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引言

      介绍了摩擦力显微镜下的悬臂梁对单晶硅表面（100）正方形进行微加工的研究。结果发现，用氢氧化钾溶液蚀刻工件后，加工区域变为凸凸。了解了凸面的高度取决于加工条件，特别是氢氧化钾溶液的浓度的关系。为了了解相反的刻蚀处理结果，采用透射电镜（发射电子显微镜）和激光拉曼法对加工表面的结构进行了分析，得到了表面的厚氧化和下劣化。此外，还验证了超声波清洗结合刻蚀提高粗糙度和去除残留物的效率。并应用实验结果，提出了无掩模形成微结构的方法。

实验

      在加工部位发现了很强的面罩作用， 发现了凸状结构残留形成的情况。这个掩膜作用是加工条件， 特别是显示了对KOH水溶液浓度的强烈依存，即， 如图1D所示， 用浓度约20wt%以下的KOH水溶液蚀刻FFM加工区域后，加工区域会有选择地呈凸状（掩蔽效果）。 明确了在20wt%以上的情况下反而变成凹状（蚀刻促进效果）。

      通过用浓度不同的KOH水溶液蚀刻FFM加工后的试料，产生掩蔽效果或蚀刻促进效果。这表明，在FFM加工区域的表层存在结晶性紊乱，与大气中的氧结合，化学性质发生变化的层。因此，为了阐明这两种相反的化学效果的机理，FFM； 对加工表面层进行了结构分析。

图1氢氧化钾浓度与结构高度有关

      图2(a)，(b)，(c)是图1中(a)所示的FFM加工后的试料截面TEM像。加工方向为纸面垂直方向（<110>方向），在加工部观察到周期性的进给标记。该图(d)，(e)，(f)是图1中(b)所示的凸状结构试料的截面TEM像。在FFM加工领域的周围进行蚀刻，可以看出产生了台阶。蚀刻处理后FFM加工部的微结构几乎没有变化。这说明FFM加工部的表面微结构显示出对KOH水溶液具有很强的耐腐蚀性（掩蔽效果）。

图3(a)，(b)是分别对单晶硅（100）面（抛光面）及其FFM加工领域进行沟道分析的结果。纵轴表示后方散射离子的计数数（强度），数值越大，后方散射离子越多，结晶性越低（混乱）。如同图(a)的曲线图所示，与（100）面的主晶轴平行。

      图4(a)、(b)分别是抛光面及FFM加工部的。如前文所述，用浓度为5～15wt%（温度23℃）的KOH水溶液对FFM加工后的样品进行蚀刻处理后，加工区域显示出很强的掩模作用，残留形成了凸状结构。此外，在此条件下，蚀刻的晶体各向异性几乎不被认可）。因此，为了确认该现象是否在其他种类的碱性水溶液中出现，我们用不同的碱性水溶液进行了蚀刻实验。

图8蚀刻时间和凸状构造的高度关系

      图8是各种碱性水溶液中的蚀刻时间和凸状构造的高度的关系。随着蚀刻时间的增加，凸状构造的高度增大，其比例根据碱性种类不同而不同。KOH水溶液的情况下，从蚀刻开始之后，加工部残留形成了凸状构造。其高度与时间大致成比例，在实验条件的范围内最大约为550nm.与此相对，CsOH，RbOH即使经过60分钟，加工部及其周围也几乎没有变化，之后残留形成了凸状构造。

结果和讨论

      用低浓度的KOH水溶液蚀刻用FFM结构进行了极微细加工的单晶硅，在加工部产生掩蔽效果，加工部残留形成凸状。另一方面，用高浓度的KOH水溶液蚀刻的话，在加工部产生蚀刻促进作用，加工成凹状。为了阐明这个机理，进行了用各种碱水溶液的蚀刻实验和FFM加工表面层的结构分析。另外，为了形成实用的微细结构，尝试了用超声波附加的蚀刻处理。

      在各种碱（KOH，CsOH，RbOH）水溶液中对FFM加工的单晶硅（100）面进行蚀刻的结果，虽然在蚀刻速率和表面粗糙度上产生了差异，但是FFM加工领域显示出很强的掩膜作用，残留为凸状。

      通过透射型电子显微镜等对FFM加工表面层进行结构分析的结果，确认了加工表面层为2层结构，在最表面形成了厚约10nm的结晶性低的氧化层，其下有厚约50nm的转移生成层。

      FFM加工领域的掩蔽效果，依存于K（对滩水溶液具有耐腐蚀性的最表面结晶性低的氧化层，起因于与抛光面的蚀刻速率的差而产生。另一方面，蚀刻促进作用起因于内部的KOH弱层，即转移生成层而产生。

      通过超声波附加的蚀刻处理，蚀刻处理后的表面粗糙度和蚀刻不均匀性得到改善，可以形成非常平坦的高精细的3维微细结构。

总结

      从以上的实验结果可以看出，KOH水溶液在蚀刻速率和蚀刻面的表面光洁度方面比其他的碱性水溶液优越。在加工区域中发现了掩蔽作用，并且验证了该掩蔽作用对任何碱性水溶液都持续很长时间，并且在FFM加工部分中生成了具有足够耐腐蚀性的层。今后，在对加工机理进行实验验证的同时，还将对面向实用化的微结构的3维化、高精细化进行探讨。