带有缩短的弹簧杆的扫描探针显微镜探针制造技术

本发明专利技术涉及带有缩短的弹簧杆的扫描探针显微镜探针，所述扫描探针显微镜探针（１）包括支撑元件（２）和弹簧杆（３），其中，该弹簧杆布置成相对于支撑元件（２）凸出。为此，支撑元件（２）沿纵向具有一细长的凸起（４），弹簧杆（３）固定在凸起的前端面（１２）上，弹簧杆（３）的长度可以高的精度调节。具有凸起（４）的支撑元件（２）防止了在探针（１）倾斜时支撑元件（２）无意放置在试样上。弹簧杆纵向界定的高的精度能够按照所提出的制造方法实现重复制造小的、高频弹簧杆（３），以实现这种扫描探针显微镜探针。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种根据权利要求I前叙部分所述的扫描探针显微镜探针，带有一支撑元件，并且带有一弹簧杆，该弹簧杆侧面从支撑元件上伸出，并且在它的自由端部上支撑一探针头，以及一用于这样的探针制造的方法。
技术介绍
扫描力显微镜、也称为扫描探针显微镜(SPM)已是众所周知的，并且被用于用精密的传感器、所谓的扫描探针显微镜探针、以高的分辨率扫描试样的表面。在所有这样的显微镜中使用了探针，它的传感器由一弹性的微型杆构成，该微型杆在一端具有一用于在探针支架上固定的支撑元件，并且在另一端具有一探针头，试样被用该探针头扫描。扫描探针显微镜是为了建立表面分析技术而开发，该表面分析技术另外使几个纳米或者甚至直到原子范围分辨率的表面形貌的描绘成为可能。 此外该技术的一主要核心元件是扫描探针。探针的构造和质量对可达到的表面分析的分辨率具有决定性的作用。对于探针的制造创立了不同的方法，该方法要么建立在单晶硅蚀刻的基础上，要么优选的是建立在氮化硅薄膜的基础上。由US5753912 —扫描探针显微镜探针已是众所周知的，带有一稍长形的支撑元件，并且带有一从支撑元件端面上伸出的、支撑一探针头的弹簧杆，该弹簧杆布置在支撑元件的前端面上。弹簧杆从前端面上伸出，其中支撑元件具有一梯形的横截面形状。弹簧杆布置在端面的两个端面边棱的较短的边棱上。由JP8-262040 —原子力显微镜扫描探针和一该扫描探针的加工方法已是众所周知的，它的探针头构成四面体。微型横架由硅或者氮化硅制造，其中探针头成型在微型横架端面上，并且具有通过娃晶体的〈100〉和〈111〉晶面确定的侧面。由EP1359593A1已知另一扫描探针显微镜传感器和一用于该传感器制造的方法，在横架的自由端上带有一从微型横架的表面上伸出的探针头，其中微型横架和三面的探针头由单晶硅〈100〉组成。由JP10-307144已知一带有一支撑元件、一微型横架和一探针头的悬臂片，在该探针头中支撑元件由单晶硅制造，并且具有两个重叠布置的、相互连接的带有不同形状的支撑元件部分。微型横架布置在下面的支撑元件部分上，该支撑元件部分构成十字形。上支撑元件部分具有在扫描探针显微镜探针的支撑元件中常见的形状。由JP5-018740已知一表面扫描探针，带有一微型横架和一连接在上面的探针头，该探针头作为薄膜由氧化硅或者氮化硅制造，并且带有一支撑元件，该支撑元件在分派给横架的一侧具有倾斜的尖角。总的来说扫描探针显微镜的主要缺点是分析的速度太低，因为探针一点一点地在表面上扫描。在这里扫描的速度一方面本身受到扫描机构的限制但是同时受到探针弹簧杆的响应频率的限制。当前在扫描探针显微镜领域的发展是通过新型系统和探针的开发改变这一状况，该探针以明显地更高的速度工作。为了实现在这样的快速扫描探针显微镜的探针中必要的响应频率的提高，同时不改变弹簧杆的刚度，弹簧杆在所有尺寸上必须明显地被缩小。典型地该高频弹簧杆的长度在20微米以下、它的宽度在5微米以下、并且它的厚度明显地在I微米以下，并且因此至少在长度和厚度上比现在通常的扫描探针显微镜探针的弹簧杆大约小十倍。尺寸的缩小尤其是对弹簧杆的长度和厚度的可复制性提出了高的要求，通常使用的扫描探针显微镜探针的制造方法不能满足该要求。而对于厚度波动的降低已经有在蚀刻停止层技术的基础上借助于在原材料中附加的中间层(例如硅绝缘体基片、注入中间层等等)的众多的途径，但迄今为止提出的对弹簧杆的长度确定的解决办法是不够的。由于在蚀刻的原始平面和弹簧杆之间大的垂直距离通常使用的弹簧杆长度通过支撑元件的侧面确定的方法是非常不精确的。在蚀刻面的倾斜度中的波动和/或者原材料总厚度的波动导致显著的弹簧杆长度的变化，该变化对于短弹簧杆是不可接受的。同时在弹簧杆装配到单独制造的支撑元件上时、例如通过阳极化结合对于要达到的杆的尺寸装配的波动太大，因此该方法在非常小的弹簧杆时不能使用。对于该问题通常解决的途径是弹簧杆的结构被明显的加宽，该宽度通常超过本来的弹簧杆宽度的许多倍。该成形加工的目标是，实现一在一定程度上由蚀刻确定工序确定的弹簧杆，该弹簧杆固定在一短的、非常宽的悬臂上(上面所提到的加宽)。支撑元件蚀刻过程的公差因此从本来的弹簧杆转移到该悬臂的长度上。但是实际上悬臂的长度对总的弹簧杆的振动特性具有大的影响，本来的弹簧杆挂在该悬臂上，因此该振动特性又显著地取决于支撑元件蚀刻过程的公差。作为可选择的用于弹簧杆事后成形加工的借助于通过聚焦的离子束去除的已知的方法虽然可实现这一目的，但却是昂贵的单件生产工序。除了这些一般由缩小的尺寸引起的带有弹簧杆和集成的探针头的这种扫描探针显微镜探针制造的困难之外在缩短的弹簧杆时明显地尖锐化了代替探针头支撑元件无经意的放上的问题。探针通常在相对于待检查的试样表面典型地8到15度的稍斜的角度下被装配在扫描探针显微镜中。因此探针的支撑元件在弹簧杆固定点的区域中非常靠近试样的表面，因此支撑元件的尖角在探针大约几度的轻微侧倾斜时可能坐到试样表面上。这将防碍设定的功能，并且可能地甚至破坏待检查的试样。为了防止这件事情发生，在现在常用的探针中支撑元件被这样加工，以便在弹簧杆夹紧的一侧产生尽可能短的边棱，以使由杆的长度、探针头的高度和探针的装配角度产生的间距足够避免在探针轻微倾斜时支撑元件尖角的放上。支撑元件倾斜的尖角是通过本来的弹簧杆的明显更宽的宽度在同时保证整个探针的可操纵性时最经常使用的结构形式，该尖角导致在弹簧杆上短的边棱。该描述的支撑元件短边棱的制造在通常使用的加工方法如湿式化学各向异性掏蚀时受到明显的波动，因此该成形加工不能毫无问题地形成更小的弹簧杆和为此必需的支撑元件边棱明显的缩小。同样可选择的方法，如支撑元件侧面的锯开碰到它的极限，因为这里只有平行于弹簧杆方向取向的侧面能实现。但是相对于倾斜锯开的足够狭窄的支撑元件由于它的微小的宽度不具可实施性。
技术实现思路
因此，本专利技术以该任务为依据，提出一种带有短的弹簧杆的扫描探针显微镜探针，在该弹簧杆中支撑元件或者短边棱的尖角在探针侧倾斜几度时不可能坐到试件的表面上，弹簧杆布置在该短边棱上。本专利技术另外的任务是，提出一种用于要实现的扫描探针显微镜探针制造的方法。根据本专利技术该任务通过带有权利要求I所述特征的扫描探针显微镜探针以及带有权利要求12所述特征的用于它制造的方法获得解决。本专利技术的基本构思是，给予支撑元件一特殊的形状，在该形状下探针头到位于最近的支撑元件表面纵侧边棱的侧面间距相对于传统的探针明显被缩小和/或者在支撑探针头的弹簧杆正面和分派的支撑元件表面之间的间距相对于通常的探针明显被扩大。根据本专利技术的扫描探针显微镜探针具有一带有基本上梯形的横截面形状的稍长形的支撑元件，其中在支撑元件的前端面上的弹簧杆布置在一端面边棱上，优选的是布置在宽的端面边棱上。基本上梯形的横截面形状也被理解为矩形的和/或者阶梯形的横截面。此外，一由探针头和一假想的、通过分配给端面边棱的临界的尖角平行于支撑元件背面的侧面纵向边棱延伸的直线构成的平面相对于端面边棱构成一至少5度的倾斜角。其中， 临界尖角被理解为这样的尖角，该尖角在扫描时离试样最近。当在前端面边棱上在弹簧杆两侧每次构成两个尖角时，例如构成棱角的形状，那么这样的尖角被看作临界尖角，该尖角具有到弹簧杆最小的距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
扫描探针显微镜探针（１），带有一细长的支撑元件（２），并且带有一从支撑元件（２）端面上伸出的、支撑一探针头（５）的弹簧杆（３），该弹簧杆布置在探针（１）的支撑元件（２）的前端面（１２）上，并且在那里从前端面（１３）上伸出，其中支撑元件（２）具有一在端面（１３）上带有较长的端面边棱（１５′）和短的端面边棱（１５″）、以及在端面（１３）的端面边棱（１５′，１５″）的一个上带有临界的尖角（１６）的基本上梯形的横截面形状，该临界的尖角在扫描时离试样最近，其特征在于，支撑元件（２）具有一细长的凸起（４），该凸起沿着支撑元件（２）和弹簧杆（３）的纵向延伸，其中凸起（４）构成一基本上梯形的横截面形状，并且弹簧杆（３）端面布置在支撑元件（２）的凸起（４）的狭窄的端面边棱（１５）上，并且其中带有弹簧杆（３）的凸起（４）优选的是布置在支撑元件（２）的前端面（１３）的较长的端面边棱（１５′）上，并且从一假想的、通过临界的尖角（１６）的一个平行于支撑元件背面（１４）的侧面纵向侧边棱（２２）延伸的直线和探针头（５）构成的平面相对于端面边棱（１５′）至少具有５度的倾斜角度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T苏尔兹巴赫，C里克特，
申请(专利权)人：纳米世界股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]