JP2009229460A - 短縮化カンチレバーを備えたｓｐｍプローブ及びｓｐｍプローブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブが傾いたときでも、プローブの一部がサンプルの表面に接触する問題を解決する。
【解決手段】細長い支持エレメント、および走査チップを保持するカンチレバーを備えたＳＰＭプローブであって、支持エレメントは、支持エレメントとカンチレバーの長手方向に延びる細長い突起部分を有し、突起部分は、基本的に台形断面を有し、カンチレバーは、支持エレメントの突起部分の狭い横エッジの表面に配置され、カンチレバーを備えた突起部分は、好ましくは、支持エレメントの前方側面の長め横エッジに配置され、走査チップと、主要コーナーの１つを通る理論的直線との間に延びて、支持エレメントの下面の側面長手エッジに平行な平面は、横エッジに対して少なくとも５°の傾斜角度を形成する、ＳＰＭプローブが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、支持エレメントとカンチレバーを備え、支持エレメントから横方向に突き出し、その自由端に走査チップを支え、請求項１の前段にしたがったＳＰＭプローブ、及びこうしたプローブの製造方法に関する。

走査型プローブ顕微鏡は、広く知られており、高感度センサー、いわゆるＳＰＭプローブを用いてサンプル表面の高分解能走査のために使用される。これらの顕微鏡はいずれも、１つの端部にプローブ支持体を取り付けるための支持エレメントと他方の端部にサンプルを走査するためのセンサーチップを有するバネ作用のマイクロカンチレバーによってそのセンサーが形成されるプローブを使用する。

走査型プローブ顕微鏡法は、表面分析用の確立された技術となっており、なかでも、数ナノメートル、さらには原子範囲までの分解能を有する表面トポグラフィーの画像化を可能にする。

この技術の基本的な中核エレメントは走査プローブである。プローブの性質と品質は、表面分析の達成可能な分解能に決定的に寄与する。プローブの製造に関し、単結晶シリコンのエッチング、又は好ましくは窒化珪素からなる薄層を基礎にして、いろいろなプロセスが確立されている。

特許文献１に、長尺の支持エレメント、及び走査チップを保持する支持エレメントの面から突出して支持エレメントの前面に搭載されたカンチレバーを備えたＳＰＭプローブが開示されている。カンチレバーは、前方側面から突出し、支持エレメントは、台形断面を有する。カンチレバーは、前方側面の２つの横エッジの短いほうに搭載される。

特許文献２において、ＡＦＭ走査プローブとその製造方法が開示され、その走査チップは、四面体形を有する。カンチレバーは、シリコン又は窒化ケイ素からなり、走査チップは、カンチレバーの面上に形成され、シリコン結晶の＜１００＞面と＜１１１＞面によって規定される側面を有する。

ＥＰ１３５９５９３Ａ１において、ＳＰＭセンサーとその製造方法が開示され、センサーチップは、カンチレバーの自由端でカンチレバー表面から突出し、カンチレバーと３つの表面のセンサーチップは、単結晶＜１００＞シリコンからなる。

特許文献３は、支持エレメント、カンチレバー、及び走査チップを備えたカンチレバーのチップを開示しており、ここで、支持エレメントは、単結晶シリコンからなり、一方が他方の上に配置されて互いに接続した異なる形状の２つの支持エレメント部分を有する。カンチレバーは、十字型形状を有する下側支持エレメント部分に搭載される。上側支持エレメント部分は、ＳＰＭプローブの支持エレメントに一般的な形状を有する。

特許文献４は、ケイ素酸化物又は窒化ケイ素からなる薄膜として形成された走査チップに追従されるカンチレバー、及びカンチレバーに関わる側面上に斜角コーナーを有する支持エレメントを備えた表面走査プローブを開示している。

走査型プローブ顕微鏡法の一般的で重大な欠点は、プローブが表面を点ごとに走査するため、分析の速度が遅いことである。ここで、走査速度は、走査メカニズムによって制限されるが、他方で、プローブのカンチレバーの共振周波数によっても制限される。走査プローブ顕微鏡法の分野における現状の開発は、非常な高速度で動作する新たなシステムとプローブを開発することによってこの問題を対処している。

こうした迅速な走査プローブ顕微鏡用のプローブにおける共鳴周波数の必要な増加を、同時にカンチレバーの剛性を変化させることなく達成するためには、カンチレバーのサイズを、全ての寸法で大きく低下させなければならない。典型的に、これらの高周波数のカンチレバーは、２０μｍ未満の長さ、５μｍ未満の幅、および１μｍを有意に下回る厚さを有し、したがって、少なくとも長さと厚さに関し、ＳＰＭプローブの現状のカンチレバーの約１／１０を下回る。

この寸法の低下は、カンチレバーの長さと厚さの再現性に特に高い要請を与え、ＳＰＭプローブの製造について一般に使用されるプロセスに適合しない。厚さの変動の低下については、基材における付加的中間層の救済を用いたエッチング停止技術に基づいて既に多くのアプローチがあるが（例えば、「絶縁体上のシリコン」基板、インプラント中間層、等）、規定長さのカンチレバーについてのこれまでに提案された解決策は不十分である。支持エレメントの側面によりカンチレバー長さを規定する一般に用いられる方法は、エッチングプロセスとカンチレバーの出発面の間の大きな垂直距離のために非常に不明確である。エッチング側面の傾斜の変動および／または基材の厚さの変動は、短いカンチレバーにとってもはや受け入れられないカンチレバー長さの大きな変化をもたらす。例えば、陽極接合によって、カンチレバーが、別個に製造された支持エレメント上に装着されたときであっても、装着プロセスの変動は、意図するカンチレバーサイズにとって過度に大きく、そのプロセスは、非常に小さなカンチレバーに使用することができない。

この問題の解決のための一般的アプローチは、通例、倍数によって実際のカンチレバーの幅を超えるように、大きく幅を拡大するカンチレバー設計である。この設計を選択するにおいて、目標は、リソグラフィ定義工程と同様に、非常に広いオーバーハング（上記の幅拡大の）に取り付けられるカンチレバーの実現である。支持エレメントのエッチングプロセスの許容範囲は、実際のカンチレバーからこのオーバーハングの長さにシフトすべきである。しかしながら、現実として、実際のカンチレバーがぶら下げられるオーバーハングの長さは、全体として、カンチレバーの振動特性に大きな影響を有し、この特性はやはり、かなりの程度、支持エレメントのエッチングプロセスの許容範囲に左右される。集束イオンビームを用いたアブレーションによる、カンチレバーの以降の成形についての別な公知プロセスが、この目的を達成すると考えられるが、そのプロセスは、コストの高い個別生産工程からなる。

一般に低下した寸法によって生じるカンチレバーと一体の走査チップを有するこうしたＳＰＭプローブの製造に関する困難性に加え、走査チップの代わりの支持エレメントの意図しない接触の問題が、短いカンチレバーについては非常に大きくなる。プローブは、通常、走査されるべきサンプルの表面に対して、典型的に、８〜１５°の狭い角度で走査プローブ顕微鏡に装着される。これは、サンプルの表面に非常に近いカンチレバー取り付け箇所の領域に、プローブの支持エレメントを配置し、この結果、プローブが少しの角度で横方向に僅かに傾斜すると、支持エレメントのコーナーがサンプル表面に接触し得る。これは、意図しない機能妨害とともに、検査されるサンプルを場合により損傷することがある。このことを防止するため、現状で使用されるプローブの支持エレメントは、カンチレバーが装着される面上に最小限の長さのエッジが形成されるように製造され、カンチレバーの長さ、走査チップの高さ、およびプローブの装着角度から生じる距離が、プローブが若干傾斜しても、支持エレメントのコーナーが接触することを防ぐのに十分な効果を有する。

最も多く使用される設計は、カンチレバーのショートエッジをもたらす支持エレメントの斜角コーナーであり、同時に、実際の支持エレメントの非常に大きい幅によって全体としてプローブの操作容易性を確保する。上記のように、支持エレメントのショートエッジの製造は、湿式化学異方性深部エッチングのような通常使用される製造プロセスにおいて大きな変動を受けやすく、この結果、このタイプの成形が、簡単に、より小さいカンチレバーの場合、およびこれらに必要な支持エレメントのエッジの有意なサイズ低下に適用することができない。支持エレメントの側面の切断のような別のプロセスは、カンチレバーの方向に平行な向きの側面を生成できるに過ぎないため、程なく限界に達する。しかしながら、狭い幅のため、傾斜について十分に狭く切断された支持エレメントは、操作が不可能になる。

米国特許第５７５３８１２号明細書 特開平０８−２６２０４０号 特開平１０−３０７１４４号 特開平０５−０１８７４０号

したがって、本発明は、プローブが少しの角度で傾いたとき、カンチレバーが装着される支持エレメントまたはショートエッジのコーナーがサンプルの表面に接触することができないといった、短いカンチレバーを有するＳＰＭプローブを提案するにおける問題を対処する。本発明は、提案のＳＰＭプローブを製造するプロセスにおいて生じる付加的な問題を対処する。

本発明によると、これらの問題は、下記の特徴を有するＳＰＭプローブによって解決される。

細長い支持エレメント、支持エレメントの前面より先に突き出て走査チップを保持するカンチレバーを備え、該カンチレバーは、ＳＰＭプローブの支持エレメントの前面側に配置されて前方側面から突き出し、該支持エレメントは、前方側面に長め横エッジと短め横エッジを持つ基本的に台形断面を有し、さらに、走査過程の間にサンプルに最も近い前方側面の横エッジの１つに主要コーナーを備えたＳＰＭプローブであって、支持エレメントは、支持エレメントとカンチレバーの長手方向に延びる細長い突起部分を有し、突起部分は、基本的に台形断面を有し、カンチレバーは、支持エレメントの突起部分の狭い横エッジの表面に配置され、カンチレバーを備えた突起部分は、好ましくは、支持エレメントの前方側面の長め横エッジに配置され、走査チップと、主要コーナーの１つを通る理論的直線との間に延びて、支持エレメントの下面の側面長手エッジに平行な平面は、横エッジに対して少なくとも５°の傾斜角度を形成する、ＳＰＭプローブ。

また、これらの問題は、下記の特徴を有するＳＰＭプローブの製造方法によって解決される。

支持エレメント、および支持エレメントに取り付けられて自由端に走査チップを保持するカンチレバーを備えたＳＰＭプローブの製造方法であって、基材の第１材料側から始めるエッチングによって、カンチレバー、および突起部分を有する支持エレメントの形状を形成する工程、および基材の他方の反対側の第２材料側から始めるエッチングによって、カンチレバーの厚さを選択する工程を含む、ＳＰＭプローブの製造方法。

本発明の基本的な思想は、従来のプローブに比較し、支持エレメントに特殊な形態を与えることであり、従来のプローブに比較し、最も近い支持エレメントの表面の長手面エッジまでの走査チップの側面距離が大きく低下し、および／または走査チップを保持するカンチレバー上面と関連支持エレメント表面の間の距離が大きく増加する。

本発明によるＳＰＭプローブは、基本的に台形の断面を備えた長尺の支持エレメントを有し、カンチレバーは、側面エッジ、好ましくは広い側面エッジ上の支持エレメントの前面側に位置する。基本的に台形の断面は、長方形および／または段付き断面を意味してもよい。走査チップと、側面エッジに付随して主要コーナーを通過して支持エレメントの下面の側面長手エッジに平行な理論的直線との間に延在する平面は、横エッジに対して少なくとも５°の傾斜角を形成する。「主要コーナー」は、走査プロセスの間にサンプルに最も近いコーナーを意味する。仮に、前方横エッジにおいて、例えば、斜めの状態でカンチレバーの両面に２つのコーナーが形成されると、主要コーナーは、カンチレバーから最も近い距離を有し、サンプルの表面に最初に接触するものである。また、プローブの操作性を改良する目的で、支持エレメントを、カンチレバーを備えたプローブの前面側から、プローブの反対の後面側の方に広くすることが妥当である。結果として、サンプル表面に接触するプローブに向く支持エレメントの横エッジなしに、プローブは、横方向に最大で５°まで傾斜することができ、それによって、プローブの損傷を大きく排除する。

支持エレメントは、支持エレメントの長手方向に延びる細長い突起部分を有し、基本的に台形または長方形の横断面を有する少なくとも突起部分を備え、支持エレメントの突起部分の狭い横エッジの表面上に装着したカンチレバーを備える。

狭い端にカンチレバーが固定されてその高さがプローブのあり得る側方傾斜を補償する突起部分を、支持エレメント上に形成することは、とりわけ小さくて短いカンチレバーの場合に、支持エレメントがサンプル表面に接触することを確実に防止する。支持エレメントの主要コーナーを有するエッジ区画を、支持エレメントの後方側から、カンチレバーが位置する支持エレメントの前面側にシフトすることにより、より簡単で特により再現性のよい製造が可能になる。

ＳＰＭ測定システムの製造バラツキによる、かつプローブアセンブリーの許容範囲による典型的な最大のあり得る傾斜は、最大で５°の大きさを有する。こうした傾いた場合における支持エレメントエッジとサンプル表面の間の接触は、それにそれぞれカンチレバーが取り付けられる突起部分の高さＨについて、支持エレメントエッジの長さＬとの関係で以下の関係が成立すれば、確実に回避することができる。

この結果は、ほぼ以下のようになる。

本発明によるＳＰＭセンサーに好ましい態様が与えられ、走査チップを保持するカンチレバーの下面と突起部分を保持する支持エレメントの下面の間の垂直距離は、取り付けられたカンチレバーを有する突起部分が位置する支持エレメントの横エッジの幅の少なくとも１／２０になる。

有利には、支持エレメントとカンチレバー用の基材は、単結晶シリコンであり、カンチレバーが取り付けられる支持エレメントの少なくとも前方側面は、シリコン結晶の（１１１）面によって形成される。また、有利には、基材が、カンチレバーの厚さを確定するために一体のエッチング停止層を有する。

ＳＰＭプローブの別の好ましい態様において、突起部分を含む支持エレメントが１つの材料からなり、かつカンチレバーが第２材料からなる。支持エレメントと突起部分用の材料として、ガラスまたはシリコン、およびカンチレバー用のアモルファス薄膜を使用することができる。

本発明の別の態様において、支持エレメント、突起部分、およびカンチレバーは、それぞれ異なる材料からなる。支持エレメント用の材料は、ガラスを、突起部分にシリコンを、カンチレバー用にアモルファス薄膜を有することができる。

本発明において、支持エレメントの側面と突起部分の側面は、同じ傾斜であってもよく、段付き構成で互いに追従してもよい。また、本発明に好ましい態様が与えられ、カンチレバーが取り付けられる少なくとも前方側面は、切り下げ形状を有する。ここで、支持エレメントの長手面の側面が、カンチレバーの方向に互いに適切に走ることもまた有益である。

このような態様において、カンチレバーの下の支持エレメントの面は、好ましくは、シリコン結晶の（１１１）面によって少なくとも部分的に形成され、その（１１１）面は、エッチングプロセスのための停止ラインとしての横ラインによって決まり、そのラインは、カンチレバー側の支持エレメントの下面の上方のカンチレバーの方向に直角に走る。

本発明によって提案される方法によると、本発明によるＳＰＭプローブは、１片からなることができ、あるいは、少なくともカンチレバーを先ず別個に製造した後、支持エレメントと接続し、そして存在するならば、同じ突起部分と接続することが好ましい。突起部分を有するならば、支持エレメントは、１片からなることができ、あるいは、２つの接合部分からなることもできる。

有益には、本発明による方法は、少なくとも次の２つの工程からなることができる。第１に、カンチレバー、および突起部分が存在するまたは存在しない支持エレメントの形状を、基材の第１材料側から始めてエッチング工程によって形成する。次に、カンチレバーの厚さを、基材の他方（反対）の材料側から始めて、エッチングによって選択する。好ましくは、支持エレメントの長手側面を、基材の第１材料側から始めて形成し、カンチレバーが取り付けられる前方側面を、基材の他方の第２材料側から始めて形成する。

この方法の有益な順序において、支持エレメントの長手側面および／または突起部分ならびにカンチレバーの形状を、基材の第１材料側から始めて異方性エッチングによって形成した後、かつエッチングした構造を含む基材の関連材料面を、エッチングプロセスに耐える保護フィルムで被覆した後、支持エレメントのプローブの前方と後方の側面を、他方の材料面から始めてエッチングする。具体的には、カンチレバーが突き出る前方側面を、第２材料面から始めて、エッチングがまた異方性湿式化学プロセスによって行われ、保護フィルムがエッチングプロセスの後に選択的に除去される様式で製造する。

好ましくは、ＳＰＭプローブは、以下の工程によって製造し、即ち、カンチレバーを、シリコンウエハーの第１材料側のエッチング停止層の上のシリコン層から先ず形成する。次いで、エッチングされた構造を含むシリコンウエハーの第１材料側を、エッチングプロセスに耐える保護フィルムで被覆し、その後、エッチングプロセスに耐える保護フィルムの中に、カンチレバーを除いて同時に支持エレメントのエッチング停止ラインを確定する窓を開け、そのラインが、カンチレバーの長さを決める。次いで、異方性湿式化学プロセスを用い、カンチレバーがエッチングによって完全に露出し、シリコン結晶の（１１１）面がカンチレバーの下に形成される様式で、開口窓内のシリコンをエッチングする。その後、シリコンウエハーの第２材料側から出発し、エッチングプロセスの側面としてシリコン結晶の（１１１）面が生成する様式で、異方性湿式化学プロセスによって支持エレメントを形成し、この側面は、シリコンウエハーの反対の第１材料側から先に生成したカンチレバーの下の（１１１）面に合致する。切り下げ側面プロフィルを有する新たな（１１１）面を少なくともカンチレバーの下の領域に形成する目的で、湿式化学異方性エッチングプロセスを継続し、前面と背面からエッチングされる２つの（１１１）面の間の露出領域に対する迅速なエッチング攻撃を利用する。最後に保護フィルムを選択的に除去する。

突起部分の形成に関し、これは、保護フィルムの除去の後、エッチング側面を含むシリコンウエハーの背面に付加的な保護フィルムを適用すること、および、その後に、シリコンウエハーの前面から異方性エッチングプロセスによって支持エレメントから、カンチレバーを含む突起部分が形成されることの目的にさらに役立つ。その後、新たな保護フィルムが、再度選択的に除去される。

以下、いろいろな態様に関して、添付の図面と併せて本発明を詳細に説明する。本発明のさらなる特徴は、図面、および請求項と併せたその説明に提示される。個々の特徴は、そのもので、あるいは、本発明の種々の態様と組み合わせて実施することができる。

本発明による突起部分を備えた第１のＳＰＭセンサーを示す。 基材を備え、エッチング停止層を備えない、図１によるセンサーのカンチレバーと突起部分の同時成形を示す。 基材を備え、エッチング停止層を備えない、図１によるセンサーのカンチレバーと突起部分の順次成形を示す。 基材を備え、エッチング停止層を備えない、図１によるセンサーのカンチレバーと突起部分の順次成形を示す。 図１によるセンサーについての以降のアセンブリーを伴う、支持エレメント、突起部分、およびカンチレバーの個々の製造と成形を示す。 図１によるセンサーについての以降のアセンブリーを伴う、カンチレバーを備えた支持エレメントと突起部分の個々の製造と成形を示す。 切り下げ側面を備えた本発明による第２のＳＰＭプローブを示す。 図７によるＳＰＭプローブの成形のための製造プロセスを示す。 切り下げ側面と突起部分を備えた本発明による第３のＳＰＭプローブを示す。 図９によるＳＰＭプローブの成形のための製造プロセスを示す。

各態様の説明において、上方、下方、上面、下面等などの用語は、カンチレバーが、走査チップを下方に向けて、その下に位置するサンプルの上から走査するＳＰＭプローブの共通操作位置を指称する。別な仕方では不明確になってしまう詳細事項を明示する目的で、図面は、操作位置に反し、上方に向けた走査チップを有するプローブを示す。

図１は、支持エレメント２を備えたＳＰＭプローブ１を示し、カンチレバー３は、支持エレメント２によって保持された細長い突起部分４から始まる。通常のように、カンチレバー３は、支持エレメント２から離れ、カンチレバー３の下面６上の走査チップ５を保持する。横方向に、支持エレメント２は、長手側面７を有し、突起部分４は、長手側面８、および、それぞれ２つの長手側面７、８に接続する後方横側面９、１０を有する。カンチレバー３がその上に突き出す前面１２に、共通の前方側面１３が位置し、プローブ１の後方面１１の横側面９、１０の反対の位置となる。突起部分４は、支持エレメント２の下面１４から突き出し、同じ横間隔を有して支持エレメント２の長手サイドエッジ２２と配列する。突起部分４に由来する支持エレメント２の下面１４に対するカンチレバー３の突起部分は、ＳＰＭプローブ１のあり得る側方傾斜を補償する。

ＳＰＭプローブ１の支持エレメント２と突起部分４は、台形断面を有し、カンチレバー３は、突起部分４の前方側面１３の正面の狭い下側横エッジ１５に位置する。突起部分４は、支持エレメント２の前方コーナー１６に対して中心にあり、２つの横エッジ１５’、１５”のうちの広い横エッジ１５’によって接続され、細長い突起部分４は、支持エレメント２の長手方向と、支持エレメント２の長さの一部のカンチレバー３の長手方向に延びる。プローブ１の形態は、カンチレバー３、突起部分４、および支持エレメント２の同時リソグラフィ確定、または個々の工程におけるこれらの独立した製造によって形成することができる。

前者の場合、突起部分４とカンチレバー３は、正面図と側面図で図２のａ〜ｄに示すように、典型的に、基材１７から支持エレメント２の下面１４に一緒に形成することができ、第１材料側１８から出発した後、他方（第２）材料側１９から出発し、カンチレバー３は、典型的に、その呼び厚さまで薄くされ、可能であれば、実際の支持エレメント２の製造とともに行い、基材１７の第２材料側１９が、支持エレメント２の上側２７を形成する。

また、別の図において、第１材料側１８は、下面１４に関係し、第２材料側１９は、支持エレメント２の上側２７に関係する。別な態様として、図３のａ〜ｄに示すように、カンチレバー３の厚さの確定は、突起部分４とカンチレバー３の製造の前に、薄膜２０の形成によって達成することもできる（図３のａ、ｂ）。カンチレバー３と突起部分４は、その後、膜２０と後の支持エレメント２の中実基材１７から形成する（図３のｃ、ｄ）。

別個の製造の場合、カンチレバー３と突起部分４は、２つの別な製造工程において形成する。通常、カンチレバー３の形状は、先ず、基材１７から形成され、第１材料側１８から出発した後、保護され、突起部分４がカンチレバー３の周りに形成される。ここで、この順序を変えることもできる。上述の同時製造の態様のように、カンチレバー３の厚さは、第２材料側１９から出発して、基材１７の薄肉化の後または前のいずれかに行うこともできる。

単結晶シリコンが、プローブ１を製造するための基材１７として使用される場合、公知の一般的な湿式または乾式の化学的異方性エッチングプロセスの１つに基づくエッチングによって、第１基材側１８から始めて、突起部分４とカンチレバー３が形成される。湿式化学的異方性エッチングによって、反対の第２材料側１９からの材料１７の薄肉化もまた行われ、これは、その過程で結晶構造を十分に引き出し、通常のレーザービームがカンチレバー３上で焦点を形成するとき、プローブ１の適用の際により良好な接近性の長所を与える傾斜した前方側面１３を形成するためである。ここで、通常の垂直壁を有する異方性乾式化学的プロセスもまた適用することができる。

突起部分４とカンチレバー３の個別製造の特殊な場合は、図４のａ〜ｅに示すように、一体のエッチング停止層２１を有する基材１７の使用に由来する。単結晶シリコンの場合、こうしたエッチング停止層２１は、例えば、一体の二酸化ケイ素層（いわゆる「酸化物上シリコン」またはＳＯＩ基材）によって、または高濃度ホウ素のインプラントによって製造することができる。こうした一体のエッチング停止層２１は、エッチング停止層２１の上に、非常に均一な厚さを有して作成できる薄層からカンチレバー３を形成することにより、高精度を有するカンチレバー３の厚さを規定するために使用することができ、そして、支持エレメント２は、基本的に、エッチング停止層２１の下の残存する基材１７から形成する。上記の薄肉化の仕方において、エッチング停止層２１は、カンチレバー厚さの変動の拡大を防止する。これは、２つの工程のプロセスを用いることによって、支持エレメント２とサンプルの間の接触の危険性を低減させるために上述した突起部分４の形成に影響を及ぼさない。

均一な基材１７を成形するのではなく、予め別々に製造されたカンチレバー３と支持エレメント２の接合を介して製造されるプローブ１の場合、図５のａ〜ｅに示すように、上記の突起部分４は、アセンブリーの前に支持エレメント２と一体にすることもできる。別な態様として、突起部分４とともにカンチレバー３を製造することも可能であり、次いで、突起部分４は、図６のａ〜ｆに示すように、カンチレバー３とともに支持エレメント２に装着される。材料とエッチング方法を適切に選択し、突起部分４は、アセンブリーの後であっても、特にエッチングによって支持エレメント２から形成することができる。

突起部分４を有する上記の支持エレメント２の形態のもう１つの特殊な場合は、同じ傾斜を有して、長手側面８までの長手側面７の同じ傾斜と段付き遷移を有する、支持エレメント２の長手側面７の形成と突起部分４の長手側面８の形成である。支持エレメント２と突起部分４のこの特殊な断面形状は、サンプル表面と接触する支持エレメント２の危険なしに、走査プローブ顕微鏡のいくつかの適用に必要なプローブ１のかなりの傾斜さえも可能にする。

それぞれ、異なる第１と第２の材料側から出発して、長手側面７、８と重要な前方側面１３を別個に形成するこのプロセスの大きな長所は、異方性湿式化学的シリコンエッチングが使用される場合に、開コーナーが生じないことである。基材１７の１つだけの材料側１８、１９から出発して支持エレメント２と突起部分４を構造化する通常のプロセスと対照的に、支持エレメント２のコーナー１６もまた、シリコン単結晶の遅いエッチングの（１１１）面によって正確に確定される。

図７のプローブ１を有する本発明の態様にしたがうと、カンチレバー３の長さの正確で均一で再現性のある確定が、基材１７の同じ第１材料側１８からのカンチレバー３と支持エレメント２の間の変わり目のリソグラフィ構造化によって達成される。表面マイクロ光学に共通のように、カンチレバー３は、マスキングしたカンチレバー３の下の側面エッチングによって露出する。次いで、支持エレメント２の実際の成形が、基材１７の反対の第２材料側１９から始まり、その過程で、カンチレバー３の下の基材１７の残存する材料もまた除去される。

異方性湿式化学的エッチング法とともに支持エレメント２のために基材１７として単結晶シリコンを使用する場合、カンチレバー３の下の支持エレメント２の前方側面１３を確定するために、結晶の（１１１）面の非常に遅いエッチング速度を利用することができる。シリコン結晶の適切な配向を用い、カンチレバー３の下のエッチングは、カンチレバーの長手軸に垂直なカンチレバー３に隣接してリソグラフィによって確定された停止ライン２５で正確に停止する。通例、カンチレバー３の下の得られたエッチング面は、最初に傾斜すると考えられる。基材１７の反対の第２材料側１９からの以降のエッチングプロセスが調整され、エッチング面が、第１材料側１８から出発して先に構造化されたカンチレバーの下のエッチング箇所の前方側面１３に合致し、次にエッチング面の合致後に十分にオーバーエッチングするならば、切り下げ（１１１）結晶面は、カンチレバー３の下の前方側面１３として形成し、カンチレバー３に隣接して先に確定したエッチング停止ライン２５で正確に終了すると考えられる。基材１７の第１材料側１８と第２材料側１９の間の調整の現存する不正確、および基材１７の厚さの変動は、支持エレメント２の前方側面１３における収縮エッジ２６の下で、異なるサイズの尾根を生成する効果を有するに過ぎない。別な態様として、完全な前方側面１３が形成される前に、オーバーエッチングを中断させることができる。切り下げ（１１１）面のみは、既に、カンチレバーの下に直接形成していなければならない。この仕方において、前方側面１３の切り下げ形態を有する図７によるＳＰＭプローブ１を製造することができる。

上述の態様におけるカンチレバー３もまたシリコンからなる場合、一体エッチング停止層２１を有する基材１７の使用が必要である。カンチレバー３、および場合による一体の走査チップ５は、先ず、図８のａ、ｂに示した湿式または乾式の化学的エッチング法によって、上側シリコン層から、即ち、基材１７の第１材料側１８から形成した後、図８のｃに示したように、例えば、ケイ素酸化物またはケイ素窒化物からなる適切な保護フィルム２３で被覆される。その後、支持エレメント２のエッチング停止ライン２５は、リソグラフィによって確定され、図８のｄ、ｅに示すように、カンチレバー３もまた保護されたままである。以降のカンチレバー３の下のエッチングの際、一体のエッチング停止層２１は、図８のｆ、ｇ、ｈに示すように、カンチレバーの後方からのエッチング攻撃を防止する。

カンチレバー３の長さの正確な確定のためのプロセスは、突起部分４を有するカンチレバー３の概念を組み合わせることができる（図９）。この目的のため、図１０のａ、ｂに示すように、第１材料側１８からカンチレバー３のエッチングを開始した後、先ず必要なことは、カンチレバー３の周りに窓を開けることであり、カンチレバー３の下の領域は、完全にエッチングしなければならない。次いで、支持エレメント２が、第２材料側１９から十分なオーバーエッチングでエッチングされ、この結果、切り下げ（１１１）結晶面が、カンチレバー３の下に生成する。次いで、この側からエッチングされた前方側面９、１０、１３を含む支持エレメント２の第２材料側１９が、例えば、ケイ素酸化物またはケイ素窒化物からなる適切な保護フィルムで保護されなければならず、突起部分４は、第１材料側１８から出発してエッチングされなければならない。最後に、図１０のｃのように、保護フィルム２３が選択的に除去される。

図７と図９は、互いの関係で、エッチング停止ライン２５、収縮エッジ２６、および支持エレメント２の上面２７の間のエッチング領域を示す（ノンスケール）。ここで、説明の目的で、収縮エッジ２６の下のエッチング領域、即ち、カンチレバー３の方向は、支持エレメントのその他の部分に対して高さを数倍まで過度に大きくして示している。とりわけ図９において、突起部分４の、エッチング上層２１から収縮エッジ２６の距離は、基本的に、図７と図９に示した２つの態様で同じである。前方側面１３の下で、支持エレメント２の上面２７からエッチング停止層２１まで延在する全ての前面エッチング領域は一緒になる。

１ ＳＰＭプローブ
２ 支持エレメント
３ カンチレバー
４ 突起部分
５ 走査チップ
１３ 前方側面
１６ 主要コーナー

Claims (17)

1. 細長い支持エレメント（２）、支持エレメント（２）の前面より先に突き出て走査チップ（５）を保持するカンチレバー（３）を備え、該カンチレバー（３）は、ＳＰＭプローブ（１）の支持エレメント（２）の前面側（１２）に配置されて前方側面（１３）から突き出し、該支持エレメント（２）は、前方側面（１３）に長め横エッジ（１５’）と短め横エッジ（１５”）を持つ基本的に台形断面を有し、さらに、走査過程の間にサンプルに最も近い前方側面（１３）の横エッジ（１５’、１５”）の１つに主要コーナー（１６）を備えたＳＰＭプローブ（１）であって、
   支持エレメント（２）は、支持エレメント（２）とカンチレバー（３）の長手方向に延びる細長い突起部分（４）を有し、突起部分（４）は、基本的に台形断面を有し、カンチレバー（３）は、支持エレメント（２）の突起部分（４）の狭い横エッジ（１５）の表面に配置され、カンチレバー（３）を備えた突起部分（４）は、支持エレメント（２）の前方側面（１３）の長め横エッジ（１５’）に配置され、走査チップ（５）と、主要コーナー（１６）の１つを通る理論的直線との間に延びて、支持エレメント（２）の下面（１４）の側面長手エッジ（２２）に平行な平面は、横エッジ（１５’）に対して少なくとも５°の傾斜角度を形成することを特徴とするＳＰＭプローブ。
2. 走査チップ（５）を保持するカンチレバーの下面（６）と突起部分（４）を保持する支持エレメントの下面（１４）の間の垂直距離Ｈが、取り付けられたカンチレバー（３）を有する突起部分（４）が位置する支持エレメント（２）の横エッジ（１５’）の幅Ｌの少なくとも１／２０であることを特徴とする請求項１に記載のＳＰＭプローブ。
3. 支持エレメント（２）とカンチレバー（３）用の基材（１７）は、単結晶シリコンであり、カンチレバー（３）が取り付けられる支持エレメント（２）の少なくとも前方側面（１３）は、シリコン結晶の（１１１）面によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のＳＰＭプローブ。
4. 基材（１７）が、カンチレバー（３）の厚さを確定するために一体のエッチング停止層（２１）を有することを特徴とする請求項３に記載のＳＰＭプローブ。
5. 突起部分（４）を含む支持エレメント（２）が１つの材料からなり、かつカンチレバー（３）が第２材料からなることを特徴とする請求項１に記載のＳＰＭプローブ。
6. 支持エレメント（２）および突起部分（４）がガラスまたはシリコンからなり、かつカンチレバー（３）がアモルファス薄膜からなることを特徴とする請求項５に記載のＳＰＭプローブ。
7. 支持エレメント（２）、突起部分（４）、およびカンチレバー（３）が、それぞれ別の材料からなることを特徴とする請求項１に記載のＳＰＭプローブ。
8. 支持エレメント（２）がガラスからなり、突起部分（４）がシリコンからなり、かつカンチレバー（３）がアモルファス薄膜からなることを特徴とする請求項７に記載のＳＰＭプローブ。
9. 支持エレメント（２）の長手側面（７）と突起部分（４）の長手側面（８）が同じ傾斜を有し、段付き構成で互いに追従することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のＳＰＭプローブ。
10. 少なくとも前方側面（１３）が切り下げ形状を有することを特徴とする請求項９に記載のＳＰＭプローブ。
11. 前方側面（１３）が、シリコン結晶の（１１１）面によって少なくとも部分的に形成され、製造上の理由により、該（１１１）面は、カンチレバー側の支持エレメント（２）の下面（１４）の上方のカンチレバー（３）の方向に直角に走る横ライン（２５）によって決定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＳＰＭプローブ。
12. 支持エレメント（２）、および支持エレメント（２）に取り付けられて自由端に走査チップ（５）を保持するカンチレバー（３）を備えた、請求項１〜４、および９〜１１のいずれか１項に記載のＳＰＭプローブ（１）を製造する方法であって、
    基材（１７）の第１材料側（１８）から始めるエッチングによって、カンチレバー（３）、および突起部分（４）を有する支持エレメント（２）の形状を形成する工程、および基材（１７）の他方の反対側の第２材料側（１９）から始めるエッチングによって、カンチレバー（３）の厚さを選択する工程を含むことを特徴とするＳＰＭプローブの製造方法。
13. 支持エレメント（２）の長手側面（７）を、基材（１７）の一方の材料側（１８、１９）から成形し、カンチレバー（３）が取り付けられる前方側面（１３）を、基材（１７）の他方の材料側（１９、１８）から成形することを特徴とする請求項１２に記載のＳＰＭプローブの製造方法。
14. 該プローブ（１）の長手側面（７、８）およびカンチレバー（３）の形態を、基材（１７）の一方の側（１８、１９）からの異方性エッチングによって成形する工程、
    エッチングした構造を含む基材（１７）の関連面（１８、１９）を、エッチングに耐える保護フィルム（２３）で被覆する工程、
    基材（１７）の反対側（１９、１８）から始める異方性湿式化学プロセスによって、支持エレメント（２）の少なくとも前方側面（１３）をエッチングする工程、および
    保護フィルム（２３）を選択的に除去する工程、
    を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載のＳＰＭプローブの製造方法。
15. シリコンウエハーの第１材料側（１８）から、エッチング停止層（２１）の上のシリコン層より先ずカンチレバー（３）を形成し、
    次いで、エッチングされた構造を含むシリコンウエハーの第１材料側（１８）を、エッチングに耐える保護フィルム（２３）で被覆し、
    その後、エッチングに耐える保護フィルム（２３）の中に、カンチレバー（３）を除いて同時に支持エレメント（２）のエッチング停止ライン（２５）を確定する窓を開け、該ラインが、カンチレバー（３）の長さを決定し、
    その後、異方性湿式化学プロセスを用い、カンチレバー（３）がエッチングによって完全に露出し、シリコン結晶の（１１１）面がカンチレバー（３）の下に形成される様式で、開口窓内のシリコンをエッチングし、
    その後、シリコンウエハーの第２材料側（１９）から出発し、エッチングプロセスの前方側面（１３）としてシリコン結晶の（１１１）面が生成し、該側面は、カンチレバー（３）の下のシリコンウエハーの反対の材料側（１８）から先に生成した（１１１）面に合致する様式で、異方性湿式化学プロセスによって支持エレメント（２）を形成し、
    次いで、前面と背面からエッチングされる２つの（１１１）面の間の露出領域に対する迅速なエッチング攻撃を利用しながら、少なくともカンチレバー（３）の下の領域に切り下げ側面プロフィルを有する新たな（１１１）面が生成するまで、該異方性湿式化学プロセスを継続し、
    その後、保護フィルム（２３）を選択的に除去する、
    ことを含むことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のＳＰＭプローブの製造方法。
16. 保護フィルム（２３）の除去の後、エッチング側面を含むシリコンウエハーの第２材料側（１９）に付加的な保護フィルム（２３）を適用し、
    次いで、シリコンウエハーの第１材料側（１８）から始める異方性湿式化学プロセスによって、カンチレバー（３）を含む突起部分（４）を支持エレメント（２）から形成し、
    最終的に、該新たな保護フィルム（２３）を再度選択的に除去する、
    ことを含むことを特徴とする請求項１５に記載のＳＰＭプローブの製造方法。
17. 支持エレメント（２）、および支持エレメント（２）に取り付けられて自由端に走査チップ（５）を保持するカンチレバー（３）を備えた請求項５〜８のいずれか１項に記載のＳＰＭプローブの製造方法であって、先ず、少なくともカンチレバー（３）を別個に製造し、次いで、突起部分（４）と接合し、支持エレメント（２）と突起部分（４）は、１片よりまたはアセンブリーとして製造することを特徴とするＳＰＭプローブの製造方法。

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