DE102022202657A1 - Changing probes for scanning probe microscopes - Google Patents

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00—General aspects of SPM probes, their manufacture or their related instrumentation, insofar as they are not specially adapted to a single SPM technique covered by group G01Q60/00
    • G01Q70/02—Probe holders

Abstract

Ein Verfahren zum lösbaren Anbringen einer Sonde mit einem Sondenkörper und einer Sondenspitze an einer Aufnahme für die Sonde wird bereitgestellt. Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: Positionieren der Sonde, so dass der Sondenkörper in mechanischen Kontakt mit der Aufnahme gebracht wird, und Erhitzen der Sonde und/oder der Aufnahme, so dass ein Material an einer Oberfläche des Sondenkörpers eine lösbare Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme ausbildet.A method for releasably attaching a probe having a probe body and a probe tip to a probe receptacle is provided. The method may include the following steps: positioning the probe so that the probe body is brought into mechanical contact with the receptacle, and heating the probe and/or the receptacle so that a material on a surface of the probe body forms a releasable connection between the probe body and the recording.

Description

1. Technisches Gebiet1. Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Wechseln von Sonden für Rastersondenmikroskope. Insbesondere betrifft die Erfindung entsprechende Verfahren zum Wechseln, Anbringen oder Entfernen von Sonden, sowie entsprechende Sonden und deren Herstellung sowie entsprechende Rastersondenmikroskope sowie deren Messköpfe.The present invention relates generally to changing probes for scanning probe microscopes. In particular, the invention relates to corresponding methods for changing, attaching or removing probes, as well as corresponding probes and their production as well as corresponding scanning probe microscopes and their measuring heads.

2. Hintergrund2. Background

Rastersondenmikroskope tasten mit einer Sonde (genauer: einer Sondenspitze einer Sonde) eine Probe bzw. deren Oberfläche ab und erzeugen so eine Darstellung von Eigenschaften der Probe. Im Folgenden werden Rastersondenmikroskope durch SPM - englisch für Scanning Probe Microscope - abgekürzt. Je nach Art der Wechselwirkung zwischen der Sondenspitze und der Probenoberfläche werden verschiedene SPM Typen unterschieden. Häufig werden Rastertunnelmikroskope (STM, Scanning Tunneling Microscope) und Rasterkraftmikroskope (AFM, Atomic Force Microscope; oder SFM, Scanning Force Microscope) eingesetzt. Neben diesen gängigen SPM Typen gibt es eine Vielzahl weiterer Gerätetypen, die für spezielle Anwendungsgebiete eingesetzt werden, wie beispielsweise Magnetkraftmikroskope oder optische und akustische Rasternahfeldmikroskope. Neben Sonden zur Analyse der Probenoberfläche sind spezielle Sonden für Rastersondenmikroskope entwickelt worden, die (auch) zum Verändern einer Probe ausgelegt sind.Scanning probe microscopes use a probe (more precisely: a probe tip of a probe) to scan a sample or its surface and thus create a representation of the sample's properties. In the following, scanning probe microscopes are abbreviated as SPM - English for Scanning Probe Microscope. Depending on the type of interaction between the probe tip and the sample surface, different SPM types are distinguished. Scanning tunneling microscopes (STM) and atomic force microscopes (AFM, atomic force microscope; or SFM, scanning force microscope) are often used. In addition to these common SPM types, there are a variety of other device types that are used for specific areas of application, such as magnetic force microscopes or optical and acoustic scanning near-field microscopes. In addition to probes for analyzing the sample surface, special probes have been developed for scanning probe microscopes that are (also) designed to change a sample.

Ein Beispiel für ein AFM ist in der US 5189906 A offenbart.An example of an AFM is in the US 5189906 A disclosed.

Sonden sind jedoch häufig dem Verschleiß ausgesetzt, können verschmutzen oder werden beim Betrieb beschädigt. So können beispielsweise Sondenspitzen für die Rastertunnelmikroskopie oder die Rasterkraftmikroskopie stumpf oder in anderer Weise unbrauchbar werden. Deshalb ist es notwendig, Sonden schnell und ohne großen Aufwand auswechseln zu können. Insbesondere für Rastersondenmikroskope, die in einer Vakuumumgebung eingesetzt werden, soll dies vorzugsweise erfolgen können, ohne dass das System belüftet werden muss.However, probes are often subject to wear and can become dirty or damaged during operation. For example, probe tips for scanning tunneling microscopy or atomic force microscopy can become dull or otherwise unusable. It is therefore necessary to be able to replace probes quickly and without much effort. In particular for scanning probe microscopes that are used in a vacuum environment, this should preferably be possible without the system having to be ventilated.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, Sondenarrays einzusetzen, die eine Vielzahl vereinzelter Sonden auf einem Sondenträger aufweisen. Beispiele hierfür sind in den Dokumenten WO 02/080187 A1 , WO 2008/053217 A1 , US 2013/0014296 A1 und US 2013/0111635 A1 beschrieben. Das Herstellen von Sondenarrays ist jedoch sehr aufwändig, da zunächst gefertigte Sonden vereinzelt und dann wieder zu einem Sondenarray zusammengesetzt werden müssen. Zudem können durch den Platzbedarf der Sondenarrays und/oder deren großer Masse deren Einsatzmöglichkeiten eingeschränkt sein. Auch sind bekannte Verfahren zum Verbinden der Sonden mit einem Sondenträger nicht optimal.It is known from the prior art to use probe arrays which have a large number of individual probes on a probe carrier. Examples of this are in the documents WO 02/080187 A1 , WO 2008/053217 A1 , US 2013/0014296 A1 and US 2013/0111635 A1 described. However, producing probe arrays is very complex because manufactured probes must first be separated and then reassembled to form a probe array. In addition, the space requirements of the probe arrays and/or their large mass may limit their possible uses. Known methods for connecting the probes to a probe carrier are also not optimal.

Die US 10578644 B2 beschreibt ein System, mit Hilfe dessen eine Sonde eine lösbare magnetische Verbindung mit einer Aufnahme ausbilden kann.The US 10578644 B2 describes a system with which a probe can form a detachable magnetic connection with a receptacle.

In dem Artikel „Electromagnetic changer for AFM tips“ berichten die Autoren B. Goj, N. Vorbringer-Dorozhovets, C. Wystup, M. Hoffmann und E. Manske in Proceedings of Micromechanics and Microsystems Europe Workshop 2012, ISBN: 978-3-938843-71-0 von der Auslegung einer elektromagnetischen Haltevorrichtung, mit deren Hilfe eine Sonde lösbar am Kopf eines Rasterkraftmikroskops befestigt werden kann.In the article “Electromagnetic changer for AFM tips” the authors B. Goj, N. Vorbringer-Dorozhovets, C. Wystup, M. Hoffmann and E. Manske report in Proceedings of Micromechanics and Microsystems Europe Workshop 2012, ISBN: 978-3- 938843-71-0 on the design of an electromagnetic holding device with which a probe can be releasably attached to the head of an atomic force microscope.

Die US 8099793 B2 beschreibt ein automatisches Sondenwechselsystem auf der Basis von Permanentmagneten. Um eine differentielle magnetische Kraft zwischen der Sondenhalterung eines SPM und einer Sondenhalterung einer Sondenablage herzustellen, die eine Sonde von der Sondenhalterung des SPM an die Sondenhalterung der Sondenablage übergibt oder umgekehrt, werden die Permanentmagnete der Sondenablage in vertikaler Richtung bewegt.The US 8099793 B2 describes an automatic probe changing system based on permanent magnets. In order to establish a differential magnetic force between the probe holder of an SPM and a probe holder of a probe tray, which transfers a probe from the probe holder of the SPM to the probe holder of the probe tray or vice versa, the permanent magnets of the probe tray are moved in a vertical direction.

Die US 5705814 B2 beschreibt ein SPM für einen automatischen Sondenwechsel. Dazu weist das SPM eine Speicherkassette für Sonden auf, in die mehrere Sonden abgelegt werden können. Die Sonden werden in der Speicherkassette durch Vakuum-basiertes, mechanisches, elektrostatisches oder elektromagnetisches Klemmen gehalten. Das freie Ende eines Scanners weist eine Sondenhalterung auf, die ebenfalls durch Unterdruck, mechanischem, elektrostatischem oder elektromagnetischem Klemmen oder mittels schwacher Klebstoffe eine Sonde halten kann. Bei einer magnetischen Halterung einer Sonde erfolgt der Kontakt der Sonde mit einem Permanentmagneten in aller Regel mittels einer ruckartigen Bewegung der Sonde, die in Abhängigkeit der Stärke des Magneten eine Entfernung bis zu einigen Millimetern überwinden kann.The US 5705814 B2 describes an SPM for automatic probe change. For this purpose, the SPM has a storage cassette for probes in which several probes can be stored. The probes are held in the memory cassette by vacuum-based, mechanical, electrostatic or electromagnetic clamping. The free end of a scanner has a probe holder, which can also hold a probe using negative pressure, mechanical, electrostatic or electromagnetic clamping or using weak adhesives. When a probe is held magnetically, the probe comes into contact with a permanent magnet usually by means of a jerky movement of the probe, which, depending on the strength of the magnet, can overcome a distance of up to a few millimeters.

Die US 9052340 B2 offenbart ein Sondenassembly mit einem Carrier, der zumindest zwei Sonden trägt und auf einer kippbaren Stage angeordnet ist.The US 9052340 B2 discloses a probe assembly with a carrier that carries at least two probes and is arranged on a tiltable stage.

Die US 9784760 B2 offenbart einen Sondenaustauschmechanismus. Die Sonde wird aktiv oder passiv gehalten, mittels Reibung, Vakuum, mechanischem Klemmen, elektrostatisches Anziehung oder magnetischer Anziehung.The US 9784760 B2 discloses a probe exchange mechanism. The probe is held actively or passively, using friction, vacuum, mechanical clamping, electrostatic attraction or magnetic attraction.

Die US 2007/0022804 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die einen automatischen Wechsel der Sonde ermöglicht. Die Sonden werden durch eine Feder, Luft, die Gravitation, elektromechanisch oder durch Vakuum-getriebene Ablagemechanismen in einem Speicherplatz gehalten.The US 2007/0022804 A1 describes a device that enables the probe to be changed automatically. The probes are held in a storage location by a spring, air, gravity, electromechanically or vacuum-driven storage mechanisms.

Die bekannten Verfahren zum Wechseln von Sonden haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. So kann die Verwendung von elektrischen oder magnetischen Feldern zum Halten der Sonde insbesondere nachteilig sein, wenn die Sonde mit geladenen Teilchenstrahlen interagieren soll (z.B. mit einem Elektronenstrahl eines Rasterelektronenmikroskops). Zudem können solche Felder zu ruckartigen Bewegungen führen, wodurch wiederum häufig Partikel freigesetzt werden, die auf eine zu untersuchende Probe gelangen können und ein ernsthaftes Kontaminationsproblem hervorrufen können. Darüber können solche Bewegungen unkontrolliert sein und daher zu einer zumindest teilweise unbekannten Ausrichtung der Sonde relativ zur Sondenhalterung führen.However, the known methods for changing probes have a number of disadvantages. The use of electric or magnetic fields to hold the probe can be particularly disadvantageous if the probe is to interact with charged particle beams (e.g. with an electron beam from a scanning electron microscope). In addition, such fields can lead to jerky movements, which in turn often release particles that can get onto a sample being examined and cause a serious contamination problem. Furthermore, such movements can be uncontrolled and therefore lead to an at least partially unknown orientation of the probe relative to the probe holder.

Vakuumbasierte Halterungen sind vor allem beim Einsatz in einer Vakuum-Umgebung nicht praktikabel. Mechanische Klemmen oder Federn sind meist fehleranfällig und insbesondere zum Halten kleiner Sonden kaum geeignet, insbesondere wenn es um einen automatischen Betrieb zum Herstellen und Lösen von Verbindungen geht.Vacuum-based mounts are not practical, especially when used in a vacuum environment. Mechanical clamps or springs are usually prone to errors and are hardly suitable for holding small probes, especially when it comes to automatic operation for making and releasing connections.

Durch Reibung, Gravitation o.ä. lässt sich in der Regel keine ausreichend stabile Verbindung herstellen, die verlässlich, gut kontrollierbar und insbesondere stabil gegenüber Stößen oder Vibrationen ist.Due to friction, gravity, etc., it is usually not possible to create a sufficiently stable connection that is reliable, easy to control and, in particular, stable against shocks or vibrations.

Es besteht daher die Aufgabe, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, um einen automatischen Sondenwechsel bei Rasterkraftmikroskopen und allgemein bei Messvorrichtungen, die ähnliche Sonden verwenden, zu ermöglichen.There is therefore the task of providing improved methods and devices to enable automatic probe changing in atomic force microscopes and generally in measuring devices that use similar probes.

3. Zusammenfassung der Erfindung3. Summary of the invention

Die hierin beschriebenen Aspekte lösen diese Aufgabe zumindest zum Teil.The aspects described here solve this problem at least in part.

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Verfahren bereitgestellt zum lösbaren Anbringen einer Sonde mit einem Sondenkörper und einer Sondenspitze an einer Aufnahme für die Sonde. Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: Positionieren der Sonde, so dass der Sondenkörper in (mechanischen) Kontakt mit der Aufnahme gebracht wird, und Erhitzen der Sonde und/oder der Aufnahme, so dass ein Material an einer Oberfläche des Sondenkörpers eine lösbare Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme ausbildet.According to a first aspect, a method is provided for releasably attaching a probe with a probe body and a probe tip to a receptacle for the probe. The method may include the following steps: positioning the probe so that the probe body is brought into (mechanical) contact with the receptacle, and heating the probe and/or the receptacle so that a material on a surface of the probe body forms a releasable connection between the probe body and the receptacle.

Es hat sich herausgestellt, dass sich mit Hilfe des Kontaktierens und Erwärmens der Sonde bzw. der Aufnahme mit Hilfe geeigneter Materialien eine stabile und dauerhafte Verbindung zwischen Sonde und Aufnahme ausbilden lässt, die sich auch auf einfache und kostengünstige Weise automatisieren lässt. Die Sonde muss lediglich an der Aufnahme positioniert werden. Sodann kann durch Erhitzen und anschließendes Abkühlen des auf der Sonde angebrachten Materials eine Verbindung zwischen Sonde und Aufnahme aktiviert werden. Es werden keine dauerhaften elektrischen oder magnetischen Felder zur Befestigung bzw. zum Austausch der Sonden benötigt. It has been found that by contacting and heating the probe or the receptacle using suitable materials, a stable and permanent connection can be formed between the probe and the receptacle, which can also be automated in a simple and cost-effective manner. The probe simply needs to be positioned on the holder. A connection between the probe and the receptacle can then be activated by heating and then cooling the material attached to the probe. No permanent electric or magnetic fields are required to attach or replace the probes.

Ruckartige Bewegungen werden weitgehend eliminiert. Stattdessen wird eine integrale Verbindung mit Hilfe des erhitzten Materials hergestellt. Zum Beispiel kann das Material auf der Oberfläche des Sondenkörpers durch das Erhitzen und in-Kontakt-Bringen mit der Aufnahme eine Verbindung (auch) mit der Aufnahme ausbilden, die durch Abkühlen des Materials verfestigt wird. Hierfür kann insbesondere ein Lötmaterial/Lot vorgesehen sein, dass eine (integrale) Lötverbindung herstellen kann. Ein stabile Verbindung mit einzelnen Sonden kann dadurch auf einfache Weise bereitgestellt werden. Eine herkömmliche Montage der Sonden auf Sondenarrays und die damit verbundenen Kosten und Verunreinigungen können damit vermieden werden. Auch können die damit einhergehende Vergrößerung der beim Mikroskopieren zu bewegenden Masse und das vergrößerte Volumen entfallen. Auch kann es möglich sein, durch ein einfaches erneutes Erhitzen des Materials und Ausnutzen der Schwerkraft der Sonde (oder ein einfaches mechanisches Wischen) die Verbindung wieder zu lösen, so dass die Sonde wieder entfernt werden kann. Insbesondere haben die Erfinder ermittelt, dass dies sogar in einer (Ultrahoch-)Vakuumumgebung möglich ist, ohne durch Erhitzen des Materials die Vakuumumgebung nennenswert zu kontaminieren.Jerky movements are largely eliminated. Instead, an integral connection is made using the heated material. For example, by heating and bringing the material into contact with the receptacle, the material on the surface of the probe body can form a bond (also) with the receptacle, which is solidified by cooling the material. For this purpose, in particular, a soldering material/solder can be provided that can produce an (integral) soldered connection. A stable connection with individual probes can thus be easily provided. Conventional mounting of probes on probe arrays and the associated costs and contamination can thus be avoided. The associated increase in the mass to be moved during microscopy and the increased volume can also be eliminated. It may also be possible to loosen the connection again by simply reheating the material and using the gravity of the probe (or a simple mechanical wipe) so that the probe can be removed again. In particular, the inventors have determined that this is possible even in an (ultra-high) vacuum environment without significantly contaminating the vacuum environment by heating the material.

Das Material kann zum Beispiel eine oder mehrere Schichten mit einer Dicke im Bereich von 1 µm bis 1 mm, bevorzugt von 50 µm bis 500 µm, oder von 50 µm bis 150 µm am Sondenkörper aufweisen oder aus diesen bestehen.The material can, for example, have or consist of one or more layers with a thickness in the range from 1 µm to 1 mm, preferably from 50 µm to 500 µm, or from 50 µm to 150 µm on the probe body.

Eine Aufnahme kann beispielsweise eine Aufnahme eines Rastersondenmikroskops sein. Zum Beispiel kann die Aufnahme eine Aufnahme eines Messkopfes des Rastersondenmikroskops sein. Zum Beispiel kann eine Aufnahme eine fest (unbeweglich) an einem Messkopf montierte oder montierbare Aufnahme sein. Die Aufnahme kann in manchen Beispielen die einzige Aufnahme des Messkopfs sein. Eine Aufnahme kann aber auch eine von mehreren Aufnahmen eines Sondenträgers sein, der beweglich am Messkopf angebracht ist oder angebracht werden kann. Durch die Bewegung des Sondenträgers kann eine der Aufnahmen (und damit die jeweils darin angeordnete Sonde) zur Verwendung durch das Rastersondenmikroskop ausgewählt werden.A recording can, for example, be a recording from a scanning probe microscope. For example, the recording can be a recording of a measuring head of the scanning probe microscope. For example, a recording can be a fixed (immovable) can be mounted or mountable on a measuring head. In some examples, the recording can be the only recording of the measuring head. However, a recording can also be one of several recordings of a probe carrier that is or can be attached to the measuring head in a movable manner. By moving the probe carrier, one of the recordings (and thus the probe arranged therein) can be selected for use by the scanning probe microscope.

In anderen Beispielen kann die Aufnahme eine Aufnahme einer Messvorrichtung sein, die eine wie hierin beschriebene Sonde verwendet. Zum Beispiel kann die Messvorrichtung ein Mikroskop sein. Zum Beispiel kann es sich um ein Mikroskop handeln, das die Sonde als Mikromanipulator einsetzt, z.B. um Partikel einer Probe zu manipulieren. Zum Beispiel kann das Mikroskop eines Rasterteilchenmikroskops, wie z.B. eines Rasterelektronenmikroskops sein. Zum Beispiel kann das Mikroskop ermöglichen, die Sonde abzubilden.In other examples, the recording may be a recording of a measuring device that uses a probe as described herein. For example, the measuring device can be a microscope. For example, it can be a microscope that uses the probe as a micromanipulator, e.g. to manipulate particles of a sample. For example, the microscope may be a scanning particle microscope, such as a scanning electron microscope. For example, the microscope may allow the probe to be imaged.

Das Positionieren kann ein Positionieren mit Hilfe eines Positionierers aufweisen, an dem die Sonde angeordnet ist. Der Positionierer kann nach einem Abkühlen des Materials (unter dessen Schmelztemperatur) entfernt werden, so dass die Sonde nach dem Entfernen des Positionierers aufgrund der Verbindung an der Aufnahme verbleibt. Komplexe Klemm-, Greif- oder elektromagnetische Haltemittel an der Aufnahme sind damit nicht nötig.The positioning may include positioning with the aid of a positioner on which the probe is arranged. The positioner can be removed after the material has cooled (below its melting temperature) so that after the positioner is removed, the probe remains in the receptacle due to the connection. Complex clamping, gripping or electromagnetic holding devices on the holder are therefore not necessary.

Das Verfahren kann weiterhin ein Anordnen der Sonde in einer Umgebung der Aufnahme aufweisen. Zum Beispiel kann die Sonde so angeordnet werden, dass sich eine Oberfläche des Sondenkörpers im Wesentlichen parallel und in geringem Abstand (z.B. von einigen Mikrometern) zu einer Oberfläche der Aufnahme befindet.The method may further include arranging the probe in an environment of the recording. For example, the probe can be arranged so that a surface of the probe body is essentially parallel and at a short distance (e.g. a few micrometers) from a surface of the receptacle.

Das Erhitzen der Sonde und/oder der Aufnahme kann dann beispielsweise nach dem Anordnen erfolgen (z.B. durch Einschalten eines entsprechenden Heizelements). Dies kann den Vorteil haben, dass beim Erhitzen der Sonde oder der Aufnahme aufgrund der räumlichen Nähe das jeweils andere Element ebenfalls bereits aufgeheizt wird (durch Wärmestrahlung und ggf. -diffusion). Das Erhitzen beider Elemente kann damit insgesamt schneller erfolgen. Auch kann dadurch der Temperaturunterschied beim Kontaktieren der Sonde und der Aufnahme (selbst wenn nur eines der beiden Elemente geheizt wird) reduziert oder eliminiert werden, so dass unerwünschte Transienteffekte verhindert und schnell ein thermisches Gleichgewicht hergestellt werden kann. Nach dem Herstellen des Gleichgewichts kann z.B. das Erhitzen gestoppt werden (z.B. durch Abschalten des Heizelements).The probe and/or the receptacle can then be heated, for example, after arrangement (e.g. by switching on a corresponding heating element). This can have the advantage that when the probe or the recording is heated, the other element is also already heated up due to the spatial proximity (through heat radiation and possibly diffusion). This means that both elements can be heated more quickly overall. This can also reduce or eliminate the temperature difference when contacting the probe and the receptacle (even if only one of the two elements is heated), so that undesirable transient effects can be prevented and thermal equilibrium can be quickly established. For example, after equilibrium has been established, heating can be stopped (e.g. by switching off the heating element).

Das Erhitzen kann zusätzlich oder alternativ vor dem Positionieren der Sonde (d.h. in Kontakt-Bringen der Sonde mit der Aufnahme) erfolgen.The heating can additionally or alternatively take place before positioning the probe (i.e. bringing the probe into contact with the receptacle).

In manchen Beispielen kann vorgesehen sein, dass die Sonde Teil einer Sondenanordnung mit mehreren Sonden ist. Nach dem Ausbilden der lösbaren Verbindung (durch Erhitzen und Kontaktieren sowie anschließendes Abkühlen) kann ein Trennen der Sonde von der Sondenanordnung erfolgen.In some examples it can be provided that the probe is part of a probe arrangement with multiple probes. After the detachable connection has been formed (by heating and contacting and then cooling), the probe can be separated from the probe arrangement.

Im Gegensatz zu einer Sammlung vereinzelter Sonden zum Beispiel in Form eines Sondenarrays weist eine Sondenanordnung eine (monolithische) Basis und eine Mehrzahl darauf (monolithisch) verankerter Sonden auf. Zum Beispiel kann die Basis durch einen (Teil eines) Wafer implementiert sein, auf dem die Sonden gefertigt wurden und durch Verankerung(en) befestigt sind.In contrast to a collection of isolated probes, for example in the form of a probe array, a probe arrangement has a (monolithic) base and a plurality of probes anchored thereon (monolithically). For example, the base may be implemented by a (part of) a wafer on which the probes were fabricated and secured by anchor(s).

Sonden, z.B. für Rastersondenmikroskope, werden üblicherweise auf Wafern hergestellt, wobei eine Vielzahl von Sonden auf einem Wafer angeordnet sein kann. Üblicherweise werden die einzelnen Sonden über (Mikro-) Verankerungen am Wafer verankert. Diese müssen getrennt werden, so dass die Sonden vereinzelt werden und dann einzeln verwendet werden können. Ein solcher Wafer kann als Beispiel für eine Sondenanordnung verstanden werden.Probes, for example for scanning probe microscopes, are usually manufactured on wafers, whereby a large number of probes can be arranged on a wafer. The individual probes are usually anchored to the wafer via (micro) anchors. These must be separated so that the probes can be separated and then used individually. Such a wafer can be understood as an example of a probe arrangement.

Das erläuterte Trennen erlaubt es, eine Messvorrichtung, z.B. ein Rastersondenmikroskop, mit einer Sondenanordnung mit mehreren Sonden auszustatten. Es müssen daher nicht erst Sonden vereinzelt und einzelne Sonden transferiert werden, was aufwändig und fehleranfällig ist. Stattdessen kann eine Sondenanordnung zur Aufnahme bewegt werden, auf der die an der Aufnahme anzubringende Sonde verankert ist. Die Sonde kann dann wie hierin beschrieben (oder auch auf andere Weise) an der Aufnahme befestigt werden, und anschließend kann die Verankerung gelöst werden (Details hierzu sogleich). Dies ermöglicht eine einfachere und weniger fehleranfällige Handhabung.The separation explained allows a measuring device, for example a scanning probe microscope, to be equipped with a probe arrangement with several probes. Therefore, probes do not have to be separated and individual probes transferred, which is time-consuming and error-prone. Instead, a probe arrangement can be moved to the receptacle, on which the probe to be attached to the receptacle is anchored. The probe can then be attached to the receptacle as described herein (or in another way) and the anchoring can then be released (details on this shortly). This allows for easier and less error-prone handling.

Das Entfernen des Positionierers kann zum Beispiel nach dem Trennen der Sonde von der Sondenanordnung erfolgen, so dass die verbleibende Sondenanordnung von der Aufnahme entfernt wird. Die (gleiche) Sondenanordnung kann dann wieder verwendet werden, um nach Verschleiß der soeben angebrachten Sonde einen erneuten Sondenwechsel durchzuführen. Es ist dabei nicht nötig ein neues Element abzulegen oder aufzugreifen, wie in vielen Systemen im Stand der Technik, in dem einzelne Sonden vorgehalten werden.The positioner can be removed, for example, after the probe has been separated from the probe assembly, so that the remaining probe assembly is removed from the receptacle. The (same) probe arrangement can then be used again to change the probe again after the probe that has just been attached is worn out. It is not necessary to put down or pick up a new element, as is the case in many prior art systems in which individual probes are provided.

Das Trennen der Sonde von der Sondenanordnung kann zum Beispiel ein Anlegen eines Stroms an eine oder mehrere Verankerungen der Sonde umfassen. Zum Beispiel kann ein Strom zwischen der Aufnahme und dem Positionierer angelegt werden. Der Strom fließt dann auch durch die Verankerung(en), die üblicherweise sehr klein im Querschnitt sind. Aufgrund der dadurch dort auftretenden relativ hohen Stromdichte können dadurch die Verankerungen der Sonde relativ stark erwärmt werden, ohne dass andere Elemente der Sondenanordnung wesentlich erwärmt werden (Fuse-Tethering). Optional kann das Erwärmen so erfolgen, dass die Verankerung(en) durch Schmelzen gelöst werden. Beispielsweise kann dies ähnlich erfolgen, wie in „Fuse-tethers in MEMS; Y.-S. Chiu et. al. J. Micromech. Microeng. 16, 480-486 , 2006“ beschrieben.Disconnecting the probe from the probe assembly may include, for example, applying a current to one or more anchors of the Include probe. For example, a current can be applied between the receptacle and the positioner. The current then also flows through the anchor(s), which are usually very small in cross section. Due to the relatively high current density that occurs there, the anchorings of the probe can be heated relatively strongly without other elements of the probe arrangement being heated significantly (fuse tethering). Optionally, the heating can be carried out in such a way that the anchoring(s) are released by melting. For example, this can be done similarly as in “Fuse-tethers in MEMS; Y.-S. Chiu et. al. J. Micromech. Microeng. 16, 480-486 , 2006”.

Das Trennen kann alternativ oder zusätzlich ein Anwenden eines Ätzgases auf eine oder mehrere Verankerungen der Sonde beinhalten. Zum Beispiel kann das Ätzen so erfolgen, dass die Verankerungen zerstört werden, ohne die Sonde nennenswert zu beschädigen. Zum Beispiel kann ein Ätzgas gewählt werden, das die Verankerungen der Sonde selektiv verstärkt ätzt. Zum Beispiel kann dies durch Kombination z.B. mit dem vorstehend erläuterten Anlegen von Strom auch in dem Fall erzielt werden, in dem die Verankerungen aus einem Material bestehen, das auch in der Sonde vorliegt. Denn der Ätzprozess kann so ausgewählt werden, dass er thermisch verstärkt wird. In anderen Worten: Die selektiv geheizten Verankerungen können vom gleichen Ätzgas stärker geätzt werden als der Rest der Sonde. Es ist auch möglich einen Ätzprozess zu wählen, der erst ab einer bestimmten Schwellentemperatur einsetzt, sodass selektiv im Wesentlichen nur die Verankerungen geätzt werden. Als Ätzgas kann zum Beispiel Xenondiflourid (XeF2) eingesetzt werden.The separation may alternatively or additionally include applying an etching gas to one or more anchors of the probe. For example, the etching can be done in such a way that the anchors are destroyed without significantly damaging the probe. For example, an etching gas can be selected that selectively etches the anchors of the probe in an enhanced manner. For example, this can be achieved by combining, for example, with the application of current explained above even in the case where the anchors are made of a material that is also present in the probe. This is because the etching process can be selected so that it is thermally enhanced. In other words, the selectively heated anchors can be etched more strongly by the same etching gas than the rest of the probe. It is also possible to choose an etching process that only starts at a certain threshold temperature, so that essentially only the anchorings are selectively etched. For example, xenon difluoride (XeF2) can be used as an etching gas.

Das Trennen kann alternativ oder zusätzlich auch ein Richten eines Teilchenstrahls auf eine oder mehrere Verankerungen der Sonde aufweisen. Zum Beispiel können Verankerungen durch Photonenstrahlen (Laser) getrennt werden. Es ist auch möglich zum Beispiel einen Ionenstrahl vorzusehen, der auf die Verankerung(en) gerichtet wird, um die Verankerung(en) zu zerstören. Es können auch teilchenstrahlinduzierte Ätzprozesse zum Trennen der Verankerung(en) angewendet werden. Zum Beispiel kann ein Ätzgas verwendet werden, das in Verbindung mit einem auf die Verankerung gerichteten Elektronenstrahl die Verankerungen ätzt. Zum Beispiel kann Silizium mit Hilfe eines Gasgemischs aus XeF2 und Ammoniak elektronenstrahlgestützt geätzt werden. Unabhängig davon kann der Teilchenstrahl so lange auf die Verankerung gerichtet werden, bis diese durchtrennt ist. Eine weitere Möglichkeit ist es, durch einen teilchenstrahlinduzierten Prozess (z.B. einen Ionenstrahl oder ein Ätzgas mit einem Elektronenstrahl) eine Beschichtung der Verankerung(en) (z.B. eine Oxidschicht) lokal zu entfernen und anschließend die Verankerung(en) mit einem Ätzgas zu ätzen.The separation can alternatively or additionally also involve directing a particle beam at one or more anchorings of the probe. For example, anchors can be separated using photon beams (lasers). It is also possible, for example, to provide an ion beam which is directed at the anchor(s) in order to destroy the anchor(s). Particle beam-induced etching processes can also be used to separate the anchor(s). For example, an etching gas can be used which, in conjunction with an electron beam directed at the anchor, etch the anchors. For example, silicon can be etched using an electron beam using a gas mixture of XeF 2 and ammonia. Regardless of this, the particle beam can be directed at the anchoring until it is severed. Another possibility is to locally remove a coating of the anchor(s) (e.g. an oxide layer) using a particle beam-induced process (e.g. an ion beam or an etching gas with an electron beam) and then etch the anchor(s) with an etching gas.

Bei einem mechanischen Herausbrechen der Sonden (wie bisher meist verwendet) besteht eine erhebliche Gefahr, dass Partikel entstehen, die die Sonden kontaminieren können. Diese Gefahr wird durch die hierin erläuterten Verfahren zum Trennen erheblich reduziert. Die Verfahren zum Trennen ermöglichen daher nicht nur eine einfachere mechanische Handhabung (größerer) Sondenanordnungen (anstelle der Handhabung vereinzelter Sonden), sondern sie ermöglichen auch eine sauberere Handhabung.If the probes are broken out mechanically (as has usually been done so far), there is a significant risk that particles will be created that can contaminate the probes. This risk is significantly reduced by the separation procedures explained herein. The separation methods therefore not only enable easier mechanical handling of (larger) probe assemblies (instead of handling isolated probes), but they also enable cleaner handling.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Entfernen einer Sonde mit einem Sondenkörper und einer Sondenspitze von einer Aufnahme für die Sonde bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen: Positionieren eines Sondenbehälters an der Aufnahme und Erhitzen der Sonde und/oder der mit der Sonde in Kontakt stehenden Aufnahme, so dass ein Material an einer Oberfläche des Sondenkörpers so erhitzt wird, dass eine vom Material ausgebildete lösbare Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme gelöst wird.According to a further aspect, a method for removing a probe having a probe body and a probe tip from a receptacle for the probe is provided. The method may include: positioning a probe container on the receptacle and heating the probe and/or the receptacle in contact with the probe so that a material on a surface of the probe body is heated so that a detachable connection formed by the material between the probe body and the recording is solved.

Die Sonde kann auf ähnliche Weise, wie sie an der Aufnahme befestigt wird, wieder entfernt werden. Durch einfaches erneutes Erhitzen des Materials kann die lösbare Verbindung wieder gelöst werden. Um die zu entfernende Sonde sicher zu verwahren, kann ein Sondenbehälter an der Aufnahme positioniert werden. Zum Beispiel kann er unter der Aufnahme positioniert werden. Nach dem Erhitzen kann die Sonde aufgrund der Schwerkraft in den Sondenbehälter fallen. So kann eine Sonde einfach von einer Aufnahme einer Messvorrichtung, z.B. eines Mikroskops, etc. (wie hierin beschrieben), entfernt werden.The probe can be removed again in a similar manner to how it is attached to the holder. By simply reheating the material, the detachable connection can be released again. To safely store the probe to be removed, a probe container can be positioned on the holder. For example, it can be positioned under the recording. After heating, the probe may fall into the probe container due to gravity. A probe can thus be easily removed from a holder of a measuring device, e.g. a microscope, etc. (as described herein).

Optional kann auch ein Wischen der Aufnahme nach dem Erhitzen der Sonde und/oder der Aufnahme vorgesehen sein, so dass eine zu entfernende Sonde und/oder überschüssiges Material von der Aufnahme entfernt wird.Optionally, the receptacle can also be wiped after heating the probe and/or the receptacle, so that a probe to be removed and/or excess material is removed from the receptacle.

Je nach Ausgestaltung (z.B. Gewicht) der Sonde bzw. des Materials (Bindekraft auch im erhitzten Zustand) kann zum Entfernen einer Sonde vorgesehen sein, dass die Sonde durch mechanisches Wischen (z.B. über die Aufnahme oder ähnliche mechanische Bewegungen) von der Aufnahme entfernt wird. Dies kann das Entfernen der Sonde nach dem oder während des Erhitzens unterstützen.Depending on the design (e.g. weight) of the probe or the material (binding force even in the heated state), it can be provided to remove a probe by mechanically wiping the probe (e.g. via the receptacle or similar mechanical movements) from the receptacle. This may assist in removing the probe after or during heating.

Alternativ oder zusätzlich kann nach dem Entfernen einer Sonde und/oder vor dem Anbringen einer neuen Sonde (bevorzugt nach dem Erhitzen der Aufnahme) ein Wischen (z.B. über die Aufnahme oder ähnliche mechanische Bewegungen) vorgesehen sein, so dass ggf. vorhandenes überschüssiges Material (einer entfernten Sonde) entfernt werden kann. Dies kann die Qualität der Verbindung zwischen der neuen Sonde und der Aufnahme verbessern.Alternatively or additionally, after removing a probe and/or before attaching a new probe (preferably after heating the receptacle), wiping (e.g. over the receptacle). or similar mechanical movements) can be provided so that any excess material (of a removed probe) can be removed. This can improve the quality of the connection between the new probe and the recording.

Die Verfahren hierin können allgemein so ausgestaltet sein, dass das Erhitzen so erfolgt, dass eine Temperatur des Materials eine Schmelztemperatur des Materials übersteigt. So kann das auf dem Sondenkörper angebrachte Material verflüssigt werden. Das verflüssigte Material wird dann in Kontakt mit der Aufnahme gebracht und geht mithin nach Wiederverfestigung eine mechanische Verbindung (auch) mit der Aufnahme ein, so dass Aufnahme und Sonde sicher miteinander verbunden werden.The methods herein may generally be configured such that heating occurs such that a temperature of the material exceeds a melting temperature of the material. This allows the material attached to the probe body to be liquefied. The liquefied material is then brought into contact with the receptacle and, after resolidification, forms a mechanical connection (also) with the receptacle, so that the receptacle and probe are securely connected to one another.

Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zum Herstellen einer Sonde. Das Verfahren kann ein Bereitstellen eines Sondenkörpers mit einer Sondenspitze aufweisen. Ferner kann das Verfahren ein zumindest teilweises Anbringen eines Materials auf eine für eine Außenseite des Sondenkörpers vorgesehene Oberfläche umfassen, das durch Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und einer Aufnahme, z.B. eines Rastersondenmikroskops gebracht werden kann.Another aspect is a method of making a probe. The method may include providing a probe body with a probe tip. Furthermore, the method can include at least partially attaching a material to a surface provided for an outside of the probe body, which can be brought about by heating to form a detachable connection between the probe body and a receptacle, for example a scanning probe microscope.

Auf diese Weise können einfach auf vorteilhafte Weise austauschbare Sonden für Messvorrichtungen, z.B. Mikroskope, insbesondere Rastersondenmikroskope hergestellt werden.In this way, exchangeable probes for measuring devices, e.g. microscopes, in particular scanning probe microscopes, can easily and advantageously be produced.

Zum Beispiel kann das Anbringen ein Beschichten aufweisen. Es wird betont, dass ein Anbringen oder Beschichten im Sinne der vorliegenden Offenbarung auch ein Anbringen lokaler Bereiche des Materials, zum Beispiel einzelner „Inseln“, Punkte etc. umfasst. Auch kann eine „Schicht“ so verstanden werden, dass sie zwar flächig sein kann aber nicht flächig sein muss, sondern z.B. eine Struktur eines Netzes oder eines Rahmens etc. aufweisen kann. Das Material muss lediglich so (ausreichend) angebracht werden, dass durch Erhitzen eine Verbindung mit der Aufnahme ausgebildet werden kann.For example, attaching may include coating. It is emphasized that attachment or coating in the sense of the present disclosure also includes attachment of local areas of the material, for example individual “islands,” points, etc. A “layer” can also be understood in such a way that it can be flat but does not have to be flat, but can, for example, have a structure of a network or a frame etc. The material simply needs to be attached in such a way (sufficiently) that a connection to the receptacle can be formed by heating.

In manchen Beispielen kann das zumindest teilweise Anbringen ein Drucken, insbesondere ein Siebdrucken, ein Schablonendrucken (stencil printing), und/oder ein Abscheiden aus der Gasphase aufweisen. Ein Drucken kann vorteilhaft sein, um dickere Schichten am Sondenkörper anzubringen.In some examples, the at least partial attachment may include printing, particularly screen printing, stencil printing, and/or vapor deposition. Printing can be advantageous to apply thicker layers to the probe body.

Es ist insbesondere möglich, dass das Anbringen, z.B. Beschichten, Bedrucken oder Abscheiden aus der Gasphase, erfolgt, bevor der Sondenkörper und/oder die Sondenspitze (final) gefertigt wurden. Zum Beispiel kann ein Wafer, aus dem eine Sonde und/oder eine Sondenanordnung hergestellt wird, vor oder zwischen den einzelnen Schritten, die zur Erzeugung des Sondenkörpers und/oder der Sondenspitze erfolgen, mit dem Material wie beschrieben versehen werden. Das Anbringen des Materials kann sich daher auf eine Oberfläche beziehen, die erst im Verlauf des Verfahrens eine Außenseite des Sondenkörpers ausbildet.It is particularly possible for the attachment, e.g. coating, printing or deposition from the gas phase, to take place before the probe body and/or the probe tip have been (finally) manufactured. For example, a wafer from which a probe and/or a probe arrangement is produced can be provided with the material as described before or between the individual steps that take place to produce the probe body and/or the probe tip. The attachment of the material can therefore refer to a surface that only forms an outside of the probe body in the course of the process.

Bei den hierin beschriebenen Verfahren kann die lösbare Verbindung allgemein eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung sein.In the methods described herein, the releasable connection may generally be a soldered connection or an adhesive connection.

Eine Klebeverbindung kann z.B. mit Hilfe eines Wachs aufweisenden oder aus Wachs bestehenden Materials verwirklicht werden. Zum Beispiel könnte hierzu Bienenwachs herangezogen werden. Bienenwachs kann einen Schmelzpunkt von ca. 62°C bis 64°C aufweisen. Durch Erhitzen (leicht) über den Schmelzpunkt, wie hierin beschrieben, kann eine Verbindung mit der Aufnahme ausgebildet werden. Durch erneutes Erhitzen lässt sich die Verbindung dann wieder trennen.An adhesive connection can be achieved, for example, with the help of a material containing wax or made of wax. For example, beeswax could be used for this purpose. Beeswax can have a melting point of approximately 62°C to 64°C. A bond can be formed with the receptacle by heating (slightly) above the melting point as described herein. The connection can then be separated again by heating it again.

Die lösbare Verbindung kann auch eine elektrisch leitende Verbindung sein. Dies kann besonders vorteilhaft sein, um eine elektrostatische Aufladung der Sonde zu verhindern.The detachable connection can also be an electrically conductive connection. This can be particularly advantageous to prevent the probe from becoming electrostatically charged.

Das Material kann ein Metall aufweisen oder aus diesem bestehen, insbesondere Indium und/oder Gallium.The material can have or consist of a metal, in particular indium and/or gallium.

Das Material kann so ausgewählt werden, dass es eine Schmelztemperatur von unter 400°C, 300°C, 200°C, 100°C und/oder 50°C aufweist.The material can be selected to have a melting temperature below 400°C, 300°C, 200°C, 100°C and/or 50°C.

Zusätzlich oder alternativ kann das Material so ausgewählt werden, dass es bei einer Schmelztemperatur des Materials einen Dampfdruck von kleiner oder gleich 10-9, 10-12, 10-15, 10-18 und/oder 10-21 mbar aufweist.Additionally or alternatively, the material can be selected so that it has a vapor pressure of less than or equal to 10 -9 , 10 -12 , 10 -15 , 10 -18 and/or 10 -21 mbar at a melting temperature of the material.

Indium zeichnet sich z.B. dadurch aus, dass es eine relativ niedrige Schmelztemperatur von ca. 156,6°C aufweist. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass der Dampfdruck von Indium sehr gering ist. Selbst deutlich über der Schmelztemperatur (bei ca. 200°C) ist der Dampfdruck noch unterhalb von 10-18 mbar.Indium is characterized, for example, by the fact that it has a relatively low melting temperature of approximately 156.6°C. It is particularly advantageous that the vapor pressure of indium is very low. Even well above the melting temperature (at approx. 200°C), the vapor pressure is still below 10 -18 mbar.

Gallium zeichnet sich durch noch geringere Schmelztemperatur (Schmelztemperatur ca. 29,28°C) und um weitere Größenordnungen geringeren Dampfdruck aus. Insbesondere kann dieser bis 200°C unter 10-21 mbar verbleiben.Gallium is characterized by an even lower melting temperature (melting temperature approx. 29.28°C) and an order of magnitude lower vapor pressure. In particular, this can remain below 10 -21 mbar up to 200°C.

Ein weiterer Aspekt betrifft eine Sonde für eine Aufnahme. Die Sonde kann zumindest einen Sondenkörper und zumindest eine am Sondenkörper angebrachte Sondenspitze aufweisen. Der zumindest eine Sondenkörper kann eine Außenseite umfassen, die zumindest teilweise ein Material aufweist, das durch Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme gebracht werden kann.Another aspect concerns a probe for recording. The probe can have at least one probe body and at least one probe tip attached to the probe body. The one at least at least one probe body can comprise an outside that at least partially has a material that can be heated to form a detachable connection between the probe body and the receptacle.

Die Aufnahme kann z.B. eine Aufnahme einer Messvorrichtung sein, wie hierin beschrieben, z.B. eines Mikroskops, insbesondere eines Rastersondenmikroskops oder eines Mikroskops mit einem Mikromanipulator.The recording can, for example, be a recording of a measuring device, as described herein, for example a microscope, in particular a scanning probe microscope or a microscope with a micromanipulator.

Die lösbare Verbindung kann zum Beispiel wie hierin beschrieben ausgestaltet sein, z.B. als eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung. Zum Beispiel kann die lösbare Verbindung auch eine elektrisch leitende Verbindung sein.The releasable connection can, for example, be designed as described herein, for example as a soldered connection or an adhesive connection. For example, the detachable connection can also be an electrically conductive connection.

Das Material kann ebenfalls wie hierin beschrieben ausgestaltet sein. Zum Beispiel kann es ein Metall aufweisen, insbesondere Indium oder Gallium. Zum Beispiel kann das Material eine Schmelztemperatur von unter 400°C, 300°C, 200°C und/oder 100°C aufweisen. Zum Beispiel kann das Material bei einer Schmelztemperatur des Materials einen Dampfdruck von kleiner oder gleich 10-9, 10-12, 10-15, 10-18, und/oder 10-21 mbar aufweisen.The material may also be designed as described herein. For example, it may comprise a metal, particularly indium or gallium. For example, the material may have a melting temperature below 400°C, 300°C, 200°C and/or 100°C. For example, at a melting temperature of the material, the material may have a vapor pressure of less than or equal to 10 -9 , 10 -12 , 10 -15 , 10 -18 , and/or 10 -21 mbar.

Ein weiterer Aspekt betrifft eine Sondenanordnung mit einer Basis und einer Mehrzahl darauf verankerter Sonden, wie sie hierin beschrieben werden. Zum Beispiel kann die Basis durch einen Wafer implementiert sein, auf dem die Sonden gefertigt wurden und durch Verankerung(en) befestigt sind.Another aspect relates to a probe assembly having a base and a plurality of probes anchored thereon, as described herein. For example, the base may be implemented by a wafer on which the probes are fabricated and secured by anchor(s).

Schließlich ist ein weiterer Aspekt eine Messvorrichtung. Die Messvorrichtung kann eine Aufnahme für eine Sonde aufweisen. Zudem kann es einen Positionierer zum Positionieren einer Sonde (mit einem Sondenkörper und einer am Sondenkörper angebrachten Sondenspitze) an der Aufnahme aufweisen, so dass der Sondenkörper in (mechanischen) Kontakt mit der Aufnahme gebracht werden kann. Schließlich kann es ein Heizelement zum Erhitzen der Sonde und/oder der Aufnahme aufweisen, so dass ein an einer Außenseite des Sondenkörpers angebrachtes Material durch das Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme gebracht werden kann.Finally, another aspect is a measuring device. The measuring device can have a receptacle for a probe. In addition, it can have a positioner for positioning a probe (with a probe body and a probe tip attached to the probe body) on the receptacle, so that the probe body can be brought into (mechanical) contact with the receptacle. Finally, it can have a heating element for heating the probe and/or the receptacle, so that a material attached to an outside of the probe body can be caused by heating to form a detachable connection between the probe body and the receptacle.

Das Heizelement kann so ausgestaltet sein, dass es ein relativ kleines Volumen und/oder eine relativ große Oberfläche hat, und somit schnell heizen kann. Das Heizelement kann in thermischem Kontakt mit der Aufnahme stehen, um die Aufnahme zu heizen, beispielsweise kann das Heizelement an der Aufnahme angeordnet oder in die Aufnahme integriert sein. Das Heizelement kann von manchen oder allen übrigen Bestandteilen der Messvorrichtung, z.B. des Messkopfes, auf dem die Aufnahme angeordnet ist, und/oder einem Sondenträger, auf dem die Aufnahme angeordnet ist, thermisch isoliert sein, um die zu heizende Masse zu minimieren.The heating element can be designed so that it has a relatively small volume and/or a relatively large surface area and can therefore heat quickly. The heating element can be in thermal contact with the receptacle in order to heat the receptacle, for example the heating element can be arranged on the receptacle or integrated into the receptacle. The heating element can be thermally insulated from some or all of the other components of the measuring device, e.g. the measuring head on which the receptacle is arranged, and/or a probe carrier on which the receptacle is arranged, in order to minimize the mass to be heated.

Das Heizelement kann zum Beispiel am Messkopf angeordnet sein. Damit kann ein schnelles Heizen erfolgen, da das zu erhitzende Material des Sondenkörpers in unmittelbarer Nähe zum Heizelement angeordnet oder sogar in direktem Kontakt mit dem Heizelement stehen kann.The heating element can be arranged, for example, on the measuring head. This allows rapid heating to occur since the material of the probe body to be heated can be arranged in close proximity to the heating element or can even be in direct contact with the heating element.

Das Heizelement kann auch an einem Sondenträger der Aufnahme angeordnet sein.The heating element can also be arranged on a probe carrier of the receptacle.

Der Positionierer kann so ausgebildet sein, dass er sich nach einem Abkühlen des Materials (unter dessen Schmelztemperatur) von der Aufnahme entfernt, so dass die Sonde nach dem Entfernen des Positionierers aufgrund der lösbaren Verbindung an der Aufnahme verbleibt. Der Positionierer kann aus dem Arbeitsbereich der Sonde bzw. des Messkopfes entfernt werden und die Sonde kann damit einsatzbereit sein.The positioner can be designed so that it moves away from the receptacle after the material has cooled (below its melting temperature), so that the probe remains on the receptacle after the positioner has been removed due to the detachable connection. The positioner can be removed from the working area of the probe or measuring head and the probe can then be ready for use.

Die Messvorrichtung kann ein Mittel zum Trennen der Sonde von einer Sondenanordnung aufweisen.The measuring device can have a means for separating the probe from a probe arrangement.

Das Mittel zum Trennen kann eingerichtet sein zum Anlegen eines Stroms, zum Anwenden eines Ätzgases und/oder zum Richten eines Teilchenstrahls an bzw. auf eine oder mehrere Verankerungen der Sonde an der Sondenanordnung.The means for separating can be set up to apply a current, to apply an etching gas and/or to direct a particle beam at one or more anchorings of the probe on the probe arrangement.

Zum Beispiel können an der Aufnahme und am Positionierer elektrische Kontakte vorgesehen sein, um einen Strom zwischen beiden Elementen anzulegen. Der Strom kann so vom Kontakt an der Aufnahme über die Sonde, deren Verankerung(en) an der Sondenanordnung und schließlich die Sondenanordnung an den Kontakt am Positionierer (oder umgekehrt) fließen. Der Strom fließt dann insbesondere auch durch die Verankerung(en), die üblicherweise sehr klein im Querschnitt sind. Aufgrund der dadurch dort auftretenden relativ hohen Stromdichte können dadurch die Verankerungen der Sonde relativ stark erwärmt werden, ohne dass die Sondenanordnung im Übrigen wesentlich erwärmt würde. Optional kann das Erwärmen so erfolgen, dass die Verankerung(en) durch Schmelzen gelöst werden (Fuse-Tethering).For example, electrical contacts can be provided on the receptacle and on the positioner in order to apply a current between both elements. The current can thus flow from the contact on the receptacle via the probe, its anchor(s) on the probe arrangement and finally the probe arrangement to the contact on the positioner (or vice versa). The current then flows particularly through the anchor(s), which are usually very small in cross section. Due to the relatively high current density that occurs there, the anchorings of the probe can be heated relatively strongly without the probe arrangement otherwise being heated significantly. Optionally, the heating can be carried out in such a way that the anchoring(s) are released by melting (fuse tethering).

Das Mittel zum Trennen kann alternativ oder zusätzlich auch ein Mittel zum Anwenden eines Ätzgases auf eine oder mehrere Verankerungen der Sonde beinhalten. Hierfür kann zum Beispiel ein Gasreservoir und eine entsprechende Zufuhr in eine die Aufnahme oder den Messkopf umgebende Atmosphäre (bevorzugt Vakuum) vorgesehen sein. Zum Beispiel kann das Ätzgas so gewählt und dosiert werden, dass die Verankerungen zerstört werden, ohne die Sonde ansonsten nennenswert zu beschädigen. Zum Beispiel kann ein Ätzgas gewählt werden, das die Verankerungen der Sonde selektiv verstärkt ätzt. Zum Beispiel kann dies durch Kombination z.B. mit dem vorstehend erläuterten Anlegen von Strom auch in dem Fall erzielt werden, in dem die Verankerungen aus einem Material bestehen, das auch in der Sonde vorliegt. Denn der Ätzprozess kann so ausgewählt werden, dass er thermisch verstärkt wird. Die selektiv geheizten Verankerungen können vom gleichen Ätzgas stärker geätzt werden als der Rest der Sonde. So können die Verankerungen zerstört werden, ohne dass der Rest der Sonde in vergleichbarem Umfang angegriffen würde. Es ist auch möglich einen Ätzprozess zu wählen, der erst ab einer bestimmten Schwellentemperatur einsetzt, sodass selektiv im Wesentlichen nur die Verankerungen geätzt werden.The means for separating may alternatively or additionally also include a means for applying an etching gas to one or more anchorings of the probe. For this purpose, for example, a gas reservoir and a corresponding supply into an atmosphere surrounding the receptacle or the measuring head (preferably vacuum) can be provided. For example, the etching gas can be selected and dosed in such a way that the anchorings are destroyed without otherwise significantly damaging the probe. For example, an etching gas can be selected that selectively etches the anchors of the probe in an enhanced manner. For example, this can be achieved by combining, for example, the application of current explained above, even in the case where the anchors are made of a material that is also present in the probe. This is because the etching process can be selected so that it is thermally enhanced. The selectively heated anchors can be etched more strongly than the rest of the probe by the same etching gas. In this way, the anchors can be destroyed without the rest of the probe being attacked to a comparable extent. It is also possible to choose an etching process that only starts at a certain threshold temperature, so that essentially only the anchorings are selectively etched.

Das Mittel zum Trennen kann alternativ oder zusätzlich auch Mittel zum Richten eines Teilchenstrahls auf eine oder mehrere Verankerungen der Sonde aufweisen. Zum Beispiel können Verankerungen mit Hilfe eines Mittels zum Erzeugen eines Photonenstrahls (z.B. Laser) und eines Mittels zum Richten dessen auf die Verankerungen getrennt werden. Es ist auch möglich zum Beispiel Mittel zum Erzeugen eines Ionenstrahls und Richten dessen auf die Verankerung(en) vorzusehen, um die Verankerung(en) zu zerstören. Zudem sind auch teilchenstrahlinduzierte Ätzprozesse zum Trennen der Verankerung(en) möglich. Zum Beispiel kann ein Ätzgas verwendet werden, das in Verbindung mit einem auf die Verankerung gerichteten Elektronenstrahl die Verankerung ätzt. Hierzu kann z.B. eine Elektronenstrahlquelle und eine entsprechende Strahloptik (z.B. eines Rasterelektronenmikroskops) verwendet werden. Unabhängige davon kann der Teilchenstrahl so lange auf die Verankerung gerichtet werden, bis diese durchtrennt ist. Dies kann durch vorherige Kalibrierung erzielt werden, durch Beobachtung in-situ (z.B. durch ein Rasterelektronenmikroskop) und/oder durch Messung eines Stromflusses durch die Verankerung(en) (z.B. wie oben beschrieben). Eine weitere Möglichkeit ist es, durch einen teilchenstrahlinduzierten Prozess (z.B. einen Ionenstrahl oder ein Ätzgas mit einem Elektronenstrahl) eine Beschichtung der Verankerung(en) (z.B. eine Oxidschicht) lokal zu entfernen und anschließend die Verankerung mit einem Ätzgas zu ätzen.The means for separating can alternatively or additionally also have means for directing a particle beam onto one or more anchorings of the probe. For example, anchors can be separated using a means for generating a photon beam (e.g., laser) and a means for directing it toward the anchors. It is also possible, for example, to provide means for generating an ion beam and directing it onto the anchor(s) in order to destroy the anchor(s). In addition, particle beam-induced etching processes for separating the anchoring(s) are also possible. For example, an etching gas can be used which, in conjunction with an electron beam directed at the anchor, etch the anchor. For this purpose, for example, an electron beam source and corresponding beam optics (e.g. a scanning electron microscope) can be used. Regardless of this, the particle beam can be directed at the anchoring until it is severed. This can be achieved by prior calibration, by observation in situ (e.g. through a scanning electron microscope) and/or by measuring current flow through the anchor(s) (e.g. as described above). Another possibility is to locally remove a coating of the anchor(s) (e.g. an oxide layer) using a particle beam-induced process (e.g. an ion beam or an etching gas with an electron beam) and then etch the anchor with an etching gas.

Der Positionierer kann so ausgebildet sein, dass das Entfernen des Positionierers nach dem Trennen der Sonde von der Sondenanordnung erfolgt, so dass die verbleibende Sondenanordnung von der Aufnahme entfernt wird. Die Sonde kann somit wie gewünscht an der Aufnahme angebracht werden. Die Sondenanordnung (mit weiteren Sonden) kann wieder entfernt werden und kann weitere Ersatzsonden bereitstellen, sobald wieder ein Austausch nötig wird.The positioner can be designed so that the removal of the positioner occurs after the probe has been separated from the probe assembly, so that the remaining probe assembly is removed from the receptacle. The probe can therefore be attached to the holder as desired. The probe assembly (with additional probes) can be removed again and can provide additional replacement probes as soon as replacement is necessary again.

Das Mittel zum Trennen kann so ausgebildet sein, dass die Sonde nach dem Ausbilden der lösbaren Verbindung von der Sondenanordnung getrennt wird. Zum Beispiel kann nach dem Ausschalten des Heizelements eine vorbestimmte Zeit gewartet werden, bevor das Mittel zum Trennen mit dem Trennen beginnt, um sicherzustellen, dass die Verankerung(en) erst getrennt werden, wenn die Verbindung ausgehärtet ist.The means for separating can be designed so that the probe is separated from the probe arrangement after the releasable connection has been formed. For example, after turning off the heating element, a predetermined time may be waited before the separating means begins separating to ensure that the anchor(s) are not separated until the connection has cured.

Das Heizelement kann in manchen Beispielen so ausgebildet sein, dass - nach dem Ausbilden der lösbaren Verbindung - durch Erhitzen der Sonde und/oder der mit der Sonde in Kontakt stehenden Aufnahme, das Material an der Oberfläche des Sondenkörpers so erhitzt werden kann, dass die lösbare Verbindung wieder gelöst wird. Dies kann eine rückstands- und kontaminationsfreie Entfernung der Sonde ermöglichen.In some examples, the heating element can be designed so that - after forming the releasable connection - by heating the probe and / or the receptacle in contact with the probe, the material on the surface of the probe body can be heated so that the releasable connection is released again. This can enable the probe to be removed without leaving any residue or contamination.

Die Messvorrichtung kann weiterhin einen Wischer aufweisen, so dass eine zu entfernende Sonde und/oder überschüssiges Material von der Aufnahme entfernt werden kann. Der Wischer kann dazu ausgebildet sein, die Aufnahme zu wischen oder eine ähnliche mechanische Bewegung auszuführen. Der Wischer kann dazu ausgebildet sein, nach dem Erhitzen zu wischen, so dass das überschüssige Material z.B. in einem flüssigen Zustand abgewischt werden kann. Der Wischer kann aber auch dazu eingesetzt werden, nach dem Erhitzen eine auszutauschende Sonde durch Wischen von der Aufnahme abzustreifen.The measuring device can also have a wiper so that a probe to be removed and/or excess material can be removed from the receptacle. The wiper can be designed to wipe the recording or to carry out a similar mechanical movement. The wiper can be designed to wipe after heating so that the excess material can be wiped off, for example in a liquid state. The wiper can also be used to wipe a probe that needs to be replaced off the holder after heating.

Die Messvorrichtung kann weiterhin ein Mittel zum Positionieren eines Sondenbehälters an der Aufnahme aufweisen. Der Sondenbehälter kann zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Sonden ausgebildet sein. Somit kann ein mehrmaliger Austausch von Sonden erfolgen, ohne dass die „alten“ Sonden aus der Messvorrichtung ausgeschleust werden müssten, wobei aber gleichzeitig in sicherer Verwahrungsort der „alten“ Sonden sichergestellt wird, ohne dass letztere unkontrolliert die Messvorrichtung beschädigen könnten.The measuring device can also have a means for positioning a probe container on the receptacle. The probe container can be designed to hold a plurality of probes. This means that probes can be replaced several times without the “old” probes having to be removed from the measuring device, while at the same time ensuring that the “old” probes are stored safely without the latter being able to damage the measuring device in an uncontrolled manner.

Schließlich betrifft ein weiterer Aspekt eine Halteeinrichtung für eine Sonde, die einen Sondenkörper und eine Sondenspitze aufweist (z.B. einen Messkopf für ein Rastersondenmikroskop). Die Halteeinrichtung kann zumindest eine Aufnahme für die Sonde aufweisen. Zudem kann die Halteeinrichtung ein Heizelement aufweisen, das zum Erhitzen der Aufnahme und/oder eines mit der Aufnahme in Kontakt stehenden Sondenkörpers ausgebildet ist, so dass ein an einer Außenseite des Sondenkörpers angebrachtes Material durch das Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme gebracht werden kann.Finally, a further aspect relates to a holding device for a probe, which has a probe body and a probe tip (eg a measuring head for a scanning probe microscope). The holding device can have at least one receptacle for the probe. In addition, the holding device can have a heating element which is designed to heat the receptacle and/or a probe body in contact with the receptacle, see above that a material attached to an outside of the probe body can be caused by heating to form a detachable connection between the probe body and the receptacle.

Das Heizelement kann so ausgebildet sein wie hierin beschrieben. Die Halteeinrichtung kann auch ein Messkopf einer anderen Art von Mikroskop sein. Alternative kann die Halteeinrichtung auch Bestandteil eines Mikromanipulators sein und eine Aufnahme für eine als Mikromanipulator zu verwendende Sonde aufweisen, wie hierin beschrieben.The heating element can be designed as described herein. The holding device can also be a measuring head of another type of microscope. Alternatively, the holding device can also be part of a micromanipulator and have a receptacle for a probe to be used as a micromanipulator, as described herein.

Schließlich sei betont, dass die Möglichkeit der Verbindung einer Sonde mittels (mechanischem) Kontaktieren und Erhitzen nicht nur auf Halteeinrichtungen, z.B. Messköpfe, mit einer (einzigen) fest montierten Aufnahme Anwendung finden kann. So kann diese z.B. auch dazu verwendet werden, die herkömmliche Verbindung zwischen Sonden und Sondenarrays zu verbessern. Die Aspekte, die hierin in Bezug auf eine Verbindung mit einer (einzigen) Aufnahme einer Halteeinrichtung beschrieben werden, können vollständig ebenfalls für eine Verbindung mit einer Aufnahme eines Sondenarrays bzw. eines Sondenträgers für ein Sondenarray Verwendung finden. Das Sondenarray kann Teil des Messkopfes oder am Messkopf eines Rastersondenmikroskops angeordnet sein bzw. werden. Auch kann es Teil eines Mikromanipulators sein. Das Sondenarray kann beweglich, z.B. drehbar oder kippbar, (z.B. am Messkopf) angeordnet sein, damit eine von mehreren Sonden des Sondenarrays durch entsprechendes Bewegen ausgewählt werden kann. Insbesondere kann durch Verwendung eines entsprechenden Materials eine leitfähige Verbindung zu den Sonden auf dem Sondenarray bereitgestellt werden. Auch kann so eine Vereinzelung von Sonden einer Sondenanordnung und ein anschließendes Anbringen an einem Sondenarray im Wesentlichen ohne Kontamination (wie sie bei einem Vereinzeln durch Brechen entstehen würde) erfolgen.Finally, it should be emphasized that the possibility of connecting a probe by means of (mechanical) contact and heating cannot only be applied to holding devices, e.g. measuring heads, with a (single) permanently mounted receptacle. For example, this can also be used to improve the traditional connection between probes and probe arrays. The aspects described herein in relation to a connection to a (single) receptacle of a holding device can also be fully used for a connection to a receptacle of a probe array or a probe carrier for a probe array. The probe array can be part of the measuring head or arranged on the measuring head of a scanning probe microscope. It can also be part of a micromanipulator. The probe array can be arranged movably, for example rotatably or tiltably, (e.g. on the measuring head) so that one of several probes of the probe array can be selected by moving accordingly. In particular, a conductive connection to the probes on the probe array can be provided by using an appropriate material. In this way, probes of a probe arrangement can also be separated and then attached to a probe array essentially without contamination (as would occur if they were separated by breaking).

Der Sondenträger kann in diesen Beispielen mit einem oder mehreren Heizelementen ausgestattet werden, wobei für jede Aufnahme des Sondenträgers ein separates Heizelement vorgesehen sein kann. Die Aufnahme und das Heizelement können jeweils wie hierin ausgestaltet sein.In these examples, the probe carrier can be equipped with one or more heating elements, with a separate heating element being provided for each receptacle of the probe carrier. The receptacle and the heating element can each be designed as herein.

Zum Beispiel kann ein Sondenträger für mehrere Sonden mit einem Sondenkörper und einer Sondenspitze bereitgestellt werden. Der Sondenträger kann mehrere Aufnahmen für jeweils eine der Sonden aufweisen. An zumindest einer (oder jeder) der Aufnahmen kann ein Heizelement angeordnet sein, das zum Erhitzen (nur) der jeweiligen Aufnahme und/oder eines mit der jeweiligen Aufnahme in Kontakt stehenden Sondenkörpers ausgebildet ist, so dass ein an einer Außenseite des Sondenkörpers angebrachtes Material durch das Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der jeweiligen Aufnahme gebracht werden kann.For example, a probe carrier for multiple probes can be provided with a probe body and a probe tip. The probe carrier can have several receptacles for one of the probes each. A heating element can be arranged on at least one (or each) of the receptacles, which is designed to heat (only) the respective receptacle and/or a probe body in contact with the respective receptacle, so that a material attached to an outside of the probe body passes through the heating can be used to form a detachable connection between the probe body and the respective receptacle.

Der Sondenträger kann z.B. für einen Messvorrichtung, z.B. ein Mikroskop, insb. Ein Rastersondenmikroskop vorgesehen sein.The probe carrier can be provided, for example, for a measuring device, for example a microscope, in particular a scanning probe microscope.

Schließlich sei auch betont, dass die Aspekte, die hierin in Bezug auf Sondenanordnungen und insbesondere das Trennen von Verankerungen einer Sonde einer Sondenanordnung nach dem Verbinden der Sonde mit einer Aufnahme beschrieben werden, auch selbstständige Bedeutung haben. Diese Aspekte können auch Anwendung finden, ohne dass die Verbindung zwingend mit den hierin beschriebenen weiteren Aspekten (Kontaktieren und Erhitzen eines Materials) erfolgt. Es sind auch andere Arten der Verbindung denkbar, z.B. mittels magnetischer, elektrostatischer, etc. Verbindung, die z.B. durch Mikrofabrikation entsprechender magnetischer oder leitender Elemente auf den Sonden der Sondenanordnung unterstützt werden kann. Finally, it should also be emphasized that the aspects described herein in relation to probe arrangements and in particular the separation of anchorings of a probe of a probe arrangement after connecting the probe to a receptacle also have independent significance. These aspects can also be used without the connection necessarily being made with the further aspects described herein (contacting and heating a material). Other types of connection are also conceivable, for example by means of magnetic, electrostatic, etc. connection, which can be supported, for example, by microfabrication of corresponding magnetic or conductive elements on the probes of the probe arrangement.

Es sei zudem betont, dass die Funktionalitäten und Schritte, die hierin in Bezug auf Verfahren beschrieben werden, auch in Form entsprechender Mittel einer Vorrichtung bereitgestellt werden können, auch wenn dies ggf. nicht durchweg explizit so erläutert wird. Umgekehrt sind alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Vorrichtungen auch als mögliche Bestandteile der hierin beschriebenen Verfahren anzusehen.It should also be emphasized that the functionalities and steps described herein in relation to methods can also be provided in the form of corresponding means of a device, even if this may not be explicitly explained throughout. Conversely, all functionalities of the devices described herein are also to be viewed as possible components of the methods described herein.

Auch können die Verfahrensschritte und deren Abfolge weitgehend automatisiert erfolgen. Entsprechend kann z.B. ein Rastersondenmikroskop einen Computer aufweisen, das ein Computerprogramm ausführen kann (es kann z.B. auf dem Computer oder einem mit diesem verbundenen Speicher gespeichert sein), so dass die jeweils benötigten Mittel des Rastersondenmikroskops die hierin beschriebenen Funktionalitäten bzw. Schritte automatisiert in einer Abfolge von Schritten ausführen.The process steps and their sequence can also be largely automated. Correspondingly, for example, a scanning probe microscope can have a computer that can execute a computer program (it can be stored, for example, on the computer or a memory connected to it), so that the means of the scanning probe microscope required in each case automate the functionalities or steps described herein in a sequence of steps to carry out.

Es sei nochmal betont, dass die hierin beschriebenen Sonden und Aufnahmen solche für bzw. von Messvorrichtungen sein können. Auch wenn nicht durchweg explizit beschrieben können die Sonden und Aufnahmen solche für bzw. von Mikroskopen, z.B. Rastersondenmikroskopen, und/oder Mikromanipulatoren, die wiederum z.B. Bestandteile von Mikroskopen sein können, sein.It should be emphasized again that the probes and recordings described herein can be for or from measuring devices. Even if not explicitly described throughout, the probes and recordings can be those for or from microscopes, e.g. scanning probe microscopes, and/or micromanipulators, which in turn can be components of microscopes, for example.

4. Kurze Beschreibung der Figuren4. Brief description of the characters

  • 1A-C zeigt verschiedene Darstellungen einer beispielhaften Sonde, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet werden kann; 1A-C shows various illustrations of an exemplary probe that may be constructed in accordance with the present invention;
  • 2A zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Messkopfes eines Rastersondenmikroskops mit einer Aufnahme für eine Sonde; 2A shows a representation of an exemplary measuring head of a scanning probe microscope with a holder for a probe;
  • 2B zeigt eine Darstellung einer Aufnahme mit einer darauf angeordneten Sonde; 2 B shows a representation of a recording with a probe arranged on it;
  • 3 zeigt einen Verlauf der Dampfdruckkurven beispielhafter Materialien in Abhängigkeit von der Temperatur; 3 shows a course of the vapor pressure curves of exemplary materials as a function of temperature;
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum lösbaren Anbringen einer Sonde an einer Aufnahme für ein Rastersondenmikroskop; 4 shows a flowchart of an exemplary method for detachably attaching a probe to a holder for a scanning probe microscope;
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Entfernen einer Sonde von einer Aufnahme für ein Rastersondenmikroskop; 5 shows a flowchart of an exemplary method for removing a probe from a holder for a scanning probe microscope;
  • 6A zeigt eine Darstellung einer beispielhaften Reihe von Sonden; 6A shows an illustration of an exemplary series of probes;
  • 6B zeigt eine Darstellung einer beispielhaften Reihe von Sonden mit einer darauf angeordneten Aufnahme für eine Sonde; 6B shows an illustration of an exemplary series of probes with a receptacle for a probe arranged thereon;
  • 6C zeigt eine Darstellung eines Beispiels zur Abtrennung einer Sonde von einer Reihe von Sonden; 6C shows an illustration of an example of separating a probe from a series of probes;
  • 7A zeigt eine Darstellung einer Aufnahme mit einer Sonde aus dem Stand der Technik; 7A shows a representation of a recording with a probe from the prior art;
  • 7B zeigt eine Darstellung einer Aufnahme mit einer Sonde, wie sie durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird; 7B shows an illustration of a recording with a probe as made possible by the present invention;
  • 8 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Heizelements. 8th shows a representation of an exemplary heating element.

5. Detaillierte Beschreibung5. Detailed description

In der folgenden detaillierten Beschreibung werden mögliche Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.In the following detailed description, possible embodiments are described with reference to the figures.

1A zeigt eine beispielhafte Sonde 100, die wie hierin beschrieben verwendet und/oder hergestellt werden kann. Die Sonde 100 kann Silizium aufweisen und/oder aus einem Siliziumwafer gefertigt worden sein. Die Sonde 100 weist einen Sondenkörper 120 und eine Sondenspitze 140 auf. 1A shows an example probe 100 that may be used and/or manufactured as described herein. The probe 100 may comprise silicon and/or may be made from a silicon wafer. The probe 100 has a probe body 120 and a probe tip 140.

Der Sondenkörper 120 ist in diesem Beispiel etwa quaderförmig und weist eine obere Oberfläche 122, eine untere Oberfläche 124 und eine oder mehrere Seitenflächen 126 auf. Der Sondenkörper kann z.B. eine Dicke (Abstand zwischen der oberen Oberfläche 122 und der unteren Oberfläche 124) von 100 µm bis 2 mm, oder 100 µm bis 1 mm, oder 200 µm bis 1 mm, oder 200 µm bis 800 µm oder 200 µm bis 400 µm haben. Eine maximale Länge der unteren und/oder oberen Oberfläche 122, 124 in einer Richtung kann z.B. 0,5 bis 10 mm, oder 1 bis 5 mm betragen (z.B. eine Kantenlänge einer etwa rechteckigen unteren und/oder oberen Oberfläche 122, 124). Zum Beispiel kann eine maximale Länge in einer ersten Richtung ca. 1,5-mal bis ca. 5-mal größer sein als eine maximale Länge in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung (z.B. lange Kantenlänge und kurze Kantenlänge einer etwa rechteckigen unteren und/oder oberen Oberfläche 122, 124). Zum Beispiel können die Kantenlänge einer in etwa rechteckigen unteren und/oder oberen Oberfläche 122, 124 ca. 0.2 bis 0.4 mm (kurze Kantenlänge) und ca. 1 bis 2 mm (lange Kantenlänge) betragen. In anderen Ausführungsformen sind andere Formen des Sondenkörpers möglich, wobei jeweils eine vorzugsweise flache Oberfläche des Sondenkörpers zur Ausbildung einer Verbindung mit einer Aufnahme vorgesehen ist. Im Beispiel gemäß 1A kann hierfür zum Beispiel die obere Oberfläche 122 bzw. zumindest ein Abschnitt davon oder die untere Oberfläche 124 bzw. zumindest ein Abschnitt davon vorgesehen sein. Zum Beispiel kann ein Material an der oberen Oberfläche 122 oder an der unteren Oberfläche 124 bzw. jeweils einem Abschnitt davon angebracht sein, das durch Erhitzen eine lösbare Verbindung mit einer Aufnahme ausbildet. Das Material kann wie hierin beschrieben beschaffen und/oder angebracht sein.In this example, the probe body 120 is approximately cuboid and has an upper surface 122, a lower surface 124 and one or more side surfaces 126. The probe body can, for example, have a thickness (distance between the upper surface 122 and the lower surface 124) of 100 µm to 2 mm, or 100 µm to 1 mm, or 200 µm to 1 mm, or 200 µm to 800 µm or 200 µm to 400 µm. A maximum length of the lower and/or upper surface 122, 124 in one direction can be, for example, 0.5 to 10 mm, or 1 to 5 mm (eg an edge length of an approximately rectangular lower and/or upper surface 122, 124). For example, a maximum length in a first direction can be approximately 1.5 times to approximately 5 times greater than a maximum length in a second direction perpendicular to the first direction (e.g. long edge length and short edge length of an approximately rectangular lower and/or or upper surface 122, 124). For example, the edge length of an approximately rectangular lower and/or upper surface 122, 124 can be approximately 0.2 to 0.4 mm (short edge length) and approximately 1 to 2 mm (long edge length). In other embodiments, other shapes of the probe body are possible, with a preferably flat surface of the probe body being provided to form a connection with a receptacle. According to the example 1A For this purpose, for example, the upper surface 122 or at least a section thereof or the lower surface 124 or at least a section thereof can be provided. For example, a material may be attached to the upper surface 122 or to the lower surface 124 or a portion thereof that forms a releasable connection with a receptacle when heated. The material may be constructed and/or attached as described herein.

1B zeigt die Sondenspitze 140 in vergrößerter Ansicht. Sie weist einen Cantilever 142 und eine Spitze 144 auf. Die Spitze 144 ist in diesem Beispiel an einer oberen Oberfläche des Cantilevers 142 an dessen freien Ende angeordnet. 1B shows the probe tip 140 in an enlarged view. It has a cantilever 142 and a tip 144. In this example, the tip 144 is arranged on an upper surface of the cantilever 142 at its free end.

1C zeigt eine vergrößerte Seitenansicht der Spitze 144. Die Spitze 144 ist im Allgemeinen nach oben hin verjüngt, wobei je nach Anwendung ein oder mehrere Krümmungen vorliegen können, die verschiedene Werte haben können. 1C shows an enlarged side view of the tip 144. The tip 144 is generally tapered towards the top, which may have one or more curves that can have different values depending on the application.

2A zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Messkopfes 200 für ein Rastersondenmikroskop. Der Messkopf 200 weist eine Aufnahme 220 auf, die eine Sonde 100 aufnehmen kann. Die Sonde 100 kann z.B. wie hierin beschrieben (z.B. mit Bezug auf 1) ausgestaltet sein und weist einen Sondenkörper und eine Sondenspitze auf. 2A shows a representation of an exemplary measuring head 200 for a scanning probe microscope. The measuring head 200 has a receptacle 220 that can accommodate a probe 100. The probe 100 may be, for example, as described herein (e.g., with reference to 1 ) and has a probe body and a probe tip.

Die Aufnahme 220 kann keilförmig geformt sein, wie in 2A dargestellt. Zum Beispiel kann die Aufnahme 220 eine Rückseite aufweisen, die eben ausgebildet sein kann und planparallel mit einer Isolatorplatte 240 des Messkopfes 200 verbunden sein kann. Eine Vorderseite (in 2A nach unten weisend) der Aufnahme 220 kann zum Ausbilden eines Kontakts mit zumindest einem Abschnitt des Sondenkörpers der Sonde 100 ausgebildet sein. Die Vorderseite kann im Wesentlichen eben ausgebildet sein, wobei eine Ebene der Vorderseite mit einer Ebene der Rückseite einen von Null verschiedenen Winkel ausbilden kann. Die Sonde 100 kann im Wesentlichen planparallel auf die Vorderseite der Aufnahme 220 aufgebracht werden, so dass die Sonde 100 und die darauf angeordnete Sondenspitze ebenfalls einen solchen Winkel im Vergleich zur Rückseite der Aufnahme 220 ausbilden kann. Die Sonde 100 ist so zum Anbringen auf die Vorderseite der Aufnahme 220 vorgesehen, dass die Sondenspitze an eine Probe angenähert bzw. von dieser kontaktiert werden kann. Zum Beispiel kann die Sondenspitze der Sonde 100 über einen Rand der Aufnahme 220 hervorstehen, damit sie leichter an eine Probe angenähert werden kann. Die Vorderseite der Aufnahme 220 kann zum Beispiel eine metallische Oberfläche aufweisen, um einen elektrisch leitenden (ohmschen) Kontakt mit der darauf angeordneten Sonde 100 herzustellen und/oder wie hierin beschrieben eine stabile (mechanische) Verbindung mit dem hierfür vorgesehenen Material auf dem Sondenkörper der Sonde 100 auszubilden. Eine elektrisch leitende Verbindung kann dazu beitragen, die Sonde 100 zu erden und somit unerwünschte Ladungseffekte zu vermeiden.The receptacle 220 can be wedge-shaped, as in 2A shown. For example, the receptacle 220 can have a back, which can be flat and connected in a plane-parallel manner to an insulator plate 240 of the measuring head 200. A front (in 2A after pointing below) of the receptacle 220 can be designed to form a contact with at least a portion of the probe body of the probe 100. The front side can be essentially flat, with a plane of the front side being able to form an angle other than zero with a plane of the back side. The probe 100 can be applied essentially plane-parallel to the front of the receptacle 220, so that the probe 100 and the probe tip arranged thereon can also form such an angle compared to the back of the receptacle 220. The probe 100 is intended to be attached to the front of the receptacle 220 so that the probe tip can be approached or contacted by a sample. For example, the probe tip of the probe 100 may protrude over an edge of the receptacle 220 to make it easier to approach a sample. The front of the receptacle 220 may, for example, have a metallic surface in order to establish an electrically conductive (ohmic) contact with the probe 100 arranged thereon and/or, as described herein, a stable (mechanical) connection with the material provided for this purpose on the probe body of the probe 100 to train. An electrically conductive connection can help ground the probe 100 and thus avoid unwanted charging effects.

Ein Heizelement 250 kann in die Aufnahme 220 integriert sein, um die Aufnahme 220 und/oder die Vorderseite der Aufnahme 220 und/oder die Oberfläche der Vorderseite zu heizen. Zum Beispiel kann das Heizelement 250 ein Folienheizelement aufweisen. Ein Beispiel hierzu ist in Bezug auf 8 näher beschrieben.A heating element 250 may be integrated into the receptacle 220 to heat the receptacle 220 and/or the front of the receptacle 220 and/or the surface of the front. For example, the heating element 250 may include a foil heating element. An example of this is in relation to 8th described in more detail.

Die Rückseite der Aufnahme 220 kann wie erläutert mit einer Isolatorplatte 240 verbunden sein. Die Isolatorplatte 240 kann dazu dienen, eine Wärmeisolation bereitzustellen, so dass die vom Heizelement 250 erzeugte Wärme nicht abfließt, sondern im relativ kleinen zu heizenden Volumen verbleibt. Damit ist ein schnelleres Heizen möglich. Die Isolatorplatte 240 kann auch eine elektrische Isolation bereitstellen, wobei eine elektrische Durchführung durch die Isolatorplatte 240 vorgesehen sein kann, um das Heizelement 250 mit Energie zu versorgen und ggf. die Sonde 100 zu erden, etc.The back of the receptacle 220 can be connected to an insulator plate 240 as explained. The insulator plate 240 can serve to provide thermal insulation so that the heat generated by the heating element 250 does not flow away but remains in the relatively small volume to be heated. This enables faster heating. The insulator plate 240 can also provide electrical insulation, wherein an electrical feedthrough can be provided through the insulator plate 240 in order to supply the heating element 250 with energy and, if necessary, to ground the probe 100, etc.

Die Isolatorplatte 240 kann planparallel auf eine Montageplatte 260 montiert werden, die wiederum zur planparallelen Montage auf einem Piezoscanner 280 dienen kann. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch eine Montageplatte vorgesehen sein, die die Funktion der Isolatorplatte 240 bereitstellt. Insbesondere dann kann auch auf eine separate Isolatorplatte 240 verzichtet werden.The insulator plate 240 can be mounted plane-parallel on a mounting plate 260, which in turn can be used for plane-parallel mounting on a piezo scanner 280. In other exemplary embodiments, a mounting plate can also be provided, which provides the function of the insulator plate 240. In particular, a separate insulator plate 240 can then be dispensed with.

Durch die Aufnahme einer einzelnen Sonde im Vergleich zu einem Sondenarray, das deutlich größer wäre, kann der Messkopf 200 kleiner ausgestaltet werden und insbesondere die vom Piezoscanner 280 zu bewegende Masse kann erheblich reduziert werden. Dies kann den Betrieb und die Steuerung eines Rastersondenmikroskops erheblich verbessern. Auch kann aufgrund der Aufnahme einer einzelnen Sonde einfacher sichergestellt werden, dass die Sonde geerdet ist, so dass unerwünschte Ladungseffekte besser vermieden werden können.By accommodating a single probe compared to a probe array, which would be significantly larger, the measuring head 200 can be made smaller and in particular the mass to be moved by the piezo scanner 280 can be significantly reduced. This can significantly improve the operation and control of a scanning probe microscope. Due to the inclusion of a single probe, it is also easier to ensure that the probe is grounded, so that undesirable charging effects can be better avoided.

Obwohl Sonde 100 in 2A als einzelne Sonde dargestellt ist, ist es, wie bereits erläutert, möglich, dass die Sonde 100 Teil einer Sondenanordnung (z.B. ein Wafer oder ein Teil eines Wafers) ist, die mehrere darauf verankerte Sonden aufweist. In diesem Fall kann die Sondenanordnung insbesondere als eine Reihe von nebeneinander angeordneten Sonden bereitgestellt werden, z.B. wie in Bezug auf 6A beschrieben. Damit ist eine leichtere Anordnung der jeweiligen Sonden an der Aufnahme 220 zu erreichen. Die Sondenanordnung kann aber auch z.B. mehrere Reihen von Sonden aufweisen. Dies erfordert dann lediglich, dass der Messkopf so ausgestaltet wird, dass die einzelnen Sonden trotz der relativ großen Ausdehnung der Sondenanordnung jeweils parallel in einer Umgebung der Aufnahme 220 platziert werden können. Dies kann zum Beispiel durch ein entsprechendes Abschrägen der Isolatorplatte 240 und/oder durch eine Veränderung des Winkels zwischen der Vorder- und Rückseite der Aufnahme 220 erfolgen. Insbesondere können die Vorder- und Rückseite hierzu auch parallel ausgestaltet werden.Although probe 100 in 2A is shown as a single probe, it is possible, as already explained, that the probe 100 is part of a probe arrangement (eg a wafer or part of a wafer) that has several probes anchored thereon. In this case, the probe arrangement can in particular be provided as a series of probes arranged next to one another, for example as in relation to 6A described. This makes it easier to arrange the respective probes on the receptacle 220. However, the probe arrangement can also have, for example, several rows of probes. This then only requires that the measuring head be designed in such a way that the individual probes can each be placed in parallel in an environment of the receptacle 220 despite the relatively large extent of the probe arrangement. This can be done, for example, by appropriately bevelling the insulator plate 240 and/or by changing the angle between the front and back of the receptacle 220. In particular, the front and back can also be designed parallel to this.

In manchen Ausführungsbeispielen können anstelle der Aufnahme 220 für eine einzige Sonde 100 auch mehrere Aufnahmen am Messkopf vorgesehen sein. In wiederum anderen Beispielen kann ein Sondenträger am Messkopf 200 vorgesehen sein, der mehrere Aufnahmen für jeweils eine Sonde 100 aufweist, sodass ein Sondenarray bereitgestellt werden kann. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung, dass Sondenanordnungen zum Wechseln der Sonden verwendet werden können, was eine einfachere Handhabung und weniger Kontamination ermöglicht, gelten auch für das Anbringen der Sonden 100 auf Aufnahmen solcher Sondenträger. Auch kann somit eine leitfähige Verbindung zu den einzelnen Sonden des Sondenarrays hergestellt werden, sodass die entsprechenden Vorteile auch für diese Anwendung gelten.In some exemplary embodiments, instead of the receptacle 220 for a single probe 100, several receptacles can also be provided on the measuring head. In still other examples, a probe carrier can be provided on the measuring head 200, which has several receptacles for one probe 100 each, so that a probe array can be provided. The advantages of the present invention that probe assemblies can be used to change probes, allowing for easier handling and less contamination, also apply to attaching the probes 100 to receptacles of such probe carriers. A conductive connection to the individual probes of the probe array can also be established, so that the corresponding advantages also apply to this application.

2B zeigt eine schematische Darstellung einer Sonde an einer Aufnahme 220 für die Sonde. Die Sonde und die Aufnahme 220 können Teil eines Messkopfes eines Rastersondenmikroskops oder einer anderen Messvorrichtung 200B sein. Die Sonde kann einen Sondenkörper 120 aufweisen, der wie hierin beschrieben ausgestaltet sein kann. Der Sondenkörper 120 kann wie hierin, z.B. in Bezug auf 2A, beschrieben, mit der Aufnahme 220 (lösbar) verbunden sein. Die Sonde weist zudem eine Sondenspitze auf, die wiederum einen Cantilever 142 und eine Spitze 144 aufweist, die wie hierin, z.B. in Bezug auf 1, beschrieben ausgestaltet sein können. 2 B shows a schematic representation of a probe on a receptacle 220 for the probe. The probe and the receptacle 220 can be part of a measuring head of a scanning probe microscope or another measuring device 200B. The probe can have a probe body 120, which may be configured as described herein. The probe body 120 may be as described herein, for example with respect to 2A , described, be connected (detachably) to the receptacle 220. The probe also includes a probe tip, which in turn includes a cantilever 142 and a tip 144 as described herein, for example with respect to 1 , described can be designed.

3 zeigt eine Darstellung der Dampfdruckkurven beispielhafter Materialien als Funktion der Materialtemperatur. 3 shows a representation of the vapor pressure curves of exemplary materials as a function of material temperature.

Die Dampfdruckkurve 320 zeigt den Dampfdruckverlauf von Indium. Indium ist ein beispielhaftes Material, mit dem ein Sondenkörper zumindest abschnittsweise wie hierin beschrieben z.B. beschichtet werden kann, und das durch Kontaktieren und Erhitzen (und anschließendes Abkühlen bei Beibehaltung des Kontakts) zur Ausbildung einer Verbindung zwischen dem Sondenkörper und einer Aufnahme gebracht werden kann. Obwohl Indium bereits unterhalb von 200°C verflüssigt wird, bleibt der Dampfdruck bis 200°C noch unter 10-18 mbar. Bei einem Heizen bis 300°C, 400°C oder 500°C verbleibt er immer noch unter 10-13 mbar 10-10 mbar bzw. 10-7 mbar. Indium kann somit weit über dessen Schmelzpunkt erhitzt werden, ohne dass die umgebende Atmosphäre erheblich mit Indiumgas kontaminiert würde. Dies ist insbesondere für Anwendung im Vakuum hilfreich.The vapor pressure curve 320 shows the vapor pressure curve of indium. Indium is an exemplary material with which a probe body can be coated, for example, at least in sections as described herein, and which can be brought about by contacting and heating (and then cooling while maintaining contact) to form a connection between the probe body and a receptacle. Although indium is liquefied below 200°C, the vapor pressure remains below 10 -18 mbar up to 200°C. When heating up to 300°C, 400°C or 500°C it still remains below 10 -13 mbar, 10 -10 mbar or 10 -7 mbar. Indium can therefore be heated well above its melting point without significantly contaminating the surrounding atmosphere with indium gas. This is particularly helpful for applications in a vacuum.

Die Dampfdruckkurve 340 zeigt den Dampfdruckverlauf von Zink. Zink ist ebenfalls ein beispielhaftes Material, mit dem ein Sondenkörper zumindest abschnittsweise wie hierin beschrieben beschichtet werden kann, und das durch Kontaktieren und Erhitzen (und anschließendes Abkühlen bei Beibehaltung des Kontakts) zur Ausbildung einer Verbindung zwischen dem Sondenkörper und einer Aufnahme eines Messkopfes gebracht werden kann. Zink hat einen deutlich höheren Dampfdruck als Indium. Bereits bei 200°C liegt ein Dampfdruck von ca. 10-5 mbar vor. Beim Schmelzpunkt von Zink (ca. 419,5 °C) liegt bereits ein Dampfdruck von über 0,1 mbar vor. Beim Erhitzen von Zink auf dessen Schmelzpunkt liegt daher ein erheblicher Dampfdruck vor. Daher erscheint Zink für Anwendungen im Vakuum gegenwärtig weniger geeignet als Indium.The vapor pressure curve 340 shows the vapor pressure curve of zinc. Zinc is also an exemplary material with which a probe body can be coated at least in sections as described herein, and which can be brought about by contacting and heating (and then cooling while maintaining contact) to form a connection between the probe body and a receptacle of a measuring head . Zinc has a significantly higher vapor pressure than indium. Even at 200°C there is a vapor pressure of approx. 10 -5 mbar. At the melting point of zinc (approx. 419.5 °C) there is already a vapor pressure of over 0.1 mbar. When zinc is heated to its melting point, there is therefore a significant vapor pressure. Zinc therefore currently appears to be less suitable than indium for vacuum applications.

Ein weiteres beispielhaftes Material ist Gallium. Gallium schmilzt bereits bei sehr geringen Temperaturen (Schmelztemperatur ca. 29,28°C) und dessen Dampfdruck ist nochmal um weitere Größenordnungen geringer als der von Indium.Another exemplary material is gallium. Gallium melts at very low temperatures (melting temperature approx. 29.28°C) and its vapor pressure is several orders of magnitude lower than that of indium.

Es ist denkbar, das jeweilige Material direkt auf den Sondenkörper aufzubringen. Übliche Sondenkörper weisen meist Silizium auf, so dass eine Vielzahl von möglichen Prozessen aus der Halbleiterherstellung verwendet werden kann, um das jeweilige Material aufzubringen. Um die Verbindung zwischen dem Material und einem Material des Sondenkörpers zu verbessern, ist es auch möglich, zunächst ein Haftmaterial, z.B. eine Haftschicht, zumindest abschnittsweise auf den Sondenkörper aufzubringen. Anschließend kann das Material, das zur Ausbildung der Verbindung mit der Aufnahme dient, auf das Haftmaterial aufgebracht werden.It is conceivable to apply the respective material directly to the probe body. Common probe bodies usually have silicon, so that a variety of possible processes from semiconductor production can be used to apply the respective material. In order to improve the connection between the material and a material of the probe body, it is also possible to first apply an adhesive material, for example an adhesive layer, to the probe body at least in sections. The material used to form the connection to the receptacle can then be applied to the adhesive material.

4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zum lösbaren Anbringen einer Sonde an einer Aufnahme für ein Rastersondenmikroskop. Das Verfahren beginnt bei Schritt 410. 4 shows a flowchart of an exemplary method 400 for detachably attaching a probe to a receptacle for a scanning probe microscope. The process begins at step 410.

Zunächst erfolgt ein Vorbereiten 420 der Aufnahme und/oder ggf. des Messkopfes, an dem die Aufnahme angeordnet sein kann. Zum Beispiel kann überschüssiges Material von der Aufnahme entfernt werden, das ggf. von einer zuvor angebrachten Sonde stammt. Dies kann z.B. wie hierin beschrieben mit einem Wischer erfolgen.First, preparation 420 of the recording and/or possibly the measuring head on which the recording can be arranged takes place. For example, excess material can be removed from the receptacle, which may have come from a previously attached probe. This can be done, for example, with a wiper as described herein.

Sodann erfolgt ein Anordnen 430 der Sonde in einer Umgebung der Aufnahme. Zum Beispiel kann die Sonde mit Hilfe eines Positionierers des Rastersondenmikroskops in einer Umgebung der Aufnahme angeordnet werden. Der Positionierer kann zum Beispiel durch einen Probenhalter des Rastersondenmikroskops implementiert werden. Die Sonde, ggf. als Bestandteil einer Sondenanordnung mit mehreren Sonden, kann auf dem Probenhalter befestigt sein. Eine Sondenanordnung kann dort permanent befestigt sein und bei Bedarf kann eine beliebige Sonde der Sondenanordnung an der Aufnahme angeordnet werden. Im Falle bereits vereinzelter Sonden können diese ebenfalls z.B. am Probenhalter angebracht sein und mit Hilfe dessen kann jeweils eine ausgewählte Sonde an der Aufnahme positioniert werden.The probe is then arranged 430 in an area surrounding the recording. For example, the probe can be arranged in an environment of the recording using a positioner of the scanning probe microscope. The positioner can be implemented, for example, by a sample holder of the scanning probe microscope. The probe, possibly as part of a probe arrangement with several probes, can be attached to the sample holder. A probe arrangement can be permanently attached there and, if necessary, any probe of the probe arrangement can be arranged on the receptacle. In the case of isolated probes, these can also be attached to the sample holder, for example, and with the help of this a selected probe can be positioned on the holder.

Es ist auch möglich, einzelne Sonden separat zur Aufnahme zu bringen und in deren Umgebung anzuordnen, z.B. wie aus der US 10578644 B2 oder anderen hierin genannten Dokumenten bekannt. Hierzu kann zum Beispiel eine Magnetisierung in Form einer magnetischen Schicht auf dem Sondenkörper angebracht werden. Zum Beispiel kann auf einer Seite des Sondenkörpers das Material zum Ausbilden der Verbindung angebracht werden und auf einer gegenüberliegenden Seite kann die Magnetisierung ausgebildet sein. Alternativ kann auch das Material zum Ausbilden der Verbindung die Magnetisierung bereitstellen. Zum Beispiel kann Nickel als Material für die Magnetisierung Verwendung finden.It is also possible to mount individual probes separately and arrange them in their surroundings, for example as shown in the US 10578644 B2 or other documents referred to herein. For this purpose, for example, magnetization in the form of a magnetic layer can be applied to the probe body. For example, the material for forming the connection can be applied on one side of the probe body and the magnetization can be formed on an opposite side. Alternatively, the material for forming the connection can also provide the magnetization. For example, nickel can be used as a material for magnetization.

Die Platzierung in einer Umgebung kann so erfolgen, dass die zur Ausbildung der Verbindung vorgesehene Oberfläche des Sondenkörpers parallel zur Aufnahme ausgerichtet wird. Auch kann eine laterale Positionierung und/oder Ausrichtung erfolgen, so dass die Sondenspitze der Sonde an der richtigen Position angeordnet ist. Letztlich kann die Sonde so angeordnet werden, wie es ihrer finalen gewünschten Position auf der Aufnahme entspricht, wobei allerdings noch ein kleiner Abstand zwischen den Oberflächen der Sonde bzw. der Aufnahme verbleiben kann.The placement in an environment can be done in such a way that the surface of the probe body intended to form the connection is aligned parallel to the receptacle. Lateral positioning and/or alignment can also take place so that the probe tip of the probe is arranged in the correct position. Ultimately, the probe can be arranged in such a way that it corresponds to its final desired position on the receptacle, although a small distance can still remain between the surfaces of the probe or the receptacle.

Sodann kann ein Anschalten 440 des Heizelements erfolgen. In anderen Beispielen kann das Heizelement bereits eingeschaltet werden, während oder bevor die Sonde in der Umgebung der Aufnahme platziert ist. Da das Heizen auf die gewünschte Temperatur allerdings vorzugsweise innerhalb weniger Sekunden erfolgt, ist letzteres nicht unbedingt nötig. Das Heizelement kann so kalibriert sein, dass es automatisch die gewünschte Temperatur erzeugt, z.B. durch eine entsprechende kalibrierte Leistungsabgabe, durch Feedback mit Hilfe eines ebenfalls an der Aufnahme angeordneten oder in diese integrierten Temperatursensors, und/oder durch eine vorbestimmte Wartezeit, etc. Die gewünschte Temperatur kann z.B. leicht über (z.B. ca. 10%, 20% oder 30% über) dem Schmelzpunkt des für die Verbindung vorgesehenen Materials der Sonde liegen.The heating element can then be switched on 440. In other examples, the heating element may be turned on while or before the probe is placed in the vicinity of the recording. However, since heating to the desired temperature preferably takes place within a few seconds, the latter is not absolutely necessary. The heating element can be calibrated so that it automatically generates the desired temperature, e.g. through a corresponding calibrated power output, through feedback with the help of a temperature sensor also arranged on the receptacle or integrated into it, and / or through a predetermined waiting time, etc. The desired one Temperature can, for example, be slightly above (e.g. approximately 10%, 20% or 30% above) the melting point of the material of the probe intended for the connection.

Nach dem Anschalten 440 des Heizelements (oder nach dem Erhitzen der Aufnahme auf die gewünschte Temperatur) kann ein Positionieren 450 der Sonde so erfolgen, dass ein mechanischer Kontakt mit der Aufnahme hergestellt wird. Dies kann durch eine Bewegung der Sonde und/oder ggf. des Messkopfes erfolgen. Das aufgrund der Nähe zur Aufnahme über Wärmestrahlung oder ggf. Wärmediffusion (falls kein Vakuum herrscht) bereits (vor-)erhitzte Material des Sondenkörpers tritt somit in Kontakt mit der Aufnahme und kann damit ebenfalls auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden, falls noch nicht erfolgt. Dies kann z.B. über das erläuterte Feedback erfolgen, über eine entsprechend kalibrierte Leistungsabgabe des Heizelements und/oder durch eine vorbestimmte Wartezeit, etc.After switching on 440 the heating element (or after heating the receptacle to the desired temperature), the probe can be positioned 450 such that mechanical contact is made with the receptacle. This can be done by moving the probe and/or, if necessary, the measuring head. The material of the probe body, which is already (pre-)heated due to its proximity to the recording via thermal radiation or possibly thermal diffusion (if there is no vacuum), comes into contact with the recording and can therefore also be brought to a desired temperature, if this has not already happened. This can be done, for example, via the feedback explained, via a correspondingly calibrated power output of the heating element and/or via a predetermined waiting time, etc.

Sodann erfolgt ein Abschalten 460 des Heizelements. Das Abschalten kann z.B. nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach dem Kontaktieren erfolgen. Es ist auch möglich, dass das Abschalten nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur (oder nach dem Kontaktieren) und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit ab dem Erreichen der vorbestimmten Temperatur (oder ab dem Kontaktieren) erfolgt.The heating element is then switched off 460. Switching off can take place, for example, after a predetermined time has elapsed after contacting. It is also possible for the switch-off to occur after reaching a predetermined temperature (or after contacting) and/or after a predetermined time has elapsed from reaching the predetermined temperature (or from contacting).

Es schließt sich dann eine Warte- bzw. Abkühlzeit 470 an. Diese Zeit kann vorbestimmt sein. Es ist auch möglich, dass diese zumindest teilweise auf einem, z.B. an der Aufnahme gemessenen, Temperaturverlauf basiert. Zum Beispiel kann die Wartezeit beendet werden, wenn eine bestimmte Temperatur unterschritten wurde oder wenn eine bestimmte Temperatur für eine vorbestimmte Zeit unterschritten wurde.A waiting or cooling time 470 then follows. This time can be predetermined. It is also possible that this is at least partially based on a temperature curve measured, for example, on the recording. For example, the waiting time can be ended when the temperature falls below a certain temperature or when the temperature falls below a certain temperature for a predetermined time.

Wenn die Sonde Teil einer Sondenanordnung ist, erfolgt sodann ein Trennen der Sonde von der Sondenanordnung wie hierin beschrieben.If the probe is part of a probe assembly, the probe is then separated from the probe assembly as described herein.

Dann erfolgt ein Entfernen 480 des Positionierers von der Aufnahme. Das Verfahren endet bei Schritt 490.The positioner is then removed 480 from the receptacle. The process ends at step 490.

5 zeigt ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren 500 zum Entfernen einer Sonde von einer Aufnahme, z.B. eines Messkopfes eines Rastersondenmikroskops. Das Verfahren beginnt bei Schritt 510. 5 shows a flowchart for an exemplary method 500 for removing a probe from a recording, for example a measuring head of a scanning probe microscope. The process begins at step 510.

Sodann erfolgt ein Positionieren 520 eines Sondenbehälters. Der Sondenbehälter kann zum Beispiel auf einem Probentisch des Rastersondenmikroskops angeordnet sein. Er kann zum Entsorgen ausgetauschter Sonden dienen und entsprechend dimensioniert sein. Zum Beispiel kann der Sondenbehälter eine Öffnung aufweisen, die unter der zu entfernenden Sonde positioniert wird, so dass die Sonde in die Öffnung fallen kann.A probe container is then positioned 520. The probe container can be arranged, for example, on a sample table of the scanning probe microscope. It can be used to dispose of replaced probes and can be dimensioned accordingly. For example, the probe container may have an opening that is positioned below the probe to be removed so that the probe can fall into the opening.

In Schritt 530 wird das Heizelement angeschaltet, so dass das Material, das wie hierin beschrieben eine Verbindung zwischen Sonde und Aufnahme herstellt, erhitzt wird. Dadurch kann die Verbindung gelöst werden. In manchen Beispielen kann die Sonde dann bereits aufgrund der Schwerkraft direkt in die Öffnung des Sondenbehälters fallen.In step 530, the heating element is turned on so that the material that forms a connection between the probe and the receptacle as described herein is heated. This allows the connection to be released. In some examples, the probe can then fall directly into the opening of the probe container due to gravity.

In manchen Beispielen erfolgt optional ein Schritt 540, in dem ein Wischen der Aufnahme erfolgen kann. Hierdurch kann z.B. die zu entfernende Sonde zum Fallen in die Öffnung gebracht werden. Es ist auch möglich, dass die Sonde aktiv in die Öffnung gewischt wird, ohne dass die Sonde fallen muss. In manchen Beispielen kann alternativ oder zusätzlich auch ein Wischen erfolgen, so dass ggf. verbliebenes Material an der Aufnahme abgewischt wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Material so ausgewählt wird, dass es eine höhere Affinität zur Oberfläche des Sondenkörpers aufweist als zur Oberfläche der Aufnahme, so dass durch Entfernen der Sonde das Material im Wesentlichen vollständig entfernt wird, ohne dass es eines anschließenden Wischens bedürfte.In some examples, a step 540 optionally occurs in which the recording can be wiped. This can, for example, cause the probe to be removed to fall into the opening. It is also possible for the probe to be actively wiped into the opening without the probe having to fall. In some examples, wiping can alternatively or additionally be carried out so that any remaining material on the receptacle is wiped off. It can also be provided that the material is selected so that it has a higher affinity for the surface of the probe body than for the surface of the receptacle, so that by removing the probe the material is essentially completely removed without the need for subsequent wiping .

In Schritt 550 erfolgt dann ein Entfernen des Sondenbehälters.In step 550 the probe container is then removed.

In Schritt 560 wird das Heizelement abgeschaltet. Schritte 550 und 560 können auch in anderer zeitlicher Reihenfolge oder gleichzeitig erfolgen.In step 560, the heating element is turned off. Steps 550 and 560 can also occur in a different chronological order or simultaneously.

Nach einer Wartezeit 570, in der sich die Aufnahme wieder abkühlen kann, endet das Verfahren in Schritt 580.After a waiting time 570 in which the recording can cool down again, the method ends in step 580.

In einer Variation des Verfahrens ist es auch möglich, anstelle eines Sondenbehälters einen Aufnahmekörper vorzusehen (oder den Sondenbehälter mit einem solchen auszustatten), wobei eine Oberfläche des Aufnahmekörpers mit einem Aufnahmematerial versehen ist (z.B. beschichtet und/oder bedruckt, etc., wie hierin in Bezug auf das Material des Sondenkörpers beschrieben). Das Aufnahmematerial kann zur Ausbildung einer lösbaren Verbindung mit der Sonde, z.B. mit zumindest einem Teil der Oberfläche des Sondenkörpers (die zum Beispiel derjenigen, die zur Ausbildung der Verbindung mit der Aufnahme vorgesehen ist, gegenüberliegt) vorgesehen sein. Zum Beispiel kann das Aufnahmematerial wie hierin im Hinblick auf das Material der Sonde zur lösbaren Verbindung mit der Aufnahme beschrieben ausgestaltet sein. So kann zum Beispiel durch Kontaktieren der Sonde (zumindest eines Teils der Oberfläche des Sondenkörpers) und des Aufnahmekörpers (des Aufnahmematerials) und Erhitzen (mit Hilfe eines wie hierin beschriebenen Heizelements oder eines separaten Heizelements am Aufnahmekörper) eine lösbare Verbindung zwischen dem Aufnahmekörper und der Sonde hergestellt werden. Das Aufnahmematerial des Aufnahmekörpers weist in manchen Beispielen einen höheren Schmelzpunkt auf, als das Material der Sonde (das die Verbindung mit der Aufnahme herstellt). Durch Abkühlen unter den Schmelzpunkt des Aufnahmematerials kann bereits eine feste Verbindung bereitgestellt sein, während die Verbindung zwischen Sonde und Aufnahme gelöst ist. Durch Wegbewegen des Aufnahmekörpers von der Aufnahme kann so die Sonde von der Aufnahme entfernt werden. Zum Beispiel kann als Aufnahmematerial Indium vorgesehen sein, während für das Material der Sonde z.B. Gallium vorgesehen sein kann.In a variation of the method, it is also possible to provide a receiving body instead of a probe container (or to equip the probe container with one), with a surface of the receiving body being provided with a receiving material (e.g. coated and/or printed, etc., as described herein with reference to the material of the probe body). The receptacle material may be intended to form a releasable connection with the probe, for example with at least part of the surface of the probe body (for example, which is opposite that intended to form the connection with the receptacle). For example, the receptacle material may be configured as described herein with respect to the material of the probe for releasable connection to the receptacle. For example, by contacting the probe (at least a portion of the surface of the probe body) and the receptacle body (the receptacle material) and heating (using a heating element as described herein or a separate heating element on the receptacle body) a releasable connection can be achieved between the receptacle body and the probe getting produced. In some examples, the recording material of the recording body has a higher melting point than the material of the probe (which creates the connection with the recording). By cooling below the melting point of the recording material, a firm connection can be provided while the connection between the probe and the recording is released. By moving the receiving body away from the receptacle, the probe can be removed from the receptacle. For example, indium can be provided as the recording material, while gallium, for example, can be provided for the material of the probe.

In manchen Beispielen kann das Verfahren 500 oder Teile davon mit dem Verfahren 400 oder Teilen davon kombiniert werden. So kann sich zum Beispiel an das Entfernen der Sonde (durch die Schwerkraft nach Schritt 530 oder durch Wischen nach Schritt 540) und optional nach dem Wischen 540, um überschüssiges Material zu entfernen, Schritt 420 oder auch direkt Schritt 430 (unter Auslassung des Schritts 420) anschließen, um eine neue Sonde anzubringen. An Schritt 420 bzw. 430 können sich dann die weiteren Schritte des Verfahrens 400 anschließen, wie in Bezug auf 4 beschrieben.In some examples, method 500 or parts thereof may be combined with method 400 or parts thereof. For example, removing the probe (by gravity after step 530 or by wiping after step 540) and optionally after wiping 540 to remove excess material, step 420 or directly step 430 (omitting step 420 ) to attach a new probe. Step 420 or 430 can then be followed by the further steps of method 400, as in relation to 4 described.

6A zeigt eine schematische Darstellung einer Sondenanordnung 600 mit einer Reihe von nebeneinander angeordneten Sonden 610. Diese Reihe 600 kann z.B. eine aus einem Wafer (mit mehreren solcher Reihen) herausgebrochene Reihe (z.B. durch wafer dicing und/oder wafer slicing) sein. Die Sonden 610 können jeweils einen Sondenkörper 620 (z.B. wie hierin beschrieben) und eine Sondenspitze 640 (z.B. wie hierin beschrieben) aufweisen. Jede Sonde 610 der Reihe 600 kann über eine, bevorzugt zwei, aber auch drei oder mehr Verankerungen 650 mit der restlichen Sondenanordnung verbunden sein. Der Sondenkörper kann eine Oberseite (in 6A oben) und eine Unterseite (in Fig, 6A unten) aufweisen, die aus der Ober- bzw. Unterseite des zur Herstellung verwendeten Wafers gefertigt wurden. Auf der Ober- und/oder Unterseite kann ein Material vorgesehen sein, das durch Erhitzen (und anschließendes Abkühlen) eine lösbare Verbindung zwischen dem Sondenkörper und einer Aufnahme 660 (siehe 6B) ausbildet, wie hierin beschrieben. 6A shows a schematic representation of a probe arrangement 600 with a row of probes 610 arranged next to one another. This row 600 can, for example, be a row broken out of a wafer (with several such rows) (eg by wafer dicing and/or wafer slicing). The probes 610 may each include a probe body 620 (eg, as described herein) and a probe tip 640 (eg, as described herein). Each probe 610 of the row 600 can be connected to the rest of the probe arrangement via one, preferably two, but also three or more anchors 650. The probe body can have a top (in 6A top) and a bottom (bottom in Fig. 6A), which were made from the top and bottom of the wafer used for production. A material can be provided on the top and/or bottom which, by heating (and then cooling), creates a detachable connection between the probe body and a receptacle 660 (see 6B) as described herein.

Obwohl in 6A eine Anzahl von fünf Sonden 610 vorgesehen ist, kann eine Reihe 600 in anderen Beispielen auch mehr oder weniger also fünf Sonden 610 aufweisen. Die einzelnen Sonden 610 können jeweils identisches Design aufweisen, um als gleichwertiger Ersatz zu dienen. Es können aber auch unterschiedliche Sondendesigns in einer Reihe 600 vorgesehen sein, um je nach Bedarf unterschiedliche Sonden auf vorteilhafte Weise einsetzen zu können. In anderen Beispielen können auch Sondenanordnungen Anwendung finden, die mehrere Reihen aufweisen.Although in 6A a number of five probes 610 is provided, a row 600 can also have more or less five probes 610 in other examples. The individual probes 610 may each have an identical design to serve as equivalent replacements. However, different probe designs can also be provided in a row 600 in order to be able to use different probes in an advantageous manner as required. In other examples, probe arrangements that have multiple rows can also be used.

6B zeigt die Reihe 600 zusammen mit einer Aufnahme 660, die mit der Oberseite einer der Sonden der Reihe 600 in Kontakt steht. Eine Oberfläche der Aufnahme 660 kann im Wesentlichen parallel zur Oberseite der Sonde ausgerichtet sein. Die Aufnahme 660 kann eine Aufnahme 660 eines Rastersondenmikroskops oder einer anderen Messvorrichtung sein. Die Aufnahme 660 kann z.B. wie hierin beschrieben ausgestaltet sein. Eine (lösbare) Verbindung zwischen der Aufnahme 660 und dem jeweiligen Sondenkörper kann durch Kontaktieren zwischen der Aufnahme 660 und dem Sondenkörper, Erhitzen und anschließendes Abkühlen (z.B. wie hierin beschrieben) erzeugt werden. 6B shows row 600 along with a receptacle 660 in contact with the top of one of the row 600 probes. A surface of the receptacle 660 may be aligned substantially parallel to the top of the probe. The recording 660 can be a recording 660 of a scanning probe microscope or another measuring device. The receptacle 660 can be designed, for example, as described herein. A (detachable) connection between the receptacle 660 and the respective probe body can be created by contacting between the receptacle 660 and the probe body, heating and then cooling (eg as described herein).

6C zeigt ein Beispiel für das hierin beschriebene Trennen von Verankerungen der Reihe 600 durch Schmelzen (Fuse Tethering) oder Erhitzen anhand der Reihe 600 und der Aufnahme 660, die sich, wie bereits in 6B dargestellt, mechanisch kontaktieren. Elektrische Kontakte 600A und 660A werden an der Reihe bzw. der Aufnahme 660 angeschlossen, so dass ein Strom durch die Reihe 600 fließen kann. Das an der Oberfläche des Sondenkörpers, die von der Aufnahme 660 mechanisch kontaktiert wird, vorgesehene Material ist in diesem Fall vorzugsweise elektrisch leitfähig, so dass ein Strom von der Aufnahme 660 in die Reihe 600 fließen kann. Das Material kann so auf der Oberfläche des jeweils kontaktierten Sondenkörpers angeordnet sein, dass der Strom vom Kontakt an der Aufnahme 660 zum Kontakt an der Reihe 600 fließen kann (oder umgekehrt). Hierzu ist das Material (und/oder ein anderes leitfähiges Material) zudem auf oder in der oder den Verankerungen 650 und auf oder in der restlichen Sondenanordnung angeordnet, sodass ein geschlossener Stromkreis zwischen den Kontaktern 600A und 660A vorhanden ist. 6C shows an example of separating anchors of the 600 series by melting (fuse tethering) or heating as described herein using the series 600 and the receptacle 660, which, as already in 6B shown, mechanical contact. Electrical contacts 600A and 660A are on the turn and on, respectively 660 connected so that a current can flow through the series 600. In this case, the material provided on the surface of the probe body, which is mechanically contacted by the receptacle 660, is preferably electrically conductive, so that a current can flow from the receptacle 660 into the row 600. The material can be arranged on the surface of the probe body being contacted in such a way that the current can flow from the contact on the receptacle 660 to the contact on the row 600 (or vice versa). For this purpose, the material (and/or another conductive material) is also arranged on or in the anchor(s) 650 and on or in the rest of the probe arrangement, so that a closed circuit is present between the contacts 600A and 660A.

Die Verankerung(en) sind jeweils mit so dünnem Querschnitt und/oder mit so geringer Oberfläche ausgebildet, dass die durch ohmsche Verluste dadurch auftretende Erhitzung dort entweder zu einem Abtrennen der Verankerung(en) führt (z.B. durch Aufschmelzen) oder das Abtrennen zumindest durch Erwärmen unterstützt. Das Abtrennen kann z.B. auch durch Erhitzen und/oder Aufschmelzen in Kombination mit mechanischer Relativbewegung zwischen der Reihe 600 und der Aufnahme 660 erfolgen. Auch ist es möglich, dass das Abtrennen alternativ oder zusätzlich durch Anwenden eines oder mehrerer Ätzgas(e) und/oder Teilchenstrahl(en) an bzw. auf die Verankerung(en) erfolgt, z.B. wie hierin beschrieben, während oder nachdem die Verankerung(en) erwärmt oder sogar aufgeschmolzen wurden.The anchor(s) are each designed with such a thin cross section and/or with such a small surface area that the heating that occurs due to ohmic losses either leads to the anchor(s) being separated (e.g. by melting) or at least separated by heating supports. The separation can also be done, for example, by heating and/or melting in combination with mechanical relative movement between the row 600 and the receptacle 660. It is also possible for the separation to take place alternatively or additionally by applying one or more etching gas(es) and/or particle beam(s) to or onto the anchor(s), for example as described herein, during or after the anchor(s). ) were heated or even melted.

Ein weiterer Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung ermöglicht werden kann, ist in Zusammenschau der 7A und 7B dargestellt.Another advantage that can be made possible by the present invention is: 7A and 7B shown.

Es gibt Systeme 700A im Stand der Technik wie in 7A dargestellt, bei denen Sonden 100 mit Hilfe einer Klemmvorrichtung 230 oder Ähnlichem an einer Aufnahme 220A, z.B. eines Rastersondenmikroskops angebracht werden. Da die Klemmvorrichtung 230 jedoch makroskopische räumliche Ausdehnungen aufweisen kann, die Sondenspitze jedoch meist nur mikroskopische Dimensionen hat (7A zeigt die Sonde 100 zur besseren Lesbarkeit deutlich vergrößert), kann es notwendig sein, die Sonde 100 gegenüber der Probe 790 nicht-parallel sondern verkippt anzuordnen, damit die Klemmvorrichtung 230 die Probe 790 nicht berührt. Dies kann bei der Abbildung von Strukturen auf der Probe 790 allerdings zu Bildfehlern führen. Aufgrund der nicht-senkrechten Bewegung der Sonde 100 und/oder eines Cantilevers und/oder einer Spitze der Sonde 100 relativ zur Probe 790 werden üblicherweise insbesondere Kanten von auf der Probe 790 angeordneten Strukturen nicht richtig abgebildet. Sowohl die Kantenposition als auch die Kantensteilheit kann z.B. aufgrund der nicht-senkrechten Bewegungsrichtung falsch dargestellt werden.There are 700A systems in the prior art as in 7A shown, in which probes 100 are attached to a receptacle 220A, for example a scanning probe microscope, using a clamping device 230 or similar. However, since the clamping device 230 can have macroscopic spatial dimensions, the probe tip usually only has microscopic dimensions ( 7A shows the probe 100 significantly enlarged for better readability), it may be necessary to arrange the probe 100 not parallel to the sample 790 but tilted so that the clamping device 230 does not touch the sample 790. However, this can lead to image errors when imaging structures on the sample 790. Due to the non-vertical movement of the probe 100 and/or a cantilever and/or a tip of the probe 100 relative to the sample 790, edges of structures arranged on the sample 790 in particular are usually not imaged correctly. Both the edge position and the edge steepness can be displayed incorrectly, for example due to the non-vertical direction of movement.

Mit den hierein beschriebenen Aspekten lässt sich dagegen auf einfache Weise ein System 700B bereitstellen, das eine sichere und lösbare Verbindung zwischen einer Sonde 100 und einer Aufnahme 220B, z.B. eines Rastersondenmikroskops oder einer anderen Messvorrichtung, bereitstellen kann, ohne dass eine separate Befestigungsvorrichtung benötigt würde, geschweige denn eine, die auf einer der Probe 790 zugewandten Seite der Sonde 100 Platz benötigt. Dadurch kann es insbesondere ermöglicht werden, eine Verkippung der Sonde 100 (wie z.B. in 7A) zu vermeiden und stattdessen die Sonde 100 (z.B. eine Ober- und/oder Unterseite eines Sondenkörpers der Sonde 100) und somit einen Cantilever der Sonde 100 parallel zu einer Oberfläche der Probe 790 auszurichten bzw. eine Spitze der Sonde 100 senkrecht zur Oberfläche der Probe 790 auszurichten.With the aspects described here, however, a system 700B can be provided in a simple manner, which can provide a secure and detachable connection between a probe 100 and a receptacle 220B, for example a scanning probe microscope or other measuring device, without the need for a separate fastening device. let alone one that requires space on a side of the probe 100 facing the sample 790. This makes it possible, in particular, to tilt the probe 100 (as in, for example). 7A) to avoid and instead align the probe 100 (e.g. a top and/or bottom side of a probe body of the probe 100) and thus a cantilever of the probe 100 parallel to a surface of the sample 790 or a tip of the probe 100 perpendicular to the surface of the sample 790 to align.

In manchen Beispielen wir demnach die hierin beschriebene Verbindung so erstellt, dass der Sondenkörper und/oder die Sondenspitze und/oder der Cantilever der Sonde parallel zu einer Oberfläche der Probe ausgerichtet sind. Eine Oberfläche der Aufnahme kann parallel zu einer Oberfläche eines Probenhalters und/oder einer vorgesehenen Probenoberfläche sein.In some examples, the connection described herein is created such that the probe body and/or the probe tip and/or the cantilever of the probe are aligned parallel to a surface of the sample. A surface of the receptacle can be parallel to a surface of a sample holder and/or an intended sample surface.

8 zeigt ein Beispiel für ein Heizelement 800, das als Folienheizelement ausgebildet sein kann. Das Heizelement 800 kann einen thermischen Isolator 820 aufweisen, sowie einen elektrischen Leiter 840, mit einem ersten und zweiten elektrischen Kontakt 860A bzw. 860B. 8th shows an example of a heating element 800, which can be designed as a foil heating element. The heating element 800 may include a thermal insulator 820 and an electrical conductor 840 having first and second electrical contacts 860A and 860B, respectively.

Der thermische Isolator 820 kann z.B. eine Dicke von 10 µm bis 500 µm aufweisen (in 8 in z-Richtung dargestellt) und im Vergleich dazu größere laterale Ausdehnung aufweisen. In 8 hat der thermische Isolator 820 eine quadratische laterale Ausdehnung mit Kantenlängen von ca. 1,5 mm. Dies ist aber lediglich ein Beispiel. In anderen Beispielen sind auch andere Formen und Kantenlängen denkbar, z.B. rechteckige, runde, etc., mit Längsausdehnungen z.B. im Bereich von 0,5 bis 5 mm. Der thermische Isolator 820 kann z.B. als Folie ausgebildet sein.The thermal insulator 820 may, for example, have a thickness of 10 μm to 500 μm (in 8th shown in the z direction) and have a larger lateral extent in comparison. In 8th the thermal insulator 820 has a square lateral dimension with edge lengths of approximately 1.5 mm. But this is just an example. In other examples, other shapes and edge lengths are also conceivable, for example rectangular, round, etc., with longitudinal dimensions, for example in the range of 0.5 to 5 mm. The thermal insulator 820 can be designed, for example, as a film.

Der elektrische Leiter 840 kann eine Dicke aufweisen, die ähnlich groß oder geringer ist als die Dicke des thermischen Isolators 820. Sie kann z.B. im Bereich von 1 bis 100 µm liegen. Der elektrische Leiter 840 kann auf einer Oberseite des thermischen Isolators 820 angeordnet sein oder auf einer optionalen elektrischen Isolationsschicht zwischen dem elektrischen Leiter 840 und der Oberseite des thermischen Isolators 820. Der elektrische Leiter kann bahnförmig ausgestaltet sein (z.B. ist dessen Länge und Breite größer als dessen Dicke) und sich mäandernd über die Oberseite erstrecken, so dass der elektrische Leiter 840 mit einer großen Länge ausgestattet werden kann. Durch Leiten eines Stroms durch den elektrischen Leiter 840 über die Kontakte 860A und 860B kann der elektrische Leiter 840 aufgrund ohmscher Verluste geheizt werden. Aufgrund des kleinen Querschnitts des elektrischen Leiters 840 und seiner großen Länge sowie des thermischen Isolators 820 kann auf der dem thermischen Isolator 820 abgewandten Seite trotz der geringen Volumenausdehnung des Heizelements 800 eine große Heizleistung bereitgestellt werden.The electrical conductor 840 may have a thickness that is similar to or less than the thickness of the thermal insulator 820. For example, it may be in the range of 1 to 100 μm. The electrical conductor 840 may be disposed on a top surface of the thermal insulator 820 or on an optional electrical insulation layer between the electrical conductor 840 and the top surface of the thermal insulator insulator 820. The electrical conductor can be designed in the form of a web (for example, its length and width is greater than its thickness) and can extend in a meandering manner over the top, so that the electrical conductor 840 can be equipped with a large length. By passing a current through the electrical conductor 840 via the contacts 860A and 860B, the electrical conductor 840 can be heated due to ohmic losses. Due to the small cross section of the electrical conductor 840 and its large length as well as the thermal insulator 820, a large heating output can be provided on the side facing away from the thermal insulator 820 despite the small volume expansion of the heating element 800.

In 8 sind die Kontakte 860A und 860 B außerhalb des Bereichs des thermischen Isolators 820 dargestellt. Dabei ist es möglich (nicht dargestellt), den elektrischen Leiter 840 im Bereich außerhalb des thermischen Isolators 820 mit einem größeren Querschnitt (z.B. einer größeren Breite und/oder Dicke) auszustatten, um dort den Heizeffekt zu minimieren. Es ist aber auch möglich, die Kontakte auf dem thermischen Isolator 820 vorzusehen.In 8th , contacts 860A and 860B are shown outside the area of thermal insulator 820. It is possible (not shown) to equip the electrical conductor 840 in the area outside the thermal insulator 820 with a larger cross section (eg a larger width and/or thickness) in order to minimize the heating effect there. However, it is also possible to provide the contacts on the thermal insulator 820.

Es kann vorgesehen sein, dass das Heizelement 800 zur Aufnahme eines Sondenkörpers ausgebildet ist. Das heißt, der Sondenkörper kann z.B. auf dem Heizelement 800 platziert werden, so dass durch Heizen des Heizelements das Material auf dem Sondenkörper erhitzt wird und sich, wie hierin beschrieben, eine lösbare Verbindung zwischen Sondenkörper und Heizelement 800 ausbildet. Die laterale Ausdehnung des Heizelements 800 und/oder des thermischen Isolators 820 kann z.B. auf eine entsprechende laterale Ausdehnung eines Sondenkörpers angepasst sein.It can be provided that the heating element 800 is designed to accommodate a probe body. That is, the probe body can be placed, for example, on the heating element 800, so that by heating the heating element, the material on the probe body is heated and, as described herein, a detachable connection is formed between the probe body and the heating element 800. The lateral expansion of the heating element 800 and/or the thermal insulator 820 can be adapted, for example, to a corresponding lateral expansion of a probe body.

Zusätzlich ist es möglich, dass auf dem Heizelement 800, z.B. in einem Bereich des thermischen Isolators 820, eine oder mehrere weitere Schichten angebracht sind. Zum Beispiel kann eine Beschichtung vorgesehen sein, die eine elektrische Isolation zwischen dem elektrischen Leiter 840 des Heizelements 800 und dem darauf angeordneten Sondenkörper bereitstellt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Beschichtung vorgesehen sein, die eine gute Benetzung mit dem zum Ausbilden der lösbaren Verbindung vorgesehenen Material des Sondenkörpers (z.B. Lot) bereitstellt. Auch mit solchen zusätzlichen einen oder mehreren Schichten kann die Dicke des Heizelements 800 gering gehalten werden, sodass ein effektives Heizen ohne großen zusätzlichen Bauraum, z.B. an einem Messkopf eines Rastersondenmikroskops oder einer anderen Messvorrichtung ermöglicht werden kann.In addition, it is possible for one or more further layers to be attached to the heating element 800, for example in a region of the thermal insulator 820. For example, a coating may be provided that provides electrical insulation between the electrical conductor 840 of the heating element 800 and the probe body disposed thereon. Alternatively or additionally, a coating can be provided which provides good wetting with the material of the probe body (e.g. solder) intended to form the detachable connection. Even with such additional one or more layers, the thickness of the heating element 800 can be kept small, so that effective heating can be made possible without a large additional installation space, for example on a measuring head of a scanning probe microscope or another measuring device.

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Claims (29)

Verfahren (400) zum lösbaren Anbringen einer Sonde (100) mit einem Sondenkörper (120) und einer Sondenspitze (140) an einer Aufnahme (220) für die Sonde, wobei das Verfahren aufweist: Positionieren (450) der Sonde, so dass der Sondenkörper in Kontakt mit der Aufnahme gebracht wird; Erhitzen (440) der Sonde und/oder der Aufnahme, so dass ein Material an einer Oberfläche (122, 124) des Sondenkörpers eine lösbare Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme ausbildet.Method (400) for releasably attaching a probe (100) with a probe body (120) and a probe tip (140) to a receptacle (220) for the probe, the method comprising: positioning (450) the probe so that the probe body is brought into contact with the receptacle; Heating (440) the probe and/or the receptacle so that a material on a surface (122, 124) of the probe body forms a detachable connection between the probe body and the receptacle. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Positionieren (450) ein Positionieren mit Hilfe eines Positionierers aufweist, an dem die Sonde angeordnet ist, und das Verfahren weiterhin aufweist: Entfernen (480) des Positionierers nach einem Abkühlen (460) des Materials, wobei die Sonde nach dem Entfernen des Positionierers aufgrund der lösbaren Verbindung an der Aufnahme verbleibt.Procedure according to Claim 1 , wherein positioning (450) comprises positioning using a positioner on which the probe is arranged, and the method further comprises: removing (480) the positioner after cooling (460) of the material, wherein the probe after removing the Positioner remains on the receptacle due to the detachable connection. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren weiterhin ein Anordnen (430) der Sonde in einer Umgebung der Aufnahme aufweist und das Erhitzen (440) der Sonde und/oder der Aufnahme nach dem Anordnen (430) aber vor dem Positionieren (450) erfolgt.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the method further comprises arranging (430) the probe in an environment of the receptacle and the heating (440) of the probe and / or the receptacle takes place after the arrangement (430) but before positioning (450). Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Sonde Teil einer Sondenanordnung mit mehreren Sonden ist, und wobei nach dem Ausbilden der lösbaren Verbindung ein Trennen der Sonde von der Sondenanordnung erfolgt.Procedure according to one of the Claims 1 - 3 , wherein the probe is part of a probe arrangement with several probes, and wherein after the releasable connection has been formed, the probe is separated from the probe arrangement. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, wobei das Entfernen (480) des Positionierers nach dem Trennen der Sonde von der Sondenanordnung erfolgt, so dass die verbleibende Sondenanordnung von der Aufnahme entfernt wird.Procedure according to Claim 2 and 4 , wherein the removal (480) of the positioner occurs after separating the probe from the probe assembly, so that the remaining probe assembly is removed from the receptacle. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Trennen ein Anlegen eines Stroms, ein Anwenden eines Ätzgases und/oder ein Richten eines Teilchenstrahls an bzw. auf eine oder mehrere Verankerungen der Sonde an der Sondenanordnung umfasst.Procedure according to Claim 4 or 5 , wherein the disconnecting includes applying a current, applying an etching gas, and/or directing a particle beam at one or more anchors of the probe to the probe assembly. Verfahren (500) zum Entfernen einer Sonde (100) mit einem Sondenkörper (120) und einer Sondenspitze (140) von einer Aufnahme (220) für die Sonde, aufweisend: Positionieren (520) eines Sondenbehälters an der Aufnahme; Erhitzen (530) der Sonde und/oder der mit der Sonde in Kontakt stehenden Aufnahme, so dass ein Material an einer Oberfläche (122, 124) des Sondenkörpers so erhitzt wird, dass eine vom Material ausgebildete lösbare Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme gelöst wird.Method (500) for removing a probe (100) with a probe body (120) and a probe tip (140) from a receptacle (220) for the probe, comprising: positioning (520) a probe container on the receptacle; Heating (530) the probe and/or the receptacle in contact with the probe so that a material on a surface (122, 124) of the probe body is heated such that a detachable connection formed by the material between the probe body and the receptacle is released becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Erhitzen (530) so erfolgt, dass eine Temperatur des Materials eine Schmelztemperatur des Materials übersteigt.Procedure according to one of the Claims 1 - 7 , wherein the heating (530) occurs such that a temperature of the material exceeds a melting temperature of the material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, weiterhin aufweisend ein Wischen (540) der Aufnahme nach dem Erhitzen (440, 530) der Sonde und/oder der Aufnahme, so dass eine zu entfernende Sonde und/oder überschüssiges Material von der Aufnahme entfernt wird.Procedure according to one of the Claims 1 - 8th , further comprising wiping (540) the receptacle after heating (440, 530) the probe and/or the receptacle so that a probe to be removed and/or excess material is removed from the receptacle. Verfahren zum Herstellen einer Sonde (100), aufweisend: Bereitstellen eines Sondenkörpers (120) mit einer Sondenspitze (140); zumindest teilweises Anbringen eines Materials auf eine für eine Außenseite (122, 124) des Sondenkörpers vorgesehene Oberfläche, das durch Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und einer Aufnahme des Rastersondenmikroskops gebracht werden kann.Method for producing a probe (100), comprising: Providing a probe body (120) with a probe tip (140); at least partially attaching a material to a surface provided for an outside (122, 124) of the probe body, which can be brought by heating to form a detachable connection between the probe body and a recording of the scanning probe microscope. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Anbringen ein Drucken, insbesondere ein Siebdrucken, ein Schablonendrucken, und/oder ein Abscheiden aus der Gasphase aufweist.Procedure according to Claim 10 , wherein the attachment involves printing, in particular screen printing, stencil printing, and/or deposition from the gas phase. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-11, wobei die lösbare Verbindung eine Lötverbindung oder eine Klebeverbindung ist.Procedure according to one of the Claims 1 - 11 , where the detachable connection is a soldered connection or an adhesive connection. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, wobei die lösbare Verbindung eine elektrisch leitende Verbindung ist.Procedure according to one of the Claims 1 - 12 , wherein the detachable connection is an electrically conductive connection. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-13, wobei das Material ein Metall aufweist, insbesondere Indium oder Gallium.Procedure according to one of the Claims 1 - 13 , wherein the material comprises a metal, in particular indium or gallium. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, wobei das Material so ausgewählt wird, dass es eine Schmelztemperatur von unter 400°C, 300°C, 200°C und/oder 100°C aufweist.Procedure according to one of the Claims 1 - 14 , wherein the material is selected so that it has a melting temperature of below 400 ° C, 300 ° C, 200 ° C and / or 100 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, wobei das Material so ausgewählt wird, dass es bei einer Schmelztemperatur des Materials einen Dampfdruck von kleiner oder gleich 10-9, 10-12, 10-15, 10-18 und/oder 10-21 mbar aufweist.Procedure according to one of the Claims 1 - 15 , wherein the material is selected so that it has a vapor pressure of less than or equal to 10 -9 , 10 -12 , 10 -15 , 10 -18 and / or 10 -21 mbar at a melting temperature of the material. Sonde (100) für eine Aufnahme (220), aufweisend: zumindest einen Sondenkörper (120) und zumindest eine am Sondenkörper angebrachte Sondenspitze (140); wobei der zumindest eine Sondenkörper eine Außenseite (122, 124) umfasst, die zumindest teilweise ein Material aufweist, das durch Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme gebracht werden kann.Probe (100) for a receptacle (220), comprising: at least one probe body (120) and at least one probe tip (140) attached to the probe body; wherein the at least one probe body has a Exterior (122, 124), which at least partially comprises a material that can be heated to form a releasable connection between the probe body and the receptacle. Sondenanordnung mit einer Basis und einer Mehrzahl darauf verankerter Sonden nach Anspruch 17.Probe arrangement with a base and a plurality of probes anchored thereon Claim 17 . Messvorrichtung, aufweisend: eine Aufnahme (220) für eine Sonde (100) mit einem Sondenkörper (120) und einer am Sondenkörper angebrachten Sondenspitze (140); einen Positionierer zum Positionieren der Sonde an der Aufnahme, so dass der Sondenkörper in Kontakt mit der Aufnahme steht; ein Heizelement zum Erhitzen der Sonde und/oder der Aufnahme, so dass ein an einer Außenseite des Sondenkörpers angebrachtes Material durch das Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme gebracht werden kann.Measuring device, comprising: a receptacle (220) for a probe (100) with a probe body (120) and a probe tip (140) attached to the probe body; a positioner for positioning the probe on the receptacle so that the probe body is in contact with the receptacle; a heating element for heating the probe and/or the receptacle so that a material attached to an outside of the probe body can be caused by the heating to form a detachable connection between the probe body and the receptacle. Messvorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Positionierer ausgebildet ist, sich nach einem Abkühlen des Materials von der Aufnahme zu entfernen, wobei die Sonde nach dem Entfernen des Positionierers aufgrund der lösbaren Verbindung an der Aufnahme verbleibt.measuring device Claim 19 , wherein the positioner is designed to remove itself from the receptacle after the material has cooled, with the probe remaining on the receptacle after the positioner has been removed due to the releasable connection. Messvorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Rastersondenmikroskop ein Mittel zum Trennen der Sonde von einer Sondenanordnung aufweist.measuring device Claim 19 or 20 , wherein the scanning probe microscope has a means for separating the probe from a probe assembly. Messvorrichtung nach Anspruch 20 und 21, wobei der Positionierer so ausgebildet ist, dass das Entfernen des Positionierers nach dem Trennen der Sonde von der Sondenanordnung erfolgt, so dass die verbleibende Sondenanordnung von der Aufnahme entfernt wird.measuring device Claim 20 and 21 , wherein the positioner is designed such that the removal of the positioner occurs after the probe has been separated from the probe assembly, so that the remaining probe assembly is removed from the receptacle. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, wobei das Mittel zum Trennen ausgebildet ist, die Sonde nach dem Ausbilden der lösbaren Verbindung von der Sondenanordnung zu trennen.Measuring device according to one of the Claims 21 or 22 , wherein the means for separating is designed to separate the probe from the probe assembly after the releasable connection has been formed. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 21-23, wobei das Mittel zum Trennen eingerichtet ist zum Anlegen eines Stroms, zum Anwenden eines Ätzgases und/oder zum Richten eines Teilchenstrahls an bzw. auf eine oder mehrere Verankerungen der Sonde an der Sondenanordnung.Measuring device according to one of the Claims 21 - 23 , wherein the means for separating is set up to apply a current, to apply an etching gas and / or to direct a particle beam at one or more anchors of the probe on the probe arrangement. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 19-24, wobei das Heizelement so ausgebildet ist, dass nach dem Ausbilden der lösbaren Verbindung durch Erhitzen der Sonde und/oder der mit der Sonde in Kontakt stehenden Aufnahme, das Material an der Oberfläche des Sondenkörpers so erhitzt werden kann, dass die lösbare Verbindung wieder gelöst wird.Measuring device according to one of the Claims 19 - 24 , wherein the heating element is designed such that after the releasable connection has been formed by heating the probe and/or the receptacle in contact with the probe, the material on the surface of the probe body can be heated in such a way that the releasable connection is released again . Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 19-25, weiterhin aufweisend: einen Wischer zum Wischen der Aufnahme nach dem Erhitzen, so dass eine zu entfernende Sonde und/oder überschüssiges Material von der Aufnahme entfernt werden kann.Measuring device according to one of the Claims 19 - 25 , further comprising: a wiper for wiping the receptacle after heating so that a probe to be removed and/or excess material can be removed from the receptacle. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 19-26, weiterhin aufweisend: ein Mittel zum Positionieren eines Sondenbehälters an der Aufnahme; wobei der Sondenbehälter zum Aufnehmen einer Mehrzahl von Sonden ausgebildet ist.Measuring device according to one of the Claims 19 - 26 , further comprising: a means for positioning a probe container on the receptacle; wherein the probe container is designed to accommodate a plurality of probes. Halteeinrichtung für eine Sonde (100), die einen Sondenkörper (120) und eine Sondenspitze (140) aufweist, aufweisend: zumindest eine Aufnahme (220) für die Sonde (100); ein Heizelement, das zum Erhitzen der Aufnahme und/oder eines mit der Aufnahme in Kontakt stehenden Sondenkörpers ausgebildet ist, so dass ein an einer Außenseite des Sondenkörpers angebrachtes Material durch das Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der Aufnahme gebracht werden kann.Holding device for a probe (100), which has a probe body (120) and a probe tip (140), comprising: at least one receptacle (220) for the probe (100); a heating element which is designed to heat the receptacle and/or a probe body in contact with the receptacle, so that a material attached to an outside of the probe body can be caused by the heating to form a detachable connection between the probe body and the receptacle. Sondenträger für mehrere Sonden (100) mit einem Sondenkörper (120) und einer Sondenspitze (140), aufweisend: mehrere Aufnahmen für jeweils eine der Sonden (100); wobei an mindestens einer Aufnahme ein Heizelement angeordnet ist, das zum Erhitzen der jeweiligen Aufnahme und/oder eines mit der jeweiligen Aufnahme in Kontakt stehenden Sondenkörpers ausgebildet ist, so dass ein an einer Außenseite des Sondenkörpers angebrachtes Material durch das Erhitzen zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung zwischen dem Sondenkörper und der jeweiligen Aufnahme gebracht werden kann.Probe carrier for several probes (100) with a probe body (120) and a probe tip (140), comprising: several recordings for each of the probes (100); wherein a heating element is arranged on at least one receptacle, which is designed to heat the respective receptacle and / or a probe body in contact with the respective receptacle, so that a material attached to an outside of the probe body is heated to form a detachable connection between can be brought to the probe body and the respective receptacle.
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