JPH11258251A

JPH11258251A - 超小型機械式センサ及びその形成方法

Info

Publication number: JPH11258251A
Application number: JP36210998A
Authority: JP
Inventors: Thomas Bayer; トーマス・ベイヤー; Johann Dr Greschner; ドクトル・ヨハン・グレスチナー; Robert Yunjinjaa Dr; ドクトル・ロバート・ユンジンジャー; Samuel Kalt; サミュエル・カルト; Weiss Helga; ヘルガ・ウェイス
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1998-01-03
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ＡＦＭ／ＳＴＭ形状測定のための超小型機械
式センサを提供することである。【解決手段】ＡＦＭ／ＳＴＭ形状測定のための超小型
機械式センサが、一端に先端部を保持するカンチレバー
・ビームと、先端部から適切な距離離れた他端に固定ブ
ロックを含む。カンチレバー・ビーム、先端部及び固定
ブロックが超小型機械式に形成され、先端部（１ａ）が
カンチレバー・ビーム（２）上に、例えば９２゜乃至１
０５゜の角度で形成される（図２）。好適な実施例で
は、先端部（１ａ）が多結晶ダイヤモンドから成り、カ
ンチレバー・ビーム（２）が窒化ケイ素から成り、固定
ブロック（３）がパイレックス・ガラスから成る。本発
明は更に、ペデスタル上に形成される先端部、及び矢印
形状または球状の先端を有する先端部、及び超小型機械
式センサを形成する方法にも関連する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、片方の端部に、形
状測定されるサンプルの表面と相互作用する先端部を有
し、反対側の端部に固定ブロックを有するカンチレバー
・ビームを含む、ＡＦＳ／ＳＴＭ形状測定のための超小
型機械式センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】走査トンネル顕微鏡は、非常に微細な先
端部の使用にもとづく、マイクロキャラクタリゼーショ
ンのための新たな技術の開発を刺激した。これらの技術
の１つに、原子力顕微鏡検査法（以下、ＡＦＳ（atomic
force microscopy）と記す）が含まれる。

【０００３】G．Binnig、C．F．Quate、Ch．Gerberらに
よる論文、"Atomic Force Microscope"、Phys．Rev．Le
tt．56、pp．930-933及び欧州特許ＥＰ−Ａ−０２２
３９１８号で述べられるＡＦＭの初期設計では、一端が
堅く取り付けられ、その自由端に先端部を搭載するばね
状のカンチレバーを含むセンサが、対象物の表面を１ラ
インずつ形状測定する。対象物の表面と先端部との間の
力により生成される歪みが、例えばＳＴＭの一部である
第２の先端部により、或いは例えば相互作用の大きさを
測定するレーザ・ヘテロダイン干渉計による光検出によ
り、最高の精度で決定される。

【０００４】従来、一般に異なるタイプの先端部を有す
るセンサが使用され、それらについては、例えば欧州特
許ＥＰ−Ｂ−０４１３０４０号、同ＥＰ−Ｂ−０
４１３０４１号、同ＥＰ−Ｂ−０４１３０４２
号、同ＥＰ−Ｂ−０４６８０７１号、独特許出願ＤＥ
−Ａ−１９６４６１２０号、及びIBM TechnicalDis
closure Bulletin Vol．37、No．07、July 1994、page
545/546などで述べられる。

【０００５】上述の特許において述べられるセンサで
は、カンチレバー・ビーム、固定ブロック及び先端部
が、ウエハ基板材料、特に好適にはシリコンから形成さ
れるか（ＥＰ−Ｂ−０４１３０４２号）、先端部の
方向とは反対の方向に延びるカンチレバー・ビームのた
めの固定ブロックが先端部と異なる材料、例えばパイレ
ックス・ガラスから形成される（ＥＰ−Ｂ−０４１３
０４１）。IBM Technical Disclosure Bulletinで述
べられるように、センサの個々の部品についても異なる
材料から形成され得る。ＤＥ−Ａ−１９６４６１２
０号で述べられるように、センサの先端部がシリコンか
ら成り、更に１つまたは幾つかの他の材料の薄層により
被覆されてもよい。しかしながら、被覆が先端部の半径
を増加させることは、これらの先端部にとって不利であ
る。

【０００６】米国特許第５２２１４１５号では、一体的
に形成されたピラミッド状の先端部を有する、超小型カ
ンチレバーを形成する方法が述べられ、先端部がカンチ
レバー・アームに直角に形成され、先端部が材料Ａから
形成され、カンチレバーが材料Ｂから形成され、ここで
材料Ａ及びＢは熱的に成長されたＳｉＯ₂、または付着
されたＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、ダイヤモンド、
ＡｕまたはＮｉのグループから選択され、Ａ及びＢは同
一のまたは異なる材料である。パイレックス・ガラスの
固定ブロックは、ピラミッド状先端部と反対の方向に延
びる。欧州特許出願ＥＰ−Ａ−０７６６０６０号で
は、超小型機械式素子のためのプロセスが述べられ、こ
れは前記欧州特許ＥＰ−Ｂ−０４１３０４１号で述
べられるアディティブ法で始まり、ダイヤモンドから成
るカンチレバー及び先端部を有するセンサが形成され
る。更に高価なプロセスについても述べられ、そこでは
超小型機械式センサが基板材料、例えばシリコンから成
るカンチレバーと、ダイヤモンドから成る先端部とから
形成される。このプロセスは、ダイヤモンドから成る素
子の実現のために、ダイヤモンドの化学蒸着（ＣＶＤ：
Chemical Vapor Deposition）以前に、基板が微細なダ
イヤモンド粒子により覆われ、ダイヤモンドの成長のた
めの核形成（nucleation）サイトとして作用するといっ
た特徴がある。

【０００７】従来の全ての既知のセンサ素子では、セン
サの本質的な要素を表す先端部の軸が、常にカンチレバ
ー・ビームの前後軸に直角に形成され、これは方位依存
の湿式エッチングまたは異方性プラズマ・エッチングな
どの、通常、適用される形成プロセスに関連付けられ
る。カンチレバー・ビームが微視的な固定ブロックに結
合され、その前後軸がカンチレバー・ビームに平行に、
同様に先端部軸に垂直に形成される。

【０００８】大抵のＡＦＭ素子では、この固定ブロック
が板ばねなどにより圧電部材に留められ、板ばねがＡＦ
Ｍセンサの迅速且つ容易な交換を可能にする。板ばねが
固定ブロックと形状測定される基板との間に配置される
ので、形状測定の間の板ばねと基板との接触を回避する
ために、カンチレバー・ビームが基板に対して傾けられ
なければならない。実際、約２゜乃至１５゜の傾きが有
利である。しかしながら、これは先端部を有する基板の
形状測定の間に相当に不都合に作用し、先端部も基板に
対して傾けられる。高いアスペクト比を有する構造で
は、こうした状況を考慮すると、この先端部による形状
測定が全く不可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、カン
チレバー・ビーム上に先端部が構成され、カンチレバー
・ビーム、固定ブロック、及び先端部が異なる材料から
成り、特に高いアスペクト比を有する構造の測定に好適
な、ＡＦＭ／ＳＴＭ形状測定のための超小型機械式セン
サを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、請求項
１に従うセンサにより達成される。

【００１１】本発明の有利な実施例が、請求項１に従属
する請求項で述べられる。

【００１２】本発明はまた、請求項１に従うセンサを形
成する方法、及び前記センサを使用する方法を含む。

【００１３】本発明に従う超小型機械式センサは、先端
部が一方の端部に形成され、固定ブロックが他端に形成
されるカンチレバー・ビームを含む。好適には、先端部
がカンチレバー・ビームに対して傾けられ、カンチレバ
ー・ビームに加え、固定ブロック上での先端部の垂直配
置において、基板に対する固定ブロックの傾きが丁度補
正される。この種の構成により、固定ブロックと基板間
の板ばねと、形状測定される基板との接触が回避され、
形状測定される基板がより正確に測定され得る。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、従来技術に従うセンサを
示し、先端部（１）がカンチレバー・ビーム（２）上に
形成され、固定ブロック（３）が反対側に形成される。
先端部の軸は、カンチレバー・ビーム（２）及び固定ブ
ロック（３）の前後軸と直角を成す。構造（５）を有す
る基板（４）の形状測定のため、センサが基板に対して
約２゜乃至１５゜傾けられ、ばねと基板との接触を回避
する。

【００１５】図２の構造は、本発明に従うセンサを示
し、先端部（１ａ）がカンチレバー・ビーム（２）上に
傾いて形成され、固定ブロック（３）がその他端に形成
される。この構造は、特に高いアスペクト比を有する構
造を形状測定する場合に好適である。この構成では、既
に述べたように、取り付けのための板ばねと、形状測定
される基板とが接触しない。

【００１６】付着、リソグラフィ、湿式及び乾式エッチ
ング・プロセスの好適な組み合わせにより、マスクとカ
ンチレバー・ビーム及び固定ブロックを形成するプロセ
ス・ステップが、大方、欧州特許ＥＰ−Ｂ−０４１３
０４２号で述べられている。しかしながら、シリコン
基板内に傾斜した先端部をエッチングするプロセス・ス
テップは、別のステップである。このステップは、いわ
ゆるイオン・ビーム・エッチングまたはイオン・ミリン
グの変形を表し、図３乃至図９により表されるプロセス
に関連して後述される。このプロセスは部分的にアディ
ティブ・プロセスにもとづき、これについては例えばＥ
Ｐ−Ｂ−０４１３０４１号で述べられている。この
プロセスは更にアディティブ・プロセスに従い、ペデス
タル上に先端部を形成することを可能にする。

【００１７】図３に示されるように、センサを形成する
ために、ＳｉＯ₂マスク（７）及びシリコン・ウエハ基
板（６）内の先端部（１、１ａ）のための型が、リソグ
ラフィ及びエッチング技術により形成される。マスク・
パターン（７）を基板（６）内に転写する異方性エッチ
ング・プロセスは、例えばＣｌ₂／アルゴンをエッチン
グ気体として使用する。基板は陰極の一部であるので、
イオンは常に基板に垂直に衝突し、従って先端部（１）
の軸が、常に後のカンチレバー・ビーム（８、９）の前
後軸に垂直に形成される。

【００１８】他方、化学支援イオン・ビーム・エッチン
グ・プロセス（ＣＡＩＢＥ）では、エッチングされる基
板をイオンの移動方向に対して傾けることが可能で、先
端部（１ａ）と後のカンチレバー・ビーム（８、９）と
の間のほとんどあらゆる角度が、正確且つ再現可能に調
整され得る。例えば、先端部（１ａ）が９０゜以上のま
たは９０゜以下の角度を形成するように、カンチレバー
・ビーム（８、９）上に形成される。このエッチング・
プロセスにおいて、例えばＣｌ₂などの反応気体が真空
チェンバ内に導入される場合、約５μｍ乃至１０μｍの
合理的な全長を有するシリコン先端部を形成するため
に、選択性及びエッチング速度が増加され得る。このよ
うに形成される先端部（１ａ）が、後のカンチレバー・
ビーム（８、９）に対して傾けられる。先端部（１、１
ａ）のための型は、非常に滑らかな表面を有する。この
ことは先端部材料による充填時に、先端部が同様に滑ら
かな表面を有するようにする。

【００１９】型が先端部材料（８）、例えばＣＶＤによ
り付着される多結晶ダイヤモンド、スパッタリングまた
はＰＥＣＶＤにより生成されるダイヤモンド状炭素膜
（ＤＬＣ：diamondlike carbon）、または他の材料によ
り充填される。エッチング・プロセスの後、図３の元の
ＳｉＯ₂マスク（７）が残されるとき、プロセスの簡素
化のために型もまた選択的エピタキシにより、幾つかの
材料により充填され得る。ＳｉＯ₂マスクが除去される
とき、先端部材料（８）がシリコン・ウエハ（６）の表
面に付着される（図４）。層（８）が形成され、そこか
らカンチレバー・ビームが作り出される。付着される層
の表面はしばしば粗く、またカンチレバー・ビームの表
面となるはずであるので（これは後のＡＦＭオペレーシ
ョンにおいて、センサ・レーザを反射する）、研磨され
る必要がある。次に、プロセスが図７に従い再開され
る。先端部及びカンチレバー・ビームが同一の材料から
成るセンサが得られ、適用されるエッチング・プロセス
に応じて、先端部がカンチレバー・ビームに垂直にまた
は傾いて形成される。

【００２０】或いは、多結晶ダイヤモンド層（８）が化
学機械式研磨により、または単に機械式研削により、完
全に除去され得る（図５）。続いて、カンチレバー・ビ
ームのための問題の材料（９）、例えば熱的に成長され
る、若しくはＰＥＣＶＤによるＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ま
たはＣＶＤ若しくはＰＥＣＶＤによるＳｉＣが付着され
る。特に好適なのはＣＶＤによるＳｉ₃Ｎ₄である（図
６）。次に、この層がリソグラフィ及び等方性湿式エッ
チングまたは異方性乾式エッチングにより、構造化され
る（図７）。ここで乾式エッチング工程を使用すること
により、カンチレバー・ビームがより小さく且つより正
確に形成され得る。

【００２１】続いて、ウエハの上側の画定領域におい
て、パイレックス・ガラスの固定ブロック（１０）がカ
ンチレバー・ビームに接着される。このプロセス・ステ
ップにより、後のカンチレバー・ビームの長さも画定さ
れる（図８）。最後に、水溶性のＫＯＨによるエッチン
グにより、残りのシリコン・ウエハ（６）がカンチレバ
ー・ビームの下側から除去される。

【００２２】従って、先端部、カンチレバー・ビーム及
び固定ブロックが異なる材料から成るセンサが得られ、
適用されるエッチング・プロセスに応じて、先端部がカ
ンチレバー・ビームに垂直にまたは傾いて形成される
（図９）。

【００２３】図３乃至図９に関連して上述されたプロセ
スにより、厳密な寸法を有する先端部がペデスタル上に
形成される。すなわち、図１０に示される先端部の型用
のマスクが、ＥＰ−Ｂ−０４１３０４１号の例２で
述べられるように形成される。最初に、二酸化ケイ素層
（７）がシリコン・ウエハ（６）上に成長される。第１
のフォトリソグラフィ及びエッチング・ステップにおい
て、先端部の直径を有するアパーチャが前記層内に画定
され、次に第２のステップにおいて、ペデスタルの直径
を有するアパーチャが画定される。この二酸化ケイ素マ
スクは、ステップ毎にシリコン基板内に転写され、先端
部（１、１ａ）用の型が最初にエッチングされ、先端部
マスクのための情報レベルの除去の後、ペデスタル（１
１、１１ａ）用の型がエッチングされる。このエッチン
グ・ステップの間に、先端部の型が同時にシリコン基板
内に所望の深さにエッチングされる。

【００２４】例えばＲＩＥなどの異方性乾式エッチング
が適用される場合、ペデスタル上の先端部の軸が、後の
カンチレバー・ビームの前後軸に垂直に形成される。し
かしながら、ＣＡＩＢＥが実施される場合には、ペデス
タル上の先端部の軸が後のカンチレバー・ビームの前後
軸に対して所望の角度で傾いて形成される。ペデスタル
・マスクのための情報レベルの除去の後、シリコン基板
内の型（１、１１、１ａ、１１ａ）が、先端部材料及び
ペデスタル材料により充填される。プロセスは上述のよ
うに、図４及び図７、または図４及び図５に従い、それ
ぞれ継続される。

【００２５】走査原子力顕微鏡（ＡＦＭ）の中央の構造
部材は先端部であり、これは微視的に小さなカンチレバ
ー・ビーム上に形成される。序文で述べた特許において
述べられる先端部形状から、特に鋭い円錐形の先端部
（ＥＰ−Ｂ−０４１３０４２号）が、無機物の表面
の粗さ測定に最善であることが判明しており、いわゆる
フレヤ状の先端部が、機械的安定性及び改善された機能
性の理由から、半導体チップ上の厳密な寸法の測定用と
して、ペデスタル上に形成される（ＥＰ−Ｂ−０４１３
０４０）。図１１の上部に、このタイプの構造の先端
部が示される。

【００２６】図１１の下部に示される矢印形状の先端部
は、例えば図３乃至図９に従うプロセスにより形成され
る基本タイプの先端部から形成されるか、或いは他の超
小型機械式プロセスにより、先端部の先を保護膜により
保護し、続いてシャフトを等方性エッチングにより細め
ることにより形成される。この点については、シャフト
は垂直または僅かに円錐状である。図１１の下部に示さ
れる球状の先端部は、円錐状の先端部を、フォーカスさ
れた電子ビームにより溶融することにより形成される。
両方のタイプの先端部は、妥当と見なされるコストによ
り、０．１μｍ以下の直径にて形成され得る。これらは
測定問題を解決するために使用され、特に、高いアスペ
クト比と並んで、０．１８μｍ以下の狭い幅を有する構
造の形状測定に有用である。

【００２７】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００２８】（１）ＡＦＭ／ＳＴＭ形状測定のための超
小型機械式センサであって、一端に、形状測定されるサ
ンプルの表面と相互作用する先端部を有し、前記先端部
から適切な距離離れた他端に、固定ブロックを有するカ
ンチレバー・ビームを含み、前記先端部及び前記固定ブ
ロックを有する前記カンチレバー・ビームが、超小型機
械式に形成され、前記先端部が前記カンチレバー・ビー
ム上に、９０゜以上または９０゜以下の角度で形成され
る、超小型機械式センサ。（２）前記先端部が前記カンチレバー・ビーム上に、９
２゜乃至１０５゜の角度で形成される、前記（１）記載
の超小型機械式センサ。（３）前記先端部及び前記カンチレバー・ビームが同一
の材料から成り、前記固定ブロックが異なる材料から成
る、前記（１）記載の超小型機械式センサ。（４）前記先端部及び前記カンチレバー・ビームが多結
晶ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素膜から成り、
前記固定ブロックがパイレックス・ガラスから成る、前
記（３）記載の超小型機械式センサ。（５）前記先端部、前記カンチレバー・ビーム及び前記
固定ブロックが、３つの異なる材料から成る、前記
（２）記載の超小型機械式センサ。（６）前記先端部が多結晶ダイヤモンドまたはダイヤモ
ンド状炭素膜から成り、前記カンチレバー・ビームがＳ
ｉ₃Ｎ₄から成り、前記固定ブロックがパイレックス・ガ
ラスから成る、前記（５）記載の超小型機械式センサ。（７）前記先端部がペデスタル上に形成される、前記
（１）乃至（６）のいずれかに記載の超小型機械式セン
サ。（８）前記先端部が前記ペデスタルと共に、前記カンチ
レバー・ビーム上に、９２゜乃至１０５゜の角度で形成
される、前記（７）記載の超小型機械式センサ（９）前記先端部及び前記ペデスタルが多結晶ダイヤモ
ンドまたはダイヤモンド状炭素膜から成り、前記カンチ
レバー・ビームがＳｉ₃Ｎ₄から成り、前記固定ブロック
がパイレックス・ガラスから成る、前記（７）及び
（８）のいずれかに記載の超小型機械式センサ。（１０）前記先端部が矢印形状の先端を有する、前記
（１）乃至（９）のいずれかに記載の超小型機械式セン
サ。（１１）前記先端部が球状の先端を有する、前記（１）
乃至（９）のいずれかに記載の超小型機械式センサ。（１２）前記（１）乃至（９）記載の超小型機械式セン
サを形成する方法であって、１．フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、ウ
エハ基板上に前記先端部の型用のマスクを形成するステ
ップ（ステップ１）と、２．イオン・ビーム・エッチングまたは化学支援イオン
・ビーム・エッチング（ＣＡＩＢＥ）により、前記先端
部の型用の前記マスク・パターンを前記基板内に転写す
るステップ（ステップ２）と、３．前記マスクを除去し、前記基板を前記カンチレバー
・ビーム及び前記先端部のための材料により被覆するス
テップ（ステップ３）と、４．フォトリソグラフィ及び乾式または湿式エッチング
により、前記カンチレバー・ビームのための材料を露出
するステップ（ステップ４）と、５．前記カンチレバー・ビーム表面の画定領域内におい
て、前記カンチレバー・ビームをパイレックス・ガラス
の固定ブロックに接着するステップと（ステップ５）、６．異方性湿式エッチングにより、残りのウエハ・セグ
メントを前記カンチレバー・ビームの下側から除去する
ステップ（ステップ６）とを含む、方法。（１３）前記ステップ３で前記基板上に被覆された前記
層が、化学機械式研磨または機械式研削により完全に除
去され、前記先端部のための充填された型が残され、続
いて前記基板が前記カンチレバー・ビームに適した材料
により被覆され、その後、前記ステップ４乃至６が継続
される、前記（１２）記載の方法。（１４）前記先端部の型が多結晶ダイヤモンドまたはダ
イヤモンド状炭素膜により充填され、前記層が除去さ
れ、前記基板がＣＶＤにより、前記カンチレバー・ビー
ム材料としてのＳｉ₃Ｎ₄により被覆される、前記（１
２）及び（１３）のいずれかに記載の方法。（１５）前記先端部及び前記ペデスタルのための２レベ
ル・マスクが製作され、ステップ毎に前記基板内に転写
され、型が所望の先端部及びペデスタル材料により充填
され、前記基板が所望のカンチレバー・ビーム材料によ
り被覆され、その後、前記ステップ４及び７、またはス
テップ４及び５がそれぞれ継続される、前記（１２）乃
至（１４）のいずれかに記載の方法。（１６）前記先端部及び前記ペデスタルのための前記型
が、イオン・ビーム・エッチングまたは化学支援イオン
・ビーム・エッチング（ＣＡＩＢＥ）により、前記基板
内に転写される、前記（１５）記載の方法。（１７）前記先端部の先端が保護膜により保護され、前
記先端部のシャフトが等方性エッチングにより細められ
る、矢印形状の前記先端部を形成する、前記（１２）乃
至（１６）のいずれかに記載の方法。（１８）フォーカスされる電子ビームにより、円錐状の
先端部が溶融され、球状の前記先端部を形成する、前記
（１２）乃至（１６）のいずれかに記載の方法。（１
９）前記（１）乃至（１１）記載の超小型機械式センサ
を使用して、高いアスペクト比を有する構造を測定する
方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】先端部がカンチレバー・ビームに垂直に形成さ
れる、従来技術に従う構造を示す図である。

【図２】先端部がカンチレバー・ビームに対して傾けら
れる、本発明に従う構造を示す図である。

【図３】カンチレバー・ビーム及び先端部が、同一のま
たは異なる材料から成り、先端部がカンチレバー・ビー
ムに対して、それぞれ垂直にまたは傾いて形成される、
一体化された先端部を有するカンチレバー・ビームを形
成するプロセス・ステップにおいて、マスク・パターン
（７）及びシリコン・ウエハ基板（６）内の先端部
（１、１ａ）のための型が、リソグラフィ及びエッチン
グ技術により形成されるステップを示す図である。

【図４】前記プロセス・ステップにおいて、マスク・パ
ターン（７）が除去され、先端部材料（８）がシリコン
・ウエハ（６）の表面に付着されるステップを示す図で
ある。

【図５】前記プロセス・ステップにおいて、先端部材料
層（８）が化学機械式研磨または機械式研削により、完
全に除去されるステップを示す図である。

【図６】前記プロセス・ステップにおいて、基板がカン
チレバー・ビーム材料（９）により被覆されるステップ
を示す図である。

【図７】前記プロセス・ステップにおいて、カンチレバ
ー・ビーム材料層（９）がリソグラフィ及び湿式または
乾式エッチングにより露出されるステップを示す図であ
る。

【図８】前記プロセス・ステップにおいて、ウエハの上
側の画定領域において、パイレックス・ガラスの固定ブ
ロック（１０）がカンチレバー・ビームに接着されるス
テップを示す図である。

【図９】前記プロセス・ステップにおいて、異方性湿式
エッチングにより、残りのウエハ・セグメント（６）を
カンチレバー・ビーム（８）の下側から除去するステッ
プを示す図である。

【図１０】ペデスタル上の先端部を示す図である。

【図１１】従来技術に従う先端部形状と、図３乃至図９
のステップに続く追加のプロセス・ステップにより形成
された先端部形状とを示す図である。

【符号の説明】

１、１ａ先端部（又は、そのシリコン基板内の型）２カンチレバー・ビーム３、１０固定ブロック４基板５形状測定される構造６シリコン・ウエハ基板７マスク８先端部材料９カンチレバー・ビーム材料１１、１１ａペデスタル（又は、そのシリコン基板内
の型）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ドクトル・ヨハン・グレスチナードイツ、ディ−72124 プリエザウセン、ティエルガルテンウェグ 14 (72)発明者ドクトル・ロバート・ユンジンジャードイツ、ディ−71032 ボエブリンゲン、ティエルガルテンストリート 11 (72)発明者サミュエル・カルトドイツ、ディ−72760 レウトリンゲン、キンダーホルトウェグ 13 (72)発明者ヘルガ・ウェイスドイツ、ディ−75391 ゲチンゲン、ヴェイルチェンウェグ６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＡＦＭ／ＳＴＭ形状測定のための超小型機
械式センサであって、一端に、形状測定されるサンプルの表面と相互作用する
先端部を有し、前記先端部から適切な距離離れた他端
に、固定ブロックを有するカンチレバー・ビームを含
み、前記先端部及び前記固定ブロックを有する前記カン
チレバー・ビームが、超小型機械式に形成され、前記先
端部が前記カンチレバー・ビーム上に、９０゜以上また
は９０゜以下の角度で形成される、超小型機械式セン
サ。
【請求項２】前記先端部が前記カンチレバー・ビーム上
に、９２゜乃至１０５゜の角度で形成される、請求項１記載の超小型機械式センサ。
【請求項３】前記先端部及び前記カンチレバー・ビーム
が同一の材料から成り、前記固定ブロックが異なる材料
から成る、請求項１記載の超小型機械式センサ。
【請求項４】前記先端部及び前記カンチレバー・ビーム
が多結晶ダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素膜から
成り、前記固定ブロックがパイレックス・ガラスから成
る、請求項３記載の超小型機械式センサ。
【請求項５】前記先端部、前記カンチレバー・ビーム及
び前記固定ブロックが、３つの異なる材料から成る、請求項２記載の超小型機械式センサ。
【請求項６】前記先端部が多結晶ダイヤモンドまたはダ
イヤモンド状炭素膜から成り、前記カンチレバー・ビー
ムがＳｉ₃Ｎ₄から成り、前記固定ブロックがパイレック
ス・ガラスから成る、請求項５記載の超小型機械式センサ。
【請求項７】前記先端部がペデスタル上に形成される、請求項１乃至６のいずれかに記載の超小型機械式セン
サ。
【請求項８】前記先端部が前記ペデスタルと共に、前記
カンチレバー・ビーム上に、９２゜乃至１０５゜の角度
で形成される、請求項７記載の超小型機械式センサ
【請求項９】前記先端部及び前記ペデスタルが多結晶ダ
イヤモンドまたはダイヤモンド状炭素膜から成り、前記
カンチレバー・ビームがＳｉ₃Ｎ₄から成り、前記固定ブ
ロックがパイレックス・ガラスから成る、請求項７及び８のいずれかに記載の超小型機械式セン
サ。
【請求項１０】前記先端部が矢印形状の先端を有する、
請求項１乃至９のいずれかに記載の超小型機械式セン
サ。
【請求項１１】前記先端部が球状の先端を有する、請求
項１乃至９のいずれかに記載の超小型機械式センサ。
【請求項１２】請求項１乃至９記載の超小型機械式セン
サを形成する方法であって、１．フォトリソグラフィ及びエッチング技術により、ウ
エハ基板上に前記先端部の型用のマスクを形成するステ
ップ（ステップ１）と、２．イオン・ビーム・エッチングまたは化学支援イオン
・ビーム・エッチング（ＣＡＩＢＥ）により、前記先端
部の型用の前記マスク・パターンを前記基板内に転写す
るステップ（ステップ２）と、３．前記マスクを除去し、前記基板を前記カンチレバー
・ビーム及び前記先端部のための材料により被覆するス
テップ（ステップ３）と、４．フォトリソグラフィ及び乾式または湿式エッチング
により、前記カンチレバー・ビームのための材料を露出
するステップ（ステップ４）と、５．前記カンチレバー・ビーム表面の画定領域内におい
て、前記カンチレバー・ビームをパイレックス・ガラス
の固定ブロックに接着するステップ（ステップ５）と、６．異方性湿式エッチングにより、残りのウエハ・セグ
メントを前記カンチレバー・ビームの下側から除去する
ステップ（ステップ６）とを含む、方法。
【請求項１３】前記ステップ３で前記基板上に被覆され
た前記層が、化学機械式研磨または機械式研削により完
全に除去され、前記先端部のための充填された型が残さ
れ、続いて前記基板が前記カンチレバー・ビームに適し
た材料により被覆され、その後、前記ステップ４乃至６
が継続される、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】前記先端部の型が多結晶ダイヤモンドま
たはダイヤモンド状炭素膜により充填され、前記層が除
去され、前記基板がＣＶＤにより、前記カンチレバー・
ビーム材料としてのＳｉ₃Ｎ₄により被覆される、請求項１２及び１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】前記先端部及び前記ペデスタルのための
２レベル・マスクが製作され、ステップ毎に前記基板内
に転写され、型が所望の先端部及びペデスタル材料によ
り充填され、前記基板が所望のカンチレバー・ビーム材
料により被覆され、その後、前記ステップ４及び７、ま
たはステップ４及び５がそれぞれ継続される、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】前記先端部及び前記ペデスタルのための
前記型が、イオン・ビーム・エッチングまたは化学支援
イオン・ビーム・エッチング（ＣＡＩＢＥ）により、前
記基板内に転写される、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】前記先端部の先端が保護膜により保護さ
れ、前記先端部のシャフトが等方性エッチングにより細
められる、矢印形状の前記先端部を形成する、請求項１
２乃至１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】フォーカスされる電子ビームにより、円
錐状の先端部が溶融され、球状の前記先端部を形成す
る、請求項１２乃至１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】請求項１乃至１１記載の超小型機械式セ
ンサを使用して、高いアスペクト比を有する構造を測定
する方法。