触針の微小振動を用いた微細構造計測に関する研究

利用触针微振动测量精细结构的研究

• 批准号: 01J11283
• 负责人: 高橋 健
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J11283/
• 关键词: 表面形状; シリコン単結晶; 異方性エッチング; ピエゾ抵抗効果

本研究では、近年急速に開発の進んでいる微細加工技術などによって製作されたデバイスの工学的な意昧での表面形状を、高速かつ高分解能で計測する装置の開発を目指している。すなわち、従来の表面粗さ計を高分解能化、三次元への拡張を目指して計測装置の開発を行っている。この計測系は、タングステン製のプローブを上下に加振して試料をたたき、振幅が一定になるように高さ制御をおこなう。このように計測をおこなうことにより、試料へのダメージ低減と、分解能の向上が可能となる。昨年度までの研究では、マイクロフォークという既製の発信用電子デバイスを利用し、高さ方向の分解能が数nmの計測装置の開発をおこなった。しかし、最終的に分解能を決定する探針を、タングステンの電解研磨によって製作した後マイクロフォークに取り付けていたため、探針の交換をおこなうと計測特性が変化するという問題点があった。本年度はシリコン単結晶の異方性エッチングを利用し、加振用の梁とプローブを一体で製作できるプロセスの開発をめざした。アルカリによるシリコンの異方性エッチングでは、(111)面のエッチング速度が非常に遅いために、精度のよい平面を得ることができ、(110)シリコンウエハを利用すると、ウエハ表面に対して垂直な壁を製作することができる。そこで、(110)ウエハに窓をあけるようなパターニングをおこない、幅300μm、高さ200μm、長さ15nmの両持ち梁を製作した。梁の中央部には、微少な凸形状が残るようなパターニングをおこなうと、(111)面に囲まれた形状が三角錐状に残る。その先端部分を電子顕微鏡で観察したところ、先端半径は10数nmとなった。このプローブ付きの両持ち梁をPZTにより加振したところ、28kHz付近に共振周波数を持つことを確認した。次に、製作した両持ち梁にボロンをドープし、ピエゾ抵抗効果による振動検出実験をおこなった。シリコンウエハにPBFをスピンコートし、1000℃で1時間加熱することにより、両持ち梁部分にピエゾ抵抗を持たせることができる。そこで、この両持ち梁を含むようなブリッジ回路を製作し、PZTを用いて両持ち梁を加振すると、振動振幅に対応するように両持ち梁両端の電圧変化が現れることを確認した。

这项研究旨在开发一种设备，以测量使用微加工技术制造的设备的工程表面形状，该技术近年来一直在高速和高分辨率下迅速发展。换句话说，我们正在开发测量设备，目的是将分辨率并将常规表面粗糙度仪扩展到三维性。该测量系统使用钨探针上下击打样品，并控制高度，使振幅恒定。通过以这种方式执行测量值，可以减少对试样的损坏，并可以改善分辨率。直到去年，研究使用称为Micro Fork的现成的电子设备开发了一种测量设备，其高方向分辨率为几个NM。但是，由于最终确定分辨率的探针是通过电抛光钨而制造的，然后附着在微叉上，因此存在一个问题，即在更换探针时测量特性会发生变化。今年，我们旨在开发一个过程，该过程允许使用硅单晶的各向异性蚀刻来生产梁和探针以进行振动。在用碱对硅的各向异性蚀刻中，（111）表面的蚀刻速度非常慢，可以使其精确度高，并且通过使用（110）硅晶圆，可以构成垂直于晶圆表面的壁。因此，（110）进行图案以打开晶圆上的窗口，并以300μm的宽度为300μm，高度为200μm，长度为15 nm。当在梁的中心进行图案以使凸形保持较小的形状时，被（111）表面包围的形状保持在三角形金字塔形状中。当使用电子显微镜观察尖端部分时，尖端半径约为10 nm。当带有探针的两光束梁用PZT激发时，可以证实共振频率约为28kHz。接下来，将硼掺入制造的双接光束中，并使用压电效应进行振动检测实验。通过在硅晶片上旋转PBF并在1000°C上加热1小时，可以将两光束部分提供压电。因此，制造了一个包含这两条梁的桥电路，当使用PZT振动两光束时，可以证实，两轮两端的电压变化是响应振动振幅而出现的。