WO2001025720A1 - Method for preparing probes for scanning probe microscopy - Google Patents

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WO2001025720A1
WO2001025720A1 PCT/EP1999/007525 EP9907525W WO0125720A1 WO 2001025720 A1 WO2001025720 A1 WO 2001025720A1 EP 9907525 W EP9907525 W EP 9907525W WO 0125720 A1 WO0125720 A1 WO 0125720A1
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cantilever
tip
substrate
geometry
etching
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PCT/EP1999/007525
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Inventor
Rainer Kassing
Egbert Oesterschulze
Original Assignee
Rainer Kassing
Egbert Oesterschulze
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q70/00General 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
    • G01Q70/16Probe manufacture
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01Q70/00General 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
    • G01Q70/08Probe characteristics
    • G01Q70/10Shape or taper

Definitions

  • the invention relates to a method for producing cantilever beams which are clamped on one side and have a tip integrated at the end and a holder element for mechanical handling - hereinafter referred to as a cantilever probe - for use as a probe in a scanning probe microscope.
  • cantilever probes Various known manufacturing techniques have become established in the manufacture of cantilever beams with integrated tips for use in the scanning probe microscope - which are referred to below as cantilever probes.
  • the best-known uses the different methods, such as the etching techniques used in microsystems technology, to produce a monolithic (one-piece) cantilever probe from fully crystalline semiconductor material such as silicon or gallium arsenide [1].
  • the finite thickness of the film rounds off the tip radius and at the same time produces a probe that is thermally sensitive due to the bimetal effect. However, this is undesirable for the pure topography mapping of a surface in an atomic force microscope.
  • the impression technique [3,4,5,6,7,8,9] offers a way out of this problem.
  • the complete cantilever (including the tip) is etched into a substrate as a negative mold and the cantilever is then molded using this mold.
  • the principle of such a manufacturing process is shown schematically in Fig. 3.
  • the schematic manufacturing process of Cantilever probes with the aid of the impression technique are characterized by the following steps:
  • the shape for the tip is transferred into the substrate by lithography and etching and, in the present exemplary embodiment, has the shape of an inverse pyramid which is obtained by anisotropic etching in silicon.
  • the mold for the cantilever is also produced in a similar step.
  • FIG. 3a the shape for the tip is transferred into the substrate by lithography and etching and, in the present exemplary embodiment, has the shape of an inverse pyramid which is obtained by anisotropic etching in silicon.
  • the mold for the cantilever is also produced in a similar step.
  • FIG. 3a the
  • FIG. 3c the cantilever material is deposited into the mold, for example as a thin film.
  • FIG. 3d finally shows the cantilever membrane that has been produced in this way and is etched free.
  • the so-called inverse pyramid has so far been used almost exclusively as the shape that is obtained when anisotropically etching Si, for example, with KOH [3].
  • FIG. 4 schematically shows the production of anisotropically etched pyramid-shaped holes in, for example, Si wafers. The geometry of the opening is illustrated in a cross-sectional view in FIG. 4a.
  • Figure 4b illustrates that with square windows in the deposited layer there are exact peaks as the common intersection of all four (111) walls, while according to Figure 4c with a deviation of a side length by the value ⁇ the shape of the inverse tip is the geometry of the shape Cutting length ⁇ results, which is limited by the four (111) walls.
  • This well-defined shape (see Fig. 4 a) and b)) is limited by the four (111) walls of the silicon.
  • an exactly square window must be etched in a mask layer for their production. Only if the window is exactly square, do all (111) planes intersect at one point, which means that (theoretically) there is a real point-like tip when molding (Fig. 4 b)).
  • Deviation ⁇ of a side length from the square shape automatically results in a cutting edge of length ⁇ as a tip shape, since it is no longer possible for all four planes to intersect in a single point (Fig. 4 c)).
  • the cutting shape can also change
  • FIG. 5 shows the use of a cantilever for scanning probe microscopy.
  • the cantilever probe without a holding structure according to FIG. 5a it can be placed on the sample surface up to an angle without impairment.
  • the cantilever itself, but not the tip of the cantilever touches the sample surface.
  • FIG. 5b shows, the usable angular range is not narrowed if a holder element is mounted on the top of the cantilever.
  • the holder element is etched from the substrate side of the cantilever wafer, it is located on the underside of the cantilever the range of the angle deteriorates drastically. This deterioration can go so far that the tip of the cantilever can no longer touch the sample surface and a cantilever designed in this way is therefore completely unsuitable for scanning probe microscopy.
  • the holder element then prevents the tip from making a suitable angle to the sample surface (see Fig. 5b)).
  • the possibility of direct writing with electron beam lithography is also possible, but uneconomical.
  • This manufacturing principle is significantly improved according to the invention in that layers which are deposited before or after are structured by the parallel projection of the mask. If Toda et al. ⁇ Were limited to cantilevers made from the material of the SOI wafer, almost all materials can be used with the method described below. The tip no longer takes up the full height, but only has the thickness of the layer to be structured.
  • the invention has for its object to avoid the disadvantages of the known methods and to provide a method for producing an improved probe for scanning probe microscopy.
  • This object is achieved in the method for the production of probes for scanning probe microscopy, in particular cantilever probes with a tip and a bending beam, in that a two-dimensional planar cantilever geometry is imaged on a three-dimensionally structured substrate, the free end of the cantilever probe being an angled tip with respect to the bending beam is trained.
  • the new method for producing probes for scanning probe microscopy is based on the transfer of a two-dimensional mask structure, which defines the geometry of the probe, to a structured substrate, so that a three-dimensional cantilever structure is obtained.
  • the probe material can be chosen arbitrarily: such as dielectrics (silicon nitride, silicon oxide etc.), hard materials (Diamond, cubic boron nitride, titanium nitride etc.), metals, semiconductors, polymers, etc.
  • the method is used to manufacture new types of cantilever probes for scanning probe microscopy. It avoids some of the disadvantages of the probes previously produced, for example, by taking an impression:
  • the smooth interface between the substrate and the deposited layer can be used for the optical triangulation measurement of the mechanical deflection of the cantilever in the scanning probe microscope. So far, one has been restricted to the possibly highly scattering surface of the growth surface of this layer, which did not allow a triangulation measurement in reflection. In particular, it offers the possibility of using polycrystalline deposited materials with rough growth surfaces (e.g. polycrystalline diamond).
  • the new process allows the production of cantilever probes with a free-standing tip. This allows the tip to be checked optically in the scanning probe microscope for the purpose of positioning. This is usually not possible with conventional molded tips on cantilevers or those obtained by under-etching masking layers, since the bending beam optically shadows the tip.
  • the cantilever geometry is imaged on the substrate by optical parallel projections of a mask.
  • the end tip of the cantilever geometry is defined by two intersecting straight lines.
  • the surface of the substrate has at least two planes which are arranged at an angle to one another.
  • the cantilever geometry is mapped onto the two levels of the substrate.
  • the tip of the cantilever geometry is advantageously mapped onto the inclined plane and the rest of the cantilever geometry onto the plane parallel to the cantilever geometry.
  • the cantilever geometry such as the tip, bending beam and holder area, is particularly advantageously imaged on the substrate in a single projection process.
  • the holder element prefferably be transferred into or machined out of the substrate by means of a lithography, for example a mask, and an etching process on the preferably essentially flat lower surface of the substrate. This is preferably done in the holder area of the cantilever geometry.
  • the holder area is integrally connected to the holder element.
  • etching processes for transferring the cantilever geometry and the holder element into the substrate can advantageously be carried out essentially simultaneously or directly or indirectly one after the other.
  • the subsequent step of mechanical connection is from Holder element and holder area of the cantilever geometry not required.
  • the outline of the cantilever geometry is transferred in a photoresist on a substrate in the form of a thin gap, the gap ending in the front area of the tip or having an interruption. This measure makes it possible to etch an extremely precisely and precisely defined tip of the cantilever.
  • the tip is formed during the etching process by two etching fronts shearing one above the other. This process has a very significant advantage over the conventional etching process for producing tips, since it is a self-adjusting process. If the two etching fronts overlap to the left and right of the tip in the area of the tip, further etching only leads to the tip being shifted towards the current intersection of the two etching fronts, but nevertheless remaining pointed.
  • Figure la is a schematic representation of a
  • FIG. 1b shows a cantilever structure obtained by the method according to FIG.
  • FIG. 1d shows a schematic illustration of the etching process of the holder element
  • FIG. 1 the perspective view of the cantilever structure obtained by the etching processes of FIGS. 1 a and 1 d integrally molded with the holder area
  • FIG. 1f the cantilever structure of FIG.
  • FIGS. 3a, b, c, d show a schematic representation of a conventional manufacturing process for cantilever probes using the impression technique
  • FIGS. 4a, b, c different embodiments of etched pyramid-shaped holes in Si wafers
  • Figures 5a, b, c different embodiments of cantilever probes for scanning probe microscopy
  • Figure 6a, b a special embodiment of the
  • the invention relates to an improved method for producing cantilever probes 10.
  • this method allows the tip to be observed directly with the aid of observation optics, since the tip 12 is attached to the end of the bending beam 14 and is not shadowed by it.
  • Another important aspect of the new process is the ability to create a well-defined tip by cutting two levels. The intersection of the planes results in a straight line which, however, is inclined with respect to the cantilever and can thus be adjusted to the sample surface in such a way that a point-like contact and thus a point results in the intersection of this straight line with the sample plane. It is assumed that the layer from which the cantilever is to be made has already been deposited on the substrate and then the cantilever is to be formed.
  • etching walls limit this cantilever structure laterally. These etching walls intersect at the front at the tip and therefore form a possibly straight line that is inclined with respect to the cantilever. The direction of this straight line and of course the type of curvature, if any, is defined by the type of etching process. If this line is now cut with the sample surface, this only happens at one point, namely the tip. The same applies of course if the cantilever is not etched out of the material, but is deposited in a form. Now it's the side walls of the mold that intersect in a straight line at the top.
  • any sample materials such as metals, dielectrics, semiconductors, polymers, etc. can be used for the manufacture of the probe. Only a single substrate is required for this.
  • the overall structure of the tip shape, the bending beam arrangement and the holder structure can be varied in a targeted manner by the substrate topology (in the z direction) and the mask geometry (x and y direction).
  • the structure of the component to be manufactured in outline (hereinafter referred to as geometry) by the parallel projection of a mask 20 and in the topology by the substrate 18, which was previously structured in depth and which itself is a homogeneous substrate or a substrate 18 can be defined with any layer system.
  • a focused particle beam photons, electrons, ions, neutral particles, etc.
  • the peak height in contrast to Toda et al. [11] is only given by the height of a structured layer and therefore does not lead to the undesired deterioration of the mechanical properties (lower resonance frequency due to an additional concentrated mass element).
  • a cantilever structure in particular a bending beam with a tip tapering at the end, including the holder structure at the other end, is transferred to the structured substrate by a parallel projection process.
  • the overlap between the cantilever structure on the mask and the side wall defines the height and width of the resulting tip at the end of the cantilever.
  • Figure lb shows the cantilever structure in perspective.
  • the cantilever structure is shown in side view in FIG. 1c.
  • the planar structure of the projection mask defines the geometry of the Microcomponent obtained, that is its outline in the X, Y plane, while the topology of the structured substrate corresponds to its topology in the Z direction.
  • the cantilever geometry 16 which was defined, for example, on a lithography mask, is transferred to an already structured substrate 18 in shadow projection and thus assumes the topology of the substrate 18 and the geometry of the projected mask structure.
  • the principle can therefore be generated very generally for the production of three-dimensional structures by specifying the pre-structured substrate 18 and the planar mask 20 which carries the geometry.
  • the manufacture of cantilever probes 10 with an integrated tip 12, a bending beam 14 and an integrated holder area 32 is intended, the tip 12 being able to be automatically integrated, for example, at the end (or laterally) of the bending beam 14. Tip 12 and bending beam 14 are thus transmitted through the same projection process.
  • a cantilever tip consisting of a mathematical point can be obtained in a simple manner during the projection.
  • Fig. 1 the end of the cantilever consists of a tapered tip 12 which is delimited by the two straight lines 22, 24 mentioned above and therefore meet in the point-shaped tip 12.
  • the surface of the substrate 18 has at least two planes 26, 28 which are arranged at an angle to one another, as shown in FIG. 1.
  • the cantilever geometry 16 is mapped onto the two planes 26, 28 of the substrate 18.
  • the tip 12 of the cantilever geometry 16 is on the inclined plane 28 and the rest of the cantilever geometry 16, like bending beam 14 and holder area 32 projected onto plane 26 parallel to cantilever geometry 16.
  • FIGS. 1d, e and f show how the actual holder element 34 is etched on the underside of the substrate 18.
  • the holder element 34 is transferred into this by means of a lithography, for example with the rectangular mask 36, and an etching process on the underside of the substrate.
  • an indication of the holder element 34 to the holder region 32 of the cantilever probe 10 is already possible during the manufacture of the cantilever.
  • the holder element 34 is integrally formed on the holder region 32 of the cantilever probe 10, so that further steps for connecting the components which are otherwise made in one piece according to the prior art, namely the cantilever probe 10 and holder element 34, can be dispensed with.
  • the etching processes for the cantilever probe 10 on the surface of the substrate 18 and for the holder element 34 on the lower surface of the substrate 18 can optionally be carried out simultaneously or immediately one after the other.
  • the substrate with two angled planes 26, 28 (FIGS. 1, 2a)
  • the quarter-circular cross section of the curved surface 30 according to FIG. 2b is very advantageous for the use of the corresponding probes in the scanning probe microscope, since the tip 12 of the probe can very easily be brought perpendicular to the surface of the sample to be examined.
  • the curved surface 30 can also be formed by under-etching a side wall of the substrate 18, in which case very sharp edges of the molded structure are then obtained in shadow projection on this under-etched structure OJ
  • Masking layer occurs) shear away from each other.
  • isotropic undercut of a masking layer which serves to remove the functional layer located underneath, these are two approximately semicircular etching fronts that intersect and therefore form a tip.
  • This method can be implemented in that, when the cantilever geometry 16 is transferred, only the outline 38 of the cantilever, including the holder area 32 in the form of a thin gap 40 (according to FIG. 6a), is transferred into the photoresist, although the outline at the front does not is closed, but remains separated by an interruption 42. If the material is now removed by etching, beginning with the gap that is exposed, the photoresist or a possibly still existing masking layer is undercut on all sides, and finally the two etching fronts 44, 46 and 48, 50 shear, respectively on the right and left in front of the gap 40 the cantilever tip 12 were separated, one above the other. As a result, the inner surface enclosed by areas 44, 46 and 48, 50 in the drawing results as a cantilever / holder structure with the integrated tip. Now the front end of the cantilever has a real geometric tip.
  • This process has a very significant advantage over the conventional etching process for producing tips, since it is a self-adjusting process. If the two etching fronts overlap, a further etching only leads to the tip being moved to the current intersection of the two etching fronts, but still remaining pointed. This was indicated in Figure 6b by the fact that two etching fronts are shown.
  • the etching fronts 44, 46 represent the point in time at which the two etching fronts 44, 46 are overlapping, the etching fronts 48, 50 occur at a later point in time.
  • the tip as the intersection of the The two etching fronts 48, 50 are still preserved, but have slipped a little downwards relative to the tip of the etching fronts 44, 46, so that at most there is a less high tip on the cantilever.
  • the layer that lies outside the gap is of no further interest, since it does not hinder the definition of the cantilever.
  • the substrate is not necessarily used here as a bending beam and tip material.
  • the lithography in the tub will be accompanied by diffraction phenomena, but these can be controlled or reduced well by suitable projection methods (for example X-ray or ion beam lithography).
  • suitable projection methods for example X-ray or ion beam lithography.
  • these effects do not necessarily disturb, since this only slightly (but reproducibly identical) changes the shape of each cantilever.
  • the process for the production of probes for scanning probe microscopy which consist of a mechanical bending beam with an integrated tip and an integrated holder element - called a cantilever for short - is based on the following principle:
  • the possibility is used by an optical parallel projection of a mask onto an already structured one Produce a three-dimensional structure that takes the outline of the mask and the topology of the substrate.
  • the end of a plane-parallel cantilever structure is projected onto the side wall of a depression. This creates a cantilever structure whose topology matches the structured substrate and its outline projected mask corresponds (see Fig. 1) and is transferred in the form of a layer.
  • focused particle beams can be used to transfer the geometry.
  • the topology of the component to be manufactured can be influenced by the type of etching process (see also Fig. 2).
  • the typical (111) oriented side walls and thus the corresponding inclination of the tip result, as is shown schematically in Fig. 2a).
  • Isotropic etching results in a quarter-circular cross-section of the side wall (Fig. 2b)).
  • This is very advantageous for use in a scanning probe microscope, since the tip can very easily be brought perpendicular to the surface of the sample to be examined.
  • FIG. 2c an underetched structure of the side wall according to FIG. 2c), in which case very sharp edges of the molded structure can then be obtained in shadow projection on this underetched structure.
  • the structure of the probe is at best limited by what is technologically feasible.
  • the structure is transferred into a layer or a layer system on a substrate.
  • Each of these layers can also be structured in any way and also does not need to be homogeneous in its thickness, that is to say, for example, that the bending beam and the tip can be made of different materials by transferring a depression of varying thickness into a layer system.
  • Layers of any material such as metals, dielectrics, semiconductors, polymers, etc., can be used as the material to be deposited. This makes it possible to integrate any layered components of electronic, magnetic and optical structure into the structure to be produced, such as metal / metal thermocouples, semiconductor / metal components (Schottky diodes), light-sensitive photodiodes, optical waveguides, microwave lines etc.
  • the geometry of the cantilever (the geometry is understood here as that in the (x, y) plane (see also Fig. 1)) can be changed as desired by the projected geometry, such as a single cantilever, a V-shaped cantilever two legs, etc.
  • Several cantilevers can also be produced on the same side wall of a depression.
  • cantilever structures can also be produced simultaneously on the side walls opposite and also on the side.
  • the geometrical shape of the tip (the geometry is understood here as that in the (x, y) plane (see also Fig. 1)) can be modified as desired. For example, it can have a pointed, circular, triangular or other type of geometry. It is also possible to integrate two or more tips instead of a single one.
  • Polycrystalline material for example polycrystalline diamond, which can be doped and is therefore electrically conductive
  • the smooth growth side that is to say the side which is in contact with the substrate, is on the side facing away from the tip.
  • an optical measuring technique such as the beam deflection method or the Interferometry
  • the shape of the cantilever probe is transferred into a layer that is used as a template for the local diffusion of dopants into the substrate.
  • the cantilever zone could be doped on board, which makes it possible to implement an etching stop.
  • doped silicon structures with a high boron doping only have a very low etching rate compared to KOH and are therefore used to produce etching stop layers.
  • This could be used to produce cantilevers of homogeneous thickness (via the dopant profile of the dopant) and in particular of such very small thickness.
  • the doping can be done with any method (thermal diffusion, ion implantation, etc.). However, by diffusion and reaction with oxygen in accordance with the LOCOS process (and its modifications), the structure can be oxidized in a targeted manner, for example in order to produce thin cantilevers from oxidized materials.
  • a local dopant is introduced into the structure or a local change in the substrate material at the location of the structure, for example as an etching stop layer, is used to etch the substrate from the cantilever side.
  • the area outside the structure could also be changed in order to specifically vary the properties of the material there with the aim of making the structure easier.
  • Electrically conductive, molded layers are used as the starting layer for the galvanic deposition of other layers or layer systems such as metals, polymers, etc. Local doping can also be introduced into the starting layer.

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Abstract

The invention relates to a method for preparing probes for scanning probe microscopy, in particular cantilever probes (10) comprising tips (12) and a flexible beam (14) whereby a two-dimensional planar cantilever geometry (16) is reproduced on a three-dimensional structured substrate (18). The free end of the cantilever probe (10) is shaped, relative to the flexible beam (14), like an angled tip (12) (figure 1).

Description

Bezeichnung: Verfahren zur Herstellung von Sonden für die RastersondenmikroskopieName: Process for the production of probes for scanning probe microscopy
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von einseitig eingespannten Biegebalken mit einer am Ende integrierten Spitze und einem Halterelement für die mechanische Handhabung - im folgenden als Cantileversonde bezeichnet - für den Einsatz als Sonde in einem Rastersondenmikroskop.The invention relates to a method for producing cantilever beams which are clamped on one side and have a tip integrated at the end and a holder element for mechanical handling - hereinafter referred to as a cantilever probe - for use as a probe in a scanning probe microscope.
Bei der Herstellung von einseitig eingespannten Biegebalken mit integrierter Spitze für den Einsatz im Rastersondenmikroskop - die im folgenden als Cantilersonden bezeichnet werden - haben sich verschiedene bekannte Fabrikationstechniken etabliert. Die bekannteste nutzt die unterschiedlichen Methoden, wie zum Beispiel die in der Mikrosystemtechnik eingesetzten Ätztechniken, um aus vollkristallinem Halbleitermaterial wie zum Beispiel Silizium oder Galliumarsenid eine monolithische (aus einem Stück bestehende) Cantileversonde herzustellen [1]. Allerdings ist es wünschenswert, auch metallische Cantilever oder solche aus dielektrischen Schichten zur Verfügung zu haben. Dies gelingt durch Beschichtung der monokristallinen Cantilever mit dem interessierenden Material [2]. Dabei wird durch die endliche Dicke des Films der Spitzenradius abgerundet und gleichzeitig eine auf Grund des Bimetalleffektes thermisch empfindliche Sonde hergestellt. Dies ist jedoch für die reine Topographieabbildung einer Oberfläche im Rasterkraftmikroskop unerwünscht.Various known manufacturing techniques have become established in the manufacture of cantilever beams with integrated tips for use in the scanning probe microscope - which are referred to below as cantilever probes. The best-known uses the different methods, such as the etching techniques used in microsystems technology, to produce a monolithic (one-piece) cantilever probe from fully crystalline semiconductor material such as silicon or gallium arsenide [1]. However, it is desirable to also have metallic cantilevers or those made of dielectric layers available. This is achieved by coating the monocrystalline cantilevers with the material of interest [2]. The finite thickness of the film rounds off the tip radius and at the same time produces a probe that is thermally sensitive due to the bimetal effect. However, this is undesirable for the pure topography mapping of a surface in an atomic force microscope.
Einen Ausweg aus diesem Problem bietet die Abformtechnik [3,4,5,6,7,8,9]. Dazu wird der vollständige Cantilever (inklusive Spitze) als Negativform in ein Substrat hineingeätzt und der Cantilever danach mit Hilfe dieser Form abgeformt. Das Prinzip eines solchen Herstellungsprozesses ist schematisch in Abb. 3 dargestellt. Der schematische Herstellungsprozeß von Cantileversonden mit Hilfe der Abformtechnik zeichnet sich durch folgende Schritte aus: Gemäß Figur 3a wird die Form für die Spitze durch Lithographie und Ätzen in das Substrat übertragen und weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Form einer inversen Pyramide auf, die durch anisotropes Ätzen in Silizium erhalten wird. Gemäß Figur 3b wird in einem ähnlichen Schritt auch die Form für den Cantilever hergestellt. Entsprechend Figur 3c wird das Cantilevermaterial zum Beispiel als dünner Film in die Form abgeschieden. Figur 3d zeigt schließlich die solchermaßen hergestellte, freigeätzte Cantilevermembran. Um eine scharfe Spitze zu erhalten, wurden bisher fast ausschließlich die sogenannte inverse Pyramide als Form genutzt, die man beim anisotropen Ätzen von zum Beispiel Si mit KOH erhält [3]. In Figur 4 ist schematisch die Herstellung von anisotrop geätzten pyramidenförmigen Löchern in zum Beispiel Si-Wafern dargestellt. In Figur 4a ist die Geometrie der Öffnung in einer Querschnittsansicht veranschaulicht. Figur 4b verdeutlicht, daß bei quadratischen Fenstern in der deponierten Schicht sich exakte Spitzen als gemeinsamer Schnittpunkt aller vier (111) -Wände ergeben, während gemäß Figur 4c bei einer Abweichung einer Seitenlänge um den Wert Δ sich als Geometrie der Form eine schneidenförmige inverse Spitze der Schneidenlänge Δ ergibt, die durch die vier (111) -Wände begrenzt ist. Diese wohl definierte Form (siehe Abb. 4 a) und b) ) ist durch die vier (111) -Wände des Siliziums begrenzt. Allerdings muß für ihre Herstellung ein exakt quadratisches Fenster in einer Maskenschicht geätzt werden. Nur wenn das Fenster exakt quadratisch ist, schneiden sich alle (111) -Ebenen in einem Punkt, das heißt es ergibt sich (theoretisch) eine wirkliche punktförmige Spitze beim Abformen (Abb. 4 b)). Eine kleineThe impression technique [3,4,5,6,7,8,9] offers a way out of this problem. For this purpose, the complete cantilever (including the tip) is etched into a substrate as a negative mold and the cantilever is then molded using this mold. The principle of such a manufacturing process is shown schematically in Fig. 3. The schematic manufacturing process of Cantilever probes with the aid of the impression technique are characterized by the following steps: According to FIG. 3a, the shape for the tip is transferred into the substrate by lithography and etching and, in the present exemplary embodiment, has the shape of an inverse pyramid which is obtained by anisotropic etching in silicon. According to FIG. 3b, the mold for the cantilever is also produced in a similar step. According to FIG. 3c, the cantilever material is deposited into the mold, for example as a thin film. FIG. 3d finally shows the cantilever membrane that has been produced in this way and is etched free. In order to obtain a sharp tip, the so-called inverse pyramid has so far been used almost exclusively as the shape that is obtained when anisotropically etching Si, for example, with KOH [3]. FIG. 4 schematically shows the production of anisotropically etched pyramid-shaped holes in, for example, Si wafers. The geometry of the opening is illustrated in a cross-sectional view in FIG. 4a. Figure 4b illustrates that with square windows in the deposited layer there are exact peaks as the common intersection of all four (111) walls, while according to Figure 4c with a deviation of a side length by the value Δ the shape of the inverse tip is the geometry of the shape Cutting length Δ results, which is limited by the four (111) walls. This well-defined shape (see Fig. 4 a) and b)) is limited by the four (111) walls of the silicon. However, an exactly square window must be etched in a mask layer for their production. Only if the window is exactly square, do all (111) planes intersect at one point, which means that (theoretically) there is a real point-like tip when molding (Fig. 4 b)). A small
Abweichung Δ einer Seitenlänge von der quadratischen Form ergibt automatisch eine Schneide der Länge Δ als Spitzenform, da sich jetzt nicht mehr alle vier Ebenen in einem Einzelpunkt schneiden können (Abb. 4 c)). Die Schneidenform kann sich auch
Figure imgf000004_0001
Deviation Δ of a side length from the square shape automatically results in a cutting edge of length Δ as a tip shape, since it is no longer possible for all four planes to intersect in a single point (Fig. 4 c)). The cutting shape can also change
Figure imgf000004_0001
erreichen. Als Folge daraus ergeben sich immer verschiedene Kantenlängen in x- und y-Richtung und damit als Schnittmenge der vier Flächen kein Punkt sondern ein Liniensegment. Typische Größen dieses Liniensegmentes und damit der Größe der Schneide der abgeformten Spitze liegen üblicherweise im Bereich von etwa 10-50nm und sind für einige Anwendungen im Rastersondenmikroskop daher ungeeignet.to reach. As a result, there are always different edge lengths in the x and y directions and thus, as the intersection of the four surfaces, not a point but a line segment. Typical sizes of this line segment and thus the size of the cutting edge of the molded tip are usually in the range of about 10-50 nm and are therefore unsuitable for some applications in a scanning probe microscope.
Daneben ergeben sich weitere Probleme. Wie man bereits aus der Abb. 3c) entnehmen kann, liegt die abgeformte Spitze immer im Substrat verborgen und muß daher freigeätzt werden. Dies hat allerdings Konsequenzen für die mechanische Handhabbarkeit des Cantileversensors. Der gesamte Sensor, wie er in Abb. 3d) gezeigt ist, weist Dicken von typisch 2-10μm bei einer Länge von durchaus l-3mm auf. Würde die ganze Sonde nur aus dieser dünnen Schicht bestehen, so würde ihre geringe mechanische Stabilität zur Zerstörung der Schicht führen, wenn diese mit einer Pinzette aufgenommen wird. Aus diesem Grund wird auf den Halterbereich der Cantilevermembran üblicherweise ein massives Halterelement aufgebracht. Es kann im Prinzip aus beliebigem Material hergestellt werden und unterschiedlichste Geometrien aufweisen. Damit besitzt die Sondenhalterung eine genügende Stabilität und es ergeben sich auch keine Probleme in Bezug auf den Anstellwinkel des Sensors zur Probenoberfläche, wie dies in Abb. 5 veranschaulicht ist. In Figur 5 ist der Einsatz eines Cantilevers für die Rastersondenmikroskopie dargestellt. Bei der Cantileversonde ohne Haltestruktur gemäß Figur 5a kann diese bis zu einem Winkel auf die Probenoberfläche abgesetzt werden, ohne daß eine Beeinträchtigung eintritt. Wird die Sonde jedoch weiter geneigt, so setzt der Cantilever selbst, nicht aber die Spitze des Cantilevers auf der Probenoberfläche auf. Wie Figur 5b zeigt, wird der nutzbare Winkelbereich dann nicht eingeengt, wenn ein Halterelement auf der Oberseite des Cantilevers montiert wird. Wird das Halterelement jedoch von der Substratseite des Cantileverwafers geätzt, befindet sich demnach also an der Unterseite des Cantilevers, so verschlechtert sich der Bereich des Winkels drastisch. Diese Verschlechterung kann soweit gehen, daß die Spitze des Cantilevers die Probenoberfläche überhaupt nicht mehr berühren kann und somit ein solchermaßen ausgebildeter Cantilever völlig ungeeignet für die Rastersondenmikroskopie ist. Man könnte natürlich versuchen, das Halterelement durch Tiefätzen in den den Cantilever tragenden Wafer zu integrieren; allerdings müßte dann die Lithographie für die Spitze (Quadrat in der Ätzstopschicht) in einer etwa lOOμm tiefen Wanne erfolgen. Dies ist jedoch auf Grund der optischen Beugung an der optischen Lithograpohiemaske nicht möglich und muß daher ausgeschlossen werden. Weiterhin verhindert dann das Halterelement, daß die Spitze einen geeigneten Winkel zur Probenoberfläche einnimmt (siehe Abb. 5b) ) . Die Möglichkeit des Direktschreibens mit einer Elektronenstrahllithographie ist zwar auch möglich, allerdings unwirtschaftlich.There are also other problems. As can already be seen in Fig. 3c), the molded tip is always hidden in the substrate and must therefore be etched free. However, this has consequences for the mechanical handling of the cantilever sensor. The entire sensor, as shown in Fig. 3d), has thicknesses of typically 2-10μm with a length of quite 1-3mm. If the entire probe consisted only of this thin layer, its low mechanical stability would lead to the destruction of the layer if it was picked up with tweezers. For this reason, a solid holder element is usually applied to the holder area of the cantilever membrane. In principle, it can be made from any material and have a wide variety of geometries. The probe holder thus has sufficient stability and there are also no problems with regard to the angle of attack of the sensor to the sample surface, as illustrated in Fig. 5. FIG. 5 shows the use of a cantilever for scanning probe microscopy. In the case of the cantilever probe without a holding structure according to FIG. 5a, it can be placed on the sample surface up to an angle without impairment. However, if the probe is tilted further, the cantilever itself, but not the tip of the cantilever, touches the sample surface. As FIG. 5b shows, the usable angular range is not narrowed if a holder element is mounted on the top of the cantilever. However, if the holder element is etched from the substrate side of the cantilever wafer, it is located on the underside of the cantilever the range of the angle deteriorates drastically. This deterioration can go so far that the tip of the cantilever can no longer touch the sample surface and a cantilever designed in this way is therefore completely unsuitable for scanning probe microscopy. One could of course try to integrate the holder element into the wafer carrying the cantilever by deep etching; however, the lithography for the tip (square in the etch stop layer) would then have to be carried out in an approximately 100 μm deep trough. However, this is not possible due to the optical diffraction on the optical lithography mask and must therefore be excluded. Furthermore, the holder element then prevents the tip from making a suitable angle to the sample surface (see Fig. 5b)). The possibility of direct writing with electron beam lithography is also possible, but uneconomical.
Werden polykristalline Materialien abgeschieden - ein wichtiger Vertreter ist polykristalliner Diamant - so taucht ein weiteres Problem auf. Da die sichtbare Wachstumsfläche der Diamantschicht üblicherweise sehr rauh ist, ist auf Grund der starken optischen Streuung an der Rückseite des Cantilevers eine optische Messung der Cantilverauslenkung mit der Triangulationstechnik (engl. beam deflection technique) nahezu unmöglich und damit der Sensor im Rastersondenmikroskop nicht einsetzbar.If polycrystalline materials are deposited - an important representative is polycrystalline diamond - another problem arises. Since the visible growth surface of the diamond layer is usually very rough, an optical measurement of the cantilever deflection with the triangulation technique (beam deflection technique) is almost impossible due to the strong optical scattering on the back of the cantilever and therefore the sensor cannot be used in the scanning probe microscope.
Ganz wesentlich für den Einsatz von Cantileversonden im Rastersondenmikroskop ist auch die Möglichkeit die Spitze mit Hilfe optischer Beobachtungseinrichtungen auf der Probenoberfläche zu positionieren. Bei den üblichen Cantileversonden befindet sich jedoch die Spitze unterhalb des Cantilevers und daher ist sie optisch nicht zugänglich. Eine Lösung wird dabei von Toda angegeben [11]. Er ätzt zu diesem Zweck wannenförmige Vertiefungen in ein SOI-Wafersubstrat und bringt eine dicke photoresist Schicht auf in der durch Parallelprojektion die Cantileverstruktur übertragen wird. Allerdings wird diese photoresist Struktur nur als Ätzmaske für einen Plasmaätzprozeß benutzt, um aus dem Substrat Si- Cantilever mit einer integrierten Si-Spitze zu erhalten, die allerdings in ihrer Höhe über die ganze Wannentiefe reicht [11]. Dieses Herstellungsprinzip wird nach der Erfindung deutlich verbessert, indem Schichten, die zuvor oder nachher abgeschieden werden, durch die Parallelprojektion der Maske strukturiert werden. Waren Toda et al.\ auf Cantilever aus dem Material des SOI-Wafer beschränkt, so können mit dem im folgenden dargestellten Verfahren, nahezu alle Materialien genutzt werden. Die Spitze nimmt dabei nicht mehr die volle Höhe ein, sondern weist nur noch die Dicke der zu strukturierenden Schicht auf.It is also very important for the use of cantilever probes in the scanning probe microscope that the tip can be positioned on the sample surface using optical observation devices. With the usual cantilever probes, however, the tip is below the cantilever and is therefore not visually accessible. A solution is given by Toda [11]. For this purpose, it etches trough-shaped depressions in an SOI wafer substrate and applies a thick photoresist layer in the through Parallel projection the cantilever structure is transferred. However, this photoresist structure is only used as an etching mask for a plasma etching process in order to obtain Si cantilevers with an integrated Si tip from the substrate, the height of which, however, extends over the entire depth of the tub [11]. This manufacturing principle is significantly improved according to the invention in that layers which are deposited before or after are structured by the parallel projection of the mask. If Toda et al. \ Were limited to cantilevers made from the material of the SOI wafer, almost all materials can be used with the method described below. The tip no longer takes up the full height, but only has the thickness of the layer to be structured.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Sonde für die Rastersondenmikroskopie anzugeben.In contrast, the invention has for its object to avoid the disadvantages of the known methods and to provide a method for producing an improved probe for scanning probe microscopy.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren zur Herstellung von Sonden für die Rastersondenmikroskopie, insbesondere Cantileversonde mit Spitze und Biegebalken im wesentlichen dadurch gelöst, daß man eine zweidimensionale planare Cantilevergeometrie auf einem dreidimensional stukturierten Substrat abbildet, wobei das freie Ende der Cantileversonde als bezüglich des Biegebalkens abgewinkelte Spitze ausgebildet ist.This object is achieved in the method for the production of probes for scanning probe microscopy, in particular cantilever probes with a tip and a bending beam, in that a two-dimensional planar cantilever geometry is imaged on a three-dimensionally structured substrate, the free end of the cantilever probe being an angled tip with respect to the bending beam is trained.
Das neue Verfahren zur Herstellung von Sonden für die Rastersondenmikroskopie beruht auf der Übertragung einer zweidi ensionalen Maskenstruktur, die die Geometrie der Sonde definiert, auf ein strukturiertes Substrat, so daß eine dreidimensionale Cantileverstruktur erhalten wird. Dabei kann das Sondenmaterial beliebig gewählt werden: wie zum Beispiel Dielektrika (Siliziumnitrid, Siliziumoxid etc.), Hartstoffe (Diamant, kubisches Bornitrid, Titannitrid etc.), Metalle, Halbleiter, Polymere, etc.The new method for producing probes for scanning probe microscopy is based on the transfer of a two-dimensional mask structure, which defines the geometry of the probe, to a structured substrate, so that a three-dimensional cantilever structure is obtained. The probe material can be chosen arbitrarily: such as dielectrics (silicon nitride, silicon oxide etc.), hard materials (Diamond, cubic boron nitride, titanium nitride etc.), metals, semiconductors, polymers, etc.
Das Verfahren wird zur Herstellung neuartiger Cantileversonden für die Rastersondenmikroskopie eingesetzt. Es vermeidet einige Nachteile der bisher zum Beispiel durch Abformung hergestellten Sonden:The method is used to manufacture new types of cantilever probes for scanning probe microscopy. It avoids some of the disadvantages of the probes previously produced, for example, by taking an impression:
Für die optische Triangulationsmessung der mechanischen Auslenkung des Cantilevers im Rastersondenmikroskop kann die glatte Grenzfläche zwischen dem Substrat und der deponierten Schicht benutzt werden. Bisher war man auf die möglicherweise stark streuende Oberfläche der Wachtumsflache dieser Schicht beschränkt, die eine Triangulationsmessung in Reflexion nicht erlaubte. Damit bietet es insbesondere die Möglichkeit, polykristallin abgeschiedene Materialien mit rauhen Wachstumsoberflächen (zum Beispiel polykristalliner Diamant) einzusetzen.The smooth interface between the substrate and the deposited layer can be used for the optical triangulation measurement of the mechanical deflection of the cantilever in the scanning probe microscope. So far, one has been restricted to the possibly highly scattering surface of the growth surface of this layer, which did not allow a triangulation measurement in reflection. In particular, it offers the possibility of using polycrystalline deposited materials with rough growth surfaces (e.g. polycrystalline diamond).
Das neue Verfahren erlaubt die Herstellung von Cantileversonden mit einer freistehenden Spitze. Damit kann die Spitze zum Zweck der Positionierung direkt optisch im Rastersondenmikroskop kontrolliert werden. Dies ist bei konventionellen abgeformten oder durch Unterätzen von Maskierungsschichten erhaltenen Spitzen auf Cantilevern meist nicht möglich, da der Biegebalken die Spitze optisch abschattet.The new process allows the production of cantilever probes with a free-standing tip. This allows the tip to be checked optically in the scanning probe microscope for the purpose of positioning. This is usually not possible with conventional molded tips on cantilevers or those obtained by under-etching masking layers, since the bending beam optically shadows the tip.
Es vermeidet Spitzen, deren Apex möglicherweise bei der Abformung nicht vollständig auf- und ausgefüllt sind, da eine mehrflächige Form für die Abformung der Spitze (bisher üblicherweise die sogenannte inverse Pyramide, die durch die vier (111) -Wände beim anisotropen Ätzen von Si entsteht) durch eine einzige Fläche ersetzt wird. Es vermeidet die Ausbildung von Schneiden am Apex der Spitzen, die aus der oben genannten Abformung von inversen Pyramiden meist entstehen. Die Ursache dafür ist die Lithographie für die Pyramidenherstellung, da nur eine Genauigkeit von üblicherweise 10-50nm erreicht wird.It avoids tips, the apex of which may not be completely filled and filled during the impression, as a multi-surface shape for the impression of the tip (previously the so-called inverse pyramid, which is created by the four (111) walls during the anisotropic etching of Si ) is replaced by a single surface. It avoids the formation of cutting edges on the apex of the tips, which usually result from the above-mentioned impression of inverse pyramids. The reason for this is the lithography for pyramid production, since an accuracy of usually 10-50nm is only achieved.
Es erfordert die Verwendung nur eines einzigen Substrates, während bei der Abformtechnik bisher üblicherweise zwei Substrate benötigt wurden, um die Cantilevergeometrie sowie das Halterelement über ÄtzVorgänge herauszuarbeiten, um dann den Cantilever mit dem Halterelement durch Montage zu verbinden und somit für eine mechanische Stabilisierung des Cantilevers zu sorgen. Werden daher bei dem neuen Verfahren einkristalline Wafer, wie zum Beispiel Si-Wafer, als Substrate benutzt, so reichen einseitig polierte Wafer aus, da die Herstellung der Halterelemente auf der rauhen unpolierten Seite völlig problemlos erfolgen kann und damit der Gesamtherstellungsprozeß weiter verbilligt werden kann.It requires the use of only a single substrate, whereas previously two substrates were usually required in the impression technique in order to work out the cantilever geometry and the holder element via etching processes, in order then to connect the cantilever to the holder element by assembly and thus to mechanically stabilize the cantilever to care. Therefore, if single-crystal wafers, such as Si wafers, are used as substrates in the new process, wafers polished on one side are sufficient, since the manufacture of the holder elements on the rough, unpolished side can be carried out without any problems and thus the overall production process can be made even cheaper.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet man die Cantilevergeometrie durch optische Parallelprojektionen einer Maske auf dem Substrat ab.According to a first advantageous embodiment of the invention, the cantilever geometry is imaged on the substrate by optical parallel projections of a mask.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Cantilevergeometrie mittels eines fokussierten Teilchenstrahls auf dem Substrat abzubilden.According to another preferred development of the invention, however, there is also the possibility of imaging the cantilever geometry on the substrate by means of a focused particle beam.
Dabei erweist es sich als vorteilhaft, daß die endseitige Spitze der Cantilevergeometrie durch zwei sich schneidende Geraden definiert ist.It proves to be advantageous that the end tip of the cantilever geometry is defined by two intersecting straight lines.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Oberfläche des Substrats wenigstens zwei Ebenen auf, die winklig zueinander angeordnet sind. Dabei wird die Cantilevergeometrie auf die beiden Ebenen des Substrats abgebildet.According to an advantageous embodiment, the surface of the substrate has at least two planes which are arranged at an angle to one another. The cantilever geometry is mapped onto the two levels of the substrate.
Von Vorteil wird die Spitze der Cantilevergeometrie auf die geneigte Ebene und der Rest der Cantilevergeometrie auf die zur Cantilevergeometrie parallele Ebene abgebildet.The tip of the cantilever geometry is advantageously mapped onto the inclined plane and the rest of the cantilever geometry onto the plane parallel to the cantilever geometry.
Es bestehe jedoch auch die Möglichkeit, die Oberfläche des Substrats durch eine Ebene und eine anschließende gekrümmte Fläche, zum Beispiel einer Zylinderfläche oder dergleichen zu realisieren, wobei dann die Spitze der Cantileversonde auf die gekrümmte Fläche abgebildet wird.However, there is also the possibility of realizing the surface of the substrate by means of a plane and a subsequent curved surface, for example a cylindrical surface or the like, in which case the tip of the cantilever probe is then imaged on the curved surface.
Von besonderem Vorteil wird die Cantilevergeometrie, wie Spitze, Biegebalken und Halterbereich, in einem einzigen Projektionsprozeß auf dem Substrat abgebildet.The cantilever geometry, such as the tip, bending beam and holder area, is particularly advantageously imaged on the substrate in a single projection process.
Von besonderem Vorteil wird das Halterelement durch eine Lithografie, beispielsweise eine Maske, und einen Ätzvorgang an der bevorzugt im wesentlichen planen Unterfläche des Substrats in das Substrat übertragen beziehungsweise aus diesem herausgearbeitet. Dies erfolgt bevorzugt im Halterbereich der Cantilevergeometrie. Aufgrund dieser Maßnahme wird die ansonsten nach dem Stand der Technik erforderliche separate Herstellung von Cantilevergeometrie und Halterelement mit der anschließenden konstruktiven Verbindung beider Bauteile vermieden.It is particularly advantageous for the holder element to be transferred into or machined out of the substrate by means of a lithography, for example a mask, and an etching process on the preferably essentially flat lower surface of the substrate. This is preferably done in the holder area of the cantilever geometry. As a result of this measure, the separate production of cantilever geometry and holder element, which is otherwise required according to the prior art, with the subsequent structural connection of the two components is avoided.
Dabei ist nach einer bevorzugten Alternative der Halterbereich einstückig mit dem Halterelement verbunden.According to a preferred alternative, the holder area is integrally connected to the holder element.
Von Vorteil können die Ätzvorgänge für die Übertragung der Cantilevergeometrie und des Halterelements in das Substrat im wesentlichen zeitgleich oder auch unmittelbar beziehungsweise mittelbar nacheinander durchgeführt werden. Auf jeden Fall ist der anschließende Schritt einer mechanischen Verbindung von Halterelement und Halterbereich der Cantilevergeometrie nicht erforderlich.The etching processes for transferring the cantilever geometry and the holder element into the substrate can advantageously be carried out essentially simultaneously or directly or indirectly one after the other. In any case, the subsequent step of mechanical connection is from Holder element and holder area of the cantilever geometry not required.
Von besonderem Vorteil wird der Umriß der Cantilevergeometrie, wie Spitze, Biegebalken und Halterbereich in einem Photoresist auf einem Substrat in Form eines dünnen Spaltes übertragen, wobei der Spalt im vorderen Bereich der Spitze endet beziehungsweise eine Unterbrechung aufweist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, eine äußerst genau und exakt definierte Spitze des Cantilevers zu ätzen.The outline of the cantilever geometry, such as the tip, bending beam and holder area, is transferred in a photoresist on a substrate in the form of a thin gap, the gap ending in the front area of the tip or having an interruption. This measure makes it possible to etch an extremely precisely and precisely defined tip of the cantilever.
Dabei wird die Spitze während des Ätzvorganges durch zwei übereinander hinweg scherende Ätzfronten gebildet. Dieses Verfahren hat einen ganz wesentlichen Vorteil gegenüber dem üblichen Ätzverfahren zur Herstellung von Spitzen, da es sich dabei um einen selbstjustierenden Prozeß handelt. Überschneiden sich die beiden Ätzfronten links und rechts der Spitze im Bereich der Spitze ersteinmal, so führt ein weiteres Ätzen nur dazu, daß die Spitze zum aktuellen Schnittpunkt der beiden Ätzfronten hin verschoben wird, aber dennoch spitz ausgebildet bleibt.The tip is formed during the etching process by two etching fronts shearing one above the other. This process has a very significant advantage over the conventional etching process for producing tips, since it is a self-adjusting process. If the two etching fronts overlap to the left and right of the tip in the area of the tip, further etching only leads to the tip being shifted towards the current intersection of the two etching fronts, but nevertheless remaining pointed.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung .Further objectives, advantages, features and possible uses of the present invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. All of the described and / or illustrated features, alone or in any meaningful combination, form the subject matter of the present invention, regardless of how they are summarized in the claims or their relationship.
Es zeigen:Show it:
Figur la eine schematische Darstellung einesFigure la is a schematic representation of a
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,Embodiment of the invention process
Figur lb eine Cantileverstruktur, erhalten nach dem Verfahren gemäß Figur la in perspektivischer Ansicht,FIG. 1b shows a cantilever structure obtained by the method according to FIG.
Figur lc die Cantileverstruktur der Figur lb in Seitenansicht ,Figure lc the cantilever structure of Figure lb in side view,
Figur ld eine schematische Darstellung des Ätzprozesses des Halterelements,FIG. 1d shows a schematic illustration of the etching process of the holder element,
Figur le die Cantileverstruktur, erhalten durch die Ätzprozesse der Figuren la und ld mit dem Halterbereich integral angeformtem Halterelement in perspektivischer Ansicht,FIG. 1 the perspective view of the cantilever structure obtained by the etching processes of FIGS. 1 a and 1 d integrally molded with the holder area,
Figur lf die Cantileverstruktur der Figur le in Seitenansicht,FIG. 1f the cantilever structure of FIG.
Figuren 2a, b, c verschiedene Ausführungsformen derFigures 2a, b, c different embodiments of the
Ausbildung der Vertiefung in dem Substrat,Formation of the recess in the substrate,
Figuren 3a, b, c, d in schematischer Darstellung einen üblichen Herstellungsprozeß von Cantileversonden mit Hilfe der Abformtechnik,FIGS. 3a, b, c, d show a schematic representation of a conventional manufacturing process for cantilever probes using the impression technique,
Figuren 4a, b, c verschiedene Ausführungsformen von geätzten pyramidenförmigen Löchern in Si- Wafern,FIGS. 4a, b, c different embodiments of etched pyramid-shaped holes in Si wafers,
Figuren 5a, b , c verschiedene Ausführungsformen von Cantileversonden für die Rastersondenmikroskopie und Figur 6a, b eine besondere Ausführungsform derFigures 5a, b, c different embodiments of cantilever probes for scanning probe microscopy and Figure 6a, b a special embodiment of the
Übertragung der Cantilevergeometrie in das Substrat zur Erzeugung einer wohldefinierten Spitze.Transfer the cantilever geometry to the substrate to create a well-defined tip.
Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Cantileversonden 10. Insbesondere erlaubt dieses Verfahren die direkte Beobachtung der Spitze mit Hilfe einer Beobachtungsoptik, da die Spitze 12 am Ende des Biegebalkens 14 angebracht ist und durch diesen nicht abgeschattet wird. Ein weiterer wichtiger Aspekt des neuen Verfahrens ist u.a. die Möglichkeit, durch den Schnitt zweier Ebenen eine wohl definierte Spitze herzustellen. Als Schnitt der Ebenen ergibt sich eine Gerade, die jedoch in Bezug auf den Cantilever geneigt ist und damit so zur Probenoberfläche justiert werden kann, daß sich im Schnitt dieser Geraden mit der Probenebene ein punktförmiger Kontakt und damit eine Spitze ergibt. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Schicht aus der der Cantilever bestehen soll, bereits auf das Substrat abgeschieden wurde und anschließend der Cantilever geformt werden soll. Wird nun die spitz zulaufende Cantileverspitze durch einen Lithographie- und einen anschließenden Ätzprozeß in die Schicht übertragen, so begrenzen zwei Ätzwände diese Cantileverstruktur seitlich. Diese Ätzwände schneiden sich vorne an der Spitze und bilden daher eine, unter Umständen gekrümmte Gerade, die in Bezug auf den Cantilever geneigt ist. Die Richtung dieser Geraden und natürlich auch die Art der etwaigen Krümmung wird durch die Art des Ätzprozesses definiert. Wird diese Gerade nun mit der Probenoberfläche geschnitten, so geschieht dies nur in einem Punkt, nämlich der Spitze. Das gleiche gilt natürlich auch dann, wenn der Cantilever nicht aus dem Material herausgeätzt wird, sondern in einer Form abgeschieden wird. Jetzt sind es die Seitenwände der Form, die sich an der Spitze in einer Geraden schneiden. Es können beliebige Probenmaterialien, wie zum Beispiel Metalle, Dielektrika, Halbleiter, Polymere, etc. für die Herstellung der Sonde genutzt werden. Dafür ist nur ein einziges Substrat erforderlich. Die Gesamtstruktur der Spitzenform, der Biegebalkenanordnung und der Halterstruktur kann durch die Substrattopologie (in der z-Richtung) und der Maskengeometrie (x-und y-Richtung) gezielt variiert werden. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß die Struktur des herzustellenden Bauteils im Umriß (im folgenden als Geometrie bezeichnet) durch die Parallelprojektion einer Maske 20 und in der Topologie durch das vorher bereits in der Tiefe strukturierte Substrat 18, das selber ein homogenes Substrat lδoder auch ein Substrat 18 mit einem beliebigen Schichtsystem sein kann, definiert wird. Zur Definition der Geometrie des Bauteils kann an Stelle der Maske 20 auch ein fokussierter Teilchenstrahl (Photonen, Elektronen, Ionen, Neutralteilchen, etc.) zur Übertragung der Struktur benutzt werden. Ein wesentlicher Punkt ist dabei, daß die Spitzenhöhe im Gegensatz zu Toda et al. [11] nur durch die Höhe einer strukturierten Schicht gegeben ist und somit nicht zur ungewünschten Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften (geringere Resonanzfrequenz durch ein zusätzliches konzentriertes Massenelement) führt.The invention relates to an improved method for producing cantilever probes 10. In particular, this method allows the tip to be observed directly with the aid of observation optics, since the tip 12 is attached to the end of the bending beam 14 and is not shadowed by it. Another important aspect of the new process is the ability to create a well-defined tip by cutting two levels. The intersection of the planes results in a straight line which, however, is inclined with respect to the cantilever and can thus be adjusted to the sample surface in such a way that a point-like contact and thus a point results in the intersection of this straight line with the sample plane. It is assumed that the layer from which the cantilever is to be made has already been deposited on the substrate and then the cantilever is to be formed. If the tapered cantilever tip is then transferred into the layer by means of a lithography and a subsequent etching process, two etching walls limit this cantilever structure laterally. These etching walls intersect at the front at the tip and therefore form a possibly straight line that is inclined with respect to the cantilever. The direction of this straight line and of course the type of curvature, if any, is defined by the type of etching process. If this line is now cut with the sample surface, this only happens at one point, namely the tip. The same applies of course if the cantilever is not etched out of the material, but is deposited in a form. Now it's the side walls of the mold that intersect in a straight line at the top. Any sample materials, such as metals, dielectrics, semiconductors, polymers, etc. can be used for the manufacture of the probe. Only a single substrate is required for this. The overall structure of the tip shape, the bending beam arrangement and the holder structure can be varied in a targeted manner by the substrate topology (in the z direction) and the mask geometry (x and y direction). In other words, the structure of the component to be manufactured in outline (hereinafter referred to as geometry) by the parallel projection of a mask 20 and in the topology by the substrate 18, which was previously structured in depth and which itself is a homogeneous substrate or a substrate 18 can be defined with any layer system. To define the geometry of the component, a focused particle beam (photons, electrons, ions, neutral particles, etc.) can be used instead of the mask 20 to transfer the structure. An important point is that the peak height, in contrast to Toda et al. [11] is only given by the height of a structured layer and therefore does not lead to the undesired deterioration of the mechanical properties (lower resonance frequency due to an additional concentrated mass element).
Das Grundprinzip des neuen Herstellungsverfahrens ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Gemäß Figur la wird eine Cantileverstruktur, insbesondere ein Biegbalken mit am Ende zulaufender Spitze inklusive der Halterstruktur am anderen Ende, durch einen Parallel-Projektionsprozeß auf das strukturierte Substrat übertragen. Der Überlapp zwischen der Cantileverstruktur auf der Maske und der Seitenwand definiert die Höhe und Breite der sich ergebenden Spitze am Cantileverende. Figur lb zeigt die Cantileverstruktur in perspektivischer Darstellung. In Figur lc ist die Cantileverstruktur in Seitenansicht dargestellt. Die planare Struktur der Projektionsmaske definiert die Geometrie des erhaltenen Mikrobauelements, das heißt seinen Umriß in der X, Y-Ebene, während die Topologie des strukturierten Substrats seiner Topologie in Z-Richtung entspricht. Es beruht darauf, daß eine zweidimensionale, planare Struktur die Cantilevergeometrie 16, die zum Beispiel auf einer Lithographiemaske definiert wurde, auf ein bereits strukturiertes Substrat 18 in Schattenprojektion übertragen wird und somit die Topologie des Substrates 18 und die Geometrie der projizierten Maskenstruktur annimmt. Das Prinzip kann also ganz allgemein zur Herstellung von dreidimensionalen Strukturen durch Vorgabe des vorstrukturierten Substrates 18 und der planaren, die Geometrie tragenden Maske 20 erzeugt werden. Hier ist insbesondere an die Herstellung von Cantileversonden 10 mit integrierter Spitze 12, Biegebalken 14 und integriertem Halterbereich 32 gedacht, wobei die Spitze 12 zum Beispiel am Ende (oder auch seitlich) des Biegebalkens 14 automatisch integriert werden kann. Spitze 12 und Biegebalken 14 werden also durch den gleichen Projektionsprozeß übertragen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der konventionellen Herstellung, da dort spezielle Prozesse nur für die Spitzenherstellung erforderlich sind, die entsprechend aufwendig sind. Da sich zwei nicht-parallele Geraden 22, 24, die in einer Ebene liegen, immer in einem Punkt schneiden, kann so in einfacher Weise eine aus einem mathematischen Punkt bestehende Cantileverspitze bei der Projektion erhalten werden. Dies ist in Abb. 1 bereits dadurch berücksichtigt, daß das Ende des Cantilevers aus einer spitz zulaufenden Spitze 12 besteht, die durch die beiden oben genannten Geraden 22, 24 begrenzt wird und daher in der punktförmigen Spitze 12 zusammentreffen. Die Oberfläche des Substrats 18 weist wenigstens zwei Ebenen 26, 28 auf, die winklig zueinander angeordnet sind, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist. Die Cantilevergeometrie 16 wird auf die beiden Ebenen 26, 28 des Substrats 18 abgebildet. Insbesondere wird die Spitze 12 der Cantilevergeometrie 16 auf die geneigte Ebene 28 und der Rest der Cantilevergeometrie 16, wie Biegebalken 14 und Halterbereich 32 auf die zur Cantilevergeometrie 16 parallele Ebene 26 projiziert.The basic principle of the new manufacturing process is shown schematically in FIG. According to FIG. 1 a, a cantilever structure, in particular a bending beam with a tip tapering at the end, including the holder structure at the other end, is transferred to the structured substrate by a parallel projection process. The overlap between the cantilever structure on the mask and the side wall defines the height and width of the resulting tip at the end of the cantilever. Figure lb shows the cantilever structure in perspective. The cantilever structure is shown in side view in FIG. 1c. The planar structure of the projection mask defines the geometry of the Microcomponent obtained, that is its outline in the X, Y plane, while the topology of the structured substrate corresponds to its topology in the Z direction. It is based on the fact that a two-dimensional, planar structure, the cantilever geometry 16, which was defined, for example, on a lithography mask, is transferred to an already structured substrate 18 in shadow projection and thus assumes the topology of the substrate 18 and the geometry of the projected mask structure. The principle can therefore be generated very generally for the production of three-dimensional structures by specifying the pre-structured substrate 18 and the planar mask 20 which carries the geometry. Here, in particular, the manufacture of cantilever probes 10 with an integrated tip 12, a bending beam 14 and an integrated holder area 32 is intended, the tip 12 being able to be automatically integrated, for example, at the end (or laterally) of the bending beam 14. Tip 12 and bending beam 14 are thus transmitted through the same projection process. This is a significant advantage over conventional production, since special processes are only required for the manufacture of lace, which are correspondingly complex. Since two non-parallel straight lines 22, 24, which lie in one plane, always intersect at a point, a cantilever tip consisting of a mathematical point can be obtained in a simple manner during the projection. This is already taken into account in Fig. 1 in that the end of the cantilever consists of a tapered tip 12 which is delimited by the two straight lines 22, 24 mentioned above and therefore meet in the point-shaped tip 12. The surface of the substrate 18 has at least two planes 26, 28 which are arranged at an angle to one another, as shown in FIG. 1. The cantilever geometry 16 is mapped onto the two planes 26, 28 of the substrate 18. In particular, the tip 12 of the cantilever geometry 16 is on the inclined plane 28 and the rest of the cantilever geometry 16, like bending beam 14 and holder area 32 projected onto plane 26 parallel to cantilever geometry 16.
In den Figuren ld, e und f ist dargestellt, wie das eigentliche Halterelement 34 auf der Unterseite des Substrats 18 geätzt wird. Das Halterelement 34 wird durch eine Lithografie, beispielsweise mit der rechteckigen Maske 36, und einem Ätzvorgang auf der Unterseite des Substrats in dieses übertragen. Somit ist bereits eine Indikation des Halterelements 34 an den Halterbereich 32 der Cantileversonde 10 während der Herstellung des Cantilevers möglich. Dabei ist das Halterelement 34 dem Halterbereich 32 der Cantileversonde 10 einstückig angeformt, so daß auf weitergehende Schritte zur Verbindung der ansonsten nach dem Stand der Technik jeweils einstückig hergestellten Bauteile, nämlich Cantileversonde 10 und Halterelement 34, verzichtet werden kann. Dabei können die Ätzvorgänge für die Cantileversonde 10 auf der Oberfläche des Substrats 18 sowie für das Halterelement 34 auf der Unterfläche des Substrats 18, gegebenenfalls gleichzeitig oder auch unmittelbar nacheinander erfolgen.FIGS. 1d, e and f show how the actual holder element 34 is etched on the underside of the substrate 18. The holder element 34 is transferred into this by means of a lithography, for example with the rectangular mask 36, and an etching process on the underside of the substrate. Thus, an indication of the holder element 34 to the holder region 32 of the cantilever probe 10 is already possible during the manufacture of the cantilever. The holder element 34 is integrally formed on the holder region 32 of the cantilever probe 10, so that further steps for connecting the components which are otherwise made in one piece according to the prior art, namely the cantilever probe 10 and holder element 34, can be dispensed with. In this case, the etching processes for the cantilever probe 10 on the surface of the substrate 18 and for the holder element 34 on the lower surface of the substrate 18 can optionally be carried out simultaneously or immediately one after the other.
Neben der bevorzugten Ausführung, das Substrat mit zwei winkligen Ebenen 26, 28 zu versehen (Figuren 1, 2a) , besteht jedoch auch die Möglichkeit, wie dies beispielsweise in den Figuren 2b, c dargestellt ist, die Oberfläche des Substrats 18 durch eine Ebene 26 und wenigstens eine gekrümmte Fläche 30, beispielsweise eine Zylinderfläche zu bilden. Der viertelkreisförmige Querschnitt der gekrümmten Fläche 30 gemäß Figur 2b ist sehr vorteilhaft für den Einsatz der entsprechenden Sonden im Rastersondenmikroskop, da die Spitze 12 der Sonde sehr leicht senkrecht zur Oberfläche der zu untersuchenden Probe gebracht werden kann. In gewissen Anwendungsfällen kann die gekrümmte Fläche 30 auch durch Unterätzen einer Seitenwand des Substrats 18 gebildet werden, wobei dann in Schattenprojektion an dieser unterätzten Struktur sehr scharfe Kanten der abgeformten Struktur erzielt werden OJIn addition to the preferred embodiment of providing the substrate with two angled planes 26, 28 (FIGS. 1, 2a), there is also the possibility, as shown for example in FIGS. 2b, c, of the surface of the substrate 18 through a plane 26 and to form at least one curved surface 30, for example a cylindrical surface. The quarter-circular cross section of the curved surface 30 according to FIG. 2b is very advantageous for the use of the corresponding probes in the scanning probe microscope, since the tip 12 of the probe can very easily be brought perpendicular to the surface of the sample to be examined. In certain applications, the curved surface 30 can also be formed by under-etching a side wall of the substrate 18, in which case very sharp edges of the molded structure are then obtained in shadow projection on this under-etched structure OJ
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Maskierungsschicht auftritt) übereinander wegscheren. Im einfachen Fall einer isotropen Unterätzung einer Maskierungsschicht, die zur Entfernung der darunter befindlichen Funktionsschicht dient, sind dies zwei annähernd halbkreisförmige Ätzfronten, die sich schneiden und daher eine Spitze bilden.Masking layer occurs) shear away from each other. In the simple case of an isotropic undercut of a masking layer, which serves to remove the functional layer located underneath, these are two approximately semicircular etching fronts that intersect and therefore form a tip.
Realisiert werden kann diese Methode dadurch, daß bei der Übertragung der Cantilevergeometrie 16 nur noch der Umriß 38 des Cantilevers inklusive Halterbereich 32 in Form eines dünnen Spaltes 40 (gemäß Figur 6a) in den Photoresist übertraten wird, wobei allerdings der Umriß vorn an der Spitze nicht geschlossen ist, sondern durch eine Unterbrechung 42 getrennt bleibt. Wird nun das Material beginnend beim offen liegenden Spalt durch Ätzen entfernt, so wird der Photoresist oder auch eine möglicherweise noch vorhanden Maskierungsschicht allseitig unterätzt, und schließlich scheren die beiden Ätzfronten 44, 46 beziehungsweise 48, 50, die jeweils rechts und links vorn am Spalt 40 der Cantileverspitze 12 getrennt waren, übereinander hinweg. Als Folge daraus ergibt sich die in der Zeichnung durch Bereich 44, 46 beziehungsweise 48, 50 umschlossene, innere Fläche als Cantilever/Halterstruktur mit der integrierten Spitze. Jetzt weist das vordere Ende des Cantilevers eine wirkliche geometrische Spitze auf.This method can be implemented in that, when the cantilever geometry 16 is transferred, only the outline 38 of the cantilever, including the holder area 32 in the form of a thin gap 40 (according to FIG. 6a), is transferred into the photoresist, although the outline at the front does not is closed, but remains separated by an interruption 42. If the material is now removed by etching, beginning with the gap that is exposed, the photoresist or a possibly still existing masking layer is undercut on all sides, and finally the two etching fronts 44, 46 and 48, 50 shear, respectively on the right and left in front of the gap 40 the cantilever tip 12 were separated, one above the other. As a result, the inner surface enclosed by areas 44, 46 and 48, 50 in the drawing results as a cantilever / holder structure with the integrated tip. Now the front end of the cantilever has a real geometric tip.
Dieses Verfahren hat einen ganz wesentlichen Vorteil gegenüber dem üblichen Ätzverfahren zur Herstellung von Spitzen, da es ein selbstjustierender Prozeß ist. Überschneiden sich die beiden Ätzfronten erst einmal, so führt ein weiteres Ätzen nur dazu, daß die Spitze zum aktuellen Schnittpunkt der beiden Ätzfronten verschoben wird, aber dennoch spitz bleibt. Dies wurde in Figur 6b dadurch angedeutet, daß jeweils zwei Ätzfronten eingezeichnet sind. Die Ätzfronten 44, 46 geben den Zeitpunkt wieder, an dem gerade das Überschneiden der beiden Ätzfronten 44, 46 auftritt, die Ätzfronten 48, 50 treten zu einem späteren Zeitpunkt auf. Die Spitze als Schnittpunkt der beiden Ätzfronten 48, 50 ist nach wie vor erhalten geblieben, aber etwas nach unten gerutscht gegenüber der Spitze der Ätzfronten 44, 46, ergibt also allenfalls eine weniger hohe Spitze auf dem Cantilever. Die Schicht, die außerhalb des Spaltes liegt interessiert nicht weiter, da sie die Definition des Cantilevers nicht behindert.This process has a very significant advantage over the conventional etching process for producing tips, since it is a self-adjusting process. If the two etching fronts overlap, a further etching only leads to the tip being moved to the current intersection of the two etching fronts, but still remaining pointed. This was indicated in Figure 6b by the fact that two etching fronts are shown. The etching fronts 44, 46 represent the point in time at which the two etching fronts 44, 46 are overlapping, the etching fronts 48, 50 occur at a later point in time. The tip as the intersection of the The two etching fronts 48, 50 are still preserved, but have slipped a little downwards relative to the tip of the etching fronts 44, 46, so that at most there is a less high tip on the cantilever. The layer that lies outside the gap is of no further interest, since it does not hinder the definition of the cantilever.
Im Gegensatz zu Toda et al. der den Cantilever inklusive Spitze aus dem Substratmaterial formt, wird hier das Substrat nicht zwingend als Biegebalken- und Spitzenmaterial benutzt. Dies eröffnet aber eine völlig neue Möglichkeit die Cantileversonde zu funktionalisieren.In contrast to Toda et al. which forms the cantilever including the tip from the substrate material, the substrate is not necessarily used here as a bending beam and tip material. However, this opens up a completely new possibility to functionalize the cantilever probe.
Natürlich wird die Lithographie in der Wanne von Beugungsphänomenen begleitet sein, allerdings können diese durch geeignete Projektionsverfahren (zum Beispiel Röntgen- oder Ionenstrahllithographie) gut kontrolliert beziehungsweise reduziert werden. Andererseits stören diese Effekte nicht unbedingt, da dadurch nur die Form jedes Cantilevers leicht (aber reproduzierbar identisch) verändert wird.Of course, the lithography in the tub will be accompanied by diffraction phenomena, but these can be controlled or reduced well by suitable projection methods (for example X-ray or ion beam lithography). On the other hand, these effects do not necessarily disturb, since this only slightly (but reproducibly identical) changes the shape of each cantilever.
Die Besonderheiten und Vorzüge des neuen Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:The special features and advantages of the new process can be summarized as follows:
Das Verfahren zur Herstellung von Sonden für die Rastersondenmikroskopie, die aus einem mechanischen Biegebalken mit integrierter Spitze und einem integrierten Halterelement - kurz Cantilever genannt - bestehen, beruht auf folgendem Prinzip: Es wird die Möglichkeit genutzt, durch eine optische Parallelprojektion einer Maske auf ein bereits strukturiertes Substrat eine dreidimensionale Struktur herzustellen, die den Umriß der Maske und die Topologie des Substrats annimmt. Im Fall des Cantilevers wird dazu das Ende einer planparallelen Cantileverstruktur auf die Seitenwand einer Vertiefung projiziert. Dadurch entsteht eine Cantileverstruktur, dessen Topologie dem strukturierten Substrat und dessen Umriß der projizierten Maske entspricht (siehe Abb. 1) und in Form einer Schicht übertragen wird.The process for the production of probes for scanning probe microscopy, which consist of a mechanical bending beam with an integrated tip and an integrated holder element - called a cantilever for short - is based on the following principle: The possibility is used by an optical parallel projection of a mask onto an already structured one Produce a three-dimensional structure that takes the outline of the mask and the topology of the substrate. In the case of the cantilever, the end of a plane-parallel cantilever structure is projected onto the side wall of a depression. This creates a cantilever structure whose topology matches the structured substrate and its outline projected mask corresponds (see Fig. 1) and is transferred in the form of a layer.
Anstelle der Projektionsmaske können fokussierte Teilchenstrahlen zur Übertragung der Geometrie benutzt werden.Instead of the projection mask, focused particle beams can be used to transfer the geometry.
Die Topologie des herzustellenden Bauelements kann durch die Art des Ätzprozesses beeinflußt werden (siehe auch Abb. 2) . Beim reinen anisotropen Ätzen ergibt sich zum Beispiel im Fall von (100) Si-Oberflachen die typischen (111) orientierten Seitenwände und damit die entsprechende Neigung der Spitze wie es schematisch in Abb. 2a) gezeigt ist. Beim isotropen Ätzen ergibt sich ein viertelkreisförmiger Querschnitt der Seitenwand (Abb. 2b)). Dies ist sehr vorteilhaft für den Einsatz im Rastersondenmikroskop, da die Spitze sehr leicht senkrecht zur Oberfläche der zu untersuchenden Probe gebracht werden kann. Es ist auch möglich, eine unterätzte Struktur der Seitenwand gemäß Abb. 2c) zu benutzen, wobei dann in Schattenprojektion an dieser unterätzten Struktur sehr scharfe Kanten der abgeformten Struktur erhalten werden können. Die Struktur der Sonde wird allenfalls durch das technologisch Machbare begrenzt.The topology of the component to be manufactured can be influenced by the type of etching process (see also Fig. 2). In the case of pure anisotropic etching, for example in the case of (100) Si surfaces, the typical (111) oriented side walls and thus the corresponding inclination of the tip result, as is shown schematically in Fig. 2a). Isotropic etching results in a quarter-circular cross-section of the side wall (Fig. 2b)). This is very advantageous for use in a scanning probe microscope, since the tip can very easily be brought perpendicular to the surface of the sample to be examined. It is also possible to use an underetched structure of the side wall according to FIG. 2c), in which case very sharp edges of the molded structure can then be obtained in shadow projection on this underetched structure. The structure of the probe is at best limited by what is technologically feasible.
Die Struktur wird in eine Schicht oder ein Schichtsystem auf einem Substrat übertragen. Jede dieser Schichten kann ebenfalls beliebig strukturiert sein und braucht auch in ihrer Dicke nicht homogen zu sein, das heißt zum Beispiel daß der Biegebalken und die Spitze aus verschiedenem Material sein können, indem in ein Schichtsystem eine Vertiefung variierender Dicke übertragen wurde. Als abzuscheidendes Material können Schichten von beliebigem Materialien: wie zum Beispiel Metalle, Dielektrika, Halbleiter, Polymere etc., benutzt werden. Dies ermöglicht es, beliebige schichtförmig aufgebaute Bauelemente elektronischer, magnetischer und optischer Struktur in die herzustellende Struktur zu integrieren, wie zum Beispiel Metall/Metall-Thermoelemente , Halbleiter/Metall-Bauelemente (Schottkydioden) , lichtempfindliche Photodioden, optische Wellenleiter, Mikrowellenleitungen etc.The structure is transferred into a layer or a layer system on a substrate. Each of these layers can also be structured in any way and also does not need to be homogeneous in its thickness, that is to say, for example, that the bending beam and the tip can be made of different materials by transferring a depression of varying thickness into a layer system. Layers of any material, such as metals, dielectrics, semiconductors, polymers, etc., can be used as the material to be deposited. This makes it possible to integrate any layered components of electronic, magnetic and optical structure into the structure to be produced, such as metal / metal thermocouples, semiconductor / metal components (Schottky diodes), light-sensitive photodiodes, optical waveguides, microwave lines etc.
Die Geometrie des Cantilevers (die Geometrie wird hier als diejenige in der (x,y) -Ebene aufgefaßt (siehe auch Abb. 1)) kann durch die projizierte Geometrie beliebig verändert werden, wie zum Beispiel ein Einzelcantilever , ein V-förmiger Cantilever aus zwei Schenkeln usw.. Es können auch mehrere Cantilever auf der gleichen Seitenwand einer Vertiefung hergestellt werden. Weiterhin können gleichzeitig an den gegenüber und auch seitlich liegenden Seitenwänden ebenfalls Cantileverstrukturen hergestellt werden. Es können zur Erhöhung des Flächenträgheitsmoments des Cantilevers vor der Materialabscheidung auch weitere Vertiefungen in die Form durch Ätzprozesse übertragen werden; das heißt der Querschnitt kann von einer planparallelen Platte zu einer aufwendigeren Struktur verändert werden (zum Beispiel können durch anisotropes Ätzen V-förmige Vertiefungen erhalten werden, die ein deutlich erhöhtes Flächenträgheitsmoment aufweisen.)The geometry of the cantilever (the geometry is understood here as that in the (x, y) plane (see also Fig. 1)) can be changed as desired by the projected geometry, such as a single cantilever, a V-shaped cantilever two legs, etc. Several cantilevers can also be produced on the same side wall of a depression. Furthermore, cantilever structures can also be produced simultaneously on the side walls opposite and also on the side. In order to increase the moment of inertia of the cantilever, further depressions can also be transferred into the shape by etching processes before the material is deposited; This means that the cross-section can be changed from a plane-parallel plate to a more complex structure (for example, V-shaped depressions can be obtained by anisotropic etching, which have a significantly increased area moment of inertia.)
Die geometrische Form der Spitze (die Geometrie wird hier als diejenige in der (x,y) -Ebene aufgefaßt (siehe auch Abb. 1)) kann beliebig abgewandelt werden. Sie kann beispielsweise eine spitze, kreisförmige, dreieckige oder andersartige Geometrie aufweisen. Es ist auch möglich an Stelle einer einzelnen auch zwei oder mehrere Spitzen zu integrieren.The geometrical shape of the tip (the geometry is understood here as that in the (x, y) plane (see also Fig. 1)) can be modified as desired. For example, it can have a pointed, circular, triangular or other type of geometry. It is also possible to integrate two or more tips instead of a single one.
Zur Abformung kann auch polykristallines Material (zum Beispiel polykristalliner Diamant, der dotiert sein kann und damit elektrisch leitfähig ist) , benutzt werden. Nach dem Freiätzen der Struktur ist die glatte Wachstumsseite, das heißt die Seite, die im Kontakt mit dem Substrat ist, auf der der Spitze abgewandten Seite. Das bedeutet, daß auf dieser glatten Fläche auch ein Laserstrahl (en) ohne starke optische Streuung reflektiert werden kann und somit eine optische Meßtechnik (wie zum Beispiel die beam deflection Methode oder die Interferometrie) zur Messung der Biegebalkenauslenkung benutzt werden kann. Zusätzlich ergibt sich als Vorteil, daß dort eine mögliche Zwischenschicht zwischen Substrat und deponiertem Film, die nicht die Qualität des Vollmaterials hat, auf der der Spitze abgewandten Seite liegt, das heißt das Material der Spitze weist eine bessere Qualität auf.Polycrystalline material (for example polycrystalline diamond, which can be doped and is therefore electrically conductive) can also be used for the impression. After the structure has been etched free, the smooth growth side, that is to say the side which is in contact with the substrate, is on the side facing away from the tip. This means that a laser beam (s) can also be reflected on this smooth surface without strong optical scattering and thus an optical measuring technique (such as the beam deflection method or the Interferometry) can be used to measure the bending beam deflection. In addition, there is the advantage that a possible intermediate layer between the substrate and the deposited film, which does not have the quality of the solid material, is on the side facing away from the tip, that is to say the material of the tip is of better quality.
Die Form der Cantileversonde wird in eine Schicht übertragen, die als Schablone für die lokale Diffusion von Dotierstoffen in das Substrat benutzt wird. So könnte beispielsweise im Fall eines Siliziumsubstrats eine Bordotierung der Cantileverzone vorgenommen werden, die es erlaubt, einen Ätzstopp zu realisieren. Es ist bekannt, daß zum Beispiel dotierte Siliziumstrukturen mit einer hohen Bor-Dotierung nur noch eine sehr geringe Ätzrate gegenüber KOH aufweisen und somit zur Herstellung von Ätzstoppschichten benutzt werden. Dies könnte dazu verwendet werden, Cantilever homogener Dicke (über das Dotierstoffprofil des Dotanden) und insbesondere solcher sehr geringer Dicke herzustellen. Die Dotierung kann mit beliebigen Verfahren (thermische Diffusion, Ionenimplantation, etc.) erfolgen. Es kann aber auch durch Diffusion und Reaktion mit Sauerstoff gemäß dem LOCOS-Verfahren (und seinen Abwandlungen) gezielt eine Oxidation der Struktur durchgeführt werden, um zum Beispiel dünne Cantilever aus oxidiertem Materialien herzustellen.The shape of the cantilever probe is transferred into a layer that is used as a template for the local diffusion of dopants into the substrate. For example, in the case of a silicon substrate, the cantilever zone could be doped on board, which makes it possible to implement an etching stop. It is known that, for example, doped silicon structures with a high boron doping only have a very low etching rate compared to KOH and are therefore used to produce etching stop layers. This could be used to produce cantilevers of homogeneous thickness (via the dopant profile of the dopant) and in particular of such very small thickness. The doping can be done with any method (thermal diffusion, ion implantation, etc.). However, by diffusion and reaction with oxygen in accordance with the LOCOS process (and its modifications), the structure can be oxidized in a targeted manner, for example in order to produce thin cantilevers from oxidized materials.
In die Struktur wird ein lokaler Dotierstoffeintrag vorgenommen oder aber eine lokale Veränderung des Substratmaterials an der Stelle der Struktur, zum Beispiel als Ätzstoppschicht, genutzt, um von der Cantileverseite das Substrat zu ätzen. An Stelle der Struktur könnte auch der Bereich außerhalb der Struktur verändert werden, um dort die Eigenschaften des Materials gezielt zu variieren mit dem Ziel, die Struktur einfacher herzustellen. Elektrisch leitfähige, abgeformte Schichten werden als Startschicht für eine galvanische Abscheidung von anderen Schichten beziehungsweise Schichtsystemen wie zum Beispiel Metallen, Polymeren etc. benutzt. In die Startschicht kann auch eine lokale Dotierung eingebracht werden. A local dopant is introduced into the structure or a local change in the substrate material at the location of the structure, for example as an etching stop layer, is used to etch the substrate from the cantilever side. Instead of the structure, the area outside the structure could also be changed in order to specifically vary the properties of the material there with the aim of making the structure easier. Electrically conductive, molded layers are used as the starting layer for the galvanic deposition of other layers or layer systems such as metals, polymers, etc. Local doping can also be introduced into the starting layer.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 - Cantileversonde10 - Cantilee probe
12 - Spitze12 - tip
14 - Biegebalken14 - bending beam
16 - Cantilevergeometrie16 - Cantilever geometry
18 - Substrat18 - substrate
20 - Maske20 - mask
22 - Gerade22 - Straight
24 - Gerade24 - straight
26 - Ebene26 - level
28 - Ebene28 - level
30 - gekrümmte Fläche 32 - Halterbereich30 - curved surface 32 - holder area
34 - Halterelement34 - holder element
36 - Maske zur Halterelementdefinition 8 - Umriß 0 - Spalt 2 - Unterbrechung 4 - Ätzfront zu einem 1. Zeitpunkt 6 - Ätzfront zu einem 1. Zeitpunkt 8 - Ätzfront zu einem 2., späteren Zeitpunkt 0 - Ätzfront zu einem 2., späteren Zeitpunkt 36 - Mask for holder element definition 8 - Outline 0 - Gap 2 - Interruption 4 - Etching front at a first time 6 - Etching front at a first time 8 - Etching front at a second, later time 0 - Etching front at a second, later time
Literaturverzeichnisbibliography
[ I ] US 5 , 789 , 666 A .[I] US 5, 789, 666 A.
[2] T. Trenkler, T. Hantschel, R. Stephenson, P. De Wolf, W. Vandervorst, L. Hellemans, A. Malave, D. Büchel, E. Oesterschulze, W. Kulisch, P. Niedermann, T. Sulzbach, and O. Ohlson. Evaluating probes for 'electrical' atomic force microscopy. Paper submitted to J. Vac. Sei. Technol. , 1998.[2] T. Trenkler, T. Hantschel, R. Stephenson, P. De Wolf, W. Vandervorst, L. Hellemans, A. Malave, D. Büchel, E. Oesterschulze, W. Kulisch, P. Niedermann, T. Sulzbach, and O. Ohlson. Evaluating probes for 'electrical' atomic force microscopy. Paper submitted to J. Vac. Be. Technol. , 1998.
[3] US 4,307,507 A.[3] US 4,307,507 A.
[4] US 4,312,117 A..[4] US 4,312,117 A ..
[5] US 4,916,002 A.[5] US 4,916,002 A.
[6] US 5,066,358 A.[6] US 5,066,358 A.
[7] US 5.221,415 A.[7] US 5,221,415 A.
[8] US 5,399232 A.[8] US 5,399232 A.
[9] EP 0 786 642 AI.[9] EP 0 786 642 AI.
[10] US 5,116,462 A.[10] US 5,116,462 A.
[II] US 5,386,720 A.[II] US 5,386,720 A.
[12] US 5,883,387 A.[12] US 5,883,387 A.
[13] E. Oesterschulze, W. Scholz, C. Mihalcea, D. Albert, B. Sobisch, and W. Kulisch. Fabrication of Small Diamond Tips for Scanning Probe Microscopy Application, Appl. Phys. Lett., 70:435-437, 1996.[13] E. Oesterschulze, W. Scholz, C. Mihalcea, D. Albert, B. Sobisch, and W. Kulisch. Fabrication of Small Diamond Tips for Scanning Probe Microscopy Application, Appl. Phys. Lett., 70: 435-437, 1996.
[14] W. Kulisch, A. Malave, G. Lippold, C. Mihalcea, and E. Oesterschulze. Fabrication of Integrated Diamond Cantilevers with Tips for SPM Applications, Diamond. Relat. Mater., 6:906-911, 1997.[14] W. Kulisch, A. Malave, G. Lippold, C. Mihalcea, and E. Oesterschulze. Fabrication of Integrated Diamond Cantilevers with Tips for SPM Applications, Diamond. Relat. Mater., 6: 906-911, 1997.
[15] W. Scholz, D. Albert, A. Malave, S. Werner, Ch. Mihalcea, W. Kulisch, and E. Oesterschulze. Fabrication of Monolithic Diamond Probes for Scanning Probe Microscopy Applications, In SPIE proeeedings volume 3009-09 , pages 61-71, 1997.[15] W. Scholz, D. Albert, A. Malave, S. Werner, Ch. Mihalcea, W. Kulisch, and E. Oesterschulze. Fabrication of Monolithic Diamond Probes for Scanning Probe Microscopy Applications, In SPIE proeeedings volume 3009-09, pages 61-71, 1997.
[16] C. Mihalcea, W. Scholz, A. Malave, D. Albert, W. Kulisch, and E. Oesterschulze. Fabrication of monolithic diamond probes for scanning probe microscopy applications, Appl. Phys. A}, 66:87-90, 1998. [17] W. Kulisch, D. Albert, A. Malave, W. Scholz, C. Mihalcea, S. Werner, and E. Oesterschulze. Fabrication of diamond sensors for SPM applications. Paper presented at the 8th European Conference on Diamond, Diamond-Like and Related Material (DIAMOND' 97) , Edinburgh, 1997.[16] C. Mihalcea, W. Scholz, A. Malave, D. Albert, W. Kulisch, and E. Oesterschulze. Fabrication of monolithic diamond probes for scanning probe microscopy applications, Appl. Phys. A}, 66: 87-90, 1998. [17] W. Kulisch, D. Albert, A. Malave, W. Scholz, C. Mihalcea, S. Werner, and E. Oesterschulze. Fabrication of diamond sensors for SPM applications. Paper presented at the 8th European Conference on Diamond, Diamond-Like and Related Material (DIAMOND '97), Edinburgh, 1997.
[18] T. Hantschel, T. Trenkler, W. Vandervorst, A. Malave, D. B chel, W. Kulisch, and E. Oesterschulze. Tip-on-tip: a novel AFM tip configuration for the electrical characterization of semiconductor devices. Paper presented at the International Conference Mircro- and Nanoengineering 09 (MNE98) , Leuven, Belgium; submitted to Microelectronic Engineering, 1998. [18] T. Hantschel, T. Trenkler, W. Vandervorst, A. Malave, D. B chel, W. Kulisch, and E. Oesterschulze. Tip-on-tip: a novel AFM tip configuration for the electrical characterization of semiconductor devices. Paper presented at the International Conference Mircro- and Nanoengineering 09 (MNE98), Leuven, Belgium; submitted to Microelectronic Engineering, 1998.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Sonden für die Rastersondenmikroskopie, insbesondere Cantileversonde (10) mit Spitze (12) und Biegebalken (14) , dadurch gekennzeichnet, daß man eine zweidimensionale planare Cantilevergeometrie (16) auf einem dreidimensional strukturierten Substrat (18) abbildet, wobei das freie Ende der Cantileversonde (10) als bezüglich des Biegebalkens (14) abgewinkelte Spitze (12) ausgebildet ist.1. A method for producing probes for scanning probe microscopy, in particular cantilever probe (10) with tip (12) and bending beam (14), characterized in that a two-dimensional planar cantilever geometry (16) is mapped on a three-dimensionally structured substrate (18), wherein the free end of the cantilever probe (10) is designed as a tip (12) angled with respect to the bending beam (14).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Cantilevergeometrie (16) durch optische Parallelprojektion einer Maske (20) auf dem Substrat (18) , bevorzugt auf einer Oberfläche, abbildet.2. The method according to claim 1, characterized in that the cantilever geometry (16) by optical parallel projection of a mask (20) on the substrate (18), preferably on a surface, is mapped.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Cantilevergeometrie (16) mittels eines fokussierten Teilchenstrahls auf dem Substrat (20) abbildet.3. The method according to claim 1, characterized in that the cantilever geometry (16) is imaged by means of a focused particle beam on the substrate (20).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die endseitige Spitze (12) der Cantilevergeometrie (16) durch zwei sich schneidende Kurven, insbesondere Geraden (22, 24) definiert ist.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the end tip (12) of the cantilever geometry (16) by two intersecting curves, in particular straight lines (22, 24) is defined.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats (18) wenigstens zwei Ebenen (26, 28) aufweist, die winklig zueinander angeordnet sind.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface of the substrate (18) has at least two planes (26, 28) which are arranged at an angle to one another.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Cantilevergeometrie (16) auf die beiden Ebenen (26, 28) des Substrats (18) abgebildet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cantilever geometry (16) on the two planes (26, 28) of the substrate (18) is imaged.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (12) der Cantilevergeometrie (16) auf die geneigte Ebene (28) und der Rest der Cantilevergeometrie (16) auf die zur Cantilevergeometrie (16) parallele Ebene (26) abgebildet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the tip (12) of the cantilever geometry (16) on the inclined plane (28) and the rest of the cantilever geometry (16) is mapped onto the plane (26) parallel to the cantilever geometry (16).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats (18) durch eine Ebene (26) und wenigstens eine anschließende, gekrümmte Fläche (30) , zum Beispiel einer Zylinderfläche oder dergleichen gebildet ist.Method according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the surface of the substrate (18) is formed by a plane (26) and at least one subsequent curved surface (30), for example a cylindrical surface or the like.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Cantilevergeometrie (16), wie Spitze (12), Biegebalken (14) und Halterbereich (32), in einem einzigen Projektionsprozeß auf dem Substrat (18) abgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cantilever geometry (16), such as tip (12), bending beam (14) and holder area (32), is imaged on the substrate (18) in a single projection process.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterelement (34) durch eine Lithografie, beispielsweise eine Maske (36) , und einen ÄtzVorgang an der bevorzugt im wesentlichen planen Unterfläche des Substrats (18) in das Substrat (18) übertragen beziehungsweise aus diesem herausgearbeitet wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the holder element (34) by means of a lithography, for example a mask (36), and an etching process on the preferably substantially planar lower surface of the substrate (18) into the substrate (18) transferred or worked out from this.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Halterbereich (32) und Halterelement (34) einstückig verbunden sind.11. The method according to claim 10, characterized in that the holder region (32) and holder element (34) are integrally connected.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzvorgänge für die Übertragung der Cantilevergeometrie (16) und des Halterelements (34) in das Substrat (18) im wesentlichen zeitgleich oder unmittelbar nacheinander durchgeführt werden.12. The method according to claim 10 or claim 11, characterized in that the etching processes for the transmission of the cantilever geometry (16) and the holder element (34) in the substrate (18) substantially simultaneously or immediately be carried out one after the other.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Umriß (38) der13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the outline (38) of the
Cantilevergeometrie (16) , wie Spitze (12) , Biegebalken (14) und Halterbereich (32) , in einen Photoresist auf einen Substrat (18) in Form eines dünnen Spaltes (40) überträgt, wobei der Spalt (40) im vorderen Spitzenbereich endet.Cantilever geometry (16), such as tip (12), bending beam (14) and holder area (32), are transferred into a photoresist on a substrate (18) in the form of a thin gap (40), the gap (40) ending in the front tip area ,
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (40) im vorderen Bereich der Spitze (12) eine Unterbrechung (42) aufweist.14. The method according to claim 13, characterized in that the gap (40) in the front region of the tip (12) has an interruption (42).
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (12) beim Ätzvorgang durch zwei übereinander hinweg scherende Ätzfronten (44, 46 beziehungsweise 48, 50) gebildet ist. 15. The method according to claim 13 or claim 14, characterized in that the tip (12) is formed during the etching process by two overlapping etching fronts (44, 46 and 48, 50).
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5021364A (en) * 1989-10-31 1991-06-04 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Microcantilever with integral self-aligned sharp tetrahedral tip
US5336369A (en) * 1990-05-16 1994-08-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of making a cantilever stylus for an atomic force microscope
JPH09105755A (en) * 1995-10-11 1997-04-22 Olympus Optical Co Ltd Afm cantilever and its manufacture
JPH09113521A (en) * 1995-10-19 1997-05-02 Nissin Electric Co Ltd Metal cantilever, interatomic force microscope and scanning electrostatic capacity microscope composite device, and interatomic force microscope, scanning electrostatic microscope and scanning tunnel microscope composite device
US5811017A (en) * 1995-05-16 1998-09-22 Olympus Optical Co., Ltd. Cantilever for use in a scanning probe microscope and method of manufacturing the same
US5929438A (en) * 1994-08-12 1999-07-27 Nikon Corporation Cantilever and measuring apparatus using it

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5021364A (en) * 1989-10-31 1991-06-04 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Microcantilever with integral self-aligned sharp tetrahedral tip
US5336369A (en) * 1990-05-16 1994-08-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of making a cantilever stylus for an atomic force microscope
US5929438A (en) * 1994-08-12 1999-07-27 Nikon Corporation Cantilever and measuring apparatus using it
US5811017A (en) * 1995-05-16 1998-09-22 Olympus Optical Co., Ltd. Cantilever for use in a scanning probe microscope and method of manufacturing the same
JPH09105755A (en) * 1995-10-11 1997-04-22 Olympus Optical Co Ltd Afm cantilever and its manufacture
JPH09113521A (en) * 1995-10-19 1997-05-02 Nissin Electric Co Ltd Metal cantilever, interatomic force microscope and scanning electrostatic capacity microscope composite device, and interatomic force microscope, scanning electrostatic microscope and scanning tunnel microscope composite device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 08 29 August 1997 (1997-08-29) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 09 30 September 1997 (1997-09-30) *

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