JPH07130956A - Nano-step structure body and method of manufacturing minute coil using it - Google Patents
Nano-step structure body and method of manufacturing minute coil using itInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えば紫外線の分光
等に用いられる回析格子や、さらに量子細線程度の線幅
を持つ高感度さらに高速度に外部磁界を検出できる微小
コイルを作成できるナノステップ構造体の製造方法さら
にこれを用いた微小コイルの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diffraction grating used for, for example, ultraviolet spectroscopy, and a nano coil capable of producing an external magnetic field with high sensitivity and high speed having a line width of about a quantum wire. The present invention relates to a method for manufacturing a step structure and a method for manufacturing a micro coil using the step structure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】マイクロマシンや量子細線等の研究にお
いて、ナノスケールの加工技術は非常に重要である。特
に量子細線の研究において、電子のドプロイ波長以下の
幅、例えば約１００Ａ（オングストローム）程度の幅を
持つ導線にあっては、電子の横方向の散乱が禁止される
ため、電子の高速移動と共に高い飽和速度が同時に達成
されるようになり、高速度の新規なデバイスの可能性が
指摘されている。2. Description of the Related Art Nanoscale processing technology is very important in research on micromachines, quantum wires and the like. In particular, in the study of quantum wires, in the case of a conductor wire having a width equal to or smaller than the electron Doploy wavelength, for example, a width of about 100 A (angstrom), lateral scattering of electrons is prohibited, so that the electron movement speed is high. Saturation rates have been achieved at the same time, pointing out the possibility of new devices with higher speeds.
【０００３】しかし、現状の最も程度の高い加工技術で
あるＩＣプロセスにおいては、任意のパターニングを行
おうとした場合に、その線幅は３００ｎｍが限界であろ
うといわれている。またその他の加工技術としてのＦＩ
Ｂ技術等においても、数１０ｎｍまでの線幅が限界と考
えられる。However, in the IC process, which is the highest degree of processing technology at present, it is said that the line width of 300 nm will be the limit when arbitrary patterning is attempted. FI as another processing technology
Even in the B technology and the like, the line width up to several tens of nm is considered to be the limit.
【０００４】微小コイルの応用手段としては、微小磁界
の発生によるマイクロモータやマイクロアクチュエータ
の駆動や、磁気センサや磁気記録媒体への書き込みおよ
び読み出し用の磁気ヘッド等の広い範囲が考えられる。
この様な応用範囲で使用する場合のコイルとしての性能
は、どれだけ巻線密度を上げられるか、あるいはどれだ
け低抵抗で電流を流せるかによって決定される。しか
し、現状の最も微小なコイルである薄膜磁気ヘッドにお
けるコイル部分の線幅は、リソグラフィの最小寸法（数
１００ｎｍ）によって制限され、技術的な性能は限界に
ある。As a means for applying the minute coil, a wide range of driving of a micromotor or a microactuator by generation of a minute magnetic field, a magnetic head for writing to or reading from a magnetic sensor or a magnetic recording medium, and the like can be considered.
When used in such an application range, the performance as a coil is determined by how much the winding density can be increased or how much current can be made to flow with a low resistance. However, the line width of the coil portion in the thin film magnetic head, which is the smallest coil at present, is limited by the minimum dimension of lithography (several 100 nm), and the technical performance is limited.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、ナノメータの線幅が設定さ
れるナンノステップ構造体の製造方法と共に、このナノ
ステップ構造体を用いてナノメータオーダの線幅を有す
る量子細線を制御性良好に作成することができ、その高
速応答性を利用した高感度の電磁コイルとすることので
きる微小コイルの製造方法を提供しようとするものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and a method of manufacturing a nanostep structure having a line width of nanometer and a nanometer structure using this nanostep structure are provided. An object of the present invention is to provide a method for producing a minute coil capable of forming a quantum wire having a line width on the order of good controllability and utilizing the high-speed response to provide a highly sensitive electromagnetic coil.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係るナノステ
ップ構造体の製造方法は、第１のスパッタ工程で第１の
材料が設定されたターゲットをスパッタし、前記第１の
材料からなる第１の層を基板上に堆積すると共に、第２
のスパッタ工程で前記第１の材料とは異なる第２の材料
が設定されたターゲートをスパッタして、前記基板上の
第１の層の上に第２の層を堆積し、この第１および第２
の工程を繰り返し行うことによって前記基板上に形成さ
れた第１の材料による第１の層と第２の材料による第２
層とを多数の層に交互に積層した多層膜構造体を形成
し、その多層膜の積層面が側面に露出されるように所定
の形状に成形する。そして、前記成形された多層膜層を
その積層面が露出される側面からエッチングするもの
で、前記ターゲットに設定される第１の材料および第２
の材料は、前記エッチング工程でのエッチング速度の相
違する材料によって構成されるようにしている。According to a method of manufacturing a nanostep structure according to the present invention, a first target made of a first material is sputtered in a first sputtering step to form a first step made of the first material. Of the second layer while depositing a layer of
In the sputtering step, a targate having a second material different from the first material is sputtered to deposit a second layer on the first layer on the substrate. Two
The first layer made of the first material and the second layer made of the second material formed on the substrate by repeating the above process.
A multilayer film structure is formed by alternately stacking layers and a large number of layers, and the multilayer film structure is formed into a predetermined shape so that the stacked surface of the multilayer film is exposed to the side surface. Then, the molded multilayer film layer is etched from the side surface where the laminated surface is exposed. The first material and the second material set for the target are used.
The material is made of materials having different etching rates in the etching step.
【０００７】また前記基板上の多層膜は、その積層面が
周囲に露出されるように柱状の形状に成形し、この多層
膜の柱状体を前記第１の材料による層と第２の材料によ
る層とのエッチング速度を異ならせて前記積層面が露出
される周面からエッチングして、前記柱状体の周面に前
記エッチング速度の速い第１もしくは第２の材料による
層に対応する多数の溝構造体を形成する。そして、前記
柱状体の外周の前記溝構造体に導電材料を埋込設定し
て、この多数の導電材料によるリングによって微小コイ
ル構造体が形成されるようにする。Further, the multilayer film on the substrate is formed into a columnar shape so that the laminated surface is exposed to the surroundings, and the columnar body of the multilayer film is formed of the layer made of the first material and the layer made of the second material. A plurality of grooves corresponding to the layer made of the first or second material having the high etching rate is formed on the peripheral surface of the columnar body by etching from the peripheral surface where the laminated surface is exposed at different etching rates from the layers. Form a structure. Then, a conductive material is set to be embedded in the groove structure on the outer periphery of the columnar body so that the minute coil structure is formed by the ring made of the large number of conductive materials.
【０００８】[0008]
【作用】この様な製造方法によれば、基板上に第１およ
び第２の材料による膜が交互に多数積層される多層膜構
造体が形成されるもので、この場合の成膜速度はオング
ストローム／分のオーダで制御可能であるから、設定膜
厚に対する誤差を数オングストローム程度以内とするこ
とができる。すなわち、非常に薄く且つ精度の高い膜厚
制御された第１の材料による膜と第２の材料による膜と
が交互に積層された多層膜構造体が作成され、この多層
膜構造体を側面からエッチングすることによって、例え
ば第１の材料による膜の厚さの間隔で、第２の材料によ
る膜の厚さの幅の溝が高精度に加工される。According to such a manufacturing method, a multilayer film structure in which a large number of films of the first and second materials are alternately laminated is formed on the substrate, and the film forming speed in this case is angstrom. Since it can be controlled on the order of / minute, the error with respect to the set film thickness can be kept within several angstroms. That is, a multilayer film structure in which a film made of a first material and a film made of a second material whose film thickness is controlled to be extremely thin and highly accurate is alternately laminated is formed. By etching, for example, the grooves having the width of the film thickness of the second material are processed with high precision at intervals of the film thickness of the first material.
【０００９】したがって、この様なナノステップ構造体
を例えば円柱状に成形して構成し、この円柱状体の周囲
のナノステップの溝に導電体を埋め込むことによって、
オングストロームオーダの線幅の導電体リングが作成さ
れ、このリングを用いて微小コイルが製造されるように
なる。Therefore, such a nano-step structure is formed, for example, in a cylindrical shape, and a conductor is embedded in the groove of the nano-step around the cylindrical body.
A conductor ring having a line width on the order of angstrom is formed, and the ring is used to manufacture a micro coil.
【００１０】また、多層膜構造体をエッチングしてナノ
ステップ構造を作成する場合のエッチング方法は、例え
ば対象材料によってエッチング効果（速度）が大きく異
なる媒体（溶液、ガス）を使用することにより、第１お
よび第２の材料の組み合わせを適当に選択することによ
って、容易に急峻なステップ構造を出現させることが可
能であり、またそのステップ溝の深さはエッチング時間
によって高精度に制御できる。Further, the etching method in the case of etching the multi-layered film structure to form the nano-step structure is, for example, by using a medium (solution, gas) whose etching effect (speed) greatly differs depending on the target material. By properly selecting the combination of the first and second materials, a steep step structure can be easily made to appear, and the depth of the step groove can be controlled with high precision by the etching time.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、図面に基づきこの発明の一実施例を説
明する。図１はイオンビームスパッタ装置の構成を示す
もので、この様なスパッタ装置を用いて各種材料からな
る多層膜構造体を作成する。この多層膜構造体を構成す
る材料としては、ＳｉＯ2やＳｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、
ＡｌＮ等の酸化物や窒化物材料が望ましい。これらの絶
縁膜の種類や成膜方法、および多層膜構造体を形成する
ための手段は種々考えられるが、この実施例では反応性
イオンビームスパッタ法を用いて、ＳｉＯ2とＡｌ2 Ｏ
3 からなる多層膜構造を形成するようにしている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an ion beam sputtering apparatus, and a multilayer film structure made of various materials is produced by using such a sputtering apparatus. Examples of the material forming the multilayer film structure include SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 ,
An oxide or nitride material such as AlN is desirable. Various types of insulating films, film forming methods, and various means for forming a multilayer film structure can be considered. In this embodiment, reactive ion beam sputtering is used to form SiO 2 and Al 2 O.
A multi-layered film structure consisting of 3 is formed.
【００１２】ここで、イオンビームスパッタ法以外の通
常のスパッタ法を用いてもよいが、この場合基板の温度
が数１００℃程度に上昇し、層間で拡散が起きるように
なって、ステップ構造にだれが出てしまうため、基板冷
却を充分に行う必要がある。この点、イオンビームスバ
ッタ法においては、基板温度の上昇を最小限に止めるこ
とが可能であり、多層膜の形成に適する。Here, an ordinary sputtering method other than the ion beam sputtering method may be used, but in this case, the temperature of the substrate rises to several hundreds of degrees Celsius, and diffusion occurs between layers, resulting in a step structure. Since somebody comes out, it is necessary to sufficiently cool the substrate. In this respect, the ion beam scatterer method can suppress the rise in the substrate temperature to a minimum and is suitable for forming a multilayer film.
【００１３】図１において、真空槽11は排気口12から
“１×１０-6Ｔｏｒｒ”以下まで排気される。この真空
槽11の内部には、軸13を中心に回転されるようにした断
面正三角形状のターゲットホルダ14が設定されるもの
で、このターゲットホルダ14の１つの面には、予めＳｉ
（あるいはＳｉＯ2 ）のターゲット151 が接着設定さ
れ、他の面にはＡｌ（あるいはＡｌ2 Ｏ3 ）のターゲッ
ト152 が接着されている。そして、この２つのターゲッ
ト151 および152 のいずれか一方の面が対面されるよう
にして、イオン源16および基板17が設定されている。こ
こで、基板17とターゲットおよびイオン源16の位置は、
予め適切な距離並びに角度関係が設定されるようにして
いる。In FIG. 1, the vacuum chamber 11 is exhausted from the exhaust port 12 to "1 × 10 -6 Torr" or less. Inside the vacuum chamber 11, a target holder 14 having an equilateral triangular cross-section that is rotated about an axis 13 is set, and one surface of the target holder 14 is preliminarily made of Si.
The target 151 of (or SiO 2 ) is set to be bonded, and the target 152 of Al (or Al 2 O 3 ) is bonded to the other surface. The ion source 16 and the substrate 17 are set so that either one of the two targets 151 and 152 faces each other. Here, the positions of the substrate 17 and the target and ion source 16 are
Appropriate distances and angle relationships are set in advance.
【００１４】この様な装置において基板17の上に多層膜
を形成するものであるが、その多層膜形成工程において
は、まずイオン源16に対して、ガス導入口18および19を
介して外部からアルゴン等の不活性放電ガスと酸化物層
を形成するための反応性ガスとしての酸素ガスを所定量
導入する。In such an apparatus, a multilayer film is formed on the substrate 17. In the multilayer film forming process, first, the ion source 16 is exposed to the outside from the outside through the gas introduction ports 18 and 19. A predetermined amount of inert gas such as argon and oxygen gas as a reactive gas for forming the oxide layer are introduced.
【００１５】この様な状態でイオン源16を動作させ、ア
ルゴンおよび酸素からなるイオンを数１００Ｖ程度に加
速してターゲット151 に向けて照射する。このイオンの
照射によってターゲット151 をスパッタリングするもの
で、このスパッタリングされたターゲット151 の材料で
あるＳｉＯ2 は、基板17の表面上に堆積され、所定の膜
厚のＳｉＯ2 の層201 が形成されるようになる。In such a state, the ion source 16 is operated to accelerate ions of argon and oxygen to several hundred V and irradiate the target 151. The target 151 is sputtered by the irradiation of the ions, and SiO 2 which is the material of the sputtered target 151 is deposited on the surface of the substrate 17 to form a layer 201 of SiO 2 having a predetermined film thickness. Like
【００１６】この様にして所定の膜厚の第１のＳｉＯ2
層201 が堆積されたならば、軸13を中心にターゲットホ
ルダ14を回転させ、Ａｌのターゲット152 がイオン源16
および基板17に対面されるようにする。すなわち、この
Ａｌターゲット152 がイオン源16からのイオンビームに
さらされるようになり、Ａｌがスパッタリングされて基
板17の第１のＳｉＯ2 層201 上に堆積されて第１のＡｌ
層211 が形成される。以後、ターゲットホルダ140 回転
させながらＳｉＯ2 のターゲット151 とＡｌのターゲッ
ト152 を交互にスパッタリングすることにより、第２の
ＳｉＯ2 層202および第２のＡｌ層212 が、順次交互に
所定の膜厚で堆積され、ＳｉＯ2 層およびＡｌ層が交互
に配置されて積層された多層膜構造体22が形成される。Thus, the first SiO 2 having a predetermined film thickness is formed.
Once the layer 201 is deposited, the target holder 14 is rotated about the axis 13 and the Al target 152 is replaced by the ion source 16
And facing the substrate 17. That is, the Al target 152 is exposed to the ion beam from the ion source 16 and Al is sputtered and deposited on the first SiO 2 layer 201 of the substrate 17 to form the first Al.
Layer 211 is formed. After that, the SiO 2 target 151 and the Al target 152 are alternately sputtered while rotating the target holder 140, so that the second SiO 2 layer 202 and the second Al layer 212 are sequentially and alternately formed with a predetermined film thickness. A multilayer film structure 22 is formed in which the SiO 2 layers and the Al layers are deposited and stacked alternately.
【００１７】この様にして作成された多層膜構造体22
は、真空槽11から取り出して所定の形状に成形するもの
であるが、例えばこの構造体22の積層面が側面に露出さ
れるように４角型状に切り出す。そして、その１つの側
面をリソグラフィおよび選択エッチングによってエッチ
ングすると、図２で示すように第１の材料と第２の材料
のエッチング効果の差に応じて、ナノステップの構造体
が完成されるもので、この構造体は例えばナノメートル
単位の間隔を持つ、紫外光の分光等に使用される回析格
子23が構成される。例えば、１８００本／ｍｍ、すなわ
ち５５０ｎｍピッチの回析格子23が作成される。The multilayer film structure 22 produced in this way
Is taken out from the vacuum chamber 11 and molded into a predetermined shape. For example, it is cut out in a square shape so that the laminated surface of the structure 22 is exposed at the side surface. Then, when one side surface thereof is etched by lithography and selective etching, a nanostep structure is completed according to the difference in etching effect between the first material and the second material as shown in FIG. This structure has, for example, a diffraction grating 23 having a spacing of nanometer unit and used for spectroscopy of ultraviolet light. For example, a diffraction grating 23 having 1800 lines / mm, that is, a pitch of 550 nm is created.
【００１８】次に、この様にして製造された多層膜構造
体22を用いて微小コイルを作製する工程について説明す
る。まず、図３の（Ａ）で示すように製造された絶縁膜
材料からなる薄膜を積層した構造の多層膜構造体22を真
空槽11から取り出し、リソグラフィによってパターニン
グして、同図の（Ｂ）で示すように積層面が周面に露出
されるようにして円柱状部材25に成形する。この場合、
部材25の大きさはリソグラフィで可能な大きさに設定さ
れるもので、例えば数１０μｍの直径に設定される。Next, a process of manufacturing a micro coil using the multilayer film structure 22 manufactured as described above will be described. First, a multilayer film structure 22 having a structure in which thin films made of an insulating film material, which are manufactured as shown in FIG. 3A, are stacked is taken out from the vacuum chamber 11, patterned by lithography, and then shown in FIG. The cylindrical member 25 is formed such that the laminated surface is exposed to the peripheral surface as shown in FIG. in this case,
The size of the member 25 is set to a size that can be formed by lithography, and is set to a diameter of several tens of μm, for example.
【００１９】この様に円柱状の多層膜部材25が成形され
たならば、このパターニングされた多層膜部材25の外周
部を、エッチング反応ガスとしてＣＦ4 を用いたプラズ
マエッチング法によって、所定時間（所定の溝深さを持
ったナノステップを形成するため）エッチングする。こ
の様なエッチングによってＳｉＯ2 層201 、202 、…が
選択的にエッチングされるようになり、そのエッチング
された部分に（Ｃ）図で示すようにＳｉＯ2 層201 、20
2 、…の堆積膜厚さに相当する溝261 、262 、…が形成
される。この様なエッチングは、急峻なステップ構造を
形成することが目的であり、したがってプラズマエッチ
ング法に限らず材料選択性のあるエッチング法であれ
ば、イオンビームエッチングやウエットエッチングが適
宜採用できる。After the cylindrical multi-layered film member 25 is formed in this manner, the outer peripheral portion of the patterned multi-layered film member 25 is subjected to plasma etching using CF 4 as an etching reaction gas for a predetermined time ( Etch to form nanosteps with a predetermined groove depth. As a result of such etching, the SiO 2 layers 201, 202, ... Are selectively etched, and the etched portions are covered with the SiO 2 layers 201, 20 as shown in FIG.
, Grooves 261, 262, ... Corresponding to the deposited film thickness are formed. The purpose of such etching is to form a steep step structure. Therefore, not only the plasma etching method but also an ion beam etching method or a wet etching method can be adopted as appropriate as long as the etching method has material selectivity.
【００２０】この様に円柱状の多層膜構造体による部材
25に対して、その外周部にリング状に取巻くように、ナ
ノステップの多数の溝261 、262 、…が形成されたなら
ば、この溝261 、262 、…中にＡｌやＣｕ等の導電性材
料を充填することにより、微小導電性リングが形成され
る。この場合、溝261 、262 、…それぞれのサイズが極
めて小さいものであるため、通常の成膜プロセスによっ
てこの溝261 、262 、…埋めようとすると、これらの溝
261 、262 …の開口部が蓋をされたように塞がってしま
い、その中に空洞が残るようになる。このため、この実
施例においてはイオンアシストを採用したスパッタリン
グ成膜法を用いるようにした。A member having a cylindrical multilayer film structure as described above
If a large number of nanostep grooves 261, 262, ... Are formed so as to surround the outer peripheral portion of the ring 25 in a ring shape, the grooves 261, 262 ,. Filling the material forms a micro-conductive ring. In this case, since the size of each of the grooves 261, 262, ... Is extremely small, if these grooves 261, 262 ,.
The openings of 261, 262, etc. are closed as if they were covered, leaving cavities inside. Therefore, in this example, the sputtering film forming method employing the ion assist was used.
【００２１】図４は微小コイルを製造するための装置の
例を示すもので、図１で示した場合と同様の真空槽31を
用いるもので、この真空槽31の内部は排気口32から所定
の圧力に排気される。この真空槽31の内部に設定した軸
33にターゲットホルダ34が設定されるもので、このター
ゲットホルダ34にはターゲット35としてＡｌやＣｕ等の
導電性の材料が設定される。FIG. 4 shows an example of an apparatus for manufacturing a micro coil, which uses a vacuum chamber 31 similar to that shown in FIG. Exhausted to the pressure of. Axis set inside this vacuum chamber 31
A target holder 34 is set in 33, and a conductive material such as Al or Cu is set as the target 35 in the target holder 34.
【００２２】このターゲト35の面が対面されるようにし
て、イオン源36および基板ホルダ37に保持された部材25
が設定される。この場合、この基板ホルダ37はモータ38
によって回転され、このホルダ37で保持された部材25の
外周面がイオン源36からの放射イオンに全周さらされる
ようにしている。そして、さらに部材25のナノステップ
溝に対して低角でイオンアシストするためのイオン源39
が設けられている。The member 25 held by the ion source 36 and the substrate holder 37 so that the surfaces of the target 35 face each other.
Is set. In this case, the board holder 37 is
The outer peripheral surface of the member 25 held by the holder 37 is rotated by the whole circumference to be exposed to the radiation ions from the ion source 36. Further, the ion source 39 for ion assisting the nano step groove of the member 25 at a low angle.
Is provided.
【００２３】この様な装置において部材25の外周の溝26
1 、262 、…内部に、ＡｌやＣｕ等の導電性材料を埋め
込むものであるが、この導電材料埋込工程に際しては、
イオン源16に対してガス導入口40および41を介して外部
からアルゴン等の不活性放電ガスと、酸化物層を形成す
るための反応性ガスとしての酸素ガスを所定量導入す
る。In such a device, the groove 26 on the outer periphery of the member 25
The conductive material such as Al or Cu is embedded inside 1, 262, ...
An inert discharge gas such as argon and a predetermined amount of oxygen gas as a reactive gas for forming an oxide layer are introduced into the ion source 16 from the outside through gas introduction ports 40 and 41.
【００２４】すなわち、この様に構成される装置におい
て、真空槽31の内部を“１×１０-6Ｔｏｒｒ”以下まで
排気する。この状態でイオン源36を稼働させ、アルゴン
イオンを数１００Ｖ程度に加速してターゲット35に向け
て照射し、これをスパッタリングして部材25のナノステ
ップ溝261 、262 、…上に堆積させる。この場合、部材
25の全周に均一に堆積させるために、基板ホルダ37がモ
ータ38によって一定の速度で回転されている。That is, in the apparatus thus constructed, the inside of the vacuum chamber 31 is evacuated to "1 × 10 -6 Torr" or less. In this state, the ion source 36 is operated, argon ions are accelerated to about several hundreds of V to irradiate the target 35, and this is sputtered to be deposited on the nanostep grooves 261, 262, ... Of the member 25. In this case, the member
The substrate holder 37 is rotated at a constant speed by a motor 38 so as to be uniformly deposited on the entire circumference of 25.
【００２５】この様なターゲット35からスパッタリング
された物質の堆積に伴って、イオン源38が作動される。
この場合、ガス導入口42からアルゴン等の不活性ガスが
導入され、この不活性ガスイオンが部材25のナノステッ
プ溝261 、262 、…に対して低角（約１５°程度）で、
且つ１００ｅＶ以下の低いエネルギーで照射する。With the deposition of material sputtered from such a target 35, the ion source 38 is activated.
In this case, an inert gas such as argon is introduced from the gas introduction port 42, and the inert gas ions have a low angle (about 15 °) with respect to the nanostep grooves 261, 262, ... Of the member 25,
Irradiation with low energy of 100 eV or less.
【００２６】図５はこの様なプロセスによってナノステ
ップ溝161 、262 、…が例えばＣｕによって充填される
状況を模式的に示している。まず、（Ａ）図で示すよう
に溝261 、262 、…上に飛来したＣｕのスパッタ原子51
は、そのままでは平均エネルギーが数ｅＶと低いもので
あるため溝261 、262 、…を飛び越えて表面拡散（マイ
グレーション）することができない。すなわち、ステッ
プ構造の凹凸をそのまま反映して堆積されるようにな
り、最終的には溝を充填することなく、この溝に蓋をす
る状態となる。FIG. 5 schematically shows a situation in which the nanostep grooves 161, 262, ... Are filled with, for example, Cu by such a process. First, as shown in FIG. 7A, the sputtered atoms 51 of Cu flying over the grooves 261, 262, ...
, Which has a low average energy of several eV as it is, cannot jump over the grooves 261, 262, ... And surface diffuse (migrate). That is, the unevenness of the step structure is reflected as it is, and the groove is finally filled with the lid without filling the groove.
【００２７】しかし、この様にＣｕのスパッタ原子51が
供給される状態で、イオン源39からのアルゴンイオン52
を低角度で供給し、アルゴンイオン52とＣｕスパッタ原
子51との衝突を通じて、Ｃｕスパッタ原子51に適当なマ
イグレーションエネルギーが付与されるようにする。そ
してこれらステップ溝261 、262 、…の凸部に飛来した
Ｃｕスパッタ原子51が溝261 、262 、…中に落とされる
ようにする。一方、溝261 、262 、…の底部分に飛来し
たＣｕスパッタ原子51は、イオンビームのシャドー効果
によってイオン照射にさらされないので、溝261 、262
、…に選択的にＣｕ原子が堆積され、（Ｂ）図のよう
に導電材料リング53が形成される。However, with the Cu sputtered atoms 51 thus supplied, argon ions 52 from the ion source 39 are supplied.
Is supplied at a low angle so that an appropriate migration energy is imparted to the Cu sputtered atoms 51 through collision between the argon ions 52 and the Cu sputtered atoms 51. Then, the Cu sputtered atoms 51 flying to the convex portions of the step grooves 261, 262, ... Are dropped into the grooves 261, 262 ,. On the other hand, the Cu sputtered atoms 51 flying to the bottoms of the grooves 261, 262, ... Are not exposed to ion irradiation due to the shadow effect of the ion beam.
, ... are selectively deposited with Cu atoms to form the conductive material ring 53 as shown in FIG.
【００２８】この様に部材25の溝261 、262 、…中にＣ
ｕが充填されて導電材料リング53が形成されたならば、
（Ｃ）図で示すように最上層に保護膜としてＳｉＯ2 あ
るいはＳｉ3 Ｎ4 等の絶縁膜54を堆積させる。この絶縁
膜54の堆積方法は、図４で示した装置においてターゲッ
トホルダ34の他のターゲット351 にＳｉを設定し、この
ターゲットホルダ34を回転させることによりイオン源36
からのアルゴンイオンをＳｉターゲート351 に照射して
スパッタリングする。この状態で基板ホルダ37を回転さ
せれば、（Ｃ）図のような絶縁膜54が堆積される。In this way, C is formed in the grooves 261, 262, ... Of the member 25.
Once filled with u to form the conductive material ring 53,
As shown in FIG. 3C, an insulating film 54 such as SiO 2 or Si 3 N 4 is deposited on the uppermost layer as a protective film. This insulating film 54 is deposited by setting Si in another target 351 of the target holder 34 in the apparatus shown in FIG. 4 and rotating the target holder 34 to rotate the ion source 36.
The Si target 351 is irradiated with argon ions from Si and the target is sputtered. When the substrate holder 37 is rotated in this state, the insulating film 54 as shown in FIG.
【００２９】この様にして多層膜構造体による部材25の
外周面に、多数の導電性細線がリング状に形成され、こ
の細線が微小コイルを構成することができるようになる
もので、微小コイルとするためには多数の導電性細線の
リングの一部を切断し、その後隣接するリング間を順次
接続して１本の線材とされるようにすればよい。In this way, a large number of conductive thin wires are formed in a ring shape on the outer peripheral surface of the member 25 made of the multilayer film structure, and these thin wires can form a minute coil. In order to achieve this, a part of the ring of many conductive thin wires may be cut, and then the adjacent rings may be sequentially connected to form one wire rod.
【００３０】図６はこの微小コイルを作成する工程を示
しているもので、（Ａ）図で示すように、導電材料によ
るリング53が形成され、その外周に絶縁膜54の形成され
た部材55の一方の側部を軸線に平行な面で削り取り、導
電材料リング53の一部が切断された状態でその切断面を
露出させる。この様な加工は、例えばレーザトリマー等
の微細加工装置を用いて行われるもので、その削り取り
幅は例えば数ミクロンオーダとする。FIG. 6 shows a step of producing this minute coil. As shown in FIG. 6A, a ring 53 made of a conductive material is formed, and a member 55 having an insulating film 54 formed on the outer periphery thereof. One of the side portions is scraped off with a surface parallel to the axis, and the cut surface is exposed in a state where a part of the conductive material ring 53 is cut. Such processing is performed by using a fine processing apparatus such as a laser trimmer, and the shaving width is, for example, on the order of several microns.
【００３１】次に、ＦＩＢ（Field Ion Beam）の成膜プ
ロセスを用いて、同図の（Ｂ）に示すよう導電材料リン
グ53の切断面の相互間を、導電性材料の薄膜56により順
次段を異ならせて接続し、多数段に形成された導電材料
リング53が１本の導電線として構成されるようにする。
そして、基板上に形成した電流取出し用のバンプ571お
よび572 との間を同様にＦＩＢプロセスで形成した道断
性薄膜出接続することにより、微小コイルが完成され
る。この様に構成される微小コイルは、例えば磁気セン
サとしてそのまま使用可能である。Next, by using a film forming process of FIB (Field Ion Beam), a thin film 56 of a conductive material is sequentially formed between the cut surfaces of the conductive material ring 53 as shown in FIG. Are connected differently so that the conductive material rings 53 formed in multiple stages are configured as one conductive line.
Then, the bumps 571 and 572 for current extraction formed on the substrate are connected similarly to the disconnecting thin film formed by the FIB process to complete the micro coil. The micro coil configured in this way can be used as it is, for example, as a magnetic sensor.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上のようにこの発明に係るナノステッ
プ構造体の製造方法によれば、ナノメータオーダの幅の
格子構造を容易且つ確実に構成できるものであり、例え
ば光の回析格子等のような構造体も容易に作成できる。
そして、この様なナノステップ構造を用いることによっ
て、微細線幅の量子細線を制御性良好に作成することが
でき、この様な量子細線による微小コイルが作成できる
ものであり、例えば極めて高感度で且つ高速度に外部磁
界を検出することのできる微細コイルが容易に製造で
き、そのまま高感度の微小磁界センサを構成することが
可能とされる。As described above, according to the method of manufacturing a nano-step structure according to the present invention, it is possible to easily and surely form a lattice structure having a width of the order of nanometers. Such a structure can be easily created.
By using such a nano-step structure, a quantum wire with a fine line width can be created with good controllability, and a minute coil with such a quantum wire can be created. For example, with extremely high sensitivity. Moreover, a fine coil capable of detecting an external magnetic field at a high speed can be easily manufactured, and a high-sensitivity minute magnetic field sensor can be configured as it is.
【図１】この発明の一実施例に係るナノステップ構造体
の製造システムを説明する構成図。FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a nanostep structure manufacturing system according to an embodiment of the present invention.
【図２】作成された多層膜構造体による回析格子を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing a diffraction grating by the created multilayer film structure.
【図３】（Ａ）〜（ｃ）はそれぞれ上記多層膜構造体を
用いて微小コイルを製造する過程の特に多層膜による部
材の加工の過程を示す図。3A to 3C are views showing a process of manufacturing a micro coil using the above-mentioned multilayer film structure, in particular, a process of processing a member by a multilayer film.
【図４】図３で示した部材を用いて導電材料によるリン
グを形成するシステムを説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a system for forming a ring made of a conductive material using the member shown in FIG.
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ導電材料によるリン
グが作成される過程を説明する図。5A to 5C are views for explaining a process of forming a ring made of a conductive material.
【図６】（Ａ）および（Ｂ）は上記導電性リングを用い
て微小コイルを作成する過程を説明する図。6A and 6B are views for explaining a process of forming a micro coil using the conductive ring.
11…真空槽、12…排気口、14…ターゲットホルダ、151
、152 、35、351 …ターゲット、16、39…イオン源、1
7…基板、18、19、40、41…ガス導入口、201 、202 、
…ＳｉＯ2 の層、211 、212 、…Ａｌの層、22…多層膜
構造体、23…回析格子、25…円柱状部材、51…Ｃｕスパ
ッタ原子、52…アルゴンイオン、53…導電性材料リン
グ、54…絶縁膜、55…部材、56…導電性材料の薄膜、57
1 、572 …バンプ。11 ... Vacuum tank, 12 ... Exhaust port, 14 ... Target holder, 151
, 152, 35, 351 ... Target, 16, 39 ... Ion source, 1
7 ... Substrate, 18, 19, 40, 41 ... Gas inlet, 201, 202,
... SiO 2 layer, 211, 212, ... Al layer, 22 ... Multilayer film structure, 23 ... Diffraction grating, 25 ... Cylindrical member, 51 ... Cu sputtered atom, 52 ... Argon ion, 53 ... Conductive material Ring, 54 ... Insulating film, 55 ... Member, 56 ... Thin film of conductive material, 57
1, 572 ... bump.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/06 // Ｇ０１Ｊ 3/18 Ｇ０２Ｂ 5/18 9018−2Ｋ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 29/06 // G01J 3/18 G02B 5/18 9018-2K
Claims (5)
パッタし、前記第１の材料からなる第１の層を基板上に
堆積する第１のスパッタ工程と、 前記第１の材料とは異なる第２の材料が設定されたター
ゲートをスパッタして、前記基板上の第１の層の上に第
２の層を堆積する第２のスパッタ工程と、 前記第１および第２の工程を繰り返し行うことによって
前記基板上に形成された第１の材料による第１の層と第
２の材料による第２層とを多数の層に交互に積層した多
層膜構造体を、その多層膜の積層面が側面に露出される
ように所定の形状に成形する成形工程と、 前記成形された多層膜構造体をその積層面が露出される
側面からエッチングするエッチング工程とを具備し、 前記ターゲットに設定される第１の材料および第２の材
料は、前記エッチング工程でのエッチング速度の相違す
る材料によって構成されるようにしたことを特徴とする
ナノステップ構造体の製造方法。1. A first sputtering step of sputtering a target in which a first material is set, and depositing a first layer of the first material on a substrate, the first material being different from the first sputtering step. A second sputtering step of sputtering a targate in which a second material is set and depositing a second layer on the first layer on the substrate, and the first and second steps are repeated. As a result, a multilayer film structure in which the first layer made of the first material and the second layer made of the second material, which are formed on the substrate, are alternately laminated in a large number of layers, The target includes a forming step of forming a predetermined shape so as to be exposed on the side surface, and an etching step of etching the formed multilayer film structure from the side surface where the laminated surface is exposed. The first material and the second material are as described above. Method for producing a nano-step structure is characterized in that so as to be constituted by dissimilar material of the etching rate in the etching step.
は、反応性イオンビームスパッタ法が採用されるように
した請求項１記載のナノステップ構造体の製造方法。2. The method of manufacturing a nanostep structure according to claim 1, wherein a reactive ion beam sputtering method is adopted in the first and second sputtering steps.
が平面とされる形状に成形され、この平面部が前記エッ
チング工程でエッチングされて、微細幅のスリット形状
が形成されるようにしたナノステップ構造体の製造方
法。3. The nano step, wherein in the forming step, at least one surface is formed into a shape having a flat surface, and the flat surface portion is etched in the etching step to form a slit shape having a fine width. Structure manufacturing method.
パッタし、前記第１の材料からなる第１の層を基板上に
堆積する第１のスパッタ工程と、 前記第１の材料とは異なる第２の材料が設定されたター
ゲートをスパッタして、前記基板上の第１の層の上に第
２の層を堆積する第２のスパッタ工程と、 前記第１および第２の工程を繰り返し行うことによって
前記基板上に形成された第１の材料による第１の層と第
２の材料による第２層とを多数の層に交互に積層した多
層膜構造体を、その多層膜の積層面が周囲に露出される
ように柱状の形状に成形する成形工程と、 前記成形工程で成形された多層膜の柱状体を、前記第１
の材料による層と第２の材料による層とのエッチング速
度を異ならせて前記積層面が露出される周面からエッチ
ングし、前記柱状体の周面に前記エッチング速度の速い
第１もしくは第２の材料による層に対応する多数の溝構
造体を形成するエッチング工程と、 前記柱状体の外周の前記溝構造体に導電材料を埋込設定
する導電細線形成工程とを具備し、 前記柱状体の周面に形成される溝構造体に対応して多数
の導電材料によるリングによってコイル構造体が形成さ
れるようにしたナノステップ構造体を用いた微小コイル
の製造方法。4. A first sputtering step of sputtering a target in which a first material is set, and depositing a first layer of the first material on a substrate, the first material being different from the first sputtering step. A second sputtering step of sputtering a targate in which a second material is set and depositing a second layer on the first layer on the substrate, and the first and second steps are repeated. As a result, a multilayer film structure in which the first layer made of the first material and the second layer made of the second material, which are formed on the substrate, are alternately laminated in a large number of layers, A forming step of forming a columnar shape so as to be exposed to the surroundings;
Etching is performed from the peripheral surface at which the laminated surface is exposed by making the etching rate of the layer made of the above material different from that of the layer made of the second material. An etching step of forming a large number of groove structures corresponding to layers of materials; and a conductive thin wire forming step of embedding and setting a conductive material in the groove structures on the outer periphery of the columnar body. A method for manufacturing a minute coil using a nano-step structure in which a coil structure is formed by a ring made of a large number of conductive materials corresponding to a groove structure formed on a surface.
イオンによって導電材料のターゲットをスパッタして、
この導電材料の原子を前記溝構造体部分に堆積させるよ
うにすると共に、他のイオン源からのイオンを前記導電
材料の原子に衝突させ、導電材料の原子にマイグレーシ
ョンエネルギーが与えられるようにした請求項４記載の
ナノステップ構造体を用いた微小コイルの製造方法。5. The conductive thin wire forming step comprises sputtering a target of a conductive material with ions from an ion source,
An atom of the conductive material is deposited on the groove structure portion, and ions from another ion source are made to collide with the atom of the conductive material so that migration energy is given to the atom of the conductive material. Item 5. A method for manufacturing a micro coil using the nano-step structure according to Item 4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27267993A JPH07130956A (en) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | Nano-step structure body and method of manufacturing minute coil using it |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27267993A JPH07130956A (en) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | Nano-step structure body and method of manufacturing minute coil using it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130956A true JPH07130956A (en) | 1995-05-19 |
Family
ID=17517285
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27267993A Pending JPH07130956A (en) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | Nano-step structure body and method of manufacturing minute coil using it |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07130956A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007531998A (en) * | 2004-04-02 | 2007-11-08 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | Production and use of superlattices |
| US7829352B2 (en) | 2003-10-07 | 2010-11-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fabrication of nano-object array |
| JP2013513960A (en) * | 2009-12-15 | 2013-04-22 | コンソルティオ デルタ ティアイ リサーチ | Thermoelectric conversion device using the Savebeck / Peltier effect, comprising parallel nanowires made of a conductive material or a semiconductor material arranged in rows and columns via an insulating material, and a method of manufacturing the same |
-
1993
- 1993-10-29 JP JP27267993A patent/JPH07130956A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4796569B2 (en) * | 2004-04-02 | 2011-10-19 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | Production and use of superlattices |
| JP2013513960A (en) * | 2009-12-15 | 2013-04-22 | コンソルティオ デルタ ティアイ リサーチ | Thermoelectric conversion device using the Savebeck / Peltier effect, comprising parallel nanowires made of a conductive material or a semiconductor material arranged in rows and columns via an insulating material, and a method of manufacturing the same |
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