[发明专利]一种用来测试测试样品的电属性的探针

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来测试测试样品的电属性的探针。

背景技术

当进行电阻测量来确定测试样品的电属性时，测试探针包括一个或多个臂， 每个臂都带有用来建立至测试表面的电接触的尖端，使其接触到测试表面。

本发明提供悬臂(横梁)几何形状，在悬臂尖端和测试样品表面之间形成 非插入静态接触。进一步地，本发明提供一种由悬臂(横梁)几何部件限定的 带有一个或多个悬臂的多悬臂探针。再进一步地，本发明提供设计纳机电系统 (NEMS)和微机电系统(MEMS)的理论，以实现低磨损静态接触来改进机 械接触或机电接触的稳定性和寿命。

微四点探针被用作导电和半导电表征薄膜和多层结构的测量工具。如图1 所示我们看到了表面和直线悬臂尖端之间接触中机械运动(滑动和振动)导致 悬臂尖端磨损。为了减少这种机械磨损并减少尖端向样品表面中的插入，设计 了弹性的悬臂以便一旦表面接触就获得非插入静态机械接触。

相关的系统和方法可以在下述公开文献中找到，比如US 2004/072452、US 2003/102878、WO 2005/031376、US 6,672,875、US 2001/012739、US 4,383217、 EP 1085327、US 2004/183554、US 6,943,571、US 4,703,252、US 5,691,648、 US 6,747,445、US 2005/0151552、US 2005/0081609和US 2005/0062448。参考 上述所有美国专利公开文献，所有这些文献特此包含在本说明书中整体上作为 所有目的的参考。

发明内容

本发明的第一方面涉及测试探针被形成以便至少部件地减少测试探针在执 行测试期间的磨损。测试探针包括：

主体，具有包括近端和与近端相对的远端的探针臂，该探针臂在探针 臂近端上，从主体延伸出来，还具有由近端和远端限定出的第一轴。

该探针臂具有几何部件，使探针臂可以沿着第一轴，并沿着垂直于第 一轴的第二轴，并沿着与第一轴和第二轴限定的平面正交的第三轴弹性移动。

由该探针臂限定的几何部件提供弹性运动给探针臂，以便当该探针与测试 样品接触时，并且该探针臂支撑在测试设备的支架中时，从周围来的振动至少 在一定程度上被吸收到臂中，而且不会转换成探针臂和测试样品之间的运动。 这种测试探针和测试样品之间的静态接触，可以通过确保摩擦力大于在测试样 本表面施加的绝对力而获得。

探针臂从主体自由延伸出来。探针臂具有自由弹性的运动。

主体限定第一平面表面。臂从主体延伸出来。臂限定平行于主体的第一平 面表面的平面。第一平面表面和由该臂限定的平面在臂不与测试样本表面接触 时是平行的。该臂可以限定L形的几何部件，或者给臂以弹性的任何其他几何 部件，以便取得静态接触。

在一个实施例中，臂可以通过在主体上沉积材料而形成。例如通过以更大 的结构开始，臂通过沉积形成于其上，然后支撑臂的部件材料在这一阶段被移 开，以便该臂可以从主体自由延伸出来。主体即是更大结构的剩余部分。

当探针被支撑与测试样品静态接触而不是该测试探针相对于测试样品移动 时，测试探针寿命上取得显著增加。还有，可预期的是，在测试执行的条件不 改变而且测试样品的接触区域基本上保持不变时，所执行的测试的质量增加。

当探针被支撑与测试样品的表面部件接触时，摩擦力的公约近似值F_f由静 态磨擦系数μ_s和法向力N的乘积给出。

F_f＝μ_sN

理想的是侧向力F_L应当为零，但这实际上不可能。因此，为了获得静态接 触，摩擦力必须大于作用在表面平面上的侧向力。

F_f＞F_L

作用在悬臂尖端上的侧向力F_L是假定与法向力成比例用于短距离移动的 力。

在本发明一个优选实施例中，探针臂可以是一种支撑结构，支撑接触探针， 以建立到测试样品上的电接触，支撑衬垫用于建立到测试设备上的电接触，并 支撑位于在主体上或位于主体中的导电带用于建立该接触探针和该衬垫之间的 电接触。