-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Sonden für die Atomkraftmikroskopie
(AFM). Solch eine Sonde besteht aus einer Sondenspitze, einem Ausleger
und einem Sondenhalteplättchen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sonde
dieses Typs.
-
ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
-
Die
Atomkraftmikroskopie ist eine bewährte Oberflächenanalysentechnik zum Analysieren
der Topographie und der elektrischen Kennzeichen von Halbleiterproben.
Die Technik umfasst die Benutzung einer sich bewegenden Sonde in
Kontakt mit der zu analysierenden Oberfläche. Eine AFM-Sonde besteht allgemein
aus einem Ausleger, einer Spitze an einem Ende des Auslegers und
einer Haltevorrichtung an dem anderen Ende. Die Haltevorrichtung
ist ein großer
Materialkörper,
der benutzt wird, um die Sonde handzuhaben, und befindet sich vorzugsweise
auf der Seite, die der Sondenspitze entgegengesetzt ist, d.h. auf
der Seite, die in die entgegengesetzte Richtung wie die Spitze weist,
um so zu verhindern, dass die Haltevorrichtung die Probenoberfläche berührt.
-
Im
Fachgebiet ist ein erster Sondentyp bekannt, der eine Siliciumspitze
aufweist, die mittels Si-Bulk-Mikromechanik
hergestellt wird.
-
Die
Art von Sonde, auf die sich die Erfindung bezieht, weist eine in
einem Siliciumsubstrat abgeformte Spitze auf. Dies ist beispielsweise
in dem Dokument US-A-5,399,232 veranschaulicht. Von Sonden dieses
Typs sind solche mit Siliciumnitrid-Spitze und -Ausleger die gebräuchlichsten.
In allen Fällen dieser
Art weist die Spitze einwärts
auf das Substrat hin. Die Haltevorrichtung kann durch anodisches Bonden
oder durch Kleben, eutektisches Bonden oder Löten angebracht werden. Sie
kann durch Plattieren oder aus Dicklack über dem Wafer gebildet werden.
Häufig
wird ein vollständiger
Glas-Wafer an das Substrat gebunden und dann zu Scheibchen geschnitten,
um einzelne Haltevorrichtungen zu bilden.
-
Wenn
eine Sonde mit einer abgeformten Spitze hergestellt wird, ist es
auf jeden Fall erforderlich, die Sonde von dem Substrat abzulösen. Die
beste bekannte Weise, dies durchzuführen, ist es, das gesamte oder
einen Teil des Siliciumsubstrates von der Rückseite rückzuätzen, wie in US-A-5,399,232 beschrieben.
Diese Vorgehensweise weist jedoch etliche Nachteile auf, von denen
die lange Ablösezeit und
der bedeutende Materialverlust durch Ätzen der gesamten Dicke des
Substrates die bedeutendsten sind.
-
In
eine andere Technik ist das Abschälen der Sonde, gefolgt von
dem Anbringen der Haltevorrichtung, einbezogen, wie beispielsweise
in EP-A-1 202 047 offenbart. Dieses ist jedoch ein langsames manuelles
Verfahren. Auch ist das Risiko des Zerbrechens der Sonde, das dem
schwierigen Verfahren zum Verbinden einer Haltevorrichtung mit der
Sonde nach dem Abschälen
innewohnt, bedeutend. Wenn dieses Verfahren angewendet wird, müssen abschließend die
Haltevorrichtungen eine nach der anderen angebracht werden. Das
Schneiden eines Substrates zu Scheibchen über einer Anzahl von abgeschälten Sonden
ist aufgrund der sich bei Haltevorrichtung/Substrat angewandt würdende mechanischen Beanspruchung,
und dem nachfolgenden Risiko einer Beschädigung der Sonden nicht möglich.
-
In
bereits angeführtem
EP-A-1 202 047 werden die Sondenspitze und der Ausleger vor dem
Abschälen
unterätzt,
aber der Rest der Sondenstruktur, insbesondere der Teil, auf dem
die Haltevorrichtung angebracht werden soll, ist zu groß, um völlig unterätzt zu werden.
Dies hat es bisher auch unmöglich gemacht,
die Sonde nach dem Verbinden oder der Bildung einer Haltevorrichtung
von der Vorderseite abzulösen.
Keine Opferschicht hat sich als wirklich brauchbar zum Ablösen unter
einem Haltevorrichtungsstück
von 1,5 × 3
mm erwiesen. Entweder ist die Ätzgeschwindigkeit
zu klein oder sind die Ablösechemikalien übermäßig schädigend für die Sonde. Das
Unterätzen
des Si-Wafers unter der Sonde ist auch keine Alternative, da Si
in KOH oder einem anderen anisotrop wirkenden Ätzmittel langsam geätzt wird.
Selbst wenn die Sonde längs
der schnell unterätzten <100>-Richtung orientiert
wird, was normalerweise nicht der Fall ist, wäre solch eine Unterätzung langsam,
und es ist wahrscheinlich, dass das Substrat durchgeätzt ist,
bevor die Unterätzung
beendet ist. Es ist bekannt, kleine Löcher in der abzulösen mikrofabrizierten
Struktur, zu erzeugen, um die Zeit zum Unterätzen einer Opferschicht zu
verringern. Dies ist bisher jedoch noch nicht an einer vollständigen AFM-Sonde
einschließlich
der angebrachten Haltevorrichtung durchgeführt worden.
-
Ein
anderes Beispiel für
das Ablösen
einer Sonde von der Oberseite vor dem Anbringen der Haltevorrichtung,
in diesem Fall einer Diamantsonde, findet sich in „CVD diamond
probes for nanotechnology",
Niedermann et al., Appl. Phys. A66, S31-S34 (1998) . In diesem Fall
bildet der Film, der den Ausleger umfasst, ein Muster, das überwiegend
in der <100>-Richtung ist, obwohl
die Sonde einschließlich des
Auslegers noch in der allgemeinen <110>-Richtung orientiert
ist. Ein Beispiel für
das Ablösen
von mit einem Muster versehenen Mikrostrukturen von der Vorderseite
durch Unterätzen
des Si-Substrates in isotrop wirkendem Ätzmittel findet sich in WO-A-9 418
697. In diesem Fall braucht das Muster nicht in die <100>-Richtung gedreht zu
werden.
-
Das
Dokument US-A-6 215 137 betrifft eine Sonde mit einem Thermopaar,
das durch Verbinden eines ersten metallischen Materials mit einem
zweiten metallischen Material hergestellt wird. Zum Ablösen der
Sonden wird eine Ätzung
von der Rückseite des
Substrates durchgeführt.
-
Das
Dokument EP-A-1 189 016 betrifft einen Lötvorgang zum Anbringen einer
Sonde an einem Halteplättchen,
nachdem das die Sonde tragende Substrat von der Rückseite
des Substrates geätzt worden
ist.
-
AUFGABEN DER
ERFINDUNG
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen
von Sonden mit einer abgeformten Spitze bereitzustellen, das nicht
die Nachteile des Standes der Technik aufweist.
-
KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Produkt, welche
die Kennzeichen aufweisen, die in den angefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und
10 beschrieben sind. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1a stellt
in Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform einer Sondenanordnung
dar, die in dem Verfahren der Erfindung benutzt wird. 1b und 1c stellen
Schnittansichten zweier Alternativen mit bzw. ohne eine Opferschicht
dar.
-
2 stellt
eine andere erfindungsgemäße Sondenanordnung
dar.
-
3 und 4 stellen
Sondenanordnungen mit drei Sondenspitzen dar.
-
5 stellt
die Weise dar, in der ein Haltevorrichtungssubstrat nach dem Anbringen
zu Scheibchen geschnitten werden kann.
-
6a bis 6c stellen
Weisen zum Vergrößern des
Spaltes zwischen der Haltevorrichtung und dem Substrat dar.
-
7 stellt eine Alternative dar, in die
eine plattierte Haltevorrichtung einbezogen ist.
-
8 stellt
eine andere Alternative dar, in die eine Haltevorrichtung einbezogen
ist, die Löcher durch
die Dicke hindurch aufweist.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Das
Verfahren der Erfindung umfasst zunächst eine Anzahl von Schritten,
die vom Stand der Technik bekannt sind:
- – Bereitstellen
eines Halbleitersubstrates, vorzugsweise eines Si-Substrates;
- – Herstellen,
auf der Oberfläche
einer Seite des Substrates, einer oder mehrerer Matrizen in dem Substrat.
Eine Matrize ist vorzugsweise eine pyramidenförmige Vertiefung, die beispielsweise
unter Benutzung einer Hartmaske und einer anisotropen Ätzung, üblicherweise
in KOH, hergestellt wird;
- – gegebenenfalls
Auftragen eines Spitzenmaterials, beispielsweise eines Metalls,
eines Hartmetalls, eines Metalloxides, eines keramischen Stoffes
oder von Diamant. Dies erfolgt, wenn das Spitzenmaterial ein anderes
ist als das Auslegermaterial;
- – gegebenenfalls
Erzeugen eines Musters auf dem Spitzenmaterial. In einigen Fällen kann
das Erzeugen eines Musters vor dem Abscheiden des Spitzenmaterials
durchgeführt
werden. In diesem Fall wird ein Material abgeschieden und mit einem Muster
versehen. Dann wird das Spitzenmaterial selektiv abgeschieden, siehe
C. Mihalcea et al., Appl. Phys. A 66, S87-S90 oder W. Hanni et al., Thin
Solid Films 236, 87-90 (1993);
- – Erzeugen
einer Sondenanordnung, umfassend einen Kontaktbereich zum Anbringen
einer Haltevorrichtung und mindestens einen Satz aus einer Sondenspitze
und einem Ausleger, auf der Oberfläche auf der Seite der Matrize.
Das Erzeugen solch einer Sondenanordnung kann auf verschiedene Weisen
erfolgen, wie in dieser Be schreibung weiter beschrieben. Mehrere
Sondenanordnungen können
gleichzeitig erzeugt werden;
- – Anbringen
einer Haltevorrichtung an dem (den) Kontaktbereich(en).
-
Erfindungsgemäß ist der
Flächeninhalt
des Kontaktbereiches kleiner als der Flächeninhalt des an dem Kontaktbereich
anzubringen Haltevorrichtungsbereiches. Die Sondenanordnung wird
nach dem Schritt des Anbringens einer Haltevorrichtung dann von
der Vorderseite des Substrates, d.h. von der Seite, auf der die
Sondenanordnung hergestellt ist, unterätzt. Auf das Unterätzen folgt
das Entfernen der Struktur, die aus der Haltevorrichtung und der Sondenanordnung,
die an der Haltevorrichtung angebracht ist, besteht. Der Vorteil
des Unterätzens
von der mit einer angebrachten Haltevorrichtung und die Sondenanordnung
tragenden Seite (Oberfläche
der Vorderseite), ist in Bezug auf die Anwendungen des Standes der
Technik, in denen das Ätzen
von der entgegengesetzten (Rück-)
Seite erfolgt, offensichtlich: Der Ätzschritt erfolgt schneller
und mit weniger Materialverlust. Da der Kontaktbereich kleiner als
der Haltevorrichtungsbereich ist, kann außerdem das Unterätzen ohne
die Schwierigkeiten in Anwendungen des Standes der Technik erfolgen,
in denen eine große Fläche unterätzt werden
musste. Ein zusätzlicher Vorteil
davon, dass die Haltevorrichtung vor dem Unterätzen der Sondenanordnung angebracht
wird, ist, dass die Sondenanordnung während und nach dem Ablöseschritt
aufgrund des Vorhandenseins dieser Haltevorrichtung besser gehandhabt
werden kann.
-
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform wird
die Sondenanordnung so hergestellt, dass der Kontaktbereich aus
einem oder mehreren separaten erhöhten Bindeplättchen besteht,
wobei die Gesamtoberfläche
dieser Plättchen
kleiner ist als der Flächeninhalt
des Haltevorrichtungsbereiches, der an diesen Plättchen angebracht werden soll.
Die Haltevorrichtung wird dann mittels einer bekannten Technik,
z.B. Bonden oder Löten,
angebracht.
-
Danach
werden die Sonde und die Haltevorrichtung durch Unterätzen mit
Ablösechemikalien von
der Vorderseite des Substrates von dem Substrat getrennt. Der Kontaktbereich
kann wegen der verringerten Größe dieses
Kontaktbereiches völlig
unterätzt
werden. Die Höhe
der Plättchen
muss ausreichen, um zu ermöglichen,
dass die Ablösechemikalien
unter die angebrachte Haltevorrichtung in einen zwischen der Haltevorrichtung
und dem Substrat gebildeten Spalt fließen. Der Größenunterschied zwischen dem
Kontaktbereich und der Haltevorrichtung muss ausreichen, um die
Erzeugung des Spaltes über
einer großen
Fläche
der von der Haltevorrichtung bedeckten Substratoberfläche zu ermöglichen. In
einer spezifischen Ausführungsform
sind die Plättchen
nur von einer Rinne umgeben, und der Spalt wird von der Dicke einer
an den Plättchen
angebrachten Bindeschicht gebildet (siehe 2).
-
Gegebenenfalls
kann vor dem Erzeugen der Sondenanordnung eine Opferschicht aufgetragen werden.
Solch eine Opferschicht erleichtert das Ablösen.
-
1a veranschaulicht
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung. Sie zeigt eine Draufsicht des Substrates 1,
wobei die Sondenanordnung ebenfalls sichtbar ist. Diese Anordnung
umfasst die Sondenspitze 3 (möglicherweise aus einem anderen Material
als die Sondenschicht hergestellt), den Ausleger 4 und
den Kontaktbereich, der vier Bindeplättchen 5 umfasst.
Das große
Rechteck zeigt den Ort an, an dem die Haltevorrichtung 6 angeordnet
wird. Der Teil 7 des Auslegers, der von der Haltevorrichtung
bedeckt werden soll, kann als ein fünftes Bindeplättchen angesehen
werden. Die Bindeplättchen 5 und 7 definieren
dadurch den Kontaktbereich. In dieser Ausführungsform wird die Sondenanordnung durch
Auftragen einer Sondenschicht 2 und nachfolgendes Erzeugen
eines Musters in dieser Schicht hergestellt.
-
1b zeigt
eine erste Ausführungsform, wobei
vor dem Auftragen der Sondenschicht 2 eine Opferschicht 10 aufgetragen
wird. Es sei angemerkt, dass die Opferschicht vor dem Auftragen
der Sondenschicht mit einem Muster versehen wird, so dass eine kleine
Fläche 11 um
die Spitze herum nicht von der Opferschicht bedeckt wird.
-
Dann
wird die Sondenschicht 2 oben auf die Opferschicht aufgetragen
und nachfolgend mit einem Muster versehen, um die Bindeplättchen 5, 7 und
den Ausleger 4, die oben auf der Opferschicht 10 liegen, zu
erhalten. Das Erzeugen eines Musters in der Sondenschicht erfolgt
auf eine bekannte Weise durch Auftragen von Photolack und Durchführen eines
Lithographieschrittes. Das, was nach diesem Schritt erhalten wird,
ist die Sondenanordnung, die noch an dem Substrat befestigt ist
und aus den Plättchen 5 und 7,
dem Ausleger 4 und der Spitze 3 besteht.
-
Eine
Bindeschicht 12 kann durch Plattieren, Rückätzen oder
Lift-Off auf die Bindeplättchen
aufgetragen werden. Alternativ kann die Bindeschicht selbst eine
strahlungsempfindliche Schicht sein, die unmittelbar durch Lithographie
mit einem Muster versehen wird. Nach der Bildung der Bindeschicht 12 wird
die Haltevorrichtung 6 an der Bindeschicht 12 angebracht.
Die Bindeschicht kann auch auf die Haltevorrichtung oder auf die
Plättchen
und die Haltevorrichtung aufgetragen werden. Alternativ kann die
Bindeschicht abwesend sein und die Haltevorrichtung unmittelbar
an den Bindeplättchen
angebracht werden. Danach erfolgt das Unterätzen mithilfe Ablösechemikalien,
die eine flüssige
oder gasförmige
Phase, d.h. HF-Dampf oder ein Plasma, sein können und in den Spalt zwischen
dem Substrat und der Haltevorrichtung fließen können.
-
Das
Ergebnis ist in 1b gezeigt. Unterhalb der Plättchen 5 und
des Auslegers ist die Opferschicht 10 weggeätzt. Unter
der Spitze 3 ist das Substrat geätzt. Das Unterätzen der
Plättchen,
des Auslegers und der Spitze kann aufgrund der verringerten Fläche der
Plättchen
schnell erfolgen, was das Ablösen
der gesamten Struktur in einer kurzen Zeit ermöglicht, wodurch das Risiko
der Beschädigung
der Sonde durch einen längeren
Kontakt mit den Ablösechemikalien
vermieden wird. In dieser Ausführungsform
bleiben die Plättchen 5 an
der Sondenschicht 2 durch die Leisten 13 angebracht,
die vor dem abschließenden
Entfernen der Sondenstruktur zerbrochen werden können.
-
1c zeigt
eine Ausführungsform
ohne die Benutzung einer Opferschicht und wobei das Substrat 1 unterätzt ist.
-
2 zeigt
eine Ausführungsform,
wobei das Erzeugen eines Musters in der Sondenschicht in solch einer
Weise erfolgt, dass nur eine Zone 20 um die Plättchen 5 und
den Ausleger 4 herum entfernt wird. In dieser Ausführungs form
sorgt die Bindeschicht 12 für den notwendigen Abstand zwischen der
Haltevorrichtung 6 und der Sondenschicht 2, was ermöglicht,
dass die Ablösechemikalien
in die ,Rinnen' 20
um die Bindeplättchen 5 herum
fließen.
Die Dicke der Bindeschicht ist daher in dieser Ausführungsform
ein bedeutender Parameter. Auch sind in der Ausführungsform von 2 zwischen
der Sondenanordnung und dem Substrat keine Leisten 13 vorhanden.
Solch eine Verbindung wird jedoch vorzugsweise erhalten, indem die
Plättchen 5 nicht
völlig unterätzt werden,
wie in 2 in Einzelheiten ersichtlich. Zwischen dem Substrat
und der Sondenanordnung verbleiben kleine Kontakt-Si-Flächen 14. Die
Abmessungen der Bindeplättchen
und die Ätzzeiten
sollten so sein, dass diese Kontaktflächen erhalten werden. Um dies
zu bewirken, sind die Plättchen
vorzugsweise viel länger
als breit und in einer <100>-Richtung orientiert.
Nach dem Unterätzen können diese
Flächen 14 zerbrochen
werden oder die Sonde zum vollständigen
Entfernen abgeschält werden.
Ein ähnliches
Verfahren ist unter Benutzung einer Opferschicht möglich.
-
3 und 4 zeigen
andere Ausführungsformen.
In 3 ist eine Sondenanordnung, die drei Sondenspitzen
aufweist, an einer Haltevorrichtung 6 angebracht. Drei
Bindeplättchen 7 sind
mit den jeweiligen Auslegern 4 verbunden, während drei separate
Bindeplättchen 5 vorhanden
sind, die durch zerbrechbare Leisten 13 mit dem Substrat
verbunden sind. 4 zeigt eine Sondenstruktur,
wobei die mit einem Sondenausleger und einer Spitze verbundenen
Bindeplättchen 7 sich über die
gesamte Länge des
Kontaktbereiches erstrecken. Außer
diesen sind drei kleine Plättchen 5 vorhanden,
die durch Leisten 13 mit der Sondenschicht verbunden sind.
Die Ablösechemikalien
müssen in
die langen Kanäle
zwischen den Plättchen 7 fließen, um
die Plättchen
von der Seite zu unterätzen.
-
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform werden
die Haltevorrichtungen nicht einzeln mit den Sonden verbunden. Vorzugsweise
wird ein vollständiger
Wafer oben auf ein Substrat gebunden, auf dem mehrere Sondenanordnungen
erzeugt wurden. Wie in 5 gezeigt, wird dieser Wafer
vor dem Ablösen dann
zu Scheibchen geschnitten, um einzelne Haltevorrichtungen zu bilden.
-
Bei
dem Ablösen
müssen
die Ablösechemikalien
in den zwischen der Substratoberfläche und der Haltevorrichtung
gebildeten Spalt fließen.
In Abhängigkeit
von der Anordnung wird die Höhe
dieses Spaltes entweder von der Dicke der Bindeschicht 12 oder
der vereinigten Dicke der Bindeschicht 12 und der Sondenschicht 2 bestimmt. 6a zeigt
eine Ausführungsform,
wobei vor dem Anbringen der Haltevorrichtung ein Vorätzen der
Opferschicht 10 durchgeführt wird. 6b zeigt
eine Ausführungsform,
wobei ein Vorätzen
der Haltevorrichtung durchgeführt
wird, während 6c eine
Ausführungsform zeigt,
in die eine Vorätzung
des Substrates einbezogen ist. Alle Ausführungsformen der 6a bis 6c zielen
darauf ab, den Spalt zwischen der Substratoberfläche und der Haltevorrichtung
zu vergrößern, um
das Fließen
der Ablösechemikalien
in diesen Spalt zu begünstigen.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls andere Weisen zum Herstellen
von AFM-Sonden durch Ablösen
von der Vorderseite nach Anbringen der Haltevorrichtung. Eine diesbezügliche Ausführungsform
ist in 7 gezeigt, und weist die Erzeugung
von Haltevorrichtungen durch Plattieren auf. Die Sondenschicht,
welche die Spitze 3 und den Ausleger 4 umfasst,
wird wie in den vorherigen Ausführungsformen
hergestellt. In diesem Fall wird die Sondenschicht für eine Anzahl
von Sonden gleichzeitig mit einem Muster versehen, derart, dass
sie eine Anzahl von langen parallelen durch Spalte getrennten Plättchen enthält, ähnlich dem
Muster, das in 4 gezeigt ist. Die Haltevorrichtung
wird jedoch nicht auf den Plättchen
angebracht, sondern eine dicke Photolackschicht wird oben auf die
Sondenanordnung aufgetragen und mit einem Muster versehen, derart, dass
Flächen 21 von
Dicklack in den Spalten zurückbleiben.
Die Haltevorrichtung wird dann durch Plattieren, beispielsweise
einer Schicht aus Ni 22, oben auf den Sondenanordnungen
erzeugt. Das Plattierverfahren wird fortgesetzt, bis die mit Dicklack
gefüllten Spalte
fast abgesperrt sind, wie in 7a gezeigt.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Dicklack entfernt, wobei die Spalte
unter Erzeugung der Kanäle 25 leer
gelassen werden, und das Plattieren wird fortgesetzt, bis eine Haltevorrichtungsschicht 23 erhalten
wird. Die Kanäle
ermöglichen,
dass das Unterätzen
der Sondenanordnung in der oben beschriebenen Weise erfolgt, indem
die Ablösechemikalien
in die Kanäle
fließen
und die Plättchen
von der Seite unterätzen.
-
In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird eine Haltevorrichtung oder ein Löcher 24 durch
die Dicke hindurch aufweisendes Haltevorrichtungssubstrat benutzt
(siehe 8) und an eine nicht notwendigerweise mit solch
einem Muster versehene Sondenschicht, dass sie Bindeplättchen aufweist, sondern
mit solch einem Muster versehen wird, dass sie an den Löchern in
der Haltevorrichtung ausgerichtete Öffnungen aufweist, gebunden
oder in einer anderen Weise einschließlich Plattieren oder Erzeugen
eines Musters in Dicklack gebildet wird. Diese Öffnungen bewirken ebenfalls
die Verringerung der Oberfläche
des Kontaktbereiches, so dass dieser Kontaktbereich kleiner als
der Flächeninhalt
des an dem Kontaktbereich anzubringen Haltevorrichtungsbereiches
ist. Die Löcher
ermöglichen
das Fließen der
Ablösechemikalien
zu dem Kontaktbereich zwischen der Haltevorrichtung und der Sondenanordnung
und folglich zwischen der Sondenanordnung und der Opferschicht oder
dem Si-Substrat, so dass der Kontaktbereich unterätzt werden
kann und ein Ablösen
von der Vorderseite her möglich
wird.
-
BESCHREIBUNG
MÖGLICHER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
-
Der
gesamte Kontaktbereich zwischen der Sonde und dem Substrat nach
dem Verbinden ist vorzugsweise kleiner als 0,5 mm2.
Es wurde jedoch festgestellt, dass das Verfahren sogar bei größeren Bindeplättchen,
beispielsweise denjenigen, die in 4 gezeigt
sind, sogar wenn sehr enge Kanäle übrigbleiben,
gut geeignet ist. Das Substrat ist vorzugsweise monokristallines,
vorzugsweise <100>-Silicium.
-
Die
Sondenanordnung kann durch Auftragen einer Sondenschicht, beispielsweise
einer Siliciumnitridschicht oder einer Metallschicht, und nachfolgendes
Erzeugen eines Musters in dieser Schicht mittels bekannter Lithographietechniken
erzeugt werden. Die Sondenschicht kann auch aus Siliciumoxid, einem
Kunststoff einschließlich
SU-8 oder einem Hartmetall bestehen.
-
Alternativ
kann die Sondenanordnung mittels einer Plattiertechnik, mittels
Plattieren auf eine vorherig mit einem Muster versehene Keimschicht
oder wobei ein mustererzeugender Schritt an einer Photolackschicht
durchgeführt
wird, bevor die Sondenanordnung selektiv in den Bereichen, in denen
kein Photolack vorhanden ist, plattiert wird, und nachfolgendem
Entfernen des Dicklackes erhalten werden. Ein andere Weise ist das
Damaszener Verfahren, wobei die Sondenschicht auf eine vorher mit
einem Muster versehene Photolackschicht plattiert und danach poliert
wird, wonach der Dicklack entfernt wird.
-
Gemäß einer
spezifischen Ausführungsform der
Erfindung kann die Sondenschicht auch mittels Implantieren oder
Diffundieren von Verunreinigungen, wie z.B. einem Dotiermittel (wie
z.B. Bor) oder einem anderen Element, wie z.B. Kohlenstoff, gebildet
werden. Solch eine Schicht lässt
sich in KOH langsamer ätzen
(etwa 10mal für
hochbordotiertes Si) als undotiertes Si. Der Ausleger wird dann
in den Si-Wafer gemustert (Bulk-Mikromechanik). Solch eine Sondenschicht
würde in
derselben Weise unterätzt
wie eine abgeschiedene Schicht.
-
Die
Haltevorrichtung kann im Falle einer separat angebrachten Haltevorrichtung
oder Haltevorrichtungssubstrates aus Silicium oder Glas sein. Für eine Haltevorrichtung,
die mittels Plattieren aufgetragen wird, kann Ni benutzt werden,
wie oben mit Bezug auf 7 beschrieben.
Wenn ein strahlungsempfindliches Polymer (Photolack) benutzt wird,
ist strahlungsempfindliches Epoxid (SU-8) am günstigsten. Die Haltevorrichtung
kann aktiv sein, was bedeutet, dass aktive Vorrichtungen, wie z.B.
Transistoren, darin eingebunden sein können.
-
Die
Haltevorrichtung kann durch Löten
einschließ lich
SnPb, Sn, Ag, SnAg, SnCu, SnBi angebracht werden. Es kann unter
Anwendung von Kleben einschließlich
Epoxid (SU-8), Polyimid, BCB, anodisches oder eutektisches Bonden
erfolgen. Ebenso kann eine Haltevorrichtung durch Aufschleudern einer
dicken Photolackschicht und Erzeugen eines Musters darin erzeugt
werden.
-
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform ist
die Gestalt der Bindeplättchen
derart, dass kein Punkt auf diesen Plättchen weiter als 300 μm von dem
Rand des Plättchens
entfernt ist.
-
Als
eine Opferschicht können
benutzt werden: Silicium, poröses
Silicium, Germanium, Siliciumoxid, Al, Ti, Polymer oder andere.
-
Das
Unterätzen
des Siliciumsubstrates selbst (1c) kann
unter Benutzung eines anisotrop wirkenden Ätzmittels, wie z.B. KOH, TMAH,
NaOH, NH4OH, RbOH, CsOH, LiOH, Ethylendiamin (EDP),
durchgeführt
werden. Die Sonde wird vorzugsweise mit Bezug auf die Nord-Süd-Richtung
des Wafers gedreht und an einer <100>-Richtung des Si-Substrates
ausgerichtet. Die Strukturen können an
der <100>-Richtung ausgerichtet
werden, während
die Sonde in eine andere Richtung ausgerichtet wird.
-
Direktes
isotropes Ätzen
des Siliciumsubstrates kann durch Benutzung eines Ätzmittels
auf Basis von Salpetersäure
oder HCl oder eines anderen erfolgen.