(57)【要約】  潜在的な熱ドリフト効果に対応する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの表面分析機器用のプローブアセンブリには、プローブアセンブリの基部を画定する基板と、基部から延び、先端を有するカンチレバーと、先端又はその近くに配置される反射パッドとが含まれる。反射パッドは、約２５マイクロメートルの横方向寸法（例えば、長さ）を有し、１マイクロメートル未満であり得る。理想的には、反射パッドは、フォトリソグラフィを使用してカンチレバー上にパターン形成される。熱的に安定した耐ドリフト性のプローブの対応する製造方法も提供される。
2020530113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面分析機器用のプローブアセンブリであって、
前記プローブアセンブリの基部を画定する基板と、
前記基部から延び、自由端を有するカンチレバーと、
先端に配置された反射パッドと、
を含み、前記反射パッドは、フォトリソグラフィを使用して、前記カンチレバーの任意の領域にパターン形成されている、プローブアセンブリ。
【請求項２】
前記反射パッドが、前記カンチレバー上の任意の点で、約±２５マイクロメートル未満に制御可能な横方向寸法を有する、請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項３】
前記寸法が、１マイクロメートル未満である、請求項２に記載のプローブアセンブリ。
【請求項４】
前記横方向寸法は、長さ及び幅のうちの少なくとも１つである、請求項３に記載のプローブアセンブリ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの反射パッドは、前記カンチレバーの前面に配置される、請求項２に記載のプローブアセンブリ。
【請求項６】
前記反射パッドは、前記自由端の先端まで延びる、請求項２に記載のプローブアセンブリ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの反射パッドは、前記カンチレバーの前面に配置された反射パッドと、前記カンチレバーの背面に配置された反射パッドと、を含む、請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの反射パッドの材料が、高応力材料である、請求項７に記載のプローブアセンブリ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの反射パッドは、少なくとも２つの反射パッド、すなわち、偏向測定に対応する反射パッドと、前記ＡＦＭ動作モードに従う前記プローブアセンブリの駆動に対応する反射パッドとを含む、請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１０】
前記反射パッドは、誘電体及び金属のうちの少なくとも１つである、請求項２に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１１】
前記表面分析機器がＡＦＭである、請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの反射パッドの寸法は、前記カンチレバーの長さに依存する、請求項９に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１３】
前記基板は、シリコンウェハー及びシリコンオン窒化物ウェハーのうちの１つである、請求項１に記載のプローブアセンブリ。
【請求項１４】
表面分析機器用のプローブアセンブリを製造する方法であって、
基板を提供するステップと、
前記基板から前記プローブアセンブリのプローブを形成するステップであって、前記プローブは、先端を備える自由端を有するカンチレバーと、チップと、を含む、プローブ形成ステップと、
フォトリソグラフィを使用して、前記カンチレバー上に少なくとも１つの反射パッドをパターン形成するパターン形成ステップと、を含み、
前記パッドの寸法は２５マイクロメートル未満である、方法。
【請求項１５】
前記パターン形成ステップは、前記カンチレバーの前面で実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記プローブ形成ステップは、低圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）及びプラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）のうちの１つを使用して、前記基板上にシリコン窒化物を堆積させることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記寸法がサブマイクロメートルである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板が、シリコンウェハー及びシリコンオン窒化物ウェハーのうちの１つである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの反射パッドは、少なくとも２つの反射パッド、すなわち、前記表面分析機器の動作モードに従って前記プローブを駆動する反射パッドと、前記プローブの偏向測定に対応する反射パッドとを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記パターン形成ステップは、前記表面分析機器の偏向検出装置のレーザー光の形状に対応するように前記パッドを成形することを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年８月３日に出願された米国仮出願第６２／５４０，９５９号及び２０１７年８月４日に出願された米国仮出願第６２／５４１，６１７号から優先権を主張しており、その出願は走査型プローブ顕微鏡用のプローブ及び製造方法と題されている。これらの出願の主題は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
［発明の分野］
好ましい実施形態は、計測機器用のプローブアセンブリ及び対応する製造方法に関し、より詳細には、同様のサイズ及び機能の標準的なＡＦＭプローブアセンブリと比較して熱ドリフトの影響を受けにくいプローブアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
［関連技術の説明］
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、鋭いチップと小さい力を使用して、サンプルの表面を原子寸法まで特性評価する装置である。一般に、ＳＰＭプローブのチップは、サンプルの表面に導入され、サンプルの特性の変化を検出する。チップとサンプルとの間に相対的な走査動作を提供することにより、サンプルの特定の領域で表面特性データを取得し、対応するサンプルのマップを生成できる。
【０００４】
図１には、典型的なＡＦＭシステムが概略的に示されている。ＡＦＭ１０は、カンチレバー１５を有するプローブ１４を含むプローブ装置１２を使用する。スキャナ２４は、プローブ１４とサンプル２２との間に相対運動を生成する間、プローブとサンプルとの相互作用を測定する。このようにして、サンプルの画像又はその他の測定値を取得できる。スキャナ２４は、通常、３つの直交方向（ＸＹＺ）の運動を通常生成する１つ以上のアクチュエータで構成される。多くの場合、スキャナ２４は、３つの軸全てでサンプル又はプローブのいずれかを移動させる１つ以上のアクチュエータ（例えば、圧電チューブアクチュエータ）を含む単一の一体型ユニットである。代替として、スキャナは、複数の別個のアクチュエータのアセンブリであってもよい。一部のＡＦＭでは、スキャナは複数の構成要素に、例えば、サンプルを移動させるＸＹスキャナと、プローブを移動させる別個のＺアクチュエータとに分離されている。従って、このような機器は、例えば、ハンスマ（Ｈａｎｓｍａ）らによる特許文献１、エリングス（Ｅｌｉｎｇｓ）らによる特許文献２、エリングスらによる特許文献３に記載されているように、プローブとサンプルとの間に相対運動を作り出す間、サンプルのトポグラフィ又は他の何らかの表面特性を測定することができる。
【０００５】
一般的な構成では、プローブ１４は、カンチレバー１５の共振周波数又はその近くでプローブ１４を駆動するために使用される振動アクチュエータ又は駆動装置１６に結合されることが多い。代替構成は、カンチレバー１５の偏向、ねじれ、又は他の動きを測定する。プローブ１４は、多くの場合、一体型チップ１７を備える微細加工カンチレバーである。
【０００６】
一般に、電子信号は、ＳＰＭコントローラ２０の制御下でＡＣ信号源１８から印加され、アクチュエータ１６（又は代替としてスキャナ２４）がプローブ１４を振動させるようにする。プローブとサンプルの相互作用は、通常、コントローラ２０によるフィードバックを介して制御される。特に、アクチュエータ１６は、スキャナ２４とプローブ１４に結合できるが、自己作動カンチレバー／プローブの一部としてプローブ１４のカンチレバー１５と一体に形成できる。
【０００７】
上述のように、プローブ１４の振動の１つ以上の特性の変化を検出することによりサンプル特性を監視すると、選択されたプローブ１４が振動してサンプル２２と接触することが多い。これに関して、偏向検出装置２５は通常、光線をプローブ１４の裏側に向けるために使用され、この光線は次いで検出器２６に向かって反射される。光線が検出器２６を横切って平行移動すると、（例えば、ＲＭＳ偏向を決定し、それをコントローラ２０に送信し、その後、その信号を処理して、プローブ１４の振動の変化を決定するために）ブロック２８で適切な信号が処理される。一般に、コントローラ２０は、典型的にはプローブ１４の振動の設定点特性を維持するために、チップとサンプルとの間の比較的一定の相互作用を維持するための制御信号を生成する。より詳しくは、コントローラ２０は、チップとサンプルとの相互作用によって引き起こされるプローブの偏向に対応する信号と設定点とを回路３０で比較することにより得られる誤差信号を調整する、ＰＩゲイン制御ブロック３２及び高電圧増幅器３４を含んでもよい。例えば、コントローラ２０は頻繁に、チップとサンプルとの間の略一定の力を保証するために、振動振幅を設定点値ＡＳに保持するように使用される。代替として、設定点位相又は周波数を使用してもよい。
【０００８】
また、コントローラ２０内に、及び／又は別個のコントローラ又は連結型若しくは独立型のコントローラのシステム内に、コントローラから収集されたデータを受信し、走査中に得られたデータを処理して、ポイント選択、曲線フィッティング及び距離決定演算を実行するワークステーション４０も提供される。
【０００９】
ＡＦＭは、接触モードや振動モードなど、さまざまなモードで動作するように設計できる。このような動作は、表面全体にわたって走査されるプローブアセンブリのカンチレバーの偏向に応じて、サンプル又はプローブアセンブリのいずれかを、サンプルの表面に比較的垂直に上下に移動させることによって行われる。走査は通常、サンプルの表面に少なくとも一般に平行な「ｘ−ｙ」平面で行われ、垂直移動はｘ−ｙ平面に垂直な「ｚ」方向に行われる。多くのサンプルには、平面から外れた粗さ、曲率、傾斜があるため、「一般に平行」という用語を使用していることに留意する。このようにして、この垂直運動に関連するデータが保存され、測定されるサンプル特性に対応するサンプル表面の画像（例えば、表面トポグラフィー）を作成するために使用し得る。
【００１０】
例えば、ＡＦＭでは、接触モードと呼ばれる動作モードにおいて、顕微鏡は通常、チップを走査する間、サンプルの表面にかかるチップの力を略一定に保つ。これは、表面全体にわたって走査されるプローブアセンブリのカンチレバーの偏向に応じて、サンプル又はプローブアセンブリのいずれかを、サンプルの表面に比較的垂直に上下に移動させることによって行われる。このようにして、この垂直運動に関連するデータは保存され、その後、測定されるサンプル特性に対応するサンプル表面の画像（例えば、表面トポグラフィー）を作成するために使用し得る。同様に、ＴａｐｐｉｎｇＭｏｄｅ（商標）（ＴａｐｐｉｎｇＭｏｄｅ（商標）は、本譲受人が所有する商標である）として知られるＡＦＭ動作の別の好ましいモードでは、チップがプローブの関連カンチレバーの共振周波数又はその近くで振動する。この振動の振幅又は位相は、チップとサンプルの相互作用に応じて生成されるフィードバック信号を使用して走査中に一定に保たれる。接触モードの場合と同様に、これらのフィードバック信号は収集され、保存され、サンプルを特徴付けるデータとして使用される。
【００１１】
プローブチップとサンプルとの相互作用に応じたカンチレバーの偏向は、非常に感度の高い偏向検出器（多くの場合光学レバーシステム）で測定される。そのような光学システムでは、通常カンチレバーの上に置かれた光源から、カンチレバーの背面にレーザー光を集束するためにレンズが使用される。レバーの背面（チップの反対側）は反射性であり（例えば、製造中に金属化を使用）、光線はそこから光検出器に向かって反射される。動作中の検出器を横切る光線の平行移動は、レバーの偏向の測定値を提供し、これは、さらに１つ以上のサンプル特性を示している。
【００１２】
標準プローブの重大な欠点の１つは、熱ドリフトの影響を受けやすいことである。ＡＦＭカンチレバーの背面は、通常、カンチレバー材料の熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する金属薄膜で被覆されているため、カンチレバーは、温度が変化すると、バイメタル効果によりドリフトする（例えば曲がる）ことがある。
【００１３】
ＡＦＭプローブのこの熱ドリフトの問題に対応するために、さまざまな解決策が考案されている。１つには、被覆されていないプローブが使用される。プローブのカンチレバーから金属を剥離すると、バイメタル効果がなくなる。残念なことに、この技術を使用すると、レーザー反射の和信号は大幅に減少する。ＡＦＭ動作速度と分解能の改善が続けられている場合、信号強度の維持は引き続き重要である。
【００１４】
別の解決策では、両面が金属で被覆されたプローブ（両面被覆）が使用される。カンチレバーの元の金属被膜の反対側を同様の金属被膜で被覆すると、バイメタル効果のバランスが取れる。理論的には、これは機能する可能性があるが、実際の応用では、この技術は、２つの金属被膜の応力と厚さのバランスが正確に取れているプローブを製造することが非常に難しいため、不安定である。
【００１５】
一部のＡＦＭ開発者は、制限された金属被覆を試みた。この場合、バイメタル効果によるドリフトを低減するために、金属被覆はカンチレバーの背面の先端に制限される。但し、金属被覆は通常、シャドウマスクを介した蒸着によって適用される。これにより、特に金属被覆領域のサイズの縮小の点から見て、プローブ間の熱ドリフト性能が変化し、スケーラビリティが不足することがよくある。
【００１６】
上記の観点から、走査型プローブ顕微鏡法では、前面と背面が同様の金属で被覆され、サブマイクロメートル寸法までスケールを縮小可能なレバー付きプローブなどの現在の解決策と比較して、熱ドリフトが低減して非常に安定し、また、高品質のフォース顕微鏡データを収集するシステムの能力を損なうことはない、プローブアセンブリを必要としていた。
【００１７】
本明細書では、「ＳＰＭ」及び特定のタイプのＳＰＭの頭字語を使用して、顕微鏡装置又は関連技術、例えば「原子間力顕微鏡法」を指す場合があることに留意する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国再発行特許第３４，４８９号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２６６，８０１号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４１２，９８０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
好ましい実施形態は、制限された金属被覆の他の技術の限界を超えてスケーリング可能な（即ち、約２５マイクロメートル未満の）レバー（の前面又は背面）の先端に、金属（又は誘電体）領域を画定するために、フォトリソグラフィ技術を使用するプローブ及び対応する製造方法を提供することにより、従来の解決策の欠点を克服する。好ましい実施形態では、視線ベース（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ−ｂａｓｅｄ）の蒸発プロセスにおいてＡＦＭプローブカンチレバーとそのシャドウマスク開口との間に限定された孤立状態（ｆｉｎｉｔｅ  ｓｔａｎｄ−ｏｆｆ）を有するシャドウマスクベースのプロセスと比較して、パターン忠実度の損失なく、プローブ間の再現性が増加するようにする。
【００２０】
また好ましい実施形態では、カンチレバーの先端の金属領域を、様々な長さで、同時にパターン形成する能力を可能にする。さらに、この製造方法では、例えば、カンチレバー上に任意のパターンを作成する能力によって、ＡＦＭの光線反射光学検出システムのレーザースポット形状を反映することを可能にする。好ましい実施形態に関する更なる背景については、参照用に付録Ａが提供されることに留意する。
【００２１】
好ましい実施形態の第１の態様によれば、表面分析機器用のプローブアセンブリは、プローブアセンブリの基部を画定する基板と、基部から延び、先端を有するカンチレバーと、先端に配置された反射パッドとを含む。反射パッドの横方向の寸法は、カンチレバーの任意の点で、約±２５マイクロメートル未満に正確に制御できる。
【００２２】
好ましい実施形態の更なる態様によれば、反射パッドは、フォトリソグラフィを使用してカンチレバー上にパターン形成される。さらに、反射パッドは、カンチレバーの前面に配置されている。反射パイドが金属であってもよい。
【００２３】
この実施形態の他の態様において、反射パッドは、１マイクロメートル未満の寸法を有する。
【００２４】
好ましい実施形態のさらに他の態様によれば、表面分析機器はＡＦＭである。
【００２５】
好ましい実施形態の代替の態様によれば、表面分析機器用のプローブアセンブリを製造する方法は、基板を提供するステップと、基板からプローブアセンブリのプローブを形成するステップであって、上記プローブは、先端を備える自由端を有するカンチレバーと、チップと、を含むステップと、フォトリソグラフィを使用してカンチレバー上に反射パッドをパターン形成するステップと、を含む。さらに、パッドの寸法は２５マイクロメートル未満である。
【００２６】
この実施形態の他の態様では、パターン形成ステップはカンチレバーの前面で実行される。
【００２７】
好ましい実施形態のさらに他の態様によれば、プローブ形成ステップは、基板上の低圧化学気相蒸着（ＬＰＣＶＤ）シリコン窒化物、基板上のプラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）シリコン窒化物、及びシリコンオン窒化物（ＳＯＮ）基板のうちの１つを使用することを含む。
【００２８】
この実施形態の他の態様では、パッドの寸法は１マイクロメートル未満である。
【００２９】
本発明のこれら及び他の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面から当業者に明らかになるであろう。しかし、詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、限定ではなく例示として与えられていることを理解すべきである。本発明の精神から逸脱することなく、本発明の範囲内で多くの変更及び修正を行うことができ、本発明はそのような全ての修正を含む。
【００３０】
本発明の好ましい例示的な実施形態は、添付の図面に示されており、同様の参照番号は全体によって同様の部分を表している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、従来技術の原子間力顕微鏡の概略図である。
【図２】図２は、好ましい実施形態によるプローブの概略側面図である。
【図３】図３は、好ましい実施形態による、様々な形状を有する一連のプローブであって、その前面にフォトリソグラフィでパターン形成された反射パッドを有するプローブの概略正面図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｇは、フォトリソグラフィでパターン形成された反射領域を使用するドリフト補償ＡＦＭプローブアセンブリの代替実施形態の概略側面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｇは、図２のプローブアセンブリをバッチで微細加工するステップを示す一連の概略側面図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｇは、代替方法による、図２のプローブアセンブリをバッチで微細加工するステップを示す一連の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
最初に図２を参照すると、好ましい実施形態に従って製造された原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）用の概略的なプローブアセンブリ１００が示されている。フォトリソグラフィ技術を用いて、プローブの先端に金属（又は誘電体）の領域又は区域を画定して、ＡＦＭの動作時によく見られる有害な熱ドリフト効果に対応する。
【００３３】
プローブアセンブリ１００は、プローブ１０４のカンチレバー１０６を形成する場合に、典型的には、（以下でさらに説明する）シリコン基板から生成される基部１０２を含む。カンチレバー１０６は、先端１０９を有する自由端１０８を含み、該先端１０９からチップ１１０が支持される。チップ１１０は、ＡＦＭでサンプルを撮像するときに、サンプルの表面と相互に作用する頂点１１２を有する。プローブ／カンチレバーの偏向を測定するために使用される光学検出方式に対応するために、レバーに反射領域が形成されている。この場合、反射領域は、レバー１０６の前面１０７上に形成された金属パッド１１４（カンチレバーのサイズに応じてサブマイクロメートルから数百マイクロメートル）である。既知のＡＦＭプローブとは異なり、フォトリソグラフィ技術に従ってパターン形成されたパッド１１４を使用すると、好ましい実施形態では、プローブにカンチレバーの偏向の最適な検出に必要な反射特性を備えて、使用される金属の量、従って、前述の熱ドリフト問題を引き起こす可能性のあるバイメタル効果を最小限に抑える。パッド１１４は、カンチレバー１０６の前面に位置しているが、カンチレバー１０６は十分に薄いため、光学的光線反射方式からのレーザー光はカンチレバーを通過して、検出器（例えば、四分円フォトダイオード）に向かって反射できることに留意する。
【００３４】
次に図３を参照すると、例えば、シリコンウェハーを使用して形成されたバッチ製造プローブの図である。より詳細には、異なる形状のプローブ１２０、１３０、１４０、１５０（長さが増加する標準的なＡＦＭプローブ）が同じシリコンウェハーから製造される。プローブ１２０は、基部１２２を含み、該基部から延びるカンチレバーアーム１２４を備え、チップ１２７を支持する先端１２６を有する。反射領域１２８は、先端近くのレバーの前面にも同様にフォトリソグラフィでパターン形成される。同様に、プローブ１３０、１４０、１５０は、それぞれの基部１３２、１４２、１５２から延びるアーム１３４、１４４、１５４を有し、チップ１３７、１４７、１５７を支持する先端１３６、１４６、１５６を含む。より短いプローブ１２０と同様に、プローブ１３０、１４０、１５０は、それらの先端に隣接する反射パッド／領域１３８、１４８、１５８を含む。
【００３５】
一連の代替のフォトリソグラフィでパターン形成された反射領域／パッドを図４Ａ〜図４Ｇに示す。図４Ａでは、プローブ２００は、先端２０４を有するカンチレバー２０２を含み、該先端は、頂点２０８を有するチップ２０６を支持する。この場合、反射パッド２１０（金属／誘電体）は、レバー２０３の背面２０３に（図２のように前面にではなく）パターン形成される。この設計の利点は、（カンチレバー材料（通常は窒化ケイ素）を通過する必要があるのではなく）ＡＦＭレーザーの直接反射が提供され、それにより偏向信号強度が向上することである。図４Ｂ及び４Ｃは、各レバーに２つのパッドが配置されたものであり、１つのパッドは、使用されたレーザーを収容して、選択されたＡＦＭモードで、カンチレバーを駆動し、もう１つはプローブの動きを検出する２つの実施形態を示している。図４Ｂは、先端２２４を備えるカンチレバー２２２を有するプローブ２２０を示し、該先端は、頂点２２８を備えるチップ２２６を有する。この場合、異なる反射特性を有する２つのパッド２３０、２３２が、カンチレバー２２２の前面２１３に支持される。この一例は、一方のパッドが変位を検出するために使用され、他方のパッドが異なる波長のレーザーを使用してカンチレバーを駆動するために使用されるカンチレバーである。両方のパッドは、必ずしもその先端にある必要はない。同様に、図４Ｃに示されるプローブ２４０は、２つのパッド２５０、２５２を含むが、先端２４４を有するカンチレバー２４２の背面２４３に支持され、カンチレバー２４２は、頂点２４８を有するチップ２４６が突出する先端２４４を有する。
【００３６】
次に図４Ｄを参照すると、背面２６３を有するカンチレバー２６２と、頂点２６８を備えるチップ２６６を支持する先端２６４とを含むプローブ２６０が、最適な偏向感度のために設計されている。この場合、反射（例えば、金属）パッドは、レバー２６２の先端２６４における長さ「Ｌ」（カンチレバーのサイズに応じてサブマイクロメートルから数百マイクロメートル）を、チップに至るまで延びるように、フォトリソグラフィでパターン形成されている。反射パッドを使用することによる熱ドリフトの利点を減らす可能性のある場合に、反射材料を多く使用するが、検出方式で、より多くのレーザー光が捕捉及び反射される場合がある。図４Ｅは、レバーの前面２８３に配置されたパッド２９２を備えるカンチレバー２８２を有するプローブ２８０を示している。プローブはまた、頂点２８８を有するチップ２８６を含み、このチップ２８６は、予め機能化されるように、例えば、サンプルの生体／電気／磁気特性に対応するように、材料２９０で被覆されている。
【００３７】
次に、図４Ｆと図４Ｇを参照すると、フォトリソグラフィを使用してカンチレバーの両面をパターン形成する。特に、図４Ｇでは、プローブ３００は、チップ３０６が延びる先端３０４を有し、ＡＦＭ動作中に、サンプル表面（図示せず）と相互に作用する頂点３０８を有するカンチレバー３０２を含む。カンチレバー３０２は、反射層３１０、３１２を各々支持する前面３０３及び背面３０５を含む。同様に、図４Ｇのプローブ３２０は、チップ３２６が延びる先端３２４を有し、サンプル表面と相互に作用する頂点３２８を有するカンチレバー３２２を含む。カンチレバー３２２は、反射層３３０、３３２を各々支持する前面及び背面３２３、３２５を含む。さらに、図４Ｇのプローブは、試験中のサンプルの生体／磁気／電気特性に対応するために、異なる材料のチップ３２６に被膜３３４を含む。これらの両方の場合において、片面だけが被覆された場合に、カンチレバーを曲げる（当技術分野で理解されているように、一部の用途、例えば、細胞撮像、化学分析、電気分析で使用される）高応力材料を使用して、カンチレバーの両面被覆が実行される。
【００３８】
図５Ａ〜図５Ｇを参照すると、図２に示されているように、好ましい実施形態による熱補償プローブアセンブリの製造方法が示されている。上記のようなプローブの製造について説明するが、この説明は、さまざまな特性のプローブのバッチ製造にも適用されることを理解することに留意する。最初に、シリコンウェハーなどの出発材料５００が図５Ａに提供される。次に、図５Ｂでは、適切なマスクと異方性（凸型）のシリコンのウェット（又はドライ）エッチングを使用するリソグラフィを使用して、チップ５０２が形成される。図５Ｃでは、レバー材料５０４、典型的には窒化物が、ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相蒸着）又はＰＥＣＶＤ（プラズマ強化化学気相蒸着）、又はスパッタリングを使用して、堆積される。
【００３９】
図５Ｄを参照すると、反射領域又はパッドの形成は、反射材料５０６を蒸着又はスパッタリング又は電気めっきすることにより始まり、この場合、プローブの前面の上に被膜を作成する。通常、反射材料はアルミニウム、クロム、及び／又は金である。次に、図５Ｅに示すように、金属層／被膜をパターン形成して反射パッド又は反射領域５０８を作成することにより、パッドのリソグラフィステップが実行される。特に、本リソグラフィ技術を使用すると、パッドの形状を調整して、ＡＦＭツールの特定の様態、例えば光偏向検出装置のレーザースポット形状を反映させることができる。図５Ｆでは、さらに、レバーを画定するために、リソグラフィを使用して金属層／被膜のパターンを形成している。最後に、図５Ｇでは、カンチレバーエッチングが実行され、それにより、例えばカンチレバーの長さが画定される。チップ５０２は中空であってもなくてもよい。
【００４０】
図６Ａ〜図６Ｇを参照すると、図２に示されるように、好ましい実施形態による熱安定性／耐ドリフト性プローブアセンブリ６００を製造する代替方法が示されている。さらに、この説明は、さまざまな特性のプローブのバッチ製造にも適用されることが理解される。最初に、シリコンウォーターではなく、シリコンオン窒化物ウェハーなどの出発材料６０１が図６Ａに提供される。６０２はシリコン装置層、６０６は埋め込みレバー材料（通常は窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）、又は窒化物と他の誘電材料との組み合わせ）、６０４はシリコンハンドル層（プローブアセンブリ６００の基部）である。次に、図６Ｂでは、適切なマスクと異方性のシリコンのウェット（又はドライ）エッチングを使用するリソグラフィを使用して、チップ６０８が形成される。図６Ｃでは、レバー材料６０６は、フォトリソグラフィを使用してパターン形成され、レバー６１０になる。
【００４１】
図６Ｄを参照すると、反射領域又はパッドの形成は、反射材料６１２を蒸着又はスパッタリング又は電気めっきすることにより始まり、この場合、プローブの前面の上に被膜を作成する。通常、反射材料は、アルミニウム、クロム（特定の用途では高応力材料）、及び／又は金である。次に、図６Ｅに示すように、金属層／被膜をパターン形成して反射パッド又は領域６１４を作成することにより、パッドのリソグラフィステップが実行される。最後に、図６Ｆでは、カンチレバーエッチングが実行され、それにより、例えばカンチレバーの長さ「Ｌ」を画定する。プローブ５００のチップ５０２と同様に、チップ６０８は中空であってもなくてもよい。
【００４２】
要約すると、原子間力顕微鏡の視野では、フォトリソグラフィを使用して、ＡＦＭプローブ上に反射材料の微調整領域を作成することにより、ＡＦＭプローブの熱ドリフトに対する感度を、大幅に（即ち１０倍超過して）減じる解決策がある。熱ドリフトの問題を克服するための従来の試みとは異なり、例えば、熱ドリフトの問題が、プローブの動きの検出を容易にするために使用されるプローブ上の反射材料によって引き起こされるバイメタル効果に関連するため、好ましい実施形態では、反射領域の横方向の寸法（例えば、長さ／幅）を、±２５マイクロメートル未満（場合によっては、理想的な熱特性を得るためにサブマイクロメートル）に、正確かつ繰り返し制御することができる。これにより、ＡＦＭは、強制クランプ、プルアンドホールドタンパク質の折り畳み／再折り畳みなどを含むがこれらに限定されない新しい用途分野を開くことができる。
【００４３】
本発明を実施する発明者によって企図された最良の形態が上に開示されているが、本発明の実施はそれに限定されない。本発明の特徴の様々な追加、修正及び再配置が、基礎となる発明概念の精神及び範囲から逸脱することなく行われ得ることは明らかであろう。
【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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【国際調査報告】
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