JPH08330280A - 微細針状構造の加工方法 - Google Patents
微細針状構造の加工方法Info
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- JPH08330280A JPH08330280A JP15524295A JP15524295A JPH08330280A JP H08330280 A JPH08330280 A JP H08330280A JP 15524295 A JP15524295 A JP 15524295A JP 15524295 A JP15524295 A JP 15524295A JP H08330280 A JPH08330280 A JP H08330280A
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- processing
- sample substrate
- fine needle
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Abstract
(57)【要約】
【目的】比較的簡単な装置と工程により、高アスペクト
比で自由な形状の針状構造を形成することである。 【構成】試料基板１１にその表面の一部を覆う被膜１２
を形成する工程と、該試料基板を反応性環境中に置いて
該試料基板に等方性エッチングを施し、被膜の下側にテ
ーパ部１３を形成する工程と、該試料基板にエネルギー
ビーム１４を照射して異方性加工を行い、上記テーパに
続く棒状部１５を形成する工程とを具備する。
比で自由な形状の針状構造を形成することである。 【構成】試料基板１１にその表面の一部を覆う被膜１２
を形成する工程と、該試料基板を反応性環境中に置いて
該試料基板に等方性エッチングを施し、被膜の下側にテ
ーパ部１３を形成する工程と、該試料基板にエネルギー
ビーム１４を照射して異方性加工を行い、上記テーパに
続く棒状部１５を形成する工程とを具備する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子間力顕微鏡（Atom
ic Force Microscope: ＡＦＭ）をはじめとする多くの
走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope:
ＳＰＭ）用カンチレバーの探針や、電界放出型微小電子
源のエミッタチップなどに利用される微細で先鋭な針状
構造を形成するための加工法に関する。
ic Force Microscope: ＡＦＭ）をはじめとする多くの
走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscope:
ＳＰＭ）用カンチレバーの探針や、電界放出型微小電子
源のエミッタチップなどに利用される微細で先鋭な針状
構造を形成するための加工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、先端が先鋭でかつ全体としてアス
ペクト比が高い針状構造の製造が望まれている。従来の
微細な針状構造の加工方法として、パターン状膜を塗布
した試料基板を、反応性ガスを用いたプラズマ中もしく
は反応性溶液中にさらして等方性エッチングを行うか、
或いは、この工程に続けてさらに試料基板を低温で熱酸
化して熱酸化膜を形成し、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）により
熱酸化膜を取り除くことによって先端の鋭い針状構造を
形成する方法がある。また、結晶構造の面方位に依存す
る異方性エッチングを用いる場合もあった。
ペクト比が高い針状構造の製造が望まれている。従来の
微細な針状構造の加工方法として、パターン状膜を塗布
した試料基板を、反応性ガスを用いたプラズマ中もしく
は反応性溶液中にさらして等方性エッチングを行うか、
或いは、この工程に続けてさらに試料基板を低温で熱酸
化して熱酸化膜を形成し、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）により
熱酸化膜を取り除くことによって先端の鋭い針状構造を
形成する方法がある。また、結晶構造の面方位に依存す
る異方性エッチングを用いる場合もあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記等方性エッチング
を用いる加工方法では、等方性エッチングにより針状構
造の概形が決定される。しかし、等方性エッチングによ
って得られる形状のアスペクト比は０．５乃至１程度で
あり、自由な形状の針状構造を形成することは困難であ
った。
を用いる加工方法では、等方性エッチングにより針状構
造の概形が決定される。しかし、等方性エッチングによ
って得られる形状のアスペクト比は０．５乃至１程度で
あり、自由な形状の針状構造を形成することは困難であ
った。
【０００４】また、原子間力顕微鏡を例にとると、図４
に示すような現在市販されているカンチレバーの探針部
分３１は、ＫＯＨ（水酸化カリウム）による面方位に依
存した異方性エッチングを利用して作製されているた
め、面方位（１１１）の面に固定されてしまい、アスペ
クト比が１以下の探針しか製造することができなかっ
た。このようなアスペクト比の低い探針では、アスペク
ト比が高く三次元的に複雑な形状をもった構造物の形状
を正確に測定することは不可能であった。
に示すような現在市販されているカンチレバーの探針部
分３１は、ＫＯＨ（水酸化カリウム）による面方位に依
存した異方性エッチングを利用して作製されているた
め、面方位（１１１）の面に固定されてしまい、アスペ
クト比が１以下の探針しか製造することができなかっ
た。このようなアスペクト比の低い探針では、アスペク
ト比が高く三次元的に複雑な形状をもった構造物の形状
を正確に測定することは不可能であった。
【０００５】また、走査型プローブ顕微鏡の一種に、近
年発明された走査型マクスウェル応力顕微鏡があり、こ
れは、試料表面と数十ｎｍまで近接したカンチレバーの
探針との間に働く電気的マクスウェル応力を検出するも
のである。この電気的マクスウェル応力は長距離力であ
るため、試料と探針の先端以外との相互利用を極力抑え
ることが必要となり、探針先端の鋭さだけではなく、頂
角が鋭いこと、探針全体の高さが高いことがカンチレバ
ーに要求される。
年発明された走査型マクスウェル応力顕微鏡があり、こ
れは、試料表面と数十ｎｍまで近接したカンチレバーの
探針との間に働く電気的マクスウェル応力を検出するも
のである。この電気的マクスウェル応力は長距離力であ
るため、試料と探針の先端以外との相互利用を極力抑え
ることが必要となり、探針先端の鋭さだけではなく、頂
角が鋭いこと、探針全体の高さが高いことがカンチレバ
ーに要求される。
【０００６】さらに、電界放出型微小電子源は、図５に
示すように先端の曲率半径が数十ｎｍと鋭いエミッタチ
ップ３２と、エミッタチップからサブミクロンのオーダ
ーで近接した電極によって構成されており、電極に数十
Ｖの電圧を印加することによってエミッタチップ先端に
電界を集中させることによって真空中に電子を放出させ
るものである。この電界放出型微小電子源においては、
電子放出特性がエミッタチップ３２のアスペクト比に依
存すると考えられており、アスペクト比の高いエミッタ
の方が電子放出特性が良いと言われている。
示すように先端の曲率半径が数十ｎｍと鋭いエミッタチ
ップ３２と、エミッタチップからサブミクロンのオーダ
ーで近接した電極によって構成されており、電極に数十
Ｖの電圧を印加することによってエミッタチップ先端に
電界を集中させることによって真空中に電子を放出させ
るものである。この電界放出型微小電子源においては、
電子放出特性がエミッタチップ３２のアスペクト比に依
存すると考えられており、アスペクト比の高いエミッタ
の方が電子放出特性が良いと言われている。
【０００７】したがって、上記従来の技術で製造された
市販のカンチレバーでは、原子間力顕微鏡や走査型マク
スウェル応力顕微鏡、電界放出型微小電子源の性能を十
分発揮できなかった。さらに、上記従来の技術において
は、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）により熱酸化膜を取り除く工
程において大型の熱酸化炉が必要で、しかも非常に時間
がかかるという問題があった。
市販のカンチレバーでは、原子間力顕微鏡や走査型マク
スウェル応力顕微鏡、電界放出型微小電子源の性能を十
分発揮できなかった。さらに、上記従来の技術において
は、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）により熱酸化膜を取り除く工
程において大型の熱酸化炉が必要で、しかも非常に時間
がかかるという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の事情に鑑
みなされたもので、請求項１に記載の発明は、試料基板
にその表面の一部を覆う被膜を形成する工程と、該試料
基板を反応性環境中に置いて該試料基板に等方性エッチ
ングを施し、被膜の下側にテーパ部を形成する工程と、
該試料基板にエネルギービームを照射して異方性加工を
行い、上記テーパに続く棒状部を形成する工程とを具備
することを特徴とする微細針状構造の加工方法である。
請求項２に記載の発明は、上記反応性環境が、反応性ガ
スプラズマ又は反応性溶液中に形成されることを特徴と
する請求項１に記載の微細針状構造の加工方法である。
請求項３に記載の発明は、試料基板にその表面の一部を
覆う被膜をその周縁が肉薄になるように形成する工程
と、該試料基板にエネルギービームを照射して異方性加
工を行い、被膜を縮小させながら試料基板を加工してテ
ーパ状部を形成する工程とを具備することを特徴とする
微細針状構造の加工方法である。
みなされたもので、請求項１に記載の発明は、試料基板
にその表面の一部を覆う被膜を形成する工程と、該試料
基板を反応性環境中に置いて該試料基板に等方性エッチ
ングを施し、被膜の下側にテーパ部を形成する工程と、
該試料基板にエネルギービームを照射して異方性加工を
行い、上記テーパに続く棒状部を形成する工程とを具備
することを特徴とする微細針状構造の加工方法である。
請求項２に記載の発明は、上記反応性環境が、反応性ガ
スプラズマ又は反応性溶液中に形成されることを特徴と
する請求項１に記載の微細針状構造の加工方法である。
請求項３に記載の発明は、試料基板にその表面の一部を
覆う被膜をその周縁が肉薄になるように形成する工程
と、該試料基板にエネルギービームを照射して異方性加
工を行い、被膜を縮小させながら試料基板を加工してテ
ーパ状部を形成する工程とを具備することを特徴とする
微細針状構造の加工方法である。
【０００９】請求項４に記載の発明は、上記エネルギー
ビーム照射工程において、露出箇所においては均一に加
工がなされ、これにより中央に棒状部が形成されること
を特徴とする請求項３に記載の微細針状構造の加工方法
である。請求項５に記載の発明は、上記エネルギービー
ム照射工程の後に、さらに等方性加工を行って上記テー
パ部を先鋭化する工程を具備することを特徴とする請求
項１ないし４のいずれかに記載の微細針状構造の加工方
法である。請求項６に記載の発明は、上記等方性加工
は、試料基板の表面に酸化膜を生成した後、これを反応
性溶液等で取り除くことによって行われることを特徴と
する請求項５に記載の微細針状構造の加工方法である。
ビーム照射工程において、露出箇所においては均一に加
工がなされ、これにより中央に棒状部が形成されること
を特徴とする請求項３に記載の微細針状構造の加工方法
である。請求項５に記載の発明は、上記エネルギービー
ム照射工程の後に、さらに等方性加工を行って上記テー
パ部を先鋭化する工程を具備することを特徴とする請求
項１ないし４のいずれかに記載の微細針状構造の加工方
法である。請求項６に記載の発明は、上記等方性加工
は、試料基板の表面に酸化膜を生成した後、これを反応
性溶液等で取り除くことによって行われることを特徴と
する請求項５に記載の微細針状構造の加工方法である。
【００１０】請求項７に記載の発明は、上記酸化膜は、
酸化雰囲気中において低温加熱することによって生成さ
れることを特徴とする請求項６に記載の微細針状構造の
加工方法である。請求項８に記載の発明は、上記酸化膜
は、酸素ラジカル中で生成されることを特徴とする請求
項６に記載の微細針状構造の加工方法である。請求項９
に記載の発明は、前記試料基板がＳｉ，ＳｉＯ2などの
Ｓｉ含有半導体材料であることを特徴とする請求項１な
いし８のいずれかに記載の微細針状構造の加工方法であ
る。請求項１０に記載の発明は、前記エネルギービーム
が、高速原子線又はイオンビーム又は電子線又はレーザ
又は放射光又は原子・分子線であることを特徴とする請
求項１ないし９のいずれかに記載の微細針状構造の加工
方法である。
酸化雰囲気中において低温加熱することによって生成さ
れることを特徴とする請求項６に記載の微細針状構造の
加工方法である。請求項８に記載の発明は、上記酸化膜
は、酸素ラジカル中で生成されることを特徴とする請求
項６に記載の微細針状構造の加工方法である。請求項９
に記載の発明は、前記試料基板がＳｉ，ＳｉＯ2などの
Ｓｉ含有半導体材料であることを特徴とする請求項１な
いし８のいずれかに記載の微細針状構造の加工方法であ
る。請求項１０に記載の発明は、前記エネルギービーム
が、高速原子線又はイオンビーム又は電子線又はレーザ
又は放射光又は原子・分子線であることを特徴とする請
求項１ないし９のいずれかに記載の微細針状構造の加工
方法である。
【００１１】
【作用】請求項１に記載の発明においては、反応性環境
中において試料基板に等方性エッチングが施され、試料
基板面に対して垂直な方向と、レジスト下部から試料基
板面の内側に向かう方向にほぼ等速度でエッチングが進
行して、その結果、被膜の下側にテーパ部が形成され
る。次に、該試料基板にエネルギービームを照射して異
方性加工を行い、上記テーパ部に続く棒状部が形成され
る。このようにして、高アスペクト比のドライプロセス
による異方性エッチングとドライプロセスまたはウェッ
トプロセスによる等方性エッチングとが組み合わせられ
てよって自由な形状の針状構造を形成することが可能で
ある。
中において試料基板に等方性エッチングが施され、試料
基板面に対して垂直な方向と、レジスト下部から試料基
板面の内側に向かう方向にほぼ等速度でエッチングが進
行して、その結果、被膜の下側にテーパ部が形成され
る。次に、該試料基板にエネルギービームを照射して異
方性加工を行い、上記テーパ部に続く棒状部が形成され
る。このようにして、高アスペクト比のドライプロセス
による異方性エッチングとドライプロセスまたはウェッ
トプロセスによる等方性エッチングとが組み合わせられ
てよって自由な形状の針状構造を形成することが可能で
ある。
【００１２】請求項２に記載の発明においては、上記等
方性反応が、反応性ガスプラズマ又は反応性溶液中で行
われる。請求項３に記載の発明においては、被膜がその
周縁が肉薄になるように形成されており、試料基板にエ
ネルギービームを照射すると、フォトレジストが縁部か
ら順次縮小し、それに伴い被加工物も縁部からエッチン
グされ、被膜被覆箇所において被膜厚さに応じて試料基
板が加工され、テーパ状部が形成される。このように、
フォトレジストの厚さ分布を変えることによって、エネ
ルギービームの試料基板照射時間を制御して、自由に形
状を制御することができる。請求項４に記載の発明にお
いては、エネルギービーム照射によって、露出箇所にお
いては均一に加工がなされ、これにより中央に棒状部が
形成され、これによって一工程で先端のテーパ部と棒状
部を有する針状構造が形成される。請求項５に記載の発
明においては、エネルギービーム照射工程の後に、さら
に等方性加工がなされて、テーパ部の表面層が均一に除
去されて先鋭化され、先端の曲率半径が１ｎｍ以下の非
常に鋭くしかも自由な形状をもった針状構造を加工する
ことが可能となる。
方性反応が、反応性ガスプラズマ又は反応性溶液中で行
われる。請求項３に記載の発明においては、被膜がその
周縁が肉薄になるように形成されており、試料基板にエ
ネルギービームを照射すると、フォトレジストが縁部か
ら順次縮小し、それに伴い被加工物も縁部からエッチン
グされ、被膜被覆箇所において被膜厚さに応じて試料基
板が加工され、テーパ状部が形成される。このように、
フォトレジストの厚さ分布を変えることによって、エネ
ルギービームの試料基板照射時間を制御して、自由に形
状を制御することができる。請求項４に記載の発明にお
いては、エネルギービーム照射によって、露出箇所にお
いては均一に加工がなされ、これにより中央に棒状部が
形成され、これによって一工程で先端のテーパ部と棒状
部を有する針状構造が形成される。請求項５に記載の発
明においては、エネルギービーム照射工程の後に、さら
に等方性加工がなされて、テーパ部の表面層が均一に除
去されて先鋭化され、先端の曲率半径が１ｎｍ以下の非
常に鋭くしかも自由な形状をもった針状構造を加工する
ことが可能となる。
【００１３】請求項６に記載の発明においては、試料基
板の表面に酸化膜が生成され、これを反応性溶液等で取
り除くことによって等方性加工がなされる。請求項７に
記載の発明においては、上記酸化膜が、酸化雰囲気中に
おいて低温加熱することによって生成される。請求項８
に記載の発明においては、上記酸化膜が、酸素ラジカル
中で生成される。真空容器内で針状構造を有する試料基
板を酸素ラジカル中にさらして表面酸化を行い、真空容
器から取り出したあとで反応性溶液等で酸化膜を取り除
いて針状構造を先鋭化する。この方法では、真空容器と
ラジカル源のみを必要としており、より簡便であるだけ
でなく、熱酸化と比較して処理時間が非常に短いという
利点ももつ。
板の表面に酸化膜が生成され、これを反応性溶液等で取
り除くことによって等方性加工がなされる。請求項７に
記載の発明においては、上記酸化膜が、酸化雰囲気中に
おいて低温加熱することによって生成される。請求項８
に記載の発明においては、上記酸化膜が、酸素ラジカル
中で生成される。真空容器内で針状構造を有する試料基
板を酸素ラジカル中にさらして表面酸化を行い、真空容
器から取り出したあとで反応性溶液等で酸化膜を取り除
いて針状構造を先鋭化する。この方法では、真空容器と
ラジカル源のみを必要としており、より簡便であるだけ
でなく、熱酸化と比較して処理時間が非常に短いという
利点ももつ。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図１及び図２
を参照して説明する。図１は、本発明の針状構造加工法
の一実施例を示す工程図である。この実施例では、ま
ず、図１（ａ）に示すように、加工対象物であるＳｉ試
料基板１１の表面にフォトリソグラフィ工程によって直
径１μｍ程度の円形パターンを持つフォトレジスト（被
膜）１２を形成する。この時、露光量や露光焦点などの
条件を適当に設定して露光を行い、現像後のレジストの
形状が、高さが１ないし３μｍで、試料基板に対して端
面がほぼ垂直である円柱状になるようにする。
を参照して説明する。図１は、本発明の針状構造加工法
の一実施例を示す工程図である。この実施例では、ま
ず、図１（ａ）に示すように、加工対象物であるＳｉ試
料基板１１の表面にフォトリソグラフィ工程によって直
径１μｍ程度の円形パターンを持つフォトレジスト（被
膜）１２を形成する。この時、露光量や露光焦点などの
条件を適当に設定して露光を行い、現像後のレジストの
形状が、高さが１ないし３μｍで、試料基板に対して端
面がほぼ垂直である円柱状になるようにする。
【００１５】次に、この被膜形成された試料基板１１に
対して、ＳＦ6 等を用いた反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）、もしくはＨＮＯ3 とＨＦの混合液によるウェッ
トエッチングを行う。例えばＳＦ6 を用いた反応性イオ
ンエッチングの場合には、試料基板面においてＳｉとプ
ラズマ中のＦ原子との化学反応によって揮発性物質（Ｓ
ｉＨ4 等）を生成して蒸発し、試料基板面に対して垂直
な方向と、レジスト下部から試料基板面の内側に向かう
方向にほぼ等速度でエッチングが進行し、フォトレジス
ト１２の下側にテーパ部１３が形成される。このテーパ
部１３は、エッチング後の断面において、図１（ｂ）に
示すように下側が徐々に勾配が緩くなるように形成され
る。この場合は、等方性加工であり、アスペクト比（底
辺の基準になる長さに対する高さの割合）は０．５から
１程度である。この等方性加工を、試料基板とレジスト
の接触面の直径が１０乃至１００ｎｍ程度になるまで行
う。
対して、ＳＦ6 等を用いた反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）、もしくはＨＮＯ3 とＨＦの混合液によるウェッ
トエッチングを行う。例えばＳＦ6 を用いた反応性イオ
ンエッチングの場合には、試料基板面においてＳｉとプ
ラズマ中のＦ原子との化学反応によって揮発性物質（Ｓ
ｉＨ4 等）を生成して蒸発し、試料基板面に対して垂直
な方向と、レジスト下部から試料基板面の内側に向かう
方向にほぼ等速度でエッチングが進行し、フォトレジス
ト１２の下側にテーパ部１３が形成される。このテーパ
部１３は、エッチング後の断面において、図１（ｂ）に
示すように下側が徐々に勾配が緩くなるように形成され
る。この場合は、等方性加工であり、アスペクト比（底
辺の基準になる長さに対する高さの割合）は０．５から
１程度である。この等方性加工を、試料基板とレジスト
の接触面の直径が１０乃至１００ｎｍ程度になるまで行
う。
【００１６】等方性加工を行った後に、高速原子線１４
を図１（ａ）の矢印で示した方向に沿って試料１１に垂
直に照射する。高速原子線は、通常の運動エネルギーよ
りはるかに大きい例えば０．１ｋｅＶ以上のエネルギー
を持つ原子線を言い、例えば塩素ガス等のイオンを中性
化して原子とし、これに電圧を印加して加速することに
より発生させる。高速原子線の照射によって、高速原子
線のエネルギーによる物理的加工と、Ｓｉと塩素との化
学反応が複合的に進行してエッチングが行われる。
を図１（ａ）の矢印で示した方向に沿って試料１１に垂
直に照射する。高速原子線は、通常の運動エネルギーよ
りはるかに大きい例えば０．１ｋｅＶ以上のエネルギー
を持つ原子線を言い、例えば塩素ガス等のイオンを中性
化して原子とし、これに電圧を印加して加速することに
より発生させる。高速原子線の照射によって、高速原子
線のエネルギーによる物理的加工と、Ｓｉと塩素との化
学反応が複合的に進行してエッチングが行われる。
【００１７】高速原子線は電気的に中性であり、被照射
物への電荷の蓄積や原子線相互の影響を受けず、直進性
が高い。従って、フォトレジスト１２で遮蔽された部分
はエッチングが進行せず、フォトレジストで遮蔽されて
いない部分のみが加工され、棒状部１５が形成される。
この工程は異方性加工であるので、エッチングは試料基
板にほぼ垂直に進行し、図１（ｃ）に示すようなアスペ
クト比が高い加工が行われる。加工量、つまり棒状部の
高さＨが所望の値（例えば１０μｍ）になったところで
高速原子線による加工をやめる。このように加工量を制
御することによって針状構造の高さを自由に調整するこ
とができる。
物への電荷の蓄積や原子線相互の影響を受けず、直進性
が高い。従って、フォトレジスト１２で遮蔽された部分
はエッチングが進行せず、フォトレジストで遮蔽されて
いない部分のみが加工され、棒状部１５が形成される。
この工程は異方性加工であるので、エッチングは試料基
板にほぼ垂直に進行し、図１（ｃ）に示すようなアスペ
クト比が高い加工が行われる。加工量、つまり棒状部の
高さＨが所望の値（例えば１０μｍ）になったところで
高速原子線による加工をやめる。このように加工量を制
御することによって針状構造の高さを自由に調整するこ
とができる。
【００１８】また、上記実施例においては、同じフォト
レジストを用いて等方性エッチングと異方性加工を行な
うので、別々のマスクを形成する場合に比較して作業が
大幅に軽減される。最後に、残ったフォトレジスト１２
を酸素プラズマ等でアッシングして除去し、加工作業が
完了する。
レジストを用いて等方性エッチングと異方性加工を行な
うので、別々のマスクを形成する場合に比較して作業が
大幅に軽減される。最後に、残ったフォトレジスト１２
を酸素プラズマ等でアッシングして除去し、加工作業が
完了する。
【００１９】針状構造の先端をさらに鋭い形状に加工す
るために、さらに、図２に示すような工程を加える。す
なわち、フォトレジスト１２を除去した後の試料１１
に、例えば９５０℃以下の温度で熱酸化して３００ｎｍ
程度の厚さの表面酸化層１６を形成し（図２（ａ）参
照）、ＢＨＦ等のエッチング液によって表面酸化層１６
を取り除く（図２（ｂ）参照）。なお、フォトレジスト
を除去する工程が、上記酸素プラズマによるアッシング
であれば、同時に試料表面が薄く酸化されるため、改め
て表面酸化を施す必要がない。これらの方法によると針
状構造の先端の曲率半径を１ｎｍ（１０オングストロー
ム）以下まで鋭くすることが可能である。
るために、さらに、図２に示すような工程を加える。す
なわち、フォトレジスト１２を除去した後の試料１１
に、例えば９５０℃以下の温度で熱酸化して３００ｎｍ
程度の厚さの表面酸化層１６を形成し（図２（ａ）参
照）、ＢＨＦ等のエッチング液によって表面酸化層１６
を取り除く（図２（ｂ）参照）。なお、フォトレジスト
を除去する工程が、上記酸素プラズマによるアッシング
であれば、同時に試料表面が薄く酸化されるため、改め
て表面酸化を施す必要がない。これらの方法によると針
状構造の先端の曲率半径を１ｎｍ（１０オングストロー
ム）以下まで鋭くすることが可能である。
【００２０】図３に、この発明の第２の実施例を説明す
る。これは、上記のエネルギービーム加工工程におい
て、フォトレジスト自体も試料材料のＳｉ等より遅い速
度でエッチングされることを利用したものである。ま
ず、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ工程
において露光焦点を意図的にずらし、もしくは露光量を
最適条件よりも増やすなどして、試料基板２１の上にフ
ォトレジスト２２を中央が厚くなるようなテーパ（水平
面との角度：α）をもつように形成する。フォトレジス
ト２２のテーパ角や高さなどは、フォトレジストや被加
工物の被加工速度に応じて、露光条件などで制御する。
る。これは、上記のエネルギービーム加工工程におい
て、フォトレジスト自体も試料材料のＳｉ等より遅い速
度でエッチングされることを利用したものである。ま
ず、図３（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ工程
において露光焦点を意図的にずらし、もしくは露光量を
最適条件よりも増やすなどして、試料基板２１の上にフ
ォトレジスト２２を中央が厚くなるようなテーパ（水平
面との角度：α）をもつように形成する。フォトレジス
ト２２のテーパ角や高さなどは、フォトレジストや被加
工物の被加工速度に応じて、露光条件などで制御する。
【００２１】次に、図３（ｂ）に示すように高速原子線
２３の照射を行って異方性加工を行なうと、フォトレジ
スト２２が縁部から順次縮小し、それに伴い試料基板２
１も縁部からエッチングされ、テーパ部（水平面との角
度：β）２４が形成され、最終的に図３（ｃ）のような
テーパを持つ針状構造物２５を形成することができる。
２３の照射を行って異方性加工を行なうと、フォトレジ
スト２２が縁部から順次縮小し、それに伴い試料基板２
１も縁部からエッチングされ、テーパ部（水平面との角
度：β）２４が形成され、最終的に図３（ｃ）のような
テーパを持つ針状構造物２５を形成することができる。
【００２２】この場合、フォトレジスト２２の厚さやテ
ーパ面の角度α、及び材料自体の種類や密度に依存する
被エッチング速度、高速原子線２３の種類や強度等の因
子によって試料基板２１に形成されるテーパの角度βが
決まる。従って、これらの条件を適宜変更して実験すれ
ば、それぞれの因子の重みを特定することができ、所要
のテーパ角度を持つような加工の制御を行なうことがで
きる。また、本実施例では、フォトレジストがエッチン
グされて最後にはなくなるので、フォトレジストを酸素
プラズマ等でエッチングして除去する必要はない。
ーパ面の角度α、及び材料自体の種類や密度に依存する
被エッチング速度、高速原子線２３の種類や強度等の因
子によって試料基板２１に形成されるテーパの角度βが
決まる。従って、これらの条件を適宜変更して実験すれ
ば、それぞれの因子の重みを特定することができ、所要
のテーパ角度を持つような加工の制御を行なうことがで
きる。また、本実施例では、フォトレジストがエッチン
グされて最後にはなくなるので、フォトレジストを酸素
プラズマ等でエッチングして除去する必要はない。
【００２３】第１の実施例と同様、図２に示すように、
フォトレジストがなくなった後の試料を、熱酸化などの
方法によって表面酸化し、ＢＨＦ等のエッチング液によ
って表面酸化膜を取り除く工程を加えることにより、先
端がさらに先鋭な針状構造物を形成することができる。
フォトレジストがなくなった後の試料を、熱酸化などの
方法によって表面酸化し、ＢＨＦ等のエッチング液によ
って表面酸化膜を取り除く工程を加えることにより、先
端がさらに先鋭な針状構造物を形成することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、高アスペクト比のドライプロセスによる
異方性エッチングとドライプロセスまたはウェットプロ
セスによる等方性エッチングとが組み合わせられること
によって、自由なアスペクト比を持ち、かも先端の曲率
半径も１ｎｍ以下の微細な針状構造つ微細針状構造を形
成することができる。これによって、種々の産業的な分
野において高い利用価値を有する製品を製造でき、例え
ば、高アスペクト比のエミッタチップを作製することに
より、良好な電子放出性をもつ電界放出型微小電子源を
提供でき、自由なアスペクト比と高さを持ったカンチレ
バーを作製することにより、高い分解能を持つ原子間力
顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡を提供することがで
きる。
発明によれば、高アスペクト比のドライプロセスによる
異方性エッチングとドライプロセスまたはウェットプロ
セスによる等方性エッチングとが組み合わせられること
によって、自由なアスペクト比を持ち、かも先端の曲率
半径も１ｎｍ以下の微細な針状構造つ微細針状構造を形
成することができる。これによって、種々の産業的な分
野において高い利用価値を有する製品を製造でき、例え
ば、高アスペクト比のエミッタチップを作製することに
より、良好な電子放出性をもつ電界放出型微小電子源を
提供でき、自由なアスペクト比と高さを持ったカンチレ
バーを作製することにより、高い分解能を持つ原子間力
顕微鏡などの走査型プローブ顕微鏡を提供することがで
きる。
【００２５】また、請求項３に記載の発明によれば、フ
ォトレジストの厚さやテーパ面の角度、材料自体の種類
や密度に依存する被エッチング速度、高速原子線の種類
や強度等を制御することによって、比較的簡単な方法、
短い工程で、自由なアスペクト比を持つ微細針状構造を
形成することができる。
ォトレジストの厚さやテーパ面の角度、材料自体の種類
や密度に依存する被エッチング速度、高速原子線の種類
や強度等を制御することによって、比較的簡単な方法、
短い工程で、自由なアスペクト比を持つ微細針状構造を
形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の微細針状構造加工法の一実施例を示す
工程図である。
工程図である。
【図２】本発明の微細針状構造加工法の他の実施例を示
す工程図である。
す工程図である。
【図３】本発明の微細針状構造加工法のさらに他の実施
例を示す工程図である。
例を示す工程図である。
【図４】原子間力顕微鏡用カンチレバーの斜視図であ
る。
る。
【図５】電界放射型微小電子源の斜視図である。
１１，２１ 試料 １２，２２ フォトレジスト １４，２３ 高速原子線 １５，２４ 微細針状構造物
Claims (10)
- 【請求項１】 試料基板にその表面の一部を覆う被膜を
形成する工程と、 該試料基板を反応性環境中に置いて該試料基板に等方性
エッチングを施し、被膜の下側にテーパ部を形成する工
程と、 該試料基板にエネルギービームを照射して異方性加工を
行い、上記テーパに続く棒状部を形成する工程とを具備
することを特徴とする微細針状構造の加工方法。 - 【請求項２】 上記反応性環境は、反応性ガスプラズマ
又は反応性溶液中に形成されることを特徴とする請求項
１に記載の微細針状構造の加工方法。 - 【請求項３】 試料基板にその表面の一部を覆う被膜を
その周縁が肉薄になるように形成する工程と、 該試料基板にエネルギービームを照射して異方性加工を
行い、被膜を縮小させながら試料基板を加工してテーパ
状部を形成する工程とを具備することを特徴とする微細
針状構造の加工方法。 - 【請求項４】 上記エネルギービーム照射工程におい
て、被膜が形成されていない箇所においては均一に加工
がなされ、これにより中央に棒状部が形成されることを
特徴とする請求項３に記載の微細針状構造の加工方法。 - 【請求項５】 上記エネルギービーム照射工程の後に、
さらに等方性加工を行って上記テーパ部を先鋭化する工
程を具備することを特徴とする請求項１ないし４のいず
れかに記載の微細針状構造の加工方法。 - 【請求項６】 上記等方性加工は、試料基板の表面に酸
化膜を生成した後、これを反応性溶液等で取り除くこと
によって行われることを特徴とする請求項５に記載の微
細針状構造の加工方法。 - 【請求項７】 上記酸化膜は、試料基板を酸化雰囲気中
において低温加熱することによって生成されることを特
徴とする請求項６に記載の微細針状構造の加工方法。 - 【請求項８】 上記酸化膜は、酸素ラジカル中で生成さ
れることを特徴とする請求項６に記載の微細針状構造の
加工方法。 - 【請求項９】 前記試料基板がＳｉ，ＳｉＯ2などのＳ
ｉ含有半導体材料であることを特徴とする請求項１ない
し８のいずれかに記載の微細針状構造の加工方法。 - 【請求項１０】 前記エネルギービームが、高速原子線
又はイオンビーム又は電子線又はレーザ又は放射光又は
原子・分子線であることを特徴とする請求項１ないし９
のいずれかに記載の微細針状構造の加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15524295A JP3302860B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 微細針状構造の加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15524295A JP3302860B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 微細針状構造の加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08330280A true JPH08330280A (ja) | 1996-12-13 |
| JP3302860B2 JP3302860B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=15601648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15524295A Expired - Fee Related JP3302860B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 微細針状構造の加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3302860B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006258680A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Fujitsu Ltd | ナノレベル構造組成観察用試料の作製方法 |
-
1995
- 1995-05-30 JP JP15524295A patent/JP3302860B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006258680A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Fujitsu Ltd | ナノレベル構造組成観察用試料の作製方法 |
| JP4555714B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2010-10-06 | 富士通株式会社 | ナノレベル構造組成観察用試料の作製方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3302860B2 (ja) | 2002-07-15 |
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|---|---|---|---|
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