制备25-250nm厚度悬臂梁的内应力校准方法研究

对图21.14所示的悬臂梁结构进行了研究。该悬臂梁组由一组长10μm的悬臂梁组成。悬臂梁宽度在10～100nm的彼此间隔为10nm，宽度在100～1000nm的彼此间隔为100nm。每组对应5个悬臂梁。

图21.14 1μm长悬臂梁阵列的掩膜设计（宽度范围为10～1000nm）

在低压氩气和高压氩气下溅镀的两层铬层被用来制造厚度为25～250nm的悬臂梁。在部分情况下，在悬臂梁的上表面上，沉积有一层厚度小于50nm的金薄膜层，它能增加表面对蛋白质和抗体的粘附性。

薄膜沉积是通过PVD-300Unifilm^TM单膜磁电管溅镀系统进行的。该系统通常能够程序化地可再生地沉积非常均匀的（>99%）同质薄膜，且采用了一个电脑控制的两个自由度（轨道和旋转）的行星系统及一个校准装置。该校准装置用于校准沉淀速率与沉积位置的关系。图21.15所示为校准后的内应力随氩气压力的变化情况。尽管沉淀金属层的应力主要由氩气压力决定，但是应力值显示出，应力由沉积力改变而微弱变化。在沉积一定厚度的薄膜后，通过测量标准4in硅晶圆的曲率能获得金属薄膜的应力值。其测量结果如图21.15所示^[30]。从图中可以看出，PVD-300Unifilm^TM单膜磁电管溅镀系统沉淀的单层铬膜只含拉伸内应力，因此悬臂梁的应力梯度可通过沉积两层铬膜来实现。并且，在两层铬膜中，顶层的拉伸内应力值高于底层。

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图21.15 沉积金属层的内应力随氩气压力的变化情况

图21.16 释放后的自由支撑纳米悬臂梁局部清晰图像

a）视频显微镜图像 b）扫描电子显微镜图像

图21.16所示为选择性地刻蚀牺牲金属层之后纳米悬臂梁的局部清晰图。该图是通过视频显微镜（见图21.16a）和扫描式电子显微镜（见图21.16b）拍摄的。可以看到，纳米悬臂梁按照设计卷曲起来了。