[发明专利]带有缩短的弹簧杆的扫描探针显微镜探针

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1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。

背景技术

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US5753912一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JP8-262040一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，并且具有通过硅晶体的<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1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。