JPH0712052B2 - 超微細シリコン・テイツプを形成する方法 - Google Patents
超微細シリコン・テイツプを形成する方法Info
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- JPH0712052B2 JPH0712052B2 JP2205329A JP20532990A JPH0712052B2 JP H0712052 B2 JPH0712052 B2 JP H0712052B2 JP 2205329 A JP2205329 A JP 2205329A JP 20532990 A JP20532990 A JP 20532990A JP H0712052 B2 JPH0712052 B2 JP H0712052B2
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- G01Q60/38—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders
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- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/10—STM [Scanning Tunnelling Microscopy] or apparatus therefor, e.g. STM probes
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- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/875—Scanning probe structure with tip detail
- Y10S977/878—Shape/taper
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、原子間力顕微鏡または走査トンネル顕微鏡の
プロフィル測定、たとえば、将来の半導体技術における
深いトレンチのプロフィル測定用に、微細機械加工によ
りシリコン基板上に超微細シリコン・ティップを製造す
る方法に関するものである。
プロフィル測定、たとえば、将来の半導体技術における
深いトレンチのプロフィル測定用に、微細機械加工によ
りシリコン基板上に超微細シリコン・ティップを製造す
る方法に関するものである。
B.従来の技術 走査トンネル顕微鏡（以下STMと略す）は、微細ティッ
プの使用に基づく材料の微細特性を明らかにする新しい
方法の開発の端緒となった。これらの方法の１つに、最
近、導体および絶縁体のプロフィルを測定し作像する能
力が証明された原子間力顕微鏡（以下AFMと略す）があ
る。
プの使用に基づく材料の微細特性を明らかにする新しい
方法の開発の端緒となった。これらの方法の１つに、最
近、導体および絶縁体のプロフィルを測定し作像する能
力が証明された原子間力顕微鏡（以下AFMと略す）があ
る。
AFMの初期の設計（Ｇ・ビニング（Binning）、CF.クエ
ート（Quate）、Ch.ガーバー（Gerber））、「原子間力
顕微鏡（Atomic Force Microscope）」、Phys.Rev.Let
t.、56、1986年、pp.930〜933、および欧州特許明細書
第223918号）では、１端で強固に取り付けられ、自由端
で誘電体ティップを支持するスプリング状のカンチレバ
ーからなるセンサが、物体の表面プロフィルを測定す
る。物体の表面とティップの間の力がカンチレバーを湾
曲させ、この湾曲を、たとえばSTMの一部である第２の
ティップで正確に測定することができる。当初、3nmの
横方向空間解像度が得られている。
ート（Quate）、Ch.ガーバー（Gerber））、「原子間力
顕微鏡（Atomic Force Microscope）」、Phys.Rev.Let
t.、56、1986年、pp.930〜933、および欧州特許明細書
第223918号）では、１端で強固に取り付けられ、自由端
で誘電体ティップを支持するスプリング状のカンチレバ
ーからなるセンサが、物体の表面プロフィルを測定す
る。物体の表面とティップの間の力がカンチレバーを湾
曲させ、この湾曲を、たとえばSTMの一部である第２の
ティップで正確に測定することができる。当初、3nmの
横方向空間解像度が得られている。
他のAFMでは、STM検出の代りに光学的検出を用いてい
る。このAFMでは、針金の先端のタングステン・ティッ
プが、圧電トランスジューサに取り付けられている。ト
ランスジューサで、カンチレバーとして機能する針金の
共振周波数でティップを振動させ、レーザ・ヘテロダイ
ン干渉計でa.c.振動の振幅を正確に測定する。ティップ
とサンプルとの間の力の勾配がレバーのコンプライアン
スを変更し、これにより、レバーの共振のシフトによる
振幅の変化を引き起こす。レバーの特性がわかれば、振
幅をティップとサンプルの間隔の関数として測定して、
力の勾配を、したがって力そのものを求めることができ
る（UT.デュリッヒ（Duerig）、JK.ジムゼウスキー（Gi
mzewski）、DW.ポール（Pohl））、「トンネル顕微鏡の
走査中に作用する力の実験的観察（Experimental Obser
vation of Forces Acting During Scanning Tunneling
Microscopy）」、Phys.Rev.Lett.、57、1986年、pp.240
3〜2406、およびY.マーチン（Martin）、CC.ウィリアム
ス（Williams）、HK.ヴィクラマシンゲ（Wickramasingh
e）、「原子間力顕微鏡による100オングストローム以下
のマッピングおよびプロフィル測定（Atomic Force Mic
roscope-Force Mapping and Profiling on a sub 100-
Å Scale）」、J.Appl.Phys.、61（10）、1987年、pp.
4723〜4729）。
る。このAFMでは、針金の先端のタングステン・ティッ
プが、圧電トランスジューサに取り付けられている。ト
ランスジューサで、カンチレバーとして機能する針金の
共振周波数でティップを振動させ、レーザ・ヘテロダイ
ン干渉計でa.c.振動の振幅を正確に測定する。ティップ
とサンプルとの間の力の勾配がレバーのコンプライアン
スを変更し、これにより、レバーの共振のシフトによる
振幅の変化を引き起こす。レバーの特性がわかれば、振
幅をティップとサンプルの間隔の関数として測定して、
力の勾配を、したがって力そのものを求めることができ
る（UT.デュリッヒ（Duerig）、JK.ジムゼウスキー（Gi
mzewski）、DW.ポール（Pohl））、「トンネル顕微鏡の
走査中に作用する力の実験的観察（Experimental Obser
vation of Forces Acting During Scanning Tunneling
Microscopy）」、Phys.Rev.Lett.、57、1986年、pp.240
3〜2406、およびY.マーチン（Martin）、CC.ウィリアム
ス（Williams）、HK.ヴィクラマシンゲ（Wickramasingh
e）、「原子間力顕微鏡による100オングストローム以下
のマッピングおよびプロフィル測定（Atomic Force Mic
roscope-Force Mapping and Profiling on a sub 100-
Å Scale）」、J.Appl.Phys.、61（10）、1987年、pp.
4723〜4729）。
カンチレバーの通常の湾曲モードでは、10-12Ｎ程度の
力を検出することができる。Phys.Rev.Lett.、56、1986
年、pp.930〜933に所載のビニッヒ（G.Binnig）他の論
文に記載されているように、センサ・ヘッドの感度は、
測定すべき物体をカンチレバーの共振振動数f0で振動さ
せることによって、増大させることができる。
力を検出することができる。Phys.Rev.Lett.、56、1986
年、pp.930〜933に所載のビニッヒ（G.Binnig）他の論
文に記載されているように、センサ・ヘッドの感度は、
測定すべき物体をカンチレバーの共振振動数f0で振動さ
せることによって、増大させることができる。
AFMで最も重要な要素は、スプリング状のカンチレバー
である。所与の力での湾曲を最大にする必要があるた
め、カンチレバーは最適な柔軟さのものでなければなら
ない。したがって、固有感度の高いカンチレバーのばね
定数は最小でなければならない。実際に、0.1nm未満程
度の位置変化を検出するには、カンチレバーのばね定数
Ｃは、約0.001〜1N/mの範囲でなければならない。同時
に、建物からの振動ノイズの影響を最小にするには、固
有振動数の高い剛性のカンチレバーが必要である。通
常、周囲振動、主として建物の振動は、100ヘルツ以上
である。固有振動数f0が10KHz以下となるようにカンチ
レバーを選択すれば、周囲振動を無視できる程度に減ら
すことができる。
である。所与の力での湾曲を最大にする必要があるた
め、カンチレバーは最適な柔軟さのものでなければなら
ない。したがって、固有感度の高いカンチレバーのばね
定数は最小でなければならない。実際に、0.1nm未満程
度の位置変化を検出するには、カンチレバーのばね定数
Ｃは、約0.001〜1N/mの範囲でなければならない。同時
に、建物からの振動ノイズの影響を最小にするには、固
有振動数の高い剛性のカンチレバーが必要である。通
常、周囲振動、主として建物の振動は、100ヘルツ以上
である。固有振動数f0が10KHz以下となるようにカンチ
レバーを選択すれば、周囲振動を無視できる程度に減ら
すことができる。
上記の両要件を満たすには、カンチレバーの寸法とし
て、微細機械加工技術でしか得られない寸法が必要であ
る。
て、微細機械加工技術でしか得られない寸法が必要であ
る。
Ｃ＝0.034N/m、f0＝21.1KHzに適合するSiO2カンチレバ
ーの寸法は、たとえば１＝250μｍ、ｗ＝９μｍ、ｔ＝
1.6μｍである。こうした寸法のカンチレバーを製作す
る工程は、TR.アルブレヒト（Albrecht）、CF.クエート
（Quate）、「原子間力顕微鏡による導体および非導体
上の原子分解能（Atomic Resolution with the Atomic
Force Microscope on Conductors and Nonconductor
s）」、J.Vac.Sci.Technol.、A6（２）、1988年３月/4
月、pp.271〜274に記載されている。
ーの寸法は、たとえば１＝250μｍ、ｗ＝９μｍ、ｔ＝
1.6μｍである。こうした寸法のカンチレバーを製作す
る工程は、TR.アルブレヒト（Albrecht）、CF.クエート
（Quate）、「原子間力顕微鏡による導体および非導体
上の原子分解能（Atomic Resolution with the Atomic
Force Microscope on Conductors and Nonconductor
s）」、J.Vac.Sci.Technol.、A6（２）、1988年３月/4
月、pp.271〜274に記載されている。
このような微小カンチレバーの先端の尖ったティップ
は、物体の表面プロフィルが測定できるように形成する
必要がある。プロフィルを測定する構造が、たとえば、
50nmを超える巨視的な深さであるなら、ティップの形状
および断面は、構造の再現の忠実さにとってきわめて重
要である。
は、物体の表面プロフィルが測定できるように形成する
必要がある。プロフィルを測定する構造が、たとえば、
50nmを超える巨視的な深さであるなら、ティップの形状
および断面は、構造の再現の忠実さにとってきわめて重
要である。
C.発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、３次元構造のプロフィル測定ができる
ような形状のティップを製造する方法を提供することに
ある。
ような形状のティップを製造する方法を提供することに
ある。
本発明の目的は、請求項１に記載の方法によって達成さ
れる。
れる。
本発明はまた、本発明の方法に従って製造した構造も含
む。
む。
マイクロプロフィル測定の分野では、トレンチ等の３次
元構造のプロフィル測定や、線幅の測定がますます重要
になっている。線幅の測定の正確さ、およびトレンチの
プロフィル測定の必要性は、主として試験する構造の勾
配角および深さによって決まる。第２図に、試験する２
種類の構造を示す。第2A図は、幅ｗ、深さｄ、勾配角α
＜90°（正の角度）の構造、第2B図は、幅ｗ、深さｄ、
勾配角α＞90°（負の角度）の構造を示す。
元構造のプロフィル測定や、線幅の測定がますます重要
になっている。線幅の測定の正確さ、およびトレンチの
プロフィル測定の必要性は、主として試験する構造の勾
配角および深さによって決まる。第２図に、試験する２
種類の構造を示す。第2A図は、幅ｗ、深さｄ、勾配角α
＜90°（正の角度）の構造、第2B図は、幅ｗ、深さｄ、
勾配角α＞90°（負の角度）の構造を示す。
高解像度（すなわち現寸どおりの再生）を得るには、AF
Mのティップと物体構造の比に関して特別な要件を充た
さなければならない。第2B図の基板構造の幅ｗが約１μ
ｍと仮定すると、ティップの軸の直径が１μｍより著し
く小さくなければならないことは明らかである。代表的
な構造、たとえばシリコン・メモリ・ティップの深さ
は、数μｍである。これらの構造のプロフィルを測定す
るには、ティップの長さは少なくとも構造の深さと同じ
でなければならない。たとえば、記憶キャパシタは、幅
約0.7μｍ、深さ約６μｍであり、したがってこのよう
な寸法のトレンチのプロフィルを測定するには、ティッ
プの長さはその直径の数倍なければならない。
Mのティップと物体構造の比に関して特別な要件を充た
さなければならない。第2B図の基板構造の幅ｗが約１μ
ｍと仮定すると、ティップの軸の直径が１μｍより著し
く小さくなければならないことは明らかである。代表的
な構造、たとえばシリコン・メモリ・ティップの深さ
は、数μｍである。これらの構造のプロフィルを測定す
るには、ティップの長さは少なくとも構造の深さと同じ
でなければならない。たとえば、記憶キャパシタは、幅
約0.7μｍ、深さ約６μｍであり、したがってこのよう
な寸法のトレンチのプロフィルを測定するには、ティッ
プの長さはその直径の数倍なければならない。
同時に、ティップは、機械的安定性が高くなければなら
ない。これは、材料自体、ティップの形状寸法、および
特に支持手段中に固定する方法の影響を受ける。上記の
Journal of Applied Physics所載のY.マーチン（Marti
n）他の論文に記載されたAFMは、動的モードで使用され
ることが多く、すなわち、ティップが（kHzの範囲の）
高周波振動で使用され、そのため、ティップと基板の機
械的接触でティップが破壊されることがないように、高
度の安定性を有することも必要である。
ない。これは、材料自体、ティップの形状寸法、および
特に支持手段中に固定する方法の影響を受ける。上記の
Journal of Applied Physics所載のY.マーチン（Marti
n）他の論文に記載されたAFMは、動的モードで使用され
ることが多く、すなわち、ティップが（kHzの範囲の）
高周波振動で使用され、そのため、ティップと基板の機
械的接触でティップが破壊されることがないように、高
度の安定性を有することも必要である。
本発明によれば、シリコン・ティップは、シリコン・キ
ャリアに適切にモノリシックに固定される。３次元構造
のプロフィルを測定するには、シリコン・ティップは、
アスペクト比、すなわち長さと直径の比が大きく、１を
はっきりと超えるものでなければならない。経験的、理
論的に、すべての用途に理想的なティップはないことが
わかっている。第2A図および第2B図を参照して説明した
ように、直径および全長に関して理想的なティップを得
るために守るべき要件は、主としてプロフィルを測定す
る構造の深さと勾配角によって決まる。実際に現れる構
造のプロフィルが最も良く測定できる４種類の基本的タ
イプのティップ断面を提案する。
ャリアに適切にモノリシックに固定される。３次元構造
のプロフィルを測定するには、シリコン・ティップは、
アスペクト比、すなわち長さと直径の比が大きく、１を
はっきりと超えるものでなければならない。経験的、理
論的に、すべての用途に理想的なティップはないことが
わかっている。第2A図および第2B図を参照して説明した
ように、直径および全長に関して理想的なティップを得
るために守るべき要件は、主としてプロフィルを測定す
る構造の深さと勾配角によって決まる。実際に現れる構
造のプロフィルが最も良く測定できる４種類の基本的タ
イプのティップ断面を提案する。
第3A図のティップ形状は、勾配角αがα＜45°（αはテ
ィップ尖端の角度より小さくなければならない）と小さ
い構造のプロフィル測定に理想的なものである。このよ
うなティップは、物理的に、ティップの最先端に検出点
が１つしかないため、像情報をSFM法によって容易に解
釈できるという利点がある。その欠点は、勾配角の小さ
い構造にしか使用できないことである。
ィップ尖端の角度より小さくなければならない）と小さ
い構造のプロフィル測定に理想的なものである。このよ
うなティップは、物理的に、ティップの最先端に検出点
が１つしかないため、像情報をSFM法によって容易に解
釈できるという利点がある。その欠点は、勾配角の小さ
い構造にしか使用できないことである。
第3B図のティップ形状は、勾配角が90°に近い正の角度
の構造のプロフィル測定に理想的なものである。上記の
記憶キャパシタの深いトレンチでは、約87°の勾配角が
必要である。このような構造のプロフィルを測定するに
は、理想的な長方形の断面を有する第3B図のティップ構
造が最も有利である。その欠点は、水平構造上では、直
接に情報が得られず、したがって復号しなければならな
いことである。第3A図のティップの製造の最初の工程
は、本発明の主題に属するものであり、下記に説明を行
なう。
の構造のプロフィル測定に理想的なものである。上記の
記憶キャパシタの深いトレンチでは、約87°の勾配角が
必要である。このような構造のプロフィルを測定するに
は、理想的な長方形の断面を有する第3B図のティップ構
造が最も有利である。その欠点は、水平構造上では、直
接に情報が得られず、したがって復号しなければならな
いことである。第3A図のティップの製造の最初の工程
は、本発明の主題に属するものであり、下記に説明を行
なう。
第3C図のティップ形状は、勾配角がほぼ垂直、または僅
かにアンダーカットの断面形状のもの（第2B図参照）に
理想的である。その製造方法も本発明の主題に属するも
のであり、下記に説明を行なう。第3C図のティップ形状
が第3B図のティップ形状よりも有利な点は明らかであ
る。第3C図のティップ形状が第3B図のティップ形状より
も不利になるのは、きわめて狭く（＜0.5μｍ）、深い
構造の場合だけである。狭いトレンチを走査するには、
ティップの前直径がトレンチの幅より小さくなければな
らない。一方、ティップの軸の直径は、ばね定数にとっ
て決定的である。実験により、ティップが表面に付着す
るのを防止するために、ばね定数は＞2N/mでなければな
らないことがわかった。第3B図のティップを第3C図のテ
ィップと比較すると、前直径が同じ場合、第3C図のティ
ップの軸のほうが細く、したがって弾性が大きいことが
わかる。長方形ビームのばね定数は、 Ｃ≒ｗ・t3/l3 であり、第3B図のティップと第3C図のティップの剛性を
同様に最小にするには、第3C図のティップのほうを短く
しなければならない。すなわち、第3C図のティップで測
定できる構造の最大深さは、第3B図のティップで測定で
きる構造の最大深さよりも小さい。実際の例では、長さ
３μｍ、直径0.2μｍ、ばね定数Ｃ＝2.8N/m、固有振動
数f0＝32MHzのティップが、深さ＜３μｍ、幅＞0.3μｍ
の構造のプロフィル測定に使用される。
かにアンダーカットの断面形状のもの（第2B図参照）に
理想的である。その製造方法も本発明の主題に属するも
のであり、下記に説明を行なう。第3C図のティップ形状
が第3B図のティップ形状よりも有利な点は明らかであ
る。第3C図のティップ形状が第3B図のティップ形状より
も不利になるのは、きわめて狭く（＜0.5μｍ）、深い
構造の場合だけである。狭いトレンチを走査するには、
ティップの前直径がトレンチの幅より小さくなければな
らない。一方、ティップの軸の直径は、ばね定数にとっ
て決定的である。実験により、ティップが表面に付着す
るのを防止するために、ばね定数は＞2N/mでなければな
らないことがわかった。第3B図のティップを第3C図のテ
ィップと比較すると、前直径が同じ場合、第3C図のティ
ップの軸のほうが細く、したがって弾性が大きいことが
わかる。長方形ビームのばね定数は、 Ｃ≒ｗ・t3/l3 であり、第3B図のティップと第3C図のティップの剛性を
同様に最小にするには、第3C図のティップのほうを短く
しなければならない。すなわち、第3C図のティップで測
定できる構造の最大深さは、第3B図のティップで測定で
きる構造の最大深さよりも小さい。実際の例では、長さ
３μｍ、直径0.2μｍ、ばね定数Ｃ＝2.8N/m、固有振動
数f0＝32MHzのティップが、深さ＜３μｍ、幅＞0.3μｍ
の構造のプロフィル測定に使用される。
第3D図のティップについても同様の考慮が行なわれる。
水平面のプロフィルを測定するには、第3D図のティップ
が第3C図のティップよりも有利である。
水平面のプロフィルを測定するには、第3D図のティップ
が第3C図のティップよりも有利である。
D.課題を解決するための手段 本発明によれば、 a.シリコン基板を用意してその上にマスク層を設けるス
テップと、 b.上記マスク層に、フォトリソグラフィおよびエッチン
グにより、マスク・パターンを形成するステップと、 c.ステップｂで形成したマスク・パターンを、反応性イ
オン・エッチングにより、シリコン基板中に転写してテ
ィップの軸を形成するステップと、 d.等方性湿式エッチングにより、軸を細くし、基部を形
成するステップと、 e.エッチングによりマスクを除去するステップとを含
む、AFM/STMプロフィル測定用の超微細シリコン・ティ
ップの製造方法が提供される。
テップと、 b.上記マスク層に、フォトリソグラフィおよびエッチン
グにより、マスク・パターンを形成するステップと、 c.ステップｂで形成したマスク・パターンを、反応性イ
オン・エッチングにより、シリコン基板中に転写してテ
ィップの軸を形成するステップと、 d.等方性湿式エッチングにより、軸を細くし、基部を形
成するステップと、 e.エッチングによりマスクを除去するステップとを含
む、AFM/STMプロフィル測定用の超微細シリコン・ティ
ップの製造方法が提供される。
得られた先端が長方形のティップの軸は、アルゴン・イ
オン・ミリングによって鋭くすることができる。
オン・ミリングによって鋭くすることができる。
第２の実施例では、ステップｅの前に、二酸化シリコン
・マスクを介して異方性湿式エッチングを行ない、マス
クの真下に負の断面形状の軸を形成する。このエッチン
グ工程後、エッチングによりマスクを除去する。
・マスクを介して異方性湿式エッチングを行ない、マス
クの真下に負の断面形状の軸を形成する。このエッチン
グ工程後、エッチングによりマスクを除去する。
E.実施例 第1A図、第1B図、第1C図、および第1D図は、本発明のよ
るティップの製造方法の概略図である。
るティップの製造方法の概略図である。
出発原料は、厚さ約１μｍの二酸化シリコン層２をコー
ティングしたシリコン・ウェーハ１で、シリコン・ウェ
ーハの配向およびドーピングは、任意に選択することが
できる。標準のフォトリソグラフィにより、ティップに
なる部分にマスクをかける（図示せず）。この目的のた
めに、二酸化シリコン層の上に厚さ約３μｍのフォトレ
ジスト層を設け、上記のフォトレジスト層中に所要のマ
スク・パターンを画定する。一般に、円形のマスクを使
用し、その直径は、ティップの軸になる部分の直径の数
倍とする。たとえばCF4をエッチ・ガスとして使用した
第１の反応性イオン・エッチング（RIE）により、レジ
スト・パターンを二酸化シリコン層２中に転写する。こ
のエッチング工程のプロセス・パラメータは下記のとお
りである。
ティングしたシリコン・ウェーハ１で、シリコン・ウェ
ーハの配向およびドーピングは、任意に選択することが
できる。標準のフォトリソグラフィにより、ティップに
なる部分にマスクをかける（図示せず）。この目的のた
めに、二酸化シリコン層の上に厚さ約３μｍのフォトレ
ジスト層を設け、上記のフォトレジスト層中に所要のマ
スク・パターンを画定する。一般に、円形のマスクを使
用し、その直径は、ティップの軸になる部分の直径の数
倍とする。たとえばCF4をエッチ・ガスとして使用した
第１の反応性イオン・エッチング（RIE）により、レジ
スト・パターンを二酸化シリコン層２中に転写する。こ
のエッチング工程のプロセス・パラメータは下記のとお
りである。
・平坦RIE装置 ・流速：CF4 20sccm ・圧力:10μバール ・RF:800V ・DC:520V ・SiO2エッチ速度：〜20nm/分 次に、異方性RIEにより、二酸化シリコン・マスク２を
シリコン１中の深部に転写する（第1A図）。エッチング
の深さによって、ティップになる部分３の長さが基本的
に決まる。このエッチング工程のプロセス・パラメータ
は下記のとおりである。
シリコン１中の深部に転写する（第1A図）。エッチング
の深さによって、ティップになる部分３の長さが基本的
に決まる。このエッチング工程のプロセス・パラメータ
は下記のとおりである。
・流速:Ar 50sccm ＋ Cl2 5sccm ・圧力:20μバール ・RF:600V ・DC:150V ・Siエッチ速度：〜67nm/分 構造３の側壁を、高度に異方性のRIE工程に典型的な現
象である、側壁再付着層４と呼ばれるもので被覆する。
側壁層は、工程を続ける前に除去しなければならない。
この工程は、下記のエッチ液を使用する等方性湿式エッ
チングである。
象である、側壁再付着層４と呼ばれるもので被覆する。
側壁層は、工程を続ける前に除去しなければならない。
この工程は、下記のエッチ液を使用する等方性湿式エッ
チングである。
HNO3 35.5体積％ CH3COOH 21.5体積％ HF 21.5体積％ H2O 21.5体積％ FC98湿潤剤（3M社の商標Fluorad） T＝20℃ Siエッチ速度：〜2.5μm/分 このエッチング工程の間に、側壁再付着層４を除去す
る。この後、同じエッチ液でシリコンの軸３を浅く（た
とえば、最終直径が約0.2μｍになるまで）エッチング
する。同時に、これは等方性エッチング工程であるた
め、軸３の円錐形の基部５が形成され、これによりティ
ップ軸の機械的安定性が向上する（第1B図）。ここで、
ティップが工程中に短くなったり丸くなったりするのを
防止する、二酸化シリコン・マスク２がまだ残っている
ことが不可欠である。
る。この後、同じエッチ液でシリコンの軸３を浅く（た
とえば、最終直径が約0.2μｍになるまで）エッチング
する。同時に、これは等方性エッチング工程であるた
め、軸３の円錐形の基部５が形成され、これによりティ
ップ軸の機械的安定性が向上する（第1B図）。ここで、
ティップが工程中に短くなったり丸くなったりするのを
防止する、二酸化シリコン・マスク２がまだ残っている
ことが不可欠である。
緩衝フッ化水素酸を使用したディップ・エッチングによ
り、二酸化シリコン・マスク２を除去する。得られたテ
ィップ（第3B図参照）は長方形の断面を有する。
り、二酸化シリコン・マスク２を除去する。得られたテ
ィップ（第3B図参照）は長方形の断面を有する。
次の工程では、アルゴン・ガスとシリコン基板の組合せ
ではエッチ速度が角度に依存するという効果を利用し
た、マスクレス・アルゴン・イオン・エッチングで、テ
ィップ７をとがらせる。角度が60度の場合、エッチ速度
は、垂直（０度）に衝突させる場合に比べて約３倍にな
る。
ではエッチ速度が角度に依存するという効果を利用し
た、マスクレス・アルゴン・イオン・エッチングで、テ
ィップ７をとがらせる。角度が60度の場合、エッチ速度
は、垂直（０度）に衝突させる場合に比べて約３倍にな
る。
ティップをとがらせる工程（第1C図）のプロセス・パラ
メータは下記のとおりである。
メータは下記のとおりである。
・流速:Ar 20sccm ・圧力:3μバール（重要） ・RF:1000V ・DC:630V ・垂直Siエッチ速度：〜4nm/分 第1B図の後、二酸化シリコン・マスク２が元のままと仮
定して、異方性湿式エッチング（たとえば37.5重量％の
KOH水溶液）を使用すると、マスク２の真下に負の断面
形状６が形成される（第1D図）。酸化物マスクを緩衝フ
ッ化水素酸で除去すると、最終のティップ形状（第3C図
参照）が得られる。
定して、異方性湿式エッチング（たとえば37.5重量％の
KOH水溶液）を使用すると、マスク２の真下に負の断面
形状６が形成される（第1D図）。酸化物マスクを緩衝フ
ッ化水素酸で除去すると、最終のティップ形状（第3C図
参照）が得られる。
F.発明の効果 本発明の方法により、機械的安定性に優れた超微細ティ
ップが得られる。アスペクト比の高い（最大1:20）この
ティップは、将来の半導体技術において、深いトレンチ
のプロフィル測定のためのAFMに使用することができ
る。
ップが得られる。アスペクト比の高い（最大1:20）この
ティップは、将来の半導体技術において、深いトレンチ
のプロフィル測定のためのAFMに使用することができ
る。
第1A図、第1B図、第1C図、および第1D図は、本発明によ
るティップの製造工程の順序を示す図である。 第2A図および第2B図は、プロフィル測定する深い構造の
形状を示す図である。 第3A図、第3B図、第3C図、および第3D図は、４種類のテ
ィップの形状を示す図である。 １……シリコン基板、２……マスク層、３……ティップ
軸。
るティップの製造工程の順序を示す図である。 第2A図および第2B図は、プロフィル測定する深い構造の
形状を示す図である。 第3A図、第3B図、第3C図、および第3D図は、４種類のテ
ィップの形状を示す図である。 １……シリコン基板、２……マスク層、３……ティップ
軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イヴス・マーチン アメリカ合衆国ニユーヨーク州ブリアクリ フ・メイナー、メイシー・ロード253番地 (72)発明者 ヘルガ・ヴアイス ドイツ連邦共和国7030ベーブリンゲン、ヴ イーラントシユトラーセ７番地 (72)発明者 ヘマンタ・ケイ・ウイツクラマシング アメリカ合衆国ニユーヨーク州チヤパツ カ、キング・ストリート600番地 (72)発明者 オラーフ・ヴオルター ドイツ連邦共和国7042アイトリンゲン、ヴ アハオルダーヴエーク８番地 (56)参考文献 特開 平３−21803（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−21802（ＪＰ，Ａ)
Claims (11)
- 【請求項１】原子間力顕微鏡または走査トンネル顕微鏡
のプロフィル測定用の超微細シリコン・ティップを形成
する方法において、 （ａ）シリコン基板を用意してその上にマスク層を設け
るステップと、 （ｂ）上記マスク層に、フォトリソグラフィおよびエッ
チングにより、マスク・パターンを形成するステップ
と、 （ｃ）ステップｂで形成したマスク・パターンを、反応
性イオン・エッチングにより、シリコン基板中に転写し
て、ティップの軸を形成するステップと、 （ｄ）等方性湿式エッチングにより、軸を細くし、基部
を形成するステップと、 （ｅ）エッチングによりマスクを除去するステップと、 を含む方法。 - 【請求項２】さらに、前記ステップｅの前に、元のまま
のマスクを介して異方性湿式エッチングを行ない、これ
により、上記マスクの真下に負の断面形状の軸を形成し
た後、上記マスクを除去するステップを含む、請求項１
に記載の方法。 - 【請求項３】マスクの除去によって得られた長方形の軸
端部を、アルゴン・イオン・ミリングによってとがらせ
ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】上記シリコン基板に、厚さ約１μｍの二酸
化シリコン層を設けることを特徴とする、請求項１に記
載の方法。 - 【請求項５】上記二酸化シリコン層に厚さ約３μｍのフ
ォトレジスト層を設け、上記フォトレジスト層に所要の
マスク・パターンを画定することを特徴とする、請求項
１および４に記載の方法。 - 【請求項６】湿式エッチング、またはCF4をエッチ・ガ
スとして使用した約10μバールの圧力での反応性イオン
・エッチングにより、フォトレジスト層中のマスク・パ
ターンを二酸化シリコン層中に転写することを特徴とす
る、請求項１、４または５に記載の方法。 - 【請求項７】塩素／アルゴンをエッチ・ガスとして使用
した約20μバールの圧力での異方性反応性イオン・エッ
チングにより、二酸化シリコンのマスク・パターンをシ
リコン基板中に転写することを特徴とする、請求項１、
４または６に記載の方法。 - 【請求項８】等方性湿式エッチングにより、側壁再付着
層を軸から除去し、同時に軸を細くすることを特徴とす
る、請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】約60℃で37.5重量％のKOH水溶液による異
方性湿式エッチングにより、マスクの真下に負の断面形
状の軸を形成することを特徴とする、請求項１または２
に記載の方法。 - 【請求項１０】5:1の緩衝フッ化水素酸を用いたエッチ
ングにより、マスクを除去することを特徴とする、請求
項１ないし９の１つまたはいくつかの組合わせの方法。 - 【請求項１１】プロフィルを測定すべきサンプルの表面
と相互作用するような先端をもつティップ軸を有するシ
リコン・ベースを含む、原子間力顕微鏡または走査トン
ネル顕微鏡のプロフィル測定用微小機械センサであっ
て、 上記ベースと上記の形状の先端をもつティップ軸が、１
つの材料片から微細機械加工によって製造された一体部
分を形成することを特徴とする、センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP89115097.1 | 1989-08-16 | ||
| EP89115097A EP0413040B1 (en) | 1989-08-16 | 1989-08-16 | Method of producing ultrafine silicon tips for the afm/stm profilometry |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03104136A JPH03104136A (ja) | 1991-05-01 |
| JPH0712052B2 true JPH0712052B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=8201768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2205329A Expired - Lifetime JPH0712052B2 (ja) | 1989-08-16 | 1990-08-03 | 超微細シリコン・テイツプを形成する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5242541A (ja) |
| EP (1) | EP0413040B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0712052B2 (ja) |
| DE (1) | DE68903950T2 (ja) |
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