PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005043974A1 05.04.2007
Titel Mikromechanischer Abtastsensor
Anmelder Team Nanotec GmbH, 78052 Villingen-Schwenningen, DE
Erfinder Bayer, Thomas, 71083 Herrenberg, DE;
Greschner, Johann, Dr., 72124 Pliezhausen, DE;
Fritz, Georg, Dr., 72076 Tübingen, DE;
Kalt, Samuel, 72760 Reutlingen, DE
Vertreter Dreiss, Fuhlendorf, Steimle & Becker, 70188 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 15.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005043974
Offenlegungstag 05.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.04.2007
IPC-Hauptklasse G12B 21/22(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B81B 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft einen mikromechanischen Abtastsensor (10), insbesondere für ein Raster-Kraft-Mikroskop, mit einem Halteteil (11) und mit einem als Biegebalken ausgebildeten Sensorarm (12), der an einem ersten Ende (12a) mit dem Halteteil (11) verbunden ist, und mit einer Abtasteinheit (13), die mit einem zweiten Ende (12b) des Sensorarms (12) verbunden ist.
Der Abtastsensor (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinheit (13) einen mit dem Sensorarm (12) verbundenen Basisteil (13a), bestehend aus einem ersten Material, aufweist und einen mit dem Basisteil (13a) verbundenen Funktionsteil (13b), der aus einem zweiten Material besteht.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mikromechanischen Abtastsensor, insbesondere für ein Raster-Kraft-Mikroskop mit einem Halteteil und mit einem als Biegebalken ausgebildeten Sensorarm, der an einem ersten Ende mit dem Halteteil verbunden ist, und mit einer Abtasteinheit, die mit einem zweiten Ende des Sensorarms verbunden ist.

Derartige Abtastsensoren sind bekannt und werden insbesondere bei Raster-Kraft-Mikroskopen dazu eingesetzt, um die Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts bzw. einer Probe, bei der es sich auch um eine flüssige Substanz handeln kann, abzutasten.

Es ist bekannt, derartige Abtastsensoren komplett aus Silizium zu fertigen, wobei allerdings folgende Nachteile auftreten. Erstens weist ein komplett aus Silizium gefertigter Abtastsensor einen besonders hohen Verschleiß insbesondere durch Abriebeffekte z.B. bei einem ungeschmierten Gleitkontakt auf einer Probenoberfläche auf. Speziell bei einem Betrieb derartiger Abtastsensoren auf Polysilizium oder monokristallinem Silizium oder auf anderen in der Mikroelektronik und der Mikromechanik wichtigen Materialien wie z.B. Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Wolfram, Aluminium usw. ergibt sich durch die auftretenden Abriebeffekte eine deutliche Reduzierung der Lebensdauer der Abtastsensoren. Lediglich bei Photoresist und anderen ähnlichen, organischen Materialien ist der Abrieb eines komplett aus Silizium bestehenden Abtastsensors vernachlässigbar klein.

Darüberhinaus brechen Abtastsensoren bekannten Typs, die ein hohes Aspektverhältnis besitzen, häufig im Betrieb ab.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abtastsensor der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner vielfältigen Einsetzbarkeit und seiner Stabilität zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei dem Abtastsensor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abtasteinheit einen mit dem Sensorarm verbundenen Basisteil bestehend aus einem ersten Material aufweist und einen mit dem Basisteil verbundenen Funktionsteil, der aus einem zweiten Material besteht.

Durch die erfindungsgemäße Trennung der Abtasteinheit in den Basisteil und den Funktionsteil, der zur Realisierung der eigentlichen Sensor- bzw. Abtastfunktion vorgesehen ist, ergibt sich vorteilhaft die Möglichkeit, für den Basisteil ein hinsichtlich der Befestigung des Abtastsensors optimales Material zu wählen, während für den Funktionsteil ein anderes, zur Realisierung der Sensor- bzw. Abtastfunktion optimales Material, insbesondere ein mikrotribologisch besonders beständiges Material, ausgewählt werden kann, wodurch die Lebensdauer eines Abtastsensors deutlich gesteigert werden kann.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Basisteil ein integraler Bestandteil des Sensorarms ist, wodurch sich die Fertigung des erfindungsgemäßen Abtastsensors vereinfacht.

In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist ferner vorgeschlagen, dass der Halteteil, der Sensorarm und der Basisteil einstückig ausgebildet sind. Auch bei dieser Erfindungsvariante ist eine besonders effiziente Fertigung des Abtastsensors gegeben.

Ganz besonders vorteilhaft ist der Halteteil und/oder der Sensorarm und/oder der Basisteil einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zufolge zumindest teilweise aus monokristallinem Silizium ausgebildet, so dass eine Vielzahl von bekannten Mikrofertigungstechniken eingesetzt werden können, um diese Komponenten des erfindungsgemäßen Abtastsensors herzustellen.

Insbesondere besteht bei der Ausbildung der vorstehend genannten Komponenten des Abtastsensors aus monokristallinem Silizium sehr vorteilhaft die Möglichkeit, die entsprechenden Komponenten unter Verwendung bestehender Herstellungsverfahren nahezu beliebig zu formen. Dadurch lässt sich insbesondere auch der Basisteil in eine für die jeweilige Anwendung erforderliche Form bringen.

Bei einer anderen sehr vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Material, aus dem der erfindungsgemäße Funktionsteil besteht, aus der Gruppe der Nitride oder Carbide gewählt ist. Alternativ hierzu kann es sich bei dem zweiten Material auch um diamantartigen Kohlenstoff oder CVD (Chemical Vapour Deposition)-Diamant handeln.

Insbesondere Siliziumnitrid, Siliziumcarbid oder auch Metallcarbide, wie beispielsweise Wolframcarbid, sind – verglichen zu monokristallinem Silizium – aufgrund ihrer höheren mikrotribologischen Beständigkeit optimal geeignet, um Funktionsteile bzw. Abtastspitzen mit besonders hoher Lebensdauer herzustellen. Untersuchungen haben ergeben, dass die erfindungsgemäßen Abtastsensoren – verglichen mit herkömmlichen Abtastsensoren – eine um den Faktor einhundert vergrößerte Lebensdauer aufweisen.

Noch eine weitere, ganz besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsteil der Abtasteinheit einen vorzugsweise flächenhaft ausgebildeten Befestigungsbereich zur Befestigung an dem Basisteil aufweist.

Die an sich widerstreitenden Kriterien eines möglichst kleinen Funktionsteils bzw. einer kleinen Abtastspitze und die Forderung nach einer stabilen Befestigung des Funktionsteils bzw. der Abtastspitze an den restlichen Komponenten des Abtastsensors werden durch die erfindungsgemäße Abtastspitze beide erfüllt.

Der erfindungsgemäß flächenhaft ausgebildete Befestigungsbereich erlaubt aufgrund seiner verhältnismäßig großen Kontaktfläche eine sichere Befestigung des Funktionsteils beispielsweise an dem Basisteil, während der restliche Bereich des Funktionsteils andere, insbesondere geringere Abmessungen aufweisen kann, beispielsweise um eine Abtastspitze bzw. ein Sensorteil zu realisieren, das eine hohe räumliche Auflösung bei Messungen ermöglicht.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Funktionsteil einen Sensorteil aufweist, der sich vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einem/dem Befestigungsbereich erstreckt. Da der erfindungsgemäße Sensorteil und der Befestigungsbereich vorzugsweise einstückig in Form des Funktionsteils ausgebildet sind, ergibt sich eine besonders große Stabilität auch in dem Bereich des Funktionsteils, der bei Messungen in Kontakt mit einer Probe kommt.

Dementsprechend können nach dem der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzip auch Sensorteile bzw. Abtastspitzen mit besonders hohem Aspektverhältnis gefertigt werden, die insbesondere Tiefenmessungen in engen mikromechanischen bzw. mikroelektronischen Strukturen oder auch Rauhigkeitsmessungen möglich machen.

Ganz besonders vorteilhaft ist bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtastsensors eine durch den Befestigungsbereich definierte Kontaktfläche des Funktionsteils zu dem Basisteil größer, vorzugsweise um ein Vielfaches größer, als eine Querschnittsfläche eines sich senkrecht zu der Kontaktfläche erstreckenden Bereichs des Sensorteils, wodurch die Stabilität des erfindungsgemäßen Abtastsensors weiter gesteigert wird und sich eine dementsprechend hohe Lebensdauer des erfindungsgemäßen Abtastsensors ergibt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der Zeichnung zeigt:

1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtastsensors,

2 eine vergrößerte Ansicht einer Abtasteinheit des in 1 abgebildeten Abtastsensors,

36 weitere erfindungsgemäße Ausführungen der Abtasteinheit,

7a eine Seitenansicht einer Messanordnung mit dem erfindungsgemäßen Abtastsensor,

7b eine Detailansicht der Abtasteinheit des in 7a abgebildeten Abtastsensors,

810 jeweils eine Seitenansicht weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abtasteinheit, und

11a11f eine Draufsicht auf verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Abtasteinheiten.

1 zeigt – schematisch und nicht maßstabsgerecht – eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtastsensors 10, der ein Halteteil 11, einen Sensorarm 12 sowie eine Abtasteinheit 13 aufweist. Der Sensorarm 12 ist an seinem ersten Ende 12a fest mit dem Halteteil 11 verbunden, und die Abtasteinheit 13 ist an dem zweiten Ende 12b des Sensorarms 12 mit diesem verbunden.

Der Sensorarm 12 ist als Biegebalken ausgebildet, das heißt bei Beaufschlagung der Abtasteinheit 13 mit einer in 1 beispielsweise vertikal verlaufenden Kraft biegt sich der Sensorarm 12 in Abhängigkeit dieser Kraft durch. Die Durchbiegung des Sensorarms 12 kann in bekannter Weise beispielsweise mit kapazitiven oder vorzugsweise optischen Messverfahren gemessen und/oder verstärkt werden.

Bei der in 1 abgebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abtastsensors 10 ist das Halteteil 11, der Sensorarm 12, und ein aus der vergrößerten Ansicht nach 2 ersichtliches Basisteil 13a der Abtasteinheit 13 einstückig ausgebildet, wobei als Material vorzugsweise monokristallines Silizium verwendet wird. Eine derartige Ausbildung der Komponenten 11, 12, 13a ermöglicht eine besonders einfache und hochgradig automatisierbare Fertigung des Abtastsensors 10, wodurch dessen Herstellungskosten gesenkt werden können.

Ferner ist es aufgrund der Ausbildung der Komponenten 11, 12, 13a aus monokristallinem Silizium unter Verwendung an sich bekannter Herstellungsverfahren besonders einfach möglich, beispielsweise dem Basisteil 13a der Abtasteinheit 13 eine nahezu beliebige Form zu verleihen.

Wie aus 2 ersichtlich, weist die Abtasteinheit 13 einen auf dem Basisteil 13a angeordneten und fest mit diesem verbundenen Funktionsteil 13b auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 2 besitzt der Funktionsteil 13b einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt, wodurch einerseits der zur Kontaktierung mit dem Basisteil 13a verwendete Befestigungsbereich 13c und das sich senkrecht zu einer Kontaktfläche zwischen dem Befestigungsteil 13c und dem Basisteil 13a erstreckende Sensorteil 13d definiert ist.

Durch das bei dem Funktionsteil 13b verhältnismäßig große Aspektverhältnis, d.h. die in 2 in vertikaler Richtung gemessene, im Verhältnis zu einer Breite des Sensorteils 13d große Länge, können insbesondere Tiefenmessungen in engen mikromechanischen bzw. mikroelektronischen Strukturen sowie Rauhigkeitsmessungen besonders gut durchgeführt werden.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Funktionsteils 13b mit seinem großflächig ausgebildeten Befestigungsbereich 13c besteht in der Möglichkeit zur sicheren Befestigung des Funktionsteils 13b an dem Basisteil 13a, so dass z.B. auch bei einem als „Contact Mode" bezeichneten Messverfahren für den Abtastsensor 10 kein unbeabsichtigtes Abbrechen des Funktionsteils 13b von dem Basisteil 13a durch insbesondere auf den Sensorteil 13d wirkende laterale Kräfte möglich ist.

Darüber hinaus sieht die vorliegende Erfindung vor, den Funktionsteil 13b aus einem anderen Material zu fertigen als den Basisteil 13a beziehungsweise die weiteren Komponenten 11, 12 des erfindungsgemäßen Abtastsensors 10.

Hierbei werden vorzugsweise Materialien wie Nitride, insbesondere Siliziumnitrid, Carbide, insbesondere Siliziumcarbid, aber auch Metallcarbide, wie beispielsweise Wolframcarbid, diamantartiger Kohlenstoff oder CVD (Chemical Vapour Deposition)-Diamant eingesetzt.

Die Verwendung dieser Materialien gewährleistet eine besonders hohe mikrotribologische Beständigkeit des Funktionsteils 13b der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 13.

Die erfindungsgemäße Trennung der Abtasteinheit 13 in den Basisteil 13a und den Funktionsteil 13b ermöglicht demnach eine optimale Kombination von Ausgangsmaterialien sowie eine sichere Befestigung des Funktionsteils 13b an dem Basisteil 13a.

Neben der verbesserten Funktionalität des erfindungsgemäßen Abtastsensors 10 aufgrund der höheren mikrotribologischen Beständigkeit ist eine weitgehend automatisierte Fertigung des gesamten Abtastsensors 10 mit Mikrofertigungsverfahren möglich, so dass eine besonders wirtschaftliche Fertigung bei gleichzeitig guter Qualitätskontrolle gegeben ist.

In den 36 sowie 810 sind jeweils Seitenansichten weiterer erfindungsgemäßer Ausführungsformen der Abtasteinheit 13 abgebildet, die nachstehend beschrieben werden.

3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abtasteinheit 13, bei der der Funktionsteil 13b als Kegel ausgebildet ist. Prinzipiell kann der Funktionsteil 13b einen beliebigen, bei der Fertigung des Funktionsteils 13b vorgebbaren Kegelwinkel aufweisen. Der kegelförmige Funktionsteil 13b weist an seiner Basis in Verwirklichung des erfindungsgemäßen Prinzips einen großflächigen Befestigungsbereich 13c auf und besitzt gleichzeitig eine scharfe Spitze, die die Funktion des Sensorteils 13d übernimmt.

Die in der 4 abgebildete Abtasteinheit weist ebenfalls einen kegelförmigen Sensorteil 13d auf, der im Vergleich zu der Abtasteinheit gemäß 3 jedoch ein deutlich höheres Aspektverhältnis besitzt. Unter Verwirklichung des erfindungsgemäßen Prinzips weist auch die in 4 abgebildete Abtasteinheit einen flächenhaft ausgebildeten Befestigungsbereich 13c zur sicheren Befestigung des Funktionsteils 13b an dem Basisteil 13a auf, während der Sensorteil 13d sich im Wesentlichen senkrecht zu der Kontaktfläche des Befestigungsbereichs 13c erstreckt.

Die in 4 dargestellte Abtasteinheit ist aufgrund ihres großen Aspektverhältnisses insbesondere für Tiefenmessungen in engen mikromechanischen bzw. mikroelektronischen Strukturen sowie für Rauhigkeitsmessungen von Oberflächen einsetzbar.

Auch die in 5 abgebildete Abtasteinheit weist einen kegelförmigen Sensorteil 13d auf, wobei das Aspektverhältnis bei dieser Ausführungsform noch größer ist als bei der in 4 abgebildeten Abtasteinheit.

6 zeigt eine Abtasteinheit, deren Sensorteil 13d einen zylinderförmigen Querschnitt hat, und die vorzugsweise zu Tiefenmessungen in engen Strukturen eingesetzt wird.

In 7a ist ein Messaufbau unter Verwendung des erfindungsgemäßen Abtastsensors 10 dargestellt, bei dem der als Biegebalken ausgebildete Sensorarm 12 um einen Winkel &bgr; von etwa 3° gegenüber einer Oberfläche der zu untersuchenden Probe („sample") geneigt angeordnet ist.

Um die Abtastung von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis bei einer gesteigerten Auflösung durchzuführen, wird bei der in 7a gezeigten Messanordnung eine Abtasteinheit 13 verwendet, deren Sensorteil 13d mit seiner Längsachse um einen Winkel &ggr; von etwa 3° gegenüber der Kontaktfläche zwischen dem Befestigungsbereich 13c des Funktionsteils 13b und dem Basisteil 13a geneigt ist, vgl. 7b.

Durch eine derartige, gegenüber dem Basisteil 13a um den Winkel &ggr; geneigte Anordnung des Sensorteils 13d wird nämlich erreicht, dass der Sensorteil 13d bei der vorstehend beschriebenen, um den Winkel &bgr; geneigten Anordnung, möglichst senkrecht auf der zu untersuchenden Probe steht, was durch den in 7a gezeigten Winkel von &agr; = 90° veranschaulicht ist. Bei einem Winkel von &agr; = 90° ergibt sich eine besonders hohe räumliche Auflösung des erfindungsgemäßen Abtastsensors 10.

Dementsprechend ist es auch möglich, Abtastsensoren 10 vorzusehen, deren Sensorteile 13d stärker oder schwächer relativ zu der Kontaktfläche des Befestigungsbereichs 13c geneigt sind, bei denen der Winkel &ggr; also einen anderen Betrag aufweist als die beispielhaft genannten 3°.

In 8 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abtasteinheit dargestellt, wobei der Sensorteil 13d dieser Abtasteinheit die Form eines Zylinders mit Hinterschnitt hat. Mit einem auf diese Weise ausgebildeten Sensorteil 13d lassen sich insbesondere sogenannte „critical dimensions" bei der Herstellung von Komponenten aus der Mikroelektronik messen. Beispielsweise können hiermit Abstände von senkrechten Strukturen oder auch Abstände von Strukturen mit Hinterschnitt messtechnisch erfasst werden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für die in 8 abgebildete Abtasteinheit besteht in der Messung von Rauhigkeiten von Seitenwänden sowie zur Messung von Neigungswinkeln von Seitenwänden.

Auch bei der in 8 abgebildeten Abtasteinheit erweist sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips als besonders vorteilhaft.

Bei herkömmlichen Abtasteinheiten, bei denen der zylindrische Sensorteil 13d direkt mit dem Basisteil 13a verbunden ist, d.h. keinen erfindungsgemäßen Befestigungsbereich 13c aufweist, ist aufgrund der geringen Querschnittsfläche des Sensorteils 13d insbesondere in dem Kontaktbereich zu dem Basisteil 13a keine zuverlässige Befestigung an dem Basisteil 13a gegeben, so dass bei einer Beaufschlagung des Sensorteils 13d der herkömmlichen Abtasteinheit mit lateralen Kräften, z.B. in einem sogenannten Contact Mode – Messverfahren, eine Zerstörung der herkömmlichen Abtasteinheit wahrscheinlich ist.

In 9 ist eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtasteinheit angegeben, die sich ebenfalls besonders gut zur Messung der vorstehend beschriebenen critical dimensions eignet. Die in 9 abgebildete Abtasteinheit weist einen im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Sensorteil 13d auf, der an seinem in 9 abgebildeten oberen Ende einen scharfen Überhang besitzt, der seitlich über einen den restlichen Sensorteil 13d bildenden Schaft hinausragt.

Eine Modifikation der in 9 abgebildeten Abtasteinheit ist in 10 angegeben. Der Funktionsteil 13b der in 10 abgebildeten Abtasteinheit besteht hierbei aus zwei verschiedenen Materialien. Auf diese Weise kann der sich gemäß 10 in vertikaler Richtung erstreckende, auch als Schaft bezeichnete, Bereich des Funktionsteils 13b materialmäßig von dem in 10 darüber angeordneten Überhang 13e entkoppelt werden. Eine derartige Entkopplung kann sowohl fertigungstechnische als auch funktionale Vorteile bieten.

Die funktionalen Vorteile hierbei bestehen zum Beispiel in der Wahl eines für den Überhang 13e optimalen Materials sowie in den erweiterten Möglichkeiten zur Ausbildung der Form des überhängenden Bereichs 13e. Ferner bleibt bei einer Abnutzung des Überhangs 13e bei der in 10 abgebildeten Ausgestaltung die Dicke des Überhangs 13e konstant und erlaubt daher konstante Messergebnisse.

Der vertikale Bereich des Funktionsteils 13b, der den Überhang 13e mit dem Befestigungsbereich 13c verbindet, kann bei dieser Ausführungsform, unabhängig von einem Abriebverhalten im Bereich des Überhangs 13e, beispielsweise auf einen höheren Elastizitätsmodul hin optimiert werden. Die Wahl eines höheren Elastizitätsmoduls für den Übergangsbereich erlaubt wiederum die Nutzung von Sensorteilen 13d mit noch höherem Aspektverhältnis.

In der 11 sind verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Abtasteinheiten jeweils in einer Draufsicht gezeigt. Neben einer Ausbildung der verschiedenen Sensorteile 13d mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, vgl. 11a, 11d, 11e, können auch Sensorteile 13d mit weiteren Querschnittsformen hergestellt werden, vgl. insbesondere 11b, 11c, 11f.

Die Ausbildung des Sensorteils gemäß 11c erlaubt eine besonders präzise Abtastung von seitlichen Oberflächen senkrechter Strukturen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung weist ein der abzutastenden Probe (nicht gezeigt) zugewandter oberer Abschnitt des Sensorteils 13d einen dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei dieser obere Abschnitt des Sensorteils 13d gleichzeitig, wie aus 11c ersichtlich und vergleichbar zu dem Überhang 13e gemäß 10, seitlich über den Schaft des Funktionsteils 13b herausragt, der den oberen Abschnitt mit dem Befestigungsbereich 13c verbindet.

Aufgrund des herausragenden oberen Abschnitts kann ein erfindungsgemäßer Abtastsensor 10, der mit einer Abtasteinheit gemäß 11c ausgestattet ist, in zwischen benachbarten senkrechten Strukturen einer Probe bestehende Öffnungen bewegt werden und dabei z.B. eine Rauhigkeit einer seitlichen Oberfläche einer der senkrechten Strukturen abtasten.

Besonders zweckmäßig ragt der dreieckförmige obere Abschnitt des Sensorteils 13d mit wenigstens zwei Ecken des Dreiecks in der vorstehend beschriebenen Weise über den Schaft hinaus, so dass zu mehreren Seiten des Abtastsensors 10 hin senkrechte Oberflächen abgetastet werden können, ohne die Probe neu anordnen zu müssen.

Die beiden herausragenden Ecken eines dreieckförmigen oberen Abschnitts des Sensorteils 13d gemäß 11c erstrecken sich dementsprechend in der Ansicht gemäß 1 senkrecht zu der Zeichenebene, d.h. in die Zeichenebene der 1 hinein bzw. aus der Zeichenebene der 1 heraus.

Weitere erfindungsgemäße Abtasteinheiten mit zur Messung von seitlichen Oberflächen geeigneten oberen Abschnitten des Sensorteils 13d sind beispielsweise in den 11b und 11f angegeben. Die Seitenansichten gemäß den 8 bis 10 zeigen ebenfalls für derartige Messungen besonders geeignete erfindungsgemäße Abtasteinheiten.

Eine sich z.B. in 2 vertikal erstreckende Höhe des Basisteils 13a ist vorzugsweise einige Mikrometer bis einige zehn Mikrometer groß, während die Höhe des Funktionsteils 13b bzw. des Schafts des Funktionsteils 13b vorzugsweise einige zehn Nanometer bis einige hundert Nanometer betragen kann. von diesen beispielhaft angegebene Daten abweichende Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abtasteinheit 13 sind ebenfalls denkbar.


Anspruch[de]
Mikromechanischer Abtastsensor (10), insbesondere für ein Raster-Kraft-Mikroskop, mit einem Halteteil (11) und mit einem als Biegebalken ausgebildeten Sensorarm (12), der an einem ersten Ende (12a) mit dem Halteteil (11) verbunden ist, und mit einer Abtasteinheit (13), die mit einem zweiten Ende (12b) des Sensorarms (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinheit (13) einen mit dem Sensorarm (12) verbundenen Basisteil (13a) bestehend aus einem ersten Material aufweist, und einen mit dem Basisteil (13a) verbundenen Funktionsteil (13b), der aus einem zweiten Material besteht. Abtastsensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisteil (13a) integraler Bestandteil des Sensorarms (12) ist. Abtastsensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteteil (11), der Sensorarm (12) und der Basisteil (13a) einstückig ausgebildet sind. Abtastsensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteteil (11) und/oder der Sensorarm (12) und/oder der Basisteil (13a) zumindest teilweise aus monokristallinem Silizium bestehen. Abtastsensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material aus der Gruppe der Nitride oder Carbide gewählt ist oder diamantartiger Kohlenstoff oder CVD (Chemical Vapour Deposition)-Diamant ist. Abtastsensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsteil (13b) einen vorzugsweise flächenhaft ausgebildeten Befestigungsbereich (13c) zur Befestigung an dem Basisteil (13a) aufweist. Abtastsensor (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsteil (13b) einen Sensorteil (13d) aufweist, der sich vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu einem/dem Befestigungsbereich (13c) erstreckt. Abtastsensor (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch den Befestigungsbereich (13c) definierte Kontaktfläche des Funktionsteils (13b) zu dem Basisteil (13a), vorzugsweise um ein Vielfaches, größer ist, als eine Querschnittsfläche eines sich senkrecht zu der Kontaktfläche erstreckenden Bereichs des Sensorteils (13d).






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com