专利名称:带有缩短的弹簧杆的扫描探针显微镜探针的制作方法
技术领域：
本发明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。
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 —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。[0011]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。
发明内容
因此，本发明以该任务为依据，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。本发明另外的任务是，提出一种用于要实现的扫描探针显微镜探针制造的方法。
根据本发明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。
本发明的基本构思是，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。
根据本发明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，并且将首先放到试样表面上。另外，支撑元件从带有弹簧杆的探针的前端面到处于对面的探针的后端面的加宽是有意义的，以便改善探针的可操作性，因此探针侧面可被倾斜直到5度，朝向试样的支撑元件端面边棱不会接触到试样的表面，为此试样的损坏很大程度上被排除。
此外，支撑元件具有一稍长形的凸起，该凸起沿着支撑元件的纵向方向延伸，其中至少凸起构成具有基本上梯形或者矩形的横截面形状，并且弹簧杆在端面布置在支撑元件凸起的狭窄的端面边棱上。
通过凸起在支撑元件上的实现，弹簧杆固定在它的狭窄的端部上，并且它的高度补偿探针可能的侧面倾斜，尤其是在小的短的弹簧杆时可靠地避免了支撑元件放在试件表面上。通过带有支撑元件的临界尖角的边棱从后支撑元件面确定转移到前支撑元件面上，弹簧杆位于该前支撑元件面上，可进行更简单的、并且尤其是可复制的加工。
由于扫描探针显微镜测量系统的加工公差，并且由于探针装配的公差典型的最大的倾斜在一直到5度的数量级上。在这样的倾斜时，支撑元件边棱可以可靠地被避免放到试样表面上，当凸起或者在上面固定的弹簧杆的高度H相对于支撑元件边棱的长度L适用于
tan (5。) L/2 < H 时
由此以近似的方式得出
H > L/20
根据本发明的扫描探针显微镜的传感器的结构形式是优选的，在该结构形式中在支撑探针头的弹簧杆背面和支撑凸起的支撑元件背面之间的垂直距离至少是支撑元件端面边棱宽度的1/20，带有在上面固定的弹簧杆的凸起布置在该边棱上。
有利的方式是支撑元件和弹簧杆的原材料是单晶硅，并且至少支撑元件的端面由硅晶体的〈111〉晶面构成，弹簧杆固定在该支撑元件上。此外这是有利的，当原材料具有集成的蚀刻停止层时，以便确定弹簧杆的厚度。[0028]在扫描探针显微镜探针的另一优选的结构中，支撑元件连同凸起由一种材料组成，并且弹簧杆由第二种材料组成。此外作为支撑元件和凸起的材料可以设有玻璃或者硅，并且作为弹簧杆的材料可设有非晶态的薄膜。
在本发明的另一结构形式中支撑元件、凸起和弹簧杆分别由不同的材料组成。支撑元件的材料可以是玻璃、凸起的材料可以是硅、并且弹簧杆的材料可以是非晶态的薄膜。
在本发明的结构形式中，支撑元件的侧面和凸起的侧面可具有一致的倾斜度，并且相互成阶梯形连接。此外本发明的一结构形式是优选的，在该结构形式中至少端面具有一侧凹的形状，弹簧杆固定在该端面上。此外这是有利的，当支撑元件的纵向侧面优选的是相互沿着弹簧杆的方向走向。在这样的结构形式中，支撑元件侧面在弹簧杆之下优选的是至少部分地通过硅晶体的〈111〉晶面构成，并且〈111〉晶面受到制造的限制通过作为蚀刻过程的停止线的横线确定，该横线在弹簧杆一侧支撑元件的背面之上相对于弹簧杆方向正交走向。
按照根据本发明的方法，根据本发明的扫描探针显微镜探针可以由一件制造，或者至少弹簧杆首先单独被加工，并且紧接着与支撑元件、并且当存在时、优选的是与它的凸起相连接。与此同时支撑元件，如果它具有一凸起，可被整体加工，或者由两个拼合的部件组成。
根据本发明的方法，有利的方式是至少具有两个紧接着的加工工序。首先带有或者没有凸起的弹簧杆和支撑元件的形状通过蚀刻工序从原材料的第一材料面起形成。然后弹簧杆的厚度通过蚀刻从原材料处于对面的另外的第二材料面起调整。与此同时优选的是支撑元件的侧面纵向侧面从原材料的第一材料面加工出，并且端面，弹簧杆固定在该端面上，从原材料另外的第二材料面起加工出。
在有利的方法过程时在支撑元件的纵向侧面和/或者凸起以及弹簧杆形状通过各向异性蚀刻从原材料的第一材料面加工出之后，并且在原材料的每个材料面包括蚀刻的结构用耐蚀刻的保护膜覆盖之后从另一材料面起在支撑元件的探针的前后端面上进行侧面的蚀刻。此外，尤其是前端面这样被加工，弹簧杆在该端面上伸出，当蚀刻从第二材料面同样借助于各向异性湿式化学方法完成时，并且保护膜在蚀刻过程之后被选择性地去除。
优选的是扫描探针显微镜探针的制造用下面的工序进行，在该工序中首先弹簧杆由在娃片的第一材料面上在蚀刻停止层之上的娃层加工出。然后娃片的第一材料面包括蚀刻的结构用耐蚀刻的保护膜覆盖，紧接着在耐蚀刻的保护膜中开一个窗口，该窗口把弹簧杆排除在外，并且同时确定支撑元件的蚀刻停止线，该蚀刻停止线确定弹簧杆的长度。然后借助于湿式化学各向异性方法在打开的窗口之内这样蚀刻硅，以使弹簧杆通过掏蚀被完全剥露出来，并且在弹簧杆之下构成硅晶体〈111〉晶面。紧接着借助于湿式化学各向异性方法支撑元件从硅片的第二材料面这样被加工出，以使硅晶体〈111〉晶面构成蚀刻过程的侧面，该侧面与事先由处在对面的硅片的第一材料面构成的在弹簧杆之下的〈111〉晶面会合。湿式化学各向异性蚀刻方法被继续进行，以便至少在弹簧杆之下的区域中形成一新的带有侧凹的侧面轮廓的〈111〉晶面，其中对在两个从前面和背面蚀刻的〈111〉晶面之间位于敞开的表面的快速蚀刻侵蚀被充分利用。最后保护膜被有选择地去除。
此外，对于凸起的形成合适的是，在保护膜去除之后另一保护膜被涂敷到包括蚀刻面的硅片的背面上，并且然后借助于各向异性蚀刻方法从硅片的前面由支撑元件中加工出凸起，该凸起同时包括弹簧杆。紧接着新的保护膜又被有选择地去除。
下面结合附图借助于不同的实施例详细说明本发明。本发明的其它特征由附图和它与权利要求
所述相连系的说明得出。单个的特征在本发明的不同的结构形式中本身可以单独地或者组合地被实现。
其中在示意图中
图I表示的是一带有凸起的第一种根据本发明的扫描探针显微镜传感器；
图2表示的是一根据图I所示在没有蚀刻停止层的原材料中同时进行的传感器的弹簧杆和凸起的成形加工；
图3表示的是一根据图I所示在没有蚀刻停止层的原材料中连续进行的传感器的弹簧杆和凸起的成形加工；
图4表示的是一根据图I所示在带有蚀刻停止层的原材料中连续进行的传感器的弹簧杆和凸起的成形加工；
图5表示的是根据图I所示带有紧接着的传感器的拼合的支撑元件、凸起和弹簧臂的分开制造和成形加工；
图6表示的是根据图I所示带有紧接着的传感器的拼合的支撑元件和带有弹簧杆的凸起的分开制造和成形加工；
图7表示的是一带有侧凹侧面的第二种根据本发明的扫描探针显微镜探针；
图8表示的是根据图7所示的扫描探针显微镜探针的成形加工的制造过程；
图9表示的是一带有侧凹侧面并且带有凸起的第三种根据本发明的扫描探针显微镜探针；并且
图10表示的是由图9所示的扫描探针显微镜探针的成形加工的制造过程。
具体实施方式
在实施例的说明中涉及到上面、下面、正面、背面和这一类的扫描探针显微镜探针通常的使用位置的概念，在该扫描探针显微镜探针中，弹簧臂用一个指向下面的探针头从上面扫描位于下面的试样。在附图中为了表示通常遮住的细节跟使用位置相反探针用指向上面的探针头绘出。
图I表示了一带有支撑元件2的扫描探针显微镜探针1，在该支撑元件中弹簧杆3从一细长形的凸起4开始，该凸起由支撑元件2支撑。弹簧杆3 —般地在弹簧杆背面6上支撑着一远离支撑元件2的探针头5。支撑元件2侧面具有一纵向侧面7，并且凸起4具有一纵向侧面8，以及后横向侧面9、10，该横向侧面分别连接两个纵向侧面7或者8。在前端面12上，弹簧臂3在该端面上伸出，一共同的前端面13位于探针I的后端面11上的横向侧面9、10的对面。凸起4从支撑元件2的支撑元件背面14上凸出来，并且以到它的纵向侧边22相同的侧面距离排列。通过凸起4决定的弹簧杆3相对于支撑元件2的背面14提高的位置弥补了扫描探针显微镜探针I的可能的侧面倾斜。
扫描探针显微镜探针I的支撑元件2和凸起4具有一梯形的横截面形状，其中弹簧杆3布置在凸起4的前端面13的前狭窄的下端面边棱15上。凸起4位于支撑元件2的、前尖角16的中间，该前尖角通过两个端面边棱15'、15"的较宽的端面边棱15'相连接，其中细长形的凸起4沿着支撑元件2和弹簧杆3的纵向方向在支撑元件2的长度的一部分上延伸。与此同时探针I的形状不仅可通过弹簧杆3和凸起4和支撑元件2的同时进行的蚀刻工艺确定而且可通过在分开的工序中相互独立的加工实现。
在第一种情况下，典型地凸起4和弹簧杆3，如在图2a至图2d中在前视图和侧视图中表示的，在支撑元件2的背面14上同时由原材料17从第一材料面18起加工出，并且弹簧杆3紧接着由另外的第二材料面19，可能地与本来的支撑元件2的加工一同减薄到额定厚度，其中原材料17的第二材料面19构成支撑元件2的正面27。
同时在其它的附图中，背面14归入第一材料面18，并且支撑元件2的正面27归入第二材料面19。但是同时可选择的方案是，如在图3a至图3d中在同样的视图中表示的，弹簧杆3厚度的确定可在凸起4和弹簧杆3加工之前通过薄的膜片20的实现而完成(图3a、b)。弹簧杆3和凸起4紧接着由膜片20和以后的支撑元件2的实心的原材料17加工 出(图 3c、d)。
在单独加工的情况下，弹簧杆3和凸起4在两个相互分开的工序中实现。通常首先弹簧杆3的形状由原材料17从第一材料面18加工出，紧接着被保护起来，并且在弹簧杆3周围加工出凸起4。但是，该顺序颠倒过来同样是可行的。如在上面所描述的同时进行加工的方案中弹簧杆3的厚度要么可以第二材料面19为出发点通过原材料17的事后的减薄被实现，要么可通过原材料17的事前的减薄被实现。
在使用单晶硅作为原材料17加工探针I时，凸起4和弹簧杆3的加工从第一材料面18根据已知的通常的湿式化学或者干式化学各向异性的蚀刻方法的一种通过蚀刻完成。同样材料17的减薄从处在对面的第二材料面19起通过湿式化学各向异性的蚀刻完成，因为在这里在晶体结构的充分利用下产生倾斜的端面13，该端面在探针I使用时显示出更好的可接近性的优点，在该探针中通常一激光束聚焦在弹簧杆3上。但是通常具有垂直的侧壁的各向异性干式化学方法同样也是可行的。
一凸起4和弹簧杆3分开加工的特殊情况由带有集成的蚀刻停止层21的原材料17的利用获得，如在图4a至4f中示意绘出的。在单晶硅的情况下这样的蚀刻停止层21例如可以通过集成的二氧化硅层(所谓的氧化硅基片或者绝缘体硅基片)或者通过高浓度的硼的注入产生。这样集成的蚀刻停止层21可以利用，以便以高精度调节弹簧杆3的厚度，当弹簧杆3在蚀刻停止层21之上由薄的可以极度均匀的厚度加工的层实现时，而支撑元件2基本上在蚀刻停止层21之下被从剩下的原材料17中加工。在上面描述的减薄过程中，蚀刻停止层21防止了弹簧杆厚度变化的扩大。借助于两级方法用于降低支撑元件2放到试件上的风险的上面描述的凸起4的实现为此不受影响。
在探针I的情况下，该探针不是通过由同样的原材料17加工出，而是通过事先分开实现的弹簧杆3和支撑元件2的拼合被实现，所述的凸起4，如图5a-5e所示，同样可以在拼合之前被集成到支撑元件2上。对此可选择的方案凸起4也可以与弹簧杆3 —起加工，其中然后凸起4与弹簧杆3 —起，如在图6a-6f中示意绘出的，被装配到支撑元件2上。在合适的材料和蚀刻方法的选择时，凸起4也可以在拼合之后再由支撑元件2中加工出，尤其是蚀刻出。
所描述的带有凸起4的支撑元件2的形状的另一特殊情况是支撑元件2的纵向侧面7的构成以及凸起4的纵向侧面8的构成具有一相同的倾斜度，并且侧面7对侧面8具有一成阶梯形的过渡。通过支撑元件2和凸起4的特殊的横截面形状，探针I也可以显著地倾斜，如它对扫描探针显微检查的有些应用所必需的，没有支撑元件2放到试样表面上的风险。
由不同的第一或者第二材料面18、19 分开成形带有侧面的纵向侧面7、8和重要的端面13的方法的主要优点是在利用各向异性湿式化学硅蚀刻时不形成明显的尖角。因此跟仅从原材料17的一个材料面18、19起带有使支撑元件2和凸起4具有一种结构的传统的方法相反，支撑元件2的尖角16也精确地通过硅单晶的缓慢的蚀刻的〈111〉晶面确定。
根据本发明，在探针I中根据图7所示弹簧杆3的长度的精确的、均质的和能复制的确定通过一由原材料17的相同的第一材料面18在弹簧杆3和支撑元件2之间过渡的蚀刻的结构实现。其中，如通常在表面显微机械技术中，弹簧杆3通过覆盖的弹簧杆3侧面的掏蚀剥露出来。紧接着从处在对面的原材料17的第二材料面19进行支撑元件2的真正的加工，在该材料面中处在弹簧杆3之下的原材料17的多余的材料同时被去除。
在使用单晶硅作为支撑元件2的原材料17和各向异性湿式化学蚀刻方法时可以利用晶体〈111〉晶面极低的蚀刻率，以便确定在弹簧杆3之下的支撑元件2的端面13。在硅晶体合适的取向时弹簧杆3的掏蚀精确地停止在与弹簧杆的纵轴线垂直的在弹簧杆3旁边确定的蚀刻停止线25处。通常在弹簧杆3之下产生的蚀刻面首先是倾斜的。当紧接着的蚀刻从原材料17的处于对面的第二材料面19这样进行，以使蚀刻面与事先由第一材料面18构成的弹簧杆掏蚀的端面13会合，并且在蚀刻面会合之后充分地过蚀时，那么在弹簧杆3之下构成一侧凹的〈111〉晶面作为端面13，该端面精确地在事先确定的蚀刻停止线25处在弹簧杆3旁边结束。在原材料17的第一材料面18和第二材料面19之间调整存在的误差以及原材料17的厚度波动仅仅作为在收缩边棱26之下不同大小的飞边对支撑元件2的前端面13产生影响。但是，可选择的方案是在完整的端面13构成之前，过蚀也可以已经被中断。应仅仅直接在弹簧杆3之下侧凹〈111〉晶面已经被构成。以该方式一按照图7构成的带有一侧凹的端面13的形状的扫描探针显微镜探针I可以被制造出。
当弹簧杆3在上面所描述的实施例中同样由硅组成时，那么带有集成的蚀刻停止层21的原材料17的使用是必须的。弹簧杆3并且可能地集成的探针头5首先由上面的硅层、即从原材料17的第一材料面18借助于湿式化学或者干式化学的蚀刻方法根据图8a、b的图样加工出，并且紧接着用一合适的保护膜23例如二氧化硅或者氮化硅保护膜覆盖，如图8c所示。紧接着，支撑元件2的蚀刻停止线25被蚀刻确定，其中弹簧杆3同样必须保持被保护，参见图8d、e。在紧接着的弹簧杆3的掏蚀时，集成的蚀刻停止层21防止了对弹簧杆3背面的蚀刻侵蚀，如图8f、g、h清楚地表明的。
用于弹簧杆3的长度精确确定的方法可与带有凸起4的支撑元件2的方案相组合(图9)。为此，如在图10a、b中所不，在弹黃杆3从弟一材料面18起蚀刻之后围绕着弹黃杆3的窗口必须首先被打开，并且该窗口被完全掏蚀。紧接着支撑元件2从第二材料面19起被用足够的过蚀蚀刻，因此在弹簧杆3之下产生侧凹的〈111〉晶面。这时支撑元件2的第二材料面19连同从该面出发蚀刻的端面9、10、13还必须用适当的例如二氧化硅或者氮化硅保护膜23保护，并且从第一材料面18起蚀刻出凸起4。最后保护膜23根据图IOc选择性地被去除。[0064]在图7和图9中，在支撑元件2的蚀刻停止线25、收缩边棱26和上面27之间的蚀刻面彼此未按比例表示。此外，在收缩边棱26之下的蚀刻面、 即沿着弹簧杆3的方向相对于支撑元件2的剩余部分在高度上为了表示清楚放大了好几倍绘出。特别是在图9中，凸起4由原材料17在收缩边棱26和蚀刻停止层21之间加工出，因此收缩边棱26离蚀刻停止层21的距离在两个在图7、9中表示的实施例中基本上是相同的。端面13组合了所有端面的蚀刻面，该蚀刻面从支撑元件2的上面27 —直延伸到蚀刻停止层21。
权利要求
1.用于扫描探针显微镜的探针(I)，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)，其中支撑元件(2)沿着弹簧杆(3)的纵向方向具有一基本上梯形的轮廓，该轮廓在前端面(13)上带有相互平行延伸的较长的横向边棱(15')和较短的横向边棱(15")，并且在前端面(13)的所述较长的横向边棱(15')上带有临界的尖角(16)，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)的纵向延伸，并且该凸起(4)沿着支撑元件(2)的纵向具有一基本上梯形的轮廓，带有一与支撑元件(2)的所述横向边棱(15'，15")平行地间隔距离地在所述前端面(13)上延伸的、与横向边棱(15'，15")相比缩短的端面横向边棱(15)，其中所述弹簧杆(3)在支撑元件⑵的凸起⑷的端面横向边棱(15)上突出地布置，并且其中该凸起⑷连同弹簧杆(3)设置在支撑元件⑵的前端面(13)的较长的横向边棱(15')上，并且一假想的、由一条与所述支撑元件(2)的两个侧面纵向侧边棱(22)平行地穿过所述临界的尖角(16)延伸的直线和探针头(5)确定的平面相对于所述支撑元件(2)的在扫描时离试样最近的那条横向边棱(15'，15")至少具有5度的倾斜角度。
2.根据权利要求
I所述的探针，其特征在于，在支撑着探针头(5)的弹簧杆背面(6)和支撑着凸起(4)的支撑元件背面(14)之间的垂直距离H至少是支撑元件(2)的所述较长的横向边棱(15')的宽度L的1/20，带有在上面固定的弹簧杆(3)的凸起(4)布置在该较长的横向边棱(15')上。
3.根据权利要求
I所述的探针，其特征在于，支撑元件(2)和弹簧杆(3)的原材料(17) 是单晶硅，并且至少支撑元件(2)的前端面(13)由硅晶体的〈111〉晶面构成，弹簧杆(3)固定在该支撑元件上。
4.根据权利要求
3所述的探针，其特征在于，作为原材料(17)具有集成的蚀刻停止层(21)，以便确定弹簧杆(3)的厚度。
5.根据权利要求
I所述的探针，其特征在于，支撑元件(2)包括凸起(4)由一种材料组成，并且弹簧杆(3)由第二种材料组成。
6.根据权利要求
5所述的探针，其特征在于，支撑元件(2)和凸起(4)由玻璃或者硅组成，并且弹簧杆(3)由非晶体的薄膜组成。
7.根据权利要求
I所述的探针，其特征在于，支撑元件(2)、凸起(4)和弹簧杆(3)分别由不同的材料组成。
8.根据权利要求
7所述的探针，其特征在于，支撑元件(2)由玻璃、凸起(4)由硅、并且弹簧杆(3)由非晶体的薄膜组成。
9.根据权利要求
I所述的探针，其特征在于，支撑元件⑵的纵向侧面(7)和凸起(4)的纵向侧面(8)具有一致的倾斜度，并且相互成阶梯形地连接。
10.根据权利要求
9所述的探针，其特征在于，至少前端面(13)具有一侧凹的形状。
11.根据权利要求
I所述的探针，其特征在于，所述前端面(13)在弹簧杆(3)的下方至少部分地通过硅晶体的〈111〉晶面构成，并且〈111〉晶面受到制造的限制通过横线(25)确定，该横线在支撑元件(2)的弹簧杆一侧的背面(14)之上相对于弹簧杆方向正交走向。
12.用于根据前面的权利要求
1-4或者9-11中任一项所述的用于扫描探针显微镜的探针(I)制造的方法，其中，该探针(I)带有一支撑元件(2)和一连接在该支撑元件上的弹簧杆(3)，该弹簧杆(3)在其自由端处支撑一探针头(5)，其特征在于下面的工序 弹簧杆⑶和带有凸起⑷的支撑元件⑵的形状通过蚀刻工序从原材料(17)的第一材料面(18)起构成,并且 弹簧杆(3)的厚度通过蚀刻原材料(17)的另外处于对面的第二材料面(19)来调整。
13.根据权利要求
12所述的方法，其特征在于，支撑元件(2)的纵向侧面(7)从原材料(17)的第一材料面(18)加工出，并且前端面(13)从原材料(17)的第二材料面(19)加工出，弹簧杆(3)固定在该前端面上。
14.根据权利要求
12或13所述的方法，其特征在于下面的工序探针⑴的支撑元件⑵的纵向侧面⑵和凸起⑷的纵向侧面⑶以及弹簧杆形状 (3)通过各向异性蚀刻从原材料(17)的第一材料面(18)加工出， 原材料(17)的第一材料面(18)包括蚀刻的结构用耐蚀刻的保护膜(23)覆盖， 至少支撑元件(2)的前端面(13)以原材料(17)的对面的第二材料面(19)为出发点借助于各向异性湿式化学方法进行蚀刻，并且保护膜(23)有选择地去除。
15.根据前面的权利要求
12或13所述的方法，其特征在于， 将一种具有位于内部的蚀刻停止层(21)并具有第一材料面(18)和第二材料面(19)的硅片用作原材料(17)，并且首先弹簧杆(3)由在蚀刻停止层(21)之上的硅层从硅片的第一材料面(18)加工出， 然后硅片的材料面(18)包括蚀刻的结构用耐蚀刻的保护膜(23)覆盖， 紧接着在耐蚀刻的保护膜(23)中开一窗口，该窗口把弹簧杆(3)排除在外，并且同时确定支撑元件(2)的蚀刻停止线(25)，该蚀刻停止线确定弹簧杆(3)的长度， 然后借助于湿式化学各向异性方法在打开的窗口之内这样蚀刻硅，以使弹簧杆(3)通过掏蚀被完全剥露出来，并且在弹簧杆(3)之下形成硅片的〈111〉晶面， 然后借助于湿式化学各向异性方法将支撑元件(2)从硅片的第二材料面(19)这样被加工出，以使硅晶体的〈111〉晶面构成蚀刻过程的前端面(13)，该端面与事先由处在对面的硅片的第一材料面(18)构成的在弹簧杆(3)之下的〈111〉晶面会合， 紧接着湿式化学各向异性蚀刻方法一直继续进行，以便至少在弹簧杆(3)之下的区域中形成一新的带有侧凹的侧面轮廓的〈111〉晶面，其中对在两个从前面和背面蚀刻的〈111〉晶面之间的处于敞开的表面的快速蚀刻侵蚀被充分利用，并且最后保护膜(23)被有选择地去除。
16.根据前面的权利要求
15所述的方法，其特征在于， 在保护膜(23)去除之后，另一保护膜(23)被涂敷到包括蚀刻侧面的硅片的第二材料面(19)上， 然后借助于各向异性蚀刻方法从硅片的第一材料面(18)由支撑元件(2)中加工出凸起(4)，该凸起同时包括弹簧杆(3)， 最后新的保护膜(23)又被有选择地去除。
17.用于制造根据前面的权利要求
5-8中任一项所述的用于扫描探针显微镜的探针(I)的方法，该探针(I)带有一支撑元件(2)和一连接在该支撑元件上的弹簧杆(3)，该弹簧杆在其自由端处支撑一探针头(5)，其特征在于，至少弹簧杆(3)首先被单独加工，并且紧接着与凸起⑷相连接，其中支撑元件⑵和凸起⑷能够被整体加工或者能够 被拼合。
专利摘要
本发明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。
文档编号G01Q60/38GKCN101540209 B发布类型授权 专利申请号CN 200910127659
公开日2012年10月24日 申请日期2009年3月19日
发明者C·里克特, T·苏尔兹巴赫 申请人:纳米世界股份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (6),