DE2317160B2

DE2317160B2 - METHOD FOR CONDUCTIVE COATING OF NON-CONDUCTIVE MATERIALS FOR ELECTRON MICROSCOPIC PREPARATION

Info

Publication number: DE2317160B2
Application number: DE19732317160
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Grasenick, Fritz, Dr.; Jakopic, Erich, Dr.; Graz (Österreich)
Priority date: 1972-04-05
Filing date: 1973-04-05
Publication date: 1976-06-16
Also published as: ATA290272A; DD108373A1; GB1432446A; JPS4917671A; DE2317160A1; AT336701B

Description

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Es wurden bereits erfolgreiche Versuche unter-Anspruche zur Schrzgbedampfung temperatur- nommen, die Temperaturbelastun_o der Präparate bei empfindlicher Objekte, dadurch gekennzeichnet, 40 einem Aufdanipfprozeß der angegebenen Art mittels daß ein derart kleiner Ionenbrennfleck auf dem eines rotierenden Wärmefilters auszuschalten (man Target erzeugt wird, daß die Partikeln in einem vgl. zum Beispiel Horn, Proc. V"¹ Intern. Congr. for kleinen Winkel auftreffen, oder daß bei Anwen- Electron Microscopy, Philadelphia 1962, Vol. I, dung eines größeren Brennflecks durch Anwen- G-G 12). Diese Methode ist insbesondere für die dang einer Blende für eine annähernd einheitliche 45 hochauflösende Durchstrahlung-Elektronenmikrosko-7. The method according to any one of the preceding There have already been successful attempts under-claims for Schrzgbedampfung temperature taken, the temperature load _{o of} the preparations in sensitive objects, characterized in that 40 a Aufdanipfprozess the specified type by means that such a small ion focal point on a rotating heat filter off (if a target is generated that the particles impinge in a cf. for example Horn, Proc. V " ¹ Intern. Congr. for small angle, or that in application a larger Focal spot by application GG 12) This method is particularly suitable for the use of a diaphragm for an approximately uniform 45 high-resolution transmission electron microscope.

^ uftreffrichtung der Partikeln gesorgt wird. pie von besonderer Bedeutung.^ the direction of impact of the particles is taken care of. pie of particular importance.

Ferner ist es aus der OE-PS 212 050 bereits bekannt, zur Vermeidung von unzulässiger Erwärmung des Präparats das Beschichtungsmaterial in FormFurthermore, it is already known from OE-PS 212 050 to avoid impermissible heating of the preparation the coating material in the form

50 von Ionen, die entweder aus einer Ionenquelle stammen oder durch nachträgliche Ionisation des Dampfstrahls einer Verdamp^fungsquelle erzeugt sind, auf das nichtleitende Material aufzubringen, wobei die Ionen durch elektrische oder magnetische Felder so50 of ions, which originate either from an ion source or by subsequent ionization of the vapor stream of a vapor ^f ungsquelle are generated to be applied to the non-conductive material, said ions by electric or magnetic fields so

Quelle vomSource from

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur 55 abgeienki w, QThe invention relates to a method for 55 abienki w, Q

leitenden Beschichtung nichtleitender Materialien für den Material nicht mehr direkt gesehen werden kann. 4ie elektronenmikroskopischc Präparation, bei dem Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, die Ionen die Partikeln des Beschichtungsmaterials aus einem aus Festkörperatomen oder Molekülen zu erzeugen, Target mirteis ionen erzeugt und diese Partikeln auf was bekanntlich nur mit Schwierigkeiten erreicht werdie zu beschichtende Oberfläche des nichtleitenden 60 den kann. Die Festkörperionen haben nach ihrer ErMaterials niedergeschlagen werden. zeugung eine sehr hohe Energie; damit sie nicht mitconductive coating of non-conductive materials for the material can no longer be seen directly. The electron microscopic preparation, in which this procedure requires the ions to produce the particles of the coating material from one of solid atoms or molecules, Target mirteis ions generated and these particles to what is known to be reached only with difficulty surface to be coated of the non-conductive 60 den. The solid-state ions have after their ErMaterials get knocked down. generation of very high energy; so that they do not use

Aus der Zeitschrift »Optik«, Band?, 1950, Seiten dieser hohen Energie auf das Präparat aufprallen, bis 297 ist bereits ein Verfahren bekannt, bei müssen sie abgebremst werden, was eine eigene Vordem die Partikeln des BeschicH'ungsmaterials durch richtung, beispielsweise eine Ionenlinse, erforderlich eine Glimmentladung, also mitteis ionen erzeugt und 85 macht.From the magazine "Optik", Volume ?, 1950, pages of this high energy hit the specimen, up to 297 a method is already known in which they have to be slowed down, which was a separate before the particles of the BeschicH'ungsmaterials through direction, for example an ion lens, required a glow discharge, that is, middle ice generated and made 85.

auf die zu beschichtende Oberfläche des nichtieiten- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das den Materials in einer der Schrägbedampfung ent- Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszusprechende Weise niedergeschlagen werden. Die gestal en, daß sich ohne großen apparativen Auf-The invention is based on the object of the the material in one of the inclined vapor deposition method of the type specified so to be pronounced Way to be knocked down. They make it possible to

wand vor allem empfindliche Präparate mit gut haftenden, feinstrukturierten Schichten ohne Wärmebelasiung des Präparats versehen lassen.walled especially sensitive specimens with well-adhering, finely structured layers without heat exposure of the preparation.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Partikeln des Beschichtungsmaterials durch Beschüß des Targets mit einer Ionenkanone erzeugt werden.According to the invention, this object is achieved in that the particles of the coating material can be generated by bombarding the target with an ion gun.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden Atome oder Moleküle des Targetmaterials durch den lonenbeschuß abgelöst und auf dem zu beschichtenden Präparat niedergeschlagen. Die durch den Ionenbeschuß erzeugten Partikeln haben dabei gerade eine solche Energie, daß eine gute Haftfähigkeit am zu beschichtenden Präparat erzielt wird. Es entsteht auch eine «ehr feinkörnige Schicht, da die Oberflächen wanderung stark unterbunden ist.In the method according to the invention, atoms or molecules of the target material are released by ion bombardment detached and deposited on the preparation to be coated. The ion bombardment The generated particles have just such an energy that a good adhesion to the to be coated Preparation is achieved. There is also a rather fine-grained layer because the surfaces migrate is strongly inhibited.

Der Ionenbeschuß des Targets, also z. B. des Gold-Targets wird mit einer Ionenkanone bei einigen kV Betriebsspannung vorgenommen, wobei diese in eine konventionelle Präparationsaiilage mit Drehpendeleinrichtung (z. B. die von der Fa. Leybold-Heraeus in Hanau, BRD, unter 1er Bezeichnung EPA 100 in den Handel gebrachte Einrichtung) eingebaut wurde. Der Ionenbeschuß wird vorzugsweise mit Argon vorgenommen, doch können natürlich auch geeignete andere Gase wie z. B. Stickstoff verwendet werden. Der Druck im Rezipienten betrug bei den vorgenommenen Versuchen einige 10~⁵ Torr, was -sich leicht in üblichen Hochvakuumanlagen erreichen läßt; die Behandlungsdauer beträgt z. B. 10 Minuten, was im gegenständlichen Fall zu einer passenden Schichtdicke führt.The ion bombardment of the target, so z. B. the gold target is made with an ion gun at a few kV operating voltage, with this in a conventional preparation ailage with rotary pendulum device (z. B. from Leybold-Heraeus in Hanau, FRG, under the designation EPA 100 in the trade brought facility) was installed. The ion bombardment is preferably carried out with argon, but of course other suitable gases such as. B. nitrogen can be used. The pressure in the container was some 10 ^-5 Torr, which can easily reach --SiCH usual high vacuum systems during such investigations trials; the duration of treatment is z. B. 10 minutes, which in the present case leads to a suitable layer thickness.

Eine Behandlung des Präparates in einer üblichen Kathodenzerstäubungssnlage %vä:; nich zieiführend, weil mit einer Wärmeabgabe des Gase; an die Präparate mit den geschilderten Nachteilen Lei Wärmebelastung gerechnet werden müßte.Treatment of the preparation in a conventional cathode sputtering system% vä :; not attracting because the gases give off heat; would be expected to the preparations with the disadvantages Lei heat load.

Die auf das Präparat auftreffenden Atome haben eine Energieverteilung mit einem Maximum bei einigen eV, wobei Energien bis zu einigen 10 eV verkommen können. Durch diese im Vergleich zu den thermischen Energien von aufgedampften Atomen höheren Energien kommt es zu einer weitaus besseren Haftung der Atome auf der Substratoberfläche, WöräUS sich cITlc Reihe VGTi Vorttiitli gegenüber konventionellen aufgedampften Schichten ergibt; so erhält man eine gute Auflösung bei kleinen Schichtdecken; ein Ablösen der Schicht durch Deformationen bei wasserhaltigen Präparaten unterbleibt weitgehend; eine Rißbildung in den Schichten, wie sie bei üblichen ■.afdampfschichtcn machmal beobachtet wird, kommt nicht vor; schließlich Fällt, wk bereits eingangs erwähnt, die Wärmebelastung der Substrate samt ihren nachteiligen Folgen weg.
Die erzielten Schichtdicken liegen um etwa 100 bis 150 A, die kleinste noch ausreichende Schichtdicke dürfte jedoch in vielen Fällen noch darunter liegen.
In Beschichtungsversuchen unter Anwendung desThe atoms hitting the preparation have an energy distribution with a maximum of a few eV, whereby energies of up to a few 10 eV can deteriorate. Due to these higher energies compared to the thermal energies of vapor-deposited atoms, there is a far better adhesion of the atoms to the substrate surface, which means that the VGTi series has advantages over conventional vapor-deposited layers; this gives a good resolution in the case of small layer ceilings; a detachment of the layer due to deformations in the case of water-containing preparations largely does not occur; crack formation in the layers, as is sometimes observed with conventional vapor layers, does not occur; Finally, as already mentioned at the beginning, the heat load on the substrates and its disadvantageous consequences are eliminated.
The layer thicknesses achieved are around 100 to 150 Å, but the smallest layer thickness that is still sufficient is likely to be even less in many cases.
In coating tests using the

ίο erfindungsgemäßen Verfahrens wurden r. B. Pflanzenteile wie Fichten und Tannennadeln, ferner Lackoberflächen, Anhropoden, sedimentierte Pulver, gestrichene Papieroberflächen usw. untersucht, um die gewachsenen Strukturen zu bestimmen. Dabei hatίο method according to the invention were r. B. Plant parts such as spruce and pine needles, also lacquer surfaces, anhropods, sedimented powder, painted Paper surfaces, etc. examined to determine the structures that have grown. Has

is sich gezeigt, daß in allen Fällen das erfindungsgemäße Verfahren dem bisher geübten Verfahren des Aufuampfens leitfähiger Schichten überlegen ist.has been shown that in all cases the inventive Process is superior to the previously practiced process of vapor deposition of conductive layers.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß sich viele Stoffe, welche sich nurAnother advantage of the method according to the invention is that there are many substances that are only

so schwer verdampfen lassen, z. B. verschiedene Karbide (Tantalkarbid, Titankarbid usw.) oder hochschmel- ?ende Metalle, Metallverbindungen oder Stoffge-.nenge (z.B. Wolfram, Platin, Platin-Kohle) leicht oder doch effektiv zerstäuben lassen, wodurch diese Stoffe wegen ihrer für elektronenmikroskopischen Zwecke oft günstigen Schichteigenschaften einer diesbezüglichen Verwendung leichter oder überhaupt erst zugänglich gemacht werden.so hard to evaporate, e.g. B. various carbides (Tantalum carbide, titanium carbide, etc.) or refractory metals, metal compounds or the amount of material (e.g. tungsten, platinum, platinum-carbon) can be easily or at least effectively atomized, whereby these Substances, because of their layer properties, which are often favorable for electron microscopic purposes, have a relevant role To be made accessible more easily or even in the first place.

Selbstverständlich lassen sich auch sogenannte Mischschichten, die entweder hintereinander (»sandwich-artig«) oder zugleich zerstäubt werden mit diesem Verfahren herstellen; diese Mischschichten werden in der Präparationstechnik wegen verschiedener günstiger Eigenschaften oft verwendet,Of course, so-called mixed layers, which are either one behind the other ("sandwich-like") or can be atomized at the same time using this process; these mixed layers become Often used in preparation technology because of various favorable properties,

Eine gleichzeitige Zerstäubung zweier oder mehrerer Stoffe kann beispielsweise so vorgenommen werden, indem man zwei oder mehrere Ionenquellen anordnet, die getrennt Targets beschießen, oder indem man mittels elektronenmagnetischer Felder den Strahl eine Ionenquelle wechselweise »"nit vorherbestimmten Verweilzeiten auf zwei oder mehrere Targets lenkt.Simultaneous atomization of two or more substances can, for example, be carried out in this way by arranging two or more ion sources that bombard targets separately, or by one by means of electron-magnetic fields the beam an ion source alternately "" with predetermined Directs dwell times on two or more targets.

Es sei schließlich noch darauf verwiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch eine wärmestrahlungsfreie Schrägbedampfung temperaturenipfindlicher Objekte ermöglicht, indem man entweder einen genügend kleinen Ionenbrenr.fleck am Target erzeugt oder bei einem größeren Brennfleck mittels einer geeigneten Blende für ungefähr einheitliche Auftreffrichtung der Partikeln sorgt.Finally, it should be pointed out that the method according to the invention is also free from thermal radiation Inclined vapor deposition more sensitive to temperature Objects made possible by either creating a sufficiently small ion burner spot on the target or in the case of a larger focal point by means of a suitable aperture for an approximately uniform direction of incidence of the particles.

Claims

Glow discharge burns at pressures in the patent claims: magnitude of a few tenths to a few thousandths of Torr. The preparation is located

1. Process for the conductive coating not directly in the discharge space and, since it is positively conductive materials for the electron micro- 5 tively charges, electrons from the discharge are carried out in a photographic preparation in which the particles of the fen. As a result of this and also as a result of the contact with coating material from a target by means of which ions are generated in the course of the coating process and these particles on the discharge gas, which is to be heated, the layering "surface of the non-conductive material is increased, which is reflected in the case of warmed materials characterized overall ίο sensitive substances, such as waxes, indicates that the particles of the loading is not permitted because thus a structural change ^scr>;.. may be chuingsmaterials connected by bombardment of the target also in biological Präpamii an ion gun are generated rates occur in the glow discharge such structural

2. The method according to claim 1, characterized by changes. Precipitation in a gas marks that the coating in an over-discharge also has the disadvantage that the particles borrowed preparation system with rotary pendulum device several times before hitting the specimen processing is carried out in which the ion ka gas particles collide and thereby to Genone was installed. lose speed. Your energy therefore drops what

3. The method according to one of the preceding coarse-grained layers with low liaft demands, characterized in that the 10 ability leads.

layering up to the attainment of layer thicknesses In the case of electron microscopic preparation

of up to about 150 A is made. it was already customary to use the preparations at high

4. Process according to one of the preceding vacuum with carbon, gold, carbon-gold, Claims, characterized in that layer palladium gold or other conductive substances or gold can be applied. 25 mixtures of substances to be steamed. One in common and

5. The method according to one of the foregoing known ways leads to vapor deposition Claims, characterized in that, however, according to the resulting load of the Creation of mixed layers by means of two materials or materials to be vaporized with thermal radiation several ion gun targets from different often to an irreversible change at least denem material and the dusted 30 of the surface structure of such temperature-sensitive particles can be used to generate layers. licher preparations, so that the subsequent electrical

6. The method according to any one of claims 1 specimen examined under a microscope in reality to 4, characterized in that elek represents an artifact. This type of Betromagnetic leads also Abienksv star ions of a layer in many specimens to thicker absorption alternately on targets made of different 35 vapor layers (e.g. with a C-Au vapor deposition) Material is directed and the dusted particles and thus lead to a loss of information because they are fine can be used to generate layers. Surface details can be lost in the process.