專利名稱：用于納米光刻的平行的、可單獨尋址的探針的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明總體上涉及納米光刻領域和納米尺度成像。
背景技術(shù)：
具有極細線寬(例如，10-100nm量級)的高生產(chǎn)能力的光刻和表面構(gòu)圖技術(shù)對于微電子工業(yè)和納米技術(shù)的未來發(fā)展十分重要。下一代集成電路技術(shù)將不可避免地要求高效和低成本的亞100nm線寬部件(feature)。納米技術(shù)的新興領域也要求以可與需要操縱和改性的分子和單元的尺度相比擬的空間分辨率實現(xiàn)表面的構(gòu)圖和功能化。
在微電子工業(yè)中仍然最廣泛地使用的傳統(tǒng)投影式光學光刻系統(tǒng)的分辨率受到光的衍射作用限制?？梢酝ㄟ^使用具有高能量和短波長的射束式直寫工具來改善所述的分辨率?，F(xiàn)正使用高能射束線，包括那些依靠電子束和X射線的射束線。但是，這種直寫光刻系統(tǒng)存在一些缺點。首先，這些系統(tǒng)總是復雜和昂貴的。第二，這些光刻工具采用單束操作并以串行方式制作圖形，導致生產(chǎn)能力低。第三，傳統(tǒng)高分辨率光刻系統(tǒng)不能沉積由生物分子或化合物制成的圖形。只有特殊的化學抗蝕劑可以使用。
蘸筆納米技術(shù)(DPN)是最近引入的一種掃描探針納米技術(shù)。DPN的描述包括在PCT/US00/00319中，通過引用將其全部內(nèi)容結(jié)合在此。DPN通過利用化學物種從掃描針尖到表面的擴散在表面上沉積納米尺度的圖形來起作用，有時所述擴散在環(huán)境條件下經(jīng)由自然形成在針尖和樣品之間的水面。當所述針尖橫跨襯底表面移動時，針尖表面上的分子通過形成在針尖和襯底表面之間的水面?zhèn)鬏敗Ｒ坏┮苿又猎摫砻嫔?，所述分子將自身化學作用地固定到該襯底上，形成牢固的圖形。在十納米到幾微米范圍內(nèi)的部件可以利用商業(yè)上可得到的氮化硅針尖來制作。影響DPN寫入線寬的一個因素是針尖的線速度。針尖速度越快，可實現(xiàn)的線寬越小。影響線寬的其他因素包括DPN針尖的尖銳度和用作墨水的分子的擴散常數(shù)。
DPN提供了許多獨具的優(yōu)點，包括直寫能力、高分辨率(大約10nm線寬分辨率，極限大約5nm空間分辨率)、超高的納米結(jié)構(gòu)對準(registration)能力、可使用各種用于寫入化合物的分子(包括生物分子)和寫入襯底(例如Au、SiO2和GaAs)的靈活性、在單個“納米芯片”上集成多個化學或生物化學的功能性的能力、用于構(gòu)圖的一層工藝、以及利用定制軟件使構(gòu)圖自動化的能力。
DPN技術(shù)可以利用低成本的商業(yè)型掃描探針顯微鏡(SPM)裝置來實現(xiàn)。在一典型的裝置中，DPN探針芯片以與商業(yè)上可獲得的SPM針尖相似的方式安裝在SPM掃描式發(fā)送管上。通過使用SPM儀器的內(nèi)部激光信號反饋控制系統(tǒng)來獲得所述探針精確的水平和垂直運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供納米光刻，例如蘸筆納米光刻，以及納米尺度成像，具有在蘸筆陣列中的可單獨尋址的探針。提供具有多個有源探針的探針陣列，其通過給與探針耦聯(lián)的致動器提供電流或電壓使得各個探針被單獨驅(qū)動從而允許比傳統(tǒng)單筆DPN更大的功能性。多個可單獨尋址的探針產(chǎn)生多個相同或不同的化學制劑的掃描痕跡。
本發(fā)明提供了一種裝置，其用于將至少一種構(gòu)圖化合物涂敷到用于納米光刻的襯底上。該裝置包括平行探針構(gòu)成的陣列，每個探針包括懸臂梁、位于該懸臂梁遠端的用于將所述至少一個構(gòu)圖化合物中的一種涂敷到襯底的針尖、以及可操作地與懸臂梁耦聯(lián)的致動器。探針可以被構(gòu)成用于納米光刻。該致動器被設計成響應所施加的電流或電壓以便移動懸臂梁并由此將針尖從襯底移開。因而，單個探針針尖與寫入襯底之間的接觸狀態(tài)可以被單獨地加以控制。在DPN寫入情況下，當探針針尖離開襯底時構(gòu)圖工藝中止。多種優(yōu)選類型的實施例得以公開。同時提供用于制造有源探針陣列的方法。
在本發(fā)明的一種實施例中，致動器響應所施加的電流使懸臂梁撓曲以相對襯底移動針尖。致動器可以利用熱來操作。
根據(jù)一優(yōu)選實施例，熱致動器包括連接到懸臂梁的電阻加熱器和將電阻加熱器連接到電流源的導線。當電流通過電阻加熱器施加，由于歐姆加熱產(chǎn)生熱，因而提高電阻器和懸臂梁的溫度。由于用于懸臂梁和用于金屬電阻器的材料的熱膨脹系數(shù)的不同，懸臂梁響應所施加的電流被選擇性地彎曲。一片薄金屬膜可以與懸臂梁連接用來提高熱彎曲的程度。
在本發(fā)明的第二種實施例中，致動器響應所施加的電壓而使懸臂梁撓曲。致動器可以采用靜電操作。通過在兩個電極之間施加電壓差動來產(chǎn)生所需的位移，所述兩個電極中的至少一個是非靜態(tài)的。
靜電致動器的一優(yōu)選實施例包括形成在懸臂梁內(nèi)端與針尖相對的葉片式電極和極板。該葉片式電極與該極板相對并具有預定間隔距離的間隙。當差動電壓施加在頂電極和極板之間時，所產(chǎn)生的靜電引力使懸臂梁彎曲并由此移動針尖位置。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選方法，其提供一種用于基于高速探針的納米光刻的將至少一種構(gòu)圖化合物涂敷到襯底上的方法。該方法包括以下步驟提供可單獨尋址探針的陣列，每個探針具有位于遠端上的針尖；以相同或不同化學物質(zhì)涂敷針尖；將可單獨尋址的探針陣列的針尖定位在襯底上方，以便所述針尖與襯底接觸；在襯底表面上方對探針進行光柵掃描；以及選擇性地驅(qū)動至少一個從探針陣列中選擇的探針以將所選擇的探針的針尖從襯底移開。因此，當被選擇時，所選擇的探針不會將構(gòu)圖化合物涂敷到襯底上，而未被選擇的探針將至少一種構(gòu)圖化合物涂敷到襯底上。通過對包括構(gòu)成陣列的探針的芯片進行光柵掃描同時控制掃描過程中各個探針的位置可以制作任意的二維圖形。所述探針可以被構(gòu)造成用于納米光刻。通常所述探針也可以應用于其他納米技術(shù)，其中針尖和襯底間的相互作用改變表面的電學、化學或分子狀態(tài)，并可以用于成像。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法，所述選擇性地驅(qū)動至少一個所選擇的探針的步驟包括將電流施加到與懸臂梁相連的電阻加熱器，使得懸臂梁被撓曲。懸臂梁的撓曲使得針尖從襯底移開以中止在襯底上的寫入。
根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選方法，所述選擇性地驅(qū)動單個探針的步驟包括在極板和連接到所選擇的探針一端的移動電極之間施加差動電壓。以這種方式，移動電極和極板彼此相向移動，優(yōu)選地使探針的懸臂梁撓曲并使針尖從襯底移開。


圖1為DPN工藝的示意圖，顯示了單個涂有化合物的針尖在襯底(寫入表面)上方經(jīng)過；
圖2為具有根據(jù)本發(fā)明一種實施例的探針陣列的平行納米光刻寫入系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)通過界面與一輔助控制單元連接；圖3A至3B分別為根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實施例的雙金屬熱驅(qū)動探針陣列在所選擇的探針撓曲前后的示意圖；圖4A至4B分別為雙金屬熱驅(qū)動探針在探針撓曲前后的示意圖；圖5A至5E為顯示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選方面的熱驅(qū)動探針的制造工藝中的主要步驟的示意圖；圖6A至6D分別為顯示圖5B至圖5E所示的制造步驟的俯視圖的示意圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施例的靜電驅(qū)動探針的示意圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施例的靜電驅(qū)動探針陣列的示意圖；圖9為顯示靜電致動器探針的俯視圖的示意圖；圖10A至10F為沿圖9一部分和所示方向截取的示意圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選方法的靜電驅(qū)動探針的制作步驟；以及圖11為根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的二維陣列DPN納米繪圖儀的示意圖。
具體實施例方式
一般而言，本發(fā)明提供有源探針和有源探針陣列，它們被設計成實現(xiàn)直寫納米光刻，例如DPN。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以以高速、平行和可控的方式生成亞100nm的圖形。有源探針陣列通過將電流或電壓提供至探針的致動器來使各個探針被驅(qū)動從而提供更大的功能性。本發(fā)明主要涉及用于使用有源探針陣列的平行DPN的方法和裝置，以及用于制作有源探針和有源探針陣列的方法。
有源探針陣列還可以用于基于掃描探針顯微鏡(SPM)儀器家族的現(xiàn)有或者未來的表面構(gòu)圖和光刻方法。原子力顯微鏡(AFM)被認為是SPM儀器家族中的一員。這種光刻系統(tǒng)的示例包括局部熱氧化和移位光刻。
現(xiàn)在參照圖1，示出了傳統(tǒng)DPN工藝的一示例。DPN采用位于AFM探針22(或其他SPM探針)的懸臂梁的遠端上的針尖來沉積或“寫入”納米尺度圖形到例如金等固體寫入襯底24上。針尖20將涂在所述針尖上的構(gòu)圖化合物26涂敷到寫入襯底24上。構(gòu)圖化合物26可以為對于寫入襯底24具有化學親合性的憎水性構(gòu)圖化合物，例如，但不限于，1-十八烷硫羥酸(1-octadecanethiol，ODT)或者巰基棕櫚酸(MHA)。
與傳統(tǒng)的宏觀“蘸筆”(例如，羽毛筆、鋼筆、圓珠筆或者多筆繪圖儀)相似，DPN采用分子(毛細管)傳輸以將構(gòu)圖化合物26從針尖20轉(zhuǎn)移到寫入襯底24，從而形成構(gòu)圖化合物的圖形28。由于工作區(qū)域中的相對濕度，水面30形成在針尖20和寫入襯底24之間，并且當針尖如圖1所示沿寫入方向W相對地移動至寫入襯底上時該液面將構(gòu)圖化合物26從針尖傳輸?shù)綄懭胍r底。
初始的DPN工藝包括單個探針22(筆)。利用具有1.4mm探針間間距的多達八個商業(yè)化的探針22的陣列在寫入襯底24上寫入多個圖形28也可以實現(xiàn)平行圖形。這一技術(shù)還允許用于復合圖形28，其中每個圖形包括不同的構(gòu)圖化合物，例如生物化合物。平行寫入例如對于在集成電路形成過程中形成圖形28也是有用的。平行探針結(jié)構(gòu)的示例可見于R.Piner等人發(fā)表的《“蘸筆”納米光刻》，科學，1999年，第283卷，第661-663頁；S.Hong等人發(fā)表的《復合墨水納米光刻面向復合筆納米繪圖儀》，1999年，第286卷，第523-525頁；S.Hong等人發(fā)表的“同時具有平行和串行寫入能力的納米繪圖儀”，科學，第288卷，第1808-1811頁。
傳統(tǒng)平行探針DPN工藝利用商業(yè)上可獲得的AFM探針22來進行。各個探針22不能彼此獨立地移動。因此，所有探針22必須同時移動。此外，現(xiàn)有平行DPN陣列的探針間間距對于某些DPN應用來說太大而且無法充分滿足高生產(chǎn)能力和高密度陣列的DPN寫入系統(tǒng)的需要。本發(fā)明提供一種具有獨立有源的、微加工的并且優(yōu)選為間隔緊密的DPN探針陣列的納米繪圖儀。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一種實施例的有源多筆式平行DPN寫入系統(tǒng)32的示意圖。具有包括多個有源探針38的探針陣列的DPN探針芯片34以與標準單針尖AFM探針相似的方式安裝在AFM掃描式發(fā)送管40上。AFM反饋電子裝置42，典型地為壓電管電子裝置，控制探針芯片34的水平和垂直運動。
當有源探針38的針尖20與寫入襯底24接觸時，由所連接的輔助控制電路48控制的集成的致動器(圖2中未示出)引導所述針尖的各自運動，優(yōu)選同時探針芯片34沿襯底24進行光柵掃描來構(gòu)圖。術(shù)語“接觸”用來表示針尖20和襯底24之間足夠接近以允許構(gòu)圖化合物26的構(gòu)圖。當經(jīng)由探針芯片34從控制單元48為致動器提供電流或電壓時，該致動器移動有源探針38的懸臂梁50以將位于懸臂梁一端的針尖20抬離寫入襯底24。這中止了化學沉積過程。以這種方式，可以通過選擇性地施加電流或電壓來單個地控制有源探針38，以便以高產(chǎn)率生成任意圖形。
圖3A和3B分別顯示根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施例在驅(qū)動所選擇的探針前后的熱驅(qū)動探針54的陣列56。在圖3A中，所示的陣列56具有五個熱驅(qū)動探針54，其中沒有一個探針被驅(qū)動。響應所施加的電流，如圖3B所示，第二和第四熱驅(qū)動探針(如箭頭所示)被向上撓曲(在圖3A和3B中指向紙面)，因而將它們的針尖20從寫入襯底24移開，并中止化學沉積。本領域普通技術(shù)人員應理解的是，用以形成圖形28的選擇性電流分配可以通過對控制電路48編程加以控制。
熱驅(qū)動探針54中的懸臂梁50的材料優(yōu)選為利用低壓化學汽相沉積方法(LPCVD)形成的氮化硅薄膜。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方法，熱驅(qū)動探針54通過生成包括具有至少一電阻加熱器66的熱致動器的氮化硅探針來形成。
圖4A和4B分別顯示未撓曲位置和撓曲(驅(qū)動)位置中的熱驅(qū)動探針54。構(gòu)圖在熱驅(qū)動探針54的氮化硅懸臂梁50上的電阻加熱器66與用于將電流傳遞到電阻加熱器的接合線70相連。接合線70反過來與控制電路48相連用于選擇性地將電流分配到接合線70并由此驅(qū)動熱驅(qū)動探針54。優(yōu)選地，金屬膜片68連接到懸臂梁50以增加探針54的撓曲。
圖5A至5E和6A至6D分別顯示了用于形成單個熱驅(qū)動探針54和一對熱驅(qū)動探針的熱驅(qū)動探針陣列56的形成步驟。參照圖5A，氧化硅薄膜60生長在優(yōu)選為<100>取向硅晶片的硅襯底62的前側(cè)上，以形成用于生成針尖20的保護性掩模。氧化層60利用光刻加以構(gòu)圖以生成用于形成針尖20的掩模。在圖5B中(以及在圖6A中)，限定針尖20的金字塔形狀的一部分硅襯底62通過在乙二胺鄰苯二酚(EDP)中采用各向異性濕式蝕刻來形成。接著，如圖5C(圖6B)中所示，一層LPCVD氮化硅64沉積并構(gòu)圖到被蝕刻的硅襯底62上，以限定包括懸臂梁50的熱驅(qū)動探針54的形狀。如圖5D(圖6C)中所示，電阻(歐姆)加熱器66和(可選擇的)金屬片68通過沉積和構(gòu)圖形成在熱有源探針54上，例如，將Cr/Au形成到氮化硅層64上，以生成集成的雙金屬熱致動器。隨后通過使用EDP蝕刻對支撐襯底62進行底切從而釋放熱驅(qū)動探針54。如圖4A和4B所示，硅襯底62的一部分為熱驅(qū)動探針54提供一柄部。
在操作中，由于用于熱驅(qū)動探針的電阻加熱器66、可選擇的片68和懸臂梁50的金屬的熱膨脹不同，熱驅(qū)動探針54響應所施加的電流沿它們的長度彎曲，以如圖4B所示移動針尖20。在一優(yōu)選的操作方法中，控制電路48通過接合線70將電流送至電阻加熱器66以使熱驅(qū)動探針54由于氮化硅懸臂梁50和金片68不同的熱膨脹而彎曲成半徑為R的圓弧。
在給定的溫度變化ΔT情況下，R的表達式近似為R=-(w1E1t12)2+(w2E2t22)+2w1w2E1E2t1t2(2t12+3t1t2+2t22)6w1w2E1E2t1t2(t1+t2)(α1-α2)ΔT]]>參數(shù)w、t、E和α分別表示材料1和2的兩個組成材料的寬度、厚度、楊氏彈性模量和熱膨脹系數(shù)。下標對應于這兩種材料。熱致動器的溫度由懸臂梁的熱平衡表示。熱由歐姆加熱產(chǎn)生并且通過傳導和對流而散失。
在熱驅(qū)動探針54中，懸臂梁50的彎曲導致針尖20撓曲為δδ=R(1-cos(LR))]]>因此，通過所選擇的接合線70施加電流使得熱驅(qū)動探針54的懸臂梁50與接合線連接以使針尖20向上撓曲并移動，如圖4B所示。
當大量的平行的有源探針38集成在探針芯片34上時，可以使得基于探針的納米光刻的生產(chǎn)能力非常高。根據(jù)如上所述的本發(fā)明的該種優(yōu)選實施例制造的熱驅(qū)動探針陣列56制成具有高探針密度(中心間隔100μm)和集成的尖銳的針尖的小型納米繪圖儀，并可以用于納米光刻和AFM成像。
根據(jù)本發(fā)明另一種優(yōu)選實施例，提供如圖7中的優(yōu)選實施例所示的靜電驅(qū)動探針72。優(yōu)選地，靜電驅(qū)動探針72形成為靜電探針陣列74的單元，如圖8中的具有探針芯片34的優(yōu)選實施例所示。
如圖7和8所示，靜電驅(qū)動探針72包括靜電致動器76，其可以包括沿縱向方向與針尖20相對的位于懸臂梁50的縱向內(nèi)端的片狀板78。片狀板78優(yōu)選地與靜電驅(qū)動探針72一體形成。靜電致動器76還包括優(yōu)選為靜態(tài)的極板81并可以形成在探針芯片34上，以與片狀板78靜電相互作用。極板81可以形成為平行的電極陣列的一部分并電連接到與極板縱向相對的多個接合焊盤85，二者被加以構(gòu)圖、粘接，或者以另外的方式形成或附著到玻璃襯底94上，在完整的實施例中，玻璃襯底94覆蓋極板陣列并連接接合焊盤。接合焊盤85優(yōu)選地與控制電路48電連接用來選擇性地將電壓施加到一個或多個接合焊盤。制造包括極板81和接合焊盤85的玻璃層94的方法對于本領域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。
優(yōu)選的是，靜電驅(qū)動探針72還在沿懸臂梁50方向，優(yōu)選地位于或接近懸臂梁的中點，受到小而軟的彈簧80的支撐，以便給靜電驅(qū)動探針提供扭力支撐并允許探針撓曲和由此產(chǎn)生的角運動以移動探針的針尖20。如圖8所示，用于靜電探針陣列74中的每個靜電驅(qū)動探針72的彈簧80優(yōu)選為從橫向延伸穿過每個獨立的探針的單一元件(例如扭桿)的一部分。更優(yōu)選的是，彈簧80的每個部分在平行懸臂梁50的縱向方向的方向上具有相對小的截面。如本領域普通技術(shù)人員會理解的，彈簧80的尺寸，例如截面積以及其相對針尖20的位置，可以根據(jù)邊界條件加以變化以控制懸臂梁50的角度靈活性。
圖9為靜電驅(qū)動探針72的一優(yōu)選實施例的俯視圖。優(yōu)選的是，盡管不是必需的，懸臂梁50、片形板78和軟彈簧80由摻硼的硅一體形成。這種材料由于其在EDP溶液中的低蝕刻速率和相對高的導電率是優(yōu)選的。
圖10A至10F顯示了靜電驅(qū)動探針72的優(yōu)選的制造方法。首先參照圖10A，二氧化硅層82生長在具有三層結(jié)構(gòu)的晶片的前側(cè)上，該晶片包括夾在<100>取向的硅晶片86和外延的<100>取向的硅層88之間的重摻硼的硅層84?；蛘?，硅層84可以摻雜磷。二氧化硅層82限定了用于形成針尖20的掩模的邊界。此外，二氧化硅層82可以限定用于形成在垂直方向?qū)㈧o電驅(qū)動探針72與在另一玻璃襯底94上構(gòu)圖的極板81隔開的隔離物90的邊界。在圖10B中，硅針尖20和隔離物90由經(jīng)過EDP蝕刻的外延硅晶片88形成。接著，如圖10C所示，熱氧化層92生長在包括針尖20、隔離物90和摻硼硅層84的外延硅晶片88的上方，以在最終的釋放過程中保護側(cè)面。如圖10D所示，隨后采用EDP對硅晶片86加以蝕刻，以去除摻硼硅層84下方的材料，并釋放摻硼的硅制成的懸臂梁50。
接著，如圖10E所示，去除熱氧化層92，進而靜電驅(qū)動探針72由摻硼硅層84形成，陣列中的每個探針包括(優(yōu)選為一體地)懸臂梁50、軟彈簧80和片形板78。優(yōu)選地，沿縱向設置在片形板78和軟彈簧80之間的懸臂梁50部分的橫向截面積，即，在平行軟彈簧的長度方向上，比懸臂梁的遠端部分寬。這樣，由于彎曲扭矩被全部傳遞給支撐彈簧80，故而針尖20的撓曲更大。釋放靜電驅(qū)動探針72。
最后，如圖10F所示，玻璃層94和連接的極板81形成或設置在隔離物90上方。
該優(yōu)選的制造方法形成具有尖銳的針尖20(優(yōu)選地，曲率半徑＜100nm)并且中心間隔大約620μm的靜電驅(qū)動探針72。因此，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的靜電驅(qū)動探針72既可以用于DPN寫入也可以用于AFM成像。
優(yōu)選地，接合線(未示出)將片形板78連接至地電勢，而極板81優(yōu)選地經(jīng)由接合焊盤85與控制電路48電連接以將電壓施加到所述極板。應理解的是另一種方案中片形板78和極板81的電勢可反置；即，片形板可以與一電壓源連接，而極板可以接地。本領域普通技術(shù)人員應會理解這種替代的實施例的必要改動。
在一優(yōu)選的操作方法中，電壓施加到片形板78以將電勢施加到片形板78，而導電的極板81接地。再次，可選擇地，電壓施加和接地功能可以在極板81和片形板78之間反置。這兩種操作中的任意一種都在優(yōu)選地以隔離物90隔開的極板81和片形板78之間施加一差動電壓。在極板81和片形板78之間產(chǎn)生引力，其將它們彼此拉近，因而使懸臂梁50傾斜，優(yōu)選地關(guān)于軟彈簧80撓曲懸臂梁50，以使針尖20從襯底24移開。與熱驅(qū)動探針54相同，針尖20由此可以有選擇地抬起以中止寫入(或成像)過程。
對于有源一維陣列已描述了多個優(yōu)選實施例。然而，陣列也可以是二維的。圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的二維陣列100。圖11所示的二維陣列100包括具有六行、五列的向下傾角的探針104的芯片102。向下傾角的探針104例如可以如下制造通過調(diào)整熱驅(qū)動探針陣列56的形成工藝以便從最好沿二維陣列100均勻設置的空腔(重復單元)拓展單個熱驅(qū)動探針54的懸臂梁。由于每個懸臂梁50所需的長度較短，熱驅(qū)動探針54優(yōu)選地被集成為向下傾角的探針104的二維陣列100。本領域普通技術(shù)人員應會理解調(diào)整二維陣列100中熱驅(qū)動探針54的制造和操作步驟的方法。
本領域普通技術(shù)人員可以理解已展示和描述的幾個本發(fā)明裝置及方法具有不同的特征和優(yōu)點。通過將每個探針構(gòu)造成可單獨尋址并通過施加電流或電壓單獨地驅(qū)動，無論熱驅(qū)動還是靜電驅(qū)動，根據(jù)本發(fā)明實施例的有源探針陣列允許以額外的分辨率并與傳統(tǒng)方法可比擬的生產(chǎn)能力來形成任意圖形。
雖然已展示和描述了本發(fā)明的各種實施例，應該理解的是對于本領域普通技術(shù)人員而言，其他的改進、替換和備選方案是顯而易見的。這些改進、替換和備選方案可以在不脫離所附權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出。
本發(fā)明的各特征在所附權(quán)利要求書中給出。
權(quán)利要求
1.一種裝置(32，100)，用于將至少一種構(gòu)圖化合物(26)施加到用于納米光刻的襯底(24)，該裝置包括驅(qū)動探針(38，54，72，104)陣列(56，74)，所述驅(qū)動探針陣列平行設置，其中每個所述驅(qū)動探針包括懸臂梁(50)；針尖(20)，其位于所述懸臂梁一端，用于將所述至少一種構(gòu)圖化合物中的一種施加到所述襯底上；以及致動器(66，68，76)，其可操作地與所述懸臂梁相連接，所述致動器響應施加的電流或電壓以移動所述懸臂梁，使得所述針尖相對所述襯底移動。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中每個所述驅(qū)動探針陣列被構(gòu)造用于蘸筆納米光刻。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述懸臂梁響應來自于電流或電壓源的所述電流或電壓而撓曲以移動所述針尖。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述致動器為熱致動器(66，68)。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述致動器為靜電致動器(76)。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述熱致動器還包括電阻加熱器(66)，其與所述懸臂梁連接，所述電阻加熱器可響應所述電流被有選擇地操作；以及導線(70)，其將所述電阻加熱器與電流源(48)電連接，由此從所述電流源到所述電阻加熱器的電流施加造成所述懸臂梁撓曲。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述熱致動器還包括金屬片(68)，其與所述懸臂梁連接，所述金屬片具有與所述懸臂梁的熱膨脹系數(shù)不同的熱膨脹系數(shù)。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述靜電致動器還包括第一電極(78)，其形成在與所述針尖相對的所述懸臂梁的第二端；第二電極(81)，其與所述第一電極靜電通信；所述第一電極和所述第二電極中的至少一個與電壓源(48)耦聯(lián)；由此來自所述電壓源的所述電壓的有選擇的分布在所述第一電極和所述第二電極之間造成差動電壓，使得所述懸臂梁的至少一部分傾斜。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，還包括扭力支撐件(80)，其沿所述懸臂梁連接，由此所述懸臂梁在所述靜電致動器的操作過程中關(guān)于所述扭力支撐件產(chǎn)生角撓曲。
10.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述懸臂梁由通過低壓化學汽相沉積方法生長的氮化硅薄膜(60)構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述懸臂梁由摻雜了硼或者磷的硅(84)構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述陣列為二維的。
13.一種以任意圖形(28)將至少一種構(gòu)圖化合物(26)施加到襯底(24)上的納米光刻方法，該方法包括以下步驟提供多個選擇性驅(qū)動探針(38，54，72，104)，每個探針在其遠端具有針尖(20)；以所述至少一種構(gòu)圖化合物涂敷所述針尖；在該襯底上方移動所述多個選擇性驅(qū)動探針的所述針尖，使得所述針尖接近或接觸所述襯底，以允許施加所述至少一種構(gòu)圖化合物；在所述襯底上方對所述針尖進行光柵掃描；以及在所述光柵掃描步驟中，有選擇地驅(qū)動所述選擇性驅(qū)動探針陣列的至少一個被選擇的探針，以便將所述被選擇的探針的所述針尖從所述襯底移開，由此所述至少一個被選擇的探針不會將所述至少一種構(gòu)圖化合物施加到所述襯底，并且由此未被選擇的探針將所述至少一種構(gòu)圖化合物施加到所述襯底。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述有選擇地驅(qū)動所述選擇性驅(qū)動探針陣列的至少一個被選擇的探針的步驟包括以下步驟將電流施加到與所述被選擇的探針相連接的電阻加熱器(66)以使所述被選擇的探針的一部分撓曲。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述有選擇地驅(qū)動所述被選擇的探針的步驟包括以下步驟在第一電極(78)和第二電極(81)之間施加差動電壓，所述第一電極位于所述被選擇的探針的一端，由此所述第一和第二電極彼此相向移動以使所述被選擇的探針傾斜。
全文摘要
一種用于納米光刻的微加工制成的探針陣列(32，100)以及設計和制造該探針陣列的工藝。該探針陣列(32，100)由單獨的探針(35，54，72，104)組成，其可以利用雙金屬熱驅(qū)動或靜電驅(qū)動方法被單獨地移動。該探針陣列(32，100)可以用于在襯底(24)上以亞1微米的分辨率來制造擴散傳遞的化合物(26)的痕跡，并可以用作陣列掃描探針顯微鏡用于后續(xù)的讀出和所轉(zhuǎn)移的圖形的改變。
文檔編號G03F7/00GK1554119SQ02817715
公開日2004年12月8日 申請日期2002年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月26日
發(fā)明者暢 劉, 劉暢, A 布倫, 張明, 戴維·A·布倫 申請人:伊利諾伊大學受托管理委員會