DE19825404C2 - Scanning probe microscope with probe device, probe device and method for producing a probe device - Google Patents
Scanning probe microscope with probe device, probe device and method for producing a probe deviceInfo
- Publication number
- DE19825404C2 DE19825404C2 DE19825404A DE19825404A DE19825404C2 DE 19825404 C2 DE19825404 C2 DE 19825404C2 DE 19825404 A DE19825404 A DE 19825404A DE 19825404 A DE19825404 A DE 19825404A DE 19825404 C2 DE19825404 C2 DE 19825404C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- coating
- substrate
- probe device
- probe
- energy transfer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims description 106
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 104
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 103
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 36
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 101100346656 Drosophila melanogaster strat gene Proteins 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 claims 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000012549 training Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 241000405086 Bembrops curvatura Species 0.000 description 1
- 206010053567 Coagulopathies Diseases 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 description 1
- DKNWSYNQZKUICI-UHFFFAOYSA-N amantadine Chemical compound C1C(C2)CC3CC2CC1(N)C3 DKNWSYNQZKUICI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000035602 clotting Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000003292 diminished effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 230000029305 taxis Effects 0.000 description 1
- 208000008918 voyeurism Diseases 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- G01Q70/08—Probe characteristics
- G01Q70/10—Shape or taper
- G01Q70/12—Nanotube tips
-
- 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
- G01Q70/08—Probe characteristics
- G01Q70/14—Particular materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Rastersondenmikroskop mit einer Sondeneinrich tung, eine Sondeneinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer ent sprechenden Sondeneinrichtung.The invention relates to a scanning probe microscope with a probe device device, a probe device and a method for producing an ent speaking probe device.
Aus der EP 0 483 579 A2 sind Rastersondenmikroskope, Sonden sowie Herstellungsverfahren hierfür bekannt. Insbesondere sind dort Sonden be schrieben, die eine nadelförmige Struktur im Nanometer-Maßstab aufweisen. Diese Struktur besteht aus einer Kohlenstoffmatrix und ist auf einer kegeli gen Siliciumspitze angeordnet. Diese Spitze besitzt zwar den Vorteil, daß mit ihr Oberflächen sehr gut abgetastet werden können, da sie sehr dünn und lang sind. Ihre Festigkeit in axialer Richtung ist relativ groß. Nachteilig ist je doch, daß die Spitze, bei seitlich auf die Spitze einwirkenden Kräften, sehr empfindlich ist. Hierbei kommt es sehr schnell und häufig vor, daß die nadel förmige Spitze abbricht. Die Sonde ist damit unbrauchbar und muß erneuert werden.Scanning probe microscopes, probes as well as EP 0 483 579 A2 Manufacturing process known for this. In particular, there are probes wrote that have a needle-like structure on a nanometer scale. This structure consists of a carbon matrix and is on a cone arranged towards the silicon tip. This tip has the advantage that with their surfaces can be scanned very well because they are very thin and are long. Their strength in the axial direction is relatively high. It is always a disadvantage but that the tip, with forces acting laterally on the tip, very much is sensitive. It happens very quickly and often that the needle shaped tip breaks off. The probe is therefore unusable and must be replaced become.
Durch die US-P 5,383,354 ist es ferner bekannt, Sonden mit Kohlenstoff zu beschichten. Eine derart beschichtete Sonde wird in Kontakt mit einer Ober fläche gebracht, um diese abzutasten. Durch die Beschichtung wird zwar erreicht, daß die Sonde beim Abtasten nicht so schnell zerstört wird wie bis her bekannte Sonden, da die Kohlenstoffschicht eine Verschleißschicht auf der Sonde bildet. Als sehr nachteilig erweist sich hierbei, daß nur relativ gro ße Sondenspitzen mit dieser Beschichtung erzeugt werden, die dadurch auch nur grobe Oberflächenstrukturen abtasten können. Darüber hinaus können bei der Abtastung von Oberflächen ungewollte Artefakte auftreten, wenn die Spitze nicht gleichmäßig oder unvollkommen beschichtet ist.From US-P 5,383,354 it is also known to probe with carbon coat. Such a coated probe is in contact with an upper brought to scan this. Because of the coating ensures that the probe is not destroyed as quickly as until well-known probes, because the carbon layer on a wear layer the probe forms. It proves to be very disadvantageous that only relatively large These probe tips are produced with this coating can only sense rough surface structures. Furthermore unwanted artifacts can occur when scanning surfaces, if the tip is not evenly or imperfectly coated.
In der DE 195 19 478 A1 wird ein Verfahren zur Beschichtung der Spitze einer Meßsonde, sowie die danach hergestellte Sonde beschrieben. Insbe sondere ist die Meßsonde hauptsächlich für den Einsatz bei der magneti schen Rasterkraftmikroskopie vorgesehen. Hierzu werden bekannte Spit zen, die beispielsweise durch elektrochemisches Ätzen von Drähten aus Ni ckel, Nickel/Eisen-Legierungen oder Kobalt hergestellt werden, zunächst mit einem ferromagnetischem Material beschichtet. Anschließend wird eine Schutzschicht durch Kohlenstoffabscheidung per Elektronenstrahl auf der beschichteten Spitze abgeschieden. Im dritten Schritt des Verfahrens wer den die ungeschützten Teile der Beschichtung mittels Ätzung entfernt, so daß die Kohlenstoffschutzschicht die ferromagnetische Beschichtung vor deren Abtragung schützt. Die ausgebildete Beschichtung auf der Spitze wirkt als eine volle Ummantelung der Sondenspitze.DE 195 19 478 A1 describes a method for coating the tip a measuring probe, as well as the probe produced thereafter. In particular special is the measuring probe mainly for use with the magneti atomic force microscopy. Known Spit zen, for example, by electrochemical etching of Ni wires ckel, nickel / iron alloys or cobalt are produced, first with coated with a ferromagnetic material. Then one Protective layer by carbon deposition by electron beam on the coated coated tip. In the third step of the process, who which removes the unprotected parts of the coating by means of etching, so that the carbon protective layer before the ferromagnetic coating protects their removal. The coating on the tip works as a full covering of the probe tip.
Die DE 40 07 292 C1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Mik ro-Schmelzstrukturen aus elektrisch leitendem Material auf einer elektrisch leitenden Sondenspitze. Hierbei wird im Bereich der Sondenspitze Material aus einer Folie, die von der Sondenspitze berührt wird, aufgeschmolzen. In Folge der in der Schmelze wirksam werdenden Oberflächenkräfte lagert sich an der Sondenspitze das aufgeschmolzene Folienmaterial kugelförmig an. Es bildet sich an der Sondenspitze eine Art Mikrokugel aus, deren Kugelra dius einige 10 bis einige 100 Nanometer betragen kann.DE 40 07 292 C1 relates to a method for producing mic ro-melt structures made of electrically conductive material on an electrically conductive probe tip. Here material is in the area of the probe tip melted from a foil that is touched by the probe tip. In As a result of the surface forces that become effective in the melt, it is stored the melted foil material is spherical at the tip of the probe. A kind of microsphere is formed at the tip of the probe, the spherical sphere of which dius can be a few 10 to a few 100 nanometers.
In dem Dokument EP 354 020 A2 wird eine Sonde mit einer elektrisch leitfä higen Basis auf einer ausgebildeten Spitze offenbart. Die Basis ist an ihrem Ende spitz zulaufend und umgeben von einer halbleitenden Schicht aus Di amant. Die Dicke der aufgetragenen Diamantschicht beträgt weniger als 5 Mikrometer. Die Spitze besitzt an ihrem Ende einen Krümmungsradius von weniger als 300 Nanometer. Document EP 354 020 A2 describes a probe with an electrically conductive based on a trained tip revealed. The basis is on hers Tapering to the end and surrounded by a semiconducting layer of di amant. The thickness of the applied diamond layer is less than 5 Micrometer. The tip has a radius of curvature of at its end less than 300 nanometers.
Die Anwendungen der Rastersondenmikroskopie sind sehr stark einge schränkt, da es mit den bisher bekannten Sondeneinrichtungen nicht mög lich ist, dauerhaft bei einer gleichbleibenden hohen Sensitivität der Sonden einrichtung Oberflächen abzurastern. Außerdem entstehen zusätzlich hohe Kosten dadurch, wenn Sondeneinrichtungen infolge mangelnder Stabilität sehr schnell unbrauchbar werden, oder z. B. durch nicht fehlerfreie Beschich tungen die Rasterung von Oberflächenstrukturen verfälschen.The applications of scanning probe microscopy are very strong limits, since it is not possible with the previously known probe devices is permanent with a constant high sensitivity of the probes device to scan surfaces. In addition, there are also high ones Costs when probe devices due to lack of stability become unusable very quickly, or e.g. B. by not flawless coating falsify the grid of surface structures.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und eine sehr sensitive Sondeneinrichtung zu schaf fen, die dauerhaft sensitiv, robust und verschleißfest und darüber hinaus ein fach herzustellen ist.The object of the present invention is therefore the above To avoid disadvantages and to create a very sensitive probe device fen, which is permanently sensitive, robust and wear-resistant and beyond is to manufacture.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Rastersondenmikroskops durch die Merk male des Anspruchs 1, hinsichtlich der Sondeneinrichtung durch die Merk male des Anspruchs 15 sowie hinsichtlich des Verfahrens zum Herstellen einer Sondeneinrichtung durch die Merkmale des Anspruches 27 gelöst.The task is performed with regard to the scanning probe microscope by the Merk male of claim 1, with respect to the probe device by the Merk male of claim 15 and with regard to the method for manufacturing a probe device solved by the features of claim 27.
Erfindungsgemäß weist ein Rastersondenmikroskop eine Sondeneinrichtung auf, die aus einem Substrat und einer darauf angeordneten Struktur besteht, wobei auf dem Substrat und auf der Struktur eine Beschichtung angeordnet ist, wobei die Beschichtung als Stützeinrichtung für die Struktur ausgebildet ist. Mittels der Beschichtung ist es möglich, eine größere Kontaktfläche zwi schen Substrat und der darauf angeordneten Struktur zu erzielen, wodurch die Struktur mehr und besser stabilisiert werden kann und außerdem die Haftung der Struktur auf dem Substrat erhöht wird. Gemäß der Erfindung ist die Beschichtung als Stützeinrichtung ausgebildet. Dies ist insofern sinnvoll, da die Struktur infolge von z. B. mechanischen Einwirkungen verformt wird, diesen Einwirkungen gezielt entgegenzuwirken, indem z. B. Stützstreben oder dergleichen ausgebildet werden. Ein Verbiegen der Struktur wird da durch zuverlässig vehindert. According to the invention, a scanning probe microscope has a probe device which consists of a substrate and a structure arranged thereon, a coating being arranged on the substrate and on the structure is, wherein the coating is designed as a support device for the structure is. By means of the coating it is possible to have a larger contact area between to achieve the substrate and the structure arranged thereon, whereby the structure can be stabilized more and better and also the Adhesion of the structure to the substrate is increased. According to the invention the coating is designed as a support device. This makes sense in so far since the structure due to e.g. B. mechanical effects are deformed, to counteract these influences in a targeted manner by, for. B. support struts or the like are formed. The structure will bend through reliably disabled.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff Struktur sowohl nagelartige Spitzen als auch speziell konstruierte Ausformungen ver standen, die nicht nur zur Abrasterung von Oberflächen dienen, sondern fer ner als eine Art Werkzeug auf eine Oberfläche einwirken können.In the context of the present invention, the term structure ver both nail-like tips and specially designed shapes that not only serve to scan surfaces, but also can act on a surface as a kind of tool.
Um die Stabilität der Sondeneinrichtung noch weiter zu erhöhen, ist die Be schichtung über den Bereich des Übergangs zwischen Substrat und Struktur hinaus angeordnet. Durch die Beschichtung über eine größere Fläche wird neben einer Verbesserung der Stabilität und der Haftung der Struktur auf dem Substrat dafür gesorgt, daß das Substrat und die Struktur vor z. B. me chanischen Einwirkungen besser geschützt sind.In order to further increase the stability of the probe device, the Be layering over the area of the transition between substrate and structure arranged out. By coating over a larger area in addition to improving the stability and adhesion of the structure the substrate ensured that the substrate and the structure before z. B. me mechanical influences are better protected.
Ebenso ist es auch möglich, daß die Beschichtung teilweise bzw. ab schnittsweise auf der Struktur und/oder auf dem Substrat ausgebildet sind. Die Beschichtung kann längs und quer bezüglich einer Vorzugsrichtung der zu beschichtenden Oberflächen von Substrat und/oder Struktur, die z. B. durch eine Oberflächennormale vorgegeben ist, ausgebildet sein. Hierdurch können entsprechend den Anforderungen an die Anwendung spezielle Son deneinrichtungen ausgebildet werden. Darüber hinaus werden zum Teil sehr teuere Materialien zur Herstellung von der Beschichtung und/oder der Struk tur eingespart. Zum anderen gelingt es damit auch, bei besonderen z. B. me chanischen Beanspruchungen bestimmte Abschnitte einer Struktur zu ver stärken bzw. zu schützen.It is also possible that the coating partially or from are formed in sections on the structure and / or on the substrate. The coating can be applied lengthways and crossways with respect to a preferred direction to be coated surfaces of substrate and / or structure which, for. B. is predetermined by a surface normal. Hereby can special Son facilities are trained. In addition, some become very expensive materials for the production of the coating and / or the structure saved. On the other hand, it also works with special z. B. me mechanical strains to ver certain sections of a structure strengthen or protect.
Um eine höhere Festigkeit der Sondeneinrichtung zu erreichen, sind die Be schichtung und die Struktur verschmolzen, da infolge des Schmelzprozesses sich eine festere innere Verbindung zwischen Beschichtung und Struktur ausbildet. Hierdurch wird zusätzlich die Haftung der Struktur und der Schutz vor Einwirkung auf die Struktur wesentlich verbessert.In order to achieve a higher strength of the probe device, the Be layering and the structure fused because of the melting process there is a stronger internal connection between coating and structure trains. This additionally increases the liability of the structure and the protection significantly improved before impacting the structure.
Vorzugswürdig in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es, das Substrat pyramidenförmig oder kegelartig oder als Erhebung auszubilden. Eine derartige Ausbildung erleichtert die Anordnung einer Struktur auf der Spitze oder im Bereich der Spitze bzw. der Erhebung. Darüber hinaus kann die Sondeneinrichtung leichter und schneller mit einer Beschichtung verse hen werden.It is preferable in a further embodiment of the invention that To form the substrate pyramid-shaped or conical or as an elevation. Such training facilitates the arrangement of a structure on the Peak or in the area of the peak or the elevation. Furthermore, can verse the probe device more easily and quickly with a coating will be.
Um besondere Ausgestaltungen der Erfindung herstellen zu können, ist die Struktur leitfähig und die Beschichtung isolierend ausgebildet. In diesem Fall kann die Sondeneinrichtung so gestaltet werden, daß sie als besondere Me ßeinrichtung für Oberflächen oder als Bearbeitungswerkzeug für Oberflächen verwendet werden kann, da infolge der Isolierung die Wechselwirkungen zwischen der Struktur und einer Oberfläche erheblich reduziert wird. Die Be schichtung wirkt hierbei als eine Art Abschirmung.In order to be able to produce special configurations of the invention, the Structure conductive and the coating insulating. In this case can the probe device be designed so that it as a special Me ßeinrichtung for surfaces or as a processing tool for surfaces can be used because of the interactions due to the isolation between the structure and a surface is significantly reduced. The Be Layering acts as a kind of shield.
Wenn die Struktur und/oder die Beschichtung aus einer Kohlenstoffmodifika tion bestehen, ergeben sich insbesondere verbesserte mechanische Eigen schaften der Sondeneinrichtungen gegenüber konventionellen neben den Vorteilen bei den Anwendungen. So sind die Struktur und/oder die Beschich tung hinsichtlich ihrer Härte stärker ausgebildet, ohne gleichzeitig eine gerin gere Biegsamkeit aufzuweisen. Ferner sind die Struktur und/oder die Be schichtung in ihrer Leitfähigkeit durch die Prozeßparameter steuerbar.If the structure and / or the coating from a carbon modifica tion exist, there are particularly improved mechanical properties properties of the probe devices compared to conventional ones Advantages in the applications. This is the structure and / or the coating training in terms of their hardness, without simultaneously clotting to have less flexibility. Furthermore, the structure and / or the Be Layering in its conductivity can be controlled by the process parameters.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Kohlenstoffmodifikation im wesentlichen die Härte von Diamant auf, wobei die Kohlenstoffmodifikation eine geringere Sprödheit und/oder eine höhere Flexibilität bzw. Elastizität als beispielsweise Diamant aufweisen kann. Damit lassen sich sehr robuste und lange haltbare Strukturen bzw. Beschichtungen herstellen. Bei Anwendun gen können deshalb mehr Untersuchungen mit derselben Sondeneinrichtung durchgeführt werden.In a development of the invention, the carbon modification in essential to the hardness of diamond, with the carbon modification less brittleness and / or greater flexibility or elasticity than can have, for example, diamond. This makes it very robust and produce long-lasting structures or coatings. When using Therefore, more examinations can be carried out with the same probe device be performed.
Um die elektrische Leitfähigkeit der Sondeneinrichtung zu erhöhen, können in einer Weiterbildung der Erfindung die Struktur und/oder die Beschichtung aus Metall und/oder metallischen und/oder metallorganischen Verbindungen bestehen. Hierdurch gelingt es, bei Untersuchungen oder Einwirkungen der Sondeneinrichtung auf die Oberflächen bessere Ergebnisse zu erreichen. In order to increase the electrical conductivity of the probe device, in a development of the invention, the structure and / or the coating made of metal and / or metallic and / or organometallic compounds consist. This makes it possible to investigate or influence the Probe device on the surfaces to achieve better results.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Beschichtung aus dem gleichen Mate rial wie die Struktur besteht. Insbesondere ist es damit möglich, eine gute und stabile Verbindung zwischen der Beschichtung und der Struktur herzu stellen.It is also advantageous if the coating is made of the same mate rial how the structure exists. In particular, it is possible to have a good one and stable connection between the coating and the structure put.
Als vorzugswürdig ist es weiter, wenn das Substrat aus Silicium oder Silici um-Verbindungen besteht. Dieser Substratträger ist in der Anwendung be reits gut bewährt und günstig in der Anschaffung. Es sind selbstverständlich auch andere Stoffe und Materialien als Substrat denkbar und möglich. Je nach Bedarf können Materialien verwendet werden, die den besonderen Er fordernissen gerecht wird.It is also preferable if the substrate is made of silicon or silici um connections exist. This substrate carrier is in use Well proven and inexpensive to buy. It goes without saying other substances and materials are also conceivable and possible as substrates. Each If necessary, materials can be used that have the special Er meets requirements.
In einer Alternative kann das Substrat aus Materialien mit isolierenden, z. B. SiO2, SiN4, oder halbleitenden, bspw. GaAs, oder leitenden, bspw. Pt, Au, Eigenschaften bestehen. Die leitenden Materialien sind vorzugsweise Edel metalle. Das Substrat kann jeweils nach Anwendung der Sondeneinrichtung entsprechende günstige Eigenschaften für die Untersuchungen z. B. in der Biologie oder Medizin aufweisen.In an alternative, the substrate can be made of materials with insulating, e.g. B. SiO 2 , SiN 4 , or semiconducting, for example GaAs, or conductive, for example Pt, Au, properties exist. The conductive materials are preferably noble metals. After application of the probe device, the substrate can have corresponding favorable properties for the examinations, e.g. B. in biology or medicine.
Besonders vorteilhaft ist es, die Sondeneinrichtung auf einem Ausleger, ins besondere einem Cantilever, anzuordnen. Die Sondeneinrichtung kann da mit kostengünstig hergestellt werden, da für die Herstellung der Sondenein richtung herkömmliche Cantilever verwendet werden. Diese Cantilever sind günstig in der Anschaffung, so daß in dem weiteren Herstellungsprozess auf den Cantilever lediglich die Struktur und/oder die Beschichtung aufgebracht werden.It is particularly advantageous to ins the probe device on a cantilever especially a cantilever. The probe device can there can be produced inexpensively, since they are used for the production of towards conventional cantilevers. These are cantilevers inexpensive to purchase, so that in the further manufacturing process the cantilever only applied the structure and / or the coating become.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung ei ner derartigen Sondeneinrichtung vorzuschlagen.Another object of the invention is to provide a method for manufacturing to propose such a probe device.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens zum Herstel len einer Sondeneinrichtung dadurch gelöst, indem eine Energieübertragung auf und/oder um die Stelle erfolgt, an der die Struktur auf dem Substrat an geordnet ist oder wird, eine gasförmige Atmosphäre in der Umgebung dieser Stelle sich befindet, aus der gasförmigen Atmosphäre sich Atome und/oder gasförmige Verbindungen infolge der Energieübertragung an oder um die genannte Stelle anlagern und eine Beschichtung auf dem Substrat und auf der Struktur ausbilden oder eine Beschichtung und Struktur auf dem Sub strat ausbilden, wobei die Beschichtung als Stützeinrichtung für die Struktur ausgebildet wird. Dieses Herstellungsverfahren ermöglicht das Aufbringen einer Beschichtung auf einem Substrat und auf einer Struktur, wobei in die sem Fall die Struktur auf dem Substrat bereits angeordnet ist oder die Aus bildung der Beschichtung und der Struktur auf dem Substrat erfolgt, vor zugsweise gleichzeitig bzw. in einem Verfahrensabschnitt.According to the invention, this object is achieved by means of a method of manufacture len a probe device solved by an energy transfer on and / or around the point at which the structure on the substrate is or will be ordered, a gaseous atmosphere in the vicinity of this Is located, atoms and / or from the gaseous atmosphere gaseous compounds due to energy transfer to or around the add the mentioned place and a coating on the substrate and on form the structure or a coating and structure on the sub training strat, the coating as a support for the structure is trained. This manufacturing process enables the application a coating on a substrate and on a structure, in which In this case, the structure is already arranged on the substrate or the off Formation of the coating and the structure on the substrate takes place preferably simultaneously or in one process section.
Erfindungsgemäß wird die Beschichtung als Stützeinrichtung ausgebildet. Als Stützeinrichtung wird jede Einrichtung verstanden, die dazu dient, die Struktur bzw. das Substrat zu verstärken und somit vor mechanischen Bean spruchungen insbesondere zu schützen. Ohne den Boden der Erfindung zu verlassen, wird als Stützeinrichtung u. a. auch eine Konstruktion verstanden, die die elastischen Eigenschaften entsprechend den Anforderungen der An wendung unterstützen.According to the invention, the coating is designed as a support device. As a support device is understood any device that serves the Reinforcing structure or the substrate and thus before mechanical bean to protect spells in particular. Without the bottom of the invention too leave, is used as a support device u. a. also understood a construction which the elastic properties according to the requirements of An support the application.
Um die Beschichtung und/oder die Struktur exakt auszubilden, ist es erfor derlich, daß die Energieübertragung gerichtet und/oder definiert und/oder punktuell und/oder strahlförmig und/oder zeitlich vorbestimmt erfolgt. Durch eine exakte Kontrolle der Energieübertragung läßt sich das Wachstum bzw. die Wachstumsgeschwindigkeit der Beschichtung bzw. der Struktur genau steuern. Die hohen Anforderungen an die Sondeneinrichtung erfordern ein Aufbringen der Beschichtung und/oder der Struktur in einer sehr präzisen Weise. So kann die Beschichtung aufgebracht werden, in dem beispielswei se aus einer Energiestrahlquelle auf einen exakt definierten Bereich zeitlich begrenzt eine dosierte Energiemenge übertragen wird. Hierdurch sind dann die für das Aufbringen der Beschichtung günstigen Voraussetzungen ge schaffen. In order to form the coating and / or the structure exactly, it is necessary derlich that the energy transfer directed and / or defined and / or is carried out punctually and / or in the form of a beam and / or in a predetermined time. By the growth or the growth rate of the coating or structure exactly Taxes. The high demands on the probe device require one Application of the coating and / or structure in a very precise Wise. So the coating can be applied in which, for example se from an energy beam source to a precisely defined area in time limits a metered amount of energy is transmitted. This will then the favorable conditions for applying the coating ge create.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Energieübertra gung mittels einer entsprechenden Führungseinrichtung. Unter Führungsein richtung ist hierbei jede Einrichtung zu verstehen, die unter anderem eine Kontrolle der Energieübertragung in dem oben genannten Sinne ermöglicht. Diese können weiterhin beispielsweise auch Fokussiereinrichtungen oder Selektionseinrichtungen, z. B. Filtereinrichtungen für Geschwindigkeit, Ener gie etc. sowie optische Filter usw., umfassen. Weiter ist es vorteilhaft, die Struktur und/oder die Beschichtung auszubilden, in dem die Energieübertra gung durch Variation der Energiedichte und/oder der Stromdichte und/oder der Zeitdauer der Energieübertragung erfolgt. Die Variation dieser Parameter lassen ebenfalls eine exakte Kontrolle der Energieübertragung zu.In an advantageous development of the invention, the energy transfer takes place supply by means of a corresponding guide device. Under leadership direction is to be understood here every facility, including a Control of energy transfer in the above sense enables. These can also, for example, focus devices or Selection devices, e.g. B. Filter devices for speed, energy gie etc. as well as optical filters etc. include. It is also advantageous that Form structure and / or the coating in which the energy transfer by varying the energy density and / or the current density and / or the duration of the energy transfer. The variation of these parameters also allow an exact control of the energy transfer.
Ohne die Basis der Erfindung zu verlassen, ist es ebenso möglich, daß die Energieübertragung ortsfest ist und statt dessen das Substrat mit der Be schichtung und der Struktur bewegt wird. Diese Bewegungen können in jede Raumrichtung ausgeführt werden und vertikale wie horizontale Verschiebun gen und/oder Rotationen umfassen. Entscheidend ist, daß eine Relativbe wegung zwischen der Energieübertragung und dem Substrat stattfindet.Without departing from the basis of the invention, it is also possible that the Energy transfer is stationary and instead the substrate with the loading layering and the structure is moved. These movements can be in any Spatial direction and vertical and horizontal displacement gene and / or rotations include. It is crucial that a Relativbe movement between the energy transfer and the substrate takes place.
Als Quellen für die Energieübertragung eignen sich insbesondere Elektro nenquellen und/oder Laserquellen und/oder Ionenquellen. Diese Strahlquel len sind in vielfachen Anwendungen bereits erprobt und sind weiter leicht in eine entsprechende Vorrichtung einzubauen und zu bedienen bzw. zu kon trollieren.Electro are particularly suitable as sources for energy transmission sources and / or laser sources and / or ion sources. This beam source len have already been tried and tested in multiple applications and are still easy to use to install and operate a corresponding device or to con troll.
Insbesondere ist es für die Erfindung von Vorteil, wenn die Energieübertra gung über die Umgebung und/oder den Bereich der Stelle, an der die Struk tur auf dem Substrat angeordnet ist, in vorbestimmten Verlaufsmustern, vor zugsweise rasterförmig, spiralförmig oder dergleichen, geführt wird. Infolge der vorbestimmten Verlaufsmuster erzielt man ein gleichmäßiges Ausbilden der Beschichtung und/oder der Struktur. Das Verlaufsmuster kann hierbei so gewählt werden, daß entsprechend den Anforderungen an die Sondeneinrichtung und ihrer späteren Anwendung die Beschichtung und/oder die Struktur besondere Gestaltungen aufweisen.In particular, it is advantageous for the invention if the energy transfer the environment and / or the area of the site where the structure is arranged on the substrate, in predetermined course patterns is preferably performed in a grid, spiral or the like. As a result the predetermined pattern is uniform the coating and / or the structure. The gradient pattern can do this be chosen that according to the requirements of the probe device and their later application the coating and / or the Structure have special designs.
Ferner besteht eine vorteilhafte Variante der Erfindung darin, daß die Fläche der Umgebung bzw. der Stelle, auf der die Energieübertragung erfolgt, ver ringert bzw. vergrößert wird. Hierdurch wird es im Falle der Flächenverringe rung möglich, die Beschichtung und/oder die Struktur derart zu gestalten und an die Erfordernisse an eine Sondeneinrichtung anzupassen, daß beispiels weise eine kegelartige Beschichtung um eine Struktur unter einer genauen Kontrolle der Energieübertragung ausgebildet werden kann.Furthermore, an advantageous variant of the invention is that the surface the environment or the place where the energy transfer takes place, ver is reduced or enlarged. This will make it in the case of area reductions tion possible to design the coating and / or the structure and to adapt to the requirements of a probe device that, for example as a cone-like coating around a structure under a precise Control of energy transfer can be trained.
Eine weitere bevorzugte Variante des Verfahrens besteht darin, daß die Dauer der Energieübertragung auf einen Punkt zur Ausbildung der Struktur länger ist als die Dauer der Energieübertragung auf einen anderen Punkt zur Ausbildung der Beschichtung. Durch die unterschiedliche Dauer der Ener gieübertragung erreicht man, daß die Struktur bzw. die Beschichtung unter schiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen. Eine längere Dauer der Energieübertragung auf einen Punkt führt im allgemeinen dazu, daß an die sem Punkt eine festere Verbindung ausgebildet wird. Durch die verschiede ne Zeitdauer der Energieübertragung ist es deshalb möglich, eine Struktur mit einer größeren Steifigkeit und eine Beschichtung mit einer geringereren Festigkeit auszubilden. Die Beschichtung dient in diesem Fall neben einer Versteifung der Struktur ebenso als eine Art Schutzummantelung der Struk tur.Another preferred variant of the method is that the Duration of energy transfer to a point to form the structure is longer than the duration of the energy transfer to another point Formation of the coating. Due to the different duration of the energy Energy transfer achieves that the structure or the coating underneath have different mechanical properties. A longer duration of Energy transfer to a point generally leads to the fact that the a stronger connection is formed at this point. Through the various ne time period of energy transfer it is therefore possible to have a structure with greater stiffness and a coating with less Train strength. In this case, the coating serves alongside one Stiffening of the structure as a kind of protective covering for the structure door.
Eine derartige besondere und bevorzugte Ausgestaltung kann darin beste hen, daß die Beschichtung teilweise bzw. abschnittsweise ausgebildet wird. Außerdem kann die Beschichtung gezielt Verdickungen und Verdünnungen aufweisen, so daß beispielsweise die Struktur entsprechend der Geometrie mechanisch versteift oder biegsam bzw. elastisch wird.Such a special and preferred embodiment can do the best hen that the coating is partially or sectionally formed. In addition, the coating can target thickening and thinning have, so that for example the structure according to the geometry mechanically stiffened or flexible or elastic.
Es ist weiterhin vorzugswürdig, wenn die Beschichtung und die Struktur ver schmolzen werden. Infolge des Verschmelzens ergeben sich wesentlich bessere mechanische bzw. elastische Eigenschaften, da durch das Ver schmelzen sich besonders feste und harte Verbindungen zwischen der Be schichtung und der Struktur ergeben.It is also preferable if the coating and the structure ver be melted. As a result of the merger, there are significant better mechanical or elastic properties, as the Ver especially strong and hard connections between the Be melt layering and structure.
Weiter ist es vorzugswürdig, das Substrat pyramidenförmig oder kegelartig oder als Erhebung auszubilden. Eine derartige Ausformung des Substrats erleichtert die Anordnung der Beschichtung und der Struktur.It is also preferable that the substrate is pyramidal or conical or to train as a survey. Such a shaping of the substrate facilitates the arrangement of the coating and the structure.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung erfolgt die Formung der Struktur durch Änderung des Auftreffwinkels zwischen der Richtung der Energieübertragung und der Fläche der Struktur bzw. des Substrats. Die Än derung des Auftreffwinkels kann z. B. gemäß der oben genannten Relativbe wegung oder mittels einer Führungseinrichtung für die Energieübertragung vorgenommen werden. Die Strukturen selbst können beliebig gestaltet wer den und beliebige Formelemente, wie z. B. Krümmungen, Abzweigungen und dergleichen umfassen. Hierdurch ist es möglich, die Strukturen z. B. als Mehrfachspitzen oder ringförmig usw. auszubilden.In a further embodiment according to the invention, the Structure by changing the angle of incidence between the direction of the Energy transfer and the area of the structure or the substrate. The Aen Change in the angle of incidence z. B. according to the above-mentioned Relativbe movement or by means of a guide device for energy transmission be made. The structures themselves can be designed as you like the and any shape elements such. B. curvatures, branches and the like include. This makes it possible to structure the z. B. as Form multiple tips or ring-shaped, etc.
Zur Reduzierung der Wechselwirkung von Struktur mit einer zu untersu chenden Oberfläche ist die Struktur leitfähig und die Beschichtung isolierend ausgebildet. Hierbei schirmt die Beschichtung die Struktur elektrisch ab, so daß z. B. laterale Wechselwirkungskräfte zwischen oberen Atomlagen einer Vertiefung und der Struktur vermindert werden, wenn die Struktur in eine grabenartige Vertiefung bei Messungen eingebracht wird und/oder die Mes sung in Flüssigkeit erfolgt.To reduce the interaction of structure with one to be examined The surface is conductive and the coating is insulating educated. The coating electrically shields the structure, so that z. B. lateral interaction forces between upper atomic layers Depression and the structure are diminished when the structure is in a trench-like depression is introduced during measurements and / or the Mes solution in liquid.
Wenn in der gasförmigen Atmosphäre organische Verbindungen vorhanden sind, ist es möglich, die Struktur und/oder die Beschichtung als Kohlenstoff modifikation auszubilden. Die Kohlenstoffmodifikation kann eine große me chanische Härte, in der Regel härter als Diamant aufweisen und zudem gleichzeitig noch flexibel sein, d. h. sie ist weniger spröde als Diamant. Au ßerdem kann die Struktur und/oder die Beschichtung elektrisch leitend oder isolierend ausgeführt werden. If organic compounds are present in the gaseous atmosphere are, it is possible to structure and / or the coating as carbon train modification. The carbon modification can be a big me chanic hardness, usually harder than diamond and moreover be flexible at the same time, d. H. it is less brittle than diamond. Au In addition, the structure and / or the coating can be electrically conductive or be carried out in an insulating manner.
Eine vorteilhafte Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit der Sondeneinrich tung wird dadurch erreicht, falls die Struktur und/oder die Beschichtung aus Metall und/oder metallischen und/oder metallorganischen Verbindungen ausgebildet wird. Die gasförmige Atmosphäre kann gemäß den Anforderun gen gesteuert werden, so daß die Ausbildung von Struktur und/oder Be schichtung exakt erfolgt, wobei die Atmosphäre durch Einleitung von Gasen gezielt geschaffen und verändert wird.An advantageous increase in the electrical conductivity of the probe device tion is achieved if the structure and / or the coating is made Metal and / or metallic and / or organometallic compounds is trained. The gaseous atmosphere can be as required gene controlled so that the formation of structure and / or loading stratification takes place exactly, whereby the atmosphere by introducing gases is created and changed in a targeted manner.
Insbesondere ist es vorzugswürdig, wenn das Substrat aus Silicium oder Si licium-Verbindungen besteht, insbesondere weil sich Silicium aufgrund der physikalischen wie mechanischen Eigenschaften als Substrat-Träger be währt hat und sowohl in der Rastersondenmikroskopie wie auch anderen Bereichen angewendet wird.In particular, it is preferable if the substrate is made of silicon or Si Licium compounds exist, especially because silicon is due to the physical and mechanical properties as a substrate carrier has lasted and in both scanning probe microscopy and others Areas is applied.
In einer Variante der Erfindung besteht das Substrat aus Materialien mit iso lierenden z. B. SiO2, SiN4, oder halbleitenden, bspw. GaAs, oder leitenden, bspw. Pt, Au, Eigenschaften. Vorteilhaft ist es hier, daß das Sub strat bevorzugte physikalische oder chemische Charakteristika z. B. für Ober flächenuntersuchungen in der Biologie aufweist.In a variant of the invention, the substrate consists of materials with insulating z. B. SiO 2 , SiN 4 , or semiconducting, for example GaAs, or conductive, for example Pt, Au, properties. It is advantageous here that the sub strate preferred physical or chemical characteristics such. B. for surface studies in biology.
Es stellt eine Vereinfachung des Verfahrens dar, wenn die Beschichtung aus dem gleichen Material wie die Struktur hergestellt wird, da im gleichen Ver fahrensschritt sowohl die Beschichtung wie auch die Struktur aus der gas förmigen Atmosphäre mittels der Energieübertragung entstehen. Außerdem wird hierdurch eine bessere Haftung zwischen der Beschichtung und der Struktur gewährleistet.It represents a simplification of the process when the coating is off the same material as the structure, because in the same ver step both the coating and the structure from the gas shaped atmosphere by means of energy transfer. Moreover this will result in better adhesion between the coating and the Structure guaranteed.
Weiterhin ist es vorzugswürdig, wenn die Sondeneinrichtung auf einem Aus leger, insbesondere einem Cantilever, ausgebildet wird. Es können hierzu herkömmliche Cantilever verwendet werden, so daß die Kosten für die Her stellung einer derartigen Sondeneinrichtung reduziert werden können.It is also preferable if the probe device is on an off casual, especially a cantilever. You can do this conventional cantilevers are used, so that the cost for the Her position of such a probe device can be reduced.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Below are some embodiments of the invention based on the Drawings explained. Show it:
Fig. 1a-1c einen Herstellungsprozess einer Sondeneinrichtung; Fig. 1a-1c shows a manufacturing process of a probe device;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Sondeneinrichtung; Fig. 2 is a plan view of a probe device;
In den Fig. 1a bis 1c ist eine mögliche Ausführungsform eines Herstel lungsverfahrens für eine Sondeneinrichtung dargestellt. Das Herstellungsver fahren zu einem frühen Zeitpunkt ist in Fig. 1a dargestellt. Auf einem Sub strat 1, das pyramidenförmig oder kegelartig ausgebildet sein kann, ist be reits eine Beschichtung 5 um eine Substratspitze 2 appliziert. Die Beschich tung 5 ist sockelartig um die Substratspitze 2 angeordnet. Um die Substrat spitze 2 ist ein kugelartiger Bereich 3 ausgebildet, in dem vornehmlich eine gasförmige Atmosphäre vorhanden ist. Mittels eines Elektronenstrahls 4, dessen Strahl um die Substratspitze 2 geführt wird, wird die Fläche des Sub strats 1 um die Substratspitze 2 herum "energiekontaminiert". Infolge dieser Energiekontamination und/oder Wechselwirkungen zwischen dem Elektro nenstrahl und den Atomen und/oder Molekülen in der gasförmigen Atmo sphäre des Bereiches 3 lagern sich Atome und/oder Moleküle an der ener giekontaminierten Stelle ab, so daß allmählich eine Beschichtung 5 ausge bildet wurde. Der Elektronenstrahl 4 wird hierbei in vorbestimmten bzw. be liebigen Verlaufsmustern, beispielsweise rasterförmig oder spiralförmig um die Substratspitze 2 herumgeführt. Hierzu ist der Elektronenstrahldurchmes ser entsprechend klein gewählt und weist eine hohe Energiedichte auf.In Figs. 1a to 1c a possible embodiment of herstel is averaging method shown for a probe device. The manufacturing process at an early stage is shown in Fig. 1a. On a sub strat 1 , which may be pyramidal or conical, a coating 5 is already applied to a substrate tip 2 . The coating 5 is arranged in a socket-like manner around the substrate tip 2 . A spherical region 3 is formed around the substrate tip 2 , in which a gaseous atmosphere is primarily present. By means of an electron beam 4 , the beam of which is guided around the substrate tip 2 , the surface of the substrate 1 around the substrate tip 2 is "energy contaminated". As a result of this energy contamination and / or interactions between the electron beam and the atoms and / or molecules in the gaseous atmosphere of the region 3 , atoms and / or molecules are deposited at the energy-contaminated point, so that a coating 5 is gradually formed. The electron beam 4 is guided in predetermined or arbitrary course patterns, for example in a grid or spiral shape around the substrate tip 2 . For this purpose, the electron beam diameter is selected to be correspondingly small and has a high energy density.
Bei diesem als Electron-Beam-Deposited-Verfahren bekannten Verfahren findet unter Vakuum eine Wechselwirkung zwischen den im allgemeinen hochenergetischen Elektronen, typischerweise im keV-Bereich, und den Gasatomen bzw. -molekülen der im Vakuum übriggebliebenen oder gezielt eingeleiteten gasförmigen Atmosphäre statt. Hierbei werden Molekülverbin dungen leicht aufgebrochen und es entstehen freie Bindungen bzw. Radikale, die leicht zu einem neuen Gefüge auf dem Substrat polymerisieren und eine Beschichtung ausbilden.In this method known as electron beam deposited method finds an interaction between the in general under vacuum high-energy electrons, typically in the keV range, and the Gas atoms or molecules of those left in the vacuum or targeted initiated gaseous atmosphere instead. Here, molecular compound easily broken open and free bonds or radicals arise, which easily polymerize to a new structure on the substrate and form a coating.
Fig. 1a zeigt das Verfahren zum Zeitpunkt, zu dem auf der Substratspitze 2 eine Nadelspitze 8 gerade ansatzweise ausgebildet wird (siehe Fig. 1b). FIG. 1 a shows the method at the point in time at which a needle tip 8 is just beginning to be formed on the substrate tip 2 (see FIG. 1 b).
Das Verfahren zu einem späteren Zeitpunkt ist in Fig. 1b schematisch ge zeigt. Hierbei ist die Nadelspitze 8 zu einem gewissen Teil, jedoch noch nicht vollständig, bereits auf der Substratspitze 2 ausgebildet. Die Beschichtung 5, die die Nadelspitze 8 umgibt, wird gleichzeitig mit der Nadelspitze 8 ausge bildet. Weiterhin ist die Beschichtung 5 sockelartig ausgebildet und weist eine Oberfläche 7 auf. Auf dieser Oberfläche 7, die sich nach oben hin ver jüngt, wird der Elektronenstrahl 4 in vorbestimmten Verlaufsmustern geführt, so daß gemäß der Energieübertragung und den oben beschriebenen Wech selwirkungen die Beschichtung 5 und die Nadelspitze 8 ausgebildet werden. Hierbei ist die Zeitdauer zur Ausbildung der Beschichtung 5 an einer Stelle kürzer als die Zeitdauer der Energiekontamination zur Ausbildung der Nadel spitze 8. Mit anderen Worten: Um eine harte Nadelspitze 8 auszubilden, muß der Elektronenstrahl am Ort der Nadelspitze 8 länger verweilen, so daß sich dort mehr Atome bzw. Moleküle aus der gasförmigen Atmosphäre anla gern. Die Verweildauer des Elektronenstrahles 4 zur Ausbildung der Be schichtung 5 ist geringer als zur Ausbildung der Nadelspitze 8, so daß sich weniger Atome bzw. Moleküle dort anlagern.The method at a later point in time is shown schematically in FIG. 1b. To a certain extent, but not yet completely, the needle tip 8 is already formed on the substrate tip 2 . The coating 5 which surrounds the needle tip 8 is formed simultaneously with the needle tip 8 . Furthermore, the coating 5 has a base-like design and has a surface 7 . On this surface 7 , which tapers ver upward, the electron beam 4 is guided in predetermined patterns, so that the coating 5 and the needle tip 8 are formed according to the energy transfer and the interactions described above. Here, the time to form the coating 5 at one point is shorter than the time of energy contamination to form the needle tip 8 . In other words: in order to form a hard needle tip 8 , the electron beam has to stay longer at the location of the needle tip 8 , so that more atoms or molecules from the gaseous atmosphere like to accumulate there. The dwell time of the electron beam 4 for the formation of the coating 5 is less than for the formation of the needle tip 8 , so that fewer atoms or molecules accumulate there.
Die die Nadelspitze 8 umgebende Beschichtung 5 dient sowohl als eine Art Ummantelung und Schutz als auch zur Verbesserung der Haftung der Na delspitze 8 zum Substrat. Hieraus ergibt sich eine erhöhte Robustheit ge genüber mechanischem Beanspruchungen und somit eine längere Haltbar keit der Nadelspitzen 8 bei deren Einsatz in Rastersondenmikroskopen. Ins gesamt ergibt sich eine verstärkte Verbindung zwischen der Nadelspitze 8 und dem Substrat 1. The coating 5 surrounding the needle tip 8 serves both as a type of sheathing and protection and also to improve the adhesion of the needle tip 8 to the substrate. This results in increased robustness compared to mechanical stresses and thus a longer durability speed of the needle tips 8 when used in scanning probe microscopes. Overall, there is a reinforced connection between the needle tip 8 and the substrate 1 .
Bei dieser Variante des Verfahrens bestehen die Beschichtung 5 und die Nadelspitze 8 aus dem gleichen Material. Je nach Anwendung und Erforder nis befinden sich in der gasförmigen Atmosphäre im Bereich 3 entsprechen de Gase und/oder Moleküle, so daß beispielsweise eine hydrophile bzw. hydrophobe oder eine elektrisch leitende bzw. isolierende Nadelspitze 8 ausgebildet werden kann.In this variant of the method, the coating 5 and the needle tip 8 are made of the same material. Depending on the application and requirements, there are corresponding gases and / or molecules in the gaseous atmosphere in the region 3 , so that, for example, a hydrophilic or hydrophobic or an electrically conductive or insulating needle tip 8 can be formed.
Fig. 1c zeigt eine fertige Sondeneinrichtung, bei der das obere Ende der Nadelspitze 8 über die Beschichtung 5 hinausragt. Nach einer anderen Aus führungsform des Verfahrens kann eine Sondeneinrichtung auch dadurch geschaffen werden, indem eine Beschichtung auf einem Substrat mit einer bereits darauf angeordneten Nadelspitze ausgebildet werden. Dadurch ist es möglich, abweichend vom hier dargestellten Verfahren, daß Nadelspitze und die Beschichtung aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Die Na delspitzen der Sondeneinrichtungen können in einem zusätzlichen, hier nicht dargestellten Prozeßschritt weiterbearbeitet werden. Insbesondere können die ausgebildeten Nadelspitzen geschärft werden. Fig. 1c shows a finished probe device in which extends the upper end of the needle tip 8 through the coating layer 5. According to another embodiment of the method, a probe device can also be created by forming a coating on a substrate with a needle tip already arranged thereon. This makes it possible, in contrast to the method described here, for the needle tip and the coating to be made from different materials. The needle tips of the probe devices can be further processed in an additional process step, not shown here. In particular, the formed needle tips can be sharpened.
Ebenso ist es erfindungsgemäß, wenn in einer anderen Ausführung der Er findung die Struktur bereits auf dem Substrat angeordnet ist und die Be schichtung in einem weiteren Schritt auf Substrat und/oder die Struktur auf gebracht wird.It is also according to the invention if the Er the structure is already arranged on the substrate and the loading layering in a further step on the substrate and / or the structure brought.
Wie in Fig. 2 dargestellt, kann eine Beschichtung 11 um eine Nadelspitze 10 so angeordnet sein, daß die Beschichtung 11 als Stützeinrichtung der Nadelspitze 10 ausgebildet ist. Auf einem Substrat 9, das sowohl als ebene Fläche als auch als Erhebung ausgebildet sein kann, ist in diesem Fall die Beschichtung 11 kreuzartig auf dem Substrat 9 aufgebracht. Die hierdurch ausgebildete Stützeinrichtung wirkt als eine Art Verstrebung und kann die Sondeneinrichtung bei starken mechanischen Beanspruchungen schützen.As shown in FIG. 2, a coating 11 can be arranged around a needle tip 10 such that the coating 11 is designed as a support device for the needle tip 10 . In this case, the coating 11 is applied cross-wise on the substrate 9 on a substrate 9 , which can be designed both as a flat surface and as an elevation. The support device formed in this way acts as a kind of strut and can protect the probe device in the case of strong mechanical loads.
In Weiterbildungen der Erfindungen kann die Nadel gekrümmt sein. Ferner sind Verdickungen oder Verdünnungen in der Struktur oder der Beschichtung möglich, wodurch Sollbruchstellen in der Sondeneinrichtung genau de finiert werden können.In further developments of the inventions, the needle can be curved. Further are thickening or thinning in the structure or coating possible, whereby predetermined breaking points in the probe device exactly de can be financed.
Die Nadeln können ferner mit unterschiedlichen Formungen hergestellt wer den. So ist es möglich, die Nadel z. B. mit mehreren Spitzen auszubilden. Darüber hinaus kann die Nadel so konstruiert und hergestellt werden, daß sie auch Strukturen, wie z. B. geschlossene Ringstrukturen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung aufweisen kann. Diese Strukturen eröffnen Möglichkeiten, unter anderem bestimmte, exakte und kontrollierte Einwirkun gen auf Oberflächen im Nanometer-Bereich mit der Sondeneinrichtung vor zunehmen. In diesem Fall dient die Sondeneinrichtung als eine Art Werk zeug, so daß die Oberflächen beispielsweise für Anwendungen, Untersu chungen oder dergleichen entsprechend manipuliert werden können. Diese hierbei verwendeten Strukturen auf dem Substrat sind ebenfalls mit einer Beschichtung versehen.The needles can also be made with different shapes the. So it is possible to z. B. train with several tips. In addition, the needle can be designed and manufactured in such a way that they also have structures such as B. closed ring structures in horizontal and / or can have a vertical direction. These structures open up Possibilities, among other things certain, exact and controlled influence on surfaces in the nanometer range with the probe device increase. In this case the probe device serves as a kind of work stuff, so that the surfaces, for example, for applications, subsu Chungen or the like can be manipulated accordingly. This structures used here on the substrate are also marked with a Provide coating.
Die Sondeneinrichtung wird auf einem Cantilever angeordnet, der eine Län ge von ungefähr 100 bis 500 µm, eine Breite von etwa 20 bis 50 µm und ei ner Dicke von circa 5 µm besitzt. Am Ende des Cantilevers befindet sich das Substrat, das in der Regel pyramidal ausgebildet ist mit einer Basislänge von typischerweise 10 bis 50 µm. Die Höhe der Sondeneinrichtung beträgt in et wa 10 bis 50 µm, wobei die Höhe der nadelartigen Struktur ungefähr 1 bis 5 µm und die Breite am Übergang zwischen Struktur und Substratspitze circa 50 bis 250 nm beträgt.The probe device is placed on a cantilever that has a length ge of about 100 to 500 microns, a width of about 20 to 50 microns and egg ner thickness of about 5 microns. This is at the end of the cantilever Substrate, which is usually pyramidal with a base length of typically 10 to 50 µm. The height of the probe device is in et wa 10 to 50 microns, the height of the needle-like structure about 1 to 5 microns and the width at the transition between structure and substrate tip approx Is 50 to 250 nm.
Mittels der Erfindung gelingt es, Sondeneinrichtungen entsprechend den An forderungen und Anwendungen als Meßinstrument oder als eine Art Werk zeug "maßgeschneidert" auszubilden. Hierbei ist es möglich, neben der Form bzw. Geometrie auch die stoffliche Zusammensetzung der Sondenein richtung zu bestimmen. So können weiter die Sondeneinrichtungen bei spielsweise bevorzugte mechanische, elektrische und chemische Eigen schaften, die chemisch inert, hydrophil oder hydrophob umfassen, aufweisen. Insgesamt werden gegenüber den bisher bekannten mit der erfin dungsgemäßen Sondenrichtungen bessere Ergebnisse in der Praxis erzielt.By means of the invention it is possible to probe devices according to the demands and applications as a measuring instrument or as a kind of work training "tailor-made". Here it is possible, in addition to the Shape or geometry also the material composition of the probes to determine direction. So the probe devices can continue preferred mechanical, electrical and chemical properties shafts which comprise chemically inert, hydrophilic or hydrophobic. Overall, compared to the previously known inventions probe directions according to the invention achieve better results in practice.
Claims (45)
- - eine Energieübertragung auf und/oder um die Stelle erfolgt, an der die Struktur (8, 10) auf dem Substrat (1, 9) angeordnet ist oder wird,
- - eine gasförmige Atmosphäre in der Umgebung dieser Stelle sich be findet,
- - aus der gasförmigen Atmosphäre sich Atome und/oder gasförmige Verbindungen infolge der Energieübertragung an oder um die ge nannte Stelle anlagern, und
- - und eine Beschichtung (5, 11) auf dem Substrat (1, 9) und auf der Struktur (8, 10) ausbilden
- - oder eine Beschichtung (5, 11) und Struktur (8, 10) auf dem Substrat (1, 9) ausbilden,
- - wobei die Beschichtung (5, 11) als Stützeinrichtung für die Struktur (8, 10) ausgebildet wird.
- energy is transferred to and / or around the point at which the structure ( 8 , 10 ) is or will be arranged on the substrate ( 1 , 9 ),
- - there is a gaseous atmosphere in the vicinity of this point,
- - Atoms and / or gaseous compounds from the gaseous atmosphere due to the energy transfer to or around the named location, and
- - And form a coating ( 5 , 11 ) on the substrate ( 1 , 9 ) and on the structure ( 8 , 10 )
- - or form a coating ( 5 , 11 ) and structure ( 8 , 10 ) on the substrate ( 1 , 9 ),
- - The coating ( 5 , 11 ) is designed as a support device for the structure ( 8 , 10 ).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19825404A DE19825404C2 (en) | 1998-06-06 | 1998-06-06 | Scanning probe microscope with probe device, probe device and method for producing a probe device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19825404A DE19825404C2 (en) | 1998-06-06 | 1998-06-06 | Scanning probe microscope with probe device, probe device and method for producing a probe device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19825404A1 DE19825404A1 (en) | 1999-12-09 |
| DE19825404C2 true DE19825404C2 (en) | 2001-09-13 |
Family
ID=7870184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19825404A Expired - Lifetime DE19825404C2 (en) | 1998-06-06 | 1998-06-06 | Scanning probe microscope with probe device, probe device and method for producing a probe device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19825404C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006008858A1 (en) * | 2006-02-25 | 2007-09-06 | Nanotools Gmbh | Probe device for raster probe microscope, has extension arm and tip within nanometeric range, formed at extension arm and made by additive method to measure scanned samples |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4521482B2 (en) | 2004-04-26 | 2010-08-11 | オリンパス株式会社 | SPM cantilever and manufacturing method thereof |
| EP1672648B1 (en) | 2004-12-14 | 2007-03-14 | Nanoworld AG | SPM-probe with an EBD-tip. |
| DE102016223659B4 (en) | 2016-11-29 | 2021-09-16 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Method and devices for lengthening a period of time until a measuring tip of a scanning probe microscope is changed |
| DE102018221778A1 (en) | 2018-12-14 | 2020-06-18 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Probe, as well as a method, device and computer program for producing a probe for scanning probe microscopes |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0354020A2 (en) * | 1988-08-03 | 1990-02-07 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Electronic probe |
| DE4007292C1 (en) * | 1990-03-08 | 1991-06-27 | Forschungszentrum Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De | |
| US5383354A (en) * | 1993-12-27 | 1995-01-24 | Motorola, Inc. | Process for measuring surface topography using atomic force microscopy |
| DE19519478A1 (en) * | 1995-05-27 | 1996-11-28 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Manufacturing method for probe with coated tip and probe manufactured according to the method |
-
1998
- 1998-06-06 DE DE19825404A patent/DE19825404C2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0354020A2 (en) * | 1988-08-03 | 1990-02-07 | De Beers Industrial Diamond Division (Proprietary) Limited | Electronic probe |
| DE4007292C1 (en) * | 1990-03-08 | 1991-06-27 | Forschungszentrum Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De | |
| US5383354A (en) * | 1993-12-27 | 1995-01-24 | Motorola, Inc. | Process for measuring surface topography using atomic force microscopy |
| DE19519478A1 (en) * | 1995-05-27 | 1996-11-28 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Manufacturing method for probe with coated tip and probe manufactured according to the method |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006008858A1 (en) * | 2006-02-25 | 2007-09-06 | Nanotools Gmbh | Probe device for raster probe microscope, has extension arm and tip within nanometeric range, formed at extension arm and made by additive method to measure scanned samples |
| DE102006008858A9 (en) * | 2006-02-25 | 2008-02-14 | Nanotools Gmbh | probe means |
| DE102006008858B4 (en) * | 2006-02-25 | 2016-10-20 | Nanotools Gmbh | probe means |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19825404A1 (en) | 1999-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE4126151C2 (en) | Cantilever for a scanning probe microscope and a method for its production | |
| DE69721986T2 (en) | Stylus configuration, manufacturing process and use of styluses | |
| EP1290431B1 (en) | Method for producing a device for simultaneously carrying out an electrochemical and a topographical near-field microscopy | |
| DE69306565T2 (en) | Device and method for depositing fine metal lines on a substrate | |
| EP0446742B1 (en) | Method and apparatus for manufacturing welded electrically-conductive microstructures on probe heads and use thereof | |
| DE60218985T2 (en) | PROCESS FOR PRODUCING CONTACT PROBE | |
| EP1818970A2 (en) | Method for preparing a sample for electron microscopic investigation, the sample carrier and transport carrier used | |
| DE19825404C2 (en) | Scanning probe microscope with probe device, probe device and method for producing a probe device | |
| DE102006008858B4 (en) | probe means | |
| DE112005001585B4 (en) | Process for the manufacture of SPM and CD-SPM nano-needle probes | |
| EP1672648B1 (en) | SPM-probe with an EBD-tip. | |
| DE69817452T2 (en) | Method for producing a micromechanical measuring probe, in particular an atomic force microscope | |
| Besserer et al. | Ion beam processing in the sample preparation for the analysis of ductile damage in deep drawing steels | |
| DE10342644A1 (en) | Raster force microscopy probe has nano structure probe tip arm with integrated CMOS piezoelectric sensor | |
| EP1588383B1 (en) | Probe for an optical near field microscope and method for producing the same | |
| DE10344643B4 (en) | Specimen preparation method for preparing a specimen for electron microscope examinations places a specimen with a substrate in a vacuum chamber to apply a coating and ion beam | |
| EP2175286B1 (en) | Method for producing a SPM probe with a sampling tip and adjustment aid opposite the sampling tip | |
| DE19926601B4 (en) | Aperture in a semiconductor material and production of the aperture and use | |
| DE69217051T2 (en) | MICRO SAMPLE FOR A SURFACE SCANNING MICROSCOPE | |
| DE19646120A1 (en) | Micromechanical sensor for atomic force or scanning tunnelling microscope | |
| EP3233718B1 (en) | Method for producing a substrate structured by nanowires, produced substrate, and use of the substrate | |
| DE4435635A1 (en) | Microfabrication of cantilever stylus for atomic force microscopy | |
| DE102010017357A1 (en) | Process for the production of bodies with micro- and / or nanostructured surfaces or of micro- and / or nanoscopically perforated films | |
| DE19957824C2 (en) | Process for the production of the finest peaks in the subnanometer range | |
| DE4338478C1 (en) | Method for electron-induced material depositing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: G01B 21/02 |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: CANZLER & BERGMEIER PATENTANWAELTE, DE |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: NANOTOOLS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: BERND IRMER,ARMIN KRIELE,HERIBERT LORENZ,MARTIN WENDEL, , DE Effective date: 20130710 Owner name: NANOTOOLS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: IRMER, BERND, 80339 MUENCHEN, DE; KRIELE, ARMIN, 81543 MUENCHEN, DE; LORENZ, HERIBERT, DR., 85101 LENTING, DE; WENDEL, MARTIN, DR., 81927 MUENCHEN, DE Effective date: 20130710 |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE CANZLER & BERGMEIER PARTNERSCHA, DE Effective date: 20130710 Representative=s name: CANZLER & BERGMEIER PATENTANWAELTE, DE Effective date: 20130710 |
|
| R071 | Expiry of right |