[发明专利]原子力显微镜探针装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，特别涉及一种原子力显微镜的探针装置。

背景技术

如今，原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)已广泛应用于半导体样品测试中，其工作原理是通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件（探测针）之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。如图1所示，通常来说，探测针11包括针尖以及微悬臂，将对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定于探针座12，微悬臂另一端的微小针尖接近样品10，当针尖与样品接触时（如图2所示），由于它们原子之间存在极微弱的作用力(吸引或排斥力)，引起微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描时控制这种作用力恒定，带针尖的微悬臂将在垂直于样品表面方向上起伏运动，通过光电检测系统（包括反射镜13及物镜14）对微悬臂的运动变化（偏转）进行扫描，测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面结构信息。

然而，由于不同类型的测试需要使用不同型号的探测针，所以原子力显微镜在使用过程中经常需要更换探测针以完成相应的测试需求。而在换针过程中，需要将想要调换的探测针取出，再将替换的探测针放入探针座中。由于探测针小而轻，给换针的过程增加了操作难度，换针过程中容易发生由于探测针错位或者中途跌落等原因使得探测针的换针失败，此时就需要工作人员暂停机台的运行，检测维护原子力显微镜机台，额外增加了时间成本。

由以上可知，现有技术中，原子力显微镜换针的不确定性很可能耽误测试进程，也会增加不必要的人力负担。因此，有必要提出一种能够提高原子力显微镜换针效率的设计。

发明内容

本发明的主要目的旨在提供一种能够提高原子力显微镜换针效率的设计。

为达成上述目的，本发明提供一种原子力显微镜探针装置，包括探测针和探针座，其中所述探测针包括微悬臂以及设于所述微悬臂一端的针尖，所述微悬臂在其与所述针尖相对的表面上形成有台阶孔；探针座包括吸附件和定位件，所述吸附件包括真空吸附槽以及吸附面，所述真空吸附槽用于使所述探测针吸附于所述吸附面；所述定位件从所述吸附面伸出插入所述台阶孔中并旋转以与所述台阶孔的台阶面抵接。

优选地，所述台阶孔为两段式台阶孔，包括小孔段和大孔段。

优选地，所述定位件包括相连的转动杆及转动条，其中所述转动杆的截面最大尺寸小于所述小孔段的截面最小尺寸；所述转动条的截面形状与所述小孔段的截面形状相配合，其截面最大尺寸大于所述小孔段的截面最小尺寸且小于所述大孔段的截面最小尺寸；其中，所述截面最大尺寸为截面外周边各点至旋转中心的距离最大值，所述截面最小尺寸为截面外周边各点至旋转中心的距离最小值。

优选地，所述转动杆的长度与所述小孔段的深度相同；所述转动条的长度小于所述大孔段的深度。

优选地，所述台阶孔为长方形孔，所述转动条为长方形条。

本发明还提供了一种原子力显微镜探针装置，包括探测针和探针座，其中所述探测针包括微悬臂以及设于所述微悬臂一端的针尖，所述微悬臂中形成有贯穿所述微悬臂的通孔；所述探针座包括吸附件和定位件，所述吸附件包括真空吸附槽以及吸附面，所述真空吸附槽用于使所述探测针吸附于所述吸附面；所述定位件从所述吸附面伸出插入所述通孔中并旋转以与所述微悬臂设有针尖的表面抵接。

优选地，所述定位件包括相连的转动杆及转动条，其中所述转动杆的截面最大尺寸小于所述通孔的截面最小尺寸，所述转动条的截面形状与所述通孔的截面形状相配合且其截面最大尺寸大于所述通孔的截面最小尺寸；其中，所述截面最大尺寸为截面外周边各点至旋转中心的距离最大值，所述截面最小尺寸为截面外周边各点至旋转中心的距离最小值。

优选的，所述转动杆的长度与所述通孔的深度相同。

优选地，所述通孔为长方形孔，所述转动条为长方形条。

本发明在保证原子力显微镜(AFM)的检测效果的前提下，通过改进的探针装置，在真空吸附探测针之前通过定位件将探测针定位于探针座，有效地避免了换针过程中由于探针小而轻造成的探针错位，跌落或位置不正等问题，提高了不同探测针之间交换的成功率。进一步的提高了AFM机台的换针效率，节省了因为换针不成功而造成的人力和时间的损失，也提高了AFM机台的利用率。

附图说明

图1为现有技术中原子力显微镜的结构示意图；

图2为现有技术中原子力显微镜的探测针与样品接触的示意图；

图3为本发明一实施例原子力显微镜的探测针的侧视图和后视图；