(57)【要約】  【解決手段】  原子的に鋭利な切断器具を形成する方法が記載されている。方法は、例えば、サファイア、炭化ケイ素、シリコン等の単結晶物質から作製された原子的に鋭利な切断器具の製造のコスト効率が高くかつ効率的な技術を提供することができる。方法は、切断が前記単結晶物質の好ましい自然面に沿って促進されることができる前記結晶物質の好ましい幾何学的配向を特定して選択することを含むことができ、したがって、最終的に原子的に鋭利な刃先を作製する。前記単結晶物質は、前記好ましい面を基準とした所定の配向で配置されたフォトレジスト材料によって選択表面位置において被覆されてもよく、前記単結晶物質の露出した表面部分におけるエッチングを可能としながら未露出表面部分のエッチングを防止する。エッチングが所定の終点に到達すると、原子スケールの刃先は、物理的切断によって形成されることができる。  【選択図】      図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切断器具を製造する方法であって、
結晶物質内の好ましい面を判定する工程と、
前記結晶物質の少なくとも１つの保護されていない部分をエッチングし、前記好ましい面に沿って前記結晶物質に少なくとも１つのファセットを作製する工程と、
前記少なくとも１つのファセットの端部に向かって配向した前記結晶物質を切断し、切断器具を形成する工程と
を有する、
方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記好ましい面を判定する工程は、Ｘ線を使用して前記好ましい面を判定することを含むものである方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、さらに、
前記判定された好ましい面に関連させて前記結晶物質の少なくとも１つの表面にフォトレジスト層を塗布し、当該表面に少なくとも１つの保護された部分および前記少なくとも１つの保護されていない部分を形成する工程を有するものである方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記少なくとも１つの表面は、第１の表面および第２の表面を含む複数の表面であり、前記結晶物質の前記第１の表面に塗布された前記フォトレジスト層は、前記第２の表面に塗布されたフォトレジスト層と一直線上に配置されることにより、前記少なくとも１つの表面の各側面に保護された部分を形成し、かつ前記第１および第２の表面に前記保護されていない部分を形成することにより、各表面における前記保護されていない部分が一直線上に配置されるものである方法。
【請求項５】
請求項３記載の方法において、前記エッチングする工程は、エッチング浴によって前記結晶物質をエッチングする工程を有し、前記フォトレジスト層が塗布されて前記結晶物質の１若しくはそれ以上の保護された部分を形成し、前記１若しくはそれ以上の保護された部分のエッチングを防止し、前記結晶物質の前記少なくとも１つの保護されていない部分は、前記フォトレジスト層によって被覆されず、これによりエッチングが可能となるものである方法。
【請求項６】
請求項３記載の方法において、さらに、
終点に到達したかどうかを判定する工程と、終点に到達したときに前記エッチングを停止する工程とを有するものである方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、前記終点に到達したかどうかを判定する工程は、「Ｖ」字型若しくは「Ｕ」字型形状の溝部の頂部の深さに到達したかどうか、「Ｖ」字型若しくは「Ｕ」字型形状の溝部の前記頂部における所定の厚さに到達したかどうか、および、前記エッチングする工程に関して所定時間が経過したかどうか、のうちの少なくとも１つを判定することを含むものである方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、終点に到達したかどうかを判定する工程は、前記頂部における厚さが約３０ミクロン未満であることを判定する工程である方法。
【請求項９】
請求項７記載の方法において、終点に到達したかどうかを判定する工程は、前記頂部における厚さが約１５ミクロン未満であることを判定する工程である方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、前記結晶物質は、サファイア、炭化ケイ素、およびシリコンからなる群から選択される単結晶物質である方法。
【請求項１１】
請求項１０載の方法において、前記結晶物質はウェハ形状である方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法において、前記エッチングする工程は、エッチング溶液によって前記結晶物質をエッチングする工程を有するものである方法。
【請求項１３】
切断器具であって、請求項１に記載の方法によって製造される切断器具。
【請求項１４】
切断器具を製造する方法であって、
単結晶物質の少なくとも１つの表面にフォトレジスト層を塗布する工程と、
前記単結晶物質をエッチングして少なくとも１つのファセットを作製する工程と、
前記作製された少なくとも１つのファセットの端部に沿って前記単結晶物質を切断し、鋭利な切断器具を形成する工程と
を有する方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、さらに、
結晶物質内の好ましい面を判定する工程を有し、前記塗布する工程は、前記好ましい面の配向に関連させて前記フォトレジスト層を塗布するものである方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法において、前記エッチングする工程により複数のファセットが作製されるものである方法。
【請求項１７】
請求項１４記載の方法において、前記少なくとも１つの表面は、第１の表面および第２の表面を含む複数の表面であり、前記エッチングする工程は、前記第１の表面および前記第２の表面をエッチングして複数のファセットを作製する工程である方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、前記複数のファセットは、前記結晶物質の第１の側面に少なくとも１つの溝部を形成し、第２の側面に少なくとも１つの溝部を形成するものである方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記複数のファセットによって各側面に形成された頂部は、前記結晶物質内の判定された好ましい面と整列されるものである方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法において、前記切断する工程は、各側面に形成された前記頂部に沿って切断する工程であり、それにより、鋭利な切断器具を製造するものである方法。
【請求項２１】
請求項１４記載の方法において、さらに、
終点に到達したかどうかを判定する工程と、前記終点に到達したときに前記エッチングを停止する工程とを有するものである方法。
【請求項２２】
請求項１４記載の方法において、前記単結晶物質は、サファイア、炭化ケイ素、およびシリコンを有する群から選択される、方法。
【請求項２３】
請求項１４記載の方法において、前記フォトレジスト層は１つのフォトレジスト層を有するものである方法。
【請求項２４】
請求項１４記載の方法において、各工程はコンピュータ制御されるものである方法。
【請求項２５】
切断器具であって、請求項１４記載の方法によって製造される切断器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１２年９月２５日付で出願された米国仮特許出願第６１／７０５，２３１号の優先権および利益を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示の分野
本開示は、結晶物質上に原子的に鋭利な刃先（ａｔｏｍｉｃａｌｌｙ  ｓｈａｒｐ  ｅｄｇｅｓ）を形成する方法に関し、より具体的には、例えば、サファイア、シリコン等の結晶物質から成るまたはそれを含む物体上に原子的に鋭利な刃先を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、ナイフ、メス、かみそり刃、または同様の器具等の切断器具の製造は、通常、研削および研磨技術を含み、それにより、切断器具の刃先が形成される。研磨および研削は、比較的高価でおよび／または時間のかかる処理であり得る。これらの切断器具の大量生産において、これらの器具を製造するための任意の時間短縮やコスト削減は、重要な利点を提供する。さらに、刃先自体の鋭利さのいかなる改善も現在生産されている切断器具において重要な利点を提供することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、原子的に鋭利な切断器具を形成する方法を提供する。本方法は、例えば、サファイア、炭化ケイ素、シリコン等の単結晶物質から成る前記原子的に鋭利な切断器具の製造のコスト効率が高くかつ効率的な技術を提供することができる。本方法は、高生産環境で実行することができる。本方法は、切断が単結晶物質の好ましい自然面に沿って促進される結晶物質の好ましい幾何学的配向を特定して選択する工程を含み、それによって原子的に鋭利な刃先が作製される。前記単結晶物質は、前記好ましい面を基準とした所定の配向で配置されたフォトレジスト材料によって選択表面位置において被覆されてもよく、それにより、前記単結晶物質の露出した表面部分におけるエッチングを可能とする一方で、未露出表面部分のエッチングを防止する。前記単結晶物質は、化学浴またはエッチング浴中でエッチングされ、所望の終点に到達するまで除去される。前記単結晶物質は、エッチングによって成形された溝部に沿って物理的に切断することができる。前記物理的な切断により、鋭利な原子スケールの刃先（ａｔｏｍｉｃ  ｅｄｇｅ）が作製される。方法の工程が実行されて、１若しくはそれ以上の切断器具における片側刃先または両側刃先のいずれかを形成することができる。
【０００５】
１つの観点において、結晶物質内の好ましい面を判定する工程と、前記結晶物質の少なくとも１つの保護されていない部分をエッチングして前記好ましい面に沿って前記結晶物質に少なくとも１つのファセットを作製する工程と、前記少なくとも１つのファセットの端部に向かって配向した前記結晶物質を切断して切断器具を形成する工程とを有する切断器具を製造する方法が提供される。
【０００６】
１つの観点において、単結晶物質の少なくとも１つの表面にフォトレジスト層を塗布する工程と、前記単結晶物質をエッチングして少なくとも１つのファセットを作製する工程と、前記作製された少なくとも１つのファセットの端部に沿って前記単結晶物質を切断して鋭利な切断器具を形成する工程とを有する切断器具の製造方法が提供される。本方法は、さらに、結晶物質内の好ましい面を判定する工程を有してもよく、ここで塗布する工程により、前記好ましい面の配向に関連させて前記フォトレジスト層が塗布される。前記エッチングにより、複数のファセットを作製することが可能である。前記少なくとも１つの表面は、第１の面および第２の面を含む複数の表面とすることができ、前記エッチング工程は、前記第１の面および前記第２の面をエッチングして複数のファセットを作製することができる。前記複数のファセットは、前記結晶物質の第１の側面に少なくとも１つの溝部を形成し、第２の側面に少なくとも１つの溝部を形成することができる。頂部は、前記結晶物質内の判定された好ましい面に対して位置合わせされた前記複数のファセットによって各側面に形成することができる。
【０００７】
本開示のさらなる特徴、利点、および実施形態は、詳細な説明および図面の検討から記載されるかまたは明らかとすることができる。さらに、本開示の上記概要および以下の詳細な説明は双方とも事例であることが理解されることになっており、クレームに記載された本開示の範囲を限定することなく、さらなる説明を提供することが意図される。
【０００８】
本開示のさらなる理解を提供するために含まれる添付図面は、本明細書の一部に組み込まれてそれを構成し、本開示の図示例は、詳細な説明とともに本開示の原理を説明するのに役立つ。本開示の基本的な理解および実施されることができる様々な方法に必要であり得るよりも詳細には、本開示の構造的詳細を示すように試みられていない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の原理にかかるサファイアウェハ１００の例を示している。
【図２】図２は、本開示の原理にかかる前記サファイアウェハ１００に塗布されるフォトレジスト層１０５の例を示している。
【図３】図３は、本開示の原理にかかる、領域１１０を露出するために除去された前記フォトレジスト材料の選択された領域を有する前記サファイアウェハ１００を示している。
【図４】図４は、本開示の原理にかかるサファイアウェハ１００上の前記エッチング処理の効果の例を示している。
【図５】図５は、本開示の原理にかかる結晶配向の選択の例を示している。
【図６】図６は、本開示の原理にかかる「終点」に向けて進行したエッチングの効果の例を示している。
【図７】図７は、本開示の原理に従い、化学エッチング処理によって形成することにより作製された片側切断器具上に構成された刃先の例を示している。
【図８】図８は、両側におけるフォトレジストによって構成されたサファイアウェハの例を示している。
【図９】図９は、本開示の原理にかかる、選択領域を露出するために除去された前記フォトレジスト材料の選択された領域を有するサファイアウェハを示している。
【図１０】図１０は、本開示の原理にかかるサファイアウェハ上の前記エッチング処理の効果の例を示している。
【図１１】図１１は、本開示の原理にかかる「終点」に向けて進行したエッチングの効果の例を示している。
【図１２】図１２は、本開示の原理に従い、前記エッチング処理によって形成することより作製された両側切断器具上に構成された刃先の例を示している。
【図１３】図１３は、本開示の原理にかかる上面からみたサファイア基板等の基板全体の例を示している。
【図１４】図１４は、工程は本開示の原理にしたがって実行される例示的な処理のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示は、さらに、以下の詳細な説明に記載される。
【００１１】
本開示ならびにその様々な特徴および有利な詳細は、添付図面および以下の詳細な説明において記載されておよび／または図示された非限定的な実施例を参照してより十分に説明される。図面に図示された特徴は、必ずしも縮尺どおりに描かれておらず、１つの例の特徴は、本明細書において明確に述べられていない場合には、当業者は認識するであろうように、他の例によって使用されることができるということに留意されたい。周知の構成要素および処理技術の説明は、本開示の例を不必要に不明瞭にしないように省略されることができる。本明細書において使用される例は、本開示が実施されることができる方法の理解を単に容易とし、さらに当業者が本開示の原理を実施するのを可能とするように意図される。したがって、本明細書における例は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。さらに、同様の参照番号は、図面のいくつかの図を通して同様の部分を表すということに留意されたい。
【００１２】
本開示において使用される「コンピュータ」は、例えば、限定するものではないが、プロセッサ、マイクロプロセッサ、中央処理装置、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、パームトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ワークステーションコンピュータ、サーバ等、または、プロセッサ、マイクロプロセッサ、中央処理装置、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、パームトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ワークステーションコンピュータ、サーバのアレイ等、１若しくはそれ以上の命令にしたがってデータを操作可能な任意の機械、装置、回路、構成要素若しくはモジュール、または、機械、装置、回路、構成要素、モジュールの任意のシステム等を意味する。
【００１３】
本開示において使用される「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、コンピュータによって読み取り可能なデータ（例えば、命令）を提供することに関与する任意の物理的媒体を意味する。そのような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および物理伝送媒体を含む多くの形態をとることができる。不揮発性媒体は、例えば、光または磁気ディスクおよび他の持続性メモリを含むことができる。揮発性媒体は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）を含むことができる。伝送媒体は、プロセッサに結合されたシステムバスを有するワイヤを含む同軸ケーブル、銅線、および光ファイバを含むことができる。コンピュータ読み取り可能な媒体の一般的な形態としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、任意の他の光媒体、パンチカード、紙テープ、孔のパターンを有する任意の他の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＥＰＲＯＭ、後述する任意の他のメモリチップ若しくはカートリッジ、または、コンピュータが読み取ることができる任意の他の物理的媒体を含む。コンピュータ読み取り可能な媒体は、持続性媒体を有することができる。
【００１４】
本開示において使用される用語「含む」、「有する」、およびその変形は、別段の指定がない限り、「含むが、これらに限定されない」ことを意味する。本開示において使用される用語「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別段の指定がない限り、「１若しくはそれ以上」を意味する。
【００１５】
処理工程、方法工程、アルゴリズム等は、順番に説明されることができるが、そのような処理、方法、およびアルゴリズムは、他の順序で動作するように構成されることができる。換言すれば、記載されることができる工程の任意のシーケンスまたは順序は、工程がその順序で実行される必要性を必ずしも示すものではない。本明細書に記載される処理、方法、またはアルゴリズムの工程は、任意の実用的な順序で実行されてもよい。さらに、いくつかの工程が同時に実行されてもよい。
【００１６】
単一の装置または物品が本明細書に記載されている場合、複数の装置または物品が単一の装置または物品の代わりに使用されてもよいことは容易に明らかである。同様に、複数の装置または物品が本明細書に記載される場合、単一の装置または物品が複数の装置または物品の代わりに使用されてもよいことは容易に明らかである。装置の機能または特徴は、そのような機能または特徴を有するようには明確に記載されていない１若しくはそれ以上の他の装置によって代わりに具体化されることができる。
【００１７】
本開示の方法は、例えば、サファイア、炭化ケイ素、シリコン等の単結晶物質の機械的および化学的特性を自然に生じるという利点を利用することを含む。説明を容易とするために、本開示は、単結晶物質の例としてサファイアを使用するが、本開示の原理は、他の単結晶物質（または単結晶固体）に同様に適用することができることが理解されるべきである。
【００１８】
サファイアは、自然に生じる「劈開面」を有する。破砕時に、サファイア結晶は、明確に定義された結晶面に沿って切断または破砕する傾向がある。好ましい幾何学的形状を特定して選択することにより、切断は、好ましい面に沿って促進されることができ、したがって、原子的に鋭利な刃先を作製する。
【００１９】
さらに、サファイアの様々な結晶配向またはファセットは、化学物質に異なった反応を示す。化学攻撃の速度または「エッチング速度」は、少なくとも部分的に、表面の結晶配向に依存し、通常は非対称である。異なる化学的製剤（例えば、酸）が異なる反応速度を有することから、化学攻撃（または反応）の速度もまた、使用される化学組成に依存し得る。サファイア結晶を成形する処理は、この自然の特性を利用することができ、予測可能でかつ再現性の容易な好ましい面に沿った切断をなす有利な幾何学的特徴を生成する。
【００２０】
図１は、本開示の原理にかかるサファイアウェハ１００の例である。サファイア結晶またはウェハは、面配向について検査されることができる。検査は、前記結晶が前記結晶物質内の好ましい面に沿って整列されることができるように、一般的に知られている結晶学のＸ線走査技術を使用して実行されることができる。この配向の例は、以下の図５を参照してより詳細に記載される。前記サファイアウェハ１００の寸法、すなわち、長さ、幅、および高さは、製造対象の切断器具の種類に依存し得る。
【００２１】
図２から図７は、本開示の原理にかかる片側刃の製造例を示す一連の工程としてみることができる。図２は、本開示の原理にかかる前記サファイアウェハ１００に塗布されるフォトレジスト層１０５の例である。前記フォトレジスト層１０５は、前記ウェハ１００の表面上に塗布されて配置され、図５を参照して記載されるように特定された好ましい面が配向されるように結晶構造を配向することができる。前記フォトレジスト層１０５は、選択された領域において（後述する）酸浴が前記サファイアウェハ１００に接触するのを防止するために使用されることができる。フォトレジスト材料は、例えば、ニュージャージー州ＢｒａｎｃｈｂｕｒｇのＡＺ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、コロラド州ＤｅｎｖｅｒのＭａｃＤｅｒｍｉｄ  Ｉｎｃ．、または日本国の富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ（Ｆｕｊｉｆｉｌｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）等の企業から一般的に入手可能である。
【００２２】
図３は、本開示の原理にかかる、領域１１０を露出するために除去された前記フォトレジスト材料の選択された領域を有する前記サファイアウェハ１００の例を示している。前記露出領域１１０は、酸浴中に浸漬されて前記露出領域１１０のエッチングを開始することができる。サファイアをエッチングするのに適した化学浴は、例えば、約３５０℃におけるリン酸に対する硫酸の比率が約３：１である硫酸（Ｈ２ＳＯ４）およびリン酸（Ｈ３ＰＯ４）の混合物とすることができる（または含むことができる）。他の酸が本開示の範囲または精神から逸脱することなく使用されてもよい。さらに、他の酸の濃度および温度が、例えば、エッチング速度を変える等のために使用されてもよい。
【００２３】
図４は、本開示の原理にかかるサファイアウェハ１００上の前記エッチング処理の効果の例を示している。前記サファイアウェハ１００の前記露出領域１１０が前記酸浴と接触するのにともない、図示されたように前記結晶構造がエッチング除去され、１若しくはそれ以上の一般的に「Ｖ」または「Ｕ」字型形状の溝部を形成するファセット１１５を形成する。前記エッチングの進行は、前記結晶の配向および好ましい選択された面に関連し得る。本明細書に記載の方法は、「Ｖ」字型形状の溝部に言及しているが、「Ｕ」字型形状の溝部等の本質的に任意の凹形状が可能であり得ることが理解されるべきである。
【００２４】
図５は、本開示の原理にかかる結晶配向の選択の例を示している。前記結晶配向は、（例えば、Ｘ線検査によって判定されることができるように）「Ｃ」面に沿って選択され、その後、前記エッチングされた面は、前記サファイアウェハ１００の拡大断面図に示されるように、「Ｒ」面に沿って進行されることができる。前記「Ｃ」面に沿った前記結晶の配向およびこの「Ｃ」面との関係における前記フォトレジスト層１０５の塗布は、「Ｖ」字型のファセット１１５の製造に必要な効果を提供する。この「Ｖ」字型は、以下においてより詳細に説明されるように、最終的に切断器具の原子スケールの刃先となる。
【００２５】
図６は、本開示の原理にかかる「終点」に向けて進行したエッチングの効果を示す例示である。すなわち、エッチング時間がエッチングについての所定期間によってまたは前記ウェハ１００の少なくとも片側における「Ｖ」の頂部１１８における残りの厚さの（機械映像等の）光学モニタリングによって判定される終点まで進行するのにともない、前記頂部１１８における厚さは、前記サファイアウェハ１００の理想的な物理的切断を可能とすることができる厚さに接近する。所定の終点は、例えば、前記頂部１１８における厚さが約３０ミクロン未満であることを含むことができる。多くの場合、この終点の目標は、約１５ミクロン以下に接近することができる。前記終点が達成されると、前記酸浴は、もはやこの製造サイクルのためには必要とされない。所定の終点におけるエッチングの停止は、完全に前記サファイアを介して酸がエッチングするのを防止することが望ましく、続行することが許可された場合、鋭利さが少ない刃先をもたらすことができる。さらに、前記終点の目標（例えば、所望の深さの「Ｖ」または前記頂部１１８における所定の厚さ）が達成されると、前記サファイアウェハ１００は、「Ｖ」溝部に沿って物理的に切断され（例えば、破壊され）、それぞれが非常に鋭利な刃先を有する２つの切断器具を製造することができる。前記物理的切断は、前記頂部１１８に近接する前記ファセット面１１５に沿った前記サファイア材料の切断をもたらし、得られた２つの部分１１３ａ、１１３ｂのそれぞれにおいて非常に鋭利な刃先が作製される。前記フォトレジスト１０５は、切断の前または後に除去されることができる。サファイアウェハ１００が（例えば、図３に示されるような）複数の露出領域１１０を有するように構成されている場合、複数の切断器具は、前記サファイアウェハ１００の複数の部分から製造されることができる。
【００２６】
エッチング速度は変化してもよい。例えば、前記エッチング速度は、必要に応じて、他の期間が使用されることができるものの、毎分約１から２ミクロン等の範囲とすることができる。使用される特定の結晶物質、特定のエッチング浴および／またはその濃度は、エッチング速度を変化させるのに寄与することができる。
【００２７】
図７は、作製済みの片側切断器具１５０上に構成された刃先１５５の例示し、当該刃先は、本開示の原理に従った化学エッチング処理によって形成された部分１１３ａ、１１３ｂの１つにから作製されたものである。
【００２８】
図８〜図１２は、本開示の原理にかかる、前記エッチング処理によって作製された両側刃を製造する方法の例を示している。両側刃を製造する方法は、サファイアウェハ２００の第１の側および第２の側の双方がフォトレジスト１０５によって構成されることができることを除き、片側刃を製造する方法と同様であり、各側面は、実質的に、フォトレジストが塗布されることができる位置に関して他に酷似している。図８は、両側におけるフォトレジストによって構成されたサファイアウェハ２００の例である。第１の側における前記フォトレジスト１０５の位置と、第２の側における前記フォトレジスト１０５の位置は、以下に説明されるように、前記サファイアウェハ２００の各側面において得られた対向する「Ｖ」字型または「Ｕ」字型形状の溝部において非常に近い対称性を確保するように整列されている。
【００２９】
図９は、本開示の原理にかかる、領域１１０を露出する除去された（または塗布されていない）前記フォトレジスト材料の選択された領域を有する前記サファイアウェハ２００を示している。図９は、ウェハ２００の表面の選択された部分において前記ウェハ２００の両側に塗布されるフォトレジスト層を示している。（塗布されたフォトレジスト層を有しない）露出領域１１０は、エッチング液、例えば（上述したように）酸浴に浸漬されたときに、前記露出領域１１０のエッチングを開始する。エッチングは進行し、前記ウェハ２００の両側に対称性の高い「Ｖ」または「Ｕ」字型形状の溝部を形成する。
【００３０】
図１０は、本開示の原理にかかるサファイアウェハ２００上の前記エッチング処理の効果の例を示している。前記サファイアウェハ２００の露出領域１１０が酸浴と接触するのにともない、前記結晶構造は、図示されているようにエッチング除去され、前記サファイアウェハ２００の各側面に１若しくはそれ以上の一般に「Ｖ」字型または「Ｕ」字型形状の溝部を形成するファセット１１５を形成する。前記ウェハ２００の両側に形成されたファセット１１５は、前記ウェハ２００の２つの対向する側の略中間とすることができる共通点に向かって収束し始めることができる。本質的に、前記ウェハ２００の第１の側に形成された「Ｖ」または「Ｕ」字型形状の溝部の頂部と、前記ウェハ２００の第２の側に形成された「Ｖ」または「Ｕ」字型形状の溝部の頂部は、ウェハの厚さの略中間点である共通の場所に向かって収束する傾向がある。エッチングの進行は、結晶の配向および好ましい選択された面に関連し得る。
【００３１】
図１１は、本開示の原理にかかる前記「終点」に向けて進行したエッチングの効果の例を示している。すなわち、エッチング時間がエッチングについての所定期間によってまたは二重「Ｖ」の頂部１３０における残りの厚さの（機械映像等の）光学モニタリングによって判定される終点まで進行するのにともない、前記頂部１３０における厚さは、前記サファイアウェハ２００の理想的な物理的切断を可能とすることができる厚さに接近する。所定の終点は、例えば、前記頂部１３０が約３０ミクロン未満等の厚さを含むことができる。多くの場合、（例えば、エッチングについての所定期間によってまたは光学モニタリング（機械映像等）によって判定されるこの終点の目標は、例えば、約１５ミクロン以下に接近する厚さとすることができる。
【００３２】
前記終点が達成されると、前記酸浴は、もはやこの製造サイクルのためには必要とされない。所定の終点におけるエッチングの停止は、完全に前記サファイアを介して酸がエッチングするのを防止することが望ましく、続行することが許可された場合、鋭利さが少ない刃先をもたらすことができる。さらに、前記終点の目標が達成されると、前記サファイアウェハ２００は、二重「Ｖ」字型形状の溝部に沿って物理的に切断され、それぞれが非常に鋭利な刃先を有する２つの切断器具を製造することができる。前記物理的切断は、前記頂部１３０に近接する前記ファセット面１１５に沿った前記サファイア材料の切断をもたらし、得られた２つの部分１１４ａ、１１４ｂのそれぞれにおいて非常に鋭利な刃先を作製する。前記フォトレジスト１０５は、切断の前または後に除去されることができる。サファイアウェハ２００が（図９に示されるように）前記サファイアウェハ２００の各側面に複数の露出領域１１０を有するように構成されている場合、複数の両側切断器具は、前記サファイアウェハ２００の複数の部分から製造されることができる。
【００３３】
図１２は、作製済みの両側切断器具２５０上に構成された刃先２２５の例示し、本開示の原理に従った化学エッチング処理によって形成された部分１１４ａ、１１４ｂ（図１１）の１つから作製されたものである。
【００３４】
図１３は、上面からみたサファイア基板等の基板全体の例を示している。この例は、おそらく異なる形状を有する複数の切断器具３０１ａ〜３０１ｃが出発基板３００上に「印刷」されることができ、上述したエッチング処理によって同時に処理されることができることを示している。これは、電子回路を製造するための商業的なマイクロエレクトロニクス業界による処理に類似し得る。したがって、複数の、数百の切断器具を製造し、真の経済的規模を得ることができる。さらに、複数の基板３００は、大規模な電子回路を製造するマイクロエレクトロニクス業界の実務と同様の同じ全体の処理サイクルにおいて、上述したエッチング工程毎に処理されることができる。
【００３５】
複数の切断器具の設計（例えば、大きさ、形状）３０１ａ〜３０１ｃは、前記フォトレジスト層にインプリントするために使用される元のフォトマスクの形成中に同一基板内に含まれることができることに留意されたい。全てのこれらの設計３０１ａ〜３０１ｃは、上述したエッチング処理サイクル中に同時に処理されることができる。
【００３６】
図１４は、工程は本開示の原理にしたがって実行される結晶物質上に原子的に鋭利な刃先を作製するための処理のフロー図である。図１４のフロー図の工程はまた、各工程を実行するための構成要素についてのブロック図を表すことができる。各工程は、各工程を実行するコンピュータソフトウェアによってプログラミングされたコンピュータによって実行または制御されることができる。各工程についてのコンピュータソフトウェアは、コンピュータによって読み込まれて実行されたときに、各工程を実行するコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されることができる。コンピュータソフトウェアおよびコンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータプログラム製品を有することができる。
【００３７】
工程４００において、原子的に鋭利な刃先または複数の刃先を形成するのに使用される結晶物質の種類について選択が行われる。前記結晶物質の種類は、例えば、サファイア、炭化ケイ素、シリコン等の単結晶物質から選択することができる。材料の種類の選択は、必要とされる最終装置の種類に基づいてもよい。前記結晶物質は、ウェハの形態であってもよい。工程４０５において、結晶配向およびその内部の１若しくはそれ以上の面の判定が行われることができる。これは、例えば、Ｘ線結晶学によって達成されることができる。工程４１０において、前記結晶物質は、前記結晶内の選択された好ましい面の配向に沿ってフォトレジストを受けるように特徴付けることができる。前記結晶物質は、前記フォトレジスト層を受けるために好ましい面に関連させて整列させることができる。工程４１５において、フォトレジスト層は、前記結晶物質の一部に「Ｖ」または「Ｕ」字型を形成することによって後続のエッチングが進行するように、前記結晶物質の表面に塗布される。前記フォトレジスト層は、好ましい面の配向に関連させて塗布される。エッチングにより、少なくとも１つのファセットが作製される。前記フォトレジスト層は、複数の別個の独立したセグメントを有することができる。前記フォトレジスト層が塗布され、それにより、前記結晶物質の１若しくはそれ以上の保護部分が形成され、前記１若しくはそれ以上の保護部分のエッチングを防止することが可能となり、前記結晶物質の少なくとも１つの保護されていない部分は、前記フォトレジスト層によって被覆されず、エッチングが可能となる。工程４２０において、前記結晶物質は、例えば、酸浴等のエッチング物質または溶液に露出されてもよい。酸浴として使用するための酸の例としての種類およびこの方法で使用可能な酸の濃度の例は、上記図３に関連して説明される。
【００３８】
工程４２５において、終点に到達したかどうかの判定が行われる。判定は、光学測定技術によって達成されることができ、および／または、判定は、例えば、「Ｖ」字型若しくは「Ｕ」字型形状の溝部の頂部の深さを判定すること、前記頂部における厚さを判定すること、または、所定期間がエッチング段階について到達したかを特定することのうちの少なくとも１つを含むことができる。所定期間は、例えば、酸の種類、酸の濃度、結晶物質の種類、および／または結晶物質の厚さまたはそれらの組み合わせに関連し得る。終点に達していない場合、エッチング処理は継続する。しかしながら、終点に到達した場合、４３０において、エッチングは停止され、例えば、酸に対する結晶物質の露出を停止する。工程４３５において、結晶物質は切断され、１若しくはそれ以上の原子的に成形された刃先を有する１若しくはそれ以上の切断器具を作製することができる。前記切断は、少なくとも１つのファセットの端部において生じる。１若しくはそれ上のファセットは、「Ｖ」または「Ｕ」字型形状の溝部によって形成されてもよい。方法は、工程４４０において終了する。
【００３９】
得られた切断器具は、特定の用途に応じて、必要に応じてさらに成形されることができる。例えば、切断された切断器具が切断され、複数の切断器具を形成することができ、または、切断器具は、例えば、ハンドル、保持器、アプリケータ等の保持器具の要件に適合するようにさらに成形されることができる。
【００４０】
本明細書に記載された方法は、本明細書における方法の工程が高速に実行されることができるように、コンピュータ化された製造ラインによる制御のために自動化されることができる。方法の１若しくはそれ以上の工程は、コンピュータ読み取り可能な媒体からロードされてプロセッサによって実行されるように構成されることができるコンピュータおよび関連するコンピュータコードの制御下で実行されることができる。適切なハードウェアと組み合わせたコードは、本明細書に記載された工程の一部または全てを実行するように構成されてもよい。そのような工程は、それらに限定されるものではないが、（例えば、Ｘ線検査によって判定されることができる）「Ｃ」面または他の好ましい面に沿ってサファイア結晶配向を選択することを含むことができる。前記フォトレジストの塗布は、コンピュータ制御によって制御されることができる。さらに、サファイアウェハの浸漬を含むエッチング処理は、コンピュータ制御によって制御されることができる。終点に到達した場合、判定の工程は、所定の終点の目標に基づいてエッチングするタイミング含むことができるコンピュータ制御によってまたは頂部深さの（機械映像によってのような）光学測定によって達成されることができる。さらに、前記物理的切断は、切断を達成するために適切なハードウェアとともにコンピュータ制御によって制御されることができる。
【００４１】
本開示は、例示的な実施形態に関して説明されたが、当業者は、本開示が特許請求の範囲の精神および範囲内の変更によって実施可能であることを認識するであろう。これらの例は、単なる例示であり、本開示の全ての可能な設計、実施形態、用途、または変更の網羅的なリストであることを意味するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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