DE19509903A1 - Verfahren zur Herstellung einer Abtastvorrichtung zur kombinierten Untersuchung von verschiedenen Oberflächeneigenschaften mit Auflösung im Nanometerbereich - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Abtastvorrichtung zur kombinierten Untersuchung von verschiedenen Oberflächeneigenschaften mit Auflösung im NanometerbereichInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Spitze, die an
einem Trägerelement insbesondere einem beweglichen Mikroskopbalken
befestigt ist, mit einem Spitzenradius im Nanometer-Bereich. Die Spitze
wird durch maskiertes isotropes Plasmaätzen und das Trägerelement
durch Plasma- oder Naßätzen hergestellt.
Derartige Abtastvorrichtungen werden in verschiedenen Raster
mikroskopmethoden für die Abtastung und Untersuchung von Oberflächen
mit Auflösungen im Nanometer-Bereich eingesetzt.
Zu diesen Methoden zählen die Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie
(STM/AFM), als die empfindlichsten Arten der Oberflächenprofilometrie.
Sie gestatten es, leitende und nichtleitende Oberflächen mit atomarer
Auflösung abzubilden. Die Rastertunnelmikroskopie ermöglicht es auch,
die elektronischen Eigenschaften einer Oberfläche abzubilden. Neben der
topographischen Abbildung von Oberflächen lassen sich mit der Raster
kraftmikroskopie auch magnetische und elektrische Eigenschaften, sowie
laterale Kräfte von Oberflächen abbilden und vermessen (Dror Sarid:
"Scanning Force Microscopy", Oxford University Press 1991).
Bei der Rastertunnelmikroskopie wird eine leitende Spitze so nah an die
leitende Oberfläche der Probe gebracht, daß Elektronen trotz Potential
barriere "überspringen" können (Tunneleffekt, Tunnelkontakt). Wird diese
Spitze über die Oberfläche gerastert, treten Änderungen des Tunnel
stroms auf, die direkt aufgezeichnet ("constant height mode") oder aber
durch einen Regelkreis auf konstanten Tunnelstrom zurückgeregelt
("constant current mode") und das Regelsignal aufgezeichnet werden.
Die zentrale Komponente eines Rasterkraftmikroskops besteht aus einem
Mikroskopbalken, der auf der einen Seite an einem Träger fest einge
spannt ist und am anderen freien Ende eine Spitze trägt, mit der die
Oberfläche abgetastet wird. Die beim Abtasten auftretenden Auslen
kungen des Mikroskopbalkens werden mit geeigneten Methoden
nachgewiesen. Ähnlich der Rastertunnelmikroskopie wird auch hier
zwischen "constant height mode" und "constant force mode" unter
schieden. Im ersten Fall wird die Auslenkung des Federarms direkt aufge
zeichnet, im zweiten Fall wird die Auslenkung des Federarms auf einen
konstanten Wert geregelt und das Regelsignal aufgezeichnet. Um Ober
flächen mit atomarer Auflösung abzutasten, befindet sich die Spitze in
Kontakt mit der Probe.
Älter als die Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie ist die optische
Rastemahfeldmikroskopie. Analog dem Tunneln der Elektronen beim
Rastertunnelmikroskop nutzt sie das optische Tunneln von Licht aus
(D. W. Pohl, U. Ch. Fischer, U. T. Dürig: Scanning near-field optical
microscopy (SNOM), Joumal of Microscopy 152, 1988, pp. 853-861).
Dazu wird eine optische Sonde verwendet, die eine optische Apertur
kleiner als die Wellenlänge des benutzten Lichtes besitzt und zur
Messung in einen Subwellenlängenabstand zur Probe gebracht wird. Mit
einer Rastereinheit wird die Oberfläche abgetastet und aus der Wechsel
wirkung des Nahfeldes mit der Probenoberfläche ein Signal gewonnen.
Die dabei auftretenden möglichen Kontrastmechanismen (Reflexion,
Transmission, Phasenkontrast, Fluoreszenzkontrast) entsprechen den in
der optischen Mikroskopie bekannten Effekten.
Als Mikroskopbalken für die Rasterkraft- und die optische Rastemahfeld
mikroskopie mit transparenten Spitzen sind solche aus Siliziumnitrid mit
integrierten pyramidalen Spitzen bekannt, die mit Hilfe mikrotechnischer
Verfahren hergestellt werden. Die Spitze entsteht durch die Abscheidung
von Siliziumnitrid auf (100)-Silizium, in das vorher durch anisotropes
Ätzen eine pyramidale Vertiefung geätzt wurde (R. Albrecht, S. Akamine,
T. E. Garver, G. Quate, "Microfabrication of cantilever styli for the atomic
force microscopy", J. Vac. Sci. Technol. A 8 (4) 1990 pp. 3386). Diese
Spitzen wurden bereits für die optische Nahfeldmikroskopie eingesetzt.
Sie haben allerdings den Nachteil, daß die Spitzenradien ohne eine
Nachbehandlung relativ schlecht sind. Zudem besteht die Spitze nicht aus
Vollmaterial, d. h. die Spitze wird nur aus einer Schicht von der Dicke des
Mikroskopbalkens gebildet. Weiterhin kann die Spitzenform nicht beein
flußt werden, da diese durch die Ätzkanten im Silizium vorgegeben ist. Es
ist auch heute nicht möglich, z. B. eine Spitze aus Siliziumnitrid mit einem
Mikroskopbalken aus Siliziumcarbid zu kombinieren.
Durch isotropes Ätzen werden bisher nur Spitzen aus massivem, ein
kristallinem Silizium hergestellt. Das isotrope Naßätzen von Silizium zur
Herstellung der Spitze aus Silizium ist beschrieben in: Th. Bayer, J.
Greschner, H. Weiss, O. Wolter, H. K. Wickramasighe, Y. Martin: "Method
of producing ultrafine silicon tips for the AFM/STM-profilometry", Euro
pean Patent Application 0413040 A1 vom 16.8.89. Ein Verfahren zur
Herstellung von Spitzen aus Silizium durch isotropes Plasmaätzen ist
beschrieben in: T. R. Albrecht, S. Akamine, M.J. Zdeblick:
"Microfabricated cantilever stylus wth integrated coical tip", US Patent
4968585 vom 6.11.1990. Diese Spitzen besitzen zwar Spitzenradien unter
10 nm, allerdings erfordert die Herstellung der Spitze immer mehrere
Maskierungs- und Ätzschritte. Die Spitzen sind nicht transparent im sicht
baren Wellenlängenbereich, da sie aus massivem Silizium bestehen.
Durch Oxidation werden sie zwar transparent, dabei quellen sie aber auf
grund der Massenzunahme auf und verlieren so ihren kleinen Spitzen
radius. Weiterhin ist es bisher nicht möglich, diese Spitzen mit anderen
Mikroskopbalkenmaterialien zu verbinden. Damit ist der Mikroskopbalken
an Silizium als Material und dessen mechanische und optische Eigen
schaften gebunden. Mikroskopbalken aus Silizium lassen′ sich nicht
beliebig dünn und damit mit beliebig kleiner Federkonstante herstellen, da
dies prozeßtechnisch unmöglich ist. Sehr dünne Siliziummikroskopbalken
sind zudem aufgrund ihre einkristallinen Struktur sehr anfällig gegen
Schockwellen, die z. B. durch Erschütterungen auftreten können.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein einfaches Verfahren zur
Herstellung einer Abtastvorrichtung zur Untersuchung von Oberflächen
strukturen zu liefern. Die Anwendung auf verschiedene Materialien soll die
Herstellung von Mikroskopbalken mit integrierten Spitzen sowohl für die
Rastertunnel-, die Rasterkraft- und die optische Rastemahfeldmikroskopie
als auch die Kombination solcher Mikroskope ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Die Herstellung der Spitze durch isotropes Plasmaätzen hat den Vorteil,
daß sich unter Verwendung lediglich einer Maskierungsschicht, die durch
einen einfachen Photolithographieprozeß strukturiert werden kann, bei
verschiedenen Materialien auf reproduzierbare Weise Spitzen mit einem
Spitzenradius bis unter 10 nm herstellen lassen. Da diese Spitzen ein
Massenprodukt sind, ergibt sich aus einer Verringerung der Prozeßschritte
ein großer Vorteile für die Fertigung. Das obige Verfahren ist für die
Massenproduktion tauglich und liefert Spitzen mit einem reproduzierbaren
Radius im Nanometerbereich.
Weiterhin ist es auf relativ einfache Weise möglich, Mikroskopbalken mit
integrierten Spitzen herzustellen.
Da in der hier vorgestellten Technologie die Schichten, aus denen die
Mikroskopbalken und Spitzen gefertigt werden, unabhängig vom Substrat
sind, können verschiedene Materialien für die Halter der Mikroskopbalken
und Spitzen eingesetzt werden, insbesondere können diese Halter auf
einfache Weise aus Silizium und photostrukturierbarem Glas hergestellt
werden. Dabei entfällt ein aufwendiger Klebe- oder Bondschritt.
Das Herstellungsverfahren erlaubt zudem, verschiedene Spitzen
materialien mit verschiedenen Mikroskopbalken zu kombinieren und
gleichzeitig Spitzenradien unter 10 nm zu erreichen. Auf diese Weise wird
es erst möglich, die Abtastvorrichtung z. B. in einem kombinierten Raster
tunnel-/Rasterkraftmikroskop einzusetzen. Das Verfahren erlaubt auf
einfache Weise z. B. eine metallische Spitze auf einen Mikroskopbalken
aus Siliziumnitrid aufzubringen. Die Spitze kann dann durch eine Leiter
bahn kontaktiert werden. Damit werden die gute Leitfähigkeit von metal
lischen Spitzen für die Rastertunnelmikroskopie und die guten mechani
schen Eigenschaften des Siliziumnitrids als Mikroskopbalken für die
Rasterkraftmikroskopie ausgenutzt.
Für die optische Rasternahfeldmikroskopie besitzt das Verfahren den
Vorteil, daß sich auf einfache Weise reproduzierbare transparente Spitzen
aus Vollmaterial mit definiertem Radius in einem Massenproduktions
prozeß herstellen lassen. Über ein Mehrschichtsystem der Spitzen
materialschicht wird es sogar möglich, die äußere Form der Spitze zu
beeinflussen. Eine Optimierung der äußeren Spitzenform ist notwendig,
damit das Licht in der Spitze bis ans Ende geführt werden kann.
Zusätzlich läßt sich eine solche Spitze an einem Mikroskopbalken inte
grieren, wodurch eine Kombination von Rasterkraft- und optischer Raster
nahfeldmikroskopie möglich wird.
In der Rasterkraftmikroskopie bringt die Materialvielfalt der reproduzierbar
herstellbaren Spitzen den Vorteil, daß Reibungs- und Lateralkraftkontraste
besser untersucht werden können. Es wird möglich, diese Kräfte einer
Probe zu verschiedenen Spitzenmaterialien zu untersuchen.
Weiterhin hat das Verfahren den Vorteil, daß die Spitzen nicht aus
einkristallinem Material bestehen und trotzdem Spitzenradien unter 10 nm
möglich sind. Diese Spitzen sind unempfindlicher gegenüber einem
unsachgemäßen Probenkontakt als z. B. einkristalline Siliziumspitzen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung erschließt sich im Bereich der Feld
emissionsspitzen. Das Verfahren ermöglicht die einfache Herstellung
solcher Feldemissionsspitzen auf beliebigen Substraten. Damit wird
insbesondere die einfache Kontaktierung und Adressierung solcher
Spitzen möglich, die durch Strukturierung von Leiterbahnen auf dem
Substrat geschehen kann, bevor die Spitzenmaterialschicht aufgebracht
wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, insbesondere auch die
Kombination einer Spitze mit einem Mikroskopbalken, werden nach
folgend anhand der Zeichnungen näher erläutert:
Es zeigen:
Fig. 1a-1c die Verfahrensschritte zur Herstellung vom Spitzen durch isotropes
Plasmaätzen,
Fig. 2aè die Verfahrensschritte zur Herstellung von Mikroskopbalken und Spitzen
aus demselben Material mit einem Halter aus Silizium,
Fig. 3a-3d die Verfahrensschritte zur Herstellung von Mikroskopbalken und Spitzen
aus verschiedenen Materialien mit einem Halter aus photostrukturier
barem Glas.
Im folgenden wird das Verfahren zur Herstellung einer Spitze durch
isotropes Trockenätzen einer Spitzenmaterialschicht beschrieben.
Zur Herstellung einer Spitze durch isotropes Plasmaätzen wird zunächst
auf ein beliebiges Substrat die Spitzenmaterialschicht in einer Dicke von
ca. 5 µm aufgebracht. Sollen transparente Spitzen hergestellt werden,
kann es sich z. B. um eine Siliziumnitrid- oder Siliziumcarbidschicht
handeln, die vorteilhaft durch einen PEGVD-Prozeß (Plasma Enhanced
Chemical Vapour Deposition Process) aufgebracht wird, da dieser Prozeß
eine hohe Abscheiderate kombiniert mit einer guten Streßkontrolle
ermöglicht. Auf diese Spitzenmaterialschicht wird eine Maskierungsschicht
aus Photolack z. B. durch Spincoaten aufgebracht. Gut geeignet sind
Photolackschichten einer Dicke von ca. 5 µm. Diese Photolackschicht wird
durch einen Photolithographieprozeß strukturiert, so daß Maskierungs
strukturen entstehen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, quadra
tische Maskierungsstrukturen zu verwenden, aber auch andere Formen z. B.
dreieckige, viereckige oder runde sind möglich. Der Durchmesser der
Maskierungsstruktur sollte an die Dicke der Spitzenmaterialschicht und
den Ätzprozeß angepaßt werden und etwa das doppelte der Dicke der
Spitzenmaterialschicht betragen. Anschließend wird die Spitzenmaterial
schicht in einem Plasmaätzer mit GF₄ als Gas isotrop geätzt. Ent
scheidend für das Auswahl des Gasgemisches ist, daß ein gasförmiges
Abbauprodukt entsteht. Für solches isotropes Plasmaätzen sind vor allem
Barrel- oder Parallelplattenreaktoren geeignet. Beim isotropen Ätzprozeß
entstehen unter der Maskierungsstruktur die Spitzen. Die Maskierungs
struktur muß dann gegebenenfalls noch durch Ablacken entfernt werden.
In der Fig. 1a ist auf einem Substrat 6 aus Silizium eine Spitzensubstrat
schicht 2 aus Siliziumnitrid und auf diese Spitzensubstratschicht 2 eine
Maskierungsschicht 3 aus Photolack aufgebracht. Die Dicke der
Siliziumnitridschicht bestimmt die maximal erreichbare Länge der Spitze.
In einem Photolithographieprozeß wird mit Hilfe einer Belichtung und einer
Maske die Maskierungsschicht für den Ätzprozeß strukturiert. In Fig. 1b
ist die strukturierte Maskierungsschicht 4a zu sehen. Die Breite der
Maskierungsstruktur richtet sich nach der zu erzielenden Länge der Spitze
und den Parametern des folgenden Plasmaätzprozesses. Die Form der
Maskierungsstruktur kann beliebig sein, sie wird durch eine Chrommaske
vorgegeben. Es hat sich allerdings als vorteilhaft herausgestellt, eine
quadratische Maskierungsstruktur zu verwenden.
Im nächsten Schritt wird durch einen isotropen Plasmaätzprozeß die
Spitze 1 unter der Maskierungsstruktur erstellt. Der Vorteil des isotropen
Plasmaätzprozesses liegt darin, daß die Maskierungsstruktur unterätzt
wird und eine Spitze 1 entsteht. Das geschieht z. B. in einem Barrelreaktor
mit GF₄. Die Dauer des Plasmaätzprozesses richtet sich nach der
gewünschten Höhe der Spitze. Die Spitze 1 auf dem Substrat 6 zeigt Fig.
1c. Es hat sich herausgestellt, daß es nicht unbedingt notwendig ist,
genau so lange zu ätzen, bis das Spitzenmaterial durchgeätzt und das
Substrat erreicht ist. Eine geringe Überätzung verringert die Länge der
Spitze, ohne daß die Spitze an sich zerstört wird. Zum Schluß muß die
Maskierungsstruktur 4a aus Photolack durch Ablacken in einem Ent
wickler oder Strippen entfernt werden.
Indem ein isotroper Plasmaätzprozeß mit einem anisotropen Plasmaätz
prozeß kombiniert wird, ist es mögliche die äußere Form der Spitze zu
verbessern. Ein anisotroper Ätzprozeß kann z. B. in einem reaktiven
Ionenätzer (RIE) und einem Gasgemisch aus CHF₃ und O₂ durchgeführt
werden. Zunächst wird in einem anisotropen Plasmaätzschritt ein Teil der
Spitzenmaterialschicht geätzt, so daß unter der Maskierungsstruktur eine
Säule entsteht. Anschließend wird durch den isotropen Plasmaätzschritt
unter der Maskierungsstruktur die Spitze ausgebildet. Am Schluß wird die
Maskierungsstruktur durch Ablacken entfernt, wenn es nicht nach
Abschluß des isotropen Ätzprozesses schon abgefallen ist. Es ist jedoch
immer ein Reinigungsschritt nach dem Plasmaätzen zu empfehlen.
In den nachfolgenden Beispielen werden zwei typische Verfahren zur
Herstellung einer Spitze durch isotropes Plasmaätzen an einem Mikros
kopbalken für eine Abtastvorrichtung beschrieben.
In den Fig. 2a bis 2e werden die einzelnen Verfahrensschritte zur
Herstellung einer Abtastvorrichtung mit einem Mikroskopbalken und einer
Spitze sowie einem Halter aus Silizium dargestellt. Dabei besteht der
Mikroskopbalken und die Mikroskopspitze aus demselben Material, in
diesem Beispiel aus Siliziumcarbid.
Die ersten Prozeßschritte zeigt Fig. 2a. Auf einen Siliziumwafer, dessen
Oberfläche kristallographisch in (100)-Richtung orientiert ist, wird eine
einige Mikrometer dicke Schicht 5 aus Siliziumcarbid mittels eines
PECVD-Prozesses aufgebracht. Die Dicke dieser Schicht setzt sich aus
der Dicke des Mikroskopbalkens und der Höhe der Spitze zusammen. Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, einen PEGVD-Prozeß zu verwen
den, da bei diesem Prozeß über die Prozeßparameter der Streß in der
abgeschiedenen Schicht minimiert werden kann. Außerdem besitzt der
PEGVD-Prozeß eine hohe Abscheiderate, so daß die Prozeßzeit kurz
gehalten werden kann. Die Unterseite des Siliziumwafers wird mit einer
dünnen Siliziumcarbidschicht abgedeckt. Diese wird mittels eines Photo
lithographie- und anisotropen Plasmaätzprozesses strukturiert. Durch
diese Strukturierung wird auf der Unterseite der Siliziumwafer unter dem
späteren Mikroskopbalken freigelegt. Von dort wird der Siliziumwafer in
20%iger KOH-Lösung naßchemisch anisotrop bis auf eine einige Mikro
meter dünne Schicht unter der Siliziumcarbidschicht geätzt. Dieses naß
chemische Vorätzen ermöglicht es später, den Mikroskopbalken mit
Spitze schneller freitragend herzustellen.
Auf die dicke Schicht 5 aus Siliziumcarbid wird eine Maskierungsschicht
aus Photolack aufgebracht. Diese wird mittels eines Photolithographie
prozesses so strukturiert, daß eine Maskierungsstruktur 4b für die Vorform
des Mikroskopbalkens und den Mikroskopbalkenhalter entsteht. Das zeigt
Fig. 2b.
Mittels eines anisotropen Plasmaätzprozesses in einem RIE-Reaktor wird
die Struktur der Maskierung 4b in die Siliziumcarbidschicht übertragen.
Das dazu nötige Gasgemisch besteht vorteilhafterweise aus einer
Mischung von SF₆, O₂ und Ar. Es entsteht eine strukturierte dicke Schicht
als Vorform eines Mikroskopbalkens 8 und eines Mikroskopbalkenhalters
10. Danach wird die strukturierte Maskierungsschicht entfernt und eine
neue Maskierungsschicht aus Photolack aufgebracht. In der Fig. 2c ist
dargestellt, wie diese wiederum durch einen Photolithographieprozeß
strukturiert wird, so daß eine wenige Mikrometer dicke Maskierungs
struktur 4a für die Spitze entsteht. Dabei darf die Breite der Maskierungs
struktur 4a nicht größer als die Breite der Vorform des Mikroskopbalkens 8
sein. Das zeigt Fig. 2d als Draufsicht von Fig. 2c. Es sind zwei Vor
formen für Mikroskopbalken 8 mit den dazugehörigen Maskierungs
strukturen 4a für die Spitzen zu sehen. Die Draufsicht zeigt auch wie
durch eine Aneinanderreihung viele Mikroskopbalken gleichzeitig gefertigt
werden können. Die einzelnen Abtastvorrichtungen können später durch
Ritzen und Brechen voneinander getrennt werden.
Durch einen isotropen Plasmaätzprozeß wird nun die Spitze unter der
Maskierungsstruktur geätzt. Das geschieht in einem Barrelreaktor mit SF₆.
Dabei richtet sich die Ätzdauer nach der Länge der Spitze und der Ätzrate.
Allerdings wird das Siliziumcarbid nicht bis auf den Siliziumwafer
durchgeätzt. Der Ätzprozeß wird vorher beendet, so daß der Mikroskop
balken 10 und Mikroskopbalkenhalter 10 mit der gewünschten Dicke ent
stehen. Danach wird die restliche Siliziumschicht unter dem Mikroskop
balken durch naßchemisches anisotropes Ätzen in KOH-Lösung entfernt.
Fig. 2e zeigt das Ergebnis diese Prozesses. Es entsteht ein freitragender
Mikroskopbalken 10 mit einer Spitze 1 an einem Halter 11 aus Silizium.
Für manche Anwendungen ist es von Vorteil, wenn die Eigenschaften des
Balkenmaterials nicht mit den gewünschten (mechanischen, optischen
oder elektrischen) Eigenschaften der Spitze übereinstimmen. In den
Fig. 3a-3d wird daher ein typisches Verfahren zur Herstellung einer
Abtastvorrichtung bestehend aus einem Mikroskopbalken und einer Spitze
aus verschiedenen Materialien beschrieben. In dem beschriebenen Bei
spiel besteht der Halter aus photostrukturierbarem Glas.
In der Fig. 3a ist die Vorstrukturierung des Halters 11 dargestellt.
Zunächst wird das Substrat 6 aus photostrukturierbarem Glas durch eine
Photomaske, die die Struktur des Halters als Chromstruktur auf Quarzglas
12 besitzt, mit UV-Licht bestrahlt, was z. B. mit einer Quecksilberdampf
lampe geschehen kann und durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet
wird. Das UV-Licht erzeugt an den bestrahlten Stellen des photostruktu
rierbaren Glases Kristallisationskeime. Beim nun folgenden Temper
prozeß bei ca. 600°C kristallisiert daraufhin das Glas an diesen Stellen
aus und kann später mit einer um den Faktor 10-20 größeren Ätzrate
gegenüber dem unbelichteten Glas in Flußsäure geätzt werden.
Fig. 3b zeigt das belichtete und getemperte photostrukturierbare Glas.
Der auskristallisierte Bereich ist grau unterlegt. Auf das Substrat aus
photostrukturierbarem Glas wird nun mittels eines PEGVD-Prozesses eine
Mikroskopbalkenschicht 7 aus z. B. Siliziumcarbid aufgebracht. Die Dicke
dieser Schicht bestimmt später die Dicke des Mikroskopbalkens und kann
durch den PEGVD-Prozeß sehr genau hergestellt werden. Damit läßt sich
die Federkonstante des Mikroskopbalkens sehr genau festlegen. Auf die
Mikroskopbalkenschicht wird eine Maskierungsschicht aus Photolack auf
gebracht, die durch einen Photolithographieprozeß so strukturiert wird,
daß eine Maskierungsstruktur 4b für den Mikroskopbalken und den
Mikroskopbalkenhalter entsteht.
Diese Struktur wird nun durch anisotropes Trockenätzen in einem RIE-
Reaktor und einem Gasgemisch aus SF₆, O₂ und Ar in die Siliziumcarbid
schicht übertragen, so daß der Mikroskopbalken 10 mit dem Mikroskop
balkenhalter 10 entstehen. Danach wird die Maskierungsschicht durch
Ablacken entfernt. Darauf wird nun durch einen Sputterprozeß die
Spitzenmaterialschicht 2 aus Titan aufgebracht. Auf die Spitzenmaterial
schicht wird eine Schicht Photolack als neue Maskierungsschicht aufge
bracht. Diese Schicht wird mit einem Photolithographieprozeß strukturiert,
so daß die Maskierungsstruktur 4a für die Spitze entsteht. Das zeigt Fig.
3c.
Jetzt wird durch isotropes Plasmaätzen die Spitze in einem Barrelreaktor
mit GF₄ hergestellt. Die Dauer des Plasmäatzens bei der Herstellung der
Spitze richtet sich dabei nach der Dicke der Titanschicht und der Ätzrate
des Titans. Anschließend wird die gesamte Oberseite des photostruk
turierbaren Glases mit Mikroskopbalken und Spitze durch eine dicke
Photolackschicht geschützt. Dann wird das photostrukturierbare Glas in
40%iger Flußsäure geätzt und nachher durch Ablacken der Photolack
entfernt. Die Fig. 3d zeigt den Halter 11 mit Mikroskopbalkenhalter,
Mikroskopbalken und Spitze. Die einzelnen Abtastvorrichtungen können
nun vereinzelt werden, indem der Halter aus Glas geritzt und dann gebro
chen wird.
Bezugszeichenliste
1 Spitze
2 Spitzenmaterialschicht
3 Maskierungsschicht
4a, b Maskierungsstruktur
5 Dicke Schicht
6 Substrat
7 Mikroskopbalkenschicht
8 Mikroskopbalkenvorform
9 Mikroskopbalken
10 Mikroskopbalkenhalter
11 Halter
12 Chrommaskenstruktur
13 Strukturierte Siliziumcarbidschicht
2 Spitzenmaterialschicht
3 Maskierungsschicht
4a, b Maskierungsstruktur
5 Dicke Schicht
6 Substrat
7 Mikroskopbalkenschicht
8 Mikroskopbalkenvorform
9 Mikroskopbalken
10 Mikroskopbalkenhalter
11 Halter
12 Chrommaskenstruktur
13 Strukturierte Siliziumcarbidschicht
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung einer Spitze,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Maskierungsschicht (3) auf eine Spitzenmaterialschicht (2) aufgebracht wird,
daß aus der Maskierungsschicht (3) eine Maskierungsstruktur (4a) erstellt wird,
daß die Spitze (1) unter der Maskierungsstruktur (4a) durch isotropes Plasmaätzen der Spitzenmaterialschicht (2) geformt wird,
daß die Maskierungsstruktur (4a) durch Abspülen, Ablacken oder Abätzen entfernt wird.
daß eine Maskierungsschicht (3) auf eine Spitzenmaterialschicht (2) aufgebracht wird,
daß aus der Maskierungsschicht (3) eine Maskierungsstruktur (4a) erstellt wird,
daß die Spitze (1) unter der Maskierungsstruktur (4a) durch isotropes Plasmaätzen der Spitzenmaterialschicht (2) geformt wird,
daß die Maskierungsstruktur (4a) durch Abspülen, Ablacken oder Abätzen entfernt wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines Mikroskopbalkens mit integrierter
Spitze,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine dicke Schicht (5) auf ein Substrat (6) aufgebracht wird,
daß auf die dicke Schicht eine Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4b) als Vorform eines Mikroskopbalkens mit Halter erstellt wird,
daß die Form der Maskierungsstruktur (4b) durch anisotropes Plasma ätzen in die dicke Schicht übertragen wird,
daß die Maskierungsstruktur (4b) durch Ablacken oder Abätzen entfernt wird,
daß eine neue Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4a) am Ende der Vorform des Mikroskopbalkens (8) erstellt wird,
daß die Spitze (1) durch isotropes Plasmaätzen der Spitzenmaterial schicht (2) unter der Maskierungsstruktur (4a) geformt wird, wobei die dicke Schicht nicht bis auf das Substrat geätzt wird, so daß gleichzeitig ein Mikroskopbalken (10) entsteht,
daß die Maskierungsstruktur (4a) durch Abspülen, Ablacken oder Abätzen entfernt wird,
daß das Substrat unter dem Mikroskopbalken durch Ätzen entfernt wird, so daß ein freier Mikroskopbalken mit Halter entsteht.
daß eine dicke Schicht (5) auf ein Substrat (6) aufgebracht wird,
daß auf die dicke Schicht eine Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4b) als Vorform eines Mikroskopbalkens mit Halter erstellt wird,
daß die Form der Maskierungsstruktur (4b) durch anisotropes Plasma ätzen in die dicke Schicht übertragen wird,
daß die Maskierungsstruktur (4b) durch Ablacken oder Abätzen entfernt wird,
daß eine neue Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4a) am Ende der Vorform des Mikroskopbalkens (8) erstellt wird,
daß die Spitze (1) durch isotropes Plasmaätzen der Spitzenmaterial schicht (2) unter der Maskierungsstruktur (4a) geformt wird, wobei die dicke Schicht nicht bis auf das Substrat geätzt wird, so daß gleichzeitig ein Mikroskopbalken (10) entsteht,
daß die Maskierungsstruktur (4a) durch Abspülen, Ablacken oder Abätzen entfernt wird,
daß das Substrat unter dem Mikroskopbalken durch Ätzen entfernt wird, so daß ein freier Mikroskopbalken mit Halter entsteht.
3. Verfahren zur Herstellung eines Mikroskopbalkens mit integrierter
Spitze,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine dicke Schicht (5) auf ein Substrat (6) aufgebracht wird,
daß auf die dicke Schicht eine Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4a) erstellt wird,
daß die Spitze (1) durch isotropes Plasmaätzen der Spitzenmaterial schicht (2) unter der Maskierungsstruktur (4a) geformt wird,
daß die Maskierungsstruktur (4) durch Abspülen, Ablacken oder Abätzen entfernt wird,
daß eine neue Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4b) von der Form eines Mikroskopbalkens mit Halter erstellt wird, wobei sich das Ende des Mikroskopbalkens über der Spitze (1) befindet,
daß die Form der Maskierungsstruktur (4b) durch isotropes oder anisotropes Plasmaätzen in die Mikroskopbalkenschicht (7) übertragen wird, wobei die Spitze (1) durch die Maskierungsstruktur geschützt ist,
daß die Maskierungsstruktur (4b) durch Abspülen, Ablacken oder Abätzen entfernt wird.
daß eine dicke Schicht (5) auf ein Substrat (6) aufgebracht wird,
daß auf die dicke Schicht eine Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4a) erstellt wird,
daß die Spitze (1) durch isotropes Plasmaätzen der Spitzenmaterial schicht (2) unter der Maskierungsstruktur (4a) geformt wird,
daß die Maskierungsstruktur (4) durch Abspülen, Ablacken oder Abätzen entfernt wird,
daß eine neue Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4b) von der Form eines Mikroskopbalkens mit Halter erstellt wird, wobei sich das Ende des Mikroskopbalkens über der Spitze (1) befindet,
daß die Form der Maskierungsstruktur (4b) durch isotropes oder anisotropes Plasmaätzen in die Mikroskopbalkenschicht (7) übertragen wird, wobei die Spitze (1) durch die Maskierungsstruktur geschützt ist,
daß die Maskierungsstruktur (4b) durch Abspülen, Ablacken oder Abätzen entfernt wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Mikroskopbalkens mit integrierter
Spitze,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mikroskopbalkenschicht (7) auf ein Substrat aufgebracht wird,
daß auf die Mikroskopbalkenschicht (7) eine Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4b) von der Form eines Mikroskopbalkens (10) mit Halter erstellt wird,
daß die Form der Maskierungsstruktur (4b) durch Plasmaätzen in die Mikroskopbalkenschicht (7) übertragen wird,
daß auf den Mikroskopbalken mit Halter eine Spitzenmaterialschicht (2) aufgebracht wird,
daß eine neue Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4a) am Ende des Mikroskopbalkens erstellt wird,
daß die Spitze (1) durch isotropes Plasmaätzen der Spitzenmaterial schicht (2) unter der Maskierungsstruktur (4a) geformt wird,
daß die Maskierungsstruktur (4) durch Ablacken oder Abätzen entfernt wird.
daß eine Mikroskopbalkenschicht (7) auf ein Substrat aufgebracht wird,
daß auf die Mikroskopbalkenschicht (7) eine Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4b) von der Form eines Mikroskopbalkens (10) mit Halter erstellt wird,
daß die Form der Maskierungsstruktur (4b) durch Plasmaätzen in die Mikroskopbalkenschicht (7) übertragen wird,
daß auf den Mikroskopbalken mit Halter eine Spitzenmaterialschicht (2) aufgebracht wird,
daß eine neue Maskierungsschicht (3) aufgebracht wird, aus der eine Maskierungsstruktur (4a) am Ende des Mikroskopbalkens erstellt wird,
daß die Spitze (1) durch isotropes Plasmaätzen der Spitzenmaterial schicht (2) unter der Maskierungsstruktur (4a) geformt wird,
daß die Maskierungsstruktur (4) durch Ablacken oder Abätzen entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Maskierungsschicht (3) einen Photolack, ein Metall, ein
Metalloxid ober ein daraus kombiniertes Schichtsystem enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (1) aus einem transparenten
Material, wie z. B. Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder
Siliziumcarbid besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (1) aus einem leitenden
Material, wie z. B. Titan, Wolfram, Wolframsilicid oder einem durch
Dotierung leitfähig gemachten Dielektrikum besteht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenmaterialschicht (2) sowie die
dicke Schicht (5) und damit die Spitze (1) aus mehreren Schichten
besteht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß beim isotropen Plasmaätzen der
Spitzenmaterialschicht (2) eine an ihrem Ende abgeplattete Spitze (1)
geformt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroskopbalken aus einem Material,
wie z. B. Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumcarbid
gefertigt ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (1) oder der Mikroskopbalken
und die Spitze (1) beim Ätzen des Substrats mit einer Schutzschicht
bedeckt sind.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem ätzbaren
Material, wie z. B. Silizium, Glas, photostrukturierbarem Glas, Metall
oder Metalloxid besteht.
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DE19509903A DE19509903A1 (de) | 1995-03-18 | 1995-03-18 | Verfahren zur Herstellung einer Abtastvorrichtung zur kombinierten Untersuchung von verschiedenen Oberflächeneigenschaften mit Auflösung im Nanometerbereich |
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DE19509903A DE19509903A1 (de) | 1995-03-18 | 1995-03-18 | Verfahren zur Herstellung einer Abtastvorrichtung zur kombinierten Untersuchung von verschiedenen Oberflächeneigenschaften mit Auflösung im Nanometerbereich |
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