JPH0748349B2 - 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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- JPH0748349B2 JPH0748349B2 JP3136007A JP13600791A JPH0748349B2 JP H0748349 B2 JPH0748349 B2 JP H0748349B2 JP 3136007 A JP3136007 A JP 3136007A JP 13600791 A JP13600791 A JP 13600791A JP H0748349 B2 JPH0748349 B2 JP H0748349B2
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- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/849—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
- Y10S977/86—Scanning probe structure
- Y10S977/875—Scanning probe structure with tip detail
- Y10S977/878—Shape/taper
Description
【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。
（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。
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, Quat
e CF, Gerber Ch, (1986) Atomic Force Microscope, P
hys. 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。３
ｎｍの側面空間分析が初めに達成された。
e CF, Gerber Ch, (1986) Atomic Force Microscope, P
hys. 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。３
ｎｍ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, Gimzewski JK, Poh
l DW (1986) Experimental Observation of Forces Act
ing During Scanning Tunneling Microscopy, Phys. Re
v. Lett. 57, 2403 -2406; and Martin Y, Williams C
C, Wickramasinghe HK (1987) Atomic Force Microscop
e-Force Mapping and Profiling on a sub 100-A Scal
e, J. Appl. Phys. 61(10),4723-4729 ）。
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, Gimzewski JK, Poh
l DW (1986) Experimental Observation of Forces Act
ing During Scanning Tunneling Microscopy, Phys. Re
v. Lett. 57, 2403 -2406; and Martin Y, Williams C
C, Wickramasinghe HK (1987) Atomic Force Microscop
e-Force Mapping and Profiling on a sub 100-A Scal
e, 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ｆ o ＞１０
ｋＨｚ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：
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ｆ o ＞１０
ｋＨｚ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。
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。
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＝８
００μｍ、ｗ＝７５μｍ、ｔ＝５．５μｍである。
適合する片持ちビームの寸法は、一例を上げるとｌ＝８
００μｍ、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.Binnig et al in Ph
ys. Rev. Lett. 56 (1986), pp. 930-933 で述べられて
いる通りである。
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.Binnig et al in Ph
ys. Rev. Lett. 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ＡＦ
Ｍでは、片持ちばり及びチップの条件は、厚さ約２５μ
ｍ、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（Albr
echt ThR, Quate CF, (1988) Atomic Resolution with
the Atomic Force Microscope on Conductors and Nonc
onductors, J. Vac. Sci. Technol., 271-274 ）。
許公開ＥＰ−Ａ−０２２３９１８によって得られるＡＦ
Ｍでは、片持ちばり及びチップの条件は、厚さ約２５μ
ｍ、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（Albr
echt ThR, Quate CF, (1988) Atomic Resolution with
the Atomic Force Microscope on Conductors and Nonc
onductors, 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。
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。
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。
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。
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。
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、 Ａ： 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（６
１）又はペデスタル（２９）パターン上のチップ（２６
１）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（２
９）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、 Ｂ： 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方法、 Ｃ： 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／Ｃｌ
2 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、 Ｄ： 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、 Ｅ： 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、 Ｆ： 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、 Ｇ： 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／Ｃ
ｌ2 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、 Ｈ： 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 中で実行される方法、 Ｉ： 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／Ｃｌ
2 中で実行される方法、 Ｊ： 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、 Ｋ： 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、 Ｌ： 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、 Ｍ： 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。
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（６
１）又はペデスタル（２９）パターン上のチップ（２６
１）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（２
９）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、 Ｂ： 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方法、 Ｃ： 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／Ｃｌ
2 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、 Ｄ： 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、 Ｅ： 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、 Ｆ： 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、 Ｇ： 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／Ｃ
ｌ2 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、 Ｈ： 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 中で実行される方法、 Ｉ： 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／Ｃｌ
2 中で実行される方法、 Ｊ： 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、 Ｋ： 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、 Ｌ： 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、 Ｍ： 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。
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 Sili
con:Techniques and Devices, Vol. ED-25, No.10, Oct
ober 1978, pp. 1241-1250、 （２）Petersen, KE, Silicon as a Mechanical Materi
al, Proc. of the IEEE,Vol. 70, No. 5, May 1982, p
p. 420-457 、 （３）Jolly, RD, Muller, RS, MiniatureCantilever B
eams Fabricated by Anisotropic Etching of Silicon,
J. Electrochem Soc.: Solid-State Science and Tech
nology, December 1980, pp. 2750-2754
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 Sili
con:Techniques and Devices, Vol. ED-25, No.10, Oct
ober 1978, pp. 1241-1250、 （２）Petersen, KE, Silicon as a Mechanical Materi
al, Proc. of the IEEE,Vol. 70, No. 5, May 1982, p
p. 420-457 、 （３）Jolly, RD, Muller, RS, MiniatureCantilever B
eams Fabricated by Anisotropic Etching of Silicon,
J. Electrochem Soc.: Solid-State Science and Tech
nology, December 1980, pp. 2750-2754
【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。
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。
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。
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。
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
１０μｍ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。
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
１０μｍ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。
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。
【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。
（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（Ｐ
Ｅ）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ＡＺ１３５０型ポジティブ
・フォトレジスト（AZ 1350 positive 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。
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（Ｐ
Ｅ）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ＡＺ１３５０型ポジティブ
・フォトレジスト（AZ 1350 positive 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。
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。
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。
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１
０マイクロバール
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１
０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Ｓｉ
Ｆ4 （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）。
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Ｓｉ
Ｆ4 （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。
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／Ｃｌ
2 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。
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／Ｃｌ
2 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。
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。
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。
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。
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。
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。
〜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。
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１
０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。
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１
０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。
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。
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２６
１、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。
持ちビームになるようエッチングされ、前記構造２６
１、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６
３０ボルトである。
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６
３０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。
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。
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーハン エヌエムエヌ グレシナー ドイツ連邦共和国、7401 プリーツハウゼ ン−１、ティアガルテンヴェグ 14 (56)参考文献 特開 平１−20428（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−132903（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−262403（ＪＰ，Ａ) 米国特許4943719（ＵＳ，Ａ)
Claims (12)
- 【請求項１】 ウェハ基板（１）を覆う絶縁層（３）の
上面部を選択的にエッチングして片持ちビームパターン
（４１、２４１）に対応する第１のマスク（４）を形成
し、該ウェハ基板の底面部には第２のマスクを形成する
工程と、 前記第１のマスクの領域内でチップ（６１、２６１）に
対応する第３のマスク（６、２６）とする領域を覆って
前記絶縁層および前記第１のマスクをエッチングして該
第３のマスクを形成する工程と、 前記ウェハ基板の底面部を前記第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を所望の厚さに低
減する工程と、 こうして形成された厚さの異なる絶縁層（３）、第１の
マスク（４）、および第３のマスク（６、２６）を異方
性エッチングして該絶縁層を除去し、該第１のマスクを
マスクとして露呈された前記ウェハ基板をエッチングし
て片持ちビーム領域（４１、２４１）を前記ウェハ基板
に形成し、該第１のマスクを除去する工程と、 前記第３のマスクをマスクとして片持ちビーム領域（４
１、２４１）をエッチングして前記チップ（６１、２６
１）を形成する工程と、 こうして形成された片持ちビーム／チップ構造（４１、
６１、２４１、２６１）の露出表面を熱酸化する工程
と、 形成された熱酸化物（８、２８）をエッチングによって
除去する工程と、からなる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】前記チップがペデスタル（２９）上にあ
り、エッチングによって前記片持ちビームパターン（２
４１）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）及び前記第３のマスク
（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）を露出させる工程を含む請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】前記ウェハ基板（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、又は蒸着酸化物から成る、請求項１記載の方
法。 - 【請求項４】前記第１のマスク（４）を形成する第１の
フォトリソグラフィ及び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】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に記載の方法。 - 【請求項６】片持ちビームパターン（４１）が二酸化シ
リコンの前記第１のマスク（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、さらに該第１のマスク（４）は
約１乃至１０マイクロバール圧力下でＣＦ4を用いてエ
ッチングすることによって除去される請求項３に記載の
方法。 - 【請求項７】前記チップ（６１）は、二酸化シリコンの
前記第３のマスク（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（４
１）の領域で基板に異方性エッチングされ、さらに該第
３のマスク（６）は約１乃至１０マイクロバール圧力下
でＣＦ4 を用いてエッチングすることによって除去され
る請求項３に記載の方法。 - 【請求項８】前記チップ（６１）のエッチング及び形成
とともに片持ちビームがウェハ基板（１）から解放され
る請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 反応性イオンエッチングによってシリコ
ンの前記ウェハ基板（２１）へ片持ちビームパターンが
転移された後で、前記チップ（２６１）は二酸化シリコ
ンの第３のマスク（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３に記載の方法。 - 【請求項１０】 片持ちビーム及びチップを規定する複
合マスクのパターンを異方性エッチングによって順次に
シリコンウェハ基板に転移して形成された構造物を、該
チップの頂点付近の酸化部が互いに接触し合うような厚
さまで熱酸化し、この酸化物をウェットエッチングによ
って除去することによって形成された微細なチップを有
する一体的な片持ちビームから構成されるＡＦＭ／ＳＴ
Ｍ／ＭＦＭのプロフィル測定用の精密機械センサ。 - 【請求項１１】 前記チップは高度回転対称及びテーパ
角度が１０°未満である請求項１０に記載の精密機械セ
ンサ。 - 【請求項１２】 前記チップの径対長さの比率は約１対
１０である請求項１０に記載の精密機械センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE90114219.0 | 1990-07-25 | ||
| EP90114219A EP0468071B1 (en) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | Method of producing micromechanical sensors for the AFM/STM/MFM profilometry and micromechanical AFM/STM/MFM sensor head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH04233128A JPH04233128A (ja) | 1992-08-21 |
| JPH0748349B2 true JPH0748349B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=8204257
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP3136007A Expired - Fee Related JPH0748349B2 (ja) | 1990-07-25 | 1991-05-10 | 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 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5282924A (ja) |
| EP (1) | EP0468071B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0748349B2 (ja) |
| DE (1) | DE69012555T2 (ja) |
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