專利名稱:掃描探針顯微鏡傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于掃描探針顯微鏡的帶有懸臂、在懸臂的一端的保持元件和在懸臂 的另一端的傳感器尖端并且?guī)в袕膫鞲衅骷舛送怀龀鰜?lái)的至少部分地成圓柱形的EBD掃 描尖端的SPM傳感器，并且也涉及用于生產(chǎn)這種傳感器的方法。
背景技術(shù)：
掃描探針顯微鏡是眾所周知的，并且在實(shí)際中與精準(zhǔn)的傳感器一起用于在原子分 辨率的水平上對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描。掃描探針顯微鏡(SPM)也包括同樣地是眾所周知的原 子力顯微鏡(AFM)和掃描隧道顯微鏡(STM)。掃描探針顯微鏡使用包括此后稱為懸臂的微 懸臂的傳感器，該微懸臂在它的一端具有保持元件而在另一端具有傳感器尖端，用該傳感 器尖端對(duì)樣品進(jìn)行掃描。就掃描探針顯微鏡而言，掃描尖端較靠近進(jìn)行研究的表面，直到探 針與進(jìn)行研究的表面發(fā)生相互作用。由于原子力在掃描尖端和表面之間發(fā)生作用，所以傳 感器的懸臂發(fā)生偏斜。對(duì)這種彎曲變形進(jìn)行檢測(cè)使對(duì)樣品表面的形貌和其它性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量 是可能的。
在進(jìn)行測(cè)量期間，分辨率通過(guò)與樣品表面發(fā)生相互作用的探針尖端的形狀而得以 確定。用掃描探針顯微鏡得到的測(cè)量結(jié)果總是SPM傳感器的形狀和樣品表面的實(shí)際形狀的 巻積。作為制造過(guò)程的結(jié)果，傳感器尖端的形狀是金字塔形的、圓錐形的或圓柱形的，并且 傳感器尖端一般具有幾個(gè)(典型地為5個(gè)到20個(gè))微米的高度并且具有典型地為20度到 70度的孔徑角。當(dāng)對(duì)樣品表面的形貌進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，這種傳感器的最大分辨能力處在小 于一個(gè)納米到若干納米的范圍內(nèi)。由于SPM傳感器的幾何形狀，對(duì)表面的實(shí)際形狀進(jìn)行復(fù) 制因此是不可能的，尤其是在樣品帶有明顯的形貌和高縱橫比的結(jié)構(gòu)的情況下。為了對(duì)細(xì) 微的結(jié)構(gòu)和缺口進(jìn)行檢測(cè)，傳感器的分辨能力可以通過(guò)減小傳感器尖端的孔徑角的尺寸而 得以顯著地提高。通過(guò)在傳感器尖端的側(cè)向表面上沉積額外的此后稱為EBD掃描尖端的針 形掃描尖端而使傳感器尖端的有效孔徑角的尺寸得以減小并且以這種途徑使分辨能力得 以提高，這是已知的。這種特殊形成的EBD掃描尖端通過(guò)在真空中用電子轟擊探針尖端并 且在被電子照射的位置沉積由此產(chǎn)生的材料(污染物、氣體原子或分子，通常為碳或有機(jī) 碳化合物)而得以生產(chǎn)。這種效果被稱為由電子束產(chǎn)生的沉積(EBID或更簡(jiǎn)短的EBD)，并 且已經(jīng)是許多出版物的主題。
當(dāng)用探針或用EBD掃描尖端對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描的時(shí)候，很大的力作用在EBD掃 描尖端上。為了抵抗這個(gè)力并且得到所形成的尖端的長(zhǎng)使用壽命，針形的EBD掃描尖端必 需持久地連接到SPM傳感器的尖端上。DE 19825404A1披露了在SPM傳感器上的通過(guò)由電 子束產(chǎn)生的沉積而形成的EBD掃描尖端的產(chǎn)品和用于使其固定或錨定的方法。EBD掃描尖 端通過(guò)額外的同樣地通過(guò)由電子束產(chǎn)生的材料沉積生產(chǎn)的支撐結(jié)構(gòu)而得以穩(wěn)定，該支撐結(jié) 構(gòu)沉積在傳感器尖端的表面上并且側(cè)向地支撐了實(shí)際的測(cè)量尖端。以這種途徑生產(chǎn)的傳感 器的實(shí)際使用顯示這種固定方法不能使所形成的EBD掃描尖端足夠穩(wěn)定，并且顯示EBD掃 描尖端經(jīng)常在進(jìn)行測(cè)量期間從傳感器尖端的表面脫離下來(lái)。[0005]
EP 1278055A1披露了在其傳感器尖端具有形成為"碳納米管"的掃描尖端的SPM
傳感器。納米管以其特有的過(guò)程而得以生產(chǎn)，并且在處于傳感器尖端基底內(nèi)的孔內(nèi)而得以
固定。它具有直徑典型地為1納米到10納米的圓柱形形狀。固定可以通過(guò)由電子束產(chǎn)生
的涂層或通過(guò)由電子束產(chǎn)生的或由電流產(chǎn)生的熱融合而在基底上得以進(jìn)行。
W0 00/19494披露了用于在SPM傳感器的基底內(nèi)生產(chǎn)用于具有1納米到10納米的
直徑的碳納米管的固定的"納米 L"的方法。在這種情況下，大于納米管直徑的孔首先得以
創(chuàng)造，然后孔的直徑通過(guò)對(duì)其壁進(jìn)行涂層而得以適合于納米管的直徑。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所基于的目的是提出具有所沉積的EBD掃描尖端的較高穩(wěn)定性和抵 抗力因此具有較長(zhǎng)使用壽命的SPM傳感器。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的通過(guò)帶有權(quán)利要求
1的特征的SPM傳感器并且通過(guò)帶有權(quán) 利要求7的特征的方法而得以實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步有利的改進(jìn)可以通過(guò)各自所相關(guān)的從屬權(quán)利要 求而得以實(shí)施。
根據(jù)本發(fā)明，傳感器尖端的EBD掃描尖端直接錨定在傳感器尖端的基底內(nèi)。特別 地，不是在傳感器尖端的表面上，而是在傳感器尖端的基底內(nèi)側(cè)，開始了 EBD掃描尖端的沉 積。
在本發(fā)明的有利的實(shí)施例中，EBD掃描尖端用正性接合和非正性接合而得以錨定 在傳感器尖端的基底內(nèi)。因此，對(duì)EBD掃描尖端的錨定是如此穩(wěn)定，以致EBD掃描尖端不需 要任何額外的、側(cè)向作用的固定結(jié)構(gòu)或支撐針形的EBD掃描尖端頂在傳感器尖端表面上的 支撐結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的有利的形式提供了具有孔的傳感器尖端，EBD掃描尖端錨定在該孔內(nèi)。 EBD掃描尖端正性地接合在孔內(nèi)?？椎膫?cè)向表面形成了用于EBD掃描尖端的支座，并且吸收 了在對(duì)樣品進(jìn)行掃描期間出現(xiàn)的剪切力。用于錨定EBD掃描尖端的孔可以與傳感器尖端的 中心軸線成一線，或安排成相對(duì)于中心軸線而側(cè)向偏移。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)EBD掃描尖端的錨定發(fā)生在孔的底部和/或壁上。EBD掃描尖端通
過(guò)由束產(chǎn)生的沉積而得以在孔內(nèi)直接生產(chǎn)，沉積開始于孔的底部和壁上。這樣，就在EBD掃
描尖端和傳感器尖端之間建立了正性連接。
根據(jù)本方法，這種傳感器像接下來(lái)那樣而得以生產(chǎn)
為了構(gòu)建并且錨定EBD掃描尖端，由已知的生產(chǎn)過(guò)程制造的、通常來(lái)自硅或氮化 硅和玻璃的、但也來(lái)自環(huán)氧樹脂、金屬或碳的SPM傳感器得以提供。
首先，在傳感器尖端的基底內(nèi)用于錨定EBD掃描尖端的孔得以生產(chǎn)。在工業(yè)實(shí)際 中常見的兩種生產(chǎn)方法得以設(shè)想，用于創(chuàng)造孔?？卓梢酝ㄟ^(guò)光刻構(gòu)造和隨后的蝕刻過(guò)程或 通過(guò)由激光或粒子束進(jìn)行的材料去除而得以創(chuàng)造。在探針的表面內(nèi)或在任何想要的幾何形 狀的任何想要的基底內(nèi)，直徑大約為100納米(在10納米和100納米之間)的孔通過(guò)所選 的方法而得以生產(chǎn)。在首先提及的方法的情況下，為SPM傳感器提供了一個(gè)或多個(gè)例如包 括氧化硅和/或氮化硅和/或光致抗強(qiáng)劑的層。為了在傳感器尖端上在光致抗蝕劑內(nèi)創(chuàng)造 開口，光刻步驟得以使用。用于錨定EBD掃描尖端的孔通過(guò)濕化學(xué)材料去除或干化學(xué)材料 去除或濕化學(xué)材料去除和隨后的干化學(xué)材料去除或干化學(xué)材料去除和隨后的濕化學(xué)材料去除而得以創(chuàng)造。在使用粒子束用于處理材料的情況下，帶電荷的電子或離子在將它們創(chuàng) 造出來(lái)之后得以加速，并且在要進(jìn)行處理的傳感器尖端的表面上得以聚焦。加速的離子與 基底表面的原子的相互作用使得原子從基底表面得以釋放。在氣體輔助的過(guò)程的情況下， 電子束的能量產(chǎn)生了引起材料去除的蝕刻過(guò)程。
接下來(lái)是EBD掃描尖端通過(guò)開始于已經(jīng)創(chuàng)造的孔內(nèi)的由粒子束產(chǎn)生的材料沉積 而得以創(chuàng)造。這種材料沉積基于由氣體產(chǎn)生的過(guò)程，這使在確切限定的基底表面位置高精 確地創(chuàng)造結(jié)構(gòu)是可能的。氣態(tài)物質(zhì)通過(guò)進(jìn)口系統(tǒng)而得以特殊地添加，用于由氣體產(chǎn)生的沉 積過(guò)程。這樣，所形成的結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)(例如硬度、傳導(dǎo)性)就通過(guò)對(duì)開始材料進(jìn)行選擇 而得以確定。所沉積的結(jié)構(gòu)的位置、尺度和形狀通過(guò)粒子束的掃描區(qū)域并且通過(guò)處理時(shí)間 而得以限定。由束產(chǎn)生的材料沉積的效果是限定了幾何形狀的結(jié)構(gòu)在先前創(chuàng)造的孔內(nèi)得以 形成?？子纱说靡蕴畛洌⑶倚纬闪?隱藏的"基礎(chǔ)，用于"放置"在探針尖端上的EBD掃描 尖端，該基礎(chǔ)使EBD掃描尖端的穩(wěn)定性得以提高。在所沉積的結(jié)構(gòu)、先前生產(chǎn)出來(lái)的孔的底 部和側(cè)壁之間的正性接合在所沉積的EBD掃描尖端和SPM傳感器的傳感器尖端之間生產(chǎn)了 穩(wěn)定的連接。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以在掃描尖端的任何想要位置應(yīng)用到任何想要的形式。掃描 尖端的形狀可以是金字塔形的、圓柱形的或圓錐形的，并且掃描尖端在其端部可以具有尖 端或高臺(tái)。類似地，結(jié)構(gòu)可以在沒(méi)有掃描尖端的情況下而得以在懸臂上創(chuàng)造。使用基于粒 子束的生產(chǎn)過(guò)程使在生產(chǎn)孔期間和在沉積EBD掃描尖端期間生產(chǎn)相對(duì)于傳感器尖端以任 何想要的角度對(duì)齊的結(jié)構(gòu)是可能的。除了孔和EBD掃描尖端平行于傳感器尖端的中心軸線 對(duì)齊的基本構(gòu)造外，生產(chǎn)在其中孔和/或EBD掃描尖端相對(duì)于傳感器尖端的中心軸線是傾 斜的"歪斜"構(gòu)造，這也是可能的。例如，在可能的實(shí)施例中，孔平行于傳感器尖端的中心軸 線走向而EBD掃描尖端相對(duì)于傳感器尖端的中心軸線是傾斜的，或孔相對(duì)于傳感器尖端的 中心軸線是傾斜的而EBD掃描尖端平行于傳感器尖端的中心軸線走向，或孔和EBD掃描尖 端相對(duì)于傳感器尖端的中心軸線是傾斜的。


在下面，本發(fā)明基于與附圖結(jié)合在一起的示范性的實(shí)施例而得以更詳細(xì)地解釋， 附圖如下
圖1顯示了帶有EBD掃描尖端的SPM傳感器的透視圖；
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的帶有金字塔形的傳感器尖端的SPM傳感器的傳感器尖端 的示意圖；
圖3顯示了根據(jù)圖2的帶有相對(duì)于傳感器尖端的中心軸線是偏移的EBD掃描尖端 的傳感器尖端的示意圖；
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的帶有金字塔形的成高臺(tái)狀的傳感器尖端的SPM傳感器的 傳感器尖端的示意圖；
圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的在沒(méi)有金字塔形尖端的情況下在懸臂上的SPM傳感器的 傳感器尖端的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1以透視圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的SPM傳感器的示意圖。用于掃描探針顯微鏡的 SPM傳感器1包括懸臂3、在懸臂3的一端的保持元件2、在懸臂3的另一端的傳感器尖端4 和從傳感器尖端4突出出來(lái)的EBD掃描尖端5。保持元件2用于在掃描探針顯微鏡的測(cè)量 頭(未顯示)上接收和固定SPM傳感器1。懸臂3支承帶有錨定在其中的EBD掃描尖端5 的傳感器尖端4，用該EBD掃描尖端5對(duì)樣品表面(未顯示)進(jìn)行掃描。保持元件2、懸臂3 和傳感器尖端4典型地從硅生產(chǎn)成一塊，或從硅、氧化硅、氮化硅、玻璃、金屬、碳和/或環(huán)氧 樹脂生產(chǎn)成多于一塊。EBD掃描尖端5正性地和/或整體地和/或非正性地接合在處于傳 感器尖端4的基底內(nèi)的孔6內(nèi)?？?通過(guò)在傳感器尖端4的基底內(nèi)進(jìn)行材料去除而得以創(chuàng) 造?？?優(yōu)選地得以安排成與傳感器尖端4的中心軸線共中心并且與之平行，并且孔6的 形狀是圓形的?？?也可以是以下形式走向它相對(duì)于傳感器尖端4的中心軸線是偏移的 和/或相對(duì)于傳感器尖端4的中心軸線是傾斜的。
圖3顯示了在其中EBD掃描尖端5安排成相對(duì)于傳感器尖端4的中心軸線是偏移 的實(shí)施例。
在圖4中，圖示了具有高臺(tái)7的傳感器尖端4?？?和EBD掃描尖端5安排在SPM 傳感器l的高臺(tái)7上。
圖5顯示了沒(méi)有傳感器尖端4的實(shí)施例，在該實(shí)施例中EBD掃描尖端5直接錨定 在懸臂3的基底內(nèi)。
權(quán)利要求
一種帶有懸臂(3)、在懸臂(3)的一端的保持元件(2)和在懸臂(3)的另一端的傳感器尖端(4)并且?guī)в袕膫鞲衅骷舛?4)突出出來(lái)的至少部分地成圓柱形的EBD掃描尖端(5)的SPM傳感器(1)，其特征在于，傳感器尖端(4)具有孔(6)，該孔(6)具有底部和壁，在孔(6)中EBD掃描尖端(5)通過(guò)利用電子束產(chǎn)生沉積的EBD工藝直接地錨定在該孔的底部和壁上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的SPM傳感器，其特征在于，EBD掃描尖端(5)用正性接合和非 正性接合錨定在傳感器尖端(4)的基底內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
1或權(quán)利要求
2所述的SPM傳感器，其特征在于，用于錨定EBD掃描尖 端的孔(6)安排成相對(duì)于傳感器尖端(4)的中心軸線是偏移的。
專利摘要
本發(fā)明涉及用于掃描探針顯微鏡的帶有懸臂(3)、在懸臂(3)的一端的保持元件(2)和在懸臂(3)的另一端的傳感器尖端(4)的SPM傳感器(1)，并且涉及用于生產(chǎn)這種傳感器的方法。EBD結(jié)構(gòu)(5)直接錨定在傳感器尖端(4)的基底內(nèi)。對(duì)EBD結(jié)構(gòu)(5)的錨定用正性接合和非正性接合而發(fā)生在處于傳感器尖端(4)內(nèi)的孔(6)內(nèi)，該孔(6)通過(guò)在傳感器尖端(4)的基底內(nèi)進(jìn)行材料去除而得以創(chuàng)造。在通過(guò)光刻構(gòu)造和隨后的蝕刻過(guò)程或通過(guò)由粒子束而進(jìn)行材料移除之后，方法設(shè)想了通過(guò)在傳感器尖端的孔內(nèi)由粒子束產(chǎn)生的材料沉積而創(chuàng)造EBD結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G01Q70/12GKCN1790551 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200510131720
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2005年12月13日
發(fā)明者C·勒雷爾, O·克勞澤, S·彼得森 申請(qǐng)人:納米世界股份公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),