专利名称:用于扫描探测器显微镜的自找正的扫描探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及替代地用于扫描探测器显微镜(Rastersondenmikr oskop)中的扫描探测器，它具有微悬臂梁，在该微悬臂梁的一端上 设置有用于扫描试样的扫描尖端，并在其另一端上设置有固定部件， 该固定部件用于在固定于探测器夹持装置上的支承部件上，对扫描探 测器进行可拆卸地固定，其中在固定部件和支承部件上各自构造有相 应的找正机构，它们在同支承部件相耦合时使固定部件自动可重复地 相对探测器夹持装置进行找正(ausrichten )。
背景技术：
扫描探测器显微镜是众所周知的。它用于扫描试样的表面，直至 原子解析度。为此扫描探测器的纳米级的尖锐扫描尖端借助探测器夹 持装置可松开地固定在扫描探测器显微镜的扫描头上，并在试样表面 上引导，并且探测出微悬臂梁的偏移。在扫描隧道显微镜中，这相对 试样没有机械接触地进行，并在原子力显微镜 (Rasterkraftmikroskop )中，在同试样表面机械的交互作用下进行。
在扫描隧道显微镜中，扫描探测器的扫描尖端必须保持同试样分 离。扫描探测器和试样之间的每个接触通常都会一定程度地损伤扫描 探测器，使得其不能再继续使用。在原子力显微镜中，其中扫描探测 器的扫描尖端在扫描期间同试样表面相接触，扫描尖端由机械的交互 作用而承受持续的磨损。其结果是两种应用中经常要求更换在扫描探 测器显微镜中的扫描探测器。通常这是困难的过程，因为扫描探测器 显微镜的探测系统在每次更换扫描探测器后，都必须对准在微悬臂梁 的自由端部上的扫描尖端的精确位置，由此可以探测出梁的弯曲。
另一在应用扫描探测器显微镜时出现的问题是，在更换扫描探测 器后，扫描尖端相对试样进行找正，使得通过探测器更换间断的测量 可以直接在中断之前的同一位置上继续进行。为此必须将扫描探测器 尽可能准确地在固定在扫描头上时对准，使得扫描尖端再次以高精度 处于原来的扫描位置。
已知扫描探测器显微镜的扫描头具有探测器夹持装置，它简单并
快速地实现对磨损的扫描头的更换。为此在探测器夹持装置上设置有 用于扫描探测器的支承部件，该支承部件固定在探测器夹持装置上， 并且具有用于扫描探测器的固定部件的容纳机构。为了简化扫描探测 器的找正，经常在扫描探测器的支承部件的、朝向固定部件的一侧上
设置有u形导向部件形式的接合辅助机构，固定部件可以在固定到
支承部件上时沿着接合辅助机构被引导，直到固定部件被完全嵌入导 向部件中，并且扫描探测器相对扫描头被找正。
已知的导向部件还不够精确，以用于在取下和安装上扫描探测器 后，继续在同一扫描点(通过在更换扫描探测器之前的扫描尖端来标 记)进行测量。由此理想的是，构造将支承部件和扫描探测器，使在 更换扫描探测器时，保证扫描尖端的相对扫描头并由此相对试样的、 可重复的、精确的定位，尤其是对于具有不同的长度微悬臂梁的扫描 探测器。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于替代地应用在扫描探测器显微 镜中的扫描探测器，其中扫描探测器可以在探测器夹持装置上快速并 容易地更换，它与固定在探测器夹持装置上的支承部件连接地、以高 精度实现扫描探测器的自找正，使得扫描探测器的扫描尖端不依赖于 微悬臂梁的长度在更换时自动地以高重复精度相对试样进行定位。
根据本发明，这项任务通过具有权利要求
1所述特征的、用于替 代地应用的扫描探测器来完成，以及通过并列的方法权力要求的方法 来完成。其他有利方案见相应从属权利要求
。
根据本发明的扫描探测器具有不同长度的微悬臂梁，其中扫描尖 端和固定部件的确定的基点之间的相应长度构造为恒定的。
固定部件的确定的基点在支承部件上配属有相应的参考点，该参 考点在安装扫描探测器时被设置在扫描探测器的基点的对面。在固定 部件和支承部件的相应的侧面上，相对基点或者参考点处于确定位置 地各自设置有找正机构，这些找正机构在与支承部件相耦合时自动地 可重复地找正扫描探测器。在此扫描尖端在所有扫描探测器中、即使 不同长度的微悬臂梁中，以相对固定部件的确定的基点的同样距离进 行布置，扫描尖端以相对要扫描试样的高重复精度进行定位。
支承部件和固定部件的找正机构通过形状配合连接相互作用。它
们可以相互对置，或者相互错开地进行布置。依赖于其布置，也可以 将找正机构互补地、尤其镜像地构造，或者相应地构造仅单个地、相 互对应的贴靠面。找正机构可以凹下和/或凸起，并且具有任意的截 面形状以及相同或者不同的长度。优选相对于凹下的找正机构的凹入 尺寸，凸出的找正机构具有较大的高度尺寸，这使得自找正更容易。
侧面找正的精度例如通过位于支承部件上的相互垂直找正的V 形肋和与此精确配合的、在扫描探测器背面上的V形凹坑来保证。
选择肋的高度和凹坑的深度，使同支承部件相耦合的扫描探测器只放
置在肋上，其中通过找正机构的V形形状，在所有三个空间方向上
进行最优的找正。固定部件和支承部件的找正机构根据锁/钥原理
(Schloss/Schhiessel-Prinzip )共同起作用。在将固定部件放置到扫描 探测器的支承部件上并机械压紧时，这些找正机构使扫描探测器找正 以高重复精度相互找正。
沿着支承部件的边缘在远离微悬臂梁的一側上有利地设置接合 辅助机构，用于对扫描进行预找正，它在扫描探测器放置到支承部件 上时对扫描探测器作用。通过该接合辅助机构，支承部件和固定部件 的找正机构在耦合时相互定位，使得它们在固定部件沉入到支承部件 上时可以相互产生作用。
优选在扫描探测器中，固定部件的确定基点和固定部件的前面 的、对应于微悬臂梁的棱边之间的相应距离根据微悬臂梁的长度变化 地构造。
由此实现扫描尖端与微悬臂梁的长度无关地，总是具有到固定部 件的基点的、并由此到固定部件的耦合在基点上的找正机构的精确相 同的距离。这样可以改变微悬臂梁的长度，而无需改变固定部件的找 正机构的相对于扫描尖端的位置。通过到基点的相同距离，扫描尖端 也总是精确地具有到支承部件的参考点的同样距离，并且由此精确地 相对于试样的相应扫描位置有精确相同的距离。
在本发明的其他有利实施方式中，扫描探测器具有从扫描尖端直 到固定部件的后面的、远离微悬臂梁的棱边的同样长度。由此在所有 扫描探测器中，固定部件的后面棱边以到基点、并由此到固定部件的 找正机构的相同距离地进行布置。通过到基点的相同距离，后面棱边 不依赖于微悬臂梁的长度地精确地具有到支承部件的参考点的相同
距离，并且由此具有到支承部件的找正部件并到接合辅助机构的相同 距离，从而后面棱边即使在微悬臂梁的长度变化时，可以在耦合时用 于在扫描探测器的微悬臂梁的方向上预找正。
根据本发明的方法，替代地用于在扫描探测器显微镜中的扫描探
测器的制造根据下列步骤进行
-设计和制造可共同使用的支承部件，该支承部件带有使具有不 同悬臂梁长度的扫描探测器进行精确找正的找正机构；
-在形成了对应于支承机构的找正机构的找正机构情况下，设计
固定部件的对置于支承部件的后面部分；
-在固定部件的找正机构周围的区域内对确定的基点进行规 定，在微悬臂梁的长度变化的情况下，所述扫描尖端相对该基点以规 定的、恒定的距离进行布置；
-在前面的、朝向扫描尖端的棱边和固定部件的基点的距离变化 的情况下，设计固定部件的对应于微悬臂梁的前面部分，直到形成微 悬臂梁的期望长度；
-设计在一端部上具有扫描尖端的微悬臂梁，其中扫描尖端以相 对固定部件的基点的规定距离进行布置；并且
-根据技术人员公知的工业制造技术来制造扫描探测器。
本发明的主题不仅从单个的权利要求
的主题中得出，也从单个权 力要求的组合中得出。所有在文献中公开的特征、尤其附图中所示出 的构造，都作为本发明本质被要求保护，并且它们单独或者相互组合 地对于现有技术是有新颖性的。
随后本发明借助在附图中示出的实施例进行详细说明。在此由附 图和其描述得出本发明的其他本质特征和优点。
所示的是一种机构，其在更换扫描探测器时，实现扫描探测器的 高精确的自找正，该扫描探测器用于具有不同微悬臂梁的扫描探测器 显微镜。所述机构由两个共同作用的组件，即固定地同扫描探测器显 微镜的扫描头相连的支承部件和专门匹配的扫描探测器。附图示出
图1耦合于支承部件上的扫描探测器的视图；
图2图1中的支承部件和扫描探测器的处于未耦合状态的视
图；
图3被耦合的根据图1的扫描探测器的对照图，其并具有不同 长度的微悬臂梁。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的扫描探测器1，它的固定部件2同一个 在附图中未示出的探测器夹持装置的支承部件3相耦合。它具有一个 连接到固定部件2上的微悬臂梁4,在其一端5上扫描尖端6垂直地 由微悬臂梁4伸出，如从图la所见那样。通过扫描尖端6来扫描在 图中未示出的试样。支承部件3不可移动地固定在探测器夹持装置 上，并且扫描探测器1通过固定部件2可拆卸地同支承部件3相连。 支承部件3和固定部件2构造为基本长方形的，并且如图2a至2d所 见那样，具有凹沟和凸起，作为找正机构8、 8，、 8"、 l6、 16，、 16"、 18,通过这些找正机构，固定部件2和支承部件3通过形状配合连接 相互作用。
图2、 2a示出了不带支承部件3的扫描探测器l。在朝向支承部 件3的支承侧表面7上，固定部件2具有凹沟形式的找正机构8、 8，、 8"，它们表现为纵向延伸的棱柱形状。找正机构8、 8，、 8"的倾斜表 面找正机构10、 IO，和固定部件2的斜的側表面11、 ll，用作用于支承 部件3的贴靠面，并且在固定部件2同支承部件3耦合时使固定部件
自动找正，并由此使得整个扫描探测器1自动找正。
设置在微悬臂梁4的端部5上的扫描尖端6，到固定部件2的确
定基点9具有恒定的距离12，如由图3所见那样，该距离在所有示 出的扫描探测器1中被与微悬臂梁4的相应长度无关地构造。
图2c、 2d示出了处于未耦合状态的支承部件3。从其对应于固定 部件2的支承側表面7的平整侧面l5，凸出有找正机构16、 l6，、 16", 它们在扫描探测器1同支承部件3耦合时，作用于找正机构8、 8，、 8"，并且使扫描探测器精确定位。接合辅助机构18的倾斜表面l7、 17，同固定部件2的斜的侧表面11、 ll，结合，用于预找正。
固定部件2的找正机构8、 8，、 8"相对固定部件2的基点9,支 承部件3的找正机构16、 16，、 16"相对支承部件3的参考点l9布置 在中央。他们表现出到相应基点9或者参考点19的相同距离和相同 位置。在扫描探测器1的耦合状态中，基点9和参考点19处于对置， 使得固定部件2的找正机构8、 8，、 8"和支承部件3的找正机构16、
16，、 16"相互对准。找正机构8、 8，、 8"和找正机构16、 16，、 16，，构 造为基本相互互补的，其中固定部件2的找正机构8、 8，、 8"相对支 承部件3的找正机构16、 16，、 16"具有不同的长度。如图1、 lb所示 的那样，它们形状配合连接地相互啮合。
图3示出了根据本发明的扫描探测器l,它带有不同长度14的微 悬臂梁4，例如在图3a、 3b和3c所示的。其中，布置在相应微悬臂 梁4的端部5上的扫描尖端6具有到相应基点9的同样距离12。扫 描探测器1的通过微悬臂梁4的前面端部5和固定部件2的后面棱边 21所确定的总长度20在所有三个示例中构造为恒定的。相应微悬臂 梁4的不同长度14通过固定部件2的长度22的变化而实现，由此通 过固定部件2的连接到微悬臂梁4的后面端部13上的前面棱边23， 相应地改变其相对固定部件2的基点9的位置。
权利要求
1.扫描探测器(1)，用于替代地应用于扫描探测器显微镜中，该扫描探测器具有微悬臂梁(4)，在其一个端部(5)上设置有用于扫描试样的扫描尖端(6)，并且在其另一端部(13)上设置有固定部件(2)，该固定部件用于在固定于探测器夹持装置上的支承部件(3)上将扫描探测器(1)可拆卸地进行固定，其中在固定部件(2)和支承部件(3)上各自构造有对应的找正机构(8、8’、8”)、(16、16’、16”)，它们将固定部件(2)在同支承部件(3)相耦合时自动地可重复地相对探测器夹持装置进行找正，其特征在于，所述扫描探测器(1)的微悬臂梁(4)具有不同的长度(14)，并且扫描尖端(6)和固定部件(2)的确定的基点(9)之间的相应距离(12)构造为恒定的。
2. 按照权利要求
1所述的扫描探测器，其特征在于，对于所述 扫描探测器(1)，在固定部件(2)的确定的基点(9)和固定部件(2)的前面的、对应于微悬臂梁(4)的棱边(")之间的相应距离 (24)与所述微悬臂梁(4)的长度(14)无关地变化地构造。
3. 按照权利要求
1或2所述的扫描探测器，其特征在于，所述 扫描探测器(1)具有从扫描尖端(6)直到固定部件(2)的后面的、 远离微悬臂梁(4)的棱边(21)的相同长度(20)。
4. 制造用于扫描探测器显微镜的扫描探测器(1)的方法，该扫 描探测器(1)具有不同长度(l"的微悬臂梁(4),在其一个端部(5)上设置有用于扫描试样的扫描尖端(6)，并且在其另一端部(13) 上设置有固定部件(2)，该固定部件用于在固定于探测器夹持装置 上的支承部件(3)上将扫描探测器(1)可拆卸地进行固定，其中在 固定部件(2)和支承部件(3)上各自构造有对应的找正机构(8、 8，、 8") 、 (16、 16，、 16")，它们将固定部件(2)在同支承部件(3) 相耦合时自动地可重复地相对探测器夹持装置进行找正，其中尤其扫 描探测器(1)的扫描尖端(6)位置准确地相对探测器夹持装置被定 位，具有下列步骤A.设计和制造可共同使用的支承部件(3)，该支承部件(3) 带有使具有不同悬臂梁长度(14)的扫描探测器(1)进行精确找正 的找正机构(16、 16，、 16"); B. 在形成了对应于支承机构(3)的找正机构(16、 16，、 16") 的找正机构(8、 8，、 8")情况下，设计固定部件(2)的对置于支承 部件(3)的后面部分；C. 在固定部件(2)的找正机构(8、 8，、 8")周围的区域内对 确定的基点(9)进行规定，在微悬臂梁(4)的长度(M)变化的情 况下，所述扫描尖端(6)相对该基点有规定的、恒定的距离(12);D. 在前面的、朝向扫描尖端(6)的棱边(23)和固定部件(2) 的基点(9)的距离(24)变化的情况下，设计固定部件(2)的对应 于微悬臂梁(4)的前面部分，直到形成微悬臂梁(4)的期望长度(14);E. 设计在端部(5)上具有扫描尖端(6)的微悬臂梁(4),其 中扫描尖端(6)以相对固定部件(2)的基点(9)的规定距离(12) 进行设置；并且E.根据技术人员公知的工业制造方法来制造扫描探测器(1)。
专利摘要
本发明涉及用于扫描探测器显微镜的自找正的扫描探测器，它具有不同长度(14)的微悬臂梁(4)，在该微悬臂梁的一端(5)上设置有用于扫描试样的扫描尖端(6)，并在其另一端(13)上设置有固定部件(2)，该固定部件用于在固定于探测器夹持装置上的支承部件(3)上对扫描探测器进行可拆卸的固定，在固定部件(2)和支承部件(3)上各自构造有相应的找正机构，它们在同支承部件相耦合时，使固定部件(3)自动可重复地相对探测器夹持装置进行找正。对于根据本发明的探测器，扫描尖端(6)和固定部件(2)的确定的基点(9)之间的相应距离(12)构造为恒定，使得更换扫描探测器(4)时无需在纵向方向上对扫描探测器(4)进行找正。
文档编号G01Q10/00GKCN101110277SQ200710104562
公开日2008年1月23日 申请日期2007年5月25日
发明者C·里克特, H·-J·卢德格, M·布里, M·德特贝克, T·苏尔兹巴克 申请人:纳米世界股份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan