掃描刻蝕加工中針尖-樣品間距控制的靜電力研究.pdf

1、傳統(tǒng)的等離子體刻蝕中，等離子體是作用在整個(gè)樣品表面上的，需要借助造價(jià)較高的設(shè)備儀器和繁冗的光刻工藝來實(shí)現(xiàn)局部刻蝕。利用尺寸在1mm以下的微電極產(chǎn)生微小尺度的等離予體可以實(shí)現(xiàn)局部刻蝕。隨著掃描探針顯微鏡的應(yīng)用和不斷發(fā)展，掃描探針顯微鏡不僅可以作為高精度的成像工具，更可作為有效的微操縱工具實(shí)現(xiàn)微納米加工。課題組提出的微小等離子體掃描刻蝕方法的核心技術(shù)是就是將掃描探針技術(shù)和微小等離子體刻蝕相結(jié)合。通過在并行探針針尖上集成微小等離子體放電器實(shí)現(xiàn)

2、高精度的無掩膜掃描刻蝕加工。在刻蝕間距的檢測和控制中，本論文提出了基于靜電力的刻蝕間距控制方法，利用掃描探針技術(shù)，依靠針尖和樣品間的靜電力和間距的關(guān)系來反饋刻蝕間距和樣品表面信息。從而實(shí)現(xiàn)刻蝕中放電器針尖對樣品的逼近和間距調(diào)節(jié)，以及在滿足刻蝕精度和效率的高度下對樣品進(jìn)行掃描。
　　 在理論部分，本文對不帶針尖的多層懸臂梁進(jìn)行建模，并求解靜電力作用下，懸臂梁自由端撓度和加載電壓以及與樣品表面間距三者之間的關(guān)系式，并將多層梁轉(zhuǎn)換為具

3、有等效厚度和等效彈性模量的單層梁。在仿真部分，分別對等效為一層膜的單層梁、帶針尖的單層梁和商用懸臂梁進(jìn)行靜電力仿真，得到了不同加載電壓下，懸臂梁自由端的撓度在逼近過程中隨著針尖，樣品間距逐漸減小時(shí)的變化，另外，對比了帶針尖和不帶針尖的兩種懸臂梁的撓度；分析梁和針尖部分的靜電力分別在逼近過程中對探針撓度變化的貢獻(xiàn)。
　　 在實(shí)驗(yàn)部分，使用商用的懸臂梁探針在原子力顯微鏡上進(jìn)行了逼近和掃描成像實(shí)驗(yàn)。不僅驗(yàn)證了探針和樣品之間靜電力作用的

4、存在，并在針尖和樣品的逼近過程中得到了懸臂梁探針自由端所受靜電力隨間距變化的力曲線，和仿真中得到了結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)和仿真的一致性。
　　 為了實(shí)現(xiàn)并行探針的掃描刻蝕和成像，并驗(yàn)證激光偏轉(zhuǎn)法檢測集成微放電器的懸臂梁在對樣品進(jìn)行逼近和掃描過程中的微小形變的可行性，我們在原子力顯微鏡上對單個(gè)探針進(jìn)行了成像實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，獲得了逼近過程中探針?biāo)艿脑恿ψ兓牧η€，以及探針振動(dòng)振幅變化的振幅曲線。在對樣品掃描成像的過程中，獲得了