DE4214400C2 - Auslegerchip für ein Abtastsondenmikroskop und Herstellungsverfahren - Google Patents
Auslegerchip für ein Abtastsondenmikroskop und HerstellungsverfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Auslegerchip
für ein Abtastsondenmikroskop und bezieht sich insbesondere
auf eine Anordnung eines Auslegerchips dieses Typs mit einer
Auslegereinrichtung und einer bei dem freien Ende der Ausle
gereinrichtung gebildeten Sondeneinrichtung sowie auf ein
Verfahren zur Herstellung eines Auslegerchips.
Aus der veröffentlichten, ungeprüften japanischen Patentan
meldung Nr. 62-130302 von G. Wienisch, IBM, mit dem Titel
"Verfahren und Vorrichtung zur Bildung eines Bildes einer
Probenoberfläche" ist ein Atomkraftmikroskop (AFM = Atomic
Force Microscope) als ein Mikroskop bekannt geworden, welches
Techniken einschließlich einer Servotechnik eines Abtasttun
nelmikroskopes (STM = Scanning Tunneling Microscope) verwen
det, welches von Binning, Rohrer et al. erfunden wurde und
welche die Beobachtung eines isolierenden Materiales in einer
atomaren Größenordnung, welche mit dem STM schwierig ist, zu
läßt.
Die Anordnung des AFM ist ähnlich zu derjenigen des STM, wo
bei das AFM als eines der Abtastsondenmikroskope entwickelt
wurde. Bei dem AFM ist ein Auslegerchip mit einer spitzen
bzw. scharfen vorstehenden Einrichtung (Sondeneinrichtung)
bei dessen freiem Ende in der Nähe einer gegenüberliegenden
Probe angeordnet. Die Probe wird in X- und Y-Richtung abgeta
stet, während die Bewegung des Auslegerchips, welcher durch
eine zwischen den Atomen in dem distalen Ende der Sondenein
richtung und den Atomen in der Sonde wirkende räumliche Kraft
bewegbar ist, elektrisch oder optisch gemessen wird, wobei
die räumliche Beziehung zwischen der Probe und der Sondeneinrichtung
des Auslegerchips relativ zueinander geändert wird,
wodurch Information über die Oberflächenform und dgl. der
Probe auf eine dreidimensionale Weise erhalten wird.
Seit dem Vorschlag von T. R. Albrecht et al., einen SiO2-
Auslegerchip durch Anwenden eines Halbleiter-IC-Herstellungs
prozesses (Thomas R. Albrecht, Calvin F. Quate: Atomic reso
lution imaging of a nonconductor by Atomic force Microscopy,
J. Appl. Phys. 62 (1987) 2599) zu fertigen, wurde die Her
stellung des Auslegerchips für ein Abtastsondenmikroskop mit
exzellenter Reproduzierbarkeit und hoher Präzision in der
Größenordnung von µm ermöglicht. Mit dem sog. Batch-Prozeß
kann ein kostengünstiger Auslegerchip hergestellt werden.
Dementsprechend ist dieser Auslegerchip, der durch Anwenden
des Halbleiter-IC-Herstellungsprozesses hergestellt ist, weit
verbreitet.
S. Akamine et al. schlagen einen Auslegerchip mit einer Son
deneinrichtung vor, welche ein ausgeprägtes chipdistales Ende
von weniger als 40 nm aufweist, welche durch Anwendung des
Halbleiter-IC-Herstellungsprozesses hergestellt wird (S. Aka
mine, R. C. Barrett und C. F. Quate: Improved atomic force
microscope images using microcantilevers with sharp tips,
Appl. Phys. Lett. 57(3), 1990, S. 316). Fig. 12 zeigt eine
schematische Ansicht eines Auslegerchips für ein Abtastson
denmikroskop, und Fig. 13 stellt eine longitudinale Quer
schnittsansicht desselben dar. Ein Auslegerchip 10 wird unter
Verwendung eines Silizium-Wafers als Startmaterial herge
stellt und weist hauptsächlich eine aus Siliziumnitrid her
gestellte Auslegereinrichtung 11, eine aus Silizium herge
stellte Sondeneinrichung 12, sowie eine aus Silizium herge
stellte Stützeinrichtung 13 auf.
In den Fig. 14A bis 14H ist ein Verfahren zur Herstellung
dieses Auslegerchips dargestellt.
Es wird ein Silizium-Wafer 21 mit einer (100)-
Oberflächenorientierung verwendet, dessen beide Oberflächen
poliert sind (Fig. 14A), und es werden Siliziumnitridfilme 22
und 23 auf dessen beiden Oberflächen gebildet. Der Silizium
nitridfilm 23 auf der unteren Oberfläche wird durch Photoli
thographie strukturiert, und es wird anisotropes Ätzen durch
geführt mit einer wäßrigen Kaliumhydroxidlösung unter Verwen
dung des verbleibenden Siliziumnitridfilmes als Maske. Als
Ergebnis hiervon wird die Dicke des Silizium-Wafers 21 zur
Erhaltung einer Membran 24 verringert (Fig. 14B).
Daran anschließend wird ein Siliziumnitridfilm 25 auf der un
teren Oberfläche des Wafers 21 abgeschieden. Ein Photolack 26
wird zur Bedeckung der oberen Oberfläche des Wafers 21 ausge
bildet und durch Photolithographie strukturiert (Fig. 14C).
Unter Verwendung des Photolackes 26 als Maske wird reaktives
Ionenätzen (RIE) durchgeführt zur Bildung einer Durchgangs
öffnung durch den Film 22, die Membran 24 und den Film 25,
und anschließend wird der Photolack 26 entfernt (Fig. 14D).
Fig. 14E zeigt in schematischer Ansicht den resultierenden
Wafer in einer Darstellung schräg von oben.
Es wird ein Oxidfilm 27 durch Oxidation auf einer
Siliziumoberfläche gebildet, welche freiliegt, wenn RIE
durchgeführt wurde, um die Durchgangsöffnung durch die Mem
bran wie oben beschrieben zu bilden. Der Siliziumnitridfilm
22 auf der Oberfläche des Wafers 21 wird durch Plasmaätzen
entfernt, und es wird ein isotropes Naßätzen mit einer wäßri
gen Kaliumhydroxidlösung durchgeführt. Das Ätzen wird durch
den Siliziumoxidfilm 27 und den Siliziumnitridfilm 25 (Fig.
14G) gestoppt. Schließlich wird der Siliziumoxidfilm 27 durch
Flußsäure entfernt, um den Auslegerchip 10 für ein Abtastson
denmikroskop zu erhalten, welcher eine tetraedrische Sonden
einrichtung aufweist, wie es in Fig. 12 (Fig. 14H) darge
stellt ist.
Wenn entsprechend diesem Herstellungsverfahren die
Auslegereinrichtung auf einem Auslegerchip mit einem triangu
laren freien Ende ausgebildet wird, wird automatisch eine
Sondeneinrichtung auf dem distalen Endabschnitt des freien
Endes gebildet. Mit anderen Worten kann die Sondeneinrichtung
aufgrund einer sogenannten Selbstjustierung ausgebildet wer
den. Dementsprechend muß die Strukturierung der Sondenein
richtung nicht separat ausgerichtet oder freigelegt werden,
und der Auslegerchip kann mit hoher Präzision hergestellt
werden.
Da bei dem obig beschriebenen Verfahren die Steuerung der
Ätzrate der Naßätzung schwierig ist, ist es schwierig, die
Membran 24 derart einzustellen, daß sie eine vorbestimmte
Dicke aufgrund des Naßätzens des Silizium-Wafers 21 von der
unteren Oberfläche aufweist, was bei diesem Verfahren ein
Problem darstellt. Somit ist eine Verbesserung wünschenswert.
Die Länge des distalen Endabschnittes eines Auslegerchips
wird durch die Dicke der Membran bestimmt. Wenn dementspre
chend eine Vielzahl von Auslegerchips in demselben Wafer ge
bildet werden, unterscheiden sich die Längen der Sondenein
richtungen der jeweiligen Auslegerchips entsprechend den Dic
ken der Membranen, falls die Oberflächenverteilung der Mem
brandicke groß ist.
Die Länge der Sondeneinrichtung beeinflußt die Reproduzier
barkeit der Oberflächenform der Probe auf ein AFM-Bild. Falls
die Länge der Sondeneinrichtung übermäßig groß ist, wird das
auf die Sondeneinrichtung nach Aufnahme einer senkrecht zur
Axialrichtung der Sondeneinrichtung wirkenden Kraft anlie
gende Moment groß, so daß das AFM-Bild die Oberflächenform
der Probe nicht korrekt wiedergibt. Aus diesen Gründen ist es
wünschenswert, eine Vielzahl von Auslegerchips mit Sondenein
richtungen mit scharfen distalen Enden und derselben Sonden
einrichtungslänge mit dem Batch-Prozeß herzusstellen, und ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen Auslegerchips vorzu
sehen.
Bei dem obig beschriebenen Verfahren wird ein Silizium-Wafer
mit einer Orientierung von (100) als Start-Wafer verwendet.
Aus diesem Grunde besteht die tetraedische Sondeneinrichtung,
welche bei dem freien Ende der in Fig. 12 gezeigten Auslege
einrichtung gebildet ist, aus einer (111)-Ebene 15, einer die
Auslegereinrichtung berührenden Oberfläche 16 und Seitenober
flächen 17 und 18, welche entsprechend der in den Fig. 14E
bis 14H dargestellten Schritte ausgebildet sind. Da die Form
der Sondeneinrichtung durch lediglich die Dicke der Membran
24 gemäß Fig. 14B bestimmt wird, können lediglich dieselben
Sondeneinrichtungen gebildet werden, wenn eine Vielzahl von
Auslegerchips auf demselben Wafer gebildet werden.
Aus dem Kreis der Anwender ergab sich die Forderung nach ei
nem Abtastsondenmikroskop, welches die selektive Verwendung
von unterschiedlichen Formen von Sondeneinrichtungen ermög
licht, um Proben mit unterschiedlichen Formen zu messen. Bei
spielsweise besteht bei den Anwendern der Wunsch, selektiv
Sondeneinrichtungen mit unterschiedlichem Seitenverhältnis zu
verwenden. In diesem Fall ist das Seitenverhältnis das Ver
hältnis der Höhe von beispielsweise einer Sondeneinrichtung
zur typischen Länge einer Oberfläche, welche eine Ausleger
einrichtung berührt.
Im Hinblick auf diese Forderung kann ein durch die beiden
Seitenoberflächen 17 und 18 (in Fig. 12A) einer Sondenein
richtung definierter Winkel beliebig durch die Gestaltung der
Maske für die Photolithographie bestimmt werden. Jedoch be
trägt der durch die (111)-Ebene 15 und die Auslegereinrich
tung berührende Oberfläche 16 definierte Winkel stets 54,74°.
Da desweiteren das vorstehend beschriebene Verfahren ferner
den anfänglichen Schritt der Ausbildung einer Membran (Fig.
14B) umfaßt, kann der Wafer bei einem nachfolgenden Schritt
leicht zerbrechen, mit dem Resultat einer geringen Ausbeute.
Da während der Wafer-Behandlung ein erheblicher Aufwand an
Vorsichtsmaßnahmen zu treffen ist, ergibt sich ein größerer
Zeitbedarf für die Herstellung, welcher zwangsläufig mit ei
nem Kostenanstieg verbunden ist.
Da desweiteren bei dem vorstehend beschriebenen Auslegerchip
die Auslegereinrichtung einem Siliziumnitridfilm besteht,
kann die Dicke der Auslegereinrichtung lediglich bis zu einem
Maximalwert von 1 µm eingestellt werden. Demzufolge ist es
schwierig, eine Auslegereinrichtung mit einer großen Feder
konstanten auszubilden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ausle
gerchip mit gleichbleibender Qualität zur Verfügung zu stel
len unter Verwendung eines Wafers als Startmaterial, welcher
eine Ätzstoppschicht zur Lösung des Problems bei der Naßät
zung aufweist.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Auslegerchip für
ein Abtastsondenmikroskop zur Verfügung zu stellen, bei dem
eine oder mehrere Auslegereinrichtungen und Sondeneinrichtun
gen auf jeder der beiden Seiten einer einzelnen Stützeinrich
tung vorgesehen sind, wobei die bei den freien Enden der je
weiligen Auslegereinrichtungen gebildeten Sondeneinrichtungen
unterschiedliche Seitenverhältnisse aufweisen.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für einen
Anwender eines Abtastsondenmikroskopes, welcher Messungen un
ter Verwendung dieses Auslegerchips durchführt, zu ermögli
chen, eine Sondeneinrichtung mit einem gewünschten Seitenver
hältnis auszuwählen.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Wafer-Bruch
während der Herstellung zu verhindern und dadurch die Aus
beute des Auslegerchips zu vergrößern.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Auslegerchip mit einer Auslegereinrichtung zur Verfügung zu
stellen, welche eine größere Federkonstante aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Auslegerchip mit den Merkmalen
der Patentansprüche 1 oder 5, und durch ein Verfahren zur
Herstellung einer Vielzahl von Auslegerchips mit den Merkmalen
der Patentansprüche 9 oder 17, und durch ein Verfahren
zur Herstellung eines Auslegerchips mit den Merkmalen des Pa
tentanspruches 20 gelöst.
Bei einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist
ein Auslegerchip für ein Abtastsondenmikroskop vorgesehen,
welcher aufweist: eine Auslegereinrichtung; eine bei einem
freien Ende der Auslegereinrichtung gebildete Sondeneinrich
tung; und eine Stützeinrichtung zum Stützen eines benachbar
ten bzw. proximalen Endes der Auslegereinrichtung, wobei eine
Stufe zwischen der Auslegereinrichtung und der Stützeinrich
tung derart gebildet ist, daß die Stützeinrichtung von einer
Oberfläche der Auslegereinrichtung auf der Seite der gebilde
ten Sondeneinrichtung zurückgesetzt ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein Auslegerchip für ein Abtastsondenmikroskop vorgese
hen, welcher aufweist: eine erste und eine zweite Ausleger
einrichtung; eine erste und eine zweite Sondeneinrichtung,
welche jeweils bei freien Enden der ersten und der zweiten
Auslegereinrichtung gebildet sind; und eine Stützeinrichtung
zum Stützen der benachbarten Enden der ersten und der zweiten
Auslegereinrichtung, wobei die erste und die zweite Sonden
einrichtung unterschiedliche Seitenverhältnisse aufweisen.
Bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung einer Viel
zahl von Auslegerchips für ein Abtastsondenmikroskop vorgese
hen, wobei jeder der Auslegerchips eine Auslegereinrichtung,
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung gebildete
Sondeneinrichtung, und eine Stützeinrichtung zum Stützen ei
nes benachbarten Endes der Auslegereinrichtung aufweist, wo
bei das Verfahren die Schritte aufweist: Vorsehen eines
Start-Wafers, wobei der Start-Wafer eine Ätzstoppschicht,
eine mit einer oberen Oberfläche der Ätzstoppschicht gebon
dete erste Halbleiterschicht, und eine mit einer unteren
Oberfläche der Ätzstoppschicht gebondete zweite Halblei
terschicht aufweist; Ätzen eines Teiles der zweiten
Halbleiterschicht des Wafers, bis die Ätzstoppschicht er
reicht ist, und Verringern einer Dicke eines Abschnittes ei
nes Wafers entsprechend dem geätzten Abschnitt zur Herstel
lung einer Membran; Ätzen und Entfernen eines freiliegenden
Teiles der Ätzstoppschicht; Abscheiden eines Konstituenten-
Materials der Auslegereinrichtung auf einen freiliegenden Ab
schnitt der ersten Halbleiterschicht, welche durch Entfernen
eines Teiles der Ätzstoppschicht und eines Teiles der zweiten
Halbleiterschicht auf dessen beiden Seiten freiliegt, wodurch
eine prospektive bzw. zukünftige Auslegereinrichtungsschicht
gebildet wird; Strukturieren eines Teiles einer resultieren
den Struktur zur Bildung einer Öffnung, welche sich durch die
Membran erstreckt; Oxidieren eines Oberflächenabschnittes der
zweiten Halbleiterschicht, welche in der Öffnung freiliegt,
zur Ausbildung eines Oxidfilmes; Ätzen der ersten Halbleiter
schicht, bis das Ätzen durch die prospektive Auslegereinrich
tungsschicht und den Oxidfilm gestoppt ist, wodurch ein na
delähnlicher Abschnitt auf der prospektiven Auslegereinrich
tungsschicht gebildet wird; und Entfernen des Oxidfilmes.
Bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren entsprechend der dritten Ausführungsform
vorgesehen, bei der: die erste Halbleiterschicht aus einer
monokristallinen Schicht oder einer dotierten monokristalli
nen Schicht hergestellt ist, und eine Oberflächenorientierung
der ersten Halbleiterschicht von einer Ebene geneigt ist; und
der somit hergestellte Auslegerchip eine erste und eine
zweite Auslegereinrichtung, eine erste und zweite Sondenein
richtung, die jeweils bei den freien Enden der ersten und der
zweiten Auslegereinrichtung gebildet sind, und eine einzelne
Stützeinrichtung zum Stützen von benachbarten Enden der er
sten und der zweiten Auslegereinrichtung aufweisen, wobei die
erste und die zweite Sondeneinrichtung unterschiedliche Sei
tenverhältnisse aufweisen.
Bei einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung einer Viel
zahl von Auslegerchips für ein Abtastsondenmikroskop vorgesehen,
wobei jedes der Auslegerchips eine Auslegereinrichtung,
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung gebildete
Sondeneinrichtung, und eine Stützeinrichtung zum Stützen ei
nes benachbarten Endes der Auslegereinrichtung aufweist, wo
bei das Verfahren die Schritte umfaßt: Vorsehen eines Start-
Wafers, wobei der Start-Wafer eine Ätzstoppschicht, eine mit
einer oberen Oberfläche der Ätzstoppschicht gebondete erste
Halbleiterschicht, und eine mit einer unteren Oberfläche der
Ätzstoppschicht gebondete zweite Halbleiterschicht aufweist;
Ätzen eines Teiles der ersten Halbleiterschicht und eines
Teiles der Ätzstoppschicht des Wafers von einer oberen Ober
fläche, bis die zweite Halbleiterschicht erreicht ist, wo
durch eine Öffnung gebildet wird, die sich durch die erste
Halbleiterschicht und die Ätzstoppschicht erstreckt; Bilden
eines Oxidfilmes auf Oberflächen der ersten und der zweiten
Halbleiterschicht, welche innerhalb und außerhalb der Öffnung
freiliegen; Entfernen des Oxidfilmes, bis auf den in der Öff
nung gebildeten Teil; Ätzen eines Teiles der zweiten Halblei
terschicht von einer unteren Oberfläche, bis die Ätzstopp
schicht erreicht ist, zur Verringerung der Dicke eines Ab
schnittes des Wafers entsprechend der Öffnung, wodurch eine
Membran hergestellt wird; Ätzen der ersten Halbleiterschicht,
bis das Ätzen durch die Ätzstoppschicht und den Oxidfilm ge
stoppt ist, wodurch ein nadelähnlicher Abschnitt auf der Ätz
stoppschicht gebildet wird; und Entfernen des Oxidfilmes.
Da bei dem Auslegerchip entsprechend der ersten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung eine Stufe zwischen der
Auslegereinrichtung und der Stützeinrichtung auf einer Seite
gegenüber der zu messenden Probe ausgebildet ist, wird der
Kontakt zwischen der Probe und der Stützeinrichtung vermin
dert.
Da bei dem Auslegerchip entsprechend der zweiten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung mehr als ein Paar einer
Auslegereinrichtung und einer Sondeneinrichtung auf einem
einzelnen Auslegerchip vorgesehen sind, und die jeweiligen
Sondeneinrichtungen unterschiedliche Seitenverhältnisse aufweisen,
kann eine Sondeneinrichtung mit einem gewünschten
Seitenverhältnis selektiv verwendet werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Auslegerchips
entsprechend der dritten Ausführungsform der vorliegenden Er
findung kann das Ätzen, welches die Längen der Sondeneinrich
tung und der Auslegereinrichtung bestimmt, zuverlässig bei
einer vorbestimmten Position gestoppt werden, wodurch eine
Vielzahl von Auslegerchips mit Sondeneinrichtungen derselben
Länge und Auslegereinrichtungen mit derselben Länge gleich
zeitig gebildet werden können.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Auslegerchips
entsprechend der vierten Ausführungsform der vorliegenden Er
findung kann ein Auslegerchip mit einer Vielzahl von Sonden
einrichtungen mit unterschiedlichen Seitenverhältnissen ge
bildet werden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Auslegerchips
entsprechend dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird ein Bruch des Auslegerchips während der Her
stellung verhindert, so daß die Ausbeute des Auslegerchips
verbessert wird. Ferner kann ein Auslegerchip mit einer Aus
legereinrichtung mit einer großen Federkonstanten vorgesehen
werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung un
ter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Auslegerchips
für ein Abtastsondenmikroskop entsprechend dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er
findung;
Fig. 2 eine längsweise Schnittansicht des in Fig. 1
dargestellten Auslegerchips;
Fig. 3 die Anordnung einer Vielzahl von Auslegerchips,
welche in einem Wafer gebildet sind;
Fig. 4 eine entlang der Linie IVa-O-VIb gemäß Fig. 3 ge
nommene Schnittansicht;
Fig. 5A bis 5K aufeinanderfolgende Darstellungen der
Schritte zur Herstellung des in Fig. 1 darge
stellten Auslegerchips;
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Ausleger
chips für ein Abtastsondenmikroskop entsprechend
dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 7 eine längsweise Schnittansicht des in Fig. 6
dargestellten Auslegerchips;
Fig. 8 eine Anordnung einer Vielzahl von in einem Wafer
ausgebildeten Auslegerchips;
Fig. 9 eine entlang der Linie IXa-O-IXb gemäß Fig. 8
genommene Schnittansicht;
Fig. 10A bis 10L aufeinanderfolgende Darstellungen der
Schritte zur Herstellung des in Fig. 6 darge
stellten Auslegerchips;
Fig. 11A und 11B schematische Darstellungen eines Unter
schiedes im Zustand eines Wafers, der keine Ätz
stoppschicht aufweist, und eines Wafers, der eine
Ätzstoppschicht aufweist, während eines Herstel
lungsverfahrens;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines Auslegerchips
für ein Abtastsondenmikroskop;
Fig. 13 eine längsweise Schnittansicht des in Fig. 12
dargestellten Auslegerchips;
Fig. 14A bis 14H aufeinanderfolgende Darstellungen der
Schritte zur Herstellung des in Fig. 13 darge
stellten Auslegerchips;
Fig. 15 eine perspektivische Darstellung eines Ausleger
chips für ein Abtastsondenmikroskop entsprechend
dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 16 eine längsweise Schnittansicht des in Fig. 15
dargestellten Auslegerchips; und
Fig. 17A bis 17I aufeinanderfolgende Darstellungen der
Schritte zur Herstellung des in Fig. 15 darge
stellten Auslegerchips.
Ein in Fig. 1 dargestellter Auslegerchip 30 entsprechend dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist
eine Auslegereinrichtung 31, eine bei dem freien Ende des
Auslegerchips 30 gebildete Sondeneinrichtung 32 und eine
Stützeinrichtung 33 des Auslegerchips 30 auf. Eine Oberfläche
der Auslegereinrichtung 31 gegenüberliegend zur Sondenein
richtung 32 bildet eine Spiegeleinrichtung 34 zum Reflektie
ren von Licht.
Fig. 2 stellt eine Schnittansicht des Auslegerchips des er
sten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung dar,
welche entlang der längsweisen Richtung bei dem zentralen Ab
schnitt genommen wurde. Der Auslegerchip des ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich
in der Form von dem eingangs beschriebenen Auslegerchip (Fig.
12 und 13) dadurch, daß eine Stufe bei dem benachbarten Ende
der Auslegereinrichtung 31 bezüglich der Stützeinrichtung 33
gebildet ist.
Die Fig. 5A bis 5K zeigen ein Verfahren zur Herstellung des
Auslegerchips entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Anord
nung einer Vielzahl von Auslegerchips, welche in einem Wafer
W gebildet sind, und Fig. 4 zeigt eine entlang der Linie 4a-
O-4b gemäß Fig. 3 genommene Schnittansicht.
Der Auslegerchip entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet einen Wafer 40 mit drei
Schichten als Start-Wafer, wie es in Fig. 5A gezeigt ist.
Eine erste Schicht 41 stellt eine monokristalline Silizium
schicht dar, und eine zweite Schicht 42 stellt eine aus Sili
ziumdioxid hergestellte Ätzstoppschicht dar. Eine zuunterste
dritte Schicht 43 stellt eine monokristalline Siliziumschicht
dar.
Auf den beiden Oberflächen des Wafers 40 werden
Siliziumnitridfilme 44 und 45 gebildet (Fig. 5B), und der Si
liziumnitridfilm 45 auf der unteren Oberfläche wird teilweise
durch Photolithographie entfernt. Unter Verwendung des ver
bleibenden Siliziumnitridfilmes 45 als eine Maske wird aniso
tropes Ätzen durchgeführt mittels beispielsweise einer wäßri
gen Kaliumhydroxidlösung. Hierbei wird von der Tatsache Ge
brauch gemacht, daß die Ätzrate dieses Ätzmittels in (111)-
Richtung gering ist im Vergleich zu einer (100)-Ebene, um an
isotropes Ätzen durchzuführen. D. h., die aufgrund dieses
Membranherstellungsschrittes gebildeten geneigten Oberflächen
46 und 47 gemäß Fig. 5C stellen (111)-Siliziumebenen dar.
Da bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung die Siliziumdioxidschicht 42 als Ätzstoppschicht in dem
Wafer 40 vorhanden ist, wird die Naßätzung bei dieser Schicht
42 gestoppt (Fig. 5C).
Die freiliegende Siliziumdioxidschicht 42 wird durch eine
gepufferte Flußsäure (eine Lösungsmischung von Flußsäure und
Ammoniumflorid) geätzt (Fig. 5D).
Auf den geätzten Abschnitt wird zur Erhaltung des in Fig. 5E
gezeigten Zustandes ein Siliziumnitridfilm 48 abgeschieden.
Da der Siliziumnitridfilm 48 schließlich als die Auslegerein
richtung dient, werden die mechanischen Konstanten, bei
spielsweise die Federkonstante der Auslegereinrichtung, wel
che von der Dicke der Auslegereinrichtung abhängen, bei der
Bildung des Filmes 48 bestimmt.
Die Fig. 5F und 5G zeigen die von der oberen Oberfläche des
Wafers her durchgeführte Photolithographie. Zuerst wird ein
Photolack 49 durch Abscheidung gebildet und strukturiert. Die
Membran mit dem Siliziumnitridfilm 44, der Siliziumschicht 41
und dem Siliziumnitridfilm 48 wird durch Plasmatrockenätzen
zur Ausbildung einer Öffnung geätzt, welche sich von der obe
ren Oberfläche zur unteren Oberfläche erstreckt. Die Formge
bungen des Auslegerchips, die nicht die Dicke betreffen, bei
spielsweise die Länge und Breite des Auslegerchips, werden
durch diese Strukturierung bestimmt.
Darauffolgend wird die in dem vorhergehenden Schritt freige
legte Siliziumoberfläche zur Bildung eines Siliziumdioxid
filmes 50 oxidiert (Fig. 5H). Daran anschließend wird der Si
liziumnitridfilm 44 auf der oberen Seite durch Plasmatroc
kenätzen entfernt (Fig. 5I), und es wird anisotropes Ätzen
durch Naßätzen durchgeführt. Das Ätzen wird im wesentlichen
gestoppt, wenn der Siliziumnitridfilm 48 und der Siliziumdio
xidfilm 50 erreicht ist, so daß nadelähnliche Abschnitte 51
mit einer tetraedrischen Struktur gemäß Fig. 5J erhalten wer
den.
Schließlich wird die Siliziumdioxidschicht 42 mittels einer
gepufferten Flußsäure entfernt, um Auslegerchips 30a und 30b
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung für das Abtastsondenmikroskop zu erhalten, wie es in
Fig. 5K gezeigt ist.
Nachdem die Auslegerchips 30a, 30b erhalten worden sind, wird
im allgemeinen die untere Oberfläche der Auslegereinrichtung
mit Gold oder dergleichen bedeckt zur Bildung einer Spiegel
einrichtung, um die Reflektivität von Licht des Auslegerchips
und das Rauschverhältnis des Bewegungsmeßsystems zu ver
größern.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
stellt der als Start-Wafer mit der Ätzstoppschicht verwendete
Wafer einen sogenannten SIMOX-(Separation by Implanted Oxy
gen)-Wafer dar, der durch Implantieren von Sauerstoff in
einen Silizium-Wafer hergestellt ist, oder einen Bulk-Wafer,
der durch Bonden von zwei Silizium-Wafer unter Verwendung ei
ner Siliziumdioxidschicht als Bondschicht erhalten wurde.
Wenn ein SIMOX-Wafer als Start-Wafer verwendet wird, ist, da
die Siliziumschicht auf der oberen Seite normalerweise eine
Dicke von 1 µm oder weniger aufweist, der SIMOX-Wafer selbst
als der Start-Wafer außerordentlich dünn gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Somit wird
Silizium epitaktisch auf dieser Siliziumschicht zur Vergröße
rung der Dicke abgeschieden.
Wenn ein Bulk-Wafer als Start-Wafer verwendet ist, ist, da
die Siliziumschicht auf der oberen Seite normalerweise eine
Dicke von 10 µm oder mehr aufweist, der Bulk-Wafer außeror
dentlich dick als Start-Wafer der vorliegenden Erfindung. So
mit wird der Bulk-Wafer zur Verringerung der Dicke poliert.
Insbesondere ist die Ätzstoppschicht vorzugsweise näher an
zumindest der oberen Oberfläche des Start-Wafers als zur un
teren Oberfläche. Die Dicke der Siliziumschicht auf der oberen
Seite, welche durch Epitaxie oder nach Polierung erhalten
wurde, wird aus einem Bereich von 1 bis etwa 30 µm und bevor
zugt von etwa 1 bis 5 µm ausgewählt.
Als Material für den Auslegerchip wird bevorzugterweise ein
Halbleitermaterial verwendet, repräsentiert durch Si oder
eine aus Halbleitermateralien erhaltene Zusammensetzung, da
der Halbleiterchip entsprechend einem Halbleiter-IC-Herstel
lungsprozeß hergestellt wird. Ein durch Dotierung erhaltenes
Material kann ebenfalls auf ähnliche Weise Verwendung finden.
Wenn bei dem Auslegerchip entsprechend dem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Membran
mit einer gewünschten Dicke erhalten werden soll, kann der
Ätzprozeß im Vergleich zu dem gemäß den Fig. 12 und 13 herge
stellten Auslegerchip (gemäß dem Vorschlag von S. Akamine et
al.) sehr leicht gestoppt werden. Als Ergebnis hiervon kann
ein Auslegerchip mit gleichbleibender Qualität gemäß der Pro
blemstellung dieser Erfindung hergestellt werden. Damit kann
gleichzeitig eine Vielzahl von Auslegerchips mit Sondenein
richtungen derselben Länge bei den distalen Enden der Ausle
gereinrichtungen als ein typisches Beispiel für einen derar
tigen Auslegerchip hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Herstellung von
Auslegerchips mit Sondeneinrichtungen derselben Länge bei
demselben Wafer begrenzt. Selbst wenn unterschiedliche Wafer
als Start-Wafer verwendet werden, sofern die Tiefen der je
weiligen Ätzstoppschichten ausgehend von den Wafer-Oberflä
chen dieselben sind, können Auslegerchips mit Sondeneinrich
tungen derselben Länge erhalten werden.
Als weiterer Vorteil können Auslegerchips mit
Auslegereinrichtungen mit derselben Länge hergestellt werden.
Das Vorhandensein der Ätzstoppschicht beeinflußt ferner die
Länge des Auslegerchips, wenn Photolithographie gemäß den
Fig. 5F und 5G durchgeführt wird unter Verwendung eines
Zweiseitenselbstjustierers, wobei eine Vielzahl von Ausleger
chipstrukturierungen derart gebildet werden, daß sich die
Auslegerchips gegenüberstehen, wie es in den Fig. 3 und 4
dargestellt ist. D. h., da die Fläche der zu bildenden Mem
bran gesteuert werden kann, können die Auslegerchips mit ei
ner gleichbleibenden Länge gebildet werden.
Da zwischen der Auslegereinrichtung und der Stützeinrichtung
auf der der zu messenden Probe zugewandten Seite eine Stufe
gebildet ist, wie vorstehend beschrieben, ist der Kontakt
zwischen der Probe und der Stützeinrichtung verringert. Aus
der Sicht dieses Vorteils ist die Dicke der Ätzstoppschicht
vorzugsweise groß. Die vorliegende Erfindung ist jedoch durch
diese Dicke nicht begrenzt.
Als Beispiel wird ein Verfahren zur Herstellung eines
Auslegerchips gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vor
liegenden Erfindung beschrieben.
Es wurde ein Auslegerchip gemäß den Fig. 1 und 2 entsprechend
dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung entsprach dem in
den Fig. 5A bis 5K dargestellten.
Als Start-Wafer wurde ein SIMOX-Wafer 40 mit einer
Oberflächenorientierung von (100) verwendet. Eine Silizium
schicht 41 auf der oberen Seite wurde mit einer Dicke von 3 µm
durch Epitaxie eingestellt.
Nach der Reinigung des Wafers 40 wurden Siliziumnitridfilme
44 und 45 auf den beiden Oberflächen des Wafers 40 mittels
eines LP-CVD-Systems gebildet (Fig. 5B). Der Siliziumnitrid
film auf der unteren Oberfläche wurde teilweise durch Photo
lithographie entfernt, und es wurde anisotropes Naßätzen mit
Ethylendiaminpyrocatechol-Wasser (EPW) durchgeführt, unter
Verwendung des verbleibenden Siliziumnitridfilmes 45 als
Maske.
Die Ätzzeit wurde nicht spezifisch gesteuert. Der Wafer 40
verblieb in dem EPW während einer Ätzzeit, die für die Erhal
tung der gewünschten Membrandicke benötigt wurde, welche aus
einer aufgrund eines vorhergehenden Experimentes erhaltenen
Ätzrate berechnet wurde. Wegen der in dem SIMOX-Wafer 40 vor
handenen Siliziumdioxidschicht 42 wurde die Naßätzung durch
die Schicht 42 gestoppt.
Die Siliziumdioxidschicht 42 wurde mit gepufferter Flußsäure
(eine Lösungsmischung von Flußsäure und Ammoniumfluorid) ge
ätzt.
Ein Siliziumnitridfilm 48 wurde mit einer Dicke von 400 nm
durch LP-CVD abgeschieden. Ein dicker Photolack 49 wurde zur
Bedeckung der Oberfläche des Wafers 40 gebildet und struktu
riert. Daran anschließend wurde die Membran durch RIE-Plasma
trockenätzen unter Verwendung eines CBrF3-Gases unter Ausbil
dung einer Öffnung geätzt, welche sich von der oberen Ober
fläche bis zur unteren Oberfläche des Wafers erstreckt.
Die somit erhaltene Struktur wurde in einen Diffusionsofen
zur Bildung eines Siliziumdioxidfilmes 50 auf der Silizi
umoberfläche, welche durch den RIE-Prozeß freigelegt wurde,
gesetzt.
Daran anschließend wurde der Siliziumnitridfilm 44 auf der
oberen Seite durch Plasmatrockenätzen entfernt. Die Silizium
schicht 41 wurde einem anisotropen Naßätzen durch das EPW un
terzogen. Daran anschließend wurde der Siliziumdioxidfilm 42
durch eine gepufferte Flußsäure entfernt. Schließlich wurde
die untere Oberfläche der Auslegereinrichtung mit Chrom und
Gold durch eine Vakuumabscheidung zur Ausbildung einer Spie
geleinrichtung bedeckt, womit ein Auslegerchip für das Ab
tastsondermikroskop entsprechend dem ersten Ausführungsbei
spiel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
Bei dem Auslegerchip des ersten Ausführungsbeispieles der
vorliegenden Erfindung, welcher auf diese Weise erhalten
wurde, wurden Sondeneinrichtungen mit derselben Länge bei den
distalen Enden der jeweiligen Auslegereinrichtungen in den
selben Wafern gebildet, und es wurde eine Vielzahl von Ausle
gerchips mit gleichbleibender Qualität gleichzeitig erhalten.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausleger
chips für das Abtastsondenmikroskop entsprechend einem zwei
ten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ein Auslegerchip 130 gemäß Fig. 6 entsprechend einem zweiten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist
Auslegereinrichtungen 141 und 151, Sondeneinrichtungen 142
und 152, welche bei den freien Enden der jeweiligen Ausleger
einrichtungen vorgesehen sind, und eine Stützeinrichtung 137
für die Auslegereinrichtungen 141 und 151 auf. Die den Son
deneinrichtungen gegenüberliegenden Oberflächen der Auslege
rerinrichtungen 141 und 151 bilden Spiegeleinrichtungen zur
Reflexion von Licht.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht des Auslegerchips entspre
chend der vorliegenden Erfindung, genommen entlang der längs
weisen Richtung. Wenn der Auslegerchip der vorliegenden Er
findung mit dem eingangs beschriebenen Auslegerchip (Fig. 12
und 13) verglichen wird, unterscheiden sie sich in der Form
dadurch, daß zwei Paare von Auslegereinrichtungen und Sonden
einrichtungen mit einer einzigen Stützeinrichtung vorgesehen
sind und die beiden Sondeneinrichtungen unterschiedliche
Formgebung aufweisen.
Die die jeweiligen Sondeneinrichtungen bildenden Oberflächen
143 und 153 bilden unterschiedliche Winkel zusammen mit den
entsprechenden Auslegereinrichtungen 141 und 151. Sowohl die
Oberflächen 143 als auch 153 haben (111)-Ebenen und definie
ren einen Winkel von 70,52°. Die Sondeneinrichtung 142 weist
einen kleinen Scheitelwinkel und ein großes Seitenverhältnis
auf, während die Sondeneinrichtung 152 einen großen Scheitel
winkel und ein kleines Seitenverhältnis aufweist.
Auf diese Weise ist bei dem Auslegerchip entsprechend dem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine
Vielzahl von Auslegereinrichtungen mit Sondeneinrichtungen
unterschiedlicher Seitenverhältnisse bei demselben Ausleger
chip vorgesehen, wobei der Anwender selektiv auch eine ge
wünschte Auslegereinrichtung verwenden kann.
Auf ähnliche Weise weisen beide Oberflächen 139 und 138
(111)-Ebenen auf, wenn der Start-Wafer als Bezugsgröße be
trachtet wird und schneiden sich mit den entsprechenden Aus
legereinrichtungen bei unterschiedlichen Winkeln.
Die Fig. 10A bis 10L zeigen ein Verfahren zur Herstellung des
Auslegerchips entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 6. Fig. 8 zeigt eine
Anordnung P einer Vielzahl von in einem Wafer W gebildeten
Auslegerchips, und Fig. 9 stellt eine entlang der Linie IXa-
O-IXb gemäß Fig. 8 genommene Schnittansicht dar.
Der Auslegerchip entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet einen Wafer 160 mit drei
Schichten als Start-Wafer, wie es in Fig. 10A dargestellt
ist. Eine erste Schicht 161 stellt eine monokristalline Sili
ziumschicht dar mit einer Dicke von einigen bis einigen zehn
µm. Eine zweite Schicht 162 stellt eine aus Siliziumdioxid
hergestellte Ätzstoppschicht dar. Eine zuunterste dritte
Schicht 163 stellt eine monokristalline Siliziumschicht dar.
Die Oberflächenorientierung des Wafers 160 ist von einer
(100)-Oberfläche bei einem Winkel von θ geneigt.
Auf den beiden Oberflächen des Wafers 160 werden
Siliziumnitridfilme 164 und 165 gebildet (Fig. 10B), und der
Siliziumnitridfilm 165 auf der unteren Oberfläche wird teil
weise durch Photolithographie entfernt. Unter Verwendung des
verbleibenden Siliziumnitridfilmes 165 als Maske wird anisotropes
Ätzen durchgeführt, beispielsweise mittels einer wäß
rigen Kaliumhydroxidlösung. Dabei findet die Tatsache Verwen
dung, daß die Ätzrate dieses Ätzmittels in (111)-Richtung ge
ringer als in Richtung einer (100)-Ebene ist, um anisotropes
Ätzen durchzuführen. D. h., die durch diesen Membran
herstellungsschritt gebildeten geneigten Oberflächen 176,
177, 178 und 179 gemäß Fig. 100 stellen (111)-Siliziumebenen
dar.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Siliziumdioxidschicht
162 als Ätzstoppschicht in dem Wafer 160 vorhanden ist, wird
die Naßätzung bei dieser Schicht 162 gestoppt (Fig. 10D).
Dementsprechend werden die gemäß Fig. 100 gebildeten Stufen
entfernt. Die geneigten Oberflächen 166 und 167 weisen (111)-
Ebenen auf. Die Oberflächen 166 und 167 sind bei unterschied
lichen Winkeln bezüglich der Wafer-Oberfläche geneigt, da ein
Wafer mit einer bei einem Winkel von θ bezüglich der (100)-
Ebenen geneigten Orientierung als Start-Wafer verwendet wird.
Die freiliegende Siliziumdioxidschicht 162 wird durch eine
gepufferte Flußsäure (eine Lösungsmischung aus Flußsäure und
Ammoniumfluorid) geätzt (Fig. 10E).
Auf dem geätzten Abschnitt wird ein Siliziumnitridfilm 168
zur Erhaltung des in Fig. 10F gezeigten Zustandes abgeschie
den. Da der Siliziumnitridfilm 168 schließlich als Ausleger
einrichtung dient, werden die mechanischen Konstanten, wie
beispielsweise die Federkonstante der Auslegereinrichtung,
welche von der Dicke der Auslegereinrichtung abhängen, bei
dieser Bildung des Filmes 168 bestimmt.
Die Fig. 10G und 10H zeigen eine Photolithographie, welche
von der oberen Oberfläche des Wafers her durchgeführt wird.
Zuerst wird ein Photolack 169 durch Bedeckung gebildet und
strukturiert. Die Membran mit dem Siliziumnitridfilm 164, der
Siliziumschicht 161 und dem Siliziumnitridfilm 168 wird durch
Plasmatrockenätzung zur Bildung einer Öffnung geätzt, welche
sich von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche erstreckt.
Die Formgebung des Auslegerchips, welche nicht die
Dicke betreffen, also beispielsweise die Länge und die Breite
des Auslegerchips, werden durch diese Strukturierung festge
legt.
Darauffolgend wird die in dem vorhergehenden Schritt freige
legte Siliziumoberfläche zur Bildung eines Siliziumdioxid
filmes 170 oxidiert (Fig. 10I). Daran anschließend wird der
Siliziumnitridfilm 164 auf der oberen Seite durch Plasmatroc
kenätzen entfernt (Fig. 10J), und es wird anisotropes Ätzen
durch Naßätzen durchgeführt. Das Ätzen wird im wesentlichen
gestoppt, wenn der Siliziumnitridfilm 168 und der Siliziumdi
oxidfilm 170 erreicht wird, so daß nadelähnliche Abschnitte
171 mit einer tetraedischen Struktur gemäß Fig. 10K erhalten
werden.
Schließlich wird die Siliziumdioxidschicht 162 durch eine
gepufferte Flußsäure entfernt, womit Auslegerchips 130a und
130b der vorliegenden Erfindung für das Abtastsondenmikroskop
erhalten werden, wie es in Fig. 10L gezeigt ist. Obwohl diese
in zwei Teile unterteilt sind, zeigt Fig. 10L Auslegerein
richtungen und Sondeneinrichtungen auf den beiden Seiten ei
nes einzelnen Auslegerchips. Da eine Vielzahl von Ausleger
chips aus einem einzigen Wafer hergestellt wird, wie es in
den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, stellen die Auslegerchips
130a und 130b einen Teil von Auslegerchips dar, die benach
bart zueinander angeordnet sind.
Nachdem die Auslegerchips 130a und 130b erhalten wurden, wird
im allgemeinen die untere Oberfläche der Auslegereinrichtung
mit Gold oder dergleichen zur Bildung einer Spiegeleinrich
tung bedeckt, um die Reflexion von Licht der Oberfläche des
Auslegerchips und das Rauschverhältnis des Bewegungsmeßsy
stems zu verbessern.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung wird ein monokristalliner Wafer, beispielsweise eine
monokristalliner Silizium-Wafer als Start-Wafer verwendet.
S. Akamine et al. stellen die eingangs beschriebenen
Auslegereinrichtungen durch Verwenden von Silizium mit der
(100)-Ebene her. Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegen
den Erfindung ein Wafer mit einer Oberflächenorientierung,
welche bei einem Winkel θ bezüglich der (100)-Ebene geneigt
ist, falls der Wafer ein Silizium-Wafer ist, als Start-Wafer
verwendet. Der Wert von θ kann ein beliebiger Wert sein, so
fern die Sondeneinrichtungsoberflächen 143 und 153 gemäß Fig.
6 entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren gebil
det werden können. Da ein durch die (111)-Ebene und die
(100)-Ebene definierter Winkel 54,74° beträgt, ist es theore
tisch möglich, daß der Winkel θ gleich 35,26° (= 90° -
54,74°) oder weniger beträgt. Aus der Sicht der mechanischen
Festigkeit jeder Sondeneinrichtung beträgt der Winkel θ vor
zugsweise 30° oder weniger.
Wenn Sondeneinrichtungen mit unterschiedlichen
Seitenverhältnissen gebildet werden sollen, sollte, um diesen
Unterschied zu verdeutlichen, ein Wafer mit einem großen Win
kel θ verwendet werden. In diesem Fall weist der Start-Wafer,
welcher gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, be
vorzugterweise eine Ätzstoppschicht innerhalb des Wafers auf.
Dies wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11A und 11B beschrie
ben.
Die Fig. 11A und 11B zeigen Zustände während des Verfahrens
mit Hilfslinien X1 bis X4, deren Funktion sogleich erläutert
wird. In beiden Fällen gemäß der Fig. 11A und 11B ist ein bei
einem Winkel θ bezüglich der (100)-Ebene geneigter Wafer als
Start-Wafer verwendet. In Fig. 11A ist ein Wafer ohne Ätz
stoppschicht verwendet, und in Fig. 11B ist ein Wafer mit ei
ner Ätzstoppschicht 162 verwendet.
Wenn ein Wafer ohne Ätzstoppschicht verwendet ist, wie es in
Fig. 11A gezeigt ist, ist die Membran im Vergleich zur Wafer-
Oberfläche geneigt, da das Ätzen zur Bildung einer Membran
bei einem Punkt c weiter fortschreitet als bei einem Punkt h.
Dementsprechend ist es desweiteren schwierig, das anisotrope
Naßätzen zu steuern, auch im Vergleich zum eingangs beschrie
benen Fall. Wenn desweiteren das Verfahren auf diese Weise
fortfährt, weist die Auslegereinrichtung des Auslegerchips
auf der linken Seite eine Form auf, die durch die aufeinan
derfolgenden Punkte a und b, den Punkt c und die Punkte d und
e erhalten wird, und die Auslegereinrichtung des Ausleger
chips auf der rechten Seite weist im wesentlichen eine Form
auf, die durch die aufeinanderfolgenden Punkte f und g, den
Punkt h und die Punkte i und j erhalten wird. Bei den meisten
der derzeitigen AFMs wird, wenn ein Auslegerchip auf dem AFM
durch Verbinden einer unteren Oberfläche, beispielsweise die
zwischen den Punkten a und b gebildete Oberfläche, befestigt
wird, der Auslegerchip geneigt eingestellt, um einen Kontakt
des Auslegerchips mit der Probe zu vermeiden. Falls jedoch
die Auslegereinrichtungen eine wie vorstehend beschriebene
Formgebung aufweisen, muß der Auslegerchip weiter geneigt
sein, was zu einem Problem führt.
Wenn im Gegensatz dazu der Wafer mit der Ätzstoppschicht 162
als Start-Wafer verwendet ist, wie es in Fig. 11B dargestellt
ist, kann dieses Problem vermieden werden. Insbesondere wird,
selbst wenn die Membran durch anisotropes Naßätzen gebildet
wird, das Ätzen durch die aufgrund der Punkte C, E, F und H
definierten Oberfläche gestoppt. Damit wird, selbst wenn der
Prozeß fortfahren sollte, lediglich die Form oder das Seiten
verhältnis der Sondeneinrichtung geändert. Als Ergebnis kann
ein Auslegerchip hergestellt werden, bei dem wie bei dem ein
gangs beschriebenen Fall die Auslegereinrichtungsoberfläche
und die Wafer-Oberfläche parallel zueinander sind.
Als ein Wafer mit einer derartigen Ätzstoppschicht kann
vorzugsweise ein SIMOX-(Separation by Implanted Oxygen)-Wa
fer, welcher durch Implantieren von Sauerstoff erhalten
wurde, oder ein Bulk-Wafer, welcher durch Bonden von zwei Si
lizium-Wafer über eine Siliziumdioxidschicht als Bondschicht
erhalten wurde, bevorzugterweise verwendet werden. Beide Wafer
weisen die Eigenschafts auf, daß Siliziumdioxid durch mo
nokristallines Silizium zwischengelegt ist.
Wenn ein SIMOX-Wafer als Start-Wafer verwendet ist, ist, da
die Siliziumschicht der oberen Seite normalerweise eine Dicke
von 1 µm oder weniger aufweist, der SIMOX-Wafer selbst über
aus dünn als Start-Wafer der vorliegenden Erfindung. Somit
wird zur Vergrößerung der Dicke Silizium durch Epitaxie auf
diese Siliziumschicht abgeschieden.
Wenn ein Bulk-Wafer als Start-Wafer gewählt wird, ist, da die
Siliziumschicht auf der oberen Seite normalerweise eine Dicke
von 10 µm oder mehr aufweist, der Bulk-Wafer außerordentlich
dick als Start-Wafer der vorliegenden Erfindung. Somit wird
zur Verringerung der Dicke der Bulk-Wafer poliert.
Insbesondere liegt die Ätzstoppschicht vorzugsweise näher an
der zumindest der oberen Oberfläche des Start-Wafers als zur
unteren Oberfläche. Die Dicke der Siliziumschicht auf der
oberen Seite, welche durch Epitaxie oder nach einer Polierung
erhalten wird, wird aus einem Bereich von 1 bis etwa 30 µm
und vorzugsweise etwa 1 bis 5 µm ausgewählt.
Als Material für den Auslegerchip wird bevorzugtermaßen ein
Halbleitermaterial, repräsentiert durch Si oder eine aus
halbleitenden Materialien erhaltene Zusammensetzung, verwen
det, da der Auslegerchip gemäß einem Halbleiter-IC-Halblei
terverfahren hergestellt wird. Genauso gut kann auf ähnliche
Weise ein durch Dotieren eines derartigen Materials erhal
tenes Material verwendet werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann im Vergleich zu
dem in Fig. 12 und 13 dargestellten und von S. Akamine et al.
vorgeschlagenen Auslegechip ein Auslegerchip mit einer Viel
zahl von Sondeneinrichtungen unterschiedlicher Seitenverhält
nisse vorgesehen sein, wobei der Anwender selektiv eine Aus
legereinrichtung mit einer Sondeneinrichtung mit einem passend
für eine zu messende Probe gewählten Seitenverhältnis
anwenden.
Als sekundärer Effekt, der sich ergibt, wenn ein Wafer mit
einer Ätzstoppschicht als Start-Wafer verwendet wird, können
die Längen der Sondeneinrichtungen bei der Herstellung auf
denselben Wert eingestellt werden. Die Länge der Sondenein
richtung beeinflußt die Reproduzierbarkeit der Oberflächen
form der Probe eines AFM-Bildes. Falls die Länge der Sonden
einrichtung übermäßig lang ist, wird das auf die Sondenein
richtung nach dem Empfang einer senkrecht zur axialen Rich
tung der Sondeneinrichtung wirkenden Kraft angelegte Moment
groß, und das AFM-Bild wird die Oberflächenform der Probe
nicht korrekt wiedergeben.
Die Dicke der Membran legt letzlich die Länge der
Probeneinrichtung fest. Falls kein Wafer mit einer Ätzstopp
schicht verwendet wird, ist es schwierig, die Dicke der Mem
bran zu steuern, wie es in Fig. 11A gezeigt ist. In diesem
Fall werden Sondeneinrichtungen mit unterschiedlichen Längen
in individuellen Wafern gebildet, oder, auch wenn derselbe
Wafer verwendet wird, werden Sondeneinrichtungen mit unter
schiedlichen Längen aufgrund der Wafer-Oberflächenverteilung
der Ätzrate gebildet. Im Gegensatz hierzu, wenn ein Wafer mit
einer Ätzstoppschicht verwendet ist, können, da die Dicke der
Siliziumschicht auf der Ätzstoppschicht vorbestimmt ist, Son
deneinrichtungen derselben Länge zumindest innerhalb dessel
ben Wafers erhalten werden.
Selbst wenn eine Vielzahl von Wafern verwendet wird, können
Auslegerchips mit Sondeneinrichtungen derselben Länge durch
Verwenden eines Verfahrens erhalten werden, welches die Dic
kensteuerung als ein Verfahren zur Bildung einer Silizium
schicht zur Ausbildung einer Membran durchführen kann.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Auslegerchips entspre
chend dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin
dung wird im folgenden anhand eines Beispieles erläutert.
Es wurde ein Auslegerchip gemäß der Fig. 6 und 7 entsprechend
dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Aus
legerchips erfolgte gemäß den Fig. 10A bis 10L.
Als Start-Wafer wurde ein SIMOX-Wafer 160 mit einer bei 14°
von der (100)-Ebene geneigter Oberflächenorientierung verwen
det. Eine Siliziumschicht 161 auf der oberen Seite wurde mit
einer Dicke von 3 µm durch Epitaxie eingestellt.
Nach einer Reinigung des Wafers 160 wurden Siliziumnitrid
filme 164 und 165 auf den beiden Oberflächen des Wafers 160
durch das LP-CVD-System gebildet (Fig. 10B). Der Siliziumni
tridfilm 165 auf der unteren Oberfläche wurde teilweise ent
fernt durch Photolithographie, und es wurde anisotropes
Naßätzen durch Ethylendiaminpyrocatechol-Wasser (EPW) unter
Verwendung des verbleibenden Siliziumnitridfilmes 165 als
Maske durchgeführt.
Die Ätzzeit wurde nicht spezifisch gesteuert. Der Wafer 160
wurde in dem EPW länger als die für die Erzielung einer ge
wünschten Membrandicke benötigte Ätzzeit belassen, welche auf
der Grundlage einer durch ein vorhergehendes Experiment er
haltenen Ätzrate berechnet wurde. Wegen dem Vorhandensein ei
ner Siliziumdioxidschicht 162 in dem SIMOX-Wafer 160 wurde
jedoch die Naßätzung durch die Schicht 162 gestoppt.
Die Siliziumdioxidschicht 162 wurde durch eine gepufferte
Flußsäure (eine Lösungsmischung aus Flußsäure und Ammonium
fluorid) geätzt.
Ein Siliziumnitridfilm 168 wurde bis zu einer Dicke von 400 nm
durch LP-CVD abgeschieden. Ein dicker Photolack 169 wurde
zur Bedeckung der Oberfläche des Wafers 160 gebildet und
strukturiert. Daran anschließend wurde die Membran durch RIE-
Plasmatrockenätzen unter Verwendung eines CBrF3-Gases zur
Bildung einer Öffnung geätzt, welche sich von der oberen
Oberfläche zur unteren Oberfläche des Wavers 160 erstreckt.
Die erhaltene Struktur wurde in einen Diffusionsofen zur Bil
dung eines Siliziumdioxidfilmes 170 auf der durch den RIE-
Prozeß freigelegten Siliziumoberfläche gesetzt.
Daran anschließend wurde der Siliziumnitridfilm 164 auf der
oberen Seite durch Plasmatrockenätzen entfernt. Die Silizium
schicht 161 wurde einer anisotropen Naßätzung durch den EPW
unterzogen. Daran anschließend wurde der Siliziumdioxidfilm
162 durch eine gepufferte Flußsäure entfernt. Schließlich
wurde die untere Oberfläche der Auslegereinrichtung mit Chrom
und Gold durch eine Vakuumabscheidung bedeckt, um eine Spie
geleinrichtung zu erhalten, wodurch ein Auslegerchip für das
Abtastsondenmikroskop entsprechend dem zweiten Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
Bei dem Auslegerchip des zweiten Ausführungsbeispieles der
vorliegenden Erfindung, welcher auf diese Weise erhalten
wurde, wurden Sondeneinrichtungen mit derselben Länge bei den
distalen Enden der jeweiligen Auslegereinrichtungen in dem
selben Wafer gebildet. Desweiteren wurden Sondeneinrichtungen
mit unterschiedlichen Seitenverhältnissen auf den beiden Sei
ten des Auslegerchips gebildet, um der Neigung der Start-Wa
fer-Oberfläche Rechnung zu tragen.
Fig. 15 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausleger
chip für ein Abtastmikroskop entsprechend dem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ein Auslegerchip 60 gemäß Fig. 15 entsprechend der vorliegen
den Erfindung weist eine Auslegereinrichtung 60, eine bei dem
freien Ende des Auslegerchips 60 vorgesehene Sondeneinrich
tung 62 und eine Stützeinrichtung 63 des Auslegerchips 60
auf. Eine Oberfläche der Auslegereinrichtung 61, gegenüber
liegend derjenigen, wo die Sondeneinrichtung 62 vorgesehen
ist, bildet eine Spiegeleinrichtung 64 für die Reflektion von
Licht. Die Sondeneinrichtung 62 ist wie bei dem eingangs be
schriebenen Auslegerchip (Fig. 12 und 13) tetraedrisch ge
formt. Dementsprechend ist das distale Ende der Sondenein
richtung 62 sehr scharf.
Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht des Auslegerchips gemäß dem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, ge
nommen entlang der längsweisen Richtung bei einem mittigen
Abschnitt. Die Auslegereinrichtung 61 ist aus Silizium herge
stellt, welches mit Bor (B) hochdotiert ist, und die Sonden
einrichtung 62 ist aus einem nichtdotierten Silizium herge
stellt. Die Stützeinrichtung 63 ist aus einem nichtdotierten
Silizium hergestellt, und ein ausgedehnter Abschnitt der Aus
legereinrichtung 61, d. h. eine aus Silizium hergestellte
Schicht, welche mit Bor (B) hochdotiert ist, ist auf einer
Oberfläche der Stützeinrichtung 63 gebildet.
Wenn die Auslegereinrichtung 61, welche aus mit Bor hochdo
tiertem Silizium hergestellt ist, dünn ist, wird Licht uner
wünschterweise hierdurch übertragen, und es wird ein ausrei
chender Reflexionsgrad bei der Verwendung eines optischen
Verschiebungsdetektors, der normalerweise für die AFM-Messung
verwendet wird, nicht erhalten. Die Spiegeleinrichtung 64 ist
in solch einem Fall durch Bedecken der Auslegereinrichtung 61
mit beispielsweise Gold ausgebildet. Falls ein ausreichender
Reflexionsgrad auch ohne diese Bedeckung erhalten werden
kann, kann die Deckschicht auch weggelassen werden.
In Fig. 17A bis 17I zeigen die Schritte der Herstellung des
Auslegerchips entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Herstellungsschritte für die
sen Auslegerchip werden im weiteren durch Beispiele erläu
tert.
Ein Start-Wafer 70 des dritten Ausführungsbeispieles der
vorliegenden Erfindung weist eine Siliziumschicht 72 auf,
welche mit Bor (B) hochdotiert ist (1018 Ionen/cm3), wie es
in Fig. 17C dargestellt ist. Nichtdotierte Siliziumschichten
71 und 73, von denen jede eine Oberflächenorientierung von
etwa (100) aufweist, sind auf den oberen und unteren Oberflä
chen der Siliziumschicht 72 gebildet.
Um den Start-Wafer 70 auszubilden, wird ein normaler Sili
zium-Wafer 69 mit einer Oberflächenorientierung von (100) und
einer Dicke von 525 µm verwendet (Fig. 17A), und es wird Bor
(B) in die Hauptoberfläche implantiert, wodurch Bor-dotierte
und nichtdotierte Schichten 72 und 73 (Fig. 17B) gebildet
werden. Bor wird beispielsweise durch Ionenimplantation do
tiert, und die Dicke der Schicht 72 wird auf etwa 600 nm ein
gestellt.
Die Schichten 72 und 73 werden einer Wärmebehandlung unterzo
gen, und es wird eine Siliziumschicht auf der Schicht 72
durch Epitaxie bis zu einer Dicke von etwa 5 µm gebildet, wo
durch die nichtdotierte Schicht 71 (Fig. 17C) gebildet wird.
Als Ergebnis ist der Start-Wafer vervollständigt.
Ein Photolack 74 wird auf die Schicht 71 durch Bedeckung zur
Ausbildung einer wesentlichen triangularen Auslegerform ge
bildet und strukturiert. Es wird eine reaktive Ionenätzung
(RIE) unter Verwendung eines SF6 + C2BrF5-Gases verwendet, um
die Schichten 71 und 72 im wesentlichen vertikal zu ätzen,
bis die Oberfläche der Schicht 73 freiliegt, wodurch eine
Öffnung 75 gebildet ist (Fig. 17D).
Der Photolack 74 wird entfernt, und die Siliziumoxidfilme 76
und 77 werden auf der oberen Oberfläche (einschließlich der
inneren Oberfläche der Öffnung) und der unteren Oberfläche
jeweils gebildet der sich ergebenden Struktur durch Unterzie
hen einer Wärmebehandlung (Fig. 17E). Ein SOG-Film 78 wird
auf dem Oxidfilm 76 durch Spin-Bedeckung gebildet und plana
risiert (Fig. 17F). Der SOG-Film 78 ist hauptsächlich aus Si
liziumoxid nach Härtung hergestellt.
Es wird eine Plasmatrockenätzung zur Ätzung der Oxidfilme 76
und des SOG-Filmes 78 auf der oberen Oberfläche durchgeführt,
während Abschnitte des Oxidfilmes 76 und des SOG-Films 78,
die in der Öffnung 75 vorhanden sind, stehengelassen werden.
Gleichzeitig wird der Oxidfilm 77 auf der unteren Oberfläche
zur Bildung einer rechteckigen Öffnung 79 strukturiert (Fig.
17G).
Die nichtdotierten Siliziumschichten 71 und 73 auf der oberen
und unteren Seite werden geätzt entsprechend einer anisotro
pen Naßätzung unter Verwendung einer wäßrigen Kaliumhydroxid
lösung. Dabei dient die mit Bor (B) hochdotierte Silizium
schicht 72 und der Oxidfilm 76 als eine Stoppschicht auf der
oberen Seite gegen Ätzung aufgrund der wäßrigen Kaliumhydro
xidlösung zur Bildung von tetraedrischen nadelähnlichen Ab
schnitten 81, wie es in Fig. 17H gezeigt ist. Der Oxidfilm 77
dient als Maske auf der unteren Seite, und die Silizium
schicht 72 und der Oxidfilm 76 dienen als Ätzstoppschicht, so
daß eine Membran 82 gemäß Fig. 17H gebildet wird.
Schließlich werden die verbleibenden Abschnitte des Oxid
filmes 76 und des SOG-Filmes 78 mit einer gepufferten Fluß
säure entfernt, wodurch Auslegerchips 60a und 60b für das Ab
tastsondenmikroskop entsprechend dem dritten Ausführungsbei
spiel der vorliegenden Erfindung, wie es in Fig. 17I gezeigt
ist, erhalten werden.
Wenn die Schritte der Bildung der Membran als letzte Schritte
in dem gesamten Prozeß durchgeführt werden, wie bei dem Bei
spiel 3, kann ein Wafer-Bruch während des Herstellungsverfah
rens vermieden werden und somit die Ausbeute für das Ausle
gerchip vergrößert werden.
Nachdem Bor hochdotiert ist, wenn eine Siliziumschicht durch
Epitaxie gebildet ist, wird Bor, da der Dampfdruck im allge
meinen hoch ist, in der Siliziumschicht 71 während ihrer Her
stellung durch einen Mechanismus des sog. Autoinduktierens
geholt. Als Ergebnis wird Bor zur Oberfläche der Struktur hin
verteilt, und die Ätzstopp-Position weicht zur Oberflächen
seite der Struktur hin ab. Unter Berücksichtigung dieser Tat
sache weist die durch Epitaxie gebildete Siliziumschicht 71
vorzugsweise eine Dicke von etwa 1 µm oder mehr auf, um die
Sondenlänge aufrechtzuerhalten. Obwohl die Borkonzentration
der Siliziumschicht 72 etwa 1018 Ionen/cm3 oder mehr beträgt,
ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht begrenzt.
Die Siliziumschichten 71 und 73 auf den oberen und unteren
Seiten der Bordotierten Schicht 72 können Schichten darstel
len, welche mit Bor von weniger als 1018 Ionen/cm3 dotiert
sind, oder Schichten mit einer n-Leitfähigkeit.
Wenn die in Fig. 17E gezeigten Oxidfilme 76 und 77 bei einer
geringen Temperatur von 950°C gebildet werden, kann die Sonde
scharf ausgebildet werden. Da zusätzlich eine
Niedertemperaturwärmebehandlung bei etwa 950°C die Bordiffu
sion nicht erheblich beeinflußt, stellt dies bevorzugt ein
Verfahren zur Bildung eines Oxidfilmes dar. Anstelle der
Oxidfilme 76 und 77 können auch Siliziumnitridfilme verwendet
werden. In diesem Fall wird die Entfernung des Oxidfilmes
durch Flußsäure durch eine Entfernung des Nitridfilmes durch
eine heiße Phosphorsäure ersetzt. Anstelle des SOG, welcher
in dem in Fig. 17F gezeigten Schritt verwendet ist, kann ein
anderes Material verwendbar sein, beispielsweise ein Photo
lack, der bei einer niedrigeren Temperatur härtet.
Da bei dem obig beschriebenen Beispiel 3 die bordotierte Si
liziumschicht 72 durch Ionenimplantation gebildet ist, weist
die Dicke der Auslegereinrichtung 61 eine Dicke von 600 nm
auf. Um jedoch gemäß dem Beispiel 4 eine dickere Auslegereinrichtung
herzustellen, wird ein Start-Wafer mit einer 12 µm
dicken Bordotierten Siliziumschicht 72 verwendet.
Ein normaler Silizium-Wafer 69 mit einer Oberflächenorientie
rung von (100) und einer Dicke von 525 µm wird verwendet
(Fig. 17A), und es wird ein Borfilm (B-Typ, erhältlich von
Emulsitone Co.) als Hochkonzentrationsbor-Diffusionsquelle
auf der Hauptoberfläche des Wafers durch Spin-Bedeckung ge
bildet. Daran anschließend wird der Wafer bei 1190°C für 50 h
einer Wärmebehandlung unterzogen zur Bildung der mit Bor
hochdotierten Siliziumschicht 72. Eine Siliziumschicht wird
auf der Schicht 72 durch Epitaxie gebildet, wodurch der
Start-Wafer 70 vervollständigt wird.
Durch die Verwendung des somit vervollständigten Start-Wafers
70 wird ein Auslegerchip entsprechend dem dritten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 15
hergestellt, wobei im wesentlichen dieselben Prozeßschritte
wie bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel 3 verfolgt wer
den. Obwohl der Photolack 74 als Maske bei dem Beispiel 3 zur
Bildung der Öffnung 75 durch RIE verwendet wird, wird bei dem
Beispiel 4 eine Metallmaske aus Nickel verwendet.
Entsprechend dem Beispiel 4 wird ein Auslegerchip für das
Abtastsondenmikroskop mit einer Auslegereinrichtung 61 mit
einer Dicke von 10 µm oder mehr und einer sehr großen Feder
konstanten vorgesehen.
Claims (20)
1. Auslegerchip für ein Abtastsondenmikroskop, welcher
aufweist:
eine Auslegereinrichtung (31);
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung aus gebildete Sondeneinrichtung (32); und
eine Stützeinrichtung (33) zum Stützen eines benachbar ten Endes der Auslegereinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Stufe zwischen der Auslegereinrichtung (31) und der Stützeinrichtung (33) derart ausgebildet ist, daß die Stützeinrichtung von einer Oberfläche der Ausleger einrichtung auf der Seite zurückgesetzt ist, an der die Sondeneinrichtung ausgebildet ist.
eine Auslegereinrichtung (31);
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung aus gebildete Sondeneinrichtung (32); und
eine Stützeinrichtung (33) zum Stützen eines benachbar ten Endes der Auslegereinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Stufe zwischen der Auslegereinrichtung (31) und der Stützeinrichtung (33) derart ausgebildet ist, daß die Stützeinrichtung von einer Oberfläche der Ausleger einrichtung auf der Seite zurückgesetzt ist, an der die Sondeneinrichtung ausgebildet ist.
2. Auslegerchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sondeneinrichtung (32) und die Stützeinrichtung
(33) aus einem monokristallinen Halbleiter oder einem
Material bestehen, welches den monokristallinen Halb
leiter als Hauptkomponente enthält.
3. Auslegerchip nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sondeneinrichtung (32) und die Stützeinrichtung
(33) aus Silizium bestehen.
4. Auslegerchip nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sondeneinrichtung eine Form ei
ner dreiseitigen Pyramide aufweist.
5. Auslegerchip für ein Abtastsondenmikroskop, welcher
aufweist:
eine erste und eine zweite Auslegereinrichtung (141, 151);
eine erste und eine zweite Sondeneinrichtung (142, 152), welche jeweils bei freien Enden dar ersten und zweiten Auslegereinrichtung ausgebildet sind; und
eine Stützeinrichtung (137) zum Stützen von benachbar ten Enden der ersten und der zweiten Auslegereinrich tung,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste und die zweite Sondeneinrichtung (142, 152) unterschiedliche Seitenverhältnisse aufweisen.
eine erste und eine zweite Auslegereinrichtung (141, 151);
eine erste und eine zweite Sondeneinrichtung (142, 152), welche jeweils bei freien Enden dar ersten und zweiten Auslegereinrichtung ausgebildet sind; und
eine Stützeinrichtung (137) zum Stützen von benachbar ten Enden der ersten und der zweiten Auslegereinrich tung,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste und die zweite Sondeneinrichtung (142, 152) unterschiedliche Seitenverhältnisse aufweisen.
6. Auslegerchip nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sondeneinrichtungen (142, 152) und die Stütz
einrichtung (137) aus einem monokristallinen Halbleiter
oder einem Material bestehen, welches einen monokri
stallinen Halbleiter als Hauptkomponente enthält.
7. Auslegerchip nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sondeneinrichtungen (142, 152) und die Stütz
einrichtung (137) aus Silizium bestehen.
8. Auslegerchip nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Sondenein
richtung Formen einer dreiseitigen Pyramide aufweisen.
9. Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen einer Vielzahl
von Auslegerchips für ein Abtastsondenmikroskop, wobei
jeder der Auslegerchips aufweist:
eine Auslegereinrichtung (31);
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung (31) ausgebildete Sondeneinrichtung (32); und
eine Stützeinrichtung (33) zum Stützen eines benachbar ten Endes der Auslegereinrichtung, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines Start-Wafers, wobei der Start-Wafer eine Ätzstoppschicht (42), eine mit einer oberen Oberfläche der Ätzstoppschicht gebondete erste Halbleiterschicht (41) und eine mit einer unteren Oberfläche der Ätz stoppschicht gebondete zweite Halbleiterschicht (43) aufweist;
Ätzen eines Teils der zweiten Halbleiterschicht (43) des Wafers, bis die Ätzstoppschicht (42) erreicht wird, und Verringern einer Dicke eines Abschnitts des Wafers, der dem geätzten Abschnitt entspricht, um eine Membran herzustellen;
Ätzen und Entfernen eines freiliegenden Teils der Ätz stoppschicht (42);
Abscheiden eines Konstituenten-Materials der Ausleger einrichtung auf einem freiliegenden Abschnitt der ersten Halbleiterschicht (41), welche durch Entfernen ei nes Teils der Ätzstoppschicht freiliegt, und eines Teils der zweiten Halbleiterschicht (46, 47) auf dessen zwei Seiten, wodurch eine prospektive Auslegereinrich tungsschicht (48) ausgebildet wird;
Strukturieren eines Teils einer resultierenden Struktur zum Ausbilden einer Öffnung, welche sich durch die Mem bran erstreckt;
Oxidieren eines Oberflächenabschnitts der zweiten Halb leiterschicht, welche in der Öffnung freiliegt, zum Ausbilden eines Oxidfilms (50);
Ätzen der ersten Halbleiterschicht (41), bis das Ätzen durch die prospektive Auslegereinrichtungsschicht (48) und den Oxidfilm (50) gestoppt wird, wodurch ein nadel ähnlicher Abschnitt (51) auf der prospektivenn Ausle gereinrichtungsschicht ausgebildet wird; und
Entfernen des Oxidfilms (50).
eine Auslegereinrichtung (31);
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung (31) ausgebildete Sondeneinrichtung (32); und
eine Stützeinrichtung (33) zum Stützen eines benachbar ten Endes der Auslegereinrichtung, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines Start-Wafers, wobei der Start-Wafer eine Ätzstoppschicht (42), eine mit einer oberen Oberfläche der Ätzstoppschicht gebondete erste Halbleiterschicht (41) und eine mit einer unteren Oberfläche der Ätz stoppschicht gebondete zweite Halbleiterschicht (43) aufweist;
Ätzen eines Teils der zweiten Halbleiterschicht (43) des Wafers, bis die Ätzstoppschicht (42) erreicht wird, und Verringern einer Dicke eines Abschnitts des Wafers, der dem geätzten Abschnitt entspricht, um eine Membran herzustellen;
Ätzen und Entfernen eines freiliegenden Teils der Ätz stoppschicht (42);
Abscheiden eines Konstituenten-Materials der Ausleger einrichtung auf einem freiliegenden Abschnitt der ersten Halbleiterschicht (41), welche durch Entfernen ei nes Teils der Ätzstoppschicht freiliegt, und eines Teils der zweiten Halbleiterschicht (46, 47) auf dessen zwei Seiten, wodurch eine prospektive Auslegereinrich tungsschicht (48) ausgebildet wird;
Strukturieren eines Teils einer resultierenden Struktur zum Ausbilden einer Öffnung, welche sich durch die Mem bran erstreckt;
Oxidieren eines Oberflächenabschnitts der zweiten Halb leiterschicht, welche in der Öffnung freiliegt, zum Ausbilden eines Oxidfilms (50);
Ätzen der ersten Halbleiterschicht (41), bis das Ätzen durch die prospektive Auslegereinrichtungsschicht (48) und den Oxidfilm (50) gestoppt wird, wodurch ein nadel ähnlicher Abschnitt (51) auf der prospektivenn Ausle gereinrichtungsschicht ausgebildet wird; und
Entfernen des Oxidfilms (50).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Halbleiterschicht (43) eine Dicke aufweist,
welche größer als diejenige der ersten Halbleiter
schicht (41) ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste und die zweite Halbleiterschicht (41, 43) aus
monokristallinen Schichten oder dotierten monokri
stallinen Schichten bestehen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste und die zweite Halbleiterschicht (41, 43) aus
Silizium bestehen und die Ätzstoppschicht aus einem Si
liziumoxid besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Halbleiterschicht (161) aus einer monokri stallinen Schicht oder einer dotierten monokristallinen Schicht besteht und eine Oberflächenorientierung der ersten Halbleiterschicht von einer (100)-Ebene geneigt ist; und
der derart hergestellte Auslegerchip aufweist:
eine erste und eine zweite Auslegereinrichtung (141, 151);
eine erste und eine zweite Sondeneinrichtung (142, 152), welche jeweils bei den freien Enden der ersten und der zweiten Auslegereinrichtung ausgebildet sind; und
eine einzelne Stützeinrichtung (137) zum Stützen der benachbarten Enden der ersten und der zweiten Ausleger einrichtung, wobei
die erste und die zweite Sondeneinrichtung (142, 152) unterschiedliche Seitenverhältnisse aufweisen.
die erste Halbleiterschicht (161) aus einer monokri stallinen Schicht oder einer dotierten monokristallinen Schicht besteht und eine Oberflächenorientierung der ersten Halbleiterschicht von einer (100)-Ebene geneigt ist; und
der derart hergestellte Auslegerchip aufweist:
eine erste und eine zweite Auslegereinrichtung (141, 151);
eine erste und eine zweite Sondeneinrichtung (142, 152), welche jeweils bei den freien Enden der ersten und der zweiten Auslegereinrichtung ausgebildet sind; und
eine einzelne Stützeinrichtung (137) zum Stützen der benachbarten Enden der ersten und der zweiten Ausleger einrichtung, wobei
die erste und die zweite Sondeneinrichtung (142, 152) unterschiedliche Seitenverhältnisse aufweisen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Neigung der Oberflächenorientierung nicht mehr als
30° beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Halbleiterschicht (163) aus einer monokri
stallinen Schicht oder einer dotierten monokristallinen
Schicht besteht und die gleiche Oberflächenorientierung
wie diejenige der ersten Halbleiterschicht (161) auf
weist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Halbleiterschicht (163) eine Dicke aufweist,
die größer als diejenige der ersten Halbleiterschicht
(161) ist.
17. Verfahren zum gleichzeitigen Herstellen einer Vielzahl
von Auslegerchips für ein Abtastsondenmikroskop, wobei
jeder der Auslegerchips aufweist:
eine Auslegereinrichtung (61);
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung (61) ausgebildete Sondeneinrichtung (62); und
eine Stützeinrichtung (63) zum Stützen eines benachbar ten Endes der Auslegereinrichtung, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines Start-Wafers, wobei der Start-Wafer eine Ätzstoppschicht (72), eine mit einer oberen Oberfläche der Ätzstoppschicht gebondete erste Halbleiterschicht (71) und eine mit einer unteren Oberfläche der Ätz stoppschicht gebondete zweite Halbleiterschicht (73) aufweist;
Ätzen eines Teils der ersten Halbleiterschicht (71) und eines Teils der Ätzstoppschicht (72) des Wafers von ei ner unteren Oberfläche, bis die zweite Halbleiter schicht (73) erreicht wird, wodurch eine Öffnung (75) ausgebildet wird, die sich durch die erste Halbleiter schicht und die Ätzstoppschicht erstreckt;
Ausbilden eines Oxidfilms (76) auf Oberflächen der er sten und der zweiten Halbleiterschicht (71, 73), welche innerhalb und außerhalb der Öffnung (75) freiliegen;
Entfernen des Oxidfilms (76) ausgenommen für denjenigen Teil von ihm, der in der Öffnung (75) ausgebildet ist;
Ätzen eines Teils der zweiten Halbleiterschicht (73) von einer unteren Oberfläche, bis die Ätzstoppschicht (72) erreicht wird, um eine Dicke eines Abschnitts des Wafers zu verringern, der der Öffnung (75) entspricht, wodurch eine Membran hergestellt wird;
Ätzen der ersten Halbleiterschicht (71), bis das Ätzen durch die Ätzstoppschicht (72) und den Oxidfilm (76) gestoppt wird, wodurch ein nadelähnlicher Abschnitt auf der Ätzstoppschicht (81) ausgebildet wird; und
Entfernen des Oxidfilms (76).
eine Auslegereinrichtung (61);
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung (61) ausgebildete Sondeneinrichtung (62); und
eine Stützeinrichtung (63) zum Stützen eines benachbar ten Endes der Auslegereinrichtung, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines Start-Wafers, wobei der Start-Wafer eine Ätzstoppschicht (72), eine mit einer oberen Oberfläche der Ätzstoppschicht gebondete erste Halbleiterschicht (71) und eine mit einer unteren Oberfläche der Ätz stoppschicht gebondete zweite Halbleiterschicht (73) aufweist;
Ätzen eines Teils der ersten Halbleiterschicht (71) und eines Teils der Ätzstoppschicht (72) des Wafers von ei ner unteren Oberfläche, bis die zweite Halbleiter schicht (73) erreicht wird, wodurch eine Öffnung (75) ausgebildet wird, die sich durch die erste Halbleiter schicht und die Ätzstoppschicht erstreckt;
Ausbilden eines Oxidfilms (76) auf Oberflächen der er sten und der zweiten Halbleiterschicht (71, 73), welche innerhalb und außerhalb der Öffnung (75) freiliegen;
Entfernen des Oxidfilms (76) ausgenommen für denjenigen Teil von ihm, der in der Öffnung (75) ausgebildet ist;
Ätzen eines Teils der zweiten Halbleiterschicht (73) von einer unteren Oberfläche, bis die Ätzstoppschicht (72) erreicht wird, um eine Dicke eines Abschnitts des Wafers zu verringern, der der Öffnung (75) entspricht, wodurch eine Membran hergestellt wird;
Ätzen der ersten Halbleiterschicht (71), bis das Ätzen durch die Ätzstoppschicht (72) und den Oxidfilm (76) gestoppt wird, wodurch ein nadelähnlicher Abschnitt auf der Ätzstoppschicht (81) ausgebildet wird; und
Entfernen des Oxidfilms (76).
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste und die zweite Halbleiterschicht (71, 73) aus
monokristallinen Schichten bestehen.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste und die zweite Halbleiterschicht (71, 73) aus
Silizium bestehen und die Ätzstoppschicht (72) aus mit
Bor dotiertem Silizium besteht.
20. Verfahren zum Herstellen eines Auslegerchips für ein
Abtastsondenmikroskop, wobei der Auslegerchip aufweist:
eine Auslegereinrichtung (31);
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung (31) ausgebildete Sondeneinrichtung (32); und
eine Stützeinrichtung (32) zum Stützen eines benachbar ten Endes der Auslegereinrichtung, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines Start-Wafers, wobei der Start-Wafer eine Ätzstoppschicht (42), eine mit einer oberen Oberfläche der Ätzstoppschicht gebondete erste Halbleiterschicht (41) und eine mit einer unteren Oberfläche der Ätz stoppschicht gebondete zweite Halbleiterschicht (43) aufweist; und
Ausbilden des Auslegerchips aus dem Start-Wafer durch Verwenden eines Halbleiterherstellungsverfahrens.
eine Auslegereinrichtung (31);
eine bei einem freien Ende der Auslegereinrichtung (31) ausgebildete Sondeneinrichtung (32); und
eine Stützeinrichtung (32) zum Stützen eines benachbar ten Endes der Auslegereinrichtung, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines Start-Wafers, wobei der Start-Wafer eine Ätzstoppschicht (42), eine mit einer oberen Oberfläche der Ätzstoppschicht gebondete erste Halbleiterschicht (41) und eine mit einer unteren Oberfläche der Ätz stoppschicht gebondete zweite Halbleiterschicht (43) aufweist; und
Ausbilden des Auslegerchips aus dem Start-Wafer durch Verwenden eines Halbleiterherstellungsverfahrens.
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