AFMプローブファブリケーション

このノートは、シリコンAFMプローブの製造に関する簡単なガイドです。AFMプローブがどのように製造されるかを学びたい方で、半導体技術分野の経験がほとんどない方を対象としています。

マイクロパターニングプロセスの概要

シリコンAFMプローブは、単結晶シリコンウェハ上に作製されます。ウェハは、所望の構造を得るために、微細加工プロセスでパターニングされます。ここでは、ある構造を作る際の一般的な工程をご紹介します。

1. ブランケットシリコンウェハ欠陥が少なく、表面が滑らかできれいな高品質の単結晶シリコンウェハから始めることが重要です。

2. ハードマスク層のデポ/成長フォトレジストは、水酸化カリウム（KOH）のようなシリコンエッチング薬品に対して耐性がありません。そのため、シリコンエッチングの際に、保護用の「ハードマスク」として、シリコン表面に酸化シリコンまたは窒化シリコンの層を蒸着または成長させます。

3. フォトレジスト蒸着ウェハに感光膜（フォトレジスト）を塗布し、硬度を上げるためベークします。この例で使用したようなポジ型フォトレジストは、紫外線を照射するとフォトレジスト現像液に溶けるようになります。紫外線を照射すると不溶化するネガ型フォトレジストもあります。

4. 露光ある構造パターンを持つ光学マスクをウェハ上に配置し、ウェハに紫外線を照射します。光は露光されたフォトレジスト部分を軟化させます。

5. フォトレジスト現像現像した部分のフォトレジストをフォトレジスト現像液で溶かし、ハードマスク層を露出させます。このフォトレジストをさらに硬化させるために、再度ベークを行います。

6. 酸化/窒化シリコンハードマスクパターニング酸化シリコンの場合はフッ化水素酸（HF）、窒化シリコンの場合はリン酸（H3PO4）を用いた酸エッチングにより、フォトレジストパターンをハードマスク層に転写します。

7. フォトレジストの除去残ったフォトレジストをアセトンでウェハから剥離します。

8. 基板パターニングKOHエッチングによりシリコン基板にパターンを転写します。

9. 酸化物/窒化物の除去最後にマスク層を除去し、構造化されたシリコン表面を残します。

フォトリソグラフィ は、幾何学的パターンをマスクから基板表面のフォトレジストに転写する技術の総称です。フォトレジストの蒸着、ベーク、露光、現像、剥離、および関連する洗浄工程などが含まれます。より広い定義では、薄膜や基板のエッチング工程も含まれます。

The フォトリソグラフィ・マスクには繰り返しパターンがあり、ウェハ上に多数の同一構造を同時に転写できます。このため、単一ユニットごとに製作するよりもはるかに効率的なプロセスになります。通常、1枚のウェハ上に数百個のAFMプローブが製造されます。

処理の様々な段階で、様々なクリーニング工程があります。これらは製造プロセスにとって非常に重要で、ウェハ表面から残留するパーティクルや化学物質を除去する工程です。その結果、欠陥密度は大幅に減少し、フォトレジストとレイヤーの密着性は大幅に改善され、製品歩留まりを向上させます。

歩留まりは微細加工の世界では非常に重要です。全体として高い歩留まりを達成するためには、個々のステップの歩留まりが桁違いに高くなければならなりません。そのため、一つひとつの処理工程を、細心の注意を払いプロセスパラメーターを厳密に管理しながら実施しなければなりません。

一般的なAFMプローブ作製手順

AFMプローブの製造工程は、AFMプローブの種類やメーカーによって異なります。異なる技術プロセス、プロセスパラメータ、ステップシークエンスが適用されます。これらは最終製品の品質と歩留まりに大きな影響を与えます。

以下に説明する工程フローは、実際の製造工程を簡略化したもので、実際には100以上の工程からなり、完成までに数ヶ月かかります。