(57)【要約】【課題】従来の技術によるＳＰＭセンサーを改善したもの、およびその製造法を提供する。【解決手段】片持ちばり、その一端部に保持要素、他の一端部にセンサーチップを持つＳＰＭセンサーを製作する。保持要素はフォトレジストから作られ、片持ちばりおよびまたはセンサーチップは他の物質から作られる。フォトレジストは望ましくはＳＵ−８であり、他の物質は望ましくはシリコン、シリコン化合物または金属である。更に本発明は多数のＳＰＭセンサーを持つフレームの製造も記載し、このフレーム、保持部および少なくとも保持要素はＳＵ−８より成る。このためＳＰＭセンサーの製造はとりわけ低コストで可能となり、ユーザーに提供されたセンサーはフレームを分解して使用できる。【選択図】　　　　図１３
2004004052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片持ちばり９、片持ちばり９の一端部にある保持要素１０および片持ちばり９の他端部にあるセンサーチップ８を持つ一つのＳＰＭセンサーであって、ここで保持要素１０が、フォトレジストで作られ、片持ちばり９およびまたはセンサーチップ８がも一つの物質で作られることを特徴とするＳＰＭセンサー。
【請求項２】
請求項１記載のＳＰＭセンサーであって、ここで片持ちばり９およびまたはセンサーチップ８がシリコン、シリコン化合物、金属またはこれらを組み合わせたもので作られることを特徴とするＳＰＭセンサー。
【請求項３】
請求項１または２記載のＳＰＭセンサーであって、それが更に少なくとも１個の保持部１２により、フォトレジストで作られたフレーム１１に接続される多数のＳＰＭセンサーを持つＳＰＭセンサーアセンブリに配列されることを特徴とするＳＰＭセンサー。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載のＳＰＭセンサーであって、ここでフォトレジストが、ＳＵ−８であることを特徴とするＳＰＭセンサー。
【請求項５】
保持要素１０、片持ちばり９およびセンサーチップ８を含むＳＰＭセンサーを製造する一つの方法であって、センサーチップ８は、片持ちばり９の自由端部で片持ちばり９の面から突出し、以下のステップ、すなわち
Ａ．基質１にチップ様切開部４を形成し、
Ｂ．チップ様切開部４を充填し、少なくとも基質の一部を被覆するシリコン、シリコン化合物または金属の層６を蒸着し、
Ｃ．片持ちばり９およびまたはセンサーチップ８を形成するために層６のフォトリソグラフィーでパターン形成を行い、
Ｄ．もし適切であるならば、片持ちばり９と共に保持要素１０を形成するためにフォトレジスト層を被覆し、更に
Ｅ．ＳＰＭセンサー１３を基質から分離する、
ステップを含むことを特徴とする製造法。
【請求項６】
請求項５記載の方法であって、ここで保持要素１０に接続する保持部１２を持つフレームが、ステップＤで追加で製造されることを特徴とする製造法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の方法であって、ここでステップＢに先立ち、ＳＰＭセンサー１３の基質１からの分離を改良するために、犠牲層５を基質１に被覆することを特徴とする製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＰＭセンサー、およびこの型のセンサーを製造する方法に関する。
【０００２】
走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭｓ）は一般に公知であり、原子分解能を持つ精緻なセンサーを使用して、標本の表面を実際に走査するために使用される。ＳＰＭｓはＳＴＭｓ（走査トンネル顕微鏡）およびＡＦＭｓ（原子間力顕微鏡）として、一般に公知であるものを含む。
【０００３】
【従来の技術】
これらすべての公知の顕微鏡は、以下で片持ちばりとして引用される微小規模のベンディングバーを持つセンサーを使用し、この片持ちばりは一端に保持要素と、他の端部にセンサーチップを持ち、それらにより標本は走査される。
【０００４】
フォトレジスト、とりわけＳＵ−８からこの型のセンサーを完全に製造することが公知である（例えば、特許文献１参照。）。この刊行物に記載された製造法は、この型のセンサーの一連の製造を可能にはするけれども、その方法は基質から個別に分離されねばならないという難点がある。
【０００５】
更にシリコン、シリコン化合物または金属から、センサー、とりわけセンサーチップおよび片持ちばりを製造することが一般に公知である。ＳＵ−８からのセンサーの製造は、とりわけ低価格の製造法を代表するものである。しかし相変わらず、ＳＵ−８以外の物質から作られるセンサーチップを持つセンサーに対する要素が存在する。
【０００６】
【特許文献１】
欧州特許第９９０　１９５号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、低コストで製造できる新規なセンサーを提案するという目的に基礎をおく。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に従って、この目的は請求項１記載の特徴を持つセンサーによりまた、請求項５記載の特徴を持つ方法により解決される。更なる有利な構成は、これらの請求項を引用する個々の従属請求項で見出することができ、前記課題を解決することができる。
【０００９】
（１）片持ちばり９、片持ちばり９の一端部にある保持要素１０および片持ちばり９の他端部にあるセンサーチップ８を持つ一つのＳＰＭセンサーであって、ここで保持要素１０が、フォトレジストで作られ、片持ちばり９およびまたはセンサーチップ８がも一つの物質で作られることを特徴とするＳＰＭセンサー。
【００１０】
（２）前記（１）記載のＳＰＭセンサーであって、ここで片持ちばり９およびまたはセンサーチップ８がシリコン、シリコン化合物、金属またはこれらを組み合わせたもので作られることを特徴とするＳＰＭセンサー。
【００１１】
（３）前記（１）または（２）記載のＳＰＭセンサーであって、それが更に少なくとも１個の保持部１２により、フォトレジストで作られたフレーム１１に接続される多数のＳＰＭセンサーを持つＳＰＭセンサーアセンブリに配列されることを特徴とするＳＰＭセンサー。
【００１２】
（４）前記（１）乃至（３）のいずれか１項記載のＳＰＭセンサーであって、ここでフォトレジストが、ＳＵ−８であることを特徴とするＳＰＭセンサー。
【００１３】
（５）保持要素１０、片持ちばり９およびセンサーチップ８を含むＳＰＭセンサーを製造する一つの方法であって、センサーチップ８は、片持ちばり９の自由端部で片持ちばり９の面から突出し、以下のステップ、すなわち
Ａ．基質１にチップ様切開部４を形成し、
Ｂ．チップ様切開部４を充填し、少なくとも基質の一部を被覆するシリコン、シリコン化合物または金属の層６を蒸着し、
Ｃ．片持ちばり９およびまたはセンサーチップ８を形成するために層６のフォトリソグラフィーでパターン形成を行い、
Ｄ．もし適切であるならば、片持ちばり９と共に保持要素１０を形成するためにフォトレジスト層を被覆し、更に
Ｅ．ＳＰＭセンサー１３を基質から分離する、
ステップを含むことを特徴とする製造法。
【００１４】
（６）前記（５）記載の方法であって、ここで保持要素１０に接続する保持部１２を持つフレームが、ステップＤで追加で製造されることを特徴とする製造法。
【００１５】
（７）前記（５）または（６）に記載の方法であって、ここでステップＢに先立ち、ＳＰＭセンサー１３の基質１からの分離を改良するために、犠牲層５を基質１に被覆することを特徴とする製造法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に従って、保持要素はフォトレジストで製造され、また片持ちばりおよびまたはセンサーチップは、も一つの物質から作られる。その結果、ハイブリッドセンサーが生成され、これは異なる物質より成り、またセンサーの大部分がフォトレジスト、望ましくはＳＵ−８で作られるために、とりわけ低コストで製造することができる。望ましい実施例に従って、片持ちばりおよびまたはセンサーチップは、シリコン、シリコン化合物、金属、またはこれらの組み合わせたもので作られる。フォトレジスト、とりわけＳＵ−８のシリコン、窒化ケイ素または金属への付着は、非常に劣ることが知られているけれども、この型の組合せＳＰＭセンサーの生産が可能になってきている。これを実行するために、物質間の付着が改良されてきた。これは例えば、保持要素下部の片持ちばり構造を拡げることにより、エポキシ樹脂に基づく付着促進剤を使用することにより、あるいは三次元で片持ちばりをパターン形成して表面域を増加することにより、フォトレジストを同じように垂直方向で金属または窒化ケイ素に結合させて達成することができる。
【００１７】
本発明の更なる改良に従って、これらＳＰＭセンサーの製造を簡略化するために、更に多数のＳＰＭセンサーを持つＳＰＭセンサーアセンブリにこれらは配列され、ＳＰＭセンサーは少なくとも１個の保持部を介してフォトレジスト、望ましくはＳＵ−８で作られるフレームに接続される。すべてのＳＰＭセンサーは、公知の方法でその下部にあるシリコンから分離され、必要に応じて保持フレームから折り取ることができる。
【００１８】
本発明の方法に従って、この型のセンサーは、以下で説明されるように製造される。
【００１９】
何よりもまず、チップ様トレンチが、基質、例えばシリコンで形成される。次いでシリコン、シリコン化合物または金属、例えばクロムまたはアルミニウム、あるいはこれらの物質の組み合わせたものの層が、チップ様トレンチを充填し、基質の少なくとも一部を被覆して、基質に蒸着される。これに続き、片持ちばりとセンサーチップを形成するために、層のフォトリソグラフィーでのパターン形成、続くフォトレジストの除去、保持要素を形成するためのフォトレジスト層の被覆、および次いでＳＰＭセンサーの基質からの分離が行われる。
【００２０】
保持要素を形成するためのフォトレジスト層の被覆は、保持要素との関連でフレーム構造と保持部を生産するために、追加として使用することができる。
【００２１】
センサーの基質からの分離を改良するために、チップ様トレンチを充填する層が蒸着される前に、犠牲層が基質に被覆されることが望ましい。
【００２２】
本方法のも一つの実施例に従って、片持ちばりは、更にフォトレジスト、とりわけＳＵ−８より構成される。
【００２３】
従って本発明は、ＳＰＭセンサーを製造する高性能で、しかも簡略化された方法を提供し、このＳＰＭセンサーは、費用のかからないフォトレジスト、とりわけＳＵ−８を使用することにより、また個々のセンサー間の接続により、ＳＰＭセンサーを急速に分離して第三者に転嫁することができる。センサーチップの鋳型は既知の方法で再使用でき、このセンサーの表面に絶えず再被覆する新しいセンサー用の物質を必要とすることのみで足りる。
【００２４】
本発明は、実施例と関連して下記でより詳細に説明され、ここで、図１−１１は、ＳＰＭセンサーアセンブリ内でこの型のＳＰＭハイブリッドセンサーを製造する方法の断面図、およびある場合には平面図を示し、また、図１２および１３は、付着を改良するための特殊な手段を持つ、ＳＰＭセンサーの２個の異なる変形の平面図を示す。
【００２５】
本実施例においては、フレーム、および従ってＳＰＭセンサーアセンブリは、いつもフォトレジストＳＵ−８より成る。本テキストがフォトリソグラフィーでのパターン形成を引用する場合には、フォトレジストを被覆し、マスクに基づきフォトレジストを露出し、フォトレジストを現像し、またその後フォトレジストを除去する既知の方法で行われる手段をいつも意味することは理解されるべきである。
【００２６】
一般に、生産は基質、例えばシリコンを使用してトレンチが生産され、その助けによって、ＳＰＭセンサーとしての使用に適したマイクロチップを成型することが可能であるようなやり方で行われる。マイクロチップは、ヨーロッパ特許第９９０　１９５号に記載されたように成型される。それは、基質に被覆される例えばアルミニウムまたは酸化ケイ素などの犠牲層も選択可能である。片持ちばりとチップの生産のための物質の蒸着が次いで行われる。片持ちばりは、次に蒸着された物質からフォトリソグラフィーでパターン形成され、そのため成型チップは、片持ちばりの一つの端部に位置を占める。次いで、ＳＵ−８フォトレジストが適用され、その後保持要素、フレームおよび、保持要素とフレームを相互に接続する保持部とがパターン形成される。保持要素は、成型チップを持つ片持ちばりが、保持要素を越えて突出するように配置される。次いで基質および犠牲層は、エッチング段階で除去され、それによりフォトレジストＳＵ−８と、片持ちばりとチップを構成する物質とに関連して選択的に基質と犠牲層をエッチングすることができる。残存するものは、フレーム、保持部およびフォトレジストＳＵ−８から製作される保持要素を持つ多様なＳＰＭセンサーを持つＳＰＭセンサーアセンブリであり、この保持要素にチップを持つ片持ちばりが固設される。犠牲層が配設される場合には、それは除去され、かつＳＰＭセンサーアセンブリは、それから分離されねばならない。
【００２７】
図１乃至図１１は、実施例に従って、ＳＵ−８から作られる保持要素と、窒化ケイ素から作られる片持ちばりおよびチップとを持つＳＰＭセンサーの生産を記載する。従って窒化ケイ素に代えて、金属、例えばアルミニウム、またはクロムあるいは選択的にシリコンを使用することも可能である。
【００２８】
添付の図は、シリコン基質１のみを図示する。これは、その上で数多くのセンサーが同時に処理加工される完全ウェーハであることを、従来の技術に習熟した者には明らかであるに違いないであろう。
【００２９】
図１は、出発物質としてのシリコン１を示し、その両側部に酸化ケイ素２が被覆される。
【００３０】
次いで酸化物層は、フォトレジスト、フォトレジストの露出、フォトレジストの現像、酸化物層のエッチング、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）の使用によるエッチング、およびフォトレジストの除去などの適用により、通常の方法でパターン形成され、そのため図２で示されるように、図３で図示されるトレンチ４の生産のための開口部３が、酸化物層２に作られる。シリコン基質１にあり図３で示されるトレンチ４は、例えば水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのエッチング液により生産される。このトレンチは、ＳＰＭセンサーに必要とされるチップを成型することを可能にする。
【００３１】
次いで酸化物層２は、図４で図示されるように、例えばＨＦなどのエッチング液により両側面から除去される。
【００３２】
トレンチ４をとがらすために、シリコン基質１は基質１の両側面に犠牲層を持つように、更に酸化ケイ素層５で再びその両側面を酸化される（図５）。このプロセス段階は、一般に周知であり、習慣的にトレンチをとがらすステップとなっている。
【００３３】
次いで窒化ケイ素層６は、トレンチ４を充填するために酸化ケイ素層５に被覆される。窒化ケイ素層６は、例えばＰＥＣＶＤ（プラズマ強化化学蒸気蒸着）プロセスを用いて適用することができる。層厚みは０．１μｍ乃至０．３μｍである。この結果は、図６に示される。
【００３４】
図７は、窒化ケイ素層６に適用されたフォトレジスト７を持つ構造を示し、この構造は、その下部の窒化ケイ素層の部分をパターン形成するのに使用され、それは次いで片持ちばり９を形成するものとなる。酸化ケイ素層５にあるトレンチ４のチップ８は、同じようにフォトレジスト７の下部に横たわる。片持ちばり９は、フォトレジスト７を全ウェーハに適用し、またフォトレジスト７を露出し、更にフォトレジスト７を現像することで、通常の方法でパターン形成される。
【００３５】
乾式エッチングと続くフォトレジスト７の除去により、窒化シリコン層６はパターン形成され、その結果、片持ちばり９とチップ８が形成される（図８Ａ）。図８Ｂは、既に形成されまたそこに続いて保持要素が適用される広い領域と、その自由端部にチップが位置する狭い領域とをもつ数多くの長方形片持ちばりを持つウェーハの平面図を示している。
【００３６】
次いでＳＵ−８層１０が全ウェーハに適用され、通常の方法でフォトリソグラフィーでパターン形成され、またその過程で、保持要素１０と、保持部１２を持つフレーム１１とがパターン形成される。図９Ａは、このプロセス段階の断面の結果を示し、また図９Ｂは、このプロセス段階の結果を平面図で示す。図９Ｂはまた、同じように、ＳＵ−８で作られた保持部１２を持つフレーム１１を示す。保持要素１０とフレーム１１のＳＵ−８層は、２００μｍ乃至４００μｍである。
【００３７】
ＳＵ−８から作られた保持要素１０、片持ちばり９およびチップ８を持つ完成ＳＰＭセンサーは、次いでＨＦにより犠牲層：この場合には酸化物層５の除去により、基質１から分離される（図１０）。
【００３８】
図１１は、保持部１２および平面図でそこに位置を占めるＳＰＭセンサー１３を持つ完成フレーム１１の平面図を示し、それが販売できるように、保持要素１０、フレーム１１およびＳＵ−８から作られる保持部１２を図示する。個別のＳＰＭセンサー１３は、フレーム１１から解体されてフレーム１１から分離される。
【００３９】
ＳＰＭセンサー１３が分離された後、調製されたトレンチを持つウェーハは、更なるＳＰＭセンサーの生産に再使用することができる。
【００４０】
図１２は、保持要素１０、片持ちばり９およびチップ８を持つＳＰＭセンサー１３の平面図を示し、ここで保持要素１０の下部で、窒化ケイ素からの本実施例で作られた片持ちばり９は拡張され、付着を改善するより大きな表面域を生み出す。
【００４１】
図１３は、例えば開口部１４を持つ片持ちばり９を通じて、例えば表面域がいかにして増加され、そのためＳＵ−８フォトレジスト７が対応する金属または窒化ケイ素と垂直方向で同じように結合することを示している。
【００４２】
も一つの可能性は、このように十分な付着を確実に行えるように、エポキシ樹脂をベースにする付着を使用し、個別の提案された手段をお互いに組合わせることに存在する。
【００４３】
前記の明細書は、ＳＵ−８から作られる保持要素１０を持つＳＰＭセンサー１３の生産を記載してきた。もしチップ８のみが他の物質から生産されるものとすると、このチップ８のみがパターン形成され、またＳＵ−８層の適用の後で、片持ちばり９も同じく適切なマスクにより生産される。片持ちばり構造の厚みは、物質と片持ちばりの物性に従って変化し、多分０．１μｍおよび６μｍの間に存在する。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化ケイ素層が両側面に適用されたシリコン基質１を示す図
【図２】トレンチ４の生産のための開口部３が生産されたことを示す図
【図３】トレンチ４の生産を示す図
【図４】酸化物層２がエッチング液で両側面から除去されたことを示す図
【図５】両側面が犠牲層として更に酸化ケイ素層５で再度酸化されることを示す図
【図６】窒化ケイ素層６が酸化ケイ素層５にＰＥＣＶＤプロセスなどにより適用され、層の厚みが０．１μｍ乃至０．３μｍとなった結果を示す図
【図７】窒化ケイ素層６に適用されたフォトレジスト７を持つ構造を示す図
【図８Ａ】乾式エッチングとフォトレジスト７の除去により窒化ケイ素層６がパターン形成され、チップ８を持つ片持ちばり９の形成を示す図
【図８Ｂ】片持ちばり９を持つウェーハを示す平面図
【図９Ａ】ＳＵ−８層１０が全ウェーハに適用され、フォトリソグラフィーでパターン形成され、保持要素１０、フレーム１１、保持部１２がパターン形成されることを示す断面図
【図９Ｂ】図９Ａの平面図
【図１０】ＨＦで犠牲層、ここでは酸化物層５の除去で片持ちばり９とチップ８が基質１から分離されることを示す図
【図１１】保持部１２とＳＰＭセンサー１３を持つ完成フレーム１１を示す平面図
【図１２】保持要素１０、片持ちばり９およびチップ８を持つＳＰＭセンサー１３を示す平面図
【図１３】表面域の増加したＳＰＭセンサーを示す図
【符号の説明】
１　基質，シリコン基質，シリコン
２　酸化ケイ素層，酸化物層
３　開口部
４　トレンチ，チップ用トレンチ，チップ様切開部
５　酸化ケイ素層，酸化物層，犠牲層
６　窒化ケイ素層
７　フォトレジスト
８　チップ
９　片持ちばり
１０　保持要素
１１　フレーム
１２　保持部
１３　ＳＰＭセンサー
１４　開口部
【図１】
2004004052.tif 000003
【図２】
2004004052.tif 000004
【図３】
2004004052.tif 000005
【図４】
2004004052.tif 000006
【図５】
2004004052.tif 000007
【図６】
2004004052.tif 000008
【図７】
2004004052.tif 000009
【図８Ａ】
2004004052.tif 000010
【図８Ｂ】
2004004052.tif 000011
【図９Ａ】
2004004052.tif 000012
【図９Ｂ】
2004004052.tif 000013
【図１０】
2004004052.tif 000014
【図１１】
2004004052.tif 000015
【図１２】
2004004052.tif 000016
【図１３】
2004004052.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月3日(2003.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2004004052.tif 000018
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2004004052.tif 000019