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JP2014181934A - Height standard sample, method for manufacturing the same, and device for manufacturing height standard sample - Google Patents

Height standard sample, method for manufacturing the same, and device for manufacturing height standard sample Download PDF

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JP2014181934A
JP2014181934A JP2013054962A JP2013054962A JP2014181934A JP 2014181934 A JP2014181934 A JP 2014181934A JP 2013054962 A JP2013054962 A JP 2013054962A JP 2013054962 A JP2013054962 A JP 2013054962A JP 2014181934 A JP2014181934 A JP 2014181934A
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Japan
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region
height
standard sample
oxygen ions
silicon substrate
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JP2013054962A
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Japanese (ja)
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Mayumi Shigeno
真弓 滋野
Yuji Kataoka
祐治 片岡
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

【課題】高精度な標準試料を作製すること。
【解決手段】本発明は、シリコン基板10の表面の第1領域20と第2領域22との境界に段差が形成されるように、前記第1領域20および前記第2領域22のうち前記第1領域20に選択的に酸素イオン42を照射するステップを含む高さ標準試料の作製方法である。
【選択図】図2
A highly accurate standard sample is produced.
According to the present invention, the first region 20 and the second region 22 of the first region 20 and the second region 22 are formed such that a step is formed at the boundary between the first region 20 and the second region 22 on the surface of the silicon substrate 10. This is a method for producing a height standard sample including a step of selectively irradiating one region 20 with oxygen ions 42.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、高さ標準試料およびその作製方法、並びに高さ標準試料の作製装置に関し、酸素イオンをシリコン基板に照射する、高さ標準試料およびその作製方法、並びに高さ標準試料の作製装置に関する。   The present invention relates to a height standard sample and a manufacturing method thereof, and a height standard sample manufacturing apparatus, and more particularly to a height standard sample, a manufacturing method thereof, and a height standard sample manufacturing apparatus that irradiates a silicon substrate with oxygen ions. .

原子間力顕微鏡等の測定装置の高さ校正のために、高さ標準試料が用いられる。高さ標準試料として、シリコン基板表面のテラスを用いることが知られている(例えば特許文献1)。また、エッチングにより形成された高さ標準試料を用いることが知られている(例えば特許文献2)。   A height standard sample is used for height calibration of a measuring device such as an atomic force microscope. It is known that a terrace on the surface of a silicon substrate is used as a height standard sample (for example, Patent Document 1). It is also known to use a height standard sample formed by etching (for example, Patent Document 2).

一方、シリコン基板に酸素イオンを照射することにより、シリコン基板の表面位置が変化することが知られている(例えば非特許文献1)   On the other hand, it is known that the surface position of a silicon substrate changes by irradiating the silicon substrate with oxygen ions (for example, Non-Patent Document 1).

特開平6−58753号公報JP-A-6-58753 特開平5−196559号公報JP-A-5-196559

SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS, VOL. 24, 389-398 (1996)SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS, VOL. 24, 389-398 (1996)

シリコン基板表面のテラスを用い高さ標準試料を作製する方法では、任意の高さを有する標準試料を作製することが難しい。エッチングにより高さ標準試料を作製する方法では、任意の高さを有する標準試料を作製することができる。しかしながら、基板の表面にエッチングのためのマスクを形成し、マスクを除去する。マスクの形成および除去の際に、基板の表面が影響を受ける。このため、高精度な標準試料を作製することは難しい。   In the method of producing a height standard sample using a terrace on the surface of a silicon substrate, it is difficult to produce a standard sample having an arbitrary height. In the method for producing a height standard sample by etching, a standard sample having an arbitrary height can be produced. However, a mask for etching is formed on the surface of the substrate, and the mask is removed. During mask formation and removal, the surface of the substrate is affected. For this reason, it is difficult to produce a highly accurate standard sample.

本高さ標準試料およびその作製方法、並びに高さ標準試料の作製装置は、高精度な高さ標準試料を作製することを目的とする。   This height standard sample, its production method, and the height standard sample production apparatus are intended to produce a highly accurate height standard sample.

シリコン基板の表面の第1領域と第2領域との境界に段差が形成されるように、前記第1領域および前記第2領域のうち前記第1領域に選択的に酸素イオンを照射するステップを含むことを特徴とする高さ標準試料の作製方法を用いる。   Selectively irradiating the first region of the first region and the second region with oxygen ions such that a step is formed at the boundary between the first region and the second region on the surface of the silicon substrate; A method for producing a height standard sample is used.

酸素イオンが照射されることにより酸化シリコン膜が形成された第1領域と、前記酸素イオンが照射されない第2領域と、の境界に段差が形成されたシリコン基板を具備する高さ標準試料を用いる。   A height standard sample including a silicon substrate in which a step is formed at the boundary between a first region where a silicon oxide film is formed by irradiation with oxygen ions and a second region where no oxygen ions are irradiated is used. .

シリコン基板の表面の第1領域と第2領域との境界に段差が形成されるように、前記第1領域および前記第2領域のうち前記第1領域に選択的に酸素イオンを照射するイオン照射ユニットを具備することを特徴とする高さ標準試料の作製装置を用いる。   Ion irradiation for selectively irradiating oxygen ions to the first region of the first region and the second region so that a step is formed at the boundary between the first region and the second region on the surface of the silicon substrate. A height standard sample manufacturing apparatus including a unit is used.

本高さ標準試料およびその作製方法、並びに高さ標準試料の作製装置によれば、高精度な標準試料を作製することができる。   According to the present height standard sample, its production method, and the height standard sample production apparatus, a highly accurate standard sample can be produced.

図1は、実施例1において標準試料を作製する作製装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a production apparatus for producing a standard sample in Example 1. 図2(a)から図2(c)は、実施例1に係る標準試料の作製方法を示す断面図である。FIG. 2A to FIG. 2C are cross-sectional views showing a method for manufacturing a standard sample according to Example 1. 図3(a)および図3(b)は、実施例1に係る標準試料の作製方法を示すフローチャートである。FIG. 3A and FIG. 3B are flowcharts showing a method for preparing a standard sample according to Example 1. 図4(a)から図4(c)は、酸素イオンが照射されたシリコン基板の断面を示す図である。FIG. 4A to FIG. 4C are cross-sectional views of a silicon substrate irradiated with oxygen ions. 図5は、酸素ドーズ量に対する表面高さを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the surface height with respect to the oxygen dose.

酸素イオンをシリコン基板の内部に注入すると、あるドーズ量以上において酸化シリコン膜が形成される。この現象は、シリコン基板内に酸化シリコン層を形成するSIMOX(Separation by Implantation of Oxygen)技術に応用されている。SIMOX技術は、酸素イオンを高エネルギー注入することにより、シリコン基板の内部に酸化シリコン膜を形成する技術である。酸素イオンを低エネルギー注入すると、シリコン基板の表面に酸化シリコン膜を形成することができる。酸素イオンの注入は、シリコン基板上に選択的に行なうことができる。このため、エッチングを用い基板の表面に段差を形成する場合に比べ、マスクの形成および除去の工程が不要である。よって、高精度な高さ標準試料が作製できる。   When oxygen ions are implanted into the silicon substrate, a silicon oxide film is formed at a certain dose or more. This phenomenon is applied to a SIMOX (Separation by Implantation of Oxygen) technique for forming a silicon oxide layer in a silicon substrate. The SIMOX technique is a technique for forming a silicon oxide film inside a silicon substrate by implanting oxygen ions with high energy. When oxygen ions are implanted at low energy, a silicon oxide film can be formed on the surface of the silicon substrate. The implantation of oxygen ions can be selectively performed on the silicon substrate. For this reason, compared with the case where a step is formed on the surface of the substrate using etching, a mask forming and removing process is unnecessary. Therefore, a highly accurate height standard sample can be produced.

図1は、実施例1において標準試料を作製する作製装置の模式図である。図1を参照し、作製装置30は、ステージ32、真空チャンバー34、イオンガン36、電流計38および制御ユニット40を備えている。ステージ32は上面に基板10を保持する。ステージ32および基板10は真空チャンバー34内に配置されている。真空チャンバー34内の雰囲気は真空ポンプにより矢印44のように排気される。イオン照射ユニットであるイオンガン36は、酸素イオン42を基板10の表面に照射する。イオンガン36は、酸素イオン42を基板10の表面に垂直に照射してもよいし、基板10表面に対し斜めに照射してもよい。電流計38は、基板10からステージ32を介しグランドに流れる電流を計測する。制御ユニット40は、イオンガン36に酸素イオン42を照射させる。また、電流計38が計測した電流量に基づきイオンガン36に酸素イオン42の照射を停止させる。ステージ32は、駆動ユニットにより駆動される。これにより、基板10表面の任意領域に酸素イオンを照射することができる。   FIG. 1 is a schematic diagram of a production apparatus for producing a standard sample in Example 1. Referring to FIG. 1, the manufacturing apparatus 30 includes a stage 32, a vacuum chamber 34, an ion gun 36, an ammeter 38 and a control unit 40. The stage 32 holds the substrate 10 on the upper surface. The stage 32 and the substrate 10 are disposed in the vacuum chamber 34. The atmosphere in the vacuum chamber 34 is exhausted as indicated by an arrow 44 by a vacuum pump. The ion gun 36 which is an ion irradiation unit irradiates the surface of the substrate 10 with oxygen ions 42. The ion gun 36 may irradiate oxygen ions 42 perpendicularly to the surface of the substrate 10 or may irradiate the substrate 10 surface obliquely. The ammeter 38 measures a current flowing from the substrate 10 to the ground via the stage 32. The control unit 40 irradiates the ion gun 36 with oxygen ions 42. Also, the ion gun 36 is stopped from irradiating the oxygen ions 42 based on the amount of current measured by the ammeter 38. The stage 32 is driven by a drive unit. Thereby, an oxygen ion can be irradiated to the arbitrary area | regions of the board | substrate 10 surface.

図2(a)から図2(c)は、実施例1に係る標準試料の作製方法を示す断面図である。図2(a)を参照し、単結晶シリコン基板10を準備する。例えば、図1のステージ32にシリコン基板10を配置する。シリコン基板10は、例えば(100)または(111)面を主面とする。図2(b)を参照し、シリコン基板10の表面に酸素イオン42を照射する。例えば、図1のイオンガン36がシリコン基板10の表面に酸素イオン42を照射する。図2(c)を参照し、酸素イオン42が照射された第1領域20において、シリコン基板10の表面に酸化シリコン膜12が形成される。酸素イオン42が照射されない第2領域において、シリコン基板10表面には酸化シリコン膜12は形成されない。   FIG. 2A to FIG. 2C are cross-sectional views showing a method for manufacturing a standard sample according to Example 1. Referring to FIG. 2A, a single crystal silicon substrate 10 is prepared. For example, the silicon substrate 10 is disposed on the stage 32 in FIG. The silicon substrate 10 has, for example, a (100) or (111) plane as a main surface. With reference to FIG. 2B, the surface of the silicon substrate 10 is irradiated with oxygen ions 42. For example, the ion gun 36 in FIG. 1 irradiates the surface of the silicon substrate 10 with oxygen ions 42. With reference to FIG. 2C, the silicon oxide film 12 is formed on the surface of the silicon substrate 10 in the first region 20 irradiated with the oxygen ions 42. In the second region where the oxygen ions 42 are not irradiated, the silicon oxide film 12 is not formed on the surface of the silicon substrate 10.

酸素イオン42のビーム径は、例えば5μmである。酸素イオンビームをシリコン基板10に対し相対的にスキャンさせてもよい。この場合、第1領域20の大きさを酸素イオンビーム径より大きくできる。第1領域20の大きさは、例えば数十μmから数百μmである。酸素イオンビーム内の強度分布がガウシアン分布の場合、酸素イオンビームをスキャンさせることにより、第1領域20内に照射される酸素イオン量を均一にすることができる。   The beam diameter of the oxygen ions 42 is 5 μm, for example. The oxygen ion beam may be scanned relative to the silicon substrate 10. In this case, the size of the first region 20 can be made larger than the oxygen ion beam diameter. The size of the first region 20 is, for example, several tens μm to several hundreds μm. When the intensity distribution in the oxygen ion beam is a Gaussian distribution, the amount of oxygen ions irradiated into the first region 20 can be made uniform by scanning the oxygen ion beam.

図3(a)および図3(b)は、実施例1に係る標準試料の作製方法を示すフローチャートである。図3(a)を参照し、酸素イオンの加速エネルギーとドーズ量とを決定する(ステップS10)。次に、図2(b)のように、イオンガン36はシリコン基板に酸素イオン42を照射する(ステップS12)。   FIG. 3A and FIG. 3B are flowcharts showing a method for preparing a standard sample according to Example 1. With reference to Fig.3 (a), the acceleration energy and dose amount of oxygen ion are determined (step S10). Next, as shown in FIG. 2B, the ion gun 36 irradiates the silicon substrate with oxygen ions 42 (step S12).

図3(b)は、図3(a)のステップS12に対応し、制御ユニット40が行なう処理を示す。図3(b)を参照し、制御ユニット40は、ステップS10において決定した酸素イオンのドーズ量に対応する設定電流量を決定する(ステップS14)。制御ユニット40は、イオンガン36に、ステップS10において決定した加速ネンルギーでの酸素イオンの照射を開始させる(ステップS16)。制御ユニット40は、電流計38が計測した電流の累積電流量が設定電流量に至ったか判定する(ステップS18)。Noの場合ステップS18に戻る。Yesの場合、制御ユニット40は、イオンガン36に、酸素イオンの照射を停止させる(ステップS20)。これにより、シリコン基板10の第1領域20に設定したドーズ量の酸素イオンが照射される。   FIG. 3B shows a process performed by the control unit 40 corresponding to step S12 of FIG. Referring to FIG. 3B, the control unit 40 determines a set current amount corresponding to the dose amount of oxygen ions determined in step S10 (step S14). The control unit 40 causes the ion gun 36 to start irradiation with oxygen ions with the acceleration energy determined in step S10 (step S16). The control unit 40 determines whether the accumulated current amount of the current measured by the ammeter 38 has reached the set current amount (step S18). If No, the process returns to step S18. In the case of Yes, the control unit 40 causes the ion gun 36 to stop irradiating oxygen ions (step S20). Thereby, a dose amount of oxygen ions set in the first region 20 of the silicon substrate 10 is irradiated.

図4(a)から図4(c)は、酸素イオンが照射されたシリコン基板の断面を示す図である。図4(a)を参照し、シリコン基板10に酸素イオンが照射されると、第1領域20においてシリコン基板10内に酸素原子が注入される。酸素原子はシリコン原子と結合し酸化シリコン膜12が形成される。シリコン層は酸化シリコン膜になることにより体積が膨張する。例えば、膜厚が4.4nmのSi層は膜厚が10nmのSiO層となる。よって、第2領域22に比べ第1領域20においては、表面の高さがH1高くなる。これにより、第1領域20と第2領域22との境界に段差ができる。なお、酸素イオンの注入後にシリコン基板10を熱処理してもよいが、熱処理しなくとも酸化シリコン膜12が形成される。 FIG. 4A to FIG. 4C are cross-sectional views of a silicon substrate irradiated with oxygen ions. Referring to FIG. 4A, when the silicon substrate 10 is irradiated with oxygen ions, oxygen atoms are implanted into the silicon substrate 10 in the first region 20. Oxygen atoms are combined with silicon atoms to form a silicon oxide film 12. The volume of the silicon layer expands by becoming a silicon oxide film. For example, a Si layer having a thickness of 4.4 nm becomes a SiO 2 layer having a thickness of 10 nm. Therefore, the surface height of the first region 20 is higher than that of the second region 22 by H1. Thereby, a step is formed at the boundary between the first region 20 and the second region 22. Note that the silicon substrate 10 may be heat-treated after the implantation of oxygen ions, but the silicon oxide film 12 is formed without heat treatment.

図4(b)および図4(c)を参照し、酸素イオンがシリコン基板10または酸化シリコン膜12表面に照射されると、酸素原子がシリコン基板10または酸化シリコン膜12に注入される。これとともに、酸化シリコン膜12の表面がスパッタリングエッチングされる。よって、酸化シリコン膜12の表面が低くなる。酸化シリコン膜12内の酸素イオンのスパッタリング収率Yと酸素イオンが酸化シリコン膜12内にとどまる率αとのバランスによって、酸化シリコン膜12の表面に位置が変化する。図4(b)においては、第1領域20と第2領域22の表面が同じ高さである。図4(c)においては、第1領域20の表面が第2領域22よりH2低くなる。   Referring to FIGS. 4B and 4C, when oxygen ions are applied to the surface of the silicon substrate 10 or the silicon oxide film 12, oxygen atoms are implanted into the silicon substrate 10 or the silicon oxide film 12. At the same time, the surface of the silicon oxide film 12 is sputter etched. Therefore, the surface of the silicon oxide film 12 is lowered. The position of the surface of the silicon oxide film 12 changes depending on the balance between the sputtering yield Y of oxygen ions in the silicon oxide film 12 and the rate α at which oxygen ions stay in the silicon oxide film 12. In FIG.4 (b), the surface of the 1st area | region 20 and the 2nd area | region 22 is the same height. In FIG. 4C, the surface of the first region 20 is H2 lower than the second region 22.

シリコン基板10または酸化シリコン膜12内にとどまる酸素原子の量は、体積膨張およびスパッタリング収率に影響を与える。これにより、表面のエッチング量は酸素原子の量に依存する。酸素イオンのドーズ量Φが一定量Φtrとなるまでは、シリコン基板10または酸化シリコン膜12内にとどまる酸素の量は増え続ける。ドーズ量Φが一定量Φtrを越えると、シリコン基板10または酸化シリコン膜12内にとどまる酸素の量は一定(定常状態)となる。 The amount of oxygen atoms remaining in the silicon substrate 10 or the silicon oxide film 12 affects the volume expansion and the sputtering yield. Thereby, the etching amount of the surface depends on the amount of oxygen atoms. Until the dose of oxygen ions [Phi becomes constant amount [Phi tr, the amount of oxygen remains in the silicon substrate 10 or silicon oxide film 12 is growing. When the dose amount Φ exceeds a certain amount Φtr , the amount of oxygen remaining in the silicon substrate 10 or the silicon oxide film 12 becomes constant (steady state).

非特許文献1によれば、酸素イオンの加速エネルギーを一定としたとき、酸化シリコン膜12内の酸素のスパッタリング率Yおよび酸素のとどまる率αは、酸素イオンのドーズ量Φの関数となる。スパッタリング率Y(Φ)は以下の式で表される。
Φ/Φtr≦1のとき Y(Φ)=Y[1+a(Φ/Φtr
Φ/Φtr≧1のとき Y(Φ)=Y
ここで、a=(Y−Y)/Y、Y=Y(Φ→0)、Y=Y(Φ→∞)である。Y(Φ→0)およびY(Φ→∞)は一定値である。pは、インパクトエネルギーに依存したパワーである。
According to Non-Patent Document 1, when the acceleration energy of oxygen ions is constant, the oxygen sputtering rate Y and the oxygen retention rate α in the silicon oxide film 12 are functions of the oxygen ion dose Φ. The sputtering rate Y (Φ) is expressed by the following formula.
When Φ / Φ tr ≦ 1, Y (Φ) = Y 0 [1 + a (Φ / Φ tr ) p ]
When Φ / Φ tr ≧ 1, Y (Φ) = Y
Here, a = (Y ∞ -Y 0 ) / Y 0, Y 0 = Y (Φ → 0), is Y = Y ∞ (Φ → ∞ ). Y (Φ → 0) and Y (Φ → ∞) are constant values. p is the power depending on the impact energy.

酸素がとどまる率α(Φ)は以下の式で表される。
Φ/Φtr≦1のとき α(Φ)=α[1−(Φ/Φtr
Φ/Φtr≧1のとき α(Φ)=0
ここで、α=α(Φ→0)である。α(Φ→0)は一定値である。
The rate α (Φ) at which oxygen remains is expressed by the following equation.
When Φ / Φ tr ≦ 1, α (Φ) = α 0 [1- (Φ / Φ tr ) p ]
When Φ / Φ tr ≧ 1, α (Φ) = 0
Here, α 0 = α (Φ → 0). α (Φ → 0) is a constant value.

酸化シリコン膜1の表面の動き(すなわち、照射される酸素元素1個当たりのエッチング量+体積膨張による膨張量)v(Φ)は、以下のようなドーズ量Φの関数となる。
(Φ)=vSi(Φ)+vOx(Φ)=ΩSi×Y(Φ)−ΩOx×α(Φ)
ここで、ΩSiおよびΩOxは、それぞれシリコンおよび酸素の原子体積である。ΩOxは、ΩSiO2=ΩSi+2ΩOxから得られる。
The movement of the surface of the silicon oxide film 1 (that is, the amount of etching per irradiated oxygen element + the amount of expansion due to volume expansion) v s (Φ) is a function of the dose amount Φ as follows.
v s (Φ) = v Si (Φ) + v Ox (Φ) = Ω Si × Y (Φ) −Ω Ox × α (Φ)
Here, Ω Si and Ω Ox are atomic volumes of silicon and oxygen, respectively. Ω Ox is obtained from Ω SiO2 = Ω Si + 2Ω Ox .

酸化シリコン膜12の表面の高さz(Φ)は、数1に示すように、vを0からΦまで積分することにより求められる。

Figure 2014181934
The height z s (Φ) of the surface of the silicon oxide film 12 can be obtained by integrating v s from 0 to Φ as shown in Equation 1.
Figure 2014181934

実験より、Y、Yおよびαを求めることにより、酸化シリコン膜12の表面の高さz(Φ)が酸素イオンのドーズ量Φから計算できる。 From the experiment, by obtaining Y 0 , Y and α, the surface height z s (Φ) of the silicon oxide film 12 can be calculated from the dose Φ of oxygen ions.

図5は、酸素ドーズ量に対する表面高さを示す図である。数式1を用い、酸素イオンをO とし、加速エネンルギーを250eV、500eV、750eV、1keVおよび3keVとしたときのドーズ量に対する表面高さを計算した図である。酸素イオンを(001)面を主面とするシリコン基板10の表面の法線方向より照射する場合である。表面の高さが0は、酸素イオンを照射する前のシリコン基板10の表面と酸素イオンを照射した後の酸化シリコン膜12の表面が同じ高さであることを示している。すなわち図4(b)に相当する。表面の高さが正の範囲は、酸化シリコン膜12の表面が酸素イオンを照射する前のシリコン基板10の表面より高いことを示している。すなわち図4(a)に相当する。表面の高さが負の範囲は、酸化シリコン膜12の表面が酸素イオンを照射する前のシリコン基板10の表面より低いことを示している。すなわち図4(c)に相当する。 FIG. 5 is a diagram showing the surface height with respect to the oxygen dose. It is the figure which calculated the surface height with respect to the dose amount using Formula 1 when oxygen ion is O 2 + and acceleration energy is 250 eV, 500 eV, 750 eV, 1 keV, and 3 keV. In this case, oxygen ions are irradiated from the normal direction of the surface of the silicon substrate 10 having the (001) plane as the main surface. A surface height of 0 indicates that the surface of the silicon substrate 10 before irradiation with oxygen ions and the surface of the silicon oxide film 12 after irradiation with oxygen ions have the same height. That is, it corresponds to FIG. The range where the surface height is positive indicates that the surface of the silicon oxide film 12 is higher than the surface of the silicon substrate 10 before being irradiated with oxygen ions. That is, it corresponds to FIG. The range where the surface height is negative indicates that the surface of the silicon oxide film 12 is lower than the surface of the silicon substrate 10 before being irradiated with oxygen ions. That is, it corresponds to FIG.

図5を参照し、加速エネルギーが250eVから1keVにおいては、酸素ドーズ量が1015cm−2を越えると、酸化シリコン膜12が形成され、表面は高くなる。酸素ドーズ量が1016cm−2を越え、下矢印の酸素ドーズ量となると、スパッタリングと体積膨張がつり合う。加速エネルギーが250eV、500eV、750eVおよび1keVにおいて、表面の高さの最大値は、それぞれ約1.3nm、約1.0nm、約0.5nmおよび約0.1nmである。下矢印より大きい酸素ドーズ量においては、酸化シリコン膜12の膜厚は一定のまま、スパッタリングにより表面が低くなる。酸素ドーズ量が1017cm−2から1018cm−2の間において表面の高さは急激に小さくなる。 Referring to FIG. 5, when the acceleration energy is 250 eV to 1 keV, when the oxygen dose exceeds 10 15 cm −2 , silicon oxide film 12 is formed and the surface becomes high. When the oxygen dose exceeds 10 16 cm −2 and reaches the oxygen dose indicated by the down arrow, sputtering and volume expansion are balanced. At acceleration energy of 250 eV, 500 eV, 750 eV and 1 keV, the maximum height of the surface is about 1.3 nm, about 1.0 nm, about 0.5 nm and about 0.1 nm, respectively. When the oxygen dose is larger than the downward arrow, the surface of the silicon oxide film 12 is lowered by sputtering while the film thickness of the silicon oxide film 12 remains constant. When the oxygen dose is between 10 17 cm −2 and 10 18 cm −2 , the surface height decreases rapidly.

図3(a)のステップS10においては、図5を用い、目標高さとなるように酸素イオンの加速エネルギーとドーズ量を決定する。これにより、任意の高さを有する高さ標準試料を作製できる。O イオンのドーズレートが6.25×1012イオン/秒に相当する電流は1μAである。よって、図3(b)のステップS14において、上記ドーズレートと電流との関係を用い、目標とするドーズ量から設定電流量を設定する。 In step S10 of FIG. 3A, the acceleration energy and the dose amount of oxygen ions are determined so as to achieve the target height using FIG. Thereby, the height standard sample which has arbitrary height can be produced. The current corresponding to a dose rate of O 2 + ions of 6.25 × 10 12 ions / second is 1 μA. Therefore, in step S14 of FIG. 3B, the set current amount is set from the target dose amount using the relationship between the dose rate and the current.

実施例1によれば、図2(b)および図2(c)ように、シリコン基板10の表面の第1領域20に酸素イオンを照射し、第2領域22に酸素イオンを照射しない。例えば、第1領域20および第2領域22のうち第1領域20に選択的に酸素イオン42を照射する。これにより、第1領域20と第2領域22との境界に段差が形成される。これにより、任意の高さの段差を有する高さ標準試料を作製できる。   According to the first embodiment, as shown in FIGS. 2B and 2C, the first region 20 on the surface of the silicon substrate 10 is irradiated with oxygen ions, and the second region 22 is not irradiated with oxygen ions. For example, the first region 20 and the second region 22 are selectively irradiated with oxygen ions 42 in the first region 20. As a result, a step is formed at the boundary between the first region 20 and the second region 22. Thereby, the height standard sample which has the level | step difference of arbitrary height is producible.

例えば、シリコン基板を超高真空中において加熱することにより原子レベルのステップを作製した場合、(111)面のシリコン基板では段差の高さは0.31nmである。(0001)面のサファイア基板では、段差の高さは0.22nmである。炭化シリコン分子のステップを利用した場合、段差の高さは0.50nmである。さらに、石英試料を用いた高さが8nmの標準試料がある。一方、0.50nmから8nmの高さ標準試料は精度が低い。実施例1に係る標準試料においては、段差の高さが0.50nmより大きくかつ8.0nmより小さい高さ標準試料を作製できる。さらに、実施例1の方法では、マスクの形成および除去の工程が不要である。よって、高精度な高さ標準試料が作製できる。   For example, when an atomic level step is fabricated by heating a silicon substrate in an ultrahigh vacuum, the height of the step is 0.31 nm in the (111) plane silicon substrate. In the (0001) plane sapphire substrate, the height of the step is 0.22 nm. When the silicon carbide molecular step is used, the height of the step is 0.50 nm. Furthermore, there is a standard sample having a height of 8 nm using a quartz sample. On the other hand, the height standard sample of 0.50 nm to 8 nm has low accuracy. In the standard sample according to Example 1, a height standard sample in which the height of the step is larger than 0.50 nm and smaller than 8.0 nm can be produced. Furthermore, the method of Embodiment 1 does not require mask formation and removal steps. Therefore, a highly accurate height standard sample can be produced.

また、図3(a)のステップS10のように、段差の高さが目標の高さとなるように、酸素イオンのドーズ量および加速エネルギーとを決定する。図5のように、第1領域20における酸素イオンのスパッタリング収率Yと酸素イオンがシリコン基板にとどまる率αとから、加速エネルギーおよびドーズ量を決定する。これにより、段差の高さを任意に設定できる。   Further, as in step S10 of FIG. 3A, the dose amount of oxygen ions and the acceleration energy are determined so that the height of the step becomes the target height. As shown in FIG. 5, the acceleration energy and the dose amount are determined from the sputtering yield Y of oxygen ions in the first region 20 and the rate α at which oxygen ions stay on the silicon substrate. Thereby, the height of the step can be arbitrarily set.

図4(a)のように、第1領域20の表面が第2領域22より高いことが好ましい。図5を参照し、表面の高さが正の領域においては酸素ドーズ量に対する表面の高さの変化量を小さくできる。すなわち、段差の高さの精度を高めることができる。図5のように、段差の高さが1.3nm以下において、段差の高さの精度を高めることができる。さらに、加速エネルギーを250eVより小さくすることにより、表面高さの最大値(下矢印の表面の高さ)を大きくできる。これにより、250eVの表面高さの最大値である1.3nm以上の値を実現することもできる。   As shown in FIG. 4A, the surface of the first region 20 is preferably higher than the second region 22. Referring to FIG. 5, in the region where the surface height is positive, the amount of change in the surface height with respect to the oxygen dose can be reduced. That is, the accuracy of the height of the step can be increased. As shown in FIG. 5, when the step height is 1.3 nm or less, the accuracy of the step height can be increased. Furthermore, by making the acceleration energy smaller than 250 eV, the maximum value of the surface height (the height of the surface of the down arrow) can be increased. Thereby, the value of 1.3 nm or more which is the maximum value of the surface height of 250 eV can also be realized.

図3(a)のステップS10のように、段差が目標の高さとなるように、酸素イオンのドーズ量を決定する。図3(b)のステップS14のように、ドーズ量から設定電流量を決定する。ステップS18のように、シリコン基板10を流れる電流量が設定電流量を越えたか否かを判定する。ステップS20のようにシリコン基板10を流れる電流量が設定電流量を越えた場合、酸素イオンの照射を停止する。これにより、酸素ドーズ量の精度を高め、段差の高さの精度を高めることができる。   As in step S10 of FIG. 3A, the dose amount of oxygen ions is determined so that the step becomes the target height. As in step S14 in FIG. 3B, the set current amount is determined from the dose amount. As in step S18, it is determined whether or not the amount of current flowing through the silicon substrate 10 exceeds the set amount of current. When the amount of current flowing through the silicon substrate 10 exceeds the set current amount as in step S20, the irradiation of oxygen ions is stopped. Thereby, the accuracy of the oxygen dose can be increased, and the accuracy of the height of the step can be increased.

実施例1により作製された高さ標準試料は、原子間力顕微鏡のように微細な高さを評価する装置の高さ校正用の標準試料として用いることができる。   The height standard sample produced by Example 1 can be used as a standard sample for height calibration of an apparatus that evaluates a fine height such as an atomic force microscope.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
(付記1)シリコン基板の表面の第1領域と第2領域との境界に高さの異なる段差を形成するように、前記第1領域および前記第2領域のうち前記第1領域に選択的に酸素イオンを照射するステップを含むことを特徴とする高さ標準試料の作製方法。
(付記2)前記第1領域に酸素イオンを照射することにより、前記第1領域の前記シリコン基板上に酸化シリコン膜が形成されることを特徴とする付記1記載の高さ標準試料の作製方法。
(付記3)前記段差の高さが目標の高さとなるように、前記第1領域における酸素イオンのスパッタリング収率と酸素イオンが前記シリコン基板にとどまる率とから、前記酸素イオンのドーズ量および加速エネルギーとを決定するステップを含むことを特徴とする付記1または2記載の高さ標準試料の作製方法。
(付記4)前記第1領域の表面が前記第2領域より高いことを特徴とする付記1から3のいずれか一項記載の高さ標準試料の作製方法。
(付記5)前記高さ標準試料は、原子間力顕微鏡に用いることを特徴とする付記1から4のいずれか一項記載の高さ標準試料の作製方法。
(付記6)前記段差の高さが目標の高さとなるように、前記酸素イオンのドーズ量を決定するステップを含み、前記第1領域に選択的に酸素イオンを照射するステップは、前記ドーズ量から設定電流量を決定するステップと、前記シリコン基板を流れる電流量が前記設定電流量を越えたか否かを判定するステップと、前記シリコン基板を流れる電流量が前記設定電流量を越えた場合、前記酸素イオンの照射を停止するステップと、を含むことを特徴とする付記1から5のいずれか一項記載の高さ標準試料の作製方法。
(付記7)前記段差の高さは、0.50nmより大きくかつ8nmより小さいことを特徴とする付記1から6のいずれか一項記載の高さ標準試料の作製方法。
(付記8)酸素イオンが照射されることにより酸化シリコン膜が形成された第1領域と、前記酸素イオンが照射されていない第2領域と、の境界に表面の高さの異なる段差が形成されたシリコン基板を具備する高さ標準試料。
(付記9)シリコン基板の表面の第1領域と第2領域との境界に高さの異なる段差を形成するように、前記第1領域および前記第2領域のうち前記第1領域に選択的に酸素イオンを照射するイオン照射ユニットを具備することを特徴とする高さ標準試料の作製装置。
In addition, the following additional notes are disclosed regarding the above description.
(Supplementary Note 1) The first region and the second region are selectively formed in the first region so as to form steps having different heights at the boundary between the first region and the second region on the surface of the silicon substrate. A method for producing a height standard sample, comprising a step of irradiating oxygen ions.
(Appendix 2) A method for producing a height standard sample according to appendix 1, wherein a silicon oxide film is formed on the silicon substrate in the first region by irradiating the first region with oxygen ions. .
(Supplementary Note 3) From the sputtering yield of oxygen ions in the first region and the rate at which oxygen ions remain in the silicon substrate so that the height of the step becomes the target height, the dose amount and acceleration of the oxygen ions The method for producing a height standard sample as set forth in appendix 1 or 2, comprising a step of determining energy.
(Supplementary note 4) The method for producing a height standard sample according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein a surface of the first region is higher than that of the second region.
(Additional remark 5) The said height standard sample is used for atomic force microscope, The preparation method of the height standard sample as described in any one of Additional remark 1 to 4 characterized by the above-mentioned.
(Additional remark 6) The step which determines the dose amount of the said oxygen ion so that the height of the said level | step difference becomes a target height, and the step which selectively irradiates an oxygen ion to the said 1st area | region includes the said dose amount Determining a set current amount from step, determining whether the amount of current flowing through the silicon substrate exceeds the set current amount, and if the amount of current flowing through the silicon substrate exceeds the set current amount, The method for producing a height standard sample according to any one of appendices 1 to 5, further comprising a step of stopping irradiation of the oxygen ions.
(Supplementary note 7) The height standard sample manufacturing method according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein a height of the step is larger than 0.50 nm and smaller than 8 nm.
(Supplementary Note 8) Steps having different surface heights are formed at the boundary between the first region where the silicon oxide film is formed by irradiation with oxygen ions and the second region where the oxygen ions are not irradiated. Standard height sample equipped with a silicon substrate.
(Supplementary Note 9) The first region and the second region are selectively formed in the first region so as to form steps having different heights at the boundary between the first region and the second region on the surface of the silicon substrate. A height standard sample manufacturing apparatus comprising an ion irradiation unit for irradiating oxygen ions.

10 シリコン基板
12 酸化シリコン膜
20 第1領域
22 第2領域
30 作製装置
32 ステージ
34 真空チャンバー
36 イオンガン
38 電流計
40 制御ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Silicon substrate 12 Silicon oxide film 20 1st area | region 22 2nd area | region 30 Production apparatus 32 Stage 34 Vacuum chamber 36 Ion gun 38 Ammeter 40 Control unit

Claims (7)

シリコン基板の表面の第1領域と第2領域との境界に段差が形成されるように、前記第1領域および前記第2領域のうち前記第1領域に選択的に酸素イオンを照射するステップを含むことを特徴とする高さ標準試料の作製方法。   Selectively irradiating the first region of the first region and the second region with oxygen ions such that a step is formed at the boundary between the first region and the second region on the surface of the silicon substrate; A method for producing a height standard sample, comprising: 前記第1領域に酸素イオンを照射することにより、前記第1領域の前記シリコン基板上に酸化シリコン膜が形成されることを特徴とする請求項1記載の高さ標準試料の作製方法。   The method for producing a height standard sample according to claim 1, wherein a silicon oxide film is formed on the silicon substrate in the first region by irradiating the first region with oxygen ions. 前記段差の高さが目標の高さとなるように、前記第1領域における酸素イオンのスパッタリング収率と酸素イオンが前記シリコン基板にとどまる率とから、前記酸素イオンの加速エネルギーおよびドーズ量を決定するステップを含むことを特徴とする請求項1または2記載の高さ標準試料の作製方法。   The acceleration energy and dose amount of the oxygen ions are determined from the sputtering yield of oxygen ions in the first region and the rate at which the oxygen ions remain in the silicon substrate so that the height of the step becomes the target height. The method for producing a height standard sample according to claim 1, further comprising a step. 前記第1領域の表面が前記第2領域より高いことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の高さ標準試料の作製方法。   The method for producing a height standard sample according to any one of claims 1 to 3, wherein a surface of the first region is higher than that of the second region. 前記高さ標準試料は、原子間力顕微鏡に用いることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の高さ標準試料の作製方法。   The method for producing a height standard sample according to any one of claims 1 to 4, wherein the height standard sample is used in an atomic force microscope. 酸素イオンが照射されることにより酸化シリコン膜が形成された第1領域と、前記酸素イオンが照射されていない第2領域と、の境界に段差が形成されたシリコン基板を具備することを特徴とする高さ標準試料。   A silicon substrate having a step formed at a boundary between a first region in which a silicon oxide film is formed by irradiation with oxygen ions and a second region in which the oxygen ions are not irradiated is provided. Standard height sample. シリコン基板の表面の第1領域と第2領域との境界に段差が形成されるように、前記第1領域および前記第2領域のうち前記第1領域に選択的に酸素イオンを照射するイオン照射ユニットを具備することを特徴とする高さ標準試料の作製装置。   Ion irradiation for selectively irradiating oxygen ions to the first region of the first region and the second region so that a step is formed at the boundary between the first region and the second region on the surface of the silicon substrate. A height standard sample manufacturing apparatus comprising a unit.
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