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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für ein Rastersondenmikroskop, ein Rastersondenmikroskop sowie ein Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe mit einem Rastersondenmikroskop.
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Hintergrund
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Rastersondenmikroskope sind als solche in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Sie werden genutzt, um Messproben rastersondenmikroskopisch zu untersuchen. Hierbei findet zum Abtasten der Messprobe eine Relativbewegung zwischen einer Sondenspitze einer Messsonde und einer Probenaufnahme statt, auf welcher die Messprobe für die Untersuchung angeordnet ist. Messsonde und Probeaufnahme werden mit Hilfe einer Verlagerungseinrichtung relativ zueinander bewegt. Die Sondenspitze und die Messprobe treten in Wechselwirkung. Für die Wechselwirkung werden Messsignale detektiert.
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Bei der sondenmikroskopischen Untersuchung wird die Messprobe mittels der Messsonde abgerastert. Hierbei ist darauf zu achten, dass die von der Messsonde bei der Untersuchung tatsächlich ausgeführte Abrasterung auch eine für die messtechnische Untersuchung vorgegebenen und geplanten Rasterform entspricht, so dass die beim Abrastern erzeugte Abbildung der Messprobe nicht verzerrt ist. Bei bekannten Rastersondenmikroskopen können in diesem Zusammenhang Probleme auftreten, wenn die in der Verlagerungseinrichtung verwendeten Piezoelemente eine nichtlineare Bewegung bewirken. Zusätzlich können noch sogenannte Creeps auftreten, was dazu führt, dass die Messsonde, die beispielsweise als ein Cantilever ausgeführt sein kann, und die Messprobe sich zusätzlich zur Abrasterungsbewegung relativ zueinander bewegen. In der Regel wird mittels Sensoren hierbei die Auslenkung zwischen zwei Bauteilen gemessen, wobei eines der Bauteile von der Verlagerungseinrichtung bewegt wird, das andere Bauteil hingegen nicht. Hierbei wird bei der Messdatenauswertung regelmäßig davon ausgegangen, dass Verbindungen zwischen Verlagerungseinrichtung (und deren Aufnahme) sowie dem Ort der Wechselwirkung zwischen Messsonde und Messprobe starr sind. Bei höheren Scan- oder Abtastgeschwindigkeiten (Abraster-Frequenz) trifft diese Annahme in der Regel nicht mehr zu und daher bekommt man Bildverzerrungen, die vom Sensor nicht mehr erkannt und somit auch nicht herausgeregelt werden können.
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Aus dem Dokument
DE 197 54 681 A1 ist eine in einem Rastermodus abtastende Vorrichtung bekannt, die als Rastermikroskop ausgeführt sein kann. Um Störeinflüsse von mechanischen Schwingungen auf den Abtastvorgang zu kompensieren, weist die Vorrichtung einen Sensor zur Erfassung von mechanischen Schwingungen auf, welcher einen Filter ansteuert, dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang der Einrichtung zur Erzeugung eines z-Signals an einen Summierer angeschlossen ist, dessen Ausgang die Einrichtung zum Ändern des Abstandes zwischen der Probe und dem Sensor ansteuert.
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Das Dokument
US 7 249 002 B1 offenbart eine Vorrichtung zum Analysieren einer Oberfläche. Es ist ein Verfahren zum Kompensieren von mechanischen Schwingungen und Drift vorgesehen. Hierzu soll ein Abstandssensor Sensorsignale erfassen für den Abstand zwischen der Messprobe und der Oberfläche der Messprobe. Das Sensorsignal soll genutzt werden, um Rauschen beim eigentlichen Messsignal in Echtzeit zu kompensieren.
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Dokument
DE 198 16 914 B4 offenbart ein Abtastmikroskop mit folgenden Merkmalen: Einer Stufe zum Beobachten und Auswerten einer Form, einer Beschaffenheit oder dergleichen einer Probenoberfläche, einer Struktur mit einer groben Stufe zum groben Positionieren und einem Feinganggetriebe zum feinen Positionieren einer Probe relativ in drei Dimensionen, einem Detektierbereich zum Detektieren einer physikalischen Größe, wie zum Beispiel einer atomaren Kraft oder dergleichen, die von der Probe empfangen wird; einer Steuereinrichtung zum Konstanthalten eines Abstands zwischen der Probe und dem Detektierbereich; einer elektrischen Steuerungseinheit zum Steuern des Detektierbereichs; einem Computer zur Steuerung und einem Antivibrationstisch zum Reduzieren einer von den Installationsumständen verursachten Vibrationsübertragung, wobei die Struktur des Antivibrationstisches einer Einrichtung zum Detektieren der Änderungsrate einer Grundplatte und der Vibrationsänderung eine Vibration mit einer entgegengesetzten Phase bezüglich der von den Installationsumständen bewirkten Vibration hinzuaddiert.
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Zusammenfassung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messvorrichtung für ein Rastersondenmikroskop, ein Rastersondenmikroskop sowie ein Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe mit einem Rastersondenmikroskop anzugeben, bei denen die vorgenannten messtechnischen Probleme gemindert oder ganz vermieden sind.
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Zur Lösung ist eine Messvorrichtung für ein Rastersondenmikroskop nach dem unabhängigen Anspruch 1 geschaffen. Weiterhin sind ein Rastersondenmikroskop sowie ein Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Messprobe mit einem Rastersondenmikroskop nach den nebengeordneten Ansprüchen 11 und 12 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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Mit Hilfe der Sensoreinrichtung wird die von Messsonde und / oder Messprobe, welche auf der Probenaufnahme angeordnet ist, bei der Messung tatsächlich ausgeführte Bewegung erfasst mittels jeweiliger Absolutmessung und auf die Steuereinrichtung rückgekoppelt, so dass diese die Steuersignale für die Verlagerungseinrichtung zum relativen Bewegen von Messsonde und Messprobe in Abhängigkeit hiervon erzeugen kann. Weicht die von Messsonde und Messprobe beim Abrastern oder Abtasten der Messprobe tatsächlich ausgeführte Bewegung von der für die sondenmikroskopische Untersuchung vorgegebenen Rasterbewegung ab, kann dies so korrigiert werden. Es wird hiermit verbessert sichergestellt, dass die bei der Untersuchung der Messprobe ausgeführte Relativbewegung zwischen Messsonde und Probenaufnahme (Abrastern der Messprobe) der für die Untersuchung geplanten und vorgegebenen Bewegung entspricht.
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Eine Absolutmessung im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist eine Messung einer physikalischen Größe bezogen auf ein Inertialsystem, was bedeutet, dass die Messung frei von jeglichen Referenzpunkten erfolgt, also insbesondere frei von Referenzpunkten auf der Messvorrichtung wie auch in der Umgebung der Messvorrichtung, zum Beispiel einem Labor.
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Eine Rasterbewegung (Abrastern) im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist eine relative Bewegung zwischen der Messsonde und der Messprobe, um die Messsonde mit einem untersuchenden Bereich der Messprobe in eine Wechselwirkung zu bringen. Beispielsweise können hierbei in einer zur Messprobe lateralen Richtung eine Dreiecksbewegung und in der anderen lateralen Richtung eine Stufenfunktion ausgeführt werden, so dass ein viereckiger Bereich der Messprobe abgerastert wird.
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Die Sensoreinrichtung weist eine erste Beschleunigungssensoreinrichtung auf, die eingerichtet ist, beim Messen der Messprobe erste Bewegungsmesssignale für eine Bewegung der zum Ausführen der relativen Bewegung zwischen der Messsonde und der Probenaufnahme bewegten Messsonde oder Probenaufnahme zeitabhängig zu erfassen. Aus den Messsignalen, die mittels der Beschleunigungssensoreinrichtung bereitgestellt werden, lassen sich mittels Integration Geschwindigkeits- und Weginformationen für die Bewegung der Messsonde oder der Probenaufnahme ableiten. Die ersten Bewegungssignale werden für ein Bauteil der Messvorrichtung erfasst, welches mittels der Verlagerungseinrichtung beim Messen der Messprobe und der hierfür ausgeführten Relativbewegung zwischen der Messsonde und der Probenaufnahme bewegt wird.
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Die Sensoreinrichtung kann eine zweite Beschleunigungssensoreinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, beim Messen der Messprobe zweite Bewegungsmesssignale für eine Bewegung der zum Ausführen der relativen Bewegung zwischen der Messsonde und der Probenaufnahme mittels der Verlagerungseinrichtung nicht bewegten Probenaufnahme oder Messsonde zeitabhängig zu erfassen. Auf diese Weise können auch für die Probenaufnahme oder die Messsonde Bewegungsinformationen erfasst werden. Eine solche zusätzliche und nicht beabsichtigte Bewegung kann insbesondere bei höheren Scan- oder Abtastgeschwindigkeiten auch für das Bauteil der Messvorrichtung auftreten, welches für das Messen der Messprobe (zum Ausführen der relativen Bewegung zwischen der Messsonde und der Probenaufnahme) nicht gezielt bewegt wird und für das im Stand der Technik daher eine unbewegte Ruhestellung angenommen wird. Mittels Integration lassen sich aus den Beschleunigungssignalen Informationen über Absolutwerte für die Geschwindigkeit und den Weg der Bewegung ableiten.
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Die Sensoreinrichtung kann zumindest teilweise an dem Sondenhalter gebildet sein. An dem Sondenhalter kann die Sensoreinrichtung benachbart zur Lagerung der Messsonde an dem Sondenhalter angeordnet sein, insbesondere in unmittelbarer Nähe hierzu. Die Sensoreinrichtung kann hierbei auf einer äußeren Oberfläche des Sondenhalters angeordnet sein. Alternativ kann eine Integration der Sensoreinrichtung in ein Gehäuse oder einen Block des Sondenhalters vorgesehen sein. Die Sensoreinrichtung kann teilweise Bestandteil der Messsonde sein.
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Die Sensoreinrichtung kann zumindest teilweise an der Probenaufnahme gebildet sein. In Verbindung mit der zumindest teifweisen Ausbildung der Sensoreinrichtung an der Probenaufnahme gelten die vorangehend im Zusammenhang mit dem Sondenhalter gemachten Erläuterungen zu Ausgestaltungsoptionen entsprechend.
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Die Sensoreinrichtung kann mit einem ersten Sensorelement an dem Sondenhalter und einen zweiten, dem ersten Sensorelement zugeordneten Sensorelement an der Probenaufnahme gebildet sein. Aus den Signalen für das erste und das zweite Sensorelement ergibt sich für jede Raumrichtung eine relative Messung, ohne dass eine aufwändige Ausrichtung der Sensorelemente nötig ist. Das erste und das zweite Sensorelement können zum Beispiel einander gegenüberliegend angeordnet sein.
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Die Messsonde kann mit einem Cantiiever gebildet sein.
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Die Steuereinrichtung und die Verlagerungseinrichtung können eingerichtet sein, beim Messen der Messprobe die Rasterbewegung der Messsonde relativ zur Messprobe in der zumindest einen Raumrichtung als eine periodische Bewegung auszuführen. Das Ausführen einer sinusförmigen oder einer dreiecksförmigen periodischen Bewegung in zumindest einer Raumrichtung kann vorgesehen sein.
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Die Steuereinrichtung und die Verlagerungseinrichtung können eingerichtet sein, beim Messen der Messprobe die periodische Bewegung der Messsonde relativ zur Messprobe hinsichtlich einer Amplitude und / oder einer Phase der periodischen Bewegung in Abhängigkeit von den Bewegungsmesssignale zu steuern. Ausgehend von den bei der Absolutmessung für die Bewegung der Messsonde und / oder die Bewegung der Probenaufnahme erfassten Bewegungssignale werden Steuersignale für die Steuerung der schwingenden Bewegung zum Abrastern der Messprobe erzeugt.
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Die Steuereinrichtung und die Vertagerungseinrichtung können eingerichtet sein, beim Messen der Messprobe die Rasterbewegung der Messsonde relativ zur Messprobe mit einer Schwingungsfrequenz von wenigstens etwa 100 Hz auszuführen. Schwingungsfrequenzen bis zu etwa 1 kHz können vorgesehen sein, alternativ bis zu etwa 20 kHz. Es wurde überraschend festgestellt, dass bei Schwingungsfrequenzen ab etwa 100 Hz die Messgenauigkeit leidet oder sich sogar verfälschte Messergebnisse festgestellt wurden. Die Ursache hierfür wird in zusätzlichen Bewegungen der Bauteile oder Funktionseiemente der Messvorrichtung, die zum Beispiel durch Resonanzschwingungen hervorgerufen sein können. Insbesondere bei solchen Schwingungsfrequenzen können mit der vorgeschlagenen Technologie verbesserte Messergebnisse erreicht werden. Es wurde überraschend gefunden, dass bei Schwingungsfrequenzen ab etwa 100 Hz die Messgenauigkeit leidet oder sich sogar verfälschte Messergebnisse ergeben. Die Ursache hierfür wird in zusätzlichen Bewegungen der Bauteile oder Funktionselemente der Messvorrichtung gesehen, die zum Beispiel durch Resonanzschwingungen hervorgerufen sein können. Insbesondere bei solchen Schwingungsfrequenzen können mit der vorgeschlagenen Technologie verbesserte Messergebnisse erreicht werden.
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Es kann eine weitere Sensoreinrichtung vorgesehen sein, welche eingerichtet ist, weitere Bewegungssignale im Rahmen einer Relativbewegung zu erfassen, insbesondere um langsame Bewegungen, die den oben beschriebenen Problemen nicht unterliegen, messen und wahlweise ausgleichen zu können, ohne mögliche Nachteile einer absoluten Messung, zum Beispiel hohes Rauschen, bei langsamen Bewegungen zuzulassen. Hierbei kann es sich um eine Relativbewegung in Bezug auf den Sondenhalter handeln, zum Beispiel relativ zum Ständerbauteil. Die weitere Sensoreinrichtung kann zum Beispiel an einem Ständerbauteil, an dem die Verlagerungseinrichtung aufgenommen ist, und an dem Sondenhalter gebildet sein. Die weitere Sensoreinrichtung kann eine Abstandssensoreinrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, einen sich beim Messen der Messprobe infolge der mittels der Verlagerungseinrichtung bewirkten Bewegung ändernden Abstand zwischen dem Ständerbauteil und dem Sondenhalter zeitabhängig zu erfassen. Das Erfassen des zeitlich sich ändernden Abstands liefert ein Maß für die während der rastersondenmikroskopischen Untersuchung der Messprobe ausgeführte Relativbewegung zwischen Messsonde und Probenaufnahme. Die Abstandssensoreinrichtung kann beispielsweise mit einem oder mehreren Abstandssensoren gebildet sein, die einander zugeordnet an dem Ständerbauteil einerseits und an der Verlagerungseinrichtung andererseits gebildet sind. Die weitere Sensoreinrichtung kann zum Beispiel einen kapazitiven Sensor einen Dehnungsmessstreifen, einen Differentialtransformator oder einen anderen relativen Sensor aufweisen.
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Die weitere Sensoreinrichtung kann zum Steuern der relativen Bewegung zwischen Messsonde und Probenaufnahme beim Abrastern der Messprobe verwendet werden, wobei die erste und ggf. die zweite Sensoreinrichtung die Steuerung korrigieren. Es kann vorgesehen sein, dass die Korrektur erst ab einer Schwellwert-Geschwindigkeit einsetzt, beispielsweise ab etwa 100 Hz, insbesondere bei einer sinusförmigen Bewegung.
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Die vorangehend im Zusammenhang mit der Messvorrichtung erläuterten Ausführungen können für das Rastersondenmikroskop und / oder das Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen der Messprobe mit dem Rastersondenmikroskop entsprechend vorgesehen sein.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung für ein Rastersondenmikroskop nach dem Stand der Technik,
- 2 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung für ein Rastersondenmikroskop mit einer Beschleunigungssensoreinrichtung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung für ein Rastersondenmikroskop mit einer weiteren Sensoreinrichtung
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Messvorrichtung für ein Rastersondenmikroskop und
- 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Funktionskomponenten zur Signalverarbeitung und -erzeugung bei einem Rastersondenmikroskop.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung 1 für ein Rastersondenmikroskop, Rastersondenmikroskope sind in verschiedenen Ausführungsformen als solche bekannt, beispielsweise auch als Rasterkraftmikroskope (AFM). Eine Messsonde 2, die auch als Nahfeldsonde bezeichnet werden kann und bei der es sich beispielsweise um einen Cantilever handelt, ist an einem Sondenhalter 3 aufgenommen, konkret an einer Unterseite 4 des Sondenhalters 3. Bei der Rastersondenmikroskopie wird die Wechselwirkung der Messsonde 2 mit einer Messprobe 6 erfasst. Die zu untersuchende Messprobe 6 wird mittels dieser Messsonde 2 in einem Rasterprozess Punkt für Punkt abgetastet. Die sich für jeden einzelnen Punkt ergebenden Messwerte können dann zu einem digitalen Bild zusammengesetzt werden.
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Zum sondenmikroskopischen Untersuchen wird eine Sondenspitze 5 der Messsonde 2 gegenüber der Messprobe 6 angeordnet, die auf einer Probenaufnahme 7 angeordnet ist, wahlweise auf einem hierauf angeordneten Probenhalter (nicht dargestellt). Mit Hilfe einer Verlagerungseinrichtung 8, die an einem Ständerbauteil 9 aufgenommen ist, wird der Sondenhalter 3 mit der Messsonde 2 relativ zur Probenaufnahme 7 mit der Messprobe 6 bewegt, um die Messprobe 6 abzutasten (abzurastern). Es wird eine sogenannte Kraftdetektion ausgeführt, mit der ein Maß für eine Wechselwirkung zwischen der Sondenspitze 5 und der Messprobe 6 erfasst wird. Dieser Wechselwirkung entsprechend erfolgt eine Auslenkung der Sondenspitze 5, zum Beispiel zur Messprobe 6 hin. Diese Auslenkung der Sondenspitze 5 kann zum Beispiel dem Lichtzeigerprinzip entsprechend erfasst werden. Hierbei wird zum Beispiel in bekannter Art und Weise ein Messlichtstrahl auf einen Abschnitt der Messsonde 2 gerichtet und dort reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl wird dann mit einem lichtsensitiven Element erfasst, zum Beispiel einer Fotodiode. Dieses Messprinzip ist als solches in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und hier daher nicht weiter zu erläutern.
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Die 2 zeigt eine schematische Ausführungsformen für eine Messvorrichtung 20, die eine Sensoreinrichtung 21 aufweist, mit welcher es ermöglicht ist, im Rahmen einer Absolutmessung beim rastersondenmikroskopischen Untersuchen der Messprobe 6 Bewegungsmesssignale für eine Bewegung der Messsonde 2 am Sondenhalter 3 und / oder die Messprobe 6 auf der Probenaufnahme 7 zu erfassen. Hierfür ist die Sensoreinrichtung 21 zumindest zum Teil (unmittelbar) benachbart zur Halterung der Messsonde 2 an dem Sondenhalter 3 angeordnet.
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Bei der Ausführungsform in 2 ist bei der Sensoreinrichtung 21 eine Beschleunigungssensoreinrichtung 22 vorgesehen, die mit einem ersten und einem zweiten Beschleunigungssensor 22a, 22b an dem Sondenhalter 3 sowie an der Probenaufnahme 7 gebildet ist. Alternativ kann auch nur ein Sensorelement (Beschleunigungssensor) vorgesehen sein, insbesondere an dem Sondenhalter 3, weshalb der zweite Beschleunigungssensor 22b mittels einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Mit Hilfe der Beschleunigungssensoreinrichtung 22 können Bewegungsinformationen für die Relativbewegung zwischen Messprobe 6 und Probenaufnahme 7 detektiert werden. Hieraus können mittels Integration der Bewegungsmesssignale Geschwindigkeits- sowie Weginformationen abgeleitet werden.
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Die mit Hilfe der Sensoreinrichtung 21 erfassten Bewegungsmesssignale werden an eine Steuereinrichtung 23 übermittelt, die mit der Verlagerungseinrichtung 8 verbunden ist. Die Bewegungsmesssignale werden in der Steuereinrichtung 23 ausgewertet, um in Abhängigkeit hiervon Steuersignale für die Verlagerungseinrichtung 8 zu erzeugen, die dazu dienen, Messsonde 2 und Probenaufnahme 7 beim Messen relativ zueinander zu bewegen, nämlich um die Messprobe 6 abzurastern.
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Die für die Relativbewegung mittels der Sensoreinrichtung 21 erfassten Messsignale können im Rahmen eines adaptiven Regelungsmechanismus berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann eine Steuerspannung für die Verlagerungseinrichtung 8 vorgegeben werden. Diese wird so lange nicht verändert, wie die erfassten Messsignale anzeigen, dass die von Messsonde 2 und Probenaufnahme 7 im Betrieb ausgeführte Relativbewegung dem geplanten und vorgegebenen Abrastern der Messprobe 6 entspricht.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung 20 für ein Rastersondenmikroskop mit einer weiteren Sensoreinrichtung 24, welche als Abstandssensoreinrichtung ausgeführt sein kann und in der gezeigten Ausführung einander zugeordnete Sensorelemente 24a, 24b aufweist, die am Sondenhalter 3 und am Ständerbauteil 9 angeordnet sind. Die weitere Sensoreinrichtung 24 ermöglicht es, eine zusätzliche / störende Bewegung des Sondenhalters 3 und / oder des Ständerbauteils 9 beim Messen zu erfassen, insbesondere bei langsamen Schwingungsfrequenzen von zum Beispiel weniger als 100 Hz oder beim Halten einer konstanten Position, was zum Beispiel bei Erfassen von Kraft-Abstands-Kurven oder bei externen optischen Experimenten notwendig sein kann, wobei eine relative Bewegung zwischen Sondenhalter 3 und Ständerbauteil 9 bestimmt werden kann.
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Die weitere Sensoreinrichtung 24 kann zum Beispiel mit kapazitiven Sensorelementen gebildet sein. Die weitere Sensoreinrichtung 24 ist eingerichtet, die mittels der Verlagerungseinrichtung 8 bewirkte Bewegung des Sondenhalters 3 in Bezug auf das Ständerbauteil 9 zu erfassen. Die einander zugeordnete Sensorelemente 24a, 24b sind bei der gezeigten Ausführungsform jeweils benachbart zur Verlagerungseinrichtung 8 angeordnet, weshalb die mittels der weiteren Sensoreinrichtung 24 erfassten Messsignale zum Beispiel unter Annahme verarbeitbar oder auswertbar sind, dass zwischen Sondenhalter 3 und Ständerbauteil 9 über die Verlagerungseinrichtung 8 eine in wesentlichen starre Verbindung gegeben ist, dahingehend, dass der Abschnitt am Sondenhalter 3, an welchem das Sensorelement 24a angeordnet ist, exakt der mittels der Verlagerungseinrichtung 8 erzeugten Bewegungsbahn folgt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Messvorrichtung 30 für ein Rastersondenmikroskop. Für gleiche Merkmale werden in 4 dieselben Bezugszeichen wie in den 2 und 3 verwendet. Im Unterschied zu den Ausgestaltungen in den 2 und 3 ist zum Ausführen der relativen Bewegung zwischen der Messsonde 2 und der Probenaufnahme 7 die Probenaufnahme 7 mittels der Verlagerungseinrichtung 8 verlagerbar. Die Verlagerungseinrichtung 8 kann als eine sogenannte „Stage“ ausgeführt sein, d.h. ein feststehender Teil der Verlagerungseinrichtung ist zum Beispiel auf einem Tisch, einem inversen Mikroskop oder einer anderen Versuchseinrichtung fixiert und ein beweglicher Teil verlagert die Probenaufnahme 7. Der Probenhalter 3 ist an einem Trägerbauteil 31 aufgenommen. Der erste Beschleunigungssensor 22a ist an der Probenaufnahme 7 angeordnet, und der zweite Beschleunigungssensor 22b am Probenhalter 3. Es kann auch eine weitere Sensoreinrichtung 24 für das Messen langsamer Bewegungen zwischen der Probenaufnahme 7 und dem Ständerbauteil 9 vorgesehen sein. Diese kann dann Bestandteil der Verlagerungseinrichtung 8 sein. Die weitere Sensoreinrichtung 24 mit den einander zugeordneten Sensorelemente 24a, 24b ist optional und kann auch weggelassen werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von Funktionskomponenten zur Signalverarbeitung und -erzeugung (Regelmechanismus) bei einem Rastersondenmikroskop. Messsignale, die die weitere Sensoreinrichtung 24 optional erfasst, werden mittels einer ersten Auswerteinrichtung 40 ausgewertet, indem zum Beispiel gemessene Kapazität (kapazitiver Sensor) in eine Bewegung umgerechnet und an eine Verarbeitungsmechanismus 41 weitergegeben wird.
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Der erste Beschleunigungssensor 22a wird mittels einer zweiten Auswerteinrichtung 42 ausgewertet und ebenfalls zum Verarbeitungsmechanismus 41 weitergegeben. Der Verarbeitungsmechanismus 41 kombiniert die beiden Signale in geeigneter Weise und gibt sie dann an einen Regelmechanismus 43 weiter, der dann Steuersignale erzeugt, um die Bewegung mittels der Verlagerungseinrichtung 8 zu steuern.
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Es können verschiedene Verarbeitungsmechanismen gewählt werden. So kann zum Beispiel bei langsamen Scangeschwindigkeiten (eher niedrige Frequenzen) das Signal der ersten Auswerteinrichtung 40 über den Verarbeitungsmechanismus 41 unverändert an den Regelmechanismus 43 weitergegeben werden, also ohne Berücksichtigung der Bewegungsmesssignale von dem ersten Beschleunigungssensor 22a. Ab einer bestimmten Geschwindigkeit (Frequenz, zum Beispiel ab etwa 100Hz) könnte das Signal der zweiten Auswerteinrichtung 42 über den Verarbeitungsmechanismus 41 unverändert an den Regelmechanismus 43 weitergegeben werden, also ohne Berücksichtigung der Messsignale von der weiteren Sensoreinrichtung 24.
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Eine andere Ausführung besteht darin, dass ab einer Schwellwertfrequenz das Ausgangssignal der zweiten Auswerteinrichtung 42 zur Korrektur des Ausgangssignals der ersten Auswerteinrichtung 40 herangezogen wird. Diese Korrektur kann für eine sinusförmige Bewegung zum Beispiel so aussehen, dass die Amplitude und die Phase der Bewegung aus der zweiten Auswerteinrichtung 42 sehr genau bestimmt werden. Dies ist möglich, indem beispielsweise eine vorgegebene Scanfrequenz aus Verarbeitungsmechanismus 41 als Referenz zum Beispiel für einen Lock-In Verstärker (nicht dargestellt), der dann zur zweiten Auswerteinrichtung 42 gehört, genommen werden kann.
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Auch kann vorgesehen sein, die Signale von der weiteren Sensoreinrichtung 24 und dem ersten Beschleunigungssensor 22a und / oder dem zweiten Beschleunigungssensor 22b abstrakt zu verrechnen, so dass aus Algorithmen, die im Verarbeitungsmechanismus 41 und Regelmechanismus 43 genutzt werden, gar nicht auf die tatsächliche relative Bewegung zwischen Sondenspitze 5 und Messprobe 6 zurück geschlossen werden muss. Es kann eine Kalibrierung stattfinden, damit die Signale eine korrekte Bewegung in der Regelschleife ermöglichen. Die Signale können abstrakt zueinander kalibriert werden, indem bei einer unkritischen eher geringen Frequenz (zum Beispiel < 100Hz) oder besser noch bei mehreren Frequenzen beide Größen verglichen werden und diese dann auf denselben Wert gesetzt werden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
