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ナノメーター標準原器及びナノメーター標準原器の製造方法 外国出願あり

国内特許コード P180015191
整理番号 KG0102-JP01
掲載日 2018年7月24日
出願番号 特願2013-542694
登録番号 特許第5794648号
出願日 平成23年11月11日(2011.11.11)
登録日 平成27年8月21日(2015.8.21)
国際出願番号 JP2011006313
国際公開番号 WO2013069067
国際出願日 平成23年11月11日(2011.11.11)
国際公開日 平成25年5月16日(2013.5.16)
発明者
  • 金子 忠昭
  • 牛尾 昌史
出願人
  • 学校法人関西学院
発明の名称 ナノメーター標準原器及びナノメーター標準原器の製造方法 外国出願あり
発明の概要 ナノメーター標準原器としての標準試料(72)は、長さの基準となる標準長さを有している。この標準試料(72)は、ステップ/テラス構造が形成されたSiC層を有している。そして、ステップの高さが、SiC分子の積層方向の1周期分であるフルユニットの高さ、又はSiC分子の積層方向の半周期分であるハーフユニットの高さと同一である。また、このステップの高さが前記標準長さとして用いられる。なお、測定環境が高温真空下であるSTM等の顕微鏡においては、STMに内蔵された真空炉で加熱することで、表面の自然酸化膜を除去しつつ表面再構成を形成させることができる。この表面再構成は、規則的な原子配列となっているので、ステップの高さの精度が低下しない。従って、高温真空下においても利用可能な標準試料が実現できる。
従来技術、競合技術の概要


ナノメーター標準原器の一例として、原子間力顕微鏡(AFM)や走査型トンネル顕微鏡(STM)等の精度を校正するための標準試料が知られている。AFMやSTMは例えばナノオーダーの構造を計測するために用いられるので、この校正に用いる標準試料は、精度が非常に高い標準長さ(ステップの高さ等)を有する必要がある。特に近年では、ナノオーダーの微小領域で半導体結晶の表面等を精度良く観察・測定することが求められている。そのため、標準試料を用いてAFMやSTMを校正する際にはオングストロームオーダー以下の高い校正精度が必要とされている。非特許文献1及び特許文献1から3までは、この種の標準試料又は標準試料の製造方法を開示する。



非特許文献1が開示する標準試料はシリコンステップ基板であり、主面にシングルステップ構造を有している。このステップの高さは、シリコンの2原子層分の高さ(0.31nm)となるように製造されている。このようなシングルステップ構造を主面に有したシリコンステップ基板は、単結晶シリコン基板から以下の方法によって製造される。



即ち、初めに(111)面から[11-2]方向に微傾斜した面を主面に持った単結晶シリコン基板を適当な大きさに切り出す。次に、この基板に適宜の処理を行った後に、真空チャンバ内に入れて脱ガスを行う。そして、十分に脱ガスが行われて超高真空雰囲気(6.5×10-7Pa未満程度)となったところで、1100~1200℃に加熱して約10分間保持する。その後、室温まで急冷して真空チャンバを乾燥窒素で満たした状態で取り出すことで、シングルステップ構造を主面に有したシリコンステップ基板を製造できる。



また、特許文献1が開示する標準試料は、シリコンウエハから以下の方法によって製造される。即ち、シリコンウエハを十分に平滑にした後に、熱酸化膜を成長させる。そして、フォトリソグラフィーによってパターンマスクを付けた後に、エッチングを行う。このとき、極低エッチング速度のエッチング剤を用いることで、エッチング速度の予測精度が向上するため、エッチング量を所定の値にすることができる。そして、パターンマスクを除去することで、高精度なパターン段差を形成することができる。



特許文献2の標準試料は、主面として(0001)面、又は(0001)面から10度以内のオフ角を持った面を有する単結晶サファイア基板から、以下の方法によって製造される。即ち、単結晶サファイア基板に適切な研磨を施した後に、この基板の主面に複数の凹部を形成する。そして、凹部が形成された単結晶サファイア基板を大気中で熱処理することで、凹部の底を中心とした同心円状のステップ/テラス構造を形成することができる。なお、このステップの1段の高さは0.22nmとなっている。以上のようにして、高精度なステップを有するサファイア基板を製造できる。



特許文献3の標準試料の製造方法は、特許文献2の方法で凹部を形成するときに、当該凹部を精度良く形成できる方法を開示する。この方法では、サファイアより硬い物質で形成された圧子をサファイア基板に押し付けることで凹部を形成する。この凹部の大きさ及び深さは、圧子を押し付ける荷重に応じて調整することができる。

産業上の利用分野


本発明は、主として、長さの基準となる標準長さを有するナノメーター標準原器に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
長さの基準となる標準長さを有するナノメーター標準原器において、
ステップ/テラス構造が形成された単結晶のSiC層を有する基板を備えており、
前記SiC層に形成されたステップの高さは、単結晶SiC分子の積層方向の1周期分であるフルユニットの高さ、又は単結晶SiC分子の積層方向の半周期分であるハーフユニットの高さと同一であり、
前記ステップの高さが前記標準長さとして用いられ、前記基板のSi面とC面の両面にステップ/テラス構造が形成されていることを特徴とするナノメーター標準原器。

【請求項2】
請求項1に記載のナノメーター標準原器であって、
前記SiC層は、4H-SiC単結晶又は6H-SiC単結晶で構成されていることを特徴とするナノメーター標準原器。

【請求項3】
請求項1又は2に記載のナノメーター標準原器であって、
前記基板は、不純物がドープされたことにより0.3Ωcm以下の抵抗率を有する導電性基板であることを特徴とするナノメーター標準原器。

【請求項4】
請求項1から3までの何れか一項に記載のナノメーター標準原器であって、
測定器を校正するための標準試料として用いられることを特徴とするナノメーター標準原器。

【請求項5】
単結晶のSiC層を表面に有する基板上にステップ/テラス構造を形成し、ステップの高さが、単結晶SiC分子の積層方向の1周期分であるフルユニットの高さ、又は単結晶SiC分子の積層方向の半周期分であるハーフユニットの高さと同一であり、前記ステップの高さが標準長さとして用いられるナノメーター標準原器を製造する方法において、
前記基板の表面である(0001)Si面上にオフ角を形成するオフ角形成工程と、
温度範囲が1500℃以上2300℃以下のSi蒸気圧下で前記基板の加熱処理を行うことにより、当該基板の表面を気相エッチングして分子レベルに平坦化するとともに、単結晶SiC分子配列周期の1周期又は半周期のステップを形成させて、前記オフ角に整合するステップ/テラス構造を前記基板の表面に形成し、各テラスに、単結晶SiC分子配列構造からなる(√3×√3)-30°又は(6√3×6√3)-30°のパターンを有する表面構成を形成する表面構成形成工程と、
を含むナノメーター標準原器の製造方法であって、
前記基板が大気中で保存されることで前記SiC層の表面に自然酸化膜が形成された場合であっても、前記基板を温度範囲が800℃以上1400℃以下の真空状態で加熱することで前記SiC層の表面の自然酸化膜が除去されるとともに、前記SiC層の表面の単結晶SiC分子配列が再構成されて(√3×√3)-30°又は(6√3×6√3)-30°のパターンが形成されることを特徴とするナノメーター標準原器の製造方法。

【請求項6】
請求項5に記載のナノメーター標準原器の製造方法であって、
前記ナノメーター標準原器が測定器を校正するための標準試料として用いられることを特徴とするナノメーター標準原器の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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