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Verfahren zur Herstellung von Sonden für Atomkraftmikroskopie - Dokument DE602004004732T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004004732T2 25.10.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001544865
Titel Verfahren zur Herstellung von Sonden für Atomkraftmikroskopie
Anmelder Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum (IMEC), Heverlee, BE
Erfinder Fouchier, Marc, 3000 Leuven, BE
Vertreter Patentanwaltskanzlei Vièl & Wieske, 66119 Saarbrücken
DE-Aktenzeichen 602004004732
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LI, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 10.12.2004
EP-Aktenzeichen 044472728
EP-Offenlegungsdatum 22.06.2005
EP date of grant 14.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.2007
IPC-Hauptklasse G12B 21/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse G01N 27/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
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 Beschreibung 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 Ausführungsform 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 einschließlich 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 &mgr;m 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.


Anspruch[de]
Verfahren zum Herstellen von Sonden für die Atomkraftmikroskopie, umfassend die Schritte:

– Bereitstellen eines Halbleitersubstrates (1),

– Herstellen auf der Oberfläche einer Seite des Halbleitsubstrates einer oder mehrerer Matrizen zur Herstellung einer oder mehrerer Sondenspitzen,

– Herstellen auf der einen Seite des Halbleitersubstrates einer oder mehrerer Sondenanordnungen, wobei jede Anordnung einen Kontaktbereich zum Anbringen einer Haltevorrichtung und in Verbindung mit dem Kontaktbereich mindestens einen Satz aus einer Sondenspitze (3) und einem Ausleger (4) umfasst,

– Anbringen einer oder mehrerer Haltevorrichtungen (6) an jedem der Kontaktbereiche,

dadurch gekennzeichnet, dass

– der Flächeninhalt jedes Kontaktbereiches kleiner ist als der Flächeninhalt des Haltevorrichtungsbereiches, der an dem Kontaktbereich angebracht werden soll, und

– das Verfahren ferner den Schritt des Ablösens der Struktur, welche die Sondenanordnung und die Haltevorrichtung umfasst, von dem Halbleitersubstrat durch Unterätzen der Sondenanordnung von der Seite des Halbleitersubstrates her, auf der die Sondenanordnung hergestellt wird, umfasst, wobei der Schritt des Unterätzens nach dem Schritt des Anbringens einer Haltevorrichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kontaktbereich ein oder mehrere Bindeplättchen (5, 7) umfasst und der Gesamtflächeninhalt der Plättchen kleiner ist als der Flächeninhalt des Haltevorrichtungsbereiches, der an den Plättchen angebracht werden soll. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Bindeplättchen so groß sind, dass kein Punkt auf der Oberfläche eines Plättchens weiter als 300 &mgr;m von dem Rand des Plättchens entfernt ist. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Plättchen gestreckt sind und zwischen benachbarten Plättchen Kanäle gebildet werden. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Haltevorrichtung mehrere Löcher (24) umfasst, um zu ermöglichen, dass eine Ablösechemikalie den Kontaktbereich erreicht, und wobei der Kontaktbereich so hergestellt wird, dass er eine Anzahl von Öffnungen umfasst, die an den Löchern ausgerichtet sind, die das Unterätzen der Sondenanordnung ermöglichen. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Schritt des Anbringens einer Haltevorrichtung (6) durch Verbinden erfolgt und das Verfahren ferner den Schritt des Auftragens einer Bindeschicht (12) auf den Kontaktbereich oder die Haltevorrichtung oder auf beide umfasst, bevor die Haltevorrichtung angebracht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Höhe des Kontaktbereiches oder die Höhe des Kontaktbereiches und der Bindeschicht (12) zusammen ausreicht, um zwischen der Haltevorrichtung und dem Substrat einen Spalt zu erzeugen, um so zu ermöglichen, dass eine Ablösechemikalie zwischen die Haltevorrichtung und das Substrat fließt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt des Auftragens einer Opferschicht (10) auf das Substrat (1), bevor die Sondenanordnung (2) erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltevorrichtung durch das Anbringen eines Haltevorrichtungssubstrates auf ein Substrat, das mehrere Sondenanordnungen umfasst, angebracht wird und wobei das Haltevorrichtungssubstrat zur Bildung einzelner Haltevorrichtungen zu Scheibchen geschnitten wird, wobei der Schritt des Schneidens zu Scheibchen vor dem Schritt des Ablösens der Haltevorrichtungen erfolgt. Halbfertig-Sondenstruktur für die Atomkraftmikroskopie, umfassend:

ein Halbleitersubstrat (1) mit einer oder mehreren Matrizen, die auf der Oberfläche einer Seite des Halbleitersubstrates gebildet sind, zur Herstellung einer oder mehrerer Sondenspitzen;

eine oder mehrere Sondenanordnungen, die auf der Seite des Halbleitersubstrates gebildet sind, wobei jede Sondenanordnung einen Kontaktbereich und mindestens einen Satz aus einer Sondenspitze (3) und einem Ausleger (4) umfasst und wobei jeder Kontaktbereich ein oder mehrere Bindeplättchen umfasst; und

eine oder mehrere Haltevorrichtungen (6), die an jedem der Kontaktbereiche angebracht sind,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächeninhalt der mehreren Bindeplättchen zusammen kleiner ist als ein Flächeninhalt der Haltevorrichtung, die an dem Kontaktbereich angebracht ist, und wobei eine Höhe der Bindeplättchen ausreicht, um zu ermöglichen, dass eine Ablösechemikalie von der einen Seite des Halbleitersubstrates in einen Spalt zwischen der Haltevorrichtung und dem Halbleitersubstrat fließt.






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