CN103852600B - 原子力显微镜探针装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原子力显微镜探针装置，包括探测针和探针座。所述探测针包括微悬臂以及设于所述微悬臂一端的针尖，所述悬臂远离所述针尖的另一端的侧表面形成有狭槽。探针座包括吸附件和定位件。所述吸附件具有吸附面，该吸附面上开设有与抽真空部件连通的导气槽，用于使所述探测针吸附于所述吸附面。所述定位件包括本体以及设于所述本体下端的狭槽贴片，所述狭槽贴片与所述狭槽的形状相配合；所述本体滑设于所述吸附件的两侧且于第一位置和第二位置之间移动以使所述狭槽贴片嵌入所述狭槽或从所述狭槽中分离。本发明的原子力显微镜探针装置能够避免换针过程中探针错位，跌落或位置不正等问题。

Description

原子力显微镜探针装置

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(AtomicForceMicroscope，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，所述悬臂远离所述针尖的另一端的侧表面形成有狭槽；探针座包括吸附件和定位件，所述吸附件具有吸附面，所述吸附面上开设有与抽真空部件连通的导气槽，用于使所述探测针吸附于所述吸附面；所述定位件包括本体以及设于所述本体下端的狭槽贴片，所述狭槽贴片与所述狭槽的形状相配合；所述本体滑设于所述吸附件的两侧且于第一位置和第二位置之间移动以使所述狭槽贴片嵌入所述狭槽或从所述狭槽中分离。

优选地，所述本体包括导引件和连接件，所述连接件设于所述吸附件的两侧并连接所述导引件和所述狭槽贴片；所述导引件滑动地设置于所述吸附件的顶面。

优选地，所述吸附件的侧面或顶面设有容置槽；所述本体包括导引件和连接件，所述连接件设于所述吸附件的两侧并连接所述导引件和所述狭槽贴片；所述导引件滑动地设置于所述容置槽中。

优选地，所述本体和所述狭槽贴片为一体成型 。

优选地，所述狭槽形成于所述另一端的侧表面的中心线上。

优选地，所述狭槽的形状为U形。

本发明还提供了一种是用上述原子力显微镜探针装置的方法，包括以下步骤：利用所述抽真空部件将所述探测针吸附于所述吸附面；以及施加外力于所述定位件，将其本体从所述第一位置移动至所述第二位置，以使所述狭槽贴片嵌入所述狭槽。

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后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探针装置的结构示意图；

图4为本发明一实施例探针装置的探测针的示意图；

图5为本发明一实施例探针装置的微悬臂的立体图；

图6为本发明一实施例探针装置的狭槽贴片的立体图；

图7为本发明一实施例探针装置的定位件的立体图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

请参照图3至图7，本实施例所提供的原子力显微镜探针装置包括探测针和探针座。探测针包括固定于探针座的微悬臂110以及设于该微悬臂一端的针尖120。将微悬臂110设置针尖120的表面作为正面，则其与针尖120相对的表面为背面。本实施例中，微悬臂110通过真空吸附固定于探针座中。具体的，探针座包括吸附件210，该吸附件具有一吸附面S，吸附面S上开设有导气槽220，导气槽220与抽真空部件（图未示）连通，利用抽真空部件产生负压使得微悬臂110的背面紧密吸附于吸附面S，由此将微悬臂110固定于探针座。另一方面，为了避免在换针过程中探测针错位脱落等情况的发生，本发明的微悬臂110在其远离针尖120的另一端的侧表面形成有狭槽130，同时探针座还包括具有与该狭槽130对应的狭槽贴片311的定位件310，通过推动定位件310将狭槽贴片311嵌入狭槽130中以达到探测针定位的目的。

以下将对本实施例的探针装置的定位方式加以详细说明。

请参考图5和图6，微悬臂110远离针尖的一端其侧表面形成狭槽130。本实施中狭槽为U字形，且形成于侧表面的中心线上。相对应的，狭槽贴片311的形状与狭槽130配合，也为U字形。在其他实施例中，狭槽的位置和形状也可与本实施例不同。如图7所示，定位件除了狭槽贴片311之外，还包括本体312，本体312滑设于吸附件210的两侧，狭槽贴片311设于本体312的下端。本体312可在第一位置和第二位置之间移动，当本体312从远离针尖端的第一位置向着针尖方向移动至第二位置时，带动其下端的狭槽贴片311插入U形狭槽130中，使得微悬臂110被定位件310卡住而更稳固地定位于探针座。具体来说，定位件的本体312包括导引件312a和连接件312b，其中连接件312b设于吸附件的两侧并连接导引件312a和狭槽贴片311；导引件312a则滑动地设置于吸附件的顶面。如图所示，本实施例中连接件组成定位件的侧壁，其沿着U形狭槽贴片311垂直向上延伸，其上端形成有向内弯折的弯折部作为导引件312a，弯折部贴合于吸附件的顶面，由此，当导引件312a沿着吸附件的顶面滑动时，连接件312b随之沿吸附件的侧面滑动，而狭槽贴片则被推入狭槽中，本体312被套设在定位件中。在图7中，连接件312b在水平面的投影形状与狭槽贴片一致，而在实际应用中，连接件312b也可采用其他形状，如仅在U字形狭槽贴片的两条竖直边向上延伸，或为细长条状（投影不完全覆盖狭槽贴片的外周边）等等，只要满足连接件滑设于吸附件的侧面且连接导引件和狭槽贴片即可。同样的，导引件的形状也并不限于图7中所示的弯折部，如导引件也可为完全覆盖狭槽贴片的矩形而使本体312的顶面封闭，只要满足导引件可在吸附件的表面滑动即可。较佳的，狭槽贴片311、导引件312a和连接件312b为一体成型 。当然，在本发明的其他实施例中，本体与吸附件也可采用其他配合方式。具体来说，吸附件的顶面或侧面中可设有容置槽，导引件滑动地设置于容置槽中，同样可实现本体滑设于吸附件两侧并带动狭槽贴片嵌入狭槽或从狭槽中分离。此外，为防止狭槽贴片311在狭槽130中松动，较佳的，狭槽130的厚度与狭槽贴片311的厚度相匹配，以使狭槽贴片插入狭槽时恰好卡合于狭槽130中。

接下来将对本实施例的原子力显微镜探针装置的使用方法进行说明。

首先将探测针移动至探针座定位件的位置，利用抽真空部件通过导气槽施加负压使微悬臂的背面紧密贴合于吸附面。之后，施加外力推动定位件，使定位件的本体沿着吸附件的侧面从远离针尖的第一位置向针尖方向移动至第二位置，同时狭槽贴片也嵌入到狭槽中，完成探测针与探针座的进一步稳固定位。需要注意的是，在本体从第一位置移动至第二位置的过程中，应确保导气槽未被本体的导引件遮蔽，以避免对真空吸附力产生影响。

综上所述，本发明所提出的探针装置，在保证原子力显微镜检测效果的前提下，通过设置具有狭槽贴片的定位件以及在探测针上设置相应的狭槽，在探针座真空吸附探测针之后将狭槽贴片嵌入到狭槽中，进一步将探测针稳固定位于探针座，如此可避免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。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (7)

1.一种原子力显微镜的探针装置，包括探测针，所述探测针包括微悬臂以及设于所述微悬臂一端的针尖，其特征在于，所述微悬臂远离所述针尖的另一端的侧表面形成有狭槽；所述探针装置还包括：

探针座，其包括：

吸附件，其具有吸附面；所述吸附面上开设有与抽真空部件连通的导气槽，用于使所述探测针吸附于所述吸附面；以及

定位件，其包括本体以及设于所述本体下端的狭槽贴片，所述狭槽贴片与所述狭槽的形状相配合；所述本体滑设于所述吸附件的两侧且于第一位置和第二位置之间移动以使所述狭槽贴片嵌入所述狭槽或从所述狭槽中分离。

2.根据权利要求1所述的原子力显微镜探针装置，其特征在于，所述本体包括导引件和连接件，所述连接件设于所述吸附件的两侧并连接所述导引件和所述狭槽贴片；所述导引件滑动地设置于所述吸附件的顶面。

3.根据权利要求1所述的原子力显微镜探针装置，其特征在于，所述吸附件的侧面或顶面设有容置槽；所述本体包括导引件和连接件，所述连接件设于所述吸附件的两侧并连接所述导引件和所述狭槽贴片；所述导引件滑动地设置于所述容置槽中。

4.根据权利要求1至3任一项所述的原子力显微镜探针装置，其特征在于，所述本体和所述狭槽贴片为一体成型。

5.根据权利要求1所述的原子力显微镜探针装置，其特征在于，所述狭槽形成于所述另一端的侧表面的中心线上。

6.根据权利要求5所述的原子力显微镜探针装置，其特征在于，所述狭槽的形状为U形。

7.一种如权利要求1所述的原子力显微镜探针装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用所述抽真空部件将所述探测针吸附于所述吸附面；以及

施加外力于所述定位件，将其本体从所述第一位置移动至所述第二位置，以使所述狭槽贴片嵌入所述狭槽。