JP2009537336A - 材料付着法によるマイクログリッパの製造方法 - Google Patents

Abstract

ベース体及びベース体と一体的に接続された把持体を含んでおり、この把持体が、ベース体から突き出ており、且つ自由端部領域では収容スリット（６）を、マイクロメートル又はサブマイクロメートルのスケールの対象物を収容スリット内に把持及び保持のために挟み得るように設けられたマイクログリッパ（８）の製造方法、並びに属概念のマイクログリッパを説明する。本発明は、ベース体及び把持体が、材料付着法によって少なくとも一つの共通の第１の材料層及び一つの共通の第２の材料層（３、４）を形成することで製造されること、並びに材料層が、基本的に平らに形成され、且つ平らな基体表面を準備する方法ステップと、基体表面上に第１の犠牲層（１３）を付着する方法ステップと、第１の犠牲層（１３）上に第１の材料層（３）を付着する方法ステップと、第１の材料層（３）上、少なくとも第１の材料層の一つの局所的な領域上に第２の犠牲層（１４）を付着する方法ステップと、第１の材料層（３）及び第２の犠牲層（１４）上に第２の材料層（４）を付着する方法ステップと、収容スリットを形成するため第２の犠牲層（１４）を除去する方法ステップと、製造されたマイクログリッパを基体表面からはずすために第１の犠牲層（１３）を除去する方法ステップと、を実施することで互いに接続されることを特徴とする。

Description

本発明は、マイクロメートル又はサブマイクロメートルのスケールの対象物を収容及び保持するためのマイクログリッパ、並びにその製造方法に関する。

マイクログリッパは今日では、マイクロシステム技術との関連の数多くの分野で使用されている。マイクログリッパは例えば、マイクロ技術及びナノ技術において、非常に小さな対象物の操作及び組立てのため、又は継ぎ合せのために使用される。マイクログリッパのさらなる適用分野は、物理学、生物学、化学、及び医学において存在しており、この場合マイクログリッパは、例えば試料の分析又は検査と関連させて試料を収容、把持、及び保持するために使用される。

マイクログリッパは、一般的にベース体から成り、このベース体は、対象物を保持及び収容するために用いられる二つ又は複数の可動及び／又は弾性の把持要素と接続されている。把持要素を能動的に作動させるために、大抵はマイクログリッパに存在するアクチュエータが設けられており、このアクチュエータが相互に作用する把持要素を動かす。このようなマイクログリッパの場合、アクチュエータを相応に制御することよって、対象物に作用する把持力を部分的に調整又は調節することができる。またアクチュエータのないマイクログリッパも知られており、この場合、対象物の保持及び収容は、能動的ではなく受動的に、弾性の材料特性を活用して行われる。この種のマイクログリッパは、少なくとも二つの、対向して互いに間隔をあけている把持要素を備えており、この把持要素の間に対象物を挟むことができる。把持要素の間に対象物を挟み込むことにより、把持要素が弾性変形し、こうして対象物に反作用する弾性的な保持力が生じる。

以下の実施形態に関してマイクログリッパという概念は、把持要素を二つだけ備える型に限定されることをここで指摘しておく。

ＤＥ １９５ ２３ ２２９ Ａ１公報では、ベース体と、ベース体に固定されたリニアアクチュエータとしての圧電変換器と、ベース体及び圧電変換器に接続されたマイクロ構造体とから成るマイクロ組立用マイクログリッパの一実施形態が開示されている。マイクロ構造体では、相互に作用する対向している二つの把持要素と、把持要素に圧電変換器の直線運動を拡大して伝達するための湾曲継手を備えた機械的なレバー変速部とが、構造的には一つの部品に統合されている。圧電変換器の長さが変化すると、弾性的な湾曲要素が変形し、こうして把持要素の狙い通りの互いに離れる又は向かう移動が開始される。

マイクロ構造体の製造は、厚さ２４０μｍの両面研磨された（１００）面シリコンウエハから、既知の構造化プロセス、リソグラフィ、及び異方性エッチングによって行われる。続いてマイクロ構造体をシリコン基体であるベース体上で、マイクロ構造体とベース体の間の選択された小さな接触面だけが接着されるように接着剤で固定し、その際、湾曲要素及び把持要素は、接触面に沿って軸方向に変位可能である。記載されたマイクログリッパの本質的な利点としては、シリコンからのマイクロ構造体の製造、特にシリコンの優れたマイクロ構造化の可能性、及びシリコンが塑性変形しないことが、特に強調される。これに加え、把持力を電気信号に変換するため、及びそれにより把持力を把持すべき対象物に適合させるため、把持要素、特に把持要素の各把持面に、圧電層、例えば圧電抵抗性の層を取り付けてもよい。アクチュエータとして圧電システムを使用するマイクログリッパのさらなる実施形態は、例えばＤＥ １９６ ４８ １６５ Ａ１公報及びＤＥ １０１ １４ ５５１ Ｃ１公報から読み取ることができる。

圧電システムの他に、把持要素の移動のための別の要素又は原理も使用される。ＤＥ １９７ １５ ０８３ Ａ１公報からは、電気力学的な駆動装置の平面コイル又は永久磁石が、任意の把持メカニズム内に組み込まれているマイクログリッパを読み取ることができる。把持要素を閉じることは、外側の磁場を掛けることによって引き起こされる。これに対しＵＳ ２００４／０００４３６４ Ａ１公報、ＵＳ ２００２／００６１６６２ Ａ１公報、及びＵＳ ５，１４９，６７３ Ａ公報は、静電引力又は静電反発力を利用して把持要素を動かし得るマイクログリッパを記載している。最後にＵＳ ２００５／００２９８２７ Ａ１公報からは、電熱性の材料特性を活用して把持要素を動かし得るナノグリッパが明らかである。これに関し把持要素は、継手メカニズムを介して、電流貫流により加熱される要素と接続されており、この要素は加熱の際に膨張し、且つ継手メカニズムを介して把持要素の移動を引き起こす。

これまで述べたグリッパは全て、対象物を把持及び保持するために、アクチュエータに電気エネルギー又は磁気エネルギーを供給する必要があるという欠点を有している。この供給が中断又は妨害されると、グリッパは上手く作動しなくなり、つまり対象物が意図せずマイクログリッパから離れる可能性がある。そのうえマイクロメートルの範囲での必要な寸法におけるマイクログリッパの不可欠の電気的適応は、労力がかかり、且つコストが高い。

マイクロメートル又はサブマイクロメートルのスケールの試料の材料分析の関連でのマイクログリッパの適用に関し、特に、マイクログリッパによる、例えば前の試料から次の試料への材料移転による、試料のあらゆる汚染が防止されなければならない。このため例えば、特に透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のような電子顕微鏡による検査の関連で試料を把持及び保持するために、それぞれの試料に対して新しいマイクログリッパが使用される。このような目的のためのマイクログリッパは、一回の利用のためだけに規定されているので、安いコストで大量生産品として生産可能であるべきである。それでも、このような適用の際の確実な把持及び保持を保証するために、マイクログリッパは全ての要件を満たしていなければならない。しかしながら上述のマイクログリッパは、挙げられた理由からこれに適していない、又は最適には適していない。

上述のアクチュエータを備えたマイクログリッパの他に、ＵＳ ２００２／０１６６９７６ Ａ１公報には、特にＴＥＭによる検査の関連で試料を把持及び保持するための使用にも適しているマイクログリッパが記載されている。そこに記載されたマイクログリッパは、棒状又は円筒状の細長い物体から成り、この物体の端部には、一つ又は複数の三角形に開いた収容スリットが、試料を収容スリット内に挟み得るように備えられている。試料の収容及び保持は、上述のように、収容スリットを取り囲む材料の弾性変形に、及びそれによって引き起こされる挟み込まれた試料に作用する復元力に基づいている。

このマイクログリッパの製造に関して、引用した文書に従う方法から推定することができる。原材料として、一本の真っ直ぐな、ワイヤ直径が５０μｍのタングステンワイヤが用いられる。第１の方法ステップでは、まずタングステンワイヤの端部領域を、電解研磨又はエッチング法により、タングステンワイヤの端部領域内で、ワイヤ端に向かって直径が数マイクロメートルにまで次第に細くなるように加工する。第２の作業ステップでは、いまや円錐形に次第に細くなっているタングステンワイヤの端部領域から、タングステンワイヤの長手軸に垂直にぶつかるイオンビームを用いて、次第に細くされた領域の端部に向かって三角形に開いた収容スリットを作り出す。第三の方法ステップでは、イオンビームのさらなる適用により、第１の収容スリットに加えて、例えば第１の収容スリットに対して９０°回転させた第２の収容スリットを作り出すことができる。これにより、次第に細くされたタングステンワイヤの端部領域内に、対象物を間に挟むことができる少なくとも二つ又は四つの把持要素が生じる。例示的実施形態によれば、収容スリットは幅２μｍで深さ３０μｍである。

ＵＳ ２００２／０１６６９７６ Ａ１公報で開示されたマイクログリッパの欠点は、収容スリットの境をなす面、つまり把持要素の内側にある挟持面を、厳密に互いに対し平行に製造することが、提示された製造方法では技術的に不可能なことである。もっと正確に言えば、収容スリットを製造するためにイオンビームを適用することにより、収容スリットはイオンビームに面した側で、イオンビームに面していない側より幅広になる。したがってこれで生成された、スリットの境をなす挟持面は互いに対し平行には方向付けられない。これは最終的に、保持すべき対象物上への挟持面の一様でない分布に至り、且つ挟持面の間に挟まれた対象物がマイクログリッパに対して変位し得るという危険をはらんでいる。さらに記載された方法は、イオンビームによる加工を行い得る前に、それぞれのマイクログリッパのために個々に、タングステンワイヤの厳密な固定及び位置決めが必要であり、これは製造方法を長引かせ、且つ高価にするので、大量生産には条件付きでのみ適している、又は適していない。

ＤＥ １９５ ２２ ００４公報からは、犠牲層が乾式化学エッチングされることに基づく、部分可動のマイクロ構造の製造方法を読み取ることができ、その際、大抵はポリイミドから成る犠牲層が基体層のすぐ上に付着されており、この基体層の上では、犠牲層により基体層から完全に離隔されて、下記において部分可動のマイクロ構造化された材料層が、例えばさらなる形成において追加的な先端部あり又はなしのカンチレバーとして、施される。部分可動性のために、カンチレバー層と基体の間にある犠牲層が部分的にのみ乾式化学エッチング法の過程で除去され、これにより犠牲層の残部が一種のスペーサとして存在し続ける。

説明した現況技術に基づき本発明の課題は、マイクログリッパの製造方法並びに上述の欠点が回避されるマイクログリッパを提示することである。このマイクログリッパは、特に大量生産品として安いコストで製造可能であるべきであり、且つ把持要素に関し、静止状態において互いに対し平行に位置合わせされた対向する挟持面を備えるべきであり、且つＴＥＭ又はＳＥＭ内での材料試料の検査の関連で材料試料を収容、搬送、及び保持するために適しているべきである。

本発明の基礎となる課題の解決策は、請求項１及び請求項１３において提示されている。その際、請求項１はマイクログリッパの製造方法を提示しており、このマイクログリッパは、ベース体及びベース体と一体的に接続された把持体を含んでおり、この把持体は、ベース体から突き出ており、且つ自由端部領域では、マイクロメートル又はサブマイクロメートルのスケールの対象物を収容スリット内に把持及び保持のために挟み得るように収容スリットを備えている。この方法は基本的に、ベース体及び把持体が材料付着法によって少なくとも一つの共通の第１の材料層及び一つの共通の第２の材料層を形成することで製造され、かつ、材料層が、基本的に平らに形成されて互いに接合されることを特徴とする。請求項１３は、請求項１のプリアンブルに基づくマイクログリッパを提示しており、このマイクログリッパは、ベース体及び把持体が一体的な平面体として形成されており、この平面体は、二つの基本的に平らで、互いに対し平行に方向付けられており、且つ、重なり合っている平面体の表面によって境界付けられていることを特色とする。

本発明のアイディアを有利にさらに発展させる特徴は、従属請求項の構成要件及び特に例示的実施形態に関連する説明から読み取ることができる。

本発明の本質的なアイディアは、材料付着法により少なくとも二つの平らに形成されて互いに接続された材料層を形成することで、請求項１のプリアンブルに基づくマイクログリッパを製造することにある。材料付着法は、当業者に多種多様に知られている。マイクログリッパを本発明に従って製造するには、特別なやり方では、材料を最大１μｍの層厚の薄い層で基体上に施し得る薄膜技術からの方法が適している。その際、基体上への層の付着には特に、物理気相成長法（ＰＶＤ）つまり蒸着又はスパッタリング、化学気相成長法（ＣＶＤ）及びそれから派生した低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）又はプラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）のような方法、又は電気めっき法が考慮される。これにより付着された層は、マスキング法又はリソグラフィ法によって、それに続く湿式化学エッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、スパッタエッチング、イオンビームエッチング、又はプラズマエッチングの適用による材料除去を伴い、後から構造化することができる。既に付着した層を後から構造化することに対する代替案として、付着層の構造化を、狙い通りの局所的な材料付着によって達成することもできる。さらに、二つの材料層の間にいわゆる犠牲層を付着し、且つ湿式エッチング法などにより犠牲層を後から除去することによって、基体上に付着される材料層のほぼ任意の三次元構造化を達成することができる。当業者は、これらの技術及びその適用を熟知している。

マイクログリッパを本発明に従って製造するために、薄膜技術との関連での説明した方法又は既知の方法を使用する場合、マイクログリッパのための製造方法は、簡単な場合には以下の方法ステップから成る。

第１の方法ステップでは、平らな基体表面を準備する。これには、好ましくはシリコン基体が、その優れた表面平坦性により適している。第２の方法ステップでは、基体表面上に第１の犠牲層を付着させる。第３の方法ステップでは、第１の犠牲層上に第１の材料層を付着させる。第４の方法ステップでは、第１の材料層上、少なくとも第１の材料層の一つの局所的な領域上への第２の犠牲層の付着（及び場合によっては構造化）が行われる。通常は、第１の材料層の大抵の部分が第２の犠牲層に覆われない。第２の犠牲層は、この一つの局所的な領域上に付着されることで、第２の犠牲層の外寸内が、把持体に製造すべき収容スリットに相当し、したがってこの領域内の第２の犠牲層の除去後には、収容スリットが露出される。第５の方法ステップでは、第２の犠牲層上、及び第１の材料層のうちの第２の犠牲層に覆われていない領域上に、第２の材料層を付着させる。簡単な場合には、第１及び第２の材料層は、一つの局所的な領域を除いて、直接的に互いに接続されている。第６の方法ステップでは、第１及び第２の犠牲層が除去される。第２の犠牲層の除去は収容スリットを形成し、第１の犠牲層の除去は、いまや完成されたマイクログリッパを基体からはずす。犠牲層の除去には、特に湿式化学エッチング法が適している。

方法ステップ１〜６の結果として、マイクログリッパのベース体及び把持体が一体的な平面体として形成されており、この平面体が、二つの基本的に平らで、互いに対し平行に方向付けられており、且つ重なり合っている平面体の表面によって境界付けられていることを特徴とする請求項１３に基づくマイクログリッパが得られる。その際、第１及び第２の材料層の外側の自由表面が、平面体の表面に相当する。

把持体の収容スリットは、内側に、好ましくは二つの互いに対し平行に配置されており、互いに間隔をあけており、且つ互いにオーバラップした挟持面を有している。その際、この挟持面は互いに好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍ、特に５０ｎｍ〜１μｍの間隔をあけている。

平面体表面の横方向の寸法決定、したがってベース体、把持体、及びまた最終的には収容スリット内の挟持面の横方向の形状は、説明した材料付着法との関連で形成される層を対応させて構造化することによって生じる。上述したように、層の所望の構造化は、層を局所的に、つまり横方向で、相応に境界付けて付着させることによって、又は既に付着された層の相応に横方向の構造化によって、行うことができる。相応の構造化方法は当業者に知られている。層をこのように構造化することによって特に、製造すべきマイクログリッパの横方向の寸法決定をほぼ任意に予め規定すること、並びにこうしてベース体、把持体、及び挟持面の形状を所望の要件に適合させることが可能である。

製造方法の進行中に層が相応に構造化されることによって、好ましくは、平面体の表面がそれぞれ完全に重なり合っているマイクログリッパが製造される。さらに本発明による方法によって、好ましくは、例えばＴＥＭ又はＳＥＭによって検査されるべき試料を収容及び保持することができ、且つＴＥＭ又はＳＥＭの市場で入手可能な試料保持具内に直接的に装填できるように寸法決定及び設計されたマイクログリッパが製造される。このようなＴＥＭ／ＳＥＭの適用に特に適したマイクログリッパの場合、平面体表面は、中心角α≦１８０°の扇形に相当しており、且つ把持体は、扇形の先端で、扇形から突き出て配置されており、若しくは平面体表面が、中心角α≦１８０°の弓形に相当しており、且つ把持体が、弓の弦の部分で、特に弓の弦の部分の中心で、弓形から突き出て配置されており、並びに弓形又は扇形が、顕微鏡の、特にＳＥＭ又はＴＥＭの試料保持具の半径に適合された円半径を有している。ＳＥＭ又はＴＥＭの場合、試料保持具の半径は１．５ｍｍが典型的である。

それだけでなく平面体表面は多角形に相当していてもよく、その際、把持体は多角形の周縁から突き出て配置される、又は任意のさらなる形状を有する。

また第１及び第２の材料層の構造化によって、収容スリットでの挟持面の形状及び相対位置も決定される。挟持面は、多角形、特に長方形又は正方形に相当しており、且つそれぞれ完全にオーバラップしていることが好ましい。特別な適用では、特に収容スリットの開いている方に向かって次第に細くなる挟持面も適切である。所望の適用に応じて、任意のさらなる挟持面形状が、第１及び第２の材料層の相応の構造化によって、同様に可能である。

ここまで説明した製造方法に関し、ここで幾つかのさらなる有利な形態を提示しておく。犠牲層には以下の材料が使用可能であり、つまりプラスチック、金属、又は特に酸化シリコンである。材料層には以下の材料が使用可能であり、つまりプラスチック、セラミック、金属、半金属、又は特にポリシリコンである。ただし犠牲層又は材料層用の提示した材料の使用は任意ではない。説明した材料付着技術及び犠牲層の技術に適切な相応の材料の組合せは、当業者に知られている。酸化シリコンから成る犠牲層及びポリシリコンから成る材料層の組合せが特に適切であることが分かっている。

ただし第１及び第２の材料層は異なる材料から成っていてもよく、これにより、第１及び第２の材料層の異なる材料特性に応じて、本発明によるマイクログリッパに特別な機械的特性、電気的特性、磁気的特性、又は化学的特性を与えることができる。

さらに、方法の技術的な理由から、基体表面上に第１の犠牲層を付着させる前に、基体表面上に一つ又は複数の中間層を付着することが有利であり得る。これに加え、安定化及び保護のため、第２の材料層上に一つ又は複数の安定化層又は保護層を付着することができる。

本発明による方法により、特に一つ又は複数の平面基体上での多数のマイクログリッパの同時製造が可能である。これにより製造コストが削減できるだけでなく、平面的に形成されたマイクログリッパのほぼ任意の、及び変更し易い成形を、高い製造精度で可能にする解決策も実現可能である。本発明によるマイクログリッパは特に、ＴＥＭ又はＳＥＭ内での材料試料の検査に関連させて材料試料を収容、搬送、及び保持することに適している。

以下に、全般的な発明のアイディアを制限することなく、本発明を図面に関連する例示的実施形態に基づき例示的に説明する。

マイクログリッパの例を示す図である。 マイクログリッパによる対象物の収容を示す図である。 マイクログリッパによる対象物の収容を示す図である。 マイクログリッパの層構造を示す図である。 マイクログリッパの層構造を示す図である。 マイクログリッパを製造するための方法ステップを示す図である。 マイクログリッパを製造するための方法ステップを示す図である。 マイクログリッパを製造するための方法ステップを示す図である。 マイクログリッパを製造するための方法ステップを示す図である。 マイクログリッパを製造するための方法ステップを示す図である。 マイクログリッパを製造するための方法ステップを示す図である。 マイクログリッパを製造するための方法ステップを示す図である。 基体からのＴＥＭ試料の取りはずしを示す図である（現況技術）。 ＴＥＭ試料を備えたマイクログリッパを示す図である。 扇形に形成されたベース体を備えるマイクログリッパを示す図である。 扇形に形成されたベース体を備えるマイクログリッパを示す図である。 半円形に形成されたベース体を備えるマイクログリッパを示す図である。

１、２ 把持要素
３ 第１の材料層
４ 第２の材料層
５ 桁材（ウェブ）
６、６ａ 収容スリット、間隙
７ ベース体の領域内での平面体表面
８ マイクログリッパ、平面体
９ 基体
１０ 材料試料
１１ 傾斜部
１２ 中間層
１３ 第１の犠牲層
１４、１４ａ〜ｃ 第２の犠牲層
１５ 金属層、安定化層
２０ 保持領域
３１ 収容装置
４０ ＴＥＭ試料
５３ 電子ビーム
７０ 半環

図１は、本発明に従って製造され、且つ平面体として形成されたマイクログリッパ８の斜視図を示している。平面体８は、第１の材料層３及び第１の材料層３と接続された第２の材料層４から成る。平面体８は、関連する平面体表面７を備えたベース体領域と、間に収容スリット６が配置された把持要素１及び２を備えた把持体領域と、に分けることができる。さらに、図示したマイクログリッパ８の場合、把持要素１、２を横切って延びており貫通している間隙６ａが、ベース体と把持体の間の接続領域内に設けられている。これは、把持要素１、２の弾性変形によって生じる力を材料層３及び４内により良く導入させることに役立つ。図示したマイクログリッパ８の右側には、基体９上でマイクログリッパを固定するための細い桁材（ウェブ）５が備えられている。これに関する背景は、犠牲層を除去するエッチングプロセス中に、マイクログリッパ８が制御されず基体９からはずれ得る、且つ紛失してしまい得るという危険があることである。これは細い桁材５によって防止され、以下にもっと詳しく説明するように、この桁材を介して、マイクログリッパは犠牲層のエッチング後も基体と接続し続けている。

平面体表面７は、例えばハンドリングシステム（搬送マニピュレータ）内にマイクログリッパを収容するための、又は分析機器（ＳＥＭ、ＴＥＭ）の収容ユニット内に装填するための、アダプタ面として用いられる。本実施形態の場合、平面体表面７は多角形の形状を有している。ただしこれに関し平面体表面は、製造方法の関連で、与えられた用件に相応して最適に寸法決定され得る。

図２ａ及び図２ｂは、マイクログリッパ８の操作方法を示している。マイクログリッパ８のうち把持要素１、２及び把持要素１、２の間にある収容スリット６を備えた把持体領域と、傾斜部１１が備えられた材料試料１０とが図示されている。マイクログリッパ８で材料試料１０を収容するには、図２ａに従い、把持要素１、２を備えたマイクログリッパ８を、上から材料試料１０の傾斜部１１に案内する。傾斜部１１は、把持要素１、２と材料試料１０の間の最適な摩擦による結合のために役立つ。しかしながら原則的には、このような傾斜部は必要ない。図２ｂは、把持要素１、２が、材料試料の傾斜部１１上を押し進められ、且つそれによって開かれることを示している。この開きによって、把持要素１、２の弾性変形が引き起こされ、この変形が、反作用しながら傾斜部への保持力を生成する。この保持力、及び把持要素１、２の挟持面と傾斜部１１の間に作用する摩擦力により、材料試料の保持が達成される。

図３ａ及び図３ｂには、犠牲層を除去した後の製造段階における図１からのマイクログリッパが示されている。まず図３ａは、マイクログリッパ８を上から見た図を示している。その際、マイクログリッパ８は桁材５を介して保持領域２０と接続されている。犠牲層を除去した後も保持領域２０が固定的に基体９（図示されていない）と接続しているので、基体９から完全にはずされたマイクログリッパ８はまだ、桁材５を介して保持領域２０によって保持されている。これにより、犠牲層を除去した後のマイクログリッパ８の故意ではないはずれ又は紛失を防止することができる。マイクログリッパを取りはずすには、桁材５を分断するだけでよい。桁材５の数、配置、及び断面（幅及び高さ）は、基本的に、桁材によって受けるべき保持力に基づいて決まる。図３ｂは、切断線Ａ−Ａ’に沿った層構造の断面を示している。犠牲層を除去した後もまだ基体９が固定的に保持領域２０と接続されていることが明らかに認識できる。マイクログリッパ８は、互いに接続している第１の材料層３及び第２の材料層４から成る。除去された犠牲層が、収容スリット６及び間隙６ａを露出させる。マイクログリッパ８は、第１の材料層から形づくられる桁材５を介して保持領域２０と接続されている。

図４ａ〜図４ｇは、図３ａ及び図３ｂに示したマイクログリッパの製造方法を、図３ａの切断線Ａ−Ａ’に沿った断面図において、ステップごとの層のビルドアップに基づき説明している。

図４ａ 第１の方法ステップでは、シリコンから成る平らな基体９上に中間層１２ａ及び１２ｂが付着される。中間層１２ａは、窒化珪素から成り、且つ電気絶縁体として用いられ、中間層１２ｂは、ポリシリコンから成り、且つ出発層として用いられる。この中間層１２上に、酸化シリコンから成る第１の犠牲層１３が被着される。第１の犠牲層１３をマスキングする。これは、フォトレジスト層又は類似のマスキングを施すことによって行われる。マスキング形状の作り出しは、例えば電子ビーム又はＵＶ光で露光することによって行い得る。

図４ｂ マスキングが完成した後、第１の犠牲層１３のうちの露出している箇所が、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって除去される。図４ｂは、犠牲層１３が、少なくとも後の保持領域２０が製造されるべき領域内で除去されることを示している。

図４ｃ 次いで第１の犠牲層１３上に、ポリシリコンから成る第１の材料層３が被着される。この第１の材料層３も上述のように、所望の形状内をマスキングされ、且つ例えばＲＩＥによってエッチングされる。

図４ｄ 第１の材料層３上に第２の犠牲層１４が設けられる。これも同様にマスキングされ、且つ所望の形状にエッチングされる。その際、第１の材料層３上に残っている、幾何学的形状１４ａ、１４ｂにおける第２の犠牲層１４は、収容スリット６、間隙６ａに相当し、幾何学的形状１４ｃにおける第２の犠牲層１４は、桁材５での第２の材料層４の中断部（図４ｅを参照）に相当する。比較的大きな断面の桁材５が所望される場合、形状１４ｃを無くすこともできる。

図４ｅ 第２の犠牲層１４上に、ポリシリコンから成る第２の材料層４が被着され、マスキングされ、且つ相応にエッチングされる。図４ｅで認識できるように、桁材５での第２の材料層４は、第２の材料層４の構造化することによって中断されている。これは、大きすぎるアスペクト比が予測される場合、つまり桁材の高さが桁材の幅より大きくなる場合である。比較的大きな断面の桁材５が所望される場合、形状１４ｃを無くし、且つ第２の材料層を桁材上に直に付着させる。ただしこの場合、桁材の幅は両方の層の高さより広くするべきである。

図４ｆ 安定化のため、第２の材料層４上に金属層１５が被着される。この金属層１５も同様に、相応に構造化される。被着された金属層１５は、さらなる電気めっきによる析出のための出発層として用いることもできる。このような目的のために、金属層１５の代わりにプラスチック又は半金属などの別の材料を利用してもよい。

図４ｇ マイクログリッパ８を製造するための最後の方法ステップは、エッチング液による第１及び第２の犠牲層１３、１４の除去にある。犠牲層１３、１４を除去するための選択は、もちろん犠牲層１３、１４をなしている材料に基づいて決まる。

図４ａ〜図４ｇに基づく方法に従って製造されたマイクログリッパ８は、マイクロメートル及びサブマイクロメートルの範囲での対象物を保持及び収容するために使用することができる。このマイクログリッパの特異的な適用は、引き続きＴＥＭ又はＳＥＭ内で検査するために電子透過性の試料を収容することである。このような試料は、当業者に既知のいわゆる集束イオンビーム技術（ＦＩＢ技術）によって、検査すべき材料から試料作製される。

このようなＴＥＭ試料４０を収容するための、図５に示した従来の方法は、材料配置に使用するＴＥＭ試料４０に固定される針４１を利用する。これに対し本発明に従って製造されたマイクログリッパ８は、ＦＩＢ技術によって製造された電子透過性の試料４０を、ＦＩＢ試料作製装置内で、図２ａ及び図２ｂに相応して把持要素１、２により収容することを可能にする。

図６は、マイクログリッパ８と、把持要素１、２の間に挟まれたＴＥＭ試料４０とを示している。ＴＥＭ試料４０は、直接的にＴＥＭ内に移送することができ、且つ即座に電子ビーム５３による検査のために正しい位置で利用することができる。このやり方の本質的な利点は、複雑な、これまで使用されていたいわゆるリフトアウトプロセスを、マイクログリッパによるＴＥＭ試料４０の一度の把持に置き換えることにある。ＴＥＭ試料４０の収容後、試料をマイクログリッパと一緒にＴＥＭ内で検査することができる。必要な場合には、マイクログリッパによるＴＥＭ試料の収容後に、ＦＩＢ試料作製装置内でのＴＥＭ試料の後処理が可能である。

マイクログリッパ８の収容スリット６の幅は、特定の範囲内でしか変化させられないので、ＴＥＭ試料４０は、後にマイクログリッパ８と接触する面で、保持に必要な試料厚が達成されるように、ＦＩＢ技術によって寸法決定される。ＴＥＭ試料のそれ以外の領域は、ＴＥＭ検査に必要な電子透過性に基づいて試料作製される。

図７ａ及び図７ｂは、本発明によるマイクログリッパ８のさらなる有利な実施形態を示している。この例でマイクログリッパ８は、内側半径及び外側半径を有する半環７０と接続されて使用される。マイクログリッパ８は平面的な扇形のベース体を備えており、その際、把持体はＴＥＭ試料４０と共に、扇形の先端で、扇形から突き出て配置されている。ベース体形状の扇形の半径は半環７０の内側半径より大きい。理想的には半環７０の外側半径とベース体の扇形の半径が等しい。マイクログリッパ８は、例えば真空ピペットのような装置の補助によって収容され、且つ粘着剤で半環７０上に図示したように固定される。その際、半環７０は、ＴＥＭ分析で使用される様々な材料から成ることができる。その際、把持要素１、２は半環を越えて突き出ており、これによりこの配置は、基体からのＴＥＭ試料４０の収容に適している。図７ｂは、相応に準備された基体からのこのようなＴＥＭ試料４０の収容を、細部を拡大して示している。もちろん違う成形がなされたマイクログリッパを半環７０上に固定してもよい。したがってベース体の外形は、どうしても扇形に類似していなければならないわけではない。

図８は、本発明によるマイクログリッパ８の一実施形態を示しており、この場合、半円形の平面体表面７を有するベース体が形成される。この半円の半径Ｒは、ＴＥＭの試料保持具内にマイクログリッパ８を引き続き直接的に移送することができるように決められている。マイクログリッパ８は、まず収容装置３１によって保持され、これによりＴＥＭ試料４０の収容が実施される。この配置は、半円形のリングへのさらなる適応を行う必要なく、ＴＥＭの試料保持具内にマイクログリッパ８を直接的に移送することを可能にする。ベース体の半円形状の代わりに、中心角＜ １８０°の扇形を使用する場合、ＴＥ顕微鏡の試料保持具内では、マイクログリッパが横方向にずれる可能性があり、これにより試料キャリアの挟みナットに正しく掴まれないので、マイクログリッパを保持しづらくなる。

Claims (27)

1. ベース体及び前記ベース体と一体的に接続された把持体を含んでおり、前記把持体が、前記ベース体から突き出ており、且つ、自由端部領域では、マイクロメートル又はサブマイクロメートルのスケールの対象物を収容スリット（６）内に把持及び保持のために挟み得るように、前記収容スリット（６）を備えたマイクログリッパ（８）の製造方法であって、
   前記ベース体及び前記把持体が、材料付着方法によって、少なくとも一つの共通の第１の材料層及び一つの共通の第２の材料層（３、４）を形成することで製造され、かつ、前記材料層（３、４）が、基本的に平らに形成されているものであって、
   平らな基体表面を準備するステップと、
   前記基体表面上に第１の犠牲層（１３）を付着するステップと、
   前記第１の犠牲層（１３）上に前記第１の材料層（３）を付着するステップと、
   前記第１の材料層（３）上、少なくとも前記第１の材料層（３）の一つの局所的な領域上に第２の犠牲層（１４）を付着するステップと、
   前記第１の材料層（３）及び前記第２の犠牲層（１４）上に前記第２の材料層（４）を付着するステップと、
   前記収容スリットを形成するため前記第２の犠牲層（１４）を除去するステップと、
   前記製造されたマイクログリッパを前記基体表面から取り外すために前記第１の犠牲層（１３）を除去するステップと、
   を実施することで互いに材料層（３、４）を接合させること、を特徴とする方法。
2. 前記第１の犠牲層（１３）を付着は、前記基体表面上の少なくとも一つの局所的に限定された平面領域内で行われること、及び／又は前記基体表面上に前記第１の犠牲層（１３）を付着した後、前記第１の犠牲層（１３）の構造化が実施されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の犠牲層（１３）上での前記第１の材料層（３）の付着が、前記第１の犠牲層（１３）上の少なくとも一つの局所的に限定された平面領域内で行われること、及び／又は前記第１の犠牲層（１３）上に前記第１の材料層（３）を付着した後、前記第１の材料層（３）の構造化が実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第１の材料層（３）上に前記第２の犠牲層（１４）を付着した後、前記第２の犠牲層（１４）の構造化が行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第２の犠牲層（１４）及び前記第１の材料層（３）上での前記第２の材料層（４）の付着が、前記第２の犠牲層（１４）及び前記第１の材料層（３）上の少なくとも一つの局所的に限定された平面領域内で行われること、及び／又は前記第２の犠牲層（１４）及び前記第１の材料層（３）上に前記第２の材料層（４）を付着した後、前記第２の材料層（４）の構造化が行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記基体表面上に前記第１の犠牲層（１３）を付着する前に、前記基体表面上に一つ又は複数の中間層（１２）が付着されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第２の材料層（４）上に、一つ又は複数の安定化層（１５）が施されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記犠牲層（１３、１４）に、プラスチック、セラミック、金属、又は特に酸化珪素が使用されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記材料層（３、４）に、プラスチック、セラミック、金属、半金属、又は特にポリシリコンが使用されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記犠牲層（１３、１４）の構造化及び／又は前記第１及び／又は前記第２の材料層（３、４）の前記構造化が、それぞれの層のマスキング及び化学エッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、スパッタエッチング、イオンビームエッチング、又はプラズマエッチングによって行われることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 材料付着法として、ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、ＰＥＣＶＤ法、ＰＶＤ法、又は電気めっきによる析出法が使用されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第１及び前記第２の材料層（１３、１４）が、異なる材料から製造されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. ベース体及び前記ベース体と一体的に接続された把持体を含んでおり、前記把持体が、前記ベース体から突き出ており、且つ、自由端部領域では、マイクロメートル又はサブマイクロメートルのスケールの対象物を前記収容スリット（６）内に把持及び保持のために挟み得るように、前記収容スリット（６）を備えたマイクログリッパであって、前記ベース体及び前記把持体が一体的な平面体（８）として形成されており、該平面体が、二つの基本的に平らで互いに対し平行に方向付けられ、且つ、重なり合っている平面体の表面によって、境界付けられており、少なくとも一つの第１の材料層及び一つの第２の材料層（３、４）を少なくとも部分的に互いに直接接続させ得る材料付着法の過程で製造可能であることを特徴とするマイクログリッパ。
14. 前記平面体の表面が完全に重なり合うことを特徴とする請求項１３に記載のマイクログリッパ。
15. 前記平面体表面が、中心角α≦１８０°の扇形に相当しており、且つ、前記把持体が、扇形の先端で、前記扇形から突き出て配置されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のマイクログリッパ。
16. 前記平面体表面が、中心角α≦１８０°の弓形に相当しており、且つ前記把持体が、弓の弦の部分で、特に弓の弦の部分の中心で、前記弓形から突き出て配置されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のマイクログリッパ。
17. 前記平面体表面が、多角形に相当しており、且つ前記把持体が、前記多角形の周縁から突き出て配置されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のマイクログリッパ。
18. 前記弓形又は前記扇形が、顕微鏡の、特にＳＥ顕微鏡又はＴＥ顕微鏡の試料保持具の半径に適合された円半径を有することを特徴とする請求項１５又は１６のいずれか一項に記載のマイクログリッパ。
19. 円半径が１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１８に記載のマイクログリッパ。
20. 前記収容スリット（６）が、内側に、二つの互いに対し平行に配置されており、互いに間隔をあけており、互いのオーバラップした挟持面を有することを特徴とする請求項１３から１９のいずれか一項に記載のマイクログリッパ。
21. 前記挟持面が、１０ｎｍ〜１０μｍ、特に５０ｎｍ〜１μｍの間隔をあけていることを特徴とする請求項２０に記載のマイクログリッパ。
22. 前記挟持面が、多角形として、特に長方形又は正方形として形成されることを特徴とする請求項２０又は２１に記載のマイクログリッパ。
23. 前記挟持面が、前記収容スリットの開いている方に向かって次第に細くなる形状を有することを特徴とする請求項２０又は２１に記載のマイクログリッパ。
24. 前記挟持面が、それぞれ完全にオーバラップしていることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか一項に記載のマイクログリッパ。
25. 前記ベース体及び前記把持体が一体的に、プラスチック、セラミック、金属、半金属の材料の一つから、又は特にポリシリコンから成ることを特徴とする請求項１３から２４のいずれか一項に記載のマイクログリッパ。
26. 前記ベース体及び前記把持体が一体的に、異なる材料から成る材料層を有することを特徴とする請求項１３から２４のいずれか一項に記載のマイクログリッパ。
27. ＴＥ顕微鏡内での材料試料の検査と関連させて材料試料を収容、搬送、及び保持するための、請求項１３から２６のいずれか一項に記載の前記マイクログリッパの使用。

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