JPH04233128A - Ａｆｍ／ｓｔｍ／ｍｆｍのプロフィル測定用の精密機械センサ及びその製造方法 - Google Patents
Ａｆｍ／ｓｔｍ／ｍｆｍのプロフィル測定用の精密機械センサ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＡＦＭ／ＳＴＭ／ＭＦＭ
（磁力電子顕微鏡）のプロフィル測定用精密機械センサ
の製造方法に関するものであり、前記センサは片持ちビ
ーム及び集積チップ又はペデスタル上の集積チップから
成るものである。さらに、本発明は前記方法によって製
造されるセンサヘッドに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと略
称）は微小チップの使用を基礎とする材料のマイクロ特
性表示の最新技術の開発に刺激を与えている。こうした
技術の１つとして原子力顕微鏡（以下ＡＦＭと略称）が
あり、導体及び絶縁体をプロフィルし、且つイメージす
ることを可能とすることが最近実証された。 【０００３】ＡＦＭの初期のデザイン（Ｂｉｎｎｉｇ
Ｇ， Ｑｕａｔｅ ＣＦ， Ｇｅｒｂｅｒ Ｃｈ， （
１９８６） Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｅ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ５６
，９３０ − ９３３ ａｎｄ ＥＰ−Ａ−０ ２２３
９１８ ）において、一端は固定取り付けされ、且つ
自由端に絶縁体チップを装着するばねのような片持ちビ
ームから成るセンサによって被測定体の表面がプロフィ
ルされる。前記表面及びチップ間の力によって片持ちビ
ームにたわみが生じるが、このたわみを、例えばＳＴＭ
の一部である第２のチップによって正確に測定すること
ができる。３ｎｍの側面空間分析が初めに達成された。 【０００４】ＡＦＭの別の変形タイプにはＳＴＭ検出の
代わりに光検出法がある。この型ではワイヤの端部にあ
るタングステンチップはピエゾ電気変換器に取付けされ
ている。この変換器は片持ちばりとして作動するワイヤ
の共振周波数でチップを振動させ、レーザ・ヘテロダイ
ン干渉計によって、交流（ａ．ｃ．）振動の振幅が正確
に測定される。チップ及びサンプル間の力の変化率によ
ってレバーのコンプライアンスが修正されるので、レバ
ー共振のシフトによって振動振幅の変化を誘導する。レ
バー特性が判ると、圧力及び圧力そのものの変化率を導
き出すためにチップ／サンプル間の間隙の関数として振
動振幅の測定が可能となる（Ｄｕｅｒｉｇ ＵＴ， Ｇ
ｉｍｚｅｗｓｋｉ ＪＫ， Ｐｏｈｌ ＤＷ （１９８
６） Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉ
ｏｎ ｏｆ Ｆｏｒｃｅｓ Ａｃｔｉｎｇ Ｄｕｒｉｎ
ｇ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ．
５７， ２４０３ −２４０６； ａｎｄ Ｍａｒｔｉ
ｎ Ｙ， Ｗｉｌｌｉａｍｓ ＣＣ， Ｗｉｃｋｒａｍ
ａｓｉｎｇｈｅ ＨＫ （１９８７） Ａｔｏｍｉｃ
Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｆｏｒｃｅ Ｍａ
ｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ ｏｎ ａ
ｓｕｂ １００−Ａ Ｓｃａｌｅ， Ｊ． Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ． ６１（１０），４７２３−４７２９ ）
。 【０００５】ＡＦＭの最も決定的とされる構成要素はば
ねのような片持ちばりである。所定の力に対して最大歪
曲が必要とされる時、片持ちばりは可能な限り柔軟であ
ることが望まれる。同時に、建物からの振動ノイズに対
する感度を最小限にするために固有周波数の高い剛性片
持ちばりが必要となる。通常、環境振動、主として建物
振動は約＜１００ヘルツである。固有周波数ｆｏ ＞１
０ｋＨｚであるような片持ちばりが選択されると、環境
振動は極小値まで減少される。このような条件は以下の
２つの方程式で示されるような片持ちばりの幾何学的寸
法を縮小することで満たされるにすぎない。片持ちばり
の固有周波数ｆｏ は以下の式によって出される：【数
１】 この場合、Ｅはヤング弾性係数を、Ｑは密度を、Ｋは１
に近い補正係数を、ｌは長さを、ｔは片持ちばりの厚さ
を示す。 【０００６】片持ちばりの感度を決定するためのばね定
数は以下の式によって出される： 【数２】 この場合、Ｆは片持ちばりにたわみｙを生じさせる力を
、Ｅはヤング弾性係数を、ｗは幅を、ｌは長さを、ｔは
片持ちばりの厚さを示す。そのばね定数項によると、片
持ちばりの感度はその寸法及びその構成材料によって決
定され、長くて薄い幅のせまい片持ちビームに対しては
最高感度が得られる。片持ちビームの幅は横振動を抑制
するほどに充分大きなものでなければならない。さらに
、前記ビームの幅によってその上に取り付ける付加構造
、例えばチップなどの製造が可能である。従って、最小
幅ｗは約１０μｍが適当であると思われる。実際には、
引力を感知する際に不安定性を避けるために、及び片持
ちビームの過剰熱振動を防ぐために、さらに可測レスポ
ンスを得るために、Ｃの値は約＞１Ｎ／ｍでなければな
らない。 【０００７】Ｃ＝１Ｎ／ｍ、ｆｏ ＝１０ｋＨｚの条件
に適合する片持ちビームの寸法は、一例を上げるとｌ＝
８００μｍ、ｗ＝７５μｍ、ｔ＝５．５μｍである。 【０００８】片持ちビームの標準たわみモードでは約１
０−１２ Ｎオーダーの力を検出することができる。セ
ンサヘッドの感度を片持ちビームの共振周波数ｆｏ で
プロフィルされるべき被測定体を振動させることによっ
てさらに向上することができることは、Ｇ．Ｂｉｎｎｉ
ｇ ｅｔ ａｌ ｉｎ Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔ
ｔ． ５６ （１９８６）， ｐｐ． ９３０−９３３
で述べられている通りである。 【０００９】前記Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌの記事及び
ヨーロッパ特許公開ＥＰ−Ａ−０２２３９１８によって
得られるＡＦＭでは、片持ちばり及びチップの条件は、
厚さ約２５μｍ、長さ約８００μｍ、及びダイヤモンド
破片が少量の接着剤で固定される幅が約２５０μｍで構
成される金箔によって満たされている。他の提案ではマ
イクロ製造技術を用いて、微小スルーホール（貫通孔）
を通して材料を蒸着させることによって小型円錐形を成
長させることのできる、微質量の薄膜（厚さ１．５μｍ
）酸化シリコンのマイクロ片持ちばりを製造することが
できる（Ａｌｂｒｅｃｈｔ ＴｈＲ， Ｑｕａｔｅ Ｃ
Ｆ， （１９８８） Ａｔｏｍｉｃ Ｒｅｓｏｌｕｔｉ
ｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ
ａｎｄ Ｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ， Ｊ． Ｖａｃ
． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ２７１−２７４
）。 【００１０】当該技術の実態に関し上述したことから、
第１のプロセス（製造）工程で片持ちばりを製造し、第
２のプロセス（製造）工程でそこにチップを取り付ける
ことは周知のことであった。チップを備えたこの種の片
持ちばりの構造は非常に精緻で、且つ生産性が低い傾向
にあることは当業者にとっては明らかである。 【００１１】ごく最近では、ＡＦＭ／ＳＴＭの形状測定
用精密機械センサヘッドを製造するための方法が幾つか
開発されているが、これらについては、例えば、ヨーロ
ッパ特許出願番号第８９１１５１００．３号、同８９１
１５０９９．７号、同８９１１５０９７．１号を参照す
ること。 【００１２】前記ヨーロッパ特許出願第８９１１５１０
０．３号では、集積チップを備えた片持ちビームの製造
プロセスが述べられている。このプロセスにおいて、所
望の片持ちビームパターン及びチップパターンの関連情
報のすべてを含むマスクが製造される。次のエッチング
プロセスではマスクが徐々にシリコン基板まで変移され
る。チップの形状は異方性ウェット及びチップマスクの
アンダーエッチングによって決定される。チップは直線
として多面ピラミッド形状となる。このチップのテーパ
角度はこのプロセスでは、＞３５°である。 【００１３】しかしながら、本発明にとって円錐形状の
チップをテーパ角度３０°未満、好ましくは約１０°で
製造することのできる方法を、最高精度及び高い生産率
で得ることが望ましい。特に、磁力顕微鏡検査において
磁区分解能はチップ形状及びテーパ角度によって決定さ
れる。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は集積チ
ップを備えたマイクロ片持ちばりの製造方法を開示する
ものであり、デポジション、リソグラフィ、エッチング
、酸化工程を適宜組み合わせたものが使用される。 【００１５】本発明の目的は、請求項１： １．ウェ
ハ（１）の上面部には所望の片持ちビームパターン（４
１、２４１）の第１のマスク（４）を、及びウェハ（１
）の底面部には第２のマスクをそれぞれ製造する工程と
、２．ウェハ（１）の上面部に製造された前記第１のマ
スク（４）の領域に所望のチップ（６１）又はペデスタ
ル（２９）パターン上のチップ（２６１）の第３のマス
ク（６、２６）を製造する工程と、３．前記ウェハ（１
）の底面部の前記第２のマスクを介してエッチングする
ことによってウェハ基板（１）を所望の厚さに低減する
工程と、４．前記第１のマスク（４）によって領域が定
められた片持ちビームパターンをエッチングによって前
記ウェハ１に転移し、且つ前記第１のマスクを除去する
工程と、５．チップ、又は前記片持ちビームパターン（
４１、２４１）の領域に前記第３のマスク６、２６によ
って領域が定められたペデスタルパターン上のチップを
エッチングによって前記ウェハ（１）に転移する工程と
、６．製造結果による片持ちビーム／チップ構造（４１
、６１、２４１、２６１）の露出表面を所望の厚さに熱
酸化する工程と、７．前記酸化物（８）をエッチングに
よって除去し、それによって所望の片持ちビーム／チッ
プ構造を露出させる工程と、８．チップがペデスタル上
にある場合、エッチングによって前記片持ちビームパタ
ーン（２４１）の水平表面から前記酸化物（２８）を除
去し、前記ペデスタル（２９）を前記基板までエッチン
グし、最後に片持ちビーム／チップ構造（２４１、２６
１）の垂直表面から前記酸化物（２８）及びチップマス
ク（２６）を除去し、それによって、前記片持ちビーム
（２４１）上のペデスタル（２９）にある前記チップ（
２６１）を露出させるそれぞれの工程と、から成る片持
ちビーム及びチップ、又は前記片持ちビームの一端でペ
デスタル上のチップから成るＡＦＭ／ＳＴＭ／ＭＦＭの
プロフィル測定用の精密機械センサの製造方法、請求項
７： 片持ちビームパターン（４１）が二酸化シリコ
ンマスク（４）及び圧力約２乃至２０マイクロバールの
エッチガスとしてのＡｒ／Ｃｌ２ 又Ｈｅ／Ｃｌ２ を
用いてシリコンウェハ基板（１）内に異方性エッチング
され、さらに二酸化シリコンマスク（４）は約１乃至１
０マイクロバール圧力下でエッチングガスとしてのＣＦ
４ でエッチングすることによって除去される方法、請
求項８： チップ（６１）は、二酸化シリコンマスク
（６）及びエッチングガスとしてＡｒ／Ｃｌ２ 又はＨ
ｅ／Ｃｌ２ を用いて片持ちビーム（４１）の領域で基
板に異方性エッチングされ、さらに二酸化シリコンチッ
プマスク（６）は約１乃至１０マイクロバール圧力下で
エッチングガスとしてのＣＦ４ でのエッチングによっ
て除去される方法、請求項９： 異方性エッチング工
程は圧力約１００マイクロバール、リアクタの自己バイ
アス電圧約３００ボルト直流のもとで行なわれ、それに
よって凹形状のチップを得ることのできる方法、請求項
１０： チップ（６１）のエッチング及び成形と同時
に片持ちビームがシリコン本体（１）から解放される方
法、請求項１１： 異方性ドライエッチング工程の結
果できるシリコン構造（４１、６１）が水蒸気中で、且
つ少なくとも約１０００℃の温度で熱酸化され、さらに
熱成長した二酸化シリコンは緩衝フッ化水素酸のウェッ
トエッチングによって除去される方法、請求項１２：
反応性イオンエッチングによってシリコンウェハ基板
（２１）へ片持ちビームパターンが転移された後で、チ
ップ（２６１）は二酸化シリコンマスク（２６）及びエ
ッチングガスとしてのＡｒ／Ｃｌ２ 又はＨｅ／Ｃｌ２
を用いて片持ちビーム（２４１）の領域で基板に異方性
エッチングされる方法、請求項１３： 側壁が直線形
状であるチップシャフトを得るためにエッチングが約１
０マイクロバールの圧力下のＡｒ／Ｃｌ２ 中で実行さ
れる方法、請求項１４： 側壁が凹形状のチップシャ
フトを得るためにエッチングが約１００マイクロバール
の圧力下のＡｒ／Ｃｌ２ 中で実行される方法、請求項
１５： シリコン構造（２６１、２４１、２１）が水
蒸気中で、且つ少なくとも約１０００℃の温度で熱酸化
され、さらに熱成長された二酸化シリコン（２８）が約
１乃至１０マイクロバールの圧力下のエッチングガスと
してのＣＦ４ 中での異方性エッチングによって片持ち
ビーム（２４１）及びシリコン基板（２１）の水平表面
から除去される方法、請求項１６： 片持ちビーム／
チップ構造（２４１、２６１）の垂直表面及びチップマ
スク（２６）の二酸化シリコン層（２８）をマスクとし
て使用し、且つエッチングガスとして約１０マイクロバ
ールの圧力下でＡｒ／Ｃｌ２ 又はＨｅ／Ｃｌ２ を用
いて、ペデスタル（２９）が片持ちビーム基板（２４１
）内の所望の深さまでエッチングされる方法、請求項１
７： ペデスタル（２９）のエッチングと同時に片持
ちビームがウェハ本体（２１）から解放される方法、請
求項１８： 残留する二酸化シリコンマスクは緩衝フ
ッ化水素酸のエッチングによって除去される方法、に従
った方法で達成される。 【００１６】さらに、本発明は本発明の方法に従って製
造された構造から成るものである。 【００１７】本発明の詳細な説明に入る前に、精密機械
に関する以下の公報を参照例として記載する。 （１）Ｐｅｔｅｒｓｅｎ， ＫＥ， Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ
：Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ，
Ｖｏｌ． ＥＤ−２５， Ｎｏ．１０， Ｏｃｔｏｂｅ
ｒ １９７８， ｐｐ． １２４１−１２５０、（２）
Ｐｅｔｅｒｓｅｎ， ＫＥ， Ｓｉｌｉｃｏｎ ａｓ
ａ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ， Ｐｒ
ｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ． ７０，
Ｎｏ． ５， Ｍａｙ １９８２， ｐｐ． ４２０−
４５７ 、 （３）Ｊｏｌｌｙ， ＲＤ， Ｍｕｌｌｅｒ， ＲＳ，
ＭｉｎｉａｔｕｒｅＣａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｂｅａｍ
ｓ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐ
ｉｃ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ， Ｊ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ Ｓｏｃ．： Ｓｏｌｉｄ−
Ｓｔａｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９８０， ｐｐ． ２
７５０−２７５４ 【００１８】 【課題を解決するための手段】本発明の方法に従って、
小質量のマイクロ片持ちビームをプロフィルされるべき
被測定サンプルの表面との相互作用のための集積チップ
で作ることができる。片持ちビーム及び集積チップの力
及び共振周波数の必要条件は精密製造技術を用いること
によって満足される。片持ちばり及びチップが一片の材
料から出来るという事実があるので、片持ちばり及びチ
ップ間の接合という問題はない。 【００１９】本発明による製造方法（プロセス）は、片
持ちビーム及びチップの基板エッチングの関連情報のす
べてを含むマスクの製造工程が事実上同一であるヨーロ
ッパ特許出願番号第８９１１５１００．３号の製造工程
に基づくものであるが、片持ちビーム及びチップの基本
形状を基板にエッチングするための以下の工程は、異方
性イオンエッチングプロセスを構成する。 【００２０】チップ成形のプロセスの次に、熱酸化プロ
セス及び熱成長による二酸化シリコンを適度に取り除く
ストリッピングプロセスが行なわれる。 【００２１】特に酸化工程では、酸化時間によりチップ
の高さ及びテーパ角度を極めて厳密に画定且つ変化する
ことができる。 【００２２】本発明の第２実施例の製造プロセスによっ
て、チップはペデスタル（基盤）上に製造される。本記
載の冒頭部分で述べたように、片持ちビーム及びチップ
の感度はそれぞれの寸法によって決定される。サブミク
ロン構造を検査するのにチップの径が微小であるように
望まれる場合、チップの長さは特定値に定められて、被
検査構造にチップが粘着しないようにする。実際、チッ
プ径対チップ長さの比率はこうした粘着を避けるために
約１対１０又はそれ以下としなければならない。従って
、チップ端部から片持ちビームまでの距離を約６乃至１
０μｍとするためにチップはペデスタル上に配置させな
ければならない。 【００２３】第２実施例の製造プロセスは、直径０．２
μｍ、長さ２μｍのチップを同一円上にある直径１μｍ
のペデスタルに配置させて製造するための完全自己整合
プロセスである。この製造プロセスは、上記の先行技術
による処理工程、即ち相互同士で調整された対応するエ
ッチングマスクによって直径約１００乃至２００μｍの
ペデスタル上に配置されるベース直径３０μｍのチップ
が製造されることを示すヨーロッパ特許出願番号第８９
１１５１００．３号の第３実施例、クレーム１９で示さ
れた工程をはるかに凌いだものである。 【実施例】 【００２４】本発明の第１実施例による製造工程は図１
（Ａ〜Ｉ）に従って述べられる。この実施例は片持ちビ
ームなどのすでに三次元構造にある基板上でチップのよ
うな構造物の現像に関するものである。この製造プロセ
スでは、例えば柔軟性且つ易損性のある片持ちビームが
次の露光工程のためにフォトレジストで被覆されなけれ
ばならないという場合に問題が生じる。これらの及びそ
の他の問題は、基板に適用されるマスクが次の基板エッ
チングプロセスのためにすべての関連情報を含むような
方法で構成されることで解決される。これは、リソグラ
フィの全工程による構造が基板エッチング前に次から次
へとマスクにエッチングされることを意味する。次に、
この情報は徐々にマスクから基板へと送られる。しかし
ながら、これら連続した２つの基板エッチングプロセス
工程の間にあるマスクエッチング工程は、付加的リソグ
ラフィ工程を不要とする。こうした複合工程によるマス
クは一般のプレーナ技術で製造することもできる。さら
に優れた点は、マスクの厚さがわずか数μｍしかないの
で、フォトレジスト被覆及び露光についてはほとんど問
題がないということである。このプロセスは幾つかのド
ライエッチング工程から成る基板エッチングプロセスに
おいて基板に対しマスクの選択性が高いことから利益が
得られる。 【００２５】図１Ａによれば、（１００）シリコンウェ
ハ１が両面的に二酸化シリコンで被覆される。上面且つ
底面に被着した酸化層３、２は熱成長によって約３μｍ
の膜厚となる。また、スパッタデポジション又は（ＰＥ
）ＣＶＤ、即ち（ポリエチレン）化学蒸着法によって酸
化層を付着させることもできる。第１のフォトリソグラ
フィ工程では、引き続いて二酸化シリコン層３及び２の
上部に転移される片持ちビーム４及び方形開口部５のパ
ターンが画定される。こうした目的のために、シップレ
ー社（Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙ）のＡＺ１３５
０型ポジティブ・フォトレジスト（ＡＺ １３５０ ｐ
ｏｓｉｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）が酸化物被
覆ウェハ１（図示せず）の両面に付着される。 これらの両面のフォトレジスト層は同時に露光且つ現像
されて、ウェハの底面にあるマスクはそれぞれ上表面の
マスクと位置合わせされる。両面の酸化物は５対１の緩
衝フッ化水素酸又は反応性イオンエッチングによって以
下の処理条件のもとで且つ上表面での所望エッチング深
さによって決定される時間エッチングされる：次に、前
記上表面は焼成フォトレジスト層で保護され、ウェハの
底面部の露光領域５内の酸化残留物は５対１の緩衝フッ
化水素酸でエッチングされて除去される。次に、残りの
フォトレジストが除去されて、その結果は図１Ａの構造
に示される。 【００２６】第２のフォトリソグラフィ工程では、チッ
プのパターン６は二酸化シリコンの片持ちばりパターン
４が被覆する新たに付着されたフォトレジスト層で画定
される（図示せず）。フォトレジストのチップパターン
が５対１の緩衝フッ化水素酸でのエッチング又は反応性
イオンエッチングによって二酸化シリコンに転移される
のは上述した通りである。このエッチング工程の間に片
持ちビームパターン４は酸化層３のより深いレベルに転
移され、それに応じて残りの二酸化シリコン層３の膜厚
は低減される。ウェハの底面部はこの工程の間に焼成フ
ォトレジスト層で保護される。その結果できる二酸化シ
リコンマスク構造４、６は、その後それらは徐々にシリ
コン基板が内へ転移していくが、図１Ｂに示される。 【００２７】このマスク構造転移に先だって、シリコン
ウェハ１は、底面部からエッチングされて、片持ちビー
ムにチップの約二倍の高さと熱酸化で消耗される残留ウ
ェハを加えたものに相当する厚さまで薄くなる。約８０
℃で約３７．５ｗｔ％のＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶
液が用いられるこのエッチング工程は異方性である。こ
の結果の構造は図１Ｃで示される。 【００２８】次に、図１Ｃ及び１Ｄで示されるように、
構造４、６を備えた二酸化シリコン層３は５対１の緩衝
フッ化水素酸で、又は反応性イオンエッチングによって
、上述のようにエッチングされ、片持ちビームマスク４
に接する二酸化シリコン領域７が除去された深さとなる
。 【００２９】次の異方性反応性イオンエッチング工程は
片持ちビームパターン４をシリコンウェハ１に転移させ
るものである。このために実施される反応性イオンエッ
チングは以下の条件のもとに実行される：エッチングガ
ス： 流速１０％の塩素、 残りはアルゴン又はヘ
リウム圧力範囲： ２〜２０マイクロバール、好まし
くは１０マイクロバール 【００３０】シリコンをエッチングするための別の方法
では、ＳＦ６ （フッ化硫黄）、Ｃｌ２ （塩素）、ヘ
リウムから成るガス混合物、又はＣＣｌ２ Ｆ２ （フ
ッ素塩化炭素）及び酸素（Ｏ２ ）から成るガス混合物
、又はＳｉＦ４ （フッ化シリコン）、Ｃｌ２ （塩素
）、ヘリウム又はアルゴンから成るガス混合物が用いら
れる。アルゴン中の塩素の流速が１０％のシステムの場
合、２０対１までの二酸化シリコンに対するシリコンの
エッチング速度比が得られる。異方性エッチング工程で
は、所望のシリコン片持ちビームの厚さに相当する深さ
に二酸化シリコン領域７の下側に本来位置するシリコン
ウェハ１領域が除去される（図１Ｅ参照）。 【００３１】ここで、二酸化シリコン片持ちビームマス
ク４及びウェハの底面部の二酸化シリコンマスク２は、
上述のように５対１の緩衝（バッファ）フッ化水素酸で
のエッチング、又は反応性イオンエッチングによって除
去される。この結果得られる上部に片持ちビーム４１及
びチップマスク６を備えた構造が図１Ｆに図示される。 【００３２】次に行なわれる特殊な高度異方性エッチン
グ工程はチップ６１をエッチングし、且つ成形するため
のものである（図１Ｇ参照）。まず、チップ６１の基本
形が製造される。同時に、製造結果の「スタンプ」６１
の側壁が凹部形状になるようにエッチングされる。チッ
プの側壁は、自己バイアス電圧に対する圧力の適切な割
合によるプラズマ外装のイオン拡散（スキャッタリング
）の結果、凹状となる。このような結果は、約１００マ
イクロバールの比較的高圧力が用いられるＡｒ／Ｃｌ２
Ｙ（アルゴン／塩化イットリウム）又はＨｅ／Ｃｌ２
（ヘリウム／塩素）反応性イオンエッチング工程、及
び使用中のリアクタによって決定される約３００ボルト
直流の比較的低い自己バイアス電圧によって得られる。 このエッチング時間はチップの高さに対する厚さの所望
割合によって決定される。チップ６１のエッチング且つ
成形と同時に片持ちビームはウェハ本体から解放される
。 【００３３】二酸化シリコンのエッチングマスク６は５
対１又は濃縮緩衝フッ化水素酸でのエッチングによって
除去される。 【００３４】製造結果の凹状側壁の湾曲部の径によって
、目標円錐形チップの達成可能な最小テーパ角度が画定
される。 【００３５】反応性イオンエッチング工程の次に、高度
に制御されたプロセス工程、即ち熱酸化が行なわれる。 この酸化は水蒸気中で少なくとも約１０００℃の温度条
件で実行される。図１Ｈでは、酸化フロント８がスタン
プの極薄部分で相互に接触するところの断面図が示され
る。この熱酸化の間に容積は大きくなるので、スタンプ
６１の厚み及び高さは増大されて機械的損傷に対するス
タンプの強度を増強するものである。 【００３６】熱酸化プロセスの後に行なわれるストリッ
ピングプロセスは、緩衝フッ化水素酸を用いて熱成長に
よる二酸化シリコン８を徐々に除去するものである。こ
の結果得られる片持ちビーム４１及びチップ６１から構
成される構造が図１Ｉで示される。 【００３７】ＳＥＭ顕微鏡写真では、前記チップのチッ
プ高度及びテーパ角度が酸化時間を調整することによっ
て極めて制御可能な方法で変更できることが示されてい
る。本発明のプロセスによって製造されるチップの半径
は１０ｎｍ又はそれ以下であった。さらに、チップは優
れた回転対称であることが特徴とされる。精密機械セン
サを製造するための先行技術プロセスと比較すると、本
発明によるプロセスは、チップ形状に関して柔軟性が高
いことと、予想を越えるほどの高い生産率が特徴である
。 【００３８】本発明のプロセスの第２実施例は図２（Ａ
〜Ｅ）に従って述べられる。複合工程での片持ちビーム
及びチップマスク、及びウェハの底面部にマスクを製造
するためのプロセス工程は、底面部からエッチングする
ことによってシリコンウェハの厚さを低減するための工
程と同様、図１Ａ〜図１Ｄによる実施例１に記載の内容
と同一である。 【００３９】片持ちビームマスクに接する二酸化シリコ
ン領域は上述のように（図示せず）、エッチングによっ
て除去される。次に、片持ちビームパターンはＡｒ／Ｃ
ｌ２ （アルゴン／塩素）又はＨｅ／Ｃｌ２ （ヘリウ
ム／塩素）環境の約１０マイクロバールの圧力のもとで
反応性イオンエッチングによってシリコンウェハに転移
される。その後で、二酸化シリコン片持ちビームマスク
及びウェハの底面部の二酸化シリコンマスクは、実施例
１で述べたように（図示せず）エッチングによって除去
される。 【００４０】そして、チップを成形するための異方性エ
ッチング工程が行なわれる。直線形状の側壁を有するチ
ップシャフトを得るために、Ａｒ／Ｃｌ２ （アルゴン
／塩素）又はＨｅ／Ｃｌ２ （ヘリウム／塩素）環境の
約１０マイクロバールの圧力のもとで、且つ所望のエッ
チング深さ、即ちチップシャフトの長さによって決定さ
れる時間、エッチングが実行される。凹形状の側壁を有
するチップシャフトを得るために、実施例１で述べたよ
うに比較的高圧力で、且つ自己バイアスの比較的低電圧
でのアルゴン／塩素又はヘリウム／塩素環境で実行され
る。 この結果できる構造はシリコン基板２１、片持ちビーム
２４１、チップ２６１、チップマスク２６とから構成さ
れ、図２Ａで示される。 【００４１】反応性イオンエッチング工程の次に高度に
制御されたプロセス工程、即ち熱酸化が行なわれる。実
施例１で述べたように、酸化は水蒸気中で少なくとも約
１０００℃の温度下で実行される。この結果、構造２６
１、２４１と基板２１の水平表面及び垂直表面をすべて
被覆する二酸化シリコン２８を備えた構造となって、図
２Ｂで示されている。 【００４２】次に、約１０マイクロバールの圧力のもと
でＣＦ４ （フッ化炭素）中での反応性イオンエッチン
グによって前記構造のすべての水平表面から二酸化シリ
コン２８が除去される。二酸化シリコンのすべてが前記
水平表面から取り除かれるとエッチングは中断される。 この構造は図２Ｃで示される。 【００４３】次に、ペデスタル２９は所望の深さまで片
持ちビームになるようエッチングされ、前記構造２６１
、２４１及びチップマスク２６の垂直表面に付着された
二酸化シリコン層２８はマスクとしての働きをする。 反応性イオンエッチングは約１０マイクロバールの圧力
のアルゴン／塩素又はヘリウム／塩素環境において実行
される。ペデスタルエッチングと同時に片持ちビームは
ウェハ本体２１から解放される。この結果による構造は
図２Ｄで示される。このプロセス（製造）工程の次に行
なわれるストリッピング工程では５対１又は濃縮緩衝フ
ッ化水素酸を用いて、残りの二酸化シリコンマスクを徐
々に取り除く。この最終構造は片持ちビーム２４１、ペ
デスタル２９、チップ２６１とから構成され、この断面
図は図２Ｅに示される。 【００４４】チップ２６１はマスクレス・アルゴンイオ
ンエッチング工程で、アルゴンガス及びシリコン基板の
組み合わせに対しエッチング率が角度によって決まると
いう効果を利用して、先端が細くされることができる。 チップの先端尖状化のためのプロセスパラメータは、流
速率２０ｓｃｃｍ アルゴン、圧力３マイクロバール
、高周波数（ＲＦ）１０００ボルト、直流（ＤＣ）電圧
６３０ボルトである。 【００４５】言い換えれば、すでに上述のように、チッ
プ成形は初期のプロセス段階、即ち、片持ちビームパタ
ーンのシリコンウェハ基板への転写及び二酸化シリコン
片持ちビームマスクの除去の後、並びにチップのエッチ
ングと同時に実行することができる（図２Ａ参照）。凹
状側壁を備えたチップシャフトを得るためにエッチング
は約１００マイクロバールの高圧力でのアルゴン／塩素
環境において実行しなければならない。この場合、チッ
プシャフト２６１の元の高さは最終構造チップの約２倍
でなければならないのは、テーパ形状のチップシャフト
が実際、熱酸化及び酸化ストリッピングによって２つの
等しい部分に分割されるからである。 【００４６】 【発明の効果】本発明の片持ちビーム及びチップは上記
のように構成されているので、チップの柔軟性及び精密
製造技術による精度が高く、さらに生産性の高い製造を
期待できるものである。
（磁力電子顕微鏡）のプロフィル測定用精密機械センサ
の製造方法に関するものであり、前記センサは片持ちビ
ーム及び集積チップ又はペデスタル上の集積チップから
成るものである。さらに、本発明は前記方法によって製
造されるセンサヘッドに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと略
称）は微小チップの使用を基礎とする材料のマイクロ特
性表示の最新技術の開発に刺激を与えている。こうした
技術の１つとして原子力顕微鏡（以下ＡＦＭと略称）が
あり、導体及び絶縁体をプロフィルし、且つイメージす
ることを可能とすることが最近実証された。 【０００３】ＡＦＭの初期のデザイン（Ｂｉｎｎｉｇ
Ｇ， Ｑｕａｔｅ ＣＦ， Ｇｅｒｂｅｒ Ｃｈ， （
１９８６） Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｅ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ５６
，９３０ − ９３３ ａｎｄ ＥＰ−Ａ−０ ２２３
９１８ ）において、一端は固定取り付けされ、且つ
自由端に絶縁体チップを装着するばねのような片持ちビ
ームから成るセンサによって被測定体の表面がプロフィ
ルされる。前記表面及びチップ間の力によって片持ちビ
ームにたわみが生じるが、このたわみを、例えばＳＴＭ
の一部である第２のチップによって正確に測定すること
ができる。３ｎｍの側面空間分析が初めに達成された。 【０００４】ＡＦＭの別の変形タイプにはＳＴＭ検出の
代わりに光検出法がある。この型ではワイヤの端部にあ
るタングステンチップはピエゾ電気変換器に取付けされ
ている。この変換器は片持ちばりとして作動するワイヤ
の共振周波数でチップを振動させ、レーザ・ヘテロダイ
ン干渉計によって、交流（ａ．ｃ．）振動の振幅が正確
に測定される。チップ及びサンプル間の力の変化率によ
ってレバーのコンプライアンスが修正されるので、レバ
ー共振のシフトによって振動振幅の変化を誘導する。レ
バー特性が判ると、圧力及び圧力そのものの変化率を導
き出すためにチップ／サンプル間の間隙の関数として振
動振幅の測定が可能となる（Ｄｕｅｒｉｇ ＵＴ， Ｇ
ｉｍｚｅｗｓｋｉ ＪＫ， Ｐｏｈｌ ＤＷ （１９８
６） Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉ
ｏｎ ｏｆ Ｆｏｒｃｅｓ Ａｃｔｉｎｇ Ｄｕｒｉｎ
ｇ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ．
５７， ２４０３ −２４０６； ａｎｄ Ｍａｒｔｉ
ｎ Ｙ， Ｗｉｌｌｉａｍｓ ＣＣ， Ｗｉｃｋｒａｍ
ａｓｉｎｇｈｅ ＨＫ （１９８７） Ａｔｏｍｉｃ
Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｆｏｒｃｅ Ｍａ
ｐｐｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ ｏｎ ａ
ｓｕｂ １００−Ａ Ｓｃａｌｅ， Ｊ． Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ． ６１（１０），４７２３−４７２９ ）
。 【０００５】ＡＦＭの最も決定的とされる構成要素はば
ねのような片持ちばりである。所定の力に対して最大歪
曲が必要とされる時、片持ちばりは可能な限り柔軟であ
ることが望まれる。同時に、建物からの振動ノイズに対
する感度を最小限にするために固有周波数の高い剛性片
持ちばりが必要となる。通常、環境振動、主として建物
振動は約＜１００ヘルツである。固有周波数ｆｏ ＞１
０ｋＨｚであるような片持ちばりが選択されると、環境
振動は極小値まで減少される。このような条件は以下の
２つの方程式で示されるような片持ちばりの幾何学的寸
法を縮小することで満たされるにすぎない。片持ちばり
の固有周波数ｆｏ は以下の式によって出される：【数
１】 この場合、Ｅはヤング弾性係数を、Ｑは密度を、Ｋは１
に近い補正係数を、ｌは長さを、ｔは片持ちばりの厚さ
を示す。 【０００６】片持ちばりの感度を決定するためのばね定
数は以下の式によって出される： 【数２】 この場合、Ｆは片持ちばりにたわみｙを生じさせる力を
、Ｅはヤング弾性係数を、ｗは幅を、ｌは長さを、ｔは
片持ちばりの厚さを示す。そのばね定数項によると、片
持ちばりの感度はその寸法及びその構成材料によって決
定され、長くて薄い幅のせまい片持ちビームに対しては
最高感度が得られる。片持ちビームの幅は横振動を抑制
するほどに充分大きなものでなければならない。さらに
、前記ビームの幅によってその上に取り付ける付加構造
、例えばチップなどの製造が可能である。従って、最小
幅ｗは約１０μｍが適当であると思われる。実際には、
引力を感知する際に不安定性を避けるために、及び片持
ちビームの過剰熱振動を防ぐために、さらに可測レスポ
ンスを得るために、Ｃの値は約＞１Ｎ／ｍでなければな
らない。 【０００７】Ｃ＝１Ｎ／ｍ、ｆｏ ＝１０ｋＨｚの条件
に適合する片持ちビームの寸法は、一例を上げるとｌ＝
８００μｍ、ｗ＝７５μｍ、ｔ＝５．５μｍである。 【０００８】片持ちビームの標準たわみモードでは約１
０−１２ Ｎオーダーの力を検出することができる。セ
ンサヘッドの感度を片持ちビームの共振周波数ｆｏ で
プロフィルされるべき被測定体を振動させることによっ
てさらに向上することができることは、Ｇ．Ｂｉｎｎｉ
ｇ ｅｔ ａｌ ｉｎ Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔ
ｔ． ５６ （１９８６）， ｐｐ． ９３０−９３３
で述べられている通りである。 【０００９】前記Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａｌの記事及び
ヨーロッパ特許公開ＥＰ−Ａ−０２２３９１８によって
得られるＡＦＭでは、片持ちばり及びチップの条件は、
厚さ約２５μｍ、長さ約８００μｍ、及びダイヤモンド
破片が少量の接着剤で固定される幅が約２５０μｍで構
成される金箔によって満たされている。他の提案ではマ
イクロ製造技術を用いて、微小スルーホール（貫通孔）
を通して材料を蒸着させることによって小型円錐形を成
長させることのできる、微質量の薄膜（厚さ１．５μｍ
）酸化シリコンのマイクロ片持ちばりを製造することが
できる（Ａｌｂｒｅｃｈｔ ＴｈＲ， Ｑｕａｔｅ Ｃ
Ｆ， （１９８８） Ａｔｏｍｉｃ Ｒｅｓｏｌｕｔｉ
ｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ
ａｎｄ Ｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ， Ｊ． Ｖａｃ
． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ２７１−２７４
）。 【００１０】当該技術の実態に関し上述したことから、
第１のプロセス（製造）工程で片持ちばりを製造し、第
２のプロセス（製造）工程でそこにチップを取り付ける
ことは周知のことであった。チップを備えたこの種の片
持ちばりの構造は非常に精緻で、且つ生産性が低い傾向
にあることは当業者にとっては明らかである。 【００１１】ごく最近では、ＡＦＭ／ＳＴＭの形状測定
用精密機械センサヘッドを製造するための方法が幾つか
開発されているが、これらについては、例えば、ヨーロ
ッパ特許出願番号第８９１１５１００．３号、同８９１
１５０９９．７号、同８９１１５０９７．１号を参照す
ること。 【００１２】前記ヨーロッパ特許出願第８９１１５１０
０．３号では、集積チップを備えた片持ちビームの製造
プロセスが述べられている。このプロセスにおいて、所
望の片持ちビームパターン及びチップパターンの関連情
報のすべてを含むマスクが製造される。次のエッチング
プロセスではマスクが徐々にシリコン基板まで変移され
る。チップの形状は異方性ウェット及びチップマスクの
アンダーエッチングによって決定される。チップは直線
として多面ピラミッド形状となる。このチップのテーパ
角度はこのプロセスでは、＞３５°である。 【００１３】しかしながら、本発明にとって円錐形状の
チップをテーパ角度３０°未満、好ましくは約１０°で
製造することのできる方法を、最高精度及び高い生産率
で得ることが望ましい。特に、磁力顕微鏡検査において
磁区分解能はチップ形状及びテーパ角度によって決定さ
れる。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は集積チ
ップを備えたマイクロ片持ちばりの製造方法を開示する
ものであり、デポジション、リソグラフィ、エッチング
、酸化工程を適宜組み合わせたものが使用される。 【００１５】本発明の目的は、請求項１： １．ウェ
ハ（１）の上面部には所望の片持ちビームパターン（４
１、２４１）の第１のマスク（４）を、及びウェハ（１
）の底面部には第２のマスクをそれぞれ製造する工程と
、２．ウェハ（１）の上面部に製造された前記第１のマ
スク（４）の領域に所望のチップ（６１）又はペデスタ
ル（２９）パターン上のチップ（２６１）の第３のマス
ク（６、２６）を製造する工程と、３．前記ウェハ（１
）の底面部の前記第２のマスクを介してエッチングする
ことによってウェハ基板（１）を所望の厚さに低減する
工程と、４．前記第１のマスク（４）によって領域が定
められた片持ちビームパターンをエッチングによって前
記ウェハ１に転移し、且つ前記第１のマスクを除去する
工程と、５．チップ、又は前記片持ちビームパターン（
４１、２４１）の領域に前記第３のマスク６、２６によ
って領域が定められたペデスタルパターン上のチップを
エッチングによって前記ウェハ（１）に転移する工程と
、６．製造結果による片持ちビーム／チップ構造（４１
、６１、２４１、２６１）の露出表面を所望の厚さに熱
酸化する工程と、７．前記酸化物（８）をエッチングに
よって除去し、それによって所望の片持ちビーム／チッ
プ構造を露出させる工程と、８．チップがペデスタル上
にある場合、エッチングによって前記片持ちビームパタ
ーン（２４１）の水平表面から前記酸化物（２８）を除
去し、前記ペデスタル（２９）を前記基板までエッチン
グし、最後に片持ちビーム／チップ構造（２４１、２６
１）の垂直表面から前記酸化物（２８）及びチップマス
ク（２６）を除去し、それによって、前記片持ちビーム
（２４１）上のペデスタル（２９）にある前記チップ（
２６１）を露出させるそれぞれの工程と、から成る片持
ちビーム及びチップ、又は前記片持ちビームの一端でペ
デスタル上のチップから成るＡＦＭ／ＳＴＭ／ＭＦＭの
プロフィル測定用の精密機械センサの製造方法、請求項
７： 片持ちビームパターン（４１）が二酸化シリコ
ンマスク（４）及び圧力約２乃至２０マイクロバールの
エッチガスとしてのＡｒ／Ｃｌ２ 又Ｈｅ／Ｃｌ２ を
用いてシリコンウェハ基板（１）内に異方性エッチング
され、さらに二酸化シリコンマスク（４）は約１乃至１
０マイクロバール圧力下でエッチングガスとしてのＣＦ
４ でエッチングすることによって除去される方法、請
求項８： チップ（６１）は、二酸化シリコンマスク
（６）及びエッチングガスとしてＡｒ／Ｃｌ２ 又はＨ
ｅ／Ｃｌ２ を用いて片持ちビーム（４１）の領域で基
板に異方性エッチングされ、さらに二酸化シリコンチッ
プマスク（６）は約１乃至１０マイクロバール圧力下で
エッチングガスとしてのＣＦ４ でのエッチングによっ
て除去される方法、請求項９： 異方性エッチング工
程は圧力約１００マイクロバール、リアクタの自己バイ
アス電圧約３００ボルト直流のもとで行なわれ、それに
よって凹形状のチップを得ることのできる方法、請求項
１０： チップ（６１）のエッチング及び成形と同時
に片持ちビームがシリコン本体（１）から解放される方
法、請求項１１： 異方性ドライエッチング工程の結
果できるシリコン構造（４１、６１）が水蒸気中で、且
つ少なくとも約１０００℃の温度で熱酸化され、さらに
熱成長した二酸化シリコンは緩衝フッ化水素酸のウェッ
トエッチングによって除去される方法、請求項１２：
反応性イオンエッチングによってシリコンウェハ基板
（２１）へ片持ちビームパターンが転移された後で、チ
ップ（２６１）は二酸化シリコンマスク（２６）及びエ
ッチングガスとしてのＡｒ／Ｃｌ２ 又はＨｅ／Ｃｌ２
を用いて片持ちビーム（２４１）の領域で基板に異方性
エッチングされる方法、請求項１３： 側壁が直線形
状であるチップシャフトを得るためにエッチングが約１
０マイクロバールの圧力下のＡｒ／Ｃｌ２ 中で実行さ
れる方法、請求項１４： 側壁が凹形状のチップシャ
フトを得るためにエッチングが約１００マイクロバール
の圧力下のＡｒ／Ｃｌ２ 中で実行される方法、請求項
１５： シリコン構造（２６１、２４１、２１）が水
蒸気中で、且つ少なくとも約１０００℃の温度で熱酸化
され、さらに熱成長された二酸化シリコン（２８）が約
１乃至１０マイクロバールの圧力下のエッチングガスと
してのＣＦ４ 中での異方性エッチングによって片持ち
ビーム（２４１）及びシリコン基板（２１）の水平表面
から除去される方法、請求項１６： 片持ちビーム／
チップ構造（２４１、２６１）の垂直表面及びチップマ
スク（２６）の二酸化シリコン層（２８）をマスクとし
て使用し、且つエッチングガスとして約１０マイクロバ
ールの圧力下でＡｒ／Ｃｌ２ 又はＨｅ／Ｃｌ２ を用
いて、ペデスタル（２９）が片持ちビーム基板（２４１
）内の所望の深さまでエッチングされる方法、請求項１
７： ペデスタル（２９）のエッチングと同時に片持
ちビームがウェハ本体（２１）から解放される方法、請
求項１８： 残留する二酸化シリコンマスクは緩衝フ
ッ化水素酸のエッチングによって除去される方法、に従
った方法で達成される。 【００１６】さらに、本発明は本発明の方法に従って製
造された構造から成るものである。 【００１７】本発明の詳細な説明に入る前に、精密機械
に関する以下の公報を参照例として記載する。 （１）Ｐｅｔｅｒｓｅｎ， ＫＥ， Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ
：Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ，
Ｖｏｌ． ＥＤ−２５， Ｎｏ．１０， Ｏｃｔｏｂｅ
ｒ １９７８， ｐｐ． １２４１−１２５０、（２）
Ｐｅｔｅｒｓｅｎ， ＫＥ， Ｓｉｌｉｃｏｎ ａｓ
ａ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ， Ｐｒ
ｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ． ７０，
Ｎｏ． ５， Ｍａｙ １９８２， ｐｐ． ４２０−
４５７ 、 （３）Ｊｏｌｌｙ， ＲＤ， Ｍｕｌｌｅｒ， ＲＳ，
ＭｉｎｉａｔｕｒｅＣａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｂｅａｍ
ｓ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐ
ｉｃ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ， Ｊ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ Ｓｏｃ．： Ｓｏｌｉｄ−
Ｓｔａｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｙ， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９８０， ｐｐ． ２
７５０−２７５４ 【００１８】 【課題を解決するための手段】本発明の方法に従って、
小質量のマイクロ片持ちビームをプロフィルされるべき
被測定サンプルの表面との相互作用のための集積チップ
で作ることができる。片持ちビーム及び集積チップの力
及び共振周波数の必要条件は精密製造技術を用いること
によって満足される。片持ちばり及びチップが一片の材
料から出来るという事実があるので、片持ちばり及びチ
ップ間の接合という問題はない。 【００１９】本発明による製造方法（プロセス）は、片
持ちビーム及びチップの基板エッチングの関連情報のす
べてを含むマスクの製造工程が事実上同一であるヨーロ
ッパ特許出願番号第８９１１５１００．３号の製造工程
に基づくものであるが、片持ちビーム及びチップの基本
形状を基板にエッチングするための以下の工程は、異方
性イオンエッチングプロセスを構成する。 【００２０】チップ成形のプロセスの次に、熱酸化プロ
セス及び熱成長による二酸化シリコンを適度に取り除く
ストリッピングプロセスが行なわれる。 【００２１】特に酸化工程では、酸化時間によりチップ
の高さ及びテーパ角度を極めて厳密に画定且つ変化する
ことができる。 【００２２】本発明の第２実施例の製造プロセスによっ
て、チップはペデスタル（基盤）上に製造される。本記
載の冒頭部分で述べたように、片持ちビーム及びチップ
の感度はそれぞれの寸法によって決定される。サブミク
ロン構造を検査するのにチップの径が微小であるように
望まれる場合、チップの長さは特定値に定められて、被
検査構造にチップが粘着しないようにする。実際、チッ
プ径対チップ長さの比率はこうした粘着を避けるために
約１対１０又はそれ以下としなければならない。従って
、チップ端部から片持ちビームまでの距離を約６乃至１
０μｍとするためにチップはペデスタル上に配置させな
ければならない。 【００２３】第２実施例の製造プロセスは、直径０．２
μｍ、長さ２μｍのチップを同一円上にある直径１μｍ
のペデスタルに配置させて製造するための完全自己整合
プロセスである。この製造プロセスは、上記の先行技術
による処理工程、即ち相互同士で調整された対応するエ
ッチングマスクによって直径約１００乃至２００μｍの
ペデスタル上に配置されるベース直径３０μｍのチップ
が製造されることを示すヨーロッパ特許出願番号第８９
１１５１００．３号の第３実施例、クレーム１９で示さ
れた工程をはるかに凌いだものである。 【実施例】 【００２４】本発明の第１実施例による製造工程は図１
（Ａ〜Ｉ）に従って述べられる。この実施例は片持ちビ
ームなどのすでに三次元構造にある基板上でチップのよ
うな構造物の現像に関するものである。この製造プロセ
スでは、例えば柔軟性且つ易損性のある片持ちビームが
次の露光工程のためにフォトレジストで被覆されなけれ
ばならないという場合に問題が生じる。これらの及びそ
の他の問題は、基板に適用されるマスクが次の基板エッ
チングプロセスのためにすべての関連情報を含むような
方法で構成されることで解決される。これは、リソグラ
フィの全工程による構造が基板エッチング前に次から次
へとマスクにエッチングされることを意味する。次に、
この情報は徐々にマスクから基板へと送られる。しかし
ながら、これら連続した２つの基板エッチングプロセス
工程の間にあるマスクエッチング工程は、付加的リソグ
ラフィ工程を不要とする。こうした複合工程によるマス
クは一般のプレーナ技術で製造することもできる。さら
に優れた点は、マスクの厚さがわずか数μｍしかないの
で、フォトレジスト被覆及び露光についてはほとんど問
題がないということである。このプロセスは幾つかのド
ライエッチング工程から成る基板エッチングプロセスに
おいて基板に対しマスクの選択性が高いことから利益が
得られる。 【００２５】図１Ａによれば、（１００）シリコンウェ
ハ１が両面的に二酸化シリコンで被覆される。上面且つ
底面に被着した酸化層３、２は熱成長によって約３μｍ
の膜厚となる。また、スパッタデポジション又は（ＰＥ
）ＣＶＤ、即ち（ポリエチレン）化学蒸着法によって酸
化層を付着させることもできる。第１のフォトリソグラ
フィ工程では、引き続いて二酸化シリコン層３及び２の
上部に転移される片持ちビーム４及び方形開口部５のパ
ターンが画定される。こうした目的のために、シップレ
ー社（Ｓｈｉｐｌｅｙ Ｃｏｍｐａｎｙ）のＡＺ１３５
０型ポジティブ・フォトレジスト（ＡＺ １３５０ ｐ
ｏｓｉｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）が酸化物被
覆ウェハ１（図示せず）の両面に付着される。 これらの両面のフォトレジスト層は同時に露光且つ現像
されて、ウェハの底面にあるマスクはそれぞれ上表面の
マスクと位置合わせされる。両面の酸化物は５対１の緩
衝フッ化水素酸又は反応性イオンエッチングによって以
下の処理条件のもとで且つ上表面での所望エッチング深
さによって決定される時間エッチングされる：次に、前
記上表面は焼成フォトレジスト層で保護され、ウェハの
底面部の露光領域５内の酸化残留物は５対１の緩衝フッ
化水素酸でエッチングされて除去される。次に、残りの
フォトレジストが除去されて、その結果は図１Ａの構造
に示される。 【００２６】第２のフォトリソグラフィ工程では、チッ
プのパターン６は二酸化シリコンの片持ちばりパターン
４が被覆する新たに付着されたフォトレジスト層で画定
される（図示せず）。フォトレジストのチップパターン
が５対１の緩衝フッ化水素酸でのエッチング又は反応性
イオンエッチングによって二酸化シリコンに転移される
のは上述した通りである。このエッチング工程の間に片
持ちビームパターン４は酸化層３のより深いレベルに転
移され、それに応じて残りの二酸化シリコン層３の膜厚
は低減される。ウェハの底面部はこの工程の間に焼成フ
ォトレジスト層で保護される。その結果できる二酸化シ
リコンマスク構造４、６は、その後それらは徐々にシリ
コン基板が内へ転移していくが、図１Ｂに示される。 【００２７】このマスク構造転移に先だって、シリコン
ウェハ１は、底面部からエッチングされて、片持ちビー
ムにチップの約二倍の高さと熱酸化で消耗される残留ウ
ェハを加えたものに相当する厚さまで薄くなる。約８０
℃で約３７．５ｗｔ％のＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶
液が用いられるこのエッチング工程は異方性である。こ
の結果の構造は図１Ｃで示される。 【００２８】次に、図１Ｃ及び１Ｄで示されるように、
構造４、６を備えた二酸化シリコン層３は５対１の緩衝
フッ化水素酸で、又は反応性イオンエッチングによって
、上述のようにエッチングされ、片持ちビームマスク４
に接する二酸化シリコン領域７が除去された深さとなる
。 【００２９】次の異方性反応性イオンエッチング工程は
片持ちビームパターン４をシリコンウェハ１に転移させ
るものである。このために実施される反応性イオンエッ
チングは以下の条件のもとに実行される：エッチングガ
ス： 流速１０％の塩素、 残りはアルゴン又はヘ
リウム圧力範囲： ２〜２０マイクロバール、好まし
くは１０マイクロバール 【００３０】シリコンをエッチングするための別の方法
では、ＳＦ６ （フッ化硫黄）、Ｃｌ２ （塩素）、ヘ
リウムから成るガス混合物、又はＣＣｌ２ Ｆ２ （フ
ッ素塩化炭素）及び酸素（Ｏ２ ）から成るガス混合物
、又はＳｉＦ４ （フッ化シリコン）、Ｃｌ２ （塩素
）、ヘリウム又はアルゴンから成るガス混合物が用いら
れる。アルゴン中の塩素の流速が１０％のシステムの場
合、２０対１までの二酸化シリコンに対するシリコンの
エッチング速度比が得られる。異方性エッチング工程で
は、所望のシリコン片持ちビームの厚さに相当する深さ
に二酸化シリコン領域７の下側に本来位置するシリコン
ウェハ１領域が除去される（図１Ｅ参照）。 【００３１】ここで、二酸化シリコン片持ちビームマス
ク４及びウェハの底面部の二酸化シリコンマスク２は、
上述のように５対１の緩衝（バッファ）フッ化水素酸で
のエッチング、又は反応性イオンエッチングによって除
去される。この結果得られる上部に片持ちビーム４１及
びチップマスク６を備えた構造が図１Ｆに図示される。 【００３２】次に行なわれる特殊な高度異方性エッチン
グ工程はチップ６１をエッチングし、且つ成形するため
のものである（図１Ｇ参照）。まず、チップ６１の基本
形が製造される。同時に、製造結果の「スタンプ」６１
の側壁が凹部形状になるようにエッチングされる。チッ
プの側壁は、自己バイアス電圧に対する圧力の適切な割
合によるプラズマ外装のイオン拡散（スキャッタリング
）の結果、凹状となる。このような結果は、約１００マ
イクロバールの比較的高圧力が用いられるＡｒ／Ｃｌ２
Ｙ（アルゴン／塩化イットリウム）又はＨｅ／Ｃｌ２
（ヘリウム／塩素）反応性イオンエッチング工程、及
び使用中のリアクタによって決定される約３００ボルト
直流の比較的低い自己バイアス電圧によって得られる。 このエッチング時間はチップの高さに対する厚さの所望
割合によって決定される。チップ６１のエッチング且つ
成形と同時に片持ちビームはウェハ本体から解放される
。 【００３３】二酸化シリコンのエッチングマスク６は５
対１又は濃縮緩衝フッ化水素酸でのエッチングによって
除去される。 【００３４】製造結果の凹状側壁の湾曲部の径によって
、目標円錐形チップの達成可能な最小テーパ角度が画定
される。 【００３５】反応性イオンエッチング工程の次に、高度
に制御されたプロセス工程、即ち熱酸化が行なわれる。 この酸化は水蒸気中で少なくとも約１０００℃の温度条
件で実行される。図１Ｈでは、酸化フロント８がスタン
プの極薄部分で相互に接触するところの断面図が示され
る。この熱酸化の間に容積は大きくなるので、スタンプ
６１の厚み及び高さは増大されて機械的損傷に対するス
タンプの強度を増強するものである。 【００３６】熱酸化プロセスの後に行なわれるストリッ
ピングプロセスは、緩衝フッ化水素酸を用いて熱成長に
よる二酸化シリコン８を徐々に除去するものである。こ
の結果得られる片持ちビーム４１及びチップ６１から構
成される構造が図１Ｉで示される。 【００３７】ＳＥＭ顕微鏡写真では、前記チップのチッ
プ高度及びテーパ角度が酸化時間を調整することによっ
て極めて制御可能な方法で変更できることが示されてい
る。本発明のプロセスによって製造されるチップの半径
は１０ｎｍ又はそれ以下であった。さらに、チップは優
れた回転対称であることが特徴とされる。精密機械セン
サを製造するための先行技術プロセスと比較すると、本
発明によるプロセスは、チップ形状に関して柔軟性が高
いことと、予想を越えるほどの高い生産率が特徴である
。 【００３８】本発明のプロセスの第２実施例は図２（Ａ
〜Ｅ）に従って述べられる。複合工程での片持ちビーム
及びチップマスク、及びウェハの底面部にマスクを製造
するためのプロセス工程は、底面部からエッチングする
ことによってシリコンウェハの厚さを低減するための工
程と同様、図１Ａ〜図１Ｄによる実施例１に記載の内容
と同一である。 【００３９】片持ちビームマスクに接する二酸化シリコ
ン領域は上述のように（図示せず）、エッチングによっ
て除去される。次に、片持ちビームパターンはＡｒ／Ｃ
ｌ２ （アルゴン／塩素）又はＨｅ／Ｃｌ２ （ヘリウ
ム／塩素）環境の約１０マイクロバールの圧力のもとで
反応性イオンエッチングによってシリコンウェハに転移
される。その後で、二酸化シリコン片持ちビームマスク
及びウェハの底面部の二酸化シリコンマスクは、実施例
１で述べたように（図示せず）エッチングによって除去
される。 【００４０】そして、チップを成形するための異方性エ
ッチング工程が行なわれる。直線形状の側壁を有するチ
ップシャフトを得るために、Ａｒ／Ｃｌ２ （アルゴン
／塩素）又はＨｅ／Ｃｌ２ （ヘリウム／塩素）環境の
約１０マイクロバールの圧力のもとで、且つ所望のエッ
チング深さ、即ちチップシャフトの長さによって決定さ
れる時間、エッチングが実行される。凹形状の側壁を有
するチップシャフトを得るために、実施例１で述べたよ
うに比較的高圧力で、且つ自己バイアスの比較的低電圧
でのアルゴン／塩素又はヘリウム／塩素環境で実行され
る。 この結果できる構造はシリコン基板２１、片持ちビーム
２４１、チップ２６１、チップマスク２６とから構成さ
れ、図２Ａで示される。 【００４１】反応性イオンエッチング工程の次に高度に
制御されたプロセス工程、即ち熱酸化が行なわれる。実
施例１で述べたように、酸化は水蒸気中で少なくとも約
１０００℃の温度下で実行される。この結果、構造２６
１、２４１と基板２１の水平表面及び垂直表面をすべて
被覆する二酸化シリコン２８を備えた構造となって、図
２Ｂで示されている。 【００４２】次に、約１０マイクロバールの圧力のもと
でＣＦ４ （フッ化炭素）中での反応性イオンエッチン
グによって前記構造のすべての水平表面から二酸化シリ
コン２８が除去される。二酸化シリコンのすべてが前記
水平表面から取り除かれるとエッチングは中断される。 この構造は図２Ｃで示される。 【００４３】次に、ペデスタル２９は所望の深さまで片
持ちビームになるようエッチングされ、前記構造２６１
、２４１及びチップマスク２６の垂直表面に付着された
二酸化シリコン層２８はマスクとしての働きをする。 反応性イオンエッチングは約１０マイクロバールの圧力
のアルゴン／塩素又はヘリウム／塩素環境において実行
される。ペデスタルエッチングと同時に片持ちビームは
ウェハ本体２１から解放される。この結果による構造は
図２Ｄで示される。このプロセス（製造）工程の次に行
なわれるストリッピング工程では５対１又は濃縮緩衝フ
ッ化水素酸を用いて、残りの二酸化シリコンマスクを徐
々に取り除く。この最終構造は片持ちビーム２４１、ペ
デスタル２９、チップ２６１とから構成され、この断面
図は図２Ｅに示される。 【００４４】チップ２６１はマスクレス・アルゴンイオ
ンエッチング工程で、アルゴンガス及びシリコン基板の
組み合わせに対しエッチング率が角度によって決まると
いう効果を利用して、先端が細くされることができる。 チップの先端尖状化のためのプロセスパラメータは、流
速率２０ｓｃｃｍ アルゴン、圧力３マイクロバール
、高周波数（ＲＦ）１０００ボルト、直流（ＤＣ）電圧
６３０ボルトである。 【００４５】言い換えれば、すでに上述のように、チッ
プ成形は初期のプロセス段階、即ち、片持ちビームパタ
ーンのシリコンウェハ基板への転写及び二酸化シリコン
片持ちビームマスクの除去の後、並びにチップのエッチ
ングと同時に実行することができる（図２Ａ参照）。凹
状側壁を備えたチップシャフトを得るためにエッチング
は約１００マイクロバールの高圧力でのアルゴン／塩素
環境において実行しなければならない。この場合、チッ
プシャフト２６１の元の高さは最終構造チップの約２倍
でなければならないのは、テーパ形状のチップシャフト
が実際、熱酸化及び酸化ストリッピングによって２つの
等しい部分に分割されるからである。 【００４６】 【発明の効果】本発明の片持ちビーム及びチップは上記
のように構成されているので、チップの柔軟性及び精密
製造技術による精度が高く、さらに生産性の高い製造を
期待できるものである。
本発明の数々の実施例については、ここに示した添付の
図面に関する実施例によって詳細に述べられたものであ
る。
図面に関する実施例によって詳細に述べられたものであ
る。
【図１】図１は２つの情報レベルを持つマスク、フォト
リソグラフィ工程、エッチング工程、酸化工程を用いて
シリコンウェハ基板から作られる集積チップを備えた片
持ちビームを製造するための連続処理工程を示す。
リソグラフィ工程、エッチング工程、酸化工程を用いて
シリコンウェハ基板から作られる集積チップを備えた片
持ちビームを製造するための連続処理工程を示す。
【図２】図２は２つの情報レベルを持ちマスク、フォト
リソグラフィ工程、エッチング工程、酸化工程を用いて
シリコンウェハ基板から作られるペデスタル上のチップ
を備えた片持ちビームを製造するための連続処理工程を
示す。
リソグラフィ工程、エッチング工程、酸化工程を用いて
シリコンウェハ基板から作られるペデスタル上のチップ
を備えた片持ちビームを製造するための連続処理工程を
示す。
１ ウェハ
２ 酸化層
３ 酸化層
４ 片持ちビーム
５ 方形開口部
６ チップ（チップマスク）
７ 二酸化シリコン領域
８ 酸化フロント
２１ シリコン基板
２６ チップマスク
２８ 二酸化シリコン（層）
２９ ペデスタル
２４１ 片持ちビーム
２６１ チップ
Claims (23)
- 【請求項１】 １．ウェハ（１）の上面部には所望の
片持ちビームパターン（４１、２４１）の第１のマスク
（４）を、及びウェハ（１）の底面部には第２のマスク
をそれぞれ製造する工程と、 ２．ウェハ（１）の上面部に製造された前記第１のマス
ク（４）の領域に所望のチップ（６１）又はペデスタル
（２９）パターン上のチップ（２６１）の第３のマスク
（６、２６）を製造する工程と、 ３．前記ウェハ（１）の底面部の前記第２のマスクを介
してエッチングすることによってウェハ基板（１）を所
望の厚さに低減する工程と、 ４．前記第１のマスク（４）によって領域が定められた
片持ちビームパターンをエッチングによって前記ウェハ
１に転移し、且つ前記第１のマスクを除去する工程と、
５．チップ、又は前記片持ちビームパターン（４１、２
４１）の領域に前記第３のマスク６、２６によって領域
が定められたペデスタルパターン上のチップをエッチン
グによって前記ウェハ（１）に転移する工程と、６．製
造結果による片持ちビーム／チップ構造（４１、６１、
２４１、２６１）の露出表面を所望の厚さに熱酸化する
工程と、 ７．前記酸化物（８）をエッチングによって除去し、そ
れによって所望の片持ちビーム／チップ構造を露出させ
る工程と、 ８．チップがペデスタル上にある場合、エッチングによ
って前記片持ちビームパターン（２４１）の水平表面か
ら前記酸化物（２８）を除去し、前記ペデスタル（２９
）を前記基板までエッチングし、最後に片持ちビーム／
チップ構造（２４１、２６１）の垂直表面から前記酸化
物（２８）及びチップマスク（２６）を除去し、それに
よって、前記片持ちビーム（２４１）上のペデスタル（
２９）にある前記チップ（２６１）を露出させるそれぞ
れの工程と、から成る片持ちビーム及びチップ、又は前
記片持ちビームの一端でペデスタル上のチップから成る
ＡＦＭ／ＳＴＭ／ＭＦＭのプロフィル測定用の精密機械
センサの製造方法。 - 【請求項２】 ウェハ基板（１）は単結晶シリコンか
ら成り、ウェハの上面及び底面にある層（３、２）は熱
成長した二酸化シリコン、又はスパッタリング処理によ
る酸化物、又は（ＰＥ）ＣＶＤ酸化物から成る、請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 所望の片持ちビームパターン（４）は
第１のフォトリソグラフィ工程及びウェット又はドライ
エッチング工程を用いて、前記ウェハの上面にある前記
二酸化シリコン層（３）内に領域が定められる請求項１
又は２記載の方法。 - 【請求項４】 前記第１のフォトリソグラフィ工程及
び前記エッチング工程と同時に、方形開口部（５）が前
記ウェハ（１）の底面に設けられる請求項３記載の方法
。 - 【請求項５】 所望のチップパターン（６）は第２の
フォトリソグラフィ工程及びウェット又はドライエッチ
ング工程を用いて、前記二酸化シリコン層（３）内の片
持ちビームパターン（４）の領域内に画定される請求項
１乃至３の一項に記載の方法。 - 【請求項６】 マスク構造のウェハ基板（１）への転
移に先だって、ウェハの底面部から約８０℃の水酸化カ
リウム水溶液（３７．５ｗｔ％）での異方性エッチング
によって前記ウェハの厚さを低減する請求項１乃至５の
一項に記載の方法。 - 【請求項７】 片持ちビームパターン（４１）が二酸
化シリコンマスク（４）及び圧力約２乃至２０マイクロ
バールのエッチングガスとしてのＡｒ／Ｃｌ２又Ｈｅ／
Ｃｌ２ を用いてシリコンウェハ基板（１）内に異方性
エッチングされ、さらに二酸化シリコンマスク（４）は
約１乃至１０マイクロバール圧力下でエッチングガスと
してのＣＦ４ でエッチングすることによって除去され
る請求項１乃至６の一項に記載の方法。 - 【請求項８】 チップ（６１）は、二酸化シリコンマ
スク（６）及びエッチングガスとしてＡｒ／Ｃｌ２ 又
はＨｅ／Ｃｌ２ を用いて片持ちビーム（４１）の領域
で基板に異方性エッチングされ、さらに二酸化シリコン
チップマスク（６）は約１乃至１０マイクロバール圧力
下でエッチングガスとしてのＣＦ４ でのエッチングに
よって除去される請求項１乃至７の一項に記載の方法。 - 【請求項９】 異方性エッチング工程は圧力約１００
マイクロバール、リアクタの自己バイアス電圧約３００
ボルト直流のもとで行なわれ、それによって凹形状のチ
ップを得ることのできる請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 チップ（６１）のエッチング及び成
形と同時に片持ちビームがシリコン本体（１）から解放
される請求項８又は９記載の方法。 - 【請求項１１】 異方性ドライエッチング工程の結果
できるシリコン構造（４１、６１）が水蒸気中で、且つ
少なくとも約１０００℃の温度で熱酸化され、さらに熱
成長した二酸化シリコンは緩衝フッ化水素酸のウェット
エッチングによって除去される請求項１乃至１０の一項
に記載の方法。 - 【請求項１２】 反応性イオンエッチングによってシ
リコンウェハ基板（２１）へ片持ちビームパターンが転
移された後で、チップ（２６１）は二酸化シリコンマス
ク（２６）及びエッチングガスとしてのＡｒ／Ｃｌ２
又はＨｅ／Ｃｌ２ を用いて片持ちビーム（２４１）の
領域で基板に異方性エッチングされる請求項１乃至７の
一項に記載の方法。 - 【請求項１３】 側壁が直線形状であるチップシャフ
トを得るためにエッチングが約１０マイクロバールの圧
力下のＡｒ／Ｃｌ２ 中で実行される請求項１２記載の
方法。 - 【請求項１４】 側壁が凹形状のチップシャフトを得
るためにエッチングが約１００マイクロバールの圧力下
のＡｒ／Ｃｌ２ 中で実行される請求項１２記載の方法
。 - 【請求項１５】 シリコン構造（２６１、２４１、２
１）が水蒸気中で、且つ少なくとも約１０００℃の温度
で熱酸化され、さらに熱成長された二酸化シリコン（２
８）が約１乃至１０マイクロバールの圧力下のエッチン
グガスとしてのＣＦ４ 中での異方性エッチングによっ
て片持ちビーム（２４１）及びシリコン基板（２１）の
水平表面から除去される請求項１乃至１４の一項に記載
の方法。 - 【請求項１６】 片持ちビーム／チップ構造（２４１
、２６１）の垂直表面及びチップマスク（２６）の二酸
化シリコン層（２８）をマスクとして使用し、且つエッ
チングガスとして約１０マイクロバールの圧力下でＡｒ
／Ｃｌ２ 又はＨｅ／Ｃｌ２ を用いて、ペデスタル（
２９）が片持ちビーム基板（２４１）内の所望の深さま
でエッチングされる請求項１５記載の方法。 - 【請求項１７】 ペデスタル（２９）のエッチングと
同時に片持ちビームがウェハ本体（２１）から解放され
る請求項１６記載の方法。 - 【請求項１８】 残留する二酸化シリコンマスクは緩
衝フッ化水素酸のエッチングによって除去される請求項
１６又は１７記載の方法。 - 【請求項１９】 チップ（２６１）がマスクレス・ア
ルゴンイオンエッチングプロセスで先端が尖状にされる
請求項１２乃至１８の一項に記載の方法。 - 【請求項２０】 片持ちビーム及びチップの複合工程
マスクが製造され、前記マスクパターンは異方性エッチ
ングによって徐々にシリコンウェハ基板に転移され、そ
の結果できた構造はチップの酸化フロントが互いに接触
し合うような厚さまで熱酸化され、さらに、その酸化物
はウェットエッチングによって除去され、従って、集積
チップを備えた片持ちビームを露出させることを特徴と
する、集積チップを備えた片持ちビームから構成される
ＡＦＭ／ＳＴＭ／ＭＦＭのプロフィル測定用の精密機械
センサ。 - 【請求項２１】 前記チップは高度回転対称及びテー
パ角度が１０°未満であることを特徴とする請求項２０
記載の精密機械センサ。 - 【請求項２２】 さらに、片持ちビーム並びにチップ
のマスク転移、及び熱酸化の次に、片持ちビーム及び基
板の水平表面を被覆する酸化層が除去され、片持ちビー
ム並びにチップの垂直表面及びチップマスクを被覆する
酸化層をマスクとして使用してペデスタルがエッチング
され、前記酸化物がウェットエッチングによって除去さ
れ、これによってペデスタル上のチップを備えた片持ち
ビームが露出されることから成る請求項２０記載の精密
機械センサ。 - 【請求項２３】 チップ径対チップ長さの比率は約１
対１０であり、この比率を越えた場合、それに相当する
ペデスタルの高さが必要とされる、請求項２２記載の精
密機械センサ。
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