＯ2 の混合物であり、
チップはエッチング期間中に特定の条件に応じて１５秒
間エッチングされる。
【００２８】図２は、上記のような方法で製造されたチ
ップを用いてＩＣウェハ上のトレンチのプロファイルを
測定する場合を説明するための側面図である。図２で
は、本発明により製造されたチップ３０がトレンチ内に
配置された状態が示されている。チップの幅ｗは１００
０オングストローム程度の小さなものでよく、距離ｄは
５００オングストローム程度でもよく、距離Ｄは２５０
オングストロームの大きさでもよい。従ってこれらの寸
法を有するチップの使用はトレンチのより正確なプロフ
ィルの決定を可能にする。
ップを用いてＩＣウェハ上のトレンチのプロファイルを
測定する場合を説明するための側面図である。図２で
は、本発明により製造されたチップ３０がトレンチ内に
配置された状態が示されている。チップの幅ｗは１００
０オングストローム程度の小さなものでよく、距離ｄは
５００オングストローム程度でもよく、距離Ｄは２５０
オングストロームの大きさでもよい。従ってこれらの寸
法を有するチップの使用はトレンチのより正確なプロフ
ィルの決定を可能にする。
【００２９】ＣＶＤ処理が本発明の実施の形態で使用さ
れているが、これはマスクの形成のためであり、完成し
たスパイクの製造に使用されるのではない。さらに、カ
ーボンマスクは実質的にエッチング処理により完全に除
去される。従って、本発明は実質的にカーボン汚染のな
い完成した３点チップの形成を可能にする。さらに、エ
ッチングによるシリコン除去によるスパイクの生成は付
着材料の成長によるスパイクの生成よりも高い正確度で
制御されることができる。従って３点チップは小さい寸
法であるように高い正確度で製造することができる。
れているが、これはマスクの形成のためであり、完成し
たスパイクの製造に使用されるのではない。さらに、カ
ーボンマスクは実質的にエッチング処理により完全に除
去される。従って、本発明は実質的にカーボン汚染のな
い完成した３点チップの形成を可能にする。さらに、エ
ッチングによるシリコン除去によるスパイクの生成は付
着材料の成長によるスパイクの生成よりも高い正確度で
制御されることができる。従って３点チップは小さい寸
法であるように高い正確度で製造することができる。
【００３０】図３は、上記実施の形態で先の３つのマス
ク１５ａ、１５ｂ、１５ｃを付着させる際に使用される
製造装置の構成を概略的に示している。この装置は、ガ
ス吸入口４１、石英管４２、マイクロ波発生器４３、チ
ップ４４がエッチングされるエッチング室４５を含んで
いる。電子光学的柱体４６はステージ４７上に位置され
ているチップ４４に照射するための電子ビーム４８を発
生する。ステージ４７はチップ４４の適切な部分上に前
記３つのマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ（図３では図示
せず）を付着するためにエッチング期間中にチップ４４
を位置するために使用される回転および傾斜機能を有す
る。排気ポート４９、５０は電子光学的柱体４６及びエ
ッチング室４５にそれぞれ設けられている。なお、この
発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その
他の変形及び変更を本発明の技術的範囲を逸脱すること
なく容易に行なうことができる。
ク１５ａ、１５ｂ、１５ｃを付着させる際に使用される
製造装置の構成を概略的に示している。この装置は、ガ
ス吸入口４１、石英管４２、マイクロ波発生器４３、チ
ップ４４がエッチングされるエッチング室４５を含んで
いる。電子光学的柱体４６はステージ４７上に位置され
ているチップ４４に照射するための電子ビーム４８を発
生する。ステージ４７はチップ４４の適切な部分上に前
記３つのマスク１５ａ、１５ｂ、１５ｃ（図３では図示
せず）を付着するためにエッチング期間中にチップ４４
を位置するために使用される回転および傾斜機能を有す
る。排気ポート４９、５０は電子光学的柱体４６及びエ
ッチング室４５にそれぞれ設けられている。なお、この
発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その
他の変形及び変更を本発明の技術的範囲を逸脱すること
なく容易に行なうことができる。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
小さな寸法の原子力顕微鏡用チップを高い正確度で製造
することができ、かつチップを実質的に純粋なシリコン
で構成することができる原子力顕微鏡用チップの製造方
法を提供することができる。
小さな寸法の原子力顕微鏡用チップを高い正確度で製造
することができ、かつチップを実質的に純粋なシリコン
で構成することができる原子力顕微鏡用チップの製造方
法を提供することができる。
【図１】本発明の一実施の形態による３点プロ−ブを製
造する際のカーボン付着工程及びエッチング工程を示す
側面図。
造する際のカーボン付着工程及びエッチング工程を示す
側面図。
【図２】本発明の一実施の形態による方法で製造された
チップを用いてＩＣウェハ上のトレンチのプロファイル
を測定する場合を説明するための側面図。
チップを用いてＩＣウェハ上のトレンチのプロファイル
を測定する場合を説明するための側面図。
【図３】本発明の一実施の形態による方法によるマスク
の付着に使用される装置の概略を示す図。
の付着に使用される装置の概略を示す図。
【図４】トレンチ内に配置されている通常のＡＦＭプロ
−ブ及び３点ＡＦＭプロ−ブを示す側面図。
−ブ及び３点ＡＦＭプロ−ブを示す側面図。
【図５】前部表面上に形成されている針状チップを有す
る通常のシリコンプロ−ブの斜視図。
る通常のシリコンプロ−ブの斜視図。
【図６】通常のＣＶＤ技術により３点プロ−ブを製造す
る際の側面図。
る際の側面図。
【図７】従来のＣＶＤ技術の使用により製造された種々
の３点チップを示す側面図。
の３点チップを示す側面図。
１０…固体シリコンチップ、 １１…ベース、 １２…端部、 １３…前端部表面、 １４…ビーム、 １５ａ、１５ｂ、１５ｃ…円形またはディスク型のカー
ボンマスク、 ２０…中間チップ、 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…予備スパイク、 ３０…３点チップ、 ３１…先細の細長い部分、 ３１ａ…ダイヤモンド形状のヘッド、 ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…スパイク、 ４１…ガス吸入口、 ４２…石英管、 ４３…マイクロ波発生器、 ４４…チップ、 ４５…エッチング室、 ４６…電子光学的柱体、 ４７…ステージ、 ４８…電子ビーム、 ４９、５０…排気ポート。
ボンマスク、 ２０…中間チップ、 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ…予備スパイク、 ３０…３点チップ、 ３１…先細の細長い部分、 ３１ａ…ダイヤモンド形状のヘッド、 ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…スパイク、 ４１…ガス吸入口、 ４２…石英管、 ４３…マイクロ波発生器、 ４４…チップ、 ４５…エッチング室、 ４６…電子光学的柱体、 ４７…ステージ、 ４８…電子ビーム、 ４９、５０…排気ポート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−75501（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−208327（ＪＰ，Ａ) 米国特許5242541（ＵＳ，Ａ) 米国特許5171992（ＵＳ，Ａ) Ｄ．Ｎｙｙｓｓｏｎｅｎ，Ｌ．Ｌａｎ ｄｓｔｅｉｎ，ａｎｄ Ｅ．Ｃｏｏｍｂ ｓ，”Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒ ｏｓｃｏｐｅ ｔｒｅｎｃｈ ｍｅｔｒ ｏｌｏｇｙ ｓｙｓｔｅｍ”，Ｊｏｕｒ ｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅ ｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂ，米国，Ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉ ｃｓ，1991年12月31日，第９巻第６号, ｐ．3612−3616 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 C23C 16/00 - 16/56 C23F 1/00 - 4/04 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 周辺表面と前端部表面とを有する実質上
縦方向に細長い固体シリコンチップを形成し、 有機化合物からなるガス雰囲気中において、電子ビーム
を上記固体シリコンチップに照射することにより、上記
固体シリコンチップの上記周囲表面に沿って第１、第２
のカーボンマスクを、上記前端部表面上に第３のカーボ
ンマスクをそれぞれ形成し、 上記固体シリコンチップと上記第１、第２及び第３のカ
ーボンマスクの両者から材料を除去するために予め定め
られた時間、上記固体シリコンチップをエッチングし、
予め定められた時間の後に上記各マスクを完全に除去
し、上記固体シリコンチップからの材料の除去によって
上記各マスクが除去された位置の方向を向いた３個のス
パイクを形成することを特徴とする原子力顕微鏡用チッ
プの製造方法。 - 【請求項２】 先細に形成された外周表面、前端部表面
及びこの前端部表面と反対側のベースとを有するほぼ切
頭型の固体シリコンチップを形成し、 上記固体シリコンチップをＣＦ4 雰囲気に配置し、 上記ベースよりも端部表面に近接している外周表面の第
１の位置に電子ビームを衝突させてこの第１の位置の表
面に第１のカーボンマスクを形成し、 外周表面の上記第１の位置と実質上反対側の第２の位置
に電子ビームを衝突させてこの第２の位置の表面に第２
のカーボンマスクを形成し、 端部表面上に電子ビームを衝突させて端部表面上に第３
のカーボンマスクを形成し、 予め定められた時間、上記第１、第２及び第３のカーボ
ンマスクを備えた固体シリコンチップをエッチングし、
このエッチングによって上記固体シリコンチップの上記
第１のカーボンマスクと上記第３のカーボンマスクとの
間、上記第２のカーボンマスクと上記第３のカーボンマ
スクの間、上記第１のカーボンマスクと上記ベースの間
及び上記第２のカーボンマスクと上記ベースとの間の位
置でそれぞれシリコンをほぼ放物線断面形状に除去し
て、それぞれが各カーボンマスクの１つの位置と一致す
る点を有するように第１、第２及び第３のスパイクを形
成し、かつこのエッチングによって各カーボンマスクを
除去することを特徴とする原子力顕微鏡用チップの製造
方法。
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