DE69102111T2

DE69102111T2 - Cantilever zum Gebrauch in einem Atomkraftmikroskop und Verfahren zu dessen Herstellung.

Info

Publication number: DE69102111T2
Application number: DE69102111T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi C/O Mitsubishi Denki K. K. Itami-Shi Hyogo-Ken Koyama; Tadashi C/O Mitsubishi Denki K. K. Itami-Shi Hyogo-Ken Nishioka; Takao C/O Mitsubishi Denki K. K. Itami-Shi Hyogo-Ken Yasue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-03-05
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JP2501945B2; EP0475559A2; DE69102111D1; JPH04106852A; US5193385A; EP0475559B1; EP0475559A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

GEBIET DER ERFINDUNG:

Die Erfindung betrifft einen Freiträger zur Verwendung bei einem Atomkraftmikroskop (kurz "AFM") und ein Herstellungsverfahren dafür und insbesondere einen Freiträger, der eine Diamantprüfspitze verwendet.

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK:

Bisher wurden als Freiträger für ein AFM mit Diamantprüfspitze in den folgenden Dokumenten Freiträger offenbart:
(1) US-PS 4 724 318,
(2) G. Binnig, C.F. Quate und Ch. Gerber; Phys. Rev. Lett., Bd. 56, Nr. 9, S. 930-933 (1986),
(3) T.R. Albrecht und C.F. Quate; J. Vac. Sci. Technol. A, Bd. 6, Nr. 2, S. 271-274 (1988),
(4) O. Marti, B. Drake und P.K. Hansma; Appl. Phys. Lett., Bd. 51, Nr. 7, S. 484-486 (1987),
(5) O. Marti, B. Drake, S. Gould und P.K. Hansma; J. Vac. Sci. Technol. A, Bd. 6, Nr. 2, S. 287-290 (1988),
(6) S. Alexander, L. Hellemans, O. Marti, J. Schneir, V. Elings, P.K. Hansma, Matt Longmire und John Gurley; J. Appl. Phys., Bd. 65, Nr. 1, S. 164-167 (1989).
Freiträger der oben beschriebenen Art sind in den Fig. 7-9 gezeigt.
Ein Freiträger 100A, der in Fig. 7 gezeigt ist, ist so ausgelegt, daß eine Diamantprüfspitze 110A an einem Endbereich eines Arms 120A mit einem Klebstoff so befestigt ist, daß der Arm 120A um einen Betrag ausgelenkt wird, der der Atomkraft entspricht, die zwischen der Diamantprüfspitze 110A und einer Probe (nicht gezeigt) wirksam ist. Ein Freitrager 100B gemäß Fig. 8 ist so ausgelegt, daß eine Diamantprüfspitze 110B an einem Endbereich eines Arms 120B befestigt ist, während ein weiterer Endbereich des Arms 120B von einem Abstützbereich 140B abgestützt ist. Ein Freiträger 10ºC gemäß Fig. 9 ist so ausgelegt, daß ein Spiegel 15ºC an einem Arm 120C befestigt ist, der eine Diamantprüfspitze 110C hält, wobei die Auslenkung des Arms 120C infolge der Atomkraft von einem optischen Arm detektiert werden kann.
Da Diamant das härteste Material ist und eine Knoop-Härte von 5700-10400 kgf/mm² in der (100)-Ebene hat, kann seine Spitze nicht leicht beschädigt werden, auch wenn sie mit einer Probe oder dergleichen in Kontakt gelangt. Daher ist Diamant das Material, das für die Herstellung der Prüfspitze am meisten bevorzugt wird.
Da jeder der oben beschriebenen Freiträger zur Verwendung bei dem AFM eine Kennfrequenz haben muß, die höher als 100 Hz ist, um die Atomkraft mit einem Wert von 10&supmin;&sup8; oder kleiner zu detektieren, muß seine Masse verringert werden. Beispielsweise in einem Fall, in dem der Arm 120A von Fig. 7 aus Goldfolie besteht, ist die Größe des Freiträgers 100A notwendigerweise verringert, so daß der Arm 120A eine Dicke von ca. 25 um, eine Länge von 800 um und eine Breite von 250 um hat und die Prüfspitze 110A eine pyramidenartige Spitze mit einer Seite von 100-200 um ist. Infolgedessen ergibt sich das Problem, daß es sehr schwierig ist, den Arm und die Diamantspitze bei der Herstellung des Freiträgers zu handhaben.
Ein weiteres Problem ist, daß die Diamantspitze von einer gewünschten Position abweicht oder sich von einem vorbestimmten Winkel weg neigt, während der Klebstoff, der zum Befestigen der Diamantspitze an dem Arm verwendet wird, fest wird. Daher werden die Güte und Zuverlässigkeit des Freiträgers instabil, und - was noch schlimmer ist - eine zufriedenstellende Fertigungsausbeute des Freiträgers kann nicht erreicht werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Freiträger zur Verwendung bei einem AFM anzugeben, der fähig ist, die vorgenannten Probleme zu überwinden, und der ausgezeichnete Güte, zufriedenstellende Zuverlässigkeit und hohe Fertigungsausbeuten sicherstellt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines Freiträgers zur Verwendung bei einem AFM mit den oben beschriebenen Vorteilen.
Ein Aspekt der Erfindung ist ein Freiträger für ein Atomkraftmikroskop, der folgendes aufweist. eine Diamantprüfspitze, die angeordnet ist, um einer Oberfläche einer Probe gegenüberzustehen, um die Atomkraft zu detektieren; einen Prüfspitzenhaltebereich, der wenigstens einen Bereich hat, der aus einem Magnetmaterial besteht und der die Diamantprüfspitze hält; und einen Arm, der ein befestigtes Ende hat und an dessen anderem Ende der Prüfspitzenhaltebereich befestigt ist, wobei der Arm nach Maßgabe der Atomkraft, die zwischen der Diamantprüfspitze und der Probe wirksam ist, verformt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Freiträgers für ein AFM, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Befestigen eines Rohdiamanten an einem Prüfspitzenhaltebereich, von dem wenigstens ein Teil aus einem Magnetmaterial besteht; Bilden einer Prüfspitze durch Schleifen des Rohdiamanten; Magnetisieren des Magnetmaterials des Prüfspitzenhaltebereichs; Aufbringen eines Klebstoffs auf die Oberfläche eines Arms; Befestigen des Prüfspitzenhaltebereichs auf der Oberfläche eines Arms; Befestigen des Prüfspitzenhaltebereichs an der Oberfläche des Arms, auf die der Klebstoff aufgebracht ist, durch die Magnetkraft eines Magneten, der in der Nähe des Arms angeordnet ist; und Entfernen des Magneten von dem Arm, nachdem der Klebstoff gehärtet und das Magnetmaterial des Prüfspitzenhaltebereichs etmagnetisiert worden ist.
Bei dem Freiträger nach der Erfindung stützt der Prüfspitzenhaltebereich, von dem wenigstens ein Teil aus Magnetmaterial besteht, die Diamantprüfspitze an dem Arm ab.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Freiträgers gemäß der Erfindung wird das Magnetmaterial des Prüfspitzenhaltebereichs zum Halten der Diamantprüfspitze magnetisiert, und der Prüfspitzenhaltebereich wird durch die so erhaltene Magnetkraft an der Oberfläche des Arms gehalten, auf die der Klebstoff aufgebracht worden ist. Dann wird der Klebstoff gehärtet.
Der Freiträger nach der Erfindung wird an dem AFM so befestigt, daß die Diamantprüfspitze eine XY-Abtastung parallel zu der Oberfläche einer Probe entsprechend der Bewegung des Freiträgers oder der Bewegung der zu untersuchenden Probe ausführt, wobei die Probe so angeordnet ist, daß sie der Spitze der Prüfspitze gegenübersteht. Dabei wird der Arm durch die Kraft, die zwischen Atomen an der Oberfläche der Probe und Atomen an der Spitze der Diamantprüfspitze wirksam ist, verformt. Diese Verformung bewirkt die Verlagerung in Z-Richtung senkrecht zu der Probenoberfläche, oder es wird eine Änderung des Winkels des Arms erzeugt, wobei die Änderung der oben beschriebene Verlagerung entspricht.
Die Verlagerung des Arms in Z-Richtung kann beispielsweise von einem Rastertunnelmikroskop (RTM) auf solche Weise detektiert werden, daß eine Sonde näher an die Oberfläche des Arms gebracht wird, der der Seite gegenüberliegt, auf der die Diamantprüfspitze befestigt ist. Als Alternative hierzu wird sie entsprechend der Abweichung eines optischen Wegs eines Strahls detektiert, der zum Auftreffen auf die Oberfläche des Arms gebracht wird, wobei der optische Weg nach Maßgabe der Winkeländerung des Arms, die der Verlagerung in Z-Richtung entspricht, gekrümmt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht, die eine erste Ausführungsform eines Freiträgers zur Verwendung bei einem AFM gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2A bis 2E zeigen sequentiell den Ablauf zur Herstellung des Freiträgers gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 bis 6 sind Perspektivansichten, die eine zweite bis fünfte Ausführungsform der Erfindung zeigen; und
Fig. 7 bis 9 sind Perspektivansichten, die herkömmliche Freiträger zur Verwendung bei dem AFM zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Gemäß Fig. 1 weist ein Freiträger 100 einer ersten Ausführungsform der Erfindung folgendes auf: einen Arm 120, dessen einer Endbereich von einem Armabstützbereich 140 abgestützt ist; einen Prüfspitzenhaltebereich 160, der am anderen Endbereich des Arms 120 durch einen Klebstoff 130 befestigt ist; und eine Diamantprüfspitze 110, von der ein Bereich in den Prüfspitzenhaltebereich 160 eingebettet ist. Der Arm 120 ist so angeordnet, daß sein Endbereich, der von dem Armabstützbereich 140 abgestützt ist, als das festliegende Ende dient, und ein anderer Endbereich, an dem der Prüfspitzenhaltebereich 160 befestigt ist, als das freie Ende dient. Infolgedessen wird der Arm 120 um einen Betrag verformt, der dem Wert der Atomkraft entspricht, die zwischen der Diamantprüfspitze 110 und einer Probe (nicht gezeigt) wirksam ist.
Die Diamantprüfspitze 110 besteht aus einem natürlichen oder künstlichen Diamanten mit einer scharfen Spitze, die zum Nachweis der Atomkraft erforderlich ist. Beispielsweise hat die Spitze einen Krümmungsradius von 0,5 um oder weniger.
Der Prüfspitzenhaltebereich 160 befestigt die Diamantprüfspitze 110 auf solche Weise, daß er einen Bereich der Diamantprüfspitze 110 umgibt und hält, und der Prüfspitzenhaltebereich 160 besteht aus einem Material, das durch Sintern eines Pulvers aus Magnetmaterial wie etwa Nickel (Ni), Eisen (Fe) oder einer Legierung davon hergestellt ist. Der vorstehend beschriebene Prüfspitzenhaltebereich 160 ist in der Herstellungsphase des fertigen Freiträgers 100 entmagnetisiert worden.
Der Arm 120 besteht aus einem nichtmagnetischen Material mit geeigneter Steifigkeit wie etwa Gold (Au), Platin (Pt), Wolfram (W), Molybdän (Mo) oder Silizium (Si). Es wird bevorzugt, daß der Arm 120 eine Breite von 250-300 um, eine Dicke von 10-20 um und eine Länge von 500-800 um hat.
Es wird bevorzugt, daß der Klebstoff 130 Cyanoacrylatklebstoff ist, der eine sehr kurze Aushärtezeit hat, oder aus einem Material besteht, das durch Vereinigen eines Epoxidharzes mit thixotropen Charakteristiken, um einen Austritt von Fluid zu verhindern, mit einem aromatischen Aminhärter hergestellt ist.
Der so aufgebaute Freiträger 100 wird an dem AFM auf solche Weise befestigt, daß ein Endbereich des Arms 120 von dem Armabstützbereich 140 durch Punktschweißen oder unter Verwendung des Klebstoffs abgestützt wird, und dann wird der Armabstützbereich 140 an einer vorbestimmten Position des AFM befestigt. Gestalt und Dimensionen des Armabstützbereichs 140 sind nicht begrenzt, solange der Freiträger 100 fähig ist, auf erwünschte Weise als eine Komponente des AFM zu wirken. Außerdem kann der Armabstützbereich 140 aus dem gleichen Material wie der Arm 120 hergestellt sein, während die Struktur gebildet wird, bei der ein Bereich des Arms 120 verlängert wird.
In einem Fall, in dem der Freiträger 100 den Arm 120 mit einer Breite von 280 um, einer Dicke von 10 um und einer Länge von 750 um, den Prüfspitzenhaltebereich 160 mit einem Durchmesser von 250 um und einer Länge von 300 um sowie eine konische Diamantprüfspitze 110, deren Bodenbereich einen Durchmesser von 250 um und die eine Höhe von 200 um hat, aufweist, ist die Federkonstante k des Freiträgers 100 90 N/m und seine Resonanzfrequenz 6 kHz.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 2E wird nun ein Herstellungsverfahren des Freiträgers 100, der wie beschrieben aufgebaut ist, erläutert. Zuerst werden ein Pulver des Magnetmaterials und ein Rohdiamant in eine Form (nicht gezeigt) eingebracht, bevor Druck aufgebracht wird, so daß sie zu zylindrischer Gestalt geformt werden. Der so erhaltene Zylinder wird erhitzt, um das Magnetmaterialpulver zu sintern. Infolgedessen wird ein Zylindermaterial 160a gemäß Fig. 2A hergestellt. Das Magnetmaterialpulver wird ein Sinterkörper 161, der fest an dem Rohdiamanten 111 haftet. Das Magnetmaterialpulver kann nach einem bekannten Sinterverfahren gesintert werden, das angewandt wird, um Metallpulver oder dergleichen zu sintern.
Dann werden die äußere Oberfläche und der Rand des Zylindermaterials 160a geschliffen, während gleichzeitig der Rand des Rohdiamanten 111 geschliffen wird. Somit kann eine Prüfstange 160b geformt werden, in der die Diamantprüfspitze 110 an dem vorderen Bereich des Sinterkörpers 161 gehalten ist. Die vorstehend beschriebene Prüfspitzenstange 160b kann nach einer bekannten Technologie, die zum Schleifen von Edelsteinen angewandt wird, hergestellt werden. Beispielsweise wird das zylindrische Material 160a feingeschliffen unter Verwendung einer Kupferrolle mit Diamant, während das zylindrische Material 160 gleichzeitig in Schwingungen versetzt wird, so daß der Rohdiamant 111 an der Außenseite freiliegt und gleichzeitig geschärft wird. Somit kann der Prüfspitzenstab 160b erhalten werden, der den Sinterkörper 161, dessen Durchmesser 200-300 um ist, und die konische Diamantprüfspitze 110 aufweist, deren oberer Winkel 45-65º ist und deren Krümmungsradius an der Spitze 0,5 um oder weniger beträgt.
Dann wird der Sinterkörper 161 zu einer vorbestimmten Länge von beispielsweise 300-500 um von einer Schneideinrichtung (nicht gezeigt) geschnitten, die eine Scheibe mit Diamantauflage oder einen Diamantdraht verwendet. Infolgedessen wird der oben beschriebene Sinterkörper 161 zu dem Prüfspitzenhaltebereich 160 gemacht, wie Fig. 2C zeigt. Ferner wird der Prüfspitzenhaltebereich 160 magnetisiert, so daß ein Prüfspitzen-Stabmagnet 160c, der ein Permanentmagnet ist, hergestellt wird.
Dann wird eine kleine Menge des Klebstoffs 130, wie Fig. 2D zeigt, auf den anderen Endbereich des Arms 120, der als das freie Ende dient, aufgebracht. Außerdem wird ein Permanentmagnet 170 unter dem anderen Endbereich des Arms 120, auf den der Klebstoff 130 aufgebracht wurde, angeordnet. Der Permanentmagnet 170 ist auf solche Weise angeordnet, daß seine Polarität der Polarität des Prüfspitzen-Stabmagnets 160c entspricht, um die Diamantprüfspitze 110 des Prüfspitzen-Stabmagnets 160c aufgrund der Magnetkraft, die zwischen dem Permanentmagneten 170 und dem Prüfspitzen-Stabmagneten 160c wirksam ist, zu veranlassen, nach oben zu zeigen. Dann wird der Prüfspitzenhaltebereich 160 auf die Oberfläche des Arms 120, auf die der Klebstoff 130 aufgebracht wurde, aufgesetzt, während gleichzeitig ein Bereich des Prüfspitzen- Stabmagneten 160c angrenzend an die Diamantprüfspitze 110 angezogen wird, indem beispielsweise eine Vakuumpinzette (nicht gezeigt) aus einem nichtmagnetischen Material verwendet wird. Nach Beendigung des vorstehend beschriebenen Positioniervorgangs wird der Prüfspitzen-Stabmagnet 160c von der Vakuumpinzette entfernt. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie Fig. 2E zeigt, der Prüfspitzen-Stabmagnet 160c zuverlässig durch den Klebstoff 130 an dem Arm 120 befestigt aufgrund der Anziehungskraft, die zwischen dem Prüfspitzen-Stabmagneten 160c und dem unter dem Arm 120 angeordneten Permanentmagneten 170 wirksam ist. Der oben beschriebene Zustand wird aufrechterhalten, bis der Klebstoff 130 vollständig gehärtet ist.
Nachdem der Klebstoff 130 gehärtet ist, wird der Permanentmagnet 170 weiter entfernt, und der Prüfspitzenhaltebereich 160 wird entmagnetisiert unter Verwendung einer Entmagnetisierungseinrichtung (nicht gezeigt), die ein Wechselmagnetfeld verwendet. Somit ist also der Freiträger 100 von Fig. 1 hergestellt.
Wie oben beschrieben, werden bei dieser Ausführungsform der Prüfspitzen-Stabmagnet 160c und der Arm 120 durch die Magnetkraft festgelegt, bevor der Klebstoff 130 vollständig gehärtet ist. Ferner wird die Diamantprüfspitze 110 veranlaßt, in eine Richtung zu zeigen, die durch die Polarität des Prüfspitzen-Stabmagneten 160c und des Permanentmagneten 170 bestimmt ist. Daher wird das Problem, daß die Diamantprüfspitze 110 während des Härtens des Klebstoffs 130 von einer vorbestimmten Position abweicht oder unerwünscht geneigt wird, vollständig vermieden. Infolgedessen können Güte und Zuverlässigkeit des Freiträgers verbessert werden. Außerdem kann die Fertigungsausbeute des Freiträgers bedeutend verbessert werden.
Die vorstehend beschriebene Arbeit, bei der ein feines Material unter Verwendung der Anziehungs/Trenn-Wirkung der Vakuumpinzette gehandhabt wird, ist ein in der Halbleiterindustrie normalerweise durchgeführter Vorgang. Daher kann der beschriebene Vorgang, bei dem der Prüfspitzenhaltebereich 160 auf dem Klebstoff 130 plaziert wird, während der Bereich des Prüfspitzen-Stabmagneten 16ºc angrenzend an die Diamantprüfspitze 110 durch Verwendung der Vakuumpinzette angezogen wird, ohne weiteres ausgeführt werden. Gemäß der Erfindung kann die Vakuumpinzette durch einen gleichstromerregten Elektromagneten in Form einer Pinzette oder in Haarnadelform ersetzt werden. In diesem Fall kann der Prüfspitzen-Stabmagnet 160c getragen oder positionsmäßig ausgefluchtet werden, während die Diamantprüfspitze 110 durch die Erregung/Nichterregung des Elektromagneten dazu veranlaßt wird, nach oben zu zeigen. Ferner kann der unter dem Arm 120 angeordnete Permanentmagnet 170 zur Ausfluchtung der Position des Arms 120 mit der des Prüfspitzen-Stabmagneten 160c bewegt werden.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Freiträgers nach der Erfindung.
Ein Freiträger 200 gemäß dieser Ausführungsform ist auf solche Weise ausgelegt, daß ein Prüfspitzenhaltebereich 260 zum Halten der Diamantprüfspitze 110 aus härtendem Kunstharz 262 besteht, in dem Magnetmaterialpulver 261 dispergiert ist. Dabei wird ein Bereich der Diamantprüfspitze 110 in einen Mischkörper aus dem Magnetmaterialpulver 261 und dem härtenden Kunstharz 262 eingebettet, so daß er durch das ausgehärtete Kunstharz 262 festgelegt wird. Als Magnetmaterialpulver 261 wird beispielsweise Pulver aus Nickel (Ni), Eisen (Fe), ihre Legierung oder Bariumferrit (BaO.6Fe&sub2;O&sub3;) eingesetzt. Als härtendes Kunstharz 262 wird Phenolharz oder Polyimidharz, das ausgezeichnete Hitzebeständigkeit hat, verwendet.
Der Freiträger 200 gemäß dieser Ausführungsform kann entsprechend dem Herstellungsverfahren des Freiträgers nach der ersten Ausführungsform der Fig. 2A und 2E hergestellt werden. Da bei dieser Ausführungsform der Verdichtungs- und der Erhitzungsvorgang wie etwa das Sintern entfallen können, kann das zylindrische Material 160a gemäß Fig. 2A leicht hergestellt werden.
Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Freiträgers nach der Erfindung.
Bei einem Freiträger 300 nach dieser Ausführungsform weist ein Prüfspitzenhaltebereich 360 ein dünnes Rohr 361 aus Magnetmaterial und härtendes Kunstharz 362 auf, das in das dünne Rohr 361 gefüllt ist. Ein Bereich der Diamantprüfspitze 110 ist in das dünne Rohr 361 eingebettet, um von dem härtenden Kunstharz 362 festgelegt zu werden. Das dünne Rohr 361 besteht beispielsweise aus Nickel (Ni). Der Freiträger 300 gemäß dieser Ausführungsform wird hergestellt, indem zuerst das dünne Rohr 361 mit einem Rohdiamanten und dem härtenden Kunstharz 362 beladen und das Kunstharz 362 dann gehärtet wird. Dann wird der Rohdiamant geschliffen, so daß die Diamantprüfspitze gebildet wird. Dann kann ähnlich den Abläufen der ersten Ausführungsform gemäß den Fig. 2C bis 2E der Freiträger 300 hergestellt werden. In diesem Fall wird das dünne Rohr 361 zum Zeitpunkt des Formens des Prüfspitzen-Stabmagneten magnetisiert. Da bei dieser Ausführungsform das dünne Rohr 361 mit vorbestimmtem Innen- und Außendurchmesser verwendet wird, kann der Vorgang des Schleifens des zylindrischen Materials entfallen.
Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform des Freiträgers nach der Erfindung.
Ein Freiträger 400 nach dieser Ausführungsform ist auf solche Weise ausgelegt, daß der Prüfspitzenhaltebereich 160 an der oberen Oberfläche am freien Endbereich des Arms 120 angeordnet ist, und ein Spiegel 450 ist an dessen unterer Oberfläche befestigt Der Arm 120, der Spieegel 450 und der Prüfspitzenhaltebereich 160 sind mit dem Klebstoff 130 aneinander befestigt. Bei dem Freiträger 400 kann die Auslenkung des Arms 120 infolge der Atomkraft durch Verwendung eines sogenannten optischen Arms auf solche Weise detektiert werden, daß der Reflexionswinkel eines optischen Strahls, der zum Auftreffen auf den Spiegel 450 gebracht wird, detektiert wird.
Der Freiträger 400 dieser Ausführungsform wird auf solche Weise hergestellt, daß der Arm 120 zwischen dem Spiegel 450 und dem Prüfspitzenhaltebereich 160 durch den Klebstoff 130 angeordnet wird. Dieser Zustand wird ferner durch die Magnetkraft beibehalten, die zwischen dem Permanentmagneten 170 und dem Prüfspitzenhaltebereich 160 wirksam ist, ähnlich wie bei dem Herstellungverfahren von Fig. 2E, bevor der Klebstoff 130 gehärtet wird. Infolgedessen können der Prüfspitzenhaltebereich 160 und der Spiegel 450 gleichzeitig an dem Arm 120 festgelegt werden, während eine positionsmäßige Abweichung verhindert wird.
Fig. 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Freiträgers nach der Erfindung.
Ein Freiträger 500 nach dieser Ausführungsform ist so ausgelegt, daß ein festgelegtes Ende des Arms 120 von einem Armabstützbereich 540 abgestützt wird. Der Armabstützbereich 540 ist mit einem Armschutzbereich 541 versehen, der den Bereich um das freie Ende des Arms 120 herum umgibt. Der Armschutzbereich 541 ist beispielsweise so angeordnet, daß ein Teil des Armabstützbereichs 540 vorspringt. Bei dieser Ausführungsform kann eine unerwünschte Verformung des Arms 120, die aufgrund eines Kontakts mit einem externen Material im Gebrauch des Freiträgers 500 auftritt, durch den Armschutzbereich 541 verhindert werden. Der Armschutzbereich 541 besteht aus einem Material ausreichender mechanischer Festigkeit und Zähigkeit wie etwa Phosphorbronze. Der Armschutzbereich 541 von Fig. 6 ist zwar geformt durch vorspringendes Herausführen eines Teils des Armabstützbereichs 540, es kann aber eine andere Konstruktion verwendet werden, bei der ein Armschutzbereich unabhängig von einem Armabstützbereich aus einem Material mit mechanischer Festigkeit und Zähigkeit hergestellt wird, wobei der Armschutzbereich an dem Armabstützbereich durch Punktschweißen oder mit einem Klebstoff befestigt ist.

Claims

1. Freiträger für ein Atomkraftmikroskop bzw. AFM, der aufweist:

eine Diamantprüfspitze, die angeordnet ist, um einer Oberfläche einer Probe gegenüberzustehen, um Atomkraft zu detektieren;

einen Prüfspitzenhaltebereich, der die Diamantprüfspitze hält;

und

einen Arm, der ein befestigtes Ende hat und an dessen anderem Ende der Prüfspitzenhaltebereich befestigt ist,

wobei der Arm nach Maßgabe der Atomkraft, die zwischen der Diamantprüfspitze und der Probe wirksam ist, verformt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Bereich des Prüfspitzenhaltebereichs aus einem Magnetmaterial besteht.

2. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 1, wobei der Prüfspitzenhaltebereich aus einem Sinterkörper aus Magnetmaterialpulver besteht.

3. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 1, wobei der Prüfspitzenhaltebereich aus härtendem Kunststoffharz besteht, in dem Magnetmaterialpulver dispergiert ist.

4. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 1, wobei der Prüfspitzenhaltebereich ein dünnes Rohr aufweist, das aus Magnetmaterial und härtendem Kunststoffharz besteht, das in das dünne Rohr gefüllt ist.

5. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 1, der ferner einen Spiegel aufweist, der an dem anderen Ende des Arms befestigt ist, um wirksam zu sein, um die Verformung des Arms zu detektieren.

6. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 1, der ferner einen Armschutzbereich aufweist, der mit dem Ende des Arms verbunden ist und den Bereich um das andere Ende des Arms umgibt.

7. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 1, wobei das Magnetmaterial eines von Nickel, Eisen und deren Legierung ist.

8. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 1, wobei der Arm aus nichtmagnetischem Material besteht.

9. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 1, der ferner ein Armabstützelement aufweist, das mit dem Ende des Arms verbunden ist und den Freiträger durch Abstützen des Arms hält.

10. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 1, wobei die Diamantprüfspitze von konischer Gestalt ist.

11. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 3, wobei das härtende Kunststoffharz eines von Phenolharz und Polyimidharz ist.

12. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 4, wobei das dünne Rohr aus Nickel besteht.

13. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 9, wobei der Armschutzbereich von einem Bereich des Armabstützelements gebildet ist.

14. Freiträger für ein AFM nach Anspruch 6, wobei der Armschutzbereich aus Phosphorbronze besteht.

15. Verfahren zum Herstellen eines Freiträgers für ein AFM, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Befestigen eines Rohdiamanten an einem Prüfspitzenhaltebereich;

Bilden einer Prüfspitze durch Schleifen des Rohdiamanten;

Aufbringen eines Klebstoffs auf die Oberfläche eines Arms;

gekennzeichnet durch Magnetisieren mindestens eines Bereichs des Prüfspitzenhaltebereichs, der aus Magnetmaterial besteht;

Befestigen des Prüfspitzenhaltebereichs auf der Oberfläche des Arms, auf die der Klebstoff aufgebracht ist, durch die Magnetkraft eines Magneten, der im Bereich des Arms angeordnet ist;

und

Entfernen des Magneten von dem Arm, nachdem der Klebstoff gehärtet und das Magnetmaterial des Prüfspitzenhaltebereichs entmagnetisiert worden ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Magnetmaterialpulver und der Rohdiamant mit Druck aufgebracht werden, um geformt zu werden, und dann der Formkörper erwärmt wird, um das Magnetmaterialpulver zu sintern, wodurch der Prüfspitzenhaltebereich geformt und der Rohdiamant befestigt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Rohdiamant zu einer konischen Gestalt geschliffen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Prüfspitzenhaltebereich auf eine solche Weise magnetisiert wird, daß sein Endbereich, an dem die Prüfspitze befestigt ist, und das andere Ende jeweils verschiedene Magnetpole bilden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Magnet unter dem Arm angeordnet ist und seine Magnetisierungsrichtung das andere Ende des Prüfspitzenhaltebereichs veranlaßt, als eine Anziehkraft zu wirken, die zu der oberen Oberfläche des Arms gerichtet ist.

20. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Prüfspitzenhaltebereich durch Anwendung eines Wechselmagnetfelds entmagnetisiert wird.