法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿AFM探针的方法与流程

技术特征：
1.法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）选用soi片作为基片，soi片包括工艺si、sio2埋层和衬底si，工艺si，sio2埋层和衬底si厚度分别为10
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20um、0.5
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2um、300
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500um；2）在soi片上分别沉积cr2o3层、旋涂pmma层、沉积al层、旋涂聚苯乙烯(ps)层共四层掩膜；3）通过电子束曝光技术，同时曝光悬臂梁部分ps层和针尖部分pmma层两层掩膜，之后将ps层在室温下显影；4）将显影后的ps层结构，通过干法刻蚀的方法，依次转移到al层、pmma层、cr2o3层和si层，在si层上得到探针悬臂梁结构；5）将样品浸泡在al腐蚀液里，去除al层和ps层，然后将pmma层显影，得到用于制备针尖的图案，将图案用干法刻蚀方法转移到cr2o3层；6）利用法拉第笼角度刻蚀法，以cr2o3层为掩膜，得到倾斜的圆锥si结构；7）将soi片浸泡在cr2o3腐蚀液中，去除cr2o3掩膜，并在表面旋涂一层足以覆盖探针针尖的pmma光刻胶；8）在soi片另一面，即衬底si上，旋涂az4620光刻胶，并曝光、显影；9）利用bosch工艺刻蚀暴露的衬底si，直至sio2层；10）去除az4620光刻胶和pmma保护层；11）将soi片在管式炉中氧化；12）将样片浸泡在hf溶液中，去除氧化产生的sio2，使针尖锐化，同时去除sio2埋层，得到整片的倾角补偿探针。2. 如权利要求1所述的法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，步骤2）中，在soi片上形成四层掩膜的方法具体为：利用电子束蒸发在soi片工艺si上沉积80
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120nm cr2o3；之后在cr2o3上旋涂330
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370nmpmma，并在170
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190℃热板上烘烤8
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12分钟；随后利用电子束蒸发在pmma上沉积25
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35nm al；最后，在al上旋涂450
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550nm厚的ps，并在100
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140℃热板上烘烤8
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12分钟。3.如权利要求1所述的法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，步骤3）中，曝光剂量对应于悬臂和针尖图案的区域分别为65
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75μc/cm2和12000
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13000μc/cm2。4.如权利要求1所述的法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，干法刻蚀的工艺步骤及工艺参数为：1）al pmma蚀刻：bcl3体积流量：55 sccm，压强：1 mtorr，rf功率：250 w，icp 功率：800 w，温度：23
°
c，时间：160
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200s；2）cr2o3蚀刻：cl2体积流量：40 sccm，o2体积流量：10 sccm，压强：10 mtorr，rf 功率：10 w，icp 功率：1200 w，温度：50
°
c，时间：20
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30s ；3）80
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100s si刻蚀：沉积周期：c4f8体积流量：200sccm，压强：25mtorr，rf 功率：0w，icp 功率：1200w，温度：5℃，时间：2s ；
刻蚀周期1：sf6体积流量：700sccm，压强：50mtorr，rf 功率：140w，icp 功率：2800w，温度：5℃，时间：1s；刻蚀周期2：700sccm sf6，压强：50mtorr，rf 功率：70w，icp 功率：2800w，温度：5℃，时间：3s。5. 如权利要求1所述的法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，步骤5）中，将样片浸入al腐蚀液中去除al层和ps层，al腐蚀液各组分体积比为h3po4: ch3cooh: hno3: h2o= 25: 2: 1: 5，之后使用苯甲醚显影液，室温下对pmma显影90
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110s，清洗，吹干；将pmma图形转移到cr2o3层上，形成cr2o3掩膜，即用以刻蚀得到针尖部分的掩膜。6. 如权利要求1所述的法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，步骤6）中，将法拉第笼置入刻蚀腔体，笼罩在soi上，以cr2o3为掩膜，利用法拉第笼引导等离子体进行倾角刻蚀，得到倾斜圆锥结构；其中刻蚀工艺参数为：sf6体积流量：15sccm，c4f8体积流量：45sccm，压强：20mtorr，rf 功率：20w，icp 功率：1100w，温度：5℃。7. 如权利要求1所述的法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，步骤7）中，使用cr腐蚀液去除cr2o3掩膜，cr腐蚀液中各组分比例为硝酸铈铵：乙酸：水= 120g：100ml：500ml，在器件si层上旋涂17um的pmma，在180℃热板上烘烤10分钟，完全覆盖工艺si上的结构；之后在衬底si上旋涂12umaz4620光刻胶，在110℃热板上烘烤3分钟，随后再次旋涂12umaz4620光刻胶，在115℃热板上烘烤5分钟，最终得到约24um厚的az4620掩膜。8.如权利要求1所述的法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，步骤8）中，对az4620进行紫外曝光，曝光剂量为1950mj/cm2，室温下在az400k显影液中显影4分钟，使用去离子水清洗，并干燥，在120℃热板上烘烤20分钟，得到最终用以刻蚀得到探针基底的掩膜。9.如权利要求1所述的法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，步骤9）中，用bosch工艺，以az4620光刻胶为掩膜，刻蚀衬底si，直至sio2埋层。10.如权利要求1所述的法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿afm探针的方法，其特征在于，步骤11）中，将样片放入管式炉中，950℃保温1小时，将表层si氧化为sio2。

技术总结
本发明针对现有普通AFM探针在测量时存在的固有缺陷，提供了一种法拉第笼刻蚀法大批量制备倾角补偿AFM探针的方法，该技术方案利用法拉第笼在等离子体环境中形成等电位，引导等离子体以垂直于法拉第笼表面的方向进入法拉第笼的特性，进而以Cr2O3为硬掩膜，进行倾斜刻蚀，从而得到倾角补偿AFM针尖；同时利用电子束曝光，UV曝光及Bosch工艺，得到探针悬臂梁及探针基底。本发明能够以耗时短且成本低的工艺实现在整片SOI片上大批量生产倾角补偿探针，并改良AFM探针，提高AFM探针测量的精准度。提高AFM探针测量的精准度。提高AFM探针测量的精准度。


技术研发人员：李金涛 朱效立 贾宪生 崔波
受保护的技术使用者：杭州探真纳米科技有限公司
技术研发日：2021.05.28
技术公布日：2021/9/9