TWI301281B - Scanning microscope and probe module thereof - Google Patents

Description

1301281 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種探針模組，特別係有關於一種應 用於整合式掃描探針顯微鏡（Scanning probe microscopy， SPM)的探針模組。 【先前技術】 參照第1圖，其係顯示習知之顯微鏡之掃描探頭1， •包括一掃描探頭本體1〇以及一探針模組20。探針模組20 設於掃描探頭本體10之上。探針模組20包括一基座21、 一彈片22、一探針23、一螺栓24以及一壓電元件25。壓 電元件25設於基座21之上。探針23設於壓電元件25之 上。彈片22透過螺栓24固定於基座21之上。並且，彈片 22抵接並固定該探針23。 在習知的顯微鏡之掃插探頭i中，係直接透過螺检24 φ 鎖固彈片22而固定探針23。在更換探針23時，需要拆卸 ——-24〜以及彈片.22。但由於重新鎖固時不易固定彈片22， 因此會增加探針23的美择時間，並有可能不慎損傷探針 【發明内容】 本發明即為了欲解決上述習知技術之問題，而提供之 一種探針模組，包括一基座、一蓋體以及一探針。探# 於忒基座之上。盍體係以可活動地樞接於基座之上，並可 0729-A21153FTW(N2);P〇7940003; lemon 1301281 以第方位以及一第二方位之間轉動。該蓋體包括一 框木以及固定元件。該框架樞接於該基座上，該固定元 件设於該框架上，用以固定探針。 本务明之探針模組可以較簡易的方式更換探針，因此 可縮短探針的更換時間，並避免探針受到損傷。 〆 【實施方式】 > —第2a圖，其係顯示本發明之探針模組1〇〇，包括 基座110、一盖體120、一探針130以及螺栓（結合元 丨件）刚4木針13〇設於該基座11〇之上。蓋體⑽栖接於 基座no ^上’並可以於一第_方位（第2a目所顯示之方 ⑹以及—第二方位（第2b圖所顯示之方位)之間轉動。該蓋 體120包括—鍾121以及-固定元件⑵。該框架121 樞接該基座110，該固定元件122連接該框架121。 —减第2a圖’當該蓋體12〇位於該第一方位時，該固 疋元件1“觸壓^木針13〇，並將該探針⑽固定於該基 座H0之上，此時，螺栓140將蓋體12〇鎖固於該基座ιι〇 之上。當欲更換探針130時，參照第2b圖，使用者拆卸螺 检140，而將該蓋體120樞轉至該第二方位，藉此可輕易 的更換探針13 0 〇 參照第2c圖，固定元件122可以為—彈性元件，例如， 彈片。固定元件122以螺栓U3.鎖固於框架121之上，同 時，固定元件122與框架電氣連接。固定元件122包 括m分122卜-第二部分！ 222以及一接觸部1223。 該第一部份1221透過螺栓123鎖固於框架121之上。該第 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；lemon 6 1301281 二部分1222連接該第一部份1221，並朝該探針130延伸。 該接觸部1223位於該第二部分1222前端，用來觸壓探針 130，並具有造型以減少夾持部接觸面積，例如，線或點接 觸，以提高夾針的穩定性，線接觸可使用一折彎圓角構型， 使接觸部1223以線接觸的方式觸壓該探針130。該第一部 份1221、第二部分1222以及接觸部1223係以一體成形的 方式形成。 本發明之探針模組可以較簡易的方式更換探針，因此 可縮短探針的更換時間，提高換針的便利性，並避免於更 換探針時，探針受到損傷。此外，探針模組之蓋體設計亦 可提高夾針的穩定性，進而改善量測的品質。 參照第3a圖，探針模組100更包括一開口 112、一定 位銷（定位機構）113、一第四導電元件114、一第五導電元 件115以及一迫緊元件111。該開口 112、該定位銷113、 該第四導電元件Π4、該第五導電元件115以及該迫緊元件 111均設於該基座110之上。該定位銷113為一圓柱’凸出 於該基座110的表面。該迫緊元件111可以為一螺栓，從 該基座110的侧面延伸進入該開口 Π2之中。該第四導電 元件114以及該第五導電元件115埋設於該基座110之中， 其形狀例如為圓柱形，其中，該第四導電元件114周圍環 繞有一第一絕緣層116,該第五導電元件115周圍環繞有一 第二絕緣層117。 搭配參照第3b圖，探針模組100更包括一壓電元件 15 0 ’該壓電兀件15 0透過導電銀膠或鲜錫的方式與弟四導 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；lemon 7 1301281 電元件（未圖示.)以及第五導電元件115電氣連接。壓電元件 150上方設有一置放板16〇，置放板16〇上形成有—置放槽 161’該探針130即置於該置放槽161之中。該壓電元件 150以壓電位移的方式調整該探針13〇於鉛直方向的位置。 麥照第4a圖’其係顯示本發明之顯微鏡之掃描探頭 300，包括—掃描探頭基座21〇、一接頭模組以及該探 針模組100。該接頭模組22〇設於該掃描探頭基座^^之 上.。接頭模組220包括一第一導電元件221、一第二導電 ，元件222、-第三導電元件223、—定位孔（定位“ 以及光纖225。該定位孔224與該定位銷113相對應， 該光纖225與該開口 112相對應.，該第二導電元件22=對 應該第四導電元件114，該第三導電元件223對應該第五 導電元件115。接頭模組220更包括一第一定位座^ 一 第=定位座227及一第三定位座228。第一定位座226 '、^ 一定位座227及第三定位座228係分別用以 元件功、第二導電元件222及第三導電元件29/。—導電 ► 搭配參照第4b®，當該探針模、组刚安裝於 頭基座210之上時，該探針模組1〇〇連接該接頭模纟且木 此時;，就位銷⑴插入該定位孔224之中，該光纖奶 插入5亥開口 112之中，该第一導電元件221接觸（電氣 该基座110，該第二導電元件222接觸該第四導電_ 114，該第三導電元件223接觸該第五導電元件 者拾緊迫緊元件111，以將光纖225固定於該開口 中，而固定探針模組100與接頭模組22〇之間的連接。= 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；lemon 1301281 第二導電元件222以及該第三導電元件223與該壓電元件 150電氣連接。並且，由於基座110、框架121以及固定元 件122的材質均具有導電功能，因此第一導電元件221係 透過基座110、框架121以及固定元件122而與探針130 電氣連接。該光纖225插入該開.口 112之中並與探針130 相對應，藉此可感測（傳遞)探針130的位移訊號。 該第一導電元件221、該第二導電元件222以及該第 三導電元件223均為彈性元件。參照第4c圖，其係顯示當 探針模組100與掃描探頭基座210分離時，顯微鏡之掃描 探頭300的剖面圖。其中，該第一導電元件221、該第二 導電元件222以及該第三導電元件223(未圖式）均插設於該 掃描探頭基座210之中。以下以第一導電元件221為例， 說明該第一導電元件、該第二導電元件以及該弟二導電凡 件的細部結構。參照第4d圖，第一導電元件221包括一頂 針2211及一導電基座2212，導電基座2212永久固定於掃 描探頭基座210上，頂針2211可插入並固定於導電基座 > 2212中，必要時並可直接抽換頂針2211。參照第4e圖， 其係顯示頂針2211的剖面圖，頂針2211包括一滑動件 22111、一彈簧22112及一套筒22113，其中，滑動件22111 及彈簧22112埋設於該套筒22113之内。彈簧22112抵頂 該滑動件22111以及該套筒22113，而對該滑動件22111 提供彈性力。 上述之探針模組100為一整合式掃描探針顯微鏡 (Scanning probe microscopy，SPM)的探針模組。本發明之掃 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；lemon 9 1301281 描探頭之電極設計方式，使得掃描探頭高度模組化，提高 使用者的使用便利性。而，本發明之顯徵鏡之掃描探頭300 的接頭模組220設計，使得探針模組100可輕易的從掃描 探頭基座2Ί0上拆卸。並同時，參照第5圖，可搭配使用 其^形式的探針模組400而進行檢測，例如，掃描式穿隧 顯微鏡(STM)的探針模組。 雖然本發明已以具體之較佳.實施例揭露如上，然其並 非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發 明之精神和範圍内，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發 明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

0729-A21153FTW(N2)；P07940003；lemon 1301281 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示習知之顯微鏡之掃描探頭； 第2a圖係顯示本發明之探針模組的立體圖，此時蓋體 位於第^一方位； 第2b圖係顯示本發明之探針模組的立體圖，此時蓋體 位於第二方位； 第2c圖係顯示本發明之探針模組的侧視圖； 第3a圖係顯示本發明之探針模組的下方結構； 第3b圖係顯示本發明之探.針模組之壓電元件的設置 情形； 第4a圖係顯示本發明之顯微鏡之掃描探頭的爆炸圖; 第4b圖係顯示本發明之顯微鏡之掃描探頭的組合圖； 第4c圖係顯示本發明之探針模組與掃描探頭基座分 離日于5顯微鏡之知描探頭的剖街圖， 第4d圖係顯示本發明之第一導電元件之結構圖； 第4e圖係顯示本發明之第一導電元件之頂針的剖面 > 圖， 第5圖係顯示本發明之接頭模組搭配掃描式穿隧顯微 鏡探針模組的情形。 【主要元件符號說明】 1〜顯微鏡之掃描探頭 10〜掃描探頭本體 20〜探針模組 21〜基座 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；!emon 11 1301281 22〜彈片 23〜探針 24〜螺栓 25〜壓電元件 100〜探針模組 110〜基座 111〜迫緊元件 112〜開口 113〜定位銷 114〜第四導電元件 115〜第五導電元件 116〜第一絕緣層 117〜第二絕緣層 120〜蓋體 121〜框架 122〜固定元件 1221〜第一部份 1222〜第二部份 1223〜接觸部 130〜揉^十 140〜螺栓 150〜壓電元件 16 0〜置放板 161〜置放槽 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；lemon 12 1301281 210〜掃描探頭基座 220〜接頭模組 221〜第一導電元件 2211〜頂針 2212^導電基座 22111〜滑動件 22112〜彈簧 22113〜套筒 222〜第二導電元件 223〜第三導電元件 224〜定位孔 225〜光纖 226〜第一定位座 227〜第二定位座 228〜第三定位座 3 0 0〜顯微鏡之掃描探頭 400〜探針模組 4M ^ 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；!emon

Claims (1)

1301281 十、申請專利範圍： 1. 一種探針模組，包括： 一基座； 一探針，安置於該基座上；以及 一蓋體，係以可活動地樞接於該基座上，並用以將該 探針固定於該基座上。 2. 如申請專利範圍第1項所述之探針模組，其中，該 蓋體包括一框架以及一固定元件，該框架係以可活動地樞 接於該基座上_，該固定元件設於該框架上，用以固定該探 3. 如申請專利範圍第2項所述之探針模組，其中，該 固定元件為一彈性元件。 4. 如申請專利範圍第3項所述之探針模組，其中，該 固定元件為一彈片。 5. 如申請專利範圍第2項所述之探針模組，其中，該 固定元件包括一第一部分以及一第二部分，該第一部分與 φ 該第二部分係一體成型，該第一部分固定於該框架上。 6. 如申請專利範圍第5項所述之探針模組，其中，該 第二部分具有一接觸部，使該接觸部觸壓該探針於該基座 7. 如申請專利範圍第6項所述之探針模組，其中，該 接觸部以點或線接觸的方式觸壓該探針。 8. 如申請專利範圍第1項所述之探針模組，更包括一 結合元件，使該基座與該蓋體結合者。 0729-Α21153FTW(N2)；P07940003；iemon 14 1301281 9·如申請專利範圍第8項所述之探針模組，其中，該 結合元件為一螺栓。 10.如申請專利範圍第1項所述之探針模組，其中，該 基座的頂端更包括一置放槽，用以置放該探針。 ι/ll·一種顯微鏡之掃描探頭，包括： 一掃描探頭基座； 一接頭模組，設於談掃描探頭基座上；以及 一探針模組，係可與該接頭模組電氣連接。 12. 如申請專利範圍第11項所述之顯微鏡之掃描探 頭，更包括一光纖，設於該接頭模組上，以感測該探針的 一位移訊號。 13. 如申請專利範圍第12項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該探針模組具有一迫緊元件，使迫緊該光纖而 不致脫離才。 14. 如申請專利範圍第li項所述之顯微鏡之掃描探 頭，更包括一定位機構，使該探針模組與該接頭模組定位。 15. 如申請專利範圍第14項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該定位機構包括一定位孔以及一定位銷，該定 位孔形成於該接頭模組上，而該定位銷設於該探針模組 上，使該定位鎖可定位於該定位孔。 16. 如申請專利範圍第11項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該探針模組包括： 一基座； 一探針，安置於該基座上； 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；lemon 1301281 一框架，係以可活動地樞接於該基座上；以及 一固定元件，設於該框架上，用以固定該探針。 17. 如申請專利範圍第16項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該探針模組更包括一·結合元件，使該框架與該 基座結合固定。 18. 如申請專利範圍第16項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該接頭模組包括一第一導電元件，該探針係透 過該固定元件、該框架以及該基座而與該第一導電元件電 氣連接。 19. 如申請專利範圍第18項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該第一導電元件為一彈性元件。 20. 如申請專利範圍第18項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該接頭模組更包括一第一定位座，該第一定位 座用以定位該第一導電元件。 21. 如申請專利範圍第16項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該基座的頂端包括一置放槽，用以置放該探針。 丨 2.2.如申請專利範圍第Π項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該探針模組更包括一壓電元件，該壓電元件連 結該探針，並調整該探針的位置。 23. 如申請專利範圍第22項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該接頭模組更包括一第二導電元件以及一第三 導電元件，該第二導電元件與該第三導電元件分別與該壓 電元件電氣連接。 24. 如申請專利範圍第23項所述之顯微鏡之掃描探 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；!emon 16 1301281 頭，其中，該第二導電元件以及該第三導電元件均為一彈 性元件。 25. 如申請專利範圍第23項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該接頭模組更包括一第二定位座以及一第三定 位座，該第二定位座及該第三定位座分別用以定位該第二 導電元件及該第三導電元件。 26. 如申請專利範圍第23項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該探針模組更包括一第四導電元件以及一第五 導電元件，該第四導電元件與該第五導電元件分別埋設於 該探針模組之中，該第四導電元件對應接觸該第二導電元 件，該第五導電元件對應接觸該第三導電元件，該第四導 電元件與該第五導電元件並分別與該壓電元件電氣連接。 27. 如申請專利範圍第26項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該第四導電元件與該第五導電元件係透過導電 銀膠或焊錫與該壓電元件電氣連接。 2 8.如申請專利範圍第2 6項所述之顯微鏡之掃描探 頭，其中，該探針模組更包括一第一絕緣層以及一第二絕 緣層，該第一絕緣層環繞該第四導電元件，該第二絕緣層 環繞該第五導電元件。 1/29.—種探針模組，包括： 一基座； 一探針，安置於該基座上；以及 一固定元件，設於該基座上，該固定元件包括： 一第一部分，固定於該基座上；以及 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；lemon 1301281 一第二部分，與該第一部分連接，該第二部分具有一 折彎圓角結構，用以觸壓該探針於該基座上。 30. 如申請專利範圍第29項所述之探針模組，第二部 分前端具有一彎曲圓角造型，以線揍觸該探針。 31. 如申請專利範圍第29項所述之探針模組，其中， 該第一部分與該第二部分係一體成型。 32. 如申請專利範圍第29項所述之探針模組，其中， 該固定元件為一彈性元件。 33. 如申請專利範圍第32項所述之探針模組，其中， 該固定元件為一彈片。 ν/34· —種顯微鏡之掃描探頭，包括·· 一掃描株頭基座， 一接頭模組，設於該掃描探頭基座上，該接頭模組包 括一第一導電元件；以及 一探針模組，係可與該第一導電元件電氣連接’， 其中，該第一導電元件包括一頂針、一彈簧以及一套 筒，該彈簧套設於該頂針之上，該頂針以及該彈簧插入於 該套筒之中，該彈簧抵頂該頂針以及該套筒，而對該頂針 提供一彈性力。 0729-A21153FTW(N2)；P07940003；lemon 18