TW201522973A - 探針配置及其製造方法 - Google Patents

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TW201522973A
TW201522973A TW103137344A TW103137344A TW201522973A TW 201522973 A TW201522973 A TW 201522973A TW 103137344 A TW103137344 A TW 103137344A TW 103137344 A TW103137344 A TW 103137344A TW 201522973 A TW201522973 A TW 201522973A
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Thomas Hantschel
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Wilfried Vandervorst
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Imec
Univ Leuven Kath
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Abstract

本發明係關於用於特徵化一樣本之探針配置，該探針配置包括：˙一固持器(707)；˙一懸臂(704)，其具有附接至該固持器之一底端及遠離該固持器延伸之一遠端；˙一尖端(702)，其配置在該懸臂之該遠端附近，該尖端具有由一底平面、一側表面及一頂點界定之一形狀，該側表面自該底平面向上延伸至該頂點；其中該尖端包括一鑽石體(110、710)及覆蓋至少一頂點區域(108、708)之一鑽石層(103、703)，該頂點區域係該實心鑽石體(110、710)之該側表面之一部分，該部分開始於且包含該頂點。本發明同樣係關於一種用於製造根據本發明之一探針配置之方法。

Description

探針配置及其製造方法
本發明係關於用於藉由被帶至接觸或緊靠一樣本之表面之一探針而特徵化該樣本之技術。亦稱為表面分析技術之此等特徵化技術可為掃描探針顯微術技術，諸如原子力顯微術(AFM)及相關技術或奈米探測技術。本發明特定言之係關於一種用於此等特徵化技術之探針配置及一種製造此一探針配置之方法。
掃描近接顯微術或掃描探針顯微術(SPM)系統(諸如一原子力顯微術(AFM)系統、一掃描穿隧顯微術(STM)系統、一磁力顯微術(MFM)系統、一展佈電阻顯微術(SSRM)系統)藉由用具有一小尖端之一探針掃描一樣本之表面而操作。探針配置通常包括安裝有亦稱為尖筆之一懸臂之一安裝或固持塊。一尖端附接至此懸臂，該尖端在掃描樣本表面時指向此表面。此尖端較佳地具有一高硬度及低磨損。尖端及固持塊沿懸臂之長度安裝在相對端處。在表面之掃描期間，樣本僅藉由樣本之移動、藉由尖端之移動或藉由尖端與樣本兩者之一組合移動而相對於尖端移動。
此一探針可用於藉由在樣本表面上方滑動探針且在沿掃描線之各點處監控尖端之位置來量測該表面之拓撲結構。在此應用中，尖端之導電性質不太相關且介電材料或半導體材料可用以製造尖端。探針 亦可用於判定一樣本之電性質，例如一半導體樣本之電阻及電載流子分佈。對於此等應用，至少探針之尖端必須導電。
利用一探針配置之另一應用係奈米探測。一奈米探測系統通常包括用於觀察待探測或掃描之樣本表面之一掃描電子顯微術(SEM)系統、奈米操控器(亦通常稱為奈米探針)，奈米操控器包括用於接觸表面之探針配置及用於經由奈米操控器執行樣本之電量測之(諸)參數分析器。迄今為止，僅手動蝕刻的鎢探針可用作奈米探測系統之探針尖端。尖端尖銳度限於約20nm至100nm。此等鎢探針在重複接觸樣本表面時容易損壞且其等展現出快速磨損且具有一低壽命。此等鎢探的硬度不足以用於探測諸如Si及Ge之半導體材料。
對於SPM應用，強烈需要可克服先前技術尖端之缺點之高度導電、尖銳且堅固的尖端。
對於奈米探測應用，強烈需要微製造尖端來代替手動製造尖端。此外，應可使用除鎢以外的替代材料，此係因為鎢尖端遭遇氧化反應且硬度不足以用於探測Si及Ge。尖端應亦更加尖銳以改良奈米探測量測之可達成解析度。
因此需要一種探針配置，其容許在高良率下以(超)高解析度特徵化一樣本，該探針配置可具成本效益地製造且其中尖端具有一高硬度、高導電率及因此一高動態範圍可偵測性。
本發明之一目標係呈現一種探針配置，其包括高度導電(因此能夠特徵化一高動態範圍之摻雜濃度)、尖銳(因此能夠以一高解析度特徵化樣本)及堅固且耐磨損(因此防止在掃描期間斷裂或磨損且延長一探針之壽命)之一尖端。
本發明之一目標係呈現一種用於製造此一探針配置之方法。
本發明係關於一種如隨附申請專利範圍中揭示之探針配置及其 製造方法。
根據一第一態樣，揭示一種用於特徵化一樣本之探針配置，該探針配置包括：一固持器；一懸臂，其具有附接至該固持器之一底端及遠離該固持器延伸之一遠端；一尖端，其配置在該懸臂之該遠端附近，該尖端具有一形狀，該形狀具有一底平面、自該底平面向上延伸至一頂點之一側表面；其中該尖端包括一鑽石體及覆蓋至少一頂點區域之一鑽石層，該頂點區域係該實心鑽石體之該側表面之一部分，該部分開始於且包含該頂點。
根據該第一態樣之實施例，該鑽石體係一模製鑽石體。
根據該第一態樣之實施例，該鑽石體係一實心鑽石體或一部分實心鑽石體。一部分實心鑽石體係一空心的實心鑽石體。
根據該第一態樣之實施例，該鑽石層完全覆蓋該實心鑽石體。
根據該第一態樣之實施例，該鑽石層亦覆蓋該懸臂之部分。根據此實施例之探針配置可根據用於製造在一懸臂上具有一鑽石塗佈之矽尖端，且其中該鑽石層覆蓋該懸臂之部分之先前技術探針配置之已知方法而製造。
根據該第一態樣之實施例，該鑽石體及/或該鑽石層包括以下任一者：微晶體鑽石、奈米晶體鑽石、超奈米晶體鑽石或類鑽石碳(DLC)。
根據該第一態樣之實施例，該尖端呈錐體形或刀狀或錐形或平面內形狀。
根據該第一態樣之實施例，該鑽石層及/或該鑽石體係導電的。
根據該第一態樣之實施例，該導電鑽石層及/或該導電鑽石體摻雜硼。
根據該第一態樣之實施例，鑽石奈米晶體自該鑽石層突出。
根據該第一態樣之實施例，該鑽石層具有介於5nm與500nm之 間之一厚度。
根據一第二態樣，揭示一種用於製造根據該第一態樣之一探針配置之方法，該方法包括：提供一基板，該基板具有一頂側及與該頂側相對之一背側；藉由首先由一第一鑽石層形成具有一頂點區域之一鑽石體及此後至少在該鑽石體之該頂點區域上提供一第二鑽石層來形成該探針配置之一尖端，形成一鑽石體包括在該基板中蝕刻一模具；在該基板上沈積該第一鑽石層，藉此用該第一鑽石層填充該模具且在該模具中形成具有一頂點之該鑽石體；圍繞該模具圖案化該第一鑽石層；在該頂點區域處底部蝕刻該第一鑽石層，藉此自該基板釋離該鑽石體。根據如本發明之方法之一實施例，尖端之一陣列形成在該基板中。
根據該第二態樣之實施例，其中形成該鑽石體及提供該第二鑽石層係自該基板之頂側完成。
根據該第二態樣之實施例，其中形成該鑽石體係自該基板之頂側完成，且其中提供該第二鑽石層係自該基板之背側完成。
根據一第二態樣之實施例，該方法進一步包括在提供該第二鑽石層之後將一懸臂結構附接至該尖端。該尖端附接在該懸臂結構之一側處。
根據一第二態樣之實施例，附接該懸臂結構包括單獨地製造該懸臂結構及藉由膠合或焊接將該懸臂結構附接至該尖端。
根據一第二態樣之實施例，該方法進一步包括將附接有該尖端之懸臂附接至一固持器。在懸臂結構之一側處附接有該尖端之懸臂用懸臂結構之另一相對側附接至該固持器。該尖端在其遠端處附接至該懸臂結構，而該固持器在其底端處附接至該懸臂。
根據一第三態樣，揭示一種用於製造一探針配置之方法，該探針配置包括一懸臂及連接至該懸臂之固持器、具有一鑽石體之一尖 端，該方法包括提供一基板，該基板具有一頂側及與該頂側相對之一背側；自該基板之頂側在該基板中蝕刻一模具；在該基板之頂側上且自該基板之頂側沈積一第一鑽石層，藉此用該第一鑽石層填充該模具，藉此形成具有一頂點區域之一鑽石體；自該基板之頂側圖案化該第一鑽石層；在該頂點區域處自該基板之背側底部蝕刻該第一鑽石層，藉此釋離該鑽石體；至少在該實心鑽石體之頂點區域上自該基板之背側提供一第二鑽石層。
根據一第三態樣之實施例，該方法進一步包括在提供該第二鑽石層之後，將一懸臂結構附接至該尖端。該尖端附接在該懸臂結構之一側處。
根據一第三態樣之實施例，附接該懸臂結構包括單獨地製造該懸臂結構及藉由膠合或焊接將該懸臂結構附接至該尖端。
根據一第三態樣之實施例，該方法進一步包括將附接有該尖端之懸臂附接至一固持器。在懸臂結構之一側處附接有該尖端之懸臂用懸臂結構之另一相對側附接至該固持器。該尖端在其遠端處附接至該懸臂結構，而該固持器在其底端處附接至該懸臂。
根據該第三態樣之實施例，提供多個尖端之一陣列，該等尖端之各者包括一鑽石體及至少部分在該頂點區域處覆蓋該鑽石體之一鑽石層。
本發明之實施例之一優點係，本發明之探針配置具有一高硬度及一高導電率兩者。藉此本發明之探針配置具有以下優點，當該探針配置用於電特徵化時，可偵測樣本中之一高動態範圍的摻雜劑濃度。可偵測介於5e14/cm3與1e21/cm3之間的一範圍。
本發明之實施例之一優點係，本發明之探針配置具有一高機械穩定性，使得尖端不會斷裂/磨損。藉此延長用於以極高解析度(在奈米範圍中)量測之探針之壽命且因此最大化效能且減小成本。
本發明之實施例之一優點係，本發明之探針配置容許奈米探測硬的半導體材料(其用先前技術鎢奈米探針針不可行)。該探針配置並非如同鎢絲尖端一樣手工製造，而係藉由容許具成本效益的大量製造之微製造技術而製成。
本發明之實施例之一優點係，本發明之探針配置容許改良解析度量測，這係因為該探針配置提供具有延伸鑽石晶體與待特徵化之樣本進行接觸之一尖銳尖端。可達成亞奈米(1nm)之一解析度。
101‧‧‧探針配置
102‧‧‧尖端
103‧‧‧鑽石膜/鑽石層/第二鑽石層/鑽石塗佈之膜
104‧‧‧懸臂
105‧‧‧遠端
107‧‧‧固持器
108‧‧‧頂點區域
110‧‧‧鑽石體
111‧‧‧底平面
112‧‧‧側表面
118‧‧‧頂點
170‧‧‧安裝固持器
177‧‧‧銀膠
201‧‧‧經塗佈鑽石探針配置
202‧‧‧Si尖端
203‧‧‧鑽石層
204‧‧‧懸臂
232‧‧‧Si碎片
252‧‧‧鑽石奈米晶體
301‧‧‧全鑽石探針配置
302‧‧‧全鑽石尖端
304‧‧‧懸臂
501‧‧‧摻雜區域
502‧‧‧摻雜區域
503‧‧‧摻雜區域
504‧‧‧摻雜區域
505‧‧‧摻雜區域
506‧‧‧摻雜區域
507‧‧‧摻雜區域
508‧‧‧摻雜區域
509‧‧‧氧化物峰值
510‧‧‧矽化物區域
700‧‧‧基板
701‧‧‧探針配置
702‧‧‧尖端/經外塗佈尖端結構
703‧‧‧鑽石層
704‧‧‧懸臂/懸臂製造
707‧‧‧探針固持器
708‧‧‧頂點區域
710‧‧‧鑽石體
720‧‧‧硬遮罩
721‧‧‧硬遮罩層
730‧‧‧模具
740‧‧‧第一鑽石層
750‧‧‧第二鑽石層
760‧‧‧腔/針
761‧‧‧凹陷部分
890‧‧‧陣列
901‧‧‧原子力顯微術(AFM)探針
902‧‧‧尖端
904‧‧‧懸臂
905‧‧‧懸臂之遠端
906‧‧‧懸臂之底端
907‧‧‧固持器
910‧‧‧犧牲層
920‧‧‧硬遮罩
960‧‧‧針
988‧‧‧錐形針結構
998‧‧‧絲針
1001‧‧‧頂側
1002‧‧‧背側
1003‧‧‧空心內部區域
1041‧‧‧懸臂結構
7041‧‧‧懸臂薄膜
圖1展示一先前技術經塗佈鑽石尖端(CDT)之頂點區域之一次級電子顯微術(SEM)影像。
圖2展示在掃描一樣本之後先前技術CDT之頂點區域之一SEM影像。
圖3繪示一先前技術全鑽石探針配置(FDT)之一SEM影像。
圖4及圖5展示分別針對CDT及FDT之呈階梯結構之典型SSRM校準曲線。
圖6及圖7示意地繪示根據本發明之實施例之一探針配置之一尖端。
圖8展示根據本發明之實施例之一探針配置(左側)及根據本發明之實施例之一探針配置之頂部之一SEM放大之一示意表示。
圖9展示一探針配置及在一探針配置中區分之不同部分之一示意表示。
圖10展示根據本發明之實施例之一探針配置之一尖端之不同形狀A至F。
圖11展示根據本發明之實施例之一探針配置之一尖端之一製造方法之一示意概圖。
圖12展示根據本發明之實施例之一探針配置之一製造方法之一 示意概圖，其中尖端附接至探針之懸臂。
圖13展示根據本發明之實施例之經外塗佈尖端之一陣列之一示意表示。
圖14展示根據本發明之實施例製造之一探針配置之一示意表示。
圖15展示根據本發明之實施例之一探針配置之一尖端之一製造方法之示意概圖。
圖16及圖17展示根據本發明之實施例且根據根據本發明之實施例製造之經外塗佈尖端之SEM影像。
圖18展示根據本發明之實施例之經製造探針配置之中間步驟之顯微術影像。
圖19展示根據本發明之實施例之具有不同基寬(base width)之經製造探針配置之SEM影像。
圖20展示根據本發明之實施例之具有一刀狀(圖20A)及一平面內形狀(圖20B)之經製造探針配置之SEM影像。
圖21展示根據本發明之實施例之經製造探針配置之SEM影像。
圖22展示用SSRM掃描之後的根據本發明之實施例之經製造探針配置之SEM影像。
圖23展示一二維(2D)SSRM影像(頂部)及其如用根據本發明之實施例之一探針配置量測之一特殊p型Si階梯校準結構之平均線分佈(底部)。
圖24展示根據本發明之實施例且根據本發明之實施例製造之6個不同的經外塗佈鑽石尖端(ODT)之實驗校準曲線。
圖25展示用於奈米探測之根據本發明之實施例之一探針配置之示意表示。
將參考特定實施例及參考特定圖式描述本發明，但是本發明並不限於此，但是僅藉由申請專利範圍限制。所描述之圖式係僅示意性的且非限制性的。在該等圖式中，為繪示性目的一些元件之大小可誇大且不按比例繪製。該等尺度及相對尺度不一定對應於本發明之實踐之實際減小。
此外，描述及申請專利範圍中之術語第一、第二、第三及等等係用於區分類似元件且不一定用於描述一次序或時間順序。該等術語在適當的境況下可互換且本發明之實施例可以除本文描述或繪示之次序以外之其他次序操作。
此外，描述及申請專利範圍中之術語頂部、底部、上方、下方等等係用於描述目的且不一定用於描述相對位置。如此使用之術語在適當的境況下可互換且本文描述之本發明之實施例可以除本文描述或繪示之定向以外之其他定向操作。
此外，雖然被稱為「較佳」之各個實施例被解釋為其中可實施本發明之例示性方式，而不被解釋為限制本發明之範疇。
申請專利範圍中使用之術語「包括」不應解釋為限制於此後所列出之元件或步驟；其並不排除其他元件或步驟。「包括」應被解釋為指定存在如所提及之所述特徵、整數、步驟或組件，但是不排除存在或增加一或多個其他特徵、整數、步驟或組件或其等之群組。因此，表達「一裝置包括A及B」之範疇不應限於僅由組件A及B組成之裝置，實情係關於本發明，該裝置之僅枚舉組件係A及B，且申請專利範圍應進一步被解釋為包含該等組件之等效物。
當提及一探針配置(或簡稱為「一探針」)、一尖端及一懸臂時，意謂著以下各者。一「探針配置」(或簡稱為「探針」)通常包括安裝有亦稱為尖筆之一「懸臂」之一「安裝塊」或「固持塊」。一「尖端」附接至此懸臂，該尖端在掃描樣本表面時指向此表面。尖端及固 持塊通常沿懸臂之長度安裝在相對端處。在表面之掃描期間，樣本僅藉由樣本之移動、藉由尖端之移動或藉由尖端與樣本兩者之一組合移動而相對於尖端移動。
圖9展示此項技術中已知之一AFM探針(配置)901之一實例，該AFM探針(配置)901包括一懸臂904，其中一尖端902配置在懸臂904之遠端905處，懸臂904在其底端906處附接至一固持器907。圖9中所示之尖端902具有一錐體形狀。
尖銳、堅固且高度導電的鑽石尖端係用於對奈米及亞奈米級的半導電裝置實行載流子分佈分析之重要組件。前沿技術係掃描展佈電阻顯微術(SSRM)。SSRM係基於原子力顯微術(AFM)，藉此尖端跨樣本表面掃描，且藉此量測尖端下方之局部展佈電阻。對Si及Ge結構之SSRM量測需要GPa範圍中之一超高壓力以藉由在尖端下方建立一所謂的β-Sn(beta-tin)相位而獲得一良好的電接觸。僅鑽石可承受此等高壓力且因此SSRM量測依賴於導電鑽石尖端之可得性。
如今廣泛使用包括鑽石尖端之兩種類型的探針：具有鑽石塗佈之矽尖端(CDT)之經塗佈鑽石探針(CDP)及具有全鑽石尖端(FDT)之全鑽石探針(FDP)。
一經塗佈鑽石探針配置(CDP)包括一Si懸臂及一鑽石塗佈之矽尖端，該尖端係附接至Si懸臂之一Si尖端，Si尖端在其上方塗佈一薄的鑽石層。為了電量測，使用一導電鑽石塗層。例如，鑽石塗佈之矽尖端揭示於來自Niedermann等人之文章「Chemical vapor deposition diamond for tips in nanoprobe experiments」,J.Vac.Sci.Technol.A 14,1233(1996)。
圖1及圖2係一先前技術經塗佈鑽石探針配置201之次級電子顯微術(SEM)影像。
圖1及圖2繪示一先前技術經塗佈鑽石探針配置201，包括由用於 電氣應用(諸如例如摻雜硼之SSRM)之一薄的(約100nm至200nm)鑽石層203塗佈之一Si尖端202。鑽石塗佈之Si尖端安裝在一懸臂204之一端處。
圖2繪示此一CDT之一主要問題。當用於SSRM中時，歸因於由至基板表面上之高的垂直尖端壓力(具有GPa之數量級)所引起的高的橫向掃描力，其等在頂點區域附近斷裂/切斷。基本上，用一CDT實行之全部SSRM量測係在斷裂的尖端頂點導致一鈍尖端的情況下完成：使用自斷裂尖端之側壁突出之一鑽石晶體。由於鈍尖端減小SSRM中之可達成解析度且導致量測假影(諸如例如多個尖端影像)，故此尖端配置高度非期望。
一全鑽石探針配置(FDP)包括附接有一實心鑽石錐體尖端(FDT)之一金屬、Si或鑽石懸臂。例如，全鑽石探針及其等製造方法揭示於Hantschel等人之文章「Highly conductive diamond probes for scanning spreading resistance microscopy」,Appl.Phys.Lett.76(12),1603(2000)。
圖3繪示一先前技術全鑽石探針配置301之一SEM影像。全鑽石探針301包括一全鑽石尖端302，其作為藉由一模製程序(藉此一倒錐體首先經各向異性蝕刻至Si中)獲得之一實心鑽石錐體。接著用鑽石填滿此模具且最後蝕除Si模具。錐體鑽石尖端302摻雜硼以用於電氣應用，諸如例如SSRM。尖端302固定至一懸臂304之一端。懸臂較佳地係一金屬懸臂，諸如例如一Ni懸臂，但是亦可為Si或鑽石。
最先進的FDT具有高於CDT之空間解析度(歸因於CDT的塗層而受限)的1nm之一空間解析度，且使用標準的200mmSi晶圓技術以晶圓級製造。儘管FDT具有超高解析度，然而CDT仍展現出一較高的導電率。此係因為CDT使用最後生長(外部且較高品質)的鑽石層，而FDT使用最先生長的鑽石層。來自Simon等人的近期研究「Initial growth stages of heavily boron doped HFCVD diamond for electrical probe application」,Physica Status Solidi(a)210,2002(2013)中表明，此最先生長的鑽石層遭受較差的品質，諸如初始生長階段中之一較低位準之電活性硼及SiC/SiOxCx相關介面層。
圖4展示使用FDT(頂部曲線)及CDT(底部曲線)之呈Si摻雜階梯結構之典型(SSRM)校準曲線。圖5展示使用FDT(頂部曲線)及CDT(底部曲線)之呈Ge摻雜階梯結構之典型(SSRM)校準曲線。電阻依據所量測樣本電阻率標繪，該電阻率關聯至樣本校準曲線之摻雜濃度。FDT曲線位於CDT曲線上方，指示其等較高的尖銳度及因此較高的解析度。高度導電區域(曲線左側)中FDT之與CDT相比之更淺斜率指示其較低導電率。在圖5中，曲線亦被展示為獲自模擬(空心點)且與實驗結果(實心點)完全一致。此亦藉由A.Schulze等人之「A comprehensive model for the electrical nanocontact on germanium for scanning spreading resistance microscopy applications.」,J.Appl.Phys.113,114310(2013)加以呈現。
因此，掃描探針顯微術(SPM)極為需要一種得到尖銳、堅固且高度導電尖端之尖端配置。
除了需要SPM應用以外，奈米探測亦需要尖銳且硬的尖端。奈米探測通常係指一種技術，藉此通常亦稱為奈米操控器之一微操控器用以操控、量測並取置微米及奈米級的小型結構。奈米探測使用通常經電化學蝕刻的鎢絲針尖端，其等容易氧化且硬度不足以用於量測如Si及Ge之半導體。
本發明揭示一種克服先前技術探針配置之缺點之探針配置。本發明亦揭示一種用於製造一探針配置之方法。
圖6及圖7示意地繪示根據本發明之實施例之一探針配置之一尖端102。探針配置之尖端102包括一鑽石體110及如圖7中示意地展示般 覆蓋尖端102之至少頂點區域108之一鑽石膜或薄的鑽石層103。根據本發明，鑽石膜103亦可如圖6中示意地展示般完全覆蓋鑽石體110。
圖6及圖7僅展示根據本發明之實施例之探針配置之尖端102部分，而圖8中更示意地展示根據實施例之整個探針配置101。圖式區分一固持器107與一尖端102，該固持器107具有一懸臂104，該懸臂104具有附接至固持器107之一底端(未展示)且具有遠離固持器107延伸之一遠端105，該尖端102配置在該懸臂104之該遠端105附近，該尖端102具有一錐體形狀，該錐體形狀具備4個側表面112及一底平面111，側表面自底平面111延伸且鄰接在頂點118處。尖端102包括用一薄的鑽石層103覆蓋(在圖8中完全覆蓋)之一鑽石體110。在圖8中，鑽石體並非實際可見，這係因為其完全被鑽石層103覆蓋。較佳地藉由一模製技術製成之鑽石體110塗佈有一薄的鑽石層或膜103。此得到具有優越的機械穩定性(克服尖端斷裂)、高的導電率(歸因於鑽石層103之優良的導電率性質)及高的空間解析度(歸因於自頂點118突出之尖銳的鑽石奈米晶體)的尖端。根據本發明之探針亦稱為包括一經外塗佈鑽石尖端(ODT)之經外塗佈鑽石探針(ODP)。
鑽石體110可為一實心鑽石體(圖6B、圖7B)或鑽石體可為一部分實心鑽石體或空心鑽石體(圖6A、圖7A)，其中鑽石形狀包括一空心內部區域1003及一實心外部區域。
為用作一掃描探針，ODT較佳地整合至一懸臂結構中，包括一懸臂104，其中ODT附接在懸臂104之遠端附近。懸臂104可由諸如例如鎳之金屬製成，而且可使用其他材料，諸如例如矽、氮化矽、鑽石及其他材料。
尖端102之鑽石體110較佳地藉由一模製程序製成，其中針對第二鑽石層103，鑽石材料之成核側或介面側在頂點側處。鑽石之成核側或介面側係接觸模具表面之側，此為其中鑽石生長成核自奈米大小的 鑽石晶種之側。鑽石體110之成核側係光滑的(歸因於模製程序)且存在鑽石晶體之晶界。
接著用一鑽石層或膜103至少部分在頂點區域108處覆蓋鑽石體110之成核側或完全覆蓋鑽石體110之成核側。根據本發明之實施例之經外塗佈鑽石尖端(ODT)使用與成核側相比具有較高品質之最後生長的鑽石層。鑽石塗佈之膜103具有尖銳鑽石晶體的延伸，其有利於尖端解析度。
鑽石層103之厚度可在約5nm至約500nm之範圍中，更佳地鑽石層係在約10nm與約500nm之間之範圍中。
對於諸如SSRM之電氣SPM應用，鑽石體110及鑽石層103兩者皆較佳地摻雜(例如)硼(由於其高導電率)、磷或其他鑽石摻雜劑。鑽石體110亦可未摻雜，而鑽石層103可摻雜。鑽石體110可摻雜，而鑽石層103未摻雜。在此情況下，尖端表現為一電容式尖端。
對於非電氣應用(例如，拓撲結構量測、摩擦學、奈米加工)，鑽石體110以及鑽石膜103兩者皆可未摻雜。
圖10展示根據本發明之實施例之對於一探針配置之一尖端可行的不同形狀。尖端較佳地呈可藉由以下步驟獲得之錐體形(圖10A)：進行各向異性蝕刻以在一(100)-Si基板中形成一模具且此後用鑽石材料填充模具以形成鑽石體110、釋離/底部蝕刻該鑽石體且在該鑽石體之至少一部分上沈積鑽石層103(其在此描述中進一步更加詳細地描述)。替代地，藉由在(100)-Si基板中蝕刻一模具且類似地形成一鑽石體及形成於鑽石體上之鑽石層，刀刃狀尖端(圖10B)亦係可能的。另一種可能性係如獲自(311)-定向之Si基板中之一模具之各向異性蝕刻之三側錐體(圖10C)。模具亦可能被界定為除Si以外的其他材料，且使用乾式蝕刻方法(諸如反應性離子蝕刻(RIE))以獲得不同形狀的模具。此得到不同形狀的尖端，如具有一錐形之高縱橫比尖端(圖10D、 圖10E)。亦可使用如通常用於奈米探測之平面內尖端(圖10F)。平面內尖端同樣具有一底平面111及自底平面向上延伸至頂點118之側表面112。
圖11展示根據本發明之實施例之一探針配置之一製造方法之一示意概圖。
首先提供一基板700。基板700可為一(100)-Si晶圓。界定基板700之一頂側1001及一背側1002。為圖案化基板，在基板700之頂側1001上提供一硬遮罩720。硬遮罩720可例如包括SiO2或Si3N4(圖11A)。使用硬遮罩720圖案化基板700，藉此在基板700中產生一模具730。模具因此係憑藉自基板700之頂側1001蝕刻而產生，換言之，模具730產生在基板700之頂側1001中。模具730具有將界定尖端之最終形狀之一形狀。在圖11B中，例如，將一倒錐體形模具蝕刻至(100)-Si晶圓中。例如，一濕式蝕刻(諸如KOH蝕刻)可用於提供模具730。可藉由一低溫氧化將該模具進一步塑形以獲得一較尖銳的頂點。
在提供模具730之後，在該結構上(頂側1001處)提供一第一鑽石層740。在提供第一鑽石層740之前，可移除硬遮罩720。因此亦在模具730中提供第一鑽石層740之鑽石材料。提供第一鑽石層740可使用沈積技術(諸如例如化學氣相沈積(CVD))完成(圖11C)。
接著，在第一鑽石層740上提供另一經圖案化硬遮罩層721(圖11中未展示，但是隨後在圖18中展示)且藉由一乾式蝕刻技術(諸如例如反應性離子蝕刻(RIE))蝕刻第一鑽石層740(圖11D)，藉此形成尖端之一鑽石體且圍繞模具730之第一鑽石層產生一腔760。此係自基板之頂側1001完成。此步驟中未蝕刻Si基板。
鑽石體可為完全由第一鑽石層材料組成之一實心鑽石體(圖6B、圖7B)或鑽石體可為一部分實心鑽石體或空心鑽石體(圖6A、圖7A)，其中鑽石形狀包括一空心內部區域1003及一實心外部區域，該實心外 部區域由第一鑽石層材料組成。
在一後續步驟中，執行一釋離蝕刻步驟以藉由自基板700之頂側1001底部蝕刻而在頂點區域708處自基板700釋離尖端之鑽石體710(由第一鑽石層740製成)(圖11E)。此底部蝕刻及釋離蝕刻步驟較佳地係一各向異性蝕刻步驟，例如諸如KOH蝕刻之濕式蝕刻。藉此在頂點區域708處完全釋離具有錐體形狀之鑽石體710(圖11E)，在基板700中留下一凹陷部分761。在圖11中所示之實施例中，此係自頂側1001完成，然而如將進一步解釋，釋離步驟亦可自基板之背側1002完成。
此後，在該結構上提供一第二鑽石層750。可使用諸如CVD之沈積技術提供第二鑽石層750。第二鑽石層750相當薄，具有5nm至500nm之範圍中，更佳地在50nm至300nm之一範圍中之一厚度。第二鑽石層750因此亦在成核側上形成於鑽石體710之頂部上(圖11F)。在此步驟期間，鑽石體之至少頂點區域708被薄的第二鑽石層750覆蓋。圖11F係其中鑽石體710完全用第二鑽石層750覆蓋之一實施例之一示意實例。所得結構係一尖端702，其由一鑽石體710組成且至少部分在頂點區域處被一薄的鑽石層703覆蓋或塗佈。
作為一限制，在第二鑽石層沈積步驟中，可將至少一單個鑽石晶粒放置於尖端頂點處，這係因為此單個鑽石晶粒足以與樣本進行實體及電接觸。
替代地，僅模具730之一底部區域(將係尖端之頂點區域)填充有第一鑽石層740。此可藉由一選擇性種晶程序及生長步驟完成。此後，用諸如例如Si3N4之另一材料填充模具之剩餘部分。接著蝕刻並自基板釋離部分鑽石體。在尖端釋離之後，在尖端之頂點區域(其係由第一鑽石層材料組成之尖端之部分)上選擇性地沈積/生長第二鑽石層750。
圖18以俯視圖展示根據如圖11中描述之實施例製造之一尖端配置 101之顯微術影像。圖18A展示沈積至一錐體模具730中之第一鑽石層740之頂部上之經圖案化硬遮罩721。圖18B展示在硬遮罩721已移除之後的經圖案化第一鑽石層(根據如圖11D中所示之步驟)。所曝露的Si基板700可見。在此圖式中，尖端尚未釋離。圖18C展示在用第二鑽石層750將鑽石錐體塗佈至成核側上之後的尖端(根據如圖11F中所示之步驟)。
第二鑽石層750較佳地具有小於第一鑽石層740之厚度之一厚度。第一鑽石層740較佳地具有100nm至5000nm之範圍中之一厚度。第二鑽石層750較佳地具有5nm至500nm之範圍中之一厚度。
第一鑽石層及/或第二鑽石層可包括微晶體鑽石(MCD)，該微晶體鑽石(MCD)具有具備一優越的導電率之一優點。亦可能使用其他類型的鑽石材料，諸如奈米晶體鑽石(NCD)、超奈米晶體(UNCD)及類鑽石碳(DLC)。
為完成製造探針配置之方法，尖端702需被附接至一懸臂704，且此可如圖12中示意地展示般完成。
在尖端702上提供第二鑽石層750之後(圖11F)，所得尖端結構之凹陷部分761(圖12A)可用一犧牲層910填充(例如，藉由沈積或旋塗)且平坦化(例如藉由化學機械拋光(CMP))(圖12B)。犧牲材料910可為氧化物或一聚合物。例如，可使用二氧化矽、旋塗式玻璃或BCB。
接著使用一硬遮罩920以界定一尖端區域且使用諸如RIE之一蝕刻步驟圖案化第一鑽石層740及第二鑽石層750(圖12C)。硬遮罩920至少對應於經平坦化犧牲材料910之外圓周。因此，移除圍繞尖端區域之第一鑽石層740及第二鑽石層750之部分。在移除硬遮罩920之後，使用另一硬遮罩(未展示)及諸如例如用於一Ni懸臂之Ni電鍍之一沈積步驟在經外塗佈尖端之頂部上界定懸臂704(圖12D)。尖端702特此在一端處附接至懸臂704，而懸臂在另一端處用一所謂的懸臂薄膜 7041加以圖案化，該懸臂薄膜7041具有大於懸臂704樑之一寬度以能夠將懸臂附接至一探針固持器。此後，底部蝕刻懸臂704及經外塗佈尖端(不可見)(圖12E)且使用一針960剝離懸臂薄膜7041結構(圖12F)。經由懸臂薄膜7041將一探針固持器707固定至懸臂704(圖12G)且最後自晶圓移除探針配置(圖12H)。
根據圖13中繪示之實施例，可以一高封裝密度(例如，一200mm晶圓上約30000個至100000個結構)在一基板(晶圓)700上製造根據本發明之實施例之經外塗佈尖端結構702之一陣列890。探針製造之懸臂704可藉由一單獨程序製造，避免更複雜且具挑戰性的整合程序。因此，單獨的懸臂製造704及經外塗佈尖端結構之陣列890具有一具成本效益的探針製造之優點。
作為此一單獨程序之一實例，如根據本發明之實施例製造之一尖端702可藉由使用一膠合步驟之一結合程序附接至一懸臂704。例如，一金屬懸臂可用導電銀膠膠合至一尖端702上(圖14)。此可手動或藉由一自動化組裝程序(例如，使用機器人)完成。此組裝步驟之結果係根據本發明之實施例之一探針配置701，其包括一懸臂704及附接在懸臂704之端處之一尖端702(圖14)。懸臂704可附接至一固持器707。
圖15中示意地展示根據一第三態樣之用於製造探針配置之一替代方法。對於此製造方法，探針配置主要係自基板(晶圓)之背側1002形成，其中在圖11中，探針配置主要係自基板(晶圓)之頂側1001形成。
首先提供一基板700。基板700可為一(100)-Si晶圓。界定基板700之一頂側1001及一背側1002。為圖案化基板，在基板700之頂側1001上提供一硬遮罩720。硬遮罩720可例如包括SiO2或Si3N4(圖15A)。使用硬遮罩720圖案化基板700，藉此在基板700中(在頂側1001處)產生 一模具730。模具具有將界定尖端之最終形狀之一形狀。在圖15B中，例如，將一倒錐體形模具蝕刻至(100)-Si晶圓中。例如，可完成一濕式蝕刻(諸如KOH蝕刻)。可藉由一低溫氧化將該模具進一步塑形以獲得一較尖銳的頂點。
在提供模具730之後，自頂側1001在該結構上提供一第一鑽石層740。在提供第一鑽石層740之前，可移除硬遮罩720。因此亦在模具730中提供第一鑽石層740之鑽石材料。提供第一鑽石層740可使用沈積技術(諸如例如化學氣相沈積(CVD))完成(圖15C)。
接著，在第一鑽石層上提供另一硬遮罩層(未展示)且使用此硬遮罩圖案化第一鑽石層740(圖15D)。因此在此圖案化步驟中蝕刻第一鑽石層740，藉此形成尖端之鑽石體。該蝕刻可使用一乾式蝕刻技術(諸如例如反應性離子蝕刻(RIE))完成。藉此形成尖端702之一鑽石體。鑽石體因此係自基板100之頂側1001形成。
鑽石體可為完全由第一鑽石層材料組成之一實心鑽石體(圖6B、圖7B)或鑽石體可為一部分實心鑽石體或空心鑽石體(圖6A、圖7A)，其中鑽石形狀包括一空心內部區域及一實心外部區域，該實心外部區域由第一鑽石層材料組成。
在一後續步驟中，自基板700之背側1002，執行一釋離蝕刻步驟以在頂點區域708處自基板700釋離尖端702(圖15E)。此釋離蝕刻步驟較佳地係一各向異性蝕刻步驟，例如諸如KOH蝕刻之濕式蝕刻。藉此至少部分在頂點區域708處釋離具有錐體形狀之鑽石體710(圖15E)。在此步驟中，自基板之背側底部蝕刻鑽石體之頂點區域708，僅留下自剩餘基板材料延伸之該頂點區域(參見由數字708指示且圖15E至圖15F至圖15G之各者中放大展示之小點)。
此後，在經釋離(即，經底部蝕刻)之結構上(即，頂點區域708上)自晶圓之背側1002提供一第二鑽石層750。可使用諸如CVD之沈積技 術提供第二鑽石層750。第二鑽石層750相當薄，具有在5nm至500nm之範圍中，更佳地在50nm至300nm之一範圍中之一厚度。第二鑽石層750因此亦於成核側上形成在鑽石體710之頂部上(圖15F)。在此步驟期間，鑽石體710之至少頂點區域708被薄的第二鑽石層750覆蓋。
接著藉由圖案化及沈積(例如濺鍍及電鍍)將所得結構整合至一懸臂結構704(具有一懸臂薄膜7041)上(圖15G)且接著(例如藉由濕式蝕刻)釋離懸臂704及經外塗佈尖端結構702(圖15H)。接著使用一針760剝離懸臂薄膜7041(圖15I)且將一探針固持器707固定至懸臂薄膜7041(圖15J)，且最後自基板700移除探針配置701(圖15K)。懸臂704之端處之所得結構係一尖端702，該尖端702由一鑽石體710組成且至少部分在頂點區域處被一薄的鑽石層703覆蓋。
替代地，僅一底部區域(其將係尖端之頂點區域)填充有第一鑽石層740。此可藉由一選擇性種晶程序及生長步驟完成。此後，用諸如例如Si3N4之另一材料填充模具之剩餘部分。接著蝕刻並自基板釋離部分鑽石體。在尖端釋離之後，自晶圓之背側(其係由第一鑽石層材料組成之尖端之部分)在尖端之頂點區域處選擇性地沈積/生長第二鑽石層750。
探針配置701之懸臂704較佳地包括諸如例如Ni之一金屬。然而，亦可使用其他材料，諸如例如矽、鑽石、二氧化矽、氮化矽。
根據如圖11至圖12中描述之實施例之用於製造一探針配置之方法具有優於根據如圖15中描述之實施例之用於製造一探針配置之方法之優點在於可使用一較小的基寬(與20x20μm2至40x40μm2相比，約7x7μm2之一最小基寬)。
圖16展示根據本發明之實施例且根據本發明之實施例製造之一經外塗佈尖端102之一SEM影像(圖16A)。尖端之底平面係40x40μm2。插圖(圖16B)展示經外塗佈尖端102之頂點區域108之一更放大 SEM影像。鑽石塗層103之尖銳的突出鑽石晶體在頂點區域之表面處清晰可見。
圖17A展示如根據本發明之實施例製造之經外塗佈尖端之一陣列890之一SEM影像。製造3種不同基寬的尖端：底部三列具有20μm之一基寬，中間三列具有30μm之一基寬，且頂部三列具有40μm之一基寬。圖17B及圖17C展示頂點區域108處之經外塗佈尖端之一者之一放大SEM影像(類似於圖16之SEM影像)。此外，鑽石層103之尖銳的鑽石晶體清晰可見。
如圖17中所示之經外塗佈尖端係使用具有約1μm之一厚度之一第一鑽石層製造。第二鑽石層具有約150nm之一厚度。在不同實驗中，第二鑽石膜之鑽石厚度在50nm與150nm之間變化。
圖19展示具有20μm(圖19A)、30μm(圖19B)及40μm(圖19C)之一基寬之根據本發明之實施例之經製造探針配置之SEM影像。頂部影像展示底部影像中所示之尖端102之頂點區域108之一放大影像。使用根據如圖11中描述之實施例之方法。塗佈在鑽石體上之鑽石層之鑽石晶體清晰可見。
圖20展示根據本發明之實施例之經製造探針配置之SEM影像，其等具有一刀狀(圖20A)及一平面內形狀(圖20B)。從左至右，展示來自頂點區域之更放大的SEM影像。
圖21展示根據本發明之實施例之經製造探針配置之SEM影像，該探針配置係根據如圖14中描述之方法(即，藉由膠合)而組裝。使用一無尖端Ni懸臂104且使用銀膠177將其結合至一錐體經外塗佈尖端102。圖21A展示單獨製造之一懸臂104(在一端處具有懸臂薄膜1041)。在圖21B中，展示探針配置，其中經外塗佈尖端102使用銀膠膠合至懸臂。
圖22展示根據本發明之實施例之經製造探針配置(膠合有尖端202 之懸臂204)之三種不同放大級(從左至右，A、B、C及更高的縮放因子)下的SEM影像，該探針配置在GPa壓力下以SSRM模式在一Si基板樣本掃描若干小時。雖然來自掃描的Si碎片(232)可見(圖22B)，但是鑽石層203之全部鑽石奈米晶體252仍在適當位置(圖22C)。
經掃描之Si基板包括具有一階梯摻雜分佈之Si校準結構。從根據本發明之實施例之經外塗佈尖端執行之SSRM實驗，可清晰地表明尖端並未遭遇尖端斷裂。放大影像(圖22C)進一步繪示在量測期間接觸時奈米晶體不存在可見磨損，這強調經外塗佈晶體至第一鑽石層上之高結合強度。
圖23展示一二維(2D)SSRM影像(圖23A)及其呈一特殊的p型Si階梯校準結構之平均線分佈(圖23B)。該結構涉及範圍自約4*1016 at/cm3至5*1019 at/cm3之不同摻雜的Si區域、一0.55nm寬的二氧化矽層及一25nm寬的Ni矽化物層。SSRM影像清晰地展示所有摻雜區域(501、502、503、504、505、506、507、508)。亦觀察到氧化物峰值509及矽化物區域510。
圖24展示根據本發明之實施例之由一先前技術全鑽石探針FDT、一先前技術鑽石塗佈之探針CDT及6個不同的經外塗佈尖端ODT所得之校準曲線。校準曲線繪示ODT尖端之與CDT及FDT相比之更高動態範圍。此可藉由評估曲線之斜率而可見。FDT尖端在高度摻雜的區域處展示一淺的斜率，繪示其較低導電率(儘管尖銳度最高)。CDT展示比FDT稍微陡峭的斜率。ODT清晰地展示高度摻雜的區域中之最高動態範圍及一更陡峭斜率，這與先前技術探針相比係一明顯的優點。
圖25展示除了在SPM中應用經外塗佈尖端以外，根據本發明之經外塗佈尖端亦可用於奈米探測。圖25A展示膠合在一錐形針結構988之端處之根據本發明之實施例之一經外塗佈尖端102。可被視為探針配置之懸臂之錐形針結構988通常係一鎢絲。在鎢絲之端處，可附接 根據本發明之實施例之一尖端102。
圖25B展示一探針配置101，其具有一安裝固持器170、一懸臂結構104、1041及膠合至用於安裝至一微操控器之一絲針998之一整合經外塗佈平面內尖端102。
奈米探測通常使用具有尖銳的針狀尖端之微操控器，通常亦稱為奈米操控器。此等尖端通常係經電化學蝕刻之鎢絲尖端。本發明亦可用於此等奈米探測應用。圖25B繪示例如附接至一懸臂結構之端之平面內ODT可用於此，或例如一錐體ODT可直接附接至一金屬針之端(例如，經蝕刻之鎢絲尖端)(圖25A)。奈米探測中之此等ODT結構容許用常見的鎢絲尖端不可行之量測，例如，如Si及Ge之硬半導體之電氣探測及奈米級及微米級的硬材料之局部材料移除。
為製造根據圖25A之用於奈米探測之一錐體鑽石尖端，首先提供一基板。基板可為一(100)-Si晶圓。為圖案化基板之頂側，在基板之頂側上提供一硬遮罩。硬遮罩可例如包括SiO2或Si3N4。使用硬遮罩圖案化基板，藉此在基板中產生一模具。模具因此係憑藉自基板之頂側蝕刻而產生，換言之，模具產生在基板之頂側中。模具具有將界定尖端之最終形狀之一形狀；例如，將一倒錐體形模具蝕刻至(100)-Si晶圓中。例如，一濕式蝕刻(諸如KOH蝕刻)可用於提供模具。可藉由一低溫氧化將該模具進一步塑形以獲得一較尖銳的頂點。
在提供模具之後，在該結構上(頂側處)提供一第一鑽石層。在提供第一鑽石層之前，可移除硬遮罩。因此亦在模具中提供第一鑽石層之鑽石材料。提供第一鑽石層可使用沈積技術(諸如例如化學氣相沈積(CVD))完成。
接著，在第一鑽石層上提供另一經圖案化硬遮罩層且藉由一乾式蝕刻技術(諸如例如反應性離子蝕刻(RIE))蝕刻第一鑽石層，藉此形成尖端之一鑽石體且圍繞模具之第一鑽石層產生一腔。此係自基板之 頂側完成。此步驟中未蝕刻Si基板。
鑽石體可為完全由第一鑽石層材料組成之一實心鑽石體或鑽右體可為一部分實心鑽石體或空心鑽石體，其中鑽石形狀包括一空心內部區域及一實心外部區域，該實心外部區域由第一鑽石層材料組成。
在一後續步驟中，執行一釋離蝕刻步驟以藉由自基板之頂側底部蝕刻而在頂點區域處自基板釋離尖端之鑽石體(由第一鑽石層製成)。此底部蝕刻及釋離蝕刻步驟較佳地係一各向異性蝕刻步驟，例如諸如KOH蝕刻之濕式蝕刻。藉此在頂點區域處完全釋離具有錐體形狀之鑽石體，在基板中留下一凹陷部分。
此後，在該結構上提供一第二鑽石層。可使用諸如CVD之沈積技術提供第二鑽石層。第二鑽石層相當薄，具有5nm至500nm之範圍中，更佳地在50nm至300nm之一範圍中之一厚度。第二鑽石層因此亦於成核側上形成在鑽石體之頂部上。在此步驟期間，鑽石體之至少頂點區域被薄的第二鑽石層覆蓋。所得結構係一尖端，該尖端由一鑽石體組成且至少部分在頂點區域處被一薄的鑽石層覆蓋或塗佈。
所得ODT可配置為如圖13中所示之一陣列。接著藉由一膠合步驟將ODT附接至一錐形金屬針。接著可在奈米探測時使用圖25A中所示之所得ODP。
為製造根據圖25B之用於奈米探測之一平面內鑽石尖端，首先提供一基板。基板可為一(100)-Si晶圓。在基板之頂側上提供一第一鑽石層。提供第一鑽石層可使用諸如例如化學氣相沈積(CVD)之沈積技術完成。接著在第一鑽石層上提供如圖10F中所示之界定一平面內尖端之形狀之一經圖案化硬遮罩層，且藉由一乾式蝕刻技術(諸如例如反應性離子蝕刻(RIE))蝕刻第一鑽石層，藉此形成尖端之一鑽石體且圍繞平面內尖端之第一鑽石層產生一腔。此係自基板之頂側完成。此步驟中未蝕刻Si基板。
在一後續步驟中，執行一釋離蝕刻步驟以藉由自基板之頂側底部蝕刻而自基板釋離平面內尖端之鑽石體(由第一鑽石層製成)。此底部蝕刻及釋離蝕刻步驟較佳地係一各向異性蝕刻步驟，例如諸如KOH蝕刻之濕式蝕刻。藉此在頂點區域處完全釋離具有平面內尖端形狀之鑽石體，在基板中留下一凹陷部分。
此後，在該結構上提供一第二鑽石層。可使用諸如CVD之沈積技術提供第二鑽石層。第二鑽石層相當薄，具有5nm至500nm之範圍中，更佳地在50nm至300nm之一範圍中之一厚度。第二鑽石層因此亦於成核側上形成在鑽石體之頂部上。在此步驟期間，鑽石體之至少頂點區域被薄的第二鑽石層覆蓋。所得結構係一平面內尖端，該平面內尖端由一鑽石體組成且至少部分在頂點區域處被一薄的鑽石層覆蓋或塗佈。
為完成製造平面內探針配置之方法，平面內尖端需附接至一懸臂。在平面內尖端上提供第二鑽石層之後，所得平面內尖端結構之凹陷部分可用一犧牲層填充(例如，藉由沈積或旋塗)且平坦化(例如藉由化學機械拋光(CMP))。犧牲材料可為氧化物或一聚合物。例如，可使用二氧化矽、旋塗式玻璃或BCB。
接著使用一硬遮罩以界定一尖端區域且使用諸如RIE之一蝕刻步驟圖案化第一鑽石層及第二鑽石層。硬遮罩至少對應於經平坦化犧牲材料之外圓周。因此，移除圍繞尖端區域之第一鑽石層及第二鑽石層之部分。在移除硬遮罩之後，使用另一硬遮罩及諸如例如用於一Ni懸臂之Ni電鍍之一沈積步驟在經外塗佈尖端之頂部上界定懸臂。尖端特此在一端處附接至懸臂，而懸臂在另一端處用一所謂的懸臂薄膜加以圖案化，該懸臂薄膜具有大於懸臂樑之一寬度以能夠將懸臂附接至一探針固持器。此後，底部蝕刻懸臂及經外塗佈平面內尖端且使用一針剝離懸臂薄膜結構。經由懸臂薄膜將一探針固持器固定至懸臂且自晶 圓移除探針配置。最後具有平面內ODT之所得ODP如圖25B中所示般附接至一金屬針且可用於奈米探測。
102‧‧‧尖端
103‧‧‧鑽石膜/鑽石層
110‧‧‧鑽石體
1003‧‧‧空心內部區域

Claims (15)

  1. 一種用於特徵化一樣本之探針配置，該探針配置包括：一固持器(107)；一懸臂(104)，其具有附接至該固持器之一底端及遠離該固持器延伸之一遠端；一尖端(102)，其配置在該懸臂之該遠端附近，該尖端具有由一底平面(111)、一側表面(112)及一頂點(118)界定之一形狀，該側表面自該底平面向上延伸至該頂點；其中該尖端包括一鑽石體(110)及覆蓋至少一頂點區域(108)之一鑽石層(103)，該頂點區域係該實心鑽石體(110)之該側表面之一部分，該部分開始於且包含該頂點。
  2. 如請求項1之探針配置，其中該鑽石層(103)僅覆蓋該頂點區域(108)。
  3. 如請求項1之探針配置，其中該鑽石層(103)完全覆蓋該鑽石體(110)。
  4. 如請求項1至3中任一項之探針配置，其中該鑽石體(110)係一實心鑽石體。
  5. 如請求項1至3中任一項之探針配置，其中該鑽石體(110)係一空心鑽石體。
  6. 如前述請求項中任一項之探針配置，其中該鑽石體(110)及/或該鑽石層(103)包括以下材料之一或多者：微晶體鑽石、奈米晶體鑽石、超奈米晶體鑽石或類鑽石碳(DLC)。
  7. 如前述請求項中任一項之探針配置，其中該尖端(102)呈錐體形或刀狀或錐形或平面內形狀。
  8. 如前述請求項中任一項之探針配置，其中該鑽石層(103)及/或該 鑽石體(110)係導電的。
  9. 如請求項8之探針配置，其中該導電鑽石層(103)及/或該導電鑽石體(110)摻雜硼。
  10. 如前述請求項中任一項之探針配置，其中鑽石奈米晶體自該鑽石層(103)突出。
  11. 如前述請求項中任一項之探針配置，其中該鑽石層(103)具有介於5nm與500nm之間之一厚度。
  12. 如前述請求項中任一項之探針配置，其中該鑽石層(103)亦覆蓋該懸臂之部分。
  13. 一種用於製造如請求項1至12中任一項之探針配置之方法，該方法包括以下步驟：藉由首先自一第一鑽石層(740)形成具有一頂點區域(708)之一鑽石體(710)及此後至少在該鑽石體之該頂點區域上提供一第二鑽石層(750)而形成該探針配置之一尖端(702)，將一懸臂(704)附接至該尖端，將附接有該尖端之該懸臂(704)附接至一固持器(707)，形成一鑽石體之該步驟包括：提供一基板(700)，該基板具有一頂側(1001)及與該頂側相對之一背側(1002)；在該基板中於該基板之該頂側中蝕刻一模具(730)，在該基板之該頂側上沈積該第一鑽石層(740)，藉此用該第一鑽石層填充該模具及在該模具中形成具有一頂點之該鑽石體；圍繞該模具圖案化該第一鑽石層(740)；至少在該頂點區域(708)處底部蝕刻該第一鑽石層(740)，藉此至少部分自該基板釋離該鑽石體(710)。
  14. 如請求項13之方法，其中底部蝕刻之該步驟係自該基板之該頂 側(1001)完成，且其中提供該第二鑽石層(750)同樣係自該基板之該頂側完成。
  15. 如請求項13之方法，其中底部蝕刻之該步驟係自該基板之該背側(1002)完成，且其中提供該第二鑽石層(750)同樣係自該基板之該背側完成。
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