DE10106854B4

DE10106854B4 - Mikro-Tastkopf und Vorrichtung zum Messen einer Probenoberfläche

Info

Publication number: DE10106854B4
Application number: DE10106854A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Shimizu; Yoshiharu Shirakawabe; Hiroshi Takahashi; Chiaki Yasumuro
Original assignee: SII NanoTechnology Inc
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: JP3892198B2; US6664540B2; JP2001228074A; US20010028033A1; DE10106854A1

Abstract

Mikrosonde (10, 50), welche folgendes aufweist: – einen freitragenden Arm, der aus einem ersten Hebelabschnitt (16, 62) mit einem freien Ende und aus einem zweiten Hebelabschnitt (18, 64) mit einem vorderen Endabschnitt (16) gebildet ist, wobei der erste Hebelabschnitt (16, 62) an seinem freien Ende einen Meßtaster (11, 51) aufweist, und wobei der erste Hebelabschnitt (16, 62) von dem vorderen Endabschnitt des zweiten Hebelabschnittes (18, 64) hervorsteht; – einen Halterungsabschnitt (15, 55) zum Halten des zweiten Hebelabschnittes (18, 64); – zumindest ein erstes Piezowiderstandselement (14, 56, 58), welches an einem Abschnitt vorgesehen ist, welcher den zweiten Hebelabschnitt (18, 64) mit dem Halterungsabschnitt (15, 55) verbindet, wobei das zumindest eine Piezowiderstandselement (14, 56, 58) ausgelegt ist, den zweiten Hebelabschnitt (18, 64) relativ zu dem Halterungsabschnitt (15, 55) auszulenken; und – ein zweites Piezowiderstandselement (12, 52), welches an einem Abschnitt vorgesehen ist, welcher den ersten Hebelabschnitt (16,...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrosonde, die aus einem freitragendem Arm mit einem Piezowiderstandselement auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats gebildet wird, und eine Vorrichtung zur Messung von Probenoberflächen, die einen sehr kleinen (im Nanometerbereich) Bereich der Probenoberfläche unter Verwendung der Mikrosonde erfaßt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Aus der Druckschrift D. Lange et al.: „Parallel scanning AFM with on-chip circuitry in CMOS technology”, Twelfth IEEE International Conference an Micro Electro Mechanical Systems, pp. 447–452, 1999, ist eine Mikrosonde in Gestalt eines AFM-Meßsystems bekannt, wobei zwei freitragende Arme als Kraftsensoren für ein parallel abtastendes AFM-System mit einer on-chip Verstärkungsstufe kombiniert sind. Das herkömmliche System weist einen freitragenden Arm auf, der aus einem Hebelabschnitt gebildet ist. An dem freien Endabschnitt dieses Hebelabschnittes ist ein Meßtaster vorgesehen.
Weitere Mikrosondensysteme sind aus den folgenden Druckschriften bekannt:
T. Akiyama et al.: „Characterization of an integrated force Sensor based an a MOS transistor for applications in scanning force microscopy”, Sensors and Actuators A 64, pp. 1–6 (1998);
M. Despont et al.: ”Dual-cantilever AFM probe for combining fast and coarse imaging with high-resolution imaging”, Proceedings IEEE Thirteenth Annual International Conference an Micro Electro Mechanical Systems, pp. 126–31, 23–27 Jan. 2000; und
Y. Zhang et al.: ”Thermally Actuated Microprobes for a New Wafer Probe Card”, Journal of Microelectromechanical Systems 8, pp. 43–49 (1999).
Aus der Druckschrift WO 97/34122 A1 ist eine Mikrosonde bekannt, welche einen ersten freitragenden Arm mit einem ersten Meßtaster und einen zweiten freitragenden Arm mit einem zweiten Meßtaster aufweist.
Die Druckschrift US 5,475,318 A betrifft eine weitere Mikrosonde, welche einen freitragenden Arm mit einem speziellen Meßtaster aufweist.
Derzeit ist als Mikroskop zur Beobachtung eines sehr kleinen Bereichs in der Nanometer-Größenordnung einer Probenoberfläche ein Sonden-Elektronenmikroskop (Scanning Probe Microscope – SPM) bekannt. Auf dem Gebiet der SPM verwendet ein Atomkraftmikroskop (Atomic Force Microscope – AFM) eine Mikrosonde, die aus einem mit einem an ihrem vorderen Endabschnitt versehenen. Meßtaster freitragenden Arm gebildet wird, wobei der Meßtaster des freitragenden Arms veranlasst wird, die Oberfläche einer das beobachtete Objekt bildenden Probe abzutasten, und die zwischen der Probenoberfläche und dem Meßtaster hervorgerufene Atomkraft (Anziehungs- oder Abstoßungskraft) als Betrag der Auslenkung des freitragenden Arms erfaßt wird, wodurch die Form der Probenoberfläche gemessen werden kann.
Es ist bekannt, daß die oben beschriebene Mikrosonden in einen Mikrosondentyp als optischer Fühlhebel und einen Mikrosondentyp mit Selbsterfassung aufgrund eines Systemunterschieds bei der Erfassung des Betrags der Auslenkung des freitragenden Arms eingeteilt werden. Die Mikrosonde des Typs optischer Fühlhebel betrifft eine in einem System eingesetzte Mikrosonde, bei dem ein Laserstrahl einen Endabschnitt des die Mikrosonde bildenden freitragenden Arms bestrahlt und der oben beschriebene Betrag der Auslenkung durch Messen einer Änderung des Reflexionswinkels erfaßt wird, oder ein sog. Detektorsystem mit optischem Fühlhebel.
Die Mikrosonde des Typs optischer Fühlhebel hat den Vorteil, daß ihre Herstellung im Vergleich zum Mikrosondentyp mit Selbsterfassung mit niedrigen Kosten verbunden ist, andererseits hat diese Sonde den Nachteil, daß bei ihrer Verwendung in einem Atomkraftmikroskop der Bestrahlungswinkel des den freitragenden Arm bestrahlenden Laserstrahls, die Stellung einer Photodiode zur Erfassung des vom freitragenden Arm reflektierten Strahls und dgl. vor allem beim häufig erforderlichen Auswechseln des freitragenden Arms fein eingestellt werden müssen, was schwierig und aufwendig ist.
Der Mikrosondentyp mit Selbsterfassung betrifft eine als Piezowiderstandselement ausgebildete Mikrosonde auf einem freitragenden Arm, die in der Lage ist, den Betrag der Auslenkung des freitragenden Arms durch Messen der Änderung des Widerstandswertes zu bestimmen.
Bei Verwendung des Mikrosondentyps mit Selbsterfassung in einem Atomkraftmikroskop ist ein Vorteil dadurch gegeben, daß der Detektor (das Piezowiderstandselement) zur Erfassung des Betrags der Auslenkung des freitragenden Arms an der Mikrosonde selbst ausgebildet ist, so daß bei Auswechseln des freitragenden Arms der aufwendige Arbeitsgang der Justierung der Detektorstellung entfällt, und die Beobachtung der Probe ohne Verzögerung begonnen werden kann. Andererseits ist im Vergleich mit dem Mikrosondentyp als optischer Fühlhebel ein Nachteil dadurch gegeben, daß der Aufbau der Mikrosonde kompliziert wird und es kaum möglich ist, dem Anwender eine Mikrosonde zu einem niedrigen Preis anzubieten.
8 ein Blockschaltbild, das einen Überblick über den Aufbau eines Atomkraftmikroskops gibt, das hauptsächlich den oben beschriebenen Mikrosondentyp mit Selbsterfassung für diese Mikrosonden verwendet. In 8 weist ein Atomkraftmikroskop 200 folgendes auf: eine Mikrosonde 201 (entsprechend dem oben beschriebenen Mikrosondentyp mit Selbsterfassung), die mit einem spitzen Meßtaster 202, der zur Oberfläche einer Probe 203 gerichtet ist, an ihrem vorderen Abschnitt versehen ist, ein XYZ-Stellelement 210 zur Feinverschiebung der Probe relativ zur Mikrosonde 201 in horizontaler Richtung (X-, Y-Richtung) und in vertikaler Richtung (Z-Richtung), einen Antriebsverstärker 212 für das Stellelement zum Erzeugen eines XYZ-Steuersignals für den Antrieb des XYZ-Stellelements 210, eine Generatoreinheit für ein Abtastsignal zum Erzeugen eines Signals (Abtastsignal) für die Feinverschiebung der Probe 203 mit konstanter Geschwindigkeit in einem vorgegebenen Bereich in der oben beschriebenen X- und Y-Richtung, eine Meßeinheit 216 zum Erfassen eines Detektorsignals von einem Detektorabschnitt zur Erkennung der Auslenkung (im oben beschriebenen Detektor: das Piezowiderstandselement) auf der Mikrosonde 201, eine Referenzwert-Generatoreinheit 128 zum Erzeugen eines Detektorwertes in einem stationären Zustand des oben beschriebenen Abschnitts zur Erkennung der Auslenkung, d. h. einen Referenzwert zur Erkennung von Unregelmäßigkeiten der Oberfläche der Probe 203, einen Komparator 220 zum Ableiten eines tatsächlichen Auslenkungsbetrags der Mikrosonde 201 durch Vergleichen der Signale, die jeweils von der Meßeinheit 216 und der Referenzwert-Generatoreinheit 218 bereitgestellt werden, und eine Steuerungseinheit 222 zum Erzeugen eines Signals entsprechend einem Versatz des XYZ-Stellelements 210 in Z-Richtung auf Basis eines vom Komparator 220 gelieferten Signals.
Im folgenden wird die Funktionsweise des Atomkraftmikroskops 200 kurz erläutert. Zunächst befestigt der Anwender die Probe 203, die das zu beobachtende Objekt darstellt, auf einem Objektträger des XYZ-Stellelements 210 und spannt die Mikrosonde 201 an einer davon relativ weit entfernten Stelle ein. Normalerweise ist die Mikrosonde 201 mit einem Elektrodenanschluß versehen, um ein Signal aus dem oben beschriebenen Abschnitt zur Erkennung der Auslenkung an einem Endabschnitt gegenüber dem Meßtaster 202 auszugeben, und normalerweise wird die Mikrosonde 201 getrennt vom Atomkraftmikroskop als an- und abbaubarer Patronentyp bereitgestellt, der die elektrische Verbindung zwischen dem Elektrodenanschluß und der Meßeinheit 216 vereinfacht, die mit einem Endabschnitt an der Seite des Elektrodenanschlusses installiert wird.
Nach Abschluß der schrittweisen Vorbereitung der zu beobachtenden Probe muß die Mikrosonde 201 bis zu einer solchen Nähe zur Probe 203 gebracht werden, daß der Meßtaster 202 zwischen dem Meßtaster 202 und der Oberfläche der Probe 203 Atomkraft erzeugt. Die Näherungssteuerung erfolgt zuerst, wobei die Probe 203 dem Meßtaster 202 mittels eines Grobvorschubmechanismus (nicht dargestellt) in Richtung der Z-Achse im XYZ-Stellelement 210 genähert wird, indem geprüft wird, ob eine vorgegebene Signalstärke aus dem oben beschriebenen Abschnitt zur Erkennung der Auslenkung durch die Meßeinheit 216 erfaßt werden kann.
Der Grobvorschubmechanismus in Richtung der Z-Achse im XYZ-Stellelement 210 erhält vom einem Computer (nicht dargestellt) Befehle zur Steuerung des Betriebs des Atomkraftmikroskops 200 unter einer über den Anwender vorgegebenen Bedingung und wird auf Basis eines Z-Steuersignals, das über den Antriebsverstärker 212 für das Stellelement erzeugt wird, betätigt.
Des weiteren handelt es sich bei der oben beschriebenen vorgegebenen Signalstärke, die in der Meßeinheit 216 erfaßt wird, um ein Signal, das die Erfassung der Atomkraft zwischen dem Meßtaster 202 und der Oberfläche der Probe 203 angibt, deren Wert tatsächlich von einem Signal angegeben wird, das der Komparator 220 ausgibt. In diesem Fall wird der Widerstandswert des Piezowiderstandselements, das den Abschnitt zur Erkennung der Auslenkung bildet, durch andere Bedingungen als die Auslenkung z. B. durch die Temperaturbedingungen oder dgl. verändert, und dementsprechend stellt der Referenzwert der Referenzwert-Generatoreinheit 218, der eine der Vergleichsgrößen für den Komparator 220 bildet, einen Referenz-Widerstandswert zur Beseitigung der unnötigen Änderungsinformation aus der Änderung des Widerstandswertes, der am Abschnitt zur Erkennung der Auslenkung gemessen wird, bereit.
Nach Abschluß der oben beschriebenen Näherungssteuerung wird an der Generatoreinheit 214 zum Erzeugen eines Abtastsignals ein Abtastsignal erzeugt, um eine Bewegung in einem vorgegebenen am oben genannten Computer eingestellten Bereich zu veranlassen, d. h. in einem Ebenenbereich (XY-Bereich) des XYZ-Stellelements. Normalerweise ist das Abtastsignal ein Signal zur Verwirklichung einer sog. Rasterabtastung, wobei nach Abschluß der Abtastoperation in X-Richtung bei einem festen Punkt auf der Y-Achse die Abtastung zu einem Folgepunkt auf der Y-Achse weitergeht und die Abtastoperation in X-Richtung erneut vorgenommen wird.
Das Abtastsignal wird in den Antriebsverstärker 212 für das Stellelement eingegeben, entsprechend verstärkt, so daß die Stromstärke oder Spannung ausreicht, das XYZ-Stellelement 210 anzutreiben und danach in das XYZ-Stellelement 210 als XY-Steuersignal eingegeben. Das XYZ-Stellelement 210 verschiebt dann tatsächlich durch Eingabe des XY-Steuersignals die Probe auf dem Objektträger in X- und Y-Richtung.
Während die Probe 203 in der XY-Ebene wiederholt durch das oben beschriebene XYZ-Stellelement 210 verschoben wird, erfaßt die Meßeinheit 216 stets ein Signal vom Abschnitt zur Erkennung der Auslenkung der Mikrosonde 201, und ein Signal entsprechend dem Betrag der Auslenkung der Mikrosonde 201 wird vom Komparator 220 ausgegeben.
In diesem Fall stehen als Meßarten des Atomkraftmikroskops 200 verschiedene Meßmodi zur Verfügung, etwa der Modus mit konstanter Höhe, bei dem eine konstante Höhe zwischen dem Meßtaster 202 und der Probe 203 nach Durchführung der Näherungssteuerung bezüglich des Betrags der Auslenkung der Mikrosonde 201 als Unregelmäßigkeitssignal der Probe 203 aufrechterhalten wird, und ein Modus mit konstanter Auslenkung zur Steuerung eines Feinvorschubmechanismus (nicht dargestellt) in der Z-Achse des XYZ-Stellelements 210 mittels einer Rückführungsregelung in der Weise, daß der Betrag der Auslenkung der Mikrosonde 201 die Konstante ist und das für die Rückführungsregelung erforderliche Steuersignal als Unregelmäßigkeitssignal der Probe 203 beobachtet wird, und dergleichen mehr, es sei jedoch hier angenommen daß der Modus mit konstanter Auslenkung gewählt wird.
Die Probe 203 wird deshalb im Modus mit konstanter Auslenkung innerhalb eines konstanten Bereichs der XY-Ebene verschoben und in Richtung der Z-Achse durch die Rückführungsregelung des Feinvorschubmechanismus in der Z-Achse fein verschoben. Gleichzeitig werden das XY-Steuersignal und das Z-Steuersignal gemäß der Funktion des oben beschriebenen XYZ-Stellelements 210 in eine Anzeigevorrichtung (CRT) eingegeben, und ein Anwender kann die Oberflächeninformation für die Probe 203 ablesen.
Wie oben erwähnt, ist es jedoch erforderlich, daß das Atomkraftmikroskop 200 mit dem Feinvorschubmechanismus in Richtung der Z-Achse zusätzlich zum Feinvorschubmechanismus in X- und Y-Richtung ausgerüstet ist, um die Feineinstellregelung in Richtung der Z-Achse durchzuführen, was einen Hinderungsfaktor für die Verringerung der Baugröße der das Mikroskop bildenden Vorrichtung darstellt. Des weiteren wird das XYZ-Stellelement im allgemeinen aus piezoelektrischen Elementen gebildet und gilt nicht unbedingt als hinreichend schnell ansprechend und außerdem wird für seinen Antrieb eine erhebliche Leistung benötigt, so daß sogar beim Feinvorschub in Richtung der Z-Achse dieser Feinvorschub einen einer Verringerung der Leistungsaufnahme entgegen stehenden Faktor darstellt.
Für den Aufbau der Vorrichtung ist deshalb eine Mikrosonde bekannt, die mit einer Feinvorschubfunktion in Richtung der Z-Achse auf einem freitragenden Arm versehen ist, damit der Feinvorschubmechanismus für das Stellelement in Richtung der Z-Achse entfallen kann. 9 ist eine Ansicht, die eine Mikrosonde mit einer Feinvorschubfunktion in Richtung der Z-Achse zeigt. In 9 ist eine Mikrosonde 300 mit einem Meßtaster 301 und einem Abschnitt 310 zur Erkennung der Auslenkung (Piezowiderstandselement) auf einem ersten Hebelabschnitt 302, der eine flexible Auslenkung des freien Endes zuläßt, und mit einem Stellelementabschnitt 320 auf einem zweiten Hebelabschnitt 304 ausgeführt.
Der Stellelementabschnitt 320 weist ein piezoelektrisches Element aus ZnO oder dgl. auf und kann sich aufgrund eines angelegten Stroms in Längsrichtung des zweiten Hebelabschnitts 304 dehnen und zusammenziehen, so daß als Ergebnis der zweite Hebelabschnitt 304 in einer zur Ebene des Dehnens und Zusammenziehens orthogonalen Richtung ausgelenkt wird. Das bedeutet, daß der Feinvorschub der Mikrosonde 300 in Richtung der Z-Achse durch den Stellelementabschnitt 320 der Sonde verwirklicht wird.
Jedoch sind gemäß der in 9 dargestellten Mikrosonde mit der Feinvorschubfunktion in Richtung der Z-Achse piezoelektrische Elemente ähnlich denen des herkömmlichen XYZ-Stellelements als Stellelement zur Verwirklichung der Feinvorschubfunktion in Richtung der Z-Achse vorgesehen, so daß folglich die Leistungsaufnahme nicht verringert werden kann.
Des weiteren ist die Mikrosonde sehr klein und deshalb ergibt sich aus dem Grund, daß auf einem Siliziumsubstrat, das ein Basiselement bildet, zusätzlich zu den Piezowiderstandselementen, die den Abschnitt zur Erkennung der Auslenkung bilden, die piezoelektrischen Elemente angeordnet sind, die aus einem vom Material der Piezowiderstandselemente deutlich verschiedenen Material bestehen, ein Problem, weil nicht nur die Fertigungsschritte kompliziert werden, sondern auch die Dicke des freitragenden Abschnitts erhöht wird und es schwierig ist, eine ausreichende Ansprechgeschwindigkeit sicherzustellen.
Die Erfindung erfolgt unter dem Gesichtspunkt der Nachteile der herkömmlichen Technologie und hat die Aufgabe, eine Mikrosonde. bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Feinvorschub eines freitragenden Arms zu bewerkstelligen, indem ein Piezowiderstandselement auf dem freitragenden Arm angeordnet und eine die Mikrosonde verwendende Vorrichtung zur Messung einer Probenoberfläche bereitgestellt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 gelöst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Mikrosonde gemäß Ausführungsform 1.
2 ist eine Draufsicht der Mikrosonde gemäß Ausführungsform 1.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A–A' in 2 der Mikrosonde gemäß Ausführungsform 1.
4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B–B' in 2 der Mikrosonde gemäß Ausführungsform 1.
5 ist eine Ansicht zur Veranschaulichung eines Anwendungsbeispiels der Mikrosonde gemäß Ausführungsform 1 in einem Atomkraftmikroskop.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Mikrosonde gemäß Ausführungsform 2.
7 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus einer Vorrichtung zur Messung der Oberfläche einer Probe gemäß Ausführungsform 3.
8 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Atomkraftmikroskops, das eine herkömmliche Mikrosonde mit Selbsterfassung verwendet.
9 ist eine Ansicht einer herkömmlichen Mikrosonde mit einer Feinvorschubfunktion in Richtung der Z-Achse.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nachstehend wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, wird eine Mikrosonde gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß der Erfindung kann durch Einleiten von Elektrizität in das erste Piezowiderstandselement ein durch das erste Piezowiderstandselement gebildeter Bereich erwärmt werden, und anhand der Differenz zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten einer Oberfläche und einer Rückseite des zweiten Hebelabschnitts in der Mikrosonde selbst der zweite Hebelabschnitt ausgelenkt werden.
Nachstehend folgt eine detaillierte Erläuterung von Ausführungsformen einer Mikrosonde und einer Vorrichtung zur Messung der Oberfläche einer Probe gemäß der Erfindung. Dabei gilt, daß die Erfindung durch die Ausführungsformen nicht eingeschränkt ist.
(Ausführungsform 1)
Zunächst wird eine Mikrosonde gemäß Ausführungsform 1 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Mikrosonde gemäß Ausführungsform 1. Wie aus 1 ersichtlich ist, besteht eine Mikrosonde 10 gemäß Ausführungsform 1 aus einem zweiten Hebelabschnitt 18, der an einem Halterungsabschnitt 15 gehaltert ist und von einem später zu beschreibenden Stellelementabschnitt fein verschoben wird, und aus einem ersten Hebelabschnitt 16, der aus dem vorderen Ende des zweiten Hebelabschnitts 18 hervorragt und durch ein freies Ende eine flexible Auslenkung gestattet.
Wie 1 weiter zeigt, ist der oben beschriebene erste Hebelabschnitt 16 mit einem spitzen Meßtaster 11 an seinem vorderen Endabschnitt versehen und mit einem Piezowiderstandselement 12 ausgebildet, das als Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung fungiert und im Bereich eines Abschnitts mit dem zweiten Hebelabschnitt verbunden ist. Der oben beschriebene zweite Hebelabschnitt 18 ist mit einem Piezowiderstandselement 14 ausgebildet, das als Stellelementabschnitt fungiert und im Bereich eines Abschnitts mit dem Halterungsabschnitt 15 verbunden ist, und des weiteren ist eine mit dem Piezowiderstandselement 12 verbundene leitfähige Schicht vom ersten Hebelabschnitt 16 in Richtung des Halterungsabschnitts 15 verdrahtet.
Aus der Zeichnung geht weiter hervor, daß ein möglichst großer Lochabschnitt 28 zur Verringerung von Gewicht und Volumen – die die Funktionstüchtigkeit des Piezowiderstandselements 14 beeinträchtigen – vorgesehen ist, so daß die Bewegung wirksam an den zweiten Hebelabschnitt 18 übertragen werden kann.
2 ist eine Draufsicht der Mikrosonde gemäß Ausführungsform 1, die insbesondere die Verdrahtungsstrukturen der Piezowiderstandselemente 12 und 14 zeigt. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A–A' in 2 und 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B–B' in 2. Wie 2 zeigt, ist das Piezowiderstandselement 12 in der Nähe des den ersten Hebelabschnitt 16 und den zweiten Hebelabschnitt 18 verbindenden Verbindungsabschnitts U-förmig ausgebildet, wobei eine Linie in Längsrichtung der Mikrosonde 10 als Mittelachse durch den Meßtaster 11 verläuft.
Des weiteren ist in der Nähe des den zweiten Hebelabschnitt 18 und den Halterungsabschnitt 15 verbindenden Verbindungsabschnitts ähnlich wie das Piezowiderstandselement 12 das Piezowiderstandselement 14 U-förmig ausgebildet, wobei eine Linie in Längsrichtung der Mikrosonde 10 als Mittelachse durch den Meßtaster 11 verläuft.
Des weiteren ist eine Isolierschicht 31 über dem ersten Hebelabschnitt 16, mit Ausnahme des Meßtasters 11, dem zweiten Hebelabschnitt 18, dem Halterungsabschnitt 15 und den Piezowiderstandselementen 12 und 14 angeordnet. Die Isolierschicht ist in 2 übrigens nicht dargestellt, um die Zeichnung zum besseren Verständnis übersichtlich zu gestalten.
Auf der Isolierschicht 31 sind leitfähige Schichten 21, die die Verdrahtung des Piezowiderstandselements 12 bilden, von einem Abschnitt desselben an den Endabschnitten des Piezowiderstandselements 12 aus und auf dem zweiten Hebelabschnitt 18 bis über den Halterungsabschnitt 15 über den zweiten Hebelabschnitt 18 ausgeformt, und leitfähigen Schichten 23, die die Verdrahtung des Piezowiderstandselements 14 bilden, sind von den Endabschnitten des Piezowiderstandselements 14 aus bis über den Halterungsabschnitt 15 ausgeformt.
Des weiteren sind Enden der leitfähigen Schichten 21 an einer Seite des zweiten Hebelabschnitts 18 und das Piezowiderstandselement 12 auf einer unteren Schicht elektrisch an Metallkontaktabschnitten C1 verbunden. In ähnlicher Weise sind Enden der leitfähigen Schichten 23 an einer Seite des zweiten Hebelabschnitts 18 und das Piezowiderstandselement 14 auf einer unteren Schicht elektrisch an Metallkontaktabschnitten C3 verbunden.
Des weiteren wird wie in 3 und 4 dargestellt die Mikrosonde 10 durch ein in SOI-Technologie (Silicon an Insulator – siliziumbeschichteter Isolator), bei der eine eingebettete Oxidschicht (SiO₂) 35 auf einem Halbleitersubstrat 37 aus Silizium und eine Siliziumschicht 33 darüber heiß verklebt werden, hergestelltes Basiselement gebildet.
Im einzelnen werden die Piezowiderstandselemente 12 und 14 dadurch gebildet, indem Fenster in der oben beschriebenen U-artigen Form in der Siliziumschicht 33 in einem photolithographischen und einem Ätzschritt ausgeformt und Dotierungsionen im Fensterabschnitt implantiert werden. Im allgemeinen werden Ladungsträger mit einer Polarität, die invers zur Polarität der Siliziumschicht 33 ist, implantiert. Die Piezowiderstandselemente 12 und 14 können gleichzeitig in den gleichen Schritten hergestellt werden. Des weiteren wird eine elektrische Trennung der Elemente mit hoher Isolierwirkung zwischen den Piezowiderstandselementen 12 und 14 mittels der obigen SOI-Technik erreicht.
Des weiteren werden die Isolierschicht 31 und die leitfähigen Schichten 21 und 23 jeweils nacheinander in einem CVD-(Chemical Vapor Deposition – chemische Abscheidung aus der Gasphase)Verfahren oder dgl. gebildet. Dabei werden wie oben beschrieben die Piezowiderstandselemente 12 und 14 elektrisch mit den leitfähigen Schichten 21 und 23 an den Metallkontaktabschnitten C1 und C3 verbunden.
Nunmehr sollen die Funktionen der Piezowiderstandselemente 12 und 14 erläutert werden. Zunächst arbeitet das Piezowiderstandselement 12 in der Weise, daß es den Betrag der Auslenkung des ersten Hebelabschnitts 16 erkennt, der als Änderung des Widerstandswertes des Piezowiderstandselements 12 aufgrund der Auslenkung des ersten Hebelabschnitts 16 bereitgestellt wird. Das heißt, die Änderung des Widerstandswertes kann an zwei Endabschnitten der leitfähigen Schichten 21 auf dem Halterungsabschnitt 15 über das Piezowiderstandselement 12, die Metallkontaktabschnitte C1 und die leitfähigen Schichten 21 abgelesen werden.
Das Piezowiderstandselement 14 dagegen fungiert als Stellelementabschnitt zum Versetzen des zweiten Hebelabschnitts 18 in einer Richtung orthogonal zur Oberfläche desselben. Der Versatz erfolgt durch die Wärmedehnung eines Umfangsabschnitts des Piezowiderstandselements 14 durch Temperaturerhöhung des Piezowiderstandselements 14, indem Strom zu zwei Endabschnitten der leitfähigen Schichten 23 über dem Halterungsabschnitt 15 über das Piezowiderstandselement 14, die Metallkontaktabschnitte C3 und die leitfähigen Schichten 23 fließt.
Durch Verwenden des Piezowiderstandselements 14 als Heizelement und durch Wärmedehnung eines Oberflächenabschnitts (mit dem Meßtaster 11 gebildete Fläche), auf dem das Piezowiderstandselement 14 angeordnet ist, dehnt sich der Oberflächenabschnitt relativ zu einem hinteren Stirnabschnitt, was bedeutet, daß sich der zweite Hebelabschnitt 18 als Ergebnis in Richtung zur hinteren Stirnfläche verzieht.
In einem Zustand, in dem der Meßtaster 11 nahe an die Oberfläche der Probe herangeführt worden ist, kann der Meßtaster 11 von der Probenoberfläche getrennt werden, indem Elektrizität zum Piezowiderstandselement 14 fließt. Deshalb ist bezüglich der Auslenkungsrichtung des zweiten Hebelabschnitts 18, wenn die Richtung der Mikrosonde 10 zum Meßtaster 11 als Minusrichtung und die entgegengesetzte Richtung als Plusrichtung definiert ist, ein Feinvorschub nur in einer Richtung, der Plusrichtung der Z-Achse möglich, jedoch kann durch die Differenz zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten des Oberflächenabschnitts und des hinteren Stirnflächenabschnitts des zweiten Hebelabschnitts ein Feinvorschub in Minusrichtung ausgeführt werden.
Des weiteren ist es in dem Fall, in dem das Piezowiderstandselement 12 als Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung fungiert, erforderlich, ihm Elektrizität zuzuführen, um die Änderung des Widerstandswertes ablesen zu können, und dementsprechend kann in Abhängigkeit von der Stärke der zugeführten Elektrizität das Piezowiderstandselement 12 als Heizelement fungieren, um den ersten Hebelabschnitt 16 in einen ausgelenkten Zustand zu bringen. Wie beispielsweise in 5 dargestellt bedeutet dies, daß eine Beobachtung erfolgen kann, während ein Zustand aufrechterhalten wird, in dem die Oberfläche des ersten Hebelabschnitts 16 und die Probenoberfläche parallel zueinander verlaufen.
Dadurch läßt sich nicht nur eine gegenseitige Aktion zwischen dem Meßtaster 11 und der Probenoberfläche mit höherer Empfindlichkeit erfassen, sondern auch der von der Mikrosonde 10 eingenommene Raum verkleinern. Weiterhin kann natürlich das Piezowiderstandselement 14 den parallelen Zustand des ersten Hebelabschnitts 16 wie oben erwähnt beibehalten.
Wie oben erläutert worden ist, wird die Mikrosonde 10 gemäß Ausführungsform 1 durch Ausbilden des Piezowiderstandselements 14 als Stellelementabschnitt zum Auslenken des zweiten Hebelabschnitts 18 zusätzlich zum als Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung derselben Oberfläche des freitragenden Arms, der den ersten Hebelabschnitt 16 und den zweiten Hebelabschnitt 18 aufweist, fungierenden Piezowiderstandselement 12 verwirklicht, und dementsprechend kann der Feinvorschub der Mikrosonde 10 selbst in Richtung der Z-Achse bei niedrigerer Leistungsaufnahme und hoher Ansprechgeschwindigkeit erfolgen, und weiterhin kann das Piezowiderstandselement 14 zusammen mit dem Piezowiderstandselement 12, das den Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung bildet, auf einfache Weise in denselben Schritten hergestellt werden, so daß die Mikrosonde 10 mit geringerer Dicke und niedrigeren Kosten als die herkömmliche Mikrosonde mit der Feinvorschubfunktion in Richtung der Z-Achse hergestellt werden kann.
(Ausführungsform 2)
Nunmehr folgt eine Erläuterung einer Mikrosonde gemäß Ausführungsform 2. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Mikrosonde gemäß Ausführungsform 2. Wie aus 6 ersichtlich ist, wird eine Mikrosonde 50 gemäß Ausführungsform 2 aus einem zweiten Hebelabschnitt 64 gebildet, der an einem Halterungsabschnitt 55 befestigt ist und von einem Verstellelementabschnitt fein verschoben wird, sowie von einem ersten Hebelabschnitt 62, der vom vorderen Ende des zweiten Hebelabschnitts 64 hervorragt und die freie Auslenkung eines freien Endes zuläßt.
Wie 6 weiter zeigt, ist der oben beschriebene erste Hebelabschnitt 62 mit einem spitzen Meßtaster 51 an seinem vorderen Endabschnitt versehen und mit einem Piezowiderstandselement 52 ausgebildet, das als Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung fungiert und im Bereich eines Abschnitts mit dem zweiten Hebelabschnitt verbunden ist. Der oben beschriebene zweite Hebelabschnitt 64 ist mit Piezowiderstandselementen 56 ausgebildet, die als erster Stellelementabschnitt fungieren und mit Piezowiderstandselementen 58, die als zweiter Stellelementabschnitt fungieren, die im Bereich eines Abschnitts mit dem Halterungsabschnitt 55 verbunden sind, und des weiteren ist eine mit dem Piezowiderstandselement 52 verbundene leitfähige Schicht vom ersten Hebelabschnitt 62 in Richtung des Halterungsabschnitts 55 verdrahtet.
Aus der Zeichnung geht weiter hervor, daß möglichst große Lochabschnitte 65 und 67 zur Verringerung von Gewicht und Volumen – die die Funktionstüchtigkeit der Piezowiderstandselemente 56 und 58 beeinträchtigen – vorgesehen sind, so daß die Bewegung wirksam an den zweiten Hebelabschnitt 64 übertragen werden kann. Außerdem sind die Schritte zur Bildung der Piezowiderstandselemente 52, 56 und 58 in 6 ähnlich wie die Schritte im Zusammenhang mit Ausführungsform 1, so daß eine Erläuterung entfällt.
Wie 6 zeigt, ist die Mikrosonde 50 mit zwei Satz Piezowiderstandselementen 56 und 58, die in Längsrichtung vorne und hinten über dem zweiten Hebelabschnitt 64 angeordnet sind, versehen und demzufolge kann durch selektives Einleiten von Elektrizität zu entweder den Piezowiderstandselementen 56 oder 58 der Feinvorschub sowohl in Plus- als auch in Minusrichtung entlang der Z-Achse aufgrund des Wärmedehnungs-Zustands des zweiten Hebelabschnitts 64 gesteuert werden.
Im übrigen arbeitet das Piezowiderstandselement 52 der Zeichnung ähnlich dem Piezowiderstandselement 12, das in Zusammenhang mit der Ausführungsform 1 erläutert wurde, und entsprechend der Mikrosonde 50 in 5 kann durch Einregeln der Stärke der eingeleiteten Elektrizität an das Piezowiderstandselement 52 oder die Piezowiderstandselemente 58 und 58 ein Zustand aufrechterhalten werden, in dem die Oberfläche des ersten Hebelabschnitts 62 und die Probenoberfläche parallel zueinander verlaufen.
Wie erläutert worden ist, wird die Mikrosonde 50 gemäß Ausführungsform 2 durch Ausbilden der Piezowiderstandselemente 56 und 58 als Stellelementabschnitt zum Auslenken des zweiten Hebelabschnitts 64, zusätzlich zum als Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung derselben Oberfläche des freitragenden Arms, der den ersten Hebelabschnitt 62 und den zweiten Hebelabschnitt 64 aufweist, fungierenden Piezowiderstandselement 52 verwirklicht, und dementsprechend kann der Feinvorschub der Mikrosonde 50 selbst in zwei Richtungen der Z-Achse bei niedrigerer Leistungsaufnahme und hoher Ansprechgeschwindigkeit erfolgen, und weiterhin können die Piezowiderstandselemente 56 und 58 zusammen mit dem Piezowiderstandselement 52, das den Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung bildet, auf einfache Weise in denselben Schritten hergestellt werden, so daß die Mikrosonde 50 mit geringerer Dicke und niedrigeren Kosten als die herkömmliche Mikrosonde mit der Feinvorschubfunktion in Richtung der Z-Achse hergestellt werden kann.
(Ausführungsform 3)
Im folgenden wird eine Vorrichtung zum Messen der Oberfläche einer Probe gemäß Ausführungsform 3 erläutert. 7 ist ein Blockschaltbild des Aufbaus eines Atomkraftmikroskops, das die obigen Mikrosonden, die in Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben wurden, verwendet. In 7 weist eine Vorrichtung 100 zum Messen der Oberfläche einer Probe folgendes auf: eine Mikrosonde 101 (entsprechend den oben beschriebenen Mikrosonden 10, 50), die mit einem spitzen Meßtaster 102 an einem vorderen Endabschnitt versehen ist, der auf die Oberfläche einer Probe 103 gerichtet ist, ein XY-Stellelement 110 für den Feinvorschub der Probe 103 in horizontaler Richtung (X-, Y-Richtungen) relativ zur Mikrosonde 101, einen Antriebsverstärker 112 für das Stellelement zum Erzeugen eines XY-Steuersignals zum Antrieb des XY-Stellelements 110, eine Abtastsignal-Generatoreinheit 114 zum Erzeugen eines Signals (Abtastsignal) für den Feinvorschub der Probe 103 mit konstanter Geschwindigkeit in einem vorgegebenen Bereich in den oben genannten X- und Y-Richtungen, eine Meßeinheit 116 zum Erfassen eines Detektorsignals vom Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung (der oben beschriebene Detektor, d. h. das Piezowiderstandselement) auf der Mikrosonde 101, eine Referenzwert-Generatoreinheit 118 zum Erzeugen eines Detektorwertes im stationären Zustand des oben beschriebenen Abschnitts zur Erfassung der Auslenkung, d. h. eines Referenzwertes zum Erkennen von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Probe 103, einen Komparator 120 zum Ableitendes tatsächlichen Betrags der Auslenkung der Mikrosonde 101, indem die von der Meßeinheit 116 und der Referenzwert-Generatoreinheit 118 bereitgestellten Signale verglichen werden, eine Steuerungseinheit 122 zum Erzeugen eines Signals entsprechend dem Versatz des XY-Stellelements 110 in Z-Richtung auf Basis des vom Komparator 120 gelieferten Signals, und eine Sondenantriebseinheit 124 zum Antreiben eines auf der Mikrosonde 101 angeordneten Stellelementabschnitts.
Im folgenden wird die Funktionsweise des Atomkraftmikroskops 100 kurz erläutert. Zunächst befestigt der Anwender die Probe 103, die das zu beobachtende Objekt darstellt, auf einem Objektträger des XY-Stellelements 110 und spannt die Mikrosonde 101 an einer davon relativ weit entfernten Stelle ein.
Nach Abschluß der schrittweisen Vorbereitung der zu beobachtenden Probe muß die Mikrosonde 101 bis zu einer solchen Nähe zur Probe 103 gebracht werden, daß der Meßtaster 102 zwischen dem Meßtaster 102 und der Oberfläche der Probe 103 Atomkraft erzeugt. Die Näherungssteuerung mittels eines Grobvorschubmechanismus (nicht dargestellt) in Richtung der Z-Achse und ist beendet, wenn die Meßeinheit 116 eine vorgegebene Signalstärke aus dem oben beschriebenen Abschnitt zur Erkennung der Auslenkung erfassen kann.
Des weiteren handelt es sich bei der oben beschriebenen vorgegebenen Signalstärke, die in der Meßeinheit 116 erfaßt wird, um ein Signal, das die Erfassung der Atomkraft zwischen dem Meßtaster 102 und der Oberfläche der Probe 103 angibt, deren Wert tatsächlich von einem Signal angegeben wird, das der Komparator 120 ausgibt. In diesem Fall wird der Widerstandswert des Piezowiderstandselements, das den Abschnitt zur Erkennung der Auslenkung bildet, durch andere Bedingungen als die Auslenkung, z. B. durch die Temperaturbedingungen oder dgl., verändert und dementsprechend stellt der Referenzwert der Referenzwert-Generatoreinheit 118, der eine der Vergleichsgrößen für den Komparator 120 bildet, einen Referenz-Widerstandswert zur Beseitigung der unnötigen Änderungsinformation aus der Änderung des Widerstandswertes, der am Abschnitt zur Erkennung der Auslenkung gemessen wird, bereit.
Nach Abschluß der oben beschriebenen Näherungssteuerung wird an der Generatoreinheit 114 zum Erzeugen eines Abtastsignals ein Abtastsignal erzeugt, um eine Bewegung in einem vorgegebenen am oben genannten Computer (nicht dargestellt) eingestellten Bereich zu veranlassen, d. h. in einem Ebenenbereich (XY-Bereich) des XY-Stellelements 110. Normalerweise ist das Abtastsignal ein Signal zur Verwirklichung der Rasterabtastung.
Das Abtastsignal wird dann in den Antriebsverstärker 112 für das Stellelement eingegeben, entsprechend verstärkt, so daß die Stromstärke oder Spannung ausreicht, das XY-Stellelement 110 anzutreiben und danach in das XY-Stellelement 110 als XY-Steuersignal eingegeben. Das XY-Stellelement 110 verschiebt dann tatsächlich durch Eingabe des XY-Steuersignals die Probe 103 auf dem Objektträger in X- und Y-Richtung.
Während die Probe 103 in der XY-Ebene wiederholt durch das oben beschriebene XY-Stellelement 110 verschoben wird, erfaßt die Meßeinheit 116 stets ein Signal vom Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung der Mikrosonde 101, und ein Signal entsprechend dem Betrag der Auslenkung der Mikrosonde 101 wird vom Komparator 120 ausgegeben.
In diesem Fall wird von den Meßmodi der Meßvorrichtung zur Messung der Probenoberfläche der oben beschriebene Modus mit konstanter Auslenkung gewählt, indem der Stellelementabschnitt auf der Mikrosonde 101 durch eine Rückführungsregelung über die Sondenantriebseinheit 124 in der Weise gesteuert wird, daß der Betrag der Auslenkung der Mikrosonde 101 konstant bleibt und das für die Rückführungsregelung erforderliche Steuersignal als Unregelmäßigkeitssignal der Probe 103 beobachtet wird.
Die Probe 103 wird deshalb im Modus mit konstanter Auslenkung innerhalb eines konstanten Bereichs der XY-Ebene verschoben und in Richtung der Z-Achse durch die Rückführungsregelung des Stellelementabschnitts der Mikrosonde 101 in der Z-Achse fein verschoben. Gleichzeitig werden zusammen mit der Operation des oben beschriebenen XY-Stellelements 110 das XY-Steuersignal und das Z-Steuersignal in eine Anzeigevorrichtung (CRT) eingegeben, und ein Anwender kann die Oberflächeninformation für die Probe 103 ablesen.
Wie oben erläutert wurde, kann die Vorrichtung 100 zur Messung einer Probenoberfläche gemäß Ausführungsform 3 die Messung der Probenoberfläche in ähnlicher Weise durchführen wie die herkömmliche Vorrichtung, jedoch ohne den Feinvorschubmechanismus in der Z-Achse, der bei herkömmlichen Vorrichtungen erforderlich war, um die Probe 103 in Richtung der Z-Achse fein zu verschieben, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung die Mikrosonde 10 oder 50 der Ausführungsformen 1 und 2 verwendet, so daß der Aufbau der Vorrichtung nicht mehr kompliziert und kostenintensiv ist und die für seinen Betrieb erforderliche Energie verringert werden kann.
Obwohl gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen 1 und 2, die als beispielhaft zu verstehen sind, die Mikrosonden jeweils für das Atomkraftmikroskop verwendet werden können, indem der Meßtaster am vorderen Ende des ersten Hebelabschnitts und das als Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung fungierende Piezowiderstandselement am Verbindungsabschnitt vorgesehen wird, um den ersten und den zweiten Hebelabschnitt zu verbinden, wird der Mikrosonde mit nur einem als Stellelementabschnitt zum Auslenken des zweiten Hebelabschnitts fungierenden Piezowiderstandselement und ohne den Meßtaster oder das als Abschnitt zur Erfassung der Auslenkung fungierende Piezowiderstandselement ein hinreichend hoher Wert bereitgestellt. Eine solche Mikrosonde erweist sich z. B. als nützlich, wenn Leitfähigkeitsprüfungen bei einer Vielzahl Elektroden durchzuführen sind, die in engen Abständen auf einer integrierten Schaltung oder dgl. angeordnet sind und die physikalische Kontaktgabe für die EIN/AUS-Funktion mit einer externen Prüfanordnung getestet wird.
Gemäß der Erfindung kann durch Einleiten von Elektrizität in das erste Piezowiderstandselement ein durch das erste Piezowiderstandselement gebildeter Bereich erwärmt werden und anhand der Differenz zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten einer Oberfläche und einer Rückseite des zweiten Hebelabschnitts in der Mikrosonde selbst der zweite Hebelabschnitt ausgelenkt werden und dementsprechend wird ein Effekt erzielt, bei dem im Vergleich zu einem Beispiel unter Verwendung eines herkömmlichen piezoelektrischen Elements eine Mikrosonde mit automatischer Feinvorschubfunktion bereitgestellt werden kann, die eine geringe Dicke und eine niedrige Leistungsaufnahme bei hoher Ansprechgeschwindigkeit und niedrigen Kosten bietet.
Des weiteren werden gemäß der Erfindung mindestens zwei der ersten Piezowiderstandselemente am Verbindungsabschnitt zur Verbindung des zweiten Hebelabschnitts und des Halterungsabschnitts bereitgestellt, und dementsprechend kann durch selektives Einleiten von Elektrizität in jedes der ersten Piezowiderstandselemente die Richtung der Auslenkung des zweiten Hebelabschnitts frei bestimmt werden, und somit wird ein Effekt erzielt, bei dem im Vergleich zu einem Beispiel unter Verwendung eines herkömmlichen piezoelektrischen Elements eine Mikrosonde mit automatischer Feinvorschubfunktion bereitgestellt werden kann, die eine geringe Dicke und eine niedrige Leistungsaufnahme bei hoher Ansprechgeschwindigkeit und niedrigen kosten bietet.
Des weiteren werden gemäß der Erfindung zwei der ersten Piezowiderstandselemente auf dem zweiten Hebelabschnitt symmetrisch zur Längsrichtung des zweiten Hebelabschnitts als Mittelachse angeordnet und demnach kann durch selektives Einleiten von Elektrizität in jedes der ersten Piezowiderstandselemente der zweite Hebelabschnitt in zwei Richtungen gedreht werden, wodurch ein Effekt erzielt wird, bei dem im Vergleich zu einem Beispiel unter Verwendung eines herkömmlichen piezoelektrischen Elements eine Mikrosonde mit automatischer Feinvorschubfunktion bereitgestellt werden kann, die eine geringe Dicke und eine niedrige Leistungsaufnahme bei hoher Ansprechgeschwindigkeit und niedrigen Kosten bietet.
Des weiteren ist gemäß der Erfindung das zweite Piezowiderstandselement zur Erfassung des Betrags der Auslenkung des ersten Hebelabschnitts am Verbindungsabschnitt vorgesehen, der den ersten und den zweiten Hebelabschnitt verbindet, und dementsprechend kann der zweite Hebelabschnitt ausgelenkt und der Betrag der Auslenkung des ersten Hebelabschnitts bestimmt werden, wodurch ein Effekt erzielt wird, bei dem im Vergleich zu einem Beispiel unter Verwendung eines herkömmlichen piezoelektrischen Elements eine Mikrosonde mit automatischer Feinvorschubfunktion bereitgestellt werden kann, die eine geringe Dicke und eine niedrige Leistungsaufnahme bei hoher Ansprechgeschwindigkeit und niedrigen Kosten bietet, und das zweite Piezowiderstandselement kann auf einfache Weise mit den gleichen Schritten wie das erste Piezowiderstandselement hergestellt werden.
Gemäß der Erfindung ist des weiteren der spitze Meßtaster am freien Endabschnitt des ersten Hebelabschnitts angeordnet und demzufolge kann ein Effekt erzielt werden, durch den die über den Meßtaster übertragene Auslenkung des ersten Hebelabschnitts bestimmt und der Meßtaster durch Auslenken des zweiten Hebelabschnitts im Feinvorschub bewegt werden und die Mikrosonde für das Atomkraftmikroskop verwendet werden kann.
Des weiteren wird gemäß der Erfindung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mikrosonde ein Effekt erzielt, durch den die Oberfläche einer Probe z. B. in einem Atomkraftmikroskop beobachtet werden kann, ohne einen Feinvorschubmechanismus zur Annäherung der Probe an den Meßtaster der Mikrosonde bereitzustellen.

Claims

Mikrosonde (10, 50), welche folgendes aufweist: – einen freitragenden Arm, der aus einem ersten Hebelabschnitt (16, 62) mit einem freien Ende und aus einem zweiten Hebelabschnitt (18, 64) mit einem vorderen Endabschnitt (16) gebildet ist, wobei der erste Hebelabschnitt (16, 62) an seinem freien Ende einen Meßtaster (11, 51) aufweist, und wobei der erste Hebelabschnitt (16, 62) von dem vorderen Endabschnitt des zweiten Hebelabschnittes (18, 64) hervorsteht; – einen Halterungsabschnitt (15, 55) zum Halten des zweiten Hebelabschnittes (18, 64); – zumindest ein erstes Piezowiderstandselement (14, 56, 58), welches an einem Abschnitt vorgesehen ist, welcher den zweiten Hebelabschnitt (18, 64) mit dem Halterungsabschnitt (15, 55) verbindet, wobei das zumindest eine Piezowiderstandselement (14, 56, 58) ausgelegt ist, den zweiten Hebelabschnitt (18, 64) relativ zu dem Halterungsabschnitt (15, 55) auszulenken; und – ein zweites Piezowiderstandselement (12, 52), welches an einem Abschnitt vorgesehen ist, welcher den ersten Hebelabschnitt (16, 62) mit dem zweiten Hebelabschnitt (18, 64) verbindet, und welches ausgelegt ist, einerseits den ersten Hebelabschnitt (16, 62) auszulenken und andererseits den Betrag der mit dem Meßtaster (11, 51) bewirkten Auslenkung des ersten Hebelabschnittes (16, 62) relativ zu dem zweiten Hebelabschnitt (18, 64) zu erfassen.
Vorrichtung zum Vermessen der Oberfläche einer Probe, bei welcher ein in einer Mikrosonde (10, 50) vorgesehener spitzer Meßtaster (11, 51) der Oberfläche der Probe angenähert wird und bei welcher der Betrag der Auslenkung der Mikrosonde (10, 50) aufgrund der zwischen dem Meßtaster (11, 51) und der Oberfläche der Probe verursachten Atomkraft erfaßt wird, wobei zum Vermessen der Probenoberfläche als Mikrosonde die Mikrosonde (10, 50) nach Anspruch 1 verwendet wird, und wobei die Vorrichtung zum Vermessen der Oberfläche einer Probe eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des an der Mikrosonde (10, 50) vorgesehenen ersten Piezowiderstandselement (14, 56, 58) aufweist.